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产品代号零（部）件名称零（部）件代号工序号15河南工业职业技术学院工序卡片JL_CQ465_430发动机凸轮轴工序名称精车外圆、切槽材料45Mn名称华中数控车床设备型号华中CQK6132夹具名称三爪卡盘、尾座顶尖刀量辅具名称规格数量外圆车刀901外圆车刀451切槽刀刃宽4mm1千分尺1游标卡尺1编制校核审查共8张第3张产品代号零（部）件名称零（部）件代号工序号20河南工业职业技术学院工序卡片JL_CQ465_430发动机凸轮轴工序名称钻孔材料45Mn名称华中数控车床设备型号华中CQK6132夹具名称三爪卡盘刀量辅具名称规格数量麻花钻8x1001游标卡尺1编制校核审查共8张第4张产品代号零（部）件名称零（部）件代号工序号25河南工业职业技术学院工序卡片JL_CQ465_430发动机凸轮轴工序名称攻丝材料45Mn名称华中车床设备型号华中CQK6132夹具名称三爪卡盘刀量辅具名称规格数量丝锥M10x1001通轨M101止规M101编制校核审查共8张第5张产品代号零（部）件名称零（部）件代号工序号30河南工业职业技术学院工序卡片JL_CQ465_430发动机凸轮轴工序名称铣键槽材料45Mn名称万用铣床设备型号X62W夹具名称平口钳刀量辅具名称规格数量盘铣刀161游标卡尺1编制校核审查共8张第6张产品代号零（部）件名称零（部）件代号工序号35河南工业职业技术学院工序卡片JL_CQ465_430发动机凸轮轴工序名称加工凸轮材料45Mn名称西门子数控铣床设备型号西门子802D夹具名称凸轮轴加工专用夹具刀量辅具名称规格数量端铣刀241游标卡尺1编制校核审查共8张第7张XXXXXXXX学院毕业论文题目：发动机凸轮轴加工专用夹具开发及凸轮加工班级：05141班姓名：专业：数控技术指导教师：答辩日期：河南工业职业技术学院毕业论文I摘要凸轮轴是发动机配气系统中极为重要的零件，其各项性能也成为制约发动机的工作的主要因素之一。为提高凸轮轴的性能，各发动机制造企业在设计和加工工艺方面采取了一系列措施，如：零件的结构、尺寸；零件毛坯的选材与热处理工艺经过了诸多措施的实施，汽车凸轮轴各项性能较从前来说有了质的飞跃，但新问题应运而生：凸轮轴的加工难度大大增加，这对生产厂家的专业化程度无疑是一个严峻考验。目前，大部分发动机制造企业都采用整体式凸轮轴，其材料有的采用中低碳合金锻钢（经高频淬火），有的采用球墨铸铁。整体式凸轮轴加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工。生产中采用自动线多工位机床，设备投资较大，生产线占地面积多，生产成本较高。对此，有相当一部分设计者提出了“装配式凸轮轴”。装配式凸轮轴，就是将原本整体化的凸轮轴设计分解为由若干零件装配的凸轮轴部件。实践证明，该设计方案降低了加工难度，但对改造后的凸轮轴各零件间存在间隙，并且在装配时会因各种因素而产生误差，因此，装配式凸轮轴方案不能为广大发动机制造商所采纳。此后，众多设计人员开始把目光转向提高整体式凸轮轴加工的效率。由于传统的凸轮轴加工采用磨削，因此，四坐标凸轮轴磨床、CBN砂轮，凸轮轴CBN磨削技术相继诞生。而这些技术均围绕着一个中心：专用机床。事实证明，专用机床较普通机床在价格上相差许多。机床的科技含量越高，其价格就越昂贵，这实际是提高了其加工产品的成本。在综合分析凸轮轴加工技术的领域知识及信息需求与处理需求的基础上，1.以仿形加工为平台，通过分析设计提出了改变汽车凸轮轴的凸轮部位传统加工方式，采用专用夹具配合数控铣床加工，从而降低了凸轮轴的生产成本。2.提出数控机床加工过程中的“人机配合”，在编程时将手动控制考虑在加工过程中，大大降低了对数控编程及机床硬件配置的要求。专用夹具的设计与开发、数控机床手动元件在数控加工过程中的充分利用等将是今后继续研究的方向。关键词：凸轮轴加工专用夹具以靠模仿形加工原理为指导思想人机配合河南工业职业技术学院毕业论文II目录摘要.I1绪论1.1本课题的来源、目的及意义.(1)1.2课题背景及国内外研究现状.(1)1.3本课题研究的主要内容.