关 键 词：

机械毕业设计全套

资源描述：

JX03-117@大直径辊筒专用外圆磨床设计（一）,机械毕业设计全套

内容简介：

正版用户 ckHr(u7b - nts , nts b B ? . ? ? : nts 毕业实习 报告 题目名称： 大直径辊筒专用外圆磨床设计（一） 院系名称： 机电学院 班 级： 机自 074 班 学 号： 200700314431 学生姓名： 郭 刘 威 指导教师： 肖 庆 和 2011 年 3 月 nts1 前 言 . 1 2 报告内容 . 2 1.1 实习目的 . 2 1.2 实习内容 . 2 新飞电器有限公公司简介 . 2 2.2.1 新飞冰箱组装车间 . 3 2.3 郑纺机 . 8 3 毕业设计调研情况总结 . 8 3.1 调研情况 . 8 小 结 . 11 参考文献 . 12 nts中原工学院毕业设计 实习报告 1 1 前 言 实习是一种实践，是理论联系实际、应用和巩固所学专业知识的一项重 要环节，是培养我们能力和技能的重要手段。对于培养我们的动手能力有很大帮助，同时也可以让我们更深刻更全面了解机械制造这方面的知识。毕业实习是我们走向工作岗位的必要前提。通过实习我们可以跟确切的了解社会生产，了解社会需要，加深社会认识，增强社会适应性，培养自己的实践能力，以更好的融入社会中，缩短我们从一名大学生到一名工作人员的时间，为我们毕业后社会角色的转变打下基础。 这次在河南新飞电器有限公司及其分公司的实习进一步加深和完善了我对专业知识的理解，也使我对毕业设计课题有了新的认识，明白了完成一件“工程”所进行的 准备工作和相关流程。同时，通过运用所学专业知识进行观察，也锻炼了自己提出、分析并解决问题的能力。 此次毕业实习主要是实地考察调研，在毕业设计导师的带领下观察研究与课题相关的技术设备运行情况，并请企业技术人员介绍相关专业知识，同时向毕业设计导师和现场操作人员学习请教相关知识，以便加深对毕业设计课题的理解，从而提高到理论的高度来研究、分析、找到解决问题的关键所在。为以后的设计提供资料和积累宝贵经验，避免走不必要的弯路。 本次去新乡实习，主要去了新飞电器 股份有限公司及其一系列的分公司 ， 这些企业产品的生产制造都大量 运用到了冷冲压模具，其模具设计制造和运用在其生产中占有相当大的比重。通过观察研究生产现场中的各种模具，了解其结构与功能 。 nts中原工学院毕业设计 实习报告 2 2 报告内容 1.1 实习目的 （ 1） 通过实习使广大的学生进行一次实地考察，提高大学生的调查能力。 （ 2） 了解企业的文化，学习企业的先进管理制度，为我们大学生走出校园打下基础。 （ 3） 掌握现有企业的加工模式、所使用的设备以及各设备的摆放格局。 （ 4） 掌握现代零件的加工流程、加工工艺及加工自动化的程度。 （ 5）培养大学生的社会实践能力，为成功的完成毕业设计做好充分的准备。 1.2 实 习内容 新飞电器有限公 公司简介 河南新飞电器有限公司是以冰箱、冷柜、空调为主导产品的现代化白色家电制造企业，中国最大的绿色冰箱生产基地，中国冰箱、冷柜行业前两强。因出色的无氟与节能技术而被公认为中国家电绿色品牌。自 1984 年建立以来，经过二十多年的发展，新飞已发展成为拥有 1 个中国驰名商标和 2 个中国名牌产品的中部六省首家进出口免验企业，产品远销全球 50 多个国家和地区。近年来新飞的经营业绩突飞猛进，产销量、利润等主要经济指标绿色环保胡锦涛 河南新飞电器有限公司是以冰箱、冷柜、空调为主导产品的现代化白色家电制造企业 ，中国最大的绿色冰箱生产基地，中国冰箱、冷柜行业前两强。因出色的无氟与节能技术而被公认为中国家电绿色品牌。自 1984 年建立以来，经过二十多年的发展，新飞已经发展成为拥有 1 个中国驰名商标和 2 个中国名牌产品的中部六省首家进出口免验企业，产品远销全球 50 多个国家和地区。近年来新飞的经营业绩突飞猛进，产销量、利润等主要经济指标连年呈两位数递增，成为同行业效益最好，发展最快、最稳健的企业之一。新飞注重科技队伍建设和企业技术创新。新飞国家级技术中心已发展壮大为三个研究所、一个国家级实验室和一个产品创新与设计中心、企业博 士后科研工作站、西安交大新飞节能技术研究所和工业设计所等校企产学研全面合作的完整技术创新体系，各类专业人才 1800 多名，专职技术开发人员 400 多名，中高级职称 200 多名，硕士 60 多名，博士 9 名，形成了一支实力卓越的创新团队。 nts中原工学院毕业设计 实习报告 3 2.2.1 新飞冰箱组装车间 电冰箱由制冷系统、电控系统和箱体及附件等三部分组成。 1.制冷系统 ： (1)压缩机组：包括压缩机和电动机； (2)冷凝设备：冷凝器、蒸发水皿加热管、门防冻防露管； (3)冷却设备：蒸发器、间冷式中还有冷却风机和电动机。 (4)干燥过滤 器； (5)节流元件：毛细管； （ 6)管道：排气管，回气管等； (7)制冷剂： R134a， R600a 和 R12 等。 2.电控系统： (1)温度控制设备：温度控制器、温控用电热器等。 (2)电机起动和保护器件：起动继电器、过热过载保护继电器、或带有起动和运行用电容器等。 3)化霜设备：化霜时间控制器、化霜电热器、化霜防误动作加热器等。 (4)制冷性能补偿部件：温度补偿电热器、温度补偿指示灯、节电开关、双蒸发器连管加热器等。 3.箱体及附件： (1)箱体由外壳、内胆、隔热层和箱顶饰板及柜组成。其中外壳常采用 0.6 1mm 薄钢板磷 化处理后喷漆或喷塑，或彩色钢板；内胆由 ABS 或改性聚苯乙烯塑料模压成形；隔热层通常为充填的聚氨脂泡沫塑料。 (2)箱体由门板、门内胆、磁性门封和手柄及绞链 (门折页 )组成。