毕业设计（论文）-3MZ1420双头自动球轴承外沟磨床设计（全套图纸）.pdf

I 摘 要 在人们的日常生活中，使用着大量各种各样的轴承。为了满足轴承行业 的发展，与之相配套的机床制造业也得了飞速发展。轴承外滚道磨床作为轴 承制造业的重要生产设备，它的好坏直接影响轴承的质量、精度及寿命。 3MZ1420 轴承外滚道磨床适用于直径为 100200 毫米轴承套圈外滚道 的粗、精加工。3MZ1420 轴承外滚道磨床磨削方法采用切入磨削法，切入磨 削法有很多优点，机床结构简单，调整环节少，加工稳定性好，易于实现高 速磨削和自动化等。3MZ1420 轴承外滚道磨床的夹具为单极式电磁无心夹 具。电磁无心夹具使用方便，便于自动上下料，同时磨削工件精度高等优点。 3MZ1420 轴承外沟磨床采用内连式中频电动机直接驱动砂轮主轴，砂轮主轴 转速可以很高，有效的提高了主轴刚度。本设计主要是对 3MZ1420 轴承外 滚道磨床进行改进设计,其中包括 3MZ1420 轴承外滚道加工工艺分析；原 磨床结构功能分析；磨床改进方案；磨头设计计算；夹具设计及其它部件选 型。 关键词关键词 磨削工艺 电磁无心夹具 电主轴 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract In peoples daily life, a large number of bearings are widely used. In order to meet the development of the industry of bearing, the machine tool manufacturing industry also developed rapidly. Bearing external grinder as an important bearing manufacturing production equipment will have a direct impact on the quality, precision and lifetime of bearing. 3MZ1420bearing external raceway grinder applies to the rough or finishing operation of a diameter of 100-200mm bearing roller outside ring road. 3MZ1420bearing raceway grinding methods adopt into-grinding, which have lots of strengths: simple machine structure, less adjustments links, good processing stability, and easy realized high-speed grinding and automation. 3MZ1420bearing external raceway grinder jig and fixture is unipolar electromagnetic centerless fixture. The use of electromagnetic centerless jig and fixture is convenience, automatic baiting is ease, grinding is high precision. 