凸轮轴的工艺分析及生产类型的确定

PAGE71凸轮轴的工艺分析及生产类型的确定1.1凸轮轴的用途任务书所指凸轮轴为内燃机配气机构的零件，其主要工作表面是两个凸轮面，推动顶杆移动，从而控制进、排气门的开合。1.2凸轮轴的技术要求加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙Ra（μm）形位公差（mm）中心孔B2/6.3IT1212.5直径尺寸15e7IT70.4全跳动0.02C-C圆柱度0.005直径尺寸30IT1212.5直径尺寸25k6IT61.6全跳动0.02C-C圆柱度0.006直径尺寸24g6IT61.6圆跳动0.03C-C直径尺寸18f7IT71.6圆跳动0.04C-C凸轮尺寸260.05320.05IT70.4平行度0.008A-B圆跳动0.04A-B长度尺寸179IT13长度尺寸100IT13圆跳动0.01A-B长度尺寸68±0.23IT13长度尺寸34±0.195IT13长度尺寸14IT13长度尺寸52IT13键槽5N9IT9槽底6.3槽壁3.2对称度公差0.012A-B正火处理，硬度为170-241HBS。凸轮表面及表面应高频淬火，硬化层深1.5～3，凸轮顶部允许达6，淬硬层硬度为55-63HRC。淬火层金相组织应为细针状和中等针状回或马氏体及少量屈氏体；进、排气凸轮均为对称形，对于表中所列理论升程之偏差：-，范围内不大于0.04。在-范围内不大于；升程变化率公差在-范围内0.004/，在-范围内0.006/。进、排气凸轮用平面测量头从凸轮对称中心为处向两侧测量；凸轮轴精加工后，各支承轴颈和凸轮表面应光洁。不允许有碰伤，凹痕，毛刺，裂缝等缺陷存在；凸轮轴精加工后应经磁力探伤，探伤后退磁；去锐边，尖角（包括凸轮两侧）；按JB/T510482-92《柴油机凸轮轴检验方法》检验。1.3审查凸轮轴工艺性由零件图可知，凸轮轴进气排气凸轮表面、ø15外圆面、ø25外圆面、ø24外圆面，ø18外圆面、两个槽、ø30及ø24端面为主要的工作表明，加工精度高，需要高精度机床或磨床进行加工，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过车、铣粗加工即可达到加工要求；由此分析，该零件的工艺性较好。1.4确定凸轮轴的生产类型依设计题目指示可知该凸轮轴的生产类型为大批量生产，其对应夹具设计成专用夹具。2确定毛坯，绘制毛坯简图2.1选择毛坯由于该凸轮轴在工作过程中要承受交变载荷，并且工作环境温度变化较大，为增强凸轮轴的强度和冲击韧性，获得纤维组织，毛坯选用锻件。该凸轮轴的轮廓尺寸不大，生产类型属于大批生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为。2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量2.2.1公差等级由凸轮轴的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。2.2.2锻件重量已知机械加工后凸轮轴的重量为415g，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为600g。2.2.3锻件形状复杂系数对凸轮轴零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度，即l=182mm，d=68mm。2.2.4锻件材质系数由于该凸轮轴材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属级。2.2.5锻件分模线形状根据该凸轮轴的形位特点，选择零件的一个凸轮的对称面为分模面进行分模。2.3确定锻件加工余量及形状锻件质量/kg包容体重量/kg形状复杂系数材质系数公差等级0.62.3普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注长度1791.5～2.0长度251.5～2.0凸轮厚度91.5～2.0长度1001.5～2.0长度681.5～2.0长度341.5～2.0长度141.5～2.0长度101.5～2.0长度521.5～2.0高度261.5～2.0凸轮高度321.5～2.0毛坯图如下：3拟定凸轮轴工艺路线3.1定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。3.1.1精基准的选择根据该凸轮轴零件的技术要求和装配要求，选择凸轮轴两顶尖孔为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作基准进行加工，遵循了“基准统一”原则。3.1.2粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有毛边、毛刺或其他表面缺欠。可选ø15和ø24两轴表面为粗基准，首先加工凸轮轴两端面，为后续工序准备好精基准。