外圓無心磨床導輪架結構設計【3張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務書+開題報告】

外圓無心磨床導輪架結構設計

31頁 11000字數(shù)+論文說明書+任務書+3張CAD圖紙【詳情如下】

外圓無心磨床導輪架結構設計開題報告.doc

外圓無心磨床導輪架結構設計論文.doc

外圓磨床砂輪架部件圖.dwg

外圓磨總裝圖.dwg

外文翻譯--數(shù)控系統(tǒng)在平面磨床上應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.doc

導輪架裝配圖.dwg

目錄

第1章  緒論 2

1.1 磨床的類型與用途 2

1.1.1  磨床的類型及其特點 2

1.1.2  磨床的用途 3

1.1.3  外圓磨削和端面外圓磨床 4

1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 5

第2章：課題意義及任務 7

第3章  磨床總體布局 8

3.1 磨床總體設計 8

3.2、總體設計注意事項 8

3.3 磨床總體布局設計 8

3.3.1  加工零件 8

3.3.2  初步估計組成部分 8

3.3.3  總體布局初步設計 8

3.3.4  縱向與橫向尺寸的確定 9

3.3.5  導輪架相關尺寸設計 11

3.3.6  頭架相關尺寸的確定 14

3.3.7  尾架相關尺寸的確定 15

3.3.8  工作臺 15

3.3.9  橫向進給機構 15

3.3.10  砂輪修整器 15

第4章  部件設計（導輪架） 16

4.1 導輪架設計的基本要求 16

4.2 主軸旋轉精度及其提高措施 16

4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性 16

4.4 導輪架主軸初步設計 16

4.5 主軸剛度校核 18

4.6 動靜壓軸承 19

4.7 傳動裝置設計 20

結論 29

致謝 30

參考文獻 31

第1章  緒論

1.1 磨床的類型與用途

1.1.1  磨床的類型及其特點

用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統(tǒng)稱為磨床（英文為Grinding machine），它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的[1]。

磨床種類很多，主要有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等[2]。

對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等

以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。

磨床與其他機床相比，具有以下幾個特點：

1、磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉運動（一般砂輪圓周線速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上發(fā)展）；

2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件；

3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；

4、易于實現(xiàn)自動化和自動線，進行高效率生產(chǎn)；

5、磨床通常是電動機---油泵---發(fā)動部件，通過機械，電氣，液壓傳動---傳動部件帶動工件和砂輪相對運動---工件部分組成[1]。

1.1.2  磨床的用途

磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。

隨著科學技術的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，各種高硬度材料的應用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削，進一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達的國家中，磨床在機床總數(shù)中的比例已達30%----40%。

據(jù)1997年歐洲機床展覽會(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占23%， 鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%[3]。由此可見，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工會要在相應的精密磨床上進行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應該滿足以下幾個基本要求： 

1.高幾何精度。 精密磨床應有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉精度和導軌的直線度以保證工件的幾何形狀精度。主軸軸承可采用液體靜壓軸承、短三塊瓦或長三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動壓軸承及動靜壓組合軸承等。當前采用動壓軸承和動靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動一般應小于1um，軸向圓跳動應限制在2—3um以內(nèi)。

2.低速進給運動的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導程要求10—15mm/min，因此工作臺必須低速進給運動，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。

3.減少振動。 精密磨削時如果產(chǎn)生振動，會對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重不良影響。故對于精密磨床，在結構上應考慮減少振動。

4.減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達到總誤差的50％，故機床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實現(xiàn)精密磨削的主要障礙

1.1.3  外圓磨削和端面外圓磨床

1.外圓磨削

在外圓磨削過程中，工件是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉是引起切削旋轉的主要來源和原因?；镜猛鈭A磨削方法有兩種，即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓，如圖1－1和圖1－2所示。

事實上，外圓磨削可以通過其他以下幾種方法來實施：

（1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉以及徑向進給都應滿足所有的整個長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進給來調(diào)整的。

（2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過砂輪的縱向進給和無軸向進給來完成的，正如我們所看到的，只有在表面成為圓柱的寬度比磨削輪磨損寬度短時，這種方法才能完成。

為了克服現(xiàn)有無心磨床的導輪傳動裝置的技術不足,本實用新型提供一 種無心磨床的導輪傳動裝置，該導輪傳動裝置結構簡單、生產(chǎn)成本低，使磨 床的加工精度進一步提高，傳動裝置勿需經(jīng)常進行調(diào)整，并且可降低對伺服 電機功率的要求。問題所采用的技術方案是：設有異輪機頭座，導 輪機頭座的下端經(jīng)軸承安裝有導輪主軸，導輪主軸上固定有導輪，導輪主軸 的端部固定有蝸輪，導輪機頭座上固定有伺服電機，伺服電機的轉軸上安裝 有蝸桿，蝸桿與蝸輪相嚙合。用于無心磨床，結構簡單、生產(chǎn)成本低，蝸 輪與蝸桿之間傳動平穩(wěn)、無振動，可以保證旋轉體以很高的精密度旋轉，加 工高精密度產(chǎn)品，傳動動力大，可降低對伺服電機功率的要求，從而節(jié)約電能。 

結論

經(jīng)過三個多月的努力，我順利完成了畢業(yè)設計的任務，對磨床的設計過程有了一個基本的認識，特別對數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的設計過程有了深刻和清晰的了解。這次畢業(yè)設計是對我大學四年所學知識的一次綜合應用，它涉及到機械制圖、機械制造技術、機械原理、機械設計、機械裝備設計、液壓系統(tǒng)設計、數(shù)控技術、互換性和測量技術、單片機、電子信息技術等多門課程的內(nèi)容，使我對知識的綜合知識的運用有了很大的提高。

本次設計的數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A可以同時加工帶軸肩類零件的外圓和端面，從而提高了磨削效率，減少加工時間，節(jié)省工件的生產(chǎn)成本。

在數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的設計過程中，郭老師讓我們四個人每人負責一部分，我負責的是數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的導輪架部分。起初我們四個人在一起討論磨床的總體布局圖，每個人提出自己的想法，然后由大家來討論，在這樣的討論和交流中，我們都學到了不少知識，知道自己方案的優(yōu)點和缺點，最后我們討論出來一套最優(yōu)方案。

本次畢業(yè)設計我負責的部件是導輪架，導輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉的關鍵部件，主要由傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是導輪架的主要組成部分。首先是根據(jù)導輪架主軸的要求進行軸的設計，然后再選取軸承，設計皮帶和皮帶輪等等。在這個過程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設計等用到了大量的計算。

由于磨床是高精密加工機床，對各部件的設計要求都較高。為了提高旋轉精度，我主要做了以下工作：

1.在選擇軸承的時候，我選用了動靜壓軸承。，動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點，又克服了兩著缺點的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動壓軸承啟動和停止時出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結構，在主軸啟動后，依靠淺腔階梯效應形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對置結構又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉精度和運轉平穩(wěn)性。

動靜壓軸承廣泛用于高速精密設備中.目前，在改造舊精密磨削設備方面，用得較多的是北京中航設備改造廠的WMB型表面節(jié)流液體動靜壓混合軸承。

2.在導輪架傳動裝置設計中，采用了多楔帶皮帶和多楔帶帶輪。多楔帶兼有V帶和平帶的優(yōu)點，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動平穩(wěn)。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動，工作面為楔側面。

3.為了減少外載荷對導輪架主軸的影響，提高導輪架主軸的承載能力，在帶輪的安裝方面，采用了卸荷皮帶輪的方案，即多楔帶皮帶輪不是直接安裝在導輪架主軸上，而是安裝在支架上，然后通過花鍵套來傳遞扭矩，帶動導輪架主軸旋轉。這種方案的好處是導輪架承受的軸向力大大地減小了，導輪架主要承受扭矩，達到減小導輪架主軸變形、提高導輪架主軸的承載能力和提高旋轉精度等目的。

