4196轴承磨床自动定位装夹系统设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4196轴承磨床自动定位装夹系统设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,轴承,磨床,自动,定位,系统,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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机电工程学院 毕业设计任务书 题 目 : 轴承磨床自动定位装夹系统设计 学生姓名： 刘 玉 申 学 号： 2004141021 专业班级： 机 自 0401 指导教师： 马 玉 平 2008年 2 月 25 日 毕业设计任务书 1本毕业设计课题应达到的目的： 小型深沟球轴承是使用量 较大的轴承产品。其生产方式为大批量生产。由于行业的竞争日益激烈，生产厂家特别重视产品的质量和加工效率。在深沟球轴承内圈的加工工序中，内圈磨削是一种瓶颈工序，也是关键工序。传统的手动和半自动内磨床难以满足使用要求。因此，有必要设计开发以提高加工效率和质量为目的的全自动轴承内圈内圆磨床 。轴承加工是以大批量为特征的，因此加工设备不仅要保证轴承所要求的各项精度而且效率也是一个很重要的指标。而随着轴承工业的发展，对轴承磨床的加工精度也提出了更高的要求。自动定位装夹系统是轴承加工中提高加工精度的一项关键之一。所以我们有 必要去对磨床的自动定位装夹系统进行研究。 该课题有利于提高学生的 （ 1）综合应用能力（ 2）应用参考文献的能力（ 3）设计能力（ 4）计算能力（ 5）计算机应用能力（ 6）分析问题的能力（ 7）创新能力等 。 2本毕业设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1， 自动 定位装夹 系统部件 图 一 张 ； 2， 总 装配图一张 ； 3， 主要零件图； 4， 英文翻译一份； 5， 毕业设计说明书一份。 毕业设计任务书 3对本毕业设计课题成果的要求包括毕业设计、图表、实物样品等： 1开题报告 1 份，不少于 2000 汉字 2外 文文献翻译 1 份 ，不少于 3000 汉字 3实习报告或方案论证报告 1 份 4图纸量不少于零号图纸 4 张 5完成设计说明书（含毕业设计心得） 1 份，格式规范 4主要参考 资料 ： 机械制造技术基础 机械工业出版社 1999 机床备件手册 机械工业出版社 1999 机械制造工艺学 机械工业出版社 1999 金属切削机床 机械工业出版社 1999 机械设计 机械工业出版社 1999 机械优化原理与设计 中国计量出版社 2001 机械系统设计 哈尔滨工业大学出版社 2001 机械设计手册 机械工业出版社 2001 磨床 机械工业出版社 1999 磨床常见故障诊断与检测 机械工业出版社 2001 机械制造技术装备及设计 机械工业出版社 2000 12.金属切削机床夹具手册 机械工业出版社 1993 13.凸圆外圈微型深沟球轴承外形尺寸 机械工业出版社 2001 14.磨床设计制造基础 机械工业出版社 2002 15.轴承制造工艺学 工学院内部资料 毕业设计任务书 5本毕业设计 课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2008 年 2 月 25 日 3 月 3 日 收集资料，查阅文献 3 月 4 日 3 月 30 日 完成外文资料翻译，毕业设计方案论证报告 4 月 1 日 5 月 1 日 完成毕业设计图纸 5 月 2 日 5 月 31 日 设计说明书编写及修改 6 月 1 日 6 月 7 日 准备答辩 所在系（教研室）审查意见： 负责人： 年 月 日 院（部）学术委员会意见： 负责人： 年 月 日 2005) 25: 19H. S. by 21 003 / 11 003 / 2 004 004he of of in in to of a is to be of of of in a of is In in is to of a a is on of As is on to be to of of is to is 1 638075 of is in is of on on an of a of is 1. a 60 a 5 mm a 5 of is of in of 1). it is to be of a As in at 1,of of . of to be in is As a be in a to 1, 2. in to be of on 55mm)No be on 1. of a kg/on l 6061u 110 % 20 90%of 60 8% 18 540 . of in in 2, of a a a on s is . a of to At a it 80 it to a to 2. of 3. LB of lb 3,s of in 3. Of is to of of It is lb is is to 00 mm in at up 000 of to in 5. of 4. of on be a be to of is o. 1 is o. 2 is o. 3 be in 5, is of to It is on to of to 1): is of a of m. is of a of m, is to is of to of of of is kg , be to be as as to by To 6. of of 7. : is be a to it to In a . of to is 6. is is by a by An is to to on to a to 5 kg a to is to of a of a of In a 4. 