汽车发动机凸轮轴加工工艺与夹具设计-钻凸轮轴油孔
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汽车发动机凸轮轴加工工艺及
钻凸轮轴油孔
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附录1 外文翻译基于事例推理的夹具设计研究与应用摘要:根据基于事例的设计方法,提出采用工序件的特征信息和夹具的结构特征信息来描述夹具的相似性,并建立了包括这2方面主要特征信息为基础的事例索引码,设计了事例库的结构形式,创建了层次化的事例组织方式;同时,提出了基于知识引导的夹具事例检索算法,以及事例的修改和采用同族事例码进行相似事例的存贮,形成了基于事例推理的夹具设计.所开发的原型系统在型号工程夹具设计等项目的设计过程中得到了应用,并取得了令人满意的使用效果.关键词: 基于事例的推理 夹具设计 CAD夹具是以确定工件安全定位准确为目的的装置，并在加工过程中保持工件与刀具或机床的位置一致不变。因为夹具的结构依赖于产品的特点和在企业规划中加工工序的地位,所以它的设计是制造过程中的瓶颈,制约着效率的提高. 夹具设计是一个复杂的过程,需要有从大量的设计论文中了解质量知识的经验，这些设计论文包括工件的结构设计、涉及加工工艺，和加工环境。当用这些擅长绘制详细设计图的传统的CAD工具（如Unigraphics、CATIA、Pro/E)时,这仍然是一项非常耗时的工作，但是利用以往的设计经验和资源也不能提供一些益处,而这正是提高效率的关键因素. 基于事例推理 (CBR) 的方法适应以往个案解决的办法,建立一个新问题的方法,主要有以下四步骤:检索、利用、修改,并保留.这是一个比用专业系统模仿人类思维有用的使用方法，因为提出一个类似的情况,和采用一些修改,似乎不言自明,而且比人类更直观.所以支持不同事例的设计工具已经在诸多领域中发展起来，如在注射成型及设计、建筑设计、模具设计投死, 规划过程中,还有夹具设计. 孙用六个数字组成代码参数,包括工件的形状、机械部分、轴衬,第一定位装置,第二定位装置和夹紧装置. 但这个系统不能用于除钻床夹具外的其他夹具类型,不能解决储存需要保留的同一参数代码的问题,这在CBR中是非常重要的. 1事例参数和事例图书馆的建立1.1事例参数事例参数应该由工件的所有的特征组成，来区别不同的夹具. 使用他们能够使操作方便. 因为零件的形状是多种多样的, 在生产企业中制造的技术要求也不断发展,许多特征作被用做事例参数将会使搜索速度降低,其主要特征是不重要的,因为分配给每个特征的比重必须减少. 另一方面,事例参数包含所有的特征是困难的。 因此,考虑到实际和快速设计的需求,事例参数要包含工件的主要特征和夹具的结构。事例参数代码由16位数组成：13位数是事例特征 3位数是事例识别数字。 前13位数代表13个特征。 每个数字与特征的一个属性相一致,这可能是*、？、1、2，A、B,，Z，等其中的一个。其中，*是指任何一个,?代表不确定,0代表没有。 系统规定:夹具的类型，工件的形状，位置模式不能是*和?。在设计系统时,三个项目的属性信息没有这些选择,这就意味着必须选择确定的属性。最后三位数是事例识别号码,如果事例特征的13位数是一样的,这三个数字就用来区别他们。该系统还规定:000是用于修正的一个典型事例,其他事例001、002、,这些是用于设计师查找参考事例的. 如果其中一个偶尔需要改变成典型事例,首先它必须要求改成000,前面的自动变成参考事例. 事例索引码的结构如图1所示。 1夹具类型； 6工件重量； 11夹紧模型； 2工件形状； 7工件刚度； 12夹具体； 3工件材料； 8加工内容； 13其他； 4批 量； 9过程所有物； 14到16事例识别码； 5工件比例； 10定位模型； 图1 事例索引码的结构1.2事例库事例库由许多预定义的事例组成。事例的描述是基于事例推理的最重要的问题之一。所以由索引码复合。1.3 事例的层次化夹具的结构相似被认为是整个夹具，成分和内容相似。所以，整个夹具事例库，成分事例库，夹具的成分事例库形成相同。整个夹具的设计资料通常是由工件资料和工件加工资料组成,这就意味着夹具的设计应满足特别功能的需求.全部夹具事例是由功能成分组成，它是用功能成分的名字和数字来进行描述的。成分事例代表成员（成分功能和其他结构成分，主要驱动参数，数字，和它们的约束关系）。成分事例（夹具的最低层）是功能成分和和其他成分的结构。在现代夹具设计中有很多参数化准件和普通非标准件。所以成分事例图书馆应记录特殊参数和保持它们的方法。2事例修改的策略在基于事例的夹具设计中，最重要的是相似点的修改，这样能有助于获得最相似的事例，以及缩短适应时间。根据夹具设计的需求，事例修改的策略使最接近的事例方法和知识指导结合起来。首先在深度上查找，然后在宽度上；知识指导策略意味着在来自客观事物根源的知识规则上查找，这就要首先查找固定类型，然后查找工件的形状，第三查找定位方法。例如，如果事例索引码包括夹具类型的磨削夹具，就只查找所有的磨削夹具，然后查找工件形状的盒子，第三查找一个平面两个销的定位方法。如果没有合适的，就查找深度标点，然后回到最上层，然后再找所有与宽度相关的事例。 修改方法：1） 根据夹具事例库的事例索引信息，查找有关事例库。2） 将事例索引码与事例库的每个事例码匹配，然后计算相似尺寸的价值。3） 整理相似尺寸的次序，最大的架子是最类似的事例。两个事例之间的相似点是基于两个事例特征之间的相似点。相似点尺寸的计算依靠特征的类型。相似点的价值可以通过数字化的价值来计算，例如比较重量分别是50kg 和 20kg的工件。非数字化的价值也能计算，例如，现在前13位索引码都是非数字化的价值。一个夹具的相似尺寸的计算公式如下：其中S表示通用夹具的相似尺寸，n表示索引特性数，表示每个特性的重量，表示事例库中特性和相关夹具的特性的相似尺寸。同时， ，数值计算如下： 其中表示第i个特征的索引特性值，表示事例库中第j个事例的第i个特征的特性值。 所以有两种方法选择相似夹具。一个方法是建立数值。如果通用事例的相似尺寸值比给定的数值小，这些事例就不能选来作相似事例。