凸轮轴的工艺规程及夹具设计毕业设计.docx
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凸轮轴的工艺规程及夹具设计毕业设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
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使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
我的毕业设计课题是凸轮轴的工艺工装，凸轮轴对其工作要求、部分精度较高，如轴上的油孔的加工、法兰盘孔的加工等。
凸轮轴的工艺过程，我们尽量做到清晰明了，在保证表达清楚的基础上，尽量做到简练。
在此设计中，巩固了机械制造专业的专业知识，学习机械加工工艺、夹具设计、金属切削原理与刀具及金属切削机床。
在此，我们设计了两套钻床夹具，并进行了一些机构的设计，如分度机构、顶尖机构、液压传动机构等，还借用了机床尾座、手轮等大量通用件，既有利于加工，又节省不少力气。
其中，夹具设计需要保证被加工面的位置精度；减少辅助时间，提高劳动生产虑；扩大机床的使用范围；实现工件的装夹加工并减轻劳动强度，改善工作条件，保证了生产安全。
此次设计，由于我的水平有限，难免会出现错误，望读者进行批评指正。
关键词：
凸轮轴；钻床夹具；分度机构；液压传动机构
Abstract
Mygraduationprojectsubjectisacraftfrockofthecamshaft,thecamshaftisbytheirjobrequirements.Totheprecisionbeingrelativelyhigh,forinstance,oilprocessingofholeofaxle.Processingoftheholeoftheringflange,etc.,thecourseofthecamshaft,wetryourbesttoaccomplishclearly,onthegroundofguaranteeingtoexpressclearly.Tryone’sbesttoaccomplishasperfectascrystal.Inthecourseofdesign,consolidateourknowledgeaboutmechanismmanufacturing,andIhavegraspedmechaniccraft,tongsdesign,theprincipleofmetalcuttingtoolsandthemetalscuttingthemachinetools.Inthisdesign,wehavedesignedtwosetsofdrillingmachinesdigs.Inthedesign,Ihavedesignedsomesetsofmechanisms.Suchas,graduationorganization,topstructure,hydraulictransmissionmechanismandsoon.Itakeadvantageoflathetailflatalso,aslargeamountofcommonparts,suchashandwheelfavorabletoprocessandsoon.Savemuchstrength.Amongthem,thetongsdesigndemandguaranteewhichisprocessedthepositionaccuracy;Reducetolendsupportthetimeandincreasementslaborproduce,extendtheusagescopeofthemachinetools.Realizetheworkpiecepacktocliptoprocesstocombinealleviativelaborstrength,improvetheworktermandguaranteetheproductionsafety.Thisdesign,becausewehavelimitedlevel.Unavoidabletoappearsomemistakes,soIhopethatreaderscanmakesomere-comments.
