華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)格式和要求(20120515)

1、 華北水利水電學(xué)院 North China University of Water Resources and Electric Power 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目 外圓磨床設(shè)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造 姓 名 李 潺 學(xué) 號(hào) 2012051107 指導(dǎo)教師 袁陽 完成時(shí)間 2014.5.26 教務(wù)處制獨(dú)立完成與誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立工作所取得的成果并撰寫完成的，鄭重確認(rèn)沒有剽竊、抄襲等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的侵權(quán)行為。文中除已經(jīng)標(biāo)注引用的內(nèi)容外，不包含其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要

2、貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名： 指導(dǎo)導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 簽字日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解華北水利水電學(xué)院有關(guān)保管、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。特授權(quán)華北水利水電學(xué)院可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容公開和編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫提供檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段復(fù)制、保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原件或復(fù)印件和電子文檔（涉密的成果在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名： 導(dǎo)師簽名：簽字日期： 簽字日期：目錄中文摘要.1第一

3、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). 1.1.2 磨床的用途. 1.1.3 外圓磨削和端面磨床. 1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì).第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目. 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的. 3任務(wù)與要求. 4 用途與規(guī)格. 5 設(shè)計(jì)重點(diǎn)與難點(diǎn) 6 擬采用的途徑與手段.第三章 磨床總體布局. 3.1 磨床總體設(shè)計(jì) 3.2 總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng). 3.3 磨床的總體布局設(shè)計(jì). 3.3.1 加工零件. 3.3.2初步估計(jì)設(shè)計(jì)組成部分. 3.3.3 總體布局初步設(shè)計(jì). 3.3.4縱向與橫向尺寸的確定 3.3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) 3.3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定. 3.3

4、.7 尾架相關(guān)尺寸的確定 3.3.8 工作臺(tái) 3.3.9 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu). 3.3.10 砂輪修整器 3.3.11 液壓系統(tǒng).3.3.12 電氣部分 3.3.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)第四章 部件設(shè)計(jì). 4.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求. 4.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施. 4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性. 4.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì). 4.5 主軸剛度校核 4.6 動(dòng)靜壓軸承 4.7 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)第五章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1概述 5.2 確定硬件電路總體方案.第六章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì). 6.1概述. 6.2 液壓傳動(dòng)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是萬能外圓磨床的工作臺(tái)結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了頭架結(jié)構(gòu)、帶動(dòng)工作臺(tái)的液壓缸等

5、各個(gè)部件，本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)和介紹了液壓系統(tǒng)圖及外圓磨床的機(jī)械工作原理圖。 隨著科技步伐的加快，液壓技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，液壓系統(tǒng)已成為主機(jī)設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一。本文主要研究的是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要與主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：外圓磨床；工作臺(tái)；液壓系統(tǒng)；原理 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

6、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(duì)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(duì)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）；

7、 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(duì)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(duì)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

8、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

9、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(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23um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1015mm/min，因此工作臺(tái)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(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對(duì)于精密

10、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11和圖12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(zhǎng)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

11、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12 縱磨法磨外圓 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁 （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。 2.端面外圓磨床及其特點(diǎn) 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10，15，26.23，30，45），如圖13所示，數(shù)控端面外圓磨床M

12、KS1632A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。 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

13、、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4m、磨削精度高達(dá)0.025m；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4060m/s；從精度上看，定位精度2m，重復(fù)定位精度1m的機(jī)床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看，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）6263數(shù)控外圓/數(shù)控端面外圓磨床，砂輪架采

14、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GC32ECNC磨床專用數(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)保越來越高的要求。第2章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 MKS1632A數(shù)控高速端面外圓磨床及其砂輪架設(shè)計(jì) 2.畢業(yè)設(shè)計(jì)目的 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(shí)，設(shè)計(jì)數(shù)控端面外圓磨床MKS1632A及其砂輪架，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

