凸轮轴的加工工艺分析(附件)【字数：6365】
凸轮轴常用于发动机之中，对发动机的气门运动及发动机性能有着不可忽略的影响。随着经济发展，对凸轮轴的需求数量增多、性能要求提高。作为质量优劣会直接影响发动机性能的轴类零件凸轮轴，由于它的结构复杂，其加工技术要求高，加工中有许多因素影响它的精度。本文详细分析了凸轮轴的特征、加工工艺性、加工定位基准、加工阶段和加工工序，对凸轮轴进行尺寸分析、毛坯选用分析，选择加工刀具、确定切削用量和加工余量，并编制加工工艺卡。同时，利用UG软件对凸轮轴进行三维建模和仿真加工。
目录
引言 1
一、凸轮轴制造工艺概述 1
（一）凸轮轴的作用及类型 1
（二）凸轮轴的结构特点 1
（三）凸轮轴的传动方式 1
（四）凸轮轴的主要技术要求 2
（五）凸轮轴的材料及毛坯选择 2
（六）凸轮轴的工艺流程概述 2
（七）凸轮轴的加工设备 2
二、凸轮轴加工工艺分析 3
（一）凸轮轴尺寸分析及毛坯选用 3
（二）凸轮轴加工工艺性分析 4
（三）凸轮轴加工定位基准分析 4
（四）凸轮轴加工阶段划分 5
（五）凸轮轴加工工序分析 5
三、凸轮轴建模及机械加工各事项 6
（一）凸轮轴加工刀具选择 6
（二）凸轮轴的切削用量 6
（三）凸轮轴加工加工余量确定 6
（四）凸轮轴加工工艺卡编制 7
四、凸轮轴建模及仿真加工 8
（一）凸轮轴三维建模 8
（二）凸轮轴加工刀具轨迹 8
总结 10
参考文献 12
致谢 13
引言
随着经济的发展，人们对私家车高涨的购买力使得相关的机械行业飞速发展，商家研制多种多样的车型就是为了提高自身在客户中的竞争力。车的核心动力——发动机对车辆的使用体验及寿命长短有着非常重要的影响，因而对发动机的优化至关重要。关系到发动机进出气体规律的凸轮轴是发动机中很重要的零件之一。
一直转动的凸轮轴带动气门顶杆的上下运动以驱使气门的打开和闭合，而气门的开关时间可通过设计不同的凸轮的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
曲线来精确掌控，这对发动机进出气体的正常运行及各缸工作的先后顺序有极大的影响，进而关系到发动机的性能。
凸轮轴在运动过程中具有高转速和承受大扭矩的特点，所以对它的强度和支撑面的设计要求很高，毛坯材质通常为铸铁、合金钢等。凸轮轴的机械加工制造面临着两个重要难点：一个是轴的结构细长，在加工中容易变形，如：表面残余应力变形、受力变形及热处理变形等；另一个是凸轮轴结构复杂，加工难度大。所以，要设计科学合理的加工工艺及流程，以使加工过程中凸轮轴不会变形，发动机工作过程中凸轮轴也不会因受到冲击和载荷而变形或断裂。
因此，凸轮轴的设计及加工要综合考虑它的实际工作条件的恶劣程度、加工过程中的许多影响其性能的因素、金属材料的选择及处理工艺、机械加工设备及场地等因素。本文主要分析研究了凸轮轴的加工工艺。
一、凸轮轴制造工艺概述
（一）凸轮轴的作用及类型
作为发动机控制机构和驱动机构的凸轮轴，其主要功能是通过旋转推动气门顶杆来回运动，从而控制各气缸及时打开和闭合进排气门，吸入可燃气体，排出气缸中燃烧后的废气，驱动汽油泵等部件工作。
根据凸轮轴的安装位置，凸轮轴主要分为顶置式、中置式和下置式三种类型。目前，发动机常用的凸轮轴是顶置式布置方式，分为双顶和单顶两种。
（二）凸轮轴的结构特点
凸轮轴由偏心轮、用于进气出气的凸轮、支撑轴颈、止推面、驱动辅助装置的齿轮、芯轴和正时齿轮轴颈等几部分组成。凸轮轴的主体是一根长轴，轴上套着许多个用来驱使气门进气、排气的凸轮，凸轮的侧面呈现出鸡蛋的形状，凸轮设计成这种形状有利于发动机气缸在保证性能的前提下完成整个气门运动过程，即用最短的时间吸入最多的可燃气体，同时排出最多的燃烧后的气体。
（三）凸轮轴的传动方式
