3279 氣缸體專(zhuān)用平面磨床設(shè)計(jì)
3279 氣缸體專(zhuān)用平面磨床設(shè)計(jì),缸體,專(zhuān)用,平面磨床,設(shè)計(jì)
本科學(xué)生畢業(yè)論文氣缸體專(zhuān)用平面磨床設(shè)計(jì)系部名稱(chēng)： 機(jī)電工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-13 班 學(xué)生姓名： 張之陽(yáng) 指導(dǎo)教師： 李洪智 職 稱(chēng)： 教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二○一二年六月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告設(shè) 計(jì) 題 目 : 氣缸體專(zhuān)用平面磨床設(shè)計(jì) 院 系 名 稱(chēng): 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-13 學(xué) 生 姓 名: 張之陽(yáng) 導(dǎo) 師 姓 名: 李洪智 開(kāi) 題 時(shí) 間: 2012 年 3 月 13 日 1 課題研究目的和意義指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：簽字： 年 月 日缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)零件，通過(guò)它把發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)（包括活塞、連桿、曲軸、飛輪等零件）和配氣機(jī)構(gòu)（包括缸蓋、凸輪軸等）以及供油、潤(rùn)滑、冷卻等機(jī)構(gòu)連接成一個(gè)整體。它的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示,它的結(jié)構(gòu)有形狀復(fù)雜、薄壁、孔深、顯箱體等特點(diǎn)，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度，底面要具有良好的密封性等特點(diǎn)。圖 1 氣缸體結(jié)構(gòu)圖基于以上的介紹，我們知道氣缸體的加工難度較大。缸孔的傳統(tǒng)加工工藝是粗鏜→半精鏜→半精磨→精磨→珩磨。針對(duì)缸體的這一加工特點(diǎn)，在其鏜削加工之后珩磨加工之前，為了達(dá)到更高的加工精度及其更好的加工質(zhì)量，有必要加入磨削工藝，由于汽缸體種類(lèi)多，精度要求高，故很有必要在基于原有機(jī)床的基礎(chǔ)上二次開(kāi)發(fā)一種專(zhuān)用汽缸體專(zhuān)用磨床。2 文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）磨床是以砂輪周邊或端面對(duì)工件進(jìn)行磨削加工的精密機(jī)床。它不但能加工一般金屬材料，而且還能加工一般金屬刀具難以加工的硬材料。利用磨削加工可以獲得較高加工精度和光潔度，而且其加工余量較其他加工方法小得多，所以磨床廣泛地應(yīng)用于零件的精加工。它也是以磨具（如砂輪、輪帶、油石、研磨劑等）作為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，可加工各種表面（如內(nèi)外圓柱面和圓錐面、平面、螺旋面） ，還可以進(jìn)行切斷等。磨床的種類(lèi)很多，按其工作性質(zhì)可分為：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床，工具磨床以及一些專(zhuān)用磨床。如螺紋磨床、球面磨床、花鍵磨床、導(dǎo)軌磨床與無(wú)心磨床等。磨削加工具有以下特點(diǎn)：1.磨削效率高，砂輪相對(duì)工件做高速旋轉(zhuǎn)一般砂輪線速度達(dá)到 35 米/秒（M/S），約為普通刀具的 20 倍以上，可獲得較高的金屬切除率。隨著磨削新工藝的開(kāi)發(fā)，磨削加工的效率進(jìn)一步提高，在某些工序已取代了車(chē)、銑、刨削，直接從毛坯加工成形。 2.能獲得很高的加工精度和很細(xì)的表面粗糙度，每粒磨粒切去切屑層很薄，一般只有幾微米，因此表面可獲得高的精度和低的表面粗糙度。 3.切削功率大和消耗能量多，砂輪是由許許多多的磨粒組成的，磨粒在砂輪中的分布是雜亂無(wú)章、參差不齊的，切削時(shí)多呈負(fù)前角，并且尖端有一定的圓弧半徑，因此切削功率大，消耗能量多。 4.加工范圍廣，砂輪磨粒硬度高，熱穩(wěn)定性好，不但可以加工未淬火鋼，鑄鐵和有色金屬等材料，還可以加工淬火鋼、各種切削刀具以及硬質(zhì)合金等硬度很高的材料。 專(zhuān)用磨床按工藝用途可分為：1.一般專(zhuān)用磨床這類(lèi)磨床和傳統(tǒng)的通用磨床品種一樣，有專(zhuān)用車(chē)、銑、鏜、鉆、磨等，而且每一類(lèi)又有很多品種，例如專(zhuān)用銑床中就有立銑、臥銑、龍門(mén)銑等，這類(lèi)磨床的工藝可能性和通用磨床相似，所不同的是它能加工復(fù)雜形狀的零件。2.專(zhuān)用加工中心磨床這類(lèi)磨床是在一般專(zhuān)用磨床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是一般專(zhuān)用磨床上加裝一個(gè)刀庫(kù)（可容納 10～100 多把刀具）和專(zhuān)用換刀裝置而構(gòu)成的一種帶專(zhuān)用換刀裝置的專(zhuān)用磨床（又稱(chēng)多工序?qū)Ｓ媚ゴ玻?，這使專(zhuān)用磨床更進(jìn)一步地向?qū)Ｓ没透咝Щ较虬l(fā)展。 它和一般專(zhuān)用磨床的區(qū)別是：工件經(jīng)一次裝夾后，專(zhuān)用裝置就能控制磨床專(zhuān)用地更換刀具，連續(xù)地對(duì)工件各加工面專(zhuān)用地完成銑、鏜、鉆、鉸及攻絲等多工序加工。這類(lèi)磨床大多是以鏜銑為主，主要用來(lái)加工箱體零件。3.多坐標(biāo)專(zhuān)用磨床有些復(fù)雜形狀的零件，用三坐標(biāo)的專(zhuān)用磨床還是無(wú)法加工，如螺旋架、飛機(jī)曲面零件的加工等，需要三個(gè)以上坐標(biāo)的合成運(yùn)動(dòng)才能加工出所需的形狀，于是出現(xiàn)了多坐標(biāo)的專(zhuān)用磨床。其特點(diǎn)是專(zhuān)用裝置控制的軸數(shù)較多，磨床結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。其坐標(biāo)軸數(shù)通常取決于加工零件的工藝要求，現(xiàn)在常用的是 4～6坐標(biāo)的專(zhuān)用磨床，最多可達(dá) 24 坐標(biāo)。4.計(jì)算機(jī)群控計(jì)算機(jī)群控也稱(chēng)為直接專(zhuān)用（DNC）系統(tǒng)，它是一臺(tái)大型通用計(jì)算機(jī)直接控制一群專(zhuān)用磨床的系統(tǒng)專(zhuān)用磨床比傳統(tǒng)磨床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自專(zhuān)用系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。1、可以加工出傳統(tǒng)磨床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。2、可以實(shí)現(xiàn)加工的專(zhuān)用化，而且是柔性專(zhuān)用化，從而效率可比傳統(tǒng)磨床提高 3～7 倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序?qū)Ｓ萌?zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用化。專(zhuān)用磨床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的專(zhuān)用化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以專(zhuān)用化，故被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了“柔性專(zhuān)用化” 。3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配” 。4、可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在磨床間的頻繁搬運(yùn)。5、擁有專(zhuān)用報(bào)警、專(zhuān)用監(jiān)控、專(zhuān)用補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。在未來(lái)，專(zhuān)用磨床將會(huì)繼續(xù)向開(kāi)放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展 ?；赑C 所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的專(zhuān)用系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)專(zhuān)用的任務(wù)。PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的專(zhuān)用系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍；向高速化和高精度化發(fā)展，這是適應(yīng)磨床向高速和高精度方向發(fā)展的需要；向智能化方向發(fā)展，隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，專(zhuān)用系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。