汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的主要機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)副本

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的主要機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)教學(xué)單位:機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)名稱:機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào): 學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:指導(dǎo)單位:完成時(shí)間:汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的主要機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)摘 要凸輪軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，對(duì)其配氣功能有著舉足輕重的作用。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，凸輪軸負(fù)責(zé)控制進(jìn)排氣門的開合和開合量，但是由于工作時(shí)轉(zhuǎn)速比較高，需要承受的扭矩的比較大，所以對(duì)凸輪軸的強(qiáng)度和支撐力的要求也比較高，因此在材質(zhì)的選擇上必須滿足凸輪軸對(duì)強(qiáng)度等性能的要求。凸輪軸作為一個(gè)重要的零部件，它的改進(jìn)和發(fā)展對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣性能的提高和進(jìn)步意義重大。 本課題選取直列四缸頂置氣門式發(fā)動(dòng)機(jī)F3

2、000，對(duì)它的凸輪軸加工工藝進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，而工藝路線的擬定是工藝規(guī)程制定中的關(guān)鍵階段，是工藝規(guī)程制定的總體設(shè)計(jì)。撰寫一條合理科學(xué)的工藝路線，既可以保證加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，也可以有效合理的安排工人、設(shè)備、工藝裝備，最終有利于降低整個(gè)生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本。所以，本次設(shè)計(jì)是在仔細(xì)分析凸輪軸零件加工技術(shù)要求及加工精度后，合理確定毛坯類型，經(jīng)過查閱相關(guān)書籍、手冊、圖標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、等技術(shù)資料，確定工藝的機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差，最終定制凸輪軸零件的加工工序卡片。關(guān)鍵詞: 發(fā)動(dòng)機(jī)；凸輪軸；工藝設(shè)計(jì)The Main Machining Process Design Of The Automobile Engi

3、ne CamshaftAbstractThe camshaft as an important part of engine, has a pivotal role on its distribution. When the engine running at work, camshaft is responsible for controlling the exhaust opening and closing and opening and closing of the door, however, because of the high speed in the work, it nee

4、ds to bear large torque and also has a high strength and support of the camshaft. On the choice of the material must meet the requirements of camshaft on the strength of performance. The camshaft as an important component, its improvement and development is of great significance.In this paper, the c

5、amshaft of the OHV engine processing technology for analysis and design. operational path routing is the key stage and general design. Write a reasonable scientific process route are have many advantage. This design is the careful analysis of CAM shaft parts processing technical requirements and pro

6、cessing accuracy, reasonable blank type, after consulting related books, manuals, ICONS, standards, technical data, determine the process of machining allowance, process dimension and tolerance, and customize the camshaft parts machining process card finally.Keyword: Engine; Camshaft; Process Design

7、目 錄1 概 述12 確定凸輪軸的加工工藝過程42.1 凸輪軸的作用和分類42.2 凸輪軸傳動(dòng)與工作條件52.3 凸輪軸的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)52.4 凸輪軸的主要技術(shù)要求分析62.5 凸輪軸的材料和毛坯的確定72.6 凸輪軸的機(jī)械加工工藝過程72.7 凸輪軸的機(jī)械加工工藝路線83 凸輪軸的機(jī)械加工工藝過程分析103.1 凸輪軸的機(jī)械加工工藝特點(diǎn)及分析103.2 凸輪軸主要加工工序分析113.2.1 銑凸輪軸兩端面，鉆中心孔113.2.2 主軸頸的加工113.2.3 凸輪軸頸的加工113.2.4 凸輪軸頸的加工124 機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定144.1 凸輪軸主要加工表面的工序安排144.2

8、 機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定144.2.1 凸輪軸主軸頸工序尺寸及公差的確定144.2.2 凸輪軸小外圓序尺寸及公差的確定154.3 凸輪軸機(jī)械加工工藝過程卡片的制定155 總結(jié)與展望18參考文獻(xiàn)19致 謝201 概 述凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)件，它的運(yùn)動(dòng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)有極其重要的作用，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)中，它合理地控制進(jìn)排氣門的開啟、關(guān)閉，使經(jīng)過壓縮的燃油混合氣充分燃燒，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)做功，然后將廢氣排出燃燒室 。凸輪軸主要有兩個(gè)重要的加工部位:主軸頸和凸輪。凸輪軸軸頸，主要是通過軸承與發(fā)動(dòng)機(jī)接觸，其表面有著足夠高的精度、足夠的剛度、較小的表面粗糙度以及良好的耐磨性，技術(shù)要求復(fù)雜而且比

9、較高。而另一個(gè)重要的加工部位是凸輪，它更是決定著凸輪軸的質(zhì)量。凸輪軸只是發(fā)動(dòng)機(jī)的其中一個(gè)部件，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體另外還由氣缸體、氣缸蓋、曲軸箱等組成，發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)也是以發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體為基礎(chǔ)安裝的，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的內(nèi)、外則是安裝著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有主要零件和附件，承受各種載荷。氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的框架，材料一般用灰鑄鐵制造，氣缸體里面放置有活塞、曲軸等許多零部件，另外還有加強(qiáng)筋、潤滑油道等結(jié)構(gòu)。曲軸箱是放置曲軸的空腔部件，其中分為上下兩部分，上曲軸箱在鑄造的時(shí)候就跟氣缸體就是一體的，下曲軸箱的功能更，能夠存放潤滑 油，分隔上曲軸箱，由于它受力小所以下曲軸箱厚度薄，形狀不一，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和汽油量靈活變動(dòng)。氣

