軸承磨床自動定位裝夾系統(tǒng)設(shè)計.doc

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1、河南工業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計題目: 軸承磨床自動定位裝夾系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 劉玉申 學(xué) 號： 2004141021 專業(yè)班級： 機自0401 指導(dǎo)教師： 馬玉平 2008 年05 月 30 日 目次 前言 1 1 全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床概述 2

2、 1.1 磨削的基本原理 2 1.2 全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對象、范圍及要求 3 2 自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計與布局 5 2.1 機床的主要運動及參數(shù)分析 5 2.2 影響機床加工精度和效率的工藝因素 6 2.3 機床主要部件結(jié)構(gòu)方案評價 6 2.4 機床的工作循環(huán)過程 9 3. 軸承內(nèi)圈內(nèi)圓夾具設(shè)計 10 3.1 自動定位夾具設(shè)計目的 10 3.2 工件的定位夾緊方式 10 3.3 電磁無心夾具的設(shè)計 11 3.4 無心夾具的定位誤差 15 3.5 電磁無心夾具各部件設(shè)計圖及參數(shù)的確定 16 4. 檢測裝置的設(shè)計 18 4.1檢測裝置的設(shè)計目的和

3、意義 18 4.2檢測裝置設(shè)計 18 5 磨床各部件及其參數(shù)的確定 20 5.1.導(dǎo)軌 20 5.2.往復(fù)移動速度 20 5.3.磨架電動機功率 20 設(shè) 計 總 結(jié) 21 致 謝 23 參考文獻 24 1 前言 現(xiàn)今軸承生產(chǎn)中，套圈磨削工藝及專用磨床不能滿足高精度，高效率的要求，與國外相比存在著一定的差距。工藝設(shè)備的落后是國產(chǎn)軸承精度低，性能差，成本高以及在國際市場上競爭力低的主要原因。在所有軸承加工設(shè)備中，內(nèi)表面磨床的水平具有表征意義。這主要是磨削孔徑限制了砂輪尺寸及相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)，從根本上限制了工藝系統(tǒng)的的剛性。內(nèi)圓磨削速度

4、要從砂輪主軸的轉(zhuǎn)速的提高尋找出路，相應(yīng)的就帶來了高速主軸軸承的制造，應(yīng)用裝配技術(shù)和高速下的振動及動平衡一系列要求。軸承套圈內(nèi)徑公差嚴格，在大批量與高效率的生產(chǎn)條件下，難以用定程控制尺寸，必須配用各式主動測量系統(tǒng)，從而增加了內(nèi)圈磨床結(jié)構(gòu)及尺寸的復(fù)雜性。 該課題來源于生產(chǎn)實踐。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工中，內(nèi)圓磨削是一道關(guān)鍵工序。其原因是：受孔徑限制，砂輪尺寸小，砂輪消耗快，影響磨削效率和質(zhì)量?，F(xiàn)代磨削技術(shù)在不斷的發(fā)展和提高，對于軸承內(nèi)圈內(nèi)圓的磨削，越來越要求磨床具有高精度、高效率和高可靠性，而傳統(tǒng)的手動和半自動內(nèi)圓磨床難以滿足使用要求，因此設(shè)計開發(fā)全自動內(nèi)圓磨床則顯得尤為重要。 根據(jù)任務(wù)分工，我

5、主要負責(zé)設(shè)計機床的工件定位夾緊系統(tǒng)。設(shè)計過程中，通過翻閱大量的通用機床的設(shè)計資料，并總結(jié)設(shè)計機床的主要特點，從而得出了該機床的夾具裝配圖。 雖然各種機床的功能和要求不同，但就其磨削原理而言，同屬于內(nèi)表面磨削，其運動方式和總體布局也基本相同，大多數(shù)部件通用。 目前，國內(nèi)各廠對中高級精度軸承多采用二次磨削，為了改變這種情況，擬用一次磨削代替且達到終磨技術(shù)要求。 要在大批生產(chǎn)高效的條件下，滿足上述技術(shù)要求，從磨床設(shè)計的觀點來看，可以歸結(jié)為磨削幾何精度、尺寸精度及效率三個方面的要求。用因果分析尺寸精度、幾何尺寸及磨削效率的影響因素，從而選擇最佳裝夾部件方案，在考慮運動圖的設(shè)計布局及造型設(shè)計，最后

6、決定最佳的方案。 1 全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床概述 1.1 磨削的基本原理 1.1.1磨削基本原理 磨削加工可分為一般磨削和高光潔度磨削（即精密磨削，超精磨削，鏡面磨削）兩種。 對于一般磨削，砂輪可當(dāng)作一把多刀多刃的銑刀，每一顆磨粒相當(dāng)于一個刀齒，每一個粒尖相當(dāng)于一個“刀刃”。但他與銑刀又不同的地方就是砂輪有無數(shù)的刀齒，且刀齒的排列和刀齒的角度都是及不規(guī)則的。高速旋轉(zhuǎn)的每一個“刀齒” ，在切削力的作用下，從工件表面上切除一條薄層的切屑，并在工件表面上摩擦發(fā)熱而產(chǎn)生火花。這樣無數(shù)磨礪切削的結(jié)果，就把工件表面要切除的金屬磨去，形成光滑表面。 對于精密磨削，超精密磨削和鏡面磨削

