4209全自動軸承內(nèi)圓磨床進給機構(gòu)設(shè)計,全自動,軸承,磨床,進給,機構(gòu),設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 任務(wù)書 題 目: 全自動軸承內(nèi)圓磨床進給系統(tǒng)設(shè)計 院系名稱： 機電學(xué)院 專業(yè)班級：機自0402 學(xué)生姓名： 張杰 學(xué) 號：2004142041 指導(dǎo)教師： 馬玉平 教師職稱： 副教授 起止日期：2008年2月25日 地 點: 中原路 2008年 2 月 25 日  畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 1．本畢業(yè)設(shè)計課題應(yīng)達到的目的： 小型深溝球軸承是使用量較大的軸承產(chǎn)品。其生產(chǎn)方式為大批量生產(chǎn)。由于行業(yè)的競爭日益激烈，生產(chǎn)廠家特別重視產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工工序中，內(nèi)圈磨削是一種瓶頸工序，也是關(guān)鍵工序。傳統(tǒng)的手動和半自動內(nèi)磨床難以滿足使用要求。因此，有必要設(shè)計開發(fā)以提高加工效率和質(zhì)量為目的的全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床。軸承加工是以大批量為特征的，因此加工設(shè)備不僅要保證軸承所要求的各項精度而且效率也是一個很重要的指標。而隨著軸承工業(yè)的發(fā)展，對軸承磨床的加工精度和加工效率也提出了更高的要求。進給系統(tǒng)是軸承加工中提高效率的一項關(guān)鍵之一。所以我們有必要去對進給系統(tǒng)進行研究。該課題有利于提高學(xué)生的（1）綜合應(yīng)用能力（2）應(yīng)用參考文獻的能力（3）設(shè)計能力（4）計算能力（5）計算機應(yīng)用能力（6）分析問題的能力（7）創(chuàng)新能力等。 2．本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 1、 機床的加工對象 該磨床主要用于大批量生產(chǎn)中高級精度的深溝球軸承內(nèi)徑的磨削。主要用于磨削軸承套圈內(nèi)徑，也適合磨削其他環(huán)形零件的內(nèi)徑，最適合大批量全自動化生產(chǎn)。 2、 機床的加工范圍 該磨床所加工軸承套圈的規(guī)格為： 磨孔直徑： φ10-30毫米 最大磨削深度： 30毫米 最大工件外徑： φ52毫米 加工余量: 0.2-0.35毫米 加工寬度: 9-30毫米 加工質(zhì)量: 高于軸承國家標準對于P0級精度的軸承要求 3、 工件的加工精度 作為精密的機械元件，滾動軸承工作性能能直接影響逐級的工作性能，甚至于裝在主機關(guān)鍵部件的軸承的工作能力，幾乎決定了該逐級的工作性能，除高精密軸承外，象耐高溫、耐低溫、防銹、防震、高速、高真空、和耐腐蝕等具有特殊 性能要求的軸承的質(zhì)量指標也是十分嚴格的。 一般來說，滾動軸承應(yīng)具有高的壽命,低的噪音，小的旋轉(zhuǎn)力矩和高的可靠性，這些基本性能要達到這些要求，就必須在機械加工工藝上首先確保軸承零件套圈的以下指標： 旋轉(zhuǎn)精度：要求軸承的套圈的幾何形狀精度和位置精度不超過幾微米。 尺寸精度：要求套圈的尺寸精度在幾微米之內(nèi)。 粗糙度：安裝表面粗糙度Ra值不大于0.63μm-0.32μm， 尺寸穩(wěn)定度：在長期存放和工作時沒有明顯的尺寸和形狀變化。 質(zhì)量指標：尺寸公差7微米：圓度3微米：粗糙度0.04μm 4、軸承內(nèi)套圈內(nèi)徑終磨技術(shù)條件(見下表) 套圈尺寸 尺寸公差 (μm) 橢 圓 度 (μm) 錐 度 (μm) 端面 側(cè)擺 (μm) 光 潔 度 (μm) -10 mm －1 －1 －8 －7 －5 4 2. 5 1.5 5 2.5 2 1.4 6 4 Δ7 Δ8 Δ9 10-18 mm －1 －1 －10 －7 －5 5 3 1.5 5 3 2 1.4 6 5 Δ7 Δ8 Δ9 18-30 mm －1 －1 －12 －8 －6 6 3 2 6 3 2.5 1.4 7 6 Δ7 Δ8 Δ9 5、機床的運動參數(shù)及動力參數(shù) 磨架最大縱向行程(mm) 150 磨架往復(fù)振幅(mm) 14 (無級調(diào)速) 磨架往復(fù)頻率(次/分) 150-450 (無級調(diào)速) 砂輪軸型號 GDZ-36 GDZ-48 GDZ-60 砂輪軸轉(zhuǎn)速 (rpm) 36000 48000 60000 砂輪軸功率 (KW) 5.0 3.5 2.5 工件軸轉(zhuǎn)速(rpm) 低速450 567 710 高速900 1134 1420 工件架最大橫向移動量(mm) 25 工件架回轉(zhuǎn)角度 0-1.5 工件架最大進給量(mm) 0.46 (半徑) 工件架快跳量(mm) 0-5 (無級可調(diào)) 粗磨速度(mm/min) 0.8-2 精磨速度(mm/min) 0.25-0.5 快速趨進工作速度(mm/min) 15 工件架粗精進給微退量(mm) 0.001-0.016 6、設(shè)計工作要求： 自動進給系統(tǒng)部件圖一張； 總裝配圖一張； 主要零件圖； 英文翻譯一份； 畢業(yè)設(shè)計說明書一份。 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 3．對本畢業(yè)設(shè)計課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計、圖表、實物樣品等〕： 外文文獻翻譯1份 ，不少于3000漢字 實習(xí)報告或方案論證報告1份 圖紙量不少于零號圖紙4張 完成設(shè)計說明書（含畢業(yè)設(shè)計心得）1份，格式規(guī)范 4．主要參考資料： [1] 盧秉恒，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，機械工業(yè)出版社，1999 [2] 鐵維麟，機床備件手冊，機械工業(yè)出版社，1999 [3] 鄭修本，機械制造工藝學(xué)，機械工業(yè)出版社，1999 [4] 戴曙，金屬切削機床，機械工業(yè)出版社，1999 [5] 董剛，機械設(shè)計， 機械工業(yè)出版社，1999 [6] 楊黎明，機械設(shè)計簡明手冊，國防工業(yè)出版社，2007 [7] 機械零件設(shè)計手冊，冶金工業(yè)出版社，1981 [8] 徐灝，機械設(shè)計手冊，機械工業(yè)出版社， 2001 [9] 雅謝利，磨床，機械工業(yè)出版社，1999 [10] 楊黎明 ，機械零部件選用與設(shè)計，國防工業(yè)出版社， 2006 [11] 杜君文，機械制造技術(shù)裝備及設(shè)計，機械工業(yè)出版社，2000 [12] 金屬切削機床夾具手冊， 機械工業(yè)出版社，1993 [13] 凸圓外圈微型深溝球軸承外形尺寸， 機械工業(yè)出版社，2001 [14] 磨床設(shè)計制造基礎(chǔ)，機械工業(yè)出版社， 2002 [15] 最新軸承手冊， 電子工業(yè)出版社，2006 [16] 機械設(shè)計機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計， 高等教育出版社，1995 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 5．本畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2008年 2月25 日~ 3 月 30 日 完成畢業(yè)設(shè)計方案論證報告 2月 25 日~ 3 月 30 日 完成外文資料翻譯 4月 1 日~ 5 月 1 日 完成畢業(yè)設(shè)計圖紙 5月 2 日~ 5 月 20 日 畢業(yè)設(shè)計說明書編寫 5月21 日~ 5 月31 日 畢業(yè)設(shè)計說明書修改 所在系（教研室）審查意見： 負責(zé)人： 年 月 日 院（部）學(xué)術(shù)委員會意見： 負責(zé)人： 年 月 日 機電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計方案 論證報告 設(shè)計題目: 全自動軸承內(nèi)圓磨床進給機構(gòu)設(shè)計 學(xué)生姓名： 張 杰 學(xué) 號： 2004142041 專業(yè)班級： 機自0402 指導(dǎo)教師： 馬玉平 2008年4月6日 目 次 1 課題的來源與意義 2 1.1課題的背景與意義 2 1.2 課題設(shè)計要解決的問題 2 1.3 課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 1.4 課題國內(nèi)外研究的概況 3 1.5課題的發(fā)展趨勢與應(yīng)用對象 4 2 本課題的設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求 4 2.1本畢業(yè)設(shè)計課題應(yīng)達到的目的 4 2.2 本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求 4 3 方案擬定 5 3.1 自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計與布局 5 3.2軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點 5 3.3全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對象，范圍及要求 6 3.4 機床的主要運動及參數(shù)分析 8 3.5 影響機床加工精度和效率的工藝因素 9 3.6機床主要部件結(jié)構(gòu)方案評價 9 4 方案對比 11 5 方案論證結(jié)果 12 6 本畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃： 13 參考資料 14 1 課題的來源與意義 1.1課題的背景與意義 軸承內(nèi)圓內(nèi)圈磨床是指用于磨削軸承內(nèi)圓的專用磨床。五十年代，開始逐步發(fā)展了切入式軸承專用內(nèi)圓和外圓磨床；至八十年代，隨著機床基礎(chǔ)元件技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)的高速發(fā)展，軸承套圈內(nèi)圓和外圓磨床的技術(shù)的日趨完善，相繼出現(xiàn)了PC和 CNC控制軸承套勸內(nèi)圓和外圓磨床及CAC控制的軸承套圈內(nèi)圓磨床，使現(xiàn)代控制技術(shù)與先進的機床功能組件相得益彰，大大提高了機床的自動化程度、可靠性、工作精度和生產(chǎn)效率。 