精磨電機(jī)軸的簡易磨床設(shè)計(jì)

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電氣系統(tǒng)圖.dwg

磨床砂輪架主軸.dwg

簡易磨床裝配圖.dwg

精磨電機(jī)軸的簡易磨床設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

精磨電機(jī)軸的簡易磨床設(shè)計(jì)論文.doc

輪架部件圖.dwg

第1章  緒論 1

1.1 磨床的類型與用途 2

1.1.1  磨床的類型及其特點(diǎn) 2

1.1.2  磨床的用途 2

1.1.3  磨削和端面外圓磨床 3

1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 5

第2章  設(shè)計(jì)任務(wù)書 6

第3章  磨床總體布局 7

3.1 磨床總體設(shè)計(jì) 7

3.2、總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 7

3.3 磨床總體布局設(shè)計(jì) 7

3.3.1  加工零件 7

3.3.2  初步估計(jì)組成部分 7

3.3.3  總體布局初步設(shè)計(jì) 7

3.3.4  縱向與橫向尺寸的確定 8

3.3.5  砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) 11

3.3.6  頭架相關(guān)尺寸的確定 13

3.3.7  尾架相關(guān)尺寸的確定 14

3.3.8  工作臺 14

3.3.9  橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 14

3.3.10  砂輪修整器 14

第4章  部件設(shè)計(jì)（砂輪架） 16

4.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求 16

4.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施 16

4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性 16

4.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì) 16

4.5 主軸剛度校核 17

4.6 動(dòng)靜壓軸承 18

4.7 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 19

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(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(jī)床相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1、磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和自動(dòng)線，進(jìn)行高效率生產(chǎn)；

5、磨床通常是電動(dòng)機(jī)---油泵---發(fā)動(dòng)部件，通過機(jī)械，電氣，液壓傳動(dòng)---傳動(dòng)部件帶動(dòng)工件和砂輪相對運(yùn)動(dòng)---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(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，對機(jī)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(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)的國家中，磨床在機(jī)床總數(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%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%[3]。由此可見，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過精密磨削來達(dá)到其要求的，而精密磨削加工會(huì)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，則所用的磨床就應(yīng)該滿足以下幾個(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—3um以內(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—15mm/min，因此工作臺必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無爬行和無沖擊現(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)對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對于精密磨床，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  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(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)的主要來源和原因。基本得外圓磨削方法有兩種，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(shí)上，外圓磨削可以通過其他以下幾種方法來實(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)滿足所有的整個(gè)長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進(jìn)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(jìn)給和無軸向進(jìn)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(shí)，這種方法才能完成。

結(jié)論

經(jīng)過三個(gè)多月的努力，我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，對磨床的設(shè)計(jì)過程有了一個(gè)基本的認(rèn)識。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合應(yīng)用，它涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械裝備設(shè)計(jì)、互換性和測量技術(shù)、電子信息技術(shù)等多門課程的內(nèi)容，使我對知識的綜合知識的運(yùn)用有了很大的提高。

本次設(shè)計(jì)的數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A可以同時(shí)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(shí)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(shè)計(jì)過程中，郭老師讓我們四個(gè)人每人負(fù)責(zé)一部分，我負(fù)責(zé)的是數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的砂輪架部分。起初我們四個(gè)人在一起討論磨床的總體布局圖，每個(gè)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(xué)到了不少知識，知道自己方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，最后我們討論出來一套最優(yōu)方案。

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我負(fù)責(zé)的部件是砂輪架，砂輪架是磨床上用來帶動(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。首先是根據(jù)砂輪架主軸的要求進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)，然后再選取軸承，設(shè)計(jì)皮帶和皮帶輪等等。在這個(gè)過程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設(shè)計(jì)等用到了大量的計(jì)算。

由于磨床是高精密加工機(jī)床，對各部件的設(shè)計(jì)要求都較高。為了提高旋轉(zhuǎn)精度，我主要做了以下工作：

1.在選擇軸承的時(shí)候，我選用了動(dòng)靜壓軸承。，動(dòng)靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)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(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)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(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動(dòng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。

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

2.在砂輪架傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)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(diǎn)，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動(dòng)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(dòng)，工作面為楔側(cè)面。

