凸輪主軸的加工工藝

馮健明（廣州市增城區(qū)職業(yè)技術學校，廣東廣州511316）

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凸輪主軸的加工工藝

馮健明
（廣州市增城區(qū)職業(yè)技術學校，廣東廣州511316）

［摘 要］凸輪主軸加工的難點在于凸輪的加工。傳統(tǒng)的加工方法效果不佳，經濟效益不好。本文對Y牙成型高速排牙機的核心部件凸輪主軸進行了分析和工藝設計，重點是通過利用數(shù)控車的C軸功能加裝旋風銑和動力磨頭來實現(xiàn)凸輪的加工，提高了加工效益。

［關鍵詞］凸輪主軸 加工工藝 數(shù)控車C軸 旋風銑 動力磨頭

凸輪主軸是Y牙成型高速排牙機的核心部件。它的精度、質量直接決定排牙機的工作效率和穩(wěn)定性并影響所加工產品的質量。其加工的難點是凸輪的加工，如采用傳統(tǒng)靠模的方法進行加工，非常耗時耗力并且質量也難以保證；而采用車銑加工中心數(shù)控磨床來加工，則先期投入的成本非常高，造成該產品的加工工價過高，經濟效益不好。為了提高加工效率和降低加工成本，本文設計了一套詳細的加工方案。其重點是通過對帶C軸的普通數(shù)控車進行簡單改裝并加上旋風銑和動力磨頭來實現(xiàn)凸輪的加工。

1 零件圖的工藝分析

如圖1所示，該零件的毛坯直徑?70 mm，長度440 mm；兩端為C型中心孔，M8左牙，牙深20 mm，用于連接編碼器測主軸轉速；三處傳動輪位，直徑分別為?33.6 mm、?33.6 mm、?25.6 mm；鍵槽為半圓槽，寬分別為8 mm、8 mm、6 mm，其中8 mm處為緊配較為受力，右端為主傳動輪位，也就是連接電機皮帶輪位，左端兩處為其他傳動；再下來就是兩處軸承位直徑?40.6 mm，長度50 mm；最后就是五位一體的凸輪組，從左往右分別是凸輪#4、凸輪#2、凸輪#1、凸輪#3、凸輪#5。其中，凸輪#4是拖帶凸輪（形狀如圖2的C輪），凸輪#5是送料凸輪（形狀如圖2的C輪），凸輪#2、凸輪#3是沖牙凸輪（形狀如圖2的B輪），凸輪#1沖點凸輪（形狀如圖2的A輪）。

零件的材料是20CrMnTi。零件的尺寸精度及表面粗糙度精度要求較高。加工的難點是五位一體的凸輪組。

圖1 凸輪主軸零件

圖2 凸輪形狀

2 零件的加工方案與工藝流程

2.1 確定加工方案

2.1.1 粗車 ①粗車平齊兩端面，長度至尺寸，鉆中心孔B3。②粗車各擋外圓留余量3 mm，各擋長度留余量2 mm。③粗車凸輪#1、凸輪#2、凸輪#3外圓至?70 mm，凸輪#4、凸輪#5外圓至?60 mm，同時出各凸輪之間的隔斷槽。

2.1.2 熱處理 調質處理HRC22-26。

2.1.3 半精車 ①修兩端C型中心孔及攻M8內螺紋至要求。②雙頂尖車外圓各擋留余量0.6 mm，各擋長度至要求。③車凸輪#1、凸輪# 2、凸輪#3外圓?68 mm，凸輪4、凸輪#5外圓至?58 mm。

2.1.4 銑削 銑床銑削各擋鍵槽位，注意圖紙尺寸，以便后面加工。

2.1.5 凸輪銑 利用數(shù)控車C軸加旋風銑，分別對凸輪#4、凸輪#2、凸輪#1、凸輪#3、凸輪#5、進行凸輪銑削，留磨量1 mm。

2.1.6 凸輪粗磨 利用數(shù)控車C軸加動力磨頭，分別對凸輪#1、凸輪#2、凸輪#3、凸輪#4、凸輪#5粗磨，留磨量0.5 mm。

2.1.7 熱處理（凸輪）

（1）表面滲碳1.5~2.0 mm，淬火硬度HRC59~ 62。

（2）校正跳動0.2~0.3。

2.1.8 外圓磨 精磨各擋外圓至圖紙要求。

2.1.9 凸輪磨 精磨凸輪至圖紙要求。

2.2 制訂加工工藝

凸輪主軸的加工工藝如表所示。

3 凸輪圖線分析、數(shù)學建模與編程

凸輪主軸加工的難點在于凸輪的加工。下面以2#凸輪-A輪（如圖3所示）進行圖形分析、數(shù)學建模與編程。

圖3 2#凸輪—A輪

3.1 圖形分析

由機械要求和圖形參數(shù)可知，該凸輪為對心推桿盤形凸輪機構，屬高速運動部件，凸輪基圓半徑r0=22 mm。其從動件的運動規(guī)律為擺線運動：即當凸輪轉過100°時，推桿按正弦加速度上升11 mm；凸輪繼續(xù)轉過70°時，推桿停止不動；凸輪再繼續(xù)轉過100°時，推桿按正弦加速度下降11 mm；最后凸輪轉過90°時，推桿又停止不動。凸輪回到原點完成一個工作循環(huán)。

3.2 數(shù)學建模

根據(jù)反轉法原理，當凸輪轉過角δ時，推桿相應地產生位移S。借助解析法，則凸輪理論輪廓線的直角坐標的參數(shù)方程為：

則其當δ=-45°～45°，S=0；

則其當δ=145°～215°，S=h；

編寫程序：

毛坯尺寸68 mm，凸輪最大位置為66 mm，最小位置為44 mm，單邊最大加工量12-0.5=11.5 mm，確定吃刀量為2 mm，要縱向走刀6次，凸輪面寬14 mm，旋風銑刀寬3 mm，要橫向走刀5次。

凸輪主軸加工工藝表

4 結束語

本文重點是介紹凸輪主軸加工方法并且設計了詳細的加工工藝。通過該加工工藝流程，借助旋風銑頭和動力磨頭，結合數(shù)控車的C軸功能，可以實現(xiàn)凸輪主軸完整加工，非常方便實用，節(jié)省了時間和費用，并且精度的要求也得到保證，適合批量生產該零件。相對傳統(tǒng)的靠模方法，該生產工藝具有一定的先進性和可行性。利用該設計理念，我們還可以加工更加多的凸輪或者偏心工件。

參考文獻

［1］ 勞動部教材辦公室.車工工藝學：96新版［M］.北京：中國勞動出版社，1997.

［2］ 陳海魁.高級銑工技能訓練［M］.北京：中國勞動出版社，1999.

［3］ 廣州數(shù)控設備有限公司. GSK980TDc車床CNC使用手冊［M］. 2版.廣州：廣州數(shù)控設備有限公司，2010.