贵州大学明德学院
摘要：汽车的凸轮轴在汽车发动机中占据了非常重要的位置，并且随着近几年来汽车发动机行业的蓬勃飞速发展，汽车发动机的制造已经实现了自动化生产，那么，凸轮轴的性能好坏成为了评价发动机性能好坏的一项重要指标。因此，如何对凸轮轴进行生产，需要进行什么样的加工工艺具有非常大的现实意义，不仅在于可以降低成本、提高利润，还可以促进更好流水生产线的布置。本文主要介绍了凸轮轴的加工过程，并对其加工工艺进行了详细的分析与研究。
关键词：凸轮轴；发动机；工艺分析
1凸轮轴生产线工艺设计
1.1生产线布置
汽车的凸轮轴在整个汽车发动机的结构布局中占据了非常重要的位置，通常其在流水线的生产过程中选择进行U型布置的方式，U型的中间空间的部分用来放置安装备件的设备，各种仪器的操作面板一般也要面对着该走道，这些开口中间要连接着相应的滑道。整个车间为整体地基。这种形式使安装以及移动相关设备变得更加便利，这在对产品进行更换的时候，对提高移动设备的过程和时间是一种非常便利的安排，在对流水线的安排上也能有更大的自主选择权。
1.2工艺设计
1.2.1定位基准的选择
凸轮轴作为汽车发动机的重要组成部分在其设计过程中必须要保持轴线基准，因为凸轮轴各部分零件的加工很难完成于一次装夹里，故而，要想使加工凸轮轴的精度得到保障，最重要的就是要将多次装夹的定位差距降到最低。常规方法是采用两顶尖孔来当作定位轴类零件的相关基准，这样不但能够防止在多次装夹的过程中工件因转换定位基准而在定位上产生误差，更能当作定位之后工序的基准，这就与“基准统一”原则相符了。从凸轮轴的整个结构可以看出，其与一般的轴类零件是完全不一样的。其具有一些不同的特色，比如整个凸轮是一个沿其轴线为非对称的回转表面，除此之外，凸轮在基圆尺寸、凸轮曲线升程和相位角等方面也有非常高的精度要求。
1.2.2加工阶段的划分与工序顺序的安排
1、加工阶段的划分
凸轮轴的加工过程一般可以分为三个阶段。（1）粗加工阶段。该阶段的加工对象主要面向的是各种大型的车各支承轴颈、要求不是很严格的齿轮外圆轴颈和粗磨凸轮这几个部分进行加工制造。在这个阶段过程中，对机床的要求主要包括具有极好的刚性，并且选择尽可能大的削切用量，使得在整个加工过程中将大量的加工余量得以切除，从而进一步提高凸轮轴的生产效率。（2）半精加工。该阶段主要就是对齿轮外圆轴颈进行精磨，并对各支承轴颈进行精车的加工制造过程。在这个阶段，主要是准备好加工支承轴颈齿轮的相关工作。（3）精加工。该阶段则涉及到三个方面的内容，其一是各支承轴颈的精磨，其二是止推面的加工，其三是斜齿轮以及凸轮的加工。在这个阶段，削切量以及加工余量都不大，加工有着很高的精度。
2、工序顺序的安排
在对凸轮轴进行加工制造的整个流水线生产过程中，对凸轮轴的加工顺序对最终生产成型的凸轮轴也有着非常重要的影响，影响着凸轮轴的质量、效率和经济性。一般来说，我们对各类支撑轴颈的加工顺序是按照粗车——精车——精磨加工的生产流程进行操作的，对凸轮的加工顺序是按照粗磨——精磨加工的生产流程进行操作的，对斜齿轮的加工顺序是按照粗车——精车——精磨——滚齿加工的生产流程进行操作的。对各种零件表面的加工顺序是按照先粗后精、主要与次要交叉进行的生产流程进行操作的。从以上可以看出，不管是对什么配件的加工过程，都是按照先粗后精的加工顺序。
1.2.3凸轮形面的加工
在对凸轮轴进行加工制造的整个过程中，最麻烦的就是对其形面的加工。目前主要使用的两种加工方法，其一是磨削，其二是车削。
由于汽车发动机的凸轮轴在制造上要求毛坯达到极高的精度要求，并利用精铸将切削量控制在较低标准，因此可利用削磨相关加工工艺，以此来实现对加工形面的简化。利用削磨法来加工凸轮形面，然后将粗磨和精磨加工都完成在磨床上。一般来说，加工过程中经常使用的砂轮是立方氮化硼（CBN）砂轮，这种砂轮的使用寿命普遍高于其他种类的砂轮，它的优势是，砂轮的直径发生变化的同时所引起的凸轮形状的变化明显很小，这可以使得在加工过程中，凸轮形面的磨削精度得到非常大的提高。
2.凸轮轴凸轮的廓形要求
汽车发动机的凸轮轴的凸轮轮廓如图1所示，其主要结构包括进气段C（开启弧）、排气段E（关闭弧）、缓冲段B、缓冲段C、基圆A、顶弧D六个部分。
（1）从动件半径（mm）：首先设定一个基本值，用来对整个轮廓进行初步的计算和测定。
（2）凸轮基圆直径（mm）：然后再设定一个基本值，用来对凸轮尺寸进行初步的微调。
（3）角度升程值（mm/deg）：因为从凸轮顶点旋转180度之后就是0度了，因此只需要输入有增量的两个角度之间（90～270）的任意一个增量数据就可以，每隔1度进行一个设定（机内密化系统）。
在对凸轮轴的整个加工制造过程的升程段中，由于我们需要得到的圆形滚珠以及廓形滚珠的切点D1，D2都不是处于滚珠与凸轮的连心线的位置上，同时磨床砂轮进行加工时又必须将这两个切点D1，D2点磨出来，再加上由于磨床砂轮的半径又比滚珠半径要大得多，所以在整个加工过程中，首先要做的就是将凸轮廓形的（D1，D2）坐标计算出来，然后进行换算成砂轮中心的坐标，最终在根据具体的坐标进行加工制造。
结语
近些年来随着发动机技术的不断进步，汽车发动机制造业正面临着极为猛烈的竞争，针对我国具体国情以及工厂的实际情况，要构建相应的零件生产加工线，选择更为合理的加工工艺以及经济可靠的相应设备，这对生产成本的降低、产品质量的保障以及相应竞争力的增强极为重要。在汽车发动机中，凸轮轴是极为重要的一大部件，其质量以及性能会对发动机的总性能产生直接影响。本文以及工厂的实际情形为指导，根据其加工相关特点，对构建具有较强经济性及先进性的凸轮轴生产线进行了规划，并深入探究了其相应的加工工艺以及检测等情况。
参考文献：
[1]曹德芳.凸轮轴数控磨削工艺智能应用系统的研究与开发[D].湖南大学，2012.
[2]王娟.凸轮轴数控磨削加工过程动态优化仿真的研究及软件开发[D].湖南大学，2015.
[3]曾建雄.凸轮轴数控磨削自动编程系统的开发及虚拟磨削技术研究[D].湖南大学，2015.
作者简介：
谭鑫，：男，民族：汉族，籍贯：贵州省贵阳市，学历：大学本科，毕业院校：贵州大学明德学院，研究方向：机械设计制造及其自动化。
论文作者:谭鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/9
标签：凸轮轴论文; 加工论文; 凸轮论文; 轴颈论文; 砂轮论文; 磨削论文; 过程中论文; 《基层建设》2018年第14期论文;