軸承磨床自動(dòng)定位裝夾系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目: 軸承磨床自動(dòng)定位裝夾系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 劉玉申 學(xué) 號： 2004141021 專業(yè)班級： 機(jī)自0401 指導(dǎo)教師： 馬玉平 2008 年05 月 30 日 目次 前言 1 1 全自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床概述 2

2、 1.1 磨削的基本原理 2 1.2 全自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對象、范圍及要求 3 2 自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計(jì)與布局 5 2.1 機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)及參數(shù)分析 5 2.2 影響機(jī)床加工精度和效率的工藝因素 6 2.3 機(jī)床主要部件結(jié)構(gòu)方案評價(jià) 6 2.4 機(jī)床的工作循環(huán)過程 9 3. 軸承內(nèi)圈內(nèi)圓夾具設(shè)計(jì) 10 3.1 自動(dòng)定位夾具設(shè)計(jì)目的 10 3.2 工件的定位夾緊方式 10 3.3 電磁無心夾具的設(shè)計(jì) 11 3.4 無心夾具的定位誤差 15 3.5 電磁無心夾具各部件設(shè)計(jì)圖及參數(shù)的確定 16 4. 檢測裝置的設(shè)計(jì) 18 4.1檢測裝置的設(shè)計(jì)目的和

3、意義 18 4.2檢測裝置設(shè)計(jì) 18 5 磨床各部件及其參數(shù)的確定 20 5.1.導(dǎo)軌 20 5.2.往復(fù)移動(dòng)速度 20 5.3.磨架電動(dòng)機(jī)功率 20 設(shè) 計(jì) 總 結(jié) 21 致 謝 23 參考文獻(xiàn) 24 1 前言 現(xiàn)今軸承生產(chǎn)中，套圈磨削工藝及專用磨床不能滿足高精度，高效率的要求，與國外相比存在著一定的差距。工藝設(shè)備的落后是國產(chǎn)軸承精度低，性能差，成本高以及在國際市場上競爭力低的主要原因。在所有軸承加工設(shè)備中，內(nèi)表面磨床的水平具有表征意義。這主要是磨削孔徑限制了砂輪尺寸及相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)，從根本上限制了工藝系統(tǒng)的的剛性。內(nèi)圓磨削速度

4、要從砂輪主軸的轉(zhuǎn)速的提高尋找出路，相應(yīng)的就帶來了高速主軸軸承的制造，應(yīng)用裝配技術(shù)和高速下的振動(dòng)及動(dòng)平衡一系列要求。軸承套圈內(nèi)徑公差嚴(yán)格，在大批量與高效率的生產(chǎn)條件下，難以用定程控制尺寸，必須配用各式主動(dòng)測量系統(tǒng)，從而增加了內(nèi)圈磨床結(jié)構(gòu)及尺寸的復(fù)雜性。 該課題來源于生產(chǎn)實(shí)踐。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工中，內(nèi)圓磨削是一道關(guān)鍵工序。其原因是：受孔徑限制，砂輪尺寸小，砂輪消耗快，影響磨削效率和質(zhì)量。現(xiàn)代磨削技術(shù)在不斷的發(fā)展和提高，對于軸承內(nèi)圈內(nèi)圓的磨削，越來越要求磨床具有高精度、高效率和高可靠性，而傳統(tǒng)的手動(dòng)和半自動(dòng)內(nèi)圓磨床難以滿足使用要求，因此設(shè)計(jì)開發(fā)全自動(dòng)內(nèi)圓磨床則顯得尤為重要。 根據(jù)任務(wù)分工，我

5、主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)機(jī)床的工件定位夾緊系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過程中，通過翻閱大量的通用機(jī)床的設(shè)計(jì)資料，并總結(jié)設(shè)計(jì)機(jī)床的主要特點(diǎn)，從而得出了該機(jī)床的夾具裝配圖。 雖然各種機(jī)床的功能和要求不同，但就其磨削原理而言，同屬于內(nèi)表面磨削，其運(yùn)動(dòng)方式和總體布局也基本相同，大多數(shù)部件通用。 目前，國內(nèi)各廠對中高級精度軸承多采用二次磨削，為了改變這種情況，擬用一次磨削代替且達(dá)到終磨技術(shù)要求。 要在大批生產(chǎn)高效的條件下，滿足上述技術(shù)要求，從磨床設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，可以歸結(jié)為磨削幾何精度、尺寸精度及效率三個(gè)方面的要求。用因果分析尺寸精度、幾何尺寸及磨削效率的影響因素，從而選擇最佳裝夾部件方案，在考慮運(yùn)動(dòng)圖的設(shè)計(jì)布局及造型設(shè)計(jì)，最后

6、決定最佳的方案。 1 全自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床概述 1.1 磨削的基本原理 1.1.1磨削基本原理 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(dāng)作一把多刀多刃的銑刀，每一顆磨粒相當(dāng)于一個(gè)刀齒，每一個(gè)粒尖相當(dāng)于一個(gè)“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(gè)“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)生火花。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