7, x, y, z . It a 0 a 0 a , to a to to is of a or is to in is is a , 8. w/p to to to w/p w/p up w/p 180) w/p w/p to w/p to . by is by NC is to NC s is to , a to is is in is an is in be in a by a is of of to of of is a of 9. of by 85 m/s, 1200 mm/10. a b a a 2. a BN in of be of at of a of is to to at is of 10a) as a a is s 10b). it of BN to of in A is of at 9), it is it a or of 5 in it of to be 038. ( (3 m/143 mm/ 1200 mm/ 3 m/s 100 m/89 mm/ 1000 mm/54 00 m/ 500 mm/3 m/s 100 m/500 mm/ 1500 mm/ . of to It 1 of on 11. is in It is as It is a in 5 3 m/s. is s 机电工程学院 毕业设计方案 论证报告 设计题目 : 轴承磨床自动定位装夹系统设计 学生姓名： 刘玉申 学 号： 2004141021 专业班级： 机自 0401 指导教师： 马玉平 2008 年 04 月 25 1 目 次 1 设计任务 . 2 毕业设计课题应达到的目的 . 2 毕业设计课题任务的内容和要求 . 2 2 本设计课题的来源和背景 . 3 设计课题的来源 . 3 设计课题的背景 . 3 设计课题国内外发展的状况 . 3 3 全自动轴承内圆磨床的加工对象，范围和要求 . 5 床的加工对象 . 5 床的加工范围 . 5 件的加工精度 . 5 4 轴承磨床 自动定位装夹系统设计分析 . 6 件的定位夹紧方式 . 6 具的提出与设计 . 6 论证结果 . 10 参考资料 . 11 2 1 设计任务 毕业设计 课题应达到的目的 小型深沟球轴承是使用量较大的轴承产品。其生产方式为大批量生产。由于行业的竞争日益激烈，生产厂家特别重视产品的质量和加工效率。在深沟球轴承内圈的加工工序中，内圈磨削是一种瓶颈工序，也是关键工序。传统的手动和半自动内磨床难以满足使用要求。因此，有必要设计 开发以提高加工效率和质量为目的的全自动轴承内圈内圆磨床。轴承加工是以大批量为特征的，因此加工设备不仅要保证轴承所要求的各项精度而且效率也是一个很重要的指标。而随着轴承工业的发展，对轴承磨床的加工精度也提出了更高的要求。自动定位装夹系统是轴承加工中提高加工精度 和效率 的一项关键之一。 毕业设计 课题任务的内容和要求 1. 自动定位装夹系统部件图一张； 2. 总装配图一张； 3. 主要零件图； 4. 英文翻译一份； 5. 毕业设计说明书一份。 3 2 本设计课题的来源和背 景 设计课题的来源 该课题来源于生产实践。在深沟球轴承内圈的加工中，内圆磨削是一道关键工序。其原因是：受孔径限制，砂轮尺寸小，砂轮消耗快，影响磨削效率和质量。现代磨削技术在不断的发展和提高，对于轴承内圈内圆的磨削，越来越要求磨床具有高精度、高效率和高可靠性，而传统的手动和半自动内圆磨床难以满足使用要求，因此设计开发全自动内圆磨床则显得尤为重要。 设计课题的背景 轴承内圆内圈磨床是指用于磨削轴承内圆的专用磨床。五十年代，开始逐步发展了切入式轴承专用内圆和外圆磨床；至八十年代，随着机 床基础元件技术的发展，特别是电子技术的高速发展，轴承套圈内圆和外圆磨床的技术的日趋完善，相继出现了 制轴承套劝内圆和外圆磨床及 制的轴承套圈内圆磨床，使现代控制技术与先进的机床功能组件相得益彰，大大提高了机床的自动化程度、可靠性、工作精度和生产效率。 迄今为止，较著名的轴承磨床制造厂主要有：美国的勃兰恩特、希尔德；西德的奥佛贝克；意大利的西马特、法米尔、诺瓦；日本的精工精机、东洋工业公司；东德的柏林机床厂、卡尔马克思城磨床厂等。 设计课题国内外发展的状况 十八世纪 30 年代，为了 适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。 1876 年在巴黎博览会展出的美国布朗 首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。 1883 年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平 面磨床。 1900 年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如 20 世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。自动测量装置于 1908 年开始应用到磨床上。 