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畢業(yè)設(shè)計(jì)
任務(wù)書
題 目: 全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
院系名稱： 機(jī)電學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：機(jī)自0402
學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師： 教師職稱：
起止日期：2008年2月25日 地 點(diǎn):
2008年 2 月 25 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題應(yīng)達(dá)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(jìng)爭(zhēng)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(duì)軸承磨床的加工精度和加工效率也提出了更高的要求。進(jìn)給系統(tǒng)是軸承加工中提高效率的一項(xiàng)關(guān)鍵之一。所以我們有必要去對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)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(xiàn)的能力（3）設(shè)計(jì)能力（4）計(jì)算能力（5）計(jì)算機(jī)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(jì)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(jī)床的加工對(duì)象
該磨床主要用于大批量生產(chǎn)中高級(jí)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)。
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: 9-30毫米
加工質(zhì)量: 高于軸承國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于P0級(jí)精度的軸承要求
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(jí)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(jí)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(zhǎng)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
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(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(jí)調(diào)速)
磨架往復(fù)頻率(次/分) 150-450 (無級(jí)調(diào)速)
砂輪軸型號(hào) 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(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) 0-5 (無級(jí)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
6、設(shè)計(jì)工作要求：
自動(dòng)進(jìn)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(jì)說明書一份。
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、圖表、實(shí)物樣品等〕：
外文文獻(xiàn)翻譯1份 ，不少于3000漢字
實(shí)習(xí)報(bào)告或方案論證報(bào)告1份
圖紙量不少于零號(hào)圖紙4張
完成設(shè)計(jì)說明書（含畢業(yè)設(shè)計(jì)心得）1份，格式規(guī)范
4．主要參考資料：
[1] 盧秉恒，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，1999
[2] 鐵維麟，機(jī)床備件手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，1999
[3] 鄭修本，機(jī)械制造工藝學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，1999
[4] 戴曙，金屬切削機(jī)床，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] 楊黎明，機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，國(guó)防工業(yè)出版社，2007
[7] 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，冶金工業(yè)出版社，1981
[8] 徐灝，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，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，1999
[10] 楊黎明 ，機(jī)械零部件選用與設(shè)計(jì)，國(guó)防工業(yè)出版社， 2006
[11] 杜君文，機(jī)械制造技術(shù)裝備及設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[12] 金屬切削機(jī)床夾具手冊(cè)， 機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社，2001
[14] 磨床設(shè)計(jì)制造基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社， 2002
[15] 最新軸承手冊(cè)， 電子工業(yè)出版社，2006