7、，光滑表面的形成與一般磨削相似，但也有自身的特點(diǎn)。高光潔度磨削是由砂輪通過精細(xì)修整后形成等高的微刃切削作用和適當(dāng)接觸壓力的摩擦拋光作用，使工件表面獲得高的光潔度。 1.1.2 軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點(diǎn) （1）.基本原理：下圖為滾動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)孔的磨削原理圖。 圖1-1滾動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)孔磨削原理圖 磨削時(shí)，工件徑向進(jìn)給，砂輪軸軸向往復(fù)移動(dòng)，在粗進(jìn)給和精進(jìn)給磨削之間，往往需要修整砂輪。修整時(shí)，砂輪退出內(nèi)孔并在修整器位置往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(bǔ)償進(jìn)給量Δa,Δa的大小應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)條件經(jīng)驗(yàn)合理確定，一般其數(shù)量級為1-10微米。 在內(nèi)圓磨削中，

8、工件進(jìn)給一般由機(jī)械控制，也有用步進(jìn)電機(jī)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(yùn)動(dòng)由油缸控制，而其往復(fù)振動(dòng)則有偏心裝置控制。 （2）. 軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨削的特點(diǎn)： (A).砂輪剛度低 內(nèi)表面磨削時(shí)，砂輪受內(nèi)徑限制，常制成較細(xì)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(jìn)給光磨恢復(fù)變形時(shí)間較長，生產(chǎn)率很低。 (B).磨削條件差 內(nèi)表面磨削時(shí)，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(dòng)。在磨削時(shí)，砂輪與工件接觸面積大，磨礫極易鈍化，且自銳性不能充分發(fā)揮，產(chǎn)生熱量多，冷卻液很難進(jìn)入磨削區(qū)，工件表面極易燒傷

9、。 1.2 全自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對象、范圍及要求 1.2.1 機(jī)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(dòng)化生產(chǎn)。 1.2.2 機(jī)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:

10、 9-30毫米 加工質(zhì)量: 高于軸承國家標(biāo)準(zhǔn)對于P0級精度的軸承要求 1.2.3 工件的加工精度 作為精密的機(jī)械元件，滾動(dòng)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(jī)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(biāo)也是十分嚴(yán)格的。 一般來說，滾動(dòng)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(dá)到這些要求，就必須在機(jī)械加工工藝上首先確保軸承零件套圈的以下指標(biāo)： 旋轉(zhuǎn)精度：要求軸承的套圈的幾何形

11、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(shí)沒有明顯的尺寸和形狀變化。 質(zhì)量指標(biāo)：尺寸公差7微米：圓度3微米：粗糙度0.04μm 2 自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計(jì)與布局 2.1 機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)及參數(shù)分析 2.1.1機(jī)床應(yīng)提供的主要運(yùn)動(dòng)分析 為實(shí)現(xiàn)正常的內(nèi)圓磨削，所需要的切削運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)如下圖所示。 圖2-1 內(nèi)圓磨削切削運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)圖 圖中Vf-橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：Vr-縱向往

12、復(fù)運(yùn)動(dòng)：Vd-修整運(yùn)動(dòng)：Va-砂輪與工件的接近運(yùn)動(dòng)：Ng-砂輪轉(zhuǎn)速：Nw-工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2.1.2 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)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

13、 砂輪軸功率 (KW) 5.0 3.5 2.5 工件軸轉(zhuǎn)速(rpm) 低速450 567 10 高速900 1134 1420 工件架最大橫向移動(dòng)量(mm) 25 工件架回轉(zhuǎn)角度 0-1.5 工件架最大進(jìn)給量(mm) 0.46 (半徑) 工件架快跳量(mm)

14、 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(jìn)工作速度(mm/min) 15 工件架粗精進(jìn)給微退量(mm) 0.001-0.016 2.2 影響機(jī)床加工精度和效率的工藝因素 自動(dòng)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，

15、幾何精度和精度穩(wěn)定性有重大影響，小孔磨削時(shí)尤為重要。所以，儀表和砂輪是實(shí)現(xiàn)正常自動(dòng)內(nèi)圓磨削的前提條件。 以下是分析影響內(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。 2.2.1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(yùn)動(dòng)精度及重復(fù)定位精度； 2. 工藝系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)剛性； 3. 工藝系統(tǒng)的熱變形； 2.1.2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(yùn)動(dòng)精度及重復(fù)定位精度； 5. 工藝系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)剛性； 6. 夾具重復(fù)定位精度(考慮重修的可能性)和主軸回轉(zhuǎn)精度； 2.1.3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(jìn)給速度，往

