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MKZ84125轧辊磨床轴承箱体翻转机构设计开题报告.doc

MKZ84125轧辊磨床轴承箱体翻转机构设计【7张图纸】【优秀】

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摘要

　　　自动数控磨床是钢材板材轧制生产线的重要配套设备，其磨削精度和磨削效率直接影响钢板的轧制质量与生产效率。它的作用是进行各种性质不同的钢材板材磨削，主要应用于钢材、铝箔和造纸行业等。然而其在磨削工作辊的过程中，两端的轴承箱体会与砂轮架发生干涉，而频繁的装卸轴承箱体则会使加工过程变得繁琐，因此设计了翻箱机构，将工件翻转90度。设计翻箱机构，包括翻箱机构的工作原理、机床各部件的组成、其操作要求和方法以及翻箱机构技术要求进行了概述，并详细设计了MKZ84125轧辊磨床的翻箱机构，其中包括法案的选择，电机的确定以及蜗轮蜗杆与各个轴以及齿轮的选择并画出了机床总装图，翻箱机构总装配图以及部分重要零件的部件图。其设计过程主要特点是采用三相异步电动机带动蜗轮蜗杆以及齿轮传动，以达到将工件翻转90度的效果，方便磨床加工。翻箱机构结构简单紧凑，操作简单，维护方便，翻转工件效率高。

　　　关键词:翻箱机构；三相异步电动机；蜗轮蜗杆；齿轮传动

摘要III

ABSTRACTIV

目录V

1 绪论1

1.1 立题依据1

1.2 翻箱机构的研究现状1

2 MKZ84125机床总体设计4

2.1 机床的技术参数4

2.2 机床总体布局设计4

2.2.1 布局方案的选择4

2.2.2 各部件的布局5

2.3 机床各部件的方案介绍5

2.3.1 床身5

2.3.2 头架6

2.3.3 尾架6

2.3.4 砂轮主轴系统7

2.3.5 砂轮架7

2.3.6 供油系统7

2.3.7 中心架8

2.3.8 CNC测量系统8

3 轴承箱体翻转机构设计9

3.1 设计的基本参数9

3.2 翻箱方案的选择9

3.3 翻箱机构的总体设计9

3.4 电动机的选择10

3.4.1 选择电动机类型10

3.4.2 选择电动机的容量10

3.4.3 电动机转速的确定11

3.5 总传动比和分配各级传动比的计算12

3.6 传动装置的运动和动力参数的计算12

3.6.1 各轴转速12

3.6.2 各轴功率12

3.6.3 各轴转矩12

3.7 传动零件的设计计算13

3.7.1 联轴器的类型的选择13

3.7.2 蜗杆传动的设计13

3.7.3 第一级齿轮传动的设计16

3.7.4 第二级齿轮传动的设计19

3.8 翻箱机构的结构设计21

3.8.1 轴1的结构设计21

3.8.2 轴2的结构设计22

3.8.3 轴3的结构设计23

3.8.4 翻箱机构其余部分的结构设计24

4 轴的校核26

4.1 轴1的校核26

4.2 轴2的校核28

4.3 轴3的校核30

5 结论与展望33

5.1 结论33

5.2 不足之处及未来展望33

致谢34

参考文献35

1 绪论

1.1 立题依据

　　　该课题来自于无锡上机磨床有限公司的生产实际。

　　　MKZ84125轧辊磨床它的磨削机理具有一般大型外圆磨床特点，但又不同于一般的外圆磨床的运动复杂得多，除砂轮与工件辊作相对回转运动外，还要求砂轮、工件二者作相对纵向运动的同时，作一定的径向相对位移，而且这个径向位移是不同于磨削锥度的复合运动。因此，它的传动机构比较复杂，机床工作精度要求也较高。工作辊是在造纸厂和轧钢厂的生产中用来轧制纸张和钢板的重要部件。其工作情况如图1.1所示。　　　由于工作辊在使用过程中磨损较快，平均两到三个小时就要进行修整磨削，否则将达不到所要求的加工精度。自动数控轧辊磨床在磨削工作辊的过程中，两端的轴承箱体会与砂轮架发生干涉，从而影响加工精度，而频繁的装卸轴承箱体则会使加工过程变得繁琐。

　　　现在有客户提出希望上机磨床有限公司在设计轧辊磨床的同时能配上在线翻箱机构，在磨削工作辊时将轴承箱体翻转90°，既避免了在加工过程中轴承箱体和砂轮架干涉，又保证了加工的效率。