链条传动、齿轮传动及齿形胶带传动是凸轮轴和曲轴常见的三种传动方式。通过链条或者齿轮连接的凸轮轴和曲轴在发动机运转时，由小直径的曲轴传动端带动较大尺寸的凸轮轴端传动轮。常用塑料或轻金属制作大直径的传动轮，用钢材制作小直径的传动轮，这是为了减少噪音。在链条链接中，会安装塑料导轨和液压压紧装置来降低噪声。
（四）凸轮轴的主要技术要求
凸轮轴的主要技术要求有：轴颈、凸轮基圆的尺寸精度；每一个轴颈间的同轴度；凸轮基圆相对于支撑轴颈的同轴度；止推面相对于支撑轴颈的垂直度；凸轮的形状精度；凸轮的位置精度等。
（五）凸轮轴的材料及毛坯选择
制造凸轮轴的材料必须要有足够的弯曲疲劳强度、适宜的韧性、较好的切削性能和耐磨性，在加工过程中不易变形，且能够承受工作中产生的载荷。常用于制成凸轮轴的金属材料有中碳钢、冷硬铸铁、合金钢、合金铸铁、渗碳钢、球墨铸铁等。其中，中碳钢制作的凸轮轴适用于大型内燃机；汽车发动机的凸轮轴常使用内外层依次为灰口组织、白口或麻口组织的冷硬铸铁来制造；有较高耐磨性、抗氧化性、强度及减震性的球墨铸铁通常用于制作单缸发动机的凸轮轴。凸轮轴常见的毛坯有锻件和铸件，极少数用棒料直接加工。
（六）凸轮轴的工艺流程概述
根据金属材料和凸轮轴制造工艺划分，凸轮轴共有铸铁凸轮轴、传统的铸铁凸轮轴、组装式和锻钢式凸轮轴四大类型。直接加工金属棒料的传统的整体式凸轮轴和独立加工各个配件后组装的新型装配式凸轮轴是目前世界上主流的两种凸轮轴加工方式。
凸轮轴加工传统型工艺的主要步骤是：选择45钢等材质的棒料作为毛坯进行机械粗加工（端面粗车、开档、仿形车凸轮外轮廓形状等等）、调制热处理、半精加工（大多数使用车削来加工）、中频淬火、精加工（磨削加工）及矫直，传统工艺耗费的时间多、工序不集中、需要的加工机器种类繁杂、加工场地要求高，但是成本低，适合批量加工，是目前使用最多的加工工艺流程。
凸轮轴改良后的传统加工工艺的步骤主要是：以锻件为毛坯进行校准、粗加工（加工芯轴、轴颈、凸轮）、调制热处理、半精加工（加工轴颈等）、新型中频淬火、精加工、光整、探伤。该工艺自动化程度高、加工设备数目比较少、所需场地面积较少、效率和生产质量稳定性较高，可用来生产制造中小批量、多种类的凸轮轴，但是生产机器造价高，需要的成本投入大。
目录
引言 1
一、凸轮轴制造工艺概述 1
（一）凸轮轴的作用及类型 1
（二）凸轮轴的结构特点 1
（三）凸轮轴的传动方式 1
（四）凸轮轴的主要技术要求 2
（五）凸轮轴的材料及毛坯选择 2
（六）凸轮轴的工艺流程概述 2
（七）凸轮轴的加工设备 2
二、凸轮轴加工工艺分析 3
（一）凸轮轴尺寸分析及毛坯选用 3
（二）凸轮轴加工工艺性分析 4
（三）凸轮轴加工定位基准分析 4
（四）凸轮轴加工阶段划分 5
（五）凸轮轴加工工序分析 5
三、凸轮轴建模及机械加工各事项 6
（一）凸轮轴加工刀具选择 6
（二）凸轮轴的切削用量 6
（三）凸轮轴加工加工余量确定 6
（四）凸轮轴加工工艺卡编制 7
四、凸轮轴建模及仿真加工 8
（一）凸轮轴三维建模 8
（二）凸轮轴加工刀具轨迹 8
总结 10
参考文献 12
致谢 13
引言
随着经济的发展，人们对私家车高涨的购买力使得相关的机械行业飞速发展，商家研制多种多样的车型就是为了提高自身在客户中的竞争力。车的核心动力——发动机对车辆的使用体验及寿命长短有着非常重要的影响，因而对发动机的优化至关重要。关系到发动机进出气体规律的凸轮轴是发动机中很重要的零件之一。
一直转动的凸轮轴带动气门顶杆的上下运动以驱使气门的打开和闭合，而气门的开关时间可通过设计不同的凸轮的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
曲线来精确掌控，这对发动机进出气体的正常运行及各缸工作的先后顺序有极大的影响，进而关系到发动机的性能。