[16] 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)， 高等教育出版社，1995
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)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(jì)方案論證報(bào)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(jì)圖紙
5月 2 日~ 5 月 20 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書編寫
5月21 日~ 5 月31 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書修改
所在系（教研室）審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
院（部）學(xué)術(shù)委員會(huì)意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
題目 五軸磨床加工工具運(yùn)動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)和分析
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 068105337
學(xué) 生 姓 名 鄭帥棟
指 導(dǎo) 教 師 羅海泉
填 表 日 期 2010 年 5 月 18 日
五軸磨床加工工具運(yùn)動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)和分析
E.L.J. Bohez，設(shè)計(jì)與制造工程部門，亞洲技術(shù)研究所
摘要：五軸CNC加工中心現(xiàn)在應(yīng)用得非常廣泛。大多數(shù)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理都是以直角笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。這篇文章對(duì)有可能的概念上的設(shè)計(jì)和基于理論上有可能的自由度的結(jié)合并且真實(shí)存在的器械進(jìn)行了分類。本文還定義了一些有用的定量參數(shù)，例如：工作空間利用因素、機(jī)器加工工具的空間利用率、方位空間的指標(biāo)和方位角。同時(shí)還分析了不同概念的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了選擇的標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。最近在工業(yè)中提出的一些基于斯圖爾特平臺(tái)的概念也將在這篇文章中進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。
關(guān)鍵詞：五軸；機(jī)器加工工具；運(yùn)動(dòng)鏈；工作空間；CNC；旋轉(zhuǎn)軸
1.介紹
機(jī)器加工工具的主要設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)該滿足以下法則：
1） 運(yùn)動(dòng)件在工具和零件的定位和安置上應(yīng)該
有足夠的彈性。
2） 以可能的最快的速度進(jìn)行定位和安置。
3） 以可能的最高的精確度進(jìn)行定位和安置。
4） 加工工具和工件的快速切換。
5） 保護(hù)環(huán)境。
6） 可能的高速材料移動(dòng)率。
一臺(tái)機(jī)器的加工工具的軸的個(gè)數(shù)通常是由機(jī)器自由度數(shù)或者是在機(jī)器滑動(dòng)過程中獨(dú)立可控的運(yùn)動(dòng)數(shù)來決定的。隨著加工工具軸對(duì)應(yīng)Z坐標(biāo)軸的產(chǎn)生，ISO軸命名法推薦使用右手坐標(biāo)法則。一個(gè)三軸磨床有三個(gè)方向的線性滑動(dòng)：X、Y和Z，這使得機(jī)器能放置在相應(yīng)軸向滑動(dòng)范圍內(nèi)的任何一個(gè)位置。加工工具軸的方向在加工的時(shí)候保持不變。這就限制了與工件連接的加工工具的彈性，并最終導(dǎo)致很多不同的結(jié)構(gòu)。為了增加在可能的加工工具、工件定位中的彈性而不用重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，我們將要在增加更多的機(jī)器的自由度。對(duì)于一個(gè)傳統(tǒng)的三線性軸機(jī)器，能通過提供旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。圖1就展示了一個(gè)五軸磨床的例子。
2.運(yùn)動(dòng)鏈接圖
制作一個(gè)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)鏈接圖對(duì)于分析機(jī)器是很有用的。從運(yùn)動(dòng)鏈接圖中我們可以很快區(qū)別兩組軸：圖2展示了在圖1中五軸磨床的運(yùn)動(dòng)鏈接圖。從圖中我們可以看到，工件由四根軸運(yùn)載，而加工工具只由一根軸運(yùn)載。
五軸機(jī)器就像兩個(gè)相互協(xié)作的機(jī)器人，一個(gè)機(jī)器人運(yùn)載工件，另一個(gè)機(jī)器人則運(yùn)載加工工具。
為了得到工件和工具定位上最大的彈性，機(jī)器至少需要5個(gè)自由度，這意味著工具和工件能在任何角度下連接起來。從一個(gè)剛性的物體運(yùn)動(dòng)連接點(diǎn)的觀點(diǎn)來說，我們也可以理解對(duì)軸的個(gè)數(shù)的最低要求。為了定位兩個(gè)在空間上相互連接的剛體，每個(gè)剛體（工具和工件）需要6個(gè)自由度或者12個(gè)自由度。然而，任何不改變兩者之間定位的共同的平移和旋轉(zhuǎn)的存在將會(huì)使自由度數(shù)目減少6個(gè)。兩個(gè)剛體之間的距離是由工具的加工路徑來決定的，這個(gè)距離也將會(huì)允許減少一個(gè)多余自由度，這樣就使得最小的自由度數(shù)為5。
3.文化背景（略）
4.五軸機(jī)器運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的分類