7、，光滑表面的形成與一般磨削相似，但也有自身的特點。高光潔度磨削是由砂輪通過精細修整后形成等高的微刃切削作用和適當(dāng)接觸壓力的摩擦拋光作用，使工件表面獲得高的光潔度。 1.1.2 軸承套圈內(nèi)圓的磨削原理與特點 （1）.基本原理：下圖為滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔的磨削原理圖。 圖1-1滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔磨削原理圖 磨削時，工件徑向進給，砂輪軸軸向往復(fù)移動，在粗進給和精進給磨削之間，往往需要修整砂輪。修整時，砂輪退出內(nèi)孔并在修整器位置往復(fù)運動一次，修整器就在砂輪表面去除一層磨料。每修整一次，就必須有一次補償進給量Δa,Δa的大小應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)條件經(jīng)驗合理確定，一般其數(shù)量級為1-10微米。 在內(nèi)圓磨削中，

8、工件進給一般由機械控制，也有用步進電機控制的。砂輪轉(zhuǎn)速由電主軸控制：砂輪軸向長距離往復(fù)運動由油缸控制，而其往復(fù)振動則有偏心裝置控制。 （2）. 軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨削的特點： (A).砂輪剛度低 內(nèi)表面磨削時，砂輪受內(nèi)徑限制，常制成較細的懸臂梁狀，剛度很低：剛性差，易于變形，從而引起較大的尺寸和形狀誤差：砂輪軸無進給光磨恢復(fù)變形時間較長，生產(chǎn)率很低。 (B).磨削條件差 內(nèi)表面磨削時，砂輪直徑很小，為保證一定的磨削線速度，砂輪軸轉(zhuǎn)速極高，要上萬轉(zhuǎn)，很容易引起磨削系統(tǒng)的振動。在磨削時，砂輪與工件接觸面積大，磨礫極易鈍化，且自銳性不能充分發(fā)揮，產(chǎn)生熱量多，冷卻液很難進入磨削區(qū)，工件表面極易燒傷

9、。 1.2 全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床的加工對象、范圍及要求 1.2.1 機床的加工對象 該磨床主要用于大批量生產(chǎn)中高級精度的深溝球軸承內(nèi)徑的磨削。主要用于磨削軸承套圈內(nèi)徑，也適合磨削其他環(huán)形零件的內(nèi)徑，最適合大批量全自動化生產(chǎn)。 1.2.2 機床的加工范圍 該磨床所加工軸承套圈的規(guī)格為： 磨孔直徑： φ10-30毫米 最大磨削深度： 30毫米 最大工件外徑： φ52毫米 加工余量: 0.2-0.35毫米 加工寬度:

10、 9-30毫米 加工質(zhì)量: 高于軸承國家標準對于P0級精度的軸承要求 1.2.3 工件的加工精度 作為精密的機械元件，滾動軸承工作性能能直接影響逐級的工作性能，甚至于裝在主機關(guān)鍵部件的軸承的工作能力，幾乎決定了該逐級的工作性能，除高精密軸承外，象耐高溫、耐低溫、防銹、防震、高速、高真空、和耐腐蝕等具有特殊性能要求的軸承的質(zhì)量指標也是十分嚴格的。 一般來說，滾動軸承應(yīng)具有高的壽命,低的噪音，小的旋轉(zhuǎn)力矩和高的可靠性，這些基本性能要達到這些要求，就必須在機械加工工藝上首先確保軸承零件套圈的以下指標： 旋轉(zhuǎn)精度：要求軸承的套圈的幾何形

11、狀精度和位置精度不超過幾微米。 尺寸精度：要求套圈的尺寸精度在幾微米之內(nèi)。 粗糙度：安裝表面粗糙度Ra值不大于0.63μm-0.32μm， 尺寸穩(wěn)定度：在長期存放和工作時沒有明顯的尺寸和形狀變化。 質(zhì)量指標：尺寸公差7微米：圓度3微米：粗糙度0.04μm 2 自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床總體設(shè)計與布局 2.1 機床的主要運動及參數(shù)分析 2.1.1機床應(yīng)提供的主要運動分析 為實現(xiàn)正常的內(nèi)圓磨削，所需要的切削運動和輔助運動如下圖所示。 圖2-1 內(nèi)圓磨削切削運動和輔助運動圖 圖中Vf-橫向進給運動：Vr-縱向往

12、復(fù)運動：Vd-修整運動：Va-砂輪與工件的接近運動：Ng-砂輪轉(zhuǎn)速：Nw-工件的旋轉(zhuǎn)運動。 2.1.2 機床的運動參數(shù)及動力參數(shù) 磨架最大縱向行程(mm) 150 磨架往復(fù)振幅(mm) 14 (無級調(diào)速) 磨架往復(fù)頻率(次/分) 150-450 (無級調(diào)速) 砂輪軸型號 GDZ-36 GDZ-48 GDZ-60 砂輪軸轉(zhuǎn)速 (rpm) 36000 48000 60000

13、 砂輪軸功率 (KW) 5.0 3.5 2.5 工件軸轉(zhuǎn)速(rpm) 低速450 567 10 高速900 1134 1420 工件架最大橫向移動量(mm) 25 工件架回轉(zhuǎn)角度 0-1.5 工件架最大進給量(mm) 0.46 (半徑) 工件架快跳量(mm)

