机械制造与自动化毕业论文.docx

机械制造与自动化毕业论文.docx

《机械制造与自动化毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造与自动化毕业论文.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机械制造与自动化毕业论文

西南科技大学毕业设计论文

题目:

凸轮杆工艺设计

学院:

四川机电职业技术学院

专业:

机械制造与自动化

学生姓名：

邓志强

指导老师：

谷敬宇

毕业论文时间2017年4月10日至2017年5月9日

第一章、绪论

1。

1概论-——————--———-—---———————3

1.2凸轮机构概述——-——————---——-————4

第二章、零件分析

2。

1图示——————-——---—————--———-—8

2.2零件的特点-————-—-—--———---—-——9

2。

3零件的工艺分析-——-—————————————--9

2.4确定零件毛胚——--—-———-——————————9

第三章、基准

3。

1有关基准的选择说明---—-—-———-——————10

第四章、凸轮杆的材料、毛胚以及热处理

4。

1凸轮杆的材料-—-—————————————————11

4.2毛胚————-———————————--——————11

4。

3热处理--——-———————-—-—————-——11

第五章、加工工艺路线

5.1凸轮杆加工工艺过程——————————-——————12

5.2工艺路线的拟定———--——--———-——————12

5.3加工余量——-—-—————-—--————-———14

第六章、凸轮杆零件的检验—————-——————-———19

6.1加工中的检验————————-———————--—-19

6.2加工后的检验————--—-———--—————-—19

第七章、总结—————--—-—-——————-—--—20

第一章绪论

1.1概论

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。

因此，它在我们大学生活中占有十分重要的地位.

就我个人而言，我希望能通过这次的毕业论文设计对自己将来从事的职业能够带来一次适应性的锻炼，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力,能够为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础.

Introduction

Thecoursedesignofmechanicalmanufacturingtechnologywascarriedoutafterwefinishedallthebasiccourses,technicalbasiccoursesandmostspecializedcoursesoftheuniversity。

Thisisanin—depthandcomprehensivelinkbetweenthecourseswelearnedbeforewegraduate,andalsoapracticeofintegratingtheorywithpractice。

Therefore，itoccupiesaveryimportantpositioninourcollegelife.

Personally,Ihopethatthroughthisthesisdesignaadaptiveexercisefortheirfutureoccupationcanexercisetheirabilitytoanalyzeandsolveproblemsfrom,canplayagoodbaseforthefuturetoparticipateinthemodernizationofourcountry.

1.2 凸轮机构概述

 低副机构一般只能近似地实现给定运动规律，而且设计较为复杂。

当从动件的位移、速度和加速度必须严格地按照预定规律变化，尤其当原动件作连续运动而从动件必须作间歇运动时，则以采用凸轮机构最为简便.凸轮机构由凸

轮、从动件或从动件系统和机架组成，是一种高副机构,由具有曲线轮廓和凹槽的构件通过高副接触带动从动件实现预期运动规律。

凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点.只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，就可

以使推杆得到各种预期的运动规律。

 在各种机械，特别是自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。

凸轮机构之所以能在各种自动机械中获得广泛的应用，是因为它兼有传动、导引及控制机构的各种功能。

当凸轮机构用于传动机构时，可以产

生复杂的运动规律，包括变速范围较大的非等速运动，以及暂时停留或各种步进运动;凸轮机构也适宜于用作导引机构,使工作部件产生复杂的轨迹或平面运动；当凸轮机构用作控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环。

因此凸轮机构的设计和制造方法对现代制造业具有重要的意义。

1。

2。

1 凸轮机构课题研究背景及意义

 早期的工程技术人员大多采用作图法绘制凸轮轮廓，这种方法的效率低、精度差、很难精确地得到压力角和曲率半径等设计参数.在CAD二维设计阶段，CAD的作用仅仅是使工程人员得以摆脱烦琐、精度低的手工绘图，可重复利用

已有的设计方案。

而如今的CAD三维设计与CAM集成化，使工程人员可以从三维建模开始，进行产品构思设计和制图，实现了设计数据直接传输到生产的过程,大大简化了手工工作环节。

由于计算机技术和各种数值计算的发展，使得很多方面的研究得以深入.利用参数化技术三维CAD可以绘制精确的凸轮.参数化设计具有造型精确，造型速度快，避免了手工取点造型的复杂过程，完成三维实体模型可以不断的修改的特点。

由于电子技术的发展，现在某些设备的控制元件可以采用电子元器件,但他们一般只能传递较小的功率，而凸轮机构却能在实现控制功能的同时传递较大的功率。

因此,凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中，更有突出的优点.

