毕业设计（论文）-花键轴磨床金刚滚轮修整器的设计.doc

上海电机学院继续教育学院毕业设计（论文）花键轴磨床金刚滚轮修整器的设计Spline Shaft Grinding Wheel Dresser Diamond Design作 者 姓 名： 殷蕾 专 业 ： 学 号 ： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 上海电机学院继续教育学院摘 要本次的课题主要针对目前的花键轴磨床基本上采用金刚钻笔进行砂轮修整，这种修整器的结构很复杂，修整精度保持性差，调整困难。想寻找一种新的解决办法。金刚石修整滚轮是新一代砂轮修整工具，集精密制造、精密电镀、精密测量于一体的高技术产品。采用成型修整技术具有修整效率高、修形能力强、精度高保和持性好等优点，是发展高精度成型磨削加工所需的关键技术。而在汽车、拖拉机行业希望生产厂能提供一种高效修整，修整精度保持性好的一种修整器。我们采用金刚滚轮进行砂轮修整的方法来满足汽车、拖拉机行业的要求。所以提出了这一课题。希望在国内外各个方面的科技知识下设计出一个满足以上条件的修整器。关键词：调整；精密制造；精密测量；修整器- I -Spline Shaft Grinding Wheel Dresser Diamond DesignAbstractThe main topic for the current spline shaft grinding machine is basically used for dressing diamond pen, this dresser is the complexity of the structure was repaired to maintain the accuracy of poor adjustment difficulties. To find a new solution.Diamond wheel dressing wheel dressing tool is a new generation, set precision manufacturing, precision electroplating, precision measurement of high-tech products in one. Trim molding technology used to renovate high efficiency, modification capability, high accuracy and good security and the advantages of holding, is to develop high-precision grinding molding the key technologies required. And in the automotive, tractor manufacturing plant industry hope to provide an efficient finishing, finishing of precision to maintain a good dresser. We use Diamond Wheel Dresser Wheel for ways to meet the automotive, tractor industry requirements. The reason for this topic. I hope at home and abroad, scientific and technological knowledge in all aspects of a design to meet the above requirements of the dresser.Key Words：Write Criterion；Typeset Format；Degree Paper- V -目 录AbstractIII引 言11.1花键轴磨床简介11.2 成形磨削加工技术简介21.3 花键轴加工新技术内径定心技术简介21.4 提出本课题的意义41.5金刚石工具的应用情况51.6金刚滚轮简述52方案分析62.1 设计中的技术要求和参数62.2 总体方案分析73技术分析和受力分析83.1金刚滚轮修整器的方案选定83.1.1 金刚石滚轮修整简介和特点93.1.2 不同修整方法的比较和选择93.1.3金刚滚轮成型修整器安放位置比较113.1.4 金刚石整修工具使用中的注意事项：123.1.5金刚石整修工具加工方法133.1.6 金刚滚轮的规格143.1.7 技术要求153.2 滚轮主轴的设计163.2.1各轴段直径和长度的确定173.2.2主轴受力分析183.2.3主轴强度校核213.3 同步带轮传动简介243.3.1 同步带传动的特点及应用263.3.2 