PAGE機械制造畢業論文目錄摘要及關鍵詞 11引言 11.1汽車發動機行業的發展狀況 11.2凸輪軸的性能要求 21.3本文研究內容 32凸輪軸生產線前期規劃 32.1產品規格 32.2工藝設計原則及凸輪軸加工工藝分析 42.3小結 53凸輪軸生產線工藝分析 63.1生產線布置 63.2工藝設計 63.3工藝分析 73.4工藝特點 93.5工藝難點 114凸輪廓形理論計算及加工控制參數 124.1凸輪軸凸輪的廓形要求 124.2包絡線理論 154.3凸輪廓形坐標 164.4砂輪的中心坐標 194.5磨削圓周進給量計算 204.6等周速曲線 224.7砂輪座加速度 224.8光順處理 224.9工件主軸轉速配置 234.10磨削用量數據 235總結 24參考文獻 26謝辭 27汽車凸輪軸加工工藝分析摘要：凸輪軸作為汽車發動機配氣機構中的關鍵部件，其性能直接影響著發動機整體性能。因此凸輪軸的加工工藝有特殊要求，合理的加工工藝對于降低加工成本、減少生產環節以及合理布置凸輪軸生產線具有很大的現實意義。本文針對凸輪軸的加工特點，結合工廠的實際，從前期規劃開始，對凸輪軸的加工工藝進行了深入的分析、研究。建立了用數控無靠模方法。對凸輪廓形進行計算和推倒，對凸輪輪廓的加工進行了探討并提出適用于發動機凸輪軸的加工方法。關鍵詞：發動機；凸輪軸；工藝分析1引言1.1汽車發動機行業的發展狀況現代汽車發動機行業的發展十分迅速，這種趨勢要求各發動機廠家不僅要具有大批量生產的能力，也同時要具有小批量、多品種的生產技術。所以，在汽車發動機廠家現在已經普及了互換性、自動化生產，做到了流水線式生產線布置及工藝安排，實現了按節拍生產?，F在汽車的發動機的節拍為1.75分鐘/臺。1.75分鐘包括輔助時間和機加工時間。輔助時間包括上料、輸送、檢驗時間，而機加工時間則是指從夾具定位、夾緊到機加工完成，夾具松開并推出工件這段時間。除按節拍生產以外，我國的發動機生產廠家多數采用流水線布置。生產線分為半自動生產線與全自動生產線兩種形式。半自動生產線與全自動生產線的區別在于前者靠人工在工序間輸送工件，而后者則實現了無人操作、輸送、加工及檢驗全部實現自動化。全自動生產線雖然自動化程度高，質量穩定、可靠，但是投資巨大，成本太高，而我們國家人力資源豐富，人工價格偏低，所以大部分發動機生產廠家采用半自動生產線與局部全自動化生產線相結合的方式布置生產線，在保證生產節拍和產品質量的前提下，盡可能的降低產品的成本。此外，在各種發動機的零部件的設計及生產上均采用了一些先進的形式及工藝。例如多氣缸多氣門的設計，從直列三缸到V型雙列十二缸，從二氣門到四氣門、五氣門。多氣門的布置可以增加充氣效率，便于阻止缸內氣流壓力。頂置式凸輪軸設計，精密加工，柔性生產，在線自動測量及自動補償等等，這些都為機加工生產及工藝安排增加了難度，向技術人員提出了更高的要求。人們對發動機的性能要求概括為以下幾點：⑴高的動力性能。⑵高的燃料經濟性。⑶高的工作可靠性和足夠的使用壽命。⑷結構緊湊，外形小，重量輕。⑸高的環境性能，低排放，低消耗，低污染。尤其是最后一點，在近些年中得到很大的關注。由于發動機性能指標的不斷提高，其加工精度、難度也不斷增加，所以在發動機行業中，數控機床，精密加工機床，加工中心，自動生產線，成組技術等先進設備及技術都得到了廣泛的普及。1.2凸輪軸的性能要求在汽車發動機的各個零件及機構中，配氣機構是非常重要的，配氣機構必須根據發動機氣缸內所發生的工作過程，保證正確地打開和關閉氣門。而凸輪軸是配氣機構中最重要、最關鍵的零件，它決定著氣門的升程曲線和氣門開關時刻，從而直接影響發動機的進排氣量，影響發動機的動力性、經濟性和排放[1]。發動機行業現在都采用氣門頂置式配氣機構，其主要原因是由于頂置式配氣機構的發動機能選用較高的壓縮比。其氣門可以設計的比較大，混合氣進入和廢氣排出的必經路程又比較短，因而頂置氣門式發動機的容積效率比較高。另外，頂置氣門式發動機燃燒室的S/V比值較小（S/V比值是燃燒室的表面積S和燃燒室的容積V之比），這樣，不僅廢氣中未燃碳氫化合物的含量較少，而且發動機的熱效率也較高，這在排放標準日益提高的今天是非常重要的。在頂置氣門式配氣機構中，除通常采用挺桿、推桿和搖臂控制氣門的形式外，還有采用頂置凸輪軸（SOHC）的。在頂置凸輪軸的發動機中，凸輪軸置于氣缸蓋上，凸輪直接作用于搖臂或者挺桿來控制氣門。除單頂置凸輪軸外，還有雙頂置凸輪軸（DOHC）的，其中一根凸輪軸操縱進氣門，另一根控制排氣門。這種單頂置凸輪軸發動機，由于沒有推桿和挺桿，因而減小了配氣機構的慣性力，減少了氣門產成顫動的傾向，同時也減少了系統的變形量。而且這種單頂置凸輪軸發動機還有一個優點，由于運動質量小，凸輪輪廓可以設計的比較陡一些，可以使氣門能夠更快的打開和關閉，保持更多的時間停留在全開的位置上，改善發動機的換氣，提高容積的效率，這樣可提高發動機的性能，特別是高速下的性能。由于發動機的發展趨勢為多氣缸多氣門設計，而每一個氣門的進氣與排氣都必須由凸輪軸上的凸輪外形控制。所以凸輪軸的發展趨勢是一個凸輪軸上排列著越來越多的凸輪，如果是三缸以下的發動機，不論是兩氣門還是四氣門，排氣凸輪與進氣凸輪還可以排在一根凸輪軸上。如果是四缸以上，則必須配備兩根凸輪軸，其中一根凸輪軸控制進氣門，另一根控制排氣門。凸輪軸是內燃機配氣系統中關鍵的零件之一，整個配氣機構是由凸輪軸驅動的，凸輪的設計對整個配氣系統的性能起著決定性的作用。凸輪軸剛性差、易變形；精度高，加工難度大；因此，對于凸輪軸的設計、加工、選材、加工工藝等都提出了許多要求。其主要的技術要求如表1.1表述。