3MZ1420 bearing groove grinder using IF-wheel motor directly drive spindle, wheel spindle speed can be very high, raising the spindle stiffness effectively. The design mainly improved 3MZ1420 bearing external raceway grinder, including the analysis of 3MZ1420bearing external raceway manufacturing processes; the analysis of original grinder structure function; improvement programs of grinder; grinder design; fixture design and the selection of other components. Key word grinding processes, electromagnetic enterless jig and fixture, electronic spindle. III 目录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论. 1 1.1 3MZ1420 轴承外沟磨床概述 . 1 1.2 总体方案确定 . 1 第 2 章 3MZ1420 轴承外沟磨床加工工艺分析 . 2 2.1 3MZ1420 轴承外沟磨床加工工艺分析 . 2 2.1.1 外沟磨床加工工艺 . 2 2.1.2 滚轴承加工工艺分析 . 2 2.1.3 砂轮选择 . 4 2.2 3MZ1420 轴承外沟磨床磨削 . 6 221 3MZ1420 轴承外沟磨床磨削方法 . 6 222 3MZ1420 轴承外沟磨床磨削精度 . 6 第三章 原磨床结构功能的分析 . 9 3.1 磨床总体布局 . 9 3.2 磨床总结构 . 10 3.2.1 床身 . 10 3.2.2 工件架 . 10 3.2.3 砂轮架 . 10 3.2.4 上下料机构 .11 3.2.5 进给机构 .11 3.2.6 工件轴 . 12 第四章磨床的改进方案 . 14 4.1 补偿修整改进 . 14 411 原轴承外沟磨床补偿修整改进 . 14 4.1.2 砂轮补偿修整运动 . 14 4.1.3 机床的使用和调整 . 14 4.1.4 砂轮修整器 . 15 4.2 往复台导轨的改进设计 . 17 4.2.1 原磨床的往复台的导轨 . 17 4.2.2 滚动导轨的特点 . 18 IV 4.2.3 3MZ1420 轴承外沟磨床滚滚动导轨的材料 . 18 4.2.4 技术要求 . 18 4.2.5 滚动导轨的结构 . 18 4.2.6 滚动导轨的预紧 . 19 第五章磨头设计计算 . 21 5.1 磨头主要参数的选取 . 21 511 磨削速度 s v 确定 . 21 512 工件旋转进给速度 w v 确定 . 21 513 磨削深度 p a 确定 . 22 514 砂轮的轴向进给量确定 . 22 5.2 磨头的结构 . 22 5.3 磨头电机的选取 . 23 531 转速 . 23 532 电主轴冷却 . 25 第六章夹具设计及其他部件选型 . 26 6.1 3MZ1420 轴承外沟磨床的夹具采用电磁无心夹具 . 26 6.1.1 3MZ1420 轴承外沟磨床电磁无心夹具的结构及特点 . 26 6.1.2 3MZ1420 轴承外沟磨床电磁无心夹具的力学原理 . 27 6.1.3 3MZ1420 轴承外沟磨床电磁无心夹具的定位误差 . 32 6.1.4 电磁无心夹具的调整 . 34 参考文献 . 36 结 论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附录 1 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附录 2 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 第 1 章 绪论 1.1 3MZ1420 轴承外沟磨床概述 3MZ1420 是双头自动球轴承外沟磨床，主要适用于国家标准 D 级球轴 承直径为 100200 毫米轴承套圈外沟沟道的粗、 精加工。 适用于大批量生产， 也可适用于自动生产线。 3MZ1420 轴承外沟磨床。其中 3 为分类代号，M 为类别代号（磨床） ，Z 为通用特性（自动） ，1 为组别代号（球轴承套圈沟磨床） ，4 为型别代号（切 入式球轴承外圈沟磨床） ，20 为主参数（最大磨削直径 200 ） 。