凸轮设计说明书

机械制造技术基础

课程设计说明书

设计题目：凸轮零件的机械加工工艺规程及夹

具设计

设 计 者： xxxxx

指导教师： xxx

2010年9月17日

Xxxx学

机械制造技术基础课程设计任务书

题目：凸轮零件的机械加工工艺规程及夹具设计

内容：1、零件图 1张

2、毛坯图 1张 3、机械加工工艺规程 1张 4、夹具结构设计装配图 1张 5、夹具结构设计零件图 1张 6、课程设计说明书 1份

班 级： xxxxxxxx 学 生： xxxxx 指导教师： xxxxx

2010年9月17日

目录

第一节 凸轮的工艺分析 ................................................. 4

一、凸轮用途 ................................................................ 4 二、凸轮的技术要求 .......................................................... 4

第二节 确定毛坯、绘制毛坯图 ........................................... 4

一、选择毛坯 ................................................................ 4 二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 ........................................ 5

第三节 拟定工艺路线 ................................................... 5

一、定位基准的选择 .......................................................... 5 二、表面加工方法的确定 ...................................................... 5 三、工序顺序安排 ............................................................ 6 四、确定工艺路线 ............................................................ 6

第四节 切削用量、时间定额的计算 ....................................... 7

一、切削用量的计算 .......................................................... 7 二、时间定额的计算 ......................................................... 14

第五节 机床夹具设计 .................................................. 15

一、夹具设计任务 ........................................................... 15 二、夹具设计定性分析 ....................................................... 15 三、夹具使用要点 ........................................................... 16

参考文献 ............................................................. 17

第一节 凸轮的工艺分析

一、凸轮用途

该凸轮应用在一汽汽车变速箱的换挡机构中。凸轮以

孔通过键固定在

轴上，与变速机构连接的连杆安装在凸轮槽内，凸轮摆动驱动连杆运动，实现换挡变速。

该凸轮在改换档位时主要承受冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度，以适应凸轮的工作条件。该零件的主要工作表面为凸轮槽的两侧面、大端面、键槽。

二、凸轮的技术要求

该凸轮形状特殊，结构简单，属于典型的偏心轮零件。凸轮槽两侧面在工作中需要承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求淬火处理，硬度为48HRC；为保证凸轮在驱动连杆运动过程中受力均匀，要求凸轮大端面对xx孔轴线的垂直度要求为0.05mm。

依据设计题目知：该零件的生产类型为大批大量生产。

第二节 确定毛坯、绘制毛坯图

一、选择毛坯

由于该凸轮在工作过程中要承受反复冲击，小载荷，为增强凸轮的强度，且考虑零件材料为45钢，因此选用铸件。该零件的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批大量生产，为提高生产率和铸件精度，宜采用金属模机器造型制造毛坯。毛坯的铸造斜度为23

二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量

由表2.3-5③可知，确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量，如下表所示：

三、绘制凸轮铸造毛坯简图

见附图2。

第三节 拟定工艺路线

一、定位基准的选择

1.精基准的选择

根据该零件的技术要求和装配要求，选择凸轮

280

0.021

mm

孔作为精基准，零件上

的很多表面都可以采用它作为基准进行加工，即遵循“基准统一”的原则。Xx的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工大端面、工艺孔、键槽、凸轮槽和小端面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。 2. 粗基准的选择

作为粗精准的表面应平整，没有铸造毛刺和其他表面缺陷。本设计选择45mm外圆表面作为粗基准。采用45mm外圆面定位加工内孔可保证壁厚均匀；同时也能保证大端面与28mm孔轴线的垂直度要求。

二、表面加工方法的确定

根据凸轮零件图个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如表1-2所示。

表1-2 凸轮零件各表面加工方案

二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量

由表2.3-5③可知，确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量，如下表所示：

三、绘制凸轮铸造毛坯简图

见附图2。

第三节 拟定工艺路线

一、定位基准的选择

1.精基准的选择

根据该零件的技术要求和装配要求，选择凸轮

280

0.021

mm

孔作为精基准，零件上

的很多表面都可以采用它作为基准进行加工，即遵循“基准统一”的原则。Xx的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工大端面、工艺孔、键槽、凸轮槽和小端面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。 2. 粗基准的选择