需要補充一點的是，在導輪架主軸的設計中，因為軸的中間部分只有一部分需要進行精加工，以便安裝動靜壓軸承，其余部分則沒有什么特殊的加工要求?？紤]到加工成本的問題，我采取將導輪架主軸中間一部分半徑減小的方法，從而減少了精加工的長度，減小了工件的加工成本，但這樣做會減小導輪架主軸的剛度。

這次畢業(yè)設計對我大學所學的知識進行了綜合，對我運用知識的能力有了很大提高，特別是培養(yǎng)了我理論結合實際的作風，改變了我以前設計不切合實際的想法，很多設計力求標準化和規(guī)范化。

致謝

經(jīng)過三個多月的努力，畢業(yè)設計已接近尾聲了。在老師的指導下，我順利地完成了本次畢業(yè)設計的全部任務。老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和高度的責任心給我留下了很深刻的印象，同時也給我的學習、工作、生活以很大的影響，使我受益匪淺。值此論文完成之際，謹向導師表示衷心的感謝，并感謝同組同學對我的合作和支持。

此外，具有豐富磨床設計經(jīng)驗的老師給我們?nèi)M同學悉心講解圖紙和解答疑問，在次也表示衷心的感謝。最后，院里的領導和其他老師也給了我很大的關心，再一次對大家表示衷心的感謝！

