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摘 要
我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是汽車(chē)凸輪軸加工工藝及夾具設(shè)計(jì)，凸輪軸對(duì)其工作要求、部分精度較高，如軸上的油孔的加工、支撐軸頸的加工等。凸輪軸的工藝過(guò)程，我們盡量做到清晰明了，在保證表達(dá)清楚的基礎(chǔ)上，盡量做到簡(jiǎn)練。仔細(xì)分析凸輪軸零件加工技術(shù)要求及加工精度后，合理確定毛坯類(lèi)型，經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)參考書(shū)、手冊(cè)、圖表、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料，確定各工序的定位基準(zhǔn)、機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差，最終制定出凸輪軸零件的加工工序卡片，要求年產(chǎn)量為4000件。在此設(shè)計(jì)中，熟悉了機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的基本理論，正確解決一個(gè)零件加工時(shí)的定位、夾緊、工藝路線的擬定以及工藝尺寸的確定等問(wèn)題。在此，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩套夾具，一套為凸輪軸油孔鉆床的夾具，一套為凸輪軸支撐軸頸車(chē)床的夾具，并進(jìn)行了一些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如分度機(jī)構(gòu)、頂尖機(jī)構(gòu)等，還借用了機(jī)床端蓋、手輪等大量通用件，既有利于加工，又節(jié)省不少力氣。其中，夾具設(shè)計(jì)需要保證被加工面的位置精度；減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍；實(shí)現(xiàn)工件的裝夾加工并減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作條件，保證生產(chǎn)安全。 優(yōu)化傳統(tǒng)凸輪軸加工的工藝路線，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及合理布置凸輪軸生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。改進(jìn)加工專(zhuān)用夾具，改善凸輪軸加工質(zhì)量，提高凸輪軸使用壽命。
關(guān)鍵詞：凸輪軸；鉆床夾具；車(chē)床夾具；分度機(jī)構(gòu)
引言
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)生在校期間的最后的關(guān)鍵所在，它既是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次全面性考查，也是我們真正動(dòng)手、模擬真實(shí)環(huán)境下的設(shè)計(jì)過(guò)程，這就使我們對(duì)本專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)工作有一次更深刻的認(rèn)識(shí)，從而為今后的工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。
為了切實(shí)地做好畢業(yè)設(shè)計(jì)，我經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)參考書(shū)、手冊(cè)、圖表、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)資料和教科書(shū)等工具書(shū)，編寫(xiě)了這套夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。它通過(guò)工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步的明確了凸輪軸零件的加工工序。通過(guò)編寫(xiě)夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，進(jìn)一步闡明了設(shè)計(jì)思路，鞏固了所學(xué)的機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的基本理論知識(shí)。本次設(shè)計(jì)編制了一套中批生產(chǎn)的工藝規(guī)程。簡(jiǎn)單實(shí)用的夾具設(shè)計(jì)更體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)在設(shè)計(jì)中的重要地位。