该机床主要 分为工件架、床身、砂轮架、上下料机构、进给机构、电气及液压控制部分。 1.2 总体方案确定 3MZ1420 轴承外沟磨床的加工，是轴套加工的主要部分之一。作为精密 的机械元件，滚动轴承的工作性能直接影响到主机的工作的性能；甚至于某 些装在主机关键部位的轴承的工作性能，几乎决定了该主机的工作性能。一 般来说，滚动轴承应具有高寿命、低的噪音、小的旋转力矩和高的可靠性这 些基本特点。 旋转精度：要求滚轴承的外沟的几何形状精度和位置精度不超过几微米。 尺寸精度：要求滚轴承的外沟的尺寸精度在几微米之内。 表面粗糙度：一般安装表面粗糙度不大于 0.63 微米、0.32 微米；滚道要求更 高，表面粗糙度值小于 0.16 微米。 尺寸稳定性：再长期存放和工作时，没有明显的尺寸和形状的改变。 防锈能力：沟道不允许生锈。 振动及噪声：轴承振动及噪声要限制在一定的范围内，要求轴承外够的各种 质量应尽可能高。 残磁：轴承的残磁应控制在 0.6mT、0.8mT以下。 3MZ1420 轴承外沟磨床改进设计指导思想，下面将分别介绍各个部件设 计计算过程。 2 第 2 章 3MZ1420 轴承外沟磨床加工工艺分析 2.1 3MZ1420 轴承外沟磨床加工工艺分析 2.1.1 外沟磨床加工工艺 外沟磨床是以磨料、磨具（如砂轮、砂带、油石、研磨剂）为工具进行 磨削加工的机床。外沟磨床的磨削加工是为了适应零件精加工的需要而发展 起来的，现代磨床可以精确加工各种表面，如内外圆柱面和圆锥面、平面、 齿轮齿廓面、螺旋面及各种成型面，还可以刃磨刀具和进行切削，工艺范围 十分广泛。磨床加工时的工作运动，随所有磨具形成、工艺方法和工件加工 表面形状而不同。 对于用砂轮进行加工的磨床， 其主运动为砂轮的旋转运动， 进给运动的形式与数目则决定与被加工表面的形壮以及采用的磨削方法，它 可以由工件或砂轮完成，也可以由两者共同完成。 2.1.2 滚轴承加工工艺分析 1.3MZ1420 轴承外沟磨床生产特点 (1)结构特点 和一般机械零件相比较，3MZ1420 轴承外沟磨床生产零 件具有如下特点： 回转表面： 3MZ1420 轴承外沟磨床加工轴承零件的工作表面大都回转表 面。 短而薄： 3MZ1420 轴承外沟磨床生产零件的宏观外形不仅具有回转体的 圆形表面，而且表面往往是短而薄的。 由于轴承零件大都是回转体，加工机械比较单一，所以轴承外沟加工可 以用 3MZ1420 轴承外沟专用磨床：由于零件比较短，轴向刚度就较好，因此 轴向变形可以忽略不计；由于零件的壁厚比较薄，径向刚度就比较差，所以 对夹紧方法要求有特殊考虑。 （2） 加工特点 轴承零件虽然结构简单， 但外沟加工技术条件要求很高， 3 这就决定了它有如下加工特点： 精密加工：轴承外沟的磨削加工尺寸和几何精度都以微米为单位。轴承 外沟的精密加工还要经过超精加工或研磨。 多工序加工：轴承加工零件的精度高，生产工序必然很多。 成型加工：轴承零件的工作表面都是回转成型表面，使用于成型加工。 这就要给机床设计与调整，砂轮的修整等方面带来了一系列问题。 生产批量：由于的轴承生产都是专业化的大批量生产。绝大多数轴承都 是标准化产品，同一批号的轴承需要量很大。为了提高生产率、降低成本、 保证质量，以及广泛采用新技术，提高机械化水平，轴承厂一般是按轴承类 型和品种进行大批量轮番生产，即一次投入生产的品种较少而每一种的生产 批量较大。对个别型号的轴承，若常年生产量很大，可建立专门的自动线或 流水线进行生产。 2. 3MZ1420 轴承外沟磨床加工工艺过程的特殊性 轴承外沟的上述生产特点，决定了它的工艺过程必然具有以下三大特 征： （1）专业化 3MZ1420 轴承外沟磨床加工零件中，是采用专用机床。 （2）自动化 3MZ1420 轴承外沟磨床加工生产为其生产自动化提供了极大的方便。在生产 中，采用全自动、半自动专用机床。 （3）先进性 3MZ1420 轴承外沟磨床加工工艺分析的先进性，主要表现为使用先进机 床、工装和工艺。采用电磁无心夹具、控制力的控制等先进方式。 