16、復(fù)頻率和工件速度； 8. 磨削循環(huán)的合理的設(shè)計(jì)以及空程磨削時(shí)間和輔助時(shí)間的比重； 9. 工藝系統(tǒng)的剛性； 10. 機(jī)電系統(tǒng)工作的可靠性； 2.3 機(jī)床主要部件結(jié)構(gòu)方案評價(jià) 根據(jù)前一節(jié)機(jī)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(jìn)行剛性評價(jià)，精度評價(jià)，從而進(jìn)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(jì)，制造良好的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。任何合理的結(jié)構(gòu)方案，如果具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)或制造不良，均會使該部件失去其優(yōu)勢，乃至完全達(dá)不到預(yù)測的結(jié)果。 各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評價(jià)如下表 部件名稱 結(jié)構(gòu)方案 剛性評價(jià) 精度評價(jià) 效率評價(jià)

17、 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(dòng)導(dǎo)軌 液靜壓導(dǎo)軌 氣靜壓導(dǎo)軌 磙子滾動(dòng)導(dǎo)軌 鋼球滾動(dòng)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 ( 3.6-9萬轉(zhuǎn)/分) 滾動(dòng)支撐皮帶軸 滾動(dòng)支撐DZ系列電主軸 滾動(dòng)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(jìn)給系統(tǒng) 絲杠螺母(滑動(dòng)接觸，消除間隙) 步進(jìn)電機(jī)

18、(滾動(dòng)絲杠) 液壓傳動(dòng)滾動(dòng)絲杠 步進(jìn)電機(jī)凸輪機(jī)構(gòu) 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 優(yōu) 中(停后反向差) 優(yōu) 差(反向不靈敏) 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(dòng)測量儀 步進(jìn)電機(jī)凸輪杠桿 / / / / 差(002) 中(001) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 中 優(yōu) 往復(fù)機(jī)構(gòu) 液壓往復(fù) 機(jī)械往復(fù) 高頻振蕩 / / / 差 優(yōu) 中 差 優(yōu) 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

19、(徑向磨削力控制) 優(yōu)(切向磨削力控制) 中(尺寸公差控制) 表2-1 部件結(jié)構(gòu)方案評價(jià)表 上述評價(jià)是定性的相對比較，曾試圖采用加全權(quán)記分法來進(jìn)行比較。由于每種結(jié)構(gòu)各具特點(diǎn)，無法真正做到恰當(dāng)?shù)拇_定參數(shù)，并賦予適中的加權(quán)系數(shù)，所以實(shí)際上無法進(jìn)行加權(quán)記分法評定。 2.4 機(jī)床的工作循環(huán)過程 機(jī)床在工作過程中,需要兩個(gè)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(gè)過程。 2.4.1機(jī)床的磨削工作過程 首先，打開總的電源，氣源，啟動(dòng)工作軸，磁濾器，電泵。砂輪軸得到氣壓，啟動(dòng)砂輪軸和液壓系統(tǒng)；機(jī)械手上料，復(fù)位；測爪進(jìn)入工作，電磁無心夾具上磁。然后，測爪張開，磨架快速左行到

20、底，工件架快跳，快趨，進(jìn)行粗磨；工件架微退，進(jìn)行粗光磨。然后精磨，工件架微退，進(jìn)行精光磨。工件架跳出，步進(jìn)電機(jī)復(fù)位，磨架往復(fù)停止，磨架快速右行至休整位置，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償；測爪收縮，斷磁，測爪退出工件，然后機(jī)械手上料，進(jìn)行下一個(gè)磨削循環(huán)。 2.4.2.砂輪休整循環(huán) 機(jī)械手上料，機(jī)械手復(fù)位，測爪進(jìn)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(bǔ)償位置，砂輪架抬起，磨架快速左行到底，工件加快跳，進(jìn)行磨削。 3. 軸承內(nèi)圈內(nèi)圓夾具設(shè)計(jì) 3.1 自動(dòng)定位夾具設(shè)計(jì)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)

21、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(dòng)和半自動(dòng)內(nèi)磨床難以滿足使用要求。因此，有必要設(shè)計(jì)開發(fā)以提高加工效率和質(zhì)量為目的的全自動(dòng)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(xiàng)精度而且效率也是一個(gè)很重要的指標(biāo)。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。自動(dòng)定位裝夾系統(tǒng)是軸承加工中提高加工精度和效率的一項(xiàng)關(guān)鍵之一。 3.2 工件的定位夾緊方式 滾動(dòng)軸承套圈的磨削用夾具有兩大類：定心夾具和無心夾具。定心夾具，工件中心相對夾具夾持元件是固定不動(dòng)得；無心

