4209全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

4209全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),全自動(dòng),軸承,磨床,進(jìn)給,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 任務(wù)書(shū) 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： 張杰 學(xué) 號(hào)：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(diǎn): 中原路 2008年 2 月 25 日  畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 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(kāi)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(wèn)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(méi)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(jiàn)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(wú)級(jí)調(diào)速) 磨架往復(fù)頻率(次/分) 150-450 (無(wú)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(wú)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(shuō)明書(shū)一份。 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 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(shuō)明書(shū)（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(shū) 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(shuō)明書(shū)編寫(xiě) 5月21 日~ 5 月31 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)修改 所在系（教研室）審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 院（部）學(xué)術(shù)委員會(huì)意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 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： 張 杰 學(xué) 號(hào)： 2004142041 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)自0402 指導(dǎo)教師： 馬玉平 2008年4月6日 目 次 1 課題的來(lái)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(wèn)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(wèn)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(lái)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(shū)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(shū)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(kāi)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(wú)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(wàn)能性方面有較大的發(fā)展。但精度提高得很慢。十多年來(lái)，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(kāi)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(lái)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(lái)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(wèn)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(shuō)明書(shū)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(shuō)明書(shū)（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(wú)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(wú)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(guò)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(wú)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(wàn)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(méi)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(jiàn)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(wú)心夾具 滾輪式無(wú)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)?。?.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(wú)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(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō)，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(méi)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(wú)沖擊，低速時(shí)無(wú)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(wú)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(wàn)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(shuō)明書(shū)編寫(xiě)； 5月21日---5 月31日 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)修改。 