作为粗精准的表面应平整，没有铸造毛刺和其他表面缺陷。本设计选择45mm外圆表面作为粗基准。采用45mm外圆面定位加工内孔可保证壁厚均匀；同时也能保证大端面与28mm孔轴线的垂直度要求。

二、表面加工方法的确定

根据凸轮零件图个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如表1-2所示。

表1-2 凸轮零件各表面加工方案

三、工序顺序安排

1.机械加工工序

（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——xx

（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——xx孔、大端面和键槽、凸轮槽，后加工次要表面——小端面

（4）遵循“先面后孔”原则，先加工大端面，在加工2-6mm工艺孔。 2.热处理工序

凸轮槽在办精工之后进行局部高频淬火处理，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。 3.辅助工序

在办精工之后，安排去毛刺和中间检验工序，最后清洗和终检工序。

综上所述，该凸轮工序的安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理。

四、确定工艺路线



工序I 粗镗孔至27.7mm，半精镗孔，保证尺寸280

0.021

mm

，表面粗糙度

Ra3.2mm；粗车、半精车大端面至38mm，并倒角145。以45mm外圆表面为粗

基准，进行定位夹紧。

101，工序II 钻工艺孔26mm，保证设计尺寸550.1mm，R470.1mm，

以

280

0.021

mm

孔轴线为定位基准，同时加一个厚度15mm的侧面。

0.0210.022

6mm280mm0工序III 拉键槽，保证尺寸，槽顶面距离孔下母线

0.022

30.6mm ，表面粗糙度Ra6.3mm。以280

0.021

mm

孔轴线为定位基准。

工序IV 粗半精铣凸轮槽，保证槽深8mm，宽160.1mm，两侧面粗糙度

Ra3.2um，底面Ra6.3um，以280

0.021

mm

孔、键槽一侧面和其中一个工艺孔进行定位。

工序V 粗车、半精车小端面，保证尺寸35mm，表面粗糙度Ra3.2um，并倒角内孔倒角145，外圆倒角245，以大端面为定位基准

工序VI 钻螺纹孔6.8mm，用M8丝锥攻丝，以小端面为工序基准。 工序VII 凸轮槽局部淬火，深度3mm，保证HB48HRC。

第四节 切削用量、时间定额的计算

一、切削用量的计算

1.工序I——粗半精镗孔、粗半精车大端面

（1）要求：保证孔尺寸

38mm，倒角145

280

0.021

mm

，粗糙度Ra3.2mm；粗车、半精车大端面至

机床：卧式车床CA6140

刀具：高速钢通孔用镗刀焊15x100x50mm；接式硬质合金端面车刀

16x25mm。

（2）计算切削用量

1）粗镗孔27.7mm工步 ①切削深度a

p

a

p

(27.724.7)/2mm1.5mm

②进给量f 根据已知条件，从表2-5②查得f0.150.30mm/r，根据所

用的CA6140车床的技术参数，实际选取f0.20mm/r。

③切削速度vc采用查表法确定，从表2-7②查得vc

际选取

n

1000c

0.160.32m/s

，实

v



c

0.24mm/s

，由

v

c

可推出机床的主轴转速n

