【文章內(nèi)容簡介】 ．推力球軸承推力球軸承采用高速運轉(zhuǎn)時可承受推力載荷的設計，由帶有球滾動的滾道溝的墊圈狀套圈構(gòu)成。由于套圈為座墊形，因此，推力球軸承被分為平底座墊型和調(diào)推力球軸承hheey 心球面座墊型兩種類型。另外，這種軸承可承受軸向載荷，但不能承受徑向載荷。 軸承圈所謂軸承圈就是用來定位軸承滾子位置的一個裝置，通常是鋼制的，其作用是：1．將滾動體固定在軸承圈內(nèi)；2．引導并帶動滾動體在正確的滾道上滾動；軸承圈的加工直接影響軸承的好壞，而且縱向進給機構(gòu)又是直接決定軸承圈質(zhì)量的主要因素。 國內(nèi)外發(fā)展概況新中國成立后，軸承工業(yè)進入了高速發(fā)展時期特別是改革開放以后。軸承是標準件，是全球互換產(chǎn)品，因此軸承行業(yè)的市場競爭不僅是本土市場，永遠是國際市場。中國是全球軸承大國，但還不是軸承強國。軸承生產(chǎn)中縱向進給機構(gòu)的好壞直接影響軸承的精度和質(zhì)量的好壞。進給機構(gòu)兩大主要組成部分為是驅(qū)動系統(tǒng)和導向系統(tǒng)。這兩部分的發(fā)展情況直接決定進給機構(gòu)的發(fā)展水平。這兩部分的發(fā)展情況如下。常用的導軌結(jié)構(gòu)有三種：滾動導軌、靜壓導軌和金屬—塑料滑軌。金屬—金屬滑軌?；瑒訉к夁\動時會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，由于其動靜摩擦系數(shù)相差較大。運用高耐磨的聚四氟乙烯和金屬為摩擦副的貼塑導軌，可以基本消除導軌運動時的爬行現(xiàn)象因為其動靜摩擦系數(shù)相差較小。摩擦系數(shù)較的是以滾動代替滑動的滾動導軌，滾動導軌通過施加預負荷軸承內(nèi)外圈加工專用機床縱向機構(gòu)設計來消除間隙提高剛性，實現(xiàn)沒有爬行的運動。摩擦系數(shù)最小的是靠壓力油把動靜導軌分離開來的靜壓導軌，靜壓導軌運動靈敏，是目前精度最高的一種導軌。作為進給系統(tǒng)的一部分機電驅(qū)動的技術(shù)水平已發(fā)生了重大變化。油缸推坡道 杠桿機構(gòu)的第一代，使用步進電機凸輪杠桿機構(gòu)的第二代；使用步進電機 諧波減速器 滾珠絲杠機構(gòu)的第三代進給機構(gòu)，采用交流伺服電機—滾珠絲杠機構(gòu)的最新一代進給機構(gòu)。第一代用油缸推動斜面，斜面驅(qū)動桿擺動，以實現(xiàn)托盤的進給。通過調(diào)節(jié)斜面角度和液體流速來實現(xiàn)進給速度的調(diào)節(jié)。第二代使用凸輪代替斜面使用步進電機帶動凸輪旋轉(zhuǎn)步進電機驅(qū)動的凸輪的旋轉(zhuǎn)。第三代使用步進電機帶動諧波減速器，諧波減速器帶動滾珠絲桿實現(xiàn)進給 [2]。 本課題主要內(nèi)容本課題主要內(nèi)容包括：，制定出可行的機構(gòu)設計方案；；；，對仿真結(jié)果進行分析；軸承內(nèi)外圈在加工過程中軸主要以人工控制加工為主，由工人的動控制進給量。發(fā)生生產(chǎn)事故或者使加工零件報廢一般發(fā)生在工人長時間重復單一動作的的時候。為了改善工作環(huán)境；降低工人的勞動強度；提高生產(chǎn)效率和零件的精度。軸承內(nèi)外圈加工專用機床自動縱向進給機構(gòu)的研制使其能真正代替人工工作。工人只要按動按鈕。此機構(gòu)的工作方式使其能實現(xiàn)一人多機操作；可以使大量工人從中解放出來；提高了加工精度；降低了企業(yè)生產(chǎn)成本；使企業(yè)更加有競爭力!無錫太湖學院學士學位論文2 縱向自動進給機構(gòu)設計 現(xiàn)有機構(gòu)及生產(chǎn)要求的分析軸承套圈的車削加工是軸承生產(chǎn)中的一道重要工序，由于軸承熱處理前、后均需加工，工作量大，尤其是對于小型及微型軸承，對尺求極為嚴格。