設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)細(xì)致、艱苦、復(fù)雜、涉及面十分廣泛的工作，它不僅鞏固了所學(xué)的知識(shí)，還使我熟練使用AutoCAD、SolidWorks等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件以及Office系列辦公軟件，從而提高和鍛煉了我的計(jì)算能力、繪圖能力等綜合能力。但是由于我學(xué)時(shí)和水平有限，設(shè)計(jì)中難免存在一些缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，在此，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正
設(shè)計(jì)者：趙斌
2015.02
1 零件的功用與結(jié)構(gòu)分析
1.1零件的功用
在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)零件及機(jī)構(gòu)中，配氣機(jī)構(gòu)是非常重要的，配氣機(jī)構(gòu)必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)所發(fā)生的工作過(guò)程，保證正確地打開(kāi)和關(guān)閉氣門(mén)。而凸輪軸是配氣機(jī)構(gòu)中最重要、最關(guān)鍵的零件，它決定著氣門(mén)的升程曲線和氣門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)刻，從而直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣量，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。同時(shí)，凸輪軸還驅(qū)動(dòng)分電器、汽油泵等輔助裝置。
1.2凸輪軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求
1.2.1凸輪軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
各種發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的結(jié)構(gòu)基本差不多，主要差別是凸輪軸的數(shù)量、形狀和位置不同，其中以四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸用的最多。就結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而言，凸輪軸包括支承軸頸、進(jìn)排氣凸輪、偏心輪、驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置的齒輪和正時(shí)齒輪軸頸等幾部分。凸輪軸剛性差、易變形、精度高、加工難度大。
凸輪軸的主體是一根與汽缸組長(zhǎng)度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個(gè)凸輪，用于驅(qū)動(dòng)氣門(mén)。
凸輪的側(cè)面呈雞蛋形。其設(shè)計(jì)的目的在于保證汽缸充分的進(jìn)氣和排氣，具體來(lái)說(shuō)就是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成氣門(mén)的開(kāi)、閉動(dòng)作。
1.2.2各種凸輪軸的技術(shù)要求
1）支承軸頸的尺寸精度及各支承軸頸間的同軸度；
2）鍵槽的尺寸和位置精度；
3）止推面相對(duì)于支承軸頸軸線的垂直度；
4）凸輪基圓的尺寸精度和相對(duì)于支承軸頸軸線的同軸度；
5）凸輪的周向位置精度（相位角）；
6）凸輪的形狀精度（曲線升程）等。
凸輪軸是內(nèi)燃機(jī)配氣系統(tǒng)中關(guān)鍵的零件之一，整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)是由凸輪軸驅(qū)動(dòng)的，凸輪的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)配氣系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。凸輪軸剛性差、易變形；精度高，加工難度大；因此，對(duì)于凸輪軸的設(shè)計(jì)、加工、選材、加工工藝等都提出了許多要求。其主要的技術(shù)要求如表1.1表述。
表1.1 凸輪軸的技術(shù)要求
主要項(xiàng)目
一般性要求
支撐軸承
尺寸（mm）
表面粗糙度（μm）
圓柱度（mm）
IT5~IT6
0.4
5級(jí)精度
0.4
0.06
0.02
±30′
凸輪軸表面粗糙度（mm）
中間軸頸相對(duì)于兩端軸頸的跳動(dòng)(mm)
相鄰兩軸頸的徑向跳動(dòng)(mm)
凸輪軸對(duì)稱(chēng)中心平面對(duì)正時(shí)齒輪鍵槽中心平面
或定位銷(xiāo)軸線的角度偏差（′）
1.2.3以發(fā)動(dòng)機(jī)該凸輪軸為例具體說(shuō)明
1）支承軸頸
兩個(gè)支承軸頸的外圓尺寸φ82 mm表面粗糙度Ra≤0.4 μm.。
2）凸輪
1，2，4，5位的凸輪基圓尺寸R50±0.2，3，6位的凸輪基圓尺寸R45±0.02，表面粗糙度Ra≤0.8 μm。
3）支撐軸頸
凸輪軸支撐軸頸尺寸為φ76mm。
4）軸上油壁孔
軸上油壁孔尺寸為φ8 mm。