到了 1920 年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超 4 精加工机床等相继制成使用； 50 年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床； 60年代末又出现了砂轮线速度达 60 80 米 /秒的高速磨床和大切 深、缓进给磨削平面磨床； 70 年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。 随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。 内圆磨床和其他磨床一样，在提高效率、自动化程度和万能性方面有较大的发展。但精度提高得很慢。十多年来，内孔不圆度最佳值一直保持在 1 m 之间，最高表面粗糙度 为了适应大批量生产，各国都出现一批自动内圆磨床，如美国海尔特公司的 内圆磨床，美国 司的 内圆磨床，德国 内圆磨床。 5 3 全自动轴承内圆磨床的加工对象，范围和要求 床的加工对象 该磨床主要用于大批量生产中高级精度的深沟球轴承内径的磨削。主要用于磨削轴承套圈内经，也适合磨削其他环形零件的内径，最适合大批量全自动化生产。 床的加工范围 该磨床所加工轴承套圈的规格为： 磨孔直径： 20米 最大磨削深度： 30 毫 米 最大工件外径： 42 毫米 加工余量 : 米 加工质量 : 高于轴承国家标准对于 精度的轴承要求 件的加工精度 作为精密的机械元件，滚动轴承工作性能能直接影响逐级的工作性能，直至装在主机关键部件的轴承的工作能力，几乎决定了该逐级的工作性能，除高精密轴承外，像耐高温、耐低温、防锈、防震、高速、高真空、和耐腐蚀等具有特殊性能要求的轴承的质量指标也是十分严格的。 一般来说，滚动轴承应具有高的寿命 ,低的噪音，小的旋转力矩和高的可靠性，这些基本性能要达到这些要求，就必须在机械加工工艺上首先确保轴承零件套圈的以下指标： 旋转精度：要求轴承的套圈的几何形状精度和位置精度不超过几微米。 尺寸精度：要求套圈的尺寸精度在几微米之内。 粗糙度：安装表面粗糙度 不大于 m， 尺寸稳定度：在长期存放和工作时没有明显的尺寸和形状变化。 质量指标：尺寸公差 7 微米：圆度 3 微米：粗糙度 m 6 4 轴承磨床自动定位装夹系统设计分析 件的定位夹紧方式 滚动轴承套圈的磨削用夹具有两大类：定心夹具和无心夹具。定心夹具，工件中心相对夹具夹持元件是固定不动得；无心夹具与定心夹 具 最根的区别在于工件转动轴限随有定位表面的 涉 及尺寸和几何形状决定的差异而变动。主要是由于工件与工件轴之间无刚性联结的缘故。无心夹具的显著特点在于重复定位精度高，主轴径向调动不影响加工精度，而主轴轴向跳动 也 不是一比一地传递给加工精度，无夹紧变形；调整方便，装卸工件容易，便于实现现代化。 固定部分用来安装线圈并使工件径向定位。它包括的零件有：夹具体，可动支撑座，支撑，半圆盘，端盖，以及密封和若干 紧固螺钉。线圈安装在夹具体内的线框内，两个可动支撑座可以在半圆盘上沿圆内调整位置，以获得所需的支撑夹角。同时，他们又可以沿径向调整，以适应工件尺寸变化的需求。两个支撑在支撑座上可作径向和轴向调整，并可作左右倾斜接触调整，以满足工件尺寸、偏心大小和偏心方向变化的要求，并使支撑和工件保持良好的接触。 工件之所以被夹紧，关键在于工件中心相对磁极中心有一个偏心量 e，工件被直流电磁线圈产生的磁力吸在磁极端面上。磁力大小可以调整，通常调至用于径向拨动工件，少用力能将工件拨动为宜。由于偏心 e 的存在，工件不能绕工件轴轴线和 工件轴同步转动，而只能绕前后两支承所决定的工件几何中心转动，这就是次几何工作端面之间产生相对滑动，因而产生滑动摩擦力。 具的提出与设计 滚动轴承套圈磨削用夹具主要有两大类：定心夹具和无心夹具。定心夹具就是在工作中，工件中心相对夹具夹持元件是固定不动的。无心夹具与定心夹具最根本的区别是工件转动轴线随定位表面的实际尺寸和几何形状的差异而变动。 与无心夹具相比定心夹具有如下缺点： 件轴的径向、轴向跳动 1： 1 的传递为工件的加工误差。 磨后表面出现多角 形。 7 料不方便，不易实现自动化。 因此，在设计时首选无心夹具。 无心夹具有滚轮式、端面机械压紧式和电磁式三种，目前轴承套圈磨削应用的最广泛、效果较好的是电磁无心夹具。 具的 结构设计 电 磁无心夹具主要靠电磁力来实现工件的定位与夹紧，一般有端盖、线圈、铁心、磁盘、磁极、支承块、可动支承座、夹具体几部分组成。其中铁心、磁盘、磁极用螺钉连接在一起组成转动部分，用来驱动工件转动并限制工件定位的 3 个自由度，转动部分通过铁心安装并连接在机床主轴端部，其余的线圈、支承块、可动支承座 、夹具体、端盖组成固定部分，用来安装线圈并使工件径向定位，线圈安装在夹具体的线框内，两个可动支承可以在半圆盘上调整以获得所需要的支撑夹角，同时它也可以沿径向调整以适应工件尺寸大小的变化，两个支撑块在支撑座上可作径向、轴向调整，并可以作左右倾斜接触调整，以满足尺寸偏心大小、偏心方向变化的要求，并使支撑和工件保持良好的接触。 对电磁吸盘的要求是：要达到磁盘的平均吸着力和均匀吸着力的设计要求；在保证工作台刚度的条件下，工作台越薄越好；吸盘要有防水保护功能；在设计精加工用的吸盘时，要注意减小激磁电流引起的热效应对工 作台变形的影响；电磁铁的铁心和台面磁极一般采用 10 钢制造，台体用 10 钢或 造。 N 极块和 S 极块之间用铜或巴氏合金隔磁。