轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计.doc

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 轴承内外圈加工专用机床轴承内外圈加工专用机床 纵向机构设计纵向机构设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 0923232 学生姓名： 陈志伟 指导教师： 彭勇 （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 轴承内外圈 加工专用机床纵向机构设计 是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加 以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含 任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 95 学 号： 0923232 作者姓名： 年 月 日 i 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 该课题来源于机械制造业提高加工过程的机械化和自动化水平， 提高生产效率，降低工人的劳动强度，降低企业成本的需求。 轴承是现代机械中不可或缺的零件，轴承的使用量非常大，现 今的轴承加工主要以人工控制加工为主，由工人的动控制进给量， 单调重复，而且工人长时间重复单一动作容易发生差错，发生生产 事故或者使加工零件报废。为了降低工人老大强度，改善工作环境。 提高生产效率和零件的精度。研制轴承内外圈加工专用机床自动纵 向进给机构使其能真正代替人工完成任务。 工人要做的就是按动按 钮。这样可以实现一人多机操作，解放出大批工人，同时也降低了 企业生产成本，提高了加工精度，使企业更具有竞争力! 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 根据提供的毕业设计资料理解设计要求，查阅相关中外资料。 确定纵向机构的设计方案。 ii 对纵向机构进行建模，生成工程图。 对纵向机构进行运动仿真。 阅读和翻译英文文献。 撰写毕业设计论文。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 95 班班 姓名姓名 陈志伟 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 年年 月月 日日 iii 摘摘 要要 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 ug 软件 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 ug 运动仿真界面进行 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。 关键词关键词：进给机构；ug；虚拟装配；运动仿真 iv abstract with the rapid development of bearing industry, the working accuracy, efficiency and reliability of bearing have been put forward higher requirements.a essential factor of bearing process is the dimensional accuracy, however, the feeding system of machine tools directly affects the dimensional precision of bearing ring process. therefore, with the constant improvement of bearings quality requirements, it is necessary for the feeding system of machine tools to become more precise and efficient. this paper is based on the requirements of bearing inner and outer ring process production line project in bearing factory. as the process efficiency is low by the manual control of the machine feed process and the precision of the parts production is difficult to control. this paper designs a lathe of semi-automatic feed mechanism to instead of manual operation of conventional machines, in order to improve production efficiency and the part accuracy. this paper has a reasonable design of vertical feed mechanism what is based on the characteristic of feed processing by bearing inner