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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床 縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923232 學(xué)生姓名： 陳志偉 指導(dǎo)教師： 彭勇 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 軸承內(nèi)外圈 加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行 研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加 以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)械 95 學(xué) 號： 0923232 作者姓名： 年 月 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 該課題來源于機(jī)械制造業(yè)提高加工過程的機(jī)械化和自動化水平， 提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強(qiáng)度，降低企業(yè)成本的需求。 軸承是現(xiàn)代機(jī)械中不可或缺的零件，軸承的使用量非常大，現(xiàn) 今的軸承加工主要以人工控制加工為主，由工人的動控制進(jìn)給量， 單調(diào)重復(fù)，而且工人長時間重復(fù)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(bào)廢。為了降低工人老大強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。 提高生產(chǎn)效率和零件的精度。研制軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床自動縱 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)使其能真正代替人工完成任務(wù)。 工人要做的就是按動按 鈕。這樣可以實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)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! 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 根據(jù)提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料理解設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)中外資料。 確定縱向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。 II 對縱向機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，生成工程圖。 對縱向機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真。 閱讀和翻譯英文文獻(xiàn)。 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 95 班 姓名 陳志偉 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(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 年 月 日 III 摘 要 隨著軸承工業(yè)的迅速發(fā)展，對軸承的加工精度、效率、可靠性提出了更高的要求。尺 寸精度是軸承加工中的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，而車床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)直接影響軸承套圈加工的尺寸 精度。因此，隨著對軸承質(zhì)量要求的不斷提高，需要更加精密高效的車床進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 本文是根據(jù)軸承廠軸承內(nèi)外圈加工生產(chǎn)線項(xiàng)目的改造要求設(shè)計(jì)的，針對人工控制機(jī) 床的進(jìn)給加工，加工效率低，生產(chǎn)出的零件精度難于控制的問題，設(shè)計(jì)一套此車床的半 自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床的人工操作，提高生產(chǎn)效率，提高零件的精度。 論文根據(jù)軸承內(nèi)外圈加工設(shè)備加工時進(jìn)給的特點(diǎn)，對其縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè) 計(jì)。設(shè)計(jì)出利用液壓驅(qū)動，前、后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)進(jìn)給量的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)。本文先對液壓 驅(qū)動系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定具體尺寸。利用 UG 軟件 對縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行虛擬裝配。然后對裝配圖在 UG 運(yùn)動仿真界面進(jìn)行 運(yùn)動仿真，分析仿真結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論。最后對縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其 穩(wěn)定性、可靠性。使其能滿足軸承廠生產(chǎn)線繁重的工作。 關(guān)鍵詞：進(jìn)給機(jī)構(gòu)；UG；虛擬裝配；運(yùn)動仿真 IV Abstract With the rapid development of bearing industry, the working accuracy, efficiency and reliability of bearing have been put forward higher requirements.A essential factor of bearing process is the dimensional accuracy, however, the feeding system of machine tools directly affects the dimensional precision of bearing ring process. Therefore, with the constant improvement of bearings quality requirements, it is necessary for the feeding system of machine tools to become more precise and efficient. This paper is based on the requirements of bearing inner and outer ring process production line project in bearing factory. As the process efficiency is low by the manual control of the machine feed process and the precision of the parts production is difficult to control. This paper designs a lathe of semi-automatic feed mechanism to instead of manual operation of conventional machines, in order to improve production efficiency and the part accuracy. This paper has a reasonable design of vertical feed mechanism what is based on the characteristic of feed processing by bearing inner and outer rings process equipment. The aim of this paper is designing a longitudinal feed mechanism through using hydraulic drive, before and after the vertical regulating mechanism adjust the feed. The paper devises a process equipment what is using hydraulic drive and before and after the adjustment mechanism to adjust the feed rate and after that identifies a specific