3 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題此次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容為：1.改造的傳統(tǒng)磨床的選型，并對(duì)其改造的總體方案進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)；2.的改造，主要包括縱向進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)及刀架的改造；3.床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)；4.床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；5.床專(zhuān)用刀架的選用，刀架是專(zhuān)用磨床的重要功能部件，刀架的合適選用對(duì) 6.磨床的加工效率發(fā)揮著很大的作用；7.床專(zhuān)用系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì)。依據(jù)研究的主要內(nèi)容，主要解決以下幾方面的問(wèn)題：1.一種普通磨床，根據(jù)改進(jìn)的原則—經(jīng)濟(jì)型改造，確定磨床的主要改造項(xiàng)目；2.磨床的傳動(dòng)裝置是指將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)傳動(dòng)鏈及其附屬機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)包括齒輪減速器、滾珠絲杠螺母副、導(dǎo)軌、工作臺(tái)等。由于專(zhuān)用磨床的傳動(dòng)裝置與傳動(dòng)磨床的有較大差別，它要求具有較高的定位精度及良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，穩(wěn)定性。為了達(dá)到這些要求，需要對(duì)專(zhuān)用磨床用導(dǎo)軌，絲桿、電機(jī)等硬件進(jìn)行系統(tǒng)選擇；3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的縱向和橫向進(jìn)給時(shí)切削力的計(jì)算，并根據(jù)切削力計(jì)算的結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)滾珠絲桿，以及設(shè)計(jì)完成后的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的驗(yàn)算；4.合對(duì)比各種專(zhuān)用刀架的工作原理和工作過(guò)程來(lái)確定本磨床專(zhuān)用刀架以及其工作過(guò)程；5.系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì)及所用單片機(jī)型號(hào)的確認(rèn)。4.技術(shù)路線及研究方法1. 查閱資料了解題目，了解機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理，在方案論證的基礎(chǔ)上，擬定總體方案，完成相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算。2. 具體繪制機(jī)床總裝圖、刀架圖，PLC 控制系統(tǒng)圖，完成相關(guān)計(jì)算及校核。3. 繪制正式圖，撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。5.進(jìn) 度 安 排1～2 周：1.熟悉設(shè)計(jì)題目的基本內(nèi)容；2.查閱資料；3～6 周：1.熟悉查閱的資料；2.確定改造項(xiàng)目；3.總體方案布置；7～10 周：1.全部結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)；2.計(jì)算及驗(yàn)算；11～15 周：1.繪制全部正式圖；2.編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)稿；16～18 周：1.撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)；2.準(zhǔn)備畢業(yè)答辯；6.主要參考文獻(xiàn)[1]余英良.磨床專(zhuān)用改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1998:31 ～49.[2]張碧泉.普通磨床的數(shù)字化改造[J].機(jī)械工程師 ,1999（11）,26～30.[3]劉書(shū)華.專(zhuān)用磨床與編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,2005:324～40.[4]李善術(shù).專(zhuān)用磨床及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,2005,1～5,173～188.[5]Papadopoulos,E.Planning and model-based control for mobile manipulators. Intelligent.Robots and Systems.Takamatsu,2000,1810～1815．[6]肖愛(ài)萍.基于普通磨床的專(zhuān)用化改造的設(shè)計(jì)[J]. 蘭州工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校,2002（2）.[7]許吉慶,劉文.C616 的專(zhuān)用化改造的設(shè)計(jì)[J].濟(jì)南機(jī)械職工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1999（3）.[8] 肖國(guó)紅.普通 C616 磨床的經(jīng)濟(jì)型專(zhuān)用化改造[J ].集美大學(xué)水利電力機(jī)械，2007（8）.[9] 張繼紅.8031 單片機(jī)在 C616 磨床改造中的應(yīng)用[J ].機(jī)械工程與專(zhuān)用化，2006（5）. [10]仲高艷.C616磨床的專(zhuān)用改造[J].機(jī)械工程師,1999（5）.[11]丁明君,宋丹.C6132普通磨床的專(zhuān)用化改造[J].機(jī)電一體化，2003（4）:106107.[12]陳子銀.專(zhuān)用磨床結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用[M].北京: 北京理工大學(xué)出社,2006:16～76. [13]劉國(guó)封.普通磨床專(zhuān)用化改造及其設(shè)計(jì)計(jì)算[J].機(jī)械工程師,2004（3）.[14]李洪.實(shí)用磨床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].遼寧:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 ,1999:307～340.[15]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社, 2004.[16]孫桓.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2000:186～240.[17]李盛宇.普通磨床的專(zhuān)用化改造[J].電氣技術(shù)與專(zhuān)用化 ,2005（6）:121～123.[18]張新義.經(jīng)濟(jì)型專(zhuān)用磨床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1994:200～214.[19]明興祖.專(zhuān)用磨床與系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社 ,2000:186～243.[20]張磊.磨床改裝技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社出版 ,1998:94～102.[21]Liu,K.Decentralized continuous robust controller for mobile robots.In:Robotics and Automation.Cincinnati,2000,1822～1827.[22]陳嬋娟.專(zhuān)用磨床設(shè)計(jì)[M].北京:化工工業(yè)出版社， 2006：138～148.畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名 張之陽(yáng) 系部 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化 08-13指導(dǎo)教師姓名 李洪智 職稱(chēng) 教授 從事專(zhuān)業(yè) 機(jī)械 是否外聘 □是□否題目名稱(chēng) 氣缸體專(zhuān)用平面磨床設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的，意義設(shè)計(jì)目的：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體對(duì)其平面度要求十分嚴(yán)格，用專(zhuān)用磨床加工可確保起加工質(zhì)量。