毕业设计（论文）-刀具磨砂轮机设计.doc

中 南 大 学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY本科毕业论文(设计) 论文题目 刀具磨砂轮机设计 学生姓名 指导老师 学 院 中南大学继续教育学院 09级高本 专业班级 机械设计制造及其自动化 完成时间 2013年12月20日 中 南 大 学毕 业 论 文（设 计）任 务 书函授站(点): 韶关技师学院 专业: 机械设计制造及其自动化 年级：09级 学生姓名：凌卫辉毕业设计（论文）题目：刀具磨砂轮机设计起止日期： 2011 年 11 月 14 日 2012 年4 月 27 日指导教师： 朱益红教授毕业设计（论文）要求（包括日程安排和进度）：一、日程安排和进度阶段阶 段 内 容起止时间1选题及拟定大纲2011.11.14-2011.12.52完成初稿2011.12.6-2012.02.103通过老师指导进行修改2012.02.11-2012.02.124模拟答辩2012.03.13-2012.03.155整理论文及定稿2012.03.16-2012.04.66毕业答辩2012.04.26-2012.04.27二、论文要求（1）设计基座的整体结构和画出装配图。（2）设计夹刀装置的整体结构,夹刀装置可以任意的摆动相应的角度。（3）设计砂轮机的底座带动砂轮机相对于基座可以旋转30度的角度。（4）设计的目的是利用夹刀装置和砂轮机底座摆动角度来实现所要刃磨刀具的角度。审查意见：院（站）负责人： 年 月 日中 南 大 学毕 业 设 计（论文）成 绩 单函授站(点): 韶关技师学院 专业: 机械设计制造及其自动化 年级：09级 学生姓名：凌卫辉毕业设计（论文）题目：刀具磨砂轮机设计指导老师评语：指导老师建议成绩： 指导老师签名：年 月 日审查意见：院（站）负责人：年 月 日评审意见：评审人签名： 年 月 日毕业设计（论文）答辩评语及成绩成绩： 专业毕业设计（论文）答辩委员会主任签名： 年 月 日审查意见：院（系）负责人签名：年 月 日摘要砂轮机的应用很广泛，特别是在学校和小型的制造加工企业。砂轮机主要是用来刃磨刀具，比如车刀：外圆刀，切断刀，螺纹刀等等。现在，磨刀大多是靠操作人员来控制刀具成型的角度。因此比较难的磨出标准的角度要求。同时，又比较的危险，如果力度或姿势没有控制好很容易磨伤操作人员的手。为了达到让操作人员在磨刀时较好的控制刀具的刃磨角度和操作人员的安全，对普通的台式砂轮机MD3225型进行改进，改进后取名为：刀具磨砂轮机。为此，设计一个让刀具相对于砂轮可实现转动所需要的角度，来控制刀具所需要磨出的角度而且刀具表面质量较好。所以设计了一个装夹刀具的装置，此装置可以实现前后上下左右的移动或使刀具转动一定的角度来控制刀具所需要磨掉的余量和角度要求。整体设计是：1砂轮机的基座（底座）设计，基座的上方有刻度的圆盘和导轨。砂轮架和夹刀工作台分别安装在基座的圆盘和导轨上。2砂轮架的主轴设计，砂轮架的主轴左右两边各有一个砂轮，分别是粗磨砂轮和精磨砂轮。砂轮架的底座是圆形的，可以转动一定的角度。机架的整体类似与普通台式砂轮机的机架。3夹刀工作台的设计，夹刀工作台安装在基座的上方且砂轮架的正对面，可以前后左右移动使刀具粗磨后接着移动到精磨轮就可以精磨了。关键词：基座、砂轮架主轴、夹刀工作台。目 录第1章 前言11.1 刀具磨砂轮机的类型和用途11.1.1 刀具磨砂轮机的类型及其特点11.1.2 刀具磨砂轮机的用途11.1.3 各种刀具刃磨的方法11.2 砂轮机的现状及其发展趋势2第2章 刀具磨砂轮机的总体描述32.1 刀具磨砂轮机的结构32.2 刀具磨砂轮机的总体布局32.3 砂轮机的电动机型号参数32.4刀具磨砂轮机的主要技术要求42.4.1 刀具磨砂轮机的装置42.4.2 刀具磨砂轮机的运用4第3章 刀具磨砂轮机的基座设计 53.1 基座的材料选择53.2 基座的加工方法及热处理53.3 确定基座的结构参数53.3.1 基座的铸件最小壁厚和最小铸孔尺寸53.3.2 基座的铸造斜度63.3.3 基座的铸造圆角半径63.3.4 基座的加强肋的尺寸73.3.5计算砂轮机对基座的压力73.4 基座上的圆盘砂轮底座设计73.5 