(10)2凸轮轴的凸轮仿形加工与专用夹具2.1概述.(11)2.2凸轮轴加工专用夹具的结构与分析.(11)2.3使用专用夹具加工凸轮.(15)2.4性能分析与评价.(18)2.4小结.(18)3结论与展望3.1本文总结.(19)3.2将来展望.(19)致谢.(20)参考文献.(21)河南工业职业技术学院毕业论文11绪论1.1本课题的来源、目的及意义随着汽车行业的蒸蒸日上，汽车配件已进入标准化、批量化阶段。近两年车管部门对汽车年检规定的新变化，汽车发动机已经不再列为检测项目之列，这标志着汽车发动机将和普通汽车配件一样可以自由更换、调整，发动机零部件的设计与制造将迎来蓬勃发展的时期。凸轮轴是汽车发动机配气系统中不可缺少的零件，凸轮轴的生产效率、产品合格率、生产成本等将直接左右制造企业在该项目中的亏赢。因此，缩短单件零件的加工工时、提高工件安装定位的精确性和稳定性、尽可能减少工件加工过程中工位的变化、降低制造设备的造价等措施都将是企业在凸轮轴制造领域提高竞争力的有效途径。汽车凸轮轴普遍采用整体式，由于凸轮的轮廓线比较特殊，凸轮轴加工不能像曲轴那样采用普通偏心定位夹具进行车削或磨削，绝大部分制造企业只能依靠专用机床进行加工。这直接导致产品制造成本大幅度提升。1.2课题背景及国内外研究现状在现代发动机中，凸轮轴的位置已经从下置式改成了上置式，上置式凸轮轴通过推杆、圆柱齿轮、链条、摇臂或者辊子随动件驱动顶置式气门；此外，由于采用多气门的缘故，每一台内燃机凸轮轴的数量也提高了；还开发和引入了运作方式各异的可变凸轮轴驱动方式。因此，凸轮轴制造工艺方面所发生的改变大多是因减轻零部件重量方面的要求、因挤压应力的提高以及所用材料变化而触发。目前，根据材料和制造工艺的不同，凸轮轴有如下几种：由特种铸铁、球墨冷硬铸铁或者可锻铸铁通过冷硬铸造法生产的凸轮轴十分常见。即：将塑料制成的凸轮轴模型置于砂子中，浇铸凸轮轴毛坯；在此过程中利用冷铁有目的地对铸件进行局部的冷却，促使迅速的凝固。凸轮表面的洛氏硬度Rc达到45，使凸轮具有卓越的耐磨性。德国的Mahle-Wizemann-Pleuco（现今的马勒气门传动链公司）等多家公司还生产了空心的铸造凸轮轴：在铸型中放入一根玻璃管，浇铸和开箱以后将玻璃管取出。空心的铸造凸轮轴相对于实心的凸轮轴其重量明显地减轻。在某些发动机中，这个纵向孔还用作给凸轮轴轴承供油的油道。但这种方法的缺点是，接下来在现代化的高效能加工中心和凸轮型线磨床上的加工费用上升了。河南工业职业技术学院毕业论文21.2.1汽车凸轮轴的CBN磨削技术目前，国内多数轿车主机厂的凸轮轴生产线和专业生产凸轮轴的厂家均引进了CBN磨削技术，但仍有很多的载重汽车、柴油机和摩托车发动机的凸轮依然采用传统的刚玉砂轮、靠模仿形的磨削工艺。粗磨工序使用的是国产中低速磨床（35m/s以下），精磨工序部分厂家使用进口磨床，但使用速度均在60m/s以下，修整工具以单点金刚石笔居多，进口磨床和少数国产磨床采用金刚石滚轮修整。这种传统技术给凸轮轴的磨削带来的问题主要体现在如下几个方面：凸轮轮廓精度低且难以提高采用靠模样板磨削，凸轮轮廓形状误差最小只能控制在0.03mm范围内，而全数控无靠模磨削则可控制在0.01mm内。另外，普通磨料砂轮在使用时，外径变化范围大（80100mm），而砂轮直径每变化1mm就会使凸轮轮廓产生0.007mm的变化，因而难以进一步提高凸轮轮廓精度。凸轮表面易产生烧伤、裂纹等缺陷，很难提高生产效率由于凸轮磨削余量大且材料难磨，普通磨料砂轮的性能很难适应，磨削质量和生产效率两者往往不能兼顾。综合经济效益不高普通磨料砂轮的耐用度和使用寿命低，需频繁修整或更换，使修整工具损耗加快，辅助时间和劳动强度增加，既影响了生产效率，又加大了生产成本。另外，砂轮用量大，其质量波动也影响了磨削工艺的稳定性，又因大量磨削残物的产生，增加了磨削液的过滤清理量，对环境造成一定的污染。CBN磨削技术的应用，使传统凸轮轴磨削过程中的难题迎刃而解。十几年前，有关使用CBN砂轮磨削凸轮轴的报导只在有限的国外文献中见到。在大规模工业化生产中，使用CBN专用数控凸轮轴磨床磨削凸轮轴的技术在某些西方发达国家也刚刚进入实用阶段。