一般軸承套圈精加工是通過車床進給機構(gòu)的徑向和軸向進刀來完成。依照滿足大批量、高精度、高效率和低成本的原則，對現(xiàn)有車床結(jié)構(gòu)進行改造。 現(xiàn)有車床的夾緊及進給機構(gòu)如圖 所示。軸承套圈的夾緊和定位是通過彈簧夾頭來完成，為了完成對軸承套圈的車削加工，使用大托板控制徑向進給和小托板控制軸向進給來實現(xiàn)刀架及車刀的移動。其加工過程為：用彈簧夾頭將待加工軸承套圈夾緊。轉(zhuǎn)動大托板調(diào)節(jié)絲杠手輪，調(diào)節(jié)大托板至合適位置，使裝在刀架上的車刀沿徑向接近套圈；旋轉(zhuǎn)小托板調(diào)節(jié)絲杠手輪，帶動小托板及刀架上的車刀沿軸向靠近套圈，并車削至工藝要求尺寸，完成套圈的車削加工。然后反向旋轉(zhuǎn)小托板絲杠，使車刀離開已加工套圈；松開彈簧夾頭，卸下已加工套圈，完成一個套圈的一個車削加工。此加工過程中，為了保證套圈上、下料有足夠的空間，小托板離開套圈加工區(qū)域要有足夠距離。因此，在套圈裝卸時小托板要盡量向右移動，然而小托板絲杠的螺距比較小，需要旋轉(zhuǎn)很多圈才能達到要求。雖然此加工方法能夠滿足軸承套圈的工藝尺寸要求，但勞動強度大、加工時間長、效率低，不能滿足批量生產(chǎn)的要求。軸承圈一般是在在常溫下切割無縫管，然后通過車削導槽和端面而成。軸承圈的加工工藝過程主要有：剪料：按加工要求計算毛胚尺寸并在龍門剪床上剪切所需的管材。車滾子導槽：在車床上采用專用夾具夾緊軸承圈，用專用刀具車削導槽。車端面：在車床上采用專用夾具夾緊軸承圈，車削端面，一般 ~。軸承內(nèi)外圈加工專用機床縱向機構(gòu)設計圖 大、小托板螺旋進給機構(gòu)示意圖 整體設計方案及思路本設計采用“大、小托板螺旋進給機構(gòu)”為設計原型，旋轉(zhuǎn)扳手控制進給和退刀的方法雖然能夠滿足軸承套圈的工藝尺寸要求，但勞動強度大、加工時間長、效率低，不能滿足批量生產(chǎn)的要求。本設計中使用液壓驅(qū)動如圖 所示，用前、后調(diào)節(jié)絲桿來調(diào)節(jié)機構(gòu)的進給量和退刀量，在前、后絲桿調(diào)節(jié)機構(gòu)中，都加入感應鐵，起到開關的作用。工作時先調(diào)節(jié)好前、后調(diào)節(jié)絲桿到達需要的位置，然后液壓缸推動臺面板運動，臺面板到達指定位置，觸動開關，開關將信號傳遞給 PLC 控制系統(tǒng)，對機構(gòu)進行控制。圖 機構(gòu)總設計方案簡圖軸承內(nèi)外圈加工專用機床縱向進給機構(gòu)的整體設計思路可以用如圖 所示的框圖形式直觀的表達。無錫太湖學院學士學位論文 圖 總體設計思路圖軸承內(nèi)外圈加工專用機床縱向進給機構(gòu)的的工作由兩部分組成，首次加工一個尺寸的軸承圈時，工人根據(jù)待加工軸承圈需要加工的尺寸調(diào)節(jié)前、后調(diào)節(jié)絲桿，調(diào)節(jié)進給的的位置和進給量，調(diào)節(jié)好后，PLC 控制進給運動，對工件進行切削加工。在下面的論文中將對方案中將對各部分進行具體分析和設計計算，做出一套真正能夠代替人工操作的高效縱向進給機構(gòu)。 縱向進給機構(gòu)各部分的設計與計算 縱向進給機構(gòu)外形輪廓確定目前，迪克機械生產(chǎn)的軸承圈加工機床的主要生產(chǎn)設備主要采用迪克機械有限公司制造的 DK204 高速車床，如圖 所示其詳細參數(shù)如表 21 所示。它是降低成本，提高加工精度，提高生產(chǎn)率的理想母機。電氣采用 PLC 控制。