2024年4月全國自考《管理信息系統(tǒng)》試題

1.1凸輪軸工藝設計的概述

凸輪軸零件設訂的任務是讓我們綜合運用我們所學的機械沒“基礎、數控編程、CAD

技術、機械制圖、機械制造原理、機械加工、機械制造工藝等學問，來完成凸輪軸零件的三

維造型設計、凸輪軸零件工藝規(guī)程文件編制、相關數控程序編制和相關夾具的設計。通過這

一環(huán)境的訓練，使我不但更加深化了解畢業(yè)設計的基本理論、基本學問、而且學會運用這些

理論、基本學問去了解解決工程中的問題。

這次畢業(yè)設計的目的就是要對機械零件的加工設計制造過程有所了解，也是為了鞏固所

學的關于機械設計加工的理論學問，培育分析和解決問題的實力,提高自己的設計實力和創(chuàng)新

設計實力。

1.2凸輪軸設計的作用

在進行凸輪軸工藝設計的時候勇于創(chuàng)新，從這個過程中可以學到很多東西。凸輪軸是一

個比較困難的曲軸，也是一個精密零件，所以在各方面加工要求都比較高，在加工以前要對

凸輪軸零件材料加以精細選擇，作為以后加工的基礎，設計加工時對該件的尺寸規(guī)格要求都

相當嚴格，每進行一步都要慎重考慮。

這次設計將運用計算機協(xié)助制圖軟件，優(yōu)化設計。在提高生產效率、提高產品質量的前

提下，尋求最好的工藝方案，以至于削減生產過程中的成本。這些將在工藝和編程上得到體

現。它的尺寸要求也比較嚴格，每一個凸輪的角度都要限制在公差范圍內。但是還有一些困

難的問題得到改善，在工藝規(guī)程設計方面也欠佳，編程方面也不是很完好以及其他地方還存

在很大的問題。這次設計將我所學學問融會貫穿，讓我提高了很多。

1.3凸輪軸設計的結果和意義

這樣的一次畢業(yè)實踐設計，讓我們進一步培育了自己分析總結和表達實力，也鞏固，

深化了在設計過程中所獲得的學問，也是對我們以往所學學問的一個考驗。它是通過對相關

課程的內容進行有機融合，使課程內容與崗位實力的培育緊密結合，使我們在畢業(yè)實踐與設

計過程中，能把所學的學問與崗位實踐聯系起來，達到崗位的要求。

通過畢業(yè)設計讓我明白，自己在哪些方面還是薄弱的，欠缺的。借此機會再仔細地補一

下，在以后的學習和工作中留意這些。積少成多，讓我明白學習的重要性，勇于置疑讓我明

白只有在不斷的發(fā)問中才能增長自己的見識，學以致用更是駕馭學問，技巧的基礎，現學現

用更能鞏固所學學問。

1.4凸輪軸加工的有關定義

升程(Lift)一隨動件與凸輪凸角相接觸進行直線運動的總量.端部(Nose)一凸輪軸的尖端，

隨動件升程最大處，凸輪上升曲線的最大半徑與最小半徑之差。我們給定代號為h,單位

是亳米。

基圓(Basecircle)一凸角上將零升程傳遞給隨動件的區(qū)域。

側面(Flank)一凸輪軸上引導至并離開凸輪軸端部的大致扁平部分。正是在該區(qū)到最大，最

可能發(fā)生磨床燒傷.

凹入輪廓(Re-entranlprofile)—NROC的另一個叫法。

加工速度(Workspeed)一凸輪軸在磨削中的自旋速度。

橫向進給量(Infeed)一砂輪每刀進入凸輪軸凸角的直線量(增量)。

徑綠色磨削(Greengrinding)—從圓棒料上磨削凸角輪廓的過程。新的砂輪技術正

轉拉工藝的競爭對手。切削輪在精磨前粗切凸角輪廓。

接觸弧(Arcofcontact)一砂輪和凸輪軸凸角之間的接觸區(qū)。該接觸區(qū)對基圓、NROC及端

部各不相同。

當量直徑(Equivalentdiameter)一表示接觸弧的一個值，從砂輪直徑以及不斷變更的加工

(凸角)直徑中推導而來。

上升曲線一一凸輪上升的起點到最高點的弧線稱為上升曲線

下降曲線一一凸輪下降的最高點到最低點的弧線稱為下降曲線

升角一一從凸輪的上升起點到最高點的角度，即上升曲線的角度。我們定個代號為6。

降角——從凸輪的最高點到最低點的角度，即下降曲線的角度。代號為610

降距一一凸輪下降曲線的最大半徑與最小半徑之差。代號為hi.