14、 0-5 (無級可調(diào)) 粗磨速度(mm/min) 0.8-2 精磨速度(mm/min) 0.25-0.5 快速趨進工作速度(mm/min) 15 工件架粗精進給微退量(mm) 0.001-0.016 2.2 影響機床加工精度和效率的工藝因素 自動測量裝置的精度和穩(wěn)定性，以及砂輪的切削性能都是至關(guān)重要的。砂輪的自銳性及在修整期間內(nèi)的耐磨性是否良好，對內(nèi)圓磨削尺寸精度，

15、幾何精度和精度穩(wěn)定性有重大影響，小孔磨削時尤為重要。所以，儀表和砂輪是實現(xiàn)正常自動內(nèi)圓磨削的前提條件。 以下是分析影響內(nèi)圓磨削尺寸精度，幾何精度及磨削效率的磨床結(jié)構(gòu)因素。 2.2.1內(nèi)圓磨削尺寸精度結(jié)構(gòu)影響因素 1. 工藝系統(tǒng)的運動精度及重復(fù)定位精度； 2. 工藝系統(tǒng)的靜動態(tài)剛性； 3. 工藝系統(tǒng)的熱變形； 2.1.2內(nèi)圓磨削幾何精度的磨床結(jié)構(gòu)影響精度 4. 工藝系統(tǒng)的運動精度及重復(fù)定位精度； 5. 工藝系統(tǒng)的靜動態(tài)剛性； 6. 夾具重復(fù)定位精度(考慮重修的可能性)和主軸回轉(zhuǎn)精度； 2.1.3內(nèi)圓磨效率的磨床結(jié)構(gòu)影響因素 7. 磨削參數(shù)，主要是砂輪線速度，橫向進給速度，往

16、復(fù)頻率和工件速度； 8. 磨削循環(huán)的合理的設(shè)計以及空程磨削時間和輔助時間的比重； 9. 工藝系統(tǒng)的剛性； 10. 機電系統(tǒng)工作的可靠性； 2.3 機床主要部件結(jié)構(gòu)方案評價 根據(jù)前一節(jié)機床結(jié)構(gòu)因素對加工尺寸精度，幾何精度和效率影響的分析，現(xiàn)將內(nèi)圓磨床各主要部件可能采用的結(jié)構(gòu)方案列出，并分別進行剛性評價，精度評價，從而進行方案的比較選擇。部件的結(jié)構(gòu)方案是在假設(shè)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，制造良好的基礎(chǔ)上進行的。任何合理的結(jié)構(gòu)方案，如果具體結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)或制造不良，均會使該部件失去其優(yōu)勢，乃至完全達不到預(yù)測的結(jié)果。 各部件結(jié)構(gòu)方案綜合評價如下表 部件名稱 結(jié)構(gòu)方案 剛性評價 精度評價 效率評價

17、 夾具 定心夾具 電磁無心夾具 滾輪式無心夾具 優(yōu) 優(yōu) 中 差 優(yōu) 優(yōu) 差 優(yōu) 優(yōu) 導(dǎo)軌 滑動導(dǎo)軌 液靜壓導(dǎo)軌 氣靜壓導(dǎo)軌 磙子滾動導(dǎo)軌 鋼球滾動導(dǎo)軌 中 優(yōu) 差 優(yōu) 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 砂輪主軸 ( 3.6-9萬轉(zhuǎn)/分) 滾動支撐皮帶軸 滾動支撐DZ系列電主軸 滾動支撐GDZ系列電主軸 氣靜壓支撐電主軸 中 中 優(yōu) 差 中 中 優(yōu) 優(yōu) 中 中 優(yōu) 差 進給系統(tǒng) 絲杠螺母(滑動接觸，消除間隙) 步進電機

18、(滾動絲杠) 液壓傳動滾動絲杠 步進電機凸輪機構(gòu) 中 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 優(yōu) 中(停后反向差) 優(yōu) 差(反向不靈敏) 優(yōu) 中 差 尺寸控制系統(tǒng) 定程磨削 氣浮塞規(guī)測量系統(tǒng) 前插式主動測量儀 步進電機凸輪杠桿 / / / / 差(002) 中(001) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 中 優(yōu) 往復(fù)機構(gòu) 液壓往復(fù) 機械往復(fù) 高頻振蕩 / / / 差 優(yōu) 中 差 優(yōu) 優(yōu) 空程磨削 消除系統(tǒng) 控制倒磨削 磨削功率控制 測量—升數(shù)法 / / / 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 中

19、(徑向磨削力控制) 優(yōu)(切向磨削力控制) 中(尺寸公差控制) 表2-1 部件結(jié)構(gòu)方案評價表 上述評價是定性的相對比較，曾試圖采用加全權(quán)記分法來進行比較。由于每種結(jié)構(gòu)各具特點，無法真正做到恰當(dāng)?shù)拇_定參數(shù)，并賦予適中的加權(quán)系數(shù)，所以實際上無法進行加權(quán)記分法評定。 2.4 機床的工作循環(huán)過程 機床在工作過程中,需要兩個循環(huán)過程：磨削循環(huán)和砂輪修復(fù)循環(huán)。下面分別介紹一下這兩個過程。 2.4.1機床的磨削工作過程 首先，打開總的電源，氣源，啟動工作軸，磁濾器，電泵。砂輪軸得到氣壓，啟動砂輪軸和液壓系統(tǒng)；機械手上料，復(fù)位；測爪進入工作，電磁無心夾具上磁。然后，測爪張開，磨架快速左行到

