【发动机凸轮轴的结构设计11000字（论文）】

发动机凸轮轴的结构设计 2 2 2 22.凸轮轴的设计 32.1凸轮轴常规设计 32.2凸轮轴的设计创新 33.设计结果和设计的意义 3 31.凸轮轴造型 32.倒圆角 43.创建刀具 54.程序的存储 6 6 7 72.凸轮轴的应用 73.凸轮轴的技术要求 8 8 83.3凸轮轴热处理分析 8 4.1外圆磨削 4.2凸轮磨削 4.3钻中心孔和铣端面 4.4凸轮轴的热处理 4.5主轴颈的快速点磨加工 4.6凸轮轴的加工 4.7凸轮轴的抛光 4.8凸轮轴的探伤 3.凸轮轴直径的长度以及直径选择 4.凸轮轴结构的设计 5.凸轮轴定位的基准的选择 6.凸轮轴加工表面方法的选定 1.凸轮轴的毛胚数值的选定 2.凸轮轴的定位基准 6.凸轮轴热处理工艺 7.凸轮轴加工尺寸选择 7.2凸轮轴的杆部R角尺寸选择 7.4.键槽加工尺寸选择 8凸轮轴加工工艺流程图 2 参考文献 关键词：凸轮轴；加工工艺；数控车床本次的毕业设计的目的是为了了解轴类零件半成品的磨削加工的过接整个知识体系，对以后的工作和学校大有裨益!本课题的任务是利用上课所学习的机械设计、机械绘图、数控加工编图1.草图页面2.凸轮轴的设计2.1凸轮轴常规设计通常是依据力学知识还有数学公式等，结合着图表以及书上的知识等等资料，参考实践经验为基础，来对设计进行相对应得计算。选用较为普通得凸轮磨床的机构来进行加工。2.2凸轮轴的设计创新目前来说，现在设计凸轮轴的方法大多依靠计算机和工程软件为前提，结合现代的设计理念来进行对工件产品的设计，比如使用UG制图来设计凸轮轴。可以很好的优化产品的设计，完美的提高生产的速度效率。3.设计结果和设计的意义3.1凸轮轴的设计结果：使用计算机UG辅助绘图，优化设计的步骤，为了寻找更好的方案的前提是图和提高生产的效率以及产品的质量。减少降低砂轮的摩擦损害。这一些将会在工艺以及数控编程的时候得到体现3.2凸轮轴设计意义：凸轮轴属于精密的零部件，也是一种比较复杂的曲轴，在轴类的零件中。它磨削的严格程度高，凸轮的每个角度需要控制在一定的范围内，目前仍有一些比较头大的问题没有得到很好的改变，在工艺规范的设计方面欠缺。数控编程的程序编写仍存在不完善的地方。第二章凸轮轴三维造型UG的一些部分指令在使用的过程中的说明：工具条点击插入，点击设计特征。选中拉伸，在选择拉伸的对象。然后点击三遍OK再点击设定拉伸的距离，在选择OK起始=0确定应用取消图2拉伸页面在主菜单里面点击插入，在点击细节的特征。再点击边倒圆，然后给定圆角的半径数值在选择需要倒角的线再点击ok即可图3倒圆角的参数确定应用取消图5创建刀具刀具刀柄更多①)直径刃数图6创建刀具在简单的生成一小段程序的时候，UG的用户的界面的上面就会出件中的自动加工包含了许多的种类，比如精加工，粗加工，半精加工等等。选择了什么样的加工的方案，就得看看需求是什么,设定需求所要的参数。原点以及刀具。三维造型：第三章凸轮轴的结构特点和技术要求1.凸轮轴的功用凸轮轴的上面其实有很多类似于蛋状的圆圆的突起的地方，突起部分的作用就是在恰当的时候开启关闭发动机的气缸的阀门，凸轮轴乍一看感觉其实并不是很重要，但是凸轮轴在发动机的运转过程中发挥着重大的作用，凸轮轴的外轮廓的形状位置以及转角若是发生可一点点的变化。