外圆滚压装置设计设计说明.docx

1、外圆滚压装置设计设计说明GBW92外圆滚压装置设计摘要本说明书详细介绍了车滚压的加工原理，而且以活柱筒为例，详细设计 了一个用于活柱筒外圆加工的车滚压装置，最后仔细分析了本装置的适用范 围和经济价值等内容。活柱筒的外圆加工通常采用 （ 车磨 ）等工序，但是本装置采用一种新的方法滚压加工，来实现外圆表面的粗糙度的要求，而 且滚压加工还有提高工件硬度、耐磨性、耐腐蚀性等在切削加工中无法得到 的特性。本装置只需对普通车床加以改造，把大托板上的刀架换成本装置， 就可以实现精密加工的效果。本装置适用于几乎所有外圆表面加工，而且对 那些对表面有较高要求的工件，更能发挥出本装置的优势。本装置是一种工 艺装备

2、，而且结构简单，对于一般的厂家都有能力自行设计并制造出适合其 产品的车滚压装置。关键词：车滚压、外圆、滚子、粗糙度SummaryThe specification expounds the lathing-grinding processing principle, takes Inner prop drum as an example in designing a lathing-grinding device used in outer-circle processing of Inner prop drum in details, and at last anatomizes the a

3、pplication scope and economic value multiplied with other information of this installation. The outer-circle processing of Inner prop drum usually uses a working procedure, called Lathing Grinding and so forth. However, this device mentioned above adopts a new way named Rolling processing, aiming at

4、 achieving the requests of coarseness degree of outer-circle, improving the unobtainable characteristics of the workpieces in the process of Cutting, such as hardness, abrasive resistance as well as tarnish resistance and so on. The precision finishing could come into effect as long as the engine la

5、thes are reconstructed and the tool holders on the splints are exchanged with the Lathing-Grinding, which could apply to every outer-circle surface processing and moreover make full use of it with reference to those workpieces whose surface processing calls for a higher demand. Almost every ecumenic

6、al manufacturer could have the capability to produce suitable lathing-grinding devices all by themselves, because this device, as technological equipment, is of simple configuration.Key words: Lathing-Grinding 、Outer-circle 、Roller 、Coarseness degree摘要 Summary 第 1 章 绪论 11.1选题意义 11.2滚压加工的概况 11.2.1滚压加

7、工的概念 11.2.2滚压加工的原理 11.2.3滚压加工的特点及其应用场合 21.2.4滚压加工的分类 21.3本文主要研究内容 4第 2 章 设计方案的确定 52.1 设计参数 52. 2 设计方案的确定 5第 3 章 工作参数的选择 73.1滚压力 73.2过 盈 量 73.3滚压速度 83.4滚压进给量 83.5切削用量 83.6工件原始表面质量 93.7冷却液 9第 4 章 主要结构的确定及校核 104.1滚子设计及计算 104.1.1滚子的设计 124.1.2滚子的失效分析 124.2滚压器的尺寸计算 134.3轴承的选择及计算 154.3.1轴承的受力分析 154.3.2轴承寿命

8、计算 164.4导轨的选定 164.5其余结构的确定 174.5.1滚压过盈量的调节机构 174.5.2吃刀深度的调节机构 174.5.3车刀的选用 174.5.4挡屑装置 184.5.5冷却装置 18 第 5 章 外圆滚压加工注意事项 19第 6 章 车滚压的加工效果 206.1尺寸精度和表面粗糙度 206.2金属内部的物理变化 206.3表面性能的变化 21第 7 章 车滚压装置的用途 22第 8 章 经济价值分析 23结论 24致谢 25参考文献 . 26专题 快速制模技术 27附录 1 36附录 2 42第 1 章 绪论1.1选题意义 对于活柱筒的外圆表面加工，按照传统加工方法 （车磨

