钢球研球机设计

1目 录摘 要 .4Abstract .5第 1 章绪论 .61.1 金属切削机床及其在国民经济中的地位 .61.2 我国机床工业及轴承行业的发展概况 .6第 2 章研球机的方案选择 .82.1 磨板的布局 .82.1.1 卧式机床的磨板采用垂直安装 .82.1.2 立式机床的磨板采用水平安装 .92.2 机床的性能 .92.2.1 机床的占的面积 .92.2.2 机床操作方便性 .92.2.3 板沟中的容球量 .102.2.4 进出球情况 .102.3 钢球的加工设备和研磨机理 .112.3.1 钢球的加工设备 .112.3.2 钢球研磨机理 .112.4 3M4740 型立式研磨机床 .132.4.1 机床的总体布局 .132.4.2 机床的用途和适用范围 .142.4.3 性能简介 .142.4.4 加压液压钢及上盘（见图 2-4） .152.4.5 加压进给运动 .16第 3 章液压缸缸体及缸盖的设计 .163.1 液压缸的设计参数和设计要求 .163.1.1 研球机的设计参数 .163.1.2 研球机的设计要求 .163.2 液压缸的类型 .163.2.1 液压缸的选型 .163.2.2 活塞（或缸体）的运动速度和推力计算 .163.3 液压缸具体参数的确定 .173.3.1 外负载 .173.3.2 确定液压缸的有效工作压力 p.183.3.3 液压缸内径、活塞杆直径 .183.3.4 液压缸缸筒长度 L.193.3.5 确定最小导向长度 H.193.3.6 缸筒壁厚 .203.4 缸体材料 .203.5 缸盖的设计 .213.6 液压缸与油缸套的联接 .213.7 液压缸的强度和刚度校核 .233.7.1 缸筒壁厚 的校核 .2323.7.2 液压缸缸盖固定螺钉直径的校核 .23第 4 章活塞杆和活塞的设计 .244.1 活塞杆的设计 .244.1.1 材料选择 .244.1.2 活塞杆的尺寸确定（见图 4-1） .244.1.3 活塞杆的形位公差 .254.1.4 螺纹联接的防松 .264.1.5 活塞杆强度及压杆稳定性校核 .274.2 活塞的设计 .284.2.1 材料选择 .284.2.2 活塞的尺寸确定（见图 4-5） .284.2.3 确定活塞的相关配合 .294.2.4 活塞的形位公差 .294.3 C 语言程序 .29第 5 章弹簧的设计 .355.1 弹簧的基本类型 .355.2 弹簧的制造工艺 .355.3 圆柱螺旋压缩弹簧的设计 .365.3.1 根据工作条件选择材料并确定其许用应力 .365.3.2 根据强度条件计算弹簧钢丝直径（如图 5-1 所示） .365.3.3 根据刚度条件，计算弹簧有效圈数 n.375.3.4 确定弹簧的其他尺寸（如图 5-2 所示） .375.3.5 验算（如图 5-3 所示） .38第 6 章液压缸的密封 .396.1 间隙密封 .396.2 O 形密封圈密封 .406.3 V 形密封圈密封 .416.4 Y 形和窄断面 Y 形密封圈 .426.5 鼓形密封圈 .436.6 紧密式复合唇形密封圈 .436.7 防尘密封圈 .44第 7 章 液压缸的安装与维护 .447.1 液压缸的安装 .447.1.1 液压缸与工作机构的连接 .447.1.2 连接时的注意事项 .457.2 液压缸的试验 .467.2.1 试运转 .467.2.2 最低启动压力 .467.2.3 内泄漏 .467.2.4 负载效应 .467.2.5 耐压试验 .467.2.6 全行程检查 .467.2.7 外泄漏 .477.2.8 高温试验 .4737.2.9 耐久性试验 .477.3 液压缸的调整 .477.4 液压缸的故障分析与排除方法 .477.4.1 爬行 .477.4.2 冲击 .487.4.3 推力不足、速度不够或逐渐下降 .497.4.4 外泄漏 .497.4.5 内部泄漏 .497.4.6 其他 .50设计总结 .51谢 词 .52参考文献 .534摘 要此次毕业设计的题目是“3M4740 钢球研球机的进给系统的设计和开发 ”，将理想的设计理念，先进的设计技术和科学的方法相结合应用于传统产品的设计中，应用所学的知识对 3M4740 钢球研球机的进给系统进行分析和设计，通过科学严谨的计算，设计了进给系统，并对系统进行了优化设计，使其在实际中更有可实用性。此次设计对 3M4740 钢球研球机的主要结构和工作原理做了介绍，以及它们在使用中可能存在的问题及解决方法提供了详细的说明，重点利用所学的知识对进给系统的各种类型部件和设计方案进行了科学的比较和分析，从而确定我们的最优设计方案和设计参数，进而对 3M4740 钢球研球机进行运动分析，以确保它的可行性，使其在使用过程中更安全，易维护，便于工人操作。