承轴内圆磨床自动上下料系统设计本科毕业设计Word下载.docx
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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。
1.1.2课题的背景与意义
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PC和CNC控制轴承套圈内圆和外圆磨床及CAC控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。
本课题为生产轴承的企业提出的实际课题。
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。
通过设计改进的预期成果是将此深沟球轴承内圆磨床制造出来并投入到实际生产轴承圈的生产中，达到提高精度、加工效率和质量的目的。
1.1.3课题设计要解决的问题
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。
所以上下料的辅助时间是可以考虑缩短来提高效率的。
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。
尺寸精度是轴承加工中控制的一项关键之一。
所以我们有必要去对上下料及进给进行研究。
在学校翻阅图书馆大量文献，研究出初步的设计方案。
去工厂进行实地考察，结合书本知识，得出最佳设计方案。
根据任务分工，我主要负责设计机床的上下料系统。
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上下料装配图和机床装配图。
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。
1.2课题研究现状和发展趋势
1.2．1课题研究现状
随着轴承工业的迅速发展，对轴承磨床的加工精度、效率、可靠性提出了更高的要求。
尺寸精度是轴承加工中控制的一项关键精度之一，而磨床的进给机构直接影响轴承套圈加工的尺寸精度。
因此，随着轴承质量要求的不断提高，需要更加精密高效的磨床进给机构。
磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；
也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。
磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。
1.2.2课题国内外研究的概况
作为整个工业基础的机械制造业，正在朝着高精度、高效率、智能化和柔性化的方向发展。
磨削、超精研加工（简称“磨超加工”）往往是机械产品的终极加工环节，其机械加工的好坏直接影响到产品的质量和性能。
作为机械工业基础件之一轴承的生产中，套圈的磨超加工是决定套圈零件乃至整个轴承精度的主要环节，其中滚动表面的磨超加工，则又是影响轴承寿命以及轴承减振降噪的主要环节。
因此，历来磨超加工都是轴承制造技术领域的关键技术和核心技术。
国外轴承工业，60年代已形成一个稳定的套圈磨超加工工艺流程及基本方法，即：
双端面磨削——无心外圆磨削——滚道切入无心磨削——滚道超精研加工。
除了结构特殊的轴承，需要附加若干工序外，大量生产的套圈均是按这一流程加工的。
几十年来，工艺流程未出现根本性的变化，但是这并不意味着轴承制造技术没有发展。
简要地说，60年代只是建立和发展“双端面——无心外圆——切入磨——超精研”这一工艺流程，并相应诞生了成系列的切入无心磨床和超精研机床，零件加工精度达到3～5um，单件加工时间13～18s（中小型尺寸）。
70年代则主要是以应用60m/s高速磨削、控制力磨削技术及控制力磨床大量采用，以集成电路为特征的电子控制技术的数字控制技术被大量采用，从而提高了磨床及工艺的稳定性，零件加工精度达到1～3um，零件加工时间10～12s。
80年代以来，工艺及设备的加工精度已不是问题，主要发展方向是在稳定质量的前提下，追求更高的效率，调整更方便以及制造系统的数控化和自动化。
而目前国内经过多年的发展，特别是近年主机发展的需要，从而带动了汽车轴承、精密机床轴承、铁路轴承、家电用轴承的快速发展，特别是轿车轴承发展迅猛，这无形带动了自动轴承内圈内圆磨床的技术和硬件的更新，目前国内大部分磨床的系统由液压进给补偿系统改成步进电机进给补偿系统，步进电机替代了原来的复杂的液压进给补偿系统，将原来液压波动和机械零件加工传动链的误差消除了，并且步进电机可以把进给过程分成几个阶段，每个阶段可以选用不同的脉冲频率控制进给速度，可以用脉冲数来控制机床工作台精进给，大大提高了轴承的精度。
不过相比国外先进的伺服电机控制系统，能将快跳油缸和谐波减速器去掉，采用滚珠丝杠和伺服电机直联结构，使得机械系统误差最小，步进电机又在抗干扰能力和重复定位精度能力上比伺服电机上差了一截，以致国内的轴承在寿命和可靠度上面还是比不上国外，不过相信随着轴承工业的进一步发展，我们与国外的差距会越来越来小。
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-夏普公司制造的万能外圆磨床，是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0.3～1μm之间，最高表面粗糙度Ra0.08。
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OCF型内圆磨床，美国Bryant公司的C-2型内圆磨床，德国SIP200X315型内圆磨床。
1.2.3课题的发展趋势与应用对象
磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。
外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。
万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。
不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。
内圆磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。
普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。
自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。
平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床；
无心磨床通常指无心外圆磨床，即工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中。
工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。
轴承套圈磨床是磨床的一个重要分支。
我国的轴承套圈磨床已经全部实现了自动化生产，现在正在使用的大批量高精度的轴承生产已经广泛采用自动线生产，代表着世界先进水平的轴承磨超自动线已经大量的出口世界各地。
我国的轴承磨床制造企业为我国的精密磨床发展做出了卓越的贡献。
1.3课题的设计任务与技术要求
在之前的轴承内圆磨床的技术参数上进行改进，把原来的半自动化改成自动化程度更高的机床。
原先的磨床进给还是采用棘轮机构，用液压来驱动，这样的进给系统自动化程度低，精度也低，不适合现在的大规模，高精度生产。
而自动上下料结构也能很好地提高工作效率。
在长时间，单一的工作状态下人的精神状态是很容易不集中的，容易发生错误，而自动上下料也能解决一问题。
2轴承内圆磨床总体设计与布局
2.1轴承内圆的磨削原理与特点
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化。