迄今為止，較著名的軸承磨床制造廠主要有：美國的勃蘭恩特、希爾德；西德的奧佛貝克；意大利的西馬特、法米爾、諾瓦；日本的精工精機、東洋工 業(yè)公司；東德的柏林機床廠、卡爾馬克思城磨床廠等。 本課題為生產(chǎn)軸承的企業(yè)提出的實際課題。小型深溝球軸承是使用量較大的軸承產(chǎn)品。其生產(chǎn)方式為大批量生產(chǎn)。由于行業(yè)的競爭日益激烈，生產(chǎn)廠家特別重視產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工工序中，內(nèi)圈磨削是一種瓶頸工序，也是關(guān)鍵工序。傳統(tǒng)的手動和半自動內(nèi)磨床難以滿足使用要求。因此，有必要設(shè)計開發(fā)以提高加工效率和質(zhì)量為目的的全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床。 1.2 課題設(shè)計要解決的問題 軸承加工是以大批量為特征的，因此加工設(shè)備不僅要保證軸承所要求的各項精度而且效率也是一個很重要的指標。所以上下料的輔助時間是可以考慮縮 短來提高效率的。而隨著軸承工業(yè)的發(fā)展，對軸承磨床的加工精度也提出了更高的要求。尺寸精度是軸承加工中控制的一項關(guān)鍵之一。所以我們有必要去對上下料及進給進行研究。 在學(xué)校翻閱圖書館大量文獻，研究出初步的設(shè)計方案。去工廠進行實地考察，結(jié)合書本知識，得出最佳設(shè)計方案。 1.3 課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 隨著軸承工業(yè)的迅速發(fā)展，對軸承磨床的加工精度、效率、可靠性提出了更高的要求。尺寸精度是軸承加工中控制的一項關(guān)鍵精度之一，而磨床的進給機構(gòu)直接影響軸承套圈加工的尺寸精度。因此，隨著軸承質(zhì)量要求的不斷提高，需要更加精密高效的磨床進給機構(gòu)。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。小型深溝球軸承是使用量較大的軸承產(chǎn)品。其生產(chǎn)方式為大批量生產(chǎn)。 由于行業(yè)的競爭日益激烈，生產(chǎn)廠家特別重視產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工工序中，內(nèi)圈磨削是一種瓶頸工序，也是關(guān)鍵工序。傳統(tǒng)的手動和半自動內(nèi)磨床難以滿足使用要求。因此，有必要設(shè)計開發(fā)以提高加工效率和質(zhì)量為目的的全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床。 1.4 課題國內(nèi)外研究的概況 十八世紀30年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機和槍械等零件淬硬后的加工，英國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當時現(xiàn)成的機床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡單，剛度低，磨削時易產(chǎn)生振動，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。 1920年前后，無心磨床、雙端面磨床、軋輥磨床、導(dǎo)軌磨床，珩磨機和超精加工機床等相繼制成使用；50年代又出現(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達60～80米/秒的高速磨床和大切深、緩進給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機的數(shù)字控制和適應(yīng)控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應(yīng)用。 內(nèi)圓磨床和其他磨床一樣，在提高效率、自動化程度和萬能性方面有較大的發(fā)展。但精度提高得很慢。十多年來，內(nèi)孔不圓度最佳值一直保持在0.3～1um之間，最高表面粗糙度Ra0.08。為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)，各國都出現(xiàn)一批自動內(nèi)圓磨床，如美國海爾特公司的 OCF 型內(nèi)圓磨床，美國Bryant公司的C-2型內(nèi)圓磨床，德國SIP200X315型內(nèi)圓磨床。 1.5課題的發(fā)展趨勢與應(yīng)用對象 軸承套圈磨床是磨床的一個重要分支。我國的軸承套圈磨床已經(jīng)全部實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，現(xiàn)在正在使用的大批量高精度的軸承生產(chǎn)已經(jīng)廣泛采用自動線生產(chǎn)，代表著世界先進水平的軸承磨超自動線已經(jīng)大量的出口世界各地。我國的軸承磨床制造企業(yè)為我國的精密磨床發(fā)展做出了卓越的貢獻。 2 本課題的設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求 2.1本畢業(yè)設(shè)計課題應(yīng)達到的目的： 小型深溝球軸承是使用量較大的軸承產(chǎn)品。其生產(chǎn)方式為大批量生產(chǎn)。由于行業(yè)的競爭日益激烈，生產(chǎn)廠家特別重視產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工工序中，內(nèi)圈磨削是一種瓶頸工序，也是關(guān)鍵工序。傳統(tǒng)的手動和半自動內(nèi)磨床難以滿足使用要求。因此，有必要設(shè)計開發(fā)以提高加工效率和質(zhì)量為目的的全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床。在之前的軸承內(nèi)圓磨床的技術(shù)參數(shù)上進行改進，把原來的半自動化改成自動化程度更高的機床。原先的磨床進給還是采用棘輪機構(gòu)，用液壓來驅(qū)動，這樣的進給系統(tǒng)自動化程度低，精度也低，不適合現(xiàn)在的大規(guī)模，高精度生產(chǎn)。軸承加工是以大批量為特征的，因此加工設(shè)備不僅要保證軸承所要求的各項精度而且效率也是一個很重要的指標。而隨著軸承工業(yè)的發(fā)展，對軸承磨床的加工精度和加工效率也提出了更高的要求。進給系統(tǒng)是軸承加工中提高效率的一項關(guān)鍵之一。所以我們有必要去對進給系統(tǒng)進行研究。該課題有利于提高學(xué)生的（1）綜合應(yīng)用能力（2）應(yīng)用參考文獻的能力（3）設(shè)計能力（4）計算能力（5）計算機應(yīng)用能力（6）分析問題的能力（7）創(chuàng)新能力等。 2.2 本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： （1） 自動進給系統(tǒng)部件圖一張； （2） 總裝配圖一張； （3） 主要零件圖； （4） 英文翻譯一份； （5） 畢業(yè)設(shè)計說明書一份。 （6） 方案論證報告1份 （7） 圖紙量不少于零號圖紙4張 （8） 設(shè)計說明書（含畢業(yè)設(shè)計心得）1份 3 方案擬定 3.1 自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計與布局 磨削加工可分為一般磨削和高光潔度磨削（即精密磨削，超精磨削，鏡面磨削）兩種。 對于一般磨削，砂輪可當作一把多刀多刃的銑刀，每一顆磨粒相當于一個刀齒，每一個粒尖相當于一個“刀刃”。但他與銑刀又不同的地方就是砂輪有 無數(shù)的刀齒，且刀齒的排列和刀齒的角度都是及不規(guī)則的。高速旋轉(zhuǎn)的每一個“刀齒” ，在切削力的作用下，從工件表面上切除一條薄層的切屑，并在工件表面上摩擦發(fā)熱而產(chǎn)生火化。這樣無數(shù)磨礪切削的結(jié)果，就把工件表面要切除的金屬磨去，形成光滑表面。 對于精密磨削，超精密磨削和鏡面磨削，光滑表面的形成與一般磨削相似，單也有自身的特點。高光潔度磨削是由砂輪通過精細修整后形成等高的微刃切削作用和適當接觸壓力的摩擦拋光作用，使工件表面獲得高的光潔度。 3.2軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點 3.2.1 基本原理：圖3-1為滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔的磨削原理圖。 圖3-1滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔的磨削原理圖 磨削時，工件徑向進給，砂輪軸軸向往復(fù)移動，在粗進給和精進給磨削之間，往往需要修整砂輪。修整時，砂輪退出內(nèi)孔并在修整器位置往復(fù)運動一次，修整器就在砂輪表面去除一層磨料。每修整一次，就必須有一次補償進給量Δa,Δa的大小應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)條件經(jīng)驗合理確定，一般其數(shù)量級為1-10微米。 在內(nèi)圓磨削中，工件進給一般由機械控制，也有用步進電機控制的。砂輪轉(zhuǎn)速由電主軸控制：砂輪軸向長距離往復(fù)運動由油缸控制，而其往復(fù)振動則有偏心裝置控制。 3.2.2 軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨削的特點： ①砂輪剛度低 內(nèi)表面磨削時，砂輪受內(nèi)徑限制，常制成較細的懸臂梁狀，剛度很低：剛性差，易于變形，從而引起較大的尺寸和形狀誤差：砂輪軸無進給光磨，恢復(fù)變形時間較長，生產(chǎn)率很低。 ②磨削條件差 內(nèi)表面磨削時，砂輪直徑很小，為保證一定的磨削線速度，砂輪軸轉(zhuǎn)速極高，要上萬轉(zhuǎn)，很容易引起磨削系統(tǒng)的振動。在磨削時，砂輪與工件接觸面積大，磨礪抑郁鈍化，且自銳性不能充分發(fā)揮，產(chǎn)生熱量多，冷卻液很難進入磨削區(qū)，工件表面極易燒傷。 3.3全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對象，范圍及要求 3.3.1 機床的加工對象 該磨床主要用于大批量生產(chǎn)中高級精度的深溝球軸承內(nèi)徑的磨削。主要用于磨削軸承套圈內(nèi)經(jīng)，也適合磨削其他環(huán)形零件的內(nèi)徑，最適合大批量全自動化生產(chǎn)。 3.3.2 機床的加工范圍 該磨床所加工軸承套圈的規(guī)格為： 磨孔直徑： φ20-30毫米 最大磨削深度： 30毫米 最大工件外徑： φ42毫米 加工余量: 0.2-0.35毫米 加工質(zhì)量: 高于軸承國家標準對于P0級精度的軸承要求 3.3.3 工件的加工精度 作為精密的機械元件，滾動軸承工作性能能直接影響逐級的工作性能，直至裝在主機關(guān)鍵部件的軸承的工作能力，幾乎決定了該逐級的工作性能， 除高精密軸承外，像耐高溫、耐低溫、防銹、防震、高速、高真空、和耐腐蝕等具有特殊性能要求的軸承的質(zhì)量指標也是十分嚴格的。 