導程一一即凸輪的曲線導程，就是假定凸輪曲線的升角(或降角)為360°時凸輪的升

距(或降距)。代號為L,單位是亳米。

其次章凸輪軸零件分析

2.1加工要求

在選擇各表面、孔及槽的加工方法時，要考慮加工表面的精度和表面粗糙度要求，依據

各加工表面的技術要求，選擇加工方法及分幾次加工；要依據生產類型選擇設備，在大批量

生產中可接受高效率的設備。在單件小批量生產中則常用通用設備和一般的加工方法。如、

柴油機連桿小頭孔的加工，在小批量生產時，接受鉆、擴、較加工方法；而在大批量生產時

接受拉削加工；要考慮被加工材料的性質，例如：淬火鋼必需接受磨削或電加工；而有色金

屬由于磨削時簡潔堵塞砂輪，一般都接受精細車削，高速精銃等；要考慮工廠或車間的實際

狀況，同時也應考慮不斷改進現有加工方法和設備，推廣新技術，提高工藝水平；此外，還

要考慮一些其它因素，如加工表面物理機械性能的特殊要求，工件形態(tài)和重量等。

2.2軸的要求

2.2.1各種凸輪軸的技術要求

1)支承軸頸的尺寸精度及各支承軸頸間的同軸度。

2)止推面對于支承軸線的垂直度。

3)凸輪軸基面的尺寸精度和相對于支承軸頸的軸線的同軸度。

4）凸輪的位置精度。

5）凸輪的形態(tài)精度。

2.2.2以發(fā)動機該凸輪軸為例詳細說明（如圖）

1）支承軸頸

兩個支承軸頸的外圓尺寸巾43.85mm表面粗糙度RaW0.4|im.o各部分的倒角

都為C2。凸輪軸長208,屬瘦長軸。

2）凸輪

凸輪基圓尺寸

R15.5+0,05,表面粗糙度

Ra<0.8|imo凸輪上。25『3

的孔選擇的加工方法是鉆，

但其表面粗糙度的要求為

Ra=1.6,所以選擇加工的

方法是鉆一一擴一一較。

3）軸上油壁孔

軸上油壁孔尺寸為68mm。

油孔底面的加工方案為底平

面：粗銃一一精銃

（m?1T9）,粗糙度為

&63?0.8〃團，一般不淬硬的平面，精銃的粗糙度可以較小。

4）軸上鍵槽

軸上的鍵槽起地位作用，基本尺寸為13mm*6mm,左邊為66mm的半圓，表面粗糙度

要求為3.2。

第三章凸輪軸零件工藝規(guī)程設計

3.1凸輪軸的概念

凸輪軸大家應當不會生疏，我們常常聽到的氣門、氣門正時皮帶、正時鏈條等等都跟它

有著緊密的關系，氣門室正是它的棲身之地。現在市面上的車大多都是雙頂置凸輪軸（DOHC）

設計，也就是說有兩根凸輪軸。一根負責進氣氣門的開閉，一個負責排氣氣門的開閉。

凸輪軸的名字是因為它的模樣而定，有很多凸起的部位。這些凸起的部位作用是推動氣

門（俗稱滑佬）開啟，當轉到凸起部分時將會把氣門頂起，此時氣門將屬于開啟狀態(tài)。氣門的

閉合動作則是凸輪軸的凸起部分別開氣門后，利用氣門彈簧（俗稱彈弓）的作用力來完成的。

一般標準的凸輪軸在自轉240度后，便可以使氣門完成一次開合過程，也會用這個度數的

大小來界定是否屬于高角度凸輪軸。

凸輪軸是上有若干個桃形凸輪的軸，是配氣機構最關鍵的零件。它的功用是限制各缸氣

門的適時開啟和關閉，同時驅動汽油泵、機油泵和分電器等附件工作。凸輪軸由進氣凸輪、

排氣凸輪、軸頸、驅動機油泵和分電器的齒輪及推動汽油泵搖臂的偏心輪制成一體。凸輪的

個數一般等于氣門的個數，凸輪右軸上的分布位置，是由發(fā)動機的工作依次所確定的。

凸輪軸是活塞發(fā)動機里的一個部件。它的作用是限制氣門的開啟和閉合動作（如圖）。

雖然在四沖程發(fā)動機里凸輪軸的轉速是曲軸的一半（在二沖程發(fā)動機中凸輪軸的轉速與曲軸

相同），不過通常它的轉速依舊很高，而且須要承受很大的扭矩，因此設計中對凸輪軸在強

度和支撐方面的要求很高，其材質一般是特種鑄鐵，間或也有接受鍛件的。由于氣門運動規(guī)

律關系到一臺發(fā)動機的動力和運轉特性，因此凸輪軸設計在發(fā)動機的設計過程中占據著特別

重要的地位。所以對于凸輪軸的質量要求就特別高了，但目前有很多的公司將凸輪軸制作不

好，主要還是在很大一部份上是沒有把核心技術吃透，當然我不否機床存在部份因素，但最

主要還是要制作出標準的母凸輪

ffll四缸四沖程汽油機凸輪軸E

Fig.1Gasolineengineoffourstrokeandfourcylinders^

3.2凸輪軸的作用

凸輪軸是發(fā)動機配氣機構的一部分，特地負責驅動氣門按時開啟和關閉，作用是保證發(fā)

動機在工作中定時為汽缸吸入簇新的可燃混合氣，并剛好將燃燒后的廢氣排出汽缸。凸輪軸

干脆通過搖臂驅動氣門，很適用于高轉速的轎車發(fā)動機，由于轉速較高，為保證進排氣和傳

動效率、簡化傳動機構、降低高轉速的振動和噪音，多接受頂置式氣門和頂置式凸輪軸，這

樣，發(fā)動機的結構也比較緊湊。但任何事物都有兩面性，頂置式凸輪軸的缺點是由于部件的

布置設計比較困難，修理起來也比較麻煩。但衡量利弊，它還是比較適合于轎車。

3.3凸輪軸的特點

1.凸輪軸的結構

凸輪軸凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個凸輪，用

于驅動氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐點，另一端與驅動輪相連接。

凸輪的側面呈雞蛋形。其設計的目的在于保證汽缸充分的進氣和排氣，詳細來說就是在

盡可能短的時間內完成氣門的開、閉動作。另外考慮到發(fā)動機的耐久性和運轉的平順性，氣

門也不能因開閉動作中的加減速過程產生過多過大的沖擊，否則就會造成氣門的嚴峻磨損、

噪聲增加或是其它嚴峻后果。因此，凸輪和發(fā)動機的功率、扭矩輸出以及運轉的平順性有很

干脆的關系。

一般來說直列式發(fā)動機中，一個凸輪都對應一個氣門，V型發(fā)動機或水平對置式發(fā)動機

則是每兩個氣門共享一個凸輪。而轉子發(fā)動機和無閥配氣發(fā)動機由于其特殊的結構，并不須

要凸輪。

雖然在四沖程發(fā)動機里，凸輪軸的轉速是曲軸轉速的一半，但是它的轉速依舊很高，而

且須要承受很大的轉矩，因此對凸輪軸的強度和牢靠支撐方面的要求很高。凸輪軸的主體是

1根與氣缸組長度相同的圓柱體，上面加工有若干個凸輪，凸輪軸的材質一般是特種鑄鐵，

有時也接受鍛剛和合金制造。大多數凸輪軸的內部被制造成中空結構，這不僅可以降低凸輪

軸的質量，同時也提高了凸輪軸承受載荷的實力。凸輪軸上還加工有溝滑油道，潤滑油由此

經過，為凸輪軸、搖臂軸以及搖臂等部件供應潤滑。圖1所示是三菱4G63DOHC發(fā)

動機運用的凸輪軸。

?

