【文章內容簡介】 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 選擇定位基準 凸輪軸的定位基準應與設計基準和工序基準相統(tǒng)一重合，基準的選擇是工藝設計 過程 中的重要工作之一，正確與合理的基準，可以讓加工質量得到保證，生產成本得到控制， 生產率得到提高。否則，不但使 實際生產過程 中的 錯漏 百出， 嚴重時 還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。因此，工件在加工過程中的測量、定位等問題必須要重點考慮。 (1) 粗基準的選擇 本次畢業(yè)設計柴油機 F3000 凸輪軸的粗基準的選擇在第二道工序，即凸輪軸銑端面打中心孔工序中選擇，如圖 31 所示選擇 工件 毛坯外柱圓面及其一個側面作為 粗 定位基準，這保證了后續(xù)加工余量的均勻性，同時也后續(xù)精加工的質量。 圖 31 銑端面打中心孔 (2) 精基準的選擇 根據精基準 的 選擇原則，以及結合凸輪軸具體結構，的基準選擇如下： ① 凸輪軸 軸向定位基準，目前最常用的是兩個中心孔，因為凸輪軸作為軸類零件，各個支承軸頸的加工，止推面的加工，外圓的加工，凸輪軸小頭的加工等均是采用兩中心孔作為定位基準，而且這些表面的設計基準一般上都是軸的中心線，選擇兩中心孔定位也能符合基準重合原則。由于多數工序都是采用中心孔作為定位基準，這樣能 盡可能多地 加工 端面和外圓， 符合基準統(tǒng)一原則。如圖 32 所示為精車止推面工序，其徑向圓跳動的基準為兩個中心孔，徑向圓跳動 。 本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 10 圖 32 精車止推面 ② 凸輪軸的配氣相位對于凸輪的角度誤差的要求也是很高的，因此凸輪軸的凸輪加工通常采用精度較高的工藝孔或者鍵槽作為角向定位基準。本次畢業(yè)設計的凸輪加工的角向定位基準選擇的是鍵槽，如圖 33 所示為精磨凸輪工序，可以看到加工凸輪的軸向定位基準為兩個中心孔，角向定位基準為鍵槽。第一進氣凸輪和鍵槽凸輪夾角為 3176。177。 30′。 圖 33 精磨凸輪 選擇表面加工方法 凸輪軸的選擇加工方法根據加工方法原則選擇如下： ① 凸輪軸兩個端面和鍵槽作為一個平面，根據加工表面形狀類型可以選擇采用車、刨和銑，但考慮到加工質量要求，所以選 擇銑削加工； ② 凸輪軸軸頸和凸輪作為一個圓柱面，根據加工表面形狀類型可以選擇車削和磨削且車削和磨削能滿足凸輪軸軸頸精度要求，因此最終選擇車削和磨削加工。 ③ 中心孔作為一個內孔根據加工表面形狀類型可以選擇鉆孔加工加工外圓柱面采用外圓磨削和車削； 根據凸輪軸零件每個表面的加工要求，確定其加工方案如下表 31 所列。 本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 11 表 31 凸輪軸加工表面加工方案 加工表面 加工方案 左右兩個端面 銑 五個Φ 48 凸輪軸頸 粗車 精車 粗磨 半精磨 精磨 兩個中心孔 鉆 粗研 精研 凸輪 粗車 粗磨 半精磨 精磨 鍵槽 銑 凸輪軸大小頭螺紋 攻絲 加工工序的劃分和加工順序的安排 凸輪軸劃分加工階段 凸輪軸作為柴油發(fā)動機配氣機構中重要零件，其加工精度要求很高，因此其加工需分四個階段才能達到要求： (1) 粗加工：銑端面、加工定位基準（打中心孔）、粗車各支承軸頸、粗車凸輪等； (2) 半精加工：粗磨凸輪、粗磨各支承軸頸等； (3) 精加工：精磨各支承軸頸、精車止推面、精磨凸輪等； (4) 光整加工：拋光軸頸和凸輪表面、去毛刺等。 加工順序的安排 柴油機凸輪軸的加工順序的安排合理與否，直接影響其質量和性能，對于各支承軸頸、凸輪主要是按粗車→粗磨→精磨的順序進行加工，即先粗后精加工。還需遵循先基準后其他，對于凸輪軸的加工需先加工基準，即中心孔，后加工其他面。 