一般來說，滾動軸承應(yīng)具有高的壽命,低的噪音，小的旋轉(zhuǎn)力矩和高的可靠性，這些基本性能要達到這些要求，就必須在機械加工工藝上首先確保軸承零件套圈的以下指標： 旋轉(zhuǎn)精度：要求軸承的套圈的幾何形狀精度和位置精度不超過幾微米。 尺寸精度：要求套圈的尺寸精度在幾微米之內(nèi)。 粗糙度：安裝表面粗糙度Ra值不大于0.63μm-0.32μm， 尺寸穩(wěn)定度：在長期存放和工作時沒有明顯的尺寸和形狀變化。 質(zhì)量指標：尺寸公差7微米：圓度3微米：粗糙度0.04μm 3.3.3軸承內(nèi)套圈內(nèi)徑終磨技術(shù)條件(見下表3-1) 表3-1 套圈尺寸 尺寸公差 GED (μm) 橢 圓 度 GED (μm) 錐 度 GED (μm) 端面?zhèn)葦[ GED (μm) 光 潔 度 GED (μm) -10mm －1－1－8 －7 －5 4 2. 5 1.5 5 2.5 2 1.4 6 4 Δ7Δ8Δ9 10-18mm －1－1－10 －7 －5 5 3 1.5 5 3 2 1.4 6 5 Δ7Δ8Δ9 18-30mm －1－1 －12 －8 －6 6 3 2 6 3 2.5 1.4 7 6 Δ7Δ8Δ9 3.4 機床的主要運動及參數(shù)分析 3.4.1 機床應(yīng)提供的主要運動分析 為實現(xiàn)正常的內(nèi)圓磨削，所需要的切削運動和輔助運動如下圖所示。 圖3-2內(nèi)圓磨削切削運動和輔助運動 圖3.2中Vf-橫向進給運動：Vr-縱向往復(fù)運動：Vd-修整運動：Va-砂輪與工件的接近運動：Ng-砂輪轉(zhuǎn)速：Nw-工件的旋轉(zhuǎn)運動。 3.4.2 機床的運動參數(shù)及動力參數(shù) 磨架最大縱向行程(mm) 400 磨架最大軸向行程(mm) 420 砂輪軸型號 GDZ-36 GDZ-48 GDZ-60 砂輪軸轉(zhuǎn)速 (rpm) 16000 48000 60000 砂輪軸功率 (KW) 5.0 3.5 2.5 工件軸轉(zhuǎn)速(rpm) 低速450 567 710 高速900 1134 1420 粗磨速度(mm/min) 0.8-2 精磨速度(mm/min) 0.25-0.5 快速趨進工作速度(mm/min) 15 工件架粗精進給微退量(mm) 0.001-0.016 3.5 影響機床加工精度和效率的工藝因素 主動測量裝置的精度和穩(wěn)定性，以及砂輪的切削性能都是至關(guān)重要的。砂輪的自銳性及在修整期間內(nèi)的耐磨性是否良好，對內(nèi)圓磨削尺寸精度，幾何精度和精度穩(wěn)定性有重大影響，小孔磨削事尤為重要。所以，儀表和砂輪是實現(xiàn)正常自動內(nèi)圓磨削的前提條件。 以下著重分析影響內(nèi)圓磨削尺寸精度，幾何精度及磨削效率的磨床結(jié)構(gòu)因素。 （1）內(nèi)圓磨削尺寸精度結(jié)構(gòu)影響因素。 1. 工藝系統(tǒng)的運動精度及重復(fù)定位精度； 2. 工藝系統(tǒng)的靜動態(tài)剛性； 3. 工藝系統(tǒng)的熱變形； （2）內(nèi)圓磨削幾何精度的磨床結(jié)構(gòu)影響精度 4. 工藝系統(tǒng)的運動精度及重復(fù)定位精度； 5. 工藝系統(tǒng)的靜動態(tài)剛性； 6. 夾具重復(fù)定位精度(考慮重修的可能性)幾主軸回轉(zhuǎn)精度； （3）內(nèi)圓磨效率的磨床結(jié)構(gòu)影響因素 7. 磨削參數(shù)，主要是砂輪線速度，橫向進給速度，往復(fù)頻率和工件速度； 8. 磨削循環(huán)的合理的設(shè)計以及空程磨削時間和輔助時間的比重； 9. 工藝系統(tǒng)的剛性； 10.機電系統(tǒng)工作的可靠性； 3.6機床主要部件結(jié)構(gòu)方案評價 根據(jù)前一節(jié)機床結(jié)構(gòu)因素對加工尺寸精度，幾何精度和效率影響的分析，現(xiàn)將內(nèi)圓磨床各主要部件可能采用的結(jié)構(gòu)方案列出，并分別進行剛性評價，精度評價，從而進行方案的比較選擇。部件的結(jié)構(gòu)方案是在假設(shè)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，制造良好的基礎(chǔ)上進行的。任何合理的結(jié)構(gòu)方案，如果具體結(jié)構(gòu)設(shè)計不當或制造不良，均會使該部件失去其優(yōu)勢，乃至完全打不到預(yù)測的結(jié)果。 各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評價如下表3-2： 表3-2 部件名稱 結(jié)構(gòu)方案 剛性評價 精度評價 效率評價 夾具 定心夾具 電磁無心夾具 滾輪式無心夾具 優(yōu) 優(yōu) 中 差 優(yōu) 優(yōu) 差 優(yōu) 優(yōu) 導(dǎo)軌 滑動導(dǎo)軌 液靜壓導(dǎo)軌 氣靜壓導(dǎo)軌 磙子滾動導(dǎo)軌 鋼球滾動導(dǎo)軌 中 優(yōu) 差 優(yōu) 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 砂輪主軸 滾動支撐皮帶軸 滾動支撐DZ系列電主軸 滾動支撐GDZ系列電主軸 氣靜壓支撐電主軸 中 中 優(yōu) 差 中 中 優(yōu) 優(yōu) 中 中 優(yōu) 差 進給系統(tǒng) 絲杠螺母(滑動接觸消除間隙) 步進電機(滾珠絲杠) 液壓傳動滾動絲杠 步進電機凸輪機構(gòu) 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 優(yōu) 中 優(yōu) 差 優(yōu) 中 差 尺寸控制系統(tǒng) 定程磨削 氣浮塞規(guī)測量系統(tǒng) 前插式主動測量儀 步進電機凸輪杠桿 差 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 中 優(yōu) 空程磨削消除系統(tǒng) 控制倒磨削 磨削功率控制 測量—升數(shù)法 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 中 優(yōu) 中 4 方案對比 經(jīng)以上各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評價分析，比較各主要部件的特點 （1）分析比較滑動導(dǎo)軌，直線滾動導(dǎo)軌副有如下優(yōu)點：摩擦系數(shù)?。?.003--0.005），運動靈活，摩擦阻力小?？梢灶A(yù)緊，能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。成對使用導(dǎo)軌副時，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件導(dǎo)軌安裝面的加工精度，減少基礎(chǔ)件的機械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承載能力及剛度及剛度比平面與鋼球點接觸大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導(dǎo)軌軸采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌軸具有良好的耐磨性，精度保持性好，壽命長。簡化了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造。運動平穩(wěn)，微量位移準確，定位精度高。潤滑方便，可以采用潤滑脂，一次裝填，長期使用。 但是直線滾動導(dǎo)軌副也有如下缺點，導(dǎo)軌面與滾動體是點接觸或者線接觸，所以抗震性差，接觸應(yīng)力大。在全自動軸承內(nèi)圓磨床進給機構(gòu)設(shè)計中，抗震性要求相對來說不是很高。對導(dǎo)軌副的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高，若滾動體的直徑不一致，導(dǎo)軌表面有高有低，會使運動部件傾斜，產(chǎn)生震動，影響運動精度。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高。對贓物比較敏感，必須有良好的防護裝置。 （2）根據(jù)各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評價，進給系統(tǒng)采用步進電機(滾珠絲杠)方案。 和滑動絲杠副、靜壓絲杠副相比，滾珠絲杠副有如下的優(yōu)點：傳動效率高，摩擦系數(shù)小。這對于內(nèi)圓磨床大批量加工軸承來說，效率也是十分重要的參數(shù)之一。滾珠絲杠運動具有可逆性，逆轉(zhuǎn)效率幾乎與正轉(zhuǎn)效率相同，但是滾珠絲杠副沒有自鎖裝置，而該磨床進給系統(tǒng)是由步進電機驅(qū)動的，步進電機可以取代自鎖裝置的功能。滾珠絲杠副的傳動精度高，主要是指進給精度和軸向定位精度。摩擦小，啟動運行時無沖擊，低速時無爬行。工作時升溫小，進度高，很有利于磨床的精度提案高。滾珠絲杠副磨損小，壽命長。但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本偏高。 5 方案論證結(jié)果 結(jié)合方案綜合評價，剛性評價、精度評價、效率評價均是最優(yōu)化的。又依據(jù)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨削的如下特點： 砂輪剛度低 內(nèi)表面磨削時，砂輪受內(nèi)徑限制，常制成較細的懸臂梁狀，剛度很低：剛性差，易于變形，從而引起較大的尺寸和形狀誤差：砂輪軸無進給光磨，恢復(fù)變形時間較長，生產(chǎn)率很低。 磨削條件差 內(nèi)表面磨削時，砂輪直徑很小，為保證一定的磨削線速度，砂輪軸轉(zhuǎn)速極高，要上萬轉(zhuǎn)，很容易引起磨削系統(tǒng)的振動。在磨削時，砂輪與工件接觸面積大，磨礪抑郁鈍化，且自銳性不能充分發(fā)揮，產(chǎn)生熱量多，冷卻液很難進入磨削區(qū)，工件表面極易燒傷。方案初定為磙子滾動導(dǎo)軌和步進電機(滾珠絲杠)進給方案。 論證后初步設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖如下： 6 本畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃： 2008年2月 25日---3 月 30日 完成畢業(yè)設(shè)計方案論證報告； 2月25日---3月 30日 完成畢業(yè)設(shè)計方案論證報告； 4月1 日---5 月1日 完成畢業(yè)設(shè)計圖紙； 5月2日---5 月20日 進行設(shè)計說明書編寫； 5月21日---5 月31日 進行畢業(yè)設(shè)計說明書修改。 