按照機(jī)器的旋轉(zhuǎn)和平移軸分類，我們可以把機(jī)器運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分為四大類：（1）三個(gè)平移軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；（2）兩個(gè)平移軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；（3）一個(gè)平移軸和四個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；（4）五個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。近乎所有存在的五軸機(jī)器設(shè)備都屬于（1）類。很多的定位焊接機(jī)器人、圈絲機(jī)器和激光加工中心也屬于這一類。只有有限的一些用來加工輪船推進(jìn)器的五軸機(jī)器屬于（2）類。（3）和（4）類只有在設(shè)計(jì)需要增加更多自由度的機(jī)器人的時(shí)候才會(huì)用到。
五根軸可以分布在工具和工件之間的結(jié)合處。第一種分類是根據(jù)運(yùn)載軸的工具和工件的數(shù)量和在運(yùn)動(dòng)鏈中各個(gè)軸的次序來劃分的。另一種分類是根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸放置的位置（是在工具那邊還是在工件那邊）來劃分的?；诘芽▋鹤鴺?biāo)的機(jī)器中的五個(gè)自由度是：三個(gè)平移運(yùn)動(dòng)X、Y、Z（一般表示為TTT）和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)AB、AC、BC（一般表示為RR）。三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（RRR）和兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸（TT）的結(jié)合是很少見的。如果一根軸承載著工件，習(xí)慣上是用一個(gè)附加的標(biāo)記來注釋它。圖1中的機(jī)器能以X’Y’A’B’Z。XYAB軸運(yùn)載著工件，Z軸運(yùn)載著工具。圖3中展示的是XYZA’B’，三根直線運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)載工具,兩根旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)載著工件。
4.1基于工件和工具運(yùn)載軸次序的分類
理論上，如果認(rèn)為在工具和工件運(yùn)載軸的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈上的軸的次序有不同的結(jié)構(gòu)，可能的結(jié)構(gòu)的數(shù)目會(huì)非常大。同時(shí)只有兩根直線運(yùn)動(dòng)軸和三根旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合也包括在內(nèi)。
在一個(gè)五軸機(jī)器中能以以下方式將一根工具運(yùn)載軸和四根工件運(yùn)載軸結(jié)合：對(duì)于X，Y，Z，A，B，C中任意一個(gè)可能作為工具運(yùn)載的軸，其他工件運(yùn)載軸可以在剩下的五根軸中選取。所以，對(duì)于任意可能的工具運(yùn)載軸選擇（六選一或者有六種可能），在剩下的五根軸中選取四根進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)的排列個(gè)數(shù)為5*4！=120。所以，理論上只有一根工具運(yùn)載軸的五軸機(jī)器就有6*120=720種可能。其他的結(jié)合方式也可以用這種方法分析。假設(shè)t代表工具運(yùn)載軸的數(shù)目，w表示工件運(yùn)載軸的數(shù)目（w+t=5），那么全部可能的結(jié)合數(shù)如下所示：
這個(gè)方程式的值恒等于6！或者當(dāng)w+t=5時(shí)這個(gè)值等于720。在這些720的結(jié)合中，有一些只包含兩根直線運(yùn)動(dòng)軸。如果只考慮有三根直線運(yùn)動(dòng)軸的五軸機(jī)器，只有3*5！=360的結(jié)合也是仍是有可能的。這些結(jié)合的預(yù)設(shè)值Gt主要是由t的預(yù)設(shè)值決定的。這個(gè)預(yù)設(shè)值和由w的預(yù)設(shè)值所決定的G`w 的預(yù)設(shè)值是一致的，其中w=5-t。運(yùn)用以上的定義，我們可以把五軸機(jī)器分為以下小群：（1）G0/G`5組；（2）G1/G`4組；（3）G2/G`3組；（4）G3/G`2組；（5）G4/G`1組；（6）G5/G`0組。
4.2基于旋轉(zhuǎn)軸的位置的分類
我們能根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸裝配的位置對(duì)機(jī)器進(jìn)行分類。
只有那些有兩根旋轉(zhuǎn)軸和三根線性軸的機(jī)器我們才會(huì)進(jìn)一步考慮?？赡艿慕Y(jié)構(gòu)如下：
（a）旋轉(zhuǎn)軸裝配在工具桿上；
（b）旋轉(zhuǎn)軸裝配在機(jī)器平臺(tái)；
（c）兩者的結(jié)合。
如果機(jī)器的軸的R或者T的類型一樣，那么在工具或者工件運(yùn)載運(yùn)動(dòng)鏈中軸的次序就不重要了。一般來說，如果在工件運(yùn)載運(yùn)動(dòng)鏈中有根平移軸和根旋轉(zhuǎn)軸，在工具運(yùn)動(dòng)鏈中有根平移軸和根旋轉(zhuǎn)軸，那么結(jié)合的個(gè)數(shù)為[11]：
其中
每一組的結(jié)合的個(gè)數(shù)在下面中將會(huì)一個(gè)個(gè)給出。所有組的結(jié)合總數(shù)為60。從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來說，這是我們所考慮的選擇的數(shù)量中較為容易處理的一個(gè)。
5.五軸機(jī)器的工作空間