10、缸體的上面就是氣缸蓋安裝的位置，從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室。由于氣缸蓋所處的特殊位置，所以氣缸蓋不得不承受氣體力和緊固氣缸螺栓所造成的機(jī)械負(fù)荷，同時(shí)還由于與高溫燃?xì)饨佑|而承受很高的熱。 汽車經(jīng)100多年來的不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，凝聚了人類的智慧和匠心，最后才發(fā)展成現(xiàn)在的樣子。而作為汽車的心臟發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，凸輪軸也經(jīng)過漫長的發(fā)展過程成為現(xiàn)在的樣子。在過去凸輪軸大多是由鑄造以及鍛造生產(chǎn)，個(gè)別也有用碳鋼切削加工制造。鑄造式凸輪軸主要有冷硬鑄鐵、淬火鑄鐵等。為了減輕重量，有些凸輪軸采用型芯鑄造，使軸呈空心狀。在不同的國家所采用凸輪軸種類也不同，日本使用冷硬鑄鐵凸輪軸較多，美國使用淬火鑄鐵凸輪軸較多。近年

11、為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，出現(xiàn)了重融冷硬鑄鐵、淬火球墨鑄鐵等多種形式的凸輪軸，但由于性價(jià)比較低等諸多因素影響并沒有廣泛使用。鍛造式凸輪軸以碳鋼為主進(jìn)行熱鍛，凸輪部分采用高頻淬火處理，主要應(yīng)用于大中型發(fā)動(dòng)機(jī)上。由于其耐點(diǎn)蝕性能較好，多與氣門頂置式(OHV)機(jī)構(gòu)的挺桿組合使用，也有與搖臂配合應(yīng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪上置式(OHC)結(jié)構(gòu)上。由于鍛造式凸輪軸無法實(shí)現(xiàn)輕量化，發(fā)展?jié)摿^小。鑄造凸輪軸生產(chǎn)工藝為冷激鑄鐵。冷激鑄鐵產(chǎn)品，歐美國家早在上世紀(jì)二十年代初已經(jīng)開始研制，廣泛推廣于上世紀(jì)六、七十年代，八十年代技術(shù)完全成熟。冷激鑄鐵產(chǎn)品以其低成本、高性能的顯著特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)上。在國外，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)中有43%4

12、7%汽油機(jī)、柴油機(jī)采用冷激鑄鐵作為凸輪軸材料，冷激鑄鐵普遍作為凸輪軸材料以其低成本、高性能的顯著特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。冷激鑄鐵凸輪軸的性能及應(yīng)用 冷激鑄鐵由于具有高硬度的碳化物組織而具有良好的抗磨性和抗擦傷性。冷激鑄鐵中的白口層是萊氏體組織，在常溫下是珠光體和碳化物的機(jī)械混合物，由于含有大量的碳化物，它起一個(gè)骨架作用。硬度較高，而萊氏體中的球光體起到儲(chǔ)油作用。冷激鑄鐵凸輪軸是在HT25基礎(chǔ)上加入一定量的合金元素，經(jīng)過特殊的鑄造成型工藝鑄造而成。合金元素的加入提高了凸輪軸基體硬度和綜合機(jī)械性能，大大提高耐磨性。冷激鑄鐵凸輪軸的機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度ób>25N/mm2；硬度HRC4

13、854；耐磨層深度達(dá) 61mm。 由于目前采用的球墨鑄鐵和45#鋼采用等溫淬火或高頻淬火獲得馬氏體組織。高速運(yùn)轉(zhuǎn)后，凸輪桃尖部位出現(xiàn)早期磨損，而冷激鑄鐵采用特殊的成型工藝，不需熱處理。凸輪軸各部位即能得到所需的不同硬度值。桃尖部位的磨損量僅為球墨鑄鐵和45#鋼的1/7，同時(shí)具有降低加工成本，提高經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。為了減輕重量，凸輪軸芯鑄成中空?qǐng)A柱或者中空異型狀成為發(fā)展趨勢。中空?qǐng)A柱或者中空異型狀對(duì)加工設(shè)備和生產(chǎn)材料提出了很高的要求，如對(duì)磨床等設(shè)備的加工精度和穩(wěn)定性要求很高。 作為優(yōu)化整個(gè)氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要素，組合式凸輪軸的發(fā)展正成為趨勢。組合式凸輪軸由精密鋼管和裝配于其上的凸輪節(jié)組成，

14、而凸輪節(jié)的材料可以是鋼或粉末金屬材料。裝配式凸輪軸的發(fā)展前景 由于傳統(tǒng)的凸輪軸主要是鑄造或鍛造加工而成，各個(gè)部位金屬性能相似。這種凸輪軸很難同時(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)對(duì)凸輪軸各個(gè)部位不同性能的要求，凸輪的排列也不可能緊湊，材料利用不盡合理，后續(xù)加工復(fù)雜，在輕量化、功能高度集中和降低成本方面難有新的突破。隨著汽車輕量化發(fā)展，凸輪軸向輕量化、功能高度集中和低成本方向發(fā)展，裝配凸輪軸的優(yōu)勢逐漸被人們認(rèn)可和接受。裝配式凸輪軸的軸和凸輪分開制造，然后裝配在一起。凸輪一般采用碳鋼或粉末冶金材料，軸頸采用粉末冶金件或集中于芯軸的鋼管上，芯軸則采用冷拔薄壁無縫鋼管。碳鋼凸輪可進(jìn)行高頻淬火或滲碳處理，具有較高的耐膠