工作台面的粗糙度为 线度允许误差不超过 00 磁无 心夹具的力学原理 工件之所以被夹紧关键在于工件中心相对磁极中心有一偏心量 e。 8 工件被直流电磁线圈产生的磁力吸在磁极端面上，磁力大小可以调整，通常调至用手径拨动工件，稍用劲将工件拨动 为宜，由于偏心 e 的存在，工件不能绕工件轴轴线和工件轴同步转动，而只能绕前后支撑所决定的工件几何中心转动，这使磁极和工件端面之间产生相对滑动，因而，产生滑动摩檫力，研究表明，摩檫力可以合成一个合力 F 和一个合力矩 M， F 垂直与偏心 e，直指向两支撑之间，作用点为工件中心。这样， F 起到径向夹持的作用，保证磨削过程工件被稳定地夹持在支撑块上，而 M 作为驱动力矩，绕工件轴线转动。 当工件刚刚放入夹具上时，其转动角速度为零；在驱动力矩 M 作用下，工件逐渐加速，直到匀速转动为止，这就是称 M 为驱动力矩的原因。在 砂轮磨削工件时，如果工件速度底于磁极转速，则驱动力矩 M 和工件转速方向一致。驱动力矩如果工件转速高于磁极转速则驱动力矩 M 和工件转速方向相反，阻止工件加速转动，这称为驱动力矩的两重性。 磨 削 方式 e（ 支 外 磨内 05 电磁无心夹具的定位误差 当采用电磁无心夹具以支外磨内方式这种非自身定位方式来加工时，主要考虑定位误差 图中 原点为工件理想中心。 X 轴的方向为磨削方向。 9 设工件定位表面上有一凸起 R 位于后支撑 1 时，工件中心将沿支撑块 2 的斜面方向从 O 移至 O， )s i n (s i s i n (s i 2)co s ( 式中： i 次谐波幅值； 工件定位时，定位表面同时在 1 和 2 点与支撑接触，因此，定位误差 可表示为： 21 合并整理可得： 22c o s)(c o s)s i n (s i 10 论证结果 滚动轴承套圈磨削用夹具主要有两大类： 定心夹具和无心夹具。定心夹具就是在工作中，工件中心相对夹具夹持元件是固定不动的。无心夹具与定心夹具最根本的区别是工件转动轴线随定位表面的实际尺寸和几何形状的差异而变动。 与无心夹具相比定心夹具有如下缺点： 件轴的径向、轴向跳动 1： 1 的传递为工件的加工误差。 磨后表面出现多角形。 料不方便，不易实现自动化。 因此，在设计时首选无心夹具。无心夹具有滚轮式、端面机械压紧式和电磁式三种，目前轴承套圈磨削应用的最广泛、效果较好的是电磁 无心夹具。 11 参考资料 1 金属切削机床 机械工业出版社 1999 2 机械制造技术基础 机械工业出版社 1999 3 机床备件手册 机械工业出版社 1999 4 机械制造工艺学 机械工业出版社 1999 5 机械设计 机械工业出版社 1999 6 机械优化原理与设计 中国计量出版社 2001 7 机械系统设计 哈尔滨工业大学出版社 2001 8 机械设计手册 机械工业出版社 2001 9 磨床 机械工业出版社 1999 10 磨床常见故障诊断与检 机械工业出版社 2001 11 机械制造技术装备及设计机械工业出版社 2000 12.金属切削机床夹具手册 机械工业出版社 1993 13.磨床设计制造基础 机械工业出版社 2002 14.轴承制造工艺学 河南科技大学教材 15 机械制造技术基础 武汉理工大学出版社 2002 16 机床设计实用手册 化 工工业出版社 1991 17 机械优化设计 上海科技出版社 1982 18 机械制造装备设计 机械工业出版社 1998 河南工业大学 机电工程学院 毕业设计说明书 设计题目 : 轴承磨床自动定位装夹系统设计 学生姓名： 刘玉申 学 号： 2004141021 专业班级： 机自 0401 指导教师： 马玉平 2008 年 05 月 30 日 河南工业大学 1 目次 前言 1 1 全自动轴承内圈内圆磨床概述 2 削的基本原理 2 自动轴承内圈内圆磨床的加工对象、范围及要求 3 2 自动轴承内圈内圆磨床总体设计与布局 5 床的主要运动及参数分析 5 响机床加工精度和效率的工艺因素 6 床主要部件结构方案评价 7 床的工作循环过程 9 3. 轴承内圈内圆夹具设计 10 动定位夹具设计目的 10 件的定位夹紧方式 10 磁无心夹具的设 计 11 心夹具的定位误差 15 磁无心夹具各部件设计图及参数的确定 16 4. 检测装置的设计 18 18 18 5 磨床各部件及其参数的确定 20 20 20 20 设 计 总 结 21 致 谢 23 参考文献 24 河南工业大学 1 前言 现今轴承生产中，套圈磨削工艺及专用磨床不能满足高精度，高效率的要求，与国外相比存在着一定的差距。工艺设备的落后是国产 轴承精度低，性能差，成本高以及在国际市场上竞争力低的主要原因。在所有轴承加工设备中，内表面磨床的水平具有表征意义。这主要是磨削孔径限制了砂轮尺寸及相应的系统结构和几何参数，从根本上限制了工艺系统的的刚性。内圆磨削速度要从砂轮主轴的转速的提高寻找出路，相应的就带来了高速主轴轴承的制造，应用装配技术和高速下的振动及动平衡一系列要求。轴承套圈内径公差严格，在大批量与高效率的生产条件下，难以用定程控制尺寸，必须配用各式主动测量系统，从而增加了内圈磨床结构及尺寸的复杂性。 该课题来源于生产实践。在深沟球轴承内圈的加工 中，内圆磨削是一道关键工序。其原因是：受孔径限制，砂轮尺寸小，砂轮消耗快，影响磨削效率和质量。现代磨削技术在不断的发展和提高，对于轴承内圈内圆的磨削，越来越要求磨床具有高精度、高效率和高可靠性，而传统的手动和半自动内圆磨床难以满足使用要求，因此设计开发全自动内圆磨床则显得尤为重要。 