GBW92外圆滚压装置设计

1、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，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

2、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 application scope and economic value

3、multiplied with other information of this installation. The outer-circle processing of Inner prop drum usually uses a working procedure, called LathingGrinding and so forth. However, this device mentioned above adopts a new way named Rolling processing, aiming at achieving the requests of coarseness

4、 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 lathes are reconstructed and the tool h

5、olders 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 ecumenical manufacturer could have the capabi

6、lity 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目 录摘要 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

7、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 5 2. 1设计参数 5 2. 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轴承寿命计算 164.4导轨的选定 164.5其余结构的确定 174.5.1滚

8、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)，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

9、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. 8m，而且由于加工硬化提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

10、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

11、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

12、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、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

13、，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，

14、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、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

15、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

16、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

17、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 内径为75mm粗糙度Ra0.8m

18、直线度为选用机床： 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 工业遥控设备最大的变化是,他们将形成一个更广泛的多种结构和机制。 在许多情况下,牵涉到自动装置系

19、统的配置,不会立即被认为是机器人。例如,自动操作半导体生产的遥控装置已远远不同于那些用在汽车制造业的遥控装置。我们会有那么一天：更多这类可编程加工的遥控设备种类会比现今有的传统遥控设备来得多。一个突发性转变即将来临；它的潜力是巨大的，因为不久后遥控设备不仅能够提升成本效益，也能产生前所未有的优势和操作应用。 远景展望 尽管机器人研究者希望仿效人类的智慧和外表,但是从未成功过。大多数机器人仍是无形的，也并非万能，也不能快速识别目标物体。两足直立行走的机器人微乎其微，比如本田P3就侧重于研究和示范样本。 较少结合工业机器人机器视觉系统,因此它的要求,而不是机器人机器视觉视野。 早期机器视觉领养付很

20、高的价格,因为需要的技术知识民心等制度。 例如,在八十年代中期,从辛辛那提市Milacron弹性制造系统的$900,000的机器视觉系统。 到1998年,平均价格已降至$40000,并且价格继续下降。 今天,从Cognex, Omron花$2,000就能买到简单的配有视觉套传感器的模式。减价反映了当今电脑成本的降低,和为特殊工作如侦察业等的视觉系统的重点开发。 机器人在世界各地的使用 工业机器人的销售已上升到创纪录水平,它对家务杂事如除草和地毯吸尘有着巨大的未开发的潜力。去年有3000个水下机器人、2300个爆破机器人和1600个外科手术机器人开始工作。 预计吸尘和除草的家用机器人将大幅度增加

21、，从2000年的12500到2004年末的500，000。iBOT Roomba吸尘器价格现在不到$200.00。近日炭疽恐慌,人们越来越多地使用机器人排架邮局的资料。事实上,美国邮政自动化有其巨大的潜力。去年，1000个机器人被安装来分类包裹。美国邮政总署估计,它有可能使用80,000机器人进行分类包裹。 环顾今日在我们身边的机器人:瓦斯自动泵、银行自动柜员机、自助式测试线，机器已经取代许多服务工作。 在今后的数十年，不难想象图像处理的发展进步、微处理器速度和人为模拟可能导致自动化成为世界上最无聊、低智力、低工资的工作。 Marshall Brain，HowStuffW的创办人，写了两篇有趣

22、的关于未来机器人的论文，很值得一读。 他觉得在今后40年内机器人将代替许多人类工作，那是很有可能的。根据Marshall Brain的预测,在他的论文机器人种族,人性化机器人将在2030年得到普及。他们将取代目前由人类从事的工作，如快餐服务清洁房间和零售服务。 除非找到办法来弥补这些失去的就业机会, Marshall Brain估计在2055年超过50%的美国人将由机器人代替而失业。 智能机器人将运用到每个角落全球的HAL和数据与传感机器正在快速地接近。 事实上,在某些方面智能机器人已开始承担起人类的工作。 由于处理能力倍增,以及记忆装置技术带来更小更精确的传感器和传动,机器人将以新颖、各式各

23、样地精彩的应用，成为今后滋生代新产品。 工业机器人 绝大多数机器人被应用在制造业等重复性任务比如给汽车喷漆以及简单装配。2000年全世界大约有10万名新的机器人,其中将近一半在日本，所以日本是最大的用户。 在2002年年底有近80万工业机器人,这个数字有可能在2004年末增加到近100万人。 在过去十年中机器人的运用增加了,而同时价格则一直下滑。今天,机器人制造有1-2年的偿还期限。在北美,机器人的价格相对于劳动力成本已降至26，如果考虑质量的提高则将低至12。 工业机器人的销售已达到纪录水平,在家务中，像清除草坪和清洁地毯方面，它有巨大的开发潜力 。许多新的应用机器人 随着机器人智能提高,以

24、及传感器、传动和运行机制的日甄完善,它的应用以大大增加了。现在有成千上万的水下机器人、破坏机器人、甚至还有用远程机器人来拆除手术。 数十个实验搜救机器人踏遍倒塌的世界贸易中心双塔楼搜索残骸。机器人专家小组在第一现场操作实验机器人，用来探寻瓦砾。在阿富汗战争中所使用的机器人是美军作战的工具。他们被送入洞穴、建筑物或其他地区的, 作为部队的前锋，以防止人员伤亡。 巨人步行机器人被用来伐木。它用六个关节移动，前进和后退、横走、斜走，还可以转身和跨越障碍物。 在柏克莱分校,一个名叫micromechanical的微型昆虫飞行机器人,它有非常自然地精确度的节奏拍打翅膀。他们的目标是建立一个又小、又灵活的

25、装置可以探测火星表面和安全监察危险化学品泄漏,例如,秘密侦查敌军,。 预计吸尘和除草的家庭机器人将大幅度上升。现今用机器人做家务是很实际的。一个低廉的房屋清洗机器人近日出台了。一个极其畅销的小型电动车吸尘器（Roomba）标价$199，它绕完整个地板,期间它所到之处都被打扫和除尘了。 Rodney Brooks? iRobot Roomba由马萨诸塞州的iRobot生产。iRobot是多家公司中的一员，他们联合计划在今后几年内推出一系列新的机器人。不久将推出新产品机器人，包括自动地板清洁器和实业工具，从而去从事无聊、肮脏、危险的工作,如检查油井。 当然,自治油井督察人员并不像一些有识之士所预言

26、的那样会和机器仆人一样颤动。虽然还是不太引人注目，但是人工智能和机器人正进入日常生活。 Rodney Brooks,人工智能实验室主任、美国iRobot公司的董事长,参与了这场十年变革。他的新书 Flesh & Machines 主要研究与生命有关的许多主题的机器人。Brooks创造他所谓的situated creatures的热情是本书的中心, situated creatures是我们后来当作我们的老师和同伴。Rodney Brooks麻省理工实验室挤满了机器人，从机械腿到具有人类特性的机器人，用人类一样的表情和动作，依靠人力机器人接口。Brooks认为要人们接受机器人的生活是有争议的。普通版机器的第一代已经被实验室遗弃了。 Rodney Brooks对post-PC的未来有他的想法：传感器和微处理器应该装在汽车里面、办公室和家里，并通过各种言论和动作接口在上衣口袋进行资料检索,还有用于沟通、做各种各样的事情。 他坚持认为,智能时代,移动机械已经开始出现。你只需要知道哪里可以找到它们，或者在油井