2 生產(chǎn)類(lèi)型的確定
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所給定的原始資料來(lái)確定生產(chǎn)類(lèi)型。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出的資料顯示并按車(chē)間的工作情況及工件的重量可知，按產(chǎn)量可分單位生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)、中批量生產(chǎn)及大批量生產(chǎn)。由《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表15-5查 零件重48KG<100KG，且年產(chǎn)量為4000件，屬于中批量生產(chǎn)。
根據(jù)該生產(chǎn)特性可以初步確定零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程，由于中批量生產(chǎn)，一般采用高效機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床；對(duì)刀具一般采用通用刀具，也可以根據(jù)工廠實(shí)際情況采用專(zhuān)用刀具；量具采用專(zhuān)用量具；夾具使用專(zhuān)用夾具及輔助夾具來(lái)提高生產(chǎn)率，同時(shí)節(jié)省了人力、物力，達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行的目的。
3 確定毛坯的種類(lèi)
在制定工藝規(guī)程時(shí)，正確的選擇毛坯具有重要意義。它不僅影響毛坯的制造工藝設(shè)備及制造費(fèi)用，還影響零件的機(jī)加工工藝，設(shè)備和刀具的消耗及工時(shí)訂額。正確的選用毛坯需要毛坯制造和機(jī)加工工藝人員緊密配合，兼顧冷熱加工兩個(gè)方面的要求。
由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，凸輪軸承受氣門(mén)開(kāi)啟的周期性沖擊載荷。所以，要求凸輪軸和支承軸頸表面應(yīng)耐磨，凸輪軸本身應(yīng)具有足夠的韌性和剛性。為此，凸輪軸的主要工作表面需經(jīng)熱處理。
對(duì)于凸輪軸材料目前國(guó)內(nèi)外主要選用鑄鐵（冷硬鑄鐵，可淬硬鑄鐵，球墨鑄鐵）和鋼（中碳鋼，滲碳鋼）。
在國(guó)外，冷硬鑄鐵凸輪軸多用于凸輪承受隨動(dòng)件高負(fù)荷的場(chǎng)合，這在英國(guó)較為普遍，可淬硬的低合金鑄鐵凸輪軸多用于凸輪承受隨動(dòng)件低負(fù)荷的場(chǎng)合，這在美國(guó)較為普遍，高合金鑄鐵和特殊合金鑄鐵凸輪軸則多用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。
對(duì)于鋼凸輪軸，一般是選用中碳鋼和滲碳鋼經(jīng)熱模鍛制坯。
就毛坯精度來(lái)說(shuō)，鑄件的精度明顯的高于鍛件。目前，國(guó)內(nèi)外普遍趨向于精鑄和精鍛。
鑒于此，該凸輪軸選用50Mn材料毛坯由精鍛而成。
4 機(jī)械加工工藝路線的擬定
機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定，可分為兩大步驟1）擬定零件的加工工藝路線；2）確定每道工序的工序尺寸、所用設(shè)備和工藝裝備及切削用量和工時(shí)定額。
4.1 加工工藝路線的分析
在凸輪軸的加工過(guò)程中的加工精度，其中受兩個(gè)主要因素的影響：
1）變形
從細(xì)長(zhǎng)角度來(lái)說(shuō)，突出的問(wèn)題就是工件本身的剛度低。切削加工時(shí)產(chǎn)生較大的受力變形，其表面余應(yīng)力也會(huì)影響其變形，尤其在加工凸輪時(shí)，這種變形更為顯著。另一方面，采用材料為鋼的凸輪軸在主要工作表面精加工產(chǎn)生變形。
凸輪軸在加工過(guò)程中的變形，不僅影響到后工序加工的余量分配是否均勻，而且變形過(guò)大會(huì)導(dǎo)致后續(xù)加工無(wú)法進(jìn)行，甚至造成中途報(bào)廢。凸輪軸加工后的變形，將直接影響到裝配后凸輪軸的使用性能。
因此，在安排其工藝過(guò)程時(shí)，必須針對(duì)工件變形這一特點(diǎn)采取必要的措施，不僅要把各主要表面的精度加工工序分開(kāi)，以使粗加工事故時(shí)產(chǎn)生的變形在半精加工中得修正，半精加工的變形在精加工中也得以修正。
2）加工難度大
從形狀復(fù)雜角度來(lái)講，突出的問(wèn)題就是凸輪的表面的加工。對(duì)于這些表面，不僅有尺寸精度要求，還有形狀位置要求。如采用普通的加工設(shè)備和一般表面常規(guī)的加工方法，顯然是無(wú)法保證其加工質(zhì)量和精度。
例如對(duì)凸輪的加工，從滿(mǎn)足使用要求的角度來(lái)講，既要求其相位角準(zhǔn)確又要求凸輪曲線的行程滿(mǎn)足氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)升降過(guò)程的運(yùn)動(dòng)為規(guī)律，但要注意到凸輪曲線上的各點(diǎn)相對(duì)其轉(zhuǎn)的中心是變化的。當(dāng)試用一般的靠模機(jī)加工時(shí)，由于加工半徑的變化，勢(shì)必引起切削速度與切削力的變化，這樣將會(huì)使加工后的凸輪曲線產(chǎn)生形狀誤差，從而影響凸輪的使用性能。