 可以说，对凸轮机构的进一步研究，特别是对高速凸轮机构及其动力学问题的进一步研究，是长期、持续并有重大意义的工作.现代三维CAD已经辐射到对整个制造企业生产、管理进行全方位的辅助，对制造业的发展具有深远的影响.

1。

2.2凸轮机构的研究历史与现状

 凸轮的使用，最早可上溯到东汉时期杰出的科学家张衡发明的水力天文仅中,至本世纪初，资本主义上业化的进展要求人们设计出高速自动机槭，以提高飞机、汽车运用内燃机配气机构进行工作的性能，凸轮机构的系统研究随之展开。

 凸轮的运动学分析首先是研究它的运动规律.几乎所有关于凸轮的专著,都对运动规律进行了系统介绍.早期设计人员主要研究适台低速机构的等速、简谐、摆线、圆弧等基本运动规律．60 年代后，各种适合于中速与高速的优良

运动规律相继提出,基本上满足了中、高速凸轮机构的要求。

日本牧野洋等人提出了简谐梯形组合运动规律，韦伯、盖特曼与弗鲁德斯坦等人提出T富氏级数运动规律，斯托达德与福西特等提出了多项式动力运动规律。

 近期一些学者又提出一些用样条函数设计中的凸轮机构运动规律，这些运动规律具有较好的适应性,特别适合于进行动力分析,因曲线生成较复杂.还在进一步研究中。

确定从动件运动规律后,需选择从动系统类型、进行机构尺

寸综合并设计凸轮轮廓，这是凸轮运动学分析比较困难的一个课题，早期的工程技术人员多采用作图法绘制凸轮轮廓.这种方式简易直观，但效率低、精度差，很难精确的得到压力角和曲率、半径等设计参数。

与此同时，许多学者在研究解析法，就某些简单的运动规律和特定的凸轮从动件系统提出不同的解析公式和专业数表。

克鲁莫克等人分析了凸轮压力角;卡弗等对曲律半径进行了探讨。

随电子计算机的使用,传统的图解法和解析法都得到了新的发展.图解法中参进图形软件的运用，使凸轮廓绘制更精确，主要设计方法为以CAD软件为设计平台，基于图解法（反转法）的设计原理,用交互式作图方法设计凸轮廓线。

目前．解析法研究领域侧重发展便于用计算机求解及便于编制通用程序的各种新算法，其中，瞬心（Polar method）可同时确定压力角、平面凸轮轮廓和凸轮曲率半径，复变量法。

（complex variable method）可同时求得压力角和曲率半径，共轭曲面法和等距曲面法用于设计平面凸轮轮廓,对于圆柱与桶型空间凸轮轮廓，多采用平面凸轮的公式进行近似计算，已得到局部轮廓的压力角与曲率半径的数据精确的计算则必须运用微分几何及空间曲面啮合原理.

 学者们还致力于在基本方法的基础上建立处理机构设计问题的统一框架框架，安徽大学张玉华和韩国昌原大学辛重镐等最新提出适用于各种平面凸轮廓设计的通用方法——相对运动法基于反转原理的通用模型．利用坐标系和齐次坐标变换技术．自从动件相对凸轮运动的的相对速度、相对加速度和从动件的表面法线导出平面凸轮的轮廓方程、压力角和曲率半径的一般表达式，一般文献中开始探讨连杆机构、凸轮机构之间的关联,用高副低代的方法将凸轮和连杆设计问题统一起来。

 凸轮机构动力学研究也是当前十分活跃的研究领域，正不断向纵深发展。

考虑构件弹性、间隙和其它实际运行田紊建立的动力学模型，使所得结果更接近丁真实的运动情况。

X T动力学研究方面的文献在机构学中占有相当多的篇幅，其中克斯特（Koster）的专著中系统地讨论了凸轮机构的动力学模型。

目前，动力学研究己从建立单自由度模型发展到建立涉及许多实际因素的多自自度模型；对凸轮机构进行的有限元分析亦已展开；非线性问题日益受到重视。

凸轮机构的材料匹配，以及润滑问题,在凸轮机构中亦占有重要地位，随着材料科学、机械加工工艺学、摩擦学等学科的发展，也得到更完善的解决方法.