參考文獻

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外圓無心磨床導輪架結構設計 畢業(yè)設計開題報告 學 院 機械工程 學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化（現(xiàn)代裝備與控制工程） 班 級 學 號 學 生 指 導 教 師 題 目 外圓無心磨床導輪架結構設計 1 綜述 外圓無心磨床導輪架結構設計 心磨削的基本概念 心磨削的基本原理 無心磨削是一種高生產(chǎn)率的精密加工方法，它是在無心磨床或帶有無心夾具（例如電磁無心夾具）的內(nèi)、外園磨床上進行的。在外圓無心磨床上磨削工件外圓表面，叫做無心外圓磨削（或外圓無心磨削）；在帶有無心夾具的內(nèi)、外圓磨床上磨削工 件內(nèi)、外表面，稱為支承式無心磨削（或履式無心磨削）。無心外圓磨削和支承式無心磨削統(tǒng)稱為無心磨削。圖 1無心磨床的一種形式。其主要部件有砂輪部件 2、導輪 外圓無心磨床導輪架結構設計 部件 5、進給機構 6、托板 3、砂輪修整器 1、導輪修整器 4 和床身 7等。在磨削時，這三大部件和工件具有一定的相對幾何位置，如圖1示。在圖 1， W 表示工件， G 表示砂輪， C 表示導輪， B 表示托板。砂輪的作用是磨削工件，因而又稱磨削輪（或磨輪），它和工件的接觸點 1 叫做磨削點。導輪的作用是引導和控制工件的運動，它和工件的接觸點 2 叫做控制點。托板是用來支 承工件的，它和工件的接觸點 3 叫做支承點。另外，導輪和托板聯(lián)合起來，可對工件進行定位，因此， 2、 3 兩點又叫做定位點。 正常工作時，磨輪和導輪同向旋轉，他們的速度分別為件的轉速為轉向和砂輪相反。通常，為使工件以進給量輪軸線應相對砂輪軸線傾斜一個角度 α ， α 被稱為導輪傾角。由于導輪傾角 α 的存在，導輪應具有近似于單葉回轉雙曲面的形狀，以保證工件和導輪線接觸。一般認為，工件運動完全取決于導輪。嚴格說，這種觀點是不全面的。從整個 磨削過程來看，若磨削短 外圓無心磨床導輪架結構設計 小工件，則工件的線速度 0二者的變化規(guī)律完全不同，如圖 1示。這至少說明工件的運動不僅僅卻絕育導輪。理論和實踐一致表明，工件的運動不僅和砂輪、導輪、托板的材料以及砂輪運動、導輪運動、磨削余量有關，而且還受到無心磨削幾何布局的影響。因此，工件的運動是砂輪、導輪和托板聯(lián)合作用的結果。 無心磨削是工件中心固定的磨削。由于工件定位表面不是理想圓柱形，而是不規(guī)則的波浪形（即圓度誤差和波紋等），如圖 1示。因此，隨著工件的轉動，其表面波紋上的任一點 M 周期性依次通過定位點 3 和 2，從而使工件中心面內(nèi)做周期性的移動，沒有固定的位置，即所謂“無心：。無心磨削（包括支承式無心磨削）和其它定中心磨削的根本差別就在于此，這也決定了無心磨削方法的某些獨特特點。 現(xiàn)在，通過和定心磨削相比較來 說明無心磨削的特點。 外圓無心磨床導輪架結構設計 圖 1定心磨削軸類工件外圓的例子。可以看出，工件的定位表面是兩端的中心孔，夾具定位元件是兩個頂尖。靜態(tài)磨削時，頂尖軸線和砂輪軸線的距離不變。這就是磨削表面相對于磨輪有了確定的位置。應該注意，定位中心孔不是在本工序加工的表面，其定位精度僅與定位基面及定位元件的精度有關，與磨削表面的原始精度及磨削過程無關。工件的轉動是靠連接主軸的夾具夾緊元件帶動的，二者沒有任何相對滑動。這就決定了砂輪與工件間的相對運動受機床傳動結構的影響，幾乎和磨削過程無關。 無心磨削和定心磨削不同 ，磨削表面就是定位表面（即自身定 外圓無心磨床導輪架結構設計 位），定位元件是導輪和托板。工件中心相對砂輪和定位元件在徑向平面內(nèi)是運動而不是靜止的。工件的運動受砂輪、導輪和托板的聯(lián)合影響。 綜上所述，和定心磨削相比，無心磨削具有以下特點： （ 1） 工件中心不固定。這是無心磨削所獨具的特點。正是這一特點，使得無心磨削和定心磨削無論在理論上還是在時間上都有著本質(zhì)的差別。這就是說，在研究無心磨削和支承式無心磨削的運動學、動力學、動態(tài)成圓理論、表面質(zhì)量特征以及工藝系統(tǒng)動態(tài)特性等一系列問題時，如若忽略了“無心”的概念，必將會得出錯誤的或具有很大局限性的結 論。 （ 2） 工件自身定位。工件的磨削表面同時又是定位面，其原始誤差和磨后誤差會反映為定位誤差，因而影響到工件磨削點附近的形狀誤差。根據(jù)這一特點，有人認為就圓度和波紋度而言，無心磨削沒有定心磨削加工精度高，這是不確切的。因為在合理選擇幾何布局之后，無心磨削具有主動成圓的功能。 （ 3） 工件的運動時由砂輪、導輪和托板的聯(lián)合控制的。工件運動的穩(wěn)定性，不僅取決于機床運動傳動鏈，而且還與工件、導輪和托板的實際情況（如工件形狀、重量，導輪及托板的材料、表面狀態(tài)，機床形式等）和采用的磨削用量、幾個布局有關。 （ 4） 無心磨削容易實現(xiàn)生產(chǎn)過程的 自動化。 心磨削的工作方法 無心磨削的方法一般可分為三種：：貫穿磨削 (縱磨 )、切入磨削 (橫 外圓無心磨床導輪架結構設計 磨 )和固定磨削。 1 貫穿磨削 所謂貫穿磨削是指在磨削過程中工件可以連續(xù)地通過整個磨削區(qū)域。根據(jù)磨削面的形狀，工件貫穿磨削區(qū)的形式多種多樣。圖 1別是磨削短軸類和長棒類工件外表面的情形，工件的貫穿運動時直線運動。圖 1磨削球面滾子的原理圖，工件的貫穿運動時圓弧運動。 對于不同類型的工作形式，其貫穿運動的方法亦有所差異。磨削較小的短光軸類工件，貫穿運動完全靠導輪對工件的軸向作 用力來實現(xiàn)，如圖 1示。磨削較大的長光軸類工件或較重工件，貫穿運動除了依靠導輪的作用力外，還要借助于附加推（或拉）動裝置，如圖1示，圖中 F 為附加力。磨削特殊形狀（如圓錐面、球面等）的工件，貫穿運動一般由螺旋的擋邊推力產(chǎn)生，圖 1是這樣。當采用螺旋導輪時，導輪軸線和砂輪軸線可以是平行的，即導輪傾角 α 為零。一般情況下，導輪傾角的取值范圍為：粗磨時， α = 2°～ 6°；精磨時， α = 1°～ 3°。 2 切入磨削 在工作中，工件僅相對砂輪徑向送進的磨削方法叫做切入磨削。圖 1切入磨削的一個例子。工件向砂輪的徑向送進依賴于導輪和托板的徑向進給，托板和導輪部件是裝在一起的。從工件的成型運動來看，導輪軸線可以沒有傾角 α ，但是為了防止磨削時工件脫離擋塊而軸向跳動，仍將導輪傾角一定的角度。傾角 α 一般很小，例如 外圓無心磨床導輪架結構設計 ≈α 但也有較大的，例如，切入磨削滾子時，導輪傾角一般為 α = 2°～ 4° 無心磨削鋼球的一個例子。 3 定程磨削 定程磨削是貫穿磨削的一種。工件在磨削時作貫穿運動，但不完全通過磨削區(qū)域，而用一個擋塊限制工件的軸向運動的終點位置，如圖 1 以上三種磨削方法主要特點及適用對象列于表 1。 表 1削方法主要特點及適用對象 無心磨削方法 適用對象 特點 貫穿式 軸類 ，棒類，軸承套圈，一般滾子，光軸，活塞銷等 生產(chǎn)率高，工件表面形狀簡單 切入式 階梯軸，滾子，帶凸肩的外圓表面等 生產(chǎn)率較高，工件表面形狀復雜 定程式 階梯軸，錐銷，圓錐滾子等 生產(chǎn)率較低，工件表面較復雜 1． 2 無心磨削的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 心磨削的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在無心 磨削的整個理論研究過程中，主要涉及到以下幾個方面的內(nèi)容：成圓過程，運動和動力學分析。 (1)無心磨削成圓過程的研究情況 無心磨削中工件磨削表面如何被磨圓，是國內(nèi)外專家和學者們員感興趣的問題。早在 20 世紀 30 年代就有這方面的論文發(fā)表，目前，國內(nèi)外仍有許多單位和個人在研究它。 研究無心磨削成圓理論比較成熟的國家有俄羅斯、日本、英國、 外圓無心磨床導輪架結構設計 德國和中國等。在符·波·費里金引入傅里葉級數(shù)的分析方法后，人們對無心磨削成圓效應有了新的認識，從而極大地推動了這一問題的研究。此后，各囡許多學者都采用了類似的方法對成圓效應進行數(shù)學分 析和解釋，得出了許多有用的結論。 迄今為止，無心磨削成圓的研究可以歸納為三個方面：幾何成圓理論、靜態(tài)成圓理論和動態(tài)成圓理論。幾何成圓理論的本質(zhì)在于導輪、砂輪、托板和工件之間的相對幾何關系決定了無心磨削的成圓過程。這種理論忽略了系統(tǒng)的振動、變形和磨削機制，僅考慮幾何關系，因而稱之為幾何成圓理論。靜態(tài)成圓理論比幾何成圓理論稍有發(fā)展。這種理論之所以稱為靜態(tài)成圓理論，是因為它除了考慮幾何關系外，還引進了系統(tǒng)靜剛度因素。動態(tài)成圓理論是比較完善的無心磨削成圓理論。這種理論不僅考慮了幾何因素，而且還考慮了磨削系統(tǒng)的振動參數(shù) (靜剛度 K，阻尼 C 和質(zhì)量 m)以及具有反饋特性的磨削機制。動態(tài)成圓理論又叫做無心磨削動態(tài)穩(wěn)定性理論。 在這些理論中，世界各國都有許多代表人物和單位。例如；俄羅斯的符·波·費罩金，符·爾勒·馬洛夫；中國的錢安寧 (A． Y)，王玉昆；同本的米津榮，古川勇二，鹽崎進，志賀紀雄，小川正義和宮下政和；德國阿亨工業(yè)大學；英國的 w． B． 。 日本學者對有局部缺口的工件進行無心磨削研究，對頻譜圖法的發(fā)展有十分重要的意義，但沒有建立諧波分布函數(shù)，不能有針對性地控制顯著 (較大 )諧波和諧波分布狀態(tài)。 20 世 紀 90 年代，國內(nèi)學者提出了無心磨削準動力學成圓理論， 外圓無心磨床導輪架結構設計 該理論有機地統(tǒng)一了幾何成圓和動態(tài)成圓兩大理論，并具備了兩種理論的優(yōu)點。 近半個世紀的無心磨削理論和實踐研究表明。工件表面圓度誤差生成主要依賴于系統(tǒng)振動、工件轉速與幾何布局。為了從本質(zhì)上描述無心磨削成圓機理， 出了諧波的頻譜圖法，研究系統(tǒng)對諸次諧波的頻率響應問題。