dw

10000.24

r/s163.8r/min

28

根据所用CA6140型车床的主轴转速数，取n200r/min，故实际切削速度为

vc

wn

1000



28200

1000

m/min17.6m/min

④切削工时tj根据表5-39①，计算 式中

tj

l12

fn



3543

min1.05min

0.20200

l35mm,l14mm,l23mm

280

0.021

2)半精镗孔

mm

工步

①切削深度a

p

a

p

(2827.7)mm0.3mm

②进给量f 根据已知条件，从表2-5②查得f0.080.12mm/r，根据

所用的CA6140车床的技术参数，实际选取f0.12mm/r。

③切削速度vc，车床主轴转速n，同上。

④切削工时

t

j

tj

l12

fn



3543

min1.75min

0.12200

3）粗车大端面39mm工步 ①切削深度a

p

a

p

2mm

②进给量f 根据已知条件，从表2-5②查得f0.60.9mm/r，根据所用

的CA6140车床的技术参数，实际选取f0.71mm/r。

③切削速度vc采用查表法确定，从表2-7②查得选取 vc

由

n

75mm/min

，

v

c

可



推出机床的主轴转速

n

1000c

dw

100075

r/min186.6r/min

128

根据所用CA6140型车床的主轴转速数，取n200r/min，故实际切削速度为

vc

wn

1000



128200

1000

m/min80.4m/min

④切削工时tj根据表5-39①，计算 式中

tj

l12

fn



5443

min0.43min

0.71200

l54mm,l14mm,l23mm

4）半精车大端面38mm工步 ①切削深度ap

a

p

1mm

，

②进给量f 根据零件图附图1提供的加工表面粗糙度Ra3.2um的要求，

mm/r，根据所用的CA6140车床的进给量数列取从表2-6②查得f0.250.30f0.26mm/r。

③切削速度vc采用查表法确定，从表2-7②查得选取 vc

125mm/min

，由

v

c

可

1000c

推



出机床的主轴转速

n

n

dw

1000125

r/min311.0r/min

128

根据所用CA6140型车床的主轴转速数，取n320r/min，故实际切削速度为

vc

wn

1000



128200

1000

320m/min128.6m/min

④切削工时tj 根据表5-39①，计算 式中

tj

l12

fn



5443

min0.73min

0.26320

l54mm,l14mm,l23mm

2.工序II——钻工艺孔

（1）要求：保证6mm，550.1mm，R470.1mm，101。

机床：立式钻床Z525 刀具：直柄麻花钻6mm （2）计算切削用量

①进给量f0.16mm/r（见《切削手册》表2.7）

②计算切削速度，按《切削手册》表2.13及表2.14按５类加工性质考虑

V17.56m/min

ns

③确定主轴转速 ④按机床选取

1000Vc100017.56

923(r/min)dw6

ns983(r/min)（按《工艺手册》表９－３）

V

dwnw

1000

所以实际切削速度



6983

1000

18.52(m/min)