15、著、耐點(diǎn)蝕性能。 在設(shè)計(jì)方面裝配式凸輪軸可將凸輪寬度設(shè)計(jì)較窄，間隔亦可很小，凸輪的排列非常緊湊。它與傳統(tǒng)凸輪軸相比具有重量輕、加工成本低、材料利用合理等優(yōu)點(diǎn)，與實(shí)心軸凸輪軸相比，重量減輕多達(dá)45。 裝配式凸輪軸的關(guān)鍵技術(shù)是連接方法，因其連接方法不同而決定制造工藝及設(shè)備。裝配式凸輪軸始于上個(gè)世紀(jì)8年代，最先研制開發(fā)的是焊接連接式凸輪軸。上個(gè)世紀(jì)8年代中期燒結(jié)連接式凸輪軸投入使用，同期出現(xiàn)了擴(kuò)管法生產(chǎn)的凸輪軸。上世紀(jì)9年代后期滾花連接式凸輪軸開始研制。隨著新的連接方法的出現(xiàn)，裝配式凸輪軸制造技術(shù)也不斷地被更新。 焊接連接式凸輪軸由于焊接時(shí)容易產(chǎn)生熱變形，使凸輪軸的尺寸精度降低，激烈的熱變化也容易使

16、焊接部位產(chǎn)生裂紋，質(zhì)量難以保證；燒結(jié)連接式凸輪軸在進(jìn)行粉末燒結(jié)成型凸輪的同時(shí)，凸輪又要在液相狀態(tài)下與鋼管擴(kuò)散連接，此過程必須在1以上燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行，在高溫下軸容易產(chǎn)生彎曲，造成尺寸精度誤差，而且在燒結(jié)時(shí)，對(duì)材料的性能也有限制，需要大型燒結(jié)爐，熱效率不高；擴(kuò)管法首先使凸輪與鋼管配合，然后從管內(nèi)側(cè)加液壓或機(jī)械擴(kuò)管，為承受擴(kuò)管內(nèi)壓，凸輪壁要有一定的厚度，同時(shí)，為了使擴(kuò)管容易進(jìn)行，必須使用薄壁鋼管，且由于高壓作業(yè)的特殊要求，也使其設(shè)備大型化；冷熱套過盈連接法雖然在機(jī)械零件生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，但在凸輪軸生產(chǎn)中未必合適，因?yàn)樵谕馆喤c軸熱套連接時(shí)，凸輪被加熱，產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，難以保證摩擦?xí)r的耐磨性，許多凸輪在工作

17、時(shí)，會(huì)向軸端導(dǎo)熱，使得工作初始與完了時(shí)的連接過盈量發(fā)生變化，連接器度不能保持一致；滾花法在可靠性、精度、設(shè)備、能耗等方面都有一定的優(yōu)越性。 進(jìn)一步開發(fā)組合式凸輪軸的重點(diǎn)將在于開發(fā)材料及優(yōu)化加工工藝。市場上目前正在大力開發(fā)應(yīng)用復(fù)合材料，例如陶瓷材料等制造凸輪軸。馬勒公司正在進(jìn)行組合式凸輪軸的擴(kuò)展功能研發(fā)。比如燃油泵啟動(dòng)件和傳感器組件的集成也日漸受到青睞。SOHC凸輪軸上進(jìn)氣口或出氣口凸輪節(jié)的同步可通過馬勒CamInCam®嵌套式凸輪軸來實(shí)現(xiàn)。 裝配式凸輪軸目前以較快的速度發(fā)展，主要應(yīng)用于高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)上。隨著裝配式凸輪軸生產(chǎn)技術(shù)的提高，性能會(huì)更好、成本更低、技術(shù)多樣化的裝配式凸輪軸將會(huì)

18、涌現(xiàn)出來。 隨著過去10年我國汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸也將會(huì)進(jìn)一步的發(fā)展進(jìn)步，而要求也日益提高:結(jié)構(gòu)緊湊、功能高度集中、重量輕，能承受更高的接觸壓力等等，我們應(yīng)該貢獻(xiàn)自己的力量，讓我們國家的制造邁上一個(gè)嶄新的臺(tái)階。2確定凸輪軸的加工工藝過程2.1 凸輪軸的作用和分類凸輪軸是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分，控制和驅(qū)動(dòng)各缸氣門依次開啟和關(guān)閉，在發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)主要有兩個(gè)作用，一是定時(shí)為汽缸吸納新鮮的可燃混合氣，二是及時(shí)將燃燒后的廢氣排出汽缸。采用頂置式氣門和頂置式凸輪軸的發(fā)動(dòng)機(jī)直接通過凸輪軸搖臂驅(qū)動(dòng)氣門，這樣凸輪軸轉(zhuǎn)速較高，同時(shí)可以保證進(jìn)排氣和傳動(dòng)效率、簡化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動(dòng)和

19、噪音等，因此應(yīng)用比較廣泛。凸輪軸根據(jù)安裝位置來分類，主要有下置，中置，頂置三類，下置式配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸位于曲軸箱內(nèi)，中置式的凸輪軸位于機(jī)體上部，上置式的凸輪軸位于氣缸蓋上。底置式一般為轉(zhuǎn)速較低的發(fā)動(dòng)機(jī)，所以農(nóng)機(jī)跟工程機(jī)械中應(yīng)用比較廣泛，頂置是目前發(fā)動(dòng)機(jī)主流的布置方式，頂置又分為單頂和雙頂，單頂置凸輪軸顧名思義就是在氣缸蓋上僅有唯一的一根凸根軸，沒有推桿和挺桿，因此減小了配氣機(jī)構(gòu)的慣性力的同時(shí)也減少了氣門產(chǎn)成顫動(dòng)的傾向和系統(tǒng)的變形量。而且單頂置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)還有另外一個(gè)特點(diǎn)，那就是運(yùn)動(dòng)質(zhì)量小，從而讓凸輪輪廓可以設(shè)計(jì)的比較陡一些，可以使氣門的打開和關(guān)閉更為迅速，保證有充分的時(shí)間停留在全開的位置上，有

