凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設計及數(shù)控編程

本科畢業(yè)設計（論文）題目：凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設計及數(shù)控編程2013年5月凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設計及數(shù)控編程摘要這次畢業(yè)設計的目的就是要對軸類零件的數(shù)控磨削加工有所了解，凸輪軸是軸類零件中比較復雜的一種軸類。在磨削加工方面，凸輪軸也是比較難以加工的軸。本文則是從最開始的凸輪軸零件的工藝分析開始對凸輪軸進行全方位的分析關于材料的選擇，毛坯的確定，熱處理選擇，基本尺寸以及表面粗糙度的確定都參考了大量的相關書籍進行定性定量的選擇，中期的工序設定，以及關于加工步驟中的關于凸輪軸軸頸銑削的夾具設計，還有一些加工用量和加工余量的切削選擇和計算，最后還運用了數(shù)控技術和仿真技術對凸輪軸零件最終在電腦上進行數(shù)控模擬和仿真加工生成零件。關鍵詞:凸輪軸；工藝設計；數(shù)控加工妄具圖.d伽gS凸輪軸、曲第事命g如需要完整文檔及cad圖等其他文件，請加球球：一九八五六三九七五五CAMshaftpartsofncmachiningprocessdesignandNC

programmingAbstractThisgraduationdesignisaimtoCNCgrindingofshaftpartsunderstand,Thecamshaftisrelativelycomplexshaftpartsofashaft.Inthegrindingprocess,thecamshaftisalsomoredifficulttomachineshaft.Thispaperbeginswiththeprocessanalysistopartsofthecamshaftcamshaftall-roundanalysisaboutthechoiceofmaterials,thedeterminationofblankheattreatmentoptions,thebasicsizeandthedeterminationofsurfaceroughnessarequalitativequantitativereferencealargenumberofrelatedbooks,Medium-termprocessSettings,aswellasprocessingstepsofCAMshaftneckofmillingfixturedesign,andsomeprocessingdosageandtheselectionandcalculationofcuttingmachiningallowance,Finallyalsousenumericalcontroltechnologyandsimulationtechnologytonccamshaftpartseventuallyonthecomputersimulationandthesimulationprocessingtogenerateparts.Keywords:Thecamshaft；Processdesign；NumericalcontrolprocessingTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"1.1Pro/E和Mastercam9.0軟件的特點及主要功能 2\o"CurrentDocument"1.2數(shù)控技術的相關知識 2\o"CurrentDocument"1.3凸輪軸設計背景 5\o"CurrentDocument"1.4凸輪軸設計方法 5\o"CurrentDocument"1.5凸輪軸設計的作用 5\o"CurrentDocument"1.6凸輪軸設計的結果和意義 6\o"CurrentDocument"2凸輪軸零件的工藝分析 7\o"CurrentDocument"2.1凸輪軸零件特點 7\o"CurrentDocument"2.2工藝設計原則及凸輪軸加工工藝分析 8\o"CurrentDocument"2.3小結 9凸輪軸工藝設計 錯誤!未定義書簽。3.1工藝設計 錯誤!未定義書簽。3.2工藝特點 錯誤!未定義書簽。3.3凸輪軸工藝分析 錯誤!未定義書簽。夾具的設計 錯誤!未定義書簽。4.1夾具的設計 錯誤!未定義書簽。4.2端面車削 錯誤!未定義書簽。4.3凸輪軸頸磨削 錯誤!未定義書簽。本章小結 錯誤!未定義書簽。5凸輪軸的數(shù)控磨削加工編程及仿真 錯誤!未定義書簽。5.1數(shù)控編程 錯誤!未定義書簽。5.2仿真加工 錯誤!未定義書簽。6設計總結與心得 錯誤!未定義書簽。致謝 錯誤!未定義書簽。參考文獻 錯誤!未定義書簽。附錄 錯誤!未定義書簽。