4.1.1 凸輪加工工藝分析
定位基準(zhǔn)的選擇一般常規(guī)的方法是采用兩頂尖作為軸類(lèi)零件的定位基準(zhǔn)。這樣避免了工件在多次裝夾具中固定基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換而引起的誤差，也可以作為后續(xù)工序的定位基準(zhǔn)，即符合“基準(zhǔn)同意”的原則。
1）粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)的選擇是否合理，不僅關(guān)系到工件的裝夾是否方便、可靠，也關(guān)系到精加工中能否保證加工精度。該凸輪軸加工中粗基準(zhǔn)是銑兩端面并打中心孔時(shí)定位基準(zhǔn)的選擇，其目的是加工出后續(xù)工序的精基準(zhǔn)。為保證后續(xù)工序余量均勻，選用支承軸頸的毛坯外圓柱面及一個(gè)側(cè)面作為定位基準(zhǔn)。
2）精基準(zhǔn)的選擇
在凸輪軸的加工過(guò)程中，精基準(zhǔn)選擇有下面兩種情況：
對(duì)于各支承軸頸、外圓表面的粗加工、半精加工、精加工均以?xún)身敿饪鬃鳛榫鶞?zhǔn)進(jìn)行定位的；鉆孔時(shí)以?xún)芍С休S頸作為基準(zhǔn)進(jìn)行定位。
4.1.2 加工階段的劃分與工序順序的安排
1）加工階段的劃分
由于凸輪軸的加工精度較高，整個(gè)加工不可能在一個(gè)工序內(nèi)全部完成。為了利于逐步達(dá)到加工要求，必須把整個(gè)工藝過(guò)程分幾個(gè)階段。
傳統(tǒng)加工工藝一般分成以下幾個(gè)階段：
粗加工（粗車(chē)軸頸、凸輪等）→半精加工（粗磨軸頸、凸輪等）→精加工（精磨軸頸、凸輪等）→光整加工（拋光軸頸、凸輪）。
現(xiàn)代加工工藝過(guò)程：
一般只有粗加工（車(chē)軸頸、銑凸輪等）→精加工（精磨軸頸、凸輪）→光整加工（拋光軸頸、凸輪）三個(gè)階段，在保證零件加工質(zhì)量的同時(shí)，大大地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)制造成本。
該凸輪軸加工分為以下三個(gè)階段：粗加工階段包括車(chē)各支承軸頸、車(chē)凸輪鉆通孔、鉆法蘭盤(pán)孔；半精加工階段包括凸輪軸外形的初磨；精加工階段包括凸輪外形、支承軸頸的二次磨削。
2）工序順序的安排
對(duì)于凸輪、支承軸頸，是按車(chē)——初磨——精磨的順序加工的。各表面加工順序從粗到精，且主要表面與次要表面加工工序相互交叉進(jìn)行，而從整體上說(shuō)又符合“先粗后精”的原則。
4.1.3凸輪形面的加工
在凸輪軸的加工中，最重要同時(shí)難度最大的是凸輪形面的加工。該形面的加工方法目前主要有車(chē)削和磨削兩種。
凸輪形面的粗加工目前在國(guó)內(nèi)主要是凸輪軸車(chē)床車(chē)削加工，也有采用銑削加工和磨削加工的。如采用雙靠模凸輪軸磨床，機(jī)床有兩套靠模，當(dāng)砂輪直徑在一定范圍內(nèi)時(shí)，使用第一個(gè)靠模來(lái)工作。當(dāng)砂輪磨損到一定程度時(shí)，靠模自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使用第二個(gè)靠模來(lái)工作。該磨床通過(guò)對(duì)砂輪直徑的控制來(lái)提高凸輪外形的精度，不僅提高了凸輪形面的加工精度，也使砂輪的利用更經(jīng)濟(jì)、合理。
發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸毛坯采用精鑄的方法制造，毛坯精度較高，切削量小，故采用磨削的加工工藝，簡(jiǎn)化了凸輪形面的加工。凸輪形面的加工采用磨削的方法，在凸輪磨床上完成粗磨及精磨的加工。工件安裝在兩頂尖之間并以鍵槽做軸向定位，在支承軸頸處安裝輔助支承保證凸輪形面的加工精度。發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸形面的加工所采用的凸輪軸磨床是立方氮化硼磨床，該磨床能迅速地變換磨削的凸輪形狀，超過(guò)一般仿珩磨的生產(chǎn)率。機(jī)床具有較大的剛度，能承受大的工作負(fù)荷。由于立方氮化硼（CBN）砂輪的使用壽命高，因此，砂輪的直徑變化所造成的凸輪形狀誤差顯著減小，也大大提高了凸輪形面的磨削精度。
4.1.4 加工工藝路線的擬定
綜上所述擬工藝路線如下：
工藝路線方案一：
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
1
備料
2
鍛模
3
熱處理
4
探傷
5
銑端面、鉆中心孔
6
精車(chē)兩端面凸輪外圓面
7
調(diào)質(zhì)
8
精車(chē)外圓面、左端面及凸輪圓
9
鉆深孔
10
兩端面頂尖孔倒角
11
加工法蘭孔
12
锪倒角
13
仿形銑凸輪
14
精磨凸輪
15
鉆銑軸壁孔
16
中頻淬火熱處理
17
法蘭盤(pán)倒角
18
凸輪倒角
19
熱處理
20
精磨凸輪
21
精磨軸
22
清洗、去孔內(nèi)毛刺
23
最終檢查
工藝路線方案二：
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