and outer rings process equipment. the aim of this paper is designing a longitudinal feed mechanism through using hydraulic drive, before and after the vertical regulating mechanism adjust the feed. the paper devises a process equipment what is using hydraulic drive and before and after the adjustment mechanism to adjust the feed rate and after that identifies a specific size. this paper uses ug software for proceeding 3d modeling of longitudinal feed mechanism and virtual assembly, after that carries out on the motion simulation by assembly drawings in ug motion simulation interface and analysis of the simulation results, and ultimately obtains the corresponding results. finally, the paper optimizes the design for the longitudinal of feed system, improving the stability and reliability, which is for meeting heavy work of the production line in bearing factory. key words: feed mechanism; ug; virtual assembly; motion simulation v 目目 录录 摘 要.iii abstractiv 目 录 v 1 绪论.1 1.1 课题来源，研究内容和意义.1 1.2 轴承与轴承圈.1 1.2.1 轴承1 1.2.2 轴承圈2 1.3 国内外发展概况.2 1.4 本课题主要内容.3 2 纵向自动进给机构设计.4 2.1 现有机构及生产要求的分析.4 2.2 整体设计方案及思路.5 2.3 纵向进给机构各部分的设计与计算.6 2.3.1 纵向进给机构外形轮廓确定6 2.3.2 导向机构设计7 2.3.3 驱动装置的选取9 2.3.4 前调节机构设计12 2.3.5 后调节机构设计12 2.4 本章小结.13 3 基于 ug 的进给机构三维建模与装配 14 3.1 ug 软件简介.14 3.1.1 ug 软件特点 14 3.1.2 ug 软件设计流程 14 3.1.3 ug 软件的应用范围 14 3.1.4 ug 软件设计的意义 15 3.2 纵向机构的三维建模.15 3.2.1 纵向底板的建模15 vi 3.2.2 纵向燕尾板建模16 3.2.3 刹铁的建模16 3.2.4 纵向台面板的建模17 3.2.5 油缸的建模19 3.2.6 前调节机构的建模19 3.2.7 后调节机构的建模20 3.3 纵向进给机构的装配20 3.4 本章小结23 4 纵向自动进给机构的运动仿真.24 4.1 ug 运动仿真简介.24 4.1.1 ug 运动仿真主界面 24 4.2 运动仿真的流程25 4.3 创建连杆26 4.4 创建运动副27 4.5 创建驱动及“3d”接触29 4.6 本章小结.35 5 总结与展望.36 5.1 总结.36 5.2 不足及展望.36 致 谢.37 参考文献.38 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 1 1 绪论绪论 1.1 课题来源，研究内容和意义课题来源，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 ug 软件进行建模。 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 ug 的运动仿真分析，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! 1.2 轴承与轴承圈轴承与轴承圈 1.2.1 轴承轴承 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： 1.角接触球轴承 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。 2.深沟球轴承 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 无锡太湖学院学士学位论文 2 向轴向负荷。 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 hheey 心球面座垫型两种类型。另外，这种轴承可承受轴向载荷，但不能承受径向载荷。 1.2.2 轴承圈轴承圈 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。 1.3 国内外发展概况国内外发展概况 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 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 3 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。 