轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计论文【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 随着轴承工业的迅速发展，对轴承的加工精度、效率、可靠性提出了更高的要求。尺寸精度是轴承加工中的一项关键 因素 ，而 车床 的进给机构直接影响轴承套圈加工的尺寸精度。因此，随着 对 轴承质量要求的不断提高，需要更加精密高效的 车床 进给机构。 本文是根据轴承厂轴 承内外圈加工生产线项目的改造要求设计的，针对人工控制机床的进给 加工， 加工 效率低，生产出的零件精度难于控制的问题，设计一套此 车床 的半自动进给机构，代替传统机床的人工操作，提高生产效率，提高零件的精度。 论文根据轴承内外圈加工设备加工时进给的特点，对其纵 向进给机构进行合理的设计。 设计出 利用液压 驱动，前 、 后调节机构调节进给量 的 纵向进给机构 。 本文先 对 液压 驱动系统 、 导向机构、前调节机构、后调节机构进行设计，确定具体 尺寸 。 利用 件对纵向进给机构进行三维建模，并进行虚拟装配。然后对装配图在 动仿真界面进行运动仿真，分析仿真结果，得出相应结论。最后对纵向进给系统进行优化设计，提高其稳定性 、 可靠性。使其能满足轴承厂生产线繁重的工作。 关键词 ：进给机构； 拟装配；运动仿真 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of of of is of of of s it is of to is on of in As is by of of is to a of to of of in to a of is on of by of is a a is to a G D of on by G of of is of in 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . I . 录 . 绪论 . 1 题来源，研究内容和意义 . 1 承与轴承圈 . 1 承 . 1 承圈 . 2 内外发展概况 . 2 课题主要内容 . 3 2 纵向自动进给机构设计 . 4 有机构及生产要求的分析 . 4 体设计方案及思路 . 5 向进给机构各部分的设计与计算 . 6 向进给机构外形轮廓确定 . 6 向机构设计 . 7 动装置的选取 . 9 调节机构设计 . 12 调节机构设计 . 12 章小结 . 13 3 基于 进给机构三维建模与装配 . 14 G 软件简介 . 14 G 软件特点 . 14 G 软件设计流程 . 14 G 软件的应用范围 . 14 G 软 件设计的意义 . 15 向机构的三维建模 . 15 向底板的建模 . 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 向燕尾板建模 . 16 铁的建模 . 16 向台面板的建模 . 17 缸的建模 . 19 调节机构的建模 . 19 调节机构的建模 . 20 向进给机构的装配 . 20 章小结 . 23 4 纵向自动进给机构的运动仿真 . 24 G 运动仿真简介 . 24 G 运动仿真主界面 . 24 动仿真的流程 . 25 建连杆 . 26 建 运动副 . 27 建驱动及 “3D”接触 . 29 章小结 . 35 5 总结与展望 . 36 结 . 36 足及展望 . 36 致 谢 . 37 参考文献 . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论 题来源，研究内容和意义 本课题来源于 无锡 迪克机械对轴承 生产线改造项目。 本论文的 主要 内容包括： 根据 迪克机械 实际技术要求 和 生产 设备 ，提出轴承内外圈加工专用机床的结构 方案 ，并且 对每个零部件进行设计。 对轴承内外圈加工专用机床纵向进给机构进行设计，并用 件进行建模。 对轴承内外圈加工专用机床纵向进给机构进行虚拟装配。 对装配 体 做基于 运动仿真分析，检查 本设计 方案及其模型的 合理性。 轴承内外圈加工专用机床纵向进给机构作为自动化生产线更新 项目 的 一部分 ， 提供多机床看管的可能性 ，并 可以 代替精度要求 高 或重复的工作 ，因此 大大 提高了生产效率。 轴承内外圈加工专用机床纵向进给机构在生产过程中，工人手动对刀，手动控制进给量， 重复单调。 发生生产事故或者使加工零件报废 一般 发生在 工人长时间重复单一动作 的的 时候 。为了 改善工作环境 ， 降低工人 的 劳动 强度 。提高生产效率和零件的精度。 