size. This paper uses UG software for proceeding 3D modeling of longitudinal feed mechanism and virtual assembly, after that carries out on the motion simulation by assembly drawings in UG motion simulation interface and analysis of the simulation results, and ultimately obtains the corresponding results. Finally, the paper optimizes the design for the longitudinal of feed system, improving the stability and reliability, which is for meeting heavy work of the production line in bearing factory. Key words: feed mechanism; UG; virtual assembly; motion simulation V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 課題來源，研究內(nèi)容和意義 .1 1.2 軸承與軸承圈 .1 1.2.1 軸承 .1 1.2.2 軸承圈 .2 1.3 國內(nèi)外發(fā)展概況 .2 1.4 本課題主要內(nèi)容 .3 2 縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .4 2.1 現(xiàn)有機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)要求的分析 .4 2.2 整體設(shè)計(jì)方案及思路 .5 2.3 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)各部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .6 2.3.1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)外形輪廓確定 .6 2.3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .7 2.3.3 驅(qū)動裝置的選取 .9 2.3.4 前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .12 2.3.5 后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .12 2.4 本章小結(jié) .13 3 基于 UG 的進(jìn)給機(jī)構(gòu)三維建模與裝配 .14 3.1 UG 軟件簡介 .14 3.1.1 UG 軟件特點(diǎn) .14 3.1.2 UG 軟件設(shè)計(jì)流程 .14 3.1.3 UG 軟件的應(yīng)用范圍 .14 3.1.4 UG 軟件設(shè)計(jì)的意義 .15 3.2 縱向機(jī)構(gòu)的三維建模 .15 3.2.1 縱向底板的建模 .15 VI 3.2.2 縱向燕尾板建模 .16 3.2.3 剎鐵的建模 .16 3.2.4 縱向臺面板的建模 .17 3.2.5 油缸的建模 .19 3.2.6 前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的建模 .19 3.2.7 后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的建模 .20 3.3 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配 .20 3.4 本章小結(jié) .23 4 縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 .24 4.1 UG 運(yùn)動仿真簡介 .24 4.1.1 UG 運(yùn)動仿真主界面 .24 4.2 運(yùn)動仿真的流程 .25 4.3 創(chuàng)建連桿 .26 4.4 創(chuàng)建運(yùn)動副 .27 4.5 創(chuàng)建驅(qū)動及“3D”接觸 .29 4.6 本章小結(jié) .35 5 總結(jié)與展望 .36 5.1 總結(jié) .36 5.2 不足及展望 .36 致 謝 .37 參考文獻(xiàn) .38 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 課題來源，研究內(nèi)容和意義 本課題來源于無錫迪克機(jī)械對軸承生產(chǎn)線改造項(xiàng)目。 本論文的主要內(nèi)容包括： 根據(jù)迪克機(jī)械實(shí)際技術(shù)要求和生產(chǎn)設(shè)備，提出軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)方案， 并且對每個零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 對軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并用 UG 軟件進(jìn)行建模。 對軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配。 對裝配體做基于 UG 的運(yùn)動仿真分析，檢查本設(shè)計(jì)方案及其模型的合理性。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)作為自動化生產(chǎn)線更新項(xiàng)目的一部分，提供 多機(jī)床看管的可能性，并可以代替精度要求高或重復(fù)的工作，因此大大提高了生產(chǎn)效率。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)過程中，工人手動對刀，手動控制進(jìn) 給量，重復(fù)單調(diào)。發(fā)生生產(chǎn)事故或者使加工零件報(bào)廢一般發(fā)生在工人長時間重復(fù)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(qiáng)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(jī)床自動縱向進(jìn)給機(jī)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(jī)構(gòu)的工作方式使其能實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)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! 1.2 軸承與軸承圈 1.2.1 軸承 軸承廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)傳動元件，其加工質(zhì)量直接影響其傳動性能。它具 有加速快，摩擦小等特點(diǎn)，對其制造的主機(jī)性能的影響程度。由于其獨(dú)特的傳動性能， 使其在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 軸承的種類主要分為一下幾種： 1.角接觸球軸承 角接觸球軸承可同時承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。接觸角越 大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取 15 度接觸角。在軸向力作用下，接觸 角會增大。 2.深溝球軸承 深溝球軸承是滾動軸承中最為普通的一種類型。基本型的深溝球軸承由一個外圈， 一個內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成。深溝球軸承類型有單列和雙列兩種，單列深溝 球軸承類型代號為 6，雙列深溝球軸承代號為 4。其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，是生產(chǎn)最普遍， 應(yīng)用最廣泛的一類軸承。 3四點(diǎn)接觸球軸承 四點(diǎn)接觸球軸承是一種分離型軸承，也可以說是一套軸承可承受雙向軸向載荷的角 接觸球軸承。其內(nèi)、外圈滾道是桃型的截面，當(dāng)無載荷或是純徑向載荷作用時，鋼球和 套圈呈現(xiàn)為四點(diǎn)接觸，這也是這個名稱的由來。四點(diǎn)接觸球軸承可以承受徑向負(fù)荷、雙 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 向軸向負(fù)荷。 4調(diào)心球軸承 由于外圈滾道面呈球面，具有自動調(diào)心性，因此可以補(bǔ)償不同心度和軸撓度造成調(diào) 心球軸承成的誤差，圓錐孔軸承通過使用緊固件可方便地安裝在軸上。 5圓柱滾子軸承 圓柱滾子與滾道為線接觸軸承。負(fù)荷能力大，主要承受徑向負(fù)荷。滾動體與套圈擋 邊摩擦小，適于高速旋轉(zhuǎn)。徑向負(fù)荷能力大，即適用于承受重負(fù)荷與沖擊負(fù)荷，也適用 于高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，大多用于機(jī)床主軸。 