參考資料 [1] 盧秉恒，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，北京：機械工業(yè)出版社，1999 [2] 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課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 1.3 課題的設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求 4 2 自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計與布局 5 2.1 軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點 5 2.2 全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對象，范圍及要求 6 2.3 機床的主要運動及參數(shù)分析 7 2.4 影響機床加工精度和效率的工藝因素 8 2.5 機床主要部件結(jié)構(gòu)方案評價 8 2.7 機床的造型設(shè)計 10 2.8 機床的總體設(shè)計 11 3 全自動軸承內(nèi)圓磨床的工作循環(huán)過程 12 3.1 機床的磨削工作過程 12 3.2 砂輪休整循環(huán) 12 4 全自動軸承內(nèi)圓磨床進給系統(tǒng)的設(shè)計 12 4.1 導(dǎo)軌的選擇 12 4.2 滾珠絲杠的設(shè)計 14 4.3 滾動軸承的選取與計算 20 4.4 步進電機的選取及設(shè)計計算 23 4.5 聯(lián)軸器的選取 27 4.6 齒輪減速器的選取 28 4.7 進給系統(tǒng)精度校核 31 設(shè)計總結(jié) 32 致 謝 34 參考資料 35 1 緒論 1.1課題的來源與意義 1.1.1課題的背景與意義 軸承內(nèi)圓磨床是指用于磨削軸承內(nèi)圓的專用磨床。五十年代，開始逐步發(fā)展了切入式軸承專用內(nèi)圓和外圓磨床；至八十年代，隨著機床基礎(chǔ)元件技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)的高速發(fā)展，軸承套圈內(nèi)圓和外圓磨床的技術(shù)的日趨完善，相繼出現(xiàn)了PC和 CNC控制軸承套圈內(nèi)圓和外圓磨床及CAC控制的軸承套圈內(nèi)圓磨床，使現(xiàn)代控制技術(shù)與先進的機床功能組件相得益彰，大大提高了機床的自動化程度、可靠性、工作精度和生產(chǎn)效率。 迄今為止，較著名的軸承磨床制造廠主要有：美國的勃蘭恩特、希爾德；西德的奧佛貝克；意大利的西馬特、法米爾、諾瓦；日本的精工精機、東洋工業(yè)公司；東德的柏林機床廠、卡爾馬克思城磨床廠等。 本設(shè)計為生產(chǎn)軸承的企業(yè)提出的實際課題。小型深溝球軸承是使用量較大的軸承產(chǎn)品。其生產(chǎn)方式為大批量生產(chǎn)。由于行業(yè)的競爭日益激烈，生產(chǎn)廠家特別重視產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工工序中，內(nèi)圈磨削是一種瓶頸工序，也是關(guān)鍵工序。傳統(tǒng)的手動和半自動內(nèi)磨床難以滿足使用要求。因此，有必要設(shè)計開發(fā)以提高加工效率和質(zhì)量為目的的全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床。 1.1.2課題設(shè)計要解決的問題 軸承加工是以大批量為特征的，因此加工設(shè)備不僅要保證軸承所要求的各項精度和效率是一個很重要的指標。所以上下料的輔助時間是可以考慮縮短來提高效率的。而隨著軸承工業(yè)的發(fā)展，對軸承磨床的加工精度也提出了更高的要求。尺寸精度是軸承加工中控制的一項關(guān)鍵之一。所以我們有 必要去對上下料及進給進行研究。 在學(xué)校翻閱圖書館大量文獻，研究出初步的設(shè)計方案。去工廠進行實地考察，結(jié)合書本知識，得出最佳設(shè)計方案。 1.2 課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 隨著軸承工業(yè)的迅速發(fā)展，對軸承磨床的加工精度、效率、可靠性提出了更高的要求。尺寸精度是軸承加工中控制的一項關(guān)鍵精度之一，而磨床的進給機構(gòu)直接影響軸承套圈加工的尺寸精度。因此，隨著軸承質(zhì)量要求的不斷提高，需要更加精密高效的磨床進給機構(gòu)。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。小型深溝球軸承是使用量較大的軸承產(chǎn)品。其生產(chǎn)方式為大批量生產(chǎn)。 由于行業(yè)的競爭日益激烈，生產(chǎn)廠家特別重視產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工工序中，內(nèi)圈磨削是一種瓶頸工序，也是關(guān)鍵工序。傳統(tǒng)的手動和半自動內(nèi)磨床難以滿足使用要求。因此，有必要設(shè)計開發(fā)以提高加工效率和質(zhì)量為目的的全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床。 1.2.2 課題國內(nèi)外研究的概況 十八世紀30年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機和槍械等零件淬硬后的加工，英國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當時現(xiàn)成的機床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡單，剛度低，磨削時易產(chǎn)生振動，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。 ????1876年在巴黎博覽會展出的美國布朗-夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具有現(xiàn)代磨床基本特征的機械。它的工件頭架和尾座安裝在往復(fù)移動的工作臺上，箱形床身提高了機床剛度，并帶有內(nèi)圓磨削附件。1883年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺作往復(fù)移動的平面磨床。 ????1900年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動的應(yīng)用，對磨床的發(fā)展有很大的推動作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如20世紀初，先后研制出加工氣缸體的行星內(nèi)圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床等。自動測量裝置于1908年開始應(yīng)用到磨床上。 到了1920年前后，無心磨床、雙端面磨床、軋輥磨床、導(dǎo)軌磨床，珩磨機和超精加工機床等相繼制成使用；50年代又出現(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達60～80米/秒的高速磨床和大切深、緩進給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機的數(shù)字控制和適應(yīng)控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應(yīng)用。 ? ? 隨著高精度、高硬度機械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長。內(nèi)圓磨床和其他磨床一樣，在提高效率、自動化程度和萬能性方面有較大的發(fā)展。但精度提高得很慢。十多年來，內(nèi)孔不圓度最佳值一直保持在0.3～1之間，最高表面粗糙度Ra0.08。 為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)，各國都出現(xiàn)一批自動內(nèi)圓磨床，如美國海爾特公司的 OCF 型內(nèi)圓磨床，美國Bryant公司的C-2型內(nèi)圓磨床，德國SIP200X315型內(nèi)圓磨床。 1.2.3 課題的發(fā)展趨勢與應(yīng)用對象 磨床是各類金屬切削機床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。 ????外圓磨床是使用的最廣泛的，能加工各種圓柱形和圓錐形外表面及軸肩端面的磨床。萬能外圓磨床還帶有內(nèi)圓磨削附件，可磨削內(nèi)孔和錐度較大的內(nèi)、外錐面。不過外圓磨床的自動化程度較低，只適用于中小批單件生產(chǎn)和修配工作。 ????內(nèi)圓磨床的砂輪主軸轉(zhuǎn)速很高，可磨削圓柱、圓錐形內(nèi)孔表面。普通內(nèi)圓磨床僅適于單件、小批生產(chǎn)。自動和半自動內(nèi)圓磨床除工作循環(huán)自動進行外，還可在加工中自動測量，大多用于大批量的生產(chǎn)中。 ????平面磨床的工件一般是夾緊在工作臺上，或靠電磁吸力固定在電磁工作臺上，然后用砂輪的周邊或端面磨削工件平面的磨床；無心磨床通常指無心外圓磨床，即工件不用頂尖或卡盤定心和支承，而以工件被磨削外圓面作定位面，工件位于砂輪和導(dǎo)輪之間，由托板支承，這種磨床的生產(chǎn)效率較高，易于實現(xiàn)自動化，多用在大批量生產(chǎn)中。 ????工具磨床是專門用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有萬能工具磨床、鉆頭刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲線磨床等，多用于工具制造廠和機械制造廠的工具車間。 ???? 軸承套圈磨床是磨床的一個重要分支。我國的軸承套圈磨床已經(jīng)全部實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，現(xiàn)在正在使用的大批量高精度的軸承生產(chǎn)已經(jīng)廣泛采用自動線生產(chǎn)，代表著世界先進水平的軸承磨超自動線已經(jīng)大量的出口世界各地。我國的軸承磨床制造企業(yè)為我國的精密磨床發(fā)展做出了卓越的貢獻。 1.3 課題的設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求 在之前的軸承內(nèi)圓磨床的技術(shù)參數(shù)上進行改進，把原來的半自動化改成自動化程度更高的機床。原先的磨床進給還是采用棘輪機構(gòu)，用液壓來驅(qū)動，這樣的進給系統(tǒng)自動化程度低，精度也低，不適合現(xiàn)在的大規(guī)模，高精度生產(chǎn)。而自動上下料結(jié)構(gòu)也能很好地提高工作效率。在長時間，單一的工作狀態(tài)下人的精神狀態(tài)是很容易不集中的，容易發(fā)生錯誤，而自動上下料也能解決一問題。 