基座上的导轨设计83.6 带动夹刀工作台横向移动的螺旋机构设计93.7确定刀具磨砂轮机的基座上的结构尺寸 10第4章 刀具磨砂轮机的砂轮架设计124.1 砂轮架的设计要求124.2 主轴系统的振动、发热及其降低措施134.3 主轴的用途及分类144.4 主轴的设计主要内容144.5 选择主轴的材料及热处理144.6 主轴设计及计算144.6.1 砂轮主轴的强度校核计算144.6.2 主轴的结构设计154.6.3 拟定轴上零件的装配方案154.6.4 校核轴的强度 18第5章 刀具磨砂轮机的夹刀工作台设计235.1 T形槽设计235.2 夹刀装置设计245.3夹刀装置的典型零部件设计255.3.1夹刀装置的底座设计265.3.2转节的设计275.3.3转盘设计285.3.4固定钳身的设计295.3.5活动钳身的设计295.3.6平口钳的应用和安装注意要点31结论32感谢语33参考文献34VI中南大学本科毕业设计论文第1章 前言1.1磨刀砂轮机的类型和用途1.1.1磨刀砂轮机的类型及其特点用磨料磨具做成的砂轮，电动机（或其他动力源）带动砂轮做圆周运动进行磨削加工的机器叫做砂轮机。砂轮机的外形类型有台式的砂轮机、立式的砂轮机、手拿式砂轮机的类型。砂轮机的功能类型有吸尘式砂轮机、液压式砂轮机、防爆式砂轮机等等。刀具磨砂轮机是在普通的砂轮机的底座上设计类似转盘，可旋转整个砂轮机相对我所设计的基座转动的30的分度盘。在基座上设计一个夹刀装置，这个夹刀装置可以夹紧刀具使旋转360，通过导轨可以左右前后移动来控制刀具的位置和进给量。刀具磨砂轮机的特点：刀具磨砂轮机的结构比较简单，有一个动力源带动两个砂轮做圆周运动，根据不同的砂轮材料可以刃磨多种刀具（或工件的粗精加工）。1.1.2刀具磨砂轮机的用途刀具磨砂轮机的砂轮机可以转动来实现砂轮机与刀具要刃磨的角度。通过夹刀装置来调整刀具的位置，夹刀装置的旋转来装夹不同的刀柄表面实现刃磨刀具的各个表面及角度。1.1.3主要刃磨的各种刀具在普通车床和数控车床上常用的刀具有外圆刀、切断刀、螺纹刀、内孔刀(如图1-1)。例如外圆刀要刃磨的面有前刀面、主后刀面、副后刀面、前角、后角。切断刀的两个副后角、主副偏角、后角。图1-11.2砂轮机的现状及其发展趋势在目前，砂轮机的需求还是很大，要求的功能也更多。随着科技的不断发展，砂轮机也不断的更新换代。砂轮机的种类越来越多，有普通的台式砂轮机、手持式砂轮机还有除尘式砂轮机等等。但是，用的比较多又比较经济的是普通的简单的台式砂轮机。砂轮机的功能也很多，比如工具磨砂轮机，刀具磨砂轮机，研磨砂轮机。在这里我主要讲述刀具磨砂轮机，在学校、中小型加工企业大多会用到刃磨刀具的机器那就是专用的刀具磨砂轮机。而台式的砂轮机应用最多，因为它结构比较简单，价格比较低廉，适用性广泛。在学校和中小型加工企业广泛的使用，但是一般为手工操作等特点。砂轮机在制作刀具中使用频繁,一般无固定人员操作,有的维护保养较差,磨削操作中未遵守安全操作规程而造成的伤害事故也占有相当的比例还有在刃磨是砂尘比较多的自然就会对操作者的身体影响很大的，还有对操作者的刃磨刀具的技术要求高和严格。根据目前的现状，我觉得它的发展趋势应该要有所改进，让它更加适应现代化的步伐，利用先进的技术改造成半自动化或全自动化的多功能，对手工操作没有什么危险，对操作者的身体影响小，操作者的操作技术要求简单而又能磨出标准合格的刀具角度要求。第2章 刀具磨砂轮机的总体描述2.1刀具磨砂轮机的结构其主要是由基座、砂轮、动力源、托架、防护罩、夹刀工作台组成，砂轮安装在砂轮主轴的两端，由砂轮机内部的电机带动砂轮主轴做旋转运动。砂轮机内部的电机是一个固定的不可调节转速的电机。在这里采用MD3225型的砂轮机电机，对它进行改进成为刀具磨砂轮机。在砂轮机的正对面有一个控制刀具移动的方向，在刀具移动装置的上方有一个T型导轨与夹刀装置控制刀具的角度的夹刀工作台连接。具有整体传动机构十分精简完善，使刃磨的过程更加方便顺畅及提高整体砂轮机的刃磨效能的功效。砂轮较脆、转速很高，使用时应严格遵守安全操作规程。2.2刀具磨砂轮机的整体布局刀具磨砂轮机的整体布局是一个基座、一个台式砂轮机和一个刀具移动装置及夹刀装置组合在一起。