20、利于發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣，提高容積效率，這樣也可同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，尤其是高速下的性能。雙頂置凸輪軸就是比單頂置凸輪軸在缸蓋上多安裝一跟凸輪軸，第一根用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門，第二根用于驅(qū)動(dòng)排氣門，省去了挺柱和推桿，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量得以大大減小。因此普遍應(yīng)用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，但正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且為拆裝缸蓋造成一定困難。正因?yàn)轫斨猛馆嗇S相對(duì)于下置，中置而言優(yōu)點(diǎn)眾多，現(xiàn)在大多數(shù)量產(chǎn)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)配備的是頂置式凸輪軸。2.2 凸輪軸傳動(dòng)與工作條件汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)然后帶動(dòng)凸輪軸運(yùn)動(dòng)。曲軸與凸輪軸之間的傳動(dòng)方式有三種，分別是齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒形膠帶傳動(dòng)。下置凸輪軸和中置凸輪軸與曲軸之間的傳動(dòng)主要通過

21、圓柱形正時(shí)齒輪的方式傳動(dòng)，一般從曲軸到凸輪軸只需要一對(duì)齒輪傳動(dòng)，也可以通過再增加1個(gè)中間惰輪，從而避免傳動(dòng)齒輪直徑過大。而正時(shí)齒輪采用斜齒輪，可以讓嚙合平穩(wěn)減少振動(dòng)和降低工作過程中的噪聲。鏈條傳動(dòng)常見于頂置凸輪軸與曲軸之間，但由于其工作可靠性和耐久性不如齒輪傳動(dòng)。在高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)上通常使用齒形膠帶代替?zhèn)鲃?dòng)鏈條，但在一些大功率發(fā)動(dòng)機(jī)上仍然使用鏈條傳動(dòng)。齒形膠帶具有工作噪聲小、工作可靠以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于雙頂置凸輪軸，一般是由正時(shí)齒形膠帶或鏈條由曲軸驅(qū)動(dòng)排氣凸輪軸，通過金屬鏈條由排氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣凸輪軸，又或者是進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸二者都由曲軸通過齒形膠帶或鏈條驅(qū)動(dòng)。凸輪軸工作條件和工作環(huán)境比較

22、惡劣，在應(yīng)力作用下凸輪軸與挺桿、氣門閥桿形成摩擦副，在工作過程中承受挺桿擠壓應(yīng)力作用，其次受到一定的彎矩和扭矩的作用，同時(shí)又要承受周期性變化的擠壓應(yīng)力以及與挺桿相接處產(chǎn)生的摩擦的作用力，也受到周期性的沖擊載荷和摩損。凸輪軸在工作過程中與挺柱配合接觸面應(yīng)力大，且摩擦?xí)a(chǎn)生熱，而散熱條件不好，容易出現(xiàn)撕裂、刮傷、剝落以及早期的磨損等。凸輪軸的主要失效形式為疲勞失效（黏著磨損及擦傷）、凸輪磨損、表面壓應(yīng)力反復(fù)作用造成塊狀剝落和麻點(diǎn)等。2.3凸輪軸的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)圖 21凸輪軸簡圖圖22為凸輪軸實(shí)物圖凸輪軸的主體部分就是一根軸，軸上附帶有數(shù)個(gè)凸輪，正是這些凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)其進(jìn)氣排氣的功能。軸的兩端分別作為

23、軸承支撐點(diǎn)以及與驅(qū)動(dòng)輪相連接，而凸輪側(cè)面呈雞蛋狀，雞蛋形狀的凸輪有利于實(shí)現(xiàn)汽缸充分的進(jìn)氣和排氣，具體來說就是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)盡可能的吸納新鮮的可燃混合氣，并盡可能地把燃燒后的廢氣排出汽缸。另外基于發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的考虐，氣門需要避免開閉動(dòng)作中的加減速過程所帶來的額外沖擊，否則會(huì)造成氣門的不可逆轉(zhuǎn)的損壞、持續(xù)的噪聲問題或是其它問題的生產(chǎn)。由于凸輪軸工作時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度高，因此凸輪軸需要有很高的強(qiáng)度，同時(shí)又因?yàn)橥馆嗇S需要承受的轉(zhuǎn)矩加大，所以對(duì)其可靠支撐發(fā)面要求也很高。而凸輪軸的材質(zhì)主要有鑄鐵跟碳鋼兩大類。為了降低凸輪軸的質(zhì)量，并提高凸輪軸的承受載荷能力，凸輪軸通常采用中空結(jié)構(gòu)。凸輪軸上加

24、工有潤滑油道，為凸輪軸，搖臂軸以及搖臂等部件提供潤滑。2.4 凸輪軸的主要技術(shù)要求分析圖23 凸輪軸主要尺寸圖1 支撐軸頸尺寸為，尺寸精度為IT6，表面粗糙度小于Ra0.60m，徑向圓跳動(dòng)小于0.04mm，圓柱度小于0.006mm，凸輪軸的長度公差為IT10，與中間軸頸相鄰的兩軸頸的頸向跳動(dòng)小于0.02。2 凸輪基圓尺寸為32.8±0.05，表面粗糙度為Ra0.4m ，凸輪基圓相對(duì)于基準(zhǔn)軸線的徑向圓跳動(dòng)小于0.04mm。3 鍵槽的尺寸:寬，深4mm，對(duì)稱度0.03mm；鍵槽平面相對(duì)于前后端軸頸的基準(zhǔn)軸線的平行度允許公差為0.02mm； 鍵槽側(cè)面表面粗糙度Rz3.2m，工作面