2.凸輪軸的位置

凸輪軸在以前很長的一段時間里，底置式凸輪軸在內燃機中最為常見。通常這樣的發(fā)動

機中，氣門位于發(fā)動機的頂部，即所謂的OHV（OverHeadValve,頂置氣門）式發(fā)動機。此

時通常凸輪軸位于曲軸箱的側面，通過配氣機構（如挺桿、推桿、搖臂等）對氣門進行限制。

因此底置式凸輪軸一般也叫側置式凸輪軸。由于在這樣的發(fā)動機中凸輪軸距離氣門較遠，而

且每個氣缸通常只有兩個氣門，因此轉速通常較慢，平順性不佳，輸出功率也比較低。不過

這種結構的引擎輸出扭矩和低速性能比較精彩，結構也比較簡潔，易于修理。

現在大多數量產車的發(fā)動機配備的是頂置式凸輪軸。頂置式凸輪軸結構使凸輪軸更加接

近氣門，削減了底置式凸輪軸由于凸輪軸和氣門之間較大的距離而造成的來回動能的奢侈。

頂置式凸輪軸的發(fā)動機由于氣門開閉動作比較快速，因而轉速更高，運行的平穩(wěn)度也比較好。

較早出現的頂置式凸輪軸結構的發(fā)動機是SOHC（SingleOverHcadCam,頂置單凸輪軸）式

發(fā)動機。這種發(fā)動機在頂部只安裝了一根凸輪軸，因此一般每個汽缸只有兩到三個氣門（進

氣一到兩個，排氣一個），高速性能受到了限制。而技術更新一些的則是DOHC式

（DoubleOverHeadCam,頂置雙凸輪釉）發(fā)動機，這種發(fā)動機由于配備了兩根凸輪軸，每個

汽缸可以安裝四到五個氣門（進氣二到三個，排氣二個），高速性能得到了顯著的提升，不

過與此同時低速性能會受到肯定的影響，結構也會變得困難，不易修理。

發(fā)動機的凸輪軸安裝位置有下置、中置、頂置三種形式。轎車發(fā)動機由于轉速較快，每

分鐘轉速可達5000轉以上，為保證進排氣效率，都接受進氣門和排氣門倒掛的形式，即頂

置式氣門裝置，這種裝置都適合用凸輪軸的三種安裝形式。但是，假如接受下置式或者中置

式的凸輪軸，由于氣門與凸輪軸的距離較遠，須要氣門挺桿和挺柱等協(xié)助零件，造成氣門傳

動機件較多，結構困難，發(fā)動機體積大，而且在高速運轉下還簡潔產生噪聲，而接受頂置式

凸輪軸則可以變更這種現象。所以，現代轎車發(fā)動機一般都接受了頂置式凸輪軸，將凸輪軸

配置在發(fā)動機的上方，縮短了凸輪軸與氣門之間的距離，省略了氣門的挺桿和挺柱，簡化了

凸輪軸到氣門之間的傳動機構，將發(fā)動機的結構變得更加緊湊。更重要的是，這種安裝方式

可以削減整個系統(tǒng)往復運動的質量，提高了傳動效率。

3.凸輪軸的分類

凸輪軸按凸輪軸數目的多少，可分為單頂置凸輪軸（SOHC）和雙頂置凸輪軸（DOHC）兩

種。單頂置凸輪軸就是只有一根凸輪軸，雙頂置凸輪軸就是有兩根。

單頂置凸輪軸在氣缸蓋上用一根凸根軸，干脆驅動進、排氣門，它具有結構簡潔，適用

于高速發(fā)動機。以往一般接受的側置凸輪軸，即凸輪軸在氣缸側面，由正時齒輪干脆驅動。

為了把凸輪軸的轉動變換為氣門的往復運動，必需運用氣門挺桿來傳宛動力。這樣，往復運

動的零件較多，慣性質量大，不利于發(fā)動機高速運動。而且，瘦長的挺桿具有肯定的彈性，

簡潔引起振動，加速零件磨損，甚至使氣門失去限制。

頂置雙凸輪軸是在缸蓋上裝有兩根凸輪軸，一根用于驅動進氣門，另一根用于驅動排氣

門。接受雙頂置凸輪軸對凸輪軸和氣門彈簧的設計要求不高，特殊適用于氣門V形配置的

半球形燃燒室，也便于和四氣門配氣機構協(xié)作運用。

4.凸輪軸毛坯的種類

在制定工藝規(guī)程時，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備

及制造費用，還影響零件的機加工工藝，設備和刀具的消耗及工時訂額。正確的選用毛坯須

要毛坯制造和機加工工藝人員緊密協(xié)作，兼顧冷熱加工兩個方面的要求。

由于發(fā)動機工作時，凸輪軸承受氣門開啟的周期性沖擊載荷。所以，要求凸輪軸和支

承軸頸表面應耐磨，凸輪軸本身應具有足夠的韌性和剛性。為此，凸輪軸的主要工作表面需

經熱處理。

對于凸輪軸材料目前國內外主要選用鑄鐵（冷硬鑄鐵，可淬硬鑄鐵，球墨鑄鐵）和鋼

（中碳鋼，滲碳鋼）。

在國外，冷硬鑄鐵凸輪軸多用于凸輪承受隨動件高負荷的場合，這在英國較為普遍，

可淬硬的低合金鑄鐵凸輪軸多用于凸輪承受隨動件低負荷的場合，這在美國較為普遍，高合

金鑄鐵和特殊合金鑄鐵凸輪軸則多用于高速發(fā)動機。

對于鋼凸輪軸，一般是選用中碳鋼和滲碳鋼經熱模鍛制坯。

就毛坯精度來說，鑄件的精度明顯的高于鍛件。目前，國內外普遍趨向于精鑄和精鍛。

鑒于此，凸輪軸選用50Mn材料毛坯由精鍛而成。

5.凸輪軸的傳動

凸輪軸底置式凸輪軸通常接受星形齒輪組（即所謂的“限制輪”），輯子鏈或齒條與曲軸

相連。為了限制噪聲，直徑較大的凸輪軸端傳動輪通常由塑料或者輕金屬制造，而相對直徑

較小的曲軸端傳動輪則大多接受鋼材。

鏈條連接也比較多見。這種方式在底置式和頂置式凸輪軸上都可以看到。為了減小噪聲

（一般是鏈條在運動中產生的“振擺噪聲”），通常還會附帶一個液壓壓緊裝置和塑料材質的

導軌。

頂置式凸輪軸結構中比較多見的是用一個塑料齒條鏈連接。這個討條鏈位于發(fā)動機機油

腔外，附帶有鋼質的嵌入部件，通過一個可調的輻子幫助張緊。

還有一種結構由于動力在傳輸過程中損耗過大且過于困難，現在已經比較少見。這種結

構通過?個偏心連桿、星形齒輪組或帶中間軸的錐形齒輪組束連接頂置式凸輪軸與曲軸。

凸輪軸與曲軸之間的常見傳動方式包括齒輪傳動、鏈條傳動以及齒形膠帶傳動。下置凸

輪軸和中置凸輪軸與曲軸之間的傳動大多接受圓柱形正時齒輪傳動，一般從曲軸到凸輪軸只

須要1對齒輪傳動，假如傳動齒輪直徑過大，可以再增加1個中間惰輪。為了嚙合平穩(wěn)并降

低工作噪聲，正時齒輪大多接受斜齒輪。

鏈條傳動常見于頂置凸輪軸與曲軸之間，但其工作牢靠性和耐久性不如齒輪傳動。近年

來在高轉速發(fā)動機上廣泛運用齒形膠帶代替?zhèn)鲃渔湕l，但在一些大功率發(fā)動機上仍舊運用鏈

條傳動。齒形膠帶具有工作噪聲小、工作牢靠以及成本低等特點。對干雙頂置凸輪軸，一般

是排氣凸輪軸通過正時齒形膠帶或鏈條

由曲軸驅動，進氣凸輪軸通過金屬鏈條

由排氣凸輪軸驅動，或進氣凸輪軸和排

氣凸輪軸均由曲軸通過齒形膠帶或鏈條

驅動。

安裝凸輪軸時，肯定要留意凸輪軸

帶輪或鏈輪上的正時標記。有些發(fā)動機

沒有明顯的正時標記，修理人員可以在

拆卸凸輪軸之前標記出曲軸和凸輪軸的

精確位置，有些發(fā)動機則是須要專用工

具才能進行正時的調校。

6.凸輪軸的故障

凸輪軸凸輪軸的常見故障包括異樣磨損、異響以及斷裂，異響和斷裂發(fā)生之前往往先出

現異樣磨損的癥狀。

（1）凸輪軸幾乎位于發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的末端，因此潤滑狀況不容樂觀。假如機油泵因