事例库最初建立的时候，只有一些事例，数值可以建小一点。如果有大量的相似事例，数值就应该建的大一些。另外一个方法是只建立相似事例的数字（例如10），这是类型单里相似尺寸的最大值。3 事例的修改和存储3.1事例的修改 夹具设计中相似事例的修改包括以下三个阶段：1） 成分的替代2） 保持形式不变，调整成分的特性3） 模型重新设计如果夹具的成分是普通的物品，它们能通过使用工具被修改，代替以及删除，这些已经被设计好了。3.2事例的存储 在将一个新的事例保存到事例库之前，设计者必须考虑保存是否有价值。如果这个事例不能增加系统的知识，就没有必要把它保存到事例库里。如果它有价值的话，设计者在保存之前必须分析一下，看看这个事例是否作为标准事例或参考事例被存储了。一个标准事例是一个描述同族事例主要特征的标准。一个同族事例是有事例库中索引码前13位相同而最后三位不同的那些事例组成的。一个标准事例的最后三位通常是“000”。一个参考事例属于同族标准事例，最后三位用不同数字区分。从被解释的概念中，可采用以下方法：1）如果一个新的事例和任何一个存在的事例族一致，和一个存在的标准事例的前13位数相同，那么这个事例就不能存储因为已经这种标准事例了。或者只能作为一个参考事例保存（最后三位不是“000”，而且和其它的不一样）在事例库中。 2）如果一个新的事例和任何一个存在的事例族一致，并且被认为代替这个事例族要比以前的标准事例好，那么这个标准事例就被这个新的事例代替，以前的标准事例作为一个参考事例保存。 3）如果一个新的事例和任何一个存在的事例族不一致，一个新的事例族将会自动产生，并作为标准事例保存到事例库中。4夹具设计中基于事例推理的过程根据夹具设计的特性，夹具设计的基本信息，例如夹具的名字，零件，生产和设计者等等，必须先输入。然后，输入或设计工件的模型。输入有关工件的细节信息，建立事例索引码，然后CBR开始依靠相似尺寸查找相似事例，选出最相似的事例。如果需要的话，事例要满足通用性设计，再存储到事例库中。程序流程图如图2所示 图2 基于事例推理的夹具设计流程图5基于事例推理的夹具设计说明这是一个工件如图3所示。材料是45钢，底座，形状为块状，生产批量为中批等。需要设计成一个用来旋转孔的旋转夹具。图3 需要设计夹具的一个工件（最大尺寸80mmx49mmx22mm）工件的特征值，属性值，事例索引码和重量在表1中列出。 表1 工件的事例索引码和重量 特征名称 特性值 索引码 重量 夹具类型 车床夹具 1 100 工件形状 块状 9 90 工件材料 中碳钢 3 70 批量 中批 2 60 工件比例 小 5 60 工件重量 轻 5 60 工件刚度 硬度强 1 60 加工内容 孔 3 80 程序要求 完成加工 3 70 定位方法 三个平面 1 100 夹紧方法 不确定 ？ 90 夹具体 复合 4 80 其他 没有 0 60 通过查找和计算相似点，最相似的事例的事例索引码是19325513321402000，细节信息在表2中列出。 表2 最相似事例的事例索引码特征名称 特性值 索引码夹具类型 车床夹具 1 工件形状 块状 9 工件材料 中碳钢 3 批量 中批 2 工件比例 小 5 工件重量 轻 5 工件刚度 硬度强 1 加工内容 孔 3 程序要求 完成加工 3 定位方法 三个平面 1 夹紧方法 不确定 ？ 夹具体 复合 4 其他 没有 0 相似点的计算如下： 所以夹具的相似尺寸值是0.806，这是在事例库中用于设计的最相似的事例，最相似的事例的结构如图4所示图4 最相似的夹具当成分替代，修改定位模型和夹紧模型，以及调节相关尺寸之后，新的夹具被设计出来，图形如图6所示 图5 需要设计的新夹具因为在事例库中没有相似夹具，新夹具被储存到事例库中。事例索引码是19325523311402000。6 结论 基于事例推理，作为一个问题解决的方法，是一个比模仿人类思想的专业系统更有效的方法，已经在很多难获取知识的领域里得到发展。基于事例推理的优点如下：它和人类的思想很相似；一个事例库通过保存新事例获得自学能力，它比有惯例库更快更容易，它可以更好的传递和解释新的知识，这和惯例库有很大的不同。基于事例推理中提出的一个夹具设计的框架已经被实行了，使用的是支持基础数据的VC+，UG电脑绘图软件。这个框架也已经和普通成分库和典型夹具库结合起来。这个发展的标准系统，用于航空项目，帮助夹具设计者提高设计效率和重新使用先前的设计资源。9 毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部机电工程系专业、班级指导教师姓名职称从事专业机械设计是否外聘是否题目名称汽车发动机凸轮轴加工工艺及专用夹具设计一、 课题研究现状,选题的目的、依据和意义研究现状：凸轮轴是机车发动机上的一个重要零件，它对各气缸的进、排气门的开启和关闭起控制作用，同时，还用来驱动分电器，汽油泵等辅助装置。选题目的、依据和意义：我的毕业设计课题是凸轮轴的工艺工装，凸轮轴对其工作要求、部分精度较高，如轴上的油孔的加工、法兰盘孔的加工等。凸轮轴的工艺过程，我们尽量做到清晰明了，在保证表达清楚的基础上，尽量做到简练。在此设计中，巩固了机械制造专业的专业知识，学习机械加工工艺、夹具设计、金属切削原理与刀具及金属切削机床。在此，我们设计了两套钻床夹具，并进行了一些机构的设计，如分度机构、顶尖机构、液压传动机构等，还借用了机床尾座、手轮等大量通用件，既有利于加工，又节省不少力气。其中，夹具设计需要保证被加工面的位置精度；减少辅助时间，提高劳动生产虑；扩大机床的使用范围；实现工件的装夹加工并减轻劳动强度，改善工作条件，保证了生产安全。此次设计，由于我的水平有限，难免会出现错误，望读者进行批评指正。是对大学四年所学知识的检测、总结与应用。这次的设计过程是提高机械设计与创新能力的体现，同时是对所学习过的理论知识与设计过程的结合。二、 设计（论文）的基本内容,拟解决的主要问题基本内容：汽车发动机凸轮轴加工工艺及专用夹具设计加工工艺过程，加工过程中的具体用量的计算，加工夹具的设计。拟解决的主要问题：加工过程中加工余量和切削用量的计算，夹具装夹的计算，零件的选择。三、 技术路线（研究方法）1.查阅相关文献资料了解课题。