25、表面粗糙度Rz6.3m。4 兩端螺紋孔:螺紋孔為M12，采用基孔制；螺紋孔面軸線相對(duì)于支撐軸頸面的基準(zhǔn)軸線的同軸度允許公差為0.1mm。（見A3圖紙）5 止推面40±0.1，表面粗糙度Rz6.3m。2.5 凸輪軸的材料和毛坯的確定凸輪軸比較常用材料有鑄鐵、碳鋼、合金鋼等。鑄鐵主要有球墨鑄鐵、合金鑄鐵、冷激鑄鐵；碳鋼主要有中碳鋼、40鋼、45鋼、合金鋼40Cr等等。球墨鑄鐵一般用于單缸凸輪軸，合金鑄鐵一般用于高速凸輪軸。冷激鑄鐵取消熱處理，節(jié)約能源，加工余量較小，常用于轎車發(fā)動(dòng)機(jī)或汽油機(jī)凸輪軸。對(duì)于少量生產(chǎn)或試制時(shí)，也可利用相應(yīng)的棒料切削加工成型，但這樣材料的利用率很低。凸輪軸對(duì)材料的

26、要求較多，首先要有一定的彎曲疲勞強(qiáng)度和足夠的韌性，能承受一定的扭轉(zhuǎn)載荷，確保凸輪軸在工作中受力后無明顯的變形。其次是工作表面特別是凸輪表面要有較高的粗糙度、中等強(qiáng)度和硬度以及較好的耐磨性，避免凸輪軸在工作過程中產(chǎn)生磨損、刮傷、斷裂等嚴(yán)重缺陷。然后材料必須具備較好的耐磨性能以及加工時(shí)較好的切削加工性能。最后凸輪軸要具有準(zhǔn)確的尺寸，軸頸部分的材料要有中等的抗彎強(qiáng)度和抗扭轉(zhuǎn)載荷及中等的韌性和耐磨性。綜合比較各種材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、加工性以及經(jīng)濟(jì)等因素，此次凸輪軸選用材料為45鋼。凸輪軸的毛坯根據(jù)批量大小、尺寸、結(jié)構(gòu)及材料品種來決定。本次凸輪軸毛坯的直徑為53mm，長度為495mm。2.6凸輪軸

27、的機(jī)械加工工藝過程凸輪軸的機(jī)械加工是一個(gè)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，為保證凸輪軸機(jī)械加工工藝的合理，必須滿足其工藝設(shè)計(jì)原則：（1）在工藝的合理性的前提下，保證工藝具有先進(jìn)性，在保證產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)奏的前提，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，提升產(chǎn)品的競爭力。（2）如果經(jīng)濟(jì)條件允許，在關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備上，理應(yīng)選用國內(nèi)外先進(jìn)廠家的先進(jìn)設(shè)備。（3）在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，應(yīng)考慮將工藝的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合，降低生產(chǎn)成本。（4）設(shè)計(jì)工藝時(shí)還應(yīng)充分考慮各個(gè)加工環(huán)節(jié)的安全和操作者的方便性。（5）加工方法應(yīng)該與企業(yè)當(dāng)前的技術(shù)工人水平和加工設(shè)備適應(yīng)。（6）選定的加工方法應(yīng)該與工件材料的加工性能相適應(yīng)。（7）在生產(chǎn)進(jìn)度允許的情況下，盡可能考慮柔性生產(chǎn)

28、。除了加工工藝的合理性以外，工序順序的合理安排對(duì)零件的質(zhì)量影響也是比較大的。結(jié)合本文對(duì)凸輪軸加工和零件切屑加工順序原則進(jìn)行分析:（1）基準(zhǔn)先行，零件加工一般多從精基準(zhǔn)的加工開始，再以精基準(zhǔn)定位加工其它表面。凸輪軸作為旋轉(zhuǎn)軸類零件應(yīng)先銑端面加工兩端中心孔，然后再以中心孔作為精基準(zhǔn)，粗、精加工所有外圓表面。（2）先粗后精，先加工精度要求較高的主要表面，即先粗加工再半精加工各主要表面，最后再進(jìn)行精加工和光整加工。在對(duì)重要表面精加工之前，有時(shí)需對(duì)精基準(zhǔn)進(jìn)行修整，以利于保證重要表面的加工精度。（3）先主后次，根據(jù)凸輪軸的共用和技術(shù)要求，先將凸輪軸的主要表面如主軸頸，凸輪軸頸等和次要表面分開，然后先安排主

29、要表面的加工，再把次要表面的加工工序插入其中。次要表面一般指鍵槽、螺孔、等表面。這些表面一般都與主要表面有一定的相對(duì)位置要求，應(yīng)以主要表面作為基準(zhǔn)進(jìn)行次要表面加工，所以次要表面的加工一般放在主要表面的半精加工以后，精加工以前一次加工結(jié)束。（4）先面后孔，先銑端面在加工中心孔，比較穩(wěn)定可靠，也容易加工，有利于保證孔的精度。如果先加工孔，再以孔為基準(zhǔn)加工面，則比較困難，加工質(zhì)量也受影響。 凸輪軸的尺寸精度、各支承軸頸的同軸度、凸輪形狀精度以及位置精度的要求都很高?；诩庸すに嚨脑瓌t和加工工序的合理性要求，可以讓凸輪軸的整個(gè)加工工藝過程變得科學(xué)合理，凸輪軸的主要的加工表面可以大致確定為:主