1.4 本课题主要内容本课题主要内容 本课题主要内容包括： 1.对实际生产和要求进行分析，制定出可行的机构设计方案； 2.对机构的零件进行设计； 3.对设计出的结构进行三维建模； 4.对三维模型运动仿真，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! 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 纵向自动进给机构设计纵向自动进给机构设计 2.1 现有机构及生产要求的分析现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 2.1 所示。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 0.30.5mm。 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 5 图 2.1 大、小托板螺旋进给机构示意图 2.2 整体设计方案及思路整体设计方案及思路 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 2.2 所示，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 plc 控制系统，对机构进行控制。 图 2.2 机构总设计方案简图 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 2.3 所示的框图形 式直观的表达。 无锡太湖学院学士学位论文 6 图 2.3 总体设计思路图 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，plc 控制进给运动，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。 2.3 纵向进给机构各部分的设计与计算纵向进给机构各部分的设计与计算 2.3.1 纵向进给机构外形轮廓确定纵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 dk204 高速车床，如图 2.4 所示其详细参数如表 2-1 所示。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 plc 控制。 表 2-1 轴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90mm 最大车削长度50mm 中心高180mm 主轴头行程10mm 主轴锥孔-安装基准孔100mm 主轴孔径30mm 主轴转速范围1200-1700 机床轮廓尺寸1200*550*1760 主轴线与机床边缘间距275mm 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 7 续表 2-1 项目要求 主轴箱距地面高度1046mm 床头箱长度327mm 加工直径 15mm72mm 加工宽度3mm-40mm 图 2.4 dk204 车床 由表 2-1 可知，dk204 车床机床轮廓尺寸为 1200*550*1760mm,需要加工轴承圈直径 为范围 15mm72mm，纵向进给机构长度应在 550mm 以内，又根据油缸长度为 174mm，留一部分距离给调节丝杆，所以确定底板长度 311mm，油缸高和宽为 110*110mm，考虑到安全空间和可靠性等因素，所以确定底板宽和高为 120*150mm。 2.3.2 导向机构设计导向机构设计 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 2.5 所示，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 2.6 所示。 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： （2.1）fmg 式中： 摩擦力；f 摩擦系数； 无锡太湖学院学士学位论文 8 质量；m 重力加速度；g 已知 qt450 摩擦系数为 0.3 ，台面板及刀架质量约为 15kg。 由公式（2.1）得： 10.3 15 1045fmgn 预紧力100fn 2 1 3 4 3 sin600.3 10026 2 1 sin3010050 2 50cos3025 3 26cos3013 3 =4525 313 3=66 ffn ffn fn fn fn 总 图 2.5 c 型导向槽 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 9 图 2.6 梯形导轨 2.3.3 驱动装置的选取驱动装置的选取 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。 2.气压驱动的特点： 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，工作压力可得900fn1.5pmpa 1.