凸轮轴在运动过程中具有高转速和承受大扭矩的特点，所以对它的强度和支撑面的设计要求很高，毛坯材质通常为铸铁、合金钢等。凸轮轴的机械加工制造面临着两个重要难点：一个是轴的结构细长，在加工中容易变形，如：表面残余应力变形、受力变形及热处理变形等；另一个是凸轮轴结构复杂，加工难度大。所以，要设计科学合理的加工工艺及流程，以使加工过程中凸轮轴不会变形，发动机工作过程中凸轮轴也不会因受到冲击和载荷而变形或断裂。
因此，凸轮轴的设计及加工要综合考虑它的实际工作条件的恶劣程度、加工过程中的许多影响其性能的因素、金属材料的选择及处理工艺、机械加工设备及场地等因素。本文主要分析研究了凸轮轴的加工工艺。
一、凸轮轴制造工艺概述
（一）凸轮轴的作用及类型
作为发动机控制机构和驱动机构的凸轮轴，其主要功能是通过旋转推动气门顶杆来回运动，从而控制各气缸及时打开和闭合进排气门，吸入可燃气体，排出气缸中燃烧后的废气，驱动汽油泵等部件工作。
根据凸轮轴的安装位置，凸轮轴主要分为顶置式、中置式和下置式三种类型。目前，发动机常用的凸轮轴是顶置式布置方式，分为双顶和单顶两种。
（二）凸轮轴的结构特点
凸轮轴由偏心轮、用于进气出气的凸轮、支撑轴颈、止推面、驱动辅助装置的齿轮、芯轴和正时齿轮轴颈等几部分组成。凸轮轴的主体是一根长轴，轴上套着许多个用来驱使气门进气、排气的凸轮，凸轮的侧面呈现出鸡蛋的形状，凸轮设计成这种形状有利于发动机气缸在保证性能的前提下完成整个气门运动过程，即用最短的时间吸入最多的可燃气体，同时排出最多的燃烧后的气体。
（三）凸轮轴的传动方式
链条传动、齿轮传动及齿形胶带传动是凸轮轴和曲轴常见的三种传动方式。通过链条或者齿轮连接的凸轮轴和曲轴在发动机运转时，由小直径的曲轴传动端带动较大尺寸的凸轮轴端传动轮。常用塑料或轻金属制作大直径的传动轮，用钢材制作小直径的传动轮，这是为了减少噪音。在链条链接中，会安装塑料导轨和液压压紧装置来降低噪声。
（四）凸轮轴的主要技术要求
凸轮轴的主要技术要求有：轴颈、凸轮基圆的尺寸精度；每一个轴颈间的同轴度；凸轮基圆相对于支撑轴颈的同轴度；止推面相对于支撑轴颈的垂直度；凸轮的形状精度；凸轮的位置精度等。
（五）凸轮轴的材料及毛坯选择
制造凸轮轴的材料必须要有足够的弯曲疲劳强度、适宜的韧性、较好的切削性能和耐磨性，在加工过程中不易变形，且能够承受工作中产生的载荷。常用于制成凸轮轴的金属材料有中碳钢、冷硬铸铁、合金钢、合金铸铁、渗碳钢、球墨铸铁等。其中，中碳钢制作的凸轮轴适用于大型内燃机；汽车发动机的凸轮轴常使用内外层依次为灰口组织、白口或麻口组织的冷硬铸铁来制造；有较高耐磨性、抗氧化性、强度及减震性的球墨铸铁通常用于制作单缸发动机的凸轮轴。凸轮轴常见的毛坯有锻件和铸件，极少数用棒料直接加工。
（六）凸轮轴的工艺流程概述
根据金属材料和凸轮轴制造工艺划分，凸轮轴共有铸铁凸轮轴、传统的铸铁凸轮轴、组装式和锻钢式凸轮轴四大类型。直接加工金属棒料的传统的整体式凸轮轴和独立加工各个配件后组装的新型装配式凸轮轴是目前世界上主流的两种凸轮轴加工方式。
凸轮轴加工传统型工艺的主要步骤是：选择45钢等材质的棒料作为毛坯进行机械粗加工（端面粗车、开档、仿形车凸轮外轮廓形状等等）、调制热处理、半精加工（大多数使用车削来加工）、中频淬火、精加工（磨削加工）及矫直，传统工艺耗费的时间多、工序不集中、需要的加工机器种类繁杂、加工场地要求高，但是成本低，适合批量加工，是目前使用最多的加工工艺流程。
凸轮轴改良后的传统加工工艺的步骤主要是：以锻件为毛坯进行校准、粗加工（加工芯轴、轴颈、凸轮）、调制热处理、半精加工（加工轴颈等）、新型中频淬火、精加工、光整、探伤。该工艺自动化程度高、加工设备数目比较少、所需场地面积较少、效率和生产质量稳定性较高，可用来生产制造中小批量、多种类的凸轮轴，但是生产机器造价高，需要的成本投入大。
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