2 自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計與布局 磨削加工可分為一般磨削和高光潔度磨削（即精密磨削，超精磨削，鏡面磨削）兩種。 對于一般磨削，砂輪可當作一把多刀多刃的銑刀，每一顆磨粒相當于一個刀齒，每一個粒尖相當于一個“刀刃”。但他與銑刀又不同的地方就是砂輪有無數(shù)的刀齒，且刀齒的排列和刀齒的角度都是及不規(guī)則的。高速旋轉(zhuǎn)的每一個“刀齒” ，在切削力的作用下，從工件表面上切除一條薄層的切屑，并在工件表面上摩擦發(fā)熱而產(chǎn)生火化。這樣無數(shù)磨礪切削的結(jié)果，就把工件表面要切除的金屬磨去，形成光滑表面。 對于精密磨削，超精密磨削和鏡面磨削，光滑表面的形成與一般磨削相似，單也有自身的特點。高光潔度磨削是由砂輪通過精細修整后形成等高的微刃切削作用和適當接觸壓力的摩擦拋光作用，使工件表面獲得高的光潔度。 2.1軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點 2.1.1基本原理： 下圖為滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔的磨削原理圖。 圖2-1滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔的磨削原理圖 磨削時，工件徑向進給，砂輪軸軸向往復(fù)移動，在粗進給和精進給磨削之間，往往需要修整砂輪。修整時，砂輪退出內(nèi)孔并在修整器位置往復(fù)運動一次，修整器就在砂輪表面去除一層磨料。每修整一次，就必須有一次補償進給量Δa,Δa的大小應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)條件經(jīng)驗合理確定，一般其數(shù)量級為1-10微米。 在內(nèi)圓磨削中，工件進給一般由機械控制，也有用步進電機控制的。砂輪轉(zhuǎn)速由電主軸控制：砂輪軸向長距離往復(fù)運動由油缸控制，而其往復(fù)振動則有偏心裝置 控制。 2.1.2軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨削的特點： ①砂輪剛度低 內(nèi)表面磨削時，砂輪受內(nèi)徑限制，常制成較細的懸臂梁狀，剛度很低：剛性差，易于變形，從而引起較大的尺寸和形狀誤差：砂輪軸無進給光磨，恢復(fù)變形時間較長，生產(chǎn)率很低。 ②磨削條件差 內(nèi)表面磨削時，砂輪直徑很小，為保證一定的磨削線速度，砂輪軸轉(zhuǎn)速極高，要上萬轉(zhuǎn)，很容易引起磨削系統(tǒng)的振動。在磨削時，砂輪與工件接觸面積大，磨礪抑郁鈍化，且自銳性不能充分發(fā)揮，產(chǎn)生熱量多，冷卻液很難進入磨削區(qū)，工件表面極易燒傷。 2.2全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對象，范圍及要求 2.2.1機床的加工對象 該磨床主要用于大批量生產(chǎn)中高級精度的深溝球軸承內(nèi)徑的磨削。主要用于磨削軸承套圈內(nèi)徑，也適合磨削其他環(huán)形零件的內(nèi)徑，最適合大批量全自動化生產(chǎn)。 2.2.2機床的加工范圍 該磨床所加工軸承套圈的規(guī)格為： 磨孔直徑： φ20-30毫米 最大磨削深度： 30毫米 最大工件外徑： φ42毫米 加工余量: 0.2-0.35毫米 加工質(zhì)量: 高于軸承國家標準對于P0級精度的軸承要求 2.2.3工件的加工精度 作為精密的機械元件，滾動軸承工作性能能直接影響逐級的工作性能，直至裝在主機關(guān)鍵部件的軸承的工作能力，幾乎決定了該逐級的工作性能，除高精密軸承外，像耐高溫、耐低溫、防銹、防震、高速、高真空、和耐腐蝕等具有特殊性能要求的軸承的質(zhì)量指標也是十分嚴格的。 一般來說，滾動軸承應(yīng)具有高的壽命,低的噪音，小的旋轉(zhuǎn)力矩和高的可靠性，這些基本性能要達到這些要求，就必須在機械加工工藝上首先確保軸承零件內(nèi)圈的以下指標： 旋轉(zhuǎn)精度：要求軸承的內(nèi)圈的幾何形狀精度和位置精度不超過幾微米。 尺寸精度：要求內(nèi)圈的尺寸精度在幾微米之內(nèi)。 粗糙度：安裝表面粗糙度Ra值不大于0.63μm-0.32μm， 尺寸穩(wěn)定度：在長期存放和工作時沒有明顯的尺寸和形狀變化。 質(zhì)量指標：尺寸公差7微米：圓度3微米：粗糙度0.04μm 2.3機床的主要運動及參數(shù)分析 2.3.1機床應(yīng)提供的主要運動分析 為實現(xiàn)正常的內(nèi)圓磨削，所需要的切削運動和輔助運動如下圖所示。 圖2-2內(nèi)圓磨削切削運動和輔助運動 圖2.2中Vf-橫向進給運動：Vr-縱向往復(fù)運動：Vd-修整運動：Va-砂輪與工件的接近運動：Ng-砂輪轉(zhuǎn)速：Nw-工件的旋轉(zhuǎn)運動。 2.3.2機床的運動參數(shù)及動力參數(shù) 磨架最大縱向行程(mm) 400 磨架最大軸向行程(mm) 420 砂輪軸型號 GDZ-36 GDZ-48 GDZ-60 砂輪軸轉(zhuǎn)速 (rpm) 16000 48000 60000 砂輪軸功率 (KW) 5.0 3.5 2.5 工件軸轉(zhuǎn)速(rpm) 低速450 567 710 高速900 1134 1420 粗磨速度(mm/min) 0.8-2 精磨速度(mm/min) 0.25-0.5 快速趨進工作速度(mm/min) 15 工件架粗精進給微退量(mm) 0.001-0.016 2.4 影響機床加工精度和效率的工藝因素 主動測量裝置的精度和穩(wěn)定性，以及砂輪的切削性能都是至關(guān)重要的。砂輪的自銳性及在修整期間內(nèi)的耐磨性是否良好，對內(nèi)圓磨削尺寸精度，幾何精度和精度穩(wěn)定性有重大影響，小孔磨削事尤為重要。所以，儀表和砂輪是實現(xiàn)正常自動內(nèi)圓磨削的前提條件。 以下著重分析影響內(nèi)圓磨削尺寸精度，幾何精度及磨削效率的磨床結(jié)構(gòu)因素。 內(nèi)圓磨削尺寸精度結(jié)構(gòu)影響因素。 1. 工藝系統(tǒng)的運動精度及重復(fù)定位精度； 2. 工藝系統(tǒng)的靜動態(tài)剛性； 3. 工藝系統(tǒng)的熱變形； 內(nèi)圓磨削幾何精度的磨床結(jié)構(gòu)影響精度 4. 工藝系統(tǒng)的運動精度及重復(fù)定位精度； 5. 工藝系統(tǒng)的靜動態(tài)剛性； 6. 夾具重復(fù)定位精度(考慮重修的可能性)幾主軸回轉(zhuǎn)精度； 內(nèi)圓磨效率的磨床結(jié)構(gòu)影響因素 7. 磨削參數(shù)，主要是砂輪線速度，橫向進給速度，往復(fù)頻率和工件速度； 8. 磨削循環(huán)的合理的設(shè)計以及空程磨削時間和輔助時間的比重； 9. 工藝系統(tǒng)的剛性； 10. 機電系統(tǒng)工作的可靠性； 2.5機床主要部件結(jié)構(gòu)方案評價 根據(jù)前一節(jié)機床結(jié)構(gòu)因素對加工尺寸精度，幾何精度和效率影響的分析，現(xiàn)將內(nèi)圓磨床各主要部件可能采用的結(jié)構(gòu)方案列出，并分別進行剛性評價，精度評價，從而進行方案的比較選擇。部件的結(jié)構(gòu)方案是在假設(shè)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，制造良好的基礎(chǔ)上進行的。任何合理的結(jié)構(gòu)方案，如果具體結(jié)構(gòu)設(shè)計不當或制造不良，均會使該部件失去其優(yōu)勢，乃至完全打不到預(yù)測的結(jié)果。 各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評價如下表2-1： 表2-1 各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評價 部件名稱 結(jié)構(gòu)方案 剛性評價 精度評價 效率評價 夾具 定心夾具 電磁無心夾具 滾輪式無心夾具 優(yōu) 優(yōu) 中 差 優(yōu) 優(yōu) 差 優(yōu) 優(yōu) 導(dǎo)軌 滑動導(dǎo)軌 液靜壓導(dǎo)軌 氣靜壓導(dǎo)軌 磙子滾動導(dǎo)軌 鋼球滾動導(dǎo)軌 中 優(yōu) 差 優(yōu) 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 砂輪主軸 滾動支撐皮帶軸 滾動支撐DZ系列電主軸 滾動支撐GDZ系列電主軸 氣靜壓支撐電主軸 中 中 優(yōu) 差 中 中 優(yōu) 優(yōu) 中 中 優(yōu) 差 進給系統(tǒng) 絲杠螺母(滑動接觸消除間隙) 步進電機(滾珠絲杠) 液壓傳動滾動絲杠 步進電機凸輪機構(gòu) 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 優(yōu) 中 優(yōu) 差 優(yōu) 中 差 尺寸控制系統(tǒng) 定程磨削 氣浮塞規(guī)測量系統(tǒng) 前插式主動測量儀 步進電機凸輪杠桿 差 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 中 優(yōu) 空程磨削消除系統(tǒng) 控制倒磨削 磨削功率控制 測量—升數(shù)法 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 中 優(yōu) 中 上述評價是定性的相對比較，曾試圖采用加全權(quán)記分法來進行比較。由于每種結(jié)構(gòu)各具特點，無法真正做到恰當?shù)拇_定參數(shù)，并賦予適中的加權(quán)系數(shù)，所以實際上無法進行加權(quán)記分法評定。 2.7 機床的造型設(shè)計 為了使所設(shè)計機床操作方便，減少工人的勞動強度以及外形美觀，該內(nèi)圓磨床在造型設(shè)計上采用了以下措施： ⑴為使機床工作場地明快，盡可能將各部件設(shè)置在機床本體上。例如，液壓系統(tǒng)設(shè)置在床身之內(nèi)；電器箱設(shè)置在機床本體后方，占地少，避免外接連線、聯(lián)管，運輸方便；電器箱同時當作機床外部密封的后墻，又可節(jié)省材料。全部電器操作件均設(shè)置于電器箱前凸部上的控制面板上，調(diào)整用操作件和操作用件分片集中安裝操作件于操作者易接近的部位，保證操作者視力及精力不被分散。 ⑵機床采用半封閉型設(shè)計，后防水板用金屬結(jié)構(gòu)，前防水板用有機玻璃成型活動式結(jié)構(gòu)，既方便觀察，有給人以美觀的感覺。機床調(diào)整時容易拿下，輕便且易于清洗。實踐證明若該為全封閉設(shè)計可能更有利于減少油霧對環(huán)境的污染。 ⑶床各外露部件的幾何設(shè)計，在滿足性能和結(jié)構(gòu)要求的基礎(chǔ)上，盡可能符合幾何美學(xué)的原則。十八世紀以來，人們喜歡用黃金分割法。經(jīng)過計算后得到如下結(jié)果：a=0.618034l。