在定義五軸機(jī)器設(shè)備的工作空間之前，要適當(dāng)?shù)亩x加工工具的工作空間和工件的工作空間。加工工具的工作空間就是通過沿著工具運(yùn)載軸路線描繪出工具掃過參考點(diǎn)（例如工具尖端）而得到的。工件運(yùn)載軸的工作空間也是用同樣方法定義的（把機(jī)器平臺(tái)的中心選擇作為參考點(diǎn)）。這些工作空間能由計(jì)算掃過過的體積決定[6]。
基于以上的定義，我們能定義一些對(duì)于不同類型機(jī)器比較、選擇和設(shè)計(jì)有用的定量參數(shù)。
5.1.工作空間利用因素
這個(gè)因素可以定義為，工件空間和工具空間的交集與工具空間和工件空間的并集的比。公式為
5.2.可加工的體積大小
一旦工件相對(duì)于工件參考點(diǎn)是固定的，并且一個(gè)特殊的工具相對(duì)于工具參考點(diǎn)也是固定的，那么我們就有可能確定可加工的體積的大小。可加工的體積就是能夠在工件上切除的全部體積。機(jī)器工具空間和工件的交集給出了可以切除的材料的總量，或者說是可加工的體積（這是對(duì)于特殊的工件和工具機(jī)構(gòu)來說的）。
5.3.機(jī)器工具空間效率
機(jī)器工具空間效率的定義為：機(jī)器工具空間（省略了一部分）和包含著機(jī)器的最小凸起體積。
5.4.五軸機(jī)器的定位空間指數(shù)
一個(gè)我們用來估計(jì)定位的最大范圍的方法是為了決定能在機(jī)器上用兩根旋轉(zhuǎn)軸加工的球的最大部分?？臻g定位指數(shù)定義為能夠由用所有旋轉(zhuǎn)軸加工的機(jī)器來加工的最大的球頂體積除以機(jī)器工具空間。
如果這個(gè)指數(shù)趨近于1，這就意味著所有的旋轉(zhuǎn)軸能夠在整個(gè)機(jī)器工具空間中運(yùn)用。如果這個(gè)指數(shù)比1小，這就意味著大概百分之的工作空間能運(yùn)用所有的旋轉(zhuǎn)軸。
以上的定義都是理論上的定義。實(shí)際上的定位空間指數(shù)會(huì)因?yàn)楸苊饬慵蜋C(jī)器、工具和工件之間的碰撞而進(jìn)一步受到限制。能夠加工的球頂變小就說明了這一點(diǎn)。
6.五軸機(jī)器的選擇標(biāo)準(zhǔn)
我們的目的不是對(duì)五軸機(jī)器對(duì)于某一項(xiàng)特定的運(yùn)用的選擇或者設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)徹底的研究。我們只是論述能用來判斷五軸機(jī)器的選擇的主要的標(biāo)準(zhǔn)。
6.1.五軸機(jī)器設(shè)備的應(yīng)用
應(yīng)用能在布置和造型上進(jìn)行區(qū)分。圖12和圖13說明了五軸的布置和五軸造型上的區(qū)別。
6.1.1.五軸布置
如圖12所示，一個(gè)在不同角度有著很多孔和平面板的零件，僅僅用一臺(tái)三軸磨床來加工這個(gè)零件是不可能的。如果我們?cè)谟靡慌_(tái)五軸機(jī)器，那么工具能在任何方向和工件定位連接起來。一旦達(dá)到了正確的位置，在大多數(shù)軸固定的情況下，我們就可以對(duì)孔和平面板進(jìn)行加工了。平面板中能包括獨(dú)立結(jié)構(gòu)的2D平面。如果我們僅僅是要鉆孔，那么理論上一軸CNC同步控制就足夠了，而加工2D平面時(shí)兩軸同步控制就夠了。然而，三軸同步現(xiàn)在也很普遍了。當(dāng)我們把工件和工具放置在連接在一起的時(shí)候，這就增加了在開始切削前的快進(jìn)的速度。
6.1.2.五軸造型
圖13所示為一個(gè)五軸造型的例子，為了加工這個(gè)形狀復(fù)雜的表面，我們需要在切削時(shí)控制好與零件接觸的刀具的位置。刀具工件的位置在每一步工序中都會(huì)改變。CNC控制器需要在材料切除過程中同步控制五軸。更多關(guān)于造型的細(xì)節(jié)能在參考文獻(xiàn)[13]中找到。五軸的機(jī)器有如下的應(yīng)用：（1）生產(chǎn)刀刃，如： 壓縮機(jī)和渦輪的漿；（2）燃料泵的注射器；（3）頭飾的外形；（4）醫(yī)學(xué)器官例如人造心臟閥；（5）復(fù)雜表面的鑄型。
6.2.軸結(jié)構(gòu)的選擇
在設(shè)計(jì)和選擇一個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，零件的尺寸和重量是首要的標(biāo)準(zhǔn)。重型工件要求工件運(yùn)動(dòng)鏈短。同時(shí)，水平加工平面又是較好的一種設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)會(huì)使定位和處理工件變得很便利。把一個(gè)重型工件放在一個(gè)單獨(dú)旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)鏈上將會(huì)很大程度上增加定位的彈性。從圖4中我們可以看出，用一個(gè)單獨(dú)水平旋轉(zhuǎn)軸來運(yùn)載工件會(huì)使得機(jī)器更加具有彈性。
在很多情況下，我們應(yīng)該把工具運(yùn)動(dòng)鏈保持得盡量短，因?yàn)槲覀冞€必須運(yùn)載工具軸驅(qū)動(dòng)裝置。
7.基于斯圖爾特平臺(tái)的新的機(jī)器概念（略）
8.結(jié)論
理論上，五軸機(jī)器有很多構(gòu)成方式。近乎所有經(jīng)典的笛卡兒坐標(biāo)五軸機(jī)器都屬于由三根線性軸和兩根旋轉(zhuǎn)軸，或者三根旋轉(zhuǎn)軸和兩根線性軸組成的系列。這個(gè)系列又可以細(xì)分為有著720種情況的六組。就算只考慮三根線性軸的情況，在每個(gè)系列中仍然有360種組合。這些不同的組合是根據(jù)在工具和工件運(yùn)載運(yùn)動(dòng)鏈中軸的次序來區(qū)分的。
如果在對(duì)由三根線性軸和兩根旋轉(zhuǎn)軸組成的五軸機(jī)械進(jìn)行分組時(shí)，只考慮在工具和工件運(yùn)動(dòng)鏈中旋轉(zhuǎn)軸的位置，那么我們能五軸機(jī)器分為三組。在第一組中，兩根旋轉(zhuǎn)軸安置在工件運(yùn)動(dòng)鏈。在第二組中，兩根旋轉(zhuǎn)軸安置在工具運(yùn)動(dòng)鏈。在第三組中，每個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈都安置一根旋轉(zhuǎn)軸。每一組仍然有20種可能的情況。對(duì)于一個(gè)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，要從這些組合中選出一組最好的是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作。為了使這項(xiàng)工作變得容易些，我們定義了一些用于比較的指數(shù)，例如：機(jī)器刀具空間、空間利用因素、定位空間指數(shù)、定位角度指數(shù)和機(jī)器刀具空間效率。列出了用來計(jì)算機(jī)器刀具空間和在機(jī)器上能加工的最大球頂?shù)闹睆降乃惴?。詳?xì)論述了兩個(gè)運(yùn)用這些指數(shù)的例子。第一個(gè)例子論述的是加工珠寶的五軸機(jī)器的設(shè)計(jì)。第二個(gè)例子則闡明了一臺(tái)機(jī)器在線性軸中有著相同范圍，在這種情況下，旋轉(zhuǎn)軸選項(xiàng)的選擇（略）。