其他各個面按主要和次要面的加工工序相互交叉進行， 在整體上應遵循“先粗后精”的原則進行加工 [3]。 擬定機械加工工藝流程 表 32 柴油機 F3000 凸輪軸加工工藝過程 工序號 工序 名稱 基準 工序簡圖 設備 工夾具 本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 12 1 下料 鋸床 G4028 2 銑端面打中心孔 粗基準：前后兩支承軸頸毛坯外圓 平面端打中心孔鉆床 中心孔檢具 3 粗車 夾位 兩個 中心孔及毛坯外圓 數控車床CY— K500 定位板G0500J6 4 粗 車 外圓 及 劃線 兩個 中心孔 、小頭用輔助支撐 數控車床CY— K500 5 粗切槽 兩個 中心孔 、小頭用輔助支撐 車床 CD6140 6 精切槽 及 粗 倒角 兩個 中心孔 、小頭用輔助支撐 數控車床CY— K500 7 正火 正火生產線 本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 13 8 研中 心孔 9 精車 外圓 兩個 中心孔 、小頭用輔助支撐 數控車床CY— K500 雞心夾 10 精 車 小頭 及 粗切 消 氣槽 兩個 中心孔 、大頭支承軸頸 數控車床CY— K500 定位板G0500J6 11 銑鍵槽 兩個 中心孔 、大頭支承軸頸 立式銑床X5030C 分度頭尾座頂尖 12 鉆油孔 小頭端面和軸頸 臺鉆 Z4016 鉆模F3000J10 鉆孔支撐座F3000J11 13 粗車 凸輪 兩個 中心孔 、鍵槽 凸輪軸車床S1227 產品撥塊F3000J14 靠模撥塊F3000J16 14 粗磨 凸輪 兩個 中心孔 、鍵槽 同工序 13 凸輪磨床MXBS8312A 磨凸輪夾具F3000J3 15 淬火 中頻淬火機 本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 14 16 打標識 大頭 頸部 端面、 軸頸 氣動打字機DBGZ 打字夾具F3000J4 17 粗磨 外圓 兩個 中心孔 、 凸輪軸 小頭 外圓磨床M1420D 雞心夾F3000J13 18 精車 小頭 同工序 10 數控車床CYK500 定位板G0500J5 19 精倒角 兩個中心孔 普通車床C616 B1 20 鉆 兩 端螺 紋 底孔 兩個 中心孔 數控專用機床 專用夾具 21 攻大頭 螺紋 攻絲機 T650 攻絲座F3000J8 22 攻小頭 螺紋 兩個 中心孔 攻絲機 T650 攻絲座F3000J8 23 精研 中心孔 臺鉆 Z4016A 研座孔474QJ11 24 精車 止推面 兩個 中心孔 同工序 10 數控車床CYK500 定位板G0500J5 25 半 精 磨 兩個 同工序 13 凸輪磨床 磨凸輪夾本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 15 柴油機凸輪軸重點加工工藝說明 銑端面打中心孔 銑端面打中心孔作為柴油機凸輪軸加工工藝的第一個重點工序，它的的加工質量直接影響著后續(xù)加工工序的質量，同時影響著凸輪軸的質量和性能。本凸輪 中心孔 MXBS8312B F3000J3 凸輪磨定位塊 F3000J6 26 半精磨 大外圓 兩個 中心孔 同工序 17 數控外圓磨床 M1420D 雞心夾F3000J13 27 半精磨 小外圓 兩個 中心孔 外圓磨床M1420D 雞心夾F3000J13 28 精磨 凸輪 兩個 中心孔 同工序 13 豐田工機GC32M120 磨凸輪夾具F3000J3 29 精磨大外圓 兩個 中心孔 同工序 17 數控外圓磨床 M1420D 雞心夾F3000J13 30 精磨小外圓 兩個 中心孔 同工序 27 數控外圓磨床 M1420E 雞心夾F3000J13 31 拋光、 去毛刺 兩個 中心孔 震動拋光機 F3000J27 32 成品 檢驗 凸輪軸檢測儀 ADC0LE 33 探傷 同工序 31 探傷機CJW2022B 34 清洗、 防銹 同工序 31 清洗機QXJ450 35 包裝 、入庫 同工序 31 捆包機 本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 16 工序的中心孔作為后續(xù)各支承軸頸，凸輪，止推面的粗加工，半精加工到精加工以及凸輪軸的拋光等工序均是采用中心孔作為定位精基準，因此銑端面打中心孔這道工序在整個工序過程中起著至關重要的作用。