凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控編程[CAD高清圖紙和文檔]

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中期報(bào)告 題目: 凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控編程 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 導(dǎo) 師 2013年3月12日 1. 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作已馬上到了中期，我對(duì)自己的課題有了一定深度的認(rèn)識(shí)。在初期，我已經(jīng)完成了原理圖的設(shè)計(jì)及開(kāi)題報(bào)告的相關(guān)工作。在假期的時(shí)間里，我又下載了有關(guān)于凸輪軸以及數(shù)控加工方面的外文數(shù)據(jù)，以及對(duì)其進(jìn)行了翻譯。并且我從開(kāi)學(xué)到現(xiàn)在的這幾個(gè)星期里對(duì)自己的凸輪軸進(jìn)行了工藝分析，夾具設(shè)計(jì)以及工藝卡片的制作。 1.1生產(chǎn)綱領(lǐng) 生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小對(duì)生產(chǎn)組織和零件加工工藝過(guò)程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動(dòng)化的程度，以及所應(yīng)選用的工藝方法和工藝裝備。 零件生產(chǎn)綱領(lǐng)可按下式計(jì)算： N=Qn(1+a%+b%) 由此公式可以算的凸輪軸的年生產(chǎn)量為10萬(wàn)件，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型的關(guān)系可以確定其生產(chǎn)類型是大批量生產(chǎn)。 表1生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型的關(guān)系[11] 生產(chǎn)類型 零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） 重型零件 中型零件 輕型零件 單件生產(chǎn) 小批生產(chǎn) 中批生產(chǎn) 大批生產(chǎn) 大量生產(chǎn) ＜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(yīng)力，故材料應(yīng)具有較好的強(qiáng)度和韌性；對(duì)軸的表面與支承有相對(duì)滑動(dòng)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(jī)構(gòu)性能（參考）如表1[10] 表2 20Cr主要機(jī)構(gòu)性能 材料牌號(hào) 熱處理 毛坯直徑mm 硬 度HBS 抗拉強(qiáng)度極限σb (Mpa) 彎曲疲勞極限σ-1(Mpa) 扭轉(zhuǎn)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(guò)程，它對(duì)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(zhuǎn)變不均勻、不徹底及熱處理后形成的殘余應(yīng)力過(guò)大軸在熱處理后的加工、裝配和使用過(guò)程中的變形，從而降低軸的精度，甚至報(bào)廢。 2）軸類零件的強(qiáng)度：熱處理工藝制定不當(dāng)、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設(shè)備狀態(tài)不完好，造成被處理軸的強(qiáng)度（硬度）達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。 3）軸的工作壽命：熱處理造成的組織結(jié)構(gòu)不合理、晶粒度超標(biāo)等，導(dǎo)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(guò)程的中間環(huán)節(jié)或最終工序，熱處理造成的開(kāi)裂、變形超差及性能超差，大多數(shù)情況下會(huì)使軸報(bào)廢，即使通過(guò)修補(bǔ)可以使用，也會(huì)增加工時(shí)，從而增加了軸的成本。 凸輪軸材料是20Cr，對(duì)強(qiáng)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(qiáng)度及疲勞極限。滲碳以后首先要進(jìn)行淬火，用來(lái)提高其硬度和強(qiáng)度極限。但淬火時(shí)會(huì)引起內(nèi)應(yīng)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(lái)消除淬火后的脆性和內(nèi)應(yīng)力，提高其塑性和沖擊韌度。但是對(duì)于凸輪軸來(lái)說(shuō)，半成品熱處理以前還有一道重要的工序，就是要對(duì)第一和第二個(gè)凸輪之間的外圓；第五和第六個(gè)凸輪之間的外圓用兩頂?shù)难b加方式進(jìn)行粗磨。這樣做是因?yàn)檩S類零件熱處理以后會(huì)產(chǎn)生變形，既保證其同軸度。以便在熱處理以后以這兩個(gè)外圓為基準(zhǔn)進(jìn)行校核。 1.4 夾具的設(shè)計(jì) 磨床夾具按其通用化的程度和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為通用夾具、專用夾具、組合夾具和成組可調(diào)夾具等等。凸輪軸加工時(shí)采用的是傳動(dòng)夾頭，屬于組合夾具類型。 組合夾具是在夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工藝裝備。它是由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)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(jù)加工工藝的要求，可通過(guò)選擇和使用標(biāo)準(zhǔn)元件和組合元件，很快裝配出機(jī)械加工、檢驗(yàn)、裝配等所需的夾具來(lái)。