整个刀具磨砂轮机安装在一个有钢板与混泥土上，钢板在混泥土中，且钢板可以和刀具磨砂轮机用螺栓联接。钢板与砂轮机的联接牢固稳定。砂轮机因布置在开口方向应尽可能朝向墙，不能正对着人行通道或附近有设备及操作的人员。如果砂轮机已安装在设备附近或通道旁，在距砂轮机开口处11.5M处应设置高1.8M金属网加以屏蔽隔离。砂轮机不得安装在有腐蚀性气体或易燃易爆场所内。安装场所应保持地面干燥，使用现场应保证足够的照度。砂轮机防护罩有足够的强度，砂轮机的最大开口角度小于等于125,在砂轮主轴中心线水平面以上开口角度小于等于65。砂轮分布在电动机的两边，分别是一个粗磨砂轮和一个精磨砂轮，砂轮旁有法兰盘与软垫，法兰盘直径大于砂轮直径的2/3，以增加法兰盘与砂轮的接触面。移动刀具装置安装在砂轮机的正对面，有一个底座，底座的上方可以实现横向移动的导轨，在横向移动的导轨上有一个可实现纵向移动的导轨。在纵向导轨靠近砂轮机的平面上的1/3处安装一个有角度的转动盘夹刀装置（转动盘与夹刀装置是一个整体）。砂轮与托架的位置关系托架台面的高度比砂轮主轴中心线应等高或略高于砂轮中心水平面10MM。2.3砂轮机的电动机型号参数在这里选择台式类型的砂轮机。在本设计中，主要是设计基座和砂轮架主轴，因此参照台式砂轮机型号为MD3225的相关数据。如下表2-1：表2-1 砂轮电机参数型号功率（kw）电压(V)电流(A)频率(Hz)转速(rpm)砂轮尺寸MD32250.753801.75028852502532注：选用的砂轮尺寸2502532为砂轮直径250mm,孔径32mm，砂轮宽度25mm。在这取两砂轮中心距257mm，砂轮的中心高为135mm（即砂轮主轴的轴线距底盘的高度）。砂轮机的重量约为40Kg。2.4刀具磨砂轮机的主要技术要求2.4.1刀具磨砂轮机的装置 1.砂轮机应禁止装置在正对着邻近设备及操作人员或常有人通过的当地。较大的车间应设置专用的砂轮机房。假如因厂房地形的限制不克不及设置专用的砂轮机房，则应砂轮机正面装设不低于1.8mm高度的防护挡板，而且挡板要求结实有用。2.砂轮的防护罩是砂轮机最首要的防护安装。其效果是砂轮在工作中毁坏时，可有用地罩住砂轮碎片，保证工作人员的身体安全。砂轮防护罩的启齿角度在主轴程度面以上60度；防护罩的装置结实牢靠，不得随意拆开或丢掉。防护罩在主轴程度面以上启齿等于30度，此时有设挡屑坪板，以遮挡磨削飞屑，防止伤及操作人员。它装置于防护罩启齿正端，宽度大于砂轮防护罩宽度，而且固定在防护罩上。此外，砂轮圆外表于挡板的间隙小于6MM。3.砂轮的均衡：当砂轮的不服衡形成的风险首要显示在两个方面：一方面在砂轮高速扭转时，惹起振动；另一方面，不服衡加快了主轴轴承的磨损，严峻时会形成砂轮的决裂，形成变乱。直接大于或等于200MM的砂轮装上法兰盘后应进步前辈行均衡调试，砂轮在经由整形修整后或在任务中发现不服衡时，应反复进行调剂直到均衡。2.4.2刀具磨砂轮机的运用1.制止旁边面磨削：按规则，用圆周外表做任务面的砂轮不宜运用旁边砂轮的径向强度较大，而轴向强度很小，且遭到不服衡的侧向力效果，操作者用力过大会形成砂轮破裂，甚至伤人。2.禁止工作人员正面操作：运用砂轮机磨削工件时，操作者应站在砂轮的旁边面，不得在砂轮的正面进行操作，以免砂轮破裂飞出伤人。3. 禁绝一起操作2人共用1台砂轮机还操作，是一种严峻的违章操作。4.在刃磨刀具时，要求操作者随时注意刀具在刃磨时，刀具体的温度，不能在刀具温度很高的前提下继续刃磨，以防止刀具磨烧掉。刀具温度较高时，刀具需要泡水降温后再刃磨。5.当砂轮的径向跳动很大时应停止刃磨，需修复好砂轮的跳动才可以刃磨。第3章 刀具磨砂轮机的基座设计3.1刀具磨砂轮机的基座材料选择刀具磨砂轮机的工作时主要有振动影响基座，同时基座还受到砂轮架和夹刀工作台的压力。而基座上的圆盘和导轨需要热处理。根据这些，在此选择灰口铸铁牌号为HT200，它的主要特征及用途是强度较高，耐磨、耐热性较好；减振性也良好。适用于承受较大应力（2002005005005005008101215206610152061258金属型707070701501501501505104562.53.53.54.5在这里选择的铸造方法是砂型，铸造尺寸范围在500 mm500 mm,由于基座选择的材料是灰铸铁，根据上面的表3-1，灰铸铁的铸件最小壁厚的范围是15 mm20 mm，在此取其中接近中间值壁厚为18 mm 。