其中 ,门板与箱体外壳一样 ;门内胆与箱体内胆一样 ;磁性门封由塑料门封条和磁性胶条组成 ,为了节能还另设橡胶气囊二次门封。 (3)附件由搁架、箱内接水盆、果蔬盒、制冰盒、箱外接水盒 (或蒸发盒 )等组成。 电冰箱生产流程如下： （ 1）电冰箱外壳生产。电冰箱外壳由钢板通过全自动生产线一次完成。 （ 2）电冰箱内部件生产。其生产原材料为 Abs 塑料板，属于自动化 成型生产。 （ 3）拼装线。该工序将由模具生产好的冰箱冷冻室和冷藏室等拼装起来。 （ 4）灌满发泡剂。发泡剂成分为环戊烷。 （ 5）检漏。如果检验不合格，将被退回检查原因或重新生产。 2.2.2 模具生产车间 在工程师的带领下，我们参观了模具生产车间，了解到： 1、 正装模具的结构特点 正装模具的结构特点是凹模安装在下模座上。故无论是工件的落料、冲孔，还是其它一些工序，工件或废料能非常方便的落入冲床工作台上的废料孔中。因此在设计正装模具时，就不必考虑工件或废料的流向。因而使设计出的模具结构非常简单，非常实用。 正装模 具结构的优点 ： nts中原工学院毕业设计 实习报告 4 （ 1）因模具结构简单，可缩短模具制造周期，有利于新产品的研制与开发。 （ 2）使用及维修都较方便。 （ 3）安装与调整凸、凹模间隙较方便（相对倒装模具而言）。 （ 4）模具制造成本低，有利于提高企业的经济效益。 （ 5）由于在整个拉伸过程中 始终存在着压边力，所以适用于非旋转体件的拉抻 正装模具结构的缺点 ： （ 1）由于工件或废料在凹模孔内的积聚，增加了凹模孔内的小组涨力。因此凹必须增加壁厚，以提高强度。 （ 2）由于工件或废料在凹模孔内的积聚，所以在一般情况下，凹模刃口就必须要加工落料斜度。在有些情况下 ，还要加工凹模刃口的反面孔（出料孔）。因而即延长了模具的制作周期，又啬了模具的加工费用。 正装模具结构的选用原则 ： 综上所述可知，我们在设计冲模时，应遵循的设计原则是：应优先选用正装模具结构。只有在正装模具结构下能满足工件技术要求时，才可以考虑采用其它形式的模具结构。 2、 倒装模具的结构特点 倒装模具的结构特点是凸模安装在下模座上，故我们就必须采用弹压卸料装置将工件或废料从凸模上卸下。而它的凹模是安装在模座上，因而就存在着如何将凹孔内的工件或废件从孔中排出的问题。图 1 这套倒装模是利用冲床上的打料装置 ，通过打料杆 9 将工件或废料打下，在打料杆 9 将工件或废料打下的一瞬间，利用压缩空气将工件或废料吹走，以免落到工件或坯料上，使模具损坏。另外需注意的一点就是，当冲床滑块处于死点时，卸料圈 5 的上顶面，应比凸模高出约 0.20 0.30mm。即必须将坯料压紧后，再进行冲裁。以免坯料或工件在冲裁时移动，达不到精度要求。 倒装模具结构的优点 ： （ 1）由于采用弹压卸料装置，使冲制出的工件平整，表面质量好。 （ 2）由于采用打料杆将工件或废料从凹模孔中打下，因而工件或废料不在凹模孔内积聚，可减少工件可废料对孔的涨力。从而可减少 凹模的壁厚，使凹模的外形尺寸缩小，节约模具材料。 （ 3）由于工件或废料不在凹模孔内积聚，可减少工件或废料对模刃口的磨损，减少凹模的刃磨次数，从而提高了凹模的使用寿命。 （ 4）由于工件或废料不在凹模也内积聚，因此也就没有必要加工凹模的反面孔（出料孔）。可缩短模具制作周期，降低模具加工费用。 nts中原工学院毕业设计 实习报告 5 （ 5）由于压边力只在平板坯料没有完全被拉入凹模前起作用，所以适用于旋转体体的拉伸。 倒装模具结构的缺点 （ 1）模具结构较复杂（相对正装模具而言）。 （ 2）安装与调整凸凹模之间的间隙较困难（相对正装模而言）。 （ 3）工件或废 料的排除麻烦（最好使用压缩空气将其吹走）。 倒装模具结构的选用原则 ： 综上所述可知，只有当工件表面要求平整、外形轮廓较复杂、外形轮廓不对称、或坯料较薄时的冲裁，以及旋转体件拉伸时，才选用倒装模具结构。 3、 单工序模具结构的特点 所谓单工序模具结构，就是在冲床的一次行程内，只能完成一道工序。 单工序模具结构的优点 ： （ 1）模具结构简单，制造周期短，加工成本低； （ 2）模具通用性好，不受冲压件尺寸的限制即适合于中小型冲压的生产；也适合于一些外形尺寸较大、厚度较厚的冲压件的生产。 单工序模具结构的缺点 （ 1）制件精度不高； （ 2）生产效率低。 单工序模具结构的选用原则 ： 综上所述可知，对一些精度要求不高，生产批量不大的工件，采用单工序模具还是比较合适的。尤其是现在我们国家实行的是社会主义市场经济。新产品的开发与研制对每个企业来说，都是至关重要的。而对一些需要冲压生产的新产品来说，就提出了一个要求：要求研制周期短，开发速度快，制造成本低。因内有这样开发出的磨擦产品才能迅速占领市场。而在这一点上，单工序模具就更能满足这一要求，所以就显得更实用一些。 4、 复合模具结构的特点 所谓复合模具结构，就是在冲床的一次行 程内，完成两道以上的冲压工序。在完成这些工序过程中，冲件材料无需进给移动。图 2 就是一套落料、拉伸的圆筒形件的复合模具。这套模具的工艺流程必须是先落料、后拉伸。因只有这样才不致于使圆筒形件拉裂。为保证这一工艺流程的顺利进行，就必须使落料凹模 2 的高度 h1，比拉伸凸模 4 的高度 h2，高出约 1.2t 1.5t(t 为料厚）。另外需注意的一点就是，当冲床滑块处于上死点时，压边圈 3 的上顶面，应比落料凹模 2 的高度 h1，高出约0.20 0.30mm。即必须将坯料压紧，再进行冲裁。在整个冲压过程中，压边圈 3 起nts中原工学院毕业设计 实习报告 6 的作用是，在冲裁开始 时，先将坯料压紧；而当拉伸完成后，又将工件 6 从拉伸凸模 4 下顶出。 