30、軸頸，凸輪，小外圓，鍵槽等，凸輪軸的主要加工工序的順序可歸納為:銑兩端面；鉆中心孔；粗車主軸頸；粗、精磨軸頸、凸輪等。2.7 凸輪軸的機(jī)械加工工藝路線在進(jìn)行大量的工藝分析之后，制定出生產(chǎn)凸輪軸的加工工藝路線:（1）銑端面打中心孔（2）粗車主軸頸（3）凸輪軸頸粗加工（4）熱處理（5）校直（6）粗磨軸頸、凸輪等（7）精磨軸頸、凸輪等（8）探傷（9）拋光（10）清洗（11）下線檢查確定了凸輪軸的工藝路線后，對(duì)其的基準(zhǔn)進(jìn)行選擇，凸輪軸的定位基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)相統(tǒng)一重合，基準(zhǔn)的選擇是工藝設(shè)計(jì)過程中的重要工作之一。正確與合理的基準(zhǔn)，可以讓加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)成本得到控制，生產(chǎn)率得到提高。否則，不

31、但使實(shí)際生產(chǎn)過程中的錯(cuò)漏百出，甚至令最后生產(chǎn)的整批零件由于質(zhì)量問題而報(bào)廢，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。凸輪軸的粗基準(zhǔn)的在第一道工序銑端面打中心孔中選擇，工件毛坯外柱圓面及其一個(gè)側(cè)面作為粗定位基準(zhǔn)。這保證了后續(xù)加工余量的均勻性，同時(shí)也后續(xù)精加工的質(zhì)量。因?yàn)橥馆嗇S作為軸類零件，各支承軸頸、凸輪、凸輪軸頸、凸輪小外圓的加工等均是采用兩中心孔作為定位基準(zhǔn)，表面則是以軸的中心線作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，同時(shí)基于基準(zhǔn)重合原則應(yīng)選擇兩中心孔定位。而基于基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，多數(shù)工序的定位基準(zhǔn)應(yīng)采用中心孔，這樣能有利于加工端面和外圓。3 凸輪軸的機(jī)械加工工藝過程分析3.1凸輪軸的機(jī)械加工工藝特點(diǎn)及分析1)剛性差由于凸輪軸是細(xì)長軸，長頸比

32、較大，因此剛度差，通常凸輪軸主軸頸切削加工時(shí)工件兩端頂針頂著中心孔，然后用雞心夾夾在小頭，當(dāng)切削工件中間部分時(shí)容易出現(xiàn)較大的受力變形，還有表面的殘余應(yīng)力會(huì)引起變形，尤其在加工凸輪時(shí)，其變形最為明顯。凸輪軸在加工過程中的變形，很容易引起后續(xù)加工工序加工余量分配均勻性，如果變形過大會(huì)直接造成后續(xù)加工工序無法進(jìn)行，甚至?xí)沽慵苯又型緢?bào)廢。在設(shè)計(jì)凸輪軸工藝時(shí)，應(yīng)針對(duì)其易變性特性采取相應(yīng)的輔助措施和合理安排加工工序。 圖24 凸輪軸主軸頸加工如圖2-4 ，對(duì)凸輪軸主軸頸的粗精加工，由于主軸頸數(shù)量加多，而且分散在整個(gè)凸輪軸上，加工時(shí)，中間最容易出現(xiàn)明顯變形及殘余應(yīng)力， 針對(duì)這些情況應(yīng)采取以下措施: (1

33、) 可以通過輔助支承，比如托架等，來增強(qiáng)剛度，降低加工造成的變形和振動(dòng)。 (2) 采用小切削量或者分段加工減少變形。(3) 合理安排工位順序以減少加工變形。 (4)粗加工產(chǎn)生的變形在精加工中進(jìn)行修正，半精加工產(chǎn)生的變形在精加工中修正。2）加工難度大 ，技術(shù)要求高凸輪軸的整體加工路線較長，形狀相對(duì)復(fù)雜，精加工占比較高，凸輪軸的凸輪、支承軸徑、止推面都是不容易加工的。凸輪更是凸輪軸的加工難度最大的，不但技術(shù)要求較高，加工面多而且復(fù)雜，需要滿足它的尺寸、形狀、位置精度要求，凸輪的加工，要滿足其性能要求，不僅要求凸輪曲線升程滿足進(jìn)排氣門的開啟和關(guān)閉的規(guī)律曲線，還需要滿足凸輪的相位角要求，比如

34、說，第三進(jìn)氣相位角為13°。但凸輪的輪廓曲線上的各點(diǎn)相對(duì)其回轉(zhuǎn)中心的半徑是一直變化的。如果選用一般的機(jī)床加工，由于加工半徑的隨時(shí)改變必定 會(huì)引起機(jī)床的切削力和切削速度的變化，這勢必會(huì)使凸輪輪廓曲線出現(xiàn)誤差，從而導(dǎo)致凸輪的性能受到影響。因此凸輪軸加工時(shí)應(yīng)注意以下問題: A 正確分配粗加工、半精加工及精加工余量。B 粗基準(zhǔn)選擇用凸輪軸兩端的中心孔，中心孔的加工以主軸頸外圓作為基準(zhǔn)，這樣能保證凸輪軸加工頸向及軸向加工余量的均勻性。C 凸輪軸軸向定位以主軸頸軸肩定位，工藝設(shè)計(jì)時(shí)定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致。3.2凸輪軸主要加工工序分析3.3.1銑端面打中心孔銑端面打中心孔作為發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸加工