1
模鍛
2
熱處理
3
銑端面、鉆中心孔
4
粗車(chē)凸輪軸各外圓面
5
調(diào)質(zhì)處理
6
精車(chē)兩端面凸輪外圓面
7
銑凸輪
8
鉆通孔φ38
9
加工通孔兩端
10
加工法蘭盤(pán)孔
11
鉆、锪軸壁油孔
12
粗磨凸輪
13
加工法蘭盤(pán)倒角
14
加工凸輪倒角
15
精磨凸輪
16
精磨軸
17
終檢
4.2 工藝方案比較與分析
上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一將整個(gè)過(guò)程的粗—精加工分開(kāi)加工，符合先粗后精的原則，且定位基準(zhǔn)以孔（兩頂尖孔）為基準(zhǔn)進(jìn)行加工，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。而方案二雖然也符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，但先粗后精基準(zhǔn)分開(kāi)的不是太好?？准庸び捎谇邢髁^大使工件變形也較大，即使在以后的半精、精加工中也很難糾正，而凸輪作為主要加工表面是不允許的。因此，方案一較方案二好。
5 確定機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差
根據(jù)機(jī)體最大外形尺寸為810mm，毛坯采用精磨鍛，選其加工精度等級(jí)為二級(jí)。則由《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表45-38確定毛坯的加工余量。
1）大端法蘭面
表5.1 工序的尺寸及加工余量
工序名稱(chēng)
工序基本余量
工序精度
工序尺寸
尺寸及Ra
精銑
1.5
IT10
Ra=6.3
粗銑
1075
IT10
毛坯
3.25
—
2）支承軸頸的加工
表5.2 工序的尺寸及加工余量
工序名稱(chēng)
工序基本余量
工序精度
工序尺寸
尺寸及Ra
磨軸
0.4
IT5
810
Ra=0.4
精車(chē)軸
1.1
IT7
82.4
82.4
粗車(chē)軸
2.5
IT9
83.5
83.5 Ra=6.3
毛坯
4.0
—
86.0
86.0
3）鉆法蘭盤(pán)孔φmm
4）锪法蘭盤(pán)孔φ18 mm
5）鉆軸壁油孔φ8 mm
6 確定切削用量、工件定額切削力及功率
6.1 鉆孔
1）確定切削速度V
由《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》 表10-67知V=0.10 mm/r。
2）計(jì)算軸向力P扭矩M的值
根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》 表10-64知
P=61.2 DV0.7（公斤力） (6-1)
M=31 D2V0.8（公斤力·毫米） (6-2)
則 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）計(jì)算機(jī)動(dòng)時(shí)間T
根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》 P987知
T= (6-3)
n= (6-4)
由公式(6-4)得n ==967 mm/r
=0.35D=0.35×14.8=5.2 mm
由公式(6-3)得T==0.18 min
6.2 鉸孔
1）確定切削速度V
根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表10-63
(6-5)
式中 T——刀具的耐用度
S——進(jìn)給量
D——孔的直徑
——切削深度
根據(jù)《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》表10-83的T=30 min
表10-81的s=0.6 mm/r t=0.2 mm D=15 mm
則==11 m/min
2）計(jì)算機(jī)動(dòng)時(shí)間T
T= (6-6)
由公式(6-4)得n==233.2 mm/r
=12 mm
由公式(6-3)得T==0.24 min
3) 工時(shí)定額計(jì)算
查表可知：a裝卸工件時(shí)間： k1=0.22min
b鉆換時(shí)間： k2=0.10min
c擴(kuò)換時(shí)間： k3=0.10min
d排屑時(shí)間： k4=0.06min
e電動(dòng)起動(dòng)時(shí)間： k5=0.02min
f 快進(jìn)、快退時(shí)間： k6=0.05min
g工作臺(tái)移動(dòng)： k7=0.10min
h液壓缸夾緊時(shí)間： k8=0.05min
i 快速工作其他時(shí)間：k9=0.13min
總的輔助時(shí)間為T(mén)=6(k2+k3+k4)+ k1+k5+k6+k7+k8+k9=2.13min
加工此工序需要的總時(shí)間：T總=0.18+0.24+2.13=2.55min
7 夾具的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出的要求，我們需設(shè)計(jì)兩套夾具，一套為車(chē)床夾具，一套為鉆床夾具。不同的是一套夾具用于加工凸輪軸支撐軸頸，而另一套用于加工凸輪軸油孔。