综上所述，凸轮机构的研究经历从手动计算到系统的理论模型展开计算机辅助计算，从经验设计到优化设计，从单纯运动学到到力学分析的发展过程。

1。

2。

3凸轮机构国内外的研究状况

国外从五、六十年代起就已有许多人用数理方法和电子计算机技术研究有关问题，例如配气机构动力学和凸轮新线形的提出，以及后来进行的凸轮优化设计和动力学响应形态的研究等等。

国内起步稍迟,复旦大学数学系在六十年代开始探讨凸轮设计和动力学计算等课题.凸轮机构广泛的应用推动了对它的研究和发展。

随着对各种机械在速度、效率、寿命等各方面要求的提高，对凸轮机构的研究从最初的外形轮廓和运动设计，以满足对从动件的简单位置要求,发展到考虑动力学、润滑、误差影响、弹性变形等，其研究方向已有数十个。

特别是自50年代以来，由于计算机技术和各种数值方法的发展,使得很多方面的研究在逐步深入.

我国对凸轮机构的应用和研究近年来也有了很大进展。

在1983年全国第三届机构学术会议上关于凸轮机构的论文有8篇,1990年第七届会议，共有凸轮机构方面的论文22篇，还有含凸轮的组合机构方面的论文6篇。

在汽车、内燃机、机械制造等有关领域,也有很多关于研究凸轮机构的内容。

由此可见，我国对凸轮机构的研究是不断发展的.但是，与先进的国家相比，我国对凸轮机构的研究仍有较大差距。

1。

2.4研究凸轮机构的意义

由于电子技术的发展，现在某些设备的控制元件可以采用电子元器件,但他们一般只能传递较小的功率，而凸轮机构却能在实现控制功能的同时传递较大的功率。

因此,凸轮机构在生产中具有无可替代的优越性，尤其在高速度、高精度传动与分度机构及引导机构中,更有突出的优点。

可以说，对凸轮机构的进一步研究，特别是对高速凸轮机构及其动力学问题的进一步研究，是长期、持续并有重大意义的工作。

现代三维CAD已经辐射到对整个制造企业生产、管理进行全方位的辅助，对制造业的发展具有深远的影响.

第二章、零件的分析

2.1图示：

根据轴套类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在下方面：

⑴尺寸精度：

轴类零件的主要表面常为两类：

一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈,即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5-IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈,其精度稍低，常为IT6-IT9。

⑵几何形状精度:

主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。

其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度

⑶相互位置精度包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等.

⑷表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。

支承轴颈常为0.2～1.6μm，传动件配合轴颈为0。

4~3。

2μm。

⑸其他热处理及外观修饰等要求。

2.2零件的特点：

如图所示零件是凸轮杆，它属于台阶型轴套类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、退刀槽等组成.轴肩一般用来确定安装在其他零件的轴向位置,起定位作用。

螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。

如图所示的车床主轴零件的支撑轴颈A是装配基准,故对A段外圆的加工提出了很高的要求。

主轴的支撑轴颈、配合轴颈、锥孔、前端圆锥面及端面、锁紧螺纹等表面是轴的主要加工表面。

其中支撑轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、

相互位置精度和表面粗糙度尤为重要。

2。

3零件的工艺分析：

零件的技术要求不高，用车床、铣床和钻床就可以加工出来，精度要求一般是7到8级，而且表面粗糙度要求也不太高，是一个较好加工的零件。

2。

4确定零件毛胚：

45钢

第三章、基准

3。

1有关基准的选择说明

 3。

1。

1、粗基准的选用原则

3。

1.1.1、保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则。

当有些不加工表面与加工表面之间有相互位置要求时，一般不选择加工表面作为粗基准.

3。

1.1.2、保证各加工表面的加工余量合理分配的原则。

应选择重要加工表面为粗基准。

3.1.1.3、粗基准不重复使用的原则.粗基准的精度低,粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差，因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。

3。

1.2、精基准的选用原则

3.1.2.1、基准重合原则。

尽可能使设计基准和定位基准重合，以减少定位误差。

3.1。

2.2、基准统一原则。

尽可能使用同一定位基准加工个表面，以保证各表面的位置精度。

如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一的定位基准.