图 2-1 复合模具结构简图 1 顶杆； 2 下模座 ； 3 落料凹模 ； 4 压边圈 ； 5 拉伸凸模 ； 6 凸凹模 ； 7 工件 ； 8 卸料板 ； 9 打料板 ； 10 上模座 复合模具结构的优点 ： （ 1）制件精度高。由于是在冲床的一次行程内，完成数道冲压工序。因而不存在累积定位误差。使冲出的制件内外形相对位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。适宜冲制薄料和脆性或软质材料。 （ 2）生产效率高。 （ 3）模具结构紧凑，面积较小 。 复合模具结构的缺点 ： （ 1）凸凹模璧厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度。 nts中原工学院毕业设计 实习报告 7 （ 2）凸凹模刃磨有时不方便。尤其是在凸凹模即冲裁，又成形的情况时。如图2 中的凸凹模 5（如生产批量大，条件许可时，可将凸凹模刃口部分和盛开部分分开设计）。 复合模具结构的选用原则 ： 综上所述可知，只有当制件精度要求高，生产批量大，表面要求平整时，才选用复合模具结构。 2.2.3 新飞塑料厂 新飞塑料厂拥有员工 500 多余人，是新飞集团电冰箱、冰柜塑料件定点供货单位，主要以生产各种塑料模具为主。 新飞 塑料模具厂是 河南大型制品专业骨干企业，已有二十年的生产历史，该厂的塑料模具生产线采用国内外先进的电脑注塑设备，注塑机可谓是机电液一体化的代表。由计算机数字控制塑料成型的各种参数，执行部件则是液压系统。 新飞塑料厂拥有生产线 8 个，模具加工中心如：电火花、线切割、车、铣、刨、磨、等加工机床 20 余台，可设计、制造各种小型精密模具，也可根据客户的要求设计生产各种塑料制品。 2.2.4 真空成型车间 随后，我们进入真空成型车间，这里是加工内胆的。师傅给我们介绍了真空成型机，根据介绍，真空成型机主要有以下几个工位：上料工位、预加热装 置、主加热装置、真空成型工位、切边设备 (cutting machine)、下料工位来完成整个内胆加工成型的功能。通过认识，现在逐一介绍其主要功能。 上料工位：上料工位以前只有一辆上料小车，在换料时，势必要停机进行调整，每次换料大约需要 10 分钟，平均每天换 5-6 次料，相当于每天停机 1 小时进行换料操作，影响了生产速度；在新吸附机设计中，增加一辆上料小车，即由原来的一辆上料小车上料改进为左、右两辆小车上料，在一侧进行生产时，就将另一辆小车装好料，当进行换料操作时，只需按一下切换按钮，就可实现换料，大大提高了换料速 度。 预加热装置与主加热装置：加热工位以前对板材加热是采用分区控制的，上、下加热器各 88 块辐射器将板材分 4 个区进行加热控制，利用调节每个区的辐射器电压百分比调节每个区的加热温度，对温度的控制不是很精确，对于形状复杂的内胆，容易造成内胆成型不均匀导致废品；在新机器设计中，对每一块辐射器的加热温度分别进行控制，可根据效果随时调节每一块辐射器的温度，以达到最佳的加热效果；同时，在板材输送到成型工位时，在进入成型工位前，增加红外线高温计进行板材nts中原工学院毕业设计 实习报告 8 温度测量，将测量结果反馈到控制系统，进行下一张板材的温度控制修正。 真空 成型工位：成型工位是吸附机的主要组成部分，也是控制产品质量、提高生产节拍、降低设备故障率的重点部位，吸附机的生产节拍，主要取决于成型工位的成型速度。在新飞的发泡车间，我们了解到新飞的发泡剂主要是环戊烷。发泡剂填充在冰箱的储藏装置与外壳之间的空位，具有保温和防震作用。 2.3 郑纺机 此外，我们去 郑纺机 进行了实习， 参观了 纺织机械生产的 过程， 也对纺织机械有了更全面、更深入的认识和了解。 郑州纺织机械股份有限公司是一家集开发、制造化纤、印染、织造、非织造布、烘燥、清梳联及非纺机成套设备为一体的大型纺织机械企业。 公 司一贯致力于产品的技术创新，不断提高产品质量，是国家化纤机械重大技术装备和印染后整理设备的研制基地和出口基地，是国家“ 863”高科技 CIMS 技术应用企业。 我们在肖老师的带领下，了解了一些我们以前不知道的刀具，纺织机械生产的一些流程。其中，我重点观察了大直径辊筒专用磨床，因为这和我的毕业设计课题有关。 3 毕业设计调研情况总结 我的毕业设计课题是 大直径辊筒专用磨床 （磨头及导轨传动结构设计） 。 磨头 是磨床 的关键零件之一， 磨床的砂轮相对工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在 35 米 /秒左右，目前已向 200 米 /秒 发展 ） 。 3.1 调研情况 为了更好的完成这次 毕业 设计 ，我去了 郑纺机 观看 了 磨床的加工及结构，以及上网搜取和查阅资料等多种途径，找出了以下的问题解决方法： 3.1.1导轨的设计要求 （ 1）几何精度就是通常说的导向精度，即运动的直线度； （ 2）运动精度包括两方面内容：一是运动的平稳性（例如低速不爬行），二是定位精确（线定位和角定位）； （ 3）具有足够的承载能力和刚度，使用寿命长； （ 4）结构简单，工艺性好，便于调整和维修； nts中原工学院毕业设计 实习报告 9 （ 5）具有良好的润滑和防护装置 。 3.1.2 砂轮架的基本设计要求 砂轮架是磨床上用来带动 砂轮做高速旋转的关键部件，主要有传动部件和主轴轴承部分组成，主轴和轴承是砂轮架的主要组成部分，因此对砂轮架设计提出的基本要求也是针对主轴轴承部分的。 砂轮架设计应满足以下几点基本要求： （ 1） 主轴旋转精度高，旋转稳定； （ 2） 主轴轴承系统刚性好； （ 3） 振动小，发热低； （ 4）装配制造简单，调整维修方便。 