表3-2 外壁、内壁与肋的厚度零件重量/kg零件最大外形尺寸外壁厚度内壁厚度肋的厚度零件举例5300765盖，拔叉，杠杆，端盖，轴套610500875盖，门，轴承，挡板，支架111007501086盖，箱体，罩，电机支架，溜板箱体，支架，托架，门61100125012108盖，箱体，镗模架，液压缸体，支架，溜板箱体101500170014128油盘，盖，床鞍箱体，带轮，镗模架5018002500161410镗模架，箱体，床身，轮缘，盖，滑座80112003000181612小立柱，箱体，滑座，床身，床鞍，油盘基座的作用是支撑砂轮架和夹刀工作台，类似与电动机的支架，而选择零件重量在11100kg,查表3-2可知零件最大外形尺寸750mm,外壁厚度10mm,内壁厚度8mm,肋的厚度6mm。查简明机械零件设计手册表2-25最小铸孔尺寸，查得灰铸铁在成批量生产的条件下铸孔直径在15mm30mm,在此取20mm。3.3.2基座的铸造斜度及过渡斜度查简明机械零件设计手册表2-26可知， 如图3-1，根据前面所选择的铸铁的壁厚=18mm。 图3-1 铸造斜度对应的查得K=4mm,H=20mm,R=5mm。3.3.3基座的铸造圆半角查简明机械零件设计手册表2-28可知,表面的最小边尺寸在250400mm,外圆角a在76105时，外圆角半径R值为10mm。表面的最小边尺寸在160250mm,外圆角a在76105时，外圆角半径R值为8mm。如图3-2铸造圆角半径的内圆角半径R，在这里我选择了a=b=18mm,内圆角在76105之间，因此查得R=8mm。 图3-2 铸造圆角半径3.3.4 基座的加强肋的尺寸为了更加牢固的连接上下基座，在基座的长方向的两边加上两个加强肋。这两个肋的布局是分布在两侧。查简明机械零件设计手册表2-32可知。在这里取H518=90mm，r=0.518mm,S=1.318mm,a=0.818=14.4mm。 3.3.5计算砂轮机对基座的压力根据MD3225型砂轮机的重量约为40Kg，砂轮机连接上基座的面积S=3.140.150.15=0.071,砂轮机的重力G=409.8N=39.2N，则压力:P=552.11Pa (式3-1)在设计基座中，选择基座的材料的承受应力29.42MPa,而面积压力为0.49MPa。由计算得出的砂轮机的压力为P=552.11Pa0.49MPa，因此选择基座的材料是完全满足工作的要求。3.4基座上的圆盘砂轮底座设计大多数的砂轮底座是正方形的，砂轮架和基座是固定的，不能转动一定的角度。可在万能工具磨床上的砂轮架是可以转动360的。从而，砂轮就随着转动相应的角度，来满足工件或刀具的角度。但是，万能工具磨床上只有一个砂轮。在这里所设计的圆盘砂轮底座只能相对基座转动左右各30。砂轮机只能旋转30的原因是因为在砂轮架上左右各一个砂轮，当向其中的一边旋转的同时，另一个砂轮也在转动。在两砂轮的中间有一个夹刀工作台，这样就会限制砂轮的转动角度。根据所要刃磨的刀具角度的要求，很少需要刀具的角度（单边）在30度以上的。 图3-3 砂轮底座旋转情况为了避免砂轮与工作台刀架相撞，在满足磨刀要求的角度和圆盘底座连接砂轮机的稳定性的前提下，设计的圆盘底座所能转动的角度控制的左右30度的旋转。在工作中，发现或感觉圆盘底座与砂轮机连接处不稳定或很振动，可在圆盘底座与砂轮机的中间垫上薄的橡皮圈来减少振动。安装砂轮机时或松开螺母旋转角度后砂轮机一定要和圆盘底座的螺母扭紧才可开启砂轮机，否则不可启动砂轮机。3.5基座上的导轨设计根据机床导轨的作用是起导向及支撑作用，即保证运动部件在外力的作用下能准确地沿着一定方向的运动。如果导轨发生了故障将会导致不能加工工件。所以要求导轨要有很高的刚度以及高的精度，这样才能保证数控机床有较大的支撑力量和比较高的加工精度。在这里设计的基座上的导轨的主要作用也是起导向和支撑的作用。让导轨上的刀具工作台向靠近砂轮的方向运动。但是在这里所设计的导轨运动精度要求不是很高。根据所设计的导轨支撑能力，选择燕尾槽型的导轨作为引导刀具工作台向砂轮方向运动的导轨件。