2.对比分析现有几个设计方案，选择最适合本次设计的方案。3.设计夹具。4.根据选择的设计方案，进行总体设计。5.完成设计图纸和说明书，准备答辩。四、 进度安排14 周调研收集资料，并查阅相关文献，确定设计方案； 58 周初步进行总体设计，确定各部分组成，绘制草图； 910周各零部件的校核，CAD出图； 1112周整理打印设计说明书，并让老师对图纸和说明书审查； 13周对图纸和说明书，做最后修改，准备答辩。五、 参考文献1王季琨 沈中伟 刘锡珍.机械制造设计工艺学M.天津大学出版社,19842倪森寿.机械制造工艺与装备M.化学工业出版社,2002 3魏抗民 王晓宏.机械制造工艺装备M.重庆大学出版社,19984梁炳文 .机械加工工艺与窍门M .机械工业出版社,20015王启平.机械机造工艺学M.哈工大工业大学出版社,20006王光斗 王春福.机床夹具设计手册S.燕山大学 洛阳工学院,19997符炜.切削加工手册S 湖南科学技术出版社,20018吴宗泽.机械零件设计手册S.机械工业出版社,2004六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日摘 要我的毕业设计课题是凸轮轴的工艺工装，凸轮轴对其工作要求、部分精度较高，如轴上的油孔的加工、法兰盘孔的加工等。凸轮轴的工艺过程，我们尽量做到清晰明了，在保证表达清楚的基础上，尽量做到简练。在此设计中，巩固了机械制造专业的专业知识，学习机械加工工艺、夹具设计、金属切削原理与刀具及金属切削机床。在此，我们设计了两套钻床夹具，并进行了一些机构的设计，如分度机构、顶尖机构、液压传动机构等，还借用了机床尾座、手轮等大量通用件，既有利于加工，又节省不少力气。其中，夹具设计需要保证被加工面的位置精度；减少辅助时间，提高劳动生产虑；扩大机床的使用范围；实现工件的装夹加工并减轻劳动强度，改善工作条件，保证了生产安全。此次设计，由于我的水平有限，难免会出现错误，望读者进行批评指正。关键词：凸轮轴；钻床夹具；分度机构；液压传动机构AbstractMy graduation project subject is a craft frock of the camshaft, the camshaft is by their job requirements. To the precision being relatively high, for instance, oil processing of hole of axle. Processing of the hole of the ring flange, etc., the course of the camshaft, we try our best to accomplish clearly, on the ground of guaranteeing to express clearly. Try ones best to accomplish as perfect as crystal. In the course of design, consolidate our knowledge about mechanism manufacturing, and I have grasped mechanic craft, tongs design, the principle of metal cutting tools and the metals cutting the machine tools. In this design, we have designed two sets of drilling machines digs. In the design, I have designed some sets of mechanisms. Such as, graduation organization, top structure, hydraulic transmission mechanism and so on. I take advantage of lathe tail flat also, as large amount of common parts, such as handwheel favorable to process and so on. Save much strength. Among them, the tongs design demand guarantee which is processed the position accuracy; Reduce to lend support the time and increasements labor produce, extend the usage scope of the machine tools. Realize the work piece pack to clip to process to combine alleviative labor strength, improve the work term and guarantee the production safety. This design, because we have limited level. Unavoidable to appear some mistakes, so I hope that readers can make some re-comments.Keyword: camshaft; drilling machines digs; graduation organization; hydraulic transmission mechanism目 录1 零件的功用与结构分析11.1 零件的功用11.2 凸轮轴的结构特点和技术要求11.2.1 各种凸轮轴的技术要求11.2.2 以发动机该凸轮轴为例具体说明12 生产类型的确定33 确定毛坯的种类44 机械加工工艺路线的拟定54.1 加工工艺路线的分析54.1.1 凸轮加工工艺分析64.1.