15、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(cè)試實(shí)驗(yàn)并撰寫科研報(bào)告。 3.任務(wù)與要求： （1）機(jī)床總體布局裝配圖（0#）； （2）部件裝配圖（砂輪架0#）； （3）零件圖 (3#)； （4）液壓傳動(dòng)圖（1#）； （5）電氣控制圖 （1#）； （6）撰寫科研報(bào)告； 4.用途和規(guī)格 （1）加工對(duì)象 A 帶軸肩的多臺(tái)階軸（如齒輪軸） B要求端面外圓一次完成的零件 C 帶較大端面的盤類零件 D 作一般外圓磨床 （2）主要規(guī)格 A加工直徑20mm-320mm B 最大加工長(zhǎng)度為750

16、mm C 最大加工重量200 D 砂輪線速度60m/s E 機(jī)床中 心 高 1095mm F工件轉(zhuǎn)速范圍30300rpm （3）主要運(yùn)動(dòng) A 砂輪轉(zhuǎn)動(dòng) B 工件轉(zhuǎn)動(dòng) C工作臺(tái)縱向移動(dòng) D砂輪架斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) E砂輪修整器斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) F砂輪修整器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 5.設(shè)計(jì)重點(diǎn)與難點(diǎn) （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。 6.擬采用的途徑與手段 （1）查閱國(guó)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

17、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(zhǎng)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Auto CAD繪制裝配圖和零件圖； （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(cè)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 第3章 磨床總體布局 3.1 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 比較國(guó)內(nèi)，外同類機(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，外購件目錄，鑄件，鍛件目錄，

18、說明書，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)； 3.2、總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 1.保證機(jī)床滿足加工精度要求，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。 3.3 磨床總體布局設(shè)計(jì) 3.3.1 加工零件 帶軸肩的多臺(tái)階軸，精度IT7以下，Ra1.6-Ra0.4，材料45#，40cr，球墨鑄鐵等； 3.3.2 初步估計(jì)組成部分 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)

19、控裝置； 3.3.3 總體布局初步設(shè)計(jì) 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，配用該公司E5數(shù)控框（如圖31所示）來控制軸向尺寸，徑向尺寸，測(cè)量?jī)x布置在橫梁上； 后床身長(zhǎng)度 71600lmm=（考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗(yàn)給定）； 整個(gè)床身寬度 81650lmm=（視覺效果）； 砂輪架中心與機(jī)床床身對(duì)稱線相距 023120lllmm=-= 圖32 磨床縱向尺寸 2.橫向尺寸 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)，

20、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(tái)參數(shù)，導(dǎo)軌參數(shù)B1，B2中心畫出左視圖 2）確定上，下工作臺(tái)厚度和寬度 （1）厚度：用類比法 上工作臺(tái) ()20.250.35hl=中心 （31） 下工作臺(tái) ()10.30.4hl=中心 （32） l為工作臺(tái)導(dǎo)軌的中心距，工作臺(tái)導(dǎo)軌選用8075250 取 1h=0.3250=75mm 2h=0.38250=95mm （2）寬度 45BlBB=+工作臺(tái) （33） ()()()1/212301/2752058BBmm=+=+= 46BB 470Bmm= ()()()711/212301/2752060BBmm=+=+= 57BB 570Bmm

21、= 2507070390Bmm=+=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 110001100H=左右1 根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。類比取11095Hmm= ()2112/739.6HHhhHCOSmma=-+= 5）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心位置B9 ()()91/21/2*250125Blmm= 6）確定機(jī)床總高H 2HHhHH=+頭架測(cè)量?jī)x 739.6170411633.45 1954mm =+= 所以H取2000m

22、m。 3.3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) （1）砂輪架導(dǎo)軌（V平導(dǎo)軌）100904001 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。 3.3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) （1）砂輪架導(dǎo)軌（V平導(dǎo)軌）100904001 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33 砂輪架的導(dǎo)軌 （2）砂輪架橫向行程長(zhǎng)度l橫 ()0.10.2lsss=+橫絲桿快速快速 （3 4） 式中s快速為砂輪架快速進(jìn)退的行程，一般取60150mm