運(yùn)用得最廣泛的五軸機(jī)器的兩根旋轉(zhuǎn)軸安置在運(yùn)動(dòng)鏈末端處的工件一側(cè)。這種結(jié)構(gòu)給出了一種對(duì)于機(jī)器刀具結(jié)構(gòu)的模塊設(shè)計(jì)。然而，從應(yīng)用的觀點(diǎn)來說，這種模塊設(shè)計(jì)并不總是最理想的。因?yàn)槔碚撋洗嬖诤芏嗫赡艿慕Y(jié)構(gòu)，很明顯的是，對(duì)于一個(gè)特殊的工件裝置需要一個(gè)合適的特定的五軸機(jī)器。模塊設(shè)計(jì)應(yīng)該以在所有的五軸結(jié)合中的模塊性為基礎(chǔ)。當(dāng)前在設(shè)計(jì)中的模塊性是以三線性軸機(jī)器為基礎(chǔ)的。
五軸磨床使得機(jī)器結(jié)構(gòu)的數(shù)量變小。這對(duì)增加精確度和減小大部分尺寸是有幫助的。然而，它也有一些缺點(diǎn)：（1）五軸機(jī)器的高價(jià)；（2）增加的旋轉(zhuǎn)軸的同時(shí)也增加了定位誤差；（3）在同等的進(jìn)給下，在機(jī)器軸上的切削速度更高。
在購(gòu)買五軸機(jī)器之前必須要對(duì)需要加工的產(chǎn)品的范圍進(jìn)行深入的研究。那些零件也應(yīng)該分為五軸定位或者是五軸造型，或者兩者都是。例如，有著旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的機(jī)器對(duì)于生產(chǎn)諸如壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)工件是很好的。一根旋轉(zhuǎn)軸在刀具側(cè)，一根旋轉(zhuǎn)軸在工件側(cè)，這樣的布置將會(huì)提供更大的工作空間利用因素。
最近所介紹的虛擬軸機(jī)器有著一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)：潛在的更高的動(dòng)力響應(yīng)和更高的硬度。然而，它的工作空間利用因素比經(jīng)典的五軸機(jī)器要低。這些機(jī)器的更高強(qiáng)度使得他們非常適于高速磨所需要的高速桿[19]的設(shè)計(jì)。
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機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)方案
論證報(bào)告
設(shè)計(jì)題目: 全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
專業(yè)班級(jí)：
指導(dǎo)教師：
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(jì)要解決的問題 2
1.3 課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 2
1.4 課題國(guó)內(nèi)外研究的概況 3
1.5課題的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用對(duì)象 4
2 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)與技術(shù)要求 4
2.1本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題應(yīng)達(dá)到的目的 4
2.2 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求 4
3 方案擬定 5
3.1 自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計(jì)與布局 5
3.2軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點(diǎn) 5
3.3全自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對(duì)象，范圍及要求 6
3.4 機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)及參數(shù)分析 8
3.5 影響機(jī)床加工精度和效率的工藝因素 9
3.6機(jī)床主要部件結(jié)構(gòu)方案評(píng)價(jià) 9
4 方案對(duì)比 11
5 方案論證結(jié)果 12
6 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)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(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(guó)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。
本課題為生產(chǎn)軸承的企業(yè)提出的實(shí)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(jìng)爭(zhēng)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。
1.2 課題設(shè)計(jì)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(xiàng)精度而且效率也是一個(gè)很重要的指標(biāo)。所以上下料的輔助時(shí)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(duì)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(xiàng)關(guān)鍵之一。所以我們有必要去對(duì)上下料及進(jìn)給進(jìn)行研究。