2t2

⑤切削工时

ll1l21853

20.34(min)nwf0.16983

其中切入切出长度分别定为l15mm,l23mm,l218mm,

3.工序III——拉键槽

0.0220.0226mm30.6mm，粗糙度Ra6.3mm。 00（1）要求：保证尺寸，

机床：卧式拉床，L6120 刀具：键槽拉刀，6750mm （2）计算切削用量

1）单面齿升 根据有关手册定为

fz0.06mm

2）拉削速度定为V0.06m/s（即3.6m/s）

t

3）切削工时：

Zblk

1000VfzZ

式中Ｚ－单面余量2mm

l－拉削长度35mm

－考虑校准部分的长度系数 取1.2， ｋ－考虑机床返回行程系数 取1.4， ｖ－拉削速度(m/min)，

fz－拉刀单面齿升

Z拉刀同时工作的齿数，P拉刀齿距

P(1.25

1.5) 8mm

z

1354p8

4）拉刀同时工作的齿数

所以

tj

2351.21.4

0.14min

10003.60.064

4．工序IV——粗半精铣凸轮槽

（1）要求：槽深8mm，宽160.1mm，两侧面粗糙度Ra3.2um，底面Ra6.3um 机床：立式钻床Z525

刀具：莫式锥柄立铣刀12mm

10

（2）计算切削用量

1）粗加工凸轮槽深度7mm工步 ①进给量fz0.08mm/齿 ②切削速度参考有关手册。定为vc

20m/min

，

③确定主轴转速莫氏立铣刀12mm，dw12mm，z=4　则

ns

1000Vc100020

531(r/min)dw12

fmfzzns0.084531169.92mm/min

tmi

④切削工时

ll1l22043

22.42minfm169.92

式中切入切出长度分别定为l1204mm,l23mm,l20mm, 2）精加工凸轮槽至8mm深

①进给量f，切削速度vc，主轴转速n同上。 ②切削工时tj

tji

ll1l22043

11.21minfm169.92

式中切入切出长度分别定为l1204mm,l23mm,l20mm, 5. 工序V ——粗车、半精车小端面

（1）要求：M8螺纹孔

机床：立式钻床Z525

刀具：直柄麻花钻6.8mm，M8丝锥 （2）计算切削用量

1）粗车小端面36mm工步 ①切削深度a

p

a

p

2mm

②进给量f 根据已知条件，从表2-5②查得f0.40.5mm/r，根据所

用的CA6140车床的技术参数，实际选取f0.46mm/r。

③切削速度vc采用查表法确定，从表2-7②查得选取 vc

11

90mm/min

，

由

n

v

c

可



推出机床的主轴转速

n

1000c

dw

100090

r/min636.9r/min

45

根据所用CA6140型车床的主轴转速数，取n710r/min，故实际切削速度为

vc

④

wn

1000



128710

1000

m/min100.3m/min

①

切削工时

t

j

根据表5-39，计算

tj

l12

fn



1743

min0.07min

0.71200

式中

l17mm,l14mm,l23mm

4）半精车小端面35mm工步 ①切削深度ap

a

p

1mm

，

②进给量f 根据零件图附图1提供的加工表面粗糙度Ra3.2um的要

求，从表2-6②查得f0.250.30mm/r，根据所用的CA6140车床的进给量数列取

f0.26mm/r。

③切削速度vc 采用查表法确定，从表2-7②查得选取 vc

由

n

115mm/min

，

v

c

可



推出机床的主轴转速

n

1000c

dw

1000115

r/min813.9r/min

45

根据所用CA6140型车床的主轴转速数，取n900r/min，故实际切削速

度为

vc

wn

1000



45900

1000

m/min127.2m/min

①

④切削工时

t

j

根据表5-39，计算

12

tj

l12

fn



1743

min0.10min

0.26320

式中切入切出长度分别定为6. 工序VI——钻螺纹孔、攻丝

（1）要求：M8螺纹孔

机床：立式钻床Z525

l17mm,l14mm,l23mm

刀具：直柄麻花钻6.8mm，M8丝锥 （2）计算切削用量 1）钻孔6.8mm工步

①进给量取f0.2mm/r根据《切削手册》表2.7当钢的

b80M0Pa,d

6.m8m时，

②确定切削速度：根据《切削手册》表2.13及表2.14的切削速度

v

c

15.32m/min

，

ns

③确定主轴转速 ④根据机床说明书取

1000Vc100015.32

717.5r/mindw6.8，

nw723r/min，

V

dwnw

1000

故实际切削速度为 ⑤切削工时tj



6.8723

1000

15.4(m/min)

，

tj

ll1l21053

0.12min

nwfm7230.2

式中切入切出长度分别定为2）攻螺纹Ｍ8工步

①进给量取f1.25mm/r

l10mm,l15mm,l23mm

②确定切削速度 取V0.1m/s(6m/min) ③确定主轴转速

ns238r/min

nw195r/min，则V4.9m/min

13

④按机床说明书选取

⑤切削工时tj

tj

ll1l216

0.07minnwf1951.25

式中切入切出长度分别定为l10mm,l13mm,l23mm

二、时间定额的计算

时间定额计算包括基本时间tj、辅助时间tf其他时间（布置工地时间tb和休息与生理需要时间tx）以及单件时间tdj的计算。上面部分以对基本时间做了计算，下面就对其余三项进行计算。

1.根据第五章第二节所述，辅助时间tf与基本时间tj之间的关系为

t

f

(0.150.20)tj,本例取tf0.15tj

┄①；

2.除了作业时间（基本时间tj和辅助时间tf之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工地时间tb和休息与生理需要时间tx、准备和终结时间。由于凸轮的生产类型为大批大量生产，分摊每个工件上的准备和终结时间甚微，可忽略不计；布置工地时间tb是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的