都可以让发动机的运转过程出现问题。当下定决心完成凸轮轴的设计的前提是，设计师必须要明白清楚该选用什么样的发动机来适配需求发动机的车。特别明显的是，为了让发动机在低速运行的过程可以发出大扭矩，像跑车设计的发动机，必须要在高速的时候拥有比平常更大的扭矩和输出功率，其传动装置，车身材料以及变速比都是设计师在设计凸轮轴的时候所必须考虑的因素。如果使用不恰当的凸轮轴，不仅仅会导致汽车的性能变坏，还会导致汽车在加速的时候出现无力、迟缓、而且费油。这对驾驶员来说，这样的车来说无非是劣质品，所以正确合理的使用与设计凸轮轴，可以大大提高汽车的性能，满足人们对汽车的功能需求。凸轮轴用于活塞的发动机中，控制开闭的气门。在发动机中，凸轮安装的位置油三种形式：顶置、中置、下置。由于发动机的转速很快，发动机每分钟的转速可以达到五千转以上的。为了保证进排气效率，将阀门与阀门颠倒，即顶阀装置，适用于凸轮轴的三从阀门的凸轮轴的距离，很多地区是制作阀门，复杂的结构和大型引擎体积，也容易产生噪音和高速操作，顶置凸轮轴使用改变的现象。因此，现代的自动働车的发是，可以减少整个系统的往复运动，提高驱动效率。凸轮轴的数量，可以分为一般的凸轮轴被许多知名的汽车发动机厂家所青睐3.凸轮轴的技术要求3.1凸轮轴生产类型和成产纲领凸轮轴的生产纲领大小会很大程度的影响这生产组织以及零部件加工的工艺的过程，生产纲领决定了各个工序需要的专业化以及生产自动化的程度的高低，选用的工艺方法以及工艺装备等等。零部件生产的纲领可以按照以下的式子计算：N=Qn(1+a%+b%)这个公式可以计算处凸轮轴的生产量为10万件/年，生产纲领以及生产的类型产生的关系，我们可以确定的是其生产的类型为大批量表1生产类型与生产纲领的关系生产类型零件的年生产纲领(件)中型零件单件生产小批生产中批生产大批生产大量生产3.2凸轮轴的材料选择所以材料应该具有比较好的韧性以及强度；轴应该拥有比较好的耐磨性还有轴的表面对于支撑具有相对应的滑动轴。3.3凸轮轴热处理分析轴类的零部件的热处理是重要的工艺过程对于保证轴类零件的性能来说，粥类的热处理对于轴类的零件的性能会大大影响。凸轮轴的材料为渗碳钢，即20Cr,对于韧性方面还有材料的强度要求比较高，但是比表面容易磨损而且需要渗碳。渗碳的作用为了就是加大轴的性能，在耐磨的方面、疲劳极限强度、抗拉抗压以及表面的硬度等等。渗碳后，第一件要做的事情就是先回火，回火的目的就是为了提高材料的硬度还有强度极限。但是淬火会产生内应力，会使得材料变脆。在淬火的时候必须要回火，这样做的目的就是为了减少消除淬火以后出现的材料脆性以及内应力，从而提高材料的塑性以及冲击的韧度。通常对于凸轮轴而言，半成品的热处理前往往还有一道重要的加工工序，那就是要对第一个和第二个凸轮之间的外部的圆。第五个、六个凸轮的中间的外圆选用两顶式装甲的方式来进行粗加工，即粗磨，这样的目的就是可以让轴类零件经过热处理后产生变形，可以保证轴类零件的同轴度，方便后期以外圆为基准来校核尺寸。4.凸轮轴磨削工艺过程表2凸轮轴的磨削工艺流程图工序号工序名称设备型号名称外协检验入采供部半成品库专用机床回螺纹半精磨中间轴颈外圆磨床精磨中间轴颈凸轮磨床精磨VI凸轮端轴颈和锥面数控端面外圆磨床精磨I凸轮端轴颈和锥面数控凸轮磨床续上表工序号超精磨I凸轮端轴颈清洗清洗打标漂洗入库设备型号型号清洗机清洗机光整机清洗机达标机抛光机4.1外圆磨削1.