基于车铣技术凸轮轴加工工艺的研究

论文摘要

车铣技术是当今世界机械加工领域的一项高新技术。由于其切削效率高、加工精度好等优点在当今工业发达国家的应用越来越广泛,利用多轴联动的车铣技术实现在一次装夹中完成凸轮轴的大部分加工是一种全新的凸轮轴加工技术。在车铣加工中心加工凸轮轴能够最大限度的缩短生产周期,仅需一次装夹就可以获得最佳精度。此领域的理论研究相对甚少,因此利用车铣技术对凸轮轴加工工艺设计和优化的研究有很重要的现实意义。凸轮轴的加工工艺经历了长期的发展过程,从传统的靠模仿形磨削加工到先进的数控加工,传统凸轮轴的靠模加工带有缺陷已经不适应现代生产的情况。随着车铣复合技术的发展,车铣加工凸轮轴“一次装夹,完全加工”可以替代传统生产工艺,从而车铣加工凸轮轴优越性得到充分体现。本文通过对车铣凸轮轴进行工艺设计和优化,建立了凸轮轴三维实体模型,采用先进的智能编程系统软件EdgeCAM对凸轮轴进行车铣组合数控编程,合理规划刀具的走刀路径,仿真并生成刀具轨迹,根据采用的车铣中心,经过后处理最终生成NC代码程序并进行车铣加工凸轮轴实验,验证了数学模型和仿真的正确性。本文的具体的研究内容如下：(1)利用三次样条函数对凸轮升程表数据进行插值拟合,得到凸轮的轮廓曲线并进行曲线拟合误差分析和光顺处理,建立车铣加工凸轮轴刀具路径数学模型,分析车铣加工刀具走刀路径。(2)针对车铣加工凸轮轴工艺设计研究,对车铣加工中刀具、定位基准、切入点和切出点等工艺参数进行选择,制订了车铣加工凸轮轴的工艺流程,探讨了采用车铣加工方法进行凸轮轴加工工艺。建立以最高生产率和最低生产成本为目标的优化函数,借助Mtalab数学软件进行目标函数优化计算。(3)利用EdgeCAM对凸轮轴进行车铣组合编程与仿真,其车铣加工模块在生成刀具路径和刀具路径优化方面都体现高效本质,工序更加集中,从而获得更高的位置精度；通过实体加工仿真检查刀具、工件和夹具在加工过程中是否发生碰撞,提高凸轮轴加工质量和生产效率。(4)在车铣加工中心上进行车铣加工凸轮轴实验,验证编程仿真的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 车铣技术简介
• 1.1.1 车铣技术定义及特点
• 1.1.2 车铣加工中心在国内外发展状况
• 1.1.3 车铣复合加工工艺的应用
• 1.1.4 CAM在车铣加工中心的发展与应用
• 1.2 凸轮轴加工工艺的研究与发展
• 1.2.1 凸轮轴的工作性能要求
• 1.2.2 凸轮轴加工工艺的发展
• 1.2.3 凸轮轴加工工艺国内外研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第二章 凸轮轴数控加工数学模型与曲线优化
• 2.1 凸轮轮廓曲线拟合的插值方法
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 三次样条函数拟合插值方法
• 2.1.3 N次谐波逼近方法
• 2.1.4 凸轮曲线拟合结果及误差分析
• 2.2 凸轮廓形曲线的光顺处理
• 2.2.1 光顺的概念提出及重要性
• 2.2.2 光顺处理的方法
• 2.2.3 光顺前后轮廓曲线曲率分析
• 2.3 车铣加工凸轮轴刀具中心轨迹数学模型
• 2.3.1 轴向车铣凸轮轴刀具中心轨迹数学模型
• 2.3.2 正交车铣凸轮轴刀具中心轨迹数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 车铣加工凸轮轴工艺优化设计
• 3.1 凸轮轴加工工艺发展研究
• 3.1.1 凸轮轴制造工艺的特点
• 3.1.2 凸轮轴传统加工工艺简介
• 3.2 采用车铣加工凸轮轴工艺的优越性
• 3.2.1 凸轮轴传统加工工艺缺陷
• 3.2.2 车铣加工凸轮轴工艺的先进性
• 3.3 车铣加工凸轮轴工艺设计
• 3.3.1 车铣加工定位基准的选择
• 3.3.2 车铣加工阶段的划分及工序顺序的安排
• 3.4 凸轮型面的车铣加工工艺分析
• 3.4.1 凸轮型面车铣加工刀具的选择
• 3.4.2 凸轮型面刀具切入切出点的选择
• 3.4.3 凸轮型面车铣加工切削用量的选择
• 3.5 基于Matlab车铣加工凸轮轴切削用量的优化分析
• 3.5.1 确定优化设计变量
• 3.5.2 建立目标函数
• 3.5.3 约束条件
• 3.5.4 车铣凸轮轴切削用量优化实例分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 凸轮轴实体建模与车铣编程仿真
• 4.1 凸轮轴实体建模
• 4.1.1 PROE建模软件简介
• 4.1.2 凸轮轴三维实体建模
• 4.2 基于EdgeCAM凸轮轴车铣编程与仿真
• 4.2.1 EdgeCAM软件的选用
• 4.2.2 EdgeCAM车铣编程
• 4.2.3 创建车端面刀具路径
• 4.2.4 创建车轴预刀具路径
• 4.2.5 创建车槽刀具路径
• 4.2.6 创建圆弧连接轴颈的精加工刀具路径
• 4.2.7 创建铣凸轮刀具路径
• 4.3 EdgeCAM凸轮轴模拟加工仿真
• 4.4 车铣加工后处理
• 4.5 本章小结
• 第5章 车铣加工凸轮轴实验
• 5.1. 实验设备
• 5.2. 实验过程
• 5.3. 实验结果分析
• 5.3.1 实验加工凸轮轴零件
• 5.3.2 凸轮轴表面粗糙度的检测
• 5.3.3 实验结论
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 附表一
• 附表二