汽车凸轮轴加工工艺规程设计分析n毕业论文设计.docx

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汽车凸轮轴加工工艺规程设计分析n毕业论文设计

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优秀论文审核通过

未经允许切勿外传

编号:

河南科技大学

毕业论文（设计）开题报告书

2011年01月20

院（系）

机电工程系

专业

机械设计制造及其自动化

姓名

学号

论文（设计）题目

汽车凸轮轴加工工艺分析

一、选题目的和意义

凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键部件，其性能与质量直接影响着发动机整体性能。

因此凸轮轴的材料及其加工工艺均有特殊要求，合理的加工工艺对于控制凸轮质量、降低加工成本、减少生产环节以及合理布置凸轮轴生产线具有很大的现实意义。

因此对于汽车凸轮轴的加工拥有十分广阔的发展前景和市场。

二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势

研究报告依据国家统计局、国家海关总署、商务部、中国汽车工业协会、汽车零部件行业协会、海外500多种相关报纸杂志的信息以及我中心对全国各地区的市场调查获得的第一手资料，对我国汽车凸轮轴行业的市场规模与前景、供给与需求状况及各种汽车凸轮轴市场进行了分析，并重点分析了汽车凸轮轴市场状况，探讨了汽车凸轮轴业发展现状，并对行业内重点企业的经营策略和发展动向进行了深入分析，对汽车凸轮轴行业的技术发展趋势和业内企业发展策略进行了研判，是汽车凸轮轴生产企业、科研单位、经销企业等单位准确了解目前汽车凸轮轴行业发展动态，把握企业定位和发展战略不可多得的决策参考。

三、课题设计方案[主要说明：

研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。

]

对于凸轮轴的加工特点,结合工厂的实际,在建立一条集先进性与经济性统一的凸轮轴生产线的过程中,从前期规划开始,对凸轮轴的加工工艺设计和质量控制进行了深入的分析、研究。

建立了用数控无靠模方法,恒线速磨削凸轮时所需的砂轮中心坐标等数学模型,对凸轮廓形进行计算和推倒，对凸轮轮廓的加工进行了探讨并提出适用于该车型用发动机凸轮轴的加工方法。

并引入了统计过程控制理论，在生产线上运用均值-极差控制图,使整个生产过程处于控制状态。

四、计划进度安排[主要说明：

起止时间及分阶段的进度要求。

]

五、主要参考文献

[１]陈金贵.凸轮制造技术[M].北京:

机械工业出版社,2003.

[２]路长厚艾兴.国内外砂轮平衡技术发展状况[J].磨床与磨削.

[３]虞至正.凸轮磨削技术的发展及现代新概念的凸轮轴磨床[J].北京汽车,2004（4）.

[４]汪学明.数控凸轮轴磨床的应用与研制概况[J].磨床与磨削.

[５]齐治昌.数值分析与应用[M].北京:

国防工业出版社,2007.