表1.1凸輪軸的技術要求主要項目一般性要求支撐軸承尺寸（mm）表面粗糙度（μm）圓柱度（mm）IT5~IT60.45級精度0.40.060.02±30′凸輪軸表面粗糙度（mm）中間軸頸相對于兩端軸頸的跳動(mm)相鄰兩軸頸的徑向跳動(mm)凸輪軸對稱中心平面對正時齒輪鍵槽中心平面或定位銷軸線的角度偏差（′）1.3本文研究內容隨著汽車行業的不斷發展，再加上配件的需求，使得凸輪軸的需求量一直高居不下。建立一條集先進性與經濟性為一體的凸輪軸生產線是非常必要的。面對國外汽車行業的沖擊，我們國產汽車業應該加緊研究、建立符合中國國情的，我們自己的基礎制造業，提高質量、降低成本，這樣才能保住我們國產汽車的市場。凸輪軸在發動機中的重要地位決定了國內發動機生產廠家都建有自己的凸輪軸生產線，這樣可以在保證整機質量的前提下，盡可能的降低成本，提高競爭力。本文主要圍繞汽車凸輪軸生產線的工藝分析，從前期準備、工藝設計、理論計算、生產實踐、和產品檢測這幾個方面，闡述了凸輪軸加工的一整套設計思路和方法，對發動機制造業中的零部件加工具有重要的參考作用。2凸輪軸生產線前期規劃2.1產品規格2.1.1零件的結構特點凸輪軸生產線承擔每臺發動機凸輪軸的機加工，每臺發動機上使用一根凸輪軸。材料：（FCA-3）銅鉻鉬合金鑄鐵，各主軸頸及端面的硬度HB180~240，凸輪HRC凸輪軸簡圖圖12.1.3發動機凸輪軸主要加工內容和精度要求（1）支承軸徑前軸徑前端φ，后端φ，表面粗糙度Rz3.2中間軸徑φ，表面粗糙度Rz3.2后軸徑φ，表面粗糙度Rz3.2（2）凸輪6個凸輪基圓尺寸為φ，表面粗糙度Rz3.2。各凸輪基圓相對與前后軸頸的基準軸線的徑向跳動允差0.03mm各凸輪基圓相對與前后軸頸的基準軸線的平行度允差0.01mm各凸輪對稱中心線相對于鍵槽的相對位置偏差（相位角）±20′（見圖1）凸輪型線誤差作用段±0.05mm凸輪型線誤差作用段±0.02mm一缸凸輪軸對鍵槽位置112°32′±20′（3）斜齒輪齒數：13，螺旋角：53°（右）±1′46"公法線長度：38.611～38.806齒形誤差≤0.025；齒向誤差≤0.017；齒槽對鍵槽的角度20°±2°（4）鍵槽寬，深，對稱度0.0252.2工藝設計原則及凸輪軸加工工藝分析(1)保證工藝具有合理的先進性，再保證節拍的基礎上，吸收先進技術提高產品的競爭力。(2)對于關鍵設備和技術，優先考慮國內外可靠廠家的先進設備。(3)保證先進性與經濟性相結合，再保證產品質量的前提下，降低成本(4)充分考慮各生產緩解的安全性和操作的方便性。(5)在投資允許的情況下，盡量考慮柔性生產。由于凸輪軸具有細長且形狀復雜的結構特點，技術要求又高，尤其是凸輪的加工，因此其加工工藝性較差。在凸輪軸的加工過程中，有兩個主要因素影響其加工精度。其一是易變形性，其二是加工難度大。2.2.1從細長軸的角度來說，突出的問題就是工件本身的剛度低，切削加工時會產生較大的受力變形，其表面殘余應力也會引起變形。尤其是在加工凸輪和齒輪時，這種變形會更為顯著。凸輪軸在加工過程中的變形，不僅影響到后續工序加工中的余量分配是否均勻，而且變形過大會導致后序加工無法進行，甚至造成中途報廢。凸輪軸加工后的變形，將直接影響到裝配后凸輪軸的使用性能[2]。因此，在安排其工藝過程時，必須針對工件易變形這一特點采取必要的措施。不僅要把各主要表面的粗精加工工序分開，以使粗加工時產生的變形在精加工中得到修整，半精加工中產生的變形在精加工中得到修正，還必須在加工過程中增設輔助支承以采取分段加工等措施，這是保證凸輪軸加工精度所必須解決的問題。2.2.2從形狀復雜的角度來說，突出的問題凸輪、齒輪這些復雜表面的加工。對于這些表面，不僅有尺寸精度要求，還有形狀、位置精度要求，如采用普通的加工設備和一般表面常規加工方法，顯然是根本無法保證其加工質量和精度的。例如對于凸輪的加工，從滿足使用要求的角度來說，既要求其相位角準確又要求凸輪曲線升程滿足氣門開啟和關閉時升降過程的運動規律，但注意到凸輪曲線上的各點相對其回轉中心的半徑是變化的，當選用一般的靠模機床加工時，由于加工半徑的變化，勢必引起切削速度和切削力的變化，加之工件旋轉時的慣性力和靠模彈簧張力的瞬間變化，將會使加工后的凸輪曲線產生形狀誤差，即曲線的升程誤差，從而直接影響凸輪軸的使用性能。2.3小結綜上所述，雖然各種方案都各有優點，但其技術的不成熟或者成本問題，都成為在國內實施的困難?？紤]到成本及大批量生產，選擇成熟技術和成熟的設備，使工藝方案符合經濟性與合理性原則。3凸輪軸生產線工藝分析3.1生產線布置選擇生產線U型布置，設備安置在中間走道兩旁，各序設備操作面板及上下料開口一律面向中間走道，各序設備上下料開口之間由滑道相連。這種布置形式在保證物流通暢、占地面積小的情況下，減少了工人的走動時間，可以做到一人多機操作，降低了生產線操作工人的數量。每個工人既要負責自己的這幾臺設備，同時還要負責定工件時、定量檢驗及自檢；最終工序操作工人還要負責最終質量檢查。所以，由于生產線布置合理、緊湊，使得工人勞動效率得到了很大的提高。采用高架線結構，使水、電、氣維修非常方便。每臺設備后留有水、電、氣接口，生產線兩排設備后有排水溝。整個車間為整體地基。這種形式使設備的安裝、移動非常方便，有利于我們更換產品時，重新安排、增加或減少設備，進行柔性生產線布置。3.2工藝設計3.2.1定位基準的選擇對于一般的軸類零件來說，其軸線即為它的設計基準。發動機凸輪軸遵循這一設計基準，由于凸輪軸各表面的加工難以在一次裝夾中完成，因此，減小工件在多次裝夾中的定位誤差，就成為保證凸輪軸加工精度的關鍵。