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排64.1.3 加工工艺路线的拟定64.2 工艺方案比较与分析85 确定机械加工余量 工序尺寸及公差96 确定切削用量 工件定额切削力及功率106.1 钻孔106.2 扩孔107 夹具的设计127.1 法兰盘孔的夹具设计127.1.1 工件的加工工艺性分析121、工件属于轴类零件，结构形式简单122、确定定位方案，设计定位元件133、确定设计导向元件134、确定夹紧方式和设计夹紧机构145、确定夹具体157.1.2 夹具体部件设计分析151、顶尖部分设计152、齿条传动部分设计153、液压缸设计157.2 绘制夹具装配图161、确定并标注有关尺寸162、与安装有关的技术要求163、零件图的技术要求的定制167.3 夹具体的设计步骤171、研究原始资料，明确设计任务172、对工件加工工艺的分析173、夹具设计方案的设计184、加工精度的分析188 量规的设计209 刀具的设计219.1 铰刀的直径D及直径公差219.2 铰刀的齿数及槽数219.3 铰刀的几何角度219.4 工作部分的尺寸229.5 铰刀非加工部分的结构尺寸2210 CAD绘图简单说明23结论24致谢25参考文献26附录A Metal-Cutting Process and Machining27附录B 金属切削加工和机械加工325摘 要我的毕业设计课题是凸轮轴的工艺工装，凸轮轴对其工作要求、部分精度较高，如轴上的油孔的加工、法兰盘孔的加工等。凸轮轴的工艺过程，我们尽量做到清晰明了，在保证表达清楚的基础上，尽量做到简练。在此设计中，巩固了机械制造专业的专业知识，学习机械加工工艺、夹具设计、金属切削原理与刀具及金属切削机床。在此，我们设计了两套钻床夹具，并进行了一些机构的设计，如分度机构、顶尖机构、液压传动机构等，还借用了机床尾座、手轮等大量通用件，既有利于加工，又节省不少力气。其中，夹具设计需要保证被加工面的位置精度；减少辅助时间，提高劳动生产虑；扩大机床的使用范围；实现工件的装夹加工并减轻劳动强度，改善工作条件，保证了生产安全。此次设计，由于我的水平有限，难免会出现错误，望读者进行批评指正。关键词：凸轮轴；钻床夹具；分度机构；液压传动机构AbstractMy graduation project subject is a craft frock of the camshaft, the camshaft is by their job requirements. To the precision being relatively high, for instance, oil processing of hole of axle. Processing of the hole of the ring flange, etc., the course of the camshaft, we try our best to accomplish clearly, on the ground of guaranteeing to express clearly. Try ones best to accomplish as perfect as crystal. In the course of design, consolidate our knowledge about mechanism manufacturing, and I have grasped mechanic craft, tongs design, the principle of metal cutting tools and the metals cutting the machine tools. In this design, we have designed two sets of drilling machines digs. In the design, I have designed some sets of mechanisms. Such as, graduation organization, top structure, hydraulic transmission mechanism and so on. I take advantage of lathe tail flat also, as large amount of common parts, such as handwheel favorable to process and so on. Save much strength. Among them, the tongs design demand guarantee which is processed the position accuracy; Reduce to lend support the time and increasements labor produce, extend the usage scope of the machine tools. Realize the work piece pack to clip to process to combine alleviative labor strength, improve the work term and guarantee the production safety. This design, because we have limited level. Unavoidable to appear some mistakes, so I hope that readers can make some re-comments.Keyword: camshaft; drilling machines digs; graduation organization; hydraulic transmission mechanism目 录1 零件的功用与结构分析11.1 零件的功用11.2 凸轮轴的结构特点和技术要求11.2.1 各种凸轮轴的技术要求11.2.2 以发动机该凸轮轴为例具体说明12 生产类型的确定33 确定毛坯的种类44 机械加工工艺路线的拟定54.1 加工工艺路线的分析54.1.1 凸轮加工工艺分析64.1.