指导教师意见及建议：

签名：

年月日

教学单位领导小组审批意见：

组长签名：

年月日

毕业论文（设计）中期检查表

院（系）：

机电工程系专业：

机械设计制造及其自动化2011年3月13日

毕业论文（设计）题目：

汽车凸轮轴的加工工艺分析

学生姓名

学号

指导教师

职称

计划完成时间：

2010年5月10日

毕业论文（设计）的进度计划：

师进行交流。

完成情况：

到现在为止，我通过查找资料学到了很多很多关于凸轮轴加工的基本知识，包括凸轮轴的加工工艺过程，了解了凸轮轴的现状及发展趋势，以及凸轮轴的加工工艺分析。

指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页）

签名：

年月日

备注：

摘要及关键词1

1引言1

1.1汽车发动机行业的发展状况1

1.2凸轮轴的性能要求2

1.3本文研究内容3

2凸轮轴生产线前期规划3

2.1产品规格3

2.2工艺设计原则及凸轮轴加工工艺分析4

2.3小结5

3凸轮轴生产线工艺分析6

3.1生产线布置6

3.2工艺设计6

3.3工艺分析7

3.4工艺特点9

3.5工艺难点11

4凸轮廓形理论计算及加工控制参数12

4.1凸轮轴凸轮的廓形要求12

4.2包络线理论15

4.3凸轮廓形坐标16

4.4砂轮的中心坐标19

4.5磨削圆周进给量计算20

4.6等周速曲线22

4.7砂轮座加速度22

4.8光顺处理22

4.9工件主轴转速配置23

4.10磨削用量数据23

5总结24

参考文献26

谢辞27

汽车凸轮轴加工工艺分析

高翔宇

（河南科技大学机电系，河南洛阳253023）

摘要：

凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键部件，其性能直接影响着发动机整体性能。

因此凸轮轴的加工工艺有特殊要求，合理的加工工艺对于降低加工成本、减少生产环节以及合理布置凸轮轴生产线具有很大的现实意义。

本文针对凸轮轴的加工特点，结合工厂的实际，从前期规划开始，对凸轮轴的加工工艺进行了深入的分析、研究。

建立了用数控无靠模方法。

对凸轮廓形进行计算和推倒，对凸轮轮廓的加工进行了探讨并提出适用于发动机凸轮轴的加工方法。

关键词：

发动机；凸轮轴；工艺分析

1引言

1.1汽车发动机行业的发展状况

现代汽车发动机行业的发展十分迅速，这种趋势要求各发动机厂家不仅要具有大批量生产的能力，也同时要具有小批量、多品种的生产技术。

所以，在汽车发动机厂家现在已经普及了互换性、自动化生产，做到了流水线式生产线布置及工艺安排，实现了按节拍生产。

现在汽车的发动机的节拍为1.75分钟台。

1.75分钟包括辅助时间和机加工时间。

辅助时间包括上料、输送、检验时间，而机加工时间则是指从夹具定位、夹紧到机加工完成，夹具松开并推出工件这段时间。

除按节拍生产以外，我国的发动机生产厂家多数采用流水线布置。

生产线分为半自动生产线与全自动生产线两种形式。

半自动生产线与全自动生产线的区别在于前者靠人工在工序间输送工件，而后者则实现了无人操作、输送、加工及检验全部实现自动化。

全自动生产线虽然自动化程度高，质量稳定、可靠，但是投资巨大，成本太高，而我们国家人力资源丰富，人工价格偏低，所以大部分发动机生产厂家采用半自动生产线与局部全自动化生产线相结合的方式布置生产线，在保证生产节拍和产品质量的前提下，尽可能的降低产品的成本。

此外，在各种发动机的零部件的设计及生产上均采用了一些先进的形式及工艺。

例如多气缸多气门的设计，从直列三缸到V型双列十二缸，从二气门到四气门、五气门。

多气门的布置可以增加充气效率，便于阻止缸内气流压力。

顶置式凸轮轴设计，精密加工，柔性生产，在线自动测量及自动补偿等等，这些都为机加工生产及工艺安排增加了难度，向技术人员提出了更高的要求。

人们对发动机的性能要求概括为以下几点：

⑴高的动力性能。

⑵高的燃料经济性。

⑶高的工作可靠性和足够的使用寿命。

⑷结构紧凑，外形小，重量轻。

⑸高的环境性能，低排放，低消耗，低污染。

尤其是最后一点，在近些年中得到很大的关注。

由于发动机性能指标的不断提高，其加工精度、难度也不断增加，所以在发动机行业中，数控机床，精密加工机床，加工中心，自动生产线，成组技术等先进设备及技术都得到了广泛的普及。

1.2凸轮轴的性能要求

在汽车发动机的各个零件及机构中，配气机构是非常重要的，配气机构必须根据发动机气缸内所发生的工作过程，保证正确地打开和关闭气门。

而凸轮轴是配气机构中最重要、最关键的零件，它决定着气门的升程曲线和气门开关时刻，从而直接影响发动机的进排气量，影响发动机的动力性、经济性和排放[1]。

发动机行业现在都采用气门顶置式配气机构，其主要原因是由于顶置式配气机构的发动机能选用较高的压缩比。

其气门可以设计的比较大，混合气进入和废气排出的必经路程又比较短，因而顶置气门式发动机的容积效率比较高。

另外，顶置气门式发动机燃烧室的SV比值较小（SV比值是燃烧室的表面积S和燃烧室的容积V之比），这样，不仅废气中未燃碳氢化合物的含量较少，而且发动机的热效率也较高，这在排放标准日益提高的今天是非常重要的。