根据任务分工，我主要负责设计机床的工件定位夹紧系统。设计过程中，通过翻阅大量的通用机床的设计资料，并总结设计机床的主要特点，从而得出了该机床的夹具装配图。 虽然各种机床的功能和要求不同，但就其磨削原理而言，同属于内表面磨削，其运 动方式和总体布局也基本相同，大多数部件通用。 目前，国内各厂对中高级精度轴承多采用二次磨削，为了改变这种情况，拟用一次磨削代替且达到终磨技术要求。 要在大批生产高效的条件下，满足上述技术要求，从磨床设计的观点来看，可以归结为磨削几何精度、尺寸精度及效率三个方面的要求。用因果分析尺寸精度、几何尺寸及磨削效率的影响因素，从而选择最佳装夹部件方案，在考虑运动图的设计布局及造型设计，最后决定最佳的方案。 河南工业大学 2 1 全自动轴承内圈内圆磨床概述 削的基本原理 削基本原理 磨削加工可分为一般磨削和高光洁度磨削（即精密磨削，超精磨削，镜面磨削）两种。 对于一般磨削，砂轮可当作一把多刀多刃的铣刀，每一颗磨粒相当于一个刀齿，每一个粒尖相当于一个“刀刃”。但他与铣刀又不同的地方就是砂轮有无数的刀齿，且刀齿的排列和刀齿的角度都是及不规则的。高速旋转的每一个“刀齿” ，在切削力的作用下，从工件表面上切除一条薄层的切屑，并在工件表面上摩擦发热而产生火花。这样无数磨砺切削的结果，就把工件表面要切除的金属磨去，形成光滑表面。 对于精密磨削，超精密磨削和镜面磨削，光滑 表面的形成与一般磨削相似，但也有自身的特点。高光洁度磨削是由砂轮通过精细修整后形成等高的微刃切削作用和适当接触压力的摩擦抛光作用，使工件表面获得高的光洁度。 承套圈内圆的磨削原理与特点 （ 1） 图为滚动轴承内圈内孔的磨削原理图。 w a 图 1动轴承内圈内孔磨削原理图 磨削时，工件径向进给，砂轮轴轴向往复移动，在粗进给和精进给磨削之间，往往需要修整砂轮。修整时，砂轮退出内孔并在修整器位置往复运动一次，修 整器就在砂轮表面去除一层磨料。每修整一次，就必须有一次补偿进给量 a, a 的大小应根据生产条件经验合理确定，一般其数量级为 1米。 在内圆磨削中，工件进给一般由机械控制，也有用步进电机控制的。砂轮转速由电主轴控制：砂轮轴向长距离往复运动由油缸控制，而其往复振动则有偏心装置河南工业大学 3 控制。 （ 2） . 轴承内圈内圆磨削的特点： (A)内表面磨削时，砂轮受内径限制，常制成较细的悬臂梁状，刚度很低：刚性差，易于变形，从而引起较大的尺寸和形状误差：砂轮轴无进给光磨恢复变形时间较长，生产率很低。 (B)件差 内表面磨削时，砂轮直径很小，为保证一定的磨削线速度，砂轮轴转速极高，要上万转，很容易引起磨削系统的振动。在磨削时，砂轮与工件接触面积大，磨砾极易钝化，且自锐性不能充分发挥，产生热量多，冷却液很难进入磨削区，工件表面极易烧伤。 自动轴承内圈内圆磨床的加工对象、范围及要求 床的加工对象 该磨床主要用于大批量生产中高级精度的深沟球轴承内径的磨削。主要用于磨削轴承套圈内径，也适合磨削其他环形零件的内径，最适合大批量全自动化生产。 床的加工范围 该磨床所加工轴承 套圈的规格为： 磨孔直径： 10米 最大磨削深度： 30 毫米 最大工件外径： 52 毫米 加工余量 : 米 加工宽度 : 9米 加工质量 : 高于轴承国家标准对于 精度的轴承要求 件的加工精度 作为精密的机械元件，滚动轴承工作性能能直接影响逐级的工作性能 ，甚至于装在主机关键部件的轴承的工作能力，几乎决定了该逐级的工作性能，河南工业大学 4 除高精密轴承外，象耐高温、耐低温、防锈、防震、高速、高真空、和耐腐蚀等具有特殊性能要求的轴承的质量指标也是十分严格的。 一般来说，滚动轴承应具有高的寿命 ,低的噪音，小的旋转力矩和高的可靠性，这些基本性能要达到这些要求，就必须在机械加工工艺上首先确保轴承零件套圈的以下指标： 旋转精度：要求轴承的套圈的几何形状精度和位置精度不超过几微米。 尺寸精度：要求套圈的尺寸精度在几微米之内。 粗糙度：安装表面粗糙度 不大于 m， 尺寸稳定度：在长期存放和工作时没有明显的尺寸和形状变化。 质量指标：尺寸公差 7 微米：圆度 3 微米：粗糙度 m 河南工业大学 5 2 自动轴承内圈内圆磨床总体设计与布局 床的主要运动及参数分析 床应提供的主要运动分析 为实现正常的内圆磨削，所需要的切削运动和辅助运动如下图所示。 V f ( f 1 , f 2 , f 3 ) 图 2圆磨削切削运动和辅助运动图 图中 ： 床的运动参数及动力参数 磨架最大纵向行程 ( 150 磨架往复振幅 ( 14 (无级调速 ) 磨架往复频率 (次 /分 ) 150无级调速 ) 砂轮轴型号 轮轴转速 ( 36000 48000 60000 砂轮轴功率 ( 件轴转速 ( 低速 450 567 10 高速 900 1134 1420 工件架最大横向移动量 ( 25 河南工业大学 6 工件架回转角度 件架最大进给量 ( 半径 ) 工件架快跳量 ( 0无级可调 ) 粗磨速度 (mm/ 磨速度 (mm/ 速趋进工作速度 (mm/ 15 工件架粗精进给微退量 ( 响机床加工精度和效率的工艺因素 自动测量装置的精度和稳定性，以及砂轮的切削性能都是至关重要的。砂轮的自锐性及在修整期间内的耐磨性是否良好，对内圆磨削尺寸精度，几何精度和精度稳定性有重大影响，小孔磨削时尤为重要。所以，仪表和砂轮是实现正常自动内圆磨削的前提条件。 以下是分析影响内圆磨削尺寸精度，几何精度及磨削效率的磨床结构因素。 圆磨削尺寸精度结构影响因素 1. 工艺系统的运动精度及重复定位精度； 2. 