3、3MZ1420 轴承外沟磨床加工工艺分析 3MZ1420 轴承外沟磨床的一般加工工艺过程：自动上料粗磨外沟自 动提升精磨外沟自动下料 其中粗磨余量为 0.4-0.5mm,精磨量余量为 0.02-0.05mm。 33MZ1420 轴承外沟磨床的工作循环 3MZ1420 的工作循环为全自动和半自动工作循环。半自动工作循环为一 个工件加工完毕后自动停止，用机械手或手动进行上下料，主要用于小批量 或单件生产不需要全自动时。全自动工作循环一个工件加工完成后，紧接着 自动上下料，继续进行下一个工作循环。全自动工作循环的基本特征就是具 4 有自动上下料的功能，而使工作循环和辅助动作和谐地连接起来，从而使机 床实现自动化 3MZ1420 在开始工作以前， 机床和部件均处于原始位置状态， 当按下 “循 环启动”按钮后，首先，由机械手上料，工件送到粗磨夹具上以后，夹具通 电上磁，工件即随主轴旋转，并立刻达到稳定状态，工作台快速向左运动， 当砂轮进入工件内孔指定位置后，然后进给机构动作。快跳进，快速趋进， 粗磨进给，工件和砂轮逐渐接触，进行粗磨，当达到预先给定的粗磨尺寸时， 粗磨进给停止，进行光磨。光磨时间到，进给机构回跳，使工件和砂轮脱离 接触。夹具退磁，由机械手上料，将前工件送到精磨夹具上以后，夹具通电 上磁，由机械手上料，另一个工件送到粗磨夹具上以后。精磨工件即随主轴 旋转，并立刻达到稳定状态，工作台快速向左运动，当砂轮进入工件内孔指 定位置后，然后进给机构动作。快跳进，快速趋进，精磨进给，工件和砂轮 逐渐接触，进行精磨，当达到预先给定的精磨尺寸时，精磨结束，转为第二 次光磨。由时间继电器控制光磨时间，当光磨结束后，工作台转为磨削速度 向左退出工件。夹具退磁，由机械手下料，补偿机构复位，接着再上料开始 下一个工作循环。接着修整器金刚笔倒下，工作台转为修整速度开始修整砂 轮。修整结束后，修整器抬起。 2.1.3 砂轮选择 1砂轮概述 砂轮是由许多细小棱形多角且极硬的磨粒经结合剂粘结而成的一种切 削工具。砂轮表面上坚硬的磨粒称磨料，起磨削作用。把磨料黏结在一起的 黏结材料叫做结合剂。 23MZ1420 轴承外沟磨床磨削外沟时选用的磨料 微晶刚玉：它的颜色是棕褐色，制成的陶瓷结合剂砂轮通常为蓝色或浅 蓝色。它的磨粒由许多微小尺寸的晶体组成，特点有强度高、韧性和自锐性 良好等。适合磨削轴承钢。 33MZ1420 轴承外沟磨床磨削外沟时选用的结合剂 5 陶瓷结合剂：是一种无机结合剂，应用广泛，能制成各种磨粒、硬度、 组织、形状和尺寸的砂轮。其主要优点是价格低廉、性能稳定、不受天气干 湿、气温变化以及储存时间长短的影响；耐热性和耐腐蚀性好。陶瓷结合剂 与磨粒的黏结力较大，砂轮磨损小，能较好地保持砂轮的外形轮廓，磨削效 率较高。 4砂轮的尺寸 直径为 80-150mm，宽度为 8-24mm。 53MZ1420 轴承外沟磨床磨削外沟时的砂轮安装 在磨削加工中，砂轮的安装是一件重要的工作，安装的熟练成度和质量 直接影响生产效率和加工质量。 因为砂轮工作的转速很高， 而砂轮性能较脆， 如安装不正确，会使砂轮失去平衡而引起振动，影响加工质量和机床精度， 严重的还有可能导致砂轮脆裂飞出造成严重事故。砂轮的安装方法较多， 3MZ1420 轴承外沟磨床采用砂轮装到接长轴上，把接长轴装到砂轮轴上。 安装和拆卸砂轮时应注意事项如下： （1）砂轮安装前，应检查它有无裂纹，有裂纹的砂轮是绝对不允许使用 的。 （2）砂轮内孔与接长轴的配合应有适当的间隙，以免磨削时受热膨胀而 使砂轮胀裂。由于砂轮孔径太小而使配合过紧时，绝对不允许用力把它压进 去，而必须把孔径扩大后安装，以免砂轮因预受过大胀力而在工作时碎裂。 但配合间隙也不能过大，否则砂轮容易发生偏心而失去平衡，使砂轮主轴发 生振动，不仅影响加工表面粗糙度，而且还可能造成砂轮破裂，如果发现间 隙过大，可在接长轴、等的配合面上均匀的包上一层薄纸片，3MZ1410 轴承 外沟磨床采用砂轮与接长轴的配合间隙为 0.2mm。 （3）新砂轮经平衡后第一次装上磨床时必须在有防护罩的情况下空转 13 分钟，此时操作者必须站在砂轮的侧面，以免发生以外。 （4）拆卸砂轮时，必须注意不要把压紧螺母的螺旋方向搞错，否则会增 加拆卸工作的困难程度，甚至可能损坏机床零件。 在磨床上，为了防止砂轮工作时螺母自动松开，它的螺旋方向是这样规 定的：逆着砂轮旋转方向转动螺母时，它就拧紧；反之顺着砂轮旋转方向转 动螺母时，它就松开。 6 2.2 3MZ1420 轴承外沟磨床磨削 221 3MZ1420 轴承外沟磨床磨削方法 3MZ1420 轴承外沟磨床采用切入磨削法，切入磨削是一种比较先进的轴 承沟道加工方法，它适用于任何形状的滚道，这种方法是把砂轮工作表面修 成滚道的形状，按成形磨削的原理在套筒上磨出沟道。磨削中，砂轮表面的 磨损是均匀的，在加上砂轮自锐性不能充分发挥，通常在磨削几个工件后应 修整砂轮。 图 2-1 轴承外沟切入磨削法 切入磨削法有很多优点，例如：机床结构简单，调整环节少，加工稳定性 好，易于实现高速磨削和自动化等。但是，由于砂粒的磨削轨迹总是在一个 位置，致使表面粗糙度有所提高，而且易于烧伤，同时要求机床的刚度好、 砂轮质量均匀、上一道加工误差要小等。 222 3MZ1420 轴承外沟磨床磨削精度 3MZ1420 轴承外沟磨床外沟道的成圆过程，都是磨削内表面，由于砂轮 刚度低而磨削时间又不能太长，因此磨削前工件表面形状误差会复映到磨削 7 后工件表面。轴承外沟磨床采用电磁无心夹具定位，这样，定位表面的误差 就会以定位误差的形式传递给加工表面，形成加工误差。但是磨外沟采用的 定位外表面是经过磨削的表面，其本身的误差很小，可达到 0.1m;再通过 合理选用调整参数并使用浮动支承和特制非金属支承，可以将定位误差达到 极小。因此，忽略定位误差的影响，认为定位面为理想圆，其成圆过程可用 内圆磨削圆度误差复映规律来类似描述，即： m = 0 m 0 1 () 1 m m K K + （2-1） 式中 m 外沟道磨后圆误差： 0 外沟道磨前圆误差： m 工件转数； m K 磨削常数； K 静刚度； 误差复映系数。 一般， m K 和 K 均为大于零的数， 因此误差复映系数 总是小于 1 的正数。 这表明外沟道磨后，其表面误差总是会减少的；另外，增加工件转数 m，会 使加工误差降低。 加工 6311 外沟，工件转速n=400minr，磨削圆度误差为 0 10 m， 要求外沟道磨后圆误差 m 1 m， （设 m K =0.005m N,K=4 Nm） 从（2-1）可以求出 m 的表达式： m= () 0 lg lg 1 m m K K + 8 = () () lg 10 1 lg 10.005 4+ =116.28 转 m t = 60 w m n = 60 116.28 400 =17.44s 3MZ1420 轴承外沟磨床加工 6311 轴承外沟的最短磨削时间为 17.44 秒。 9 第三章 原磨床结构功能的分析 3.1 磨床总体布局 3MZ1420 轴承外沟磨床总体布局，工件轴与砂轮架呈“一”字形，工件 由由卡盘支承，没有尾架，按成型运动的分配为，如图 3-1 所示，其特点是 径向进给由工件拖板实现，而砂轮架只完成径向进给。这种布局把四个运动 平均分配在工件轴、砂轮及其拖板上，运动传动比较方便，拖板层次少，刚 度较高。同时工件轴只作横向进给，其运动速度较低，行程短，便于安放上 下料机构，另外砂轮架质量小，往复台比较轻便，机床振动小。3MZ1420 轴 承外沟磨床磨削时砂轮轴的转速很高。旋转时离心力较大，如果砂轮架作径 向进给，拖板的法向刚度较低，则会由于离心力而产生振动，影响磨削质量， 因此 3MZ1420 轴承外沟磨床总体布局采用这形。 图 3- 1 磨床布局 10 3.2 磨床总结构 3.2.1 床身 它是磨床的基础支撑件，支承着磨架、工件架。床身上的导轨限定了砂 轮架和工件架的相对运动方向，是它们在工作中保持准确的相对位置。床身 内部安装有进给机构、液压系统的操作元件等。它的上面装有砂轮架、工件 架、及进给等部件，使它们在工作时保持准确的相对位置。 图 3-2 床身 3.2.2 工件架 由工件箱和进给拖板等组成，工件箱用于支承工件主轴和安装电磁无心 夹具，进给拖板用于支承和安装工件箱、上下料机构、补偿机构、测量仪表、 砂轮修整器等部件，通过进给机构的驱动，实现工件架的进给运动。 