1緒論凸輪軸是汽車發(fā)動機配氣機構中重要的零件，凸輪軸的結構設計與加工質量好壞，直接影響發(fā)動機的性能。凸輪軸專司控制內燃機進氣門和排氣門開啟和關閉的時間。就其功能而言，凸輪軸多少年來都沒有什么改變。自從氣門控制的內燃機問世以來，直至今天凸輪軸還是以曲軸轉速之半運轉。但是，凸輪軸設計的發(fā)展從來都沒有停止過:在現(xiàn)代發(fā)動機中，凸輪軸的位置已經(jīng)從下置式改成了上置式。上置式凸輪軸通過挺桿、圓柱齒輪、鏈條、搖臂或者輥子隨動件驅動頂置式氣門。此外，由于采用多氣門的緣故，每一臺內燃機凸輪軸的數(shù)量也增加了。還開發(fā)了各種各樣可變氣門定時的凸輪軸。同時，在材料和制造工藝上也發(fā)生了改變。近年來，又因環(huán)境保護的需要，正在開發(fā)低油耗、無污染的汽車發(fā)動機。為解決汽車尾氣無污染排放問題，實現(xiàn)發(fā)動機的高轉速、高輸出功率，許多發(fā)動機采用多氣門及配氣相位、氣門升程可變的結構，這就增加了氣門彈簧的載荷。同時，為降低油耗及摩擦損耗，輪與搖臂間采用滾子結構，凸輪與滾子的接觸面形成高壓力區(qū)。另外，為達到汽車輕型化、低成本的目的，在不影響各個零件性能要求的前提下，應該使零件盡可能簡化加工、降低重量，材料使更趨合理。為實現(xiàn)上述目標，對發(fā)動機部件，尤其是凸輪軸的設計必須重新考慮，要求其結構緊湊、質量小，能承受更高接觸壓力，更好的耐膠著、耐點蝕、耐磨損的能力。在配氣機構中，對凸輪軸各個部位的性能要求是不同的。對于凸輪，要求耐磨損、耐膠著、耐點蝕;對于軸頸要求滑動性能好；對于軸則要求剛性、彎曲、扭轉性能好。傳統(tǒng)的凸輪軸主要是鑄造或鍛造加工而成，各部位金屬性能相同。這種由單一金屬組成的凸輪軸很難達到上述要求。因此，質量小、加工成本低、材料利用合理的裝配式凸輪軸受到了業(yè)內人士的高度重視。目前在汽車工業(yè)發(fā)達國家，裝配式凸輪軸制造新技術已應用于生產(chǎn)中。而且，這一改變進程還沒有到達發(fā)展的盡頭，因為采用電磁氣門驅動系統(tǒng)的無凸輪軸內燃機離成批生產(chǎn)還需要時間。凸輪軸是一種不斷地加速和減速的旋轉質量。這種加速和減速伴隨著能量的消耗。減輕凸輪軸的質量可以對內燃機節(jié)能發(fā)揮積極影響。所以今天凸輪軸上的創(chuàng)新往往與減輕重量分不開。1.1Pro/E和Mastercam9.0軟件的特點及主要功能Pro/Engineering是美國公司開發(fā)的軟件，該軟件能夠完整的展現(xiàn)某一產(chǎn)品從設計，加工到生產(chǎn)樣本的全部工作流程，讓所有的用戶同時進行某一產(chǎn)品的設計工作流程，讓所有的用戶同時進行統(tǒng)一產(chǎn)品的設計工作。它是一款全方位的產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了眾多的功能。因此，自1988年問世以來，及引起CAD（計算機輔助軟件）/CAE（計算機輔助教育）/CAM（計算機輔助制造）界的極大震動。Mastercam9.0是美國CNCSoftware,Inc公和司開發(fā)的CAD/CAM一體化軟件。它是集二維繪圖，三維實體，曲面設計，體素拼合，數(shù)控編程，刀具路徑模擬及真實感模擬等功能于一身，對系統(tǒng)運行環(huán)境要求較低，使用戶無論是在造型設計，CNC銑床，CNC車床，或CNC線切割等加工操作中，都能獲得最佳效果。而且Mastercam9.0基于PC平臺，支持中文環(huán)境，價位適中，對于廣大的中小企業(yè)來說是最理想的選擇。1.2數(shù)控技術的相關知識數(shù)控機床是采用數(shù)字化的信號進行對工件的自動生產(chǎn)制造的一種高效自動化設備。它最早出現(xiàn)于二十世紀四十年代初期的美國的一個小公司，在制造飛機框架和直升機葉片時，利用全數(shù)字電子計算機對葉片輪廓的加工路徑精確地控制，直到1952年出現(xiàn)了世界第一臺數(shù)控機床一一直線插補連續(xù)控制的三坐標立式銑床。數(shù)控銑床主要用于加工平面和曲面輪廓的零件，還可以加工復雜型面的零件，如凸輪、樣板、模具、螺旋槽等。同時也可以對零件進行鉆、擴、鉸、锪和鏜孔加工。它有適應性強、靈活性好，加工精度高、加工質量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)自動化程序高，生產(chǎn)效率高等等特點。在利用數(shù)控機床進行生產(chǎn)制造前，我們必須先了解數(shù)控系統(tǒng)的功能及規(guī)格，因為不同的數(shù)控系統(tǒng)在編寫數(shù)控加工程序時，在格式及指令上是不完全相同的，而且不同的機床也有不同的操作面板。我們必須對使用的銑床操作熟練，對CAD編程軟件的熟練使用。接著我們首先要認真分析零件圖，熟悉零件的加工工藝。選擇合要求、高效率的加工工藝；對其每個不同的加工選擇合理的刀具、夾具及切削用量、切削液。