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畢業(yè)設計(論文)中期報告 題目: 凸輪軸零件的數控加工工藝設計及數控編程 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2013年3月12日 1. 設計（論文）進展狀況 畢業(yè)設計工作已馬上到了中期，我對自己的課題有了一定深度的認識。在初期，我已經完成了原理圖的設計及開題報告的相關工作。在假期的時間里，我又下載了有關于凸輪軸以及數控加工方面的外文數據，以及對其進行了翻譯。并且我從開學到現在的這幾個星期里對自己的凸輪軸進行了工藝分析，夾具設計以及工藝卡片的制作。 1.1生產綱領 生產類型 生產綱領的大小對生產組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，以及所應選用的工藝方法和工藝裝備。 零件生產綱領可按下式計算： N=Qn(1+a%+b%) 由此公式可以算的凸輪軸的年生產量為10萬件，根據生產綱領和生產類型的關系可以確定其生產類型是大批量生產。 表1生產綱領與生產類型的關系[11] 生產類型 零件的年生產綱領（件） 重型零件 中型零件 輕型零件 單件生產 小批生產 中批生產 大批生產 大量生產 ＜5 5～100 100～300 300～1000 ＞1000 ＜10 10～200 200～500 500～5000 ＞5000 ＜100 100～500 500～5000 500～50000 ＞50000 1.2材料的選擇 凸輪軸材料的選擇：由于軸的載荷通常是變載荷，或變應力，故材料應具有較好的強度和韌性；對軸的表面與支承有相對滑動的軸，還須要求較好的耐磨性。 材料 常用材料與熱處理：凸輪軸常用材料是20Cr，20Cr的熱處理及主要機構性能（參考）如表1[10] 表2 20Cr主要機構性能 材料牌號 熱處理 毛坯直徑mm 硬 度HBS 抗拉強度極限σb (Mpa) 彎曲疲勞極限σ-1(Mpa) 扭轉疲勞極限τ-1/Mpa 屈服極限σs/Mpa 20Cr 滲碳淬火 回火 15 30 ≤60 表面HRC50~60 850 650 650 550 400 400 375 280 280 215 160 160 1.3熱處理分析 軸類零件的熱處理是保證軸類零件性能的重要工藝過程，它對軸類零件的如下性能有著直接的影響：[6] 1）軸類零件的制造精度：組織轉變不均勻、不徹底及熱處理后形成的殘余應力過大軸在熱處理后的加工、裝配和使用過程中的變形，從而降低軸的精度，甚至報廢。 2）軸類零件的強度：熱處理工藝制定不當、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設備狀態(tài)不完好，造成被處理軸的強度（硬度）達不到設計要求。 3）軸的工作壽命：熱處理造成的組織結構不合理、晶粒度超標等，導致主要性能如軸的韌性、抗磨損性能等下降，影響軸的工作壽命。 4）軸的制造成本：作為軸制造過程的中間環(huán)節(jié)或最終工序，熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差，大多數情況下會使軸報廢，即使通過修補可以使用，也會增加工時，從而增加了軸的成本。 凸輪軸材料是20Cr，對強度和韌性要求比較高，而表面易磨損需滲碳。滲碳的目的就是增加軸的耐磨性能、表面硬度、抗拉強度及疲勞極限。滲碳以后首先要進行淬火，用來提高其硬度和強度極限。但淬火時會引起內應力使之變脆，所以淬火以后必須要回火，回火的目的就是用來消除淬火后的脆性和內應力，提高其塑性和沖擊韌度。但是對于凸輪軸來說，半成品熱處理以前還有一道重要的工序，就是要對第一和第二個凸輪之間的外圓；第五和第六個凸輪之間的外圓用兩頂的裝加方式進行粗磨。這樣做是因為軸類零件熱處理以后會產生變形，既保證其同軸度。以便在熱處理以后以這兩個外圓為基準進行校核。 1.4 夾具的設計 磨床夾具按其通用化的程度和結構特點，可以分為通用夾具、專用夾具、組合夾具和成組可調夾具等等。凸輪軸加工時采用的是傳動夾頭，屬于組合夾具類型。 組合夾具是在夾具零部件標準化的基礎上發(fā)展起來的一種新型工藝裝備。它是由一套預先制造好的標準元件組裝而成的。