查简明机械设计手册，选择燕尾槽的尺寸。如图3-4：图3-4 燕尾槽经查表得图3-4的尺寸，如下表3-3：表3-3燕尾槽ABCefH100mm32mm3mm2mm3mm20mm3.6 带动夹刀工作台横向移动的螺旋机构设计螺旋机构的工作原理：螺旋机构是利用螺纹零件组成的螺旋副来传递运动和动力的机构。如图3-5所示：图3-5 滑动螺旋机构它是由螺杆1、螺母2和机架3组成的。设计的带动夹刀工作台横向移动的螺旋机构就是采用和图7滑动螺旋机构原理一样。2就是连接T型导轨的滑块螺母，在这里作为从动件，带动夹刀工作台作沿着燕尾槽导轨纵向匀速直线移动。A就是燕尾槽导轨，在燕尾槽导轨上安装一个螺杆1作为主动件，主动件通过受到外力的作用转动手柄来驱动螺杆作旋转运动。选择螺纹的类型：选择梯形螺纹，因为梯形螺纹能满足设计的要求。梯形螺纹的牙根强度高，对中性好，传动效率较高，是应用较广泛的传动螺纹。在磨刀的过程中，整个夹刀工作台主要受到刀具对砂轮的反作用力，而引起振动，所以螺杆的受力主要是轴向力。因此选择压根强度高的梯形螺纹。在成本上，梯形螺纹的价格较便宜。在加工上简单。根据燕尾槽的尺寸，查机械设计基础第二版表7-4。 梯形螺纹直径与螺距系列，选择梯形螺纹的公称直径d为16mm，螺距为p=2mm。选择螺杆材料和螺母材料：选择螺杆的材料为45号钢，因为螺杆的受力不大，转速较低的螺旋传动，而45号钢能满足螺杆的强度要求、耐磨性、良好的加工性和价格实惠。选择螺母的材料为铸造青铜ZCuAL10P1。螺母是在低速轻载的条件下工作，而铸造青铜ZCuAL10P1材料能满足足够的强度和与螺杆配合时的摩擦因数小，抗胶合能力强。3.7 确定刀具磨砂轮机的基座结构尺寸基座是支撑和安装砂轮机和夹刀工作台的作用，因此，它本身必须具有很好的刚性。而又由于在磨削的工作中会产生振动，所以又需要吸振的作用。选择灰口铸铁牌号为HT200作为本设计的基座材料。按照现代工业美学的要求，箱体类的造型设计出现了:外形几何形状简单，限于直线平面。但是这种外貌比较整齐简单美观的结构，根据需要，在基座两侧设计两个肋板来加强上下基座的连接强度。上下基座的连接是通过焊接的方法使上下基座连接起来的。对应现材料灰铸铁HT200和磨削的工作影响，在此选择的焊接方式是热焊法，选择铸铁焊条，因为它的加工性能好，内应力小，不容易出现裂纹，接头具有与母材相近的强度。适用于承受较大的静载荷、动载荷。综合上述的结论得出表3-4，刀具磨砂轮机的基座结构尺寸。表3-4 刀具磨砂轮机的基座结构尺寸 （单位mm）名称代号尺寸关系数量下基座壁厚=18上基座壁厚11=18上基座的直径D2300基座的长L400基座的高h156基座的宽d357基座中间的高H1100下基座连接螺纹通孔直径D1204上基座距下基座的距离L1100下基座联接螺钉直径DM204基座边缘扳手空间尺寸C1304C230第4章 刀具磨砂轮机的砂轮架设计砂轮架是用来带动砂轮作高速旋转的关键部位，主要由传动部分与主轴轴承部分组成。4.1砂轮架的设计要求设计砂轮架时主要考虑下面几个方面的问题：振动与平衡；主轴与轴承；轴向窜动与轴向止推；发热现象；砂轮破碎与保护等等。从表面上看，问题似乎很多，它们又各有不同之处，可实际上它们之间是有内在的联系的。砂轮架的整体设计过程，就是如何使这些问题在一个砂轮架上得到比较合理的设计。主轴与轴承是砂轮架的关键部分，因此对砂轮架设计主要有四点基本的要求：（1）主轴旋转精度比较高而且稳定； （2）主轴轴承系统刚性好；（3）振动性小，发热低； （4）制造装配简单，维修和调整方便。提高砂轮架的主轴旋转精度就会使得砂轮旋转起来比较平稳，只有砂轮旋转平稳了，在磨刀时就不会使得砂轮在圆周方向上的跳动幅度太大，磨刀的夹刀装置及这个砂轮机的震动就减小，从而延长机器的使用寿命。同时磨出来的刀面光滑，表面粗糙度小。下面是提高主轴的旋转精度和砂轮的使用寿命的措施：（1）主轴的旋转精度 砂轮架旋转精度是指主轴前端的径向跳动和轴向窜动的大小。当主轴发生径向跳动和轴向窜动时，就会直接影响刀具表面光洁度和表面缺陷，比如外圆刀的前刀面有明显的直波纹和刀刃上有缺口。在车工上有这样一句老话“七分刀，三分车”。可以看得出刀的重要性。所以要保证主轴的旋转精度。