工艺系统的静动态刚性； 3. 工艺系统的热变形； 圆磨 削几何精度的磨床结构影响精度 4. 工艺系统的运动精度及重复定位精度； 5. 工艺系统的静动态刚性； 6. 夹具重复定位精度 (考虑重修的可能性 )和主轴回转精度； 圆磨效率的磨床结构影响因素 7. 磨削参数，主要是砂轮线速度，横向进给速度，往复频率和工件速度； 8. 磨削循环的合理的设计以及空程磨削时间和辅助时间的比重； 9. 工艺系统的刚性； 10. 机电系统工作的可靠性； 河南工业大学 7 床主要部件结构方案评价 根据前一节机床结构因素对加工尺寸精度，几何精度和效率影响的分析，现将内圆磨床各主要部件可能采用的结构方案列出，并分别进行刚性评价，精度评价，从而进行方案的比较选择。部件的结构方案是在假设部件结构设计，制造良好的基础上进行的。任何合理的结构方案，如果具体结构设计不当或制造不良，均会使该部件失去其优势，乃至完全达不到预测的结果。 各部件结构方案综合评价如下表 部件名称 结构方案 刚性评价 精度评价 效率评价 夹具 定心夹具 电磁无心夹具 滚轮式无心夹具 优 优 中 差 优 优 差 优 优 导轨 滑动导轨 液静压导轨 气静压导轨 磙子滚动导轨 钢球滚动导轨 中 优 差 优 中 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 砂轮主轴 ( 滚动支撑 列电主轴 滚动支撑 列电主轴 气静压支撑电主轴 中 中 优 差 中 中 优 优 中 中 优 差 河南工业大学 8 万转 /分 ) 进给系统 丝杠螺母 (滑动接触，消除间隙 ) 步进电机 (滚动丝杠 ) 液压传动滚动丝杠 步进电机凸轮机构 中 优 优 优 差 优 中 (停后反向差 ) 优 差 (反向不灵敏 ) 优 中 差 尺寸控制系统 定程磨削 气浮塞规测量系统 前插式主动测量仪 步进电机凸轮杠杆 / / / / 差 (002) 中 (001) 优 优 优 优 中 优 往复机构 液压往复 机械往复 高频振荡 / / / 差 优 中 差 优 优 空程磨削 消除系统 控制倒磨削 磨削功率控制 / / 优 优 中 (径向磨削力控制 ) 优 (切向河南工业大学 9 测量 升数法 / 优 磨削力控制 ) 中 (尺寸公差控制 ) 表 2件结构方案评价表 上述评价是定性的相对比较，曾试图采用加全权记分法来进行比较。由于每种结构各具特点，无法真正做到恰当的确定参数，并赋予适中的加权系数，所以实际上无法进行加权记分法评定。 床的工作循环过程 机床在工 作过程中 ,需要两个循环过程：磨削循环和砂轮修复循环。下面分别介绍一下这两个过程。 床的磨削工作过程 首先，打开总的电源，气源，启动工作轴，磁滤器，电泵。砂轮轴得到气压，启动砂轮轴和液压系统；机械手上料，复位；测爪进入工作，电磁无心夹具上磁。然后，测爪张开，磨架快速左行到底，工件架快跳，快趋，进行粗磨；工件架微退，进行粗光磨。然后精磨，工件架微退，进行精光磨。工件架跳出，步进电机复位，磨架往复停止，磨架快速右行至休整位置，补偿机构进行补偿；测爪收缩，断磁，测爪退出工件，然后机械手上料，进行下一个磨 削循环。 机械手上料，机械手复位，测爪进入工作并上磁，测爪张开，磨架快速左行至休整位置，休整器倒下，磨架休整左行；磨架快速右行至补偿位置，砂轮架抬起，磨架快速左行到底，工件加快跳，进行磨削。 河南工业大学 10 3. 轴承内圈内圆夹具设计 动定位夹具设计目的 小型深沟球轴承是使用量较大的轴承产品。其生产方式为大批量生产。由于行业的竞争日益激烈，生产厂家特别重视产品的质量和加工效率。在深沟球轴承内圈的加工工序中，内圈磨削是一种瓶颈工序，也是关键工序。传统的手动和半自动内磨床难以满足使用 要求。因此，有必要设计开发以提高加工效率和质量为目的的全自动轴承内圈内圆磨床。轴承加工是以大批量为特征的，因此加工设备不仅要保证轴承所要求的各项精度而且效率也是一个很重要的指标。而随着轴承工业的发展，对轴承磨床的加工精度也提出了更高的要求。自动定位装夹系统是轴承加工中提高加工精度和效率的一项关键之一。 件的定位夹紧方式 滚动轴承套圈的磨削用夹具有两大类：定心夹具和无心夹具。定心夹具，工件中心相对夹具夹持元件是固定不动得；无心夹具与定心夹剧最根本的区别在于工件转动轴跟随有定位表面的设计尺寸和几何形状 决定的差异而变动。主要是由于工件与工件轴之间无刚性联结的缘故。无心夹具的显著特点在于重复定位精度高，主轴径向调动不影响加工精度，而主轴轴向跳动越不是一比一地传递给加工精度，无夹紧变形；调整方便，装卸工件容易，便于实现现代化。 与无心夹具相比定心夹具有如下缺点： 1)件轴的径向、轴向跳动 1： 1 的传递为工件的加工误差。 2)磨后表面出现多角形。 3) 4)料不方便，不易实现自动化。 因此，在设计时首选无心夹具。无心夹具有滚轮式、端面机械压 紧式和电磁式三种，目前轴承套圈磨削应用的最广泛、效果较好的是电磁无心夹具。 电磁无心夹具主要靠电磁力来实现工件的定位与夹紧，一般有端盖、线圈、铁心、磁盘、磁极、支承块、可动支承座、夹具体几部分组成。其中铁心、磁盘、河南工业大学 11 磁极用螺钉连接在一起组成转动部分，用来驱动工件转动并限制工件定位的 3 个自由度，转动部分通过铁心安装并连接在机床主轴端部，其余的线圈、支承块、可动支承座、夹具体、端盖组成固定部分，用来安装线圈并使工件径向定位，线圈安装在夹具体的线框内，两个可动支承可以在半圆盘上调整以获得所需要的支撑夹角，同时它也可 以沿径向调整以适应工件尺寸大小的变化，两个支撑块在支撑座上可作径向、轴向调整，并可以作左右倾斜接触调整，以满足尺寸偏心大小、偏心方向变化的要求，并使支撑和工件保持良好的接触。