萬能外圓磨床頭架三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿真

1、摘 要 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是萬能外圓磨床的頭架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)磨床的相關(guān)知識(shí)并結(jié)合磨床的主要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定磨床頭架的總體設(shè)計(jì)方案。利用三維軟件pro/engineer對(duì)機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行三維造型和仿真以及動(dòng)畫制作。頭架是外圓類磨床的主要部件，它的動(dòng)態(tài)性能對(duì)磨床的性能有著重要的影響。頭架的作用是支撐工件和傳遞動(dòng)力，即使工件轉(zhuǎn)動(dòng)。其中主軸又是它的主要零件，主軸的精度高低對(duì)于整機(jī)的幾何精度和工作精度有著直接的影響。關(guān)鍵詞：磨床；頭架； pro/engineer；三維造型 Abstract：The content is designed for universal cylindrical grinder

2、head frame structure design, based on knowledge of grinders and major structural features combined grinder, grinding machine headstock develop the overall design. Using three-dimensional software pro / engineer to design three-dimensional modeling of mechanical devices and simulation. The headstock

3、is the main component of the outer class grinder, its dynamic performance of the grinder has an important impact on performance. Role is to support the work piece headstock and the transmission power, even if the work is rotated. Spindle which is its main parts, precision spindle height for geometri

4、c accuracy and precision of the machine has a direct impact.Key words: Grinder; Headstock; pro/engineer; Three-dimensional modeling目 錄第一章 機(jī)床的總體描述1一、機(jī)床的結(jié)構(gòu)1二、機(jī)床的總體布局1三、機(jī)床的主要技術(shù)性能2四、頭架（帶動(dòng)工件）的傳動(dòng)3第二章 典型零件的設(shè)計(jì)和選用4一、電機(jī)的選用4二、帶輪和帶的設(shè)計(jì)選擇4三、傳動(dòng)軸部分的設(shè)計(jì)與選用5（一）軸的設(shè)計(jì)5（二）軸承的選用5（三）軸承軸向固定5（四）軸上鍵的選用5（五）軸端固定6（六）偏心套設(shè)計(jì)6四、主軸部分的

5、設(shè)計(jì)與選用6（一）主軸和頂尖6（二）主軸上軸承的選用6（三）主軸兩端密封件的選擇6（四）主軸上套筒的設(shè)計(jì)6五、箱體的設(shè)計(jì)7第三章 頭架的三維制作8一、主軸制作8二、傳動(dòng)軸制作8三、帶輪制作9四、軸承制作9五、偏心套制作10六、緊固件制作10七、密封件制作11八、箱體的制作12九、裝配的概況12第四章 磨床頭架工程圖的繪制16一、磨床頭架帶輪的零件圖制作16二、磨床頭架小周零件圖的繪制17三、磨床頭架裝配圖的繪制18第五章 磨床頭架的運(yùn)動(dòng)仿真19一、裝配約束19二、帶的制作19三、運(yùn)動(dòng)仿真21四、制作磨床頭架運(yùn)動(dòng)視頻21第六章 磨床頭架拆裝動(dòng)畫的制作23一、建立命名視圖23二、進(jìn)入動(dòng)畫模塊并新建

6、一個(gè)動(dòng)畫24三、定義主體24四、定義快照24五、生成關(guān)鍵幀序列24六、定義定時(shí)視圖25七、啟動(dòng)、播放27第七章 總結(jié)28參考文獻(xiàn)29致謝30 第一章 機(jī)床的總體描述一、機(jī)床的結(jié)構(gòu)M1432A型萬能外圓磨床是普通的精度等級(jí)的外圓的磨床，主要用來磨削圓柱體和圓錐形的外圓內(nèi)孔的加工，階梯軸的軸肩和端平面也是可以加工的。機(jī)床能達(dá)到的加工精度和表面粗糙度如表1所示。表1 機(jī)床能達(dá)到的加工精度和表面粗糙度這種機(jī)床適用于小批生產(chǎn)。它不宜用于大批量，機(jī)床自動(dòng)化程度較低，磨削效率也不夠高。二、機(jī)床的總體布局M1432A型萬能外圓磨床主要是由下列部分組成的，見圖1。 1、床身1：基礎(chǔ)支承件就是床身了，頭架、工作臺(tái)

7、、墊板及橫向滑鞍、尾架、砂輪架等部件都是床身支撐的，使各個(gè)零部件在工作的時(shí)候能夠保證很準(zhǔn)確的相對(duì)位置。床身里的內(nèi)腔則用作液壓油的油池。 2、頭架2：則用以裝夾工件表面，并帶動(dòng)工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作業(yè)。 3、尾架5：尾架有頂尖和頭架的頂尖一塊用以支承工件。 4、工作臺(tái)8：上工作臺(tái)和下工作臺(tái)兩部分構(gòu)成了工作臺(tái)。上工作臺(tái)可以繞下工作臺(tái)心軸在水平面內(nèi)調(diào)整某一角度，這可以用以磨削錐度很小的長(zhǎng)圓的錐面。工作臺(tái)面上裝有頭架和尾架同工作臺(tái)一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 5、砂輪架4砂輪主軸是砂輪機(jī)啊支撐的。砂輪架則裝在滑鞍6上，如果要磨削短圓錐面時(shí)，砂輪架就可以調(diào)整至所要的角度。 6、內(nèi)圓磨具3：砂輪主軸是由用以支承磨內(nèi)孔的。內(nèi)圓磨