加工机床的选择：选择比较常用的外圆磨床型号MB1320、MK16202.工件夹紧的方案：选择两顶尖以及螺帽来加紧3.刀具的选择：外圆磨沙轮4.切削用量选择：切削用量的选择一般是先确定背吃刀量，接着确定进给量。然后才是确定切削速度背吃刀量ap选择：在本次加工工序应该切掉的加工余量不算，尽可能的虚啊弄或者是刚性较差。也可以选择走两次刀1.一次走刀：式子中的A为单边余量单位是mm2.进给量：进给量就是刀具转一圈的时候，工件和刀具在进给的时候相对的位移量。它的选择与背吃刀量有很大的关系，当背吃刀量为0.99的时候，查手册可以得知，应该选择进给量是0.8mm/r3.切削速度Uc:Uc=ⅡDn/1000式子中n为加工的速度，D是刀具的直径查手册可以知道主轴转速为400r/mm4.2凸轮磨削磨床CF412.工件夹紧的方案：选择两顶尖以及专用夹具3.刀具的选择：凸轮磨床专用砂轮4.切削用量的选择：切削用量的选择一般是先确定背吃刀量，接着确定进给量。然后才是确定切削速度背吃刀量ap选择：在本次加工工序应该切掉的加工余量不算，尽可能的虚啊弄大的背吃刀量，控制在一次走刀中。当但在粗加工的时候，应为加工余量太大了，或者是刚性较差。也可以选择走两次刀本次工序选用一次走刀：2.进给量：进给量就是刀具转一卷的时候，工件和刀具在进给的时候相对的它的选择与背吃刀量有很大的关系，当背吃刀量为0.99的时候，查手册可以得知，应该选择进给量是0.8mm/r3.切削速度Uc:Uc=ⅡDn/1000式子中n为加工的速度，D是刀具的直径查手册可以知道主轴转速为400r/mm可知Uc=ⅡDn/10005.凸轮轴轴颈加工工艺采用的无心磨床的磨削方式来进行粗加工，无心磨床有两种消防，切入式采用的式砂轮磨削，如果480凸轮轴磨削，工件不可以沿着轴向移动。因为导轮是多片状相结合的。贯穿式的通常用于但砂轮，单叶双曲面是无心磨床的导轮。但是尽可以用在磨削光轴上面，应该为单叶双曲面，使得凸轮轴可以沿着轴向来回速度为60m/s,轴颈的径向磨削的余量通常可以到达3.5mm,单间的工时用时25s,单件的磨削的时间为17s。无心磨床其实是一种很特别很新颖的加工工艺，但是所走的路线就是凸字形的，他是通过各段的插值和凸轮轴的轴颈的插值相同。通常采用的粗磨凸轮轴的轴颈的砂轮，就是属于氮化物系列，力度为60。砂轮的线速度为45m/s。凸轮轴的轴颈的加工限制5个自由度，用两个2个v形块来限制四个自由度的。轴向的自由度是凸轮轴的3#轴颈的前端面以及后面的后端面来定义的(产品被设计的时候，应对曲面尺寸，钻中心孔一般选用5中心钻，钻深孔用p后10钢球辅助检查，保证球到是10号还有20号碱浴，经过淬火后在采用一百度到二百五十度的低温回火。经过挥霍之后的组织颜色是黑色，形状是针叶状马氏体。他的硬度为HRC50-54中频淬火在钢件凸轮轴以及合金铸铁中经常被采用：1000-10000Hz是它的淬火频率。我们通常选哟7000Hz。感应加热表面淬火。它的作用原理就是：把的淬硬的工艺。目前据了解480凸轮轴所采用的方法就是自然回火，480凸轮轴表面热处理过的凸轮轴可以很好的提高零部件的弯曲疲劳的强度和扭转的能力以及表面的耐磨性。