轴承内外圈加工专用机床自动纵向进给机构 的 研制使其能真正代替人工 工作 。工人 只要 按动按钮。 此机构 的工作方式 使其能 实现一人多机操作 ； 可以使 大量工人从中解放出来 ； 提高了加工精度 ； 降低了企业生产成本 ； 使企业更 加 有竞争力 ! 承与轴承圈 承 轴承广泛应用于机械工业的基础传动元件，其加工质量直接影响 其传动 性能。它 具有加速快，摩擦小 等特点，对其制造的主机性能的影响程度。由于其独特的 传动 性能， 使其在 国民经济的各个领域 得到 广泛应用。 轴承的种类主要分为一下几种： 角接触球轴承 可同时承受径向负荷和轴向负荷。能在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取 15 度接触角。在轴向力作用下，接 触角会增大 。 深沟球轴承 是 滚动轴承 中最为普通的一种类型。基本型的深沟球轴承由一个外圈，一个内圈、一组钢球和一组保持架构成。深沟球轴承类型有单列和双列两种，单列深沟球轴承类型代号为 6，双列深沟球轴承代号为 4。其结构简单，使用方便，是生产最普遍，应用最广泛的一类轴承。 3 四点接触球轴承 四点接触球轴承是一种分离型轴承，也可以说是一套轴承可承受双向轴向载荷的角接触 球轴承。其内、外圈滚道是桃型的截面，当无载荷或是纯径向载荷作用时，钢球和套圈呈现为四点接触，这也是这个名称的由来。四点接触球轴承可以承受径向负荷、双向轴向负荷 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 调心球轴承 由于外圈滚道面呈球面，具有 自动调心性 ，因此 可以补偿不同心度和轴挠度造成 调心球轴承成的误差 ，圆锥孔轴承通过使用紧固件可方便地安装在轴上。 5 圆柱滚子轴承 圆柱滚子与滚道为线接触轴承。负荷能力大，主要承受径向负荷。滚动体与套圈挡边摩擦小，适于高速旋转。 径向负荷能力大，即适用于承受重负荷与冲击负荷，也适用于高速旋转的机构，大多用于机床主 轴。 6 圆锥滚子轴承 圆锥滚子轴承属于分离型轴承，轴承的内、外圈均具有锥行滚道。该类轴承按所装滚子的列数分为单列、双列和四列圆锥滚子轴承等不同的结构型式。单列圆锥滚子轴承可以承受径向负荷和单一方向轴向负荷。当轴承承受径向负荷时，将会产生一个轴向分力，所以当需要另一个可承受反方向轴向力的轴承来加以平衡。 。 7 调心滚子轴承 调心滚子轴承具有两列滚子，主要承受径向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷。有高的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形，故其调心性 能良好，能补偿同轴度误差。 8 推力球轴承 推力球轴承采用高速运转时可承受推力载荷的设计，由带有球滚动的滚道沟的垫圈状套圈构成。由于套圈为座垫形，因此，推力球轴承被分为平底座垫型和调推力球轴承 外，这种轴承可承受轴向载荷，但不能承受径向载荷。 承圈 所谓轴承圈就是用来定位轴承滚子位置的一个装置，通常是钢制的，其 作用 是 ： 1 将滚动体固定在轴承圈内； 2 引导并带动滚动体在正确的滚道上滚动； 轴承 圈的加工直接影响轴承的好坏，而且纵向进给机构又是直接决定轴承圈质量的 主要 因素。 内外 发展概况 新中国成立后，轴承工业进入了高速发展时期特别是改革开放以后。轴承是标准件，是全球互换产品，因此轴承行业的市场竞争不仅是本土市场，永远是国际市场。中国是全球轴承大国，但还不是轴承强国。 轴承生产 中纵向 进给 机构 的好坏直接 影响轴承的精度和质量的好坏 。 进给机构 两大主要 组成部分 为 是 驱动系统 和 导 向 系统 。 这 两部分的发展情况直接决定进给机构 的 发展水平。这 两部分 的发展情况如下。 常用 的导轨结构有 三 种 ： 滚动导轨 、静压导轨 和 金属 塑料滑轨 。 金属 金属滑轨 。滑动导轨 运动时会出现爬行现象 ， 由于 其动 静摩擦系数相差较大 。 运用 高耐磨的聚四氟乙烯 和金属为 摩擦副 的贴塑导轨 ，可 以 基本消除导轨运动时的爬行现象 因为 其 动静摩擦系数相差较小 。 摩擦系数 较 的 是 以滚动代替滑动 的 滚动导轨 ， 滚动 导轨通过 施加预负荷 来 消除间隙提高刚性， 实现 没有爬行 的运动 。 摩擦系数最小 的是 靠压力油把动静导轨分离 开来 的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 静压导轨， 静压 导轨 运动灵敏，是目前精度最高的一种导轨。 作为进给系统的一部分机电驱动的技术水平已发生了重大变化。