它与各种高精度的自动无心夹具与定心夹具相比，具有以下优越性： 结构简单，通用性广； 装卸工件容易，操作方便，便于实现单机自动化生产； 加工精度高 电磁夹具中的电磁力由线圈产生，这种线圈采用的线径为 米，每组线圈的匝数为 1100，线圈端面用绝缘板隔开，线圈与壳体之间也需要垫有相应的绝缘板条，以防串动。 磁极的端面开有槽 ，以排除切屑。使用时，磁极端面要在所用的机床上磨平。磁极材料一般采用耐磨的 。 支承材料一般可选用硬质合金 锰钢 布胶木或四氟乙烯等，主要应根据工件材料和加工条件（粗、精加工）不同进行选取。 电磁无心夹具在 内圆磨床 的床头上，它有 8个磁极组成 ， 电磁无心夹具在工作时，电源由限位开关控制，当往复向前工作时力接触器吸上，常开触点闭合，使线圈激磁。当工作结束往后退时，常开触点开关断开，常闭触点复位，使线圈通入反向电流，产生反磁，以消除剩磁。 工件之所以被夹紧，关键在于工件中心相对磁极中心有 一个偏心量 e，工件被直流电磁线圈产生的磁力吸在磁极端面上。磁力大小可以调整，通常调至用于径向拨动工件，少用力能将工件拨动为宜。由于偏心 e 的存在，工件不能绕工件轴轴线和工件轴同步转动，而只能绕前后两支承所决定的工件几何中心转动，这就是次几何工作端面之间产生相对滑动，因而产生滑动摩擦力。 磁无心夹具的设计 河南工业大学 12 磁无心夹具力学原理 1）夹持原理 工件之所以被夹紧关键在于工件中心相对磁极中心有一偏心量 e。 图 3工件被直流电磁线圈产生的磁力吸在磁极端面上，磁力大小可以调整， 通常调至用手径拨动工件，稍用劲将工件拨动为宜，由于偏心 e 的存在，工件不能绕工件轴轴线和工件轴同步转动，而只能绕前后支撑所决定的工件几何中心转动，这使磁极和工件端面之间产生相对滑动，因而，产生滑动摩檫力，研究表明，摩檫力可以合成一个合力 F 和一个合力矩 M， F 垂直与偏心 e，直指向两支撑之间，作用点为工件中心。这样， 证磨削过程工件被稳定地夹持在支撑块上，而 工件轴线转动。 摩擦力的合力 21(1 )2 . 6 1F f Q 式中 f 摩 擦系数 Q 正常电磁吸力，公斤力 计算系数，其值可以按下式计算 1 式中 1 磁极角速度，弧度 /秒 e 偏心距，毫米 工件定位端面的平均半径，毫米 角速度相对滑动值，弧度 /秒 河南工业大学 13 代入数据得 F= 5 1 =） 驱动力矩 当工件刚刚放入夹具上时，其转动角速度为零；在驱动力矩 件逐渐加速，直到匀速转动为止，这就是称 砂轮磨削工件时，如果工件速度底于磁极转速，则驱动力矩 动力矩如果工件转速高于磁极转速则驱动力矩 止工件加速转动，这称为驱动力矩的两重性。 磁夹具调整参数的确定 电磁无心夹具常见的两种工作情况是 以外圆为定位基准加工内孔，另一种是以外圆为定位基准加工外圆，根据我们设计的磨床加工要求，是以外圆为定位基准加工内孔，由此来调整参数偏心量 e、偏心方向角 、支承角 及两支承的夹角 偏心量 e 偏心量 e 对精工精度的影响，在 e 毫米时， e 值在一定范围内的变化对技工精度并无显著影响；当 毫米时， e 值减小，工件的壁厚差增大很快，其原因是由于 e 减小时，其产生的夹持力也减小，使工件定位不稳定所造成的。增大 e 值可以提高工件在磨削过程中的稳定性，但是会增大工件在两支承之间的摩擦力，有使定位基准出现划伤或摩擦烧伤的危险。一般 米的范围内较适合。 偏心方向角 角决定了工件旋转的 方向，是指通过磁极和工件中心的连线与前支承之间的夹角， 决定径向夹持力 之间，最好在 中间，以保证工件在磨削时候的稳定性。以外圆定位磨内圆时候， 角应在 5 15 的范围内。 支承角 在内圆磨削时， 角是指前支承与工件水平中心线的夹角，实践证明， 角对工件的加工精度影响很大。对内圆磨削， 角应在 0 15 范围内选取 两支承夹角 角对工件的几何精度无显著影响，一般 可在 90 120之间选用。 河南工业大学 14 综上所述，现将有关参数的选取数值归纳如下： 以外圆定位加工内圆时： 偏心量：粗磨时， 0 0 e 磨时， 0 0 e 心方向角： 15 30 支承角： 15 32 两支承的夹角： 9 0 1 1 6 磨削方式 e（ 支外磨内 粗磨 005 3个参数总结表 磁无心夹具调整方法 电磁无心夹具调整比较简单，但若调整不当，加工精度将会有 很大的影响，甚至会发生工件飞出，影响安全。因此，有必要将调整步骤略述如下： 按照已选定的 、 角进行两支承座的调整并固定 安装磁极，并修磨磁极端面（一般摆动量为 依据已选定的 e 值，调整偏心量 有两种经验调整法为： 接通夹具电源，将工件吸在磁盘上，使工件与磁极大致同心，开 动主轴驱动工件。先将前支承靠住工件，使工件的摆动约等于已选定的偏心量 e 值的两倍。然后将前支承稍为固紧，并将后支承与工件靠紧，使工件稳定转动，再将后支承稍微固紧。接着，停止主轴转动，然后用涂色方法调整，使支承与工件具有良好接触，再将工件离开两支承 2到 3毫米，开动主轴；若工件很快靠紧两支承，并能稳定的旋转，就证明已调整好。若工件有跳动，甚至飞出，则需要再调整，使工件达到稳定的旋转为止。 将工件吸在磁极上，使工件与磁极基本同心，朝着偏心方向角 的方向移动工件 ，其移动量大约等于已选定的偏心量 e 值，然后将两支承与工件接触，稍微固紧，用涂色方法调整，使支承与工件具有良好的接触，并将两支承固定。