20、底，工件架快跳，快趨，進行粗磨；工件架微退，進行粗光磨。然后精磨，工件架微退，進行精光磨。工件架跳出，步進電機復(fù)位，磨架往復(fù)停止，磨架快速右行至休整位置，補償機構(gòu)進行補償；測爪收縮，斷磁，測爪退出工件，然后機械手上料，進行下一個磨削循環(huán)。 2.4.2.砂輪休整循環(huán) 機械手上料，機械手復(fù)位，測爪進入工作并上磁，測爪張開，磨架快速左行至休整位置，休整器倒下，磨架休整左行；磨架快速右行至補償位置，砂輪架抬起，磨架快速左行到底，工件加快跳，進行磨削。 3. 軸承內(nèi)圈內(nèi)圓夾具設(shè)計 3.1 自動定位夾具設(shè)計目的 小型深溝球軸承是使用量較大的軸承產(chǎn)品。其生產(chǎn)方式為大批量生產(chǎn)。由于行業(yè)

21、的競爭日益激烈，生產(chǎn)廠家特別重視產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。在深溝球軸承內(nèi)圈的加工工序中，內(nèi)圈磨削是一種瓶頸工序，也是關(guān)鍵工序。傳統(tǒng)的手動和半自動內(nèi)磨床難以滿足使用要求。因此，有必要設(shè)計開發(fā)以提高加工效率和質(zhì)量為目的的全自動軸承內(nèi)圈內(nèi)圓磨床。軸承加工是以大批量為特征的，因此加工設(shè)備不僅要保證軸承所要求的各項精度而且效率也是一個很重要的指標。而隨著軸承工業(yè)的發(fā)展，對軸承磨床的加工精度也提出了更高的要求。自動定位裝夾系統(tǒng)是軸承加工中提高加工精度和效率的一項關(guān)鍵之一。 3.2 工件的定位夾緊方式 滾動軸承套圈的磨削用夾具有兩大類：定心夾具和無心夾具。定心夾具，工件中心相對夾具夾持元件是固定不動得；無心

22、夾具與定心夾劇最根本的區(qū)別在于工件轉(zhuǎn)動軸跟隨有定位表面的設(shè)計尺寸和幾何形狀決定的差異而變動。主要是由于工件與工件軸之間無剛性聯(lián)結(jié)的緣故。無心夾具的顯著特點在于重復(fù)定位精度高，主軸徑向調(diào)動不影響加工精度，而主軸軸向跳動越不是一比一地傳遞給加工精度，無夾緊變形；調(diào)整方便，裝卸工件容易，便于實現(xiàn)現(xiàn)代化。 與無心夾具相比定心夾具有如下缺點： 1).夾具與工件軸固定在一起，工件軸的徑向、軸向跳動1：1的傳遞為工件的加工誤差。 2).工件易產(chǎn)生夾緊變形，使磨后表面出現(xiàn)多角形。 3).適應(yīng)范圍窄。 4).上、下料不方便，不易實現(xiàn)自動化。 因此，在設(shè)計時首選無心夾具。無心夾具有滾輪式、端面機械壓緊

23、式和電磁式三種，目前軸承套圈磨削應(yīng)用的最廣泛、效果較好的是電磁無心夾具。 電磁無心夾具主要靠電磁力來實現(xiàn)工件的定位與夾緊，一般有端蓋、線圈、鐵心、磁盤、磁極、支承塊、可動支承座、夾具體幾部分組成。其中鐵心、磁盤、磁極用螺釘連接在一起組成轉(zhuǎn)動部分，用來驅(qū)動工件轉(zhuǎn)動并限制工件定位的3個自由度，轉(zhuǎn)動部分通過鐵心安裝并連接在機床主軸端部，其余的線圈、支承塊、可動支承座、夾具體、端蓋組成固定部分，用來安裝線圈并使工件徑向定位，線圈安裝在夾具體的線框內(nèi)，兩個可動支承可以在半圓盤上調(diào)整以獲得所需要的支撐夾角，同時它也可以沿徑向調(diào)整以適應(yīng)工件尺寸大小的變化，兩個支撐塊在支撐座上可作徑向、軸向調(diào)整，并可以作左

24、右傾斜接觸調(diào)整，以滿足尺寸偏心大小、偏心方向變化的要求，并使支撐和工件保持良好的接觸。它與各種高精度的自動無心夾具與定心夾具相比，具有以下優(yōu)越性： ① 結(jié)構(gòu)簡單，通用性廣； ② 裝卸工件容易，操作方便，便于實現(xiàn)單機自動化生產(chǎn)； ③ 加工精度高 電磁夾具中的電磁力由線圈產(chǎn)生，這種線圈采用的線徑為0.86毫米，每組線圈的匝數(shù)為1100，線圈端面用絕緣板隔開，線圈與殼體之間也需要墊有相應(yīng)的絕緣板條，以防串動。 磁極的端面開有槽，以排除切屑。使用時，磁極端面要在所用的機床上磨平。磁極材料一般采用耐磨的GCr15鋼。 支承材料一般可選用硬質(zhì)合金YT5、高錳鋼Mn13、夾布膠木或四氟乙烯等，主