為運用時間過長等緣由出現供油壓力不足，或潤滑油道堵塞造成潤滑油無法到達凸輪軸，或

軸承蓋緊固螺栓擰緊力矩過大造成潤滑油無法進入凸輪軸間隙，均會造成凸輪軸的異樣磨

損。

（2）凸輪軸的異樣磨損會導致凸輪軸與軸承座之間的間隙增大，凸輪軸運動時會發(fā)生

軸向位移，從而產生異響。異樣磨損還會導致驅動凸輪與液壓挺桿之間的間隙增大，凸輪與

液壓挺桿結合時會發(fā)生撞擊，從而產生異響。

（3）凸輪軸有時會出現斷裂等嚴峻故障，常見緣由有液壓挺桿碎裂或嚴峻磨損、嚴峻

的潤滑不良、凸輪軸質量差以及凸輪軸正時齒輪裂開等。

（4）有些狀況下，凸輪軸的故障是人為緣由引起的，特殊是修理發(fā)動機時對凸輪軸沒

有進行正確的拆裝。例如拆卸凸輪軸軸承蓋時用錘子強力敲擊或用改錐撬壓，或安裝軸承蓋

時將位置裝錯導致軸承蓋與軸承座不匹配，或軸承蓋緊固螺栓擰緊力矩過大等。安裝軸承蓋

時應留意軸承蓋表面上的方向箭頭和位置號等標記，并嚴格依據規(guī)定力矩運用扭力扳手擰緊

軸承蓋緊固螺栓。

7.凸輪軸改裝

為了提升汽車發(fā)動機的動力，有些汽車改裝店對發(fā)動機的凸輪軸進行了改裝，其中換裝

高角度凸輪軸（Hi—CAM）是常見的一種改裝方法。這種改裝操作并不困難，但由于一些

改裝人員對凸輪軸上凸輪的工作角度和工作原理了解不足，使得改裝后的效果并不明顯甚至

導致發(fā)動機的性能惡化。高角度凸輪軸是相對于一般凸輪軸的240。左右的凸輪工作角度而

言的，高角度凸輪軸的凸輪工作角度通?？梢赃_到280°以上。大角度的凸輪軸可以延長氣

門的開啟時間，增大氣門的升程，便進氣門和排氣門實現早開和晚關，使更多空氣進入氣缸,

以提高發(fā)動機中、高轉速的動力輸出。對于民用車來說，改裝時應當選擇凸輪工作角度在

278°以下的凸輪軸，因為工作角度大于278°的凸輪軸會大幅度增加氣門重整角，使發(fā)動

機高轉速時的動力提升很多，但發(fā)動機在低轉速時會因為氣缸密封性不好而導致怠速嚴峻抖

動甚至熄火，這樣的車輛無法適應日常運用，而只能用于競賽用途。

3.4凸輪軸的應用

汽車發(fā)動機工作原理

汽油發(fā)動機的目的在于將汽油轉換為運動，以便汽車能夠開動。目前將汽油變成運動

的最簡潔方法是在發(fā)動機中燃燒汽油。因此，汽車發(fā)動機是一種“內燃發(fā)動機”一一燃燒

發(fā)生在內部。須要留意兩件事情：

有多種不同的內燃發(fā)動機。柴油發(fā)動機是一種，燃氣輪機是另外一種。參見有關

HEMI發(fā)動機、轉子發(fā)動機和二沖程發(fā)動機的文章。每種發(fā)動機都有自己的優(yōu)缺點。

還有一種外燃發(fā)動機。老式火車和蒸汽輪船中的蒸汽機是外燃發(fā)動機。在蒸汽機

中，燃料（煤、木柴、石油等）在發(fā)動機外部燃燒并產生蒸汽，由蒸汽在發(fā)動機內部形成運

動。內燃機的效率比外燃機高出很多（每公里消耗的燃料事少），而且內燃發(fā)動機比同等

功率的外燃發(fā)動機要小巧很多。福特和通用這些公司之所以不運用蒸汽機，緣由也在于此。

O進氣閥，?凸輪軸

徭臂和彈簧?排氣門、

o閥門蓋徭臂和彈簧

G進氣口O火花塞

O氣缸蓋?排氣口

Q冷卻液6活塞

。發(fā)動機缸體。連桿

O油盤。連桿軸承

。油槽。曲軸

進氣

?壓縮

€）燃燒

。排氣

C0O3OHM&U?Works,heYourR點花

browserdoesnotsupportJavaScriptoritis?上止點

disabled.

典型汽車發(fā)動機的內部構造

當前幾乎全部汽車都運用往復式內燃發(fā)動機，因為這種發(fā)動機具有以下優(yōu)點：

相對高效（與外燃發(fā)動機相比）

相對廉價（與燃氣輪機相比）

相對來說易于加注燃料（與電動汽車相比）

這些優(yōu)點使得其成為駟動汽車的首選技術。

為了了解往復式內燃發(fā)動機的工作原理，對“內部燃燒”的工作方式有一個直觀的相識特別

有幫助。加農炮是一個很好的例子。您可能在電影里看到過它們，士兵們向炮中填入火藥

和炮彈，然后點著它。這就是我們說的內部燃燒，但是很難想象發(fā)動機是如何完成這些過

程的。

內部燃燒

土豆加農炮的基本原理與全部往復式內燃發(fā)動機完全一樣：假如將一點兒高能燃料（例如

汽油）放在一個小的密閉空間中并點燃它，它將以氣體膨脹的形式釋放出巨大能量?？梢?/p>

運用這些能量將土豆拋出150米遠。在這個例子中，能量被轉換為土豆的運動。也可以運

用這些能量完成更有意思的工作。例如，假如可以建立一個循環(huán)，使得在每分鐘內可以進

行數百次爆炸，然后將能量用于有意義的事情，現在您已經接觸到了汽車發(fā)動機的核心隱私!

目前幾乎全部汽車都運用四沖程燃燒循環(huán)來將汽油轉化為運動。四沖程方式又稱作“奧托

循環(huán)”，以此紀念1867年獨創(chuàng)它的尼克勞斯?奧托（NikolausOtto）。這四個沖程如圖1

所示。它們分別是：

進氣沖程

壓縮沖程

燃燒沖程

排氣沖程

循環(huán)過程

在圖中，可以看到稱作“活塞”的裝置，它取代了土豆加農炮中的土豆?；钊ㄟ^連桿連

接到曲軸。當曲軸旋轉時，它的作用相當于“讓加農炮復位”。在發(fā)動機的循環(huán)過程中會

發(fā)生如下事情：

。進氣閥、?凸輪軸

推臂和睥簧o排氣門、

徭臂和彈簧

O閥門蓋

。進氣口?火花塞

。氣缸蓋?排氣口

。冷卻液6活塞

O發(fā)動機缸體。連桿

。油盤。連桿軸承

?油槽。曲軸

進氣

?壓縮

?燃燒

。排氣

C0O3OHowWorks.kK.Your，點花

browserdoesnotsupportJavaScriptoritis?上止點

disabled.