3.1.3.砂轮分析 磨削大直径辊筒 ，我们 可以 采用 CBN金刚石 砂轮，完成对 大直径外圆 的磨削加工 。 3.1.4.运动 分析 该机床的切削运动为砂轮旋转的主运动与砂轮沿 大直径辊筒 轴线移动的进给运动。根据用户对机床加工效率及自动化 等方面的要求，机床在加工中应自动实现以下辅助 运动： 工件定位与夹紧、 砂轮趋近工件、 外圆 磨削、砂轮离开工件、解除定位与松开夹紧、重复上述运动。 图 3-1导轨组合形式 nts中原工学院毕业设计 实习报告 10 1 工件主轴 2 工件 3 砂轮 4 砂轮主轴 (动静压主轴 ) 5 皮带轮 6 尾座 7 砂轮架总成 8 X 向直线导轨副 9 床鞍 10 Z 向直线导轨副 图 3 2 磨床工作原理 机床的主要运动有拖板的纵向移动，磨头的横向移动，砂轮的转动及工件的转动等。 拖板通过直线导轨连接在床身上。有伺服电机驱动，经联轴器及滚珠丝杠副，带动垫板及 磨头一起做纵向移动。磨头固定在垫板上面，通过直线导轨连接在拖板上。由伺服电机驱动，经联轴器，滚珠丝杠副带动砂轮做横向移动。砂轮由主轴电机单独驱动，经 V 带、皮带轮带动砂轮主轴转动，磨削工件。 nts中原工学院毕业设计 实习报告 11 小 结 实习接近尾声，回想期间的点点滴滴，我不仅感到很充实还学到了很多东西。此次到新飞电器有限公司及其分公司实习，其目的是学习优秀企业的先进管理经验，全程体会一条生产线生产的全过程，对于毕业设计的开展，完成好设计任务将起到积极的作用。 这次实习我最大的收获是，逻辑思维能力得到很大提升。设计本来就是一种很严密的学问 ，它需要一个不断反复，不断纠正，不断改进的过程。通过实习，我第一次对公司的经营理念又来了更深层次的了解，同时，对我未来的职业生涯奠定了坚实的基础。 短暂的实习匆匆结束，通过本次实习，我开阔了眼界得到了许多启发。实践出真知，在实习的过程中我明白了书本上的理论是如何运用到实际的。有了先进的生产过程，精细的加工工序，熟练的操作技巧最后才有高品质的产品。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，在今后的学习和生活中，我将把从书本上学到的知识进一步更好的运用到实践中，同时在实践中进一步检验和完善自己的理论体系，以更好的服务 实践。 经过此次深入工厂进行毕业设计课题调研，了解实际工作中需要考虑的问题，使我对毕业设计课题有了较为深刻的认识。虽然时间比较短，但通过自己结合毕业设计的研究方向，向工人师傅们请教本课题中遇到的不解之处，这为我以后的设计提供了资料和积累了宝贵经验。 毕业实习是大学的最后一次实践活动，我和大家一样很珍惜这次难得的机会，尽全力学习不懂的东西。不枉此行，我基本上达到了实习增长见识，开阔眼界，联系社会的目的。我深知实习同时也是为了更好的完成毕业设计，在毕业设计过程中，我会把实习中学到的技巧，加工工艺，制造技术等运用 于毕业设计中，以更好的完成毕业设计。 此次实习我要感谢肖老师的带领指导及帮助。 nts中原工学院毕业设计 实习报告 12 参考文献 1联合编写组 .机械设计手册（上中下） S.北京 :机械工业出版社， 1988.12. 2联合编写组 .机械设计手册 (1-6 卷 ) S.北京 :机械工业出版社， 2004.8. 3成大先 .机械设计手册 S.北京 :化学工业出版社， 2004.1. 4濮良贵 ,纪明刚主编 .机械设计 (第八版 )M.北京 :高等教育出版社 ,2006.5. 5刘鸿文主编 .材料力学 (第四版 )M.北京 :高等教育出版社 ,2004.1 . 6牛永生 ,吴隆 ,李力 ,姜春英主编 .机械制造技术 M.西安：陕西科技出版社 ,2002.1. nts中原工学院毕业设计 译 文 21.11 线体加强 及 奈米晶型 工具材料 为了 更进一步改善 切削工具的 表 面质量和耐用性 , 尤其是在 新材料和 复合材料这方面一直在研究 ， 开发超硬材料制作的工具取得了进步，例如 ： a. 高 抗拉强度 。 b. 抗热冲击 。 c. 强切削刃 。 d. 热硬 性 。 最近发展 的包括使用复合 切削 工具材料作为 加强纤维 (第 9.2.1 节 )。 线体 加强材料的例子包括 用碳化硅 (SiC)晶体加强的 以氮化 硅 为基础的工具 ，和 以 碳化硅 晶体 加强的以 氧化铝 为基础的工具 ,有时以锆氧化物 (ZrO2) 的附加 .然而， 金刚砂和黑色金属的高反应使碳化硅工具不适 合 切削 铁和钢。 纳米材料 (第 6.15 节 )的进步 促进了由细密纹理 (超细微粒 )的碳化物 (钨碳化物 ,钛 碳化物和钽 碳化物 )切削工具的发展 。 与传统的碳化物相较，这些工具材料 强度 比较 高、硬度 比较 大 、和 抵抗力比较强 , 可以提高 生产 效率。 在一个 应用程序 中 , 直径 100微米 (0.004寸 )的 微钻头 正在 使用 这些材料 制造 而且被用于 微 型 电子 电路的制作 (第 34 章 )。 21.12 切 削 工具 的 修理 当用 切削 工具工作 , 特别 是 高速钢 工具 ,变成磨损，它们为 进一步的使用 而 被修理 (使 其再锋利 )。 它 们通常 在工具室中被固定 在 工具磨床上修 磨 (第 25.6.5 节 )。工具 修理 或者是手工修磨，那 需要相当 高的操作 技术 ,或 由 计算机控制的工具 磨床上来完成 。其他的方法 (如第 26 章所描述 ) 也可能用来修理工具和 刀具 。 修理也可能包括用钛氮化物再涂在二手工具 的上面 。 坚固 性和精密 度 很重要在修理方面。工具 的锋利度 应该 在它 们的形状和表面的完成 后 检查。决定有关是否工具应该被修理或者 被回收决定于其 牵涉的 相比较的费用。 