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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控編程
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2013年5月
凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控編程
摘 要
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要對(duì)軸類零件的數(shù)控磨削加工有所了解，凸輪軸是軸類零件中比較復(fù)雜的一種軸類。在磨削加工方面，凸輪軸也是比較難以加工的軸。本文則是從最開始的凸輪軸零件的工藝分析開始對(duì)凸輪軸進(jìn)行全方位的分析關(guān)于材料的選擇，毛坯的確定，熱處理選擇，基本尺寸以及表面粗糙度的確定都參考了大量的相關(guān)書籍進(jìn)行定性定量的選擇，中期的工序設(shè)定，以及關(guān)于加工步驟中的關(guān)于凸輪軸軸頸銑削的夾具設(shè)計(jì)，還有一些加工用量和加工余量的切削選擇和計(jì)算，最后還運(yùn)用了數(shù)控技術(shù)和仿真技術(shù)對(duì)凸輪軸零件最終在電腦上進(jìn)行數(shù)控模擬和仿真加工生成零件。
關(guān)鍵詞:凸輪軸；工藝設(shè)計(jì)；數(shù)控加工
III
CAM shaft parts of nc machining process design and NC programming
Abstract
This graduation design is aim to CNC grinding of shaft parts understand ,The camshaft is relatively complex shaft parts of a shaft .In the grinding process, the camshaft is also more difficult to machine shaft. This paper begins with the process analysis to parts of the camshaft camshaft all-round analysis about the choice of materials, the determination of blank heat treatment options, the basic size and the determination of surface roughness are qualitative quantitative reference a large number of related books, Medium-term process Settings, as well as processing steps of CAM shaft neck of milling fixture design, and some processing dosage and the selection and calculation of cutting machining allowance,Finally also use numerical control technology and simulation technology to nc camshaft parts eventually on the computer simulation and the simulation processing to generate parts.
Keywords：The camshaft；Process design；Numerical control processing
目 錄
1 緒論 1
1.1Pro/E和Mastercam9.0軟件的特點(diǎn)及主要功能 2
1.2數(shù)控技術(shù)的相關(guān)知識(shí) 2
1.3凸輪軸設(shè)計(jì)背景 5
1.4凸輪軸設(shè)計(jì)方法 5
1.5凸輪軸設(shè)計(jì)的作用 5
1.6凸輪軸設(shè)計(jì)的結(jié)果和意義 6
2 凸輪軸零件的工藝分析 7
2.1凸輪軸零件特點(diǎn) 7
2.2工藝設(shè)計(jì)原則及凸輪軸加工工藝分析 8
2.3小結(jié) 9
3 凸輪軸工藝設(shè)計(jì) 10
3.1工藝設(shè)計(jì) 10
3.2工藝特點(diǎn) 11
3.3 凸輪軸工藝分析 12
4 夾具的設(shè)計(jì) 14
4.1夾具的設(shè)計(jì) 14
4.2 端面車削 20
4.3凸輪軸頸磨削 21
本章小結(jié) 22
5 凸輪軸的數(shù)控磨削加工編程及仿真 23
5.1數(shù)控編程 23
5.2仿真加工 25
6 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得 31
致謝 32
參考文獻(xiàn) 33
附錄 36
1 緒論
1 緒論
凸輪軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中重要的零件，凸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量好壞，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
凸輪軸專司控制內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣門和排氣門開啟和關(guān)閉的時(shí)間。就其功能而言，凸輪軸多少年來(lái)都沒(méi)有什么改變。自從氣門控制的內(nèi)燃機(jī)問(wèn)世以來(lái)，直至今天凸輪軸還是以曲軸轉(zhuǎn)速之半運(yùn)轉(zhuǎn)。
但是，凸輪軸設(shè)計(jì)的發(fā)展從來(lái)都沒(méi)有停止過(guò):在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中，凸輪軸的位置已經(jīng)從下置式改成了上置式。上置式凸輪軸通過(guò)挺桿、圓柱齒輪、鏈條、搖臂或者輥?zhàn)与S動(dòng)件驅(qū)動(dòng)頂置式氣門。此外，由于采用多氣門的緣故，每一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)凸輪軸的數(shù)量也增加了。還開發(fā)了各種各樣可變氣門定時(shí)的凸輪軸。同時(shí)，在材料和制造工藝上也發(fā)生了改變。
近年來(lái)，又因環(huán)境保護(hù)的需要，正在開發(fā)低油耗、無(wú)污染的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。為解決汽車尾氣無(wú)污染排放問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速、高輸出功率，許多發(fā)動(dòng)機(jī)采用多氣門及配氣相位、氣門升程可變的結(jié)構(gòu)，這就增加了氣門彈簧的載荷。同時(shí)，為降低油耗及摩擦損耗，輪與搖臂間采用滾子結(jié)構(gòu)，凸輪與滾子的接觸面形成高壓力區(qū)。
另外，為達(dá)到汽車輕型化、低成本的目的，在不影響各個(gè)零件性能要求的前提下，應(yīng)該使零件盡可能簡(jiǎn)化加工、降低重量，材料使更趨合理。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件，尤其是凸輪軸的設(shè)計(jì)必須重新考慮，要求其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小，能承受更高接觸壓力，更好的耐膠著、耐點(diǎn)蝕、耐磨損的能力。在配氣機(jī)構(gòu)中，對(duì)凸輪軸各個(gè)部位的性能要求是不同的。
對(duì)于凸輪，要求耐磨損、耐膠著、耐點(diǎn)蝕;對(duì)于軸頸要求滑動(dòng)性能好；對(duì)于軸則要求剛性、彎曲、扭轉(zhuǎn)性能好。傳統(tǒng)的凸輪軸主要是鑄造或鍛造加工而成，各部位金屬性能相同。
這種由單一金屬組成的凸輪軸很難達(dá)到上述要求。因此，質(zhì)量小、加工成本低、材料利用合理的裝配式凸輪軸受到了業(yè)內(nèi)人士的高度重視。
目前在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，裝配式凸輪軸制造新技術(shù)已應(yīng)用于生產(chǎn)中。而且，這一改變進(jìn)程還沒(méi)有到達(dá)發(fā)展的盡頭，因?yàn)椴捎秒姶艢忾T驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的無(wú)凸輪軸內(nèi)燃機(jī)離成批生產(chǎn)還需要時(shí)間。