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排64.1.3 加工工艺路线的拟定64.2 工艺方案比较与分析85 确定机械加工余量 工序尺寸及公差96 确定切削用量 工件定额切削力及功率106.1 钻孔106.2 扩孔107 夹具的设计127.1 法兰盘孔的夹具设计127.1.1 工件的加工工艺性分析121、工件属于轴类零件，结构形式简单122、确定定位方案，设计定位元件133、确定设计导向元件134、确定夹紧方式和设计夹紧机构145、确定夹具体157.1.2 夹具体部件设计分析151、顶尖部分设计152、齿条传动部分设计153、液压缸设计157.2 绘制夹具装配图161、确定并标注有关尺寸162、与安装有关的技术要求163、零件图的技术要求的定制167.3 夹具体的设计步骤171、研究原始资料，明确设计任务172、对工件加工工艺的分析173、夹具设计方案的设计184、加工精度的分析188 量规的设计209 刀具的设计219.1 铰刀的直径D及直径公差219.2 铰刀的齿数及槽数219.3 铰刀的几何角度219.4 工作部分的尺寸229.5 铰刀非加工部分的结构尺寸2210 CAD绘图简单说明23结论24致谢25参考文献26附录A Metal-Cutting Process and Machining27附录B 金属切削加工和机械加工32引言毕业设计是大学生在校期间的最后的关键所在，它既是对所学知识的一次全面性考查，也是我们真正动手、模拟真实环境下的设计过程，这就使我们对本专业的设计工作有一次更深刻的认识，从而，为今后的工作奠定了扎实的基础。为了切实地做好毕业设计，我们结合了以往的生产现场的实际情况，并通过查找大量的资料和教科书等工具书，编写了这套夹具设计说明书。它通过工艺规程的设计，进一步的明确了机车配气导块的加工程序。通过编写夹具、量具、刀具设计说明书，进一步阐明了设计思路，巩固了所学的多种知识。本次设计编制了一套中批生产的工艺规程。简单实用的夹具设计更体现了经济技术指标在设计中的重要地位。设计工作是一项细致、艰苦、复杂、涉及面十分广泛的工作，它不仅巩固了所学的知识，更提高和锻炼了我们的计算能力、绘图能力等综合能力。但是由于我学时和水平有限，设计中难免存在一些缺点和错误，在此，恳请各位老师批评指正设计者：毕波2006.061 零件的功用与结构分析1.1 零件的功用凸轮轴是机车发动机上的一个重要零件，它对各气缸的进、排气门的开启和关闭起控制作用，同时，还用来驱动分电器，汽油泵等辅助装置。1.2 凸轮轴的结构特点和技术要求各种发动机凸轮轴的结构基本差不多，主要差别是凸轮轴的数量、形状和位置不同，其中以四缸、六缸、八缸发动机的凸轮轴用的最多。就凸轮轴的结构特点而言，其形状复杂，长径比大，工件刚性较差。1.2.1 各种凸轮轴的技术要求1）支承轴颈的尺寸精度及各支承轴颈间的同轴度。2）止推面对于支承轴线的垂直度。3）凸轮轴基面的尺寸精度和相对于支承轴颈的轴线的同轴度。4）凸轮的位置精度。5）凸轮的形状精度。1.2.2 以发动机该凸轮轴为例具体说明1）支承轴颈 两个支承轴颈的外圆尺寸82 mm表面粗糙度Ra0.4 m.。2）凸轮 1，2，4，5位的凸轮基圆尺寸R500.2，3，6位的凸轮基圆尺寸R450.02，表面粗糙度Ra0.8 m。3）法兰盘孔左右法兰盘孔尺寸为mm。4）轴上油壁孔轴上油壁孔尺寸为8 mm。2 生产类型的确定根据设计认为书所给定的原始资料来确定生产类型。设计任务书给出的资料显示并按车间的工作情况及工件的重量可知，按产量可分单位生产、小批量生产、中批量生产及大批量生产。由金属机械加工工艺人员手册表15-5查 零件重48KG100KG，且年产量为3000件，属于中批量生产。根据该生产特性可以初步确定零件的机械加工工艺过程，由于中批量生产，一般采用高效机床和专用机床；对刀具一般采用通用刀具，也可以根据工厂实际情况采用专用刀具；量具采用专用量具；夹具使用专用夹具及辅助夹具来提高生产率，同时节省了人力、物力，达到经济可行的目的。3 确定毛坯的种类在制定工艺规程时，正确的选择毛坯具有重要意义。它不仅影响毛坯的制造工艺设备及制造费用，还影响零件的机加工工艺，设备和刀具的消耗及工时订额。正确的选用毛坯需要毛坯制造和机加工工艺人员紧密配合，兼顾冷热加工两个方面的要求。由于发动机工作时，凸轮轴承受气门开启的周期性冲击载荷。所以，要求凸轮轴和支承轴颈表面应耐磨，凸轮轴本身应具有足够的韧性和刚性。为此，凸轮轴的主要工作表面需经热处理。对于凸轮轴材料目前国内外主要选用铸铁（冷硬铸铁，可淬硬铸铁，球墨铸铁）和钢（中碳钢，渗碳钢）。在国外，冷硬铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件高负荷的场合，这在英国较为普遍，可淬硬的低合金铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件低负荷的场合，这在美国较为普遍，高合金铸铁和特殊合金铸铁凸轮轴则多用于高速发动机。对于钢凸轮轴，一般是选用中碳钢和渗碳钢经热模锻制坯。就毛坯精度来说，铸件的精度明显的高于锻件。目前，国内外普遍趋向于精铸和精锻。鉴于此，该凸轮轴选用50Mn材料毛坯由精锻而成。4 机械加工工艺路线的拟定机械加工工艺规程的制定，可分为两大步骤1）拟定零件的加工工艺路线；2）确定每道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备及切削用量和工时定额。4.1 加工工艺路线的分析在凸轮轴的加工过程中的加工精度，其中受两个主要因素的影响：1）变形从细长角度来说，突出的问题就是工件本身的刚度低。切削加工时产生较大的受力变形，其表面余应力也会影响其变形，尤其在加工凸轮时，这种变形更为显著。另一方面，采用材料为钢的凸轮轴在主要工作表面精加工产生变形。凸轮轴在加工过程中的变形，不仅影响到后工序加工的余量分配是否均匀，而且变形过大会导致后续加工无法进行，甚至造成中途报废。