表 21 軸承內(nèi)外圈加工專用機床主要技術(shù)數(shù)據(jù)項目 要求最大工件回轉(zhuǎn)直徑 90mm最大車削長度 50mm中心高 180mm主軸頭行程 10mm主軸錐孔 安裝基準孔 100mm主軸孔徑 30mm主軸轉(zhuǎn)速范圍 12001700機床輪廓尺寸 1200*550*1760主軸線與機床邊緣間距 275mm軸承內(nèi)外圈加工專用機床縱向機構(gòu)設計 續(xù)表 21項目 要求主軸箱距地面高度 1046mm床頭箱長度 327mm加工直徑 Φ15mm~Φ72mm加工寬度 3mm40mm圖 DK204 車床由表 21 可知，DK204 車床機床輪廓尺寸為 1200*550*1760mm,需要加工軸承圈直徑為范圍 Φ15mm~Φ72mm，縱向進給機構(gòu)長度應在 550mm 以內(nèi)，又根據(jù)油缸長度為174mm，留一部分距離給調(diào)節(jié)絲桿，所以確定底板長度 311mm，油缸高和寬為110*110mm，考慮到安全空間和可靠性等因素，所以確定底板寬和高為 120*150mm。 導向機構(gòu)設計針對軸承圈套的加工批量大，導向機構(gòu)需要高速、穩(wěn)定、長時間的運動，設計出一套軸承圈加工專用導向機構(gòu)。其中 C 形導向槽如圖 所示，其左端為 4 個螺紋孔，通過螺栓與剎鐵連接，將剎鐵和導軌壓緊。梯形導軌機構(gòu)如圖 所示。導向機構(gòu)機構(gòu)的配置不同以及導軌的截面形狀不同，其摩擦阻力不同。其摩擦力的計算要根據(jù)具體的情況確定。本縱向進給機構(gòu)采用的導軌截面形狀為梯形，導向機構(gòu)安裝在油缸的后部，起到導引作用。導向裝置的摩擦阻力在機構(gòu)啟動時比較大，計算如下： （）fmg??式中：—摩擦力；f—摩擦系數(shù)；?無錫太湖學院學士學位論文—質(zhì)量；m—重力加速度；g已知 QT450 摩擦系數(shù)為 ，臺面板及刀架質(zhì)量約為 15kg。由公式（）得： ????預緊力 10FN?2134 =1=6fFNff???????總圖 C 型導向槽軸承內(nèi)外圈加工專用機床縱向機構(gòu)設計圖 梯形導軌 驅(qū)動裝置的選取選擇什么樣的驅(qū)動裝置，需要考慮成本、控制功能、穩(wěn)定性、性能規(guī)范、工作要求、運動的功耗、維護的復雜程度和及現(xiàn)有條件等綜合因素。目前，有三種類型的驅(qū)動可以選擇，分別為氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電力驅(qū)動。1. 電力驅(qū)動具有的特點：為了達到調(diào)速的目的，可以通過控制脈沖頻率來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)動的加速度和速度來實現(xiàn)。因為誤差不會長期積累所以控制性能好。電力驅(qū)動使用方便和低成本都是其他方式無法比擬的。而且它還是一種無污染的清潔能源。與其它驅(qū)動相比，電力驅(qū)動是通用性與系統(tǒng)性最強的。：氣壓傳動沒有傳動介質(zhì)成本，因為其使用取自大氣的壓縮空氣。所用的氣體直接排入大氣中，不對環(huán)境造成污染；配套元件的制造精度和元件材料的要求較低，因為壓縮空氣的工作壓力較低；因為空氣的黏度很小，在管道內(nèi)流動壓力損失比液體小，所以進行遠程傳輸和集中供應更方便；容易使用、安全、維護簡單。3. 液壓驅(qū)動的特點有：功率質(zhì)量比大，也就是說，在相同的功率下，液壓裝置的質(zhì)量小、體積小、工作平穩(wěn)、無級調(diào)速。在實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制和遠程操縱方面，可通過電器裝置配合達到；過載保護和方便；標準化、系列化程度比較高，通用性好，便于選擇使用，縮短設計、制造周期 [1]。