同步带传动的技术标准273.3.3 同步带传动的设计273.4轴承的选用293.4.1 主轴上的轴承的选择和寿命校核313.5 电动机的选择343.5.1 电动机的种类及其选择原则343.5.2交流伺服电机性能363.5.3 电动机的采用373.6 导轨的设计383.6.1 导轨的作用和设计要求383.6.2 滑动导轨基本形式（如图3-23所示）393.6.3 导轨是设计主要内容40结论42参考文献43致谢44上海电机学院继续教育学院毕业设计（论文）引 言此次，我所设计的是金刚滚轮修整器：它是安装在花键轴磨床上的，安置在尾架旁，当休整砂轮需要休整时则将砂轮移至，用金刚滚轮进行修整，修整完后，砂轮返回继续加工，整个修整过程大体就是这样。为此，我想先应该向大家介绍一下花键轴磨床和成型磨削技术，然后借此来逐步引出金刚滚轮修整器的具体相关问题。1.1花键轴磨床简介花键加工机床主要用于加工花键轴、花键孔和利用拉刀进行的轴类侧面的加工，它属于专用化机床。花键轴磨床的布置形式主要以卧式为主，机床结构包括:头架、尾架、砂轮架。（主要结构可参见图1-1）图1-1花键轴磨床简图花键轴磨床的加工过程很简单，图中我们可以看到砂轮通过拖板的移动在两个顶尖中来回磨削：首先砂轮由右撞块向左撞块移动一个行程；在行程过程中，撞块推动了拨杆，拨杆驱动操纵箱使分度板旋转一个度数，分度完成后，砂轮就返回并继续磨削一个新的回程，如此来回反复。此过程中，砂轮每磨削一次，就带动撞块拨动拨杆一次。即自动完成了磨削一次分度一次的过程。而当砂轮磨损后，就将砂轮移动至尾架的工作台上，由金刚滚轮修整器进行修整，方便，快捷，同时，由于金刚滚轮的特点，利用成型磨削加工的方法使得砂轮的精度得以保证，再者这种修整方式不用拆卸砂轮，故不影响加工，可以保证加工效率。1.2 成形磨削加工技术简介伴随着现代科学技术的发展，各种复杂型面零件的加工越来越多，使得成形磨削在生产中的日益增多。成形磨削的发展同时带动了砂轮修整技术的发展。在成形磨削过程中，砂轮的成形往往是由专用修整装置完成的。尤其在精加工中，对成形砂轮修整器的性能和精度有着相当高的要求：首先，要保证成形表面的正确性，可靠性。其次，对工件外轮廓的变化的适应性。再次，实现外轮廓校正的可能性，包括对砂轮直径的补偿，修整刀具的磨损补偿以及修整和磨削误差的补偿。成形磨削是磨加工中一种比较常见的夹攻方式，其特点是指按工件的要求，修整出相应形状的砂轮，工件作直线或圆周运动，用切入磨削法完成加工循环（螺纹磨削除外），对技术设备有一定的要求，具有高精度、高效率的优点。成型磨削是指工件成品需依赖研磨将之加工为特定形状, 而不同于一般的平面.外圆.无心.内径研磨. 成型磨削工艺是先将砂轮用洗石笔或直接制造成所需的特定形状, 再研磨使工件成为与砂轮相同的形状. 这种磨法也叫 仿型研磨 SEIKEI. 最常见的是电子零件冲压模具如端子接头, 需将模具零件等距切沟并保持沟底底部锐角, 以冲出所需的铜料成品形状.1.3 花键轴加工新技术内径定心技术简介随着科学技术的发展花键加工使用了内径定心（见图1-2），此方法不同于过去的外径定心法（见图1-3），在原来外径定心加工中，花键是以加工件外部轮廓为加工基准，这样的定位方法精度低，同时在配合上也存在问题，易发生花键跳动等问题。内径定心采用的是以花键轴的加工内圈为基准，利用此种方法，大大强化了精度，使花键轴的对准，配合，装配都有所提高。其广泛使用于现代机床轴类加工、汽车万向节、汽车传动轴类加工等大批或成批生产的加工过程中。在这些机械及工程机械行业中，他们所需要的花键品种少，结构较为单一；所以他们也希望有一种可以提供高效率的，精度高的，并能保持精度稳定性高的的修整器。内经定心的特点在于它是一项高精度的加工方法，同时对于修整器的精度要求和精度保持性要求高，现在的成型加工技术日益成熟，而利用金刚滚轮进行修整则很好的保证了修整的精度，金刚滚轮的的精度稳定性又高，可以保证加工的效率。由此可以说保证了内经定心的利用。为此，在这样的市场以及这样的环境下，开发一种金刚滚轮修整器是有意义的、有价值的、可行的、合适的。 图1-2 内径定心示意图图1-3 外径定心示意图1.4 提出本课题的意义在磨削加工中,砂轮的磨损状态影响着磨削加工的生产效率和加工质量。及时而正确地修整砂轮，是提高磨削效率和保证磨削质量不可缺少的重要环节。砂轮修整就是用修整工具将砂轮修整成形或修去磨钝的表层，以恢复工作面的磨削性能和正确的几何形状的操作过程。从上面的简介可以看出目前的花键轴磨床基本上采用三支金刚钻笔进行砂轮修整。两支负责修整砂轮的两侧面，一支负责修整砂轮的圆弧面。这种修整器的结构很复杂，修整精度保持性差，调整困难。汽车、拖拉机行业希望生产厂能提供一种高效修整，修整精度保持性好的一种修整器。现在我们采用金刚滚轮进行砂轮修整的方法来满足汽车、拖拉机行业的要求。