Keyword:
camshaft;drillingmachinesdigs;graduationorganization;hydraulictransmissionmechanism
引言
毕业设计是大学生在校期间的最后的关键所在，它既是对所学知识的一次全面性考查，也是我们真正动手、模拟真实环境下的设计过程，这就使我们对本专业的设计工作有一次更深刻的认识，从而，为今后的工作奠定了扎实的基础。
为了切实地做好毕业设计，我们结合了以往的生产现场的实际情况，并通过查找大量的资料和教科书等工具书，编写了这套夹具设计说明书。
它通过工艺规程的设计，进一步的明确了机车配气导块的加工程序。
通过编写夹具、量具、刀具设计说明书，进一步阐明了设计思路，巩固了所学的多种知识。
本次设计编制了一套中批生产的工艺规程。
简单实用的夹具设计更体现了经济技术指标在设计中的重要地位。
设计工作是一项细致、艰苦、复杂、涉及面十分广泛的工作，它不仅巩固了所学的知识，更提高和锻炼了我们的计算能力、绘图能力等综合能力。
但是由于我学时和水平有限，设计中难免存在一些缺点和错误，在此，恳请各位老师批评指正
设计者：
毕波
2006.06
1零件的功用与结构分析
1.1零件的功用
凸轮轴是机车发动机上的一个重要零件，它对各气缸的进、排气门的开启和关闭起控制作用，同时，还用来驱动分电器，汽油泵等辅助装置。
1.2凸轮轴的结构特点和技术要求
各种发动机凸轮轴的结构基本差不多，主要差别是凸轮轴的数量、形状和位置不同，其中以四缸、六缸、八缸发动机的凸轮轴用的最多。
就凸轮轴的结构特点而言，其形状复杂，长径比大，工件刚性较差。
1.2.1各种凸轮轴的技术要求
1）支承轴颈的尺寸精度及各支承轴颈间的同轴度。
2）止推面对于支承轴线的垂直度。
3）凸轮轴基面的尺寸精度和相对于支承轴颈的轴线的同轴度。
4）凸轮的位置精度。
5）凸轮的形状精度。
1.2.2以发动机该凸轮轴为例具体说明
1）支承轴颈
两个支承轴颈的外圆尺寸φ82mm表面粗糙度Ra≤0.4μm.。
2）凸轮
1，2，4，5位的凸轮基圆尺寸R50±0.2，3，6位的凸轮基圆尺寸R45±0.02，表面粗糙度Ra≤0.8μm。
3）法兰盘孔
左右法兰盘孔尺寸为φ
mm。
4）轴上油壁孔
轴上油壁孔尺寸为φ8mm。
2生产类型的确定
根据设计认为书所给定的原始资料来确定生产类型。
设计任务书给出的资料显示并按车间的工作情况及工件的重量可知，按产量可分单位生产、小批量生产、中批量生产及大批量生产。
由《金属机械加工工艺人员手册》表15-5查零件重48KG<100KG，且年产量为3000件，属于中批量生产。
根据该生产特性可以初步确定零件的机械加工工艺过程，由于中批量生产，一般采用高效机床和专用机床；对刀具一般采用通用刀具，也可以根据工厂实际情况采用专用刀具；量具采用专用量具；夹具使用专用夹具及辅助夹具来提高生产率，同时节省了人力、物力，达到经济可行的目的。
3确定毛坯的种类
在制定工艺规程时，正确的选择毛坯具有重要意义。
它不仅影响毛坯的制造工艺设备及制造费用，还影响零件的机加工工艺，设备和刀具的消耗及工时订额。
正确的选用毛坯需要毛坯制造和机加工工艺人员紧密配合，兼顾冷热加工两个方面的要求。
由于发动机工作时，凸轮轴承受气门开启的周期性冲击载荷。
所以，要求凸轮轴和支承轴颈表面应耐磨，凸轮轴本身应具有足够的韧性和刚性。
为此，凸轮轴的主要工作表面需经热处理。
对于凸轮轴材料目前国内外主要选用铸铁（冷硬铸铁，可淬硬铸铁，球墨铸铁）和钢（中碳钢，渗碳钢）。
在国外，冷硬铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件高负荷的场合，这在英国较为普遍，可淬硬的低合金铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件低负荷的场合，这在美国较为普遍，高合金铸铁和特殊合金铸铁凸轮轴则多用于高速发动机。