設(shè)計(jì)意義：氣缸體作為重要的工藝要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)瓶頸問(wèn)題，如何能使氣缸體的表面粗糙度和平面度達(dá)到技術(shù)要求，因此設(shè)計(jì)一臺(tái)用于氣缸體表面加工用的專(zhuān)用磨床。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容，基本參數(shù)1 根據(jù)基本技術(shù)參數(shù)，確定氣缸體專(zhuān)用平面磨床總體結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)方案。2 確定各個(gè)零部件的具體外形尺寸并進(jìn)行強(qiáng)度校核。3 主軸，軸承，砂輪的校核。4 根據(jù)工件所要加工的形狀及尺寸要求，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。5 總裝配圖中各個(gè)零部件的安裝問(wèn)題，及零件的定位問(wèn)題，完成總裝圖和各部分零件圖?；緟?shù)：電動(dòng)機(jī)功率 2.8 千瓦主軸轉(zhuǎn)速 2800 轉(zhuǎn)每分鐘磨頭行程垂直方向 260 毫米，縱向 840 毫米磨削頭砂輪直徑 250 毫米 三、設(shè)計(jì)完成后應(yīng)提交的成果）說(shuō)明部分：說(shuō)明書(shū)一份，字?jǐn)?shù)不少于 1.5 萬(wàn)字圖紙部分：0 號(hào)圖一張，零件圖若干張，總量相當(dāng)于 3 張 0 號(hào)圖SY-025-BY-3四、進(jìn)度安排2012.2.27-3.16：查找文獻(xiàn)資料，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容，完成開(kāi)題報(bào)告；3.17-3.23：擬定總體設(shè)計(jì)方案；3.24-3.30：運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算；3.31-4.20：確定各個(gè)零部件的具體外形尺寸并進(jìn)行強(qiáng)度校核； 4.21-5.4：根據(jù)工件所要加工的形狀及尺寸要求，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)； 5.5-5.18：繪制總體裝配圖；5.19-5.25：繪制零件工作圖；5.26-6.8：編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；6.9-6.15：完成設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯。五、參考文獻(xiàn)[1]余英良.磨床專(zhuān)用改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998:31～49.[2]張碧泉.普通磨床的數(shù)字化改造[J].機(jī)械工程師,1999（11）,26～30.[3]劉書(shū)華.專(zhuān)用磨床與編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:324～40.[4]李善術(shù).專(zhuān)用磨床及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005,1～5,173～188.[5]Papadopoulos,E.Planning and model-based control for mobile manipulators. Intelligent.Robots and Systems.Takamatsu,2000,1810～1815．[6]肖愛(ài)萍.基于普通磨床的專(zhuān)用化改造的設(shè)計(jì)[J].蘭州工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校,2002（2）.[7]李盛宇.普通磨床的專(zhuān)用化改造[J].電氣技術(shù)與專(zhuān)用化,2005（6）:121～123.[8]Liu,K.Decentralized continuous robust controller for mobile robots.In:Robotics and Automation.Cincinnati,2000,1822～1827.[9]陳嬋娟.專(zhuān)用磨床設(shè)計(jì)[M].北京:化工工業(yè)出版社，2006：138～148.[10]Seraji H.Motion Control of mobile manipulators[A].In:Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.California,1999,2056-2063．六、備注指導(dǎo)教師意見(jiàn)：指導(dǎo)老師簽字： 系主任簽字：年 月 日 年 月 日1氣缸體專(zhuān)用平面磨床設(shè)計(jì)第 1 章 緒論1.1 磨床的類(lèi)型與用途1.1.1 磨床的類(lèi)型及其特點(diǎn)用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，統(tǒng)稱(chēng)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(lái)的[1]。磨床種類(lèi)很多，主要有：平面磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來(lái)磨削特定表面和工件的專(zhuān)門(mén)化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等 [2]。對(duì)平面磨床來(lái)說(shuō)，又可分為普通平面磨床、萬(wàn)能平面磨床、無(wú)心平面磨床、 寬砂輪平面磨床、端面平面磨床等。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(jī)床相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）磨床的磨具（砂輪）相對(duì)于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一般砂輪圓周線速度在35m/s左右，目前已向 200m/s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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和自動(dòng)線，進(jìn)行高效率生產(chǎn)；（5）磨床通常是由電動(dòng)機(jī)—油泵—發(fā)動(dòng)部件、通過(guò)機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)-傳動(dòng)部件帶動(dòng)工件和砂輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)-工件等部分組成 [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(kāi)線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進(jìn)行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進(jìn)行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進(jìn)行切斷等，工藝范圍十分廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來(lái)越高，各種高硬度材料的應(yīng)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(qiáng)力磨削，進(jìn)一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴(kuò)大。它在金屬切削機(jī)床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，磨床在機(jī)床2總數(shù)中的比例已達(dá)（30-40）%。據(jù) 1997年歐洲機(jī)床展覽會(huì)(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車(chē)削只占 23%， 鉆削占 22%，其它占 8%；而磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá) 42%，車(chē)床占 23%，銑床占 22%，鉆床占 14%[3]。由此可見(jiàn)，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過(guò)精密磨削來(lái)達(dá)到其要求的，而精密磨削加工要在相應(yīng)的精密磨床上進(jìn)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(shí)現(xiàn)精密磨削加工，所用的磨床就應(yīng)該滿(mǎn)足以下幾個(gè)基本要求： （1）高幾何精度。 精密磨床應(yīng)有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)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(zhǎng)三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動(dòng)壓軸承及動(dòng)靜壓組合軸承等。