凸轮轴加工后的变形，将直接影响到装配后凸轮轴的使用性能。因此，在安排其工艺过程时，必须针对工件变形这一特点采取必要的措施，不仅要把各主要表面的精度加工工序分开，以使粗加工事故时产生的变形在半精加工中得修正，半精加工的变形在精加工中也得以修正。2）加工难度大从形状复杂角度来讲，突出的问题就是凸轮的表面的加工。对于这些表面，不仅有尺寸精度要求，还有形状位置要求。如采用普通的加工设备和一般表面常规的加工方法，显然是无法保证其加工质量和精度。例如对凸轮的加工，从满足使用要求的角度来讲，既要求其相位角准确又要求凸轮曲线的行程满足气门开启和关闭时升降过程的运动为规律，但要注意到凸轮曲线上的各点相对其转的中心是变化的。当试用一般的靠模机加工时，由于加工半径的变化，势必引起切削速度与切削力的变化，这样将会使加工后的凸轮曲线产生形状误差，从而影响凸轮的使用性能。4.1.1 凸轮加工工艺分析定位基准的选择一般常规的方法是采用两顶尖作为轴类零件的定位基准。这样避免了工件在多次装夹具中固定基准的转换而引起的误差，也可以作为后续工序的定位基准，即符合“基准同意”的原则。1）粗基准的选择粗基准的选择是否合理，不仅关系到工件的装夹是否方便、可靠，也关系到精加工中能否保证加工精度。该凸轮轴加工中粗基准是铣两端面并打中心孔时定位基准的选择，其目的是加工出后续工序的精基准。为保证后续工序余量均匀，选用支承轴颈的毛坯外圆柱面及一个侧面作为定位基准。2）精基准的选择在凸轮轴的加工过程中，精基准选择有下面两种情况：对于各支承轴颈、外圆表面的粗加工、半精加工、精加工均以两顶尖孔作为精基准进行定位的；钻孔时以两支承轴颈作为基准进行定位。4.1.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排1）加工阶段的划分由于凸轮轴的加工精度较高，整个加工不可能在一个工序内全部完成。为了利于逐步达到加工要求，必须把整个工艺过程分几个阶段。该凸轮轴加工分为以下三个阶段：粗加工阶段包括车各支承轴颈、车凸轮钻通孔、钻法兰盘孔；半精加工阶段包括凸轮轴外形的初磨；精加工阶段包括凸轮外形、支承轴颈的二次磨削。2）工序顺序的安排对于凸轮、支承轴颈，是按车初磨精磨的顺序加工的。各表面加工顺序从粗到精，且主要表面与次要表面加工工序相互交叉进行，而从整体上说又符合“先粗后精”的原则。4.1.3 加工工艺路线的拟定综上所述拟工艺路线如下：工艺路线方案一：工序号工序名称1备料2锻模3热处理4探伤5铣端面、钻中心孔6精车两端面凸轮外圆面7调质8精车外圆面、左端面及凸轮圆9钻深孔10两端面顶尖孔倒角11加工法兰孔12锪倒角13仿形铣凸轮14精磨凸轮15钻铣轴壁孔16中频淬火热处理17法兰盘倒角18凸轮倒角19热处理20精磨凸轮21精磨轴22清洗、去孔内毛刺23最终检查工艺路线方案二：工序号工序名称1模锻2热处理3铣端面、钻中心孔4粗车凸轮轴各外圆面5调质处理6精车两端面凸轮外圆面7铣凸轮8钻通孔389加工通孔两端10加工法兰盘孔11钻、锪轴壁油孔12粗磨凸轮13加工法兰盘倒角14加工凸轮倒角15精磨凸轮16精磨轴17终检4.2 工艺方案比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一将整个过程的粗精加工分开加工，符合先粗后精的原则，且定位基准以孔（两顶尖孔）为基准进行加工，符合基准统一原则。而方案二虽然也符合基准统一原则，但先粗后精基准分开的不是太好。孔加工由于切削力较大使工件变形也较大，即使在以后的半精、精加工中也很难纠正，而凸轮作为主要加工表面是不允许的。因此，方案一较方案二好。5 确定机械加工余量 工序尺寸及公差根据机体最大外形尺寸为810mm，毛坯采用精磨锻，选其加工精度等级为二级。则由金属机械加工工艺人员手册表45-38确定毛坯的加工余量。1）大端法兰面表5.1 工序的尺寸及加工余量工序名称工序基本余量工序精度工序尺寸尺寸及Ra精铣1.5IT10 Ra=6.3粗铣1075IT10毛坯3.252）支承轴颈的加工表5.2 工序的尺寸及加工余量工序名称工序基本余量工序精度工序尺寸尺寸及Ra磨轴0.4IT5810Ra=0.4精车轴1.1IT782.482.4粗车轴2.5IT983.583.5 Ra=6.3毛坯4.086.086.03）钻法兰盘孔mm4）锪法兰盘孔18 mm5）钻轴壁油孔8 mm6 确定切削用量 工件定额切削力及功率6.1 钻孔1）确定切削速度V由金属机械加工工艺人员手册 表10-67知S=0.10 mm/r。2）计算轴向力P扭矩M的值根据金属机械加工工艺人员手册 表10-64知 P=61.2 DS0.7（公斤力） (6-1) M=31 D2S0.8（公斤力毫米） (6-2)则 P=61.21.480.10.7=180.7（公斤力） M=3114.820.10.8=107.6（公斤力毫米）3）计算机动时间T根据金属机械加工工艺人员手册 P987知 T= (6-3) n= (6-4)由公式(6-4)得n =967 mm/r=0.35D=0.3514.8=5.2 mm由公式(6-3)得T=0.18 min6.2 铰孔1）确定切削速度V根据金属机械加工工艺人员手册表10-63 (6-5)式中 T刀具的耐用度 S进给量 D孔的直径切削深度根据金属机械加工工艺人员手册表10-83的T=30 min表10-81的s=0.6 mm/r t=0.2 mm D=15 mm则=11 m/min2）计算机动时间TT= (6-6)由公式(6-4)得n=233.2 mm/r=12 mm由公式(6-3)得T=0.24 min3) 工时定额计算 查表可知：a装卸工件时间： k1=0.22minb钻换时间： k2=0.10minc扩换时间： k3=0.10mind排屑时间： k4=0.06mine电动起动时间： k5=0.02minf 快进、快退时间： k6=0.05ming工作台移动： k7=0.10minh液压缸夹紧时间： k8=0.05mini 快速工作其他时间：k9=0.13min 总的辅助时间为T=6(k2+k3+k4)+ k1+k5+k6+k7+k8+k9=2.13min加工此工序需要的总时间：T总=0.18+0.24+2.13=2.55min7 夹具的设计根据设计任务给出的要求，我们需设计两套夹具，且两套夹具均为钻床夹具。