金刚石滚轮是磨床上一种新型的砂轮修整工具，用其修整砂轮具有修整效率高（一般几秒钟内就可完成），重复修整精度高，大批大量生产质量稳定，特别是金刚石滚轮能完成其它方法（如单点金刚笔）无法完成的高精度复杂型面的修整等优点。1.5金刚石工具的应用情况金刚石磨料及其制品主要用于加工非铁族金属的各种难以加工的材料，如石材、玻璃、水泥制品、耐火材料、陶瓷、木材以及硬质合金、硅铁合金等。（1）金刚石刀具金刚石刀具在汽车和摩托车行业中主要用于加工发动机活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱、化油器等。由于这些部件材料含硅量较高（10以上），并且大多采用流水线方式大批量生产，对刀具的使用寿命要求较高，硬质合金刀具难以胜任，而金刚石刀具的耐用度是硬质合金刀具的1050倍，可保证零件的尺寸稳定性，并可大大提高切削速度、加工效率和工件的表面质量。（2）金刚石磨具金刚石磨具主要指砂轮、油石、精磨片、珩磨条、磨盘、磨辊、磨轮等产品。下面主要介绍金刚石砂轮的应用情况。金刚石砂轮是七十年代初开始研制和应用的，主要用于非铁族金属材料的加工。按结合剂剂型区分，金刚石砂轮品种主要可分为：树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂和电镀成型。其中，树脂砂轮的应用范围较广。金刚石砂轮可用于加工在机械行业中应用量大、应用面广的各种硬质合金刀具，特别是对一些外型复杂、精度要求很高的刀具，采用金刚石砂轮加工更能显示其优越性。（3）金刚石滚轮普通磨具在机械加工中应用量很大，各种新型磨具和先进磨削工艺的应用对磨具修整技术提出了更高要求。金刚石滚轮是一种高效成型修整工具，用于修整砂轮时具有效率高、修整时间短、成型能力强、修整型面精度稳定等优点，在正常情况下一个金刚石滚轮可进行数万次砂轮修整。特别是在型面复杂、精度要求高的零件批量生产中，采用金刚石滚轮对磨具进行修整效果更为显著。1.6金刚滚轮简述砂轮是有磨粒、结合剂和孔隙三要素组成。磨粒的硬度很高，具有锋利的刃尖，当砂轮高速旋转时，其表面上无数锋利的磨粒，就像一把多刃刀具，从工件上切除一层薄薄的金属，形成精确光洁的加工表面。磨削时，砂轮的圆周速度很高，普通磨削为30-50米/秒，高速磨削大于45-60米/秒，同时砂轮磨粒具有多刃性和微刃性，以及在磨削过程中的自锐作用，使新的磨粒不断地参加磨削。因此，磨削加工具有下列特点：(1)能使工件获得很高的加工精度（2-1级或更高），以及很高的光洁度，普通磨削为7-9，精密磨削为10-11，超精磨削为12-13，镜面磨削为14； (2) 能够磨削硬度很高的淬硬钢、硬质合金或其他硬度很高的金属材料和非金属材料； (3) 磨削速度高，砂轮与工件的接触面积大，在磨削区内由于磨削产生大量的热，故磨削温度很高，需充分供给冷却液，增强润滑，带走热量；(4) 砂轮表面的磨粒，使用一段时间后会钝化，因此，在磨削过程中要经常修整砂轮；(5) 砂轮属于非均切削工具，安装前要经过仔细的静平衡，以减少机床的振动； (6) 通常磨削作为精加工序，磨削加工余量比其他切削加工余量要少得多。普通磨削用得最多的磨料是白钢玉（氧化铝），近年来出现了多种新磨料，如白钢玉、人造金刚石和立方氮化硼等。由于磨料和结合剂不断的取得进展，发展了多种新型砂轮，促进了新的磨削工艺和磨床的出现，使磨削加工范围不断扩大，从传统的精加工领域进入到粗加工领域。采用强力磨削工艺，还可以部分地代替车，铣削加工。特别是对精铸或精煅的工件直接磨削，粗、精工序可一次完成，不仅能够满足精度要求，而且有很高的生产效率。 金刚石成型修整滚轮简称金刚滚轮，它相比于过去的金刚笔修整器而言，有着机构简单，修整时间短，使用寿命长（可达50250万次），修整精度高（可达2m），效率高等优点，虽然它出现的时间还不太长，但随着仿形加工、模具加工工业的日益新起，它在提高自动化进程领域中的地位也越来越高。主要用于对复杂型面的刚玉和碳化硅砂轮进行修整。现在金刚滚轮在成型磨削领域中已经广泛应用。金刚石修正滚轮用于机械加工行业中：(1)汽车行业：曲轴、阀体、活塞环、万向节。(2)在工具行业：钻头、铣刀开槽开刃、丝锥螺纹。(3)轴承行业：直线道轨副、球轴承沟道、锥型轴承、柱轴承沟道。(4)机床行业：齿轮加工、磨削外型的成型加工、滚珠丝杠。2方案分析2.1 设计中的技术要求和参数滚轮中心离工作台距离：150mm拖板机构尺寸：230mmx200mmx80mm金刚滚轮直径：120mm金刚滚轮粒度：60#金刚滚轮转速：30-100转/分金刚滚轮修整器主要由控制滚轮转速的伺服电机、调整金刚滚轮对准花键轴中心位置的拖板、滚轮座、金刚滚轮组成。2.2 总体方案分析目前的花键轴磨床基本上采用刚钻笔进行砂轮修整。这种修整器的结构很复杂，修整精度保持性差，调整困难。而汽车、拖拉机行业希望生产厂能提供一种高效修整，修整精度保持性好的一种修整器。