8、具主軸是用專門的電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)的。 圖1 M1432A型萬能外圓磨床的外形圖三、機(jī)床的主要技術(shù)性能 磨削工件的最大直徑是外圓磨床的主要參數(shù)，本機(jī)床的主參數(shù)為320 mm。 外圓磨削直徑 8320 mm 外圓最大磨削長(zhǎng)度 1000 mm；1500 mm ；2000 mm 內(nèi)孔磨削直徑 30100 mm 內(nèi)孔最大磨削長(zhǎng)度 125 mm 磨削工件最大重量 150kg 砂輪尺寸 ø400x50x20 砂輪轉(zhuǎn)速 1670r/min 頭架主軸轉(zhuǎn)速6級(jí) 25，50，80，112，160，224 r/min 內(nèi)圓砂輪轉(zhuǎn)速 10000 r/min；15000 r/min 工作臺(tái)縱向移動(dòng)速度（液壓無級(jí)調(diào)速

9、）0.054m/min 機(jī)床外形尺寸（三種規(guī)格） 3200，4500，5800 kg四、頭架（帶動(dòng)工件）的傳動(dòng)箱體、主軸、軸承、傳動(dòng)裝置、等組成了頭架的主要部分，角接觸球軸承支撐頭架主軸，并利用修磨隔套，在加上軸承蓋壓緊軸承，軸承內(nèi)外圈會(huì)有不大的軸向力，從而實(shí)現(xiàn)了軸承的預(yù)緊，從而提高主軸各個(gè)零件的剛度還有旋轉(zhuǎn)精度。此傳動(dòng)是用于來實(shí)現(xiàn)工件的圓周的進(jìn)給。運(yùn)動(dòng)由雙速馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)，經(jīng)三級(jí)皮帶傳動(dòng),使頭架的撥盤撥動(dòng)工件，從而來實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給。主軸本身是不旋轉(zhuǎn)的。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)如（圖2）圖2 M1432A型萬能外圓磨床傳動(dòng)系統(tǒng)圖第二章 典型零件的設(shè)計(jì)和選用一、 電機(jī)的選用根據(jù)頭架的動(dòng)力以及轉(zhuǎn)速要求，選用YDS-

10、012型雙宿電機(jī)（功率 0.55/1.1KW，轉(zhuǎn)速 750/1500r/min）。二、 帶輪和帶的設(shè)計(jì)選擇（電機(jī)經(jīng)過變頻器和兩組帶輪的傳動(dòng)用來帶動(dòng)工件的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以得到六種不同轉(zhuǎn)速）頭架電機(jī)I49/165、112/110、131/9161/18468/178撥盤（帶動(dòng)工件）由此可知道，帶輪的基準(zhǔn)直徑D.帶輪選用實(shí)心輪，槽型Z型。具體如下表2。表2 帶輪參數(shù)基準(zhǔn)寬度基準(zhǔn)線上槽深基準(zhǔn)線下槽深槽間距第一槽至端面槽間距累計(jì)偏差bha minhf minef min8.5mm2.0mm10.0mm10士0.3mm7±0.6 帶輪寬B=（Z-1）e+2f (Z表示槽寬數(shù))外徑da=dd+2ha所以

11、，帶輪1的帶寬B=（Z-1）e+2f=2×12+2×10=44mm 外徑da1=dd1+2ha=49+4=53mmDa2=dd2+2ha+112+4=116mm da3=dd3+2ha=131+4=135mm帶輪2的寬度B=（Z-1）e+2f=3×12+2×10=56mm 外徑da1=dd1+2ha=165+4=169mm Da2=dd2+2ha=110+4=114mm da3=dd3+2ha=91+4=95mm Da4=dd4+2ha=61+4=65mm帶輪3的寬度B=（Z-1）e+2f=0+2×10=20mm 外徑da=dd+2ha=184

12、+4=188mm帶輪4的寬度B=（Z-1）e+2f=1×12+2×10=32mm 外徑da=dd+2ha=68+4=72mm帶輪5的寬度B=（Z-1）e+2f=1×12+2×10=32mm 外徑da=dd+2ha=178+4=182mm帶的選用.選用普通V帶，具體如下表3，型號(hào)為Z型。表3 帶的參數(shù)帶寬bp頂寬b高度h楔角露出高度ht槽型的基準(zhǔn)寬度8.5mm10.0mm6.0mm40º-1.6+1.6mm8.5mm三、 傳動(dòng)軸部分的設(shè)計(jì)與選用包括軸以及軸端固定元件、軸承的固定元件，以及軸承鍵的設(shè)計(jì)選用。（一）軸的設(shè)計(jì)首先確定出軸的最小軸徑:功率