油缸推坡道 - 杠杆机构的第一代 ，使用步进电机凸轮杠杆机构的第二代；使用 步进电机 - 谐波减速器 - 滚珠丝杠 机构的 第三代进 给机构 ， 采用交流伺服电机 滚珠丝杠机构 的 最新一代 进给 机构 。 第一代用油缸推动斜面， 斜面 驱动杆摆动，以实现托盘 的 进给。 通过调节 斜面角度和液 体 流速来实现进给速度的调节 。 第二代 使用凸轮 代替斜面 使用 步 进电机 带动 凸轮旋转 步进电机驱动的凸轮的旋转 。 第三代 使用 步进电机 带动 谐波减速器 ，谐波 减速器带 动滚珠丝杆 实现进给 2。 课题主要内容 本 课题 主要 内容包括 ： 产 和 要求进行分析，制定出可行的 机构 设计方案 ； 构的零件进行设计 ； 计出的结构进行三维建模 ； 维模型运动仿真 ，对 仿真结果进 行 分析 ； 轴承 内外圈在加工过程中 轴主要以人工控制加工为主，由工人的动控制进给量。 发生生产事故或者使加工零件报废 一般 发生在 工人长时间重复单一动作 的的 时候 。为了改善工作环境 ； 降低工人 的劳动强度； 提高生产效率和零件的精度。 轴承内外圈加工专用机床自动纵向进给机构 的 研制使其能真正代替人工 工作 。工人 只要 按动按钮。 此机构 的工作方式使其能 实现一人多机操作 ；可以使 大量工人从中解放出来 ；提高了加工精度；降低了企业生产成本；使企业更加有竞争力 ! 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 纵向自动进给机构设计 有 机构及 生产要求的 分析 轴承套圈的车削加工是轴承生产中的一道重要工序，由于轴承热处理前、后均需加工，工作量大，尤其是对于小型及微型轴 承，对尺 求极为严格。一般轴承套圈精加工是通过车床进给机构的径向和轴向 进刀来完 成。依照满足大批量、高精度、高效率和低成本的原则，对现有车床结构进行改 造。 现有车床的夹紧及进给机构如图 示。 轴承套圈的夹紧和定位 是 通过弹簧夹头来完成， 为了 完成对轴承套圈的车削加工 ， 使用 大托板 控制径向进给和小托板控制 轴向进给来 实现 刀架及车刀的移动 。其加工过程为 ： 用 弹簧夹头 将待加工轴承套圈夹紧 ;转动大托板调节 丝杠手轮，调节大托板至合适位置，使装在刀架上的车刀沿径向接近套圈 ； 旋转小托板 调节 丝杠手轮，带动小托板及刀架上的车刀沿轴向靠近套圈，并车削至工艺要求尺寸，完成套圈的车削加工 ;然后反向旋转小托板丝杠，使车刀离开已加工套圈 ； 松开弹簧夹头，卸下已加工套圈，完成一个套圈的一个车削加工。 此加工过程中， 为了 保证套圈上、下料有足够的空间 ，小托板离开套圈加工区域要有足够距离 。因此 ， 在 套圈装卸时小托板 要 尽量向右移动， 然而 小托板丝杠的螺距 比 较小，需要旋转很多圈才能 达到要求 。 虽然 此加工方法能够满足轴承套圈的工艺尺寸要求，但劳动强度大 、 加工时间长、效率低，不能满足批量生产的要求。 轴承圈一般是在 在常温下切割无缝管，然后通过车削导槽和端面而成。 轴承圈的 加工 工艺过程主要有： 剪料：按加工 要求 计算毛胚尺寸 并 在龙门剪床上剪切所需的管材。 车滚子导槽：在车床上采用专用夹具夹紧轴承圈，用专用刀具车削导槽。 车端面：在车床上采用专用夹具夹紧轴承圈，车削端面，一般 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 、小托板螺旋进给机构示意图 体设计方案 及 思路 本设计 采用 “ 大、小托板螺旋进给机构 ”为 设计原型 ，旋转扳手控制 进给和退刀 的 方法虽然能够满足 轴承套圈的工艺尺寸要求，但劳动强度大 、 加工时间长、效率低，不能满足批量生产的要求。 本 设计中 使用液压 驱动 如图 示 ， 用前 、 后调节丝杆来调节机构的 进给量 和退刀量 ， 在 前 、 后丝杆调节机构中，都加入感应铁 ，起 到开关的作用 。工作时先 调节 好前 、 后 调节丝杆 到达需要的位置，然后 液压缸 推动台面板 运动 ， 台面板 到达指定位置，触动开关 ， 开关 将信号传递给 制 系统，对机构进行控制。 图 构 总设计方案简图 轴承内外圈加工专用机床纵向 进给 机构的 整体 设计思路 可以用如图 示的框图形式直观的表达。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 体设计 思路图 轴承内外圈加工专用机床纵向 进给 机构 的的工作由两部分组成，首次加工一个尺寸的轴承圈时，工人根据待加工轴承圈需要加工的尺寸调节前 、 后调节丝杆，调节进给的的位置和进给量，调节好后， 制进给运动，对工件进行切削加工。 