35、工藝的第一個(gè)比較重要的工序，將在鉆銑車組合車床上完成，若端面不平則中心鉆上的兩切削刃的受力不均，鉆頭可能引偏而折斷，因此采用先面后孔的原則。它的的加工質(zhì)量直接影響著后續(xù)加工工序的質(zhì)量，同時(shí)影響著凸輪軸的質(zhì)量和性能。本工序的中心孔作為后續(xù)各支承軸頸，凸輪，止推面的粗加工，半精加工到精加工以及凸輪軸的拋光等工序的定位精基準(zhǔn)，十分重要。在銑端面時(shí)，一般只限定5個(gè)自由度即刻，用2個(gè)V型塊限定4個(gè)自由度，軸向自由度是由凸輪軸軸頸前端面或后端面。目前普遍采用的是自定心定位加緊，密齒刀盤銑削。軸向尺寸保證后端面到毛坯的粗定位基準(zhǔn)尺寸和整個(gè)凸輪軸長度。主軸頸的加工凸輪軸主軸頸的加工常采用車削、熱處理、 磨削、

36、拋光的加工工藝，傳統(tǒng)粗加工多采用多刀車削工藝，但由于加工變形大、設(shè)備柔性差等問題，目前已逐步被CNC車削、外銑等加工方式所替代，磨削加工根據(jù)產(chǎn)量的大小，常采用多砂輪或單砂輪磨削，多砂輪磨削可以高效率地磨削凸輪軸支撐軸頸，CNC車削可以通過多觸點(diǎn)校直，有效控制凸輪軸主軸頸對(duì)兩端主軸頸跳動(dòng)量低于0.04mm圓柱度低于0.006mm。同時(shí)數(shù)控磨削可以運(yùn)用在線檢測技術(shù)，對(duì)零件的加工部位尺寸進(jìn)行監(jiān)控，并把對(duì)砂輪的自動(dòng)修整數(shù)據(jù)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，來控制砂輪的補(bǔ)償，確保加工部位的尺寸符合要求。凸輪軸頸的加工凸輪軸頸的粗加工常用凸輪仿形車床車削加工或CNC銑削加工，精加工采用凸輪磨床進(jìn)行磨削，傳統(tǒng)磨削采用靠模方式

37、磨削，目前隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，以采用無靠模的CNC軌跡跟蹤磨削，機(jī)床砂輪進(jìn)給軸和工件旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行插補(bǔ)磨削方式，完全取消了機(jī)械靠模，從而具有良好的柔性、加工精度較高。凸輪軸頸傳統(tǒng)加工流程:仿形多刀車 粗磨淬火半精磨、精磨靠模砂帶拋光，目前的加工流程: CNC無靠模外銑機(jī)床銑削凸輪淬火 CNC無靠模磨床CBN砂輪磨削凸輪柔性拋光凸輪。3.3.4凸輪的加工凸輪作是凸輪軸整個(gè)加工過程的重點(diǎn)難點(diǎn)，加工過程中要保證凸輪的尺寸精度要求，而且還有形狀精度和位置度要求，而其中形面的加工又是凸輪加工中最重要的部分。另外，凸輪的加工還要滿足其性能要求，不僅要求凸輪曲線升程滿足進(jìn)排氣門的開啟和關(guān)閉的規(guī)律曲線，還需要滿足

38、凸輪的相位角要求，如圖25，第三進(jìn)氣相位角為13°。但凸輪的輪廓曲線上的各點(diǎn)相對(duì)其回轉(zhuǎn)中心的半徑是一直變化的。如果選用一般的機(jī)床加工，由于加工半徑的隨時(shí)改變必定會(huì)引起機(jī)床的切削力和切削速度的變化，這勢必會(huì)使凸輪輪廓曲線出現(xiàn)誤差，從而導(dǎo)致凸輪的性能受到影響。圖 25 凸輪型線相位角但是隨著凸輪磨削技術(shù)的飛速發(fā)展，例如數(shù)控技術(shù)和CBN砂輪的應(yīng)用的提高，凸輪磨削的幾何尺寸的控制比較準(zhǔn)確，這個(gè)問題也得到了有效的解決。凸輪形面的粗加工目前在國內(nèi)主要是凸輪軸車床車削加工，也有采用銑削加工和磨削加工的。如采用液壓仿形凸輪銑床和雙靠模凸輪軸磨床，而雙靠模凸輪軸磨床有兩套靠模，當(dāng)砂輪直徑在一定范圍內(nèi)時(shí)

39、，使用第一個(gè)靠模來工作。當(dāng)砂輪磨損到一定程度時(shí)，靠模自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使用第二個(gè)靠模來工作。該磨床通過對(duì)砂輪直徑的控制來提高凸輪外形的精度，而且提高了凸輪形面的加工精度。 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸毛坯采用精鑄的方法制造，毛坯精度較高，切削量小，故采用磨削的加工工藝，簡化了凸輪形面的加工。凸輪形面的加工采用磨削的方法，在凸輪磨床上完成粗磨及精磨的加工。工件安裝在兩頂尖之間并以鍵槽做軸向定位，在支承軸頸處安裝輔助支承保證凸輪形面的加工精度。發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸形面的加工所采用的凸輪軸磨床是立方氮化硼磨床，該磨床能迅速地變換磨削的凸輪形狀，超過一般仿珩磨的生產(chǎn)率。機(jī)床具有較大的剛度，能承受大的工作負(fù)也使砂輪的利用更經(jīng)濟(jì)、合理。