凸輪軸是一種不斷地加速和減速的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。這種加速和減速伴隨著能量的消耗。減輕凸輪軸的質(zhì)量可以對(duì)內(nèi)燃機(jī)節(jié)能發(fā)揮積極影響。所以今天凸輪軸上的創(chuàng)新往往與減輕重量分不開。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1.1Pro/E和Mastercam9.0軟件的特點(diǎn)及主要功能
Pro/Engineering是美國(guó)公司開發(fā)的軟件，該軟件能夠完整的展現(xiàn)某一產(chǎn)品從設(shè)計(jì)，加工到生產(chǎn)樣本的全部工作流程，讓所有的用戶同時(shí)進(jìn)行某一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作流程，讓所有的用戶同時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。
它是一款全方位的產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了眾多的功能。因此，自1988年問(wèn)世以來(lái)，及引起CAD（計(jì)算機(jī)輔助軟件）/CAE（計(jì)算機(jī)輔助教育）/CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）界的極大震動(dòng)。
Mastercam9.0是美國(guó)CNC Software,Inc公和司開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件。它是集二維繪圖，三維實(shí)體，曲面設(shè)計(jì)，體素拼合，數(shù)控編程，刀具路徑模擬及真實(shí)感模擬等功能于一身，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境要求較低，使用戶無(wú)論是在造型設(shè)計(jì)，CNC銑床，CNC車床，或CNC線切割等加工操作中，都能獲得最佳效果。
而且Mastercam9.0基于PC平臺(tái)，支持中文環(huán)境，價(jià)位適中，對(duì)于廣大的中小企業(yè)來(lái)說(shuō)是最理想的選擇。
1.2數(shù)控技術(shù)的相關(guān)知識(shí)
數(shù)控機(jī)床是采用數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行對(duì)工件的自動(dòng)生產(chǎn)制造的一種高效自動(dòng)化設(shè)備。
它最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)四十年代初期的美國(guó)的一個(gè)小公司，在制造飛機(jī)框架和直升機(jī)葉片時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)葉片輪廓的加工路徑精確地控制，直到1952年出現(xiàn)了世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床——直線插補(bǔ)連續(xù)控制的三坐標(biāo)立式銑床。
數(shù)控銑床主要用于加工平面和曲面輪廓的零件，還可以加工復(fù)雜型面的零件，如凸輪、樣板、模具、螺旋槽等。同時(shí)也可以對(duì)零件進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、锪和鏜孔加工。它有適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好，加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)自動(dòng)化程序高，生產(chǎn)效率高等等特點(diǎn)。
在利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)制造前，我們必須先了解數(shù)控系統(tǒng)的功能及規(guī)格，因?yàn)椴煌臄?shù)控系統(tǒng)在編寫數(shù)控加工程序時(shí)，在格式及指令上是不完全相同的，而且不同的機(jī)床也有不同的操作面板。我們必須對(duì)使用的銑床操作熟練，對(duì)CAD編程軟件的熟練使用。
接著我們首先要認(rèn)真分析零件圖，熟悉零件的加工工藝。選擇合要求、高效率的加工工藝；對(duì)其每個(gè)不同的加工選擇合理的刀具、夾具及切削用量、切削液。并CAD編程軟件設(shè)置好各參數(shù)，編好工件程序后，擬定數(shù)控銑削加工工序卡片，根據(jù)加工工序步驟，將對(duì)應(yīng)步驟的加工程序輸入到數(shù)控仿真銑床對(duì)零件進(jìn)行仿真加工，并確定無(wú)錯(cuò)誤便可到銑床車間將工件加工出來(lái)。
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。
從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：
1．高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)
2．五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展
3．智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)
數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。
在我國(guó)，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來(lái)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。
但是，我國(guó)在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問(wèn)題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、商品化進(jìn)程、市場(chǎng)占有率等方面情況尤為突出。
在新世紀(jì)到來(lái)時(shí)，如何有效解決這些問(wèn)題，使我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進(jìn)行列，使我們?cè)趪?guó)際競(jìng)爭(zhēng)中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。
在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，首先應(yīng)由工藝人員對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，制定零件加工的工藝規(guī)程，包括機(jī)床、刀具、定位夾緊方法及切削用量等工藝參數(shù)。同樣，在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，也必需對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，制定工藝規(guī)程，同時(shí)要將工藝參數(shù)、幾何圖形數(shù)據(jù)等，按規(guī)定的信息格式記錄在控制介質(zhì)上，將此控制介質(zhì)上的信息輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置控制機(jī)床完成零件的全部加工。
我們將從零件圖樣到制作數(shù)控機(jī)床的控制介質(zhì)并校核的全部過(guò)程稱為數(shù)控加工的程序編制，簡(jiǎn)稱數(shù)控編程。數(shù)控編程是數(shù)控加工的重要步驟。
理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖樣要求的合格零件，同時(shí)應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的利用與充分的發(fā)揮，以使數(shù)控機(jī)床能安全可靠及高效地工作。
一般來(lái)講，數(shù)控編程過(guò)程的主要內(nèi)容包括：分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編寫加工程序單、制作控制介質(zhì)、程序校驗(yàn)和首件試加工。
數(shù)控機(jī)床與加工，數(shù)控機(jī)床是按照事先編制好的數(shù)控程序自動(dòng)地對(duì)工件進(jìn)行加工的高效自動(dòng)化設(shè)備。數(shù)控加工就是將加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)輸入到機(jī)床，機(jī)床的控制系統(tǒng)對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算與控制，并不斷地向直接指揮機(jī)床運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)功能部件——機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu)發(fā)送脈沖信號(hào)，伺服機(jī)構(gòu)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大處理，然后由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，從而加工零件。所以數(shù)控加工的關(guān)鍵是加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)的獲取，即數(shù)控編程。