典型汽車發(fā)動機的內部構造

1.活塞起先時位于頂部，排氣門打開，然后活塞向下運動，在發(fā)動機的氣缸中充溢空氣和

汽油的混合物。這便是吸氣沖程。此時，只須要在空氣中混合最少量的汽油即可。（圖

中部分1）

2.然后，活塞向上返回以壓縮燃油/空氣混合物。壓縮過程使得爆炸更具威力。（圖中部

分2）

3.當活塞到達其沖程的頂部時，火花塞發(fā)出一個火花，點燃汽油。氣缸中的汽油爆炸，推

動活塞向下運動。（圖中部分3）

4.在活塞到達其沖程的底部后，排氣門開啟，廢氣被排出氣缸并進入排氣尾管。（圖中部

分4）

現在，發(fā)動機準備進行下一次循環(huán)，再次吸入空氣和汽油。

留意，內燃發(fā)動機輸出的運動是旋轉運動，而土豆加農炮產生的運動是線性運動（直線）。

在發(fā)動機中，活塞的線性運動轉化為曲軸的旋轉運動。而旋轉運動特別好，因為我們正好

準備通過它讓車輪轉起來。

發(fā)動機的核心是氣缸和在氣缸內部上下運動的活塞。上面介紹的發(fā)動機只有一個氣缸。大多

數割草機屬于這種狀況，但是大多數汽車都有多個氣缸（通常有四個、六個或八個氣缸）。

在多缸發(fā)動機中，氣缸的排列方式通常有三種：直列式、V型或臥式（也叫水平對置式），

如下圖所示

圖2.直列式一氣缸按直線排成一排。

圖3.V型一一氣缸按肯定角度排成兩排。

圖4.臥式一一氣缸在發(fā)動機的相對兩側排成兩排。

各種配置方式在平滑性、制造成本和外形特征方面均各有利弊。這些優(yōu)點和缺點使它們分

別適合某些特定車輛的要求。

其他發(fā)動機部件如圖:

。進氣閥、?凸輪軸

播臂和彈簧O排氣門、

搖臂和彈簧

O閥門蓋

e進氣口Q火花塞

?氣缸蓋?排氣口

6活塞

G冷卻液

G發(fā)動機缸體。連桿

。油盤。連桿軸承

(3油槽Q曲軸

直

U進

縮

?壓

燒

燃

氣

?排

花

點

止

?上

內燃式發(fā)動機

氣門機構由氣門以及開合氣門的機構組成。開合系統(tǒng)稱作凸輪軸。凸輪軸上有凸輪，可以

向上和向下移動氣門。

圖5.凸輪軸

大多數現代發(fā)動機都有稱為頂置凸輪軸的機構。也就是說，凸輪軸位于氣門上方（如圖5所

示）。凸輪軸上的凸輪干脆限制氣門，或者通過一個很短的連桿限制氣門。老式的發(fā)動機

運用的凸輪軸位于曲軸旁邊的油槽中。運用橫桿將下方的凸輪連接到位于氣門上方的氣門

挺桿。這種方法運用的運動零件較多，并且會導致凸輪激活氣門的動作大大滯后于氣門的

后續(xù)運動。運用正時皮帶或正時鏈條將曲軸與凸輪軸聯系在一起，以便氣門與活塞保持同

步。凸輪軸的連接方式使得它的轉動速度是曲軸的一半。很多高性能發(fā)動機的每個氣缸有

四個氣門（兩個進氣門，兩個排氣門），這種布置方式須要為每組氣缸供應兩個凸輪軸，因

此稱作“雙頂置凸輪軸”。

汽車凸輪軸響故障解除分析

現象：

1）發(fā)動機怠速運轉時響聲稍微而清晰，低速時出現沉重而有節(jié)奏的“嗒嗒”聲，中速時響聲

明顯，高速時響聲模糊而不清。

2）發(fā)動機中速時從缸體凸輪軸側發(fā)出鈍重響聲，高速時響聲混濁不清。

3）單缸斷火試驗時響聲不變。

4）凸輪軸軸承旁邊有振動。

緣由：

1）使發(fā)動機在聲響最強狀態(tài)下運轉，用起子在缸體處觸及各軸承旁邊部位聽診，若某處聲響

較鈍并伴隨有振動，則為凸輪軸該節(jié)軸承發(fā)響。

2）進行斷火試驗聲響無變更，緩慢變換節(jié)氣門，若怠速聲響清晰，中速時聲響明顯，高速時

聲響由雜亂變弱，則為凸輪軸軸向間隙過大或軸承松動。

3.5凸輪軸工藝分析

傳統(tǒng)制造整體式凸輪軸所用的加工設備和方法成本高，改進凸輪軸的制造工藝，提高生

產效率，降低生產成本很有必要。裝配式凸輪軸是近20年來的開發(fā)的新型內燃機零件，它

與鑄造或鍛造整體式的凸輪軸相比，具有質量輕、加工成本低、材料利用合理等優(yōu)點；可將

凸輪寬度減小，并排練緊湊，可以降低汽車的成本、減輕發(fā)動機的質量、提高發(fā)動機的性能。

目前，世間上很多汽車制造廠家越來越多地生產裝配式凸輪軸并用于高性能發(fā)動機上。因此,

了解裝配式凸輪軸的生產工藝及應用，對促進我國汽車產業(yè)向高精度、高效率、低成本、高

柔性的方向發(fā)展具有重要意義。

1、傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程及主要問題

1.1傳統(tǒng)整體式凸輪軸工藝流程

毛坯f毛坯檢查一銃斷面，鉆中心孔，車軸頸f粗磨軸頸~鉆油孔道，擴較球座孔，擴螺紋

底孔，攻絲，倒角，鉆軸頸油孔f粗磨凸輪一清洗f凸輪表面淬火一校直一精磨油頸一精磨

凸輪一磁粉探傷f精車止推面一磷化一拋光油頸止推面一清洗一檢測軸頸和跳動f壓裝鋼

球及定位銷。

1.2傳統(tǒng)整體式凸輪軸存在的主要問題

（1）配氣機構對凸輪軸各個部分的性能要求有很大不同：凸輪要求耐磨損、乃膠著、

耐點蝕；軸頸要求滑動性好；芯軸要求剛性、彎曲、扭轉性能好。傳統(tǒng)凸輪軸很難滿意上述

要求，材料利用也不盡合理。

（2）傳統(tǒng)整體式鑄造或鍛造生產模式很難制造出凸輪密布排列的緊湊結構。

（3）傳統(tǒng)方法制造凸輪軸須要大量的機械加工工序，耗費大量的機械加工工時，機床、

刀具、夾具、操作人員和作業(yè)面積較難有新突破。

（4）傳統(tǒng)加工需對凸輪表面進夕亍耐磨性強化處理，是對整體式凸輪軸進行的并伴有的變

形多數用人工校直，費時費勁不宜保證精度。

（5）凸輪表面的機械加工較難進行，也是影響加工質量的重要因素。傳統(tǒng)方法制造凸

輪軸，不僅使大量的才來哦變成廢屑，生產效率低、材料消耗與能源消耗大，自動化水平低。

在降低零件重量方面也難有作為。

裝配式凸輪軸制造工藝

裝配式凸輪軸亦稱組合式輪軸，是將凸輪軸分解成凸輪、芯軸、軸頸等可裝配件。分別

進行材料優(yōu)化及精益加工后，再組裝成凸輪軸的新型組合設計與現在制造模式。

目前，大部分發(fā)動機制造企業(yè)都接受整體式凸

輪軸，其材料有的接受中碳低合金鍛鋼（經高頻淬

火），有的接受球墨鑄鐵。整體式凸輪軸加工工藝包

括粗加工、半精加工和精加工。生產中接受自動線

多工位機床，設備投資較大，生產線占地面積多，

生產成本較高。而裝配式凸輪軸只需半精加工和精

加工，凸輪、齒輪、軸套可接受不同的材料，因此

產品質量可減輕30%?50%；可柔性化生產，設備

投資小，生產線占地面積少，生產成本較低。

目前，大部分發(fā)動機制造企業(yè)都接受整體式凸輪軸，其材料有的接受中碳低合金鍛鋼（經

高頻淬火），有的接受球墨鑄鐵。摳體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。

生產中接受自動線多工位機床，設備投資較大，生產線占地面積多，生產成本較高。而裝配

式凸輪軸只需半精加工和精加工，凸輪、齒輪、軸套可接受不同的材料，因此產品質量可減

輕30%~50%；可柔性化生產，設備投資小，生產線占地面積少，生產成本較低。

1裝配式凸輪軸工藝流程

裝配式凸輪軸工藝流程為校直一加工兩端面中心孔、螺紋孔、驅動孔（2臺加工中心并

行加工）一車軸頸、齒輪毛坯、前止端面及導向輪轂一磨軸頸及導向輪轂一滾齒一壓銷一磨

凸輪（3臺磨床并行加工）一凸輪淬火一去毛刺一校直軸頸一凸輪軸頸及凸輪拋光一清洗一綜

合檢測。與傳統(tǒng)凸輪軸加工的方法相比，裝配式凸輪軸加工的優(yōu)勢見表。

比較項目裝配式凸輪軸經濟性簸體式凸輪，經濟件

只刊華用加工和招行糧加工、牛招Hl

工藝流程加工,工藝洸程向*工、協(xié)加工,設備-

用.設備少多

m工余■人.??

加工余殿少,只精那

加工余H附、華初解、相冊-

主軸依和四輪

主軸頸和凸輪

工藝荷啦.果用CNC加工工藝程序及

中心、車床*用自動線tE

柔性化mIm*-

床偵中式加工.只釘物方丈.柔性化程

較高的索性化度公

根據依期產H規(guī)模央用自動線.設備

分期實施.逐步。故和工位數多.初

設*投資-

展,分期投貴.可降期投貫較大.也不

做投賞風險便于產能的r大

生產占地

較少場地*較多場地-

面枳

由「采用汾衣冷金

多次dIW不僅使

一，L加工余量

生產在本*設備投責人.也使-

少.戒少生產成本.

也H成本大

料廢率較低

8?施裝件加工作余■

毛坯成本檸制產格.M收收而.-毛坯n成本較低*

所以毛坯成本較？？

凸倫軸總更

產私件使30*.演度高.

改善發(fā)動機忖健

裝配式凸輪軸內凸輪、軸套、偏心環(huán)、齒輪等零部件先后聯成完整凸輪軸。裝配過程是

人工將全部凸輪軸組裝。部件包括凸輪、主軸頸、齒坯放到安裝上料盒中，鋼管穿到各部件

孔中，在安裝上料盒中進行初定位。啟動設備后，該上料盒進入設備中，首先用工裝測頭進

行部件到位檢測，并驗證凸輪放置位置是否正確。驗證通過后，運用機械手將凸輪軸上料到

凸輪軸壓球工位，然后各部件定位塊啟動以精確定位凸輪、軸頸、齒輪。到位后同時夾緊各

部件，并伸出頂桿將直徑超過管子內徑的鋼球穿過整個鋼管內徑，鋼管外的凸輪軸部件在受

到鋼管膨脹伸展作用力下和鋼管相互彈性變形最終形成裝配式凸輪軸，這種凸輪軸組合工藝

稱為管內滾壓擴張法。

2凸輪軸裝配工藝方法

2.1熱套法

常溫下，外部零件的孔和內部鋼管的外徑之間有過盈，裝配之前先對外部零件（凸輪、

軸套）進行加熱，對內部鋼管進行冷卻，借以消退過盈。這種工藝方法在短短暫間內完成聯

接過程，在軸向尺寸和角度位置方面都有很高精度。

2.2內部高壓成形法（IHU）

已經淬硬的凸輪圈與利用內部的高壓力，使鋼管變形形成軸向聯接。通過在凸輪旁將鋼

管材料往外壓出1/10mm左右而達到凸輪的軸向定位。這種IHU工藝制成的裝配式凸輪

軸已勝利應用在奧迪公司2024年投入批量生產的V6TDI轎車柴油機中。IHU裝配式凸輪軸

是由壁厚為2.5mm或3.0mm精密鋼管上安裝等溫淬火的凸輪和鋼管堵頭組成。

整個周長上等壁厚的凸輪被置入一臺特地的設備中，這臺設備可保證軸向對準凸輪中心

線和凸輪轉角位置。鋼管穿過如此定位好的凸輪推入，一臺真空抓取機將預先定位好的各個

零件放到帶IHU工具的液壓機上，IHU工具的模腔形態(tài)正好與制好的毛坯軸的外形輪廓相

一樣。將液體介質注入管內后，鋼管兩端用軸向塞頭封死。通過將管內壓力提高，使整個鋼

管發(fā)生塑性變形，直到貼合在IHU工具上。此時，鋼管和凸輪之間接產生了力聯接和形態(tài)