不同的是一套夹具用于加工法兰盘孔，而另一套用于加工轴壁上的油孔。在专用夹具设计之前，首先应该弄清楚夹具设计的基本要求，其基本要求可概括为以下四点：1）稳定保证工件的加工技术要求。夹具设计首先应保证工件的位置要求，其次应保证工件的尺寸要求精度、粗糙度及其他技术指标的要求。2）提高机械加工的劳动生产率，降低工件的成本。专用夹具设计时，既要提高劳动的生产率，又要降低成本。夹具的复杂程度和工件的经济效益必须与生产规模相适宜，才能获得良好的经济效益。因此，应根据工件的生产批量的大小，选择夹具的结构，防止盲目的采用高效率先进的结构和传动装置，造成夹具的结构复杂而加大制造成本。同时，尽可能采用标准零部件，以降低夹具制造成本。尽可能采用多件加工或机动时间与辅助时间重合的结构，以减少单件加工的时间，提高劳动生产率，降低工件的成本。3）专用夹具应有良好的结构工艺性，以便零件的制造和夹具的装配，结构设计时应便于易损零件的更换和维修。4）操作安全、方便。夹具设计应使工人操作时方便、省力，便于装卸工件及清理切削，创造文明的生产环境，夹具在机床是装卸应迅速、方便、安全。特别注意夹具在装卸工件中的安全，为此夹具上不得有影响操作者安全的突出部分，保证工人的人身安全。7.1 法兰盘孔的夹具设计一套凸轮轴零件，工件材料50Mn，年产30004000件大批生产，需设计用钻法兰孔的专用夹具，加工直径为15 mm的孔。7.1.1 工件的加工工艺性分析1、工件属于轴类零件，结构形式简单端面已加工，其它与法兰端面孔无关，本工序所要钻直径为14.8 mm的孔，再铰直径为15 mm的孔，Ra1.6,精度等级7级较高，应依靠钻模来保证加工表面的下列要求： 1）钻直径为14.8 mm的孔2）铰直径为15mm的孔中心轴线与凸轮轴线的平行度为0.03以内，因为以后要以其中一个孔为定位基准，使整体性好，即保证同轴度。端面已加工和法兰盘孔加工精度尤为重要，由于其精度要求高，故夹具设计难度高。2、确定定位方案，设计定位元件零件15mm孔是通孔，沿轴线方向的位移自由度不予限制。由于均布6-15mm的孔，故不许其能绕凸轮轴线旋转，即在法兰端面加上一个外力使轴不能旋转。同样，由于凸轮轴并不能单独运用，所以不许其上下窜动，左右摆动，即除沿其轴向方向以外其余方向的自由度必须限制，又因为位置加工精度高，故在之前不采用预定位板。拟用两顶尖将其定位，保证其端面，并防止轴的转动。同时，设计与138 mm配合使用的孔，使其嵌入其中，防止其上下、左右窜动，由于工件较重，故必须保证顶尖的强度、刚度。以下确定一种定位方案：1) 两同轴受活动顶尖两个自由度的限制，即使不能上下、左右窜动。2) 端面嵌入后限制两个自由度，防止其转动。这要求夹爪有一定压力，使摩擦力足够大，其动力可由液压传动来实现。整个夹具体可采用铸造，并用螺栓把合在导轨上。两顶尖的同轴度可由修磨导轨内侧来找正。夹具体放在导轨上时，先钻两个定位销孔，用其定位后，钻螺栓孔，以保证其精度和位置要求。在夹具体上配合活塞、活塞杆、齿轮等在导轨上，依靠两个定位销孔找正位置，达到使用要求。3、确定设计导向元件为了迅速准确地确定刀具与夹具的相互位置，在夹具体上钻两个定位销孔，同时放两个钻套。当刀具进给时由这两个销孔来找正位置。同时法兰导套上钻出相应孔来起导向作用。刀具由加长的钻头和铰刀，必须有两个大支承件轴，故在夹具体上钻出足够大的孔，使其能贴在夹具体上，并且平稳。4、确定夹紧方式和设计夹紧机构因为工件属于大批量生产，宜采用专用夹紧装置，用两夹紧爪防止其转动，各夹法兰一侧，为达到力的大小的要求，采用液压传动，考虑由活塞杆上加工出齿条，依靠液压使活塞作往复运动。与齿条啮合的是一个齿轮，通过传动轴上的键来实现力的传递。轴为竖直放置，为使之平稳，上下各放一个轴承，同时采用专用结构使之不能上下窜动，底盖的加工需要大些（比齿轮大），采用从下向上装的方向，但由于活塞不能完全密封，为防止漏油，在底盖上加O型密封圈，整体工艺性好，顶尖的夹紧力由手轮传动，依靠齿的角度使之能自锁夹紧。这样由于液压传动平稳，有利于加工，但顶尖的要求较高，强度应足够大。设计或选择夹紧机构、力源装置前，必须确定所需夹紧力的大小。夹紧力过小，难以保证工件定位的稳定性和加工质量，还可能发生生产事故；夹紧力过大，将不必要地增大夹紧装置等的规格、尺寸，还会使夹紧系统的变形增大，而影响加工质量，故确定切合实际需要的夹紧力大小，是夹具设计合理而可靠的前提之一。用一般切削速度加工中，小型工件时，所需夹紧力主要取决于切削力的大小。由于切削过程不稳定，很难用公式确定切削力的大小，故设计时大多参照同类夹具的设计以及凭经验，用类比法确定所需夹紧力的大小。分析并弄清对夹紧最不利的加工瞬时位置和情况，将此时所需的夹紧力定为最大值；依据此时工件的受力情况，列出其静力平衡力方程式，即可解算出计算夹紧力W，将W乘以安全系数K，得实际需要夹紧力： W=KWj (7-1)K=K0K1K2K3W实际夹紧力W计算夹紧力K安全系数K各种因素的安全系数由于夹紧机构属于液压夹紧机构，夹紧力与切削力指向方向相反，取K=2.5；P=180.7（公斤力） 由公式(7-1)得：W=KWj=KP=2.5180.7=451.75N5、确定夹具体将定位、导向、夹紧机构连接在一体，并能正确的安装在机床上。由于液压缸中活塞杆为动力件，通过齿轮传动，适宜采用整体铸造，而不用缸筒，再焊接在其它方向来放液压缸。同时由于立板有一定高度，出于强度、刚度考虑，放置两肋板。另外一侧底面作为一体，用来盛放铁屑盒。这样不会因为空间较大、沟槽太深而造成收集铁屑不容易，有铁屑盒方便，省时省力。夹具体形状较复杂，制造不容易，周期长，成本较高。但由于长期使用，方案综合效益较好。7.1.2 夹具体部件设计分析1、顶尖部分设计由于顶尖所受强度较大，故顶尖头应淬火，而且整体强度要求高。采用弹簧装置，使之有一定运动空间和预定夹紧力。同时，由于弹簧受力较大，故采用碟形弹簧。整体采用从后向前装，为防止顶尖从前面出去，采用在顶尖上开一个沟槽，用一个钉来限制其运动空间，为使弹簧不变形，采用心轴作为导向。