數(shù)控編程，數(shù)控程序的編制是指從分析零件圖樣開始到獲得正確的程序載體為止的全過(guò)程。
在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，首先要分析零件圖樣的要求、確定合理的加工路線及工藝參數(shù)、計(jì)算刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡及其位置數(shù)據(jù)；然后把全部工藝過(guò)程以及其他輔助功能(主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、切削液的開與關(guān)、變速、換刀等)按運(yùn)動(dòng)順序，用規(guī)定的指令代碼及程序格式編制成數(shù)控加工程序，經(jīng)過(guò)調(diào)試后記錄在控制介質(zhì)(或稱程序載體)上，最后輸人到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，以此控制數(shù)控機(jī)床完成工件的全部加工過(guò)程。
CNC程序中的每一指定皆有一定的固定格式，使用不同的控制器其格式亦不同，故必須依據(jù)該控制器的指令格式書寫指令，若其格式有錯(cuò)誤，則程序?qū)⒉槐粓?zhí)行而出現(xiàn)警示訊息。
CAM軟件是將加工零件以圖形形式輸人計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、前置處理，在屏幕上形成加工軌跡，及時(shí)修改，再通過(guò)后置處理形成加工程序輸人數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。自動(dòng)編程的出現(xiàn)使得一些計(jì)算繁瑣、手工編程困難、或手工無(wú)法編出的程序都能夠?qū)崿F(xiàn)。
然而本設(shè)計(jì)的零件銑床加工主要是用CAD軟件Mastercam9.0進(jìn)行零件的畫圖和程序的編制。然后通過(guò)軟件后處理出機(jī)床能識(shí)別的NC代碼進(jìn)行直接加工。
在自動(dòng)編程過(guò)程中，加工工藝決策是加工能否順利完成的基礎(chǔ)，必須依據(jù)零件的形狀特點(diǎn)、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，選擇最佳的加工方法、合理劃分加工階段、選擇適宜的加工刀具、確定最優(yōu)的切削用量、確定合理的毛坯尺寸與形狀、確定合理的走刀路線，最終達(dá)到滿足加工要求、減少加工時(shí)間、降低加工費(fèi)用的目的。
數(shù)控仿真加工，數(shù)控加工仿真軟件包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等虛擬制造系統(tǒng)同步仿真操作功能；還能對(duì)加工的工件進(jìn)行精確測(cè)量、智能測(cè)量等等的仿真操作。我們可以通過(guò)仿真軟件對(duì)零件進(jìn)行模擬加工，從而達(dá)到熟練各種數(shù)控機(jī)床的操作面板，而且通過(guò)仿真軟件還能對(duì)加工程序的校正和加工工藝的優(yōu)化，最終達(dá)到簡(jiǎn)化程序，減少加工錯(cuò)誤，提高加工效率。
1.3凸輪軸設(shè)計(jì)背景
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的就是要對(duì)軸類零件的半成品以后的磨削加工有所了解，也是為了鞏固所學(xué)的關(guān)于磨削加工的理論知識(shí),培養(yǎng)分析和解決問(wèn)題的能力,提高自己的數(shù)控加工軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)用能力，讓我們綜合運(yùn)用我們所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)控編程、機(jī)械制圖、CAD技術(shù)、機(jī)械制造工藝等知識(shí)，來(lái)完成凸輪軸零件的三維造型設(shè)計(jì)、凸輪軸零件工藝規(guī)程文件編制、相關(guān)數(shù)控程序編制和相關(guān)夾具的設(shè)計(jì)。
1.4凸輪軸設(shè)計(jì)方法
常規(guī)設(shè)計(jì)方法常規(guī)的設(shè)計(jì)方法就是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
他們是根據(jù)力學(xué)和數(shù)學(xué)建立的理論公式和經(jīng)驗(yàn)公式，運(yùn)用圖表和手冊(cè)等技術(shù)資料，以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖和編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，利用普通凸輪磨機(jī)床進(jìn)行加工。
創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)是以計(jì)算機(jī)為工具，以工程軟件為基礎(chǔ)，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。
如凸輪軸設(shè)計(jì)就是運(yùn)用proe輔助制圖，這樣就可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，就可以提高其生產(chǎn)效率，降低原材料的浪費(fèi)率。
1.5凸輪軸設(shè)計(jì)的作用
凸輪軸是在綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、機(jī)械制造原理、機(jī)械制造工藝、機(jī)械加工、數(shù)控編程等多門課程的總結(jié)。通過(guò)這一環(huán)境的訓(xùn)練，使我不但更加深入了解畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本理論、基本知識(shí)、而且學(xué)會(huì)使用這些理論、基本知識(shí)去了解解決工程中的問(wèn)題。凸輪軸是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)里的一個(gè)部件。凸輪軸的作用是控制氣門的開啟和閉合動(dòng)作。凸輪軸的主體是一根與汽缸組長(zhǎng)度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個(gè)凸輪，用于驅(qū)動(dòng)氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐 點(diǎn)，另一端與驅(qū)動(dòng)輪相連接。凸輪的側(cè)面呈雞蛋形。目的就是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成氣門的開、閉動(dòng)作，保證汽缸充分的進(jìn)氣和排氣。
1.6凸輪軸設(shè)計(jì)的結(jié)果和意義
凸輪軸設(shè)計(jì)的結(jié)果這次設(shè)計(jì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助制圖軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)。在提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，尋求最好的工藝方案，以至于減少砂輪的磨損。這些將在工藝和編程上得到體現(xiàn)。
凸輪軸設(shè)計(jì)的意義凸輪軸是一個(gè)精密零件，也是軸類零件中比較復(fù)雜的一種曲軸。它的磨削要求也比較嚴(yán)格，每一個(gè)凸輪的角度都要控制在公差范圍內(nèi)。但是還有一些復(fù)雜的問(wèn)題沒(méi)有得到改善，在工藝規(guī)程設(shè)計(jì)方面也欠佳，編程方面也不是很完好以及其他地方還存在很大的問(wèn)題。
2 凸輪軸零件的工藝分析
2 凸輪軸零件的工藝分析
2.1凸輪軸零件特點(diǎn)
凸輪軸生產(chǎn)線承擔(dān)每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的機(jī)加工，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上使用一根凸輪軸。
材料：20Cr，各主軸頸及端面的硬度HB180~240，凸輪HRC48.