22、夾具與定心夾劇最根本的區(qū)別在于工件轉(zhuǎn)動(dòng)軸跟隨有定位表面的設(shè)計(jì)尺寸和幾何形狀決定的差異而變動(dòng)。主要是由于工件與工件軸之間無剛性聯(lián)結(jié)的緣故。無心夾具的顯著特點(diǎn)在于重復(fù)定位精度高，主軸徑向調(diào)動(dòng)不影響加工精度，而主軸軸向跳動(dòng)越不是一比一地傳遞給加工精度，無夾緊變形；調(diào)整方便，裝卸工件容易，便于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。 與無心夾具相比定心夾具有如下缺點(diǎn)： 1).夾具與工件軸固定在一起，工件軸的徑向、軸向跳動(dòng)1：1的傳遞為工件的加工誤差。 2).工件易產(chǎn)生夾緊變形，使磨后表面出現(xiàn)多角形。 3).適應(yīng)范圍窄。 4).上、下料不方便，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 因此，在設(shè)計(jì)時(shí)首選無心夾具。無心夾具有滾輪式、端面機(jī)械壓緊

23、式和電磁式三種，目前軸承套圈磨削應(yīng)用的最廣泛、效果較好的是電磁無心夾具。 電磁無心夾具主要靠電磁力來實(shí)現(xiàn)工件的定位與夾緊，一般有端蓋、線圈、鐵心、磁盤、磁極、支承塊、可動(dòng)支承座、夾具體幾部分組成。其中鐵心、磁盤、磁極用螺釘連接在一起組成轉(zhuǎn)動(dòng)部分，用來驅(qū)動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)并限制工件定位的3個(gè)自由度，轉(zhuǎn)動(dòng)部分通過鐵心安裝并連接在機(jī)床主軸端部，其余的線圈、支承塊、可動(dòng)支承座、夾具體、端蓋組成固定部分，用來安裝線圈并使工件徑向定位，線圈安裝在夾具體的線框內(nèi)，兩個(gè)可動(dòng)支承可以在半圓盤上調(diào)整以獲得所需要的支撐夾角，同時(shí)它也可以沿徑向調(diào)整以適應(yīng)工件尺寸大小的變化，兩個(gè)支撐塊在支撐座上可作徑向、軸向調(diào)整，并可以作左

24、右傾斜接觸調(diào)整，以滿足尺寸偏心大小、偏心方向變化的要求，并使支撐和工件保持良好的接觸。它與各種高精度的自動(dòng)無心夾具與定心夾具相比，具有以下優(yōu)越性： ① 結(jié)構(gòu)簡單，通用性廣； ② 裝卸工件容易，操作方便，便于實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)； ③ 加工精度高 電磁夾具中的電磁力由線圈產(chǎn)生，這種線圈采用的線徑為0.86毫米，每組線圈的匝數(shù)為1100，線圈端面用絕緣板隔開，線圈與殼體之間也需要墊有相應(yīng)的絕緣板條，以防串動(dòng)。 磁極的端面開有槽，以排除切屑。使用時(shí)，磁極端面要在所用的機(jī)床上磨平。磁極材料一般采用耐磨的GCr15鋼。 支承材料一般可選用硬質(zhì)合金YT5、高錳鋼Mn13、夾布膠木或四氟乙烯等，主

25、要應(yīng)根據(jù)工件材料和加工條件（粗、精加工）不同進(jìn)行選取。 電磁無心夾具在內(nèi)圓磨床的床頭上，它有8個(gè)磁極組成，電磁無心夾具在工作時(shí)，電源由限位開關(guān)控制，當(dāng)往復(fù)向前工作時(shí)力接觸器吸上，常開觸點(diǎn)閉合，使線圈激磁。當(dāng)工作結(jié)束往后退時(shí)，常開觸點(diǎn)開關(guān)斷開，常閉觸點(diǎn)復(fù)位，使線圈通入反向電流，產(chǎn)生反磁，以消除剩磁。 工件之所以被夾緊，關(guān)鍵在于工件中心相對磁極中心有一個(gè)偏心量e，工件被直流電磁線圈產(chǎn)生的磁力吸在磁極端面上。磁力大小可以調(diào)整，通常調(diào)至用于徑向撥動(dòng)工件，少用力能將工件撥動(dòng)為宜。由于偏心e的存在，工件不能繞工件軸軸線和工件軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而只能繞前后兩支承所決定的工件幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是次幾何工作端面之

26、間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，因而產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力。 3.3 電磁無心夾具的設(shè)計(jì) 3.3.1電磁無心夾具力學(xué)原理 1）夾持原理 工件之所以被夾緊關(guān)鍵在于工件中心相對磁極中心有一偏心量e。 圖3-1夾具夾持原理圖 工件被直流電磁線圈產(chǎn)生的磁力吸在磁極端面上，磁力大小可以調(diào)整，通常調(diào)至用手徑撥動(dòng)工件，稍用勁將工件撥動(dòng)為宜，由于偏心e的存在，工件不能繞工件軸軸線和工件軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而只能繞前后支撐所決定的工件幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，這使磁極和工件端面之間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，因而，產(chǎn)生滑動(dòng)摩檫力，研究表明，摩檫力可以合成一個(gè)合力F和一個(gè)合力矩M，F(xiàn)垂直與偏心e，直指向兩支撐之間，作用點(diǎn)為工件中心。這樣，F(xiàn)起到徑向夾

