轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计毕业设计论文.docx

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轴承内外圈加工专用机床纵向机构设计毕业设计论文

编号

无锡太湖学院

毕业设计（论文）

题目：

轴承内外圈加工专用机床

纵向机构设计

信机系机械工程及自动化专业

学号：

学生姓名：

指导教师：

　（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）

诚信承诺书

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：

作者姓名：

年月日

无锡太湖学院

　信机　系　机械工程及自动化　专业

毕业设计论文任务书

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

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：

①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。

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：

机械95班　　姓名陈志伟

五、开始及完成日期：

自2012年11月12日至2013年5月25日

六、设计（论文）指导（或顾问）：

指导教师　　　　　　　签名

签名

　　　　　　　签名

教研室主任

　　　　　　〔学科组组长研究所所长〕　　　　　　　签名

　　　　系主任　　　　　　签名

年月日

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：

进给机构；UG；虚拟装配；运动仿真

Abstract

Withtherapiddevelopmentofbearingindustry,theworkingaccuracy,efficiencyandreliabilityofbearinghavebeenputforwardhigherrequirements.Aessentialfactorofbearingprocessisthedimensionalaccuracy,however,thefeedingsystemofmachinetoolsdirectlyaffectsthedimensionalprecisionofbearingringprocess.Therefore,withtheconstantimprovementofbearing'squalityrequirements,itisnecessaryforthefeedingsystemofmachinetoolstobecomemorepreciseandefficient.

Thispaperisbasedontherequirementsofbearinginnerandouterringprocessproductionlineprojectinbearingfactory.Astheprocessefficiencyislowbythemanualcontrolofthemachinefeedprocessandtheprecisionofthepartsproductionisdifficulttocontrol.Thispaperdesignsalatheofsemi-automaticfeedmechanismtoinsteadofmanualoperationofconventionalmachines,inordertoimproveproductionefficiencyandthepartaccuracy.

Thispaperhasareasonabledesignofverticalfeedmechanismwhatisbasedonthecharacteristicoffeedprocessingbybearinginnerandouterringsprocessequipment.Theaimofthispaperisdesigningalongitudinalfeedmechanismthroughusinghydraulicdrive,beforeandaftertheverticalregulatingmechanismadjustthefeed.Thepaperdevisesaprocessequipmentwhatisusinghydraulicdriveandbeforeandaftertheadjustmentmechanismtoadjustthefeedrateandafterthatidentifiesaspecificsize.ThispaperusesUGsoftwareforproceeding3Dmodelingoflongitudinalfeedmechanismandvirtualassembly,afterthatcarriesoutonthemotionsimulationbyassemblydrawingsinUGmotionsimulationinterfaceandanalysisofthesimulationresults,andultimatelyobtainsthecorrespondingresults.Finally,thepaperoptimizesthedesignforthelongitudinaloffeedsystem,improvingthestabilityandreliability,whichisformeetingheavyworkoftheproductionlineinbearingfactory.

Keywords:

feedmechanism;UG;virtualassembly;motionsimulation

1绪论

1.1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

1.2.1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

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

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!

2纵向自动进给机构设计

2.1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0.3~0.5mm。

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

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。

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

2.3.1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

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

Φ15mm~Φ72mm

加工宽度

3mm-40mm

图2.4DK204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Φ15mm~Φ72mm，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

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）

式中：

—摩擦力；

—摩擦系数；

—质量；

—重力加速度；

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：

预紧力

图2.5C型导向槽

图2.6梯形导轨

2.3.3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

1.液压缸内径D和活塞杆直径d的确定：

已知:

，

（2.2）

式中：

D—直径；

F—负载力；

P—工作压力；

由公式（2.2）得：

根据实际生产要求油缸内径选用80mm

则

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

又：

（2.3）

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（2.3）得：

故取D=80mm，保证了

>

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

按强度条件校核：

（2.4）

式中：

d—直径；

F—负载力；

—屈服强度；

由公式（2.4）得：

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：

（2.5）

式中：

P—承受的压强；

D—直径；

—壁厚；

—拉伸应力；

由公式（2.5）得：

（无缝钢管），取

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：

4.缸体外径尺寸的确定

缸体外径尺寸的计算

缸体外径

查机械手册表：

外径

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：

（