2.1.1凸輪軸的三維圖和簡(jiǎn)圖
圖2.1凸輪軸三維圖
圖2.2凸輪軸二維圖
2.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸主要加工內(nèi)容和精度要求
a. 支承軸徑
前軸徑前端φ32.50-0.10，后端φ32.50-0.10，表面粗糙度Rz3.2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
中間軸徑φ32.50-0.10，表面粗糙度Rz3.2
后軸徑φ32.50-0.10，表面粗糙度Rz3.2
b. 凸輪
圖2.3凸輪形狀示意圖
圖中O點(diǎn)位凸輪旋轉(zhuǎn)中心。EA是以O(shè)點(diǎn)位中心的圓弧。
6個(gè)凸輪基圓尺寸為φ33.50-0.10，表面粗糙度Rz3.2。
各凸輪基圓相對(duì)與前后軸頸的基準(zhǔn)軸線的徑向跳動(dòng)允差0.03mm
各凸輪基圓相對(duì)與前后軸頸的基準(zhǔn)軸線的平行度允差0.01mm
各凸輪對(duì)稱中心線相對(duì)于鍵槽的相對(duì)位置偏差（相位角）±20′
凸輪型線誤差作用段±0.05mm
凸輪型線誤差作用段±0.02mm
一缸凸輪軸對(duì)鍵槽位置112°32′±20′
c. 鍵槽
寬50-0.14，深400.05，對(duì)稱度0.025
2.2工藝設(shè)計(jì)原則及凸輪軸加工工藝分析
(1)保證工藝具有合理的先進(jìn)性，再保證節(jié)拍的基礎(chǔ)上，吸收先進(jìn)技術(shù)提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
(2)對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)，優(yōu)先考慮國(guó)內(nèi)外可靠廠家的先進(jìn)設(shè)備。
(3)保證先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合，再保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低成本
(4)充分考慮各生產(chǎn)緩解的安全性和操作的方便性。
(5)在投資允許的情況下，盡量考慮柔性生產(chǎn)。
由于凸輪軸具有細(xì)長(zhǎng)且形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，技術(shù)要求又高，尤其是凸輪的加工，因此其加工工藝性較差。在凸輪軸的加工過(guò)程中，有兩個(gè)主要因素影響其加工精度。其一是易變形性，其二是加工難度大。
2.2.1易變形特性
從細(xì)長(zhǎng)軸的角度來(lái)說(shuō)，突出的問(wèn)題就是工件本身的剛度低，切削加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的受力變形，其表面殘余應(yīng)力也會(huì)引起變形。尤其是在加工凸輪和齒輪時(shí)，這種變形會(huì)更為顯著。
凸輪軸在加工過(guò)程中的變形，不僅影響到后續(xù)工序加工中的余量分配是否均勻，而且變形過(guò)大會(huì)導(dǎo)致后序加工無(wú)法進(jìn)行，甚至造成中途報(bào)廢。凸輪軸加工后的變形，將直接影響到裝配后凸輪軸的使用性能[2]。
因此，在安排其工藝過(guò)程時(shí)，必須針對(duì)工件易變形這一特點(diǎn)采取必要的措施。不僅要把各主要表面的粗精加工工序分開，以使粗加工時(shí)產(chǎn)生的變形在精加工中得到修整，半精加工中產(chǎn)生的變形在精加工中得到修正，還必須在加工過(guò)程中增設(shè)輔助支承以采取分段加工等措施，這是保證凸輪軸加工精度所必須解決的問(wèn)題。
2.2.2加工難度大
從形狀復(fù)雜的角度來(lái)說(shuō)，突出的問(wèn)題凸輪、齒輪這些復(fù)雜表面的加工。
對(duì)于這些表面，不僅有尺寸精度要求，還有形狀、位置精度要求，如采用普通的加工設(shè)備和一般表面常規(guī)加工方法，顯然是根本無(wú)法保證其加工質(zhì)量和精度的。
例如對(duì)于凸輪的加工，從滿足使用要求的角度來(lái)說(shuō)，既要求其相位角準(zhǔn)確又要求凸輪曲線升程滿足氣門開啟和關(guān)閉時(shí)升降過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但注意到凸輪曲線上的各點(diǎn)相對(duì)其回轉(zhuǎn)中心的半徑是變化的，當(dāng)選用一般的靠模機(jī)床加工時(shí)，由于加工半徑的變化，勢(shì)必引起切削速度和切削力的變化，加之工件旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性力和靠模彈簧張力的瞬間變化，將會(huì)使加工后的凸輪曲線產(chǎn)生形狀誤差，即曲線的升程誤差，從而直接影響凸輪軸的使用性能。
2.3小結(jié)
綜上所述，雖然各種方案都各有優(yōu)點(diǎn)，但其技術(shù)的不成熟或者成本問(wèn)題，都成為在國(guó)內(nèi)實(shí)施的困難?？紤]到成本及大批量生產(chǎn)，選擇成熟技術(shù)和成熟的設(shè)備，使工藝方案符合經(jīng)濟(jì)性與合理性原則。
3 凸輪軸工藝設(shè)計(jì)
3 凸輪軸工藝設(shè)計(jì)
3.1工藝設(shè)計(jì)
3.1.1定位基準(zhǔn)的選擇
對(duì)于一般的軸類零件來(lái)說(shuō)，其軸線即為它的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸遵循這一設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，由于凸輪軸各表面的加工難以在一次裝夾中完成，因此，減小工件在多次裝夾中的定位誤差，就成為保證凸輪軸加工精度的關(guān)鍵。本文采用兩頂尖孔作為軸類零件的定位基準(zhǔn)，這不僅避免了工件在多次裝夾中因定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換而引起的定位誤差，也可作為后續(xù)工序的定位基準(zhǔn)，即符合“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。
這種方法不僅使工件的裝夾方便、可靠。簡(jiǎn)化了工藝規(guī)程的制定工作，使各工序所使用的夾具結(jié)構(gòu)相同或相近，從而減少了設(shè)計(jì)、制造夾具的時(shí)間和費(fèi)用，而且有可能在一次裝夾中加工出更多表面。這對(duì)于大量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，不僅便于采用高效專用機(jī)床和設(shè)備以提高生產(chǎn)效率，而且也使得所加工的各表面之間具有較高的相互位置精度。
3.1.2加工階段的劃分與工序順序的安排
a. 加工階段的劃分
由于凸輪軸的加工精度較高，整個(gè)加工不可能在一個(gè)工序內(nèi)全不完成。為了利于逐步地達(dá)到加工要求，所以把整個(gè)工藝過(guò)程劃分為三個(gè)階段，以完成各個(gè)不同加工階段的目的和任務(wù)。
發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的加工的三個(gè)階段[3]：
(1) 粗加工階段包括車各支承軸頸、齒輪外圓軸頸和粗磨凸輪。該階段要求機(jī)床剛性好，切削用量選擇盡可能大，以便以提高生產(chǎn)率切除大部分加工余量。
(2) 半精加工是精車各支承軸頸和精磨齒輪外圓軸頸。該階段主要為支承軸頸齒輪的加工做準(zhǔn)備。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