3.2.3 砂轮架 用于支承并传动高速旋转的砂轮主轴。砂轮架装在工作台上。砂轮架中 的砂轮主轴及其支撑部分结构直接影响工件的加工质量，应具有较高的回转 11 精度、刚度、抗振性及耐磨性，它是砂轮架部件中的关键结构。砂轮轴的前、 后径颈向支承都为角接触球轴承。 图 3-3 砂轮架 3.2.4 上下料机构 下料时，压力油进入油缸下腔，油塞杆带动提料板向上移动实现下料运 动，下料运动结束，压力油进入油缸上腔，实现上料运动。 3.2.5 进给机构 包括砂轮的进给运动、工件的进给运动， 砂轮的进给运动,由油缸带动 滑板而实现。工件的进给运动分快速进给，粗精进给，无进给和快速推出。 快速进给时， 压力油同时进入差动油缸两端产生控制力。 带动滑板头架运动、 实现快速进给。粗精进给时，压力油进入齿条油缸，通过齿条带动齿轮，进 给丝杠，凸轮板转动。凸轮板的转动压缩行程节流阀控制进给速度。在控制 力的作用下实现控制力与控制相结合的粗精磨削进给。粗精进给结束后由时 间继电器延时做无进给磨削。延时无进给磨削结束后，快进油缸回油，实现 快速退回原位。 12 35 图 3- 4 砂轮的进给运动 3.2.6 工件轴 本机床采用套筒式工件主轴，工件轴整体安装在工件箱内，工件箱内的 电动机通过多楔带带动工件主轴旋转，电磁无心夹具的磁盘、铁磁心和工件 主轴相联，并一起转动。电磁线圈通电，产生磁场把工件吸附在磁极上。工 件轴的转速通过电动机的变频可以实现无级调速。工件轴支承采用四个角接 触球轴承，精度 P5，前后各两个。它们为弹簧预紧，预紧力的大小可用主轴 后端的螺母来调节。弹簧共有八跟，均匀分布在套筒内，套筒用销子固定在 壳体上，所以弹簧力通过套筒将后轴承的外圈向右推紧，又通过钢球、内圈、 主轴后螺母及主轴传到前端的轴肩，使前端的轴承内圈亦向右拉紧。于是前 后两轴承都得到预紧。预紧的目的是：增强轴承的刚度，使旋转轴在轴向与 径向上正确定位，提高轴的旋转精度，降低轴的振动和噪声，减少由于惯性 力矩所引起的滚动体相对于内外沟道的滑动，当主轴热膨胀伸长或者轴承磨 损时，弹簧能自动补偿，并保证较稳定的预紧力，使主轴轴承的刚度和寿命 得意保证。两个相同型号的角接触球轴承成对安装时为定压预紧。装配完毕 后，要求轴向窜动不大于 0.003 ，主轴伸出的轴肩径向跳动不大于 0.005 。弹簧的预加载荷共计约 1000N。工件轴转速的调节采用变频调速。 13 图 3-5 3MZ1420 工件主轴 14 第四章磨床的改进方案 4.1 补偿修整改进 411 原轴承外沟磨床补偿修整改进 原轴承外沟磨床应用于套圈外沟磨削工序，经过一段时间的使用，发现 砂轮修整器存在一些问题，致使砂轮外形修整不圆，套圈沟道磨削的粗糙度 差，质量不稳定。为了解决这一问题，对砂轮改进设计。补偿修整进行，由 于砂轮在磨削过程中有磨损，会使砂轮变形，影响切入磨削工件的精度，所 以必须对砂轮进行修整；对砂轮修整后，砂轮尺寸改变，为保证工件加工尺 寸不变，工件相对于砂轮应有一个径向的移动，使工件相对于砂轮的位置不 变，保证加工精度；所以磨床补偿修整的改进是必要的。 4.1.2 砂轮补偿修整运动 当工件快速定程退回时触发时间继电器在砂轮需要进行补偿修整时，砂 轮完成退回，此时压力油进入齿条油缸、齿条带动砂轮、棘爪、棘轮、蜗轮、 蜗杆、滚珠丝杠旋转带动丝杠母滑板头架修整器，同步移动实现补偿，同时， 压力油进入修整器抬起油缸使金刚石笔抬起，延时后，压力油进入旋转油缸 进行修整。 4.1.3 机床的使用和调整 本机床由机械传动、液压传动、电气传动实现单动和全自动工作，通过 各操作手轮、手柄调节螺钉。通过调节有关电气元件、电气操作面板各按钮， 以及调节液压有关元件， 而得到所要求的各种动作和工作速度实现磨削过程。 启动静压和液压两个油泵， 调整静压系统、 液压系统主油路和各支路的压力， 静压导轨油腔压力必须正常后方能开动磨床。 按下手动按钮、 启动头架电机、 15 摇动手轮、磨削磁极端面跳动小于 0.005 。 4.1.4 砂轮修整器 3MZ1420 轴承外沟磨床采用修整方式为圆弧型修整， 它的修整示意图如 下： 图 4- 1 圆弧修整 3MZ1420 轴承外沟磨床采用修整方式为圆弧修整步骤： 1.