汽车凸轮轴加工工艺分析

王亚真 任相君 韩琳

摘 要：凸轮轴作为汽车发动机配气机构中的关键部件，其性能直接影响着发动机整体性能。因此合理的加工工艺对于降低加工成本、减少生产环节以及合理布置凸轮轴生产线具有很大的现实意义。本文针对凸轮轴的加工特点，结合工厂的实际，建立了用数控无靠模方法。

关键词：发动机;凸轮轴;工艺分析

1 产品规格

1.1 零件的结构特点

凸轮轴生产线承担每台发动机凸轮轴的机加工，每台发动机上使用一根凸轮轴。

材料：（FCA-3）铜铬钼合金铸铁，各主轴颈及端面的硬度HB180～240，凸轮HRC48。

1.2 发动机凸轮轴主要加工内容和精度要求

（1）支承轴径。前轴径前端φ，后端φ，表面粗糙度Ra3.2。中间轴径φ，表面粗糙度Ra3.2;后轴径φ，表面粗糙度Ra3.2。

（2）凸轮。6个凸轮基圆尺寸为φ，表面粗糙度Ra3.2。各凸轮基圆相对与前后轴颈的基准轴线的径向跳动误差0.03mm。各凸轮基圆相对与前后轴颈的基准轴线的平行度误差0.01mm。

（3）斜齿轮。齿数：13，螺旋角：53°（右）±1′46"。齿形误差≤0.025;齿向误差≤0.017。

（4）键槽。宽4-0.05，深3.5+0.2，对称度0.025mm。

2 工艺设计

2.1 定位基准的选择

采用两顶尖孔作为凸轮轴零件的定位基准，这种方法不仅使工件的装夹方便、可靠。而且有可能在一次装夹中加工出更多表面。这对于大量生产来说，不仅便于采用高效专用机床和设备以提高生产效率，而且也使得所加工的各表面之间具有较高的相互位置精度。

2.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排

2.2.1 加工阶段的划分

由于凸轮轴的加工精度较高，整个加工不可能在一个工序内全不完成。为了利于逐步地达到加工要求，所以把整个工艺过程划分为三个阶段，以完成各个不同加工阶段的目的和任务。

发动机凸轮轴的加工的三个阶段：

（1）粗加工阶段包括车各支承轴颈、齿轮外圆轴颈和粗磨凸轮。该阶段要求机床刚性好，切削用量選择尽可能大，以便以提高生产率切除大部分加工余量。

（2）半精加工是精车各支承轴颈和精磨齿轮外圆轴颈。该阶段主要为支承轴颈齿轮的加工做准备。

（3）精加工包括精磨各支承轴颈、止推面和凸轮以及斜齿轮加工。该阶段加工余量和切削量小，加工精度高。

工艺编排：首先以φ32和φ48.5的毛坯面为定位基准，然后以大端外圆的端面作轴向定位，具体每序的定位基准和夹紧位置，见表1发动机凸轮轴生产工艺卡。

2.2.2 工序顺序的安排

工序安排是否合理，对于凸轮轴加工质量、生产率和经济性都有很大影响。对于各支承轴颈是按粗车——精车——精磨加工的，对于是按凸轮粗磨——精磨加工的，对于斜齿轮是按粗车——精车——精磨——滚齿加工的。各表面的加工顺序按从粗到精、且主要表面与次要表面的加工工序相互交叉进行，从整体上说，符合“先粗后精”的加工原则。

2.3 凸轮形面的加工

凸轮形面的粗加工采用双靠模凸轮轴磨床，机床有两套靠模，当砂轮直径在一定范围内时，使用第一个靠模来工作。当砂轮磨损到一定程度时，靠模自动转换，使用第二个靠模来工作。该磨床通过对砂轮直径的控制来提高凸轮外形的精度，不仅提高了凸轮形面的加工精度，也使砂轮的利用更经济、合理。

凸轮形面的加工采用磨削的方法，在凸轮磨床上完成粗磨及精磨的加工。工件安装在两顶尖之间并以键槽做轴向定位，在支承轴颈处安装辅助支承保证凸轮形面的加工精度。

3 工艺分析

参考文献：

[1]杨昂岳，梁术.汽车发动机主要零部件技术水平及发展动向[J].车工业研究，2019（06）：46-51.

[2]王先远.机械制造工艺学[M].清华大学出版社，2018：5-86.