27、持的作用，保證磨削過程工件被穩(wěn)定地夾持在支撐塊上，而M作為驅(qū)動(dòng)力矩，繞工件軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 摩擦力的合力F可以按下式計(jì)算： 式中 f——摩擦系數(shù) Q——正常電磁吸力，公斤力 ——計(jì)算系數(shù)，其值可以按下式計(jì)算 式中 ——磁極角速度，弧度/秒 ——偏心距，毫米 ——工件定位端面的平均半徑，毫米 ——角速度相對滑動(dòng)值，弧度/秒 代入數(shù)據(jù)得F==5.7N/kg 2） 驅(qū)動(dòng)力矩 當(dāng)工件剛剛放入夾具上時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為零；在驅(qū)動(dòng)力矩M作用下，工件逐漸加速，直到勻速轉(zhuǎn)動(dòng)為止，這就是稱M為驅(qū)動(dòng)力矩

28、的原因。在砂輪磨削工件時(shí)，如果工件速度底于磁極轉(zhuǎn)速，則驅(qū)動(dòng)力矩M和工件轉(zhuǎn)速方向一致。驅(qū)動(dòng)力矩如果工件轉(zhuǎn)速高于磁極轉(zhuǎn)速則驅(qū)動(dòng)力矩M和工件轉(zhuǎn)速方向相反，阻止工件加速轉(zhuǎn)動(dòng)，這稱為驅(qū)動(dòng)力矩的兩重性。 3.3.2 電磁夾具調(diào)整參數(shù)的確定 電磁無心夾具常見的兩種工作情況是以外圓為定位基準(zhǔn)加工內(nèi)孔，另一種是以外圓為定位基準(zhǔn)加工外圓，根據(jù)我們設(shè)計(jì)的磨床加工要求，是以外圓為定位基準(zhǔn)加工內(nèi)孔，由此來調(diào)整參數(shù)偏心量e、偏心方向角、支承角及兩支承的夾角 ① 偏心量e 偏心量e對精工精度的影響，在毫米時(shí)，e值在一定范圍內(nèi)的變化對技工精度并無顯著影響；當(dāng)毫米時(shí)，e值減小，工件的壁厚差增大很快，其原因

29、是由于e 減小時(shí)，其產(chǎn)生的夾持力也減小，使工件定位不穩(wěn)定所造成的。增大e值可以提高工件在磨削過程中的穩(wěn)定性，但是會增大工件在兩支承之間的摩擦力，有使定位基準(zhǔn)出現(xiàn)劃傷或摩擦燒傷的危險(xiǎn)。一般e在毫米的范圍內(nèi)較適合。 ② 偏心方向角 角決定了工件旋轉(zhuǎn)的方向，是指通過磁極和工件中心的連線與前支承之間的夾角，決定徑向夾持力F的位置，使F位于兩支承夾角之間，最好在中間，以保證工件在磨削時(shí)候的穩(wěn)定性。以外圓定位磨內(nèi)圓時(shí)候，角應(yīng)在的范圍內(nèi)。 ③ 支承角 在內(nèi)圓磨削時(shí)，角是指前支承與工件水平中心線的夾角，實(shí)踐證明，角對工件的加工精度影響很大。對內(nèi)圓磨削，角應(yīng)在范圍內(nèi)選取 ④ 兩支承

30、夾角 角對工件的幾何精度無顯著影響，一般可在之間選用。 綜上所述，現(xiàn)將有關(guān)參數(shù)的選取數(shù)值歸納如下： 以外圓定位加工內(nèi)圓時(shí)： 偏心量：粗磨時(shí)，mm 細(xì)磨時(shí)，mm 偏心方向角： 支承角： 兩支承的夾角： 磨削方式 e（mm） 支外磨內(nèi) 粗磨0.2—0.35 0--15 105--120 5--15 精磨0.15—0.25 表3-1各個(gè)參數(shù)總結(jié)表 3.3.3 電磁無心夾具調(diào)整方法 電磁無心夾具調(diào)整比較簡單，但若調(diào)整不當(dāng)，加工精度將會有很大的影響，甚至?xí)l(fā)生工件飛出，