熟练的劳动是昂贵的 , 如 操作 计算机控制的 机床的工 人 ,因此另外的考量是参 考工具材料的再循环和 这样做的 费用 (表 21.6)，因为多数包含 至关重要 的 昂 贵材料 , 像是钨和钴。 21.13 切削液 nts中原工学院毕业设计 译 文 也叫润滑 剂 和冷冻剂， 切削液 广泛地 应用 在 切削 和 磨削 程序 中 (第 25 章 ) 达 到以下效果 : 减少摩擦 和磨陨 ,如此改 善 工具 寿命 和表面 质量 。 减少 切削力 和能 量 消 耗。 冷却 切削区域 ,如此 降低工件 温度和热 变形 。 冲走 切屑 。 保护机器 表面免于环境的腐蚀。 表 21.6 估算选择切削工具的费用 刀具 尺寸（寸） 费用（美元） 高速钢 1/4平方 X 21/2 1 2 1/2平方 X 4 3 7 硬质合金刀 1/4平方 2 3/4平方 4 渗碳量， 每平米 3/16 普通刀具 内切圆半径 1/2 5 9 镀膜 6 10 陶瓷刀具，每平方 内切圆半径 1/2 8 12 含立方氮化硼，每平方 内切圆半径 1/2 60 90 钻石镀层刀具 内切圆半径 1/2 50 60 金刚石钻头 内切圆半径 1/2 90 100 一种切削 液体基本上可能是一个冷 却 剂或润滑 剂 。 它在切削中 的 作用取决于许多因素 ， 如 这样的一些因素 , 切削温度， 切削 速度、和 切削方式 。 如第 20.6 节所示 , 切削温度随切削 速度 的提高而升高 。 因此， 冷却 切削区域在 高速 切削中 是 非常 重要 的 。 水是一个优良的冷 却 剂 ; 然而，它引起 工件 和机器 部件 的生锈而且是 不好 的润滑 剂 。 另一方面，如果 切削 速度低 , 例如 在 拉削 或者 出屑 方面，润滑 剂 (不是冷却 )是重要 的因素。 为了 减少 刀刺的 形成 , 润滑 剂改善 工 件 表面 质量 。 选择何种类型的切削决定于切削 温度的 高低 和 切削力的大小 , 切屑的类型 和 切屑排出的难易 。 在几种 (例如拉削 、 钻削 ,和攻丝 )操作方面 ， 需要使用切削液 。 然而 ,有些情况 使用 切削液 可能是有害的。 在 断 续切削，例如切齿 ， 切削 液体的nts中原工学院毕业设计 译 文 冷却行动增加 热 和 冷 (热循环 )的周期的范围。 这情况能导致热 裂缝 (热疲劳 或热 冲击 )。 切削 液体也可能导致薄片变得比较卷曲 ,集中接近工具顶端的 热应力。 这些 热应 力 ， 集中接近 刀 具顶端 ,减少工具 的寿命 。 21.13.1 切削液的作用 虽然 切削液 的基 本 作用 在金工操作方面在第 32.9节中更为详细地被描述 , 但是，我们简短地在这里描述 切削 液体影响机 加工 操作方面所依据的机制。 看一下 高切削阻力 和 刀 具 头 的 进给速 率 , 如何 让 一 种切削液进入 这个 切削区域 影响 切削过程 ? 切削 液体被 计算机控制由薄壁 细管 道流入刀 具 和工件表面的接触区域 。（见第32.2节） 研究已经 表明切削液通过薄管 的 一侧流入切削区域 。因为这个 管道比较细小 ， 因此切削 液体应该 有较小的分子 而且 拥 有适当的 流动 (表面张力 )特性。 例子 :切削 液体 在切削中 的 作用 切削 操作是与有效的润滑 剂 的 切削 液体一起进行 的 。如果 切削液被 关闭，解释在 切削 操作的技巧和 总 的能源消费方面 将会 改变。 解决 方案 : 因为 切削 液体是好 润滑剂 ，当 切削 液体被 关闭 的时候，在 刀具 和工件表面的摩擦将会增加。下列一连串 事件 将会 发生 : a.切削液关闭 。 b.刀具和工件表面的摩擦将会增加 。 c.刀具刃倾角 度减少 (Eq.20.3) d.切应变 增加 (Eq.20.2) e.切削面 变得 粗糙 f.可能形成 切削刀刺 下列的事件由于前述的 现象 发生 : a.在主要的 切削区域 的 切削 能 量 增加 (第 20.5.3 节 ) b.在中级的 切削区域 的摩擦能 量 增加 c.总计的能 量消耗 增加 d.切削区 域的温度 升高 , 引起 刀具磨损 e.降低工件的表面质量 f.尺寸公差 在 加工 期间因为温度 的升高 和细工 件 的 膨胀 可能难以 实现 nts中原工学院毕业设计 译 文 21.13.2 切削 液体的类型 一般 有四种 类型 的切削液 普遍被用于 切削 操作 : a.油 b.乳 化 液 c.半合 液 d.合成 液 这些 切削 液体的特性在第 32.10 节中被描述，而且对于特定 切削 操作的 切削液的 介绍在 第 22,23,和 25章。 21.13.3 切削液 的 应用 方法 切削液有 三 种 基本 应用 方法 : a.溢水式 冷却 (图 21.11) 。这是最常 用 的方法。流 量比率范围从单一 工具的 10 L/min到多 齿 刀具 的 225 L/min。 在钻削和 磨 削操作 中 , 700 kpa-14,000 kpa 的流动压力用来冲走 切屑。 第 21节切削工具和切削液 图 21.11 在各种不同的切削操作方面正确使用切削液的示意图： (a)车削， (b)铣削 （ c）线研磨 ,(d)钻削 b.喷 雾 式 冷却 。 喷雾式 冷却 能使切削液体到达难 以 接近的区域而且 有利于工件 被 加工 。它对以水为基础的 切削液体 特别地有效和在磨 削 操作方面 ,在 70 kpa-600 kpa 的 大气 压 下。喷雾式 冷却需要通气而且受 制 于 冷却的能力 。 c.高压 冷却 系统 。 由nts中原工学院毕业设计 译 文 于现代社会发展速度的 加快 和 能源的发展 ，计算机控制 工作母机， 机 械加工 操作的热 效应 已经成为一个重要的因素。