再将工件离开两支承 2 到 3 毫米，开动主轴，若工件很快靠紧两支承，并稳定的旋转，就证明已调整好。若工件有跳动，甚至飞出，则需要再调整，使工件达到稳定的旋转为止。 河南工业大学 15 心夹具的定位误差 当采用电磁无心夹具以支外磨内方式这种非自身定位方式来加工时，主要考虑定位误差 图中 原点为工件理想中心。 X 轴的方向为磨削方向。 设工件定位表面上有一凸起 R 位于后支撑 1 时，工件中心将沿支撑块 2 的斜面方向从 O 移至 O， 图 3件理想坐标图 )s i n (s i s i n (s i 2)co s (式中： i 次谐波幅值； 工件定位时，定位表面同时在 1 和 2 点与支撑接触，因此，定位误差 可表示为： 21 合并整理可得： 河南工业大学 16 22c o s)(c o s)s i n (s i 代入数据 =磁无 心夹具各部件设计图及参数的确定 撑 附图 图 3撑 由于要加工的工件深度最大为 30支撑与工件接触的部分长度为24了装卸方便和考虑到工件的配合要求， 24长度已经满足工件的支撑工作，其材料为 效处理。加工工艺为 : 铸造 磨削接触表面 铣削下表面 时效处理 附图 河南工业大学 17 图 3盘 槽盘是电磁无心夹具的重要连接部件，其上的凹槽用于滑板在其上面自由滑动，滑板上连接有支撑，环形凹槽使两个支撑可以形成不同的角度，以用来满足不同的工件加工时所需的驱动合力。根据工件大小和磨床设计，槽盘的外径为124 板 附图 图 3板 滑板单独设计一个直板，以用于连接两头螺栓，可以是支撑沿径向移动，以满足不同直径的工件加工精度。滑板上下两平 面必须保证足够的平行度。 其余零件略。 河南工业大学 18 4. 检测装置的设计 测装置的设计目的和意义 自动轴承内圆磨床是轴承套圈磨超生产线上的核心机床。轴承套圈内径表面的综合精度，直接会影响后序内沟道（或内圈滚道）超精对前序沟道磨削精度的改善，当然前序的内圈沟道（或内圈滚道）和端面磨削精度也要得到保证。相对来说，内圆磨削加工设备的加工精度尤为重要。内圆表面磨削不仅需要控制内圆表面的圆度、锥度和表面粗糙度，而且工件磨削面磨削尺寸的偏差控制较之其它几台磨超设备更为严格。自动轴承内圆磨床 ， 它的磨 架油缸后接了振荡机构部分，而 其 磨架下有轴向定位控制元件来控制磨架工位和修整位。自动轴承内圈沟磨床和前两台轴承磨床共模，借用床身、工件箱、工件轴、液压系统、冷却系统和外罩等部分。 测装置设计 我们把自动轴承内圆磨床的个各部件分为 A,B, 给架（包括伺服系统），磨架（包括电主轴总成），电气系统，砂轮修整器，工件轴系，床身。 表机构，电磁夹具，液压系统，床头箱。其它如冷却系统、润滑系统、外罩、附件工装和包装箱等部分归为 其中在电磁夹具上连接一个检测装置 :电磁装置由支 撑板，传感器，光杆，螺纹杆，液压系统，压板，紧定螺钉组成。 其原理为：传感器在轴承加工过程中直接与工件内径面接触，设置好一定的参数，当工件内径达到加工尺寸要求时，传感器将信号传到电气仪表控制装置，电气控制装置分析数据，迅速选择电磁夹具电源开关，使夹具断电，加工自动停止。这样可以保证工件被加工的精度提高，提高了加工效率。检测装置动力由液压系统提供。其相互连接由光杆，螺纹杆，支撑板和压板固定。由紧定螺钉把检测装置连接在机床上。 河南工业大学 19 附设计检测装置图 图 4测装置图 河南工业大学 20 5 磨床各部件及其参数的确定 根据提供的各项技术指标和工艺参数，来确定机床各组成部分的结构。 从要求设计机床技术指标，加工出来的工件的圆度在 内。粗糙度达到 此，磨架系统和工件架进给系统的导轨均采用超精密加工的十字交叉滚子导轨，摩擦阻力小，运动平稳，运动精度高，寿命长，刚性好。 磨架往复移动速度的大小，直接影响工件的加工速率、精度、光洁度。根据工艺参数，决定 磨架的往复次数： 150450 次 /分，选取 3 次 /秒，最大磨削宽度为 20磨架往复速度 V=3 2 s=s 合理地确定磨架的主电动机功率，若功率选取过大，则消耗电力过多，造成浪费；若选取功率过小，则又使机床的使用效能受到限制。 通常在计算功率时，可以参照以下公式进行： N 电 =N 磨 +N 损 式中： N 电 N 磨 N 损 其中磨削功率可以采用下面的公式计算： N 磨 =（ V 砂 ） /102（ 与进给量、磨削深度的大小、砂轮与工件线速度的高低、砂轮磨削面的宽度等有关。 河南工业大学 21 设 计 总 结 电磁无心夹具是对机械设计制造及其自动化专业知识的一次全面检验，同时也是对机械、材料、控制、计算机等知识的综合应用，培养准工程技术人员的综合设计和实践应用能力。 在本次设计中我根据设计任务，参阅国内外现有轴承磨床设计等大量 资料，取其精华，吸百家之长，力求设计完善、先进、经济实用，提高劳动生产率，增加效益。 通过毕业设计提高了我分析问题、解决问题的能力，培养了认真、严谨的工作作风和吃苦耐劳的、一丝不苟的治学态度，使自己能够熟练地查阅国内外有关资料、文献，学会了如何调查、收集、整理第一手资料，在保留原有基础的同时，运用新工艺、新技术和新材料，大胆创新，以弥补产品的不足之处，使其趋于更合理、更先进更优化、更具有使用价值和良好的经济效益。 另外，在夹具设计方面使我学会了定位夹紧机构设计、定位元件的选择、技术处理等很多知识，设计过程中 需要查阅大量的手册、资料、中外有关公司的产品
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