聯接。

2.3管內滾壓擴張法

利用滑動滾壓原理使得薄壁鋼管在帶孔的外部零件中發(fā)生局部的擴張?？梢岳脦в袧L

壓過盈量，穿過內管的滾壓工具，使內管發(fā)生塑性擴張。上海通用汽車有限公司發(fā)動機裝配

式凸輪軸就接受鋼球在鋼管內部擴張方式。

2.4凸輪壓力套裝定位法

這種工藝首次在鋼管外面滾壓加工出圓周方向的槽子，凸輪的孔內加工出軸向的線槽,

然后從軸向將加工好的凸輪套上鋼管并推入，由于鋼管外徑和凸輪孔之間有過盈，所以當凸

輪推入到鋼管上面以后就會發(fā)生塑性變形，鋼管表面和凸輪孔都有一些錐度，推入之后特別

堅固。蒂森克虜伯集團在大連的裝配式凸輪軸的裝配工藝就是實行這種方法。

3裝配式凸輪軸制造工藝特點

a.省略了毛坯件粗加工，工藝流程簡潔。裝配式凸輪軸的各個零件加工余量小，精度

高，不像整體式凸輪軸要從毛坯件（鑄件或鍛件）起先進行大量的毛坯粗加工和繁雜的工藝

后，才能達到所要求的形態(tài)。裝配式凸輪軸只須要在裝配后進行半精加工和精加工，從而縮

短了整個工藝流程。

b.加工余量小，便于高效率生產。各凸輪接受精鑄部件，因而加工余量小。設備加工

單件時間短，產能高，有利于規(guī)?；a。如凸輪按最終形態(tài)精鑄，削減了磨削余量，從而

縮短了磨削時間。

c.不同的零件可運用不同的材料，以提高產品性能和加工性能。發(fā)動機對不同零件（軸

套、凸輪、齒輪）有著不同的性能要求，裝配式凸輪軸可在不同零件上接受不同材料。如凸

輪接受粉末冶金或鑄鋼，凸輪軸接受冷拔鋼管。這不僅有利于優(yōu)化產品性能，也有利于改善

凸輪軸加工性能和優(yōu)化成本。

d.適應產品多品種柔性化要求。通過更換不同的軸頸和磨削不同的凸輪型線即可生產

出多品種的凸輪軸。該系列產品的基本參數是一樣的，包括軸頸、凸輪基圓半徑、鋼管直徑、

軸方向、長度間距等，生產線只需通過更換安裝盒中的軸頸模具和切換磨床程序即可。

4裝配式凸輪軸加工工藝發(fā)展方向

a.柔性化的生產線布局。生產線布置接受單元自動化模塊。單元內有龍門架式機械手

上、下料，在瓶頸單元內預留位置便于擴展。單元問輸送可接受自動化或人工運輸，這樣有

利于生產線開動率的提高。

b.柔性化的產品。凸輪軸的材料和結構可依據產品設計須要敏捷變更，以更多地滿意

市場要求，通過軸頸和凸輪型線的變更供應多品種產品。

c.高速磨削、高速磨削CBN（氮化硼）工具的運用。可以大幅度提高磨削效率，削減設

備運用臺數。磨削力小，零件加工精度高，工件表面粗糙度降低。砂輪壽命延長，生產成本

降低。

d.多砂輪磨削和兩個砂輪頭架的運用。在提高砂輪轉速的同時接受多砂輪磨削是另一

種削減加工節(jié)拍的方法，如多砂輪磨削凸輪的同時磨軸頸外徑，一臺磨床運用兩個砂輪頭架

同步加工凸輪等。

e.在線量儀的運用。為保證尺寸穩(wěn)定性，裝配式凸輪軸加工的關鍵設備越來越多地運

用在線檢測自動補償功能。

f.粉末冶金等材料的運用。

g.工序集中方式加工。該方式就是將車、銃、鉆、磨削的工序內容分別集中在一起，

接受柔性設備組成的制造單元集中式加工。這樣，將最大限度地削減工件裝夾次數和上下料

輸送等協(xié)助時間，有利于削減誤差和提高生產效率。

h.設備單元可接受雙主軸或雙機床來削減加工節(jié)拍，如一個磨削單元可組合兩臺磨床,

共用一套限制系統(tǒng)，并通過內置的龍門架式上下料裝置輸送工件。與接受兩臺獨立的機床相

比，不但節(jié)約了設備費用，而且大大減小了占地面積，并且每臺磨床可運用多主軸完成磨床

組合。車床和加工中心也都可以接受雙主軸的方式來提高效率。蒂森克虜伯集團在大連建立

了裝配式凸輪軸工廠，為發(fā)動機制造企業(yè)供應裝配式凸輪軸。

接受裝配式凸輪軸，發(fā)動機性能得到提高，明顯改善了燃油經濟性，降低了排放，削減

了振動，同時也降低了制造成本。目前，裝配式凸輪軸已越來越受到發(fā)動機制造企業(yè)的歡迎。

3.6夾具的設計

凸輪軸是發(fā)動機配氣系統(tǒng)中極為重要的零件,其各項性能也成為制約發(fā)動機的工作的主

要因素之一。為提高凸輪軸的性能，各發(fā)動機制造企業(yè)在設計和加工工藝方面實行了一系列

措施，如：零件的結構、尺寸：零件毛坯的選材與熱處理工藝…經過了諸多措施的實施，汽

車凸輪軸各項性能較從前來說有了質的飛躍，但新問題應運而生：凸輪軸的加工難度大大增

加，這對生產廠家的專業(yè)化程度無疑是一個嚴峻考驗。

目前，大部分發(fā)動機制造企業(yè)都接受整體式凸輪軸，其材料有的接受中低碳合金鍛鋼（經

高頻淬火），有的接受球墨鑄鐵。整體式凸輪軸加工工藝包括粗加工、半精加工和精加工。

生產中接受自動線多工位機床，設備投資較大，生產線占地面積多，生產成本較高。對此，

有相當一部分設計者提出了“裝配式凸輪軸二裝配式凸輪軸，就是將原本整體化的凸輪軸

設計分解為由若干零件裝配的凸輪軸部件。實踐證明，該設計方案降低了加工難度，但對改

造后的凸輪軸各零件間存在間隙，并且在裝配時會因各種因素而產生誤差，因此，《裝配式

凸輪軸》方案不能為廣闊發(fā)動機制造商所接受。此后，眾多設計人員起先把目光轉向提高整

體式凸輪軸加工的效率。由于傳統(tǒng)的凸輪軸加工接受磨削，因此，四坐標凸輪軸磨床、CBN

砂輪，凸輪軸CBN磨削技術相繼誕生。而這些技術均圍圍著一個中心：專用機床.