在这里以外圆磨床砂轮架的径向和轴向跳动误差在0.005-0.010mm作为所设计的刀具磨砂轮机的主轴的旋转精度。（2）提高砂轮的使用寿命提高砂轮的使用寿命就是要提高主轴旋转精度，下面是提高主轴旋转精度的措施有：(a)选择合适的主轴轴承：由于砂轮架主轴转速很高，且不需要经常变速，故目前绝大部分 使用滚动轴承。一般根据主轴前端的径向和轴向跳动允许差在0.005-0.010mm，选取“D”级或更高的“C”级精度。这里我采用了一对角接触球轴承，因为角接触球轴承即能承受径向力又能承受轴向力及通过轴向移动外圈来调整间隙实现预紧外，还能达到较高的转速。此外，在安装时采用了背对背的排列方式。这样轴承的接触角线向外扩散，加大了支撑宽度，较稳定，刚性好。当转速较高时，内圈的轴向伸长量比外圈大，背对背排列不会因此增加轴承的负载，从而保证了轴承的正常运转。(b)为了提高刀具表面光洁度的要求就要提高主轴的加工精度：主轴本身的加工精度对旋转精度有直接的影响所以必须对主轴规定合理的技术要求。而对砂轮主轴除主要的尺寸配合公差要求外，必须规定主轴的轴颈的几何形状允许差（圆度及圆锥度误差等）前、后轴颈与前端定心锥面的同轴度误差；轴肩轴向支撑面与轴颈中心线的垂直度误差。一般精度的磨具砂轮架的主轴的轴颈圆度、圆锥度误差：0.002-0.003mm，前、后轴颈与前端锥面的跳动误差和轴肩与轴劲中心线的垂直度误差：0.003-0.005mm。4.2主轴系统的振动、发热及其降低措施（1）主轴系统的振动与发热主轴系统的振动会影响刀具的表面质量甚至会影响砂轮及砂轮架的使用寿命。主轴系统的发热也会影响砂轮架的寿命同时也会影响主轴的变形。因此要减小主轴系统的振动，降低主轴系统的发热温度。由于砂轮主轴作高速旋转，所以振动和发热对砂轮架正常工作影响较大。振动会影响磨削刀具表面光洁度，产生刀具表面直波形和刀刃缺口而会使砂轮机主轴旋转精度降低。砂轮架的发热，会使砂轮主轴膨胀、伸长、移位，使主轴产生几何形状误差，严重的将直接影响砂轮主轴的正常工作以至发生“抱轴”现象。砂轮架一般要求正常运转2-4小时后，温度上升不大于20。（2）减小振动措施主轴轴承系统的振动，一般分强迫振动和自激振动两种。强迫振动是外界干扰力引起的，因此他的振动频率和外界干扰里的频率相等（或是其倍数）；自激振动是运转或磨削过程中本身所引起并维持的振动。由于砂轮和高速旋转零件的不平衡，传动砂轮机的不平衡，都会引起砂轮对刀具的强迫振动，可采取下列措施来减小振动：（a）静平衡砂轮，使砂轮在平衡架上任意转动一个角度都能静止下来，或采用砂轮自动平衡装置；(b)电动机底座与砂轮架之间用硬橡皮、木板或其他吸振材料隔板；(c)避免在主轴上装不对称零件，如销子、键等。主轴上高速旋转的零件的材质要均匀，尺寸要对称。为了减小磨削时的自激振动，赢选用合适的砂轮和磨削力度。（3）降低主轴系统发热的措施砂轮架在满足主轴刚性的条件下，选用粘度比较低的润滑油。一般滚动轴承的砂轮架采用油浸式润滑。4.3主轴的用途及分类轴是组成机器的主要零件之一。一切的作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功能是支承回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴。在砂轮机机架的主轴承受弯矩又承受扭矩，这样的轴叫做转轴。4.4主轴设计的主要内容轴的设计和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺的要求。合理地确定轴的结构形式和尺寸。因为轴的结构设计不合理会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性甚至还会轴的制造成本和在轴上安装零件的困难加大。所以在这里轴的设计是很重要的。轴的工作能力计算主要有轴的强度 、刚度和振动稳定性方面的计算。虽然在大多数情况下，轴的工作能力主要取决与轴的强度。但是砂轮机机架里主轴是转轴且做高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。