當(dāng)前采用動(dòng)壓軸承和動(dòng)靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動(dòng)一般應(yīng)小于 1um，軸向圓跳動(dòng)應(yīng)限制在（2-3）um 以?xún)?nèi)。（2）低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導(dǎo)程要求（10-15）mm/min，因此工作臺(tái)必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無(wú)爬行和無(wú)沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。（3）減少振動(dòng)。 精密磨削時(shí)如果產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對(duì)于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮減少振動(dòng)。（4）減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會(huì)達(dá)到總誤差的 50％，故機(jī)床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)精密磨削的主要障礙。1.1.3 平面磨削和端面平面磨床（1）平面磨削在平面磨削過(guò)程中，工件是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)的主要來(lái)源和原因?；镜钠矫婺ハ鞣椒ㄓ袃煞N，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(shí)上，平面磨削可以通過(guò)其他以下幾種方法來(lái)實(shí)施。1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉(zhuǎn)以及徑向進(jìn)給都應(yīng)滿(mǎn)足所有的整個(gè)長(zhǎng)度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進(jìn)給來(lái)調(diào)整的。2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過(guò)砂輪的縱向進(jìn)給和無(wú)軸向進(jìn)給來(lái)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(shí)，這種方法才能完成。3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(guò)程中，要進(jìn)行間隙調(diào)整外，這種方法與傳遞方法很相似，同時(shí)這種方法具有代表性，除了磨削短而粗的軸。（2）端面平面磨床及其特點(diǎn)端面平面磨床是平面磨床的一種變形機(jī)床，它宜于大批量磨削帶肩的軸類(lèi)工件，有較高的生產(chǎn)率。它的特點(diǎn)如下：1）這種磨床的布局形成和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系與平面磨床相似，只是砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常 10°，15°，26.23°，30°，45°） ，如圖 1－3 所示，數(shù)控端面平面磨床 MKS1632A的砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜 30°。為避免砂輪架與工件或尾架相碰，砂輪安裝在砂輪架的右邊，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(dòng)磨削循環(huán)，完成快速進(jìn)給（長(zhǎng)切入）-粗磨-精磨-無(wú)花磨削。由定程裝置或自動(dòng)測(cè)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?qū)Φ堆b置。4圖 1.3 砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)隨著機(jī)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(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)正朝著超硬度磨料磨具、開(kāi)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(dòng)化磨床等方向發(fā)展 [4]，如用于超精密磨削的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至 4μm、磨削精度高達(dá)0.025μm；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達(dá) 400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為（40－60）m/s；從精度上看，定位精度＜2μm，重復(fù)定位精度≤±1μm 的機(jī)床已越來(lái)越多；從主軸轉(zhuǎn)速來(lái)看，8.2kw 主軸達(dá)60000r/min，13kw 達(dá) 42000r/min，高速已不是小功率主軸的專(zhuān)有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工 60HRC硬度材料的加工中心。北京第二機(jī)床廠引進(jìn)日本豐田工機(jī)公司先進(jìn)技術(shù)并與之合作生產(chǎn)的 GA（P）62－63 數(shù)控外圓/數(shù)控端面平面磨床，砂輪架采用原裝進(jìn)口，砂輪線速度可達(dá)60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動(dòng)靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機(jī)公司GC32－ECNC 磨床專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)二軸（X 和 Z）到四軸（X、Z、U 和 W）控制。此外，對(duì)磨床的環(huán)保要求越來(lái)越高，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對(duì)沒(méi)有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)環(huán)保越來(lái)越高的要求。51.3 本課題的設(shè)計(jì)目的和意義設(shè)計(jì)目的：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體對(duì)其平面度要求十分嚴(yán)格，用專(zhuān)用磨床加工可確保其加工質(zhì)量。設(shè)計(jì)意義：氣缸體作為重要的工藝要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)瓶頸問(wèn)題，如何能使氣缸體的表面粗糙度和平面度達(dá)到技術(shù)要求，因此設(shè)計(jì)一臺(tái)用于氣缸體表面加工用的專(zhuān)用磨床。6第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 基本參數(shù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，本氣缸體專(zhuān)用平面磨床的設(shè)計(jì)基本參數(shù)如下。電動(dòng)機(jī)功率：2.8kW主軸轉(zhuǎn)速：2800rpm磨頭行程：垂直方向 260mm，縱向 840mm磨削頭砂輪直徑：250mm該磨床的總體設(shè)計(jì)包括如下主要內(nèi)容:（1） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含數(shù)控裝置的功能設(shè)計(jì)、元件和部件設(shè)計(jì),程序段格式設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。（2） 邏輯設(shè)計(jì)包含運(yùn)算器設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)及電路設(shè)計(jì)。（3） 機(jī)床主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2 磨床總體設(shè)計(jì)（1）加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工余量等） ；（2）調(diào)查研究和比較國(guó)內(nèi)外同類(lèi)機(jī)床，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，進(jìn)行改革創(chuàng)新；（3）圖紙?jiān)O(shè)計(jì)（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標(biāo)準(zhǔn)件，外購(gòu)件目錄，鑄件，鍛件目錄，說(shuō)明書(shū)，裝箱單，合格證） ；（4）制造，裝配，調(diào)試；（5）小批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)改進(jìn)。