紧跟世界先进制造技术发展的潮流，郑州磨料磨具磨削研究所于20世纪90年代初，在国内率先自主研究开发了用于汽车凸轮轴磨削的陶瓷结合剂CBN砂轮，在国产普通高速（60m/s）强力凸轮轴磨床上粗磨冷激铸铁凸轮轴，取得了良好的使用效果。但由于受到当时机床条件和砂轮制造技术的限制，还没能达到更理想的效果。至90年代中期，工业化国家的多数汽车制造厂均已采用了CBN砂轮磨削凸轮轴，国内主要的轿车生产线上也陆续引进了这项技术。它是以CBN专用数控CNC凸轮轴磨床、高速及高性能陶瓷CBN砂轮、专用磨削液、修整滚轮和磨削工艺整套技术的形式引进的。该技术的主要特点是：砂轮使用速度高（80125m/s），加工效率高（工件由毛坯粗、精磨一次完成，效率是普通砂轮的23倍）。随着凸轮轴的CBN磨削技术及其专用磨床的不断引进，国内研究的CBN专用高速数控凸轮轴磨床也即将进入市场。对此，在完善国产磨床用CBN砂轮粗磨凸轮轴技术，积极研究用CBN砂轮精磨凸轮轴的同时，郑州磨料磨具磨削研究所又开始研制为进口CBN专用数控凸轮轴磨床配套的高速、高效陶瓷CBN砂河南工业职业技术学院毕业论文3轮，并已取得了一定成果。研制的砂轮使用速度为80m/s，耐用度和寿命相当于进口砂轮的1/2，而价格只有进口砂轮的1/3。研制的陶瓷CBN砂轮与同类进口砂轮相比，主要差距在于耐用度、寿命和产品质量稳定性偏低，不能完全替代进口砂轮在凸轮轴生产线上连续使用。为了迎头赶上这种快速发展的技术水平，近两年，郑州磨料磨具磨削研究所又研发成功了使用速度为125m/s的磨凸轮轴陶瓷CBN砂轮，其使用速度、磨削效率、磨削质量均达到进口同类产品水平，具有很高的性价比，产品质量稳定质量，完全可以替代进口。这些都表明我国CBN砂轮的制造和应用技术已达到了新的水平。凸轮轴的CBN磨削技术要素工业化国家在研发CBN磨削技术时的一个显著特点是将CBN磨料、磨具、磨床和磨削工艺作为一个系统工程来进行的。如美国在20世纪90年代初，为解决凸轮轴的CBN磨削技术，联合了GE公司（CBN磨料）、Norton公司（磨具）和Landis公司（磨床）三家本行业的顶级公司共同攻关。他们最终是以高速CBN砂轮、高速数控CBN专用磨床和CBN磨削工艺一整套技术提供给市场。在凸轮轴的磨削系统中，必须同时考虑到CBN砂轮制造和应用技术所涉及的各方面的影响因素，才会最终得到令人满意的磨削结果。凸轮轴CBN磨削技术的重要影响因素主要有：CBN砂轮1、结合剂在CBN磨具的四种结合剂（树脂、陶瓷、金属、电镀）中，以陶瓷结合剂的CBN磨具发展最快。在世界范围内，陶瓷CBN磨具的比例已由20世纪80年代的4%上升到现在的50%以上，增速迅猛。由于陶瓷CBN磨具具有磨削效率高、形状保持性好、耐用度高、易于修整、磨料利用率高（为75%以上，其余类型结合剂为5060%）、砂轮使用寿命长等优势，因而成为高效、高精度磨削的首选磨具。目前，用于凸轮轴磨削的CBN砂轮全部采用陶瓷结合剂。2、磨料选择在磨削加工中，磨料是磨具中的主体，其性能好坏直接影响磨削效果。CBN磨料与刚玉磨料相比，具有更高的硬度和强度（见表4），因而切削锋利且耐磨。在凸轮轴加工这样高强度的磨削情况下，使用CBN磨料是最佳选择。不同牌号的CBN磨料，因制造工艺的不同，其晶体形态、颗粒形状也各不相同，它们各自具有不同的强度、热稳定性、耐化学侵蚀性和破碎特性。应根据结合剂的种类、磨削工件和磨削方式的不同，选择不同牌号的磨料。需要指出的是，CBN磨料在高温下易与水和碱性氧化物发生化学反应而使其结构受到破坏，这是在选择磨削液的种类、压力和流量时必须考虑的因素。3、浓度河南工业职业技术学院毕业论文4砂轮浓度的高低表示在磨削时砂轮工作面单位面积上参加磨削的磨粒数的多少，高浓度可带来高的磨削比，200%浓度比100%浓度砂轮寿命长45倍。目前，高速、高效磨削均采用较高的砂轮浓度，如进口磨凸轮轴磨床配套的陶瓷CBN砂轮浓度一般均为200%.4、硬度磨具的硬度等级表示结合剂对磨料把持力的大小，它是制造商工艺控制的重要指标，也是用户选择磨具性能的主要参数。砂轮硬度均匀和稳定及硬度高低的合理选择是保证磨削质量的重要前提。