对于钢凸轮轴，一般是选用中碳钢和渗碳钢经热模锻制坯。
就毛坯精度来说，铸件的精度明显的高于锻件。
目前，国内外普遍趋向于精铸和精锻。
鉴于此，该凸轮轴选用50Mn材料毛坯由精锻而成。
4机械加工工艺路线的拟定
机械加工工艺规程的制定，可分为两大步骤1）拟定零件的加工工艺路线；2）确定每道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备及切削用量和工时定额。
4.1加工工艺路线的分析
在凸轮轴的加工过程中的加工精度，其中受两个主要因素的影响：
1）变形
从细长角度来说，突出的问题就是工件本身的刚度低。
切削加工时产生较大的受力变形，其表面余应力也会影响其变形，尤其在加工凸轮时，这种变形更为显著。
另一方面，采用材料为钢的凸轮轴在主要工作表面精加工产生变形。
凸轮轴在加工过程中的变形，不仅影响到后工序加工的余量分配是否均匀，而且变形过大会导致后续加工无法进行，甚至造成中途报废。
凸轮轴加工后的变形，将直接影响到装配后凸轮轴的使用性能。
因此，在安排其工艺过程时，必须针对工件变形这一特点采取必要的措施，不仅要把各主要表面的精度加工工序分开，以使粗加工事故时产生的变形在半精加工中得修正，半精加工的变形在精加工中也得以修正。
2）加工难度大
从形状复杂角度来讲，突出的问题就是凸轮的表面的加工。
对于这些表面，不仅有尺寸精度要求，还有形状位置要求。
如采用普通的加工设备和一般表面常规的加工方法，显然是无法保证其加工质量和精度。
例如对凸轮的加工，从满足使用要求的角度来讲，既要求其相位角准确又要求凸轮曲线的行程满足气门开启和关闭时升降过程的运动为规律，但要注意到凸轮曲线上的各点相对其转的中心是变化的。
当试用一般的靠模机加工时，由于加工半径的变化，势必引起切削速度与切削力的变化，这样将会使加工后的凸轮曲线产生形状误差，从而影响凸轮的使用性能。
4.1.1凸轮加工工艺分析
定位基准的选择一般常规的方法是采用两顶尖作为轴类零件的定位基准。
这样避免了工件在多次装夹具中固定基准的转换而引起的误差，也可以作为后续工序的定位基准，即符合“基准同意”的原则。
1）粗基准的选择
粗基准的选择是否合理，不仅关系到工件的装夹是否方便、可靠，也关系到精加工中能否保证加工精度。
该凸轮轴加工中粗基准是铣两端面并打中心孔时定位基准的选择，其目的是加工出后续工序的精基准。
为保证后续工序余量均匀，选用支承轴颈的毛坯外圆柱面及一个侧面作为定位基准。
2）精基准的选择
在凸轮轴的加工过程中，精基准选择有下面两种情况：
对于各支承轴颈、外圆表面的粗加工、半精加工、精加工均以两顶尖孔作为精基准进行定位的；钻孔时以两支承轴颈作为基准进行定位。
4.1.2加工阶段的划分与工序顺序的安排
1）加工阶段的划分
由于凸轮轴的加工精度较高，整个加工不可能在一个工序内全部完成。
为了利于逐步达到加工要求，必须把整个工艺过程分几个阶段。
该凸轮轴加工分为以下三个阶段：
粗加工阶段包括车各支承轴颈、车凸轮钻通孔、钻法兰盘孔；半精加工阶段包括凸轮轴外形的初磨；精加工阶段包括凸轮外形、支承轴颈的二次磨削。
2）工序顺序的安排
对于凸轮、支承轴颈，是按车——初磨——精磨的顺序加工的。
各表面加工顺序从粗到精，且主要表面与次要表面加工工序相互交叉进行，而从整体上说又符合“先粗后精”的原则。
4.1.3加工工艺路线的拟定
综上所述拟工艺路线如下：
工艺路线方案一：
工序号
工序名称
1
备料
2
锻模
3
热处理
4
探伤
5
铣端面、钻中心孔
6
精车两端面凸轮外圆面
7
调质
8
精车外圆面、左端面及凸轮圆
9
钻深孔
10
两端面顶尖孔倒角
11
加工法兰孔
12
锪倒角
13
仿形铣凸轮
14
精磨凸轮
15
钻铣轴壁孔
16
中频淬火热处理
17
法兰盘倒角
18
凸轮倒角
19
热处理
20
精磨凸轮
21
精磨轴
22
清洗、去孔内毛刺
23
最终检查
工艺路线方案二：