在專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)該弄清楚夾具設(shè)計(jì)的基本要求，其基本要求可概括為以下四點(diǎn)：
1）穩(wěn)定保證工件的加工技術(shù)要求。夾具設(shè)計(jì)首先應(yīng)保證工件的位置要求，其次應(yīng)保證工件的尺寸要求精度、粗糙度及其他技術(shù)指標(biāo)的要求。
2）提高機(jī)械加工的勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工件的成本。專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)時(shí)，既要提高勞動(dòng)的生產(chǎn)率，又要降低成本。夾具的復(fù)雜程度和工件的經(jīng)濟(jì)效益必須與生產(chǎn)規(guī)模相適宜，才能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，應(yīng)根據(jù)工件的生產(chǎn)批量的大小，選擇夾具的結(jié)構(gòu)，防止盲目的采用高效率先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)裝置，造成夾具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜而加大制造成本。同時(shí)，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)零部件，以降低夾具制造成本。盡可能采用多件加工或機(jī)動(dòng)時(shí)間與輔助時(shí)間重合的結(jié)構(gòu)，以減少單件加工的時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工件的成本。
3）專(zhuān)用夾具應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便零件的制造和夾具的裝配，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)便于易損零件的更換和維修。
4）操作安全、方便。夾具設(shè)計(jì)應(yīng)使工人操作時(shí)方便、省力，便于裝卸工件及清理切削，創(chuàng)造文明的生產(chǎn)環(huán)境，夾具在機(jī)床是裝卸應(yīng)迅速、方便、安全。特別注意夾具在裝卸工件中的安全，為此夾具上不得有影響操作者安全的突出部分，保證工人的人身安全。
7.1 凸輪軸油孔的夾具設(shè)計(jì)
一套凸輪軸零件，工件材料50Mn，年產(chǎn)4000件中批生產(chǎn)，需設(shè)計(jì)用鉆凸輪軸油孔的專(zhuān)用夾具，加工直徑為φ8mm的孔。
7.1.1 工件的加工工藝性分析
1）、工件屬于軸類(lèi)零件，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單
本工序所要鉆直徑為φ8mm的孔，再銑直徑為φ8 mm的孔：
1）鉆直徑為φ8mm的孔
2）粗銑直徑為φ8mm的孔
3）精銑直徑為φ8mm的孔
中心軸線與凸輪軸線的垂直度為0.02以?xún)?nèi)，因?yàn)橐院笠云渲幸粋€(gè)孔為定位基準(zhǔn)，使整體性好，即保證同軸度。。
2）、確定定位方案，設(shè)計(jì)定位元件
確定一種定位方案：
1) 兩端受活動(dòng)頂尖兩個(gè)自由度的限制，即使其不能上下、左右竄動(dòng)。
2) V型塊限制三個(gè)自由度，防止其前后竄動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)及沿z軸旋轉(zhuǎn)。
整個(gè)夾具體可采用鑄造，并用螺栓固定在導(dǎo)軌上。兩頂尖的同軸度可由修磨導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)來(lái)找正。夾具體放在導(dǎo)軌上時(shí)，先鉆兩個(gè)定位銷(xiāo)孔，用其定位后，鉆螺栓孔，以保證其精度和位置要求。
3）、確定設(shè)計(jì)導(dǎo)向元件
為了迅速準(zhǔn)確地確定刀具與夾具的相互位置，在夾具體上鉆定位銷(xiāo)孔。當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)給時(shí)由定位銷(xiāo)孔來(lái)找正位置。
4）、確定夾緊方式和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)
因?yàn)楣ぜ儆谥信可a(chǎn)，宜采用專(zhuān)用夾緊裝置，用兩壓板防止其跳動(dòng)，設(shè)計(jì)或選擇夾緊機(jī)構(gòu)、力源裝置前，必須確定所需夾緊力的大小。夾緊力過(guò)小，難以保證工件定位的穩(wěn)定性和加工質(zhì)量，還可能發(fā)生生產(chǎn)事故；夾緊力過(guò)大，將不必要地增大夾緊裝置等的規(guī)格、尺寸，還會(huì)使夾緊系統(tǒng)的變形增大，而影響加工質(zhì)量，故確定切合實(shí)際需要的夾緊力大小，是夾具設(shè)計(jì)合理而可靠的前提之一。
用一般切削速度加工中，小型工件時(shí)，所需夾緊力主要取決于切削力的大小。由于切削過(guò)程不穩(wěn)定，很難用公式確定切削力的大小，故設(shè)計(jì)時(shí)大多參照同類(lèi)夾具的設(shè)計(jì)以及憑經(jīng)驗(yàn)，用類(lèi)比法確定所需夾緊力的大小。