6圓錐滾子軸承 圓錐滾子軸承屬于分離型軸承，軸承的內(nèi)、外圈均具有錐行滾道。該類軸承按所裝 滾子的列數(shù)分為單列、雙列和四列圓錐滾子軸承等不同的結(jié)構(gòu)型式。單列圓錐滾子軸承 可以承受徑向負(fù)荷和單一方向軸向負(fù)荷。當(dāng)軸承承受徑向負(fù)荷時，將會產(chǎn)生一個軸向分 力，所以當(dāng)需要另一個可承受反方向軸向力的軸承來加以平衡。 。 7調(diào)心滾子軸承 調(diào)心滾子軸承具有兩列滾子，主要承受徑向載荷，同時也能承受任一方向的軸向載 荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。 該類軸承外圈滾道是球面形，故其調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度誤差。 8推力球軸承 推力球軸承采用高速運(yùn)轉(zhuǎn)時可承受推力載荷的設(shè)計(jì)，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。 1.2.2 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(dǎo)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(jìn)給機(jī)構(gòu)又是直接決定軸承圈質(zhì)量的 主要因素。 1.3 國內(nèi)外發(fā)展概況 新中國成立后，軸承工業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時期特別是改革開放以后。軸承是標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)是國際市場。中國是 全球軸承大國，但還不是軸承強(qiáng)國。軸承生產(chǎn)中縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的好壞直接影響軸承的精 度和質(zhì)量的好壞。 進(jìn)給機(jī)構(gòu)兩大主要組成部分為是驅(qū)動系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)。這兩部分的發(fā)展情況直接決 定進(jìn)給機(jī)構(gòu)的發(fā)展水平。這兩部分的發(fā)展情況如下。 常用的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有三種：滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和金屬塑料滑軌。金屬金屬滑軌。 滑動導(dǎo)軌運(yùn)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(yùn)用高耐磨的聚四氟 乙烯和金屬為摩擦副的貼塑導(dǎo)軌，可以基本消除導(dǎo)軌運(yùn)動時的爬行現(xiàn)象因?yàn)槠鋭屿o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(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌通過施加預(yù)負(fù)荷 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 來消除間隙提高剛性，實(shí)現(xiàn)沒有爬行的運(yùn)動。摩擦系數(shù)最小的是靠壓力油把動靜導(dǎo)軌分 離開來的靜壓導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌運(yùn)動靈敏，是目前精度最高的一種導(dǎo)軌。 作為進(jìn)給系統(tǒng)的一部分機(jī)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(jī)構(gòu)的第一代，使用步進(jìn)電機(jī)凸輪杠桿機(jī)構(gòu)的第二代；使用步進(jìn)電機(jī)- 諧波減速器 - 滾 珠絲杠機(jī)構(gòu)的第三代進(jìn)給機(jī)構(gòu)，采用交流伺服電機(jī)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的最新一代進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 第一代用油缸推動斜面，斜面驅(qū)動桿擺動，以實(shí)現(xiàn)托盤的進(jìn)給。通過調(diào)節(jié)斜面角度 和液體流速來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)。第二代使用凸輪代替斜面使用步進(jìn)電機(jī)帶動凸輪旋 轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的凸輪的旋轉(zhuǎn)。第三代使用步進(jìn)電機(jī)帶動諧波減速器，諧波減速器帶動 滾珠絲桿實(shí)現(xiàn)進(jìn)給 2。 1.4 本課題主要內(nèi)容 本課題主要內(nèi)容包括： 1.對實(shí)際生產(chǎn)和要求進(jìn)行分析，制定出可行的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案； 2.對機(jī)構(gòu)的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)； 3.對設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模； 4.對三維模型運(yùn)動仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)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(jìn)給量。發(fā) 生生產(chǎn)事故或者使加工零件報(bào)廢一般發(fā)生在工人長時間重復(fù)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(qiáng)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(jī)床自動縱向進(jìn)給機(jī)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(jī)構(gòu)的 工作方式使其能實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)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(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 現(xiàn)有機(jī)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(yán)格。一般軸承套圈精加工是 通過車床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的徑向和軸向進(jìn)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(jìn)行改造。 現(xiàn)有車床的夾緊及進(jìn)給機(jī)構(gòu)如圖 2.1 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(jìn)給和小托板控制軸向進(jìn) 給來實(shí)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(dá)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(qiáng)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(dǎo)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(jì)算毛胚尺寸并在龍門剪床上剪切所需的管材。 車滾子導(dǎo)槽：在車床上采用專用夾具夾緊軸承圈，用專用刀具車削導(dǎo)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 0.30.5mm。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 圖 2.1 大、小托板螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)示意圖 2.2 整體設(shè)計(jì)方案及思路 本設(shè)計(jì)采用“大、小托板螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)”為設(shè)計(jì)原型，旋轉(zhuǎn)扳手控制進(jìn)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(qiáng)度大、加工時間長、效率低，不 能滿足批量生產(chǎn)的要求。本設(shè)計(jì)中使用液壓驅(qū)動如圖 2.2 所示，用前、后調(diào)節(jié)絲桿來調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量和退刀量，在前、后絲桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，都加入感應(yīng)鐵，起到開關(guān)的作用。 