這些元件有各種不同的形狀、不同規(guī)格的尺寸，它們相互配合部分的尺寸精度高、硬度高、耐磨性好，且具有完全的互換性。根據加工工藝的要求，可通過選擇和使用標準元件和組合元件，很快裝配出機械加工、檢驗、裝配等所需的夾具來。使用完畢，可方便地拆卸、清洗、存放、留待以后再使用。 組合夾具的特點： 1、靈活多變； 2、保證加工質量、提高生產效率； 3、節(jié)省人力和物力； 4、減少夾具存放面積。 組合夾具的元件按其用途不同可以分為八大類，即：基礎元件、支承元件、定位元件、導向元件、壓緊元件、緊固元件、輔助元件及合件。其中，緊固元件包括各種螺栓、螺釘、螺母和墊圈等這些緊固元件均為常用的標準件。圖1 圖1 夾具圖 傳動夾頭由非標準件手柄、定位銷、定位板、彈簧、螺母、壓蓋、定位螺釘、傳動板和標準件圓柱銷、螺釘組合而成。 圖2 傳動板 傳動板是整個夾具的夾具體，也是夾具的關鍵部位（如圖2），它上面有一個錐度孔，用來裝夾凸輪軸的錐形端面。錐度孔和錐度面有自鎖，在磨削時對凸輪軸進行夾緊，限制其自由度。 圖3定位板 定位板是通過定位螺桿固定在傳動板上，它的作用是用來放置定位銷（如圖3）所示。 圖 4手柄 手柄是用來裝定位銷的，以便于定位銷在使用時方便。如圖4所示 圖5定位銷 定位銷是在加工時對凸輪軸進行定位，裝夾時定位銷應放在凸輪軸裝夾端的鍵槽內，限制凸輪軸的轉動和移動的自由度。如圖5所示 1.5 擬定工藝路線 清洗—熱處理—鉆中心孔—車螺紋—外圓磨（中間軸頸，軸間軸頸，錐面）—凸輪磨（凸輪以及偏心輪）—輔助加工—清洗去毛刺—檢驗入 1.6磨削加工 1.6.1外圓磨削 1、機床選定：選用最常見的有MB1320外圓磨床和MK1620端面外圓磨床 2、夾緊方案：利用螺母和兩頂尖進行夾緊 3、刀 具：外圓磨砂輪 4、切削用量的選擇： 切削用量選擇的順序是先確定背吃刀量ap,再確定進給量f，最后確定切削速度uc。 背吃刀量ap應選擇盡量大的背吃刀量，盡量在一次走刀中，把本工序加工應切除的加工余量切除掉。在粗加工時，當加工余量過大或工藝系統(tǒng)剛性較差時，也可分兩次走刀。在這一道工序中采用一次進刀： ap＝（2/3～3/4）A＝（2/3～3/4）＝0.99 式中 A——單邊余量，mm 進給量f定義：工件或刀具每轉一周時，刀具與工件在進給運動方向上的相對位移量。 進給量的選擇與背吃刀量也有關，在已選定背吃刀量為0.99的前提下，查有關手冊，選擇進給量為：0.8mm/r 切削速度uc Uc＝πD n粗/1000 式中 D——刀具直徑 n———加工時的速度 查有關手冊，取加工時的主軸轉速為400r/mm。 所以， Uc＝πD n粗/1000 ＝π×1.98×400×/1000　 ＝74.1mm/r 1.6.2凸輪磨削 1、機床選定：常選用的機床有MXBS8312A凸輪磨床和CF41數控凸輪磨床 2、夾緊方案：專用夾具和機床兩頂尖 3、刀 具：凸輪磨專用砂輪 4、削用量的選擇： 切削用量選擇的順序是先確定背吃刀量ap,再確定進給量f，最后確定切削速度uc。 背吃刀量ap應選擇盡量大的背吃刀量，盡量在一次走刀中，把本工序加工應切除的加工余量切除掉。在粗加工時，當加工余量過大或工藝系統(tǒng)剛性較差時，也可分兩次走刀。 在這一道工序中采用一次進刀：ap＝（2/3～3/4）A＝（2/3～3/4）*（0.35～0.4）＝0.23～0.33 式中 A——單邊余量mm 進給量f定義：工件或刀具每轉一周時，刀具與工件在進給運動方向上的相對位移量。 切削速度uc Uc＝πD n粗/1000 式中 D——刀具直徑 n———加工時的速度 查有關手冊，取加工時的主軸轉速為3000r/mm。 所以， Uc＝πD n粗/1000 ＝π×1.98×3000×/1000　 ＝18651600mm/r 2. 存在的問題及解決措施 本課題主要研究的是凸輪軸零件的數控加工，主要難點就在于對凸輪軸的上的凸輪的定位進行加工，刀具的選擇等。還有就是自己的數控模擬仿真技術軟件的運用還不太熟練。 解決措施：認真下功夫進行軟件的學習并進行多次的模擬實踐，和老師進行溝通，自己查閱書籍對凸輪軸進行更深一步的了解，借鑒別人經驗進行對自己的凸輪軸加工方案的修改。 3. 后期工作安排 （1）9 -12周：完成工藝規(guī)程方案設計以及其他的零件圖繪制 （2）13-14周：撰寫畢業(yè)設計論文 （3）15 周： 準備論文答辯 指導教師簽字： 年 月 日 - 7 -