液压缸内径 d 和活塞杆直径 d 的确定： 无锡太湖学院学士学位论文 10 已知: ，900fn1.5pmpa （2.2） 4f d p 式中： d直径； f负载力； p工作压力； 由公式（2.2）得： 44 900 28 1.5 106 f dmm p 根据实际生产要求油缸内径选用 80mm 则 22 2 3.14 80 5026 44 d amm 故必须进行最小稳定速度的验算，要保证液压缸工作面积 a 必须大于保证最小稳定 速度的最小有效面积amin 又： （2.3） min min min q a v 式中：流量阀的最小稳定流量，由设计要求给出； qmin 液压缸的最小速度，由设计要求给出； vmin 由式（2.3）得： 2 3 36 min/ min min min min 1250 min/102 . 1 min/105 . 1 8 . 0 2 mm mm mml v q a m 故取 d=80mm，保证了 amin a 2.液压缸活塞杆直径 d 的确定： 由已知条件取 d=25mm。 45 钢的屈服强度 mpa s 355 按强度条件校核： （2.4） 4f d 式中： d直径； f负载力； 屈服强度； 由公式（2.4）得： 333 1 44 900 10102.5 10 3552 f d 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 11 所以符合要求。 3.液压缸壁厚的确定 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 dpy （2.5） 式中： p承受的压强； d直径； 壁厚； 拉伸应力； 由公式（2.5）得： pypy pppp5 . 1)5 . 125. 1 (，取 mpapy4 . 26 . 15 . 1 （无缝钢管） ，取 100 110mpa 100mpa 2.1 63 0.66 2 100 mm 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： 5mm 4. 缸体外径尺寸的确定 缸体外径尺寸的计算 缸体外径 1 28020.6681.32ddmm 查机械手册表：外径 1 d 取 90mm 5.缸盖厚度的确定 缸盖有效厚度按强度要求可用下式进行近似计算： 3.754.5 100 0.4330.433 806.70 7.34 p tdmm （2.6） 式中： d缸盖止口内径(mm)； t缸盖有效厚度(mm)； t6.7mm 6.最小导向长度的确定 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。 无锡太湖学院学士学位论文 12 对一般的液压缸，最小导向长度 h 应满足： 2080 41 202202 ld hmmmm （2.7） 式中：l液压缸的最大行程(mm)； d液压缸内径(mm)； 取 h=50mm 7. 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 20-30 倍。 即：缸体内部长度 30+20=50mm 缸体长度203016002400dmm（）（） 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 106mm。 2.3.4 前调节机构设计前调节机构设计 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 m20*1.5，长度取 113mm。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 40mm，内径为 m20*1.5 的螺纹孔，长度为 20mm。螺母外圈上打 4 个 8mm 的螺纹孔，安装调节杆。 起到方便调节的作用。 2.3.5 后调节机构设计后调节机构设计 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 2.7 所示，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 2.5mm 处时，会撞击顶杆，顶杆撞 击感应铁，控制电路中构成回路，反馈给 plc 系统，由控制系统引导后面的工作，台面 板后退后，顶杆和感应铁在弹簧的作用下回复原位。顶杆长度为 83.5mm，顶杆前端长度 为 44.5mm 直径为 ，中部长度为 9mm 直径为 12mm，后端长度为 30mm 直径为 6mm。由于顶杆的质量很小，所以在移动时所受的摩擦力与液压缸的推力相比微乎其 微，所以在弹簧的选择时，只要弹簧能推动顶杆复位。由以上材料和数据，所以选择弹 簧的外圈直径为 12.5mm 长度为 41mm。 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 13 图 2.7 丝杆套具体尺寸 2.4 本章小结本章小结 本章详细对设计要求和现有机构进行分析，明确了设计的总体思路。然后，建立了 纵向进给机构的整体结构设计方案，确定了纵向进给机构的整体外形轮廓，然后对纵向 进给机构的各部分进行设计计算，最后对前、后调节机构并对驱动装置进行了选择。确 定了各部件的具体尺寸。 无锡太湖学院学士学位论文 14 3 基于基于 ug 的进给机构三维建模与装配的进给机构三维建模与装配 3.1 ug软件简介软件简介 ug（unigraphics nx）是 siemens plm software 公司出品的一个产品工程解决方案， 它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。unigraphics nx 针对用户 的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。