2.3 總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)（1）保證機(jī)床滿(mǎn)足加工精度要求，剛性、穩(wěn)定性好；（2）傳動(dòng)系統(tǒng)力求簡(jiǎn)短；（3）操作調(diào)整方便；（4）安全保護(hù)，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。7第 3 章 磨床總體布局設(shè)計(jì)3.1 加工零件發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體對(duì)其平面度要求十分嚴(yán)格，用專(zhuān)用磨床加工可確保起加工質(zhì)量。氣缸體材料為 45#、40cr、球墨鑄鐵等；3.2 初步估計(jì)組成部分磨床的主要組成包括：a.床身；b.工作臺(tái)面；c 頭架；d 尾架；e 砂輪架；f 修整器；g 測(cè)量裝置；h 砂輪進(jìn)給電機(jī)；I 修整器進(jìn)給電機(jī)；j 電器框；k 工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)；l 工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)；m 潤(rùn)滑冷卻裝置；n 數(shù)控裝置。3.3 總體布局初步設(shè)計(jì)確定初步設(shè)計(jì)方案如下。（1）T 型床身；（2）工作臺(tái)移動(dòng)；（3）工作臺(tái)型面采用傾斜 10°的型面；（4）砂輪架主軸與床身導(dǎo)軌傾斜 30°角； （5）頭尾架中心線平行；（6）采用成型砂輪修整器（金剛石滾輪） ，采用 MARPPOS公司軸向，徑向測(cè)量?jī)x；（7）數(shù)控系統(tǒng)的四坐標(biāo)軸X軸：砂輪架進(jìn)給 Y 軸：修整器進(jìn)給Z軸：工作臺(tái)移動(dòng) W 軸：工件旋轉(zhuǎn)各軸采用交流伺服電機(jī)，通過(guò)精密無(wú)間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相連；（8）液壓油箱單獨(dú)（減小熱變形，簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，便于維修） ；（9）電器框與機(jī)床采用空中走線；（10）機(jī)床前防護(hù)罩采用全封閉結(jié)構(gòu)。3.4 縱向與橫向尺寸的確定8（1）縱向尺寸①工件最大長(zhǎng)度 ；1750lm?②頭架長(zhǎng)度 ；24③尾架長(zhǎng)度 ；3l④上臺(tái)面長(zhǎng)度 ；41230(2~4)160l m???⑤下臺(tái)面長(zhǎng)度 ；??54%l?⑥床身長(zhǎng)度 ；615l⑦后床身長(zhǎng)度 （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗(yàn)給定） ；70lm?⑧整個(gè)床身寬度 （視覺(jué)效果） ；8⑨砂輪架中心與機(jī)床床身對(duì)稱(chēng)線相距 02310ll??圖 3.1 磨床縱向尺寸（2）橫向尺寸91）畫(huà)出橫向尺寸床身的 V型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準(zhǔn)，畫(huà)出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準(zhǔn)線，根據(jù)確定的工作臺(tái)參數(shù)，導(dǎo)軌參數(shù) B1’，B2’中心畫(huà)出左視圖。2）確定上、下工作臺(tái)厚度和寬度（a）厚度：用類(lèi)比法上工作臺(tái) 中心 （3.1） ??20.5~.3'hl?下工作臺(tái) 中心 （3.2）14'為工作臺(tái)導(dǎo)軌的中心距，工作臺(tái)導(dǎo)軌選用 80 75 250'l ?取 =0.3 250=75mm1'h?=0.38 250=95mm2'（b）寬度（3.3）45'BlB??工 作 臺(tái)????1/2~301/27508m????∵ ∴ 46?4????71/' /6B??∵ ∴57570Bm?2039工 作 臺(tái)3）確定頭，尾架頂尖中心位置頂尖中心安排在 V型導(dǎo)軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺(tái)不致相碰。缺點(diǎn)是使導(dǎo)軌的承載壓力較大，故常適當(dāng)加寬 V型導(dǎo)軌的寬度。4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度 H1左右 [1]10~H?根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。類(lèi)比取 1095Hm???212/73.6hCOS???5）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心位置 B910??91/2'/*2501Blm??6）確定機(jī)床總高 H2h?頭 架 測(cè) 量 儀739.610463.55m?所以 H取 2000mm。3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)（1）砂輪架導(dǎo)軌（V—平導(dǎo)軌）100 90 400[1]?考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取 L`中心=500mm，從而可定出砂輪架的寬度約為 600mm，導(dǎo)軌為 0.15MPa 的卸荷導(dǎo)軌。圖 3.2 砂輪架的導(dǎo)軌（2）砂輪架橫向行程長(zhǎng)度 l橫（3.4）??0.1~2lss???橫 絲 桿 快 速 快 速式中 為砂輪架快速進(jìn)退的行程，一般取 。此處取 ?？?速 60~15m1m（3.5）? ?max/2///2sDD??砂 砂 in絲 桿 工 件 工 件 min???7503502??11安全系數(shù)取 0.1足夠。（ 取 373）2501.372.1l????橫 l橫（3）砂輪架高度和長(zhǎng)度砂輪架箱體導(dǎo)軌的高度 h3，砂輪底板滑臺(tái)高度 h4，砂輪中心距砂輪底面高度h5，與后床身頂面至平導(dǎo)軌的高度 h0，為避免上、下工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(tái)的頂面，同時(shí)考慮橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)穿過(guò)床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)① 取610~5hm?6130h?②砂輪架中心距后床身頂面 712697485Hm????③砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動(dòng)絲桿取 40hm?④后床身進(jìn)給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿取 3195734h??820175?圖 3.3 砂輪架的高度和寬度⑤砂輪架底板長(zhǎng)度 ：9l129l??1.5~2l?中 心*07?∴ 取 =900mm9l⑥砂輪架導(dǎo)軌長(zhǎng)度 ??10950~8ll??橫 37m?∴取 1035l?（4）砂輪架主軸電機(jī)的選擇①用類(lèi)比法，砂輪架主軸電機(jī)的功率取 15kw；②計(jì)算法 （3.6）N??切電 空??*23.8.5~.ZPV?砂取 15KW?電3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定①長(zhǎng)×寬×高：440 400 411mm[1]?②主軸錐孔：莫氏 5#錐孔③中心高： （3.7）max/2HDK????30~35189通過(guò)以上計(jì)算頭架中心高取 180mm。④主軸轉(zhuǎn)速 （3.8）??/0~6*045~2./IVVms??砂取 4ImsI716/in3axr?min20IV??13⑤交流伺服電機(jī)選擇用類(lèi)比法，交流伺服電機(jī)選擇 IFT5076-DA(D1 18N-M)電機(jī)。砂輪磨削工件需要的功率（3.9）??max150*324./ZFrNms??工 件最 大 磨 削 力交流伺服電機(jī)通過(guò) 20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即 4183/2./Nsl??實(shí)∴合格⑥主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤(pán)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定①5#莫氏錐孔②中心高 180mm，臺(tái)面傾斜 10°③直線滾動(dòng)導(dǎo)軌④液壓油缸，頂緊力 12~5kg3.8 工作臺(tái)要求上、下臺(tái)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(shí)修刮側(cè)面。3.9 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)交流伺服電機(jī)-聯(lián)軸器-滾珠絲桿-砂輪架壓力卸荷導(dǎo)軌 壓力油 0.15Mpa 卸去 壓力60%~75V—平導(dǎo)軌 10*95砂輪架行程 37lm?橫3.10 砂輪修整器伺服電機(jī)-絲桿-修整器直線滾動(dòng)導(dǎo)軌主軸直徑 D=50mm，采用液體動(dòng)壓軸承(16r/min 6.3Mpa)修整速度= ??1/3~5V砂修整器直徑 故702?12~9/ms?