3。

1.2.3、互为基准原则。

当两个加工表面间的位置精度要求比较高的时候，可用互为基准的原则反复加工。

3。

1。

2。

4、自为基准的原则.当要求加工余量小而均匀时，可选择加工表面作为自身的定位基准。

3。

2、确定零件的定位基准

 凸轮杆加工中,为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则,并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。

 由于凸轮杆外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择凸轮杆右端的顶尖孔作为精基准面。

用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。

所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。

第四章、凸轮杆的材料、毛胚以及热处理

4.1、凸轮杆的材料

选用45钢,精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn,也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

4.2、凸轮杆毛坯

 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。

毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布,获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

4.3、凸轮杆的热处理

 锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度,改善切削加工性能。

调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。

表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。

第五章、制定加工工艺路线

拟订零件的加工路线是制定工艺规程的总体布局，主要任务是选择各表面的加工方法，及定位基准，确定加工顺序，各工序采用的机床设备和工艺装备等。

5。

1凸轮杆加工工艺过程分析

 凸轮杆加工工艺过程可划分为两个加工阶段，即粗加工阶段（包括车端面、加工顶尖孔、粗车外圆等）；精加工阶段（包括精铣端面，粗、精加工外圆、锥、孔等）.

在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行,即粗车→调质（预备热处理）→半精车→精车→淬火-回火（最终热处理）→粗磨→精磨.

综上所述，主轴主要表面的加工顺序安排如下:

外圆表面粗加工（以三夹一顶定位）→外圆表面精加工（以三夹一顶定位）→钻通孔（以精加工过的外圆表面和端面定位）→左端面的铣削（以精加工过的外圆表面和端面定位）→锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位,加工后配锥堵）→外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）→锥孔精加工（以精加工外圆面定位）。

凸轮杆的加工技术要求：

加工表面

尺寸及技术要求/mm

公差及精度等级

表面粗糙度Ra/µm

Ø50外圆面

50mm

IT9

0.8

Φ74。

5外圆断面

21mm

IT9

0.8

外孔侧面

64mm

IT12

6.3

锥度孔

20mm

IT9

0。

8

开口槽

3mm

IT12

6。

3

5。

2、工艺路线的拟定

为保证几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须判定合理的工艺路线.制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精

度等技术要求能得到合理的保证.在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

 5。

2。

1、工艺路线方案一：

 工序一：

车外圆Φ45，Φ50，车螺纹M45×1.5 

工序二:

开槽3×0.5 

工序三:

车外圆Φ74。

5，Φ105 

工序四:

钻孔两次并扩孔Φ20  

工序五：

铣削Φ64的深3mm断平面

 工序六:

铣削最大的圆弧面

 工序七：

精铣圆弧面

 工序八：

车锥度为Morse No3的锥面

工序九：

精车Φ50和锥度为Morse No3的锥面

 工序十:

终检

上面的工序可以是中批生产，但是其效率不高，并且工序四中的钻孔方法在钻孔是可能会偏离中心。

5。

2。

2、工艺路线方案二:

 工序一：

粗、精铣Ф70mm、Ф125 mm的下表面.

 工序二：

钻Ф20的孔（不到尺寸）

工序三：

镗Ф20的孔（不到尺寸）

 工序四:

精镗Ф20两孔，锥度孔，倒角1.5×45°

 工序五:

车外圆Φ45，Φ50,车螺纹M45×1.5 

工序六：

开槽3×0.5 

工序七：

车外圆Φ74。

5,Φ105 

工序八：

铣削Φ64的深3mm断平面

 工序九：

铣削最大的圆弧面

 工序十:

精铣圆弧面

 工序十一：

终检

上述两个方案的特点在于：

方案一是先加工外圆，然后以此为基准加工Ф20的孔。

而方案二则与其相反，先加工Ф20的孔.经比较可见先加工外圆定位加工Ф20的孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹都较为方便。

综上所诉，具体工艺过程如下：

 5.2.3、工艺路线方案：

 工序一：

车端面及外圆Φ45，Φ50，并车螺纹M45×1.5，倒角C1,以Φ125外圆为粗基准，选用GSK980TDa

卧式车床.