　　　本课题在进行MKZ84125自动数控轧辊磨床整体设计的基础上，根据上机磨床厂给定的关于机床的尺寸参数，翻箱动作的具体要求以及大连重工集团有限公司设计的待加工工作辊的相关资料，对在MKZ84125自动数控轧辊磨床上使用的翻箱机构进行设计，解决上机磨床厂和其客户在生产实际中的问题。

1.2 翻箱机构的研究现状

　　　轧辊磨床上的翻箱机构设计是一个较新的课题。目前国内外关于这方面的研究均较少。

　　　现在有两种翻箱机构，连杆翻箱机构和齿轮翻箱机构。

MKZ84125轧辊磨床轴承箱体翻转机构设计.gif

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内容简介：: 无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： MKZ84125轧辊磨床轴承箱体翻转机构设计机械系机械工程及自动化专业学号： 0923226 学生姓名：吴佳指导教师：尤丽华（职称：副教授）（职称：）2012年11月25日课题来源本课题来自于无锡上机磨床有限公司的生产实际。该公司设计生产的自动数控轧辊磨床在磨削工作辊的过程中，两端的轴承箱体会与砂轮架发生干涉，而频繁的装卸轴承箱体则会使加工过程变得繁琐。为了解决这个问题，本课题要设计一个轧辊磨床翻转机构，在磨削工作辊时将轴承箱体翻转90，既避免了在加工过程中轴承箱体和砂轮架干涉，又保证了加工的效率。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度达6080米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。内圆磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床；无心磨床通常指无心外圆磨床，即工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中。工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。砂带磨床是以快速运动的砂带作为磨具，工件由输送带支承，效率比其他磨床高数倍，功率消耗仅为其他磨床的几分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐热难加工材料和大量生产的平面零件等。专门化磨床是专门磨削某一类零件，如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨床。除以上几类外，还有珩磨机、研磨机、坐标磨床和钢坯磨床等多种类型。由于长期以来对新技术的应用相对滞后，国内机床产品的总体技术水平比之先进国家同类型机床还有着相当大的差距，劳动生产率低下，在国际市场中竞争力不足，经济效益不高。在国外高档机床大举进攻中国市场的情况下，我们只有以积极的姿态面对这一严峻的形势。尽快应用先进的设计技术，能快速开发出结构合理、自动化水平高、加工精度高、低振动、低成本的机床新产品响应市场，我国的机床工业才有出路。为了达到这一目的，掌握先进的机床设计方法就显得尤为重要。我国机床工业的竟争能力的提高也就取决于机床新品的开发和关键技术的研究、掌握、应用和迅速推广。随着我国加入世界贸易组织和全球经济一体化环境的形成，机床行业的市场竞争将会愈演愈烈。目前，国内外机床产品技术水平之间的差距仍然很大，主要表现为:产品仿制多，创新少，市场竞争力不足，利润低:设计方法落后，机床结构设计，尚处于传统的经验、静态、类比的设计阶段，很少考虑结构动、静态特性对机床产品性能产生的影响，产品精度低，质量难以保证;设计周期长，成功率低，反复设计、试制与修改，产品更新换代慢，且成本高。研究内容轧辊磨床为金属切削机床，由床身、头架、尾架、托架、纵横拖板、磨头、测量架及电气数控系统组成，分为承载系统、驱动系统、磨削系统、测量系统和控制系统五个子系统。工件由头架、尾架和托架支撑，并由头架驱动旋转。数控系统根据轧辊表面母线的数学模型，控制机床作多轴复合运动，在运动过程中实现砂轮对辊面金属的磨削。在线测量系统实时地将测量数据反馈给磨床控制系统，并由控制系统对机床出闭环控制，从而完成对工件的精密加工。床身：采用砂轮床身与工件床身分离的结构。床身调整垫铁间距短，刚性强，床身精度不易变化。砂轮床身为大约为1200mm导轨间距的宽体床身，配备的伸缩式不锈钢防护罩保证永不生锈，安装在砂轮床身内的精密滚珠丝杆，用于驱动大拖板(Z轴)。