線修整器行程為 160mm143.11 液壓系統(tǒng)①修整器；②尾架；③量?jī)x（兩個(gè)） ；④潤(rùn)滑油；⑤床身導(dǎo)軌；⑥砂輪架卸荷導(dǎo)軌；⑦絲桿；⑧直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；⑨間歇。3.12 電氣部分SIMENS 810G，控制五坐標(biāo)軸，砂輪架主軸。3.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)①靜壓供油系統(tǒng) 壓力繼電器 壓差發(fā)訊器 液壓控制器 電路延時(shí)②尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設(shè)置自動(dòng)循環(huán)電路，可手動(dòng)，也可用于腳踏。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于互鎖裝置，使起無(wú)效。③油箱液壓控制④數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標(biāo)軸）自診斷與保護(hù)功能如：電池電壓低 程序錯(cuò)誤⑤各坐標(biāo)軸由行程開(kāi)關(guān)控制最大位移量⑥安全防護(hù)罩（砂輪罩，機(jī)床前罩）全封閉式⑦導(dǎo)軌面保護(hù)Ⅰ 工作臺(tái)導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護(hù)罩Ⅱ 砂輪架導(dǎo)軌：㈠前部：翻板式護(hù)罩+橡皮（防水） ；㈡后罩：鋼罩。Ⅲ 修整器導(dǎo)軌：折疊式15第 4 章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架）4.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求砂輪架是磨床上用來(lái)帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對(duì)砂輪架設(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對(duì)主軸軸承部分的。砂輪架設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)基本要求 [1]：1.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；2.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；3.振動(dòng)小，發(fā)熱低，不漏油；4.裝配制造簡(jiǎn)單，調(diào)整維修方便。4.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施1.砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動(dòng)和軸向躥動(dòng)大小，它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面平面磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動(dòng)允許誤差取5μm~10μm。2.提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的措施（1）選擇合適的主軸軸承：動(dòng)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。4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動(dòng)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(lái)度量。過(guò)低的剛性會(huì)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。164.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì)1. 砂輪架主軸的強(qiáng)度校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)砂輪架主軸來(lái)說(shuō)，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，砂輪架主軸主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，且在選取許用應(yīng)力時(shí)應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用 42MnVB，并進(jìn)行淬火，故選取許用應(yīng)力為 40MP。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為（4.1）??639.5102PnTTWd?????——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為 MP）T?—— 軸所受扭矩（單位為 ）NmA—— 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為 ）TW3—— 軸傳遞的功率（單位為 KW）p—— 軸的轉(zhuǎn)速（單位為 r/mm）n—— 計(jì)算界面處的直徑（單位為 mm）d—— 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為 r/mm）[]T?由上式可得軸的直徑為（4.2）6339.5102[]TPdn???A633.040mm1.2?由上述計(jì)算可以得知砂輪架最小直徑為 31.02mm，考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為 60mm。砂輪架主軸的尺寸如圖 4－1 所示。17圖 4.1 砂輪架主軸尺寸示意圖4.5 主軸剛度校核1.當(dāng)量直徑因?yàn)槭请A梯軸，所以用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算當(dāng)量直徑為：（4.3）41vniLdl??L=140+640+20+32+10=932mm444932106108vd?= 89.36mm2.允許撓度允許撓度[y]=0.0002L 合格o.68.撓曲次數(shù)= =150<200合格LmvY10?9528.71?所以選高速帶的種類(lèi)為薄型綿綸片復(fù)合平帶。339．帶厚 ～ ＝（2.25～3）401(??1)d取標(biāo)準(zhǔn)，帶厚為 3mm10．帶寬 bvcifAKp???)(??? 2mv??傳遞功率Ｐ＝7.0kw工況系數(shù) 拉力計(jì)算系1.A 79.0f包角修正系數(shù) 傳動(dòng)布置系數(shù)950?? 1??傳動(dòng)比系數(shù) 帶的質(zhì)量.Ki 33/4.cmkgm??帶的許用拉應(yīng)力 aMP6?帶的離心拉應(yīng)力 ＝2328.7104.1???vc aMP07.所以 ＝36).56(9.5.079 ????b m5.2取 b＝26mm11．作用在軸上的力帶的預(yù)緊力推薦值為 ＝2sin1??AFor? o?aMP8.1帶的截面積Ａ＝b ＝40×2.5＝90??2m＝r .160sin9018.246o??KN334第 7 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1 確定硬件電路的總體方案數(shù)控系統(tǒng)基本組成：任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是有硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)有以下四部分組成：主控制器 即中央處理單元 CPU；總線 包括數(shù)據(jù)總線（DB） 、地址總線（AB）和控制總線（CB） ；存儲(chǔ)器 包括可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)可讀存儲(chǔ)器；接口 即 I/O輸入/輸出接口電路。其中 CPU是系統(tǒng)的核心，其作用是發(fā)布命令以及協(xié)調(diào)各部分電路。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件以及運(yùn)行過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)。I/O 接口電路是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁?？偩€則是連接 CPU、存儲(chǔ)器和 I/O接口電路的紐帶，是各部分進(jìn)行通信的線路。除此以外，還需要根據(jù)系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備和信號(hào)變換器。上圖所示的數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。信號(hào)交換電路包括 A/D交換、D/A 轉(zhuǎn)換等。7.2 主控制器 CPU 的選擇在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU 的選擇應(yīng)考慮以下三要素：時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)（控制數(shù)據(jù)處理速度） ；可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（ROM/RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能是否強(qiáng)（即變成的靈活性） 。