本文采用兩頂尖孔作為軸類零件的定位基準，這不僅避免了工件在多次裝夾中因定位基準的轉換而引起的定位誤差，也可作為后續工序的定位基準，即符合“基準統一”原則。這種方法不僅使工件的裝夾方便、可靠。簡化了工藝規程的制定工作，使各工序所使用的夾具結構相同或相近，從而減少了設計、制造夾具的時間和費用，而且有可能在一次裝夾中加工出更多表面。這對于大量生產來說，不僅便于采用高效專用機床和設備以提高生產效率，而且也使得所加工的各表面之間具有較高的相互位置精度。3.2.2加工階段的劃分與工序順序的安排（一）加工階段的劃分由于凸輪軸的加工精度較高，整個加工不可能在一個工序內全不完成。為了利于逐步地達到加工要求，所以把整個工藝過程劃分為三個階段，以完成各個不同加工階段的目的和任務。發動機凸輪軸的加工的三個階段[3]：粗加工階段包括車各支承軸頸、齒輪外圓軸頸和粗磨凸輪。該階段要求機床剛性好，切削用量選擇盡可能大，以便以提高生產率切除大部分加工余量。半精加工是精車各支承軸頸和精磨齒輪外圓軸頸。該階段主要為支承軸頸齒輪的加工做準備。精加工包括精磨各支承軸頸、止推面和凸輪以及斜齒輪加工。該階段加工余量和切削量小，加工精度高。工藝編排：首先以φ32和φ48.5的毛坯面為定位基準，然后以大端外圓的端面作軸向定位，具體每序的定位基準和夾緊位置，見表3-1發動機凸輪軸生產工藝簡介。（二）工序順序的安排加工順序的安排與零件的質量要求有關，工序安排是否合理，對于凸輪軸加工質量、生產率和經濟性都有很大影響。對于各支承軸頸是按粗車——精車——精磨加工的，對于是按凸輪粗磨——精磨加工的，對于斜齒輪是按粗車——精車——精磨——滾齒加工的。各表面的加工順序按從粗到精、且主要表面與次要表面的加工工序相互交叉進行，從整體上說，符合“先粗后精”的加工原則。3.2.3凸輪形面的加工在凸輪軸的加工中，最重要同時難度最大的是凸輪形面的加工。該形面的加工方法目前主要有車削和磨削兩種。凸輪形面的粗加工目前在國內主要是凸輪軸車床車削加工，也有采用銑削加工和磨削加工的。如采用雙靠模凸輪軸磨床，機床有兩套靠模，當砂輪直徑在一定范圍內時，使用第一個靠模來工作。當砂輪磨損到一定程度時，靠模自動轉換，使用第二個靠模來工作[4]。該磨床通過對砂輪直徑的控制來提高凸輪外形的精度，不僅提高了凸輪形面的加工精度，也使砂輪的利用更經濟、合理。發動機凸輪軸毛坯采用精鑄的方法制造，毛坯精度較高，切削量小，故采用磨削的加工工藝，簡化了凸輪形面的加工。凸輪形面的加工采用磨削的方法，在凸輪磨床上完成粗磨及精磨的加工。工件安裝在兩頂尖之間并以鍵槽做軸向定位，在支承軸頸處安裝輔助支承保證凸輪形面的加工精度。發動機凸輪軸形面的加工所采用的凸輪軸磨床是立方氮化硼磨床，該磨床能迅速地變換磨削的凸輪形狀，超過一般仿珩磨的生產率。機床具有較大的剛度，能承受大的工作負荷。由于立方氮化硼（CBN）砂輪的使用壽命高，因此，砂輪的直徑變化所造成的凸輪形狀誤差顯著減小，也大大提高了凸輪形面的磨削精度。3.3工藝分析表3.1發動機凸輪軸生產工藝簡介工序號工序內容定位基準夾緊位置備注10銑端面，打中心孔φ52.5外圓（成活尺寸φ48.5）φ36外圓（成活尺寸φ32）φ52.5端面φ52.5外圓φ36外圓專機20粗車主軸頸φ37.5外圓（成活尺寸φ37.2）兩端中心孔φ37.5外圓半自動液壓仿形車床30車削主軸頸并切槽φ37.5外圓兩端中心孔φ37.5外圓半自動液壓仿形車床40兩端螺孔鉆、擴、攻絲、修中心孔φ48.9外圓（成活尺寸φ48.5）φ32.4外圓（成活尺寸φ32）φ52.5端面φ48.9外圓φ32.4外圓專機50大端外圓磨削兩端中心孔φ37.5外圓φ37.5外圓半自動端面外圓磨床60前軸頸磨削兩端中心孔φ37.5外圓φ37.5外圓CNC磨床70中間軸頸、后軸頸及推力部端面磨削兩端中心孔φ32外圓φ32外圓CNC磨床80銑鍵槽φ48.5外圓φ32外圓φ30端面角向90°φ48.5外圓φ32外圓專機90粗磨凸輪（靠磨）兩端中心孔鍵卡盤φ22外圓凸輪磨床100精磨凸輪（無靠磨）φ30端面兩端中心孔鍵φ22外圓凸輪磨床120滾齒φ30端面兩端中心孔鍵φ22外圓130清洗φ30與1IN之間非加工面φ31與3EX之間非加工面無夾緊3.4工藝特點發動機凸輪軸工藝特點：（1）毛坯硬度高（冷激區HRC45非冷激區HB229~302）（2）生產節拍1.75分鐘（3）輪軸數控車床用于支撐軸頸的粗加工（4）凸輪部分在鑄造時冷激，不需加工后淬火（5）凸輪采用粗、精磨加工，以磨代車，凸輪輪廓直接磨削（6）凸輪精加工采用全數控無靠磨磨削（7）加工中主要定位基準中心孔采用打孔后修磨，保證加工質量工藝先進性分析：1)磨削密集型工藝－外圓、軸頸、端面及凸輪均采用磨削方法[5]凸輪的外圓、軸頸、端面及凸輪的粗精加工均采用磨削方法。凸輪傳統的粗加工方法是采用靠模車床及液壓仿形凸輪銑床，大量生產的凸輪軸毛坯均采用精鍛或精鑄成形，其毛坯精度高，加工余量小，采用以磨代車的新工藝，極大的簡化了凸輪形面的加工。同時，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?？磕Ｍ馆啓C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。