3.2表面加工方法的确定3.3加工阶段的划分该凸轮轴加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工，半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（凸轮轴两顶尖孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗车各轴颈及凸轮表面和端面，在半精加工阶段，完成一些重要表面的半精车加工；在精加工阶段，进行重要表面如凸轮表面的磨削加工。按照工序集中的原则安排凸轮轴的加工工序。该凸轮轴的生产类型为大批生产，可采用万能型机床配以专用工夹具，以提高生产率；运用工序集中原则使减少工件的装夹次，缩短辅助时间，提高加工精度。3.4工序顺序的安排3.4.1机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”的原则，首先加工精基准——凸轮轴两断定位孔（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。3.4.2热处理工艺模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为241-285HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。凸轮面、ø15、ø24及ø18轴颈表面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。3.4.3辅助工艺粗加工凸轮轴两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺，清洗和终检工序。综上所述，该凸轮轴的安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。3.4.4确定工艺路线工序号工序名称机床设备刀具量具1铣端面钻中心孔铣钻组合机床可转位刀片4×H16YYT15中心钻B2GB/T145-1985游标卡尺0～200mm2粗车外圆ø25、ø24倒角1.4车床C6136A自焊车刀YT5游标卡尺0～125mm3粗车外圆ø18倒角1、1.4车床C6136A自焊车刀YT5游标卡尺0～125mm4粗车外圆凸轮侧间ø18、R1车床C6136A自焊车刀YT5游标卡尺0～125mm5粗车外圆ø18、R1、R3、ø30车床C6136A自焊车刀YT5游标卡尺0～125mm6车槽退刀槽2×0.5车床C6136A自焊车刀YT5游标卡尺0～125mm7粗磨ø25、ø24、ø18磨床M131W砂轮1-400×30×203WA46K6V-35m/s游标卡尺0～125mm外径千分尺0～50mm8粗磨ø15磨床M131W砂轮1-400×30×203WA46K6V-35m/s游标卡尺0～125mm外径千分尺0～50mm9铣键槽5×34铣床X920键槽铣刀d5-e8GB/T1112.1-1997塞规2-816-0.210铣键槽5×10铣床X920键槽铣刀d5-e8GB/T1112.1-1997塞规2-816-0.211粗磨凸轮磨床M8325砂轮1-600×32×305-A80L5V-35m/s外径千分尺25～50mm12去毛刺钳工台细齿平锉刀13淬火淬火机GP100-C314磨轴径ø10.9磨床M131砂轮M400×50×203WA46L6V-35m/s,外径千分尺0～25mm15滚丝M12-6g滚丝机SG12滚丝模GB/T971-1994螺纹环规GB/T3934-198316半精磨凸轮磨床MB8318砂轮1-600×32×305-A80L5V-35m/s外径千分尺25～50mm17精磨凸轮磨床MB8318砂轮1-600×32×305-A80L5V-35m/s外径千分尺25～50mm18精磨ø15磨床M1432A砂轮1-400×50×305-WA80K50V-35m/s游标卡尺0～125mm外径千分尺0～25mm19精磨ø25、ø24、ø18磨床M1432A砂轮1-400×50×305-WA80K50V-35m/s游标卡尺0～125mm外径千分尺0～25mm20探伤CEW-20004机床设备及工艺装备的选用4.1机床设备的选用在大批量生产条件下，可以选用高效的专用设备和组合机床，对于简单加工可选用通用设备。4.2工艺装备的选用工艺装备主要包括刀具，夹具和量具。在工艺卡片中应简要写出他们的名称及量程精度值。凸轮轴的生产类型为大批量生产，所选用的夹具均为专用夹具。5加工余量，工艺尺寸和公差的确定工序1其加工过程为：以ø18、ø24圆柱面和凸轮端面为定位基准进行定位，同时粗铣平两端面，保证工序尺寸；铣平后同时钻出B2型定位孔。工序2、3、4、5、6粗车各轴及凸轮端面，粗车外圆及凸轮表面，粗车各退刀槽。粗车外圆，为下步预留径向加工余量为0.4，轴向加工预留加工余量为0.25，故粗车外圆直径保证为工序尺寸、、、、，倒直角预留加工余量为0.4。凸轮侧间及为非工作面，加工精度要求低，故一次加工保证粗糙度Ra25。