I/O擴(kuò)展的能力：開(kāi)發(fā)手段（包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路） 。除此以外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合，選擇對(duì)象以及對(duì)各種參數(shù)要求選擇 CPU。在一般數(shù)控系統(tǒng)中，最常用 MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)作為主控制器。本次設(shè)計(jì)將選用 8031單片機(jī)。35從上述特性可知，一塊 8031的功能幾乎相當(dāng)于一塊 Z80CPU、一塊 RAM、一塊Z80CTC、兩塊 Z80PIO和一塊 Z80SIO所組成的微型機(jī)算計(jì)系統(tǒng)。7.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)1、程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片采用 EPROM芯片。其型號(hào)分別為2716、2732、2764、2756 等，其容量分別為 2K、4K、16K、32K。在選擇芯片時(shí)，要考慮 CPU與 EPROM時(shí)序的匹配。即 8031所能讀取的時(shí)間必須大于 EPROM所要求的時(shí)間。此外，還需考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲(chǔ)器的容量。在滿(mǎn)足要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化。本控制電路中選用 2732存儲(chǔ)芯片，74LS373地址鎖存器。2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于 8031內(nèi)部 RAM只有 128字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本控制電路選用 6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。3、譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過(guò)總線與單片機(jī)相聯(lián)。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)地與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，故需進(jìn)行片選控制，選用 74LS138譯碼器。7.4 I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)共有四個(gè) 8位并行 I/O口，但可供用戶(hù)使用的只是一部分。因此，不可避免的要進(jìn)行 I/O口的擴(kuò)展。本電路擴(kuò)展了兩個(gè)可變成并行接口芯片 8255A。8255A 是一個(gè)適用于諸多微機(jī)系列的可編程通用 8位輸入/輸出接口芯片?？赏ㄟ^(guò)編程來(lái)改變它的工作方式。通用性強(qiáng)、靈活多變、便于和各種外設(shè)連接。鍵盤(pán)、顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用行列式鍵盤(pán)，即 I/O口的線組成行列結(jié)構(gòu)。按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。顯示器為 LED。鍵盤(pán)和顯示器共用 8255A的 PA口進(jìn)行控制。在進(jìn)行鍵盤(pán)巡回掃描時(shí)，必須先關(guān)顯示。當(dāng)然有關(guān)鍵盤(pán)和顯示器的工作必須經(jīng)過(guò)軟件協(xié)調(diào)才能達(dá)到預(yù)期的效果。7.5 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò) 8255A轉(zhuǎn)向定時(shí)器 8253，用來(lái)改變其輸出的脈沖寬度。8253 發(fā)出的信號(hào)由電平轉(zhuǎn)換電路變換成雙級(jí)性脈寬調(diào)制信號(hào)，再由有源濾波電路平滑成連續(xù)的電壓信號(hào)，這個(gè)環(huán)節(jié)的作用類(lèi)似于 D/A轉(zhuǎn)換，然后將此電壓信號(hào)送到36速度調(diào)節(jié)器，而后再由電流調(diào)節(jié)器送出電流指令值到內(nèi)含 PWM調(diào)制電路的 PWM功率接口。其中電流反饋和速度反饋均采用模擬電路。7.6 主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，并采用單片機(jī)控制變頻器的閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。單片機(jī)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的兩級(jí)監(jiān)控管理，協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，并進(jìn)行復(fù)雜的控制決策。控制量經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換后輸出至變頻器，變頻器根據(jù)接收到的信號(hào)產(chǎn)生變壓變頻的電源信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量控制模塊可方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)、停止及加減速等功能。A/D 模塊接收整流濾波處理后的速度反饋信號(hào)。構(gòu)成調(diào)節(jié)閉環(huán)，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。因此，實(shí)現(xiàn)了一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全和運(yùn)行可靠的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。7.7 越界報(bào)警為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開(kāi)關(guān)。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺(tái)移動(dòng)。為了報(bào)警，可以設(shè)置發(fā)光二級(jí)管。工作時(shí)綠燈亮；有越界信號(hào)時(shí)，紅燈亮，指示工作臺(tái)越過(guò)極限位置。37結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí),因此不同于以前的課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)的飛越.認(rèn)識(shí)到這點(diǎn),我對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計(jì)都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)就不同了，它是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，很多資料、數(shù)據(jù)都需要自己通過(guò)各種途徑搜集得到。在本次設(shè)計(jì)中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識(shí)已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識(shí)，因此設(shè)計(jì)之前就對(duì)大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認(rèn)真的復(fù)習(xí)了一遍，開(kāi)始對(duì)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計(jì)的感覺(jué)。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機(jī)械制造方面的文獻(xiàn)，進(jìn)而對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對(duì)于專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)本次設(shè)計(jì)還使我更深切地感受到了團(tuán)隊(duì)的力量，在與同學(xué)們的討論中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決問(wèn)題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團(tuán)隊(duì)合作精神也得到了增強(qiáng)?？梢哉f(shuō)，畢業(yè)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了我們大學(xué)四年所學(xué)的大部分知識(shí)，也檢驗(yàn)了我們的綜合素質(zhì)和實(shí)際能力。