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φ600mm減少到現在的φ250mm，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0.01mm，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300×100＝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，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140°以內HRC35以上，30°以內HRC48以上，如圖3所示。這樣凸輪外形完全用磨削加工。圖3凸輪外形硬度分布圖鑄鐵凸輪存在摩擦系數僅為0.15～0.20，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1.5mm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。3.5工藝難點3.6.1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Rz3.2，實際加工情況為Rz≤5.2，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。μ＝0.08F30Rz=2.66Z~3.79Zμ＝0.04F15Rz=2.50Z~3.50Zμ＝0.06F30Rz=2.60Z~3.66Zμ＝0.04F35Rz=2.00Z~3.20Z通過比較，決定選用μ＝0.04，F30這組數據，磨5個工件修整一次，粗糙度＜3.2Z。且節拍達到1.75分鐘，達到了本線的設計綱領。3.6.2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，φ22外圓夾緊。三爪長期使用造成φ22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4.1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?。?、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φ10滾珠對滾時二者中心距離，表示的，如圖5，圖紙給出表列函數＝(φ)，y＝(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4.1.1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4-1凸輪軸凸輪升程表φφφ028.38728.3874122.58024.3028221.72221.865128.38428.3844222.49724.1498321.71521.855228.37528.3754322.42224.0008421.71021.846328.35928.2614422.35323.8558521.70621.837428.33728.3414522.29223.7148621.70321.827528.30728.3154622.23723.5788721.70121.818628.27128.2854722.18823.4478821.80821.808728.22628.2494822.14523.3228921.79921.799828.17328.2084922.10823.2029021.78921.789928.11228.1625022.07723.0879121.78021.7801028.04028.1115122.04922.9799221.77121.7711127.95828.0545222.02722.8769321.76121.7611227.86427.9935322.00722.7799421.75221.7521327.75727.9275421.99222.6899521.74221.7421427.63427.8565521.97922.6049621.73321.7331527.49227.7805621.96822.5259721.72521.7251627.32727.6995721.95822.4539821.71821.7181727.13327.6135821.94922.3869921.71321.7131826.90727.5225921.93922.32510021.70821.7081926.65727.4266021.93022.27010121.70421.7042026.39527.3266121.92022.22010221.70221.7022126.12927.2206221.91122.17510321.70021.7002225.86527.1096321.90122.1362325.60626.9936421.89122.1022425.35526.8726521.88222.0722525.11326.7466621.87222.0462624.88126.6166721.86322.0252724.65926.4806821.85322.0062824.44726.3406921.84321.9912924.24526.1967021.83421.9793024.05426.0487121.82421.9683123.87325.8967221.82521.9593223.70225.7417321.805821.9493323.54225.5837421.79521.9403423.39025.4237521.78621.9303523.24825.2627621.77621.9213623.11525.1007721.76621.9123722.99224.9387821.75721.9023822.87624.7767921.74721.8933922.77024.6168021.73821.8844022.67124.4588121.72921.874由于在升程段廓形圓形滾珠與廓形的切點D1,D2都不在滾珠與凸輪的連心線上，而磨床砂輪必須磨出D1,D2點來，它的半徑又遠遠大于滾珠半徑，所以必須通過計算得出凸輪廓形（D1,D2）坐標，再換算成砂輪中心的坐標，作為磨床砂輪橫向進給的依據。