參考資料 [1] 盧秉恒，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [2] 鐵維麟，機(jī)床備件手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [3] 鄭修本，機(jī)械制造工藝學(xué)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [4] 戴曙，金屬切削機(jī)床，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [5] 董剛，機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：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)，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007 [7] 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：冶金工業(yè)出版社，1981 [8] 徐灝，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2001 [9] 雅謝利，磨床，北京：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)，北京：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)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [12] 金屬切削機(jī)床夾具手冊(cè)，北京： 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，北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2001 [14] 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機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 11 3 全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床的工作循環(huán)過(guò)程 12 3.1 機(jī)床的磨削工作過(guò)程 12 3.2 砂輪休整循環(huán) 12 4 全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 4.1 導(dǎo)軌的選擇 12 4.2 滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 14 4.3 滾動(dòng)軸承的選取與計(jì)算 20 4.4 步進(jìn)電機(jī)的選取及設(shè)計(jì)計(jì)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(jìn)給系統(tǒng)精度校核 31 設(shè)計(jì)總結(jié) 32 致 謝 34 參考資料 35 1 緒論 1.1課題的來(lái)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(kāi)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(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。 本設(shè)計(jì)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(kāi)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。 1.1.2課題設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)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)精度和效率是一個(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(lái)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(shū)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(shū)本知識(shí)，得出最佳設(shè)計(jì)方案。 1.2 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(kāi)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。 1.2.2 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。 ????1876年在巴黎博覽會(huì)展出的美國(guó)布朗-夏普公司制造的萬(wàn)能外圓磨床，是首次具有現(xiàn)代磨床基本特征的機(jī)械。它的工件頭架和尾座安裝在往復(fù)移動(dòng)的工作臺(tái)上，箱形床身提高了機(jī)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(tái)作往復(fù)移動(dòng)的平面磨床。 ????1900年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動(dòng)的應(yīng)用，對(duì)磨床的發(fā)展有很大的推動(dòng)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(wèn)世。例如20世紀(jì)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(pán)的活塞環(huán)磨床等。自動(dòng)測(cè)量裝置于1908年開(kāi)始應(yīng)用到磨床上。 到了1920年前后，無(wú)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。 ? ? 隨著高精度、高硬度機(jī)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(zhǎng)。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(wàn)能性方面有較大的發(fā)展。但精度提高得很慢。十多年來(lái)，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(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。 1.2.3 課題的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用對(duì)象 磨床是各類金屬切削機(jī)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(wú)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(wàn)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(guò)外圓磨床的自動(dòng)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(dòng)和半自動(dòng)內(nèi)圓磨床除工作循環(huán)自動(dòng)進(jìn)行外，還可在加工中自動(dòng)測(cè)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(tái)上，或靠電磁吸力固定在電磁工作臺(tái)上，然后用砂輪的周邊或端面磨削工件平面的磨床；無(wú)心磨床通常指無(wú)心外圓磨床，即工件不用頂尖或卡盤(pán)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，多用在大批量生產(chǎn)中。 ????工具磨床是專門(mén)用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有萬(wàn)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(jī)械制造廠的工具車間。 ???? 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)。 1.3 課題的設(shè)計(jì)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(jìn)行改進(jìn)，把原來(lái)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(lái)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)。而自動(dòng)上下料結(jié)構(gòu)也能很好地提高工作效率。在長(zhǎng)時(shí)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(cuò)誤，而自動(dòng)上下料也能解決一問(wèn)題。 2 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(wú)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(wú)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(guò)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。 2.1軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點(diǎn) 2.1.1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2-1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。 