为了方便生产和管理，我们应当480凸轮轴在感应加热的时候，需要对变压器、电源、感应的线圈采取冷却的措施，要求冷却的温度，水温在25~29°之间，淬火的时候，淬火冷却液的温度在53~62度之间。如果机床自身不能达到要求，就必须在此机床的外和顶尖之间的摩擦来使得工件去预定，利用的就是顶尖(前顶尖)的高速转动。就可以很好的实现轴类的零部件在一次装甲之后，只用1片砂轮就可以完成了七斜一些，倾斜的范围大概在±5度之间，这样就可以更好的使砂轮和工件之间的接触面变小，小到只有之前传统磨削方法的1/2.目前来看，凸轮轴的加工通常采用的是数控磨削。动还有横向进给以及控制工件的主轴的变速旋转(无极)。好的解决了精磨和粗磨所需要的不同的转速，同时可以实现变速磨削(自动)这样可以让凸轮的型面上的每一个磨削的位置的线速度和进出切削量与磨削力一3.砂轮可以很好的实现恒线速度以及高速的磨削，比如480凸轮轴数控磨削在柔性方面的性能比较好。满足凸轮轴种类变化的柔性的生产工艺的需求，且CNC装置可以同时储存9个磨削数据以及20个凸轮轴轮廓的数据装置，内平衡装置的平衡精度更高，而且再次环境下的砂轮几乎不在抖动。这为选用了CBN砂轮。凸轮轴的油封轴颈以及主轴颈的粗糙度被要求在0.2。因此就得去掉油封轴281+320之间。选择煤油作为抛光液，抛光机的专属工装是数脂制的两个上下半圆粉探伤。它们主要探测的是凸轮在淬火的过程中产生的裂纹(淬火裂纹)以及在是为了防止铁血等等杂质留在主油道上的搭接孔内。就单根的凸轮轴来说，,它的清洁度为mg左右，但是清洁度如果高于，会减少发动机的寿命，增加了加速第四章凸轮轴结构设计及材料选择轮轴的硬度也有很大的需求。所以对比选择了凸轮轴的使用材料为20Cr。1.凸轮的选定：1245号工位的凸轮的基圆的尺寸为R50±0.1。选择的表面的粗糙度的数值为Ra小于等于0.8μm。2.支撑轴颈的选择：支撑轴颈的两个的外圆的表面的粗糙度Ra小于等于3.轴上的油壁孔的选择：轴上的油壁画孔的选择的尺寸为φ8mm。度以及直径的参数数据初步的设定为：凸轮轴的长度为723mm,凸轮轴的直径为80mm。带论处的安装直径的尺寸为50.7mm,安装带轮的轮毂取值为25mm。所以这个地方的宽度比轮毂宽度要稍微短一些。取值宽为48.32,轴肩的直径尺寸为图7齿轮轴结构粗基准和精基准是定位基准的两种类别，最开始加工的第一道工序或者加工开始的几道工序当中，仅仅只能选用毛胚上面未经过加工表面作为其定位基准。这就是粗精准的定义。在粗精准之后选用的工序中，使用的过程中，经过了使用加工过的表面作为其定位基准。那么称这种定位基准为精基准。粗基准的选择准则：1.方便装夹的原则2.可以合理分配加工的加工余量3.可以保证零件在加工的表面相对于未加工的表面，具有位置精度4.粗基准一般不能重复的去使用5.精基准的选择原则：6.自己为基准7.基准统—8.基准相互重合相对于一般的轴类的零部件。他的轴线其实就是它的设计基准。其实发动机的凸轮轴就参照着这个设计的基准。但是凸轮轴的几个表面很难轻易的在一次装夹的过程中去完成。所以为了减小工件在多次装夹的时候所产生出来的定位误差，就是对凸轮轴的加工精度的最好保证。