关键词：3M4740 钢球研球机 进给系统 机构原理图5AbstractThe graduation design 3M4740 steel ball lapping machine design and development as design issues, the ideals of the design concept advanced design technology and the scientific method of combining traditional products used in the design, Application of the knowledge acquired to 3 M4740 steel ball lapping the Supply System analysis and design, through strict scientific terms, the design of the hydraulic system, hydraulic system and selected the various components. This graduation design instruction including 3M4740 steel ball lapping machine structure and working principle of what happened, and their use in any possible problems and solutions provide a detailed description, focusing on the use of the knowledge acquired by science on the types of hydraulic system components and design program comparison and analysis, We thus determine the optimal design and design parameters, then right 3M4740 steel ball lapping machine exercise, to ensure its feasibility, so in the course of a more secure, easy to maintain, easy workers to operate. Keyword: 3M4740 Steel Ball Lapping Machine Supply System Main Structure Map6第 1 章绪论1.1 金属切削机床及其在国民经济中的地位在人们日常生活中，使用着大量各种各样的机器、机械、仪表和工具。它们都是有一定形状和尺寸精度的零件组成。生产零件并把它们装配成各式各样的机器、机械、仪表和工具的工业称为机械制造工业，也称为机械制造业。它的任务是为国民经济各个部门提供现代化的技术装备。如果没有强大而完美的现代化制造工业，就没有现代化的装备来武装国民经济的各个部门，也就无法保证我国社会主义现代化建设可持续发展。1.2 我国机床工业及轴承行业的发展概况中国人民是聪明勤劳的，早在公元前就出现了原始的钻床和木工车床。比如早期的加工机械是靠人的双手作往复运动来加工木料。为加工回转体，出现了依靠人力的回转车床。在原始加工阶段，人既机床的原动力，又是机床的操作者。当加工对象转变为金属时，其钻孔、车削需加大动力，出现了水力、风力和畜力等驱动的装置。随着生产的发展，1516 世纪出现了铣床、磨床。在宋代所著“天工开物”中就已有对天文仪器进行铣削和磨削加工的记载，18 世纪出现了刨床。18 世纪末，蒸汽机的出现，提供了新型的巨大能源，使生产技术发生了革命性的变化。由于专业化的分工，出现了各种通用及专用机床。19 世纪末，机床类型种类得到扩大，这些机床多采用天轴带传动，性能及效率低。20 世纪以来，齿轮变速箱的出现，使机床的机构和性能发生了根本的变化。随着电器控制、液压传动等技术的发展，机床的应用与控制也得到了根本的转变。近些年来，电子技术、计算机技术、信息技术、激光技术等的发展在机床领域得到应用，使机床进入了迅猛发展的时代。