31、影響安全。因此，有必要將調(diào)整步驟略述如下： ① 按照已選定的、角進(jìn)行兩支承座的調(diào)整并固定 ② 安裝磁極，并修磨磁極端面（一般擺動(dòng)量為mm） ③ 依據(jù)已選定的值，調(diào)整偏心量 有兩種經(jīng)驗(yàn)調(diào)整法為： ① 接通夾具電源，將工件吸在磁盤上，使工件與磁極大致同心，開動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng)工件。先將前支承靠住工件，使工件的擺動(dòng)約等于已選定的偏心量e值的兩倍。然后將前支承稍為固緊，并將后支承與工件靠緊，使工件穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，再將后支承稍微固緊。接著，停止主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，然后用涂色方法調(diào)整，使支承與工件具有良好接觸，再將工件離開兩支承2到3毫米，開動(dòng)主軸；若工件很快靠緊兩支承，并能穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，就證明已調(diào)整好。若工件

32、有跳動(dòng)，甚至飛出，則需要再調(diào)整，使工件達(dá)到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)為止。 ② 將工件吸在磁極上，使工件與磁極基本同心，朝著偏心方向角的方向移動(dòng)工件，其移動(dòng)量大約等于已選定的偏心量e值，然后將兩支承與工件接觸，稍微固緊，用涂色方法調(diào)整，使支承與工件具有良好的接觸，并將兩支承固定。再將工件離開兩支承2到3毫米，開動(dòng)主軸，若工件很快靠緊兩支承，并穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，就證明已調(diào)整好。若工件有跳動(dòng)，甚至飛出，則需要再調(diào)整，使工件達(dá)到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)為止。 3.4 無心夾具的定位誤差 當(dāng)采用電磁無心夾具以支外磨內(nèi)方式這種非自身定位方式來加工時(shí)，主要考慮定位誤差 圖中OXY的原點(diǎn)為工件理想中心。X軸的方向?yàn)槟ハ鞣较颉? 設(shè)工件

33、定位表面上有一凸起位于后支撐1時(shí)，工件中心將沿支撐塊2的斜面方向從O移至O， 圖3-2工件理想坐標(biāo)圖 式中：i-------工件定位表面諧波次數(shù)； C-------第i次諧波幅值； ------角度參變量； ------初相位。 工件定位時(shí)，定位表面同時(shí)在1和2點(diǎn)與支撐接觸，因此，定位誤差可表示為： 合并整理可得： 代入數(shù)據(jù) =0.05 3.5 電磁無心夾具各部件設(shè)計(jì)圖及參數(shù)的確定 3.5.1支撐 附圖 圖3-3 支撐 由于要加工的工件深度最大為30mm，故支撐與工件接觸的部分長度為24mm，為

34、了裝卸方便和考慮到工件的配合要求，24mm的長度已經(jīng)滿足工件的支撐工作，其材料為HT200時(shí)效處理。加工工藝為: 鑄造---鉆削—磨削接觸表面—銑削下表面—時(shí)效處理 3.5.2.槽盤 附圖 圖3-4 槽盤 槽盤是電磁無心夾具的重要連接部件，其上的凹槽用于滑板在其上面自由滑動(dòng)，滑板上連接有支撐，環(huán)形凹槽使兩個(gè)支撐可以形成不同的角度，以用來滿足不同的工件加工時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)合力。根據(jù)工件大小和磨床設(shè)計(jì)，槽盤的外徑為124mm。 3.5.3滑板 附圖 圖3-5 滑板 滑板單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)直板，以用于連接兩頭螺栓，可以是支撐沿徑向移動(dòng)，以滿足不同直徑的工件

35、加工精度?；迳舷聝善矫姹仨毐ＷC足夠的平行度。 其余零件略。 4. 檢測裝置的設(shè)計(jì) 4.1檢測裝置的設(shè)計(jì)目的和意義 自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床是軸承套圈磨超生產(chǎn)線上的核心機(jī)床。軸承套圈內(nèi)徑表面的綜合精度，直接會影響后序內(nèi)溝道（或內(nèi)圈滾道）超精對前序溝道磨削精度的改善，當(dāng)然前序的內(nèi)圈溝道（或內(nèi)圈滾道）和端面磨削精度也要得到保證。相對來說，內(nèi)圓磨削加工設(shè)備的加工精度尤為重要。內(nèi)圓表面磨削不僅需要控制內(nèi)圓表面的圓度、錐度和表面粗糙度，而且工件磨削面磨削尺寸的偏差控制較之其它幾臺磨超設(shè)備更為嚴(yán)格。自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床，它的磨架油缸后接了振蕩機(jī)構(gòu)部分，而其磨架下有軸

36、向定位控制元件來控制磨架工位和修整位。自動(dòng)軸承內(nèi)圈溝磨床和前兩臺軸承磨床共模，借用床身、工件箱、工件軸、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和外罩等部分。 4.2檢測裝置設(shè)計(jì) 我們把自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床的個(gè)各部件分為A,B,C三類。 A類部件有：進(jìn)給架（包括伺服系統(tǒng)），磨架（包括電主軸總成），電氣系統(tǒng)，砂輪修整器，工件軸系，床身。B類部件有：儀表機(jī)構(gòu)，電磁夾具，液壓系統(tǒng)，床頭箱。其它如冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、外罩、附件工裝和包裝箱等部分歸為C類。 其中在電磁夾具上連接一個(gè)檢測裝置:電磁裝置由支撐板，傳感器，光桿，螺紋桿，液壓系統(tǒng)，壓板，緊定螺釘組成。 其原理為：傳感器在軸承加工過程中直接與工件內(nèi)徑面接觸，設(shè)置