本次文章选用的两顶尖的装夹方式。即选用两顶尖作为轴类的零部件定位基准。这样的做法可以很好的减少工件由于多次装夹所产生的定位误差。还可以为后面加工的工序的定位基准。即满足基准统一的原则。6.凸轮轴加工表面方法的选定1.加工的方法的选择，第一步就是先确定号被加工的零件在加工的时候，主表面最终加工的方法。然后按照一次往前，选定各个备用工序的加工方法。2.被加工的零部件的表面加工经过初步的选择后，我们应该还要去考虑为了确保各个加工的表面位置的精度要求，所采用的工艺的措施。3.通常零件是由多个表面组成的，但是每个表面的几何性质无非是孔、圆、平面等等形成的几何成型表面，所以，了解掌握各种经典的加工方案，相对于加工零部件的工艺过程来说是十分有必要。第五章凸轮轴加工的主要工序说明1.凸轮轴的毛胚数值的选定凸轮轴的主轴直径为80mm,轴长为723mm。确定了凸轮轴的毛胚的数据如下图所示：图6-1凸轮轴的毛胚尺寸参照《机械加工余量手册》我们确定了外径长度的数值选定为80mm图6-2凸轮轴基准定位通过车端面，查表可以确定了选用A5的中心孔来加工中心孔。毛胚的长度加工确定为719mm。图6-3凸轮轴轴向尺寸线然后通过查手册可知用CA6140A车床，可以加工。基准圆度值为0.3,车圆58mm如下图所示：图6-4凸轮轴基准圆度余量取值为1.6mm,通过参照《机械加工余量手册》表3-21可知以轴心线为基准，它的圆跳动的数值为0.3,如下图所示：图6-5车外圆根据参照《机械加工余量手册》,根据表5-15,可以确定加工余量的取值是0.3mm带轮的直径的地方加工的余量选择数值0.5mm,参照《机械加工余量手册》可以确定圆跳动为0.2,正如下图所示：图6-6凸轮轴粗磨主轴颈根据材料的性能骂我们对渗碳喷丸，涂抹防护渗碳的保护层。然后校图6-7热处理后的凸轮轴参照《机械加工余量手册》中表5-15,热处理以后，粗磨加工的余量取值为0.2mm,根.据表3-21,以轴心线为基准的圆跳动的取值为0.06图6-8二次加工主轴颈图6-9精加工轴向尺寸场出2现场出2现493*01为了方便数控磨床的定位，我们把多余的毛胚图6-11去掉多余毛胚的凸轮轴的数控的凸轮的磨床如下图所示：正时挺气进气的中心孔。使用的是A6.3中心钻，加工法兰的端面还有加工中心孔，参照《机械加工余量手册》中的表3-21去圆跳动0.1为轴心线的基准，如下图所示：图6-13加工小头以及法兰7.3凸轮轴带轮处加工余量选择余量手册》中的表5-15中选择加工余量为0.9mm,轴肩的地方先择加工余量去圆跳动0.25作为轴心线作为基准，如下图所示：图6-14磨小头和零件部分的对成都。可调定位销和V型快是来保证键槽的对称度，如下图所示：图6-15铣键槽5-15,加工的余量取值为0.2mm,取倒角R0.75如下图所示：图6-16倒角、取值8凸轮轴加工工艺流程图表2凸轮轴加工工艺流程图工序号工序名称设备名称1下料锯床2铣床3粗车外圆4划轴向尺寸线数控车床56半精车外圆7磨主轴颈外圆磨床8热处理9精加工轴向尺寸外圆磨床精车干部以及R角数控车床数控精切总长数控车床倒角兰蒂斯数控磨床淬火淬火机回火喷丸校正半精磨主轴颈磨床磨小头和零件的基准面外圆磨床铣床外圆磨床精磨主轴颈外圆磨床兰蒂斯数控磨床探伤机/退磁及总检验、交仓技术要求：1.产