所以，我打算采用金刚滚轮进行砂轮修整的方法来满足汽车、拖拉机行业的要求。金刚石滚轮是磨床上一种新型的砂轮修整工具，用其修整砂轮具有修整效率高（一般几秒钟内就可完成），重复修整精度高，大批大量生产质量稳定，特别是金刚石滚轮能完成其它方法（如单点金刚笔）无法完成的高精度复杂型面的修整等优点。 图2-1 总装配图示意图 2.1设计思路 1. 首先确定加工工件为花键轴；2. 由花键轴加工工具砂轮确定金刚滚轮修整器的大小；3由金刚滚轮修整器的大小确定滚轮座位置高度；4. 由位置安装引出横向纵向拖板的位置调整；5. 位置选定后安装好滚轮座，再安置电机；6. 通过手摇柄进给的方式所以使用了一定得消隙结构；7.最后完成总的结构排布。3技术分析和受力分析3.1金刚滚轮修整器的方案选定图3-滚轮修整器方案简图 如图3-2所示，我所选定的方案是利用金刚滚轮成型修整器，并且安置在位于尾架的工作台边上，其修整过程如图所示，被修砂轮在金刚滚轮上进行修整，首先，砂轮从磨削工作台移动至尾架上，通过手摇轮将金刚滚轮移动至此，然后砂轮向下靠向金刚滚轮，修整一下后，返回到原来的工作台上继续进行磨削。由于金刚滚轮的精度保持性非常好，所以修整精度保持性也很好。当然这种修整器不适宜用于加工多规格花键轴的磨床。虽然这种方式的可调整性比较差，但是器主要用在汽车、拖拉机行业中，而这些行业中因为加工要求的需要，需要可以大批量的，调整容易的，修整效率高的，且精度保持性能好的修整器，所以此次所选定的方案应该是可行的，是可以运用到实际的工作环境中的。3.1.1 金刚石滚轮修整简介和特点金刚石滚轮是一种较新的修整工具，它是将表面形状与被加工工件一致的金刚石滚轮切人修整砂轮，然后再以此砂轮切人磨削成形工件。金刚石滚轮分有单锥面、双锥面、圆柱面、圆弧面四种基本型面。金刚石滚轮的线速度一般为金刚石滚轮线速度是砂轮线速度的13修整进给量取0.01mm。金刚石滚轮与单点金刚石修整相比，具有以下特点：(1)修整精度高：这是因为随着磨削速度的提高，单点金刚石的磨损加快而影响了修整精度。试验表明，金刚石修整滚轮的磨耗只有单点金刚石的1/2000。(2)修整效率高：用滚轮进行成型修整与单点式修整相比，修整时间缩短到原来的1lO到1lOO。(3) 型面复杂：对于复杂的成型表面，金刚石滚轮可以修整，而单点金刚石由于受到“干涉”性的影响，无法修整。(4) 性能价格比优：尽管金刚石滚轮的价格远高于单点金刚石，但是综合考虑到再修整费用、修整周期、修整效率、使用寿命、换装频率、加工质量等综合因素，滚轮的性能价格比是单点金刚石的5倍以上。(5) 质量稳定性好：金刚石滚轮能在最短的时间内，通过切人式磨削可以一次完成复杂型面的精加工，所以可保证大批生产零件精度的质量稳定性和一致性；而单点金刚石由于磨损快而导致加工零件精度的质量不稳定，而且会出现工件表面“螺杆”型面。 (6) 万用性能比较：这点可是说是单点金刚石的优点，由于金刚石滚轮是成型加工，所以在万用性能上自然有所欠缺，但对于大批量相同类型的加工过程，并没有那么苛求。3.1.2 不同修整方法的比较和选择（1）齿轮齿条控制3支金刚笔修整（见图3-3）其运行方式通过齿轮的旋转带动拖板，完成金刚笔在2个侧面的修整过程；通过齿轮的转动带动了齿条有一个连接件再带动1支金刚笔对圆弧进行修整。此种方法的特点如下；1）由于3支金刚笔都需要调整定位，再修整过程中其磨损未必一致，要反复注意其改变情况，故其调整复杂。2）3支金刚笔彼此都是独立安排的，所以其可调性较好，能适用于多种场合，万用性好。3）由金刚笔本身特性所决定，金刚笔本来就比较易磨损，在这种运行方式和速度都不一致的情况更易如此，故此种安排易磨损。图3-3 3支金刚钻进行修整（2）数控金刚滚轮修整（见图3-4）此种方法是利用一个半圆弧金刚滚轮通过数控的方法在拖板上运行，行走一个砂轮的外型以次来进行修整。此种方法的特点也有以下几点；1）由于半圆弧金刚滚轮的大小和厚薄可以选择，而数控行走的路线又可以反复变更，其适用范围也很广，可以说万用性也很不错。2）此法利用到了数控设备，比较于一般的加工方法此种方法要配置一台数控设备，使用费用较大。3）利用这种方法的关键问题是选好基点，即数控加工的起始点，故其调整难度略低于3支金刚笔的调整难度。图3-4 金刚滚轮走程序进行修整（3）金刚滚轮成型修整（见图3-5）此种方法直接利用成型的金刚砂轮进行修整，比较上述2种方案其特点是； 1）利用了成型修整技术，故其一旦安置后基本不用调试，可是说整修的精度等完全是由其制作精度控制，从而减少了调试的误差。 2）同时，相比较于前2种方案，其可调整性能就很差，因为是成型技术，所以只能适用于大批量，单一的种类加工。 3）金刚滚轮成型技术的利用最大的一个好处就是其磨损很均匀，可以说金刚滚轮的磨损对于精度的改变很小，也就是说在反复多次的磨损中，其保持精度的稳定性特别好。