3.為了減少外載荷對砂輪架主軸的影響，提高砂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砂輪架主軸上，而是安裝在支架上，然后通過花鍵套來傳遞扭矩，帶動(dòng)砂輪架主軸旋轉(zhuǎn)。這種方案的好處是砂輪架承受的軸向力大大地減小了，砂輪架主要承受扭矩，達(dá)到減小砂輪架主軸變形、提高砂輪架主軸的承載能力和提高旋轉(zhuǎn)精度等目的。

需要補(bǔ)充一點(diǎn)的是，在砂輪架主軸的設(shè)計(jì)中，因?yàn)檩S的中間部分只有一部分需要進(jìn)行精加工，以便安裝動(dòng)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，我采取將砂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(huì)減小砂輪架主軸的剛度。

這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對我大學(xué)所學(xué)的知識進(jìn)行了綜合，對我運(yùn)用知識的能力有了很大提高，特別是培養(yǎng)了我理論結(jié)合實(shí)際的作風(fēng)，改變了我以前設(shè)計(jì)不切合實(shí)際的想法，很多設(shè)計(jì)力求標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

致謝

經(jīng)過三個(gè)多月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了。在老師的指導(dǎo)下，我順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部任務(wù)。老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高度的責(zé)任心給我留下了很深刻的印象，同時(shí)也給我的學(xué)習(xí)、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(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x，并感謝同組同學(xué)對我的合作和支持。

此外，具有豐富磨床設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的老師給我們?nèi)M同學(xué)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(lǐng)導(dǎo)和其他老師也給了我很大的關(guān)心，再一次對大家表示衷心的感謝！