并CAD編程軟件設置好各參數(shù)，編好工件程序后，擬定數(shù)控銑削加工工序卡片，根據(jù)加工工序步驟，將對應步驟的加工程序輸入到數(shù)控仿真銑床對零件進行仿真加工，并確定無錯誤便可到銑床車間將工件加工出來。數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：高速、高精加工技術及裝備的新趨勢五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力，關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)。在我國，數(shù)控技術與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數(shù)控領域，以PC平臺為基礎的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國在數(shù)控技術研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術創(chuàng)新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務。在普通機床上加工零件時，首先應由工藝人員對零件進行工藝分析，制定零件加工的工藝規(guī)程，包括機床、刀具、定位夾緊方法及切削用量等工藝參數(shù)。同樣，在數(shù)控機床上加工零件時，也必需對零件進行工藝分析，制定工藝規(guī)程，同時要將工藝參數(shù)、幾何圖形數(shù)據(jù)等，按規(guī)定的信息格式記錄在控制介質上，將此控制介質上的信息輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置控制機床完成零件的全部加工。我們將從零件圖樣到制作數(shù)控機床的控制介質并校核的全部過程稱為數(shù)控加工的程序編制，簡稱數(shù)控編程。數(shù)控編程是數(shù)控加工的重要步驟。理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣要求的合格零件，同時應能使數(shù)控機床的功能得到合理的利用與充分的發(fā)揮，以使數(shù)控機床能安全可靠及高效地工作。一般來講，數(shù)控編程過程的主要內容包括：分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)值計算、編寫加工程序單、制作控制介質、程序校驗和首件試加工。數(shù)控機床與加工，數(shù)控機床是按照事先編制好的數(shù)控程序自動地對工件進行加工的高效自動化設備。數(shù)控加工就是將加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)輸入到機床，機床的控制系統(tǒng)對輸入信息進行運算與控制，并不斷地向直接指揮機床運動的電動機功能部件一一機床的伺服機構發(fā)送脈沖信號，伺服機構對脈沖信號進行轉換與放大處理，然后由傳動機構驅動數(shù)控機床，從而加工零件。所以數(shù)控加工的關鍵是加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)的獲取，即數(shù)控編程。數(shù)控編程，數(shù)控程序的編制是指從分析零件圖樣開始到獲得正確的程序載體為止的全過程。在數(shù)控機床上加工零件時，首先要分析零件圖樣的要求、確定合理的加工路線及工藝參數(shù)、計算刀具中心運動軌跡及其位置數(shù)據(jù)；然后把全部工藝過程以及其他輔助功能（主軸的正轉與反轉、切削液的開與關、變速、換刀等）按運動順序，用規(guī)定的指令代碼及程序格式編制成數(shù)控加工程序，經(jīng)過調試后記錄在控制介質（或稱程序載體）上，最后輸人到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，以此控制數(shù)控機床完成工件的全部加工過程。CNC程序中的每一指定皆有一定的固定格式，使用不同的控制器其格式亦不同，故必須依據(jù)該控制器的指令格式書寫指令，若其格式有錯誤，則程序將不被執(zhí)行而出現(xiàn)警示訊息。CAM軟件是將加工零件以圖形形式輸人計算機，由計算機自動進行數(shù)值計算、前置處理，在屏幕上形成加工軌跡，及時修改，再通過后置處理形成加工程序輸人數(shù)控機床進行加工。自動編程的出現(xiàn)使得一些計算繁瑣、手工編程困難、或手工無法編出的程序都能夠實現(xiàn)。然而本設計的零件銑床加工主要是用CAD軟件Mastercam9.0進行零件的畫圖和程序的編制。然后通過軟件后處理出機床能識別的NC代碼進行直接加工。