同時(shí)也跨出了我的工程師之路的第一步。38參考文獻(xiàn)[1] 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With mechanical precision, reliability and lifetime requirements of continuous improvement and increased application of new materials, grinding technology is moving in the ultra-hardness of abrasives, the development of sophisticated and ultra-precision grinding (grinding to micron, submicron nano-grinding development) and the development of high accuracy, high stiffness, and multi-axis automation grinder direction [4], such as for ultra-precision grinding resin combined with the average radius of the diamond grit grinding wheel can be as small as 4μm, grinding accuracy of up to 0.025μm.This topic is a special grinder, with the surface finish of the design of a cylinder block and cylinder block as an important process requirements of precision parts, the outer surface roughness has been a bottleneck restricting the quality of products, how to make the cylinder block. surface roughness and flatness of the technical requirements.Key words: grinder; surface grinder; special grinder; grinding; cylinder blockIII目 錄摘 要 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????IABSTRACT???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II第 1 章 緒論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 磨床的類(lèi)型與用途 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.1 磨床的類(lèi)型及其特點(diǎn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.2 磨床的用途 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.3 平面磨削和端面平面磨床 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????21.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.1 基本參數(shù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.2 磨床總體設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.3 總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6第 3 章 磨床總體布局設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.1 加工零件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.2 初步估計(jì)組成部分 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.3 總體布局初步設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.4 縱向與橫向尺寸的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????103.6 頭架相關(guān)尺寸的確定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????123.7 尾架相關(guān)尺寸的確定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.8 工作臺(tái) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.9 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.10 砂輪修整器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.11 液壓系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.12 電氣部分 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14第 4 章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架） ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15IV4.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.5 主軸剛度校核 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????164.6 動(dòng)靜壓軸承 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174.7 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18第 5 章 床身與導(dǎo)軌 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1 床身設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.1 床身結(jié)構(gòu)的基本要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.2 床身的結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.3 床身的截面形狀 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.1.4 鋼板焊接結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.1.5 箱體封沙結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.1 對(duì)導(dǎo)軌的要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.3 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275.2.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275.2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????285.2.6 導(dǎo)軌的材料 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28第 6 章 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.2 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.3 選擇主軸電機(jī) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????306.4 高速帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31第 7 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.1 確定硬件電路的總體方案 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.2 主控制器 CPU 的選擇 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.4 I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35V7.5 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ??????????????????????????????????????????????????????
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