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 系 專業(yè) 班級 姓名 學(xué)號 題目 精磨電機(jī)軸的簡易磨床設(shè)計(jì) 題目 類型 本體 設(shè)計(jì) 一、 選題背景及依據(jù)（簡述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況，說明選題目的、意義） 床的類型與用途 床的類型及其特點(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)稱為磨床，它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的。 磨床的種類主要有：外圓磨床，內(nèi)圓磨床，平面磨床，工具磨和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床，曲軸磨床等。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀及生產(chǎn)需求狀況 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，開發(fā)精密及超精密磨削和研制高精度，多軸的自動(dòng)化磨床等方向發(fā)展，如用于超精密磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至 4 微米，磨削精度高達(dá) 米，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 40s, 北京第二機(jī)床廠引進(jìn)日本豐田公司先進(jìn)技術(shù)并與之合作生產(chǎn)的)62控外圓 /數(shù)控端面外圓磨 床，砂輪架采用原裝進(jìn)口，砂輪線速度可達(dá) 60m/s，砂輪架株洲采用高剛性動(dòng)靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田公司 床專用數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)二軸（ X 和 Z）到四軸（ X,W）控制。 此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機(jī)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(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。 題目的及意義 本課題旨在讓學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識，設(shè)計(jì) 精磨電機(jī)軸的簡易磨床本體，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)和嚴(yán)禁的科學(xué)態(tài)度。該課 題要求繪制磨床總體布局裝配圖，砂輪不見裝配圖，磨床零件圖，最后撰寫設(shè)計(jì)說明書。 此外， 有條件的話要求 學(xué)生 跟隨指導(dǎo) 老師參與部分研究，進(jìn)行磨削溫度測試試驗(yàn) 撰寫 報(bào)告。 二、 主要研究（設(shè)計(jì)） 的基本 內(nèi)容 和擬解決的主要問題 、研究（設(shè)計(jì)）思想及工作方法 或技術(shù)路線 或工作流程 要研究（設(shè)計(jì)）的基本內(nèi)容 （ 1）磨床總體布局裝配圖（ 0#） （ 2）零件圖（ 3#） （ 3）磨削加工進(jìn)給方式及運(yùn)動(dòng)方式 （ 4）零部件的選用 （ 5）撰寫報(bào)告 解決的主要問題 （ 1）磨床總體布局中各部件尺寸的 確定 （ 2） 主軸和軸承的設(shè)計(jì)和選用 （ 3）主軸軸向進(jìn)給量 （ 4）工件轉(zhuǎn)動(dòng)量 （ 5）磨削溫度的測定 （ 6）砂輪進(jìn)給量 （ 7）軸的磨削軸時(shí)的固定及加工誤差 究（設(shè)計(jì)）思想 （ 1）查閱國內(nèi)外磨床相關(guān)資料，確定磨床總體布局中各部件（ 如工作臺，進(jìn)給機(jī)構(gòu)等 ）尺寸 （ 2）檢驗(yàn)主軸前端擾度，確保主軸剛度 （ 3）砂輪架 進(jìn)給量（△ d）采用游標(biāo)卡尺精確控制，以達(dá)到主軸磨削量為 2*△ d 的精確磨削效果 （ 4） 采用 普通直流 電機(jī) 帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)， 借助行程開關(guān)，利用普通直流電機(jī)控制待磨電機(jī)軸的直線往 復(fù)運(yùn)動(dòng) （ 5）有條件的話參考磨削溫度測試研究論文，認(rèn)真虛心向指導(dǎo)老師學(xué)習(xí)， 進(jìn)行 磨削溫度的測試實(shí)驗(yàn) 作流程 （ 1）磨床總體布局初步設(shè)計(jì)（包括：加工零件，初步估計(jì)組成部分，總體布局初步設(shè)計(jì)， 縱向橫向尺寸的確定，工作臺，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)， 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)等） （ 2） 進(jìn)給 量測量裝置的設(shè)計(jì)及選用 （ 3）傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) （ 4）完成裝配圖 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度 和 安排 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段： [1] 業(yè)設(shè)計(jì)選題、指導(dǎo)教師見面； [2] 關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)能力培訓(xùn)； [3] 行開題報(bào)告； [4] 備開題答辯； [5] 題答辯； [6] 據(jù)開題報(bào)告情況，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)方案預(yù)選； 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)施階段： [1] 成畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿，進(jìn)行精磨電機(jī)軸的簡易磨床各組成部分的 機(jī)構(gòu) 選擇及其 總體設(shè)計(jì)。 [2] 成精磨電機(jī)軸的簡易磨床各組成部分的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行理論計(jì)算與校核。 [3] 成精磨電機(jī)軸的簡易磨床設(shè)計(jì)的 維圖紙和三維造型設(shè)計(jì)。 [4] 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)查和修改，最終完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的所有相關(guān)工作和資料準(zhǔn)備。 以上各階段尤其畢設(shè)階段要與指導(dǎo)老師保持密切聯(lián)系，接受指導(dǎo)老師的畢設(shè)任務(wù)檢查。 四、主要參考文獻(xiàn) （ 1）上海機(jī)床廠磨床設(shè)計(jì)制造 （上下冊） 1972. （ 2）機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)【 M】 . 曾志新，呂明 2001 （ 3） 面磨床展品評述【 J】 . 姚俊 2001. （ 4）現(xiàn)代磨削技術(shù)【 M】 . 李伯明，趙波主編 2003. （ 5）機(jī)械設(shè)計(jì)【 M】 . 濮良貴，紀(jì)名剛 2001. （ 6）金屬切削機(jī)床簡明手冊【 M】 . 范云漲，陳兆年 1994 （ 7）機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)【 M】 . 馮辛安，黃玉美 2002 （ 8）機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)【 M】 小柏 2001 （ 9）互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)【 M】 . 溫松明主編 2000 （ 10）機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（中）【 M】化學(xué)工業(yè)出版社 ,2006. （ 11）機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊【 M】 化學(xué)工業(yè)出版社， 2000. （ 12）機(jī)械原理【 M】 作模 2001. 指 導(dǎo) 教 師 意 見 指導(dǎo)教師簽字 ___________ 年 月 日 系 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 領(lǐng) 導(dǎo) 小 組 審 核 意 見 難 度 綜合訓(xùn) 練程度 是否隸屬科研項(xiàng)目 系 畢業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)小組組長 （公章） ___________ 年 月 日 備注： 1、題目類型分為： 理論研究 、 應(yīng)用研究、 設(shè)計(jì) 開發(fā)和 其它 。 2、題目難度分為： A、 B、 C、 D 四個(gè)等級。 3、綜合訓(xùn)練程度分為： A、 B、 C 三個(gè)等級。 4、 本表由學(xué)生填寫，交指導(dǎo)教師答署意見后參照執(zhí)行。（中文字?jǐn)?shù) 不 少 于2500 字、 包括主要參考文獻(xiàn)的字?jǐn)?shù) 。） 第 1 章 緒論 .............................................................................................................................................. 