(3) 精加工包括精磨各支承軸頸、止推面和凸輪以及斜齒輪加工。該階段加工余量和切削量小，加工精度高。
工藝編排：首先以φ32.5的毛坯面為定位基準(zhǔn)，然后以大端外圓的端面作軸向定位，具體每序的定位基準(zhǔn)和夾緊位置，見表3-1發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介。
b. 工序順序的安排
加工順序的安排與零件的質(zhì)量要求有關(guān)，工序安排是否合理，對(duì)于凸輪軸加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性都有很大影響。對(duì)于各支承軸頸是按粗車——精車——精磨加工的，對(duì)于是按凸輪粗磨——精磨加工的，對(duì)于斜齒輪是按粗車——精車——精磨——滾齒加工的。各表面的加工順序按從粗到精、且主要表面與次要表面的加工工序相互交叉進(jìn)行，從整體上說(shuō)，符合“先粗后精”的加工原則。
3.1.3凸輪形面的加工
在凸輪軸的加工中，最重要同時(shí)難度最大的是凸輪形面的加工。該形面的加工方法目前主要有車削和磨削兩種。
凸輪形面的粗加工目前在國(guó)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。如采用雙靠模凸輪軸磨床，機(jī)床有兩套靠模，當(dāng)砂輪直徑在一定范圍內(nèi)時(shí)，使用第一個(gè)靠模來(lái)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(lái)工作[4]。該磨床通過(guò)對(duì)砂輪直徑的控制來(lái)提高凸輪外形的精度，不僅提高了凸輪形面的加工精度，也使砂輪的利用更經(jīng)濟(jì)、合理。
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(jiǎn)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(guò)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)荷。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。
3.2工藝特點(diǎn)
發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸工藝特點(diǎn)：
a. 毛坯硬度高 （冷激區(qū)HRC45 非冷激區(qū)HB229~302）
b. 生產(chǎn)節(jié)拍 1.75分鐘
c. 輪軸數(shù)控車床用于支撐軸頸的粗加工
凸輪部分在鑄造時(shí)冷激，不需加工后淬火
d. 凸輪采用粗、精磨加工，以磨代車，凸輪輪廓直接磨削
e. 凸輪精加工采用全數(shù)控?zé)o靠磨磨削
f. 加工中主要定位基準(zhǔn)中心孔采用打孔后修磨，保證加工質(zhì)量
3.3 凸輪軸工藝分析
3.3.1生產(chǎn)綱領(lǐng) 生產(chǎn)類型
生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小對(duì)生產(chǎn)組織和零件加工工藝過(guò)程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動(dòng)化的程度，以及所應(yīng)選用的工藝方法和工藝裝備。
零件生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計(jì)算：
N=Qn(1+a%+b%)
由此公式可以算的凸輪軸的年生產(chǎn)量為5000件，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型的關(guān)系可以確定其生產(chǎn)類型是大批量生產(chǎn)。
表1生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型的關(guān)系
生產(chǎn)類型
零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）
重型零件
中型零件
輕型零件
單件生產(chǎn)
小批生產(chǎn)
中批生產(chǎn)
大批生產(chǎn)
大量生產(chǎn)
＜5
5～100
100～300
300～1000
＞1000
＜10
10～200
200～500
500～5000
＞5000
＜100
100～500
500～5000
500～50000
＞50000
3.3.2材料選擇
凸輪軸材料的選擇：由于軸的載荷通常是變載荷，或變應(yīng)力，故材料應(yīng)具有較好的強(qiáng)度和韌性；對(duì)軸的表面與支承有相對(duì)滑動(dòng)的軸，還須要求較好的耐磨性。
材料：常用材料與熱處理：凸輪軸常用材料是20Cr，20Cr的熱處理及主要機(jī)構(gòu)性能（參考）如表2
表2 20Cr主要機(jī)構(gòu)性能
材料牌號(hào)
熱處理
毛坯直徑mm
硬 度HBS
抗拉強(qiáng)度極限σb (Mpa)
彎曲疲勞極限σ-1(Mpa)
扭轉(zhuǎn)疲勞極限τ-1/Mpa
屈服極限σs/Mpa
20Cr
滲碳淬火
回火
15
30
≤60
表面HRC50~60
850
650
650
550
400
400
375
280
280
215
160
160
3.3.3 熱處理分析：
軸類零件的熱處理是保證軸類零件性能的重要工藝過(guò)程，它對(duì)軸類零件的如下性能有著直接的影響[6]：
a. 軸類零件的制造精度：組織轉(zhuǎn)變不均勻、不徹底及熱處理后形成的殘余應(yīng)力過(guò)大軸在熱處理后的加工、裝配和使用過(guò)程中的變形，從而降低軸的精度，甚至報(bào)廢。
b. 軸類零件的強(qiáng)度：熱處理工藝制定不當(dāng)、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設(shè)備狀態(tài)不完好，造成被處理軸的強(qiáng)度（硬度）達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
c. 軸的工作壽命：熱處理造成的組織結(jié)構(gòu)不合理、晶粒度超標(biāo)等，導(dǎo)致主要性能如軸的韌性、抗磨損性能等下降，影響軸的工作壽命。
d. 軸的制造成本：作為軸制造過(guò)程的中間環(huán)節(jié)或最終工序，熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差，大多數(shù)情況下會(huì)使軸報(bào)廢，即使通過(guò)修補(bǔ)可以使用，也會(huì)增加工時(shí)，從而增加了軸的成本。
凸輪軸材料是20Cr，對(duì)強(qiáng)度和韌性要求比較高，而表面易磨損需滲碳。滲碳的目的就是增加軸的耐磨性能、表面硬度、抗拉強(qiáng)度及疲勞極限。滲碳以后首先要進(jìn)行淬火，用來(lái)提高其硬度和強(qiáng)度極限。但淬火時(shí)會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力使之變脆，所以淬火以后必須要回火，回火的目的就是用來(lái)消除淬火后的脆性和內(nèi)應(yīng)力，提高其塑性和沖擊韌度。
但是對(duì)于凸輪軸來(lái)說(shuō)，半成品熱處理以前還有一道重要的工序，就是要對(duì)第一和第二個(gè)凸輪之間的外圓；第五和第六個(gè)凸輪之間的外圓用兩頂?shù)难b加方式進(jìn)行粗磨。這樣做是因?yàn)檩S類零件熱處理以后會(huì)產(chǎn)生變形，既保證其同軸度。以便在熱處理以后以這兩個(gè)外圓為基準(zhǔn)進(jìn)行校核。