工作時先調(diào)節(jié)好前、后調(diào)節(jié)絲桿到達(dá)需要的位置，然后液壓缸推動臺面板運(yùn)動，臺面板 到達(dá)指定位置，觸動開關(guān)，開關(guān)將信號傳遞給 PLC 控制系統(tǒng)，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。 圖 2.2 機(jī)構(gòu)總設(shè)計(jì)方案簡圖 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)思路可以用如圖 2.3 所示的框圖形 式直觀的表達(dá)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 2.3 總體設(shè)計(jì)思路圖 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)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(jìn)給的 的位置和進(jìn)給量，調(diào)節(jié)好后，PLC 控制進(jìn)給運(yùn)動，對工件進(jìn)行切削加工。在下面的論文 中將對方案中將對各部分進(jìn)行具體分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，做出一套真正能夠代替人工操作的 高效縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 2.3 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)各部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.3.1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)外形輪廓確定 目前，迪克機(jī)械生產(chǎn)的軸承圈加工機(jī)床的主要生產(chǎn)設(shè)備主要采用迪克機(jī)械有限公司 制造的 DK204 高速車床，如圖 2.4 所示其詳細(xì)參數(shù)如表 2-1 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(jī)。電氣采用 PLC 控制。 表 2-1 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床主要技術(shù)數(shù)據(jù) 項(xiàng)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(zhǔn)孔 100mm 主軸孔徑 30mm 主軸轉(zhuǎn)速范圍 1200-1700 機(jī)床輪廓尺寸 1200*550*1760 主軸線與機(jī)床邊緣間距 275mm 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 續(xù)表 2-1 項(xiàng)目 要求 主軸箱距地面高度 1046mm 床頭箱長度 327mm 加工直徑 15mm72mm 加工寬度 3mm-40mm 圖 2.4 DK204 車床 由表 2-1 可知，DK204 車床機(jī)床輪廓尺寸為 1200*550*1760mm,需要加工軸承圈直徑 為范圍 15mm72mm，縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)長度應(yīng)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。 2.3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 針對軸承圈套的加工批量大，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)需要高速、穩(wěn)定、長時間的運(yùn)動，設(shè)計(jì)出一 套軸承圈加工專用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。其中 C 形導(dǎo)向槽如圖 2.5 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(dǎo)軌壓緊。梯形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)如圖 2.6 所示。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的配置不同以及導(dǎo)軌的截面形狀不同，其摩擦阻力不同。其摩擦力的 計(jì)算要根據(jù)具體的情況確定。本縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用的導(dǎo)軌截面形狀為梯形，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)安 裝在油缸的后部，起到導(dǎo)引作用。導(dǎo)向裝置的摩擦阻力在機(jī)構(gòu)啟動時比較大，計(jì)算如下： （2.1）fmg 式中： 摩擦力；f 摩擦系數(shù)； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 質(zhì)量；m 重力加速度；g 已知 QT450 摩擦系數(shù)為 0.3 ，臺面板及刀架質(zhì)量約為 15kg。 由公式（2.1）得： 10.3154fmgN 預(yù)緊力 10FN2134 3sin6.26105025cos326=1=6fFNff總 圖 2.5 C 型導(dǎo)向槽 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 圖 2.6 梯形導(dǎo)軌 2.3.3 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(yùn)動的功耗、維護(hù)的復(fù)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(diǎn)： 為了達(dá)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(jī)轉(zhuǎn)動的加速度和速度來 實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檎`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(qiáng)的。 2.氣壓驅(qū)動的特點(diǎn)： 氣壓傳動沒有傳動介質(zhì)成本，因?yàn)槠涫褂萌∽源髿獾膲嚎s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?yàn)閴嚎s 空氣的工作壓力較低；因?yàn)榭諝獾酿ざ群苄?，在管道?nèi)流動壓力損失比液體小，所以進(jìn) 行遠(yuǎn)程傳輸和集中供應(yīng)更方便；容易使用、安全、維護(hù)簡單。 3. 液壓驅(qū)動的特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制和遠(yuǎn)程操縱方面，可通過電器裝置配合達(dá)到；過 載保護(hù)和方便；標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度比較高，通用性好，便于選擇使用，縮短設(shè)計(jì)、制 造周期 1。 由于本機(jī)構(gòu)的運(yùn)動為高速重載，而且留給該進(jìn)給機(jī)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(jì)的，可靠的。 根據(jù)已知條件，切削進(jìn)給力為 730N，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)摩擦力為 66N。所以選用工作最大負(fù) 載 ，工作壓力 可得90FN1.5PMpa 1.液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 已知: ，90FN1.5PMpa （2.2）4FDP 式中： D直徑； F負(fù)載力； P工作壓力； 由公式（2.2）得： 490281.56FDmP 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求油缸內(nèi)徑選用 80mm 則 2223.04A 故必須進(jìn)行最小穩(wěn)定速度的驗(yàn)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： （2.3）miniqV 式中： 流量閥的最小穩(wěn)定流量，由設(shè)計(jì)要求給出；qmin 液壓缸的最小速度，由設(shè)計(jì)要求給出；V 由式（2.3）得： 236min/inmi 150in/102.58.0mLVqA 故取 D=80mm，保證了 i 2.液壓缸活塞桿直徑 d 的確定： 由已知條件取 d=25mm。 45 鋼的屈服強(qiáng)度 MPas35 按強(qiáng)度條件校核： （2.4）4Fd 式中： d直徑； F負(fù)載力； 屈服強(qiáng)度； 由公式（2.4）得： 3331449012.505Fd 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 所以符合要求。 3.