日本學者對有局部缺口的工件進行無心磨削研究，對頻譜圖法的發(fā)展有十分重要的意義，但沒有建立諧波分布 函數(shù)，不能有針對性地控制顯著 (較大 )諧波和諧波分布狀態(tài)。所以建立無心磨削準動力學成 圓理論，研究工件表面諧波分布狀態(tài)與系統(tǒng)振動、工件轉速及幾何布局之間的內(nèi)在規(guī)律性，以實現(xiàn)諧波的合理控制，并進一步發(fā)展頻譜圖法。準動力學諧波生成機理較有效地描述了工件表面的諧波生成規(guī)律。 目前，對影響工件圓度誤差的各種因素的研究，尤其是磨削區(qū)幾何形狀的研究比以前有了新的發(fā)展。具體表現(xiàn)在除對工件圓度誤差進行支承誤差復映外，還根據(jù)工件圓度誤差的“杠桿假設’’，做進一步的矢量分析，從而得到無心磨削幾何區(qū)域穩(wěn)定圖。 近年來，國內(nèi)外除了從穩(wěn)態(tài)磨削方面研究外，還從動態(tài)磨削方面對工件圓度誤差的影響進行了一定的單項試驗與理論研 究，并取得了很大的發(fā)展。他們主要分析了工藝系統(tǒng)在受迫振動條件下對工件圓度誤差的影響，但是忽慮了顫振的影響。 (2)運動學和動力學分析 從 20 世紀 50 年代斯姆尼洛斯基、 60 年代米津榮、 70 年代王玉 外圓無心磨床導輪架結構設計 昆到 80 年代錢安宇和 90 年代夏新濤，他們對無心磨削過程中，工件的運動和受力狀態(tài)進行了詳細的推導和分析，使得對工件的運動和受力狀態(tài)的研究逐漸成熟并區(qū)域完善。這些研究不僅具有理論價值，而且可以解釋生產(chǎn)中的現(xiàn)象，受到人們極大的關注。 以上述專家的成果為依據(jù)，本文通過建立新的數(shù)學模型，通過新的研究方法，更加全面、有效、方便的 分析了無心磨削過程中幾何參數(shù)，動態(tài)參數(shù)對工件圓度誤差的影響。 除了以上兩種研究外，導輪修整、無心磨削表面質(zhì)量等也是人們關心的問題。但是這些方面的研究還遠遠不夠，停留在比較簡單的階段，有待進一步的研究發(fā)展。 心磨削的發(fā)展趨勢 從無心磨削的發(fā)展及現(xiàn)行生產(chǎn)動向來看，無心磨削應向著高速、寬砂輪、高精度、自動化及閉環(huán)系統(tǒng)方向發(fā)展。 (1)高速磨削。高速磨削是通過提高砂輪速度來達到提高磨削效率和磨削質(zhì)量的一種加工方法。高速磨削的砂輪線速度一般為 50m／s ~80m／ s，無心磨削目前可達 80m／ s 的砂輪線速度。 高速磨削的特點是可以提高生產(chǎn)率、提高砂輪使用壽命 (比普通磨削提高 75％左右 )和提高加工精度與表面質(zhì)量。但是，在磨削過程中，要消耗更多的功率；因此，對機床和砂輪及電機都將有更高的要求。 (2)寬砂輪磨削。寬砂輪磨削和高速磨削一樣，都屬于高效率磨削方法。顧名思義，寬砂輪磨削主要是增加砂輪工作寬度，使之和工件 外圓無心磨床導輪架結構設計 有更大的磨削接觸面積。這樣有利于提高生產(chǎn)率和擴大磨床使用范圍。切人磨削時，可以磨削更長的工件，或者同時磨削兩個其至更多的短工件， 貫穿磨削時，可以加大一次通磨的磨削余量，減少通磨次數(shù)，或者粗精磨一次完成。 (3)高精度磨削。高精度磨削后的工件在形狀精度、位置精度、尺寸精度，粗糙度和波紋度等方面都具有很高的精度 (質(zhì)量 )級別。那種認為高精度僅對圓度誤差而言的看法是片面的。高精度磨削是在高精度磨床上進行的。磨削時，砂輪部件、導輪部件和托板部件的剛度、精度以及幾何布局部直接影響著工件精度。因此．在設計高精度磨床時，有必要對磨床的靜態(tài)和動態(tài)件能給以預測。預測方法包括理論和試驗兩個方面的內(nèi)容。 (4)磨削自動化。無心磨削自動化的內(nèi)容有：工件上下料 自動化，自動測量，自動進給，砂輪和導輪的自動修整以及砂輪的自動平衡等。 在機床設計過程中，實現(xiàn)磨床綜合自動化不可或缺的一個重要手段是，配置自動上下料機構。根據(jù)不同工藝方式，不同零件，而采用標準模塊組合式上下料裝置、機械手、機器人或借助于機床自身的功能元部件來實現(xiàn)自動山下料。例如無錫光洋機床有限公司 ，無錫機床股份有限公司 無心磨床配置了步進龍門式機械手；而 無心磨床上的則為雙軸型龍門式機械手，使卸料與裝料時間達到了最大限度的重合，在提高磨床綜合自動化程度時，縮短了輔助 時間。 (5)磨削閉環(huán)系統(tǒng)。磨削閉環(huán)系統(tǒng)的顯著標志是使磨削的各種參 外圓無心磨床導輪架結構設計 數(shù)、磨床的各種動作、工件精度的測量與預測、信息的反饋與比較、設備保養(yǎng)以及意外事故處理等方面和諧地處于同一機制之中。 隨著磨床應用計算機數(shù)控技術的普遍化，其應用水平正得到不斷的提高，利用當今 統(tǒng)所具備的告訴運算、處理與多坐標插補功能。北京市機電研究院 立式數(shù)控內(nèi)曲線磨床，運用開發(fā)的磨削軟件，通過 C 軸與 X 軸聯(lián)動插補，實現(xiàn)了非圓內(nèi)、外曲面的磨削。計算機數(shù)控技術作為實現(xiàn)磨床綜合自動化的關鍵手段，不僅被用于磨削進給與砂輪修整各種運動 的控制，而且被用于各種輔助運動控制。 1． 3 本文研究的來源、目的、意義及主要內(nèi)容 1． 3． 1 研究的來源 本課題來源于無錫開源機床集團有限公司，是無心磨床設計項目下的子課題之一。 1． 3． 2 目的意義 課題的目的是設計外圓無心磨床上導輪架機構部分，并滿足相關的技術指標要求。由于工件運動是由磨輪、導輪共同控制的，工件的質(zhì)量、工件運動的穩(wěn)定性、均勻性，不僅取決于機床運動傳動鏈，還與工件、導輪及托板的實際情況以及采用的導輪質(zhì)量、磨削用量和磨削工藝參數(shù)有關。課題對研究和開發(fā)各種其他類型的無心磨床結構有一定的參考 價值。 要工作內(nèi)容 研究內(nèi)容包括以下幾個主要方面： 外圓無心磨床導輪架結構設計 （ 1）熟悉現(xiàn)有的各種外圓無心磨床上導輪架的要求和特點； （ 2）完成無心磨床上導輪架結構的設計總圖； （ 3）設計分析或計算工作； （ 4）部件中主要零件的零件結構設計； （ 5）外圓無心磨床上導輪架各部分的綜合分析。 外圓無心磨床導輪架結構設計 目錄 第 1 章 緒論 .............................................................................. 2 床的類型與用途 ...................................................................... 2 磨床的類型及其特點 ................................................................. 2 磨床的用途 ......................................................................... 2 外圓磨削和端面外圓磨床 ............................................................. 3 床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 ................................................................ 5 第 2 章：課題意義及任務 .................................................................... 6 第 3 章 磨床總體布局 ...................................................................... 7 床總體設計 .......................................................................... 7 體設計注意事項 ..................................................................... 7 床總體布局設計 ...................................................................... 7 加工零件 ........................................................................... 7 初步估計組成部分 ................................................................... 7 總體布局初步設計 ................................................................... 7 縱向與橫向尺寸的確定 ............................................................... 8 導輪架相關尺寸設計 ................................................................ 10 頭架相關尺寸的確定 ................................................................ 13 尾架相關尺寸的確定 ................................................................ 14 工作臺 ............................................................................ 14 橫向進給機構 ...................................................................... 14 砂輪修整器 ....................................................................... 