9、 ） ，虽然也能够 满足设计要求 ，但是，随着产量的增加， 设备需要量也加大， 辅助时间加长。 在这种情况下， 我们可以利用 CA6140等普通车床，加装一种外圆车滚压装置。 该装置对外圆柱面同时进行切削和滚压加工，能获得一定的精糙度和抗疲劳 强度。通过这个装置，不仅可能稳定地控制了活柱筒的表面质量，而且提高 了加工效率 , 进而降低了生产成本。1.2滚压加工的概况1.2.1滚压加工的概念滚压加工是用滚柱滚压金属表面，将表面凸起部分碾压到凹陷部分，加 工成平滑如镜的表面。与切削加工不同，滚压加工是一种塑性加工。滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间可以达到 Ra0.10. 8 m，而且由于加工硬化提

10、高其耐磨耗性的同时疲劳强度提高 30%，拥有在切削加工中无法得到的特性。由于可简单而低成本的进行零部件的超精密加工，滚压加工日 益被以汽车产业为首的精密机械、 化学、 家电等产业广泛应用， 发挥其优势。1.2.2滚压加工的原理图 1-1 滚压加工原理图如图所示，根据金属变形的理论，工作表面在外力的作用下，被滚压金 属的原子间距离会暂时发生变动或晶粒间产生滑移。 当外力达到一定数值时， 被加工表面金属除产生弹性变形外，还会有塑性变形（即金属的残余变形） 。 由于塑性变形，不仅零件被加工表面的形状发生了变化，而且，其组织结构 和物理性能也发生了变化，使金属被滚压层的组织变得紧密。晶粒变细、晶 粒形

11、状也沿着变形最大的方向延伸。同时在被滚压金属表面层内产生极大的 压缩应力，使金属表面得到强化，提高了表面层的硬度；熨压平了微观不平 度，大大降低了零件的表面粗糙度。被滚压金属表面的强度极限、屈服极限 和疲劳极限行也都有所提高，但其相对延伸率和冲击强度则有所降低。这就 使零件的抗腐蚀能力有所增加，使用性能也得到了改善。滚压加工时，在碾入区域滚柱将与切削加工面接触并渐渐加压，在塑性 变形区域接触压力超过材料的屈服点，产生局部塑性变形。在滚柱下端最大 负载作用后，在平滑区域开始弹性复原，滚柱渐渐与加工表面分离。在滚压 器的滚压下，工件表面的不平度波峰和波谷被熨平和填平，故在一定的有效 范围内，提高了

12、工件的加工精度。1.2.3滚压加工的特点及其应用场合1. 滚压加工的特点滚压加工是一种无屑光整加工方法。 它是在常温状态下， 利用硬材料 （如 淬火钢、硬质合金以及红宝石等）制成的工具，对被加工零件表面施加一定 的压力，使表面层金属产生塑性变形，改变金属表面层的组织结构和物理性 质，以达到光整表面，校正工件几何形状，提高加工精度的目的。由于滚压 的结果，零件表层金属中产生了极大的压缩应力，因而强化了表面层金属， 提高了强度极限、屈服极限和疲劳极限，使用零件表面产生一层冷硬层，增 加了其耐磨性和谢腐蚀性能。从而，改善了零件的使用性能。2. 滚压加工的应用场合 滚压加工常用于加工内圆表面、圆柱面、

13、圆锥面、开式圆弧表面、丝杆 螺纹表面、齿轮齿形表面和平面以及一些不易加工的特殊形状表面等到。工 件的材料可以是钢、铸铁或有色金属。滚压加工工艺简单，易于掌握，又不需要昂贵的专用设备，大、中、小 型工厂企业均可采用，适用性强，是一种生产效率高能保证产品质量，提高 经济效益的加工方法，具有较高的应用价值。1.2.4滚压加工的分类1. 滚压加工的分类滚压加工在目前还没有统一的分类方法。按加工原理大致可分为单珠 （柱）式滚压加工、多珠（柱）行星式滚压加工、旋风式滚压加工、脉冲式 滚压加工、轮式滚压加工、镗滚压复合加工以及车滚压复合加工等。单珠（柱）式滚压加工主要用于外圆、内孔、平面和丝杠螺纹表面的滚

