凸轮轴新产品工艺开发

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摘 要：基于我公司去年接到各种凸轮轴新产品的试制计划，我们意识到凸轮轴新产品工艺开发的重要性。通过总结各种凸轮轴新产品工艺开发过程中的异同与经验，以MT13凸轮轴新产品工艺开发为例，详述了开发流程与方法，为后续凸轮轴新产品工艺开发提供支持与参考。

关键词：凸轮轴；新产品；工艺开发；开发流程

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.010

0 引言

随着我公司发动机产品的多样化，作为发动机里的关键零部件，凸轮轴新产品也在日益增多，如何在接到新产品试制计划后，高效顺利的完成新产品的试制任务，就使得凸轮轴新产品工艺开发显得越加重要。在过去一年里我公司对多种凸轮轴新产品进行了工艺开发与试制生产，通过这一年的试制工作，总结了工艺开发过程中的异同与经验，形成了一定的开发流程与方法，现以MT13凸轮轴为例，对工艺开况进行详述。

1 可行性分析

每种新产品试制前都必须进行的工作就是可行性分析，即分析此新产品是否具有生产可行性。当然凸轮轴也不例外，在MT13凸轮轴新产品试制前，首先要进行可行性分析。

（1）总体分析。MT13凸轮轴与现阶段生产的MC11凸轮轴类似，轴向尺寸及各轴颈尺寸一样，主要区别是定位销孔角度、凸轮型线及相位角不同，因此在原有MC11凸轮轴生产线上，涉及加工端面各孔、粗铣凸轮、精铣凸轮、粗精磨凸轮外圆、综合检测等工序的更改与生产可行性。

（2）工序分析。对涉及更改的工序进一步分析其可行性。1）加工端面各孔。因定位销孔角度不同，可通过调整加工销孔的程序实现，具有可行性。2）粗铣凸轮、综合检测。因凸轮型线及相位角不同，型线可以经过更改和验证实现，角度可通过程序实现，因而本工序也具有可行性。3）精铣凸轮、粗精磨凸轮外圆。因凸轮型线及相位角不同，可通过更改程序中凸轮型线数据及角度实现；同时因为型线存在凹弧，还需考虑凹弧加工的可行性，要想加工出凹弧，需保证精铣刀盘有效半径与小砂轮半径均小于凸轮凹弧最小半径，列出各参数如下表：

经过上述分析，确定了此MT13凸轮轴具有生产可行性。

2 开发过程

通过可行性分析知道了需要工艺开发的工序，下面对粗铣、精铣、磨削这三个主要工序的工艺开发过程进行介绍。（由于MT13凸轮进、排气型线加工工艺均需开发，考虑到两型线开发流程基本一致，因此主要以排气型线为例说明。）

3 粗铣凸轮的工艺开发过程

（1）开发不带凹弧的新型线。首先，需明确粗铣选用型线坐标必须是带从动件的升程极坐标。其次，受粗铣刀具尺寸的影响，粗铣无法加工出带有凹弧的凸轮，因此需将原凸轮型线（带凹弧）转换为不带凹弧的型线，这就要将原型线凹弧部分在CAD中按角度描升程进行绘图，在原型线上找到2点连直线替代凹弧且在新型线上完成平滑过渡。最后，将这段新型线间隔选取角度测绘升程，同时对数据进行优化，即可开发出粗铣需要的不带凹弧的新型线。（2）将新型线开发为可识别形式。现有型线坐标中只有升程部分的坐标（0°-103.5°），但可识别的坐标必须是360°范围内的，因此需要将现有坐标根据左右对称的原理，开发为360°可识别形式。（3）开发粗铣工艺。对粗铣工艺中涉及到的机床设置、中心架、工步顺序、加工参数、凸轮型线及相位角等参照现有MC11凸轮轴参数依次进行开发设置。（4）调试试制新产品。粗铣凸轮工艺开发完成后，开始试制新产品。首先将刀盘提到距工件一定距离的位置空走一遍，看运行路径是否正确。然后可试加工1～2个凸轮，检测后根据结果进行调试或补偿，当试切的型线及角度均满足要求后进行试制生产。

4 精铣凸轮的工艺开发过程

（1）将型线开发为可识别形式。首先，需明确精铣选用的型线坐标必须是凸轮轮廓极坐标。其次，将角度扩展到360°范围。最后，将此轮廓极坐标转化为可识别的笛卡尔坐标。

（2）开发精铣工艺。使用Total Engineer 软件进行数据导入和参数设置，并对凸轮轮廓进行仿真，如图1所示：

之后，对参数进行优化，导出凸轮轮廓加工子程序，同时设定主程序中各凸轮相位角度、凸轮基圆尺寸等，从而完成精铣工艺的开发。

（3）调试试制新产品。将生成的精铣程序导入设备，进行装载和数据检查，然后进行试制和检测，同时根据检测结果对参数进行优化，直到试制出合格产品。

5 粗精磨凸轮外圆的工艺开发过程

（1）将型线开发为可识别形式。首先，需明确磨削选用的型线坐标必须是带从动件的升程极坐标。其次，将角度扩展到360°范围。之后，在升程上增加基圆半径和滚轮半径。

（2）开发大、小砂轮磨削工艺。将开发的型线数据导入KOPP Datageneration 专用软件进行仿真，对型线数据、砂轮半径、滚轮半径、加工余量、进给、C轴、X轴速度、加速度等参数进行设定及优化。

（3）调试试制新产品。将生成程序导入设备，并对HMI控制面板的参数进行设定，进而开始试制磨削及检测，并逐步调试优化参数和程序，直至试制出合格的新产品。

6 结束语

本文以MT13凸轮轴新产品工艺开发为例，通过可行性分析，以及对粗铣、精铣、磨削工艺开发的详述，具体分析了凸轮轴新产品工艺开发的流程与方法，也为后续新产品的工艺开发提供支持与参考。既提高了凸轮轴产品加工工艺的自主开发能力，又降低了研发成本，提高了产品和企业的市场竟争力。

参考文献：

[1]王先逵等.机械加工工艺手册.第2卷加工技术卷[S].北京：机械工业出版社，2006（12）.

[2]刘洁.机械工程师简明手册[S].郑州：河南科学技术出版社，1989：142l-l436.