最近发展 的包括高压冷冻 系统冷却的使用改善来自 切削区域的热移动比率。 高压 系统 也被用于 传 送 切削液到切削区 域 ，特别地设计了 喷嘴 旨在使切削液快速到达切削区 域。 压力 的大小，通常在 5.5 MPa-35 MPa , 切削液的管道要有分支，否则如果 很长 且 连续 ,干扰 切削 操作。为了要避免来自高压的喷 射液 的粒子的冲击的对 工件 表面的伤害 , 添加剂 在冷冻剂 里 的大小不应该超过 20微米 ; 适当的和 连续 的过滤 液体是必要的。 21.13.4切削液 的效果 切削液 的选择也应该包括考 虑例如其作用 在 工件 材料和 机床工具的影响 ，生物因素和环境因素上的 潜在 影响 。 在 工件 材料上 的影响 。 当选择 切削 液体的时候，一应该考虑 机械加工成份 是否受制于环境的 影响 ， 和 高 昂 的服务 压力 ,可能 导致金属 腐蚀 而产生 裂痕。 这对考虑用硫 和氯添加剂 的 切 削 液体特别地重要。 举例来说，当切削钛时，不应该使用 含 有 氯的 切削液。 另外 还应该 考 虑 由切 削 液体 污染工件 的可能 性 ,尤其铜和铝。 机 加工部件 应该被清理 和清 洗为了要除去 一切 的 切削液 残渣。 及时做 这 样的操作 是重要的和 值得的 ; 因此 ，趋势将使用低黏质 , 清洁和 过滤的单纯 的以水为基础的液体。 在 机床 上 的影响 。 正如 切削液 可能 对工件材料有不利地影响 ，它能同样地影响机床 和它的 部件 , 像是 导轨 和 轴承 。因此， 切削液体的选择一定， 包括它 与 各种不同的金属和非金属的 材料的兼容性的考 虑 ,包括油和可能被当作润滑 剂 使用的油脂。 生物和环境 方面 的 影响 。 因为机床 操作员 通常 是 直接接近切削液 的， 应首先考虑切削液对 操作 人 员的 影响。 来自 切削液 的臭气、烟和气味能引起严 重 的皮肤反应和呼吸器官问题。 相当多的进步已经在确定制造业的计划的 切削液 的安全使用方面表现。 另外地 , 在环境方面的 影响 , 特别 是 关于空气 和水污染 方面 ，非常重要。 这已经导致向干 加工方面发展 ,可能有它自己的 优势 和 局限 。 切削液 , 连同 其它 被用于 金工 制造业操作的液体 , 当他们 的使用 随着时间 的 过去，可能 发生 化学变化。 这些变化可能是由于环境的 影响 或者来自各种不同的来源的污染 , 包括 管道 和在机 加工 期间产 生 的金属 屑和 油 污染 。 这些变化包括微生物的生长 , 特别地在水 上面 ,不利地影响液体的特性。 nts中原工学院毕业设计 译 文 净化 、再循环和处理。 一些技术 ,像是 沉淀 ，撇取、离心 过滤 法和过滤 , 可用来 净化使 用 过的切削液 。 再循环用各种不同的添加剂、代 替剂 、 生物 剂和防臭剂、连同 以 水 为基础 的 切削液处理 。处理 过程 一定遵从联邦的 , 州、和当地的法律和规则 ,如第 37.4 节所描述 . 总结 各式各样的切 削 工具材料已经在过去的世纪内发展 , 最普遍存在 的是高速钢、碳化物， 陶瓷 和立方体硼氮化物。 工具材料有 广泛 的机 加工性能 和 物理性能，如 热硬 性 、 韧 性、 稳定性 和惰性这样的物理性质、 并且 对 抗性好 和 耐用性强 。 各种不同的工具 镀层 已经发展 ,主要用来延长 工具 的寿命 ， 改善工具 表面和机 械加工 的经济 性。 通常的 镀层 材料是钛氮化物 , 钛碳化物 , 钛氯碳化物和铝氧化物 ; 钻石涂料也正在得到认同。 趋势 朝着性能 更好的多 镀层方向发展 。 摘自 Manufacturing Engineering and Technology -Machining，机械工业出版社，原书第四版 nts 毕业设计 (论文 )中期检查报告 题目名称 ： 大直径辊筒专用外圆磨床设计（一） 院系名称 ： 机电学院 班 级 ： 机自 074 班 学 号 ： 200700314431 学生姓名 ： 郭 刘 威 指导教师 ： 肖 庆 和 2 0 11 年 5 月 nts毕业设计基本的具体任务 与要求 1.根据纺织机械中大型辊筒类零件的特点，对零件进行工艺分析 ; 2.工厂调研及文献检索； 3.参与总体方案设计，完成外圆磨床 磨头及导轨总体方案设计 ; 4.设计参数的计算及校核 ; 5.根据设计参数确定最佳结构方案 ; 6.设计 大型辊筒类零件专用外圆磨床磨头及导轨结构 并绘制工程图 ; 7.编写设计说明书 ; 8.外文资料翻译； 机械传动原理图及说明 机床的主要运动有拖板的纵向移动，磨头的横向移动，砂轮的转动及工件的转动等。 拖板通过直线导轨连接在床身上。有伺服电机驱动，经联轴器及滚珠丝杠副，带动垫板及磨头一起 做纵向移动。磨头固定在垫板上面，通过直线导轨连接在拖板上。由伺服电机驱动，经联轴器，滚珠丝杠副带动砂轮做横向移动。砂轮由主轴电机单独驱动，经 V 带、皮带轮带动砂轮主轴转动，磨削工件。 图 1 传动原理简图 nts导轨的组合形式选择 直线运动导轨通常有两条导轨组合而成，其形式有： （ 1）双三角形导轨 双三角形导轨不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好，但工艺性差，加工、检验、维修不便，用于精度高的机床，如丝杠车床、齿轮磨床等。 （ 2）双矩形导轨 承载能力大，制造简单，多用在普通精度机床和重型机床中，如重型 车床，组合车床，升降台铣床等。 宽式组合：有两条导轨的外侧导向，侧向间隙较大，用镶条调整。 窄式组合：由一条导轨的两侧导向。 