此值實際上接近于優(yōu)選法的優(yōu)選點。 隨著時代的發(fā)展，尤其是從臥式機床穩(wěn)定性出發(fā)，人們現(xiàn)在更喜歡較為扁平的結(jié)構(gòu)，幾何尺寸比例在1/√2左右。如下圖2-3所示： 圖2-3比例在1/√2左右的機床尺寸示意圖 其中左圖是按黃金分割設(shè)計的機床正面圖，右圖是按加長比例1：3設(shè)計的機床正面圖 由于結(jié)構(gòu)要求，床身的長度及前門框的長度分別為1200毫米和520毫米，如下圖2-4： 圖2-4 本設(shè)計的機床外形尺寸 ⑷觀線條統(tǒng)一化，外漏部分盡可能采用簡潔明快感強的直線條和直角相交。過去由于鑄造工藝上的困難，也由于流線型審美觀，影響到機床大部件，另外均取大圓角過度轉(zhuǎn)折，現(xiàn)在已顯陳舊，且給人以傻大的感覺。由于分模鑄造的發(fā)展，接近直角的轉(zhuǎn)折 的小圓角逐漸已經(jīng)很容易制造，外形平整線條一致，為機床造型美觀化提供了有利條件。 ⑸充分考慮機床結(jié)構(gòu)設(shè)計上的均衡和穩(wěn)定的關(guān)系?？紤]工件頭架與磨頭架實際結(jié)構(gòu)的不平衡性，外部采用有機玻璃密封罩。 2.8機床的總體設(shè)計 為實現(xiàn)連續(xù)正常的連續(xù)磨削，所需要的切削運動和輔助運動在前面已經(jīng)介紹，這 本已是任何內(nèi)圓磨床設(shè)計者所熟知的。運動方案的設(shè)計，實質(zhì)上決定了機床總體布局 方案的選擇。對已有軸承內(nèi)圓磨床的運動設(shè)計進行比較分析，其區(qū)別在于橫向進給運 動V f（有級，無級變化）和縱向運動Vr，修整運動Vd和砂輪與工件接近運動Va有 哪個部件實現(xiàn)?？紤]導(dǎo)規(guī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的方便和滑板層次或部件結(jié)構(gòu)的簡化，也考慮 到自動上下料的方便與否，本機床將所有的橫向運動由工件實現(xiàn)，縱向運動由砂輪系 統(tǒng)來實現(xiàn)。由此就決定了機床主要布局如下圖所示。機床身則選用結(jié)構(gòu)剛性及造型設(shè) 計均較有利的巨型箱式鑄造件結(jié)構(gòu)。 3 全自動軸承內(nèi)圓磨床的工作循環(huán)過程 機床在工作過程中,需要兩個循環(huán)過程：磨削循環(huán)和砂輪修復(fù)循環(huán)。下面分別介紹一下這兩個過程。 3.1 機床的磨削工作過程 首先，打開總的電源，氣源，啟動工作軸，磁濾器，電泵。砂輪軸得到氣，啟動砂輪軸和液壓系統(tǒng)；機械手上料，復(fù)位；測爪進入工作，電磁無心夾具上磁。然后，測爪張開，磨架快速左行到底，工件架快跳，快趨，進行粗磨；工件架微退，進行粗光磨。然后精磨，工件架微退，進行精光磨。工件架跳出，步進電機復(fù)位，磨架往復(fù)停止，磨架快速右行至休整位置，補償機構(gòu)進行補償；測爪收縮，斷磁，測爪退出工件，然后機械手上料，進行下一個磨削循環(huán)。 3.2砂輪休整循環(huán) 機械手上料，機械手復(fù)位，測爪進入工作并上磁，測爪張開，磨架快速左行至休整位置，休整器倒下，磨架休整左行；磨架快速右行至補償位置，砂輪架抬起，磨架快速左行到底，工件加快跳，進行磨削。 4 全自動軸承內(nèi)圓磨床進給系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 導(dǎo)軌的選擇 4.1.1 導(dǎo)軌的分類及其特點 導(dǎo)軌主要根據(jù)導(dǎo)軌副之間的摩擦情況，導(dǎo)軌分為： ⑴ 滑動導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌之間為滑動摩擦。結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，剛度好，抗振性高，是機床上最廣泛采用的。 特點：導(dǎo)向精度高，不會出現(xiàn)間隙，能自動補償磨損。一般選取三角形頂角γ=90°,重型機械采用大頂角γ=110°～120°。當水平力大于垂直力，V形導(dǎo)軌兩側(cè)受力不均勻時，采用不對稱V形導(dǎo)軌。直線導(dǎo)軌和圓導(dǎo)軌均可采用 　　承載能力大，制造方便。必須留有側(cè)向間隙。不能補償磨損。用鑲條調(diào)整時，會降低導(dǎo)向精度。 需注意導(dǎo)軌的保護。直線導(dǎo)軌和圓導(dǎo)軌均可采用 尺寸緊湊，適用于要求高度小﹑導(dǎo)軌層數(shù)多的場合?？蓸?gòu)成閉式導(dǎo)軌。用一根鑲條可以調(diào)整各面的間隙。剛度比平面導(dǎo)軌小。制造簡單，彎曲剛度小，主要用于受軸向載荷的導(dǎo)軌。適用于同時作直線和旋轉(zhuǎn)運動的場合。 ⑵ 滾動導(dǎo)軌 滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導(dǎo)軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再 進入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內(nèi)部。 特點： 滾動直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得： 動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅(qū)動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。 驅(qū)動功率大幅度下降，只相當于普通機械的十分之一。與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。 適應(yīng)高速直線運動，其瞬時速度比滑動導(dǎo)軌提高約10倍。能實現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 成對使用導(dǎo)軌副時，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機械制造成本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點接觸時大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性；心部保持良好的機械性能。簡化了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。 4.1.2 導(dǎo)軌的確定 查《機械設(shè)計手冊3》第二版選取直線滾動導(dǎo)軌副系列，又根據(jù)機床設(shè)計要求的特點，本設(shè)計初步選擇: (1)直線滾動導(dǎo)軌副選取四方向等載荷型（GGB型），其特點是：垂直向上向下和左右水平額定載荷是等同的，額定載荷比較大，剛度高。 (2)尺寸規(guī)格初選45，其結(jié)構(gòu)形式選擇AA 型。 (3)每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)為1。 (4)查出磨床的徑向間隙為C1級。 (5)一般的機床設(shè)計，在同一個平面上使用的導(dǎo)軌數(shù)為2個。 (6)查出全自動軸承磨床推薦的精度等級為3。 (7)導(dǎo)軌的材料為HT200. 初步確定直線滾動導(dǎo)軌的型號為GGB45AA1C123 選擇用南京工藝設(shè)備制造廠的滾動直線導(dǎo)軌如圖4-1 圖4-1 此導(dǎo)軌的設(shè)計參數(shù)查詢《機械設(shè)計手冊3》第二版P28-138頁。 4.1.3 導(dǎo)軌的校核 本設(shè)計的兩個導(dǎo)軌都放在床身上，所以沒有必要進行校核。安裝時要保證安裝精度。 4.2 滾珠絲杠的設(shè)計 4.2.1 滾珠絲杠傳動的特性 ⑴ 傳動效率高 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的2～4倍，能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動（運動可逆）。 ⑵ 運動平穩(wěn) 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)為點接觸滾動運動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、動時無顫動、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進給。 ⑶ 高精度 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運動中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對絲杠進行預(yù)拉伸以補償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 ⑷ 高耐用性 鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 ⑸ 同步性好 由于運動平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 ⑹ 高可靠性 與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工 一般來說滾珠絲杠在工作中應(yīng)該預(yù)緊以提高絲杠的剛度，從而提高傳動精度，但在本機械系統(tǒng)中由于絲杠所承受的彎矩很小，所以我覺得沒必要進行預(yù)緊，所以安裝方式是一端固定一端游動的形式。X軸向的工作臺與其上面所安裝的機械結(jié)構(gòu)重力約10N，焊槍在焊接時由于電流作用與工件之間的相互吸引力約2N。 4.2.2滾珠絲杠副絲杠副傳動法面截形，循環(huán)方式等的確定 查《機械傳動設(shè)計手冊》，根據(jù)滾珠絲杠副螺紋滾道法面截形、參數(shù)和特點的比較選擇如下： （1）確定選擇螺紋滾道法面截形為單圓弧，參數(shù)公式見表8.2-1，接觸角為=45°。其特點是：滾道的精度比較高，摩擦損失大。圖示如圖4-2 圖4-2 （2）單圓弧法面截形要求消除間隙和調(diào)整預(yù)緊必須采用雙螺母結(jié)構(gòu)。 （3）根據(jù)機床的特點，選用內(nèi)循環(huán)浮動式反向器，其特點是徑向尺寸小，循環(huán)通道短，摩擦損失小，傳動效率高。 4.2.3 滾珠絲杠的預(yù)緊 滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有要求，以保證其反向傳動的精度。我們通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊方式（圖4-2） 圖4-3 雙螺母預(yù)緊的結(jié)構(gòu)通常有三種： ⑴墊片調(diào)隙式(圖4-4) 圖4-4 ⑵螺紋調(diào)隙式(圖4-5) 圖4-5 ⑶齒差調(diào)隙式(圖4-6) 圖4-6 本設(shè)計中將采用的是雙螺母內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)整式滾動螺旋副來消除間隙。 