14、压加工，多珠（柱）行星式滚压加工主要用于直径较大的内孔表面的加工； 旋风式滚压加工主要用于外圆表面的加工，特别是用于细长杆圆柱表面的加 工，效果更为显著；脉冲式滚压加工用于内孔表面加工，并能加工不通孔和 非对称间断表面类型的孔，对于壁厚不均匀的内孔，采用脉冲式冯压加工， 能获得较细的内孔表面粗糙度和较高的精度；轮式滚压加工用于大直径深孔 的加工，对于直径大于 400mm，孔深超过去 10m 的大直径深孔，采用轮式滚 压加工，能获得较理想的内孔表面粗糙度和精度；镗滚复合加工用于内孔加 工，深孔加工特别常用。2. 车滚压加工 车滚压加工是由车滚压机床来实现的，车滚压机床主要由滚压器、车刀 架、顶尖

15、、冷却系统和普通车床组成，其中车刀架位于滚压器前，车刀紧挨 着滚压器，使车削滚压同时顺序进行。3.车滚压的加工条件（1） 加工前表面 由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工后的表面粗糙度受 凸起部分的高度及形状（即加工前状态）的影响。如果加工前表面状态粗糙 （凸起部分高， 凹陷部分深），则不能将凸起部 分完全添埋凹陷部分，造成加工表面粗糙。另外，凸起部分的形状也影响加工后的表面。由车床或镗床单点切削得 到的规则的凹凸形状，且为容易碾压的高度时，可得到最理想的表面。一般 加工前的表面状况越好，加工后的表面状况越好，同时滚压头的磨耗也少。 如果需要，可增加一道工序。（2） 加工前尺寸 由于

16、滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工前后工件的直径将 发生变化（内径将扩大，外径将减小） 。为了能加工到尺寸公差范围内，应考 虑这个变化量决定前工序的尺寸。直径的变化量与工件的材质、硬度、滚压 量有关，所以最初进行 23 次试加工后决定其尺寸。（3） 驱动机械滚压加工与切削加工不同，不需大扭矩，小功率车床也可以使用。(4)加工部分的壁厚 滚压加工是用滚柱滚压加工部分的表面，使其致密化。所以，为了能够 承受加工压力，待加工部分应有充分的壁厚(内径的 20%)。壁厚太薄或部分薄时，加工后将发生起伏或真圆度下降。通常按以下方法解决这个问题：减少滚压量；利用夹具支撑外周； 在削薄壁厚以前实施滚压

17、加工。(5)加工部分的硬度 滚压头可加工的工件硬度上限值为 40HRC ，但是也特制加工高硬度工件 (硬度上限值为 55HRC) 用的滚压头。滚压加工高硬度工件时，加工部分由于 承受压力大，工具寿命缩短。所以为得到所需精度的加工面，主要措施是减 少滚压量。(6)转速和进给量 向右旋转滚压头进行滚压加工；也可固定滚压头，工件旋转也可得到同 样结果。转速与进给速度根据加工直径不同而不同。4.车滚压加工的优点一、滚压效率明显高于磨削，而且质量稳定；二、造价低，调整方便，减少辅助时间；三、滚压后表面得以强化提高活柱简的使用寿命，经济效益显著。1.3本文主要研究内容一、采用合理的结构，同时进行车削和滚压

18、加工；二、设计合适的滚子以及所需的相关的计算；三、采用合理的冷却系统；四、采用有效的微量进给系统；五、采用合理的结构便于机械的安装、维修和调节。第 2 章 设计方案的确定2.1设计参数设计内容： 活柱筒的外圆加工工件材料： 27SiMn加工方法： 车滚压加工要求： 外径为 f 92-0 0.087 mm内径为 75mm粗糙度 Ra0.8 m直线度为 f 0.04mm选用机床： CA61402.2设计方案的确定活柱筒外圆的车滚压加工是用车滚压机床来实现的，车滚压机床就在普 通车床加装车滚压装置，车滚压装置是由车刀和滚压器组成的，车刀在滚压 器前面，使车削滚压同时顺序进行。装置后面用一特殊的堆堵用

19、来同车床卡 盘一起定位活拄筒，此外还有冷却系统是用来降低车削和滚压温度的。如下图所示，该装置安装在车床大托板的燕尾槽导轨上，其车削动作是 由摇动车刀架手柄实现的，摇动手柄使车刀径向进给或后退，并按安装在车 刀架上的百分表指示来控制加工尺寸，保证滚压余量。滚压动作是由均习分 布的滚子来实现的，滚子被支承架限制在等分的圆周上，工作时径向滚压力 由跑道承受，因滚子在 360度圆周上均布，使向心力具有自动定心作用， 滚压力的轴向分力则传给套，再通过止推轴承传给轴承套，轴承套通过调整 螺母传递给外壳。跑道内孔有个小锥度，通过调整螺母调节滚子在跑道上的 相对位置，从而实现微量调节。工作时，车床主轴上的卡盘