25、要應(yīng)根據(jù)工件材料和加工條件（粗、精加工）不同進行選取。 電磁無心夾具在內(nèi)圓磨床的床頭上，它有8個磁極組成，電磁無心夾具在工作時，電源由限位開關(guān)控制，當(dāng)往復(fù)向前工作時力接觸器吸上，常開觸點閉合，使線圈激磁。當(dāng)工作結(jié)束往后退時，常開觸點開關(guān)斷開，常閉觸點復(fù)位，使線圈通入反向電流，產(chǎn)生反磁，以消除剩磁。 工件之所以被夾緊，關(guān)鍵在于工件中心相對磁極中心有一個偏心量e，工件被直流電磁線圈產(chǎn)生的磁力吸在磁極端面上。磁力大小可以調(diào)整，通常調(diào)至用于徑向撥動工件，少用力能將工件撥動為宜。由于偏心e的存在，工件不能繞工件軸軸線和工件軸同步轉(zhuǎn)動，而只能繞前后兩支承所決定的工件幾何中心轉(zhuǎn)動，這就是次幾何工作端面之

26、間產(chǎn)生相對滑動，因而產(chǎn)生滑動摩擦力。 3.3 電磁無心夾具的設(shè)計 3.3.1電磁無心夾具力學(xué)原理 1）夾持原理 工件之所以被夾緊關(guān)鍵在于工件中心相對磁極中心有一偏心量e。 圖3-1夾具夾持原理圖 工件被直流電磁線圈產(chǎn)生的磁力吸在磁極端面上，磁力大小可以調(diào)整，通常調(diào)至用手徑撥動工件，稍用勁將工件撥動為宜，由于偏心e的存在，工件不能繞工件軸軸線和工件軸同步轉(zhuǎn)動，而只能繞前后支撐所決定的工件幾何中心轉(zhuǎn)動，這使磁極和工件端面之間產(chǎn)生相對滑動，因而，產(chǎn)生滑動摩檫力，研究表明，摩檫力可以合成一個合力F和一個合力矩M，F(xiàn)垂直與偏心e，直指向兩支撐之間，作用點為工件中心。這樣，F(xiàn)起到徑向夾

27、持的作用，保證磨削過程工件被穩(wěn)定地夾持在支撐塊上，而M作為驅(qū)動力矩，繞工件軸線轉(zhuǎn)動。 摩擦力的合力F可以按下式計算： 式中 f——摩擦系數(shù) Q——正常電磁吸力，公斤力 ——計算系數(shù)，其值可以按下式計算 式中 ——磁極角速度，弧度/秒 ——偏心距，毫米 ——工件定位端面的平均半徑，毫米 ——角速度相對滑動值，弧度/秒 代入數(shù)據(jù)得F==5.7N/kg 2） 驅(qū)動力矩 當(dāng)工件剛剛放入夾具上時，其轉(zhuǎn)動角速度為零；在驅(qū)動力矩M作用下，工件逐漸加速，直到勻速轉(zhuǎn)動為止，這就是稱M為驅(qū)動力矩

28、的原因。在砂輪磨削工件時，如果工件速度底于磁極轉(zhuǎn)速，則驅(qū)動力矩M和工件轉(zhuǎn)速方向一致。驅(qū)動力矩如果工件轉(zhuǎn)速高于磁極轉(zhuǎn)速則驅(qū)動力矩M和工件轉(zhuǎn)速方向相反，阻止工件加速轉(zhuǎn)動，這稱為驅(qū)動力矩的兩重性。 3.3.2 電磁夾具調(diào)整參數(shù)的確定 電磁無心夾具常見的兩種工作情況是以外圓為定位基準加工內(nèi)孔，另一種是以外圓為定位基準加工外圓，根據(jù)我們設(shè)計的磨床加工要求，是以外圓為定位基準加工內(nèi)孔，由此來調(diào)整參數(shù)偏心量e、偏心方向角、支承角及兩支承的夾角 ① 偏心量e 偏心量e對精工精度的影響，在毫米時，e值在一定范圍內(nèi)的變化對技工精度并無顯著影響；當(dāng)毫米時，e值減小，工件的壁厚差增大很快，其原因

29、是由于e 減小時，其產(chǎn)生的夾持力也減小，使工件定位不穩(wěn)定所造成的。增大e值可以提高工件在磨削過程中的穩(wěn)定性，但是會增大工件在兩支承之間的摩擦力，有使定位基準出現(xiàn)劃傷或摩擦燒傷的危險。一般e在毫米的范圍內(nèi)較適合。 ② 偏心方向角 角決定了工件旋轉(zhuǎn)的方向，是指通過磁極和工件中心的連線與前支承之間的夾角，決定徑向夾持力F的位置，使F位于兩支承夾角之間，最好在中間，以保證工件在磨削時候的穩(wěn)定性。以外圓定位磨內(nèi)圓時候，角應(yīng)在的范圍內(nèi)。 ③ 支承角 在內(nèi)圓磨削時，角是指前支承與工件水平中心線的夾角，實踐證明，角對工件的加工精度影響很大。對內(nèi)圓磨削，角應(yīng)在范圍內(nèi)選取 ④ 兩支承