2.1.2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(wú)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(wàn)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。 2.2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 2.2.1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)。 2.2.2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： 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 2.2.3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(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(lái)說(shuō)，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內(nèi)圈的以下指標(biāo)： 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(guò)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(zhǎng)期存放和工作時(shí)沒(méi)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 2.3機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)及參數(shù)分析 2.3.1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2-2內(nèi)圓磨削切削運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng) 圖2.2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)。 2.3.2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 2.4 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。 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； 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； 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； 2.5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2-1： 表2-1 各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評(píng)價(jià) 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(wú)心夾具 滾輪式無(wú)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 上述評(píng)價(jià)是定性的相對(duì)比較，曾試圖采用加全權(quán)記分法來(lái)進(jìn)行比較。由于每種結(jié)構(gòu)各具特點(diǎn)，無(wú)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(wú)法進(jìn)行加權(quán)記分法評(píng)定。 2.7 機(jī)床的造型設(shè)計(jì) 為了使所設(shè)計(jì)機(jī)床操作方便，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及外形美觀，該內(nèi)圓磨床在造型設(shè)計(jì)上采用了以下措施： ⑴為使機(jī)床工作場(chǎng)地明快，盡可能將各部件設(shè)置在機(jī)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(jī)床本體后方，占地少，避免外接連線、聯(lián)管，運(yùn)輸方便；電器箱同時(shí)當(dāng)作機(jī)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(jī)床采用半封閉型設(shè)計(jì)，后防水板用金屬結(jié)構(gòu)，前防水板用有機(jī)玻璃成型活動(dòng)式結(jié)構(gòu)，既方便觀察，有給人以美觀的感覺(jué)。機(jī)床調(diào)整時(shí)容易拿下，輕便且易于清洗。實(shí)踐證明若該為全封閉設(shè)計(jì)可能更有利于減少油霧對(duì)環(huán)境的污染。 ⑶床各外露部件的幾何設(shè)計(jì)，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(jì)以來(lái)，人們喜歡用黃金分割法。經(jīng)過(guò)計(jì)算后得到如下結(jié)果：a=0.618034l。此值實(shí)際上接近于優(yōu)選法的優(yōu)選點(diǎn)。 隨著時(shí)代的發(fā)展，尤其是從臥式機(jī)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(jī)床尺寸示意圖 其中左圖是按黃金分割設(shè)計(jì)的機(jī)床正面圖，右圖是按加長(zhǎng)比例1：3設(shè)計(jì)的機(jī)床正面圖 由于結(jié)構(gòu)要求，床身的長(zhǎng)度及前門(mén)框的長(zhǎng)度分別為1200毫米和520毫米，如下圖2-4： 圖2-4 本設(shè)計(jì)的機(jī)床外形尺寸 ⑷觀線條統(tǒng)一化，外漏部分盡可能采用簡(jiǎn)潔明快感強(qiáng)的直線條和直角相交。過(guò)去由于鑄造工藝上的困難，也由于流線型審美觀，影響到機(jī)床大部件，另外均取大圓角過(guò)度轉(zhuǎn)折，現(xiàn)在已顯陳舊，且給人以傻大的感覺(jué)。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(jī)床造型美觀化提供了有利條件。 ⑸充分考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的均衡和穩(wěn)定的關(guān)系?？紤]工件頭架與磨頭架實(shí)際結(jié)構(gòu)的不平衡性，外部采用有機(jī)玻璃密封罩。 2.8機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)連續(xù)正常的連續(xù)磨削，所需要的切削運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)在前面已經(jīng)介紹，這 本已是任何內(nèi)圓磨床設(shè)計(jì)者所熟知的。運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上決定了機(jī)床總體布局 方案的選擇。對(duì)已有軸承內(nèi)圓磨床的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較分析，其區(qū)別在于橫向進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)V f（有級(jí)，無(wú)級(jí)變化）和縱向運(yùn)動(dòng)Vr，修整運(yùn)動(dòng)Vd和砂輪與工件接近運(yùn)動(dòng)Va有 哪個(gè)部件實(shí)現(xiàn)。考慮導(dǎo)規(guī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方便和滑板層次或部件結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，也考慮 到自動(dòng)上下料的方便與否，本機(jī)床將所有的橫向運(yùn)動(dòng)由工件實(shí)現(xiàn)，縱向運(yùn)動(dòng)由砂輪系 統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此就決定了機(jī)床主要布局如下圖所示。機(jī)床身則選用結(jié)構(gòu)剛性及造型設(shè) 計(jì)均較有利的巨型箱式鑄造件結(jié)構(gòu)。 3 全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床的工作循環(huán)過(guò)程 機(jī)床在工作過(guò)程中,需要兩個(gè)循環(huán)過(guò)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(guò)程。 