4 夾具的設(shè)計(jì)
4 夾具的設(shè)計(jì)
4.1夾具的設(shè)計(jì)
磨床夾具按其通用化的程度和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為通用夾具、專用夾具、組合夾具和成組可調(diào)夾具等等。凸輪軸加工時(shí)采用的是傳動(dòng)夾頭，屬于組合夾具類型。
組合夾具是在夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工藝裝備。它是由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件組裝而成的。這些元件有各種不同的形狀、不同規(guī)格的尺寸，它們相互配合部分的尺寸精度高、硬度高、耐磨性好，且具有完全的互換性。根據(jù)加工工藝的要求，可通過(guò)選擇和使用標(biāo)準(zhǔn)元件和組合元件，很快裝配出機(jī)械加工、檢驗(yàn)、裝配等所需的夾具來(lái)。使用完畢，可方便地拆卸、清洗、存放、留待以后再使用。
組合夾具的特點(diǎn)：
1、靈活多變；
2、保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率；
3、節(jié)省人力和物力；
4、減少夾具存放面積。
組合夾具的元件按其用途不同可以分為八大類，即：基礎(chǔ)元件、支承元件、定位元件、導(dǎo)向元件、壓緊元件、緊固元件、輔助元件及合件。其中，緊固元件包括各種螺栓、螺釘、螺母和墊圈等，這些緊固元件均為常用的標(biāo)準(zhǔn)件。
本次夾具設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用于對(duì)凸輪軸的凸輪軸頸進(jìn)行加工。由于凸輪軸在工作中需要很高的轉(zhuǎn)速承受很大的轉(zhuǎn)矩，因此對(duì)凸輪軸軸頸的強(qiáng)度和可靠支撐方面的要求很高。而軸頸的同軸度需要也很高。由于進(jìn)行大批量生產(chǎn)同一種凸輪軸所以設(shè)計(jì)一套專用的夾具。
凸輪軸的材料為20Cr且由于凸輪軸頸的位置應(yīng)該運(yùn)用銑磨加工比較好。
該零件在數(shù)控磨銑加工前，工件是一個(gè)經(jīng)過(guò)加工半圓槽的凸輪軸材料，凸輪軸上的半圓槽可以進(jìn)行定位裝夾，無(wú)需進(jìn)行另做工藝孔進(jìn)行定位。
凸輪軸的組成幾何元素之間關(guān)系清楚，條件充分，編程時(shí)，所需基點(diǎn)坐標(biāo)很容易求得。凸輪軸頸的的外輪廓面只要與加工刀具只有有垂直度的要求，只要提高裝夾精度，使凸輪軸頸與銑刀軸線垂直， 加工凸輪軸頸的同軸度即可保
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
證。
在設(shè)計(jì)夾具體的時(shí)候傳動(dòng)板上的錐度孔要達(dá)到一定的高度才能在裝夾時(shí)保證凸輪軸磨銑的同軸度，因此傳動(dòng)板的高度，中心孔的位置要自己設(shè)計(jì)，最后的夾具體，如圖4.1所示。
圖4.1 夾具圖
傳動(dòng)夾頭由非標(biāo)準(zhǔn)件手柄、定位銷、定位板、彈簧、螺母、壓蓋、定位螺釘、傳動(dòng)板和標(biāo)準(zhǔn)件圓柱銷、螺釘組合而成。
圖4.2 傳動(dòng)板
傳動(dòng)板是整個(gè)夾具的夾具體，也是夾具的關(guān)鍵部位如圖4.2所示，它上面有一個(gè)錐度孔，用來(lái)裝夾凸輪軸的錐形端面。錐度孔和錐度面有自鎖，在磨削時(shí)對(duì)凸輪軸進(jìn)行夾緊，限制其自由度。
圖4.3 定位板
定位板是通過(guò)定位螺桿固定在傳動(dòng)板上，它的作用是用來(lái)放置定位銷(如圖4.3)所示。
圖4.4 手柄
手柄是用來(lái)裝定位銷的，以便于定位銷在使用時(shí)方便。(如圖4.4)所示
圖4.5 定位銷
定位銷是在加工時(shí)對(duì)凸輪軸進(jìn)行定位，裝夾時(shí)定位銷應(yīng)放在凸輪軸裝夾端的鍵槽內(nèi)，限制凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)的自由度。(如圖4.5)所示。
(如圖4.6，4.7)所示為夾具圖的裝配三維圖和夾具圖的分解三維圖。
圖4.6 夾具三維裝配圖
圖4.7 夾具三維分解圖
西安工業(yè)大學(xué)大學(xué)北方信息工程學(xué)院
機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
凸輪軸
零件名稱
凸輪軸
共 頁(yè)
第 頁(yè)
材料牌號(hào)
45鋼
毛坯種類
鑄件
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
1
每臺(tái)件數(shù)
備注
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
工段
設(shè)備
工藝裝備
工時(shí)
準(zhǔn)終
單件
1
銑端面打中心孔
銑端面打中心孔
鉆銑組合機(jī)
2
校直
壓床
3
粗車軸頸外圓
車支承軸頸外圓等
凸輪軸軸頸車床
4
鉆孔
鉆 φ7 孔
鉆床
5
校直
校直
壓床
6
磨軸頸外圓
磨軸頸外圓
外圓磨床
7
車側(cè)面
車凸輪側(cè)面和連接軸頸等
凸輪軸車床
8
校直
校直
壓床
9
磨螺紋外圓
磨螺紋軸頸外圓等
外圓端面磨床
10
磨軸頸
磨五個(gè)支承軸頸外圓
外圓磨床
11
銑鍵槽
銑鍵槽
鍵槽銑床
12
粗磨凸輪
磨凸輪
凸輪磨床
13
銑螺紋
銑螺紋
螺紋銑床
14
去毛刺
去螺紋兩端毛刺
去毛刺機(jī)
15
清洗
清洗
清洗機(jī)
16
檢查
中間檢查
17
淬火
支承軸頸、螺紋表面淬火
18
淬火
凸輪、偏心輪淬火
19
修中心孔
修中心孔
立式鉆床
20
校直
校直
壓床
21
半精磨凸輪
磨凸輪
凸輪磨床
22
校直
校直
壓床
23
精磨端面止推面
精磨端面和止推面
端面外圓磨床
24
精磨軸頸
精磨支承軸頸外圓
外圓磨床
25
精磨凸輪
精磨凸輪
凸輪磨床
26
修正
修整螺紋和去毛刺
27
拋光
拋光
拋光機(jī)
28
校直
校直
壓床
29
清洗
清洗 清洗機(jī)
30
終檢
終檢
表4.1 加工工藝卡片
4.2 端面車削
a. 背吃刀量ap
應(yīng)選擇盡量大的背吃刀量，盡量在一次走刀中，把本工序加工應(yīng)切除的加工余量切除掉。在粗加工時(shí)，當(dāng)加工余量過(guò)大或工藝系 統(tǒng)剛性較差時(shí)，也可分兩次走刀。
在這一道工序中采用一次進(jìn)刀：
選取ap的進(jìn)刀量為0.33
b. 進(jìn)給量f
定義：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具與工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量。
查表選取f為0.16
c. 切削速度v
式中 cv, xv, yv, 為系數(shù)，m為指數(shù),ap為背吃刀量，f為進(jìn)給量，修正系數(shù)kv取值為1。
查有關(guān)手冊(cè)，查得cv=189.8, xv=0.15, yv=0.20, m=0.20
計(jì)算得出v=2.37m/s
d. 加工工時(shí)
根據(jù)凸輪軸的零件圖得出l=27mm 查表4.6的l1=5mm，取l2=2mm
Tj=(l+l1+l2)/（f*nw）
=(27+5+2）/2.37
=14.34s
由于有兩個(gè)端面需要車削，所以車削端面所用工時(shí)為Tj總=14.34*2=28.68s
4.3凸輪軸頸磨削
a. 背吃刀量ap