40、由于立方氮化硼（CBN）砂輪的使用壽命高，因此，砂輪的直徑變化所造成的凸輪形狀誤差顯著減小，也大大提高了凸輪形面的磨削精度。 圖26 凸輪軸凸輪加工凸輪的加工以鍵槽作為定位基準(zhǔn)，全部凸輪的徑向偏角為7301130，凸輪高度為 ，基圓半徑為16.4±0.05，凸輪基圓軸線相對(duì)于兩中心孔基準(zhǔn)軸線的徑向圓跳動(dòng)為0.04mm。以第三對(duì)凸輪（圖26）為例，進(jìn)氣凸輪對(duì)稱中心線相對(duì)鍵槽對(duì)稱中心線的夾角為13°±30，兩凸輪對(duì)稱中心線夾角為93°±30。在精磨凸輪過程中需要注意在加工前應(yīng)用高壓氣槍吹出中心孔的鐵屑，并用棉紗擦拭中心孔，加工完后檢驗(yàn)工件

41、是否符合技術(shù)要求。 4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定4.1凸輪軸主要加工表面的工序安排輪軸的主要加工表面為主軸頸、凸輪、外圓；次要加工表面為兩端面、鍵槽。此外，還有還有檢驗(yàn)、清洗、去毛刺等工序。凸輪軸各主要表面的工序安排如下:（1）、主軸頸:粗車、精車、磨削；（2）、凸輪:粗車、粗磨、精磨；（3）、mm小外圓:粗車、精車、磨削。4.2機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定凸輪軸主軸頸工序尺寸及公差的確定表1凸輪軸主軸頸的工序尺寸及公差工序名稱工序余量經(jīng)濟(jì)精度工序尺寸及公差鑄造53±1粗車3.2mmIT11精車1.3mmIT8磨削0.5mmIT64.2.2凸輪軸小外圓工序尺寸及公差的

42、確定表2凸輪軸小外圓的工序尺寸及公差工序名稱工序余量經(jīng)濟(jì)精度工序尺寸及公差鑄造53粗車14mmIT1139-0.290精車3.5mmIT8磨削0.5mmIT6 4.3 凸輪軸機(jī)械加工工藝過程卡片的制訂填寫工藝卡片是制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程的最后一項(xiàng)工作，它主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的工序順序及內(nèi)容的填寫、工序簡略的繪制、合理選擇各工序所用機(jī)床設(shè)備的名稱與型號(hào)、工藝裝備的名稱與型號(hào)。表3發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸主要加工工藝過程工序號(hào)工序名稱基準(zhǔn)工序簡圖設(shè)備1銑端面打中心孔粗基準(zhǔn):前后兩支承軸頸毛坯外圓鉆床2粗車外圓及劃線兩個(gè)中心孔、小頭用輔助支撐CNC車床3粗切槽兩個(gè)中心孔、小頭用輔助支撐車床4正火正火生產(chǎn)線續(xù)表35

43、精車外圓兩個(gè)中心孔、小頭用輔助支撐CNC車床6粗車凸輪兩個(gè)中心孔、鍵槽CNC車床7粗磨外圓兩個(gè)中心孔、凸輪軸小外圓CNC磨床8精研中心孔臺(tái)鉆9精磨凸輪兩個(gè)中心孔 磨床10精磨大外圓兩個(gè)中心孔磨床或?qū)C(jī)11拋光、去毛刺兩個(gè)中心孔拋光機(jī)12探傷探傷機(jī)13 清洗、防銹清洗機(jī)續(xù)表314下線檢查5 總結(jié)與展望本文通過對(duì)F3000發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸加工工藝的了解分析和設(shè)計(jì)，合理選擇制定加工工藝以及工藝路線，并選擇經(jīng)濟(jì)合適的材料，有利于降低生產(chǎn)成本以及保證凸輪軸質(zhì)量。通過這次工藝分析設(shè)計(jì)，讓我結(jié)合到自己所學(xué)到的知識(shí)的同時(shí)，對(duì)機(jī)械加工藝方面的知識(shí)有了更加深刻的理解。凸輪軸作為配氣機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，其外形復(fù)雜，技術(shù)要求

44、很高，因此在加工過程中合理的選材、合理的定位基準(zhǔn)的選擇、合理的熱處理工藝的設(shè)計(jì)以及設(shè)備的選擇變得非常重要，在本次設(shè)計(jì)過程中，選用的材料為45鋼，第二道工序銑端面打中心孔凸輪軸實(shí)際加工選取的粗基準(zhǔn)為凸輪軸支承軸頸的毛坯外柱圓面及其一個(gè)側(cè)面，然后后面的加工精基準(zhǔn)的選擇是中心孔。凸輪軸的熱處理主要是正火和淬火，凸輪軸的支承軸頸和進(jìn)排氣凸輪表面進(jìn)行中頻淬火等。本畢業(yè)設(shè)計(jì)以發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸加工工藝為例，制定了相應(yīng)工藝，繪制了工藝圖，可直接指導(dǎo)生產(chǎn)過程加工，根據(jù)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品加工質(zhì)量達(dá)到產(chǎn)品圖紙要求、加工效率得到高、生產(chǎn)成本得到降低，對(duì)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)有著重要的意義。參考文獻(xiàn)1 王先逵編著.機(jī)械制造工藝學(xué)M. 第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.12 李洪編著.機(jī)械加工工藝手冊M.第一版.北京:北京出版社,1996.1 3 鞠魯粵編著.機(jī)械制造基礎(chǔ).第四版.上海:上海交通大學(xué)出版社,2007.84 趙程編著.機(jī)械工程材料M.第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.85 石楓編著.公差配合與技術(shù)測量.北京:理工大學(xué)出版社 2010.7 6 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊M.機(jī)