畢業設計-凸輪工件的數控加工工藝分析(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 高速磨削及金剛石滾輪連續修整工藝，保證了其生產效率及產品的質量。 2)凸輪采用數控無靠模磨削 長期以來，凸輪軸磨床采用靠模，滾輪擺動仿形機構，典型的設備如日平－蘭迪斯SCAM－ R 型凸輪磨床。靠模凸輪機構擺動工作臺凸輪軸磨床，在磨削中存在著一系列的加工缺陷，而 采用數控凸輪磨削的新工藝，取消了靠模，完全靠 CNC 控制獲得精密的凸輪輪廓，同時工件無級變速旋轉，并采用 CBN 砂輪加工凸輪軸，從根本上解決了傳統凸輪磨床的缺陷，不僅擺脫了靠模精度對凸輪精度的影響，而且砂輪的磨損不影響加工精度。同時，由于這種工藝具有較好的柔性，為以后的產品改進、更新以及多品種的凸輪軸共線生產提供了保證。 商丘科技 職業學院畢業論文 （設計） 8 3)凸輪軸支撐軸頸的磨削 凸輪軸支撐軸頸的加工尺寸與精度如圖 2 所示。采用數控多砂輪磨削，可以高效率地磨削凸輪軸支撐軸頸，加工出的軸頸具有較高的圓柱度和較小的徑向跳動。同時數控磨削可以運用在線檢 測技術，對零件的加工部位尺寸進行監控，并把對砂輪的自動修整數據反饋給數控系統，來控制砂輪的補償，確保加工部位的尺寸。 圖 2 凸輪軸的支撐軸頸 4)采用立方氮化硼（ CBN）砂輪磨削 由于采用了無靠模數控凸輪磨床，所以整個凸輪輪廓（包括基圓、緩沖段、作用段）的磨削均由 X 軸即砂輪架和 C 軸即主軸的相對旋轉運動完成，其動作為同步動作，所以凸輪磨削過程中砂輪于工件接觸表面不同且不均勻，緩沖段及作用段接觸面積大于基圓，由此造成加工余量不均勻，緩沖段和作用段加工余 量大于基圓，故產生法向切削力的變化。另一特點為砂輪磨削過程中接觸點（磨削點）與工件及砂輪二者中心線不在一條直線上，而是在上下移動，故易產生升程誤差，也可能在緩沖段及作用段表面產生橫紋。這一特點要求砂輪直徑較小。 根據以上特點決定，選用陶瓷結合劑的立方氮化硼（ CBN）砂輪磨削凸輪。砂輪轉速為 5700 轉 /分，屬于高速磨削，生產率高，耐用度高。 CBN 砂輪有較好的熱導性，工件磨削的溫度低，可減少磨削時的燒傷、裂紋和熱損現象，與普通的砂輪相比，具有砂輪使用壽命長，更換砂輪和修整砂輪時間短，能提高工件的疲勞強度和耐磨強 性等優點。 由于使用了 CBN 砂輪，砂輪直徑有單晶剛玉的φ 600mm 減少到現在的φ 250mm，且使用壽命長， CBN 砂輪的 CBN 層厚度為 3mm，每 100 件修磨一次，每次修磨量為 ，一片砂輪的修磨 次數為 300次，可計算得出一片砂輪的理論加工工件數為 300179。 100＝ 30000件。且工件的粗糙度及凸輪升程均能很好的滿足工藝要求。 5)毛坯材料為冷激合金鑄鐵 凸輪軸是氣門機構的驅動元件，它的凸輪不僅要有合理的形狀，而且要求表面耐磨，商丘科技 職業學院畢業論文 （設計） 9 能在長期使用中基本保持設計給出的合理形狀。所以對凸輪軸的材料要求比較高。尤其凸輪表面與搖臂之間是一對運動的摩擦表面，凸輪軸的材料必須保證其工作可靠性和耐久性。 最后決定采用冷激合金鑄鐵，即在凸輪軸鑄模的凸輪尖端處放一塊加速鐵水冷卻的鐵塊，使凸輪尖端迅速冷卻，形成桃尖硬化層，其主要金屬基體為菜氏體，可以提高其硬度，并達到工藝要求：凸輪 140176。 以內 HRC35 以上， 30176。 以內 HRC48 以上，如圖 3 所示。這樣凸輪外形完全用磨削加工。 176。176。 圖 3 凸輪外形硬度分布圖 鑄鐵凸輪存在摩擦系數僅為 ～ ，而強度很低的石墨，在摩擦過程 中會脫落于接觸處成為潤滑劑，且石墨脫落后留下的孔穴又會成為絕好的儲油槽，使臨界油膜容易保持住。鑄鐵的導熱性大且不留加工余量，而凸輪工作表面只留 左右的磨削余量。 因為凸輪軸轉速低，載荷輕，潤滑又良好，而鑄鐵本身也是一種良好的軸承材料，所以不用襯套，把凸輪軸直接裝入缸蓋凸輪軸孔中。