3.1 機(jī)床的磨削工作過(guò)程 首先，打開(kāi)總的電源，氣源，啟動(dòng)工作軸，磁濾器，電泵。砂輪軸得到氣，啟動(dòng)砂輪軸和液壓系統(tǒng)；機(jī)械手上料，復(fù)位；測(cè)爪進(jìn)入工作，電磁無(wú)心夾具上磁。然后，測(cè)爪張開(kāi)，磨架快速左行到底，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(cè)爪收縮，斷磁，測(cè)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)。 3.2砂輪休整循環(huán) 機(jī)械手上料，機(jī)械手復(fù)位，測(cè)爪進(jìn)入工作并上磁，測(cè)爪張開(kāi)，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。 4 全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 導(dǎo)軌的選擇 4.1.1 導(dǎo)軌的分類及其特點(diǎn) 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(dòng)導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌之間為滑動(dòng)摩擦。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛度好，抗振性高，是機(jī)床上最廣泛采用的。 特點(diǎn)：導(dǎo)向精度高，不會(huì)出現(xiàn)間隙，能自動(dòng)補(bǔ)償磨損。一般選取三角形頂角γ=90°,重型機(jī)械采用大頂角γ=110°～120°。當(dāng)水平力大于垂直力，V形導(dǎo)軌兩側(cè)受力不均勻時(shí)，采用不對(duì)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(bǔ)償磨損。用鑲條調(diào)整時(shí)，會(huì)降低導(dǎo)向精度。 需注意導(dǎo)軌的保護(hù)。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(chǎng)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(jiǎn)單，彎曲剛度小，主要用于受軸向載荷的導(dǎo)軌。適用于同時(shí)作直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。 ⑵ 滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)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(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通過(guò)返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再 進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。 特點(diǎn)： 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得： 動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)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(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)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(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 能實(shí)現(xiàn)無(wú)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）的加工精度要求，降低基礎(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，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)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(jī)械性能。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。 4.1.2 導(dǎo)軌的確定 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3》第二版選取直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副系列，又根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)初步選擇: (1)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副選取四方向等載荷型（GGB型），其特點(diǎn)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(jí)。 (5)一般的機(jī)床設(shè)計(jì)，在同一個(gè)平面上使用的導(dǎo)軌數(shù)為2個(gè)。 (6)查出全自動(dòng)軸承磨床推薦的精度等級(jí)為3。 (7)導(dǎo)軌的材料為HT200. 初步確定直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的型號(hào)為GGB45AA1C123 選擇用南京工藝設(shè)備制造廠的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌如圖4-1 圖4-1 此導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)參數(shù)查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3》第二版P28-138頁(yè)。 4.1.3 導(dǎo)軌的校核 本設(shè)計(jì)的兩個(gè)導(dǎo)軌都放在床身上，所以沒(méi)有必要進(jìn)行校核。安裝時(shí)要保證安裝精度。 4.2 滾珠絲杠的設(shè)計(jì) 4.2.1 滾珠絲杠傳動(dòng)的特性 ⑴ 傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率高達(dá)90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)可逆）。 ⑵ 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)、低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進(jìn)給。 ⑶ 高精度 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)，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(dòng)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(guò)程純屬滾動(dòng)，相對(duì)對(duì)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無(wú)阻滯、無(wú)滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)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(dòng)機(jī)械，液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡(jiǎn)單，只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑和防塵。在特殊場(chǎng)合可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下工 一般來(lái)說(shuō)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(dòng)精度，但在本機(jī)械系統(tǒng)中由于絲杠所承受的彎矩很小，所以我覺(jué)得沒(méi)必要進(jìn)行預(yù)緊，所以安裝方式是一端固定一端游動(dòng)的形式。