图3-5 金刚滚轮成型修整通过以上比较不难看出，在大批量生产中采用金刚滚轮修整成形砂轮具有成本低、修整时问短、被加工工件精度质量稳定、操作维修方便等一系列优点。在这次我的设计主题是花键轴磨床修整器的前提下，我通过以上的种种比较选择了用金刚滚轮作为本次设计的修整工具，并且此项技术在国外已经相当成熟并广泛应用。3.1.3金刚滚轮成型修整器安放位置比较 （1）金刚滚轮放置在砂轮架上进行修整此种方法利用到了金刚滚轮，由于金刚滚轮的优点，即其是一种成型加工的方法，故其调整容易，只需对准砂轮即可，同时由于其成型加工的特点，此种方法只能加工单一的砂轮，其万用性很差。同时其主要问题是要安置在砂轮架上；主要是安装位置选定和安装后砂轮架受力变形问题需要考虑。（2）金刚滚轮放置在拖板上进行修整此种方法也是利用了金刚成型滚轮进行加工，所以它的调整相当容易，但是同时它的万用性也差，不同于安置在砂轮架上的安置问题，由于它是安置在拖板上的，而拖板又位于尾架之上，关键的问题在于，如何使砂轮移动至尾架进行修整和如何保证移动至指定的位置进行修整，还有相对于其它几种安置方法，此种方法在尾架的布置和大小上有所改变，考虑是否影响整体的刚度和机械特性。 最终，我选择了放置在尾架上放置修整器，主要考虑是安置方便，且不需要考虑受力的问题。3.1.4 金刚石整修工具使用中的注意事项：（1）在使用新的修整器之前，应从上次修整的进给中退出。许多质脆的金刚石修整工具，在开始与砂轮的接触中，都容易被损坏。（2）以倾斜10-15的角度安装金刚石修整工具头，使其指向砂轮的旋转方向。（3）牢固地安装好修整器或夹紧修整工具，不得将工具头悬垂太长。（4）在可能的情况下，尽量使用冷却液。在整个修整时间里，用冷却液浇注修整工具与砂轮接触处。 （5）在修整开始时，从砂轮的最高点修起，通常为砂轮的中部。（6）注意进行轻微量的修除。修除的最大深度，对于粗修除：0.001-0.002英寸。对于精修除：0.0005-0.001英寸。 （7）按有关手册选择合适的横向移动速度。横向移动速度越慢(在允许范围)，获得砂轮表面粗糙度越低。 （8）必须在规定的时间间隔内对砂轮进行修整，防止砂轮变钝，使磨削力增大。（9）在规定的时间间隔内，将刀夹中的修整工具，旋转1/8圈，以保证修整工具的始终锐利。 （10）当金刚石修整器或工具头变钝或明显地变平时，应及时地调整与更换。（11）根据砂轮的直径大小，合理选择金刚石的CARAT量(纯金刚石含量)，砂轮直径越大，选择的金刚石CARAT值越大。（12）在放置金刚石修整工具头到夹座时，注意不要撞击到砂轮表面。（13）不能将单点的金刚石修整工具头垂直地对准砂轮中心，一般需要倾斜10-15。 （14）不能对发热的修整工具进行“淬火”(指突然变冷)。在干式修整时，必须保持两次修整的间隔时间，足以使发热的修整工具冷却。 （15）不能假定砂轮表面具有理想的平整。在开始修整时，找出砂轮的最高点位置，进行修整。（16）如果可能的话，每次砂轮的修除量，在砂轮的半径上不能超过0.001英寸。过大的修除量能够引起金刚石修整工具头的过早磨耗和经常破碎。（17）但也不能每次修除太小的余量。对于在旧的或刚性差的机床上使用的砂轮可以不进行修整。 （18）注意修整中不能在一个位置上停留太长的时间。这样将会使砂轮表面抛光，产生高温和损坏金刚石修整工具。每天至少转动修整工具一次。 （19）不能继续使用磨损或损伤了的修整工具。应及时对它进行调整或替换。 （20）不能在粗修整时选择过大修除量和太快的横向进给速度，然后在精修整时再选择小修除量和缓慢的横向进给速度。这样将会很快地损坏金刚石修整工具。如果可能的话，建议粗修整和精修整时，选择同样的横向进给速度。 3.1.5金刚石整修工具加工方法1)外镀法：外镀法的特点是制作工艺较为简单(尤其对于有齿向修形要求时),但精度稍差。2）内渡法：用内镀法制作时,要先制作一与修整轮实际形状相反的成型模(阴模),修整轮轮齿的外形面是成型模的型腔面。其型腔内型面的精度直接影响修整轮型面的精度.型腔的作用是保证电镀时金刚石磨粒按要求的型面形状精确地定位,并使金刚石外露表面的高度均匀一致。制作时先将金刚石磨粒镀在成型模上并用电镀法将金刚石颗粒固定在基体上然后去除成型模。内镀法的特点是制作工艺复杂对设备及制作工艺要求较高,因而修整轮的制造成本较高。但用内镀法制作的金刚石修整轮精度及耐用度均较高。3）烧结法：是利用大颗的金刚石直接通过烧结的方法压入滚轮修整器，再通过相关工艺将表面磨削光滑达到所需精度等级，其主要特点是由于需要大量大颗金刚石，故成本相当高，在一般情况不常使用。但是同样的由于采用了大量的大颗金刚石，在加工工艺过后，其表面间隙小，表面金刚石不易剥落，其耐用度相当好，远超过其他的一般方法。 3.1.6 金刚滚轮的规格金刚石滚轮规格尺寸应符合表3-1规定表3-1滚轮规格尺寸 单位：mm我选择的孔径是20mm,外径是120mm，宽度是20mm。设计的金刚滚轮的外圈形状如图3-6所示。