工序号
工序名称
1
模锻
2
热处理
3
铣端面、钻中心孔
4
粗车凸轮轴各外圆面
5
调质处理
6
精车两端面凸轮外圆面
7
铣凸轮
8
钻通孔φ38
9
加工通孔两端
10
加工法兰盘孔
11
钻、锪轴壁油孔
12
粗磨凸轮
13
加工法兰盘倒角
14
加工凸轮倒角
15
精磨凸轮
16
精磨轴
17
终检
4.2工艺方案比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于：
方案一将整个过程的粗—精加工分开加工，符合先粗后精的原则，且定位基准以孔（两顶尖孔）为基准进行加工，符合基准统一原则。
而方案二虽然也符合基准统一原则，但先粗后精基准分开的不是太好。
孔加工由于切削力较大使工件变形也较大，即使在以后的半精、精加工中也很难纠正，而凸轮作为主要加工表面是不允许的。
因此，方案一较方案二好。
5确定机械加工余量工序尺寸及公差
根据机体最大外形尺寸为810mm，毛坯采用精磨锻，选其加工精度等级为二级。
则由《金属机械加工工艺人员手册》表45-38确定毛坯的加工余量。
1）大端法兰面
表5.1工序的尺寸及加工余量
工序名称
工序基本余量
工序精度
工序尺寸
尺寸及Ra
精铣
1.5
IT10
Ra=6.3
粗铣
1075
IT10
毛坯
3.25
—
2）支承轴颈的加工
表5.2工序的尺寸及加工余量
工序名称
工序基本余量
工序精度
工序尺寸
尺寸及Ra
磨轴
0.4
IT5
810
Ra=0.4
精车轴
1.1
IT7
82.4
82.4
粗车轴
2.5
IT9
83.5
83.5Ra=6.3
毛坯
4.0
—
86.0
86.0
3）钻法兰盘孔φ
mm
4）锪法兰盘孔φ18mm
5）钻轴壁油孔φ8mm
6确定切削用量工件定额切削力及功率
6.1钻孔
1）确定切削速度V
由《金属机械加工工艺人员手册》表10-67知S=0.10mm/r。
2）计算轴向力P扭矩M的值
根据《金属机械加工工艺人员手册》表10-64知
P=61.2DS0.7（公斤力）（6-1）
M=31D2S0.8（公斤力·毫米）（6-2）
则P=61.2×1.48×0.10.7=180.7（公斤力）
M=31×14.82×0.10.8=107.6（公斤力·毫米）
3）计算机动时间T
根据《金属机械加工工艺人员手册》P987知
T=
（6-3）
n=
（6-4）
由公式（6-4）得n=
=967mm/r
=0.35D=0.35×14.8=5.2mm
由公式（6-3）得T=
=0.18min
6.2铰孔
1）确定切削速度V
根据《金属机械加工工艺人员手册》表10-63
（6-5）
式中T——刀具的耐用度
S——进给量
D——孔的直径
——切削深度
根据《金属机械加工工艺人员手册》表10-83的T=30min
表10-81的s=0.6mm/rt=0.2mmD=15mm
则
=
=11m/min
2）计算机动时间T
T=
（6-6）
由公式（6-4）得n=
=233.2mm/r
=12mm
由公式（6-3）得T=
=0.24min
3）工时定额计算
查表可知：
a装卸工件时间：
k1=0.22min
b钻换时间：
k2=0.10min
c扩换时间：
k3=0.10min
d排屑时间：
k4=0.06min
e电动起动时间：
k5=0.02min
f快进、快退时间：
k6=0.05min
g工作台移动：
k7=0.10min
h液压缸夹紧时间：
k8=0.05min
i快速工作其他时间：
k9=0.13min
总的辅助时间为T=6（k2+k3+k4）+k1+k5+k6+k7+k8+k9=2.13min
加工此工序需要的总时间：
T总=0.18+0.24+2.13=2.55min
7夹具的设计
根据设计任务给出的要求，我们需设计两套夹具，且两套夹具均为钻床夹具。
不同的是一套夹具用于加工法兰盘孔，而另一套用于加工轴壁上的油孔。
在专用夹具设计之前，首先应该弄清楚夹具设计的基本要求
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