在學(xué)校翻閱圖書館大量文獻(xiàn)，研究出初步的設(shè)計(jì)方案。去工廠進(jìn)行實(shí)地考察，結(jié)合書本知識(shí)，得出最佳設(shè)計(jì)方案。
1.3 課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
隨著軸承工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)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(xiàng)關(guān)鍵精度之一，而磨床的進(jìn)給機(jī)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(jìn)給機(jī)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(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)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(jìng)爭(zhēng)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。
1.4 課題國(guó)內(nèi)外研究的概況
十八世紀(jì)30年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機(jī)和槍械等零件淬硬后的加工，英國(guó)、德國(guó)和美國(guó)分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當(dāng)時(shí)現(xiàn)成的機(jī)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(jiǎn)單，剛度低，磨削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，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(jī)和超精加工機(jī)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(dá)60～80米/秒的高速磨床和大切深、緩進(jìn)給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機(jī)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(dòng)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(guó)都出現(xiàn)一批自動(dòng)內(nèi)圓磨床，如美國(guó)海爾特公司的 OCF 型內(nèi)圓磨床，美國(guó)Bryant公司的C-2型內(nèi)圓磨床，德國(guó)SIP200X315型內(nèi)圓磨床。
1.5課題的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用對(duì)象
軸承套圈磨床是磨床的一個(gè)重要分支。我國(guó)的軸承套圈磨床已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(dòng)線生產(chǎn)，代表著世界先進(jìn)水平的軸承磨超自動(dòng)線已經(jīng)大量的出口世界各地。我國(guó)的軸承磨床制造企業(yè)為我國(guó)的精密磨床發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。
2 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)與技術(shù)要求
2.1本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題應(yīng)達(dá)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(jìng)爭(zhēng)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。在之前的軸承內(nèi)圓磨床的技術(shù)參數(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，把原來的半自動(dòng)化改成自動(dòng)化程度更高的機(jī)床。原先的磨床進(jìn)給還是采用棘輪機(jī)構(gòu)，用液壓來驅(qū)動(dòng)，這樣的進(jìn)給系統(tǒng)自動(dòng)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(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(duì)軸承磨床的加工精度和加工效率也提出了更高的要求。進(jìn)給系統(tǒng)是軸承加工中提高效率的一項(xiàng)關(guān)鍵之一。所以我們有必要去對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)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(xiàn)的能力（3）設(shè)計(jì)能力（4）計(jì)算能力（5）計(jì)算機(jī)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(jì)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(dòng)進(jìn)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(jì)說明書一份。
（6） 方案論證報(bào)告1份
（7） 圖紙量不少于零號(hào)圖紙4張
（8） 設(shè)計(jì)說明書（含畢業(yè)設(shè)計(jì)心得）1份
3 方案擬定