如圖 34 所示為銑端面打中心孔工序圖，棒材進過銑削后長度為 177。 ，棒材圓柱面對兩中心孔的基準軸線的圓跳動公差為 ,對于加工過程的夾具夾持位置以及加工位置和加工參數如圖所示。 圖 34 銑端面打中心孔工藝 在此過程中，加工設備選用的是平端面打中心孔鉆床 Z8210C500,在銑端面過程中，刀具選用 YT15刀片，刀具修磨頻次 45～ 80件 /次，主軸轉速 320r/min,吃刀深度為 ～ 2mm，走刀量為機床設定；在鉆中心孔過程中，刀具選用中心鉆 A8，刀具修磨頻次 180～ 320件 /次，主軸轉速為 630r/min，吃刀量為 4～ ，走刀量為機床設定，冷卻液采用乳化液。在加工完畢比后要對軸總長、圓跳動、孔深、中心孔直徑、中心孔角度、粗糙度等進行檢驗。 正火 柴油機凸輪軸的正火主要是將凸輪軸加熱到臨界溫度 Ac3 或 Accm 線以上，保溫一段時間，然后進行空冷。由于冷卻速度稍快，組織中的珠光體量相對較多，且片層較細密，故性能有所改善，細化了晶粒，改善了組織，消除了殘余應力 [7]。正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度，同時為下一步淬火作好組織準備。其工序如圖 35 所示。 其正火溫度、正火時間如圖 36所示。 圖 35 凸輪軸正火工藝 本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 17 圖 36 正火工藝曲線 技術條件： (1) 正火硬度不小于 180HBS(90HRB)，晶粒度 6～ 8 級，均勻鐵素體加片狀珠光體。 (2) 校直彎曲度 。 (3) 拋丸處理，表面無氧化皮，無碰傷。在熱處理完后需對凸輪軸的硬度、晶粒度進行檢驗，校直彎曲度，使彎曲度 ，進行拋丸處理，除去表面氧化皮，最后檢驗凸輪軸表面是否有碰傷等。 淬火 凸輪軸的淬火工藝主要是將凸輪軸加熱到 Ac3（亞共析鋼） 以上 30～ 50℃，保溫后放入各種不同的冷卻介質中（ V 冷 應大于 V 臨 ） 冷卻 [7]，即回火，以獲得馬氏體組織（如圖 37）的 熱處理方式。經過淬火后的凸輪軸，其強度和硬度得 到了提高，然后伴隨著是不同溫度的回火，回火降低 了淬火的內應力，使凸輪軸的強度、 硬度和韌性的配 合滿足了不同要求。 其淬火工序如圖 38 所示。 圖 37 淬火金相組織圖 400 圖 38 凸輪軸淬火工序圖 其技術要求如下： (1) 凸輪軸的支承軸頸和進、排氣凸輪表面進行中頻淬火， 本科生 畢業(yè) 設計 3 凸輪軸加工工藝路線的擬定 18 其硬度為 54～ 63HRC。 (2) 凸輪頂部淬火層深不小于 4，其它部位層深 2～ 。 (3) 止推面 %c42 以外圓環(huán)面淬火硬度不低于 42HRC，層深不小于 ；其余軸頸層深 2～ 、兩端 3 范圍內允許硬度降低至 50HRC。 (止推面軸頸表面距后端 5 以內的硬度允許適當降低 )。 (4) 零件應保護好鍵槽后拋丸、去除氧化皮；防銹、防碰傷。 (5) 校直，彎曲度≯ 在淬火過程中，需要注意的是避免淬火使凸輪軸表面產生裂紋，軸頸、凸輪兩側面不允許有殘留氧化皮。淬火完成后，要對表面硬度、淬火深度以及金相組織進行檢驗。 精車止推面 凸輪軸的止推面作為在柴油機裝配過程中限制凸輪軸軸向竄動的一個軸向定位，起著至關重要的作用，其加工質量的好壞直接影響著柴油機的性能。 如圖 39 所示為精車凸輪軸止推面工藝，止推面圓柱直徑為φ 40177。 ，止推面長度為 4+ + mm，表面粗糙度為 ，其相對于兩中心孔