30、夾角 角對工件的幾何精度無顯著影響，一般可在之間選用。 綜上所述，現(xiàn)將有關(guān)參數(shù)的選取數(shù)值歸納如下： 以外圓定位加工內(nèi)圓時： 偏心量：粗磨時，mm 細磨時，mm 偏心方向角： 支承角： 兩支承的夾角： 磨削方式 e（mm） 支外磨內(nèi) 粗磨0.2—0.35 0--15 105--120 5--15 精磨0.15—0.25 表3-1各個參數(shù)總結(jié)表 3.3.3 電磁無心夾具調(diào)整方法 電磁無心夾具調(diào)整比較簡單，但若調(diào)整不當(dāng)，加工精度將會有很大的影響，甚至?xí)l(fā)生工件飛出，

31、影響安全。因此，有必要將調(diào)整步驟略述如下： ① 按照已選定的、角進行兩支承座的調(diào)整并固定 ② 安裝磁極，并修磨磁極端面（一般擺動量為mm） ③ 依據(jù)已選定的值，調(diào)整偏心量 有兩種經(jīng)驗調(diào)整法為： ① 接通夾具電源，將工件吸在磁盤上，使工件與磁極大致同心，開動主軸驅(qū)動工件。先將前支承靠住工件，使工件的擺動約等于已選定的偏心量e值的兩倍。然后將前支承稍為固緊，并將后支承與工件靠緊，使工件穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，再將后支承稍微固緊。接著，停止主軸轉(zhuǎn)動，然后用涂色方法調(diào)整，使支承與工件具有良好接觸，再將工件離開兩支承2到3毫米，開動主軸；若工件很快靠緊兩支承，并能穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，就證明已調(diào)整好。若工件

32、有跳動，甚至飛出，則需要再調(diào)整，使工件達到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)為止。 ② 將工件吸在磁極上，使工件與磁極基本同心，朝著偏心方向角的方向移動工件，其移動量大約等于已選定的偏心量e值，然后將兩支承與工件接觸，稍微固緊，用涂色方法調(diào)整，使支承與工件具有良好的接觸，并將兩支承固定。再將工件離開兩支承2到3毫米，開動主軸，若工件很快靠緊兩支承，并穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，就證明已調(diào)整好。若工件有跳動，甚至飛出，則需要再調(diào)整，使工件達到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)為止。 3.4 無心夾具的定位誤差 當(dāng)采用電磁無心夾具以支外磨內(nèi)方式這種非自身定位方式來加工時，主要考慮定位誤差 圖中OXY的原點為工件理想中心。X軸的方向為磨削方向。 設(shè)工件

33、定位表面上有一凸起位于后支撐1時，工件中心將沿支撐塊2的斜面方向從O移至O， 圖3-2工件理想坐標圖 式中：i-------工件定位表面諧波次數(shù)； C-------第i次諧波幅值； ------角度參變量； ------初相位。 工件定位時，定位表面同時在1和2點與支撐接觸，因此，定位誤差可表示為： 合并整理可得： 代入數(shù)據(jù) =0.05 3.5 電磁無心夾具各部件設(shè)計圖及參數(shù)的確定 3.5.1支撐 附圖 圖3-3 支撐 由于要加工的工件深度最大為30mm，故支撐與工件接觸的部分長度為24mm，為

34、了裝卸方便和考慮到工件的配合要求，24mm的長度已經(jīng)滿足工件的支撐工作，其材料為HT200時效處理。加工工藝為: 鑄造---鉆削—磨削接觸表面—銑削下表面—時效處理 3.5.2.槽盤 附圖 圖3-4 槽盤 槽盤是電磁無心夾具的重要連接部件，其上的凹槽用于滑板在其上面自由滑動，滑板上連接有支撐，環(huán)形凹槽使兩個支撐可以形成不同的角度，以用來滿足不同的工件加工時所需的驅(qū)動合力。根據(jù)工件大小和磨床設(shè)計，槽盤的外徑為124mm。 3.5.3滑板 附圖 圖3-5 滑板 滑板單獨設(shè)計一個直板，以用于連接兩頭螺栓，可以是支撐沿徑向移動，以滿足不同直徑的工件

35、加工精度?；迳舷聝善矫姹仨毐ＷC足夠的平行度。 其余零件略。 4. 檢測裝置的設(shè)計 4.1檢測裝置的設(shè)計目的和意義 自動軸承內(nèi)圓磨床是軸承套圈磨超生產(chǎn)線上的核心機床。軸承套圈內(nèi)徑表面的綜合精度，直接會影響后序內(nèi)溝道（或內(nèi)圈滾道）超精對前序溝道磨削精度的改善，當(dāng)然前序的內(nèi)圈溝道（或內(nèi)圈滾道）和端面磨削精度也要得到保證。相對來說，內(nèi)圓磨削加工設(shè)備的加工精度尤為重要。內(nèi)圓表面磨削不僅需要控制內(nèi)圓表面的圓度、錐度和表面粗糙度，而且工件磨削面磨削尺寸的偏差控制較之其它幾臺磨超設(shè)備更為嚴格。自動軸承內(nèi)圓磨床，它的磨架油缸后接了振蕩機構(gòu)部分，而其磨架下有軸