事實證明，專用機床較一般機床在價格上相差很多。機床的科技含量越高，其價格就越

昂貴，這實際是提高了其加工產品的成本。

在綜合分析凸輪軸加工技術的領域學問及信息需求與處理需求的基礎上，1.以仿形加工

為平臺，通過分析設計提出了變更汽車凸輪軸的凸輪部位傳統(tǒng)加工方式，接受專用夾具協(xié)作

數控銃床加工，從而降低了凸輪輪的生產成本。2.提出數控機床加工過程中的“人機協(xié)作”,

在編程時將手動限制考慮在加工過程中，大大降低了對數控編程及機床硬件配置的要求。

專用夾具的設計與開發(fā)、數控機床手動元件在數控加工過程中的充分利用等將是今后

接著探討的方向。

1.車軸凸輪軸夾具設計

2.銃削凸輪夾具設計

平面凸輪零件是數控銃削加工中常見的零件之一，其輪廓曲線組成不外乎直線一圓弧、

圓弧?圓弧、網弧一非圓曲線及非圓曲線等幾種。加工中心所用數控機床多為兩軸以上聯動

的數控銃床。加工工藝過程也大同小異。下面以平面槽形凸輪為例分析其數控銃削加工工藝。

1.零件圖樣工藝分析

圖樣分析主要分析凸輪輪廓形態(tài)、一般車床尺寸和技術要求、定位基準及毛坯等。

材料為鑄鐵，切削加工性較好。

該零件在數控銃削加工前，工件是一個經過加工、含有兩個基準孔、直徑為巾

280mm、厚度為18mm的圓盤。圓盤底面且及手35C7和412H7兩孑L可用作定位基準，

無需另作工藝孔定位。

凸輪槽組成幾何元素之間關系清晰，條件充分，編程時，所需基點坐標很簡潔求得。

凸輪槽內外輪廓面對A面有垂直度要求，只要提高裝夾精度，使A面與銃刀軸線垂直，加

工中心即可保證；手35G7對上面的垂直度要求已由前工序保證。

2.確定裝夾方案

一般大型凸輪可用等高墊塊墊在工作臺上，然后用壓板螺栓在凸輪的孑L上壓緊。

外輪廓平面盤形凸輪的墊塊要小于凸輪的輪廓尺寸，不與銃刀發(fā)生干涉。對小型凸輪，一般

專心軸定位、壓緊即可。

凸輪的結構特點，接受“一面兩孑L,'定位，設計一“一面兩銷”一般車床專用

夾具。用,塊320mmX320mmx40mm的墊塊，在墊塊上分別精神，少35mm及412mm兩個

定位銷安裝孔，孔距為80±0.015mm,墊塊平面度為0.05mm,加工前先固定墊塊，使

兩定位銷孔的中心連線與機床的X軸平行，墊塊的平面要保證與工作臺面平行，并用百分

表檢查。

凸輪零件的裝夾方案示意圖。接受雙螺母夾緊，加工中心提高裝夾剛性，防止銃削

時振動。

3.確定進給路途

進給路途包括平面內進給和深度進給兩部分路途。對平面內進給，對外凸輪廓從切

線方向切人，對內凹輪廓從過渡圓弧切人.在兩軸聯動的數控銃床上，對銃削平面槽形凸輪,

深度進給有兩種方法：一種方法是在XZ(或YZ)平面內來回銃削漸漸進刀到既定深度；另一

種方法是先打一個工藝孑L,一般車床然后從工藝孔進刀到既定深度。

本例進刀點選在戶(150,0),刀具在r-15及I?十15之間來回運動，漸漸加深銃削

深度。當達到既定深度后，刀具在XY平面內運動，銃削凸輪輪廓。為保證凸輪的工作表面

有較好的表面質量，接受順銃方式，即從戶(150,0)起先，對外凸輪廓，按順時針方向銃削，

對內凹輪廓按逆時針方向銃削。加工中心即為銃刀在水平面內的切人進給路途。

4.選擇刀具及切削用量

銃刀材料和幾何參數主要依據零件材料切削加工性、一般車床工件表面幾何形態(tài)和

尺寸大小選擇；切削用量是依據零件材料特點、刀具性能及加工精度要求確定。通常為提高

切削效率要盡量選用大直徑的銃刀；側吃刀量取刀具直徑的三分之一到二分之一，背吃刀量

應大于冷硬層厚度；切削速度和進給速度應通過試驗選取效率和刀具壽命的綜合最佳值。精

銃時切削速度應高一些。

本例零件材料(鑄鐵)屬于-?般材料，加工中心切削加工性較好，選用批8mm硬質

合金立銃刀，主軸轉速取150—235r/min,進給速度取30—60mm/min。槽深14mm,一

般車床銃削余量分三次完成，第一次背吃刀量8mm,其次次背吃刀量5mm,剩下的1mm

伴同輪廓精銃一起完成。凸輪槽兩側面各留0.5-0.7mm精銃余量。在其次次進給完成

之后，檢測零件幾何尺寸，依據檢測結果確定進刀深度和刀具半徑偏置量，分別對凸輪槽兩

側面精銃一次，達到圖樣要求的尺寸。

傳統(tǒng)的盤形凸輪設計主要有圖解法和解析法，加工方法有手工面線加工和數控銃削加

工，大批量生產亦可接受仿形銃。圖解法直觀、筒潔，但是手工作圖選取的等分數有限、精

度差。以此為基礎的手工畫線加工的精度和加工表面精度都比較低。解析法設計雖然解決了

凸輪精度問題，但要得到完整的凸輪輪廓曲線就要編制困難的程序。尤其在滾子推桿盤形凸

輪設計中，對于理論輪廓曲線的等距線的編程更為困難，以此為基礎的數控銃床加工也就同

樣存在著編程困難的問題。因此它的應用也就受到了很大的限制。利用CAD軟件的強大作

圖功能，可以特別便利地進行凸輪的廓形設計，精度好效率高。本文介紹了利用CAXA系

列CAD/CAM軟件及圖解法進行盤形凸輪的設計與加工。

1.盤形凸輪CAD

CAXA-電子圖板(下稱EB)是一個通用的二維CAD軟件，它有一個很好的功能-畫公

式曲線，只要在公式曲線的對話框中填入曲線公式及相關參數就可以畫出曲線。這樣就可以

很簡潔地完成凸輪廓形曲線的設計，而無需任何形式的語言編程。下面介紹作圖法設計盤形

凸輪的過程，其中的全部作圖過程完全是在EB上交互作圖完成。

已知推桿運動規(guī)律S、最大行程h或小max以及升程許用壓力角1]和回程許用壓力角

2],用作圖法設計盤形凸輪輪廓有兩個步驟:先要確定凸輪基圓半役rO,然后再求凸輪輪

廓廓形。

1.1盤形凸輪基圓半徑的確定

1.1.1直動推桿盤形凸輪的最小基圓半徑

首先在直角坐標系中作曲線C

X=SY=dS/d8

其中S=S(8),3為凸輪轉角。此曲線可用EB的公式曲線功能來實現。

其次作兩條直線與X軸成升程許用壓力角[a1]和回程許用壓力角[a2],且與所作曲線

相切，則有交點A,那么就有OA=rOmin,如圖1所示。圖1中陰影部分為凸輪回轉中心的

可行區(qū)。以此為基礎將偏心距e及OA進行圓整，就可確定基圓半徑，即取rt)=OAl

1.1.2搖擺推桿盤形凸輪的最小基圓半徑

由文獻[1]可知，先在直角坐標系中作曲線C1

X=Pcos0Y=Psin0且P=L(l+d4)/d8)9=4),其中擺桿的擺角6=@(5),L為擺

桿的長度。

如圖2所示，用EB的圓形陣列畫法過0點在最大搖擺角"max做N條等分射線，與

曲線的推程和回程段分別交于D、C點。再過D點做直線mm與直線OD成。角(()=90°

-[al]),過C點做直線nn與直線OC成。1角(。1=90°-[a2]),則圖2中的陰影部分為凸

輪回轉中心的可行區(qū)，且O1A二rOmin。以此為基礎將01A及中心距a進行圓整，就可得到

基圓半徑rO=02A。

1.2設計凸輪輪廓曲線

當確定了凸輪基圓半徑rt),并已知推桿運動規(guī)律及盤形凸輪輪廓曲線的解析公式[1],

就可用EB中的公式曲線功能來畫出凸輪輪廓曲線。

1.2.1直動滾子推桿盤形四輪設計

先作出滾子中心的理論輪廓曲線。

X=(S0+S)sin8+ccos8Y=(S0+S)cos8+esin5

其中，因為工作廓線與理論廓線在法線方向的距離到處相等，且等于滾子半徑。那么

工作廓線為理論廓線的等距線。為了確定滾子半徑rr,用三點畫圓的畫法在理論輪廓曲線曲

率最大的位置取三點求出Pmin,使rr=0.8Pmin。這樣一來，在EB口作出理論廓線，再用

EB中的畫等距線的功能畫出工作廓線(距離為rr),則完成了該凸輪的輪廓曲線設計。

1.2.2對心平底推桿(平底與推桿軸線垂直)盤形凸輪設計

依據反轉法作圖法可知，推桿平底與凸輪切點的軌跡為凸輪的輪廓曲線。此時，平面凸

輪機構壓力角與凸輪的基圓半