凸轮轴机械加工工艺

凸轮轴机械加工工艺,第一节 概述,一、凸轮轴的用途、结构特点与技术要求 用途： 通过凸轮轴的不断旋转，推动气门顶杆上下运动，进而控制气门的开启与关闭。通过改变凸轮轴的曲线，可精确调整气门开启、关闭时间。,结构特点： 凸轮轴包括支承轴颈、进排气凸轮、偏心轮、驱动发动机辅助装置的齿轮和正时齿轮轴颈等几部分。 凸轮轴刚性差、 易变形; 精度高, 加工难度大。,凸轮轴的主体是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体。上面套有若干个凸轮，用于驱动气门。 凸轮的侧面呈鸡蛋形。其设计的目的在于保证汽缸充分的进气和排气，具体来说就是在尽可能短的时间内完成气门的开、闭动作。,6102发动机凸轮轴,凸轮轴的主要技术要求： 1.轴颈的尺寸精度及各轴颈之间的同轴度； 2.键槽的尺寸和位置精度； 3.止推面相对于支承轴颈轴线的垂直度； 4.凸轮基圆的尺寸精度和相对于支承轴颈轴线的同轴度； 5.凸轮的周向位置精度（相位角）； 6.凸轮的形状精度（曲线升程）等。,以CA 6102 发动机为例, 凸轮的升程偏差为: A、 D 段为0 . 015mm; B段为0 . 05mm; C 段为0 . 025mm。,二、凸轮轴的材料与毛坯,材料： 铸铁：冷硬铸铁、可淬硬的低合金铸铁、球墨铸铁等。 钢: 中碳钢、渗碳钢。 毛坯制造方法： 精铸和精锻。 直接用棒料加工。,三、凸轮轴加工工艺性分析,机械加工工艺性差的两个主要原因 1.结构细长，易变形 受力变形、表面残余应力变形、热处理变形。 2.加工难度大 凸轮、偏心轮等复杂表面的尺寸、形状和相互位置精度要求高。,第二节 凸轮轴加工过程概述,发动机总类繁多，凸轮轴的结构形状各异，但基本形状相差不大。,工序1：铣端面打中心孔 铣钻组合机,中心孔加工是以后加工工序的定位基准，在铣端面时，一般只限定5个自由度即可，用2个V型块限定4个自由度，轴向自由度是由凸轮轴3#轴颈前端面或后端面（在产品设计中，该面应提出具体要求）。目前普遍采用的是自定心定位夹紧，密齿刀盘铣削。轴向尺寸保证后端面到毛坯的粗定位基准尺寸和整个凸轮轴长度,工序2：校直 压床,工序3： 车1、2支承轴颈外圆等 凸轮轴轴颈车床,工序4： 车3、4支承轴颈外圆等 凸轮轴轴颈车床,工序5：钻7孔 钻床,工序6：校直 压床,工序7：磨第2、3轴颈外圆 外圆磨床,工序8：车凸轮侧面和连接轴颈等 凸轮轴车床,工序8：车凸轮侧面和连接轴颈等 凸轮轴车床,工序9：校直 压床,工序10：磨正时齿轮轴颈和螺纹轴颈外圆等 外圆端面磨床,工序11：磨齿轮外圆 外圆磨床,工序12：磨四个支承轴颈外圆 外圆磨床,工序13：滚齿 滚齿机,工序14：去齿轮两端毛刺 去毛刺机,工序15：铣键槽 键槽铣床,工序17：车1、4、6、7、9、12凸轮及偏心轮 凸轮车床,工序17：车2、3、5、8、10、11凸轮 凸轮车床,工序18：铣螺纹 螺纹铣床,工序19：去毛刺 工序20：清洗 工序21：中间检查 工序22：支承轴颈、齿轮表面淬火 工序23：凸轮、偏心轮淬火,工序24：修中心孔 立式钻床,工序25：校直 压床,工序26：磨凸轮、偏心轮 凸轮磨床,工序27：校直 压床,工序28：精磨正时齿轮轴颈外圆和止推面 端面外圆磨床,工序29：精磨四个支承轴颈外圆 外圆磨床,工序30：精磨凸轮和偏心轮 凸轮磨床,工序31：修整螺纹和去毛刺工序32：抛光 抛光机,工序33：校直 压床,工序34：清洗 清洗机 工序35：终检,第三节 凸轮轴加工工艺分析,一、定位基准的选择 （一）粗基准的选择 支承轴颈的毛坯外圆柱面及一个侧面。 （二）精基准的选择 1.两顶尖孔 2.