ug 是 unigraphics 的缩写，这是一个交互式 cad/cam(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强 大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着 pc 硬件的发展和个人用户的迅速增长，在 pc 上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成 为模具行业三维设计的一个主流应用。 ug 的开发始于 1969 年，它是基于 c 语言开发实现的。ug nx 是一个在二和三维空 间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件 工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。 一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值 数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这 是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越 来越复杂，以致于超出了一个人能够管理的范围。一些非常成功的解偏微分方程的技术， 特别是自适应网格加密（adaptivemeshrefinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数 学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多 新的可能。 ug 的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为 复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。 3.1.1 ug 软件特点软件特点 ug 软件融合了线框模型、曲面造型和实体技术，该系统建立在统一的关联的数据库 基础上，提供工程意义的完全结合，从而使软件内部各个模块的数据都能够实现自动切 换。 ug 软件包含工业设计和风格造型、产品设计、仿真、确认和优化、nc 加工、模具 设计五大主要功能。 ug 软件一要有智能化的操作环境，建模的灵活性，参数化建模特性，协同化的装配 设计，集成的工程图设计等五大特点。 3.1.2 ug 软件设计流程软件设计流程 ug 软件的设计操作都是在部件文件的基础上进行的，在 ug 专业设计的过程中，通 常具有固定的模式和流程。ug 的设计流程主要是按照实体、特征或曲面进行部件的建模， 然后进行组建装配经过结构或运动分析来调整产品。确定零部件的最终结构特和技术要 求，最后进行专业的制图并加工成真实的产品。 使用该软件进行产品设计，能直观，准确的反映零、组件的形状和装配关系，可以 完全实现产品设计，工艺制造的无纸化开发，并可与产品设计、工装设计、工装制造等 工作同步进行，从而大大缩短了产品开发周期6。 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 15 3.1.3 ug 软件的应用范围软件的应用范围 ug 是集 ca/cae/cam 为一体的三维机械设计平台，也是当今世界上泛应用的计算 机辅助设计、分析和制造软件之一。该软件的 cad 功能使当今制造业公司的工程、设计 以及制图能力得以智能化。cam 功能采用 nx 设计模型为现代化机床提供了 nc 编程， 用来描述所完成的部件。cae 功能模块提供了很多产品、装配和部件性能模拟能力，跨 越了广泛的工程学科范围。此外，ug nx 不仅是一个集成的设计和开发软件，而且还超 越了人们生产力的范畴，能够提高整体流程以及该流程中每个步骤的效率，从而广泛应 用于航空、航天、汽车、通用机械和造船等工业领域。 3.1.4 ug 软件设计的意义软件设计的意义 现代机械设计方法，不仅仅局限于简单的静态的平面设计，而是越来越侧重于三维 实体设计和动态分析。机构仿真是机械系统现代设计方法中一门新的应用技术，它具有 模拟样机数值仿真、缩短设计周期、限定设计成本、在物理样机产生之前预先评估设计 作用和功效，是现代机械设计系统设计技术的经典所在，而 ug 软件则为这种设计方法提 供了一个平台。 3.2 纵向机构的三维建模纵向机构的三维建模 在机械设计中利用软件建立零件的摸型，应当保证软件建立的模型的准确性，可靠 性和美观性。本次的毕业设计主要侧重于纵向机构的建模和运动仿真，纵向机构的制造 过程中闯头和调节丝杆是通过焊接连接在一起的，所以在建立模型的过程中，这两个零 件不需要要按照设计的零件图纸的标准画的那么精细来保证画完后的部件的总体的准确 性，而且在建立摸型的过程中，完全可以参考零件的基本尺寸来建模。 运用 ug 软件建立轴承内外圈加工专用机床纵向机构三维模型的过程中，运用较多的 是 ug 软件的草图功能、拉伸功能、基准平面功能、布尔运算功能、钻孔功能、镜像功能、 旋转功能和装配功能等几个功能。 根据上一章的设计结果分析本纵向机构可以大致分为前调节机构、油缸、台面板、 进给导向机构、底板、后调节机构六大部分，而每个部分里面的零件也比较零散，一开 始按图纸的某个方向画起来比较繁杂，因此在建模刚开始时，可以按以下的大体步骤进 行，先大致确定部件中的零件的基本布置，类似的零件的名称和数量，看看部件的零件 之间是否存在联系，比如对称之类的关系，这样建模的时候可以达到事半功倍的效果。 下面介绍一下轴承内外圈加工专用机床纵向机构的建模过程。 