图3-6金刚滚轮外圈形状3.1.7 技术要求(1)金刚石磨料(a)人造金刚石磨料应选用GB/T 6405-1994中MBD级以上品种，粒度符合GB/T 6406规定。(b)天然金刚石磨料应符合JC/T 220规定。(2)外观(a)金刚石滚轮工作面的金刚石颗粒应分布均匀并出露。(b)电镀金刚石修整滚轮工作面上不得有高于金刚石的疖瘤。(c)电镀金刚石修整滚轮金属镀层不得高于金刚石顺粒。(d)金刚石滚轮的工作面部分不允许有裂纹、缺口、凹陷等缺陷。(e)金刚石层与基体之间的结合应紧密、牢固，不得松动。(f)金刚石滚轮工作面的外形按被加工零件的技术要求设计。(3)安装孔精度及形位公差(4)表面粗糙度金刚石滚轮安装孔的表面粗糙度Ra值应符合下列规定，(a)A级Ra不大于0.20m；(b)B级与C级Ra均不大于0.4 0m。(5)形面精度及形位公差（见表3-2）图3-7 形面精度及形位公差示意图表3-2 形位公差 单位：mm金刚石滚轮非配合面精度按GB/T 1804执行。3.2 滚轮主轴的设计 主轴的基本结构如图3-8所示。主轴是整套设备的关键，它传递了电机的功率，也是保证加工精度的关键环节，对于主轴的设计，首先就是要确定各轴段的尺寸，其次就是要对其进行强度校核。在正常工作时，主轴的转速是比较慢的，在强度校核时，我们所考需要虑的是：在修整滚轮进给量过大时，可能引起的过量切屑的现象，在这个时候会产生一个很大的扭矩，需要校核此时主轴的强度是否满足要求。图3-8主轴基本结构示意图3.2.1各轴段直径和长度的确定最小轴径的确定：传动轴只承受扭矩，直接按扭转进行强度计算。而对于转轴，在开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点位置，弯矩值不能确定，因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算。 对于圆截面的实心轴，设轴在转矩T的作用下，产生剪应力。对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为：公式中和C值可根据表3-3选择确定。由上式求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%5%，如有两个键槽可增大7%10%。表3-3 轴的几种常用材料的和C值根据公式，P=1.2KW,n=2000r/min,C=115,则d9.42mm,考虑有单个键槽的关系，圆整到设计要求的标准值为10mm。主轴结构如图4.4所示，从左至右将其视为有7段组成，各段的的尺寸确定以及相关说明如下：轴段序号尺寸 确定依据轴段直径(mm) 轴段长度(mm) 备注（1）此处要安装带轮，带轮内径为20mm；由于带轮需要安装定位，所以此段长度要略大于带轮内孔宽度。20 25各轴段间的退刀槽等结构工艺根据加工要求确定（2）此处安装圆螺母M33，轴上螺纹部分需满足螺纹标准。33 18 （3）此处需要安装型号为7007AC的角接触球轴承。35 27（4）轴径比前一段稍大，主要起轴承内圈的定位作用44 46（5）此处需要安装型号为7007AC的角接触球轴承。35 27（6）此处安装圆螺母M33，轴上螺纹部分需满足螺纹标准。33 25（7）此处需要安装金刚滚轮，其内径和长度需满足滚轮安装定位要求。20 383.2.2主轴受力分析在直角坐标系对主轴进行分析，(如图所示4-6)，轴段全长为217mm,在轴段1处受400N的径向力和5252.5N*mm(当电机转速最大时，即n=2000r/min)的转矩，在轴段7处受1000N的径向力和30000N*mm的扭矩。图3-9 轴在直角坐标系中的位置定位示意图首先，确定支座反力，在x=56.5mm处F=146.58N，在x=129.5mm处F=-1546.58N；其次，确定内力，在x=56.5mm处M=17600N*mm,在x=129.5mm处M=57500.34N*mm,在x=187mm处M=1.49N*mm；水平面受力情况均为0。受力图如图4-7至图4-10所示：图3-10轴的受力图示意图图3-11轴的弯矩图示意图图3-12轴的合成弯矩图示意图图3-13轴的扭矩图示意图3.2.3主轴强度校核由以上的受力分析和受力图上可知，危险截面为x=129.5mm处，因此主要对此处进行必要的强度校核。首先是弯曲应力强度校核：强度约束条件一般公式为：式中：称为当量弯矩；为根据转矩性质而定的折合系数。转矩不变时，；转矩按脉动循环变化时，；转矩按对称循环变化时，。若转矩的变化规律不清楚，一般也按脉动循环处理。、分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用应力。为轴的抗弯截面模量()。将参数代入计算：计算得截面的工作应力为13.37MPa，满足条件。其次需要进行轴的刚度校核：当轴受到载荷作用后，轴将发生弯曲、扭转等变形。