應(yīng)選擇盡量大的背吃刀量，盡量在一次走刀中，把本工序加工應(yīng)切除的加工余量切除掉。在粗加工時(shí)，當(dāng)加工余量過(guò)大或工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，也可分兩次走刀。
在這一道工序中采用一次進(jìn)刀：
所以ap的進(jìn)刀量選取為0.99
b. 進(jìn)給量f
定義：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具與工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量。
進(jìn)給量的選擇與背吃刀量也有關(guān)，在已選定背吃刀量為0.99的前提下，查有關(guān)手冊(cè)，選擇進(jìn)給量為：0.8mm/r
c. 切削速度uc
uc＝πD n粗/1000
式中 D——刀具直徑
n———加工時(shí)的速度
查有關(guān)手冊(cè)，取加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速為400r/mm。
所以，
uc＝πD n粗/1000
＝π×1.98×400×/1000
＝2.48mm/r
d. 加工工時(shí)Tj
根據(jù)凸輪軸的零件圖得出l=17mm 查表4.3的l1=10mm，取l2=2mm Tj=(l+l1+l2)/（f*nw）
=(17+10+2）/2.48
=11.69s
由于凸輪軸頸被凸輪分成五部分所以加工工時(shí)Tj總=11.69*5=58.46s
本章小結(jié)
本章對(duì)凸輪軸的特點(diǎn)、作用、結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行了具體詳細(xì)的分析，讓人對(duì)凸輪軸有了進(jìn)一步的了解，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際要求確定了生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)類型及工藝路線，并進(jìn)行了夾具設(shè)計(jì)。
本章設(shè)計(jì)中夾具設(shè)計(jì)是一大重點(diǎn)，也是一大難點(diǎn)。普通軸的加工一般不需要設(shè)計(jì)夾具，直接用卡盤夾緊，或用兩頂尖固定即可，但凸輪軸的加工不可如此，它需要設(shè)計(jì)專門的夾具。這也體現(xiàn)了凸輪軸加工的難度及重要性。
5 凸輪軸的數(shù)控磨削加工編程及仿真
5 凸輪軸的數(shù)控磨削加工編程及仿真
5.1數(shù)控編程
數(shù)控磨的編程是通過(guò)角度的一個(gè)升程表來(lái)自動(dòng)完成的，所以升程表里的每一個(gè)角度都要準(zhǔn)確無(wú)誤，要不就會(huì)升程一個(gè)不同角度的升程。
表4 凸輪升程表
α
H（mm）
α
H（mm）
α
H（mm）
α
H（mm）
α
H（mm）
25.15
0
30
0.1006
35
0.4189
40
0.9675
45
1.7687
25.5
0.0005
30.5
0.1225
35.5
0.4631
40.5
1.0358
45.5
1.8639
26
0.0031
31
0.1466
36
0.5097
41
1.1066
46
1.9621
26.5
0.0078
31.5
0.1728
36.5
0.5585
41.5
1.18
46.5
2.0631
27
0.0146
32
0.2013
37
0.6097
42
1.2561
47
2.1672
27.5
0.0236
32.5
0.2320
37.5
0.6633
42.5
1.3347
47.5
2.2743
28
0.0347
33
0.2649
38
0.7193
43
1.4160
48
2.3844
28.5
0.0479
33.5
0.3
38.5
0.7776
43.5
1.5
48.5
2.4977
29
0.0633
34
0.3374
39
0.8385
44
1.5868
49
2.6142
29.5
0.0809
34.5
0.3770
39.5
0.9017
44.5
1.6764
49.5
2.7340
編制數(shù)控加工程序是是使用數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)重要技術(shù)工作，理想的數(shù)控程序不僅應(yīng)該保證加工出符合零件圖樣要求的合格零件，還應(yīng)該使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機(jī)床能安全、可靠、高效的工作。
下面是凸輪軸的一段加工程序
一、程序頭是程序的起始階段，他是執(zhí)行程序的一個(gè)輔助工作，主要包含：刀具的起始點(diǎn)、主軸的正反轉(zhuǎn)、主軸的速度、冷卻液的開關(guān)。
N0000(MAIN PROGRAM)
G54 G90
G00 X-150 Y0.U0.V0.Z0
二、程序主體是程序的主要部分，他主要包含：進(jìn)刀點(diǎn)、切入點(diǎn)。
1、進(jìn)刀
M28
G04 F1.0
R2=0.00
R29=R131
2、切入
這一步是砂輪逐步磨削，逐漸成型。
G90
G00 SUPA X=R900
G00 SUPA Z=R901
R95=270.00 R96=52.00
AF90
G90 G00 X=R103
M22
G04 F=1.0
AA40:
IF $A_IN[10]==1 GOTOF AA34
G91 GOO Z-0.01
IF $AA_IW[Z1]<=47.0 GOTOF AA32
GOTOB AA40
AA34:
IF $A_IN[10]==0 GOTOF AA33
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
G91 G00 Z-0.01
GOTOB AA34
AA33:
G04F1.0
G91 G01 Z0.15 F20.0
IF $_IN[10]==GOTOF AA32
AA35:
IF $A_IN[10]==1 GOTOF AA36
G91 G01 Z-0.001 F20.0
GOTOB AA35
AA36:
M23
G91
G00 Z=R300
G90
G00 X=R299
M22
G04 F=1.0
AA51
IF $A_IN[10]==1GOTOF AA50
G91 G00 Z-0.01
IF $AA_IW[Z1]<=70 GOTOB AA32
GOTOB AA51
AA50:
IF $A_IN[10]==0 GOTOF AA52
G91 G00 Z-0.01
GOTOB AA50
AA52:
G04 F=1.0
G91 G01 Z0.15 F20.0
IF $A_IN[10]==O GOTOF AA32
AA53:
IF $A_IN[10]==GOTOG AA54
G91 G00 Z-0.01 F20.0
GOTOB AA53
AA54
M23
G90
G00 X270.0
G04 F1.0
G91 G00 Z=R162
AF10
R130=R130+1
IF R130<>R29 GOTOF AA46
AF11
G04 F1.0
AA32
M23
G04 F1.0
AA46
G90 G00 SUPA X=R900
G90 G00 SUPA Z=R901
R95=270.00 R96=52.00
AF90
G04 F1.0
三、程序結(jié)尾是是程序的結(jié)束部分，主要包含主軸的停止、程序的結(jié)束并返回到程序的起始位置、刀架退到安全地方。
M05;
M01;
T0606;
M30;
5.2仿真加工
由于本人對(duì)于Mastercam軟件還正在學(xué)習(xí)中對(duì)于一些復(fù)雜的應(yīng)用正在學(xué)習(xí)，而且凸輪軸的零件仿真加工屬于較復(fù)雜的的零件加工，所以關(guān)于凸輪軸上的凸輪的仿真加工還不熟悉。