4.2包絡線理論設想凸輪不轉，滾柱回繞凸輪旋轉，則滾柱外形形成一個圓的曲線族，凸輪廓形實際是它的內包絡線。以H表示滾柱與凸輪軸心距，則H=f()，以為滾柱半徑，則圓的一般方程為：因為H也是的函數，此式可寫成隱函數形式f(x，y，)＝0，這里為參變量，改變值可得不同的方程式，如圖6。圖6凸輪廓形圖曲線族中的各點斜率，據微分學，可寫成：還可以進一步寫作：（4.1）包絡線既與曲線族相切，其上各點應與曲線族上各切點斜率相等，故也應滿足公式(4.1)。曲線族方程f(x，y，)＝0的全微分為：即：（4.2）包絡線上各點既是曲線族里的點，其斜率又應滿足公式(4.1)，將(4.1)、（4.2)式聯立，可得：（4.3）即包絡線方程，解此式得出以表示得x、y值，即包絡線上的各點坐標[8]。4.3凸輪廓形坐標滾柱曲線族方程的隱函數形式將此式對微分后使解出x、y值為（4.4）（4.5）由于求曲線族的內包絡線，故式(4.4)中正負號應取負號。計算中微分以差分代替，即表列函數中若對應于，則取表4.2為C語言編程計算凸輪軸、兩面的坐標值為、表4-2凸輪軸、兩面的坐標值、123.3820.3485210.70213.255123.3820.3485212.05513.457223.3670.6905310.42013.450223.3660.7005311.69413.616323.3411.0315410.13713.642323.3411.0515411.33913.772423.3051.367559.86813.821423.3061.3975510.99113.922523.2581.700569.60313.992523.2591.7515610.63214.076623.2032.027579.34114.156623.0232.1035710.28014.226723.1382.342589.08814.309723.1382.449589.93314.518823.0612.660598.83114.457823.0632.797599.58214.661922.9772.959608.57314.601922.9783.142609.23714.6611022.8853.246618.31214.7401022.8843.480618.89814.7991122.7833.525628.05014.8751122.7803.819628.55314.9371222.6763.785637.79015.0011222.6654.159638.20915.0751322.5654.024647.51715.1281322.5431.490647.87615.2051422.4554.411657.24815.2491422.4124.818657.54915.3311522.3504.234666.97715.3641522.2735.141667.21515.4571622.3114.477676.70415.4751622.1245.459676.89415.5761722.1514.651686.43515.5781721.9685.772686.57715.6891821.9874.848696.15315.6811821.8036.080696.25415.8021921.8474.973705.87515.7781921.6276.386705.94915.9062021.5775.208715.59615.8682021.4466.683715.64816.0032121.2585.469725.31515.9552121.2606.969725.35916.0922220.9095.745735.03916.0342221.0647.252735.07416.1742320.5416.027744.75016.1112320.8067.530744.78916.2512420.1626.313754.46616.1832420.6507.800754.50216.3232519.7796.599764.18616.2482520.4298.064764.20816.3912619.3966.883773.89416.3102620.2058.324773.92616.4522719.0157.162783.60716.3662719.9758.572783.63616.5082818.6387.438793.31916.4172819.7328.820793.33916.5622918.2607.714803.02416.4652919.4839.061803.05516.6073017.8857.987812.72116.5083019.2299.293812.76316.6483117.5178.256822.41916.5473118.9679.521822.47116.6853217.1488.525832.11616.5813218.6979.744832.17816.7163