液壓缸壁厚的確定 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)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(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布材料規(guī)律因壁厚的不同而 各異。一般計(jì)算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 本設(shè)計(jì)按照薄壁圓筒設(shè)計(jì)，采用無縫鋼管其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算為： 2 DPy （2.5） 式中： P承受的壓強(qiáng)； D直徑； 壁厚； 拉伸應(yīng)力； 由公式（2.5）得： pypyp5.1)5.12(， 取 MPa4.6 （無縫鋼管） ，取10a0a.30.21m 由計(jì)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(yàn)法選取壁厚： 5m 4. 缸體外徑尺寸的確定 缸體外徑尺寸的計(jì)算 缸體外徑 1280.681.32Dm 查機(jī)械手冊表：外徑 1取 90mm 5.缸蓋厚度的確定 缸蓋有效厚度按強(qiáng)度要求可用下式進(jìn)行近似計(jì)算： 3.754100.430.486.7.34PtDm （2.6） 式中： D缸蓋止口內(nèi)徑(mm)； T缸蓋有效厚度(mm)； T6.7mm 6.最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從缸蓋滑動支承面中點(diǎn)到活塞支承面中點(diǎn)距離為 H，稱為最小 導(dǎo)向長度。導(dǎo)向長度直接決定液壓缸的初始撓度，如果導(dǎo)向長度過小，將影響液壓缸的 穩(wěn)定性，所以在設(shè)計(jì)時需要保證有適合的最小導(dǎo)向長度。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度 H 應(yīng)滿足： 20841LDHm （2.7） 式中：L液壓缸的最大行程(mm)； D液壓缸內(nèi)徑(mm)； 取 H=50mm 7. 缸體長度確定 活塞的行程與活塞寬度的和應(yīng)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(yīng)該大于缸體內(nèi)徑 D 的 20-30 倍。 即：缸體內(nèi)部長度 30+20=50mm 缸體長度 20316024Dm（ ） （ ） 由于本次設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)安裝平臺大小的限制和實(shí)際生產(chǎn)的需求所以取缸體長度為 106mm。 2.3.4 前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中起到控制進(jìn)給量和退刀量的作用。該機(jī)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(jìn)給量和退刀量，該絲桿表面螺紋取 M20*1.5，長度取 113mm?？v向調(diào)節(jié)螺母是在絲桿調(diào)節(jié)好后，起到絲桿進(jìn)行固定的作用， 其作用與對頂螺母相同，在對頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的 作用。工作載荷有變動時，該摩擦力仍然存在。該調(diào)節(jié)螺母外徑為 40mm，內(nèi)徑為 M20*1.5 的螺紋孔，長度為 20mm。螺母外圈上打 4 個 8mm 的螺紋孔，安裝調(diào)節(jié)桿。 起到方便調(diào)節(jié)的作用。 2.3.5 后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 針對軸承圈套的加工批量大，后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)需要適應(yīng)長時間，穩(wěn)定的工作，設(shè)計(jì)出一 套軸承圈加工專用后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)地位部分的設(shè)計(jì)與前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相似，絲杠套 的具體尺寸如圖 2.7 所示，調(diào)節(jié)螺母與前調(diào)節(jié)螺母尺寸相同。為了更好的控制運(yùn)動，在本 機(jī)構(gòu)中融合了一個開關(guān)，當(dāng)臺面板運(yùn)動到距離絲桿套 2.5mm 處時，會撞擊頂桿，頂桿撞 擊感應(yīng)鐵，控制電路中構(gòu)成回路，反饋給 PLC 系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)引導(dǎo)后面的工作，臺面 板后退后，頂桿和感應(yīng)鐵在彈簧的作用下回復(fù)原位。頂桿長度為 83.5mm，頂桿前端長度 為 44.5mm 直徑為 ，中部長度為 9mm 直徑為 12mm，后端長度為 30mm 直徑為 6mm。由于頂桿的質(zhì)量很小，所以在移動時所受的摩擦力與液壓缸的推力相比微乎其 微，所以在彈簧的選擇時，只要彈簧能推動頂桿復(fù)位。由以上材料和數(shù)據(jù)，所以選擇彈 簧的外圈直徑為 12.5mm 長度為 41mm。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 圖 2.7 絲桿套具體尺寸 2.4 本章小結(jié) 本章詳細(xì)對設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，明確了設(shè)計(jì)的總體思路。然后，建立了 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，確定了縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的整體外形輪廓，然后對縱向 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的各部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，最后對前、后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)并對驅(qū)動裝置進(jìn)行了選擇。確 定了各部件的具體尺寸。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 3 基于 UG 的進(jìn)給機(jī)構(gòu)三維建模與裝配 3.1 UG軟件簡介 UG（Unigraphics NX）是 Siemens PLM Software 公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案， 它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。Unigraphics NX 針對用戶 的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。UG 是 Unigraphics 的縮寫，這是一個交互式 CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，它功能強(qiáng) 大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著 PC 硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在 PC 上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，目前已經(jīng)成 為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個主流應(yīng)用。 UG 的開發(fā)始于 1969 年，它是基于 C 語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。UG NX 是一個在二和三維空 間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件 工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不同的應(yīng)用再利用。 一個給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學(xué)或工程)、數(shù)學(xué)(分析和數(shù)值 數(shù)學(xué)) 及計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這 是因?yàn)榻M合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交叉學(xué)科的知識。最終軟件的實(shí)現(xiàn)變得越 來越復(fù)雜，以致于超出了一個人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)， 特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密（adaptivemeshrefinement）和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù) 學(xué)家研究，同時隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)展，特別是大型并行計(jì)算機(jī)的開發(fā)帶來了許多 新的可能。 