图 2 导轨的组合 a) 双三角形导轨 b) 宽式双矩形导轨 c) 窄式双矩形导轨 （ 3）矩形和三角形导轨的组合 这类组合的导轨导向性好，刚度高，制造方便，应用最广。如车床、磨床、龙门铣床等。 （ 4）矩形和燕尾形导轨的组合 这类组合导轨能承受较大的力矩，调整方便。常用于横梁、立柱、摇臂导轨。 经过以上分析 ，我认为选用矩形和三角形导轨的组合比较好，能够满足本次设计外圆磨床的需要。 图 3 矩形和三角形导轨的组合 nts毕业设计任务书所要求的进度 2.21-3.6 调研与实习，英文文献翻译及编写实习报告。 3.7 3.13 工艺方案设计，总体方案设计、确定最佳方案，写出方案论证报告。 3.14 4.10 完成外圆磨床 磨头及导轨总体方案设计 草图。 4.11 5.18 设计参数的选择与计算 ,详细设计，绘制工程图。整理设计任务书。 5.19 5.21 定稿 5.23 5.27 评审 5.30-5.31 毕业答辩 6.1 6.5 修改毕业设计 已完成的设计任务 毕业实习，开题报告，外文翻译， 方案论证，确定论证及方案的确定 对主要问题进行计算包扩如下内容： 工作功率的计算，电机的选择， 带 轮的计算和尺寸的确定，轴的部分计算（还未校核） 完成了主要零件的设计： 现在的执行进度 现时的进度应在设计计算的后期， 应抓紧时间完成 CAD 图纸的设计，绘制前床身的装配图，以及导轨传动结构装配图，砂轮架装配图。听取指导老师意见，跟上小组进度。 设计重点与难点 （ 1） 磨床总体布局中各部件尺寸的确定； （ 2）砂轮架主轴和轴承的设计和选用； （ 3）皮带的选用和带轮的设计； （ 4）导轨的设计与选用 下一步工作计划 2 天时间完成尚未完成的计算问题 3 周时间完成图纸设计过程 1 周完成设计说明书的编写 nts 1 摘要 随着社会和科技的发展， 对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多，磨床的使用范围日益扩大。 ，在精密加工当中，有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的，而精密磨削加工会要在相应的精密磨床上进行，因此 精磨磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。 此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。 本文主要研究的是大直径滚筒外圆专用磨床的导轨设计和 磨头 设计， 导轨和 磨头 的设计影响磨床的精度， 设计时，必须从实际情况出发 ，有机地结合各种导轨和主 轴箱形式，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、调整维修方便的导轨和合理的主轴 。 关键词 ： 专用 磨床， 大直径辊筒 ， 导轨， 磨头 nts 2 Abstract Along with the development of the society and science and technology, more and more high request to accuracy and surface quality of machine spare parts, the application of various high degree of hardness material increases day by day and the use of grinding machine scope extends day by day., Process in the precision-machined , there are many zero partses whetting to pare to attain its request through a nicety, but the nicety whet to pare to process would at correspond of precise grinding machine up carry on, so the Jing whet grinding machine to occupy a prominent function in the nicety process.In addition, more and more high to the environmental protection request of grinding machine, the tool machine products of overwhelming majority all adopt the cover hull of whole closingses, absolutely didnt slice scraps or slice to pare the phenomenon that the liquid outside splashes.This text mainly what to study be circle track design and emery wheel mounting of the lead of appropriation grinding machine to account out of the big diameter roller, guide rail and wheelhead design influence the accuracy of the grinding machine, have to from actual the circumstance set out and organically combine various guide rail and principal axis box form, try hard for to design a structure in brief, work credibility, the cost is conveniently low and adjusts to maintain a reasonable principal axis and guide rail . Keywords: special purpose grinding machine, big diameter roller, guide rail, wheelhead nts 3 目录 目录 . 