由于本機構(gòu)的運動為高速重載，而且留給該進給機構(gòu)的空間有限，最終選用液壓驅(qū)動是合理的，可行的，經(jīng)濟的，可靠的。根據(jù)已知條件，切削進給力為 730N，導向機構(gòu)摩擦力為 66N。所以選用工作最大負載 ，工作壓力 可得90FN?? D 和活塞桿直徑 d 的確定：無錫太湖學院學士學位論文已知: ，90FN? （）4FDP??式中：D—直徑；F—負載力；P—工作壓力；由公式（）得： ?????根據(jù)實際生產(chǎn)要求油缸內(nèi)徑選用 80mm 則故必須進行最小穩(wěn)定速度的驗算，要保證液壓缸工作面積 A 必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積 min又： （）miniqV?式中： —流量閥的最小穩(wěn)定流量，由設計要求給出；qmin —液壓缸的最小速度，由設計要求給出；V由式（）得： 236min/inmi 150in/????故取 D=80mm，保證了 i d 的確定： 由已知條件取 d=25mm。 45 鋼的屈服強度 MPas35?? 按強度條件校核： （）??4Fd?式中：d—直徑；F—負載力；—屈服強度；?由公式（）得： ???????????????軸承內(nèi)外圈加工專用機床縱向機構(gòu)設計 所以符合要求。液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。本設計按照薄壁圓筒設計，采用無縫鋼管其壁厚按薄壁圓筒公式計算為： ][2??DPy? （）式中：P—承受的壓強；D—直徑；?—壁厚；?—拉伸應力；由公式（）得： )~2(??， 取 ?（無縫鋼管） ，取??10a???0a?.???由計算的公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，使缸體的剛度不夠，如在切削加工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。所以用經(jīng)驗法選取壁厚： 5m??4. 缸體外徑尺寸的確定缸體外徑尺寸的計算 缸體外徑 ?????? 查機械手冊表：外徑 1取 90mm 缸蓋有效厚度按強度要求可用下式進行近似計算： ~[]PtDm?????? （） 式中： D—缸蓋止口內(nèi)徑(mm)； T—缸蓋有效厚度(mm)； T≥當活塞桿全部外伸時，從缸蓋滑動支承面中點到活塞支承面中點距離為 H，稱為最小導向長度。導向長度直接決定液壓缸的初始撓度，如果導向長度過小，將影響液壓缸的穩(wěn)定性，所以在設計時需要保證有適合的最小導向長度。無錫太湖學院學士學位論文對一般的液壓缸，最小導向長度 H 應滿足： 20841LDHm???? （）式中：L—液壓缸的最大行程(mm)； D—液壓缸內(nèi)徑(mm)；取 H=50mm7. 缸體長度確定活塞的行程與活塞寬度的和應等于液壓缸缸體內(nèi)部的長度。缸體外部尺寸還需要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應該大于缸體內(nèi)徑 D 的 2030 倍。 即：缸體內(nèi)部長度 30+20=50mm 缸體長度≤ 20316024Dm???（ ） （ ）由于本次設計機構(gòu)安裝平臺大小的限制和實際生產(chǎn)的需求所以取缸體長度為106mm。 前調(diào)節(jié)機構(gòu)設計前調(diào)節(jié)機構(gòu)在縱向進給機構(gòu)中起到控制進給量和退刀量的作用。該機構(gòu)主要由調(diào)節(jié)絲桿和縱向調(diào)節(jié)螺母組成。調(diào)節(jié)絲桿直接控制進給量和退刀量，該絲桿表面