多样化、精密化、高效化、自动化是这一时代机床发展的基本特征，也就是说，机床的发展紧密迎合社会生产的多种多样和越来越高的要求，并极大的推动了社会生产力。新技术的迅速发展和客观要求的多样化，决定了机床必须多品种。因此现代机床不仅要保证加工精度、效率和自动化，还必须有一定的柔性，使之能够很方便地适应加工对象的改变。数控机床以其加工精度高、效率高、柔性高、适应中小批生产日益受到重视。由于数控机床是靠数字控制程序完成加工循环，调整方便，适应灵活多变的产品，使得中、小批生产自动化成为可能。20 世纪 80 年代是数控机床、数控系统大发展的时代，7这个发展大潮方兴未艾。1989 年全世界数控机床（含锻压机床）的年产量超过 10 万台。数控机床和自动换刀的各种加工中心已成为当今机床发展的趋势。世界著名企业中数控机床在加工设备中所占比例明显提高。美国通用电器公司数控机床占 70%。从 1982年起，日本的机床工业产值连年独占鳌头，日本机床发展反映着世界机床发展趋势。日本数控机床以年均 2.88%的增长率增长，到 1990 年，日本机床产值数控化率超过 80%，且主要是生产高档数控机床。自 2000 年以来，我国数控机床年产量以平均 37%的增长速度增长，2003 年国产数控金属切削机床产量达到 3.68 万台，2004 年达到 5.19 万台，到 2004 年为止，我国已拥有数控金属切削机床 15.6 万台，预计到 2010 年将拥有数控加工机床 40 万台左右。在机床数控化过程中，机械部件的成本在机床系统中的比重不断下降，而电子硬件和软件比重不断上升。以美国为例，在 20 世纪 70 年代，机械部分成本比重占80%，电子硬件占 20%；到 20 世纪 90 年代，机械部分成本下降 30%，而电子硬件和软件却上升为 70%。随着计算机技术的迅速发展，数控技术已由硬件数控进入软件数控时代，实现模块化、通用化、标准化。用户只要根据不同需求，选用不同模块，编织自己所需的程序，就可很方便地达到目的。新中国成立以来，我国机床工业获得了高速发展。目前我国已形成了布局比较合理、比较完整的机床工业体系。机床产量不断上升，机床产品除满足国内建设的需求以外，而且有一部分产品远销国外。我国已制定了完整的机床系列型谱，生产的机床品种也日趋齐全，现在已经具备成套装备现代化工厂的能力。已能生产从小型仪表机床到重型机床的各种各样机床，也能生出各种精密的、高度自动化的、高效率的机床和自动线。我国机床性能也在逐渐提高，有些机床的性能已经接近世界先进水平。我国目前对数控机床的需求日益增加，国内市场的需求量很大，而且可望开拓国际市场。我们一定要尽快开发设计出我国自己的是控机床产品，从而较快地缩短我国与先进国家的差距。因此，我国机床工业面临着光荣而艰巨的任务，我们必须奋发图强、努力工作，不断扩大技术队伍和提高人员的技术素质，学习和引进国外的先进科学技术，以便早日赶上世界先进水平。我国的轴承工业经历了从无到、从小到大的发展过程，已经形成产品门类较为齐全、生产布局基本合理、具有大中小企业相结合、综合型企业和专业企业相结合、各种经济类型企业共同发展得较为完善的工业体系。目前，我国已进入世界轴承工业生产大国，为迈进世界轴承工业强国奠定了良好的基础。现我国可以生产内径尺寸从80.6mm，重量从 0.06g 的微型到最大外径至 5.492m，重 6.38t 的特大型各式各样标准及非标准轴承。精度从普通级到精密级以至于超高精度级。应用范围包括普通民用机械、交通运输、冶金到天文台、航海、航空、航天以及计算机用轴承。轴承生产由单一轴承向组合件、单元化发展。为满足轴承行业的发展，与之相配套的机床制造业也得到飞速的发展，众多企业纷纷加大技术创新和技术改造力度，开发新产品。如：代表我国轴承套圈车削设备水平的车削加工自动生产线，代表我国轴承圈磨超设备水平的高精度双端面磨床、数控无心外圆磨床、磨超加工自动生产线，代表我国轴承滚动体磨超设备水平的高精度立（卧）钢球研磨机、圆锥滚子球基面磨床、滚子凸度超精机等，使我国专用设备的技术水平大大提高，部分加工设备及加工自动生产线已接近或达到了国际先进水平。我们坚信，随着技术的升级，我国将有一批具有国际先进水平、自主知识产权、核心竞争力强的设备来满足轴承企业生产的需求。第 2 章研球机的方案选择钢球在轴承中作为滚动体，是一种既承受载荷、又与轴承的动态性能有直接关系的零件，其质量直接影响着球轴承的质量，而高精度的钢球加工设备则是保证生产出高质量钢球的前提。如前所述，钢球加工的基本工艺路线是：球坯成形光球热处理硬磨初研精研清洗涂油包装。可以看出，钢球的光、磨、研工序是钢球加工中的主要和关键工序，因此，高质量的光、磨、研加工设备是生产高精度钢球的首要条件。