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，单也有自身的特点。
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。
2．1．1磨削基本原理：
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Δa,Δa的大小应根据生产条件经验合理确定，一般其数量级为1-10微米。
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控制。
2．1．2轴承内圆磨削的特点：
1砂轮刚度低
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。
在砂轮轴的长度与砂轮轴直径的选择上，使用尽可能最短的砂轮轴长度和最大的砂轮轴直径，它们之间存在的比率关系可以归纳为：
①比率小于3:
1会产生可靠的性能和最短的加工时间
②比率界于3:
1到6:
1通常作为边界选择。
③比率大于6:
1会导致诸如饶度、锥度、震颤和长的加工时间。
2磨削条件差
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，磨砺抑郁钝化，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。
2.2轴承内圆磨床的加工对象，范围及要求
2．2．1机床的加工对象
由于电磁夹具和自动上下料的存在，该磨床适合加工大批量中高级精度的深沟球轴承内径。
主要使用于磨削轴承套圈内径，也适用于其他尺寸符合的环形零件内径，最适合大批量全自动化生产。
2．2．2机床的加工范围
根据要求，该磨床所加工轴承套圈的规格为：
磨孔直径：
φ20-30毫米
最大磨削深度：
20毫米
最大工件外径：
φ42毫米
加工余量:
0.2-0.35毫米
加工质量:
高于轴承国家标准对于P0级精度的轴承要求
2．2．3工件的加工精度
深沟球轴承主要承受径向载荷，也能承受一定的单向或双向轴向载荷，其摩擦因数最小，极限转速最高，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，甚至安装在某些关键部件上的滚动轴承，几乎决定了该主机的性能，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3μm。
。
尺寸精度：
要求套圈的尺寸精度在5μm之内。
粗糙度：
安装表面粗糙度Ra值不大于0.63μm-0.32μm，
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0.04μm
2．2．4轴承套圈内径终磨技术条件（见表2-1）
表2-1
套圈尺寸
尺寸公差
GED
（μm）
椭圆度
锥度
（μm）
端面侧摆GED
光洁度
-10
Mm
－1－1－8
－7－5
42.515
52.52
1.464
Δ7Δ8Δ9
10-18
－1－1－10
531.5
532
1.465
Δ7Δ8Δ9
18-30
－1－1－12
－8－6
632
632.5
1.476
2.3机床的主要运动参数分析
2．3．1机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。
图2-2
图2.2中
-横向进给运动：
-纵向往复运动：
-修整运动：
-砂轮与工件的接近运动：
-砂轮转速：
-工件的旋转运动。
2．3．2机床的运动参数及动力参数
此处省略
NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系
扣扣：
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该论文已经通过答辩
2.4影响机床加工精度和效率的工艺因素
主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，小孔磨削事尤为重要。
所以，仪表和砂轮是实现正常自动内圆磨削的前提条件。
以下着重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
2．4．1内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；
2．4．2内圆磨削几何精度的磨床结构影响精度
（3）夹具重复定位精度（考虑重修的可能性）几主轴回转精度；
2．4．3内圆磨效率的磨床结构影响因素
（1）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；
（2）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；
（3）工艺系统的刚性；
（4）机电系统工作的可靠性；
2.5机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，乃至完全打不到预测的结果。
各部件结构方案综合评价如下
表2-3
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
中
差
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
砂轮主轴
滚动支撑皮带轴
滚动支撑DZ系列电主轴
滚动支撑GDZ系列电主轴
气静压支撑电主轴
进给系统
丝杠螺母（滑动接触，消除间隙）
步进电机（滚珠丝杠）
液压传动滚动丝杠
步进电机凸轮机构
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
/
空
程
磨
削
消
除
控制倒磨削
磨削功率控制
测量—升数法
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。
2．6机床的工作循环过程
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。
下面分别介绍一下着两个过程。
2．6．1机床的磨削工作过程
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，启动砂轮轴和气压系统；
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。
2．6．2砂轮休整循环
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。
2．7机床的造型设计
2．7．1床身设计
床身是金属切削机床的基础，磨床的床身内装有电器、液压和机械部件；
在床身上装有工作台、工件箱、砂轮驾、立柱等。
这些部件被固定在床身上或在床身导轨上。
设计磨床床身要抓住导轨精度、刚性、热变形、耐磨性、结构工艺性等问题。
他们对安装在床身上的各部件的安装位置和相互运动的精度影响很大。
因此，对机床床身和床身导轨设计的基本要求，要保证具有一定的精度、刚性、耐磨性、最小热变形及合理的结构工艺性。
为了使所设计机床操作方便，减少工人的劳动强度以及外形美观，该内圆磨床在造型设计上采用了以下措施：
⑴为使机床工作场地明快，尽可能将各部件设置在机床本体上。
例如，液压系统设置在床身之内；
电器箱设置在机床本体后方，占地少，避免外接连线、联管，运输方便；
电器箱同时当作机床外部密封的后墙，又可节省材料。
全部电器操作件均设置于电器箱前凸部上的控制面板上，调整用操作件和操作用件分片集中安装操作件于操作者易接近的部位，保证操作者视力及精力不被分散。
⑵机床采用半封闭型设计，后防水板用金属结构，前防水板用有机玻璃成型活动式结构，既方便观察，有给人以美观的感觉。
机床调整时容易拿下，轻便且易于清洗。
实践证明若该为全封闭设计可能更有利于减少油雾对环境的污染。
⑶床各外露部件的几何设计，在满足性能和结构要求的基础上，尽可能符合几何美学
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