14 第 4 章 部件設計（導輪架） ............................................................... 15 輪架設計的基本要求 ................................................................. 15 軸旋轉精度及其提高措施 ............................................................. 15 軸軸承系統(tǒng)的剛性 ................................................................... 15 輪架主軸初步設計 ................................................................... 15 軸剛度校核 ......................................................................... 17 靜壓軸承 ........................................................................... 18 動裝置設計 ......................................................................... 19 結論 ..................................................................................... 28 致謝 ..................................................................................... 30 參考文獻 ................................................................................. 31 外圓無心磨床導輪架結構設計 第 1 章 緒論 床的類型與用途 磨床的類型及其特點 用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統(tǒng)稱為磨床（英文為 它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的 [1]。 磨床種類很多，主要有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等 [2]。 對外 圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等 以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。 磨床與其他機床相比，具有以下幾個特點： 1、磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉運動（一般砂輪圓周線速度在 35米 /秒左右，目前已向 200 米 /秒以上發(fā)展）； 2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件； 3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度； 4、易于實現(xiàn)自動化和自動線，進行高效率生產(chǎn)； 5、磨床通常是電動機 過機械，電氣，液壓傳動 1]。 磨床的用途 磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。 隨著科學技術的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，各種高硬度材料的應用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯 直接磨成成品。高速磨 外圓無心磨床導輪架結構設計 削和強力磨削，進一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達的國家中，磨床在機床總數(shù)中的比例已達30% 據(jù) 1997 年歐洲機床展覽會 (調(diào)查數(shù)據(jù)表明， 25%的企業(yè)認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占 23%， 鉆削占 22%，其它占 8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42%，車床占 23%，銑床占 22%，鉆床占 14%[3]。 由此可見，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工會 要在相應的精密磨床上進行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應該滿足以下幾個基本要求： 精密磨床應有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉精度和導軌的直線度以保證工件的幾何形狀精度。主軸軸承可采用液體靜壓軸承、短三塊瓦或長三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動壓軸承及動靜壓組合軸承等。當前采用動壓軸承和動靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動一般應小于 1向圓跳動應限制在 2— 3內(nèi)。 由于砂輪的修整導程要求 10— 15mm/此工作臺必須低速進給運動，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。 精密磨削時如果產(chǎn)生振動，會對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重不良影響。故對于精密磨床，在結構上應考慮減少振動。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達到總誤差的 50％，故機床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實現(xiàn)精密磨削的主要障礙。 外圓磨削和端面外圓磨床 在外圓磨削過程中，工件是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉是引起切削旋轉的主要來源和原因?；镜猛鈭A磨削方法有兩種，即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓，如 圖 1－ 1和圖1－ 2所示。 事實上，外圓磨削可以通過其他以下幾種方法來實施： （ 1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉以及徑向進給都應滿足所有的整個長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進給來調(diào)整的。 （ 2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過砂輪的縱向進給和無軸向進給來完成的， 外圓無心磨床導輪架結構設計 正如我們所看到的，只有在表面成為圓柱的寬度比磨削輪磨損寬度短時，這種方法才能完成。 圖 1－ 1 橫磨法磨外圓 圖 1－ 2 縱磨法磨外圓 （ 3）整塊深度切削方法：除了在磨削過程中，要進行間隙調(diào)整外，這種方法與傳遞方法很相 似，同時這種方法具有代表性，除了磨削短而粗的軸。 端面外圓磨床是外圓磨床的一種變形機床，它宜于大批量磨削帶肩的軸類工件，有較高的生產(chǎn)率。它的特點如下 （ 1）這種磨床的布局形成和運動聯(lián)系與外圓磨床相似，只是導輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常 10°， 15°， 30°， 45°），如圖 1－ 3 所示，數(shù)控端面外圓磨床 導輪架與頭架，尾架中心連線傾斜 30°。為避免導輪架與工件或尾架相碰，砂輪安裝在導輪架的右邊，從斜向切入，一次磨削工件外圓和端面。 （ 2）由于它 適用于大批量生產(chǎn)，所以具有自動磨削循環(huán)，完成快速進給（長切入） 無花磨削。由定程裝置或自動測量控制工件尺寸。 （ 3）裝有砂輪成型修整器，按樣板修整出磨削工件外圓和端面的成型砂輪，為保證端面尺寸穩(wěn)定及操作安全，一般具有軸向對刀裝置。 外圓無心磨床導輪架結構設計 圖 1－ 3 導輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度 床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 隨著機械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應用增多，磨削加工技術正朝著超硬度磨料磨具、開發(fā)精密及超精密磨削（從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展）和研制高精度、高剛 度、多軸的自動化磨床等方向發(fā)展 [4]，如用于超精密磨削的樹脂結合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至 4μ m、磨削精度高達 m；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達 400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實驗室，實際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為 40－ 60m/s；從精度上看，定位精度＜ 2μ m，重復定位精度≤± 1μ m 的機床已越來越多；從主軸轉速來看， 軸達 60000r/13 42000r/速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工 60度材料的加工中心。 