顶尖放在法兰套内，有一定的刚度和强度，并淬火。2、齿条传动部分设计齿轮放在轴上用键连接，在夹紧爪上用键来使它旋转夹紧。为了传动平稳，选用轴承，为防止轴向窜动，在下面用螺母限制其上下窜动，上下螺母拧得不能太紧，预留一定空间，以便轴自由旋转。3、液压缸设计两夹爪应该同时动作，故进油口由一个液压泵供压力，右中间出油。因此缸内应分为三个部分。处于平稳和防止漏油（中间缸壁已经破开，放齿轮），采用双活塞，使爪松开的力较小，故密封条件不是很难。同时在底盖加密封圈。由于夹紧力大，活塞外侧尺寸应大些，中间应小些。缸壁只计算强度即可，但由于是铸造，考虑到铸造方面的因素，取壁厚为20 mm，以保证其整体性能。此外，设计预定位装置，平面开一个槽，放一个预定位板，用螺钉来紧固，材料选取一些不生锈的，如黄铜，既又防锈，又便于制造。顶尖夹紧可用手轮，实现同时动作，利用普通车床上开合螺母的结构，通过蜗轮、蜗杆来实现。两个夹具体共用一个丝杠，左边螺纹右旋，右边螺纹左旋，螺距摸数均相同。7.2 绘制夹具装配图装配总图上要把双顶尖、夹紧爪机构、液压传动机构表达清楚。放顶尖的法兰套采用冷装，其配合为H7/s6，为保证两顶尖的同轴度，采用修磨导轨侧面的方法来找正；活塞与缸塞之间采用H7/s6配合；轴承与轴的配合采用H7；两定位销孔的同轴度（两个夹具体上）应达到0.02mm，同一个夹具体上的平行度也应达到0.03mm以上；由于底盖密封，底面整个平面也应加工，至少Ra6.3。1、确定并标注有关尺寸夹具体外形尺寸（最大轮廓）584452420 mm2、与安装有关的技术要求1）两顶尖的同轴度0.010 mm2）顶尖的回转轴线与导轨的平行度0.012 mm3）两导轨侧面的平行度0.004 mm4）两定位销孔的平行度误差不许超过0.015 mm5）法兰盘与夹具体的配合180 mm3、零件图的技术要求的定制零件图应对零件的技术要求应充分注意，以保证总装配图的要求。1）铸造未注明圆角为R3 mm2）零件必须调质处理，HBS2603003）凸轮型面表面必须淬火，HRC5862，许有HRC52以上4）每个喷油泵凸轮的进、排气处必须检查硬度。5）P面和Q面的圆柱必须淬火，深度1.54mm，硬度HRC5562，许有HRC40的个别点。6）P面和Q面圆柱和圆度许差0.02mm7）Q面和R面对其轴线跳动公差0.02mm8）检查凸轮外形和位置偏差9）凸轮轴在调质后内孔38 mm表面酸洗磷化处理10）所有的喷油泵和进、排气凸轮的顶面对P面和Q面公共轴线的平行度在凸轮基圆表面处（喷油泵凸轮的R45mm圆柱表面，进、排气凸轮的R50圆柱表面）全宽35mm上许差0.03mm，其余型面全宽35 mm以上许差0.02 mm.。11）用磁力探伤器检查轴颈和凸轮表面，不许有裂纹，探伤后去磁总之，设计夹具时必须兼顾质量、生产率，劳动条件和经济性等诸方面要求，有所侧重。如对位置精度要求很高的工件，夹具往往着眼于保证精度要求：对于位置精度要求不太高而加工批量的情况，提高生产率便成为主要矛盾，则着重考虑提高夹具的工作效率。7.3 夹具体的设计步骤根据以上要求具体设计步骤如下：1、研究原始资料，明确设计任务由工件产品图可知，该工件为机车凸轮轴，通过对零件的零件图的分析可知，该工件的结构并不复杂，而现在须加工的是法兰盘孔和轴上油孔，为保证该工件工序的尺寸精度和位置精度，要求夹具有较高的精度，以便保证能在零件的加工过程中确保零件的尺寸、形状和位置精度。2、对工件加工工艺的分析该工件的该工序要求在直径为115mm的圆上加工6个均布的直径为15mm的圆，并且要求达到精度IT8，表面粗糙度值不超过2.5。其基准为中线，因此在加工中最好采用轴的中心线作基准进行加工。该工序在钻完通孔之后，用轴线作为基准可以实现。3、夹具设计方案的设计机床夹具的确定是一次十分重要的设计程序，方案的设计优劣往往直接决定夹具设计的可行性。所以，方案的确定需经充分的研究和讨论来确定最佳方案。定位方式由两端孔作为定位，既提轴线作定位，则定位元件采用锥销卡紧，以保证工件的加工精度。4、加工精度的分析使用夹具夹工件进行机械加工时，在工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，一般分为两类：一类是夹具有关的影响因素即定位误差，对刀误差。夹具在机床上的装配误差和夹具的制造误差。另一类还有工艺系统中其他影响加工精度的因素，称为加工方法误差。1）定位误差由于一批工件逐个的在夹具体上定位时，各个工件所占的位置不完全一致，形成误差，这称为定位误差。由于加工中基准重合，而基准不重合误差不重要，重要在圆跳动0.015mm，则定位误差为0.015mm。2）对刀误差采用钻模进行钻孔加工时，由于钻套内孔径误差，使刀具轴线偏离规定的位置，其对加工尺寸影响为X3= （7-1）X3刀具在钻套中倾斜引起的轴线偏移量X2钻套的最大配合间隙H钻套的中高度S排屑的空间B被加工的孔深度由公式(7-1)得X3=0.02 mm3）加工方法的误差由于机床精度，刀具的精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统的受力变形和热变形等因素造成的加工误差统称为加工方法误差，取 G=0.009=0.0260.027故该夹具加工方法可取。8 量规的设计根据设计任务书的要求，我们在设计夹具之后，还需设计一套量具，根据要求设计一套测量支承轴颈的合格与否。光滑极限量规（简称量规）是一种没有测量刻度定值的测量工具。用它检验工件时，只能确定工件的尺寸是否在极限尺寸的范围内，不能测出其具体的尺寸。由于光滑极限量规的结构简单，制造容易，使用方便又能保证加工的要求，所以我们设计一套工作量规。因为我们用于测量轴，故相应的设计一套卡规。1）量规形式的选择其被测量面是轴形状相对应的完整表面，且长度等于配合长度的全行量规不适合用于测量轴，只能用控制工件局部尺寸的止规，这用卡规进行检验。但是注意的是，必须在测量时工件的两个正截面的相互垂直的两方向进行检验，只有均能通过工件时才算
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