在顶置气门式配气机构中，除通常采用挺杆、推杆和摇臂控制气门的形式外，还有采用顶置凸轮轴（SOHC）的。

在顶置凸轮轴的发动机中，凸轮轴置于气缸盖上，凸轮直接作用于摇臂或者挺杆来控制气门。

除单顶置凸轮轴外，还有双顶置凸轮轴（DOHC）的，其中一根凸轮轴操纵进气门，另一根控制排气门。

这种单顶置凸轮轴发动机，由于没有推杆和挺杆，因而减小了配气机构的惯性力，减少了气门产成颤动的倾向，同时也减少了系统的变形量。

而且这种单顶置凸轮轴发动机还有一个优点，由于运动质量小，凸轮轮廓可以设计的比较陡一些，可以使气门能够更快的打开和关闭，保持更多的时间停留在全开的位置上，改善发动机的换气，提高容积的效率，这样可提高发动机的性能，特别是高速下的性能。

由于发动机的发展趋势为多气缸多气门设计，而每一个气门的进气与排气都必须由凸轮轴上的凸轮外形控制。

所以凸轮轴的发展趋势是一个凸轮轴上排列着越来越多的凸轮，如果是三缸以下的发动机，不论是两气门还是四气门，排气凸轮与进气凸轮还可以排在一根凸轮轴上。

如果是四缸以上，则必须配备两根凸轮轴，其中一根凸轮轴控制进气门，另一根控制排气门。

凸轮轴是内燃机配气系统中关键的零件之一，整个配气机构是由凸轮轴驱动的，凸轮的设计对整个配气系统的性能起着决定性的作用。

凸轮轴刚性差、易变形；精度高，加工难度大；因此，对于凸轮轴的设计、加工、选材、加工工艺等都提出了许多要求。

其主要的技术要求如表1.1表述。

表1.1凸轮轴的技术要求

主要项目

一般性要求

支撑轴承

尺寸（mm）

表面粗糙度（μm）

圆柱度（mm）

IT5~IT6

0.4

5级精度

0.4

0.06

0.02

±30′

凸轮轴表面粗糙度（mm）

中间轴颈相对于两端轴颈的跳动（mm）

相邻两轴颈的径向跳动（mm）

凸轮轴对称中心平面对正时齿轮键槽中心平面

或定位销轴线的角度偏差（′）

1.3本文研究内容

随着汽车行业的不断发展，再加上配件的需求，使得凸轮轴的需求量一直高居不下。

建立一条集先进性与经济性为一体的凸轮轴生产线是非常必要的。

面对国外汽车行业的冲击，我们国产汽车业应该加紧研究、建立符合中国国情的，我们自己的基础制造业，提高质量、降低成本，这样才能保住我们国产汽车的市场。

凸轮轴在发动机中的重要地位决定了国内发动机生产厂家都建有自己的凸轮轴生产线，这样可以在保证整机质量的前提下，尽可能的降低成本，提高竞争力。

本文主要围绕汽车凸轮轴生产线的工艺分析，从前期准备、工艺设计、理论计算、生产实践、和产品检测这几个方面，阐述了凸轮轴加工的一整套设计思路和方法，对发动机制造业中的零部件加工具有重要的参考作用。

2凸轮轴生产线前期规划

2.1产品规格

2.1.1零件的结构特点

凸轮轴生产线承担每台发动机凸轮轴的机加工，每台发动机上使用一根凸轮轴。

材料：

（FCA-3）铜铬钼合金铸铁，各主轴颈及端面的硬度HB180~240，凸轮HRC48.

2.1.2凸轮轴简图

图1

2.1.3发动机凸轮轴主要加工内容和精度要求

（1）支承轴径

前轴径前端φ，后端φ，表面粗糙度Rz3.2

中间轴径φ，表面粗糙度Rz3.2

后轴径φ，表面粗糙度Rz3.2

（2）凸轮

6个凸轮基圆尺寸为φ，表面粗糙度Rz3.2。

各凸轮基圆相对与前后轴颈的基准轴线的径向跳动允差0.03mm

各凸轮基圆相对与前后轴颈的基准轴线的平行度允差0.01mm

各凸轮对称中心线相对于键槽的相对位置偏差（相位角）±20′（见图1）

凸轮型线误差作用段±0.05mm

凸轮型线误差作用段±0.02mm

一缸凸轮轴对键槽位置112°32′±20′

（3）斜齿轮

齿数：

13，螺旋角：

53°（右）±1′46"公法线长度：

38.611～38.806

齿形误差≤0.025；齿向误差≤0.017；齿槽对键槽的角度20°±2°

（4）键槽

宽，深