X軸向的工作臺(tái)與其上面所安裝的機(jī)械結(jié)構(gòu)重力約10N，焊槍在焊接時(shí)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(dòng)法面截形，循環(huán)方式等的確定 查《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，根據(jù)滾珠絲杠副螺紋滾道法面截形、參數(shù)和特點(diǎn)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(jiàn)表8.2-1，接觸角為=45°。其特點(diǎn)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(jī)床的特點(diǎn)，選用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式反向器，其特點(diǎn)是徑向尺寸小，循環(huán)通道短，摩擦損失小，傳動(dòng)效率高。 4.2.3 滾珠絲杠的預(yù)緊 滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外，對(duì)其軸向間隙也有要求，以保證其反向傳動(dòng)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(jì)中將采用的是雙螺母內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)整式滾動(dòng)螺旋副來(lái)消除間隙。 墊片調(diào)整式有結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，裝卸方便，剛度高的特點(diǎn)。 4.2.4滾珠絲杠選取與校核 （1）初始條件 本設(shè)計(jì)的軸向進(jìn)給長(zhǎng)度大于徑向進(jìn)給結(jié)構(gòu)，只校核軸向進(jìn)給結(jié)構(gòu)用的絲杠如下： 由本設(shè)計(jì)要求可知，估算工作臺(tái)的重量和安裝在工作臺(tái)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(zhǎng)度為672mm，有效滾道長(zhǎng)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(dòng)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(jì)算載荷 （公式摘自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》中滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)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(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》表18-18，表18-19，表18-20取=1.2，K=1 K=1 （3） 計(jì)算額定動(dòng)載荷 計(jì)算額定動(dòng)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(jì)算得C=20421.6N （4）根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷C選擇螺旋尺寸 根據(jù)內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)螺旋副結(jié)構(gòu)，查表8.2-18《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，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(hào)確定型號(hào)為 FD406-3-3/全長(zhǎng)螺紋長(zhǎng)度，其尺寸參數(shù)如下： 額定動(dòng)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(yàn)算 因?yàn)榻z杠采用一端固定一端鉸支的安裝方式，查表18-7 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》長(zhǎng)度系數(shù)， 參照《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表2-10取安全系數(shù)[S]=3，因?yàn)槁輻U較長(zhǎng)，絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷成為臨界載荷F（N）按下式計(jì)算： F= 式中E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼，E=206GP；l為絲杠工作長(zhǎng)度（m），l=672mm；為絲杠危險(xiǎn)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(huì)失穩(wěn). （6） 剛度驗(yàn)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(gè)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(duì)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(yùn)動(dòng)由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jì)算，F(xiàn)=F有 則絲杠在工作長(zhǎng)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(dòng)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(yàn)算 合格 綜上所校核，該絲杠是符合要求的。 同理，徑向傳動(dòng)的滾珠絲杠也好似符合要求的。 4.3 滾動(dòng)軸承的選取與計(jì)算 前面設(shè)計(jì)的滾珠絲杠公稱直徑是40mm，支撐軸端的直徑30mm，則選定滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑為30mm。 4.3.1 軸向進(jìn)給滾珠絲杠副的支撐軸承 （1）選取 考慮滾珠絲杠的特點(diǎn)，對(duì)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(gè)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(gè)對(duì)頂?shù)谋∑菽竵?lái)給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(lái)回運(yùn)動(dòng)，加載在滾動(dòng)軸承的負(fù)荷不均勻變化，校核軸承時(shí)均采用校核單個(gè)軸承受力的極限位置的方法。因?yàn)閷?dǎo)軌承受了工作臺(tái)大部分的重力載荷，滾珠絲杠軸主要承受的是軸向載荷，對(duì)絲杠上的一個(gè)滾珠進(jìn)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(gè)絲杠軸上又大小相等方向相 圖4-7 受力分析圖 反的兩個(gè)Ft相互抵消。圓周力Ft在絲杠軸上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩T. T=F （公式摘自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》中滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)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(jìn)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(shí)，可以認(rèn)為徑向力都?jí)涸谏顪锨蜉S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(dòng)載荷=30120N,額定靜載荷=62290N。因?yàn)槭侵怀惺芗冚S向載荷，=90°，其軸向當(dāng)量動(dòng)載荷為 根據(jù)壽命計(jì)算公式 （公式摘自《最新軸承設(shè)計(jì)手冊(cè)》中軸承設(shè)計(jì)計(jì)算部分） 來(lái)計(jì)算該軸承的壽命，其中P=Pa=Fa=3800N,轉(zhuǎn)速n=100r/min，額定動(dòng)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(jìn)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(gè)深溝球軸承和兩個(gè)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(gè)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(gè)對(duì)頂?shù)谋∑菽竵?lái)給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(shí)，可以認(rèn)為徑向力都?jí)涸谏顪锨蜉S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(dòng)載荷=21580N,額定靜載荷=43260N。