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(diǎn)： 1、靈活多變； 2、保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)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(chǔ)元件、支承元件、定位元件、導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)件。圖1 圖1 夾具圖 傳動(dòng)夾頭由非標(biāo)準(zhǔn)件手柄、定位銷、定位板、彈簧、螺母、壓蓋、定位螺釘、傳動(dòng)板和標(biāo)準(zhǔn)件圓柱銷、螺釘組合而成。 圖2 傳動(dòng)板 傳動(dòng)板是整個(gè)夾具的夾具體，也是夾具的關(guān)鍵部位（如圖2），它上面有一個(gè)錐度孔，用來(lái)裝夾凸輪軸的錐形端面。錐度孔和錐度面有自鎖，在磨削時(shí)對(duì)凸輪軸進(jìn)行夾緊，限制其自由度。 圖3定位板 定位板是通過(guò)定位螺桿固定在傳動(dòng)板上，它的作用是用來(lái)放置定位銷（如圖3）所示。 圖 4手柄 手柄是用來(lái)裝定位銷的，以便于定位銷在使用時(shí)方便。如圖4所示 圖5定位銷 定位銷是在加工時(shí)對(duì)凸輪軸進(jìn)行定位，裝夾時(shí)定位銷應(yīng)放在凸輪軸裝夾端的鍵槽內(nèi)，限制凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)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(yàn)入 1.6磨削加工 1.6.1外圓磨削 1、機(jī)床選定：選用最常見(jiàn)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(jìn)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(jìn)給量f，最后確定切削速度uc。 背吃刀量ap應(yīng)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(yīng)切除的加工余量切除掉。在粗加工時(shí)，當(dāng)加工余量過(guò)大或工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，也可分兩次走刀。在這一道工序中采用一次進(jìn)刀： ap＝（2/3～3/4）A＝（2/3～3/4）＝0.99 式中 A——單邊余量，mm 進(jìn)給量f定義：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具與工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量。 進(jìn)給量的選擇與背吃刀量也有關(guān)，在已選定背吃刀量為0.99的前提下，查有關(guān)手冊(cè)，選擇進(jìn)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(shí)的速度 查有關(guān)手冊(cè)，取加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)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(jī)床選定：常選用的機(jī)床有MXBS8312A凸輪磨床和CF41數(shù)控凸輪磨床 2、夾緊方案：專用夾具和機(jī)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(jìn)給量f，最后確定切削速度uc。 背吃刀量ap應(yīng)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(yīng)切除的加工余量切除掉。在粗加工時(shí)，當(dāng)加工余量過(guò)大或工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，也可分兩次走刀。 在這一道工序中采用一次進(jìn)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(jìn)給量f定義：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具與工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移量。 切削速度uc Uc＝πD n粗/1000 式中 D——刀具直徑 n———加工時(shí)的速度 查有關(guān)手冊(cè)，取加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速為3000r/mm。 所以， Uc＝πD n粗/1000 ＝π×1.98×3000×/1000　 ＝18651600mm/r 2. 存在的問(wèn)題及解決措施 本課題主要研究的是凸輪軸零件的數(shù)控加工，主要難點(diǎn)就在于對(duì)凸輪軸的上的凸輪的定位進(jìn)行加工，刀具的選擇等。還有就是自己的數(shù)控模擬仿真技術(shù)軟件的運(yùn)用還不太熟練。 解決措施：認(rèn)真下功夫進(jìn)行軟件的學(xué)習(xí)并進(jìn)行多次的模擬實(shí)踐，和老師進(jìn)行溝通，自己查閱書籍對(duì)凸輪軸進(jìn)行更深一步的了解，借鑒別人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)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(shè)計(jì)以及其他的零件圖繪制 （2）13-14周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 （3）15 周： 準(zhǔn)備論文答辯 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 - 7 -