36、向定位控制元件來控制磨架工位和修整位。自動軸承內(nèi)圈溝磨床和前兩臺軸承磨床共模，借用床身、工件箱、工件軸、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和外罩等部分。 4.2檢測裝置設(shè)計 我們把自動軸承內(nèi)圓磨床的個各部件分為A,B,C三類。 A類部件有：進給架（包括伺服系統(tǒng)），磨架（包括電主軸總成），電氣系統(tǒng)，砂輪修整器，工件軸系，床身。B類部件有：儀表機構(gòu)，電磁夾具，液壓系統(tǒng)，床頭箱。其它如冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、外罩、附件工裝和包裝箱等部分歸為C類。 其中在電磁夾具上連接一個檢測裝置:電磁裝置由支撐板，傳感器，光桿，螺紋桿，液壓系統(tǒng)，壓板，緊定螺釘組成。 其原理為：傳感器在軸承加工過程中直接與工件內(nèi)徑面接觸，設(shè)置

37、好一定的參數(shù)，當(dāng)工件內(nèi)徑達到加工尺寸要求時，傳感器將信號傳到電氣儀表控制裝置，電氣控制裝置分析數(shù)據(jù)，迅速選擇電磁夾具電源開關(guān)，使夾具斷電，加工自動停止。這樣可以保證工件被加工的精度提高，提高了加工效率。檢測裝置動力由液壓系統(tǒng)提供。其相互連接由光桿，螺紋桿，支撐板和壓板固定。由緊定螺釘把檢測裝置連接在機床上。 附設(shè)計檢測裝置圖 圖4-1 檢測裝置圖 5 磨床各部件及其參數(shù)的確定 根據(jù)提供的各項技術(shù)指標和工藝參數(shù)，來確定機床各組成部分的結(jié)構(gòu)。 5.1.導(dǎo)軌 從要求設(shè)計機床技術(shù)指標，加工出來的工

38、件的圓度在1.5um之內(nèi)。粗糙度達到Ra0.4，因此，磨架系統(tǒng)和工件架進給系統(tǒng)的導(dǎo)軌均采用超精密加工的十字交叉滾子導(dǎo)軌，摩擦阻力小，運動平穩(wěn)，運動精度高，壽命長，剛性好。 5.2.往復(fù)移動速度 磨架往復(fù)移動速度的大小，直接影響工件的加工速率、精度、光潔度。根據(jù)工藝參數(shù)，決定磨架的往復(fù)次數(shù)：150~450次/分，選取3次/秒，最大磨削寬度為20mm。故磨架往復(fù)速度 V=320.3m/s=0.18m/s 5.3.磨架電動機功率 合理地確定磨架的主電動機功率，若功率選取過大，則消耗電力過多，造成浪費；若選取功率過小，則又使機床的使用效能受到限制。 通常在計算功率時，可以參照以下

39、公式進行： N電=N磨 +N損 式中：N電--------------磨架電動機功率（kw） N磨--------------磨削功率（kw） N損----------------------損耗功率（kw） 其中磨削功率可以采用下面的公式計算： N磨=（PzV砂）/102（kw） Pz--------------切向磨削力。它與進給量、磨削深度的大小、砂輪與工件線速度的高低、砂輪磨削面的寬度等有關(guān)。 設(shè) 計 總 結(jié) 電磁無心夾具是對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)知識的一次全面檢驗，同時也是對機械、材料、控制

40、、計算機等知識的綜合應(yīng)用，培養(yǎng)準工程技術(shù)人員的綜合設(shè)計和實踐應(yīng)用能力。 在本次設(shè)計中我根據(jù)設(shè)計任務(wù)，參閱國內(nèi)外現(xiàn)有軸承磨床設(shè)計等大量資料，取其精華，吸百家之長，力求設(shè)計完善、先進、經(jīng)濟實用，提高勞動生產(chǎn)率，增加效益。 通過畢業(yè)設(shè)計提高了我分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)了認真、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和吃苦耐勞的、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度，使自己能夠熟練地查閱國內(nèi)外有關(guān)資料、文獻，學(xué)會了如何調(diào)查、收集、整理第一手資料，在保留原有基礎(chǔ)的同時，運用新工藝、新技術(shù)和新材料，大膽創(chuàng)新，以彌補產(chǎn)品的不足之處，使其趨于更合理、更先進更優(yōu)化、更具有使用價值和良好的經(jīng)濟效益。 另外，在夾具設(shè)計方面使我學(xué)會了定位夾緊機構(gòu)設(shè)

41、計、定位元件的選擇、技術(shù)處理等很多知識，設(shè)計過程中需要查閱大量的手冊、資料、中外有關(guān)公司的產(chǎn)品和說明書，使我翻閱資料的能力得到了提高，并掌握了通過互聯(lián)網(wǎng)獲得所需技術(shù)資料的方法，同時也提供了閱讀科技英語的水平。 無心夾具設(shè)計的課題來源于生產(chǎn)實踐，通過理論和實踐的結(jié)合，加深了我對所學(xué)知識的理解，也為我將來的工作創(chuàng)造良好的條件。本次設(shè)計因為是整機設(shè)計，工作量較大，時間緊迫，鍛煉了我快速反應(yīng)的能力，隨著市場競爭的日益激烈，這也將是一個現(xiàn)代機械設(shè)計人員應(yīng)具有的基本素質(zhì)。 此外，通過這次設(shè)計，也讓我意識到科技創(chuàng)新的極端重要性。五十年代，開始逐步發(fā)展了切入式軸承專用內(nèi)圓和外圓磨床；至八十年代，隨