国外陶瓷CBN砂轮一般有37个硬度等级可供选择，国内目前尚未制订CBN砂轮（包括金刚石磨具）的硬度检验标准，制造商仅以配方硬度进行控制。磨床砂轮作为以磨床为中心的磨削体系中的一个附件，只有通过磨床所具有的优异特性并优化各种磨削参数，才能最大限度地发挥优势，对CBN磨削来说尤其如此。1.高速度提高砂轮的工作线速度可明显提高磨削效率和磨削比，降低磨削力，从而降低磨削成本。如使用陶瓷CBN砂轮磨削凸轮轴，当砂轮速度从80m/s提高到160m/s时，磨削时间相同，则修整间隔（耐用度）增加2倍；当砂轮速度由35m/s增加至60m/s时，在不同的单位金属去除率（Qw）情况下，法向磨削力（Fn）均减小1/3左右。CBN砂轮因其结构特点及CBN磨料的特性，为高速、超高速磨削提供了可能。80125m/s的使用速度已成为目前国内进口的CBN专用凸轮轴磨床基本特征之一。在条件允许的情况下，使用尽可能高的速度是提高CBN磨削的技术性和经济性的重要前提。2.机床的高刚性和抗震性高速磨削和CBN砂轮磨削的特点，要求机床主轴和整体要具有很高的刚性和良好的抗震性，从而保证磨削工件的精度和表面质量，这是CBN高速磨削技术中对磨床的基本要求。不具备这些条件，在使用CBN砂轮时，要想获得更高的金属去除量，工件的几何精度和表面质量就会变差。波纹是常见的表面质量缺陷，它是由振动产生的。引起振动的原因有多种，包括机床刚性低、抗震性差、机床共振或砂轮参数设计不合理造成磨削力过大等。有资料显示：机床的刚度应不小于100N/0.001mm的数量级为好。修整使用金刚石滚轮修整，不仅可提高修整效率，更重要的是可获得较好的砂轮形貌。使用其他修整工具，很难完成对高硬度砂轮表面的修整。修整装置的进给精度要高，每次进给量应在mm级，过量的修整既影响磨削质量又会大大减少砂轮使用河南工业职业技术学院毕业论文5寿命。修整速比Vr/Vc是修整工艺中一个重要的参数，它的改变会使砂轮表面形貌显著变化，并最终影响到工件的表面质量。在磨削过程中，90%以上的能量转化为热能，这些热必须被冷却液最大限度地吸收，否则工件就会被烧伤。对CBN砂轮来讲，还要考虑CBN磨料与水在高温下所产生的化学反应对磨料的破坏。正确选择冷却液种类和冷却工艺参数，往往会收到事半功倍的效果。不同的冷却液，会使砂轮的磨削比相差几倍甚至十几倍。表5为冷却液对CBN砂轮的影响，结果表明砂轮在磨削过程中的机械磨损、化学侵蚀和热损伤的程度与冷却效果密切相关。目前，国内在将凸轮轴的CBN磨削技术推向市场的过程中的制约因素主要体现在如下几个方面：1、进口的磨床和配套的CBN砂轮价格昂贵，磨床价格是国内普通凸轮轴磨床的10倍左右，是国内研制同类磨床的34倍；进口CBN砂轮的价格是国内同类砂轮的35倍，使得在国内市场的进一步推广受到成本方面的制约。2、国产凸轮轴加工用的磨床大多数速度低，其精度、刚性、抗振性、修整、冷却等条件均不能满足使用CBN砂轮的要求。因此，在使用CBN砂轮时，往往得不到期望的效果。3、国内CBN砂轮的主要磨削性能已达到国外同类产品水平，只是在砂轮的耐用度、使用寿命和质量稳定、适应性方面略低，但价格较低，因而有着较高的性价比，其技术和经济性已为国内许多汽车主机厂和配套厂所认可，但仍需进一步提高CBN砂轮制造技术水平。4、新技术宣传力度不够，部分企业因循守旧，对新工艺的需求不强烈，对提高生产效率和加工质量不重视，是这项技术推广的外部制约因素。1.2.2凸轮轴磨床凸轮轴磨床可分为非数控靠磨磨床、数控靠磨磨床、全数控磨床三大类。其中全数控磨床技术难度最大，但其最大的优点是磨削精度高、产品质量稳定、产品更换灵活方便、生产效率高。目前国内已开始采用西门子840C数控系统实现全数控凸轮磨床的制造或技术改造。每个凸轮轴是由若干个凸轮组成，如四缸发动机，一个凸轮轴由八个凸轮组成。每个凸轮其形状为桃形，由基园和许多二次曲线，三次曲线及圆弧组成，其构成的封闭曲线称为生成曲线。生成曲线的线型误差将直接影响发动机气缸内燃料燃烧质量，进而影响发动机工作性能。每个凸轮轴都要经过对毛坯的车、铣、钻、粗磨、精磨等二十多个工序才能完成。凸轮轴磨床就是完成凸轮轴最后一个工序：粗磨、精磨凸轮轴上的每个凸轮。