金刚石高低位置的调整：调节修整器倒下定位螺钉的高度，使修整器 倒下后，金刚石笔中心的高度与砂轮杆中心等高，然后锁紧螺帽。 16 图 4-2 金刚石笔尖高度调整 2、修整器倒下缓冲的调整：在修整器倒下时，将修整器倒下液压缸的 活塞杆头部螺纹逐步拧入到接头里去，同时试验修整器抬起倒下动作，直到 修整器倒下与定位螺钉头接触时发生轻微的响声，此时将活塞杆与接头处的 锁紧螺母锁紧。 3、调节修整器左旋、右旋两个开关的压快位置，使得修整器左右旋动 作到位时，两个开关刚好亮。调节修整器抬起、倒下开关的位置，使得修整 器抬起、倒下动作到位时，两个开关刚好亮。 4、沟 R 大小的调整：卸下金刚石笔座 3 并在此件上安装所需要的沟曲 率调整棒 1 ，将调整器微调螺钉 4 置于调整范围的中间位置，使修整器旋转 金刚笔尖端所画的圆弧半径大致等于沟曲率半径。 17 2 3 4 图 4-3 沟曲率半径调整 5、修整磨架右行到底定位螺杆的伸长位置，使磨架右行到底时能听到 很轻微的碰撞声，既有明显缓冲，又能快速到位，然后锁紧定位螺杆。调节 电主轴位置，使砂轮对准磁极中心。 6、调节修整器燕尾导轨的位置，使修整器倒下时与砂轮接近，但不碰 砂轮。用长修将砂轮修成圆弧形，并在纸片上磨缺口来初步检查圆弧半径大 小。调节微调螺钉调整 R 大小，并通过试磨工件，进一步调整 R 大小，直到 符合要求。 7、砂轮修整好后，通过连动机构上的调整螺钉 25 来调整粗、精两磨头 的同步动作，并保证有 0.2 的活动量。 4.2 往复台导轨的改进设计 4.2.1 原磨床的往复台的导轨 由于原磨床的往复台导轨为滑动导轨， 经过一段时间的使用， 发现滑动导 18 轨存在一些问题，磨损大、运动精度不稳定，使工件质量不稳定。所以对往 复台导轨进行改进设计。选滚动导轨代替滑动导轨。 4.2.2 滚动导轨的特点 3MZ1420 轴承外沟磨床采用滚动导轨的最大优点是摩擦系数小，动、静 摩擦系数很接近。因此，运动轻便灵活，运动所需功率小，摩擦发热少，磨 损小，精度保持性好，低速运动平稳性好，移动精度和定位精度都较高。滚 动导轨还具有润滑简单，高速运动时不会象滑动动导轨那样因动压效应而使 动导轨浮起等优点。 4.2.3 3MZ1420 轴承外沟磨床滚滚动导轨的材料 3MZ1420 轴承外沟磨床采用滚动导轨的材料是硬度为 60 62HRC 的淬硬 钢。淬硬钢导轨具有承载能力高和耐磨等优点，成本较高。 4.2.4 技术要求 导轨面和滚动体的制造误差直接影响机床的加工精度和各滚动体上载 荷的分布。 有预紧的滚动导轨， 制造误差会在导轨移动时使预紧力发生变化， 影响导轨的移动的均匀性。因此，滚动导轨的制造精度要求很高。 4.2.5 滚动导轨的结构 3MZ1420 轴承外沟磨床采用滚动导轨为滚柱导轨。滚柱导轨的承载能力 和刚度都比滚珠导轨大，滚柱导轨适用于承载较大的机床，应用较为广泛的 一种滚动导轨。但是滚柱导轨比滚珠导轨不平行度要求高，即使滚柱轴线与 导轨面有微小的不平行，也会引起滚柱导轨对导轨的偏移和侧向滑动，使导 轨磨损加剧和降低精度。因此滚柱最好做成腰鼓形的，中间直径比两端大 0.02 毫米左右。 3MZ1420 轴承外沟磨床采用滚动导轨是十字交叉滚柱导轨。 19 它的一对导轨之间是截面为正方形的空腔，在空腔里装入滚柱，前后相临的 滚柱的轴线交叉成90o，使导轨无论哪一方向受力，都有相应的滚柱支承。为 了避免端面摩擦，取滚柱的长度比直径小 0.15 0.25 毫米（3MZ1420 轴承外 沟磨床采用滚动导轨的滚柱直径为 12mm、长度为 10mm） ，各个滚柱由保持 器隔开。增大接触面积并起缓冲作用。这种导轨的精度高，动作灵敏，刚度 高，结构比较紧凑，但由于工作表面不直接配研，而精度又要求较高，因此 导轨制造较困难。十字交叉滚柱导轨中的滚柱是交叉排列的，在一条导轨面 上实际参加工作的滚柱只有一半。为了增加工作滚柱的数量，也有不用保持 架而使滚柱紧密排列的，以便进一步提高刚度。交叉滚柱导轨也可以是开式 的，例如有的坐标镗床工作台导轨。