墊片調(diào)整式有結(jié)構(gòu)比較簡單，裝卸方便，剛度高的特點。 4.2.4滾珠絲杠選取與校核 （1）初始條件 本設(shè)計的軸向進給長度大于徑向進給結(jié)構(gòu)，只校核軸向進給結(jié)構(gòu)用的絲杠如下： 由本設(shè)計要求可知，估算工作臺的重量和安裝在工作臺上面的電磁夾具給絲杠的平均工作載荷Fm=3800N，最大軸向行程420 mm，取用絲杠的工作長度為672mm，有效滾道長度是500mm。 兩支承間最大距離為：575mm平均轉(zhuǎn)速100r/min，使用壽命L’h=15000h,Ra為58-62HRC,要求傳動精度±0.03mm，螺桿材料為：50Mn， 高、中頻加熱,表面淬火。螺母材料為：CrWMn ，整體淬火、低溫回火。返向器材料為：40Cr，離子滲氮處理 螺紋滾道法面截形為半圓弧，螺母采用雙螺母墊片式預(yù)緊方式。 （2）計算載荷 （公式摘自《機械零件設(shè)計手冊》中滾動螺旋傳動設(shè)計計算部分，下同） 式中為載荷系數(shù)，K為硬度系數(shù)，K為短行程系數(shù)。參考《機械零件設(shè)計手冊》表18-18，表18-19，表18-20取=1.2，K=1 K=1 （3） 計算額定動載荷 計算額定動載荷公式 其中n為平均轉(zhuǎn)速，其中L’h=15000h，取n=100r/min,代入上式后計算得C=20421.6N （4）根據(jù)必須的額定動載荷C選擇螺旋尺寸 根據(jù)內(nèi)循環(huán)滾動螺旋副結(jié)構(gòu)，查表8.2-18《機械傳動設(shè)計手冊》，使選擇規(guī)格的螺旋副C接近 C 或者稍大于C，如下表4-1， 表4-1 結(jié)合公稱直徑和公稱導(dǎo)程的優(yōu)先配合，綜合考慮選擇參數(shù)如下： 查特征代號確定型號為 FD406-3-3/全長螺紋長度，其尺寸參數(shù)如下： 額定動載荷 公稱直徑 公稱導(dǎo)程 鋼球直徑 mm 圈數(shù)列數(shù)=13, 螺紋升角 = 基本額定靜載荷 =70650N 滾道半徑R = 0.52 = 2.064mm 偏心距e = 0.707x（R-/2）=0.0562mm 絲杠螺紋內(nèi)徑d==35.984mm （5）穩(wěn)定性驗算 因為絲杠采用一端固定一端鉸支的安裝方式，查表18-7 《機械零件設(shè)計手冊》長度系數(shù)， 參照《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》表2-10取安全系數(shù)[S]=3，因為螺桿較長，絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷成為臨界載荷F（N）按下式計算： F= 式中E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼，E=206GP；l為絲杠工作長度（m），l=672mm；為絲杠危險截面軸慣性矩（m）; == =8.14910m 又 可得： 安全系數(shù)S= F/==197.03>[S]=3, 絲杠安全,不會失穩(wěn). （6） 剛度驗算 按最不利的情況考慮，螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起的彈性變形方向是一致的。 滾珠絲杠在工作載荷F(N)和轉(zhuǎn)矩T(N.m)共同作用下引起每個導(dǎo)程變形量(m)為= 式中,A為絲杠截面積,A=1/4;為絲杠的極慣性矩, =/32(m);G為絲杠的切變模量,對鋼G=83.3GP;T（N.m）為轉(zhuǎn)矩。 又T=F 式中，為摩擦角，其正切值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷；可以查出螺旋副運動由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動時取參數(shù)摩擦系數(shù)tan=0.0025，又=，所以樣有下式： T=F 按最不利的情況計算，F(xiàn)=F有 則絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動精度的1/2，即 =1.81〈 1/2*0.03=0.015mm 所以絲杠的剛度是完全滿足要求的。 （7） 效率驗算 合格 綜上所校核，該絲杠是符合要求的。 同理，徑向傳動的滾珠絲杠也好似符合要求的。 4.3 滾動軸承的選取與計算 前面設(shè)計的滾珠絲杠公稱直徑是40mm，支撐軸端的直徑30mm，則選定滾動軸承的內(nèi)徑為30mm。 4.3.1 軸向進給滾珠絲杠副的支撐軸承 （1）選取 考慮滾珠絲杠的特點，對滾珠絲杠副的受力分析，滾珠絲杠選用支撐形式為一端鉸支一端固定式支撐。 鉸支端的支撐選用深溝球軸承，內(nèi)圈軸向固定的方法。 固定端的支撐選用一個深溝球軸承和一組雙向推力球軸承的組合。深溝球軸承內(nèi)圈用軸肩固定。在滾珠絲杠軸上加工出x1.5的螺紋，用兩個對頂?shù)谋∑菽竵斫o雙向推力球軸承一端固定，雙向推力球軸承外圈用自制擋圈固定 初步選定絲杠兩端深溝球軸承型為普通深溝球軸承6006，GB/T276-1994。 固定端選取的推力球軸承為雙向推力球軸承52207型，GB/T301-1995。 （2）校核 由于絲杠螺母在滾珠絲杠軸上來回運動，加載在滾動軸承的負荷不均勻變化，校核軸承時均采用校核單個軸承受力的極限位置的方法。因為導(dǎo)軌承受了工作臺大部分的重力載荷，滾珠絲杠軸主要承受的是軸向載荷，對絲杠上的一個滾珠進行受力分析如下圖4-7，其中1是螺紋升角 ， 2是摩擦角，F(xiàn)就是上面校核滾珠絲杠軸的軸向載荷，分析如下：Ft為圓周方向上的載荷，在整個絲杠軸上又大小相等方向相 圖4-7 受力分析圖 反的兩個Ft相互抵消。圓周力Ft在絲杠軸上產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩T. T=F （公式摘自《機械零件設(shè)計手冊》中滾動螺旋傳動設(shè)計計算部分） 深溝球軸承受到包括滾珠絲杠自重的很小的力，在這里滾珠絲杠兩端的深溝球軸承不需要校核。 下面進行雙向推力球軸承的校核： 雙向推力球軸承和深溝球軸承在一起用時，可以認為徑向力都壓在深溝球軸承上，那么推力球軸承只承受純軸向載荷，所選取的雙向推力球軸承52207型GB/T301-1995 的載荷參數(shù)如下：額定動載荷=30120N,額定靜載荷=62290N。因為是只承受純軸向載荷，=90°，其軸向當量動載荷為 根據(jù)壽命計算公式 （公式摘自《最新軸承設(shè)計手冊》中軸承設(shè)計計算部分） 來計算該軸承的壽命，其中P=Pa=Fa=3800N,轉(zhuǎn)速n=100r/min，額定動載荷=30120N，壽命指數(shù)=3。 = =82997.09h， 82997.09h > 15000h 所選雙向推力球軸承合格. 4.3.2 徑向進給滾珠絲杠副的支撐軸承 滾珠絲杠支撐形式也選擇為一端鉸支一端固定式 游離端的支撐選用深溝球軸承，內(nèi)圈軸向固定的方法。 固定端的支撐選用一個深溝球軸承和兩個推力球軸承的組合。 初步選定絲杠兩端深溝球軸承型為普通深溝球軸承6206，GB/T276-1994。 固定端選取的推力球軸承為兩個推力球軸承51206型，GB/T301-1995。同樣深溝球軸承內(nèi)圈用軸肩固定。在滾珠絲杠軸上加工出x1.5的螺紋，用兩個對頂?shù)谋∑菽竵斫o兩列推力球軸承一側(cè)固定。同理深溝球軸承受到包括滾珠絲杠自重的很小的力，在這里只需要校核推力球軸承。 推力球軸承的校核： 推力球軸承和深溝球軸承在一起用時，可以認為徑向力都壓在深溝球軸承上，那么推力球軸承只承受純軸向載荷，所選取的推力球軸承51206型GB/T301-1995的載荷參數(shù)如下：額定動載荷=21580N,額定靜載荷=43260N。因為是只承受純軸向載荷，=90°，其軸向當量動載荷為 根據(jù)壽命計算公式 來計算該軸承的壽命，其中P=Pa=Fa=3800N,轉(zhuǎn)速n=100r/min，額定動載荷=21580N，壽命指數(shù)=3。 = =30524.76h， 30524.76h > 15000h 所選推力球軸承合格。 4.4步進電機的選取及設(shè)計計算 4.4.1步進電機的選取 可初步選定常州澤明自動化有限公司的三相混合式步進電機，其各型號的尺寸如下表格： 型號 機身長(L) 110BYG350A 166mm 110BYG350B 216mm 110BYG350C 246mm 型號 Series Model 步距角 Step Angle (°) 相數(shù) No.of phase 電壓 Rate voltage （V） 機身長 Motor Length (mm) 電流 Rated Current (A) 靜力矩 Holding Torque (N.M) 電感 Phase Inductance (mH) 轉(zhuǎn)動慣量 Rotor Inertia (kg.cm2) 110BYG350A 1.2 3 80-350 166 2.4 8 20 8.5 110BYG350B 1.2 3 80-350 216 2.8 12 30 12.5 110BYG350C 1.2 3 80-350 246 3.0 16 35 16.5 根據(jù)軸向進給系統(tǒng)和徑向進給系統(tǒng)的要求，兩個步進電機初步選定其型號都為： 110BYG350C。如果經(jīng)過校核不合格，則重新選取步進電機的型號大小。 4.4.2 步進電機的校核 滾珠絲杠需要的轉(zhuǎn)矩 T（N.m）， 又 T=F 式中，為摩擦角，其正切值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷；可以查出螺旋副運動由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動時取參數(shù)摩擦系數(shù)tan=0.0025，又=，所以樣有下式： T=F 那么根據(jù)滾珠絲桿扭矩的要求，上面的3種型號的步進電機均滿足要求。 （1） 軸向進給的步進電機的校核 ①. 計算負載軸的轉(zhuǎn)動慣量 螺桿轉(zhuǎn)動慣量的計算公式 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;d是傳動件的等效直徑（m）；取d=0.02m；l傳動件的軸向長度， 取l=0.672m；代入 ②計算電動機軸的轉(zhuǎn)動慣量 電動機軸的計算公式： 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;R是電動機軸的等效半徑（m）；取R=0.0095m；l傳動件的軸向長度，l=0.04m,得： ．計算電動機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量為： .驗算Z軸電機慣量匹配 電機轉(zhuǎn)軸的總當量負載轉(zhuǎn)動慣量與電動機自身轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量的比值應(yīng)該控制在一定范圍內(nèi)，取,其中 ， 可以滿足要求。