这里以FN3全数控凸轮轴磨床（下称FN3磨床）为例说明。FN3磨床概述FN3磨床由原西德FORTUNA公司生产，其型号为FN3DS3501000.FN3河南工业职业技术学院毕业论文6磨床机械部分由机床身、工作台、头架、尾架、主轴砂轮、砂轮修造器、液压系统、冷却系统、动平衡系统等部件组成。电气部分由数控系统、模拟驱动系统、MARPOSS测量仪、超声波检测仪等部件组成。磨床技术指标一.FN3磨床主要技术指标：X轴行程（线性）0-300毫米,速度10米/分.Z轴行程（线性）0-1000毫米,速度10米/分.C轴行程（旋转）0360度,转速200转/分.主轴砂轮线速度35-60米分金刚轮转速500-2000转/分二.数控系统配置数控系统不仅具有是组成数控磨床不可缺少的重要部分，它通过驱动系统、测量系统完成对工件的精确磨削，并对磨床辅助部件或设备进行监控。FN3磨床为全数控凸轮轴磨床,要求数控系统不仅具有对模拟驱动系统、液压系统、冷却系统、动平衡仪、MARPOSS测量仪、超声波检测仪等的监控，更重要的是具有凸轮曲线磨削功能，并确保凸轮轴的各项技术指标满足设计要求。西门子840C数控系统完全能满足全数控凸轮轴磨床的要求。主要原因是它具有电子齿轮轴、直线表插补、曲线表插补、C轴调速功能功能。其配置主要如下：硬件配置：选用840C12槽主机框架包括MMCCPU板、NCCPU板、PLCCPU板、位控板及DMP模块等，操作台选用显示器、机床控制键盘；软件配置：OS系统软件选用DRDOSV60版，数控软件选用V602版(非出口版)；选件配置：电子齿轮、直线表插补、曲线表插补等。三.FN3磨床电气系统设计电气系统设计的目的是将磨床机械部分与电气部分有机地结合起来，使磨削加工成为高精度，高效率，安全可靠的全自动化生产。电气系统设计总体上包括硬件、系统调试、软件三大部分。硬件设计的原则是在满足磨削功能的条件前提下，降低成本；系统调试的原则是将标准的840C系统通过调整相关参数使之符合FN3磨床工作特性；软件设计的原则是采用结构化程序设计，对每个部件的运行要进行安全可靠的动态控制，并具有丰富的信息指示。1.电气系统硬件设计NC硬件设计主要是数控轴的设计。本加工中心的数控轴有X、Z、C、S1、S2五个。PLC硬件设计主要是指对外部执行部件监控电路的设计。它包括机床控制面板、河南工业职业技术学院毕业论文7机床辅助控制面板、驱动系统、液压系统、冷却系统、动平衡仪、MARPOSS测量仪、超声波检测仪等电气系统，这些电气的信号都要与840C的DMP模块（IO模块）连接。2.电气系统调试电气系统调试是对配置好的数控硬件系统进行相关参数的调整使之符合FN3凸轮轴磨床的工作要求。主要包括NC机床数据和PLC机床数据调整。2.1NC机床数据调整NC机床数据调整主要是FN3磨床各轴参数的设置。其关键参数如下：设置FN3磨床具有一个方式组、一个通道、三个进给轴、二个主轴；定义三个进给轴各位置环接口（指令口和测量口）、二个主轴速度环接口（指令口）；设置三个进给轴可计算的位控参数，如位置当量值、理论速度值；设置三个进给轴运动特性的位控参数，如位置增益、加速度、轴速度等参数。轴的运动特性与磨床的机械结构、磨损程度等有密切的关系。轴的位控参数是根据轴的运动特性来设定。轴的位置增益是反映位置环中对轴运动位置的动态跟踪特性。轴的位置加速度是反映位置环中在轴启动到设定速度和设定速度到停止期间，运动位置的加速、减速特性。轴速度能反映出磨床的工作效率，速度越大，效率越高。它一般分为最大速度、手动快速度、手动速度、回零速度等。轴位置增益与加速度也互相影响。2.2PLC机床数据的调整PLC机床数据调整主要是设定IO模块地址。FN3磨床IO模块地址采用标准设置，直接由PLC机床数据设定。FN3磨床配置了三个DMPL子站，每个DMPL子站可安装四个输入模块、四个输出模块。3.电气控制软件设计电气控制软件设计主要是指PLC程序的设计。在PLC系统中，为用户设计了标准的接口模块,即OB块，除OB块外，还有受OB块调用的FB、PLB、SB、DB、FX、DX块。用户控制软件就编写在这些块中，它是用西门子STEPL5语言编制而成的。