23、。此處取111mm。 ()()max/2/2/2/2sDDDD=+-+砂砂min絲桿工件max工件min （35） ()()750/2320/2550/220/2250mm =+-+= 安全系數(shù)取0.1足夠 2501110.1111372.1l=+=橫（l橫取373） （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)穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 6110150hmm= 取6130hmm= 砂輪架中心距后床身頂

24、面 71261095740130485hHHHmm=-+=-+= 砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動(dòng)絲桿 取4120hmm= 后床身進(jìn)給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿 取3190hmm= 5734hhhh=- 485120190=-175= 取9l=900mm 砂輪架導(dǎo)軌長(zhǎng)度()1095080lll+橫 90037380 1353mm =+= 取 101305lmm= （4）砂輪架主軸電機(jī)的選擇 用類比法，砂輪架主軸電機(jī)的功率取15kw； 計(jì)算法 NNN=+切電空 （36） ()()*23.82.358.823.8 ZPV=+=+砂 取 15KWN=電 3.3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定 長(zhǎng)，寬，高：440400411

25、mm1 主軸錐孔：莫氏5#錐孔 中心高：max/2HDK=+ （37） ()320/22035=+ 180195mm= 通過以上計(jì)算頭架中心高取180mm 主軸轉(zhuǎn)速()1/801/160*604522.5/IVVms=砂 （38） 取40/IVms= Im716/min300axVr= min22/min30IVr=實(shí) 合格 主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤帶動(dòng)旋轉(zhuǎn) 3.3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定 5#莫氏錐孔 中心高180mm，臺(tái)面傾斜10 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 液壓油缸，頂緊力1215kg 3.3.8 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

26、等高時(shí)修刮側(cè)面 3.3.9 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60%75%壓力 V平導(dǎo)軌 100*90*500 砂輪架行程 373lmm=橫 3.3.10 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=()1/31/5V砂 修整器直徑70120ff 故1219/Vms=線 修整器行程為160mm 3.3.11 液壓系統(tǒng) 修整器；尾架；量?jī)x（兩個(gè)）；潤(rùn)滑油；床身導(dǎo)軌；砂輪架卸荷導(dǎo)軌；絲桿；直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；間歇 3.3.12 電氣部分 SIMENS 810

27、G 控制五坐標(biāo)軸 砂輪架主軸 3.3.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng) 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) 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，使起無效。 油箱液壓控制 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 各坐標(biāo)軸由行程開關(guān)控制最大位移量 安全防護(hù)罩（砂輪罩，機(jī)床前罩）全封閉式 導(dǎo)軌面保護(hù) 工作臺(tái)導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護(hù)罩 砂輪架導(dǎo)軌：前部：翻板式護(hù)罩+橡皮（防水）；后罩：鋼罩。 修整器導(dǎo)軌：折疊式 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帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵

28、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。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動(dòng)允許誤差取5m10m。 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

29、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。 4.4 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

30、件為 6 3 9.55100.2P n TTTTWdtt= （41） Tt扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為MP） T 軸所受扭矩（單位為Nmmg） TW 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為3mm） p 軸傳遞的功率（單位為KW） n 軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm） d 計(jì)算界面處的直徑（單位為mm） Tt 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為r/mm） 由上式可得軸的直徑為 6339.55100.2TPdn t=g （42） 633 9.551015 0.240600 =g 31.02=mm 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41所示。 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)

31、度條件為 6 3 9.55100.2P n TTTTWdtt= （41） Tt扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為MP） T 軸所受扭矩（單位為Nmmg） TW 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為3mm） p 軸傳遞的功率（單位為KW） n 軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm） d 計(jì)算界面處的直徑（單位為mm） Tt 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為r/mm） 由上式可得軸的直徑為 6339.55100.2TPdn t=g （42） 633 9.551015 0.240600 =g 31.02=mm 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41所示。 圖41