坐标镗床采用这种导轨时，由于精度要 求很高，同时载荷较小和防护条件较好而常用铸铁导轨。这时十字交叉滚柱 导轨的滚动体应为大直径的空心滚柱，正常条件下可以保证较高刚度，受冲 击时空心滚柱能产生微小变形。 图 4-4 十字交叉滚柱导轨 4.2.6 滚动导轨的预紧 不预紧的滚动导轨与混合摩擦滑动导轨相比，刚度约低 25% 50%。预紧 可以提高滚动导轨的刚度，一般来说有预紧的滚动导轨比没有预紧的滚动导 轨刚度可以提高 3 倍以上。有预紧 3MZ1420 轴承外沟磨床的十字交叉滚柱导 20 轨刚度最高，在预紧力方向的刚度提高 10 倍以上，其他方向可提高 3 5 倍。 预紧力可根据下列原则选择。装配前，滚动体母线之间的距离为 A，压板与 滑板间所成的包容尺寸为 A-X。装配后，X 就是过盈量。因此而产生的上、下 滚动体与导轨面间的弹性变形各为2X，预紧力各为 Q。当载荷 P 作用于溜 板时，上面的滚子受的力加大为 Q+P，下面的滚子减小为 Q-P。当 P=Q 时，下 面滚子的弹性变性为零，不再受力；上面的滚子受力为 Q+P=2P。因此，预紧 力应大于载荷，使与受力方向相反一侧的滚子与导轨间不出现间隙；同时， 预紧力与载荷之和不超过受力侧滚动体的许用承载力。设计时，可使分配到 每个滚动体上的预紧力小于滚动体许用承载力的一半，又大于每个滚动体的 载荷。 21 第五章磨头设计计算 5.1 磨头主要参数的选取 511 磨削速度 s v确定 主要考虑工件材料特点、加工要求、磨床工作情况和砂轮特性等。在选 取时应注意：提高磨削速度，可减小磨粒切削厚度，减小作用在磨粒上的磨 削力。改善磨削条件，提高砂轮寿命，减小工件表面粗糙度。同时，有利于 提高生产效率，但磨削速度不能太高，以防止砂轮离心力过大，使砂轮破裂， 损坏设备甚至导致人身事故。另外，磨削速度太高，可能产生振动和工件表 面烧伤，影响加工表面质量。根据以上综合考虑和生产实际验证选取粗磨 s v =40m s ，精磨 s v =60m s 。 512 工件旋转进给速度 w v确定 确定工件旋转进给速度 w v 时，主要考虑磨削热量的大小，热源作用的时 间、工件表面粗糙度和高速回转所产生的振动等因素。 w v 太低时，工件易烧 伤； w v 太高时，机床可能产生振动。根据以上综合考虑和生产实际验证选取 粗磨时 w v =4m s ；精磨时 w v =2m s 。 22 513 磨削深度 p a确定 根据综合考虑和生产实际验证粗磨时常可取 p a=0.06mm;精磨时常选 取 p a=0.02mm。 514 砂轮的轴向进给量确定 根据综合考虑和生产实际验证粗磨时常可取 a f=19.2mm;精磨时常选 取 a f=12mm。 5.2 磨头的结构 3MZ1420 轴承外沟磨床采用的砂轮主轴组件是外沟磨床的关键部分。由 于砂轮的外径受被加工轴的限制，为了达到砂轮的有利磨削线速度，砂轮主 轴的转速须很高。机床主轴需在极短的时间内实现升降速，并在指定位置快 速准停这就要求主轴有很高的角减速度和角加速度如果通过皮带等中间 环节，不仅会在高速状态打滑、产生振动和噪音，所以 3MZ1420 轴承外沟磨 床的砂轮主轴用带传动就不适用了，采用内连式中频电动机直接驱动砂轮主 轴。这种结构，由于没有中间的传动件，所以可达到较高转速，同时它具有 输出功率大、短时间过载能力强、速度特性硬、振动小和主轴轴承寿命长的 优点，所以选用内连式中频电动机直接驱动砂轮主轴。砂轮主轴支承采用四 个角接触球轴承，精度 P5，前后各两个。具体结构如图 5-1。 23 图 5-1 内连式中频电动机直接驱动砂轮主轴 5.3 磨头电机的选取 531 转速 因为 3MZ1420 轴承外沟磨床采用电主轴，砂轮轴的转速与电机转速相同， 计算电机的转速，可以计算砂轮转速： 0 1000 60 s s v n d = （5-1） 式中： s v 磨削速度； s d 砂轮直径。 由式（5-1）得粗磨： max min 1000 60 s v n d = 1000 60 40 9549.3 80 = minr 由式（5-1）得精磨： 24 max min 1000 60 s v n d = 1000