在本控制软件中，OB块只使用OB20和OB1，其它程序块的编制按照控制对象功能，采用结构化编程。主要完成：初始化处理程序基本信号处理程序（包括机床控制键盘、NC系统的通道、进给、砂轮轴等、河南工业职业技术学院毕业论文8轴限位信号、轴回参考点信号、急停处理）异步电机处理程序（包括冷却液主系统控制处理、系统控制处理、润滑系统控制处理）电磁阀处理程序（包括门开/关、工件、砂轮、金刚冷却液开/关、砂轮冷却喷嘴上/下、工件夹紧/松开、MARPOSS测头前/后运动）金刚轮处理程序安全保护程序。安全保护系统在磨床中起着很重要的作用。它第一保护人的生命安全，第二避免设备受损。四.FN3磨削工艺设计由于凸轮生成曲线的特殊性，它既不是园也不是直线，就决定了凸轮轴磨床磨削工艺的特殊性。提供给磨床的生成曲线是0360度的离散点，数控系统如何利用这些离散点，磨削出符合要求的工件，需解决以下三个关键问题：离散点变成连续的封闭曲线。可利用840C曲线表功能实现。生成曲线转为磨削曲线。由于凸轮磨削时，磨削点与生成点不在一个点上，必须进行数学模型变换，而且这种变换还与凸轮的测量方式有关。建立C轴调速曲线。这凸轮磨削中，为保证凸轮加速度恒定，必须建根据C轴角度来调整C轴转速的调速曲线。所有磨削工艺及关键问题由NC磨削加工程序完成。FN3磨削加工程序是根据凸轮磨削过程及840C提供的相关功能编制而成，主要包括凸轮生成/速度曲线计算和凸轮磨削二部分。1.凸轮生成/速度曲线计算程序凸轮生成/速度曲线计算将给定的凸轮生成表转换为磨削用的磨削曲线(C坐标值、X轴坐标值)。主要包括以下几部分：凸轮生成曲线、速度曲线计算程序L900。它调用L100、L200、L981，L982、L983、L984、L988；定义生成第一凸轮生成曲线表L100。根据产品图纸给出的生成曲线表、每个凸轮的距离、相位角、基园直径写入此程序中；定义生成第一凸轮速度曲线表L200；计算凸轮1、3、5、7生成曲线L981。根据L100生成曲线表，将生成曲线转换为磨削曲线，840C对这些数据进行平滑处理形成封闭曲线，用于磨削加工见下图；河南工业职业技术学院毕业论文9计算凸轮2、4、6、8生成曲线L982。原理同L981；计算凸轮1、3、5、7调速曲线L983。根据L200速度曲线表，840C对这些数据进行平滑处理形成封闭曲线，用于磨削加工；其调速曲线图如下：计算凸轮2、4、6、8调速曲线L984。原理同L983；计算生成曲线L988。功能是将生成曲线转换为磨削曲线。2.凸轮磨削参数凸轮加工中磨削程序要涉及许多相关参数,来保证产品质量。如磨削量、磨削速度值，若选择不当能引起工件变形、尺寸超差。这些参数主要有以下几大类：工件参数：凸轮18位置参数、凸轮18角度参数、凸轮基园半径参数、凸轮测量方法。砂轮参数：河南工业职业技术学院毕业论文10砂轮直径、砂轮宽度。修整砂轮参数：金刚轮进给位置、速度、修磨量、修磨次数等。磨削参数：砂轮进给位置、速度、粗磨量、半精磨量、精磨量、C轴各转速、凸轮补偿量等。这些参数有些是固定的，有些是根据磨削效果进行调整的。3.凸轮磨削程序：凸轮磨削主程序由20完成。它调用生成计算L900、八个凸轮磨削L23、砂轮修整。L25等。每调用一次磨削一根凸轮轴。凸轮磨削子程序由L23完成。它包括凸轮角度设置、粗磨、半精磨、精磨等，每调用一次磨削一个凸轮。砂轮修整子程序由L25完成。每调用一次修整砂轮一次。1.2.3专用夹具配合数控机床加工由于专用机床造价较高，成套的专用夹具与其相比可谓是九牛一毛，这大大降低了产品的生产成本。专用夹具配合数控机床加工的加工方案的提出在发动机凸轮轴加工领域很少受人关注。该方案将用于本课题的开发。1.3本课题研究的主要内容本课题以仿形加工原理为核心，以降低产品制造成本为指导思想。一方面从实际出发，抛开传统的磨削加工观念，另辟捷径，对以后新凸轮轴加工途径的探索起到抛砖引玉的作用，另一方面，结合夹具自身特点，零件加工程序把对数控机床手动元件的操作揉和在加工过程中，提出了“最大限度做到人机配合”这一思想，对以后的数控加工思想有所启发。本课题的主要研究内容有：1）专用夹具的稳定可靠和精确定位；2）专用夹具对零件变化的适应性；3）专用夹具在实际生产中的高效性。