13、P=1.1KW×94%×94%=0.97KW(其中帶輪的傳動(dòng)效率取94%。轉(zhuǎn)速n=1500×131/91×91/184=715.87所以，最小軸徑由公式可得d最小=13.38mm.取d最小=21mm,故d1-2=d4-5=21mm，要求定位軸肩取的尺寸為2mm，非定位軸肩取的尺寸為1.5mm，其他軸段的軸徑也就可以得到了.-、-軸處安裝帶輪，根據(jù)帶輪的寬度定出各自的軸長(zhǎng)，-、-軸處安裝軸承以及軸承固定元件，可以定出軸徑以及各自軸長(zhǎng)，具體如下表4所示。表4 軸徑與軸長(zhǎng)項(xiàng)目-軸-軸-軸-軸-軸軸徑21mm25mm28mm25mm21mm軸長(zhǎng)18mm41mm2

14、08mm34mm32mm（二）軸承的選用選擇使用7205c型角接觸球軸承，D=52mm、d=25mm、B=15mm、A=13.5mm。（三）軸承軸向固定螺釘鎖緊擋圈來進(jìn)行固定，其尺寸是大徑=40mm、小徑=25mm、高度=14mm。（四）軸上鍵的選用軸和帶輪上的鍵連接選用平鍵連接，1軸處鍵尺寸為b×h6×6mm =16mm，2軸處鍵的尺寸為b×h6×6mm=25mm。（五）軸端固定選用螺釘緊固軸端擋圈，兩端元件尺寸一致，均為D=30mm,H=4mm，螺釘選用M5×15。（六）偏心套設(shè)計(jì)外徑D=110mm，內(nèi)徑d=52mm，壁厚h=8.5mm。四

15、、 主軸部分的設(shè)計(jì)與選用主要包括主軸、頂尖、軸承擋圈、軸承、密封件等件的設(shè)計(jì)與選用。（一）主軸和頂尖主軸的尺寸D=60mm,d=30mm,l=331mm,頂尖的尺寸l=120mm.主軸前端錐孔選用精密莫氏4號(hào)錐度，頂尖與錐孔的配合長(zhǎng)度為80mm。（二）主軸上軸承的選用選用7012c角接觸球軸承，尺寸為D=95mm，d=60mm，B=18mm，A=17.5mm.軸承不僅要承受軸向力，也可以承受徑向力，并使主軸軸向定位.軸承選用兩對(duì)，一端一對(duì)軸承，每對(duì)軸承之間使用隔套隔開，修磨隔套，可以調(diào)節(jié)軸承徑向間隙，以及給軸承以預(yù)加載荷。（三）主軸兩端密封件的選擇我們選用旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈（B）型內(nèi)包骨架型，大

16、徑的尺寸是D=80mm,小徑的尺寸是d=60mm，軸向的寬度為b=8mm。（四）主軸上套筒的設(shè)計(jì)厚度都采用5mm的一個(gè)設(shè)計(jì)，大小徑的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是軸承最大徑與主軸大徑，長(zhǎng)度則是以主軸軸向的長(zhǎng)度為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。五、箱體的設(shè)計(jì)箱體的制作方法是鑄造.是灰鑄鐵的材料，根據(jù)表5所示，取箱體壁厚為10mm。表5 箱體壁厚選擇鑄造方法鑄件尺寸鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵砂型200×200500×5001012mm610mm12mm8mm鑄件最小的壁厚根據(jù)表6選定5mm為箱體鑄造內(nèi)圓角。a，b代表圓角兩側(cè)箱壁厚度，表6所示。表6 選擇兩側(cè)箱壁厚度（a+b）/2小于50º50º-

17、75º75º105º105º135º135º165º912mm4mm4mm6mm8mm12mm箱體整體設(shè)計(jì)方法：中間起支撐作用的主軸和傳動(dòng)軸構(gòu)成了箱身的主體，箱體蓋子加在箱體兩側(cè)，這樣就完成了整個(gè)箱體。第三章 頭架的三維制作一、 主軸制作在Pro/E中先畫草圖，然后拉伸即可完成主軸的三位繪制。如圖3所示。圖3 主軸二、 傳動(dòng)軸制作在Pro/e中使用“拉伸”命令，并重復(fù)使用，此命令同樣適用于軸，螺紋孔和鍵槽，“螺旋掃描”命令可以做出內(nèi)螺紋， 利用“倒角”命令做出階梯軸。如圖4所示。圖4 傳動(dòng)軸三、 帶輪制作先進(jìn)行草繪，帶輪外形的外形用旋轉(zhuǎn)命令完成，用拉伸的命令做出內(nèi)孔和鍵槽。如圖5所示。圖5 帶輪四、 軸承制作軸承的外圈、內(nèi)圈、滾珠都用“旋轉(zhuǎn)”先分別做出，然后在組件中將三個(gè)組件裝配