5.2.1 讀取文檔
仿真加工是從Pro/E 系統(tǒng)中輸出凸輪軸零件的IGES 格式文件；在Mastercam9.0 系統(tǒng)中將凸輪軸零件的IGES 格式文件轉(zhuǎn)換成MC9 格式文件。在菜單欄中選擇回主功能表/檔案/檔案轉(zhuǎn)換/IGES/讀取。
5.2.2 坐標(biāo)處理
進(jìn)行坐標(biāo)處理選取側(cè)面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)使刀具面與凸輪軸的軸頸垂直。然后建立第二個(gè)圖層，繪圖建立邊界盒（如圖5.1），畫直線選取斜對(duì)稱的兩點(diǎn)端點(diǎn)。然后在轉(zhuǎn)換中進(jìn)行平移，選擇斜直線的中點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行重合。使凸輪軸的中點(diǎn)與坐標(biāo)中點(diǎn)進(jìn)行重合（如圖5.2）。
圖5.1 邊界盒
圖5.2 轉(zhuǎn)移原點(diǎn)
5.2.3 曲面曲線處理
建立第三個(gè)圖層，取消第二圖層。繪畫中選取曲面曲線然后選取要加工的面，點(diǎn)選執(zhí)行。
5.2.4 加工坯料
在菜單欄選擇刀具路徑，工作設(shè)置，系統(tǒng)彈出工作設(shè)置對(duì)話框，選取使用邊界盒。然后點(diǎn)選確定。
5.2.5 凸輪軸的圓槽粗加工
選取刀具路徑，曲面加工，粗加工，挖槽粗加工，選取要加工的面（如圖5.3，5.4）
圖5.3 加工選取面
圖5.4 刀具選取圖
點(diǎn)擊執(zhí)行，彈出曲面粗加工挖槽刀具參數(shù)對(duì)話框，鼠標(biāo)放在空白處，單擊從刀庫(kù)中選取刀具，然后點(diǎn)擊曲面加工參數(shù)選取加工面的預(yù)留量，安全高度和參考高度。最后在挖槽粗加工參數(shù)中輸入Z軸的最大進(jìn)給量以及刀間距，選取要使用的刀具的走刀路線圖。
串聯(lián)選取路線，點(diǎn)擊執(zhí)行等待加工生成走刀路徑。（如圖5.5）
圖5.5 編輯框
最后生成刀具路徑（如圖5.6）
圖5.6 實(shí)體驗(yàn)證
5.2.6 加工凸輪軸鍵槽
同理參照5.2.4加工凸輪軸的鍵槽，生成（如圖5.7）
圖5.7 左端鍵槽圖
5.2.7 后置處理（生成NC 程序）
在菜單欄選擇刀具路徑，操作管理在彈出的對(duì)話框中單擊后處理按鈕，系統(tǒng)彈出后處理程式對(duì)話框，選擇打開儲(chǔ)存NC 檔、編輯，單擊確定按鈕，系統(tǒng)彈出輸入程序名對(duì)話框，輸入程序名， 單擊保存按鈕，修改并保存。 最后生成（如圖5.8）的程序編程
圖5.8 程序生成圖
6 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得
6 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我深刻理解到了數(shù)控技術(shù)對(duì)于我國(guó)的工業(yè)發(fā)展的重要性，在這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們暴露出了很多的問(wèn)題和不足，對(duì)于實(shí)踐能力的應(yīng)用還有所欠缺的，經(jīng)過(guò)十五周的凸輪軸零件的二維和三維畫圖、編程與加工設(shè)計(jì)，讓我明白設(shè)計(jì)的過(guò)程并不是簡(jiǎn)單的書上知識(shí)的照搬照套,一個(gè)零件的加工設(shè)計(jì)與加工的材料、刀具等等緊密聯(lián)接。想要成功地完成凸輪軸零件的編程與加工，使加工的零件各部分尺寸精度和表面質(zhì)量均達(dá)到零件圖樣的技術(shù)要求。必須使整個(gè)設(shè)計(jì)工藝方案選擇合理，程序編制正確，計(jì)算好各個(gè)加工參數(shù)，在加工過(guò)程中嚴(yán)格按照操作規(guī)程，用防真軟件驗(yàn)證程序沒(méi)有錯(cuò)誤，并保證實(shí)際加工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)撞刀或運(yùn)動(dòng)干涉的現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)凸輪軸的數(shù)控加工設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)控加工的整個(gè)過(guò)程有了更全面的理解。首先經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)中選擇刀具，我對(duì)數(shù)控機(jī)床工具系統(tǒng)的特點(diǎn)和數(shù)控機(jī)床刀具材料和使用范圍有了較深的了解。
在設(shè)計(jì)加工工藝方案過(guò)程中，我也進(jìn)一步了解了工件定位的基本原理、定位方式與定位元件及數(shù)控機(jī)床用夾具的種類與特點(diǎn)，對(duì)教材中有關(guān)定位基準(zhǔn)的選擇原則與數(shù)控加工夾具的選擇方法有了更深的理解。
再是，這次的設(shè)計(jì)我能利用自動(dòng)編程軟件Mastercam9.0對(duì)零件進(jìn)行造型、加工軌跡生成、后置處理等應(yīng)用，使我對(duì)Mastercam軟件的應(yīng)擁有了更深的理解，但是我又是初學(xué)對(duì)于一些比較復(fù)雜的加工方法和仿真形成還是不太熟悉，導(dǎo)致我對(duì)與凸輪軸的凸輪部分加工仍有一些疑惑，不會(huì)加工。這也是我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的一個(gè)大的不足和漏洞。但是我仍然不會(huì)放棄，我會(huì)在接下來(lái)的時(shí)間里對(duì)Mastercam軟件的繼續(xù)學(xué)習(xí)，進(jìn)行更加深入的研究。爭(zhēng)取在以后的時(shí)間里對(duì)我的零件進(jìn)行更深一步的完善。
通過(guò)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，我真正的把理論的知識(shí)與實(shí)際零件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)相結(jié)合。使教材中所學(xué)到的許多內(nèi)容在實(shí)踐中得到了印證，讓自己從中吸收了不少的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。看到自己經(jīng)過(guò)多次調(diào)試、修改并最終完成了對(duì)凸輪軸零件的一些比較局部的表面的加工。
致謝
致 謝
經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有任導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起在任老師小組下畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們的互相幫助和支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
在此，我要感謝我的導(dǎo)師，本設(shè)計(jì)及論文是在任老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴(yán)肅的教學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精