采用冷激鑄鐵，工藝簡單且成本低，激冷用外冷鐵可由我單位生產，反復使用近百次后可作為返回料入爐，所以生產工序簡單，并可以大幅度提高耐磨性。 工藝難點 主軸頸粗糙度的保證 凸輪軸生產的難點是主軸頸的粗糙度達不到圖 紙的要求，圖紙要求為 ，實際加工情況為 Rz≤ ，這就給驗證帶來了很多麻煩。 根據實際情況，首先通過改變機床的切削用量，把機床規定好的切削用量徹底改變，一組一組的數據進行試驗，最終結果還是不好。最后在保證砂輪不變的情況下，改變金剛石修整器的修磨速度 F，修整量μ，來提高工件的粗糙度。通過反復試驗，得出幾組比較好的數據。 商丘科技 職業學院畢業論文 （設計） 10 μ＝ F30 Rz=~ μ＝ F15 Rz=~ μ＝ F30 Rz=~ μ＝ F35 Rz=~ 通過比較，決定選用μ＝ ， F30 這組數據，磨 5 個工件修整一次，粗糙度＜ 。且節拍達到 分鐘，達到了本線的設計綱領。 軸頸夾痕 1)軸頸夾痕：凸輪軸線 120 序凸輪磨削時用鍵 槽定位，φ 22 外圓夾緊。三爪長期使用造成φ 22 外圓上由三個光亮帶，粗糙度合格。 該凸輪磨床在設備驗收時即有光亮帶夾痕存在，據了解目前凸輪桃子磨削工藝大多采用腱槽角向定位三爪夾緊 工件小端外圓，中心架支撐軸徑向表面來完成磨削過程，此方案勢必要產生夾痕。該工藝豐田汽發，一汽大眾均采用，新產品 1SZ 凸輪軸從外觀看也采用此加工工藝加工的。此工藝方案可繼續使用。 2)徹底消除夾痕工藝的近一步探討：采用倒序加工的方法，先磨桃子，后磨小端外圓。 a)使用這種方法，涉及變動的部分：凸輪磨改三爪、中心架。鍵槽銑床改定位塊、量驗具工藝尺寸鏈重新計算，改所有工藝文件。 b)引發的質量問題：由于凸輪磨床的中心架支撐軸頸是精車表面，對凸輪磨削精度和升程曲線會造成很大的影響。由于磨小端外圓與銑鍵槽定位基準不統 一，會對鍵槽對稱度造成很大的影響。 c)拋光小端外圓，需要增加投入。該方案沒有必要。 3)結論：輕微夾痕對發動機性能無影響，沒必要增加投入。裝工件時鍵槽盡量放在夾具的驅動鍵槽位置，以免驅動鍵槽轉動時，劃傷加工表面。 [6] 4 凸輪廓形理論計算及加工控制參數 凸輪軸凸輪的廓形要求 氣門運動的加速度和減速度都是凸輪輪廓的函數。發 動機的凸輪軸凸輪輪 廓如圖 4 所示，主要包括進氣段 C（開啟弧）、排氣段 E（關閉弧）、緩沖段 B、緩沖段 C、基圓 A、頂弧 D。 發動機凸輪軸的凸輪廓形 是以凸輪與φ 10 滾珠對滾時二者中心距離 1y ， 2y 表示的，商丘科技 職業學院畢業論文 （設計） 11 如圖 5，圖紙給出表列函數 1y ＝ 1f (φ )， y＝ 2f (φ )表 4— 1 為凸輪軸升程表。 圖 4 凸輪 輪廓圖 圖 5 凸輪廓形圖 凸輪升程數據 1)從動件半徑（ mm）：設定從動件半徑，用來輪廓計算和測定。 2)凸輪基圓直徑（ mm）：設定凸輪基圓直徑，可以用此數據微調凸輪尺寸，因為沒 有凸輪的長徑尺寸。 3)角度升程值（ mm/deg）：以凸輪頂點轉 180 為 0，只輸入有增量的兩個角度之間（ 90～270）的增量數據，每隔 1 進行設定（機內密化系統），最后制成升程表 [7]。 表 41 凸輪軸凸輪升程表 商丘科技 職業學院畢業論文 （設計） 12 φ φ φ 0 41 82 1 42 83 2 43 84 3 44 85 4 45 86 5 46 87 6 47 88 7 48 89 8 49 90 9 50 91 10 51 92 11 52 93 12 53 94 13 54 95 14 55 96 15 56 97 16 57 98 17 58 99 18 59 100 19 60 101 20 61 102 21 62 103 22 63 23 64 24 65 25 66 26 67 27 68 28 69 29 70 30 71 31 72 32 73 33 74 34 75 35 76 36 77 37 78 38