32、 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 41vn iii L dld= （43） L=140+640+20+32+10=932mm 4 444 4 93260120140108vd= + = 89.36mm 2.允許撓度 允許撓度y=0.0002L 0.0002*660=0.132mm 3、計(jì)算主軸前端撓度值 2()3PalaYEI +=主軸 1 （44） P載荷（單位為公斤）（150/9.8） l 軸兩端的跨距（單位為厘米）（66.00） a 懸伸長(zhǎng)度（單位為厘米） （13.2） E 材料

33、的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02510） I 截面慣性矩（平方厘米） 2515013.279.2 39.821.0210307.985 Y=主軸 = 0.001cm = 0.01mm 又因?yàn)閥=0.135，0.010.135，即Y主軸 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（36）D時(shí)，主軸前端撓度最小，D=120mm，L為360720mm，取L為640mm。 4.6 動(dòng)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

34、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(duì)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： 1.速度和載荷范圍廣，應(yīng)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(duì)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(duì)大??；

35、 2.油膜剛度高，阻尼大，抗振性好; 3.摩擦阻力，磨損小.由于總有一層油膜將相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面隔開，因此摩擦阻力小，磨損小，能長(zhǎng)期保持很高的運(yùn)動(dòng)精度，壽命長(zhǎng).且對(duì)軸承軸頸材料要求也較低; 4.主軸回轉(zhuǎn)精度高.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); 5.安全性好.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; 6.承載能力高.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; 7.穩(wěn)定性好. 8.使用較經(jīng)濟(jì).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(duì)較小，軸承可設(shè)計(jì)成較小軸頸，軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造精度和材料要求不高。 動(dòng)靜壓軸承需要一

36、套供油系統(tǒng)，潤(rùn)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(duì)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.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。 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(duì)的環(huán)形油腔構(gòu)成。軸上具有臺(tái)肩以形成承載面。軸承的間隙通過修磨調(diào)整墊

37、圈的厚度來保證。 4.7 傳動(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42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。 1.電動(dòng)機(jī)的選擇 NNN=+切電空 3.8102 ZPV= +砂 = （2.358.82）+3.8 = 12.62kw 通過以上計(jì)算，取N電=15kw，選擇Y100L4型電動(dòng)機(jī) 2.皮帶設(shè)計(jì) 因?yàn)槎嘈◣Ъ嬗蠽帶和平帶的優(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

38、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 n1=1500r/min，傳動(dòng)比i=2.5； （1）計(jì)算功率 由機(jī)械設(shè)計(jì)表8.7查得，工作情況系數(shù)KA為1.1，故 151.116.5APKPkw=ca （45） （2）由Pca和n1選擇帶型 由于Pca=16.5kw，n1=1500r/min，查表后可知，取帶型為L(zhǎng)型。 （3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表443，取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑D1=80mm。 12nDinD= 12，由此得12 200n DDmmn=21。 （4）驗(yàn)算帶速 11 801500 6.28/601000 601000 DnVm

39、spp= = = （46） V= 6.28 m/s 30 m/s，所以帶速合格。 （5）初定軸向間距 由公式（45） 0.7（1D+2D） 0a 2（1D+2D）， （47） 可知196 0a 560，取0a=400。 （6）所需基準(zhǔn)帶長(zhǎng) 2 2100120 ()2()24dDDLaDDap -=+ （48） 2 (20080)2400(80200)24400 p -=+ =1248.82mm 由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表45，取相近的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)dL= 1250 mm6 。 （7）實(shí)際軸向間距 0 02 ddLLaa-+ （49） 12501248.82 4002 -+ = 401.18mm 所

40、以皮帶的實(shí)際軸向間距取a401mm。 （8）多楔帶每楔的基本額定功率1P 由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表440，可以查得1P0.34kw。 （9）小帶輪的包角 021()57.3 180DDa a-=- （410） 162.85 （10）多楔帶楔數(shù)的確定 1()Adl KP ZPPKK +D （411） 其中11 (1bi PKhKD=- ） 查表得34.610bK-=， 1.14iK=，代入PD的計(jì)算公式中，得PD0.849kw。 又已知Ka0.955，lK1.00，得： 1.115 14.53(0.3400.849)0.9551.00 Z =+ 由此可以確定，取Z15。 3.帶輪設(shè)計(jì) 1）帶