316.7908.788841.80616.6133318.4199.961841.87816.7433416.3489.045851.50216.6393418.13010.177851.59216.7643516.0859.304861.19816.6603517.83410.388861.29816.7793615.3479.562870.89416.6773617.53210.594871.00516.7903715.3949.8133717.22410.795880.71116.7953815.05510.0633816.90510.994890.41816.7963914.71910.3123916.57811.192900.12516.7914014.39310.5534016.25111.38891-0.17516.7814114.06410.7974115.91811.57092-0.46016.7674213.73611.0414215.57711.75693-0.75216.7464313.41911.2764315.23111.93994-1.04416.7214413.11211.5034414.88612.11895-1.33516.6914512.78611.7434514.53712.29496-1.63816.6544612.47211.9774614.18512.46897-1.94016.6134712.17712.1944713.82812.64098-2.24816.5674811.87312.4174813.47312.80999-2.54916.5184911.56812.6384913.12312.973100-2.84316.4655011.27912.8485012.76413.137101-3.14816.4055110.98813.0545112.40713.300102-3.44716.343表4-3凸輪的、值1.561148.38254.642141.9991.561148.38263.823142.2993.169148.36855.205141.9883.076148.36964.134142.2704.778148.34255.765141.9804.591148.34863.823142.2396.435148.30556.514141.9706.154148.31664.134142.2058.092148.25657.326141.9617.624148.27864.888142.1849.798148.19458.200141.9529.09565.159148.234142.16211.599148.11459.201141.94310.615148.18065.476142.13813.356148.02160.202141.93312.089148.11965.844142.12015.256147.90561.202141.92413.565148.05266.141142.10117.251147.76462.603141.91415.090147.97466.491142.08119.296147.59863.203141.90516.571147.89166.894142.06621.484147.39564.267141.89518.007147.80467.229142.05323.857147.14665.205141.88519.492147.70667.557142.03826.504146.82966.205141.87620.980147.60268.512142.02329.460146.42567.206141.86622.472147.49068.953142.01133.699145.74668.206141.85723.966147.37069.517142.00026.587145.19969.271141.84725.464147.24370.142141.98839.238144.68370.208141.83726.966147.10970.703141.98042.699143.93071.208141.82828.425146.97271.451141.97144.568143.50272.209141.81829.935146.82472.263141.96245.900143.19573.209141.80931.497146.66273.200141.95346.880142.97074.274141.79933.016146.49874.201141.94347.610142.80575.211141.78934.540146.32675.202141.93448.158142.68576.211141.78036.069146.14676.202141.92448.596142.59277.276141.77037.557145.96577.139141.91648.959142.51778.213141.76039.096145.77278.203141.90649.288142.45279.213141.75140.642145.57079.204141.89649.582142.39680.214141.74142.100145.37580.141141.88849.795142.35681.1511141.73343.563145.17381.205141.87849.795142.32682.023141