2%4%，本设计均取3%，则各工序的其他时间（tbtx）可按关系式

(3%3%（)tj+tf）┄②计算；

3.单件时间tdjtjtf(tbtx)┄③；

综上所述，可以得到单件时间tdj1.151.06tj， 因此各工序的单件时间分别为： 工序1的单件时间：

tt

dj

1.151.06tj1.151.06(1.051.750.430.73)min4.83min

工序2的单件时间：

dj

1.151.06tj1.151.060.34min0.41min

工序3的单件时间：

tdj1.151.06tj1.151.060.14min0.17min 工序4的单件时间：

14

tdj1.151.06tj1.151.06(2.421.21)min4.42min

工序5的单件时间：

t

tdjdj1.151.06tj1.151.06(0.120.07)min0.23min 工序6的单件时间： 1.151.06tj1.151.06(0.070.10)min0.21min

第五节 机床夹具设计

一、夹具设计任务

附图2所示为粗半精镗孔、粗半精车大端面的工序简图。已知：工件材料为45钢，毛坯为铸件，所用机床为CA6140卧式车床，大批大量生产。

二、夹具设计定性分析

1．工序难点

工件为较厚壁件,加工面积大,存在大偏心,故车削夹具设计时须考虑以下内容。车削夹具装配图见附图3所示。

1)夹紧: 可用三瓜卡盘夹55mm夹具套外圆;

2)配重平衡: 因工件存在大偏心,偏心力的作用会使主轴磨损厉害,通过配重可以使主轴运转正常,减少磨损,提高设备使用寿命;

3)消振: 因为是断续切削,切削力的作用会使工件产生周期性的振动,而定位面为毛坯面,只有消除定位间隙才能减小工件的形变与振动,才能保证加工平面有比较好的平面度、粗糙度,故须考虑消振装置。

2.夹具原理

1）将工件放入夹紧套中，利用三瓜卡盘夹紧55mm夹具套外圆, 实现定心传力, 限制径向移动转动4个自由度；

2）利用等高的支撑钉5和配重块6将夹紧套固定在三爪卡盘上，又达到配重平衡的目的。

3）利用夹具套上的两个侧面与工件的两个侧面接触，起传递扭矩的作用。

3.定位方案

工件以小端面和45mm的外圆表面作为定位基准，采用专用夹具套和支撑钉定位方案。工件放入夹具套中，夹具套的内孔中有一阶梯台限制工件沿车床主轴轴向的一个自由度，利用三瓜卡盘夹紧55mm夹具套外圆，限制四个自由度，夹具套开有锪口，便于夹紧工件。支撑钉安装在三爪卡盘上，限制夹具套的一个（轴向）自

由度。利用配重块实现车削时的平衡。

4.夹紧力分析

采用三爪卡盘进行径向加紧，实现定心传力。夹紧力的作用点位于夹具套的外圆面上，且较靠近加工表面，利于加紧稳固可靠；夹紧力的作用方向垂直于定位基面——外圆表面。

5.夹具套

夹具套见附图4所示

补充，夹具设计计算从切削力、夹紧力、配重平衡等方面进行进一步的确定。在此，由于自身能力有限，只进行定性分析，未进行定量计算。

三、夹具使用要点

工件装夹时, 应先预紧, 然后轻敲工件使之与夹具套端面贴合好，再完全夹紧。

注：文中带上表“①”相关数据来自文献[1]

文中带上表“②”相关数据来自文献[2]

文中带上表“③”相关数据来自文献[3]

参考文献

[1]于俊一，邹青主编.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社2004.1

[2]邹青主编.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社

2004.8

[3]李洪主编.机械加工工艺手册.北京：北京出版社 1990.12

[4]上海市金属切削技术协会主编.技术切削手册 第二版.上海：上海科学技术

出版社1984.4

[5]赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书 第二版.哈尔滨工业大学机械

工业出版社 2002