分析并弄清對(duì)夾緊最不利的加工瞬時(shí)位置和情況，將此時(shí)所需的夾緊力定為最大值；依據(jù)此時(shí)工件的受力情況，列出其靜力平衡力方程式，即可解算出計(jì)算夾緊力W，將W乘以安全系數(shù)K，得實(shí)際需要夾緊力：
W=KWj (7-1)
K=K0K1K2K3…
W——實(shí)際夾緊力
W——計(jì)算夾緊力
K——安全系數(shù)
K——各種因素的安全系數(shù)
5）、確定夾具體
將定位、導(dǎo)向、夾緊機(jī)構(gòu)連接在一體，并能正確的安裝在機(jī)床上。
7.1.2 夾具體部件設(shè)計(jì)分析
1）、頂尖部分設(shè)計(jì)
由于頂尖所受強(qiáng)度較大，故頂尖頭應(yīng)淬火，而且整體強(qiáng)度要求高。頂尖放在頂尖套內(nèi)，有一定的剛度和強(qiáng)度，并淬火。
2）、V型塊部分設(shè)計(jì)
V型塊放在導(dǎo)軌上，采用螺栓固定在導(dǎo)軌上
3）、壓板部分設(shè)計(jì)
壓板部分采用圓柱銷(xiāo)在導(dǎo)軌上定位，用螺栓固定
7.2 繪制夾具裝配圖
裝配總圖上要把雙頂尖、V型塊、夾緊機(jī)構(gòu)表達(dá)清楚。放頂尖的頂尖套采用冷裝，其配合為H7/s6，為保證兩頂尖的同軸度，采用修磨導(dǎo)軌側(cè)面的方法來(lái)找正；兩定位銷(xiāo)孔的同軸度（兩個(gè)夾具體上）應(yīng)達(dá)到0.02mm，同一個(gè)夾具體上的平行度也應(yīng)達(dá)到0.03mm以上；底面整個(gè)平面也應(yīng)加工，至少Ra6.3。
7.2.1、確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸
夾具體外形尺寸（最大輪廓）860360270 mm
7.2.2、與安裝有關(guān)的技術(shù)要求
1）兩頂尖的同軸度0.010 mm
2）頂尖的回轉(zhuǎn)軸線與導(dǎo)軌的平行度0.012 mm
3）兩導(dǎo)軌側(cè)面的平行度0.004 mm
4）兩定位銷(xiāo)孔的平行度誤差不許超過(guò)0.015 mm
7.2.3、零件圖的技術(shù)要求的定制
零件圖應(yīng)對(duì)零件的技術(shù)要求應(yīng)充分注意，以保證總裝配圖的要求。
1）鑄造未注明圓角為R3 mm
2）零件必須調(diào)質(zhì)處理，HBS260—300
3）凸輪型面表面必須淬火，HRC58—62，許有HRC52以上
4）每個(gè)噴油泵凸輪的進(jìn)、排氣處必須檢查硬度。
5）P面和Q面的圓柱必須淬火，深度1.5~4mm，硬度HRC55—62，許有HRC40的個(gè)別點(diǎn)。
6）P面和Q面圓柱和圓度許差0.02mm
7）Q面和R面對(duì)其軸線跳動(dòng)公差0.02mm
8）檢查凸輪外形和位置偏差
9）凸輪軸在調(diào)質(zhì)后內(nèi)孔φ38 mm表面酸洗磷化處理
10）所有的噴油泵和進(jìn)、排氣凸輪的頂面對(duì)P面和Q面公共軸線的平行度在凸輪基圓表面處（噴油泵凸輪的R45mm圓柱表面，進(jìn)、排氣凸輪的R50圓柱表面）全寬35mm上許差0.03mm，其余型面全寬35 mm以上許差0.02 mm.。
11）用磁力探傷器檢查軸頸和凸輪表面，不許有裂紋，探傷后去磁
總之，設(shè)計(jì)夾具時(shí)必須兼顧質(zhì)量、生產(chǎn)率，勞動(dòng)條件和經(jīng)濟(jì)性等諸方面要求，有所側(cè)重。如對(duì)位置精度要求很高的工件，夾具往往著眼于保證精度要求：對(duì)于位置精度要求不太高而加工批量的情況，提高生產(chǎn)率便成為主要矛盾，則著重考慮提高夾具的工作效率。
7.3 夾具體的設(shè)計(jì)步驟
根據(jù)以上要求具體設(shè)計(jì)步驟如下：
7.3.1、研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù)
通過(guò)對(duì)零件的零件圖的分析可知，該工件的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，而現(xiàn)在須加工的是凸輪軸軸頸和軸上油孔，為保證該工件工序的尺寸精度和位置精度，要求夾具有較高的精度，以便保證能在零件的加工過(guò)程中確保零件的尺寸、形狀和位置精度。
7.3.2、對(duì)工件加工工藝的分析
該工件的該工序要求加工4個(gè)均布的直徑為φ8mm的孔，其基準(zhǔn)為中心線，因此在加工中最好采用軸的中心線作基準(zhǔn)進(jìn)行加工。該工序在鉆完通孔之后，用軸線作為基準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)。
7.3.3、夾具設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)
機(jī)床夾具的確定是一次十分重要的設(shè)計(jì)程序，方案的設(shè)計(jì)優(yōu)劣往往直接決定夾具設(shè)計(jì)的可行性。所以，方案的確定需經(jīng)充分的研究和討論來(lái)確定最佳方案。
定位方式由兩端孔作為定位，既以軸線作定位，則定位元件采用頂尖卡緊，以保證工件的加工精度。