.72545.033144.96682.206141.86849.970142.29546.461144.76083.206141.85950.257142.27947.847144.55784.207141.84950.423142.25549.192144.35685.144141.84150.610142.22850.447144.16786.208141.83150.713142.21451.658143.98387.209141.82150.785142.20552.824143.80688.209141.81250.938142.18753.943143.63589.210141.80251.067142.17254.967143.48090.210141.79351.170142.16255.892143.34191.211141.78351.367142.14356.813143.20492.148141.77551.486142.13257.682143.07693.212141.76551.587142.12458.445142.99694.213141.75551.789142.11059.149142.86795.213141.74652.098142.08959.844142.77296.214141.73652.154142.08460.479142.68797.087141.72852.318142.07761.049142.61397.959141.72152.718142.05761.554142.55098.768141.71652.989142.04662.046142.49199.640141.71153.253142.03662.579142.430100.576141.70753.698142.02362.989142.384101.384141.70354.140142.01063.384142.343102.256141.7024.4砂輪的中心坐標在廓形磨削中砂輪也可想象為繞凸輪旋轉，磨削點即為滾輪于廓形的切點D，如圖7，以C表示砂輪中心，Rc為砂輪半徑，則只要求出砂輪中心的極坐標Hc=f()，既可作為數控磨床的橫進給數據。由圖4.4幾何關系可導出：(4.6)(4.7)(4.8)(4.9)表4.3為取=125,=5計算得出的凸輪的、值。為了便于數控編程，、的數值經過圓整、插補使角度為間隔1°的整數值。圖7廓形磨削示意圖4.5磨削圓周進給量計算如圖4—2、圖4—3所示，當磨削中凸輪以勻速旋轉時，磨削點D沿廓形移動的弧長式變化的，以S表示弧長，則當不變時，有很大的變化，造成工件轉一圈中法向磨削力和磨削熱都在變化，這必然使工件彈性變量不一致而影響廓形誤差，并容易在很大處發生燒傷，現代磨床工件主軸采用交流變頻傳動，完全可以做到使工件在一轉中轉速不均勻，有意在大的部分使工件轉速變慢，從而減少磨削力不均勻程度以避免燒傷和廓形誤差。故首先應計算若干工件勻速旋轉，沿圓周變化規律。圖4.4中D點極坐標為、，則有而若=常數，即工件均速轉動，根據微分學可得：（4.10）仍如上文，以差分代替微分，即若對應，取即可計算各點[9]，編程后計算得出數據如表4.4。表4.4凸輪圓周進給量數據表Y1Y2223.38793122.0670223.38593123.0738323.38873221.5662323.38483223.0223423.39293321.1149423.38503322.9574523.39693420.6967523.37993422.8626623.40833520.2887623.37513522.7535723.42593619.9037723.37233622.6294823.44183719.5628823.36543722.4905923.47943819.2430923.35783822.32041023.53503918.94711023.35483922.12181123.60404018.68671123.34574021.92401223.70734118.43851223.33124121.71231323.85914218.21111323.32204221.47391424.09604318.01851423.31214321.22511524.20934417.85281523.30204420.97971625.78864517.68131623.29174520.72551725.92744617.54171723.28144620.46381826.25284717.43441823.27154720.19681927.58374817.33251923.25194819.93942027.53814917.24482023.24234919.69982127.38715017.17952123.24285218.98572227.04625117.12302223.23315318.75822326.57505217.07932323.22485418.55222426.02265317.04332423.21805518.36462525.43565417.01542523.19895618.17552624.84085516.99612623.19485718.00712724.25935616.98112723.19185817.85712823.69185716.96872823.16325917.71742923.12565816.95972923.13696017.59063022.57985916.94973023.11216117.48264.6等周速曲線現代數控機床工件主軸采用交流變頻主軸驅動，可使工件每轉中塊慢不等。