1 床的類型與用途 ................................................................................................................................ 2 磨床的類型及其特點(diǎn) ....................................................................................................................... 2 磨床的用途 ...................................................................................................................................... 2 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 設(shè)計(jì)任務(wù)書 ................................................................................................................................... 6 第 3 章 磨床總體布局 ............................................................................................................................... 7 床總體設(shè)計(jì) ....................................................................................................................................... 7 體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) .............................................................................................................................. 7 床總體布局設(shè)計(jì) ................................................................................................................................ 7 加工零件 .......................................................................................................................................... 7 初步估計(jì)組成部分 ........................................................................................................................... 7 總體布局初步設(shè)計(jì) ........................................................................................................................... 7 縱向與橫向尺寸的確定 .................................................................................................................... 8 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) ...................................................................................................................... 11 頭架相關(guān)尺寸的確定 ..................................................................................................................... 13 尾架相關(guān)尺寸的確定 ..................................................................................................................... 14 工作臺 ........................................................................................................................................... 14 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) ................................................................................................................................ 14 砂輪修整器 .................................................................................................................................. 14 第 4 章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架） .................................................................................................................. 15 輪架設(shè)計(jì)的基本要求 ...................................................................................................................... 15 軸旋轉(zhuǎn)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(shè)計(jì) .......................................................................................................................... 15 軸剛度校核 ..................................................................................................................................... 16 靜壓軸承 ......................................................................................................................................... 17 動(dòng)裝置設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................... 18 第 1 章 緒論 床的類型與用途 磨床的類型及其特點(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(jī)床相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1、磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和自動(dòng)線，進(jìn)行高效率生產(chǎn)； 5、磨床通常是電動(dòng)機(jī) 過機(jī)械，電氣，液壓傳動(dòng) 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(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，對機(jī)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(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)的國家中，磨床在機(jī)床總數(shù)中的比例已達(dá) 30% 據(jù) 1997 年歐洲機(jī)床展覽會(huì) (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%，車床占 23%，銑床占 22%，鉆床占 14%[3]。 由此可見，在精 密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過精密磨削來達(dá)到其要求的，而精密磨削加工會(huì)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，則所用的磨床就應(yīng)該滿足以下幾個(gè)基本要求： 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 1向圓跳動(dòng)應(yīng)限制在 2— 3內(nèi) 。 由于砂輪的修整導(dǎo)程要求 10— 15mm/此工作臺必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。 精密磨削時(shí)如果產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮減少振動(dòng)。 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。 