所以所選擇的步進電機是符合要求的。 （2） 徑向進給的步進電機的校核 ①. 計算負載軸的轉(zhuǎn)動慣量 螺桿轉(zhuǎn)動慣量的計算公式 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;d是傳動件的等效直徑（m）；取d=0.04m；l傳動件的軸向長度，取l=0.645m；代入 ②. 計算電動機軸的轉(zhuǎn)動慣量 電動機軸的計算公式： 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;R是電動機軸的等效半徑（m）；取R=0.0095m；l傳動件的軸向長度，l=0.04m,得： ③．計算電動機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量為： ④.驗算Z軸電機慣量匹配 電機轉(zhuǎn)軸的總當量負載轉(zhuǎn)動慣量與電動機自身轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量的比值應(yīng)該控制在一定范圍內(nèi)，取，其中 ， 可以滿足要求。所以所選擇的步進電機是符合要求的。 因此，軸向和徑向進給所選擇的步進電機都符合要求。 4．5 聯(lián)軸器的選取 4.5.1聯(lián)軸器分析與選取 本設(shè)計的聯(lián)軸器是用來連接滾珠絲杠軸端和步進電機軸端的。選擇合適的聯(lián)軸器是很重要的。根據(jù)傳動的特點和電動機的型號、與傳動軸的直徑，本設(shè)計選用隔振和緩沖沖擊載荷性能比較好的彈性柱銷聯(lián)軸器。因為步進電機和滾珠絲杠副直接用聯(lián)軸器相連，那么這個傳動系統(tǒng)的要求有一定的緩沖沖擊載荷性能。 彈性柱銷聯(lián)軸器有如下特點：通常用于連接兩同心軸的彈性柱銷工作溫度為-20°C—70°C,容易制造，結(jié)構(gòu)簡單，壽命較長，允許較大的軸向竄動，能緩沖減震。振動不大的條件下，連接低速和剛性不大的兩軸，構(gòu)造簡單，成本低，能傳遞較大扭矩。 4.5.2聯(lián)軸器承受載荷計算 根據(jù)已經(jīng)選取的步進電機的型號得知，110BYG350C型號的步進電機轉(zhuǎn)動慣量 計算電動機軸的轉(zhuǎn)動慣量 電動機軸的計算公式： 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;R是電動機軸的等效半徑（m）；取R=0.0095m；l傳動件的軸向長度，l=0.04m,得： 根據(jù)步進電機的軸徑，在《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》中表17-4選取彈性柱銷聯(lián)軸器HL1型，其參數(shù)如下： 軸孔直徑 公稱扭矩 許用轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)動慣量 可以比較出 > 顯然選取的聯(lián)軸器合格。 4.6 齒輪減速器的選取 選取四通電機公司生產(chǎn)的精密行星齒輪減速器，結(jié)構(gòu)示意圖如下： 4.6.1精密行星齒輪減速器特點： 行星齒輪采用特殊技術(shù)進行磨齒，實現(xiàn)低側(cè)隙、低噪音，更增加齒輪的使用壽命。 帶密封的深溝球軸承，傳遞高徑向負載。潤滑油不泄漏，免保養(yǎng)。 陽極氧化處理鋁合金機殼，增強環(huán)境耐受性、耐腐蝕性、減少重量，增強熱傳導(dǎo)性，降低內(nèi)部溫升。 安裝系統(tǒng)附有免誤裝置，有效防止安裝錯誤。 法蘭和軸襯設(shè)計模塊化，適用于任何廠商和形式的電機。 可提供多達20余種的減速比選擇。特殊處理的硬齒面HRC58-62鋼質(zhì)齒輪，優(yōu)越的抗磨損性和耐沖擊性。 帶密封的深溝球軸承，帶有精密同心的太陽軸。 設(shè)計緊湊、體積小、力矩大、高精度、高剛性、高載荷、 高效率、低慣性、低振動、低噪音、低溫升 4.6.2技術(shù)參數(shù)表如下： 型號說明： 4.6.3外形尺寸圖如下： 4.6.4尺寸參數(shù)表如下： 4.6.5緊固螺栓扭矩表如下： 4.7 進給系統(tǒng)精度校核 設(shè)計的進給系統(tǒng)選取的步進電機步距角為1.2°，行星齒輪減速器的減速比為10：1，滾珠絲杠的公稱導(dǎo)程為6mm， 特計算此進給系統(tǒng)能保證加工的軸承內(nèi)圓精度如下： 顯然，能滿足加工軸承內(nèi)圓的精度要求0.007mm 設(shè)計總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，細品味這半年來忙碌而充實的生活，發(fā)現(xiàn)收獲的東西真不少！ 經(jīng)過近兩個月地調(diào)研、查閱資料、定方案、計算、設(shè)計，我終于完成了全自動軸承內(nèi)圓磨床進給機構(gòu)設(shè)計的全部過程，在感到欣慰的同時，我深深地感覺到自己專業(yè)基礎(chǔ)知識的欠缺。通過這次機床進給機構(gòu)的設(shè)計，讓我總結(jié)了以前學(xué)過的專業(yè)知識，并把它綜合運用到我的畢業(yè)設(shè)計過程中去，充分的發(fā)揮了自己的綜合能力。同時在設(shè)計過程中，接觸到了一些原來沒見過的機械專業(yè)知識，同時考慮到要對磨床進給機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計中考慮到這些因素時，要把自己的設(shè)計方案進行優(yōu)化。例如：1.在設(shè)計進給傳動系統(tǒng)時，采用了直接用步進電機直接與滾珠絲杠軸的傳動方式，不管是從精度、剛度，還是效率方面評價，這種方式簡化了進給系統(tǒng)；2.本設(shè)計方案直接由步進電機驅(qū)動控制工件的磨削進給，而磨架相對于工作臺是靜止不動的，這對于普通磨床是一個改進和創(chuàng)新；3.采用上下料系統(tǒng)直接固定在電磁夾具上的進料的方式，有利于自由進料，自動固定夾緊工件，有利于自動化流水線生產(chǎn)。這些因素在設(shè)計中都影響了進給效率、使用壽命，還直接影響了被磨削的工件的精度，在設(shè)計中能把這幾個方面的內(nèi)容做好，不是一件簡單的事情。但在設(shè)計中也遇到了一些問題。最主要的就是進給滾珠絲杠軸的受力分析，及磨削時的進給力，快進快退攻進的磨削力的分析與計算。由于滾珠絲杠副的螺母在滾珠絲杠上來回運動，使?jié)L珠絲杠軸及其軸端支撐的滾動軸承受力不均勻，導(dǎo)致計算困難。在設(shè)計中，我不斷的向馬老師請教，希望能找到一個最佳的分析方法來簡化滾珠絲杠軸的受力模型。在建立模型中，也要忽略一些次要的因素。這要取決與本設(shè)計的滾珠絲杠軸端的支撐方式，不僅使用了深溝球軸承，而且使用了雙向推力球軸承，這就使?jié)L珠絲杠軸所受的載荷和各個軸承所受的載荷分為只受單向的作用力。所以在計算的時候就忽略了綜合作用力，比較簡單的解決了問題。 在設(shè)計中我也明顯的感覺到自身的知識結(jié)構(gòu)有很多的不足之處，如自己的實際設(shè)計經(jīng)驗不足，缺少現(xiàn)場考察的大膽的設(shè)計思想。在材料的用量，材料的選擇，公差等級的應(yīng)用與選取等存在著一些知識缺陷。同時在分析滾珠絲杠的受力時感到比較棘手，沒有頭緒。在分析和應(yīng)用的過程中，難免存在著一些設(shè)計問題，希望各位老師指出錯誤，讓我有更多 的學(xué)習(xí)機會。 順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。此次設(shè)計時間緊，任務(wù)重，涉及的知識面廣，牽涉的學(xué)科多。壓力之大、精神之緊張是從來不曾體會過的，雖然不是十分的完美，但我是十分的用心的去做了，這就是我最大的收獲。當然設(shè)計中還存在這樣和那樣的問題還請各位老師批評指正。 致 謝 經(jīng)過這段時間的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師馬玉平博士，本次畢業(yè)設(shè)計是在馬老師的殷切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。老師細心地糾正圖紙中的錯誤，除了敬佩馬老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的同班同學(xué)，在我做畢業(yè)設(shè)計期間給予了我很大的幫助，在我苦惱的時候為我分憂解難，讓我感受到集體的溫暖，激勵我奮發(fā)向前，勇于面對一切困難。感謝大學(xué)幾年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)。老師的教育不僅讓我學(xué)到了專業(yè)知識，掌握了相關(guān)技術(shù)，提高了自身素質(zhì)，更使我對人生充滿了憧憬。在往后的征途中，我會加倍努力?！伴L風(fēng)破浪會有時，直掛云帆濟滄?！?，懷著飽滿的熱情、堅韌的性格、勤奮的態(tài)度，等待著我的是機遇與挑戰(zhàn)！ 參考資料 [1] 盧秉恒，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，北京：機械工業(yè)出版社，1999 [2] 鐵維麟，機床備件手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1999 [3] 鄭修本，機械制造工藝學(xué)，北京：機械工業(yè)出版社，1999 [4] 戴曙，金屬切削機床，北京：機械工業(yè)出版社，1999 [5] 董剛，機械設(shè)計，北京：機械工業(yè)出版社，1999 [6] 楊黎明，機械設(shè)計簡明手冊，北京：國防工業(yè)出版社，2007 [7] 機械零件設(shè)計手冊，北京：冶金工業(yè)出版社，1981 [8] 徐灝，機械設(shè)計手冊，北京：機械工業(yè)出版社， 2001 [9] 雅謝利，磨床，北京：機械工業(yè)出版社，1999 [10] 楊黎明 ，機械零部件選用與設(shè)計，北京：國防工業(yè)出版社， 2006 [11] 杜君文，機械制造技術(shù)裝備及設(shè)計，北京：機械工業(yè)出版社，2000 [12] 金屬切削機床夾具手冊，北京： 機械工業(yè)出版社，1993 [13] 凸圓外圈微型深溝球軸承外形尺寸，北京： 機械工業(yè)出版社，2001 [14] 磨床設(shè)計制造基礎(chǔ)，北京：機械工業(yè)出版社， 2002 [15] 最新軸承手冊， 北京：電子工業(yè)出版社，2006 [16] 機械設(shè)計機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計，北京：高等教育出版社，1995 [17] 陳隆德，互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高教出版社，1988 [18] 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