37、好一定的參數(shù)，當(dāng)工件內(nèi)徑達(dá)到加工尺寸要求時(shí)，傳感器將信號傳到電氣儀表控制裝置，電氣控制裝置分析數(shù)據(jù)，迅速選擇電磁夾具電源開關(guān)，使夾具斷電，加工自動(dòng)停止。這樣可以保證工件被加工的精度提高，提高了加工效率。檢測裝置動(dòng)力由液壓系統(tǒng)提供。其相互連接由光桿，螺紋桿，支撐板和壓板固定。由緊定螺釘把檢測裝置連接在機(jī)床上。 附設(shè)計(jì)檢測裝置圖 圖4-1 檢測裝置圖 5 磨床各部件及其參數(shù)的確定 根據(jù)提供的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和工藝參數(shù)，來確定機(jī)床各組成部分的結(jié)構(gòu)。 5.1.導(dǎo)軌 從要求設(shè)計(jì)機(jī)床技術(shù)指標(biāo)，加工出來的工

38、件的圓度在1.5um之內(nèi)。粗糙度達(dá)到Ra0.4，因此，磨架系統(tǒng)和工件架進(jìn)給系統(tǒng)的導(dǎo)軌均采用超精密加工的十字交叉滾子導(dǎo)軌，摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)精度高，壽命長，剛性好。 5.2.往復(fù)移動(dòng)速度 磨架往復(fù)移動(dòng)速度的大小，直接影響工件的加工速率、精度、光潔度。根據(jù)工藝參數(shù)，決定磨架的往復(fù)次數(shù)：150~450次/分，選取3次/秒，最大磨削寬度為20mm。故磨架往復(fù)速度 V=320.3m/s=0.18m/s 5.3.磨架電動(dòng)機(jī)功率 合理地確定磨架的主電動(dòng)機(jī)功率，若功率選取過大，則消耗電力過多，造成浪費(fèi)；若選取功率過小，則又使機(jī)床的使用效能受到限制。 通常在計(jì)算功率時(shí)，可以參照以下

39、公式進(jìn)行： N電=N磨 +N損 式中：N電--------------磨架電動(dòng)機(jī)功率（kw） N磨--------------磨削功率（kw） N損----------------------損耗功率（kw） 其中磨削功率可以采用下面的公式計(jì)算： N磨=（PzV砂）/102（kw） Pz--------------切向磨削力。它與進(jìn)給量、磨削深度的大小、砂輪與工件線速度的高低、砂輪磨削面的寬度等有關(guān)。 設(shè) 計(jì) 總 結(jié) 電磁無心夾具是對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)知識的一次全面檢驗(yàn)，同時(shí)也是對機(jī)械、材料、控制

40、、計(jì)算機(jī)等知識的綜合應(yīng)用，培養(yǎng)準(zhǔn)工程技術(shù)人員的綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐應(yīng)用能力。 在本次設(shè)計(jì)中我根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，參閱國內(nèi)外現(xiàn)有軸承磨床設(shè)計(jì)等大量資料，取其精華，吸百家之長，力求設(shè)計(jì)完善、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增加效益。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)提高了我分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)了認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和吃苦耐勞的、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度，使自己能夠熟練地查閱國內(nèi)外有關(guān)資料、文獻(xiàn)，學(xué)會了如何調(diào)查、收集、整理第一手資料，在保留原有基礎(chǔ)的同時(shí)，運(yùn)用新工藝、新技術(shù)和新材料，大膽創(chuàng)新，以彌補(bǔ)產(chǎn)品的不足之處，使其趨于更合理、更先進(jìn)更優(yōu)化、更具有使用價(jià)值和良好的經(jīng)濟(jì)效益。 另外，在夾具設(shè)計(jì)方面使我學(xué)會了定位夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)

41、計(jì)、定位元件的選擇、技術(shù)處理等很多知識，設(shè)計(jì)過程中需要查閱大量的手冊、資料、中外有關(guān)公司的產(chǎn)品和說明書，使我翻閱資料的能力得到了提高，并掌握了通過互聯(lián)網(wǎng)獲得所需技術(shù)資料的方法，同時(shí)也提供了閱讀科技英語的水平。 無心夾具設(shè)計(jì)的課題來源于生產(chǎn)實(shí)踐，通過理論和實(shí)踐的結(jié)合，加深了我對所學(xué)知識的理解，也為我將來的工作創(chuàng)造良好的條件。本次設(shè)計(jì)因?yàn)槭钦麢C(jī)設(shè)計(jì)，工作量較大，時(shí)間緊迫，鍛煉了我快速反應(yīng)的能力，隨著市場競爭的日益激烈，這也將是一個(gè)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)具有的基本素質(zhì)。 此外，通過這次設(shè)計(jì)，也讓我意識到科技創(chuàng)新的極端重要性。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