20、卡住活柱筒不用 加工的一头，工件的另一头用与工件加工要求的尺寸一致的一个特制的长锥 堵顶着。长锥堵的长度应略长于滚压装置，这样当滚压完毕后可以把滚压装 置完全退到锥堵上，以便换件，继续下一个工件的加工。为了防止车削过程 中铁屑和冷却液四外飞溅，在前后加装挡板，为了便于在加工过程中观察加 工情况，把位于可视车削过程的部位换成一个可方便打开的挡板。图 2-1 车滚压装置简图第 3 章 工作参数的选择3.1滚压力滚压力是滚压过程中的主要参数，滚压力的大小直接关系到工件表面的 变形程度和加工效率，滚压力的确定是比较复杂的，因为影响滚压力的因素 很多 材料的强度和硬度越高， 原始表面粗糙度值越大。 滚压

21、元件直径越大， 进给量越大， 则滚压力相应的也越大。 滚压力选取过大 ，滚压后粗犍度不但 得不到降低，相反会引起表面金属疲劳，出现起皮现象。滚压力的选择是有 一定范围的，直观的办法是调节滚压量来控制滚压力的大小，并根据滚压后 的零件表面粗糙度来判断滚压力是否合适。3.2过 盈 量滚压过盈量的选择，原则上应尽量使用较小的滚压力，保证精度和粗糙 度的要求。选择过盈量不仅要考虑工件的塑性变形量，而且要考虑到工件在 半径方向上的弹性变形量。活柱筒外圆滚压装置的安装尺寸为被加工圆柱筒 的最小尺寸。以尾座孔活顶尖外套直径来调整滚柱所在圆直径，每次调整到 滚压试件的尺寸及粗糙度满足要求后，再投入批量生产。根

22、据文献 1 ，滚压的过盈量按下式选取：Dt= hp+he+ De式中： D t 过盈量，滚压前滚子的对刀尺寸与车刀对刀尺寸之差；hp 压下量，滚压后轴径实际尺寸与滚压前车刀对刀尺寸之差；he弹性恢复量，在挤压作用下， Dt 高度内，一部分金属产生塑性变形产生 hp ，一部分产生弹性变形 he。 D e 扩张量，其大小与机床工艺刚度，切削用量（ V f ）大小，工件的外形是否规则，弯曲度大小有关。根据不同的工件材质， hp 、 he 、 D e选取不同数值，根据文献 1 ，过盈量一般选取 D t =0.150.25mm 为宜，后面就以 D t =0.25mm来计算。3.3滚压速度滚压速度对加工表

23、面的粗糙度及强化程度的影响不大，增大滚压速度可 提高生产效率。但速度过高会引起振动，同时还会增高工件与工具的温升。 经过多次试验 , 将活柱筒滚压速度定为 72 78mmin。3.4滚压进给量图 3-1 进给量与残留高度的关系 进给量是滚压加工中的主要工艺参数它直接影响到滚压后工件表面的粗 糙度和加工效率。从中可以看出，决定残留高度 h 的因素为滚压元件圆弧半 径 R和进给量 , 进给量愈小 , 则表面残留高度 h 愈小。因此，较小的进给量有 利于降低表面粗糙度，但进给量增大可提高生产率。由于滚柱滚压接触面积 较大, 能承受较大滚压力 ,可选取较大的进给量。通过试验，对进给量的选择 一般为 f

24、=(0.01 0.02)dmmr ，取 f=0.3mmr 试验效果良好。3.5切削用量有关试验证明，加工高强度低合金结构钢 27SiMn 时，欲保证高质量、 高效率条件下刀具的耐用度( t=40min ) , 选用普通硬质合金刀片远远满足不 了要求，刀具常因过大磨损导致轴的粗造度值上升， 故采用 YW2、726 等普通 硬质合金涂层刀片，能取得满意的效果。根据文献 1 记载，切削深度为 ap=23mm。由于切削和滚压是同时进行的，二者必然是同一进给量和切削(滚压)速度。所以车刀切削速度也为72 78m min ， 已知 工件 直径 为 92mm,转化为转数 n=250270r/min, 查 C