河南工业职业技术学院毕业论文112.1概述据调查，目前尚无与普通数控机床结合来实现凸轮轴加工的专用夹具。即凸轮轴的加工暂不能脱离专用机床。这对刚转入发动机配件生产的中小型企业来说是设了一道门槛，购买专用机床需要较大投资，企业的资金在短时期内将无法正常周转。本课题研究的专用夹具正是以此为出发点，把企业资金运转与凸轮轴加工两者的关系处理得恰到好处。逐步完善的结构设计方案、精确地安装定位、灵活的操作及效率性的体现，使其与凸轮轴加工专用机床相比跟易被广大企业接受。2.2凸轮轴加工专用夹具的结构与分析本夹具采用靠模仿形加工的工作原理。如图：河南工业职业技术学院毕业论文12凸轮轴加工专用夹具三维造型本夹具由导轨、夹具座、夹具座锁紧机构、夹具顶盖、凸轮模板、中心顶尖等组成。双头顶尖凸轮轴工作时围绕轴心高速旋转，其对同轴度的要求较为苛刻。当使用专用夹具加工时，工件自身不需要高速转动，基本上不考虑离心力作用，因此采用双头顶尖对其进行精确的安装定位。双头顶尖由于受轴向和径向两个力作用，因此安装时选用滚子轴承。导轨目前国内的大多数汽车发动机为直列四缸四冲程发动机其尺寸规格相差不大，双头顶尖之间相对距离不需要较大幅度调整。但居于世界汽车制造领先地位的宝马在BMW5系汽车中采用了直列六缸发动机，更有甚者如法拉利的FXX跑车采用了V12发动机，这恰恰体现了产品类型的多元化。为适应市场多变的需求，在设计夹具方面要将对加工对象的适应能力考虑在内。双头顶尖要靠夹具座等机构提供支撑力，调整两夹具座的相对距离就相当于调整了两顶尖的相对距离。将夹具座安放在导轨上，导轨用夹紧装置固定于机床工作台上。这样既可实现相对距离的调整，又可限制其其他方向上的自由度，便于定位。河南工业职业技术学院毕业论文13导轨截面造型图导轨截面的上部为一平行四边形，当夹具座要锁紧时，导轨下表面受到到轨锁紧机构施加的压力，与其对应平行的上表面受到来自于夹具座内腔面的正压力，两接触面之间压强增大，摩擦力增加。夹具座机构垂直升降机构由于夹具以靠模仿形加工原理为核心，其在加工过程中必须保证刀具切削路径与保持凸轮的轮廓线保持一致。该专用夹具主要应用于立式铣床，所以要求凸轮轴旋转中心线在垂直方向上能够相对于刀具运动。将中心顶尖安装于滑块上，滑块可以在垂直方向上受力作直线运动。夹具座机构如图：夹具座机构夹具座中部为气缸，座体两侧分别为进气管接口和排气门与气缸相通。工作时气体由进气管进入气缸，当气压达到一定值时，滑块支撑受气压作用上升，滑块受支撑推力作用带动中心顶尖上移。当需要对工件或夹具进行调整时，按下排气门按钮，气体排出，滑块支撑、滑块落下。锁紧机构夹具与导轨之间采用偏心轮机构实现锁紧。考虑到导轨磨损的因素，偏心轮的作用面与导轨下表面之间设置垫板，避免导轨长期受偏心轮作用面摩擦导致磨损。河南工业职业技术学院毕业论文14垫板上表面采用滚花工艺，增大粗糙度以增大摩擦力。导轨锁采用偏心轮锁紧的原理，体现了夹具调整、拆装的高效性。当偏心轮达到最大作用力时，若继续扳动导轨锁，锁紧力反而会减小。在手柄下方设置一组限位销可以避免这一现象出现。夹具顶盖夹具顶盖在整个加工过程中对凸轮模板限位，并作为刀具在Z轴方向的参照。辅助装夹、加工机构中心定位螺栓中心定位螺栓由于螺纹联接在自锁和保证同轴度等方面比其他联接有较大优势，在零件的辅助装夹方式上选用螺纹联接件凸轮轴安装正时齿轮的一侧在零件设计时便带有螺纹，其作用是安装螺母，固定正时齿轮。轴的另一端是油孔，在不影响零件使用性能的前提下为降低零件加工难度，在油孔内壁攻丝以实现零件的双头螺纹联接。凸轮模板中心定位螺栓由头部开始依次联接以下零件：待加工的凸轮轴、手轮、压紧螺母。手轮与压紧螺母之间是凸轮模板。如图：中心定位螺栓从大孔穿过，四个小孔与手轮的四个定位销相对应，这种结构可实现模板作任意90调整。完成角度的调整后，由压紧螺母将模板锁紧。（备注：L4型发动机的凸轮轴上有八个凸轮，以凸轮所对方向分组共分为四组，每组两个。相邻两组的夹角为90。）河南工业职业技术学院毕业论文15凸轮模板的轮廓线要与所设计零件的凸轮线相一致，这模板加工的精度要求比较高，因此对模板的加工采用数控线切割。