3.1 自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(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。
3.2軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點(diǎn)
3.2.1 基本原理：圖3-1為滾動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)孔的磨削原理圖。
圖3-1滾動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)孔的磨削原理圖
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(jí)為1-10微米。
在內(nèi)圓磨削中，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(zhǎng)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。
3.2.2 軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨削的特點(diǎn)：
①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(zhǎng)，生產(chǎn)率很低。
②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(jìn)入磨削區(qū)，工件表面極易燒傷。
3.3全自動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對(duì)象，范圍及要求
3.3.1 機(jī)床的加工對(duì)象
該磨床主要用于大批量生產(chǎn)中高級(jí)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(dòng)化生產(chǎn)。
3.3.2 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： 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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于P0級(jí)精度的軸承要求
3.3.3 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(jí)的工作性能，直至裝在主機(jī)關(guān)鍵部件的軸承的工作能力，幾乎決定了該逐級(jí)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(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(zhǎng)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
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(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)及參數(shù)分析
3.4.1 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3-2內(nèi)圓磨削切削運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)
圖3.2中Vf-橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：Vr-縱向往復(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)。
3.4.2 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) 400
磨架最大軸向行程(mm) 420
砂輪軸型號(hào) 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(jìn)工作速度(mm/min) 15
工件架粗精進(jìn)給微退量(mm) 0.001-0.016
3.5 影響機(jī)床加工精度和效率的工藝因素
主動(dòng)測(cè)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(duì)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(shí)現(xiàn)正常自動(dòng)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(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）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)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(jìn)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(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；
3.6機(jī)床主要部件結(jié)構(gòu)方案評(píng)價(jià)
根據(jù)前一節(jié)機(jī)床結(jié)構(gòu)因素對(duì)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(píng)價(jià)，精度評(píng)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(huì)使該部件失去其優(yōu)勢(shì)，乃至完全打不到預(yù)測(cè)的結(jié)果。
各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評(píng)價(jià)如下表3-2：
表3-2
部件名稱
結(jié)構(gòu)方案
剛性評(píng)價(jià)
精度評(píng)價(jià)
效率評(píng)價(jià)
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