北京第二機床 廠引進日本豐田工機公司先進技術并與之合作生產(chǎn)的 P） 62－ 63 數(shù)控外圓 /數(shù)控端面外圓磨床，導輪架采用原裝進口，砂輪線速度可達 60m/s，導輪架主軸采用高剛性動靜壓軸承提高旋轉精度，采用日本豐田工機公司 床專用數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)二軸（ ）到四軸（ X、 Z、 U 和 W）控制。 此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機和切削液處理機系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。 外圓無心磨床導輪架結構設計 第 2 章：課題意義及任務 一：題目來源 題目來源 ：本課題來源于無錫開源機床集團有限公司，是無心磨床設計項目下的子課題之一。 二：目的意義： 課題的目的是設計外圓無心磨床上導輪架機構部分，并滿足相關的技術指標要求。由于工件運動是由磨輪、導輪共同控制的，工件的質(zhì)量、工件運動的穩(wěn)定性、均勻性，不僅取決于機床運動傳動鏈，還與工件、導輪及托板的實際情況以及采用的導輪質(zhì)量、磨削用量和磨削工藝參數(shù)有關。課題對研究和開發(fā)各種其他類型的無心磨床結構有一定的參考價值。 三：主要工作內(nèi)容 （ 1）熟悉現(xiàn)有的各種外圓無心磨床上導輪架的要求和特點； （ 2）完成無心磨床上 導輪架結構的設計總圖； （ 3）設計分析或計算工作； （ 4）部件中主要零件的零件結構設計； （ 5）外圓無心磨床上導輪架各部分的綜合分析。課題的目的是設計外圓無心磨床上導輪架機構部分，并滿足相關的技術指標要求。由于工件運動是由磨輪、導輪共同控制的，工件的質(zhì)量、工件運動的穩(wěn)定性、均勻性，不僅取決于機床運動傳動鏈，還與工件、導輪及托板的實際情況以及采用的導輪質(zhì)量、磨削用量和磨削工藝參數(shù)有關。課題對研究和開發(fā)各種其他類型的無心磨床結構有一定的參考價值。 四：主要工作內(nèi)容 （ 1）熟悉現(xiàn)有的各種外 圓無心磨床上導輪架的要求和特點； （ 2）完成無心磨床上導輪架結構的設計總圖； （ 3）設計分析或計算工作； （ 4）部件中主要零件的零件結構設計； （ 5）外圓無心磨床上導輪架各部分的綜合分析。 外圓無心磨床導輪架結構設計 第 3 章 磨床總體布局 床總體設計 面形狀，尺寸，材料，技術條件，批量，加工余量等）； 比較國內(nèi)，外同類機床，經(jīng)驗總結，進行改革創(chuàng)新； 圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標準件，外購件目錄，鑄件，鍛件目錄，說明書，裝箱單，合 格證）； 配，調(diào)試； 計改進； 體設計注意事項 性，穩(wěn)定性好； 卻液供給，回收，廢渣的排除。 床總體布局設計 加工零件 帶軸肩的多臺階軸，精度 下， 料 45#， 40墨鑄鐵等； 初步估計組成部分 c 頭架； d 尾架； f 修整器； g 測量裝置； h 砂輪進給電機； I 修整器進 給電機； j 電器框； k 工作臺進給電機； l 工件旋轉電機； m 潤滑冷卻裝置； n 數(shù)控裝置； 總體布局初步設計 床身； 0°的型面； 0°角； 外圓無心磨床導輪架結構設計 剛石滾輪），采用 司軸向，徑向測量儀，配用該公司 圖 3－ 1 所示）來控制軸向尺寸，徑向尺寸，測量儀布置在橫梁上； 圖 3－ 1 控框 縱向與橫向尺 寸的確定 ①工件最大長度 1 750l ②頭架長度 2 440l ③尾架長度 3 320l ④上臺面長度 4 1 2 3 1 0 0 ( 2 0 ~ 4 0 ) 1 6 4 0l l l l m m? ? ? ? ? ?； ⑤下臺面長度 ? ?5 4 4 1 5 % ~ 2 0 % 2 0 0 0l l l m m? ? ? ?； ⑥床身長度 6 5 1 4 0 0 3 1 5 0l l l m m? ? ? ?； ⑦后床身長度 7 1600l 考慮導輪架和修整器大小按經(jīng)驗給定）； ⑧整個床身寬度 8 1650l 視覺效果）； ⑨導輪架中心與機床床身對稱線相距 縱進給磨削：磨削工件直徑 大磨削長度 80 橫進給磨削：磨削工件直徑 3大磨削長度 40 外圓無心磨床導輪架結構設計 0 2 3 120l l l m m? ? ?圖 3－ 2 磨床縱向尺寸 1）畫出橫向尺寸床身的 橫向尺寸的基準，畫出床身的平面導軌作為高度尺寸的基準線，根據(jù)確定的工作臺參數(shù)，導軌參數(shù) 心畫出左視圖 2）確定上，下工作臺厚度和寬度 （ 1）厚度：用類比法 上工作臺 ? ?2 0 . 2 5 ~ 0 . 3 5 '心 （ 3－ 1） 下 工 作 臺 ? ?1 0 0 心 （ 3－ 2） 'l 為工作臺導軌的中心距，工作臺導軌選用 80? 75? 250 取 1'h=250=75 外圓無心磨床導輪架結構設計 2'h=250=95 2）寬度 45'B l B B? ? ?工 作 臺（ 3－ 3） ? ? ? ? ? ?1 / 2 1 2 ~ 3 0 1 / 2 7 5 2 0 5 8B B m m? ? ? ? ? ? ∵46 4 70B ? ? ? ? ?711 / 2 ' 1 2 ~ 3 0 1 / 2 7 5 2 0 6 0B B m m? ? ? ? ? ? ∵ 575 70B 5 0 7 0 7 0 3 9 0B m m? ? ? ?工 作 臺 3）確定頭，尾架頂尖中心位置 頂尖中心安排在 V 型導軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，導輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導軌的承載壓力較大，故常適當加寬 V 型導軌的寬度。 4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度 1 0 0 0 ~ 1 1 0 0H ?左右 [1] 根據(jù)工人身高，經(jīng)驗。類比取1 1095H ?2 1 1 2 / 7 3 9 . 6H H h h H C O S m m?? ? ? ? ? 5）工作臺回轉中心位置 ? ? ?9 1 / 2 ' 1 / 2 * 2 5 0 1 2 5B l m m? ? ? 6）確定機床總高 H 2H H h H H? ? ? ?頭 架 測 量 儀7 3 9 . 6 1 7 0 4 1 1 6 3 3 . 4 51954 ? ? ?? 所以 000 導輪架相關尺寸設計 （ 1）導輪架導軌（ V— 平導軌） 100? 90? 400[1] 外圓無心磨床導輪架結構設計 考慮到導輪的大小及重量與導輪架的穩(wěn)定性，取 L`中心 =500而可定出導輪架的寬度約為 600軌為 卸荷導軌。 圖 3－ 3 導輪架的導軌 （ 2）導輪架橫向行程長度 ?0 . 1 ~ 0 . 2l s s s? ? ? ?橫 絲 桿 快 速 快 速 （ 3－ 4） 式中 為導輪架快速進退的行程，一般取 60 ~ 150此處取 111 ? ? ? ?m a x / 2 / 2 / 2 / 2s D D D D? ? ? ?砂 砂 工 件 件 （ 3－ 5） ? ? ? ?7 5 0 / 2 3 2 0 / 2 5 5 0 / 2 2 0 / 2250 ? ? ??安全系數(shù)取 夠 2 5 0 1 1 1 0 . 1 1 1 1 3 7 2 . 1l ? ? ? ? ?橫 （ 373） （ 3）導輪架高度和長度 導輪架箱體導軌的高度 輪底板滑臺高度 輪中心距砂輪底面 高度 后床身頂面至平導軌的高度 避免上，下工作臺運動時與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺的頂面，同時考慮橫向進給機構穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗 外圓無心磨床導輪架結構設計 ①6 1 1 0 ~ 1 5 0h m m?取6 130h 導輪架中心距后床身頂面 7 1 2 6 1 0 9 5 7 4 0 1 3 0 4 8 5h H H H m m? ? ? ? ? ? ?③導輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動絲桿 取4 120h 后床身進給導軌內(nèi)裝絲桿 取3 190h 7 3 4h h h h? ? ?4 8 5 1 2 0 1 9 0? ? ? 175? 圖 3－ 4 導輪架的高度和寬度 ⑤導輪架底板長度9l： 9l ? ? 2 l? 中 心? ?1 2 * 5 0 07 5 0 ~ 1 0 0 0??∴ 取9l=900 外圓無心磨床導輪架結構設計 ⑥導輪架導軌長度 ? ?1 0 9 5 0 ~ 8 0l l l? ? ?橫9 0 0 3 7 3 8 01353 ? ?? ∴取 10 1305l 4）導輪架主軸電機的選擇 ①用類比法，導輪架主軸電機的功率取 15 ②計算法 N N N??切電 空（ 3－ 6） ? ?? ?* 2 3 . 82 . 3 5 ~ 8 . 8 2 3 . 8? ???砂 取 15頭架相關尺寸的確定 ①長，寬，高： 440? 400? 411] ②主軸錐孔：莫氏 5#錐孔 ③中心高：m a x /2H D K??（ 3－ 7） ? ?3 2 0 / 2 2 0 ~ 3 5?? 1 8 0 ~ 1 9 5 通過以上計算頭架中心高取 180④主軸轉速 ? ?1 / 8 0 ~ 1 / 1 6 0 * 6 0 4 5 ~ 2 2 . 5 / m s?? 砂（ 3－ 8） 取 40 /IV m s? 1 6 / m i n 3 0 0m i n 2 2 / m i n 3 0⑤交流伺服電機選擇 用類 比法，交流伺服電機選擇 1 18機 砂輪磨削工件需要的功率 ? ? m a x 1 5 0 * 3 2 0 2 4 . /ZF r N m s? ? ?