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題目： 軸承內(nèi)外圈加工專用機床
橫向機構(gòu)設(shè)計
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學 號： 0923129
學生姓名： 展 杰
指導教師： 彭勇 （職稱：副教授）
（職稱： ）
2013年5月25日
無錫太湖學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 軸承內(nèi)外圈加工專用機床橫向機構(gòu)設(shè)計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械93
學 號： 0923129
作者姓名：
2013年 5 月 25 日
無錫太湖學院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務 書
一、題目及專題：
1、題目 軸承內(nèi)外圈加工專用機床橫向機構(gòu)設(shè)計
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
該課題來源于迪奧企業(yè)軸承內(nèi)外圈專用機床橫向機構(gòu)的設(shè)計。該機床主要用于汽車設(shè)計、軍工行業(yè)和其他工業(yè)行業(yè)的軸承生產(chǎn)制造，實現(xiàn)了單機自動化、多機線自動化的生產(chǎn)制造。其中軸承行業(yè)，占據(jù)頂端市場份額的90%以上，速度、準確性和耐用性是我們產(chǎn)品成功的重要因素，在機械行業(yè)中占著很重要的位置。
本設(shè)計屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合類課題，要求完成軸承內(nèi)外圈專用機床橫向機構(gòu)的設(shè)計。通過本設(shè)計，可以幫助學生加深對本專業(yè)的相關(guān)知識理解和提高綜合運用專用知識的運用。
三、本設(shè)計（論文或其他）應達到的要求：
① 分析原始資料，查閱相關(guān)資料，收集整理有關(guān)橫向機構(gòu)設(shè)計、絲杠、阻尼缸運動、設(shè)備等資料；
② 對機床進行系統(tǒng)分析和功能分析，并在此基礎(chǔ)上確定橫向機構(gòu)的設(shè)計方案；
③ 完成橫向機構(gòu)的整體設(shè)計，以及各個零件的建模和整體的裝配，最后進行橫向機構(gòu)的仿真運動；
④ 閱讀和翻譯英文文獻 ；
⑤ 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文 ；
四、接受任務學生：
機械93 班 姓名 展杰
五、開始及完成日期：
自 2012年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月25日
六、設(shè)計（論文）指導（或顧問）：
指導教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年 11 月12日
摘 要
本文是根據(jù)無錫迪奧機械廠軸承內(nèi)外圈生產(chǎn)線改造項目要求，針對橫向部分能自動實現(xiàn)進給，快退，自動感應識別運動位置等要求，設(shè)計出一套軸承內(nèi)外圈專用機床橫向進給機構(gòu)，使其能夠代替工人手動進給，提高了公司生產(chǎn)效率。
論文根據(jù)軸承內(nèi)外圈的特點，對其橫向進給機構(gòu)進行了合理的設(shè)計。此橫向機構(gòu)主要為了實現(xiàn)臺面板上的刀具在切削軸承內(nèi)外圈橫向進給的運動。這一運動由阻尼液壓缸驅(qū)動，由PLC控制，由感應元件識別確認臺面板橫向進給時的位置。本文要設(shè)計的內(nèi)容主要包括：阻尼液壓缸驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，床身鉗尺寸的確定，滾珠絲杠的設(shè)計，臺面板的設(shè)計等。確定了橫向進給機構(gòu)的具體尺寸后，利用UG軟件對橫向機構(gòu)的主要部件進行建模，并對整體結(jié)構(gòu)進行虛擬裝配。然后將裝配體導入UG軟件的運動仿真界面，并利用軟件進行運動學仿真和動力學仿真。分析仿真結(jié)果，得出相應結(jié)論。最后對軸承內(nèi)外圈加工專用機床橫向機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，讓本設(shè)計能夠真正的投入到日常生產(chǎn)操作中，使其切實能夠為軸承廠的生產(chǎn)線改造做出貢獻。
關(guān)鍵詞：進給機構(gòu)；軸承加工；虛擬裝配；運動仿真
Abstract
This paper is based on the reconstruction project requirements of the inner and outer circle line of bearings in Wuxi dior machinery factory. In order to achieve the requirements that the horizontal section automatically forwarding and identifying locations, this article designs a set of bearing internal and external ring special machine transverse feeding mechanism. It’s a special machine tool be used to replace workers manual feed and improve the company's production efficiency.