42、著機床基礎(chǔ)元件技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)的高速發(fā)展，軸承套圈內(nèi)圓和外圓磨床的技術(shù)的日趨完善，相繼出現(xiàn)了PC和 CNC控制軸承套勸內(nèi)圓和外圓磨床及CAC控制的軸承套圈內(nèi)圓磨床，使現(xiàn)代控制技術(shù)與先進的機床功能組件相得益彰，大大提高了機床的自動化程度、可靠性、工作精度和生產(chǎn)效率。 迄今為止，較著名的軸承磨床制造廠主要有：美國的勃蘭恩特、希爾德；西德的奧佛貝克；意大利的西馬特、法米爾、諾瓦；日本的精工精機、東洋工業(yè)公司；東德的柏林機床廠、卡爾馬克思城磨床廠等。 畢業(yè)設(shè)計中，我們組每個人的任務(wù)是不同的，但是所運用的知識還是有共同之處的。我們在一起的時候經(jīng)常交流自己的進展情況，互相提供有用的資料，讓我

43、們深深意識到團隊協(xié)作精神的重要性。 這次畢業(yè)設(shè)計不是簡簡單單的完成一個課題，而是使我初步掌握了科學(xué)研究的步驟與方法，鞏固了我的專業(yè)知識，鍛煉了我的實際操作能力，也鍛煉了我的分析問題解決問題的能力，為今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。同時也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，那就是生產(chǎn)實踐經(jīng)驗太少，調(diào)研考慮不夠仔細，這就要求我在以后走上工作崗位時，應(yīng)虛心向工人師傅請教，多進行生產(chǎn)實踐，以便在產(chǎn)品設(shè)計時能夠理論聯(lián)系實際，做到有根有據(jù)。 總之，這次畢業(yè)設(shè)計，也是對我邁向社會之前的最好的一次檢驗。 致 謝 幾個月緊張而有序的畢業(yè)設(shè)計

44、接近尾聲，本次畢業(yè)設(shè)計——電磁無心夾具設(shè)計，按照設(shè)計任務(wù)書規(guī)定圓滿完成了。從開始接受設(shè)計題目開始一直到現(xiàn)在，有多少可敬的師長、同學(xué)給予我無私的教誨和幫助，令我終生難忘。 感謝我畢業(yè)設(shè)計的導(dǎo)師馬玉平老師，正是在馬老師的悉心關(guān)懷和耐心指導(dǎo)下才順利得以完成。馬老師以其嚴謹、求實的治學(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，給予我極大的幫助與鼓勵；馬老師踏實認真、開拓創(chuàng)新的治學(xué)作風(fēng)必將使我終生受益；馬老師不僅是我們學(xué)習(xí)上的良師還是我們生活上的益友，常常教誨我們要有一個積極樂觀務(wù)實向上的生活態(tài)度。從論文的選題、調(diào)研、繪圖、撰寫說明書無不浸透著馬老師的心血，在此期間，馬老師多次詢問我的課題進度，提醒我該注意的問題

45、，并在我課題遇到困難時，給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助。借此設(shè)計完成之際，謹向馬老師表達我崇高的敬意和衷心的感謝!感謝他不厭其煩的教誨和一絲不茍的嚴謹作風(fēng)，在學(xué)習(xí)、生活和以后的工作中給我樹立了為學(xué)為人的榜樣，在這里我也希望在今后的學(xué)習(xí)和工作中能夠繼續(xù)得到馬老師的教導(dǎo)。 感謝河南工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院各位老師在這四年學(xué)習(xí)生涯中給予我的關(guān)心和幫助；感謝后勤集團宿教管理中心的宋亞林老師，沒有他為我們提供單獨教室的學(xué)習(xí)環(huán)境，我們的設(shè)計就不會進展的這么順利；在設(shè)計的過程中，一直與同組同學(xué)一起并肩學(xué)習(xí)、共同進步、共同探討問題，更加珍惜那些在一起的日日夜夜，在此對他們在共同學(xué)習(xí)過程中給我的幫助表示感謝。 也感謝

46、我在河南工業(yè)大學(xué)求學(xué)期間的結(jié)識的老師、鐵哥們、寢室室友，對于他們的幫助、鼓勵和支持，在此一并表示感謝。 在設(shè)計中查閱了大量同類的參考書，在此謹向有關(guān)作者表示崇高的敬意。 最后衷心感謝各位專家、老師百忙之中評閱我的設(shè)計資料。 由于時間倉促和作者水平有限，設(shè)計中的不當(dāng)之處在所難免，請各位專家、老師、同學(xué)批評指正。 參考文獻 [1] .戴曙 《金屬切削機床》 機械工業(yè)出版社 1999 [2].盧秉恒 《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 機械工業(yè)出版社 1999 [3].鐵維麟 《機床備件手冊》 機械

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