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(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)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(shí)上，外圓磨削可以通過其他以下幾種方法來實(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)滿足所有的整個(gè)長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進(jìn)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(jìn)給和無軸向進(jìn)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(shí)，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(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。 端面外圓磨床是外圓磨床的一種變形機(jī)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(diǎn)如下 （ 1）這種磨床的布局形成和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系與外圓磨床相似，只是砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常 10°， 15°， 30°， 45°），如圖 1－ 3 所示，數(shù)控端面外圓磨床 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（長切入） 無花磨削。由定程裝置或自動(dòng)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?qū)Φ堆b置。 圖 1－ 3 砂輪架與頭架，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(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) m；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－ 60m/s；從精度上看，定位精度＜ 2μ m，重復(fù)定位精度≤± 1μ m 的機(jī)床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看， 軸達(dá) 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(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 P） 62－ 63 數(shù)控外圓 /數(shù)控端面外圓磨床，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 床專用數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)二軸（ X 和 Z）到四軸（ X、 Z、 ）控制。 此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機(jī)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(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對 環(huán)保越來越高的要求。 第 2 章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 精磨電機(jī)軸的簡易磨床設(shè)計(jì) 本課題旨在讓學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。該課題要求繪制磨床總體布局裝配圖、砂輪架部件裝配圖、磨床液壓系統(tǒng)圖和磨床零件圖，最后撰寫設(shè)計(jì)說明書。 此外，要求學(xué)生跟隨指導(dǎo)老師和研究生參與部分科學(xué)研究，進(jìn)行磨削溫度的測試實(shí)驗(yàn)并撰寫科研報(bào)告。 （ 1）磨床總體布局中各部件尺寸的確定； （ 2）砂輪架主軸和軸承的設(shè)計(jì)和選用； （ 3）皮帶的選用和帶輪的設(shè) 計(jì)； （ 4）磨床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； （ 5）磨削溫度科研報(bào)告。 （ 1）查閱國內(nèi)外磨床相關(guān)資料，確定磨床總體布局中各部件（如砂輪架、頭架和尾架等）尺寸； （ 2）檢驗(yàn)主軸前端擾度，確保主軸剛度； （ 3）砂輪架采用靜動(dòng)壓軸承以提高旋轉(zhuǎn)精度，增強(qiáng)抗振性，延長軸承的使用壽命； （ 4）采用皮帶和花鍵副帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，減少主軸變形，使載荷分布均勻； （ 5）采用 制裝配圖和零件圖； （ 6）參看液壓工程方面的資料，設(shè)計(jì) 磨床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； （ 7）參考磨削溫度測試研究論文，認(rèn)真、虛心向指導(dǎo)老師 和研究生學(xué)習(xí)，進(jìn)行大量的磨削溫度的測試實(shí)驗(yàn)。 第 3 章 磨床總體布局 床總體設(shè)計(jì) 面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工余量等）； 比較國內(nèi)，外同類機(jī)床，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，進(jìn)行改革創(chuàng)新； 圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標(biāo)準(zhǔn)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(jì)改進(jìn)； 總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 性，穩(wěn)定性好； 調(diào)整方便； 卻液供給，回收，廢渣的排除。 床總體布局設(shè)計(jì) 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(jì)組成部分 c 頭架； d 尾架； e 砂輪架； f 修整器； g 測量裝置； h 砂輪進(jìn)給電機(jī)； I 修整器進(jìn)給電機(jī)； j 電器框； k 工作臺進(jìn)給電機(jī)； l 工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)； m 潤滑冷卻裝置； n 數(shù)控裝置； 總體布局初步設(shè)計(jì) 床身； 采用傾斜 10°的型面； 0°角； 剛石滾輪），采用 司軸向，徑向測量儀，配用該公司 控框（如圖 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 X 軸：砂輪架進(jìn)給 Y 軸：修整器進(jìn)給 Z 軸：工作臺移動(dòng) W 軸：工件旋轉(zhuǎn) 各軸采用交流伺服電機(jī)，通過精密無間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相 連； 小熱變形，簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，便于維修）； 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 考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗(yàn)給定）； ⑧整個(gè)床身寬度 8 1650l 視覺效果）； ⑨砂輪架中心與機(jī)床床身對稱線相距 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 V 型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準(zhǔn)，畫出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準(zhǔn)線，根據(jù)確定的工作臺參數(shù)，導(dǎo)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 ~ 0 '心 （ 3－ 1） 下工作臺 ? ?1 0 0 心 （ 3－ 2） 'l 為工作臺導(dǎo)軌的中心距，工作臺導(dǎo)軌選用 80? 75? 250 取 1'h=250=75'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(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 1 0 0 0 ~ 1 1 0 0H ?左右 [1] 根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。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(zhuǎn)中心位置 ? ? ?9 1 / 2 ' 1 / 2 * 2 5 0 1 2 5B l m m? ? ? 6） 確定機(jī)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 H 取 2000 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 =500而可定出砂輪架的寬度約為600軌為 卸荷導(dǎo)軌。 圖 3－ 3 砂輪架的導(dǎo)軌 （ 2）砂輪架橫向行程長度 ?0 . 1 ~ 0 . 2l s s s? ? ? ?橫 絲 桿 快 速 快 速 （ 3－ 4） 式中 為砂輪架快速進(jìn)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）砂輪架高度和長度 砂輪架箱體導(dǎo)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(dǎo)軌的高度 避免上，下工作臺運(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的 頂面，同時(shí)考慮橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ①6 1 1 0 ~ 1 5 0h m m?