在下面 的论文中将 对方案中 将 对 各部分 进行 具体分析和设计计算，做出一套 真正 能够代替人工操作的高效纵向进给机构。 向进给机构各部分的设计与计算 向进给机构外形轮廓确定 目前， 迪克 机械 生产 的轴承圈加工机床 的主要生产设备主要采用迪克机械有限公司制造的 速车床，如图 示 其 详细参数如表 2示 。它是 降低成本 ， 提高加工精度 ，提高 生产 率的理想母机。电气采用 制。 表 2承内外圈加工专用机床主要技术数据 项目 要求 最大工件回转直径 90大车削长度 50心高 180轴头行程 10轴锥孔 100轴孔径 30轴转速范围 1200床轮廓尺寸 1200*550*1760 主轴线与机床边缘间距 275文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 续表 2目 要求 主轴箱距地面高度 1046头箱长度 327工直径 1572工宽度 3 由表 2床 机床轮廓尺寸为 1200*550*1760要 加工轴承圈直径为范围 15 72向进给机构长度应在 550内，又根据油缸长度为 174一部分距离给调节丝杆，所以确定底板长度 311油缸高和宽为 110*110虑到安全 空间和可靠性等因素，所以确定底板宽和高为 120*150 向机构设计 针对 轴承圈套的加工批量大，导向机构需要高速 、 稳定 、 长时间的运动，设计出一套轴承圈加工专用导向机构。其中 C 形导向槽如图 示，其左端为 4 个螺纹孔，通过螺栓与刹铁连接，将刹铁和导轨压紧。梯形导轨机构如图 示。 导向 机构 机构的 配置不同以及导轨的 截面 形状不同 ，其摩擦阻力不同 。其摩擦力 的计算要根据具体的情况确定 。 本 纵向进给 机构采用的 导轨 截面形状为 梯形 ，导向 机构 安装在油缸 的后部，起 到 导引作用。导向装置的摩擦阻力 在 机构启动时 比 较大，计算如下 ： f （ 式中： f 摩擦力； 摩擦系数； m 质量； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 g 重力加速度 ； 已知 擦系数为 台面板及刀架质量约为 15 由 公式（ 得： 1 0 . 3 1 5 1 0 4 5f m g N 预紧力 100 21343s i n 6 0 0 . 3 1 0 0 2 621s i n 3 0 1 0 0 5 025 0 c o s 3 0 2 5 32 6 c o s 3 0 1 3 3= 4 5 2 5 3 1 3 3 = 6 6f F 总图 型 导向槽 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 形 导轨 动装置的选取 选择 什么样的 驱动装置 ， 需要考虑成本、 控制功能 、 稳定性、 性能规范 、 工作要求 、运动的功耗 、 维护的复杂程度 和 及现有条件等综合因素。目前 ， 有三 种 类型 的 驱动可 以 选择，分别为 气压驱动、 液压驱动、电力驱动。 1. 电力驱动 具有 的特点： 为了 达到调速的目的 ，可以 通过 控制脉冲频率 来 调节 电 动 机转动的 加速度和 速度 来 实现 。 因为 误差不会长期积累 所以 控制性能好。 电力驱动 使用方便 和 低成本 都是其他方式无法比拟的。 而且 它还是一种无污染的清洁能源 。 与其它驱动相比，电力驱动是 通用性与 系统性最强的 。 气压传动 没有 传动介质成本 ， 因为其 使用 取自大气 的压缩空气 。 所用 的气体直接排入大气中，不对环境造成污染 ； 配套 元件的 制造精度和元件材料的要求较低 ，因为 压缩空气的工作压力较低 ； 因为 空气的 黏度 很小， 在管 道内 流 动 压力损失比液体小 ， 所以 进行 远程传输和 集中供应 更 方便 ； 容易使用 、安全、维护简 单。 3. 液压驱动的特点有： 功率质量比大， 也就是说 ， 在 相同的功率下 ， 液压装置的 质量小、 体积小、工作平稳 、无级调速 。在 实现系统的 自动控制 和远程操纵 方面，可通过电器装置配合达到 ；过载保护和 方便 ； 标准化 、系列化 程度 比 较高，通用性好，便于选择使用，缩短设计、制造周期 1。 由于 本机构 的 运动为高速重载 ，而且留给该 进给 机构的 空间有限 ， 最终选用液压驱动是合理的，可行的，经济的，可靠的 。 根据已知条件， 切削进给力为 730N，导向机构摩擦力为 66N。