 工序二：

开槽3×0.5，选用刀宽为3mm的切刀。

 工序三：

车端面及外圆Φ74。

5，Φ105，以Φ50外圆为粗基准,保证Φ74。

5的右端面满足技术条件,选用GSK980TDa卧式车床。

 工序四:

钻孔两次并扩孔Φ20 ，以Φ45的外圆为基准,选用立式加工中心。

 工序五：

铣削最大直径为Φ105的圆弧面,以Φ45的端面和Φ50的外圆为基准定位,选用三爪卡盘和铣床。

 工序六：

精铣最大直径为Φ105的圆弧面，保证其外圆表面粗造的为0。

8。

 工序七：

铣削Φ64的深3mm端平面，并倒角3×45°，以Φ45的端面和50的外圆为基准，选用三爪卡盘和铣床.

 工序八：

车锥度为Morse No3的锥面，选用GSK980TDa卧式车床。

工余工序九：

精车Φ50的外圆面和锥度为Morse No3的锥面保证表面粗造的为0。

8，选用GSK980TDa卧式车床。

 工序十：

终检

5。

3、加工余量

 5.3.1、加工余量的确定

 工序1:

下料毛坯选择铸造毛坯，材料为45号钢。

毛坯直径D=60mm，毛坯长度L=230mm。

工序4：

车外圆Φ45，Φ50,车螺纹M45×1。

5，倒角C1

 5.3。

2。

 加工条件

工件材料:

45＃,

 加工要求：

车毛坯两头端面，各加工余量2mm; 

机床：

数控车床；

刀具：

YT15硬质合金车刀.尺寸：

宽度B=16mm 高度H=25mm

刀杆长度L=125，选择刀具前角γ0＝20°后角α0＝10°，副后角α0=10°，刃倾角λs=－8°，主偏角

Kr=90°, ，副偏角Kr’=5°。

 5.3。

3 切削用量

5。

3.4确定背吃刀量：

轴线长度方向的端面的加量为2mm,需全部加工，因为余量较小，故可一次加工，选择背吃刀量2spamm。

故选择:

fz=0.18mm/z.

5。

3。

5计算基本工时：

公式为：

=

式中L=

+l1+l2+l3其中l1=

+（2—3），

=3/5,所以，

=

=（55/2+0+2+3+4）/560*0。

5=0。

12min

5.3。

6车螺纹M45*1。

5 

机床:

数控车床

 刀具：

螺纹车刀

 根据《切削手册》查得，进给量为f=0。

18～0。

22mm/z，

现取f=0。

22mm/z，v=17m/min，则：

=

=

=1128r/min

查看（简明手册）表4。

2—15，取

nw=960r/min。

所以实际切削速度为

v=dwnw/1000=π＊4.8＊960/1000=14.48m/min

计算切削基本工时：

tm=L+Y+∆/Fm=6+4/960*0。

22=0。

047min

工序5、6：

开槽3＊0.5，车外圆Φ74。

5，Ø105

5。

3.7加工条件

工件材料：

45工件材料：

45#，σb =630—700MPa，锻件； 

加工要求：

粗车—半精车φ74.5和φ105，长度为 21mm，表面粗糙度为6.3.

 刀具:

YT15硬质合金车刀.

尺寸：

宽度B=16mm 高度H=25mm刀杆长度L=125，选择刀具前角γ0＝20°后角α0＝10°，副后角α0=10°，刃倾角λs=－8°，主偏角Kr=60°, ,副偏角Kr’=5°.

5。

3。

8确定切削用量

 粗车—半精车φ74。

5和φ105，开槽3×0.5 

5.6。

2确定背吃刀量

 粗车φ74。

5和φ105外圆，加工余量为2mm，两次走刀，则背吃刀量2。

5spamm

5.3。

9确定进给量

 进给量f=0。

5mm/r（查表所得）。

5。

3.10选择刀具磨钝标准及耐用度

 由刀具磨顿标准参考值表查取硬质合金外圆车刀磨损部位为后刀面且粗加工时的后刀面磨损最大限度为0.6—0.8，焊接耐用度T=60min.

5.3.11确定切削速度Vc 

查表取：

Vc=1。

5m/s（由2。

5spamm、f =0.5mm/r、车为

YG硬质合金）由公式1000Vc/d有（1000＊1.5*60）/（3.14

*55）=521r/min

根据C6140车床速度表选择车床速度N=560r/min 

则实际的切削速度：

Vc=d