在自動編程過程中，加工工藝決策是加工能否順利完成的基礎，必須依據(jù)零件的形狀特點、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，選擇最佳的加工方法、合理劃分加工階段、選擇適宜的加工刀具、確定最優(yōu)的切削用量、確定合理的毛坯尺寸與形狀、確定合理的走刀路線，最終達到滿足加工要求、減少加工時間、降低加工費用的目的。數(shù)控仿真加工，數(shù)控加工仿真軟件包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等虛擬制造系統(tǒng)同步仿真操作功能；還能對加工的工件進行精確測量、智能測量等等的仿真操作。我們可以通過仿真軟件對零件進行模擬加工，從而達到熟練各種數(shù)控機床的操作面板，而且通過仿真軟件還能對加工程序的校正和加工工藝的優(yōu)化，最終達到簡化程序，減少加工錯誤，提高加工效率。1.3凸輪軸設計背景這次畢業(yè)設計的目的就是要對軸類零件的半成品以后的磨削加工有所了解，也是為了鞏固所學的關于磨削加工的理論知識，培養(yǎng)分析和解決問題的能力,提高自己的數(shù)控加工軟件的設計應用能力，讓我們綜合運用我們所學的機械設計基礎、數(shù)控編程、機械制圖、CAD技術、機械制造工藝等知識，來完成凸輪軸零件的三維造型設計、凸輪軸零件工藝規(guī)程文件編制、相關數(shù)控程序編制和相關夾具的設計。1.4凸輪軸設計方法常規(guī)設計方法常規(guī)的設計方法就是傳統(tǒng)的設計方法。他們是根據(jù)力學和數(shù)學建立的理論公式和經(jīng)驗公式，運用圖表和手冊等技術資料，以實踐經(jīng)驗為基礎，進行設計計算、繪圖和編寫設計說明書，利用普通凸輪磨機床進行加工。創(chuàng)新設計方法現(xiàn)代設計方法強調是以計算機為工具，以工程軟件為基礎，運用現(xiàn)代設計理念，進行機械產(chǎn)品的設計。如凸輪軸設計就是運用proe輔助制圖，這樣就可以優(yōu)化設計，就可以提高其生產(chǎn)效率，降低原材料的浪費率。1.5凸輪軸設計的作用凸輪軸是在綜合運用機械制圖、機械制造原理、機械制造工藝、機械加工、數(shù)控編程等多門課程的總結。通過這一環(huán)境的訓練，使我不但更加深入了解畢業(yè)設計的基本理論、基本知識、而且學會使用這些理論、基本知識去了解解決工程中的問題。凸輪軸是活塞發(fā)動機里的一個部件。凸輪軸的作用是控制氣門的開啟和閉合動作。凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個凸輪，用于驅動氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐點，另一端與驅動輪相連接。凸輪的側面呈雞蛋形。目的就是在盡可能短的時間內完成氣門的開、閉動作，保證汽缸充分的進氣和排氣。1.6凸輪軸設計的結果和意義凸輪軸設計的結果這次設計運用計算機輔助制圖軟件，優(yōu)化設計。在提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質量的前提下，尋求最好的工藝方案，以至于減少砂輪的磨損。這些將在工藝和編程上得到體現(xiàn)。凸輪軸設計的意義凸輪軸是一個精密零件，也是軸類零件中比較復雜的一種曲軸。它的磨削要求也比較嚴格，每一個凸輪的角度都要控制在公差范圍內。但是還有一些復雜的問題沒有得到改善，在工藝規(guī)程設計方面也欠佳，編程方面也不是很完好以及其他地方還存在很大的問題。2凸輪軸零件的工藝分析2.1凸輪軸零件特點凸輪軸生產(chǎn)線承擔每臺發(fā)動機凸輪軸的機加工，每臺發(fā)動機上使用一根凸輪軸。材料：20Cr，各主軸頸及端面的硬度HB180?240，凸輪HRC48.2.1.1凸輪軸的三維圖和簡圖圖2.2凸輪軸二維圖2.1.2發(fā)動機凸輪軸主要加工內容和精度要求支承軸徑前軸徑前端中32.50_010，后端中32.50_010，表面粗糙度Rz3.2中間軸徑叫2.50_0.10,表面粗糙度Rz3.2后軸徑?2.50_0.10,表面粗糙度Rz3.2凸輪圖2?3凸輪形狀示意圖圖中O點位凸輪旋轉中心。EA是以O點位中心的圓弓瓜。6個凸輪基圓尺寸為叫3.50_0.10,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，凸輪型線誤差作用段土0.05mm凸輪型線誤差作用段土0.02mm一缸凸輪軸對鍵槽位置112°32，±20，鍵槽寬50-0.14,深400.05，對稱度0.0252.2工藝設計原則及凸輪軸加工工藝分析保證工藝具有合理的先進性，再保證節(jié)拍的基礎上，吸收先進技術提高產(chǎn)品的競爭力。對于關鍵設備和技術，優(yōu)先考慮國內外可靠廠家的先進設備。保證先進性與經(jīng)濟性相結合，再保證產(chǎn)品質量的前提下，降低成本充分考慮各生產(chǎn)緩解的安全性和操作的方便性。在投資允許的