头架：采用三级三角皮带传动保证了传动的平稳和精度；使用交流主轴电机驱动能使头架实现正向和反向旋转；头架的位置控制功能，可实现拨盘角度自动定位，方便轧辊的吊装，减少辅助时间。头架润滑系统选用了油脂泵，可实现自动定时给油。尾架：移动采用电动驱动方式，液压自动锁紧。尾架配备大行程(1000mm)液压套筒。砂轮主轴系统：前后径后轴承均采用高精度动静压轴承，主轴轴向采用高精度推力轴承。另外，在后轴承设计中增强了工作腔动静压轴承的静态压力效果，以克服较大皮带拉力对轴瓦造成的损伤。主轴动静压轴承具有回转精度高，稳定性好，动态刚性强，不易振动等特点。磨架及其进给机构：磨架采用单层整体结构，具有很高的刚性，磨架导轨为贴塑静压导轨，磨架进给机构由带减速装置的西门子交流伺服电机和经过精确预拉伸的精密滚珠丝杆副组成，具有很高的进给精度和灵敏度。拖板(Z轴)：拖板采用V-平形形式的贴塑静压导轨，拖板进给机构由带减速装置的西门子交流伺服电机和经过精确预拉伸精密滚珠丝杆副组成，由数控系统通过交流伺服电机和圆光栅实现拖板的闭环位置控制。拖板采用滚珠丝杆传动，与国内外同类磨床所采用的传统齿轮齿条传动相比，具有机械传动链短、运动平稳、传动精度高、间隙小等优点。头架控制系统：头架采用西门子1PH7型交流主轴电机驱动，内装西门子Sine/Cos1Vpp，2048 S/R光电编码器，完成头架速度及位置的闭环控制。头架可实现正向和反向旋转以及拨盘角度自动定位。交流主轴电机的采用使头架电机的维护工作量大大减少。针对轧辊驱动的特点头架采用了低额定转速、大启动扭矩的交流主轴电机，在保证重型轧辊启动需要的同时节约宝贵的能源。砂轮控制系统：砂轮采用西门子1PH7型交流主轴电机驱动，内装西门子Sine/Cos1Vpp,2048 S/R光电编码器，完成砂轮速度及位置的闭环控制。砂轮可实现正向和反向旋转以及角度自动定位。另外，交流主轴电机的采用极大地方便了砂轮电机的维护。砂轮采用了高达100KW的交流主轴电机，保证了磨床具有强力磨削能力，满足用户的轧辊快速大负荷加工要求。电气控制柜及柜内配电系统和控制元件：为保证磨床电气系统的整体可靠性，从电气控制柜箱壳到柜内的配电系统以及保护元件、开关元件、控制元件全部采用进口的国际名牌产品(西门子、威图)。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析通过对MKZ84125自动数控轧辊磨床实地考察，总结得出该磨床的基本结构，工作方式与原理，然后根据考察的结果，再查阅相关书籍后对其进行整体设计的基础，再根据上机磨床厂给定的关于机床的尺寸参数，翻箱动作的具体要求以及大连重工集团有限公司设计的待加工工作辊的相关资料，对在MKZ84125自动数控轧辊磨床上使用的翻箱机构进行设计，进行初步设计。交由指导老师检查，修改。完成后，再对主要载荷部件进行校核。最后出主要零件的零件图，编写设计说明书。可行性分析：轧辊磨床通常是用来磨削工作辊的。由于工作辊在使用过程中磨损较快，平均两到三个小时就要进行修整磨削，否则将达不到所要求的加工精度，所以轧辊磨床除用于在加工工作辊时来磨削工作辊外，还需要在生产中用于对工作辊进行频繁的修磨。当轧辊磨床用于加工工作辊时，工作辊是在没有和其两端的轴承箱体进行装配的情况下，单独在磨床上进行磨削的。而工作辊在使用中两端会装配有轴承箱体，如果对工作辊进行带箱磨削，则由于轴承箱体的结构和存在一定的偏心，在重力作用下摆放的自然位置会和砂轮架发生干涉，使工作辊的工作表面不能得到完整的修磨。因此对工作辊进行修磨前要将轴承箱体拆卸下来，需要耗费大量的时间和人力。由此可见，该课题方案切实可行。研究计划对于本课题,初步确定按以下步骤进行：（1）应先通过查找文献了解机床的基本结构，熟悉机床的具体工作原理；（2）完成整机的总体布局设计，并绘制相应的二维图纸；（3）完成翻箱机构的设计，绘制相应的二维装配图；（4）完成部分零件图设计。预期成果由于工作辊在使用过程中磨损较快，平均两到三个小时就要进行修整磨削，否则将达不到所要求的加工精度，所以轧辊磨床除用于在加工工作辊时来磨削工作辊外，还需要在生产中用于对工作辊进行频繁的修磨。当轧辊磨床用于加工工作辊时，工作辊是在没有和其两端的轴承箱体进行装配的情况下，单独在磨床上进行磨削的。而工作辊在使用中两端会装配有轴承箱体，如果对工作辊进行带箱磨削，则由于轴承箱体的结构和存在一定的偏心，在重力作用下摆放的自然位置会和砂轮架发生干涉，使工作辊的工作表面不能得到完整的修磨。因此对工作辊进行修磨前要将轴承箱体拆卸下来，需要耗费大量的时间和人力。通过对该自动数控轧辊磨床上使

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