经加工的支承轴颈、正时齿轮轴颈,二、加工阶段的划分与工序顺序的安排,（一）加工阶段的划分 粗加工阶段 半精加工阶段 精加工阶段 光整、精整加工阶段,二、加工阶段的划分与工序顺序的安排,（二）工序顺序的安排 各支承轴颈、凸轮、偏心轮： 车粗磨精磨抛光 从粗到精，主要表面与次要表面的加工工序交叉进行。 淬火工序安排在各主要表面的半精加工之前 防止工件经淬火后变形过大造成精加工困难,三、主要表面的加工,（一）凸轮形面的加工 1. 凸轮形面的粗加工 凸轮传统的粗加工方法是采用靠模车床及液压仿形凸轮铣床, 铣削的凸轮尺寸精度和形状精度都优于车削, 可直接进行精磨。大量生产的凸轮轴毛坯均采用精锻或精铸成形, 其毛坯精度高, 加工余量小, 国外不少厂家采用以磨代车的新工艺, 极大地简化了凸轮形面的加工。对于棒料毛坯, 由于余量大, 国外先进的方法是采用CNC 凸轮铣床。,多刀仿形单靠模车削,a) 车刀 b)工具的安装,2.凸轮形面的精加工,凸轮轴切点跟踪磨削加工,凸轮形面磨削的新技术 1）采用立方氮化硼砂轮 2）数控凸轮轴磨床 3）采用多片砂轮高强度砂轮进行高速磨削 4）采用主动测量 、自动补偿、自动修整等装置,（二）凸轮支撑轴颈的磨削,支撑轴颈的磨削可采用多砂轮磨床或无心磨床, 如Junker 公司的Quick point 设备可以高效率地磨削凸轮轴支撑轴颈。还有的公司对凸轮轴的轴颈和桃形在精磨后进行抛光, 与曲轴的超精加工类似。,快速点磨（ quickpoint）,（三）砂带抛光,（四）自动校直 凸轮轴,钢料凸轮轴冷、热加工后一般都有弯曲变形 ,需要校直才能后继加工 。传统工艺使用压床人工校直 ,常因矫枉过正而反复多次损害零件强度。而 自动校直由传感器测出轴的弯曲度后 ,便向校直压头控制器发出指令 ,对轴施加最适当的校直压程 由输人的工艺参数决定 ,零件只需一次校直 ,工时2min 。,第四节 凸轮轴的检验,中间检验 1）由加工阶段和中间检验的性质 、目的、作用所决定，每项检验内容的中检数量所占百分比不同。 2) 对于单项检验，多使用专用定值量具（如量规），以保证检验的效率和精度。 3）对于综合检验，（如齿轮的检验), 多使用检验夹具，以保证迅速准确的反映多参数的测量结果。,最终检验 1）单项检验仍采用专用定值量具，综合性检验仍采用检验夹具。 2）有些中间检验过的内容（如螺纹键槽等），在最终检验时，被检百分比显著减少。 3）凸轮的相位角和曲线升程的检验，目前多在计量室进行。,凸轮轴圆跳动项目的检验,凸轮的检验,凸轮轴检验的新设备、新方法和新技术,双工位凸轮轴成品检验机 数字控制凸轮外形曲线检查机 凸轮曲线误差自动测量仪,凸轮轴的检测有在线主动测量、线外检测或抽检 ,均使用气动量仪 浮标式 或带数显的电感式狈量仪 ,分别检测各主轴颈的尺寸精度、圆度、圆柱度及中间各主轴颈的跳动量、无损伤硬度检测、各轴向尺寸及凸轮升程与相位误差等。最后成品进行 综合检测 ,采用综合测量机 ,对上述质量项目进行全面检测。由于在检测中摆脱了手工检测的卡板量规 ,大量使用了量仪数显 ,提高了检测技术水平 。,装配式凸轮轴加工线,装配式凸轮轴是将凸轮(精锻) 和轴颈(机加工件)装配到一根心轴上, 焊接固定其轴向和角向位置, 如图所示。,装配式凸轮轴可以对单个的凸轮表面进行渗碳淬火,既可以提高其抗点蚀的能力和耐磨性, 又可避免使整个凸轮轴产生变形, 明显地提高了产品质量; 同时装配式凸轮轴还可以减轻凸轮轴的重量并降低生产成本。 因此, 越来越多的汽车制造厂采用了装配式凸轮轴工艺。,装配式凸轮轴工艺与传统凸轮轴工艺的对比,装配式凸轮轴工艺的优点: A )零件的重量减轻20%; B)凸轮可采用优化后的材料, 采用渗碳淬火工艺, 提高了表面的抗点蚀能力和耐磨性; C)由于将凸轮分成了小零件, 因而使设备小型化, 减少了设备投资和占地面积; D)降低了制造成本。,