取6 130h 砂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砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動(dòng)絲桿 取4 120h 后床身進(jìn)給導(dǎo)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 砂輪架的高度和寬度 ⑤砂輪架底板長度9l： 9l ? ? 2 l? 中 心? ?1 2 * 5 0 07 5 0 ~ 1 0 0 0??∴ 取9l=900 ⑥砂輪架導(dǎo)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）砂輪架主軸電機(jī)的選擇 ①用類比法，砂輪架主軸電機(jī)的功率取 15 ②計(jì)算法 N N N??切電 空（ 3－ 6） ? ?? ?* 2 3 . 82 . 3 5 ~ 8 . 8 2 3 . 8? ???砂 取15電 頭架相關(guān)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(jì)算頭架中心高取 180④主軸轉(zhuǎn)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(jī)選擇 用類比法，交流伺服電機(jī)選擇 1 18機(jī) 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） 交流伺服電機(jī)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(shí)∴合格 ⑥主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤帶動(dòng)旋轉(zhuǎn) 尾架相關(guān)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(dòng)導(dǎo)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(shí)修刮側(cè)面 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 交流伺服電機(jī) 壓力卸荷導(dǎo)軌 壓力油 卸去 60% ~ 75% 壓力 V— 平導(dǎo)軌 100 * 90 * 500 砂輪架行程 373l 砂輪修整器 伺服電機(jī) 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 主軸直徑 D=50用液體動(dòng)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 第 4 章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架） 輪架設(shè)計(jì)的基本要求 砂輪架是磨床上用來 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，因此對砂輪架設(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。 砂輪架設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)基本要求 [1]： 轉(zhuǎn)穩(wěn)定； 熱低，不漏油； 整維修方便。 軸旋轉(zhuǎn)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。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動(dòng)允許誤差取 5μm~~10μm。 （ 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。 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度量。過低的剛性會(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。 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。 對砂輪架主軸來說，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 42進(jìn)行淬火，故選取許用應(yīng)力為40 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 ? ?639 . 5 5 1 00 . 2 ?? ? ? （ 4－ 1） T?—— 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為 T —— 軸所受扭矩（單位為 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為 3 p —— 軸傳遞的功率（單位為 n —— 軸的轉(zhuǎn)速（單位為 r/ d —— 計(jì)算界面處的直徑（單位為 []T? —— 許用 扭轉(zhuǎn)應(yīng)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(jì)算可以得知砂輪架最小直徑為 慮到砂輪架的剛度等因素，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 砂輪架主軸尺寸示意圖 軸剛度校核 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： 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(jì)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?yàn)?[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(gè)使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距 L。由經(jīng)驗(yàn)得知， L 為（ 3~~6） D 時(shí)，主軸前端撓度最小， D=120L 為 360~~720 L 為 640 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(dòng)靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)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(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)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(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯 效應(yīng)形成的動(dòng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。 它的優(yōu)點(diǎn)如下： 用范圍廣。動(dòng)靜壓軸承在零件轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)精度，壽命長 動(dòng)靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動(dòng) ; 在萬一供油受阻或切斷時(shí)，可利用軸承中動(dòng)壓效應(yīng)來承載 ; 由于動(dòng)壓效應(yīng)，使軸承轉(zhuǎn)速越高承載能力越大，同時(shí)軸承還能承受方向不斷變化的動(dòng)載及瞬時(shí)過載 ; 由于動(dòng)靜壓軸承高速下主要靠動(dòng)壓承載，故這時(shí)供油壓力可相對較小，軸承可設(shè)計(jì)成較小軸頸，軸承結(jié)構(gòu)簡單，制造精度和材料要求不高。 動(dòng)靜壓軸承需要一套供油系統(tǒng)，潤滑油要經(jīng)過嚴(yán)格過濾以保持清潔。目前廣泛應(yīng)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(yùn)動(dòng)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(guān)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(xì)管和小孔節(jié)流器兩種。本次設(shè)計(jì)選用毛細(xì)管節(jié)流器。 動(dòng)靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中 改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的 表面節(jié)流液體動(dòng)靜壓混合軸承。 砂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(gè)相對的環(huán)形油腔構(gòu)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(dòng)裝置設(shè)計(jì) 為了提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度，皮帶輪不直接裝在主軸上，而是裝在單獨(dú)的支架上，并用花鍵套帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，即采用卸荷皮帶輪的方案，如圖 4－ 2 所示。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少了主軸的變形，同時(shí)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(jì)算，取 5擇 4 型電動(dòng)機(jī) 因?yàn)槎嘈◣Ъ嬗?V 帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，外輪廓尺寸小，比 V 型帶傳動(dòng)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(dòng)。