材料：35号；钢规格：805020矩形板料。凸轮模板的数控线切割加工：1.准备工作：在点O处钻孔，孔直径不大于8；在孔内穿丝。对刀，以点O为坐标原点。2.数控线切割编程：O0001G92X0Y0M03S300G90G01X-5T0IF100X-7.5G02I0K0R2.5G01X-5G02I0K0R2.5G01Y7.5G02I0K0R2.5G01Y5G02X5Y0R2.5G01X7.5G02I0K0R2.5G01X5G02X0Y-5R5G01Y-7.5G02I0K0R2.5G01Y0（机床暂停取下切割线运转机床）G00Y-30（机床暂停安装切割线运转机床）G01X-0.69Y-17.49G02X-25.12Y-3.12R30G02X-25.12Y3.12R6G02X-0.69Y17.49R30G02X-0.69Y-17.49R17.5G01Y-26G00X0，Y-50M02河南工业职业技术学院毕业论文162.3使用专用夹具加工凸轮设备型号：西门子802D三轴铣床；刀具：24端铣刀；准备工作：装夹工件。（如图，安装正时齿轮的一端与X轴正方向对齐。调整两凸轮模板，使其与A组凸轮方向一致。）对刀。（以凸轮轴的轴线作X轴。如图以O为原点建立坐标系。）加工程序中Y坐标的制订：如图：、分别平行于XY平面、XZ平面，凸轮旋转中心D可在Z方向上平移，平面可在Y方向上平移，以确保凸轮在转动过程中始终与、保持相切。点D在XZ平面上则凸轮转动过程中与的切点运动轨迹在Y方向上，且区间关于Z轴对称。DA2，DB2。A1为凸轮与平面切点运动区间的右极限，B1为凸轮与平面切点运动区间的上极限。A1A2=B1B2，且此时A1、B1到DA2、DB2距离最大。又凸轮两侧关于DC对称，A1、B1在凸轮对称线两侧半径相等的两圆弧上；A1、B1关于DC对称。DA1=DB1.DA2，DB2；A1A2=B1B2；DA1=OB1；DA1A2DB1B2.DA2=DB2点D在A1CB1的角平分线上；又、分别平行于XY平面、XZ平面；即A1CB1=90；凸河南工业职业技术学院毕业论文17A1CD=B1CD=45当凸轮中心线与夹角为45时，切点与Z轴距离最远。经CAD软件测绘，此段距离为8.48mm。为确保端铣刀在切削过程中受力均匀及避免切屑对操作人员造成伤害，程序Z坐标定为4.24。凸轮轴旋转方向为上图所示的逆时针方向。加工程序：O0001G54G90M03S1000G00X21Y4.24Z20G01G64Z0F300LP0002（调用程序名为“P0002”的子程序。）G00X179LP0002（按下机床进给保持按钮，使机床暂停。）（同时按下两夹具座的排气按钮，使滑块落下。）（反转压紧螺母，将凸轮模板调整90用手轮定位销定位，使其与B组凸轮同向。）（正向旋转两压紧螺母，将模板锁紧。）（打开进气阀，观察气压表示数，当夹具座气缸内气压达到规定值时停止供气。）（按下循环启动键，机床继续运行。）G00X43河南工业职业技术学院毕业论文18LP0002G01X89LP0002（按下机床进给保持按钮，使机床暂停。）（同时按下两夹具座的排气按钮，使滑块落下。）（反转压紧螺母，将凸轮模板调整90用手轮定位销定位，使其与C组凸轮同向。）（正向旋转两压紧螺母，将模板锁紧。）（打开进气阀，观察气压表示数，当夹具座气缸内气压达到规定值时停止供气。）（按下循环启动键，机床继续运行。）G01X111LP0002G00X227LP0002（按下机床进给保持按钮，使机床暂停。）（同时按下两夹具座的排气按钮，使滑块落下。）（反转压紧螺母，将凸轮模板调整90用手轮定位销定位，使其与D组凸轮同向。）（正向旋转两压紧螺母，将模板锁紧。）（打开进气阀，观察气压表示数，当夹具座气缸内气压达到规定值时停止供气。）（按下循环启动键，机床继续运行。）G00X157LP0002G00X271LP0002G00Z50X0Y0M05G500M30；P0002（子程序）G90G00Z-15M08G01Z-27.5F150G04X8（将进给倍率调至0，转动手轮进行切削。）（完成该切削层的加工后，恢复进给倍率。）G01Z-30河南工业职业技术学院毕业论文19G04X8（将进给倍率调至0，转动