如果变形过大，超过允许变形范围，轴上零件就不能正常工作，甚至影响机器的性能。例如机床主轴挠度过大将影响加工精度。因此，对于有刚度要求的轴，必须进行刚度校核。轴的刚度分为弯曲刚度（见图3-14）和扭转刚度（见图3-15）。图3-14轴的弯曲刚度 图3-15轴的扭转刚度(1)轴的弯曲刚度条件为： 挠度 偏转角 式中：y轴的允许挠度，mm，见表4-4； 轴的允许偏转角，rad,见表4-4。表3-4 轴的允许挠度及允许偏转角对x=187mm处进行弯曲刚度校核：（见图3-16）已知：l=57.5 mm, P=1000 N, E=210 GPa, I=7853.98 校核结果：轴的弯曲刚度满足要求。图3-16 用叠加法求饶度参照图(2)轴的扭转刚度校校计算 轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示。圆轴扭转角的计算公式为： 光轴 阶梯轴 式中：T轴所受的扭矩，Nmm； G轴的材料的剪切弹性模量，MPa,对于钢材，G=80 GPa； Ip轴截面的极惯性矩，mm4,对于圆轴，Ip=pd4/32 L阶梯轴受扭矩作用的长度，mm； Ti、li、Ipi分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯性矩，单位同前； z阶梯轴受扭矩作用的轴段数。 轴的扭转刚度条件为 ( )/m式中 为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用场合有关。对于一般传动轴，可取=0.5-1( )/m；对于精密传动轴，可取=0.25-0.5( )/m；对于精度要求不高的轴，可大于1( )/m。 根据以上论述对轴的扭转刚度进行校核:3.3 同步带轮传动简介同步带传动具有带传动、链传动和齿轮传动的优点。同步带传动由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力，故带与带轮间无相对滑动，能保证准确的传动比。以下是一些同步带的参数（见图3-17），实体图示（见图3-18）同步带轮系列齿轮直边齿形尺寸和公差(mm)节线代号bwhg+1.5rbrt2MXL0.840.050.69200.350.130.508XXL1.140.050.84250.350.300.508XL1.320.051.65250.410.640.508L3.050.102.67201.191.170.762H4.190.133.05201.601.61.372XH7.900.157.14201.982.392.794XXH12.170.1810.31203.963.183.048T型齿同步带轮齿型尺寸(mm)齿距代号形状形状ygradrbrt2aS EbrNbrS EhgNhg偏差 偏差 偏差mix.15max 偏差 T2.51.75+0.0501.83+0.0500.75+0.0501250.20.3+0.0500.6T52.96+0.0503.32+0.0501.25+0.0501.95250.40.6+0.0501T106.02+0.106.57+0.102.6+0.103.4250.60.8+0.102T2011.65+0.15012.6+0.1505.2+0.1306250.81.2+0.103HTD同步带轮齿型尺寸(mm)节距型号节距齿高底圆半径齿槽宽齿顶圆半径齿形角3M31.280.911.900.3145M52.160.563.250.48148M83.542.575.350.81414M146.204.659.801.414图3-17 同步带的技术参数图3-18 同步带的实体图示3.3.1 同步带传动的特点及应用同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维绳为抗拉体，氯丁橡胶或聚氨酯为基体,这种带的特点是薄而且轻，故可用于较高速度。传动时的线速度可达50m/s，传动比可达10，效率可达98。传动噪音比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。其主要缺点是制造和安装精度要求较高，中心距要求较严格。所以同步带广泛应用于要求传动比准确的中、小功率传动中，如家用电器、计算机、仪器及机床、化工、石油等机械。同步带主要有单面有齿和双面有齿两种，简称单面带和双面带。双面带又有对称齿型（DI）和交错齿型（DII）之分。同步带齿有梯形齿和弧形齿两类。同步带型号分为最轻型MXL、超轻型XXL、特轻型XL、轻型L、重型H、特重型XH、超重型XXH七种。梯形齿同步带传动已有标准（GB113611136289）。在规定张紧力下，相邻两齿中心线的直线距离称为节距，以p表示。节距是同步带传动最基本的参数。当同步带垂直其底边弯曲时，在带中保持原长度不变的周线，称为节线，节线长以LP表示。