7.3.4、加工精度的分析
使用夾具夾工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，在工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是夾具有關(guān)的影響因素即定位誤差，對(duì)刀誤差。夾具在機(jī)床上的裝配誤差和夾具的制造誤差。另一類(lèi)還有工藝系統(tǒng)中其他影響加工精度的因素，稱(chēng)為加工方法誤差。
1）定位誤差
由于一批工件逐個(gè)的在夾具體上定位時(shí)，各個(gè)工件所占的位置不完全一致，形成誤差，這稱(chēng)為定位誤差。由于加工中基準(zhǔn)重合，而基準(zhǔn)不重合誤差不重要，重要在圓跳動(dòng)0.015mm，則定位誤差為0.015mm。
2）加工方法的誤差
由于機(jī)床精度，刀具的精度，刀具與機(jī)床的位置精度，工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形等因素造成的加工誤差統(tǒng)稱(chēng)為加工方法誤差，取
△ G==0.009
△==0.026<0.027
故該夾具加工方法可取。
8 CAD繪圖簡(jiǎn)單說(shuō)明
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中，除了工程制圖的任務(wù)外，還安排了計(jì)算機(jī)CAD繪圖任務(wù)。要求繪制兩張A2的夾具總圖及四張夾具零件圖。
繪制CAD圖根據(jù)CAD的操作規(guī)范。首先，選用紙型，再繪邊框線，再在邊框線內(nèi)進(jìn)行繪圖操作。在繪圖過(guò)程中，采用不同的線形及顏色，并在不同的圖層中操作，采用了絕大部分的命令。由于其為軟件繪圖過(guò)程就不再詳訴，見(jiàn)CAD圖。在繪制過(guò)程中受到了老師、同學(xué)的大力幫助。在此，本人表示忠心的感謝。
總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是在校大學(xué)生學(xué)習(xí)的最后一個(gè)重要組成環(huán)節(jié)，它既是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次全面性考查，同時(shí)又為我們提供和模擬了一次真實(shí)環(huán)境下的設(shè)計(jì)過(guò)程，為不久的將來(lái)走上工作崗位奠定了一定的基礎(chǔ)。
對(duì)于任何工程技術(shù)問(wèn)題，都是光把實(shí)際生活中提出的問(wèn)題變成數(shù)學(xué)模型，然后加以求解，再設(shè)計(jì)出圖紙等技術(shù)文件，最后形成產(chǎn)品文件。所以，它是一項(xiàng)系統(tǒng)，復(fù)雜的工程。不僅涉及到數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料、公差、工藝及有關(guān)專(zhuān)業(yè)的其他知識(shí)，同時(shí)也考查了學(xué)生的動(dòng)手能力、計(jì)算能力、空間想象能力等多方面的能力。本次設(shè)計(jì)主要通過(guò)兩套夾具的設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)繪圖，對(duì)所學(xué)知識(shí)達(dá)到了鞏固、提高的目的，是一次由理論到實(shí)踐的實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。
總之，畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和設(shè)計(jì)能力，大有益處。它能將所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題而有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使我們能將所學(xué)知識(shí)用到實(shí)處，確實(shí)是一次不可多得的生動(dòng)試驗(yàn)！
趙斌
2015年4月6日
致謝
四年的讀書(shū)生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿(mǎn)囊，在論文即將付梓之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的指導(dǎo)老師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。授人以魚(yú)不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹(shù)立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫(xiě)作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥，再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無(wú)路,柳暗花明又一村”。
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