UG 的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計(jì)算，為 復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。 3.1.1 UG 軟件特點(diǎn) UG 軟件融合了線框模型、曲面造型和實(shí)體技術(shù)，該系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫 基礎(chǔ)上，提供工程意義的完全結(jié)合，從而使軟件內(nèi)部各個模塊的數(shù)據(jù)都能夠?qū)崿F(xiàn)自動切 換。 UG 軟件包含工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格造型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真、確認(rèn)和優(yōu)化、NC 加工、模具 設(shè)計(jì)五大主要功能。 UG 軟件一要有智能化的操作環(huán)境，建模的靈活性，參數(shù)化建模特性，協(xié)同化的裝配 設(shè)計(jì)，集成的工程圖設(shè)計(jì)等五大特點(diǎn)。 3.1.2 UG 軟件設(shè)計(jì)流程 UG 軟件的設(shè)計(jì)操作都是在部件文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在 UG 專業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，通 常具有固定的模式和流程。UG 的設(shè)計(jì)流程主要是按照實(shí)體、特征或曲面進(jìn)行部件的建模， 然后進(jìn)行組建裝配經(jīng)過結(jié)構(gòu)或運(yùn)動分析來調(diào)整產(chǎn)品。確定零部件的最終結(jié)構(gòu)特和技術(shù)要 求，最后進(jìn)行專業(yè)的制圖并加工成真實(shí)的產(chǎn)品。 使用該軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能直觀，準(zhǔn)確的反映零、組件的形狀和裝配關(guān)系，可以 完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，工藝制造的無紙化開發(fā)，并可與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、工裝制造等 工作同步進(jìn)行，從而大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期 6。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 3.1.3 UG 軟件的應(yīng)用范圍 UG 是集 CA/CAE/CAM 為一體的三維機(jī)械設(shè)計(jì)平臺，也是當(dāng)今世界上泛應(yīng)用的計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一。該軟件的 CAD 功能使當(dāng)今制造業(yè)公司的工程、設(shè)計(jì) 以及制圖能力得以智能化。CAM 功能采用 NX 設(shè)計(jì)模型為現(xiàn)代化機(jī)床提供了 NC 編程， 用來描述所完成的部件。CAE 功能模塊提供了很多產(chǎn)品、裝配和部件性能模擬能力，跨 越了廣泛的工程學(xué)科范圍。此外，UG NX 不僅是一個集成的設(shè)計(jì)和開發(fā)軟件，而且還超 越了人們生產(chǎn)力的范疇，能夠提高整體流程以及該流程中每個步驟的效率，從而廣泛應(yīng) 用于航空、航天、汽車、通用機(jī)械和造船等工業(yè)領(lǐng)域。 3.1.4 UG 軟件設(shè)計(jì)的意義 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法，不僅僅局限于簡單的靜態(tài)的平面設(shè)計(jì)，而是越來越側(cè)重于三維 實(shí)體設(shè)計(jì)和動態(tài)分析。機(jī)構(gòu)仿真是機(jī)械系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中一門新的應(yīng)用技術(shù)，它具有 模擬樣機(jī)數(shù)值仿真、縮短設(shè)計(jì)周期、限定設(shè)計(jì)成本、在物理樣機(jī)產(chǎn)生之前預(yù)先評估設(shè)計(jì) 作用和功效，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的經(jīng)典所在，而 UG 軟件則為這種設(shè)計(jì)方法提 供了一個平臺。 3.2 縱向機(jī)構(gòu)的三維建模 在機(jī)械設(shè)計(jì)中利用軟件建立零件的摸型，應(yīng)當(dāng)保證軟件建立的模型的準(zhǔn)確性，可靠 性和美觀性。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要側(cè)重于縱向機(jī)構(gòu)的建模和運(yùn)動仿真，縱向機(jī)構(gòu)的制造 過程中闖頭和調(diào)節(jié)絲桿是通過焊接連接在一起的，所以在建立模型的過程中，這兩個零 件不需要要按照設(shè)計(jì)的零件圖紙的標(biāo)準(zhǔn)畫的那么精細(xì)來保證畫完后的部件的總體的準(zhǔn)確 性，而且在建立摸型的過程中，完全可以參考零件的基本尺寸來建模。 運(yùn)用 UG 軟件建立軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)三維模型的過程中，運(yùn)用較多的 是 UG 軟件的草圖功能、拉伸功能、基準(zhǔn)平面功能、布爾運(yùn)算功能、鉆孔功能、鏡像功能、 旋轉(zhuǎn)功能和裝配功能等幾個功能。 根據(jù)上一章的設(shè)計(jì)結(jié)果分析本縱向機(jī)構(gòu)可以大致分為前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、油缸、臺面板、 進(jìn)給導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、底板、后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)六大部分，而每個部分里面的零件也比較零散，一開 始按圖紙的某個方向畫起來比較繁雜，因此在建模剛開始時，可以按以下的大體步驟進(jìn) 行，先大致確定部件中的零件的基本布置，類似的零件的名稱和數(shù)量，看看部件的零件 之間是否存在聯(lián)系，比如對稱之類的關(guān)系，這樣建模的時候可以達(dá)到事半功倍的效果。 下面介紹一下軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)的建模過程。 3.2.1 縱向底板的建模 縱向底板主要起安裝，支撐其他部件的作用，如液壓缸支架，燕尾板，調(diào)節(jié)絲桿等 都安裝在底板上面，然后將底板與其他機(jī)構(gòu)固定在一起，對其建模，可以先參數(shù)生成 311*150*120mm 的長方體，然后用布爾運(yùn)算去除掉中間的材料，然后利用布爾運(yùn)算打出 左邊 60mm、28mm 及右側(cè) 28mm 的通孔，運(yùn)用孔命令打出左側(cè) 4 個 M10 深度 35mm 以及底板上 4 個 M8 的螺紋孔，難點(diǎn)在孔的定位，孔的定位我們可以用孔命令，繪 制截面，在截面上繪制草圖，定位孔的位置。底板上的 4 個螺栓定位孔，可以先用草圖 命令繪制出草圖，然后運(yùn)用拉伸命令拉伸，最后運(yùn)用陣列畫出其他三個孔。底板的三維 模型如圖 3.1 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 3.1 縱向底板的三維模型 3.2.2 縱向燕尾板建模 縱向燕尾板是進(jìn)給機(jī)構(gòu)中一個重要組件，起著穩(wěn)定縱向臺面板運(yùn)動從而控制刀具運(yùn) 動的作用，因此對燕尾板的建模要嚴(yán)格參考相關(guān)尺寸，模型的準(zhǔn)確度達(dá)到更高要求。 燕尾板代替滾珠絲桿起到導(dǎo)向的作用，摩擦為表面摩擦，為了增加其耐磨性和使用 壽命，需要對燕尾板表面進(jìn)行發(fā)黑處理，使金屬表面產(chǎn)生一層氧化膜，以隔絕空氣，達(dá) 到防銹目的。 對其建模首先在草圖界面繪出燕尾板的截面圖形，截面為上底 103mm 下底 74.13mm 高為 25mm 的梯形，對二維圖形進(jìn)行拉伸，拉伸長度為 190mm，建立出燕尾板的三維模 型，然后在板上鉆沉頭深度為 8.5mm 直徑 13mm，孔直徑 8.5mm 的沉頭孔，然后對 孔運(yùn)用鏡像功能，鉆出其他孔。該城頭孔的作用是在安裝后，使緊固螺栓的螺帽在沉頭 孔中，使其不影響臺面板和燕尾板的配合。如圖 3.2 所示 圖 3.2 縱向燕尾板的三維模型 3.2.3 剎鐵的建模 剎鐵在安裝過程中留足夠的間隙方便臺面板和燕尾板的裝配，在機(jī)構(gòu)使用中，通過 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 4 個螺栓與臺面板連接，控制臺面板和燕尾板之間的間隙，提高導(dǎo)向精度。