42、著機(jī)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(jìn)的機(jī)床功能組件相得益彰，大大提高了機(jī)床的自動(dòng)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(jī)、東洋工業(yè)公司；東德的柏林機(jī)床廠、卡爾馬克思城磨床廠等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們組每個(gè)人的任務(wù)是不同的，但是所運(yùn)用的知識還是有共同之處的。我們在一起的時(shí)候經(jīng)常交流自己的進(jìn)展情況，互相提供有用的資料，讓我

43、們深深意識到團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的重要性。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不是簡簡單單的完成一個(gè)課題，而是使我初步掌握了科學(xué)研究的步驟與方法，鞏固了我的專業(yè)知識，鍛煉了我的實(shí)際操作能力，也鍛煉了我的分析問題解決問題的能力，為今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，那就是生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)太少，調(diào)研考慮不夠仔細(xì)，這就要求我在以后走上工作崗位時(shí)，應(yīng)虛心向工人師傅請教，多進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐，以便在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)能夠理論聯(lián)系實(shí)際，做到有根有據(jù)。 總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也是對我邁向社會之前的最好的一次檢驗(yàn)。 致 謝 幾個(gè)月緊張而有序的畢業(yè)設(shè)計(jì)

44、接近尾聲，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)——電磁無心夾具設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定圓滿完成了。從開始接受設(shè)計(jì)題目開始一直到現(xiàn)在，有多少可敬的師長、同學(xué)給予我無私的教誨和幫助，令我終生難忘。 感謝我畢業(yè)設(shè)計(jì)的導(dǎo)師馬玉平老師，正是在馬老師的悉心關(guān)懷和耐心指導(dǎo)下才順利得以完成。馬老師以其嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，給予我極大的幫助與鼓勵(lì)；馬老師踏實(shí)認(rèn)真、開拓創(chuàng)新的治學(xué)作風(fēng)必將使我終生受益；馬老師不僅是我們學(xué)習(xí)上的良師還是我們生活上的益友，常常教誨我們要有一個(gè)積極樂觀務(wù)實(shí)向上的生活態(tài)度。從論文的選題、調(diào)研、繪圖、撰寫說明書無不浸透著馬老師的心血，在此期間，馬老師多次詢問我的課題進(jìn)度，提醒我該注意的問題

45、，并在我課題遇到困難時(shí)，給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助。借此設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向馬老師表達(dá)我崇高的敬意和衷心的感謝!感謝他不厭其煩的教誨和一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)，在學(xué)習(xí)、生活和以后的工作中給我樹立了為學(xué)為人的榜樣，在這里我也希望在今后的學(xué)習(xí)和工作中能夠繼續(xù)得到馬老師的教導(dǎo)。 感謝河南工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院各位老師在這四年學(xué)習(xí)生涯中給予我的關(guān)心和幫助；感謝后勤集團(tuán)宿教管理中心的宋亞林老師，沒有他為我們提供單獨(dú)教室的學(xué)習(xí)環(huán)境，我們的設(shè)計(jì)就不會進(jìn)展的這么順利；在設(shè)計(jì)的過程中，一直與同組同學(xué)一起并肩學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步、共同探討問題，更加珍惜那些在一起的日日夜夜，在此對他們在共同學(xué)習(xí)過程中給我的幫助表示感謝。 也感謝

46、我在河南工業(yè)大學(xué)求學(xué)期間的結(jié)識的老師、鐵哥們、寢室室友，對于他們的幫助、鼓勵(lì)和支持，在此一并表示感謝。 在設(shè)計(jì)中查閱了大量同類的參考書，在此謹(jǐn)向有關(guān)作者表示崇高的敬意。 最后衷心感謝各位專家、老師百忙之中評閱我的設(shè)計(jì)資料。 由于時(shí)間倉促和作者水平有限，設(shè)計(jì)中的不當(dāng)之處在所難免，請各位專家、老師、同學(xué)批評指正。 參考文獻(xiàn) [1] .戴曙 《金屬切削機(jī)床》 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 [2].盧秉恒 《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 [3].鐵維麟 《機(jī)床備件手冊》 機(jī)械

47、工業(yè)出版社 1999 [4].鄭修本 《機(jī)械制造工藝學(xué)》 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 [5].董剛 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 [6].葉光烈 《機(jī)械優(yōu)化原理與設(shè)計(jì)》 中國計(jì)量出版社 2001 [7].侯珍秀 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2001 [8].徐灝 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 [9].雅謝利 《磨床》 機(jī)械工業(yè)出版社

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