取基圓處轉速為57轉/分，進給量為99.7mm/秒，以此為基準，保持凸輪各點進給量相同，可計算出相應各點主軸轉速如圖8，得到理想等周速曲線。但實際交流變頻轉動不可能也無必要按圖4－6配置主軸轉速。圖8等周速曲線圖4.7砂輪座加速度按公式(4.6)、(4.7)、(4.8)、(4.9)計算所得列表函數實際上是磨削時砂輪座進給數據，由此不難推算出反映砂輪座進給速度與加速度得數據以及，據此畫出曲線，圖9為其加速度曲線AC[10]。圖9加速度曲線4.8光順處理圖4.7曲線有多處局部上下抖動，這反映函數的二次微分不連續，對砂輪座的平穩運動不利，為使二次微分連續，可以對它做光順處理（Smoothing），光順處理可以對原始數據做小于±0.002mm的修整而使加速度曲線光滑化。用于光順處理的公式很多，下式取自文獻[1]，經試用，完全符合要求，圖10為經用公式(4.11)做兩次光順處理后的加速曲線。若,則令圖10光順處理后的加速度曲線4.9工件主軸轉速配置由上述，從要求圓周進給量不致變化懸殊和砂輪座進給平穩都要求主軸每轉中轉速變化，日本日平富士公司3LN-32凸輪軸磨床的工件主軸轉速配置如圖11，以精磨為例，圓周進給量在圖4-8兩個尖峰附近由基圓的157mm/s，分別降為22mm/s及45mm/s，砂輪座加速度若以勻速90n/min動最大可以達到31mm/，而按圖4.9配置，兩個尖峰處分別降至3.1mm/及2.6mm/。圖11主軸轉速配置圖4.10磨削用量數據磨削用量數據可隨生長節拍、加工余量以及加工精度來調整。機內準備64組數據可供選擇使用。1)總進給量（mm）：砂輪的總進給量根據凸輪的加工余量來確定。2)階段進給量（mm）：在總進給量內，可分為3個階段，根據被加工工件的精度來選定各階段的進給量，各階段進給量之和等于總進給量。如圖12所示：3)主軸轉一圈砂輪進給量（mm）。4)砂輪的進刀速度（mm/min）。5)切入角度（deg）：砂輪開始進刀的角度，用凸輪輪廓數據上的角度來設定，在各個階段切入角可以不同。6)無火花磨削：根據實際加工情況，設定無火花磨削圈數，無火花磨削的主軸轉速與最終轉速相同。7)主軸轉速組：在各個階段的主軸轉速是不相同的，要合理的選擇主軸的轉速。中間后退位置[11]。工件中心圖12磨削用量數據圖5總結汽車發動機制造業目前競爭激烈，建立符合中國國情和工廠實際的零部件加工生產線，制定合適的加工工藝，并選用可靠經濟的設備，對降低產品成本，保證產品質量，提高競爭力有很大的現實意義。凸輪軸作為汽車發動機的關鍵部件之一，其性能與質量直接影響發動機整機性能。本文針對夏利汽車凸輪軸的加工特點，結合工廠實際，在建立一條集先進性與經濟性統一的凸輪軸生產線的過程中，從前期規劃開始，對凸輪軸的加工工藝、設備和檢測進行了深入研究。在本篇論文里，根據產品要求，制定合理的凸輪軸生產線節拍、平面布置和工藝路線。主要解決了以下問題：1.根據凸輪軸加工特點，優化選擇了加工設備。2.詳細分析了凸輪軸的加工特點和加工難點，優化設計了合理的加工工藝，保證了加工質量。3.利用包絡線理論，對凸輪輪廓的加工原理進行計算及推導，并計算出相應的砂輪中心坐標及設備主軸轉速配置，為生產加工，提供控制參數。4.提出了關于凸輪升程測量的新方法：測量數據定位法及其數據評價。并使之應用于凸輪軸的測量中，保證了產品的質量。由于前期規劃及前期準備較為充分，并有正確的理論指導，凸輪軸整個生產線平面布置合理，設備利用率高，生產能力穩定?，F在凸輪軸生產線現在已進入穩定生產期，實現了經濟性和先進性的統一，達到了預期的目標。作者在實際生產中結合理論知識總結出本論文，所以，論文中的知識與結論對凸輪軸的實際生產有非常重要的參考價值。參考文獻[1]楊昂岳.梁術.汽車發動機主要零部件技術水平及發展動向[J];汽車工業研究;1994年06期;46-51.[2]韋于.凸輪軸實測數據光順處理[J].廣西:微車情報網,1999.[3]W·H·克勞斯汽車發動機設計[M]北京:人民交通出版社,1986,123～15.[4]吉林工業大學內燃機教研室內燃機理論與設計下冊[M]北京.機械工業出版社1980,209～258.[5]劉永福.凸輪評定公差標準問題探討[M].北京精密制造與自動化.2002,15～17.[6]趙新.多參數在線檢測設備的溫度補償機理[M].天津.天內科技.2002,21～25.[7]哈爾濱工業大學機械制造教研室機械制造工藝理論基礎[M].北京.機械工業出版社.1993,44～511.謝辭四年的讀書生活在這個季節即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經由您悉心的點撥,再經思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！另外，感謝學校給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課題，并在這個過程當中，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學習一些實踐應用知識，增強了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝?；贑8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究HYPERLINK"