钢球的光、磨、研加工设备分别有立式和卧式两大系列，立式机床的主轴是竖直放置的，磨板为水平放置，输球方式为水平输球料盘。而卧式机床则相反，它的主轴是水平放置，磨板为垂直放置，输球方式有输球桶、提升料斗以及水平或倾斜输球料盘。立式和卧式两大系列钢球加工设备在钢球的加工中有各自的优缺点。2.1 磨板的布局2.1.1 卧式机床的磨板采用垂直安装卧式机床的优点是：1）钢球进球非常顺畅，钢球在无外力作用下借自身重量自动进入磨板，因此钢球表面不会产生于转动盘撞击所产生的任何损伤。92）可避免由于金属磨屑经常介于钢球磨板之间，致使这些金属屑细粒嵌入球板表面而损坏钢球。3）切削液的循环流动始终处于最佳状态。切削液回流时很容易将磨板间的金属屑冲洗出来，沉淀到切削液箱内，所以卧式机床更有利于加工中的排屑。4）由于卧式机床良好的排屑性能，所以更适合树脂砂轮“一磨代研”新工艺的运用，这是立式机床所不能比拟的。卧式机床的缺点是主轴水平放置，重量较大的磨板装置在轴的一端，形成悬臂梁，磨板对钢球的作用力不均匀，影响了磨削尺寸的选择性。另外，钢球在板沟中的运动方向与重力方向的夹角始终在不断变化，当沟深差不多到某个值时，钢球会产生相对滑动，从而会出现碰、挤伤现象。2.1.2 立式机床的磨板采用水平安装立式机床的优点是：1）钢球在板沟中的运动方向始终与重力方向垂直，所以切削过程中不受重力变化的影响。2）上板呈“浮动”状态定位，由于上板在导向时有一定的间隙，径向可作摆动，所以上下板沟易于同心，因而有良好的磨削尺寸选择性，能快速修正钢球的几何误差。3）压力分布合理，偏心加压使两板间的钢球受力均匀，上板磨损均匀，而且通过改变加压点的位置可使进出球口处的压力低一些，使球的进出更为顺畅。立式机床的缺点是出球口处堆积，易产生死角，影响加工等概率性，而进球质量受压力、转速的制约，尚需进一步改进提高。另外，排屑困难也是立式机床的一大缺陷。2.2 机床的性能2.2.1 机床的占的面积卧式机床的结构布局决定了其输球料盘装置只能位于机床的前方，这无疑增大了机床的占地面积。立式机床的输球料盘装置围绕在机床上，所以立式机床结构紧凑，更加节省占地面积，输球料盘直径的大小也就决定了立式机床的占地面积的大小。在球板外经相同的情况下，立式机床的占地面积仅为卧式机床的 1/31/2。2.2.2 机床操作方便性10从操作方便性来看，立式机床要优于卧式机床。钢球在加工过程中，操作人员需经常观察钢球的进出球情况。卧式机床的前置输球装置极不方便。钢球的进球口被钢球的出球口所遮挡，观察钢球进球情况很困难。而在钢球的加工中，观察进球情况是非常重要的，它是控制最佳进球量的前提条件。与卧式机床相比，立式机床的进出球口就一目了然，便于随时观察控制。2.2.3 板沟中的容球量钢球在研磨过程中，每个钢球在沟板中的分布状态是不确定的，任何时候不会重复以前某时刻的分布，立、卧式机床进球的差别决定了钢球在板沟中分布的不同。在卧式机床上，钢球从端面切向流入垂直放置的磨板内，由于钢球进入各沟道的距离基本一致，各沟道内的容球量则基本相等，从而形成各沟道内各钢球之间的间隔以星状向外辐射的状态，磨板内的球呈星状分布。由于单位时间内进入每条沟道内进行磨削的钢球数基本相等，每个钢球在被磨削的同时也磨削板沟，由于内沟道长短于外沟道，则内沟道会比外沟道磨得深，这样就造成钢球尺寸的不一致性。在立式机床上，位于输球料盘上的钢球从外侧经过旋转的下板进入机床，钢球在外侧进球口自然形成储球区，从而保证有足够量的钢球进入旋转板的外沟，板沟内形成球接球的分布状态，因此，无论是内沟还是外沟，沟内钢球之间的空隙是均等的，这样内外沟的磨损基本一致。2.2.4 进出球情况立、卧式机床进球的形式及效果存在较大的差异，卧式机床明显强于立式机床。立式机床进球时钢球的入沟点一般在一定范围内随机摆动。而卧式机床进球时，钢球是在导球板的引导下通过分配器进入球板间，钢球入沟点较易对准中心沟，可减少钢球随机运动产生的沟壁等处的碰划伤。立、卧式机床出球的形式及效果也存在较大的差异，卧式机床也明显优于立式机床。立式机床的结构特点形成了钢球在出球口必须先堆积在导出。出球靠后面不断离开球板间的钢球的推挤传递到前面的球，通过铲球板逐渐离开出球口进入料盘，另一部分则通过铲球板随机进入其他空间，在出球口翻滚位移，寻找机会进入料盘，所以不可避免出现钢球在出球口停留的时间的长短的差异，即出现在相同时间内部分钢球入沟次数少的现象，这样一方面不同程度地破坏了原已达到的钢球形状和表面，另一方面也有可能破坏钢球几何精度的一致性。卧式机床加工的钢球在收球刀的引导下，依