在其建模的過 程中，先在草圖界面中繪制出截面，底邊高 25mm 斜邊高角度為 60 度的平行四邊形，再 拉伸 180mm，利用 WCS 命令建立坐標(biāo)，運(yùn)用“孔”命令沿 x 軸正方向打出 9mm 深度 3mm 的孔，通過矩形陣列畫出其他幾個螺栓孔，如圖 3.3 所示 圖 3.3 剎鐵的三維模型 3.2.4 縱向臺面板的建模 縱向臺面板是進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的一個重要部件，起到固定刀架和導(dǎo)向的作用。對其建模， 先在草圖界面繪出其截面圖，再使用拉伸命令拉伸 180mm，后面對其鉆孔，利用陣列繪 出其他孔。其建模過程可以參照底板的建模過程。如圖 3.4 所示 圖 3.4 縱向臺面板的三維模型 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 在臺面板的建模過程中需要用到多種 UG 命令，如下： 1.“草圖”命令用于繪制截面的二維曲線，然后創(chuàng)建曲面和實(shí)體特征。 2.“拉伸”命令用于創(chuàng)建曲面的實(shí)體特征，也就是將曲線拉伸成拉伸體，我們可以在 拉伸命令中直接選擇繪制曲線進(jìn)行曲線繪制。拉伸界面如圖 3.5 所示 圖 3.5 拉伸界面 3.“孔”命令，對實(shí)體建立沉頭孔，螺紋孔，埋頭孔。其界面如圖 3.6 所示 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 圖 3.6 孔命令界面 4.“鏡像”命令，對于對稱的實(shí)體建模而言，這個功能是非常有用的，可以將實(shí)體特 征進(jìn)行鏡像，從而提高建模的效率。 3.2.5 油缸的建模 油缸是縱向機(jī)構(gòu)的核心，油缸給縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)提供動力。使縱向機(jī)構(gòu)能精準(zhǔn)的運(yùn)動。 油缸由前端蓋（直徑 90mm、厚度 33mm） ，后端蓋（長 100mm、寬 100mm、厚 27mm） ，活塞，油缸缸套（外徑 90mm、壁厚 5mm） ，油缸調(diào)節(jié)座，拉桿，油缸防塵罩 （外徑 90mm、壁厚 5mm）組成，他的建模也是最復(fù)雜的，用到拉伸、打孔、挖槽、抽 殼、倒角等命令。對其建模先畫出油缸調(diào)節(jié)座，后面依次畫出油缸防塵罩、油缸前端蓋、 油缸活塞桿、油缸套、后端蓋，最后畫出拉桿，通過矩形陣列，畫出其他 3 個拉桿。其 模型如圖 3.7 所示 圖 3.7 油缸的三維模型 3.2.6 前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的建模 前調(diào)節(jié)絲桿是縱向機(jī)構(gòu)一個重要的部分，由外螺紋 M20*1.5 長 113mm 絲桿、內(nèi)螺紋 為 M20*1.5 的調(diào)節(jié)螺母、調(diào)節(jié)桿、闖頭組成。調(diào)節(jié)絲桿用以調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量，調(diào)節(jié)螺 母用以緊固調(diào)節(jié)絲桿，防止在實(shí)際工作過程中因?yàn)檎饎訉?dǎo)致絲桿滑動，影響加工精度。 在實(shí)際生產(chǎn)中，為了方便裝配調(diào)節(jié)絲桿和闖頭是分開加工，裝配好后，通過焊接固定， 在建模過程中可直接將這兩個零件連接在一起。前調(diào)節(jié)絲桿和闖頭如圖 3.8 所示 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 3.8 前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的三維模型 3.2.7 后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的建模 后調(diào)節(jié)絲桿由頂針，M12 調(diào)節(jié)螺絲尼龍并帽、調(diào)節(jié)套、絲桿、感應(yīng)鐵、絲桿尼龍?zhí)住?（內(nèi)螺紋為 M28*1.5、寬 10mm 的調(diào)節(jié)并帽、絲桿套、M20*1.5）調(diào)節(jié)螺母、(前端長度為 44.5mm 直徑為 6，中部長度為 9mm 直徑為 12mm，后端長度為 30mm 直徑為 6mm) 頂桿組成，其作用是控制縱向機(jī)構(gòu)進(jìn)給量，在機(jī)構(gòu)工作時，臺板撞擊頂桿，頂桿 撞擊感應(yīng)鐵，使信號電路通路，向控制系統(tǒng)發(fā)出信號，從而起到開關(guān)的作用。對其建模 需用到草圖、拉伸、抽殼、切槽、鏡像等命令。在建模時，先畫出調(diào)節(jié)絲桿套，再依次 畫出頂桿、絲桿尼龍?zhí)住⒏袘?yīng)鐵、M12 螺絲尼龍并帽、絲桿、調(diào)節(jié)套。其三維模型如圖 3.9 所示 圖 3.9 縱向后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的三維模型 至此完成縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的三維建模。下面進(jìn)行縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配。 3.3縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)各個部件的整體單元化建立完成后，需要在 UG 軟件的環(huán)境下進(jìn)行裝配。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 UG 的裝配過程就是通過裝配模塊把單個的零件或者子裝配組合起來成為整體。裝配 是機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)，裝配處于產(chǎn)品制造所必須的最后階段，產(chǎn)品的質(zhì)量(從 產(chǎn)品設(shè)計(jì)，零件制造到產(chǎn)品裝配)終通過裝配得到保證和檢驗(yàn)。 在本次的裝配中采用自底向上的裝配方法，這是一個先全部設(shè)計(jì)好裝配中的組件， 然后將組件添加到裝配中，通過給定相配零件之間的配對約束關(guān)系，得到裝配體的過程 在這次的裝配中在 UG 的開始界面設(shè)置新建功能為裝配，設(shè)置好名稱和文件存儲路徑后確 定即可進(jìn)入裝配環(huán)境。點(diǎn)擊菜單欄中的添加組件按鈕，在彈出添加組件對話框內(nèi)，打開 底板文件，設(shè)置為絕對原點(diǎn)定位，點(diǎn)擊確定后，將縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的底板添加進(jìn)裝配中， 裝配的坐標(biāo)系在底板建模時的坐標(biāo)系處。 點(diǎn)擊添加組件，添加燕尾板，燕尾板的定位通過約束，參照設(shè)計(jì)的尺寸和組件的特 性，運(yùn)用同心約束、接觸約束，完成底板和燕尾板的約束。 臺面版和剎鐵的裝配可以參照底板和燕尾板的裝配步驟進(jìn)行。添加臺面板和剎鐵的 裝配模型如圖 3.10 所示 圖 3.10 組件裝配圖 a 接著完成油的裝配，點(diǎn)擊添加組件，添加油缸，通過 4 根拉桿的對齊約束和油缸前 端蓋和底板的面接觸約束，將油缸安裝到底板上。如圖 3.11 所示 圖 3.11 組件裝配圖 b 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 然后安裝節(jié)機(jī)構(gòu)，點(diǎn)擊添加組件將后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)導(dǎo)入裝配圖中。創(chuàng)建調(diào)節(jié)套和底板的 距離約束和中心對齊，將后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝配到主體上。然后安裝前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝配方法參照 后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的裝配方法。最終完成縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配，如圖 3.12 所示 圖 3.12 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝配圖 裝配結(jié)束后，需要對各個組件之間進(jìn)行干涉檢查。靜態(tài)干涉檢驗(yàn)不考慮組件的運(yùn)動。 干涉檢測結(jié)果包括：接觸、包容、不干涉、干涉四種類型。干涉檢查可以進(jìn)行選定組件 之間的檢查，也可以對整個裝配體進(jìn)行干涉檢查。 點(diǎn)擊菜單欄中的分析”/“裝配間隙”對整個裝配體進(jìn)行干涉檢查，如果發(fā)現(xiàn)干涉檢查 中存在包容或干涉，那么說明兩個裝配體之間存在尺寸關(guān)系的錯誤，需要對模型進(jìn)行重 新修改。此時修改可以根據(jù)干涉檢驗(yàn)結(jié)果有針對性的修改。縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的干涉檢查結(jié) 果如圖 3.13 ，3.14 所示。