轴向工序尺寸为、、、、、、、凸轮厚度工序7、8粗磨，为后续工序预留0.125的径向加工余量，磨削保证的工序尺寸为、、、,轴向工序尺寸为、、、，圆角R0.5。工序9、10铣键槽保证，键槽保证。工序11粗磨凸轮，须保证的工序尺寸为、。工序12、13去毛刺后淬火处理达到规定技术要求。工序14、15磨外圆后滚丝，磨削后的直径为，滚丝M12-6g。工序16、17半精磨和精磨凸轮，半精磨至尺寸、,精磨保证最后尺寸、。工序18、19精磨轴径至设计零件图所要求尺寸、、、。工序20磁力探伤质检。6切削用量、时间定额的计算6.1切削用量的计算工序1—粗铣凸轮轴两端面该工序分两个工步，工步1以ø18、ø24圆柱面和凸轮端面为定位基准进行定位，用组合机床同时粗铣两端面，切削速度V和进给量f是一样。背吃刀量的确定：==2mm。进给量的确定按机床功率为5-10KW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量取为0.08mm/z。铣削速度的计算查表，按铣刀d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。由公式n=1000v/d可求得该工序铣刀转速，n=178.65r/min，参照表铣床的主轴速度，去转速n=160r/min，再将此转速代入公式，可求出该工序的实际铣削速度v=nd/1000=40.2m/min。工序2—粗车、该工步以定位孔为定位基准在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此他们所选用的切削速度和进给量是一样的，同理可得：背吃刀量的确定：背吃刀量=Z=5mm；进给量的确定：粗车=1mm/r；粗车速度的计算：刀具材料为YT15，粗车v=70m/min；工序3、4、5、6—粗车、、，及凸轮端面，粗车ø30外圆及端面，粗车退刀槽及倒角。背吃刀量的确定：背吃刀量=Z=1mm；进给量的确定：半精车=0.65mm/r；半精车速度的计算：刀具材料为YT15，半精车v=100m/min。工序9、10—铣键槽背吃刀量的确定：背吃刀量=Z=0.5mm；进给量的确定：每齿进给量=0.02mm；铣削速度的计算查表，铣削速度v可取为61m/min。工序7、8、11—粗磨ø25、ø24、ø18、ø15，及凸轮表面背吃刀量的确定：背吃刀量=Z=0.3mm工件的运动速度：v=20m/min进给量的确定：=0.024mm/r6.2时间定额的计算6.2.1基本时间的计算（1）工序1—粗铣凸轮轴两端面钻中心孔根据查表知铣刀铣平面的基本时间计算公式可求出该工序的基本时间，由于该工序两个工步，工步1：l=16mm,=1mm，=1.8mm,=0.08mm/z10z/r160r/min=128mm/min将上述结果代入公式=8.8s。工步2：，=2mm,=2mm,l=3.7mm,f=0.08mm,v=20m/min,d=2.0mm,=3.72s。（2）工序9—铣键槽该工序就一个工步：其基本时间计算公式，其中=0.5d+=3.5m=0,i=h/=3/0.5=6,可求得==105s==38s（3）工序2、3、4、5、6—粗车各外圆端面及退刀槽粗车外圆的基本时间的计算公式：，，粗车选择，=5mm,=10.67mm,f=1mm/min,粗车v=70m/min从零件图上从左到右依次为：15:n=1486.2,=70.67s18:n=1238.5,=90.67s30:n=743.1,=26.68s25:n=891.72,=48.67s24:n=928.87,=96.67s18:n=1238.5,=40.67s总时间为：374.03s粗车的辅助时间：从零件图上从左到右依次为：15:=70.67s,=14.134s18:=70.67s，=21.068s30:=26.68s，=5.336s25:=48.67s，=9.734s24:,=96.67s，=19.334s18:=40.67s，=8.134s总时间为：77.74s钻中心孔的辅助时间：=3.72s,=0.744s铣削基本时间的计算公式：=143s,=21.45s用滚丝基本时间：=45s6.2.3其他时间的计算布置工作地时间是作业时间的2%～7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%～4%，均取为3%，按公式（3%+3%）×（+）计算，分别为：（1）粗车的其他时间：101.062s（2）粗磨的其他时间：286.49s（3）钻中心孔的其他时间：3.76s（4）铣削的其他时间：9.8s（5）用滚丝机滚丝的其他时间：21.79s6.2.4单件时间的计算（1）粗车的单件时间：9.46min（2）粗磨的单件时间：10.52min（3）钻中心孔的单件时间：8.224s（4）铣削的单件时间:174.25s（5）用滚丝机滚丝的单件时间：47.63s7铣凸轮轴键槽的夹具设计7.1夹具设计任务175F柴油机凸轮轴。工件材料为45钢，毛坯为模锻件，成批生产规模。设计凸轮轴铣削键槽的铣床夹具。7.2确定夹具的结构方案7.2.1定位方案如图所示定位7.2.1确定定位元件根据工序简图规定的定位基准，选用V型块定位方案，两个短V