所以选用 工作最大负载900，工作压力 可得 和活塞杆直径 d 的确定： 已知 : 900， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4（ 式 中 ： D 直径； F 负载力； P 工作 压力 ； 由 公式 （ 得 ： 4 4 9 0 0 281 . 5 1 0 6FD m 根据实际生产要求油缸内径选用 80 则22 23 . 1 4 8 0 502644DA m m 故必须进行最小稳定速度的验算，要保证液压缸工作面积 又： （ 式中： 流量阀的最小稳定流量，由设计要求给出 ； 液压缸的最小速度，由设计要求给出 ； 由 式（ 得 ： 23 36m i n/m i nm i nm i nm i n 1250mi n/102.1 mi n/ 故取 D=80证了 A d 的确定 ： 由已知条件取 d=25 45钢的屈服强度 55 按强度条件校核： 4（ 式 中： d 直径 ； F 负载力 ； 屈服强度 ； 由 公式 （ 得 ： 3 3 314 4 9 0 01 0 1 0 2 . 5 1 0355 2 所以符合要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布材料规律因壁厚的不同而各异 。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 本设计按照薄壁圆筒设计， 采用无缝钢管 其壁厚按薄壁圆筒公式计算为： 2 式 中： P 承受 的 压强 ； D 直径 ； 壁厚 ； 拉伸 应力 ； 由 公式 （ 得 ： ，取 M y 1 0 0 1 1 0 M p a （无缝钢管），取 100 2 . 1 6 3 0 . 6 62 1 0 0 由计算的公式所得的液压缸的壁厚厚度很小，使缸体的刚度不够，如在切削加工过程中的变形，安装变形等引起液压缸工作过程中卡死或漏油。所以用经验法选取壁厚：5 4. 缸体外径尺寸的确定 缸体外径尺寸的 计算 缸体外径 1 2 8 0 2 0 . 6 6 8 1 . 3 2D D m m 查机械手册表：外径 1D 取 90缸盖 有效厚度按强度要求可用下式进行近似计算： 3 . 7 5 4 . 51000 . 4 3 3 0 . 4 3 3 8 0 6 . 7 0 7 . 3 4 m m （ 式中： D 缸盖止口内径 ( T 缸盖有效厚度 ( T 当 活塞杆全部外伸时，从 缸盖滑动支承面中点 到活塞支承面中点 距离为 H，称为最小导向长度。 导向长度 直接 决定 液压缸的初始挠度 ， 如果 导向 长度 过小，将影响液压缸的稳定性， 所以 在设计时 需要 保证有 适合 的最小导向长度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 对一般的液压缸，最小导向长度 H 应满足： 2 0 8 0 412 0 2 2 0 2m m m m （ 式中： L 液压缸的最大行程 ( D 液压缸内径 ( 取 H=50. 缸体长度确定 活塞的行程与活塞宽度的和 应等于 液压缸 缸体内部的长度 。缸体外部尺寸还 需要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应该 大于缸体内径 D 的 20。 即：缸体内部长度 30+20=50体长度 2 0 3 0 1 6 0 0 2 4 0 0D m m （ ） （ ） 由于 本次设计 机构 安装平台大小的限制 和 实际生产的需求 所以 取缸体长度为 106 调节机构设计 前 调节机构 在纵向 进给机构中起到控制进给量和退刀量的作用。 该机构 主要由调节丝杆和纵向调节螺母组成。 调节丝杆 直接控制进给量和退刀量，该丝杆 表面 螺纹取 度取 113纵向 调节螺母是在丝杆调节好后， 起到 丝杆 进行 固定 的 作用，其作用与对顶 螺母相同 ， 在对顶拧紧后，使旋 合 螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。工作 载荷 有变动时，该摩擦力仍然存在。 该 调节螺母外径为 40径 为 螺纹孔，长度为 20螺母 外圈上打 4 个 8 螺纹孔，安装 调节 杆 。 起 到 方便 调节的作用。 调节机构设计 针对轴承圈套的加工批量大，后调节 机构需要适应长时间，稳定的工作 ，设计出一套轴承圈加工专用后调节 机构。 该 机构 地位 部分的设计与前调节机构设计相似， 丝杠 套 的 具体尺寸如图 示 ，调节 螺母与前调节 螺母 尺寸相同 。 为 了更好的控制运动，在本机构中融合了一个开关，当台面板 运动 到 距离 丝杆套 时，会撞击顶杆，顶杆撞击感应铁 ，控制 电路中构成回路，反馈给 统，由 控制系统引导后面的工作 ， 台面板 后退 后，