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 圖 3.13 干涉檢查結(jié)果 a 圖 3.14 干涉檢查結(jié)果 b 由圖 3.13 和圖 3.14 可知該裝配無零件干涉，符合實(shí)際要求。 3.4本章小結(jié) 縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)在后面的運(yùn)動仿真中，模型的準(zhǔn)確度對仿真結(jié)果的精度有著很大 的影響。因此在縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的組件的建模和縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配過程中，要 嚴(yán)格按照縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時的尺寸要求，充分發(fā)揮 UG NX 軟件強(qiáng)大的建模功能， 在保證縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)組件的準(zhǔn)確性和美觀性，更能確保裝配好后的縱向自動進(jìn)給機(jī) 構(gòu)組件間的位置的精確性，為縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)后面的仿真效果做好鋪墊。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 4 縱向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 4.1 UG運(yùn)動仿真簡介 目前計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一門高科技技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造，尤其是航空，航天 等領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，是一個不可缺少的輔助工具，他可以在制造產(chǎn)品 前，就能夠很好地對產(chǎn)品的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行掌握，以便減少損失；同時還能縮短開發(fā)周期， 提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮重要作用。由于目前機(jī)械系統(tǒng)研究中，動力學(xué)仿真主要采用的 是 ADAMS 軟件，但對于中小企業(yè)來說，專業(yè)化的動力學(xué)軟件相對來說比較昂貴，而 UG 的仿真模塊可以對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)仿真，分析機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件上各點(diǎn)的位移，速度和加速 度，并通過加入驅(qū)動控制函數(shù)，可以控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律。因此，對于一般的產(chǎn)品進(jìn)行 基本的運(yùn)動分析，可以從 UG 運(yùn)動分析模塊-UG/motion 來替代 ADAMS。 UG 運(yùn)動仿真模塊是 CAE 應(yīng)用軟件，它是 UG/CAE（Computer Aided Engineering） 模塊中的主要部分。用于建立運(yùn)動機(jī)構(gòu)模型，分析其運(yùn)動規(guī)律。運(yùn)動仿真模塊自動復(fù)制 主模型的裝配文件，運(yùn)動仿真是 UG/CAE（Computer Aided Engineering）模塊中的主要部 分它能對任何二維或三維機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動學(xué)分析、動力分析和設(shè)計(jì)仿真。通過 UG/Modeling 的功能建立一個三維實(shí)體模型，利用 UG/Motion 的功能給三維實(shí)體模型的 各個部件賦予一定的運(yùn)動學(xué)特性，再在各個部件之間設(shè)立一定的連接關(guān)系既可建立一個 運(yùn)動仿真模型。UG/Motion 的功能可以對運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量的裝配分析工作、運(yùn)動合理性 分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡(luò)等，得到大量運(yùn)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動參數(shù)。通過對這個運(yùn) 動仿真模型進(jìn)行運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)運(yùn)動分析就可以驗(yàn)證該運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并且可 以利用圖形輸出各個部件的位移、坐標(biāo)、加速度、速度和力的變化情況，對運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn) 行優(yōu)化。 4.1.1 UG 運(yùn)動仿真主界面 在建立仿真之前要先打開 UG/運(yùn)動仿真主界面，在 UG 的主界面中選擇“菜單” /“運(yùn)動仿真” 進(jìn)入運(yùn)動仿真界面后，它和建模界面相比有一些變化。運(yùn)動仿真界面分為 4 大部分： 菜單欄、工具欄、運(yùn)動導(dǎo)航器和繪圖區(qū)。如圖 4.1 所示 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 圖 4.1 運(yùn)動仿真界面 運(yùn)動導(dǎo)航器在運(yùn)動仿真操作中很重要，很多重要的命令或操作只能在運(yùn)動導(dǎo)航器實(shí) 現(xiàn)。如：創(chuàng)建，刪除仿真，求解器選擇等。運(yùn)動導(dǎo)航器以圖形樹的形式詳細(xì)顯示各數(shù)據(jù)。 在導(dǎo)航器中可以使用連桿，運(yùn)動副，約束等任何運(yùn)動工具欄的命令。設(shè)置運(yùn)動仿真環(huán)境 和運(yùn)動仿真求解器。對運(yùn)動仿真進(jìn)行動畫，電子表格，曲線等分析。運(yùn)動工具欄幾乎可 以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動仿真所有命令的執(zhí)行。從連桿的創(chuàng)建到運(yùn)動副，載荷設(shè)置和載荷傳動等，甚 至包括運(yùn)動分析，如圖 4.2 所示 圖 4.2 運(yùn)動工具條 4.2運(yùn)動仿真的流程 運(yùn)動仿真流程圖如圖 4.3 所示，各步驟的簡介如表 4-1 所示 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 新建運(yùn)動仿真 環(huán)境設(shè)置 創(chuàng)建連桿 定義材料 創(chuàng)建運(yùn)動副 添加載荷和接觸 創(chuàng)建驅(qū)動 指定封裝選項(xiàng) 創(chuàng)建解算方案 求解 執(zhí)行分析工作 圖 4.3 運(yùn)動仿真流程圖 表 4-1 運(yùn)動仿真各步驟的簡介 名稱 簡介 新建運(yùn)動仿真 在運(yùn)動導(dǎo)航器，右擊控件節(jié)點(diǎn)，新建仿真。 環(huán)境設(shè)置 根據(jù)分析類型，需要初始化環(huán)境設(shè)置。 創(chuàng)建連桿 連桿包括柔性連桿和剛體連桿，剛體連桿可以定義質(zhì)量 特性等參數(shù)，慣性，移動速度和旋轉(zhuǎn)速度等。當(dāng)環(huán)境選 項(xiàng)設(shè)置柔性動力學(xué)后，柔性連桿才被激活，需要有限元 分析的結(jié)果文件，后綴為 RFI 的文件。 定義材料 動力學(xué)分析必須設(shè)置零部件的材料屬性。軟件默認(rèn)密度 為 7.83-6Kg/mm3 創(chuàng)建運(yùn)動副 兩構(gòu)件直接接觸組成的可動連接，它限制了兩構(gòu)件之間 的某些相對運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)副，圓柱副，平面副，球面副， 螺旋副等。其他運(yùn)動副，齒輪副，齒輪齒條副，線纜副 等。 添加載荷和接觸 如果有必要，定義力量，扭矩，彈簧，阻尼器，襯套， 接觸。 創(chuàng)建驅(qū)動 一般在運(yùn)動副對話框中設(shè)置驅(qū)動，也可以單獨(dú)新建運(yùn)動 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床縱向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 驅(qū)動。 指定封裝選項(xiàng) 指定封裝選項(xiàng)，可以對有必要的零件進(jìn)行分析，如零件 干涉，零件軌跡跟蹤，零件測量等。 創(chuàng)建解算方案 創(chuàng)建一個或多個解算方案，可以在同一個機(jī)構(gòu)里設(shè)置不 同的條件，方便結(jié)果對比。 求解 可選擇 Adams 求解器和 RecurDyn