3.3.2 同步带传动的技术标准在规定张紧力下，相邻两齿中心线的直线距离称为节距，以p表示。节距是同步带传动最基本的参数。当同步带垂直其底边弯曲时，在带中保持原长度不变的周线，称为节线，节线长以LP表示。同步带传动的主要失效形式是同步带疲劳断裂；带齿的剪切和压溃；以及同步带两侧边、带齿的磨损。同步带的疲劳强度和使用寿命是设计同步带传动的主要依据。为此我们主要是以同步带的单位齿宽所受的拉力为计算校核的部分。3.3.3 同步带传动的设计同步带传动结构如图3-19所示：图3-19 同步带传动结构同步带传动的设计过程如下：（1）初始条件：传动功率P=1.2 KW(电动机最大输出功率)，设计的传动比i=1，所以两个带轮的转速条件为：n1=n2=2000 r/min（电动机最大转速）；（2）带传动设计过程如下设计项目设计依据及内容设计结果1.确定计算功率Pc，选择带的型号Pc=KAPKA为工作情况系数查询选择KA=1.5，带的型号根据Pc和带轮的转速n查询确定Pc= 1.65 kw，n= 2000 r/min带的型号为L，由此选定的带节距Pb=9.525 mm2.确定带轮齿数由于i=1，所以，两带轮的齿数关系是Z1=Z2,查询得小带轮最小齿数Zmin=16选择Z1= 16，则Z2= 163.确定带轮节圆直径d1,d2公式：根据公式计算结果查询选取标准值d1=d2= 48.51 mm4.计算带速v，其中dd1=48.51mm,n1=2000r/minv = 5 m/s5.初定轴间距根据结构要求确定取=210 mm6.确定带长L0及其齿数Z带长计算公式为：根据公式计算结果查询标准节线长及其齿数Ld0= 572 mm,查询选择标准节线长L0=571.5 mm,齿数Z=607.确定实际轴间距a和小带轮啮合齿数Zma=210mmZm=88.基本额定功率P0和带宽bs的确定基本额定功率：带宽: 查询所需参数得：基准宽度bs0=25.4mm宽度为bs0的带的许用工作拉力Ta=244.46N宽度为bs0的带单位长度的质量m=0.095kg/m啮合齿数系数Kz=1根据计算结果查询选择标准带宽P0=1KWbs=50.8mm（实际工作中，电机的转速比较慢，因此，实际的带宽相应可以小一点。）9.计算作用在轴上的力FF=400N3.4轴承的选用在许多场合，轴承的内孔尺寸已经由机器或装置的结构具体所限定。不论工作寿命，静负荷安全系数和经济性是否都达到要求，在最终选定轴承其余尺寸和结构形式之前，都必须经过尺寸演算。该演算包括将轴承实际载荷跟其载荷能力进行比较。滚动轴承的静负荷是指轴承加载后是静止的（内外圈间无相对运动）或旋转速度非常低。在这种情况下，演算滚道和滚动体过量塑性变形的安全系数。大部分轴承受动负荷，内外圈做相对运动，尺寸演算校核滚道和滚动体早期疲劳损坏安全系数。只有在特殊情况时，才根据DIN ISO 281对实际可达到的工作寿命做名义寿命演算。对注重经济性能的设计来说，要尽可能充分的利用轴承的承载能力。要想越充分的利用轴承，那么对轴承尺寸选用的演算精确性就越重要。静负荷轴承计算静负荷安全系数Fs有助于确定所选轴承是否具有足够的额定静负荷。 FS =CO/PO 其中FS静负荷安全系数，CO额定静负荷KN，PO当量静负荷KN 静负荷安全系数FS是防止滚动零件接触区出现永久性变形的安全系数。对于必须平稳运转、噪音特低的轴承，就要求FS的数值高；只要求中等运转噪声的场合，可选用小一些的FS；一般推荐采用下列数值： FS=1.52.5适用于低噪音等级 FS=1.01.5适用于常规噪音等级 FS=0.71.0适用于中等噪音等级额定静负荷COKN已在表中为每一品种规格的轴承列出。该负荷（对向心轴承来说是径向力，对推力轴承而言则是轴向力），在滚动体和滚道接触区域的中心产生的理论压强为： -4600 N/MM2 自调心球轴承 -4200 N/MM2 其它类型球轴承 -4000 N/MM2 所有滚子轴承在额定静负荷CO的作用下，在滚动体和滚道接触区的最大承载部位，所产生的总塑性变形量约为滚动体直径的万分之一。当量静负荷POKN是一个理论值，对向心轴承而言是径向力，对推力轴承来讲是轴向和向心力。PO在滚动体和滚道的最大承载接触区域中心所产生的应力，与实际负荷组合所产生得应力相同。 PO=XO*F r+Ys*FaKN 其中PO 当量静负荷，Fr径向负荷，Fa轴向负荷，单位都是千牛顿，XO径向系数，YO轴向系数。动负荷轴承DIN ISO 281所规定的动负荷轴承计算标准方法的基础是材料疲劳失效（出现凹坑），寿命计算公式为： L10=L=(C/P)P 106转 其中L10=L 名义额定寿命 106转 C 额定动负荷 KN P 当量动负荷 KN P 寿命指数 L10是以100万转为单位的名义额定寿命 106转 C 额定动负荷 KN P 寿命指数 L10是以100万转为单位的名义额定寿命。对