因?yàn)槭侵怀惺芗冚S向載荷，=90°，其軸向當(dāng)量動(dòng)載荷為 根據(jù)壽命計(jì)算公式 來(lái)計(jì)算該軸承的壽命，其中P=Pa=Fa=3800N,轉(zhuǎn)速n=100r/min，額定動(dòng)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(jìn)電機(jī)的選取及設(shè)計(jì)計(jì)算 4.4.1步進(jìn)電機(jī)的選取 可初步選定常州澤明自動(dòng)化有限公司的三相混合式步進(jìn)電機(jī)，其各型號(hào)的尺寸如下表格： 型號(hào) 機(jī)身長(zhǎng)(L) 110BYG350A 166mm 110BYG350B 216mm 110BYG350C 246mm 型號(hào) Series Model 步距角 Step Angle (°) 相數(shù) No.of phase 電壓 Rate voltage （V） 機(jī)身長(zhǎng) Motor Length (mm) 電流 Rated Current (A) 靜力矩 Holding Torque (N.M) 電感 Phase Inductance (mH) 轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)給系統(tǒng)和徑向進(jìn)給系統(tǒng)的要求，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)初步選定其型號(hào)都為： 110BYG350C。如果經(jīng)過(guò)校核不合格，則重新選取步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)大小。 4.4.2 步進(jìn)電機(jī)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(yùn)動(dòng)由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)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(hào)的步進(jìn)電機(jī)均滿足要求。 （1） 軸向進(jìn)給的步進(jìn)電機(jī)的校核 ①. 計(jì)算負(fù)載軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;d是傳動(dòng)件的等效直徑（m）；取d=0.02m；l傳動(dòng)件的軸向長(zhǎng)度， 取l=0.672m；代入 ②計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 電動(dòng)機(jī)軸的計(jì)算公式： 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;R是電動(dòng)機(jī)軸的等效半徑（m）；取R=0.0095m；l傳動(dòng)件的軸向長(zhǎng)度，l=0.04m,得： ．計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： .驗(yàn)算Z軸電機(jī)慣量匹配 電機(jī)轉(zhuǎn)軸的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)自身轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)電機(jī)是符合要求的。 （2） 徑向進(jìn)給的步進(jìn)電機(jī)的校核 ①. 計(jì)算負(fù)載軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;d是傳動(dòng)件的等效直徑（m）；取d=0.04m；l傳動(dòng)件的軸向長(zhǎng)度，取l=0.645m；代入 ②. 計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 電動(dòng)機(jī)軸的計(jì)算公式： 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;R是電動(dòng)機(jī)軸的等效半徑（m）；取R=0.0095m；l傳動(dòng)件的軸向長(zhǎng)度，l=0.04m,得： ③．計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： ④.驗(yàn)算Z軸電機(jī)慣量匹配 電機(jī)轉(zhuǎn)軸的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)自身轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)電機(jī)是符合要求的。 因此，軸向和徑向進(jìn)給所選擇的步進(jìn)電機(jī)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(jì)的聯(lián)軸器是用來(lái)連接滾珠絲杠軸端和步進(jìn)電機(jī)軸端的。選擇合適的聯(lián)軸器是很重要的。根據(jù)傳動(dòng)的特點(diǎn)和電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、與傳動(dòng)軸的直徑，本設(shè)計(jì)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?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠副直接用聯(lián)軸器相連，那么這個(gè)傳動(dòng)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(diǎn)：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(jiǎn)單，壽命較長(zhǎng)，允許較大的軸向竄動(dòng)，能緩沖減震。振動(dòng)不大的條件下，連接低速和剛性不大的兩軸，構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低，能傳遞較大扭矩。 4.5.2聯(lián)軸器承受載荷計(jì)算 根據(jù)已經(jīng)選取的步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)得知，110BYG350C型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 電動(dòng)機(jī)軸的計(jì)算公式： 其中：是材料密度（kg/）,取=7.85x1000kg/;R是電動(dòng)機(jī)軸的等效半徑（m）；取R=0.0095m；l傳動(dòng)件的軸向長(zhǎng)度，l=0.04m,得： 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的軸徑，在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》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(dòng)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(jī)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(diǎn)： 行星齒輪采用特殊技術(shù)進(jìn)行磨齒，實(shí)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(fù)載。潤(rùn)滑油不泄漏，免保養(yǎng)。 陽(yáng)極氧化處理鋁合金機(jī)殼，增強(qiáng)環(huán)境耐受性、耐腐蝕性、減少重量，增強(qiáng)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(cuò)誤。 法蘭和軸襯設(shè)計(jì)模塊化，適用于任何廠商和形式的電機(jī)。 可提供多達(dá)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(yáng)軸。 