工作面為楔側(cè)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(shè)計(jì)計(jì)算 已知小帶輪轉(zhuǎn)速，即 500r/動(dòng)比 i= （ 1）計(jì)算功率 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(zhǔn)直徑 由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》表 4— 43，取主動(dòng) 輪基準(zhǔn)直徑 0 12?12，由此得12200 m 21 。 （ 4）驗(yàn)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(zhǔn)帶長 2210 0 1 20()2 ( )24a D ?? ? ? ? （ 4－ 8） 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(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》表 4— 5，取相近的基準(zhǔn)帶長1250 ]。 （ 7）實(shí)際軸向間距 00 2??（ 4－ 9） 1 2 5 0 1 2 4 8 . 8 2400 2??? = 所以皮帶的實(shí)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(jī)床設(shè)計(jì)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(jì)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。 1）帶輪設(shè)計(jì)的要求： （ 1）質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應(yīng)力； （ 2）質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡校證； （ 3）槽輪工作面要經(jīng)過精細(xì)加工，以減少帶的磨損； （ 4）輪槽的尺寸和角度應(yīng)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(jié)構(gòu) （ 1）小 帶輪直徑1 ( 2 3 ) d 為軸的直徑），所以采用實(shí)心式。 （ 2）大帶輪2 200D ?< 300，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。 4）小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 圖 4－ 3 小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 2ad d h?? （ 4－ 12） 其中 帶輪的外徑， d —— 軸的直徑， h —— 基準(zhǔn)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(jié)構(gòu)尺寸 圖 4－ 4 大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 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 Φ60 選用內(nèi)花鍵套： 8×6282圖 圖 4－ 3 內(nèi)花鍵套的結(jié)構(gòu)尺寸 結(jié)論 經(jīng)過三個(gè)多月的努力，我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，對磨床的設(shè)計(jì)過程有了一個(gè)基本的認(rèn)識。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我大學(xué) 四年所學(xué)知識的一次綜合應(yīng)用，它涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械裝備設(shè)計(jì)、互換性和測量技術(shù)、電子信息技術(shù)等多門課程的內(nèi)容，使我對知識的綜合知識的運(yùn)用有了很大的提高。 本次設(shè)計(jì)的數(shù)控高速端面外圓磨床 以同時(shí)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(shí)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(shè)計(jì)過程中，郭老師讓我們四個(gè)人每人負(fù)責(zé)一部分，我負(fù)責(zé)的是數(shù)控高速端面外圓磨床 砂輪架部分。起初我們四個(gè)人在一起討論磨床的總體布局圖 ，每個(gè)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(xué)到了不少知識，知道自己方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，最后我們討論出來一套最優(yōu)方案。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我負(fù)責(zé)的部件是砂輪架，砂輪架是磨床上用來帶動(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。首先是根據(jù)砂輪架主軸的要求進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)，然后再選取軸承，設(shè)計(jì)皮帶和皮帶輪等等。在這個(gè)過程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設(shè)計(jì)等用到了大量的計(jì)算。 由于磨床是高精密加工機(jī)床，對各部件的設(shè)計(jì)要求都較高。為了提高旋轉(zhuǎn)精度，我 主要做了以下工作： 選用了動(dòng)靜壓軸承。，動(dòng)靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)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(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)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(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動(dòng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。 動(dòng)靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中 改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的 表面節(jié)流液體動(dòng)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(diǎn)，外輪廓尺寸小，比 V 型帶傳動(dòng)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(dòng)，工作面為楔側(cè)面。 高砂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 砂輪架主軸上，而是安裝在支架上，然后通過花鍵套來傳遞扭矩，帶動(dòng)砂輪架主軸旋轉(zhuǎn)。這種方案的好處是砂輪架承受的軸向力大大地減小了，砂輪架主要承受扭矩，達(dá)到減小砂輪架主軸變形、提高砂輪架主軸的承載能力和提高旋轉(zhuǎn)精度等目的。 需要補(bǔ)充一點(diǎn)的是，在砂輪架主軸的設(shè)計(jì)中，因?yàn)檩S的中間部分只有一部分需要進(jìn)行精加工，以便安裝動(dòng)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，我采取將砂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(huì)減小砂輪架主軸的剛度。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 對我大學(xué)所學(xué)的知識進(jìn)行了綜合，對我運(yùn)用知識的能力有了很大提高，特別是培養(yǎng)了我理論結(jié)合實(shí)際的作風(fēng)，改變了我以前設(shè)計(jì)不切合實(shí)際的想法，很多設(shè)計(jì)力求標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。 致謝 經(jīng)過三個(gè)多月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了。在老師的指導(dǎo)下，我順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部任務(wù)。 老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高度的責(zé)任心給我留下了很深刻的印象，同時(shí)也給我的學(xué)習(xí)、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(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x，并感謝同組同學(xué)對我的合作和支持。 此外，具有豐富磨床設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)的老師給我們?nèi)M同學(xué)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(lǐng)導(dǎo)和其他老師也給了我很大的關(guān)心，再一次對大家表示衷心的感謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 上海機(jī)床廠 上冊和下冊 )上海人民出版社， 1972. [2] 曾志新，呂明 M]