3.2.1 纵向底板的建模纵向底板的建模 纵向底板主要起安装，支撑其他部件的作用，如液压缸支架，燕尾板，调节丝杆等 都安装在底板上面，然后将底板与其他机构固定在一起，对其建模，可以先参数生成 311*150*120mm 的长方体，然后用布尔运算去除掉中间的材料，然后利用布尔运算打出 左边 60mm、28mm 及右侧 28mm 的通孔，运用孔命令打出左侧 4 个 m10 深度 35mm 以及底板上 4 个 m8 的螺纹孔，难点在孔的定位，孔的定位我们可以用孔命令，绘 制截面，在截面上绘制草图，定位孔的位置。底板上的 4 个螺栓定位孔，可以先用草图 命令绘制出草图，然后运用拉伸命令拉伸，最后运用阵列画出其他三个孔。底板的三维 模型如图 3.1 无锡太湖学院学士学位论文 16 图 3.1 纵向底板的三维模型 3.2.2 纵向燕尾板建模纵向燕尾板建模 纵向燕尾板是进给机构中一个重要组件，起着稳定纵向台面板运动从而控制刀具运 动的作用，因此对燕尾板的建模要严格参考相关尺寸，模型的准确度达到更高要求。 燕尾板代替滚珠丝杆起到导向的作用，摩擦为表面摩擦，为了增加其耐磨性和使用 寿命，需要对燕尾板表面进行发黑处理，使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达 到防锈目的。 对其建模首先在草图界面绘出燕尾板的截面图形，截面为上底 103mm 下底 74.13mm 高为 25mm 的梯形，对二维图形进行拉伸，拉伸长度为 190mm，建立出燕尾板的三维模 型，然后在板上钻沉头深度为 8.5mm 直径 13mm，孔直径 8.5mm 的沉头孔，然后对 孔运用镜像功能，钻出其他孔。该城头孔的作用是在安装后，使紧固螺栓的螺帽在沉头 孔中，使其不影响台面板和燕尾板的配合。如图 3.2 所示 图 3.2 纵向燕尾板的三维模型 3.2.3 刹铁的建模刹铁的建模 刹铁在安装过程中留足够的间隙方便台面板和燕尾板的装配，在机构使用中，通过 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 17 4 个螺栓与台面板连接，控制台面板和燕尾板之间的间隙，提高导向精度。在其建模的过 程中，先在草图界面中绘制出截面，底边高 25mm 斜边高角度为 60 度的平行四边形，再 拉伸 180mm，利用 wcs 命令建立坐标，运用“孔”命令沿 x 轴正方向打出 9mm 深度 3mm 的孔，通过矩形阵列画出其他几个螺栓孔，如图 3.3 所示 图 3.3 刹铁的三维模型 3.2.4 纵向台面板的建模纵向台面板的建模 纵向台面板是进给机构中的一个重要部件，起到固定刀架和导向的作用。对其建模， 先在草图界面绘出其截面图，再使用拉伸命令拉伸 180mm，后面对其钻孔，利用阵列绘 出其他孔。其建模过程可以参照底板的建模过程。如图 3.4 所示 图 3.4 纵向台面板的三维模型 无锡太湖学院学士学位论文 18 在台面板的建模过程中需要用到多种 ug 命令，如下： 1.“草图”命令用于绘制截面的二维曲线，然后创建曲面和实体特征。 2.“拉伸”命令用于创建曲面的实体特征，也就是将曲线拉伸成拉伸体，我们可以在 拉伸命令中直接选择绘制曲线进行曲线绘制。拉伸界面如图 3.5 所示 图 3.5 拉伸界面 3.“孔”命令，对实体建立沉头孔，螺纹孔，埋头孔。其界面如图 3.6 所示 轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计 19 图 3.6 孔命令界面 4.“镜像”命令，对于对称的实体建模而言，这个功能是非常有用的，可以将实体特 征进行镜像，从而提高建模的效率。 3.2.5 油缸的建模油缸的建模 油缸是纵向机构的核心，油缸给纵向进给机构提供动力。使纵向机构能精准的运动。 油缸由前端盖（直径 90mm、厚度 33mm） ，后端盖（长 100mm、宽 100mm、厚 27mm） ，活塞，油缸缸套（外径 90mm、壁厚 5mm） ，油缸调节座，拉杆，油缸防尘罩 （外径 90mm、壁厚 5mm）组成，他的建模也是最复杂的，用到拉伸、打孔、挖槽、抽 壳、倒角等命令。对其建模先画出油缸调节座，后面依次画出油缸防尘罩、油缸前端盖、 油缸活塞杆、油缸套、后端盖，最后画出拉杆，通过矩形阵列，画出其他 3 个拉杆。其 模型如图 3.7 所示 图 3.7 油缸的三维模型 3.2.6 前调节机构的建模前调节机构的建模 前调节丝杆是纵向机构一个重要的部分，由外螺纹 m20*1.5 长 113mm 丝杆、内螺纹 为 m20*1.5 的调节螺母、调节杆、闯头组成。调节丝杆用以调节机构的进给量，调节螺 母用以紧固调节丝杆，防止在实际工作过程中因为震动导致丝杆滑动，影响加工精度。 在实际生产中，为了方便装配调节丝杆和闯头是分开加工，装配好后，通过焊接固定， 在建模过程中可直接将这两个零件连接在一起。前调节丝杆和闯头如图 3.8 所示 无锡太湖学院学士学位论文 20 图 3.8 前调节机构的三维模型 3.2.7 后调节机构的建模后调节机构的建模 后调节丝杆由顶针，m12 调节螺丝尼龙并帽、调节套、丝杆、感应铁、丝杆尼龙套、 （内螺纹为 m28*1.5、宽 10mm 的调节并帽、丝杆套、m20*1.5）调节螺母、(前端长度为 44.5mm 直径为 6，中部长度为 9mm 直径为 12mm，后端长度为 30mm 直径为 6mm)顶杆组成，其作用是控制纵向机构进给量，在机构工作时，台板撞击顶杆，顶杆 撞击感应铁，使信号电路通路，向控制系统发出信号，从而起到开关的作用。对其建模 需用到草图、拉伸、抽壳、切槽、镜像等命令。在建模时，先画出调节丝杆套，再依次 画出顶杆、丝杆尼龙套、感应铁、m12 螺丝尼龙并帽、丝杆、调节套。其三维模型如图 3.9 所示 图 3.9 纵向后调节机构的三维模型 至此完成纵向进给机构的三维建模。下面进行纵向进给机构的装配。 3.3纵向进给机构的装配纵向进给机构的装配 纵向进给机构各个部件的整体单元化建立完成后，需要在 ug 软件的环境下进行装配。 轴承内外圈加工专