工 件最 大 磨 削 力 （ 3－ 9） 外圓無心磨床導輪架結構設計 交流伺服電機通過 20/38 的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即 41 8 3 8 / 2 0 3 4 . 2 . /N N m s l? ? ? ?實∴合格 ⑥主軸不旋轉，主軸靠撥盤帶動旋轉 尾架相關尺寸的確定 ① 5#莫氏錐孔 ②中心高 180面傾斜 10° ③直線滾動導軌 ④液壓油缸，頂緊力 12~工作臺 要求上，下臺面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠螺母。傾斜 10°以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時修刮側面 橫向進給機構 交流伺服電機 壓力卸荷導軌 壓力油 卸去 60% ~ 75% 壓力 V— 平導軌 100 * 90 * 500 導輪架行程 373l 砂輪修整器 伺服電機 直線滾動導軌 主軸直徑 D=50用液體動壓軸承 (16r/修整速度 =? ?1 / 3 ~ 1 / 5 0 ~ 120?? 故 1 2 ~ 1 9 /V m s?線修整器行程為 160 外圓無心磨床導輪架結構設計 第 4章 部件設計（導輪架） 輪架設計的基本要求 導輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉的關鍵部件，主要由傳動部件和主軸軸 承部分組成，主軸與軸承是導輪架的主要組成部分，因此對導輪架設計提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。 導輪架設計應滿足以下幾點基本要求 [1]： 轉穩(wěn)定； 熱低，不漏油； 整維修方便。 軸旋轉精度及其提高措施 直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圓磨床導輪架允許的徑向和軸向跳動允許誤差取 5μm~~10μm。 （ 1）選擇合適的 主軸軸承：動靜壓軸承； （ 2）提高主軸的加工精度； （ 3）正確選擇主軸軸向止推方式：液體靜壓推力軸承。 軸軸承系統(tǒng)的剛性 主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動力作用下，主軸軸承抵抗變形的能力。通常以主軸前端的撓度來度量。過低的剛性會降低磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線缺陷。 輪架主軸初步設計 1. 導輪架主軸的強度校核 進行軸的強度校核時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。對導輪架主軸來說，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，導輪架主 軸主要承受扭 外圓無心磨床導輪架結構設計 矩，應該按照扭轉強度計算，且在選取許用應力時應該選取較小值。導輪架主軸材料采用42進行淬火，故選取許用應力為 40 軸的扭轉強度條件為 ? ?639 . 5 5 1 00 . 2 ?? ? ? （ 4－ 1） T?—— 扭轉切應力（單位為 T —— 軸所受扭矩（單位為 軸的扭轉截面系數(shù)（單位為 3 p —— 軸傳遞的功率（單位為 n —— 軸的轉速（單位為 r/ d —— 計算界面處的直徑（單位為 []T? —— 許用扭轉應力（單位為 r/ 由上式可得軸的直徑為 633 9 . 5 5 1 00 . 2 [ ]? （ 4－ 2） 63 39 . 5 5 1 0 1 50 . 2 4 0 6 0 0?? ? 上述計算可以得知導輪架最小直徑為 慮到導輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為 60輪架主軸的尺寸如圖 4－ 1 所示。 圖 4－ 1 導輪架主軸尺寸示意圖 外圓無心磨床導輪架結構設計 軸剛度校核 因為是階梯軸，所以用當量直徑法作近似計 算當量直徑為： 441v ?（ 4－ 3） L=140+640+20+32+10=9324 4 4 49321 4 0 6 4 0 2 0 1 0 06 0 1 2 0 1 4 0 1 0 8???= 允許撓度 [y]= 60=、計算主軸前端撓度值 2 ()3P a l I??主 軸[1] （ 4－ 4） P —— 載荷（單位為公斤）（ 150/ l —— 軸兩端的跨距（單位為厘米）（ a —— 懸伸長度（單位為厘米）（ E —— 材料的彈性模數(shù)（單位為公斤 /平方厘米）（ 510 ） I —— 截面慣性矩（平方厘米） 251 5 0 1 3 . 2 7 9 . 23 9 . 8 2 1 . 0 2 1 0 3 0 7 . 9 8 5Y ??? ? ? ? ?主 軸= 因為 [y]= < [y]，由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。 一般存在一個使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距 L。由經(jīng)驗得知， L 為（ 3~~6）軸前端撓度最小， D=12060~~720 L 為 640 外圓無心磨床導輪架結構設計 靜壓軸承 靜壓軸承是利用外部油源產(chǎn)生承載能力的油膜軸承，動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點，又克服了兩著缺點的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動壓軸承啟動和停止時出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結構，在主軸啟動后，依靠淺腔階梯效應形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對置結構又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良 好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉精度和運轉平穩(wěn)性。 它的優(yōu)點如下： 用范圍廣。動靜壓軸承在零件轉速到很高的范圍內(nèi)的 各種相對速度下都能承載，而且載荷范圍大，其承載能力取決于供油壓力，軸承軸頸結構和相對大??； 尼大，抗振性好 ; 損小 此摩擦阻力小，磨損小，能長期保持很高的運動精度，壽命長 動靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動 ; 在萬一供油受阻或切斷時，可利用軸承中動壓效應來承載 ; 由于動壓效應，使軸承轉速越高承載能力越大，同時軸承還能承受方向不斷變化的動載及瞬時過載 ; 由于動靜壓軸承高速下主要靠動壓承載，故這時供油壓力可相對較小，軸承可設計成較小軸頸，軸承結構簡單，制造精度和材料要求不高。 動靜壓軸承需要一套供油系統(tǒng)，潤滑油要經(jīng)過嚴格過濾以保持清潔。目前廣泛應用的是定壓供油系統(tǒng)。一定壓力的壓力油，經(jīng)節(jié)流器流入兩相對運動體間的油腔，通過油腔壓力來平衡外載荷。在定壓供油系統(tǒng)中 ，節(jié)流器是關鍵部分，它起著限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變化。靜壓軸承常用的固定節(jié)流器有毛細管和小孔節(jié)流器兩種。本次設計選用毛細管節(jié)流器。 動靜壓軸承廣泛用于高速精密設備中 改造舊精密磨削設備方面，用得較多的是北京中航設備改造廠的 表面節(jié)流液體動靜壓混合軸承。 外圓無心磨床導輪架結構設計 導輪架主軸的軸向定位采用軸向止推靜壓軸承。軸向止推軸承由兩個相對的環(huán)形油腔構成。軸上具有臺肩以形成承載面。軸承的間隙通過修磨調(diào)整墊圈的厚度來保證。 動裝置設計 為了提高主軸的旋轉精度，皮帶輪不直接裝在 主軸上，而是裝在單獨的支架上，并用花鍵套帶動主軸旋轉，即采用卸荷皮帶輪的方案，如圖 4－ 2所示。這個方案的優(yōu)點是，減少了主軸的變形，同時還提高了承載能力。 圖 4－ 2 卸荷皮帶輪 N N N??切電 空 3 ?砂 = （ + 過以上計算，取 5擇 4型電動機 外圓無心磨床導輪架結構設計 因為多楔帶兼有 V 帶和 平帶的優(yōu)點，外輪廓尺寸小，比 V 型帶傳動平穩(wěn)，所以皮帶采用多楔帶 [5]。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動。工作面為楔側面，有橡膠和聚氨酯兩種 [5]。 1）皮帶材料的選用 皮帶材料選用聚氨酯。 2）設計計算 已知小帶輪轉速，即 500r/動比 i= （ 1）計算功率 由《機械設計》表 得，工作情況系數(shù) 1 5 1 . 1 1 6 . 5 P k w? ? ? ? （ 4－ 5） （ 2）由 由于 500r/表后可知，取帶型為 L 型。 （ 3）確定帶輪基準直徑 由《金屬切削機床設計簡明手冊》表 4— 43，取主動輪基準直徑 0 12?12，由此得12200 m 21 。 （ 4）驗算帶速 11 8 0 1 5 0 0 6 . 2 8 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s? ? ??? ? ??? （ 4－ 6） V = m/s < 30 m/s，所以帶速合格。 （ 5）初定軸向間距 由公式（ 4－ 5） D+2D） < 0a< 2（1D+2D）， （ 4－ 7） 可知 196< 0a< 560，取0a=400。 （ 6）所需基準帶長 2210 0 1 20()2 ( )24a D ?? ? ? ? （ 4－ 8） 外圓無心磨床導輪架結構設計 2( 2 0 0 8 0 )2 4 0 0 ( 8 0 2 0 0 )2 4 4 0 0? ?? ? ? ? ? ?=《金屬切削機床設計簡明手冊》表 4— 5，取相近的基準帶長1250 ]。 （ 7）實際軸向間距 00 2??