According to the characteristics of the bearing inner and outer circle ,the article designs its traverse mechanism reasonable.This mechanism mainly achieve the cutting tool on the the panel in cutting of bearing transverse feed motion on the inside and outside the circle .The movement is driven by damping hydraulic cylinder, controlled by PLC, recognized by the sensing element identification to confirm the position of the panel. The content of the article mainly includes damping hydraulic cylinder driving system designing, the determination of lathe bed clamp size, the design of the ball screw, a panel designing, etc. After determining the specific size of the infeed mechanism, the article applies UG software to model a major part of the traverse mechanism and assembly its overall structure virtually. Finally, the design of the machine infeed organization is optimized, so that it can really be used to put into the day-to-day production operations and make contribute to the production line of bearing plant effectively.
Keywords: feeding mechanism ; bearing processing; virtual assembly; motion simulation
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒 論 1
1.1 本課題研究的目的和意義 1
1.2 國內(nèi)外軸承加工機床發(fā)展狀況 1
1.3 本課題的主要內(nèi)容 2
2 橫向機構(gòu)設(shè)計 3
2.1 橫向機構(gòu)組成 3
2.2 橫向機構(gòu)的設(shè)計方案 3
2.2.1 機床的主要參數(shù)及床身鉗的初始設(shè)計 3
2.2.2 阻尼液壓缸的設(shè)計與計算 3
2.2.3 滾珠絲杠的設(shè)計 9
2.2.4 床身鉗安裝阻尼缸部分的尺寸及臺面板尺寸的設(shè)計 14
3 基于UG的橫向機構(gòu)三維建模與虛擬裝配 15
3.1 UG軟件的簡介 15
3.2 主要零部件的三維建模 16
3.3 阻尼液壓缸的虛擬裝配 19
3.3.1 基于UG的高級裝配功能 19
3.3.2 阻尼液壓缸的虛擬裝配 21
3.4 本章小結(jié) 22
4 基于UG的運動仿真 23
4.1 運動仿真的工作界面 23
4.2 橫向機構(gòu)的運動仿真 23
4.2.1 運動界面的的打開 23
4.2.2 連桿特性的建立 24
4.2.3 運動副特性的建立 25
4.2.4 施加運動 26
4.2.5 分析驗證 28
4.3 本章小結(jié) 29
5 結(jié)論與展望 30
5.1 結(jié)論 30
5.2 不足之處及展望 30
致 謝 31
參考文獻 32
附 錄 33
7
1 緒 論
1.1 本課題研究的目的和意義
該課題來源于軸承廠生產(chǎn)線改造項目，根據(jù)軸承內(nèi)外圈加工設(shè)備加工時進給的特點，對其機床橫向進給機構(gòu)進行合理設(shè)計。該專用機床在橫向運動方面進行了改善，把以前的人工進給改造成為自動進給，減少了人工操作的誤差，提高了生產(chǎn)效率，改善了加工零件的精度。
在傳統(tǒng)軸承加工機床橫向進給機構(gòu)生產(chǎn)過程中，采用工人手動對刀，手動控制進給量，單調(diào)重復，而且工人長時間重復單一動作容易發(fā)生差錯，發(fā)生生產(chǎn)事故或者使加工零件報廢。為了降低工人的工作強度，改善工作環(huán)境。提高生產(chǎn)效率和零件的精度，研制出了軸承內(nèi)外圈加工專用機床自動橫向進給機構(gòu)使其能真正代替人工完成任務。工人要做的就是按動按鈕。這樣可以實現(xiàn)一人多機操作，解放出大批工人，同時也降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了加工精度，使企業(yè)更具有競爭力!