設(shè)計(jì)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(dòng)、低噪音、低溫升 4.6.2技術(shù)參數(shù)表如下： 型號(hào)說(shuō)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(jìn)給系統(tǒng)精度校核 設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)選取的步進(jìn)電機(jī)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(jì)算此進(jìn)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(jì)總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，細(xì)品味這半年來(lái)忙碌而充實(shí)的生活，發(fā)現(xiàn)收獲的東西真不少！ 經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月地調(diào)研、查閱資料、定方案、計(jì)算、設(shè)計(jì)，我終于完成了全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部過(guò)程，在感到欣慰的同時(shí)，我深深地感覺(jué)到自己專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的欠缺。通過(guò)這次機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，讓我總結(jié)了以前學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)，并把它綜合運(yùn)用到我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中去，充分的發(fā)揮了自己的綜合能力。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，接觸到了一些原來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)的機(jī)械專業(yè)知識(shí)，同時(shí)考慮到要對(duì)磨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中考慮到這些因素時(shí)，要把自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。例如：1.在設(shè)計(jì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，采用了直接用步進(jìn)電機(jī)直接與滾珠絲杠軸的傳動(dòng)方式，不管是從精度、剛度，還是效率方面評(píng)價(jià)，這種方式簡(jiǎn)化了進(jìn)給系統(tǒng)；2.本設(shè)計(jì)方案直接由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制工件的磨削進(jìn)給，而磨架相對(duì)于工作臺(tái)是靜止不動(dòng)的，這對(duì)于普通磨床是一個(gè)改進(jìn)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(jìn)料的方式，有利于自由進(jìn)料，自動(dòng)固定夾緊工件，有利于自動(dòng)化流水線生產(chǎn)。這些因素在設(shè)計(jì)中都影響了進(jìn)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(jì)中能把這幾個(gè)方面的內(nèi)容做好，不是一件簡(jiǎn)單的事情。但在設(shè)計(jì)中也遇到了一些問(wèn)題。最主要的就是進(jìn)給滾珠絲杠軸的受力分析，及磨削時(shí)的進(jìn)給力，快進(jìn)快退攻進(jìn)的磨削力的分析與計(jì)算。由于滾珠絲杠副的螺母在滾珠絲杠上來(lái)回運(yùn)動(dòng)，使?jié)L珠絲杠軸及其軸端支撐的滾動(dòng)軸承受力不均勻，導(dǎo)致計(jì)算困難。在設(shè)計(jì)中，我不斷的向馬老師請(qǐng)教，希望能找到一個(gè)最佳的分析方法來(lái)簡(jiǎn)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(jì)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(gè)軸承所受的載荷分為只受單向的作用力。所以在計(jì)算的時(shí)候就忽略了綜合作用力，比較簡(jiǎn)單的解決了問(wèn)題。 在設(shè)計(jì)中我也明顯的感覺(jué)到自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)有很多的不足之處，如自己的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，缺少現(xiàn)場(chǎng)考察的大膽的設(shè)計(jì)思想。在材料的用量，材料的選擇，公差等級(jí)的應(yīng)用與選取等存在著一些知識(shí)缺陷。同時(shí)在分析滾珠絲杠的受力時(shí)感到比較棘手，沒(méi)有頭緒。在分析和應(yīng)用的過(guò)程中，難免存在著一些設(shè)計(jì)問(wèn)題，希望各位老師指出錯(cuò)誤，讓我有更多 的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。 順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊，任務(wù)重，涉及的知識(shí)面廣，牽涉的學(xué)科多。壓力之大、精神之緊張是從來(lái)不曾體會(huì)過(guò)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(dāng)然設(shè)計(jì)中還存在這樣和那樣的問(wèn)題還請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 致 謝 經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)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(gè)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的每個(gè)階段，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。老師細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤，除了敬佩馬老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)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(jì)期間給予了我很大的幫助，在我苦惱的時(shí)候?yàn)槲曳謶n解難，讓我感受到集體的溫暖，激勵(lì)我?jiàn)^發(fā)向前，勇于面對(duì)一切困難。感謝大學(xué)幾年來(lái)所有的老師，為我們打下機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)。老師的教育不僅讓我學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，掌握了相關(guān)技術(shù)，提高了自身素質(zhì)，更使我對(duì)人生充滿了憧憬。在往后的征途中，我會(huì)加倍努力?！伴L(zhǎng)風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄海”，懷著飽滿的熱情、堅(jiān)韌的性格、勤奮的態(tài)度，等待著我的是機(jī)遇與挑戰(zhàn)！ 參考資料 [1] 盧秉恒，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [2] 鐵維麟，機(jī)床備件手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [3] 鄭修本，機(jī)械制造工藝學(xué)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [4] 戴曙，金屬切削機(jī)床，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [5] 董剛，機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [6] 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