4.5选择主轴的材料及热处理轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法来提高它的耐磨性和抗疲劳强度，所以常采用碳钢制造轴，其中最常用的是45号钢。在这里选择45号钢，热处理是调质。查机械设计第八版表15-1轴的常用材料及其主要力学性能可得如下表4-1：表4-1 45号钢的主要力学性能材料热处理毛坯直径/mm硬度/HBS抗拉强度极限B屈服强度极限s弯曲疲劳极限-1剪切疲劳极限-1 许用弯曲应力-145号钢调质200217255640355275155604.6主轴设计及计算4.6.1砂轮主轴的强度校核计算（1）按扭转强度条件计算这种方法是只按轴所受的扭转来计算轴的强度；根据砂轮主轴的受力情况，砂轮主轴还受到不是很大的弯矩。因此，在这里就需要用降低许用扭转切应力来计算。在做轴的结构设计时，通常采用这种方法初步估算轴径。轴的扭转强度条件为： = 式（4-1） 式中：扭转切应力，MPa; T轴所受的扭矩，Nmm; 轴的抗扭截面系数， n主轴的转速，r/min; P主轴传递的功率，KW； d计算截面处轴的直径，mm; 许用扭转切应力，Mpa;查机械设计第八版表15-3轴常用几种材料的及值可得=30Mpa, =110由上式可得轴的直径：d = 式（4-2）= =120 7.7mm初取最小直径d=16mm 。在这里取的最小直径d是用来连接螺母的。4.6.2主轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向、及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的因素很多，而且结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。在设计的工程中，是针对不同的情况进行不同的分析。可是，前提是轴的结构需要满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件在拆装和调整上方便；轴具有良好的制造工艺性。根据以上的内容来拟定轴上零件的装配方案4.6.3轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。如图4-1的装配方案是砂轮、（内）卡盘、衬垫、螺母；是左右对称的，在同一个轴上的两端。在这里选择型式，卡盘是内卡盘的。因为内卡盘可以保护主轴与砂轮之间的摩擦，还可以增加主轴的强度。 图4-1(1)卡盘、软垫和砂轮之间的位置关系：根据切割砂轮机的卡盘直径不得小于砂轮直径的1/4，其它砂轮机的卡盘直径应大于砂轮直径的1/3，以增加卡盘与砂轮的接触面。在这取砂轮机的卡盘直径应大于砂轮直径的1/3为依据。即D1250mm83.33mm，在这D1=100mm。根据砂轮和卡盘的安装要求砂轮左右的卡盘直径和压紧宽度的尺寸必须相等；卡盘应有足够的刚性，压紧面上紧固后必须保持平整和均匀接触；卡盘应无磨损、变曲、不平、裂纹、不准使用铸铁卡盘。砂轮与卡盘之间必须衬有柔性材料软垫（如石棉、橡胶板、纸板、毛毡、皮革等），其厚度为12MM，直径应比卡盘外径大23MM，取：D2=100+3mm=103mm，来消除砂轮表面的不平度，增加卡盘与砂轮的接触面。根据图5中的型式和型式的计较，可知型式比型式的厚度比较厚，因为要卡盘有足够的刚性和卡盘与软垫之间的接触压力在允许的范围内大一点，可是又要考虑到卡盘的厚度会影响砂轮主轴的承受能力。所以在这里取G=3mm，C=10mm，厚度为4mm。综上所诉：D=32-42mm=24mm。为了调节卡盘与软垫的接触紧密，在这采用螺母来调节。而上面在选取轴的最小直径的时候初选d为16mm，显然达不到这个要求，因此在这去d=24mm。故要加工外螺纹，取外螺纹的尺寸M242-L-6g。既然是用来联接螺母的，根据螺纹的配合尺寸，选择1型六角螺母：螺母 GB/T6170-86 M24 。取螺母的厚度m=21mm，e=40mm，s=36mm 。考虑到轴上螺纹的加工工艺要求，在轴上加工螺纹退刀槽为32mm 。根据轴受力情况，轴的转速是高速旋转的，对轴上的径向力和轴向力的安装稳定要求很高，因此在这选择双螺母来固定轴的轴向力。为了防止螺母在轴向的松动，采用了螺母的旋向与砂轮旋转的方向相反来防松。螺母扭进轴上应多出35mm的螺纹长度。