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)(滾珠絲杠)
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
優(yōu)
差
優(yōu)
中
差
尺寸控制系統(tǒng)
定程磨削
氣浮塞規(guī)測(cè)量系統(tǒng)
前插式主動(dòng)測(cè)量?jī)x
步進(jìn)電機(jī)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(cè)量—升數(shù)法
優(yōu)
優(yōu)
優(yōu)
中
優(yōu)
中
4 方案對(duì)比
經(jīng)以上各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評(píng)價(jià)分析，比較各主要部件的特點(diǎn)
（1）分析比較滑動(dòng)導(dǎo)軌，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副有如下優(yōu)點(diǎn)：摩擦系數(shù)小（0.003--0.005），運(yùn)動(dòng)靈活，摩擦阻力小?？梢灶A(yù)緊，能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，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(jī)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(diǎn)接觸大大提高，滾動(dòng)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(zhǎng)。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，微量位移準(zhǔn)確，定位精度高。潤(rùn)滑方便，可以采用潤(rùn)滑脂，一次裝填，長(zhǎng)期使用。
但是直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副也有如下缺點(diǎn)，導(dǎo)軌面與滾動(dòng)體是點(diǎn)接觸或者線接觸，所以抗震性差，接觸應(yīng)力大。在全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震性要求相對(duì)來說不是很高。對(duì)導(dǎo)軌副的表面硬度、表面形狀精度和滾動(dòng)體的尺寸精度要求高，若滾動(dòng)體的直徑不一致，導(dǎo)軌表面有高有低，會(huì)使運(yùn)動(dòng)部件傾斜，產(chǎn)生震動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)精度。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高。對(duì)贓物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置。
（2）根據(jù)各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)(滾珠絲杠)方案。
和滑動(dòng)絲杠副、靜壓絲杠副相比，滾珠絲杠副有如下的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，摩擦系數(shù)小。這對(duì)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(yùn)動(dòng)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(jìn)給系統(tǒng)是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，步進(jìn)電機(jī)可以取代自鎖裝置的功能。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高，主要是指進(jìn)給精度和軸向定位精度。摩擦小，啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)無沖擊，低速時(shí)無爬行。工作時(shí)升溫小，進(jìn)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(zhǎng)。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(píng)價(jià)，剛性評(píng)價(jià)、精度評(píng)價(jià)、效率評(píng)價(jià)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(diǎn)：
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(zhǎng)，生產(chǎn)率很低。
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(jìn)入磨削區(qū)，工件表面極易燒傷。方案初定為磙子滾動(dòng)導(dǎo)軌和步進(jìn)電機(jī)(滾珠絲杠)進(jìn)給方案。
論證后初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如下：
6 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
2008年2月 25日---3 月 30日
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告；
2月25日---3月 30日
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告；
4月1 日---5 月1日
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙；
5月2日---5 月20日
進(jìn)行設(shè)計(jì)說明書編寫；
5月21日---5 月31日
進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書修改。
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