铣打机对于凸轮轴的加工有很好的优势

发表时间:2022-05-21 10:56作者:铣打机网址:http://www.yijiecnc.com

凸轮轴是发动机配气系统中的关键零件,其加工质量的好坏直接影响着发动机的动力性、燃油经济性和排放性能。由于凸轮轴加工精度要求很高,且凸轮为非规则形状,其加工余量较大且不均匀,锻造凸轮轴的材料多含有合金成分难以保证加工质量。传统的凸轮加工工艺采用机械靠模进行单刀或多刀仿形车削,精加工则采用普通砂轮低速磨削,容易产生烧伤、型线超差、振纹等缺陷。现代机床技术和加工工艺技术的不断发展为解决以上凸轮轴加工质量问题提供了前提条件。

凸轮轴工艺特点及流程

1.工艺特点

凸轮轴属于细长轴类零件,要准确控制发动机的进排气门定时开启和关闭,凸轮应具有很高的轮廓精度、相位角度和良好的耐磨性能及整体刚性。因此,其轴颈和凸轮的加工成为整个凸轮轴加工工艺的重点,其加工多以车削、铣削和磨削工艺及表面强化(淬火、喷丸、氮化)等辅助工艺相结合。

2.工艺流程

凸轮轴加工精度要求较高,整个加工内容不可能在一个工序内完成。为了逐步达到图样要求,因此必须把加工分成几个阶段,以明确各个阶段的目的和任务。

传统的凸轮轴加工工艺一般分成以下几个阶段:粗加工(粗车轴颈、凸轮等)、半精加工(粗磨轴颈、凸轮等)、精加工(精磨轴颈、凸轮等)、光整加工(抛光轴颈、凸轮)。现代加工工艺过程:一般只有粗加工(车轴颈、铣凸轮等)和精加工(精磨轴颈、凸轮)两个阶段,在保证零件加工质量的同时,大大提高了生产效率,降低了生产制造成本。

凸轮轴典型工艺分析

1.铣打机两端面及中心孔加工

对于一般的轴类零件来说,其轴线即为设计基准。加工过程中一般采用两顶尖孔作为轴类零件的定位基准。这不仅避免了工件在多次装夹中因为定位基准的转换而引起的定位误差,也可以用作后续工序的定位基准,即符合“基准统一”的原则。因此,合理安排两端面及中心孔加工工艺是保证后续工序加工质量的关键。

(1)传统工艺 一般采用普通的铣钻组合机床进行铣端面、钻中心孔,靠调整限位挡块的位置保证工件的总长和中心孔的深度。存在零件总长超差、中心孔深度超差、两端中心孔位置不同心及凸轮轴的主轴颈和凸轮两侧轴向余量不均匀,容易产生黑皮等质量问题。为了避免把中心孔的形状误差复映到零件的加工精度上,传统的凸轮轴加工工艺在粗加工和热处理之后常安排中心孔的修整工序,保证在精加工过程中中心孔与顶尖的接触精度,提高凸轮轴的加工质量。

(2)现代工艺 为保证两端面及中心孔加工质量,现代加工采用下列技术方案:一是采用配有数控系统的组合机床铣端面、钻中心孔,利用数控程序控制中心孔的加工深度和工件的总长,从而有效保证了工件总长和中心孔深度加工质量的稳定性;二是在铣两端面、钻中心孔的时候,在中心钻主轴的法兰盘上安装套车刀,对一端轴颈外圆进行套车,使用V形定位支承对中间轴颈进行轴向定位(见图1),保证了中心孔的位置精度及各个轴颈、凸轮侧面和外圆表面的切削余量均匀;三是在加工凸轮、轴颈的时候,采用自定心卡盘、跟踪式自定心中心架,以减小加工时工件受力变形而破坏中心孔,这样就可省去修整中心孔的工艺。

2.校直工艺

凸轮轴属于细长轴类零件,加工过程中会因刚度低而产生振动,不仅影响加工后零件的尺寸精度、形状精度和表面质量,而且也影响后续工序的切削余量和生产率的提高,变形严重时会使后续工序无法加工,甚至造成工件的中途报废。

针对这一问题,传统工艺在凸轮轴的加工过程中,采用辅助支承和分段加工等工艺措施的同时,还需要进行多次校直(多以人工校直为主)。但是多次校直容易造成工件应力释放不充分而发生校直之后重新弯曲变形的不良后果。现代工艺多以自动校直机对工件进行自动测量、自动校直,如DCI11发动机凸轮轴采取下列措施可以减少凸轮轴的校直次数。

(1)在加工主轴颈和凸轮的时候,主轴头架一端采用自定心卡盘夹紧工件,内带顶尖起辅助定位作用;中尾端采用弹性顶尖,使凸轮轴一端处于自由悬伸状态。

(2)合理安排工艺减小工件变形,粗加工主轴颈的时候,先粗车中心架支承夹紧的主轴颈外圆,然后夹紧再加工其余的主轴颈外圆,最后加工主轴颈和凸轮的两侧面切槽。在粗加工凸轮的时候,中间轴颈采用跟踪自定心式中心架,以减小工件受力而弯曲变形(见图2)。

(3)把工件校直工艺安排在粗加工主轴颈、凸轮和热处理(淬火和回火)之后,并经过足够的时间充分冷却之后再进行校直,以免粗加工之后应力释放不充分,校直之后才释放应力而弯曲变形,影响校直加工的质量。下面为淬火视频:

3.凸轮的加工

(1)凸轮的粗加工 早期普遍采用机械靠模进行单刀或多刀仿形车削来完成(见图3),是以机械传动使工件与刀具相对运动变化实现仿形的一种加工方式。

单刀车削虽较容易保证产品质量,但是效率很低;多刀车削难以保证零件加工质量,而且粗车过后必须安排校直、粗磨工序。部分发动机制造厂家以强力磨削取代凸轮的粗车及粗磨,但是生产效率依然很低。现代凸轮的粗加工采用数控铣床进行高速铣削;数控装置控制刀架滑台(X轴)、工件旋转主轴(C轴)以及工作移动滑台(Z轴)联动进行插补仿形铣削,加工所有凸轮。当刀具磨损变化时,通过X轴和C轴数控插补进行补偿, 使铣刀每齿切削量保持均匀;中心架采用跟踪夹紧方式,保证加工过程中零件不会产生过大的弯曲变形;完全取消了机械靠模,通过编制数控程序可以比较快捷地实现工件品种的转换,从而具有良好的柔性(见图4)。

高效率数控铣床和数控内铣机床已经逐步广泛应用到凸轮的粗加工中。因它具有很高的效率,也能够很好地保证产品的质量,同时还能很好地实现产品的更新换代,缩短产品更新换代的周期。数控高速铣削是凸轮粗加工的发展方向。


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