由以上的数据可知螺纹连接部分的长：L1=21mm+21mm+4mm+3mm=49mm。即螺纹的旋合长度为25mm。为了调节卡盘与软垫的紧密度，让靠近螺母端的卡盘伸出两毫米，即得到安装砂轮部分的长度:L2=4+6+25+4+2mm=41mm（2）轴承及轴承盖与主轴的安装位置关系：砂轮的安装定位好了之后，接下来的就是轴承端盖和轴承在轴上的定位尺寸。在这里选择螺钉连接式轴承盖，轴承盖与电机箱体连接而使滚动轴承的外圈得到轴向定位，还有一个作用就是防止砂轮灰尘进入轴承及电机内部。在这里选择的轴承是角接触球轴承型号是7107C。根据以上的结构分析，取轴承盖在轴上的安装直径为30mm，长度为L3=17mm。而安装的角接触球轴承的直径为35mm，长度为L4=19mm。根据上面的尺寸与轴上的关系，可得出轴上零件装配与轴的结构图4-2 图4-2 轴的结构简图4.6.4校核轴的强度轴的结构确定后，按弯扭合成强度条件进行计算，步骤如下：（1）作轴的计算简图并求支座反力。角接触轴承支承的形式是依据支座反力作用点到轴承外圈宽端面的距离a（见图4-3）：图4-3 角接触轴承的内部轴向力查机械设计课程设计中的表4.6-2；由于在近似计算中也可以取轴承宽度的中点作为支座反力的作用点。将由轴上零件传递的力分解为水平面（用下标H标识）和垂直面（用下标V标识）的分力，分别求出这两个面的支座反力。计算轴上的转矩、支座反力和弯矩： T=Nmm2482.67Nmm 式（4-3）（1）计算轴的圆周力、径向力和轴向力轴向力 式（4-4）径向力 式（4-5）轴向力 式（4-6）（2）水平面上的支座反力 式（4-7）（3）水平弯矩 式（4-8）（4）根据轴系力矩的平衡条件 式（4-9）（5）可得到垂直面支座反力 式（4-10） （6）由轴系力的平衡条件： 式（4-11）可得到： 式（4-12） （7）垂直弯矩图（图11（e）中左侧弯矩为： 式（4-13）（8）垂直弯矩中右侧弯矩为： 式（4-14） （9）计算中间C处左右两侧的合成弯矩： 式（4-15）因为在垂直弯矩中的左右侧的弯矩大小一样，所以可见C处两侧的合成弯矩也是相等的，如图4-4中的图f。（10）在这里输出的转矩是没有变化的，即转矩等于T=2482.67Nmm，扭矩图见图4-4（g）图4-4计算危险截面的当量弯矩：在这里对轴的扭矩是脉动循环性质，取扭矩校正系数=0.6。 式（4-16）计算C处地需要轴径d： 式（4-17） ，即计算出的直径小于该处实际直径40mm，故轴的弯矩组合强度足够。虽然从上面的强度核算结构来看，与设计中的该处实际尺寸和轴的强度余度较大，但是从轴的结构设计和满足外伸段强度考虑，并不能因此而减小轴径；另外，轴径稍大点可以提高轴的刚度，有利于保证轴的正常工作。第5章 刀具磨砂轮机的夹刀工作台设计5.1 T形槽设计1.选择T形槽的材料为可锻铸铁，牌号为KTH350-10。在这里，T形槽主要受到振动的影响和冲击。而KTH350-10可锻铸铁有较高的韧性和强度，用于承受较高的冲击、振动和扭转负载下的工作零件。获得可锻铸铁必须经过两个步骤：首先是浇铸成白口铸件，不允许有石墨出现，否则在随后的退火过程中，由Fe3C分解的石墨将沿着已有的石墨片析出并长大，得不到团絮状石墨组织；其次再进行长时间的石墨化退火处理，以获得可锻铸铁。为保证通常冷却条件下获得完全的白口铸铁，必须使铸铁的成分有较低的碳和硅。根据基座和燕尾槽的尺寸设计，设计的T形槽如图5-1：图5-1 T形槽导轨这个T形槽导轨分上下两部分，上面是T形槽是连接夹刀夹具的，用T形螺栓连接。下面是与基座上的燕尾槽配合的。这样才能使T形导轨沿着纵向的方向靠近或离开砂轮的移动。燕尾槽能承受较大的冲击力和抗振动性，T形槽的间距P较大，可以增加T形槽的强度，从而提高工作台的稳定性。有了T形槽和螺钉还需要T形槽用螺母，根据T形槽的尺寸可选择T形槽用螺母的尺寸。如图5-2T形槽用螺母：图5-2 T形槽用螺母查简明机械设计手册表2-20、表2-21、表2-22可得下表T形槽、T形槽螺栓和T形槽螺母的尺寸：表5-1 T形槽导轨（单位：mm）ABCHEFGD基本尺寸极限偏差中间值中间值中间值最大值最大值最大值基本尺寸极限偏差14+0.18024102