25、A6140 主要技术参数可得，相应的转数 V 有 250 r/min ，所以滚压时选取车 床转数为 250r/min ，进给量取 f=0.3mm r 即可。3.6工件原始表面质量活柱筒材料是 27SiMn ，调质硬度 HB270 310,因而可塑性较差，如果滚 压前加工表面过于粗糙，滚压力大，将导致滚柱磨损，影响滚压质量。一般 滚压预加工表面粗糙度以 Ra6.3mm 最佳3.7冷却液合理选择使用冷却润滑液，可使切削温度降低至约 150oC，使切削力降低 15一 30 ，提高刀具和滚柱的使用寿命， 并能清除切屑和减小摩擦， 从 而提高滚压质量。通常选用一般的防锈乳化液为宜，可由车床水泵供给，但

26、应有沉淀过滤装置，保持乳化液的清洁。第 4 章 主要结构的确定及校核4.1滚子设计及计算4.1.1滚子的设计1. 滚子的选择常用的滚子有滚珠、圆柱滚子和圆锥滚子等。滚珠仅用于滚压力较小， 生产率低及刚性差的工件滚压；圆柱滚子由于没有滚压后角，加工时金属层 塑性变形的条件比较恶劣， 圆柱在加工中处于滚动旋转连带进给的运动状态， 因此常在加工表面产生滑移，留下滚柱后缘的进给压痕，加之摩擦力较大， 影响了加工表面质量，且一般径向不能调整；圆锥滚子是在克服圆柱滚子缺 陷的基础上发展的一种滚压工具，其优点是：由于存在滚压后角，使滚柱与 工件表面加工中易于形成“水滴”状压痕，宽度方向在前，向后渐窄，这样

27、不仅避免了挤压时塑性材料流向加工表面形成加工中易于形成的鱼鳞状堆 积，而且还可防止滚柱后沿在已加工表面所产生的进给压痕，使孔加工质量 得以改善，其次锥柱滚子加工时与工件表面的实际接触面积较大，故能承受 圈套的滚压力， 选用的较大的进给量， 生产率比用圆柱滚子为高。 相比而言， 圆锥滚子优点较多，故本滚压装置采用的是圆锥滚子。2. 滚子的尺寸的确定下图为圆锥滚子的结构图：图 4-1 滚子结构滚子直径及圆弧半径会影响加工表面的质量：滚子直径越大，滚子接触此处省略 NNNNNNNNNN字N。N 如需要完整说明书和设计图纸等 . 请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全 套机械毕业设计下载！该论文已

28、经通过答辩4.4导轨的选定因为本装置是安装在车床的大托板的燕尾槽导轨上的，所以外壳与大托 板相联接的燕尾槽尺寸必须以大托板上的燕尾槽尺寸相配合。但是此处联接 为固定联接，不是为了导向，所以可不设镶条来调隙，而用一个紧定螺钉来 限制壳体在大托板上的运动。此外，因本装置还有个车削装置，所以还需一 个导轨，由于尺寸受限，所以还是选择燕尾槽导轨。燕尾槽导轨的特点是： 制造复杂，磨损不能自动补偿，用一根镶条可调整间隙尺寸，尺寸紧凑，调 整方便。主要用于要求高度小的部件中，车床的刀架也用这种导轨。4.5其余结构的确定4.5.1滚压过盈量的调节机构滚压过盈量的大小在主要取决跑道内孔的加工尺寸、滚子的尺寸以及车 刀加工后的余量。在这些大的尺寸都确定后，还一个设计可以微量的调节过 盈量。就是在跑道内孔加工一个小锥度，这样就可通过调节调整螺母的位置 来调节滚子在跑道上的相对位置，从而实现微量调节。跑道承受着滚子传递 来的滚压力， 磨损比较严重， 故有耐磨性好的铬轴承钢 GCr15。GCr15 的硬度 为 170 207，其特点是耐磨性高，淬