41、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HT200。 3）帶輪的結(jié)構(gòu) （1）小帶輪直徑1(2.53)Dd（d為軸的直徑），所以采用實(shí)心式。 （2）大帶輪2200D= 300，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。 4）小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 （2）大帶輪2200D= 300，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。 4）小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 圖43 小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 2addh=+ （412） 其中ad帶輪的外徑， d軸的直徑，

42、h基準(zhǔn)線上槽深。 2802386addhmm=+=+= （413） (1.82)1.986163.4baddmm=，圓整后得bd165mm (1.52)1.686137.6aLd= （414） (1)2BZPg=-+， （415） 其中Z多楔帶的楔數(shù)， P多楔帶的槽間距， g第一槽對(duì)稱面到端面的距離。 (1)2(151)4.921088.6BZPgmm=-+=-+= 5）大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 P多楔帶的槽間距， g第一槽對(duì)稱面到端面的距離。 (1)2(151)4.921088.6BZPgmm=-+=-+= 5）大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 圖44 大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 220023206addhmm=+=+= (

43、1.82)1.9206391.4baddmm= (1.52)1.6206329.6aLdmm= 4.花鍵套的選用 由軸端直徑60選用內(nèi)花鍵套：862H778H1012H11GB1144-87，如圖 第5章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 概述 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件是系統(tǒng)的靈魂。有了硬件和軟件和配合才能有效的完成系統(tǒng)的使命。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。本設(shè)計(jì)中要求砂輪架自動(dòng)橫向進(jìn)給（X）和工作臺(tái)縱向進(jìn)給（Y）在兩坐標(biāo)進(jìn)行控制。對(duì)磨床工作過程進(jìn)行分析：其調(diào)整過程有裝工件，手動(dòng)退出，手動(dòng)快進(jìn)，對(duì)刀，手動(dòng)快退；自動(dòng)調(diào)整過程有設(shè)置磨削量，快進(jìn)，工

44、進(jìn)，快退。 該磨床的砂輪架橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)縱向進(jìn)給實(shí)行數(shù)控，主要的使用要求和功能如下： 要有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)砂輪和工作臺(tái)。 1對(duì)液壓進(jìn)行控制。 2對(duì)冷卻液進(jìn)行控制。 3砂輪主軸電機(jī)控制。 4頭架主軸電機(jī)啟停控制。 5手動(dòng)及其方向控制。 6手動(dòng)快進(jìn)和快退。 7工作方式。 8鍵盤與顯示。 9工作臺(tái)限位。 10報(bào)警。 11急停。 根據(jù)以上要求來確定硬件電路方案。 5.2 確定硬件電路總體方案 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成，如圖5.1所示。 （1）主控制器，即中央處理單元CPU。 （2）總線，包括數(shù)據(jù)總線（DB），地址總線（AB）和控制總線（CB）。 （3）儲(chǔ)存器，包括只讀可

45、編程程序儲(chǔ)存器（ROM）和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器（RAM）。 4接口，即I/O 輸入/輸出接口電路。 4接口，即I/O 輸入/輸出接口電路。 5.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 1.主控制器CPU的選擇 在一般二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)控系統(tǒng)中，推薦采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。MCS-51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品：8031，8051和8751。該系列產(chǎn)品是集中CPU，I/O端口及部分RAM為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。目前，工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。本設(shè)計(jì)中也采用8031單片機(jī)。它是一個(gè)具有40根引腳的雙列直差式器件，其基本特征有： （1）具有8位中央處理單元CPU （2）片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路 （3）具有128個(gè)字節(jié)的RAM （4）具有21個(gè)特殊功能寄存器 （5）可尋址64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器 （6）具有4個(gè)I/O接口，32根I/O線 （7）具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 （8）具有5個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別 （9）具有一個(gè)全雙功能串行接口 （10）具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算 8031片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器，僅有片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 2.程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的