1.2 國內(nèi)外軸承加工機床發(fā)展狀況
目前，我國軸承加工機床數(shù)量上比較多，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢，一方面國內(nèi)市場對自動化軸承加工機床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)軸承加工機床滯銷積壓，國外軸承加工機床產(chǎn)品充斥市場。
這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外，一個主要的原因是我國生產(chǎn)的自動化軸承加工機床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進，新產(chǎn)品的開發(fā)周期長，從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品，造成這種情況的原因有：
（1）我國軸承加工機床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為15～18個月，其中設(shè)計時間約為5～8個月，占總周期的40%左右。而國外一些先進軸承加工機床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為6～9個月，其中設(shè)計約1.5～2個月，只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計所占的時間比例均與國外先進水平有很大的差距。
（2）我國工廠由于缺乏設(shè)計的科學分析工具，自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗和類比設(shè)計，使設(shè)計一次成功的把握性降低，往往需要反復試制才能定型，從而可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機。
（3）用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時往往提出一些特殊要求，甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時有的用戶臨時提出一些要求，這就需要迅速變型設(shè)計和修改相應的圖紙及技術(shù)文件。在國外，這項修改工作在計算機的輔助下一般僅需數(shù)天至一周，而在我國軸承加工機床廠用手工操作就至少需1～2個月,且由于這些圖紙和文件涉及多個部門，常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。
（4）現(xiàn)在我國工廠設(shè)計和工藝人員中青年占多數(shù)，他們的專業(yè)知識和實際經(jīng)驗不足，又擔負著開發(fā)的重任。
（5）由于長期以來形成的設(shè)計、工藝和制造部門分立，缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式，不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復修改，延長了開發(fā)的周期。
為解決這些問題，必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個過程綜合應用計算機技術(shù)，發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù)，提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能，并建立起基于并行工程的使設(shè)計、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面，使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟效益[1]。
而在國外，軸承加工機床從80年代以后得到了很大空間發(fā)展，機床品種，性能，結(jié)構(gòu)都比較先進，而且機床生產(chǎn)周期短，效率高，加工出來的軸承精度好，很好的滿足了客戶的要求。
不過，近幾年軸承內(nèi)外圈加工專用車床在國內(nèi)外都有很多研究，應用的領(lǐng)域也越來越多，軸承機械，產(chǎn)品主要用于汽車行業(yè)、軍工行業(yè)和其他工業(yè)行業(yè)的軸承生產(chǎn)制造，實現(xiàn)了單機自動化、多機線自動化的生產(chǎn)制造。其中軸承行業(yè)，占據(jù)頂端市場份額的90％以上，速度、準確度和耐用性是軸承內(nèi)外圈加工專用車床加工出來的產(chǎn)品的重要保障。
1.3 本課題的主要內(nèi)容
(1) 分析原始資料，查閱相關(guān)資料，分析國內(nèi)外軸承機床發(fā)展狀況。
(2) 對軸承內(nèi)外圈專用機床橫向機構(gòu)總體方案設(shè)計。
(3) 阻尼液壓缸和滾珠絲杠的設(shè)計與計算。
(4) 橫向機構(gòu)各部分的設(shè)計與計算。
(5) 基于UG的橫向進給機構(gòu)三維建模及運動仿真。
2 橫向機構(gòu)設(shè)計
2.1 橫向機構(gòu)組成
機床的橫向進給機構(gòu)由：床身鉗，滾珠絲杠，螺母座，調(diào)節(jié)螺母，調(diào)節(jié)絲杠，線軌，液壓阻尼缸等部分組成。由液壓阻尼缸通過連接套帶動滾珠絲杠副至螺母座，實現(xiàn)滑板的橫向機動進給。在滾珠絲杠的前端加一螺孔，用內(nèi)六角螺釘及套與之連接，這樣用內(nèi)六角扳手可實現(xiàn)滑板的橫向手動進給運動。該橫向機構(gòu)由PLC主導控制，通過橫向開關(guān)感應鐵的感應運動位置，實現(xiàn)橫向滑板的進給運動。
2.2 橫向機構(gòu)的設(shè)計方案