（ 4－ 9） 1 2 5 0 1 2 4 8 . 8 2400 2??? = 以皮帶的實際軸向間距取 a ＝ 401 （ 8）多楔帶每楔的基本額定功率1屬切削機床設計簡明手冊》表 4— 40，可以查得1P＝ （ 9）小帶輪的包角 0 21( ) 5 7 . 3180 DD a? ???? （ 4－ 10） ＝ （ 10）多楔帶楔數(shù)的確定 1() P K K? ?? （ 4－ 11） 其中11(1b h K? ? ? ）查表得 34 0??， ，代入 P? 的計算公式中，得 P? ＝ 又已知 K?＝ ： 1 . 1 1 5 1 4 . 5 3( 0 . 3 4 0 0 . 8 4 9 ) 0 . 9 5 5 1 . 0 0Z ???? ? ? 由此可以確定，取 Z＝ 15。 外圓無心磨床導輪架結構設計 1）帶輪設計的要求： （ 1）質(zhì)量小，結構工藝性好，無過大的鑄造應力； （ 2）質(zhì)量分布均勻，轉速高時要經(jīng)過動平衡校證； （ 3）槽輪工作面要經(jīng)過精細加工，以減少帶的磨損； （ 4）輪槽的尺寸和角度應有一定的精度，以使載荷分布均勻。 2）帶輪的材料選用 帶輪的材料選用 3）帶輪的結構 （ 1）小帶輪直徑1 ( 2 3 ) d 為軸的直徑），所以采用實心式。 （ 2）大帶輪2 200D ?< 300，所以采用腹板式結構。 4）小帶輪的結構尺寸 圖 4－ 3 小帶輪的結構尺寸 2ad d h?? （ 4－ 12） 外圓無心磨床導輪架結構設計 其中 帶輪的外徑， d —— 軸的直徑， h —— 基準線上槽深。 2 8 0 2 3 8 6ad d h m m? ? ? ? ? ? （ 4－ 13） (1 . 8 ~ 2 ) 1 . 9 8 6 1 6 3 . 4d m m? ? ? ?，圓整后得 165 1 . 5 ~ 2 ) 1 . 6 8 6 1 3 7 . 6? ? ? （ 4－ 14） ( 1 ) 2B Z P g? ? ? ， （ 4－ 15） 其中 Z —— 多楔帶的楔數(shù)， P —— 多楔帶的槽間距， g —— 第一槽對稱面到端面的距離。 ( 1 ) 2 ( 1 5 1 ) 4 . 9 2 1 0 8 8 . 6B Z P g m m? ? ? ? ? ? ? ? ? 5）大帶輪的結構尺寸 圖 4－ 4 大帶輪的結構尺寸 外圓無心磨床導輪架結構設計 2 2 0 0 2 3 2 0 6ad d h m m? ? ? ? ? ? ( 1 . 8 ~ 2 ) 1 . 9 2 0 6 3 9 1 . 4d m m? ? ? ? (1 . 5 ~ 2 ) 1 . 6 2 0 6 3 2 9 . 6aL d m m? ? ? ? 由軸端直徑Φ 60 選用內(nèi)花鍵套： 8× 627812圖 圖 4－ 3 內(nèi)花鍵套的結構尺寸 外圓無心磨床導輪架結構設計 圖 4輪架住裝配圖 4、 導輪部分設計 磨床的導輪傳動裝置設有導輪 機頭座，導輪機頭座的下端經(jīng)軸承安裝有導輪主 軸，導輪主軸上固定有導輪，導輪主軸的端部 固定 有蝸輪，導輪機頭座上固定有伺服電機，伺服電機 的轉軸上安裝有蝸桿，蝸桿與蝸輪相嚙合。用于無 心磨床，結構簡單、生產(chǎn)成本低，蝸輪與蝸桿之間 傳動平穩(wěn)、無振動，可以保證旋轉體以很高的精密 度旋轉，加工高精密度產(chǎn)品，傳動動力大，可降低 對伺服電機功率的要求，從而節(jié)約電能。一種無心磨床的導輪傳動裝置，設有導輪機頭座，導輪機頭座的下 端經(jīng)軸承安裝有導輪主軸，其特征是：導輪主軸上固定有導輪，導輪主軸的 端部固定有蝸輪，導輪機頭座上固定有伺服電機，伺服電機的轉軸上安裝有 蝸桿，蝸桿與蝸輪相嚙合。 外圓無心磨床導輪架結構設計 無心磨床作為一 種大型磨削設備，其導輪的傳動方式全部釆用鏈條式傳 動，如圖 1、圖2、圖 5、圖 6 所示，導輪機頭座 109 的下端經(jīng)軸承安裝有導輪主 軸 112，導輪主軸 112 上固定有導輪 113，導輪 113 隨導輪主軸 112 的轉動而轉動， 導輪主軸 112 的端部經(jīng)鍵固定有導輪軸用鏈輪 111，導輪軸用鏈輪 111 上套裝有 滾子鏈 104，導輪主軸箱 120— 側的箱臂上安裝有角度調(diào)整支撐螺栓 108，該角 度調(diào)整支撐栓 108— 端與導輪機頭座 109 固定在一起 ,使導輪機頭座 109 轉動工 作面與導輪主軸箱 120 的導輪角度調(diào)整滑動面 115 緊密接觸，角度調(diào)整支撐栓 108 位于導輪主軸箱 120 內(nèi)的一端經(jīng)松緊桿 110 鎖緊，擰緊松緊桿 110 則角度調(diào) 整支撐栓 108 不能旋轉，反向擰動松緊桿 110 則角度調(diào)整支撐栓 108 可包由轉 動，導輪主軸箱120 的下端面為導輪箱前后進給滑動面 114，靠近導輪角度調(diào) 整滑動面 115— 側的導輪機頭座 109上采用螵紋配合安裝有角度調(diào)整螵桿 107， 轉動角度調(diào)整螵桿 107則角度調(diào)整螵桿 107的下端可以旋入到角度調(diào)整支撐螺 栓 108 上的沉孔內(nèi)，無心磨床的底部固定有變頻電機 116，變頻電機 116 的傳動 軸為中間鏈輪軸 117，中間鏈輪軸 117 經(jīng)鏈輪 與中間軸 118 上的電機用鏈輪 119 嚙合傳動，滾子鏈 104 的另一端套裝在電機用鏈輪 119 上，導輪主軸箱 120 內(nèi)還 安裝有彈簧拉桿 101、中間支撐臂 102、拉緊彈簧 103、鏈條松緊支撐架 105、 中間鏈輪 106 共同來完成對滾子鏈 104 松緊度的調(diào)節(jié)。無心磨床在工作時，利 用角度來控制加工件的速度快慢，而導輪為鏈條式傳動方式的無心磨床，如 果將角度調(diào)過了 5度，鏈條就會扭結，從而影響了機器的旋轉，另外，鏈條式 傳動帶來主機座的振動，影響磨床的機加工精度，長時間使 外圓無心磨床導輪架結構設計 用后鏈條易被拉 長，需要經(jīng)常對彈簧拉桿 101、中間支撐 臂 102、拉緊彈簧 103、鏈條松緊支撐 架 105、中間鏈輪 106 相互之間的配合進行調(diào)整，再者通過鏈條的通路機械內(nèi) 部會有漏油，機器內(nèi)部容易進入并積累很多粉塵。 圖 3：導輪傳動裝置 為了克服現(xiàn)有無心磨床的導輪傳動裝置的技術不足 ,本實用新型提供一 種無心磨床的導輪傳動裝置，該導輪傳動裝置結構簡單、生產(chǎn)成本低，使磨 床的加工精度進一步提高，傳動裝置勿需經(jīng)常進行調(diào)整，并且可降低對伺服 電機功率的要求。問題所采用的技術方案是：設有異輪機頭座，導 輪機頭座的下端 經(jīng)軸承安裝有導輪主軸，導輪主軸上固定有導輪，導輪主軸 的端部固定有蝸輪，導輪機頭座上固定有伺服電機，伺服電機的轉軸上安裝 有蝸桿，蝸桿與蝸輪相嚙合。用于無心磨床，結構簡單、生產(chǎn)成本低，蝸 輪與蝸桿之間傳動平穩(wěn)、無振動，可以保證旋轉體以很高的精密度旋轉，加 工高精密度產(chǎn)品，傳動動力大，可降低對伺服電機功率的要求，從而節(jié)約電能。 外圓無心磨床導輪架結構設計 結論 經(jīng)過三個多月的努力，我順利完成了畢業(yè)設計的任務，對磨床的設計過程有了一個基本的認識，特別對數(shù)控高速端面外圓磨床 設計過程有了深刻和清晰的了解。這次畢業(yè)設計是對 我大學四年所學知識的一次綜合應用，它涉及到機械制圖、機械制造技術、機械原理、機械設計、機械裝備設計、液壓系統(tǒng)設計、數(shù)控技術、互換性和測量技術、單片機、電子信息技術等多門課程的內(nèi)容，使我對知識的綜合知識的運用有了很大的提高。 本次設計的數(shù)控高速端面外圓磨床 以同時加工帶軸肩類零件的外圓和端面，從而提高了磨削效率，減少加工時間，節(jié)省工件的生產(chǎn)成本。 在數(shù)控高速端面外圓磨床 設計過程中，郭老師讓我們四個人每人負責一部分，我負責的是數(shù)控高速端面外圓磨床 導輪架部分。起 初我們四個人在一起討論磨床的總體布局圖，每個人提出自己的想法，然后由大家來討論，在這樣的討論和交流中，我們都學到了不少知識，知道自己方案的優(yōu)點和缺點，最后我們討論出來一套最優(yōu)方案。 本次畢業(yè)設計我負責的部件是導輪架，導輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉的關鍵部件，主要由傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是導輪架的主要組成部分。首先是根據(jù)導輪架主軸的要求進行軸的設計，然后再選取軸承，設計皮帶和皮帶輪等等。在這個過程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設計等用到了大量的計算。 由于磨床是高精密加工機床，對各部件 的設計要求都較高。為了提高旋轉精度，我主要做了以下工作： 選用了動靜壓軸承。，動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點，又克服了兩著缺點的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動壓軸承啟動和停止時出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結構，在主軸啟動后，依靠淺腔階梯效應形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對置結構又極大地增加了 主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉精度和運轉平穩(wěn)性。 動靜壓軸承廣泛用于高速精密設備中 改造舊精密磨削設備方面，用得較多的是 外圓無心磨床導輪架結構設計 北京中航設備改造廠的 表面節(jié)流液體動靜壓混合軸承。 用了多楔帶皮帶和多楔帶帶輪。多楔帶兼有 V 帶和平帶的優(yōu)點，外輪廓尺寸小，比 V 型帶傳動平穩(wěn)。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動，工作面為楔側面