3 1.绪论 . 4 1.1磨床的类型与用途 . 4 1.1.1 磨床的类型及特点 . 4 1.1.2 磨床的用途 . 4 1.1.3 外圆磨削 . 5 1.2 磨床的现状及其发展趋势 . 6 2.设计任务书 . 8 2.1毕业设计题目 . 8 2.2零件工艺分析 . 8 3.机械传动原理图及说明 . 11 3.1主要运动 . 11 3.2设计重点与难点 . 11 3.3拟采用的途径与手段 . 12 3.4磨床总体布局 . 12 4.导轨设计 . 14 4.1导轨的功用和分类 . 14 4.2导轨的设计要求 . 14 4.3导轨的截面形状选择 . 15 4.4导轨的组合形式 . 16 4.5导轨组合形式的选用 . 17 4.6导轨的传动形式 . 18 4.6.1 滚珠丝杠副的选择 . 19 5.砂轮架设计 . 21 5.1砂轮架设计的基本要求 . 21 5.2砂轮架设计应满足以下几点基本要求： . 21 5.3主轴轴承系统的刚性 . 21 5.4砂轮架主轴强度的校核 . 21 5.5主轴刚度校核 . 22 5.6电动机的选择 . 23 5.7皮带设计 . 23 5.8带轮设计 . 24 5.9砂轮的选用 . 26 6.结论 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 nts 4 1.绪论 1.1 磨 床的类型与用途 1.1.1 磨床的类型及特点 用磨料磨具（砂轮，砂带，油石和研磨料等）为工具进行切削 加工 的机床 ，统称为磨床（英文为 Grinding machine） ,它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的 【 1】 。 磨床种类很多，主要有：外圆磨床，内圆磨床，平面磨床，工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床，凸轮轴磨床等 【 2】 。本次设计是 大直径辊筒专用外圆磨床 。 对外圆磨床来说，又可分为普通外圆磨床，万能外圆磨床，无心外圆磨床，宽砂轮外圆磨床，端面外圆磨床等。 以上均为使用砂轮作切削工 具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。 磨床与其它机床相比，具有以下几个特点： （ 1） 磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮的圆周线速度在 35 米 /秒左右，目前已向 200 米 /秒以上发展）； （ 2） 它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件； （ 3） 它能使工件表面获得很高的精度和光洁度； （ 4） 易于实现自动化和自动线，进行高效率生产； （ 5） 磨床通常是由电动机 油泵 发动部件，通过机械，电气，液压 传动 传动部件带动砂轮和工件相对运 动 工件部分组成 【 1】 。 1.1.2 磨床的用途 磨床可加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工、和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。 随着社会和科技的发展， 对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。精密铸造和精密锻造的发展，使得有可能将毛坯直接磨成成品。高速磨削和强力磨削，进一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用nts 5 范围日益扩大。它在金属切削机床中所占的 比重不断上升。目前在工业发达的国家中磨床在机床总数中的比例已达 30% 40%。 据 1997 年欧洲机床展览会（ EMO）的调查数据表明 ， 25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占 23%，钻削占 22%，其它占 8%；而磨床在企业中占机床的比例高达 42%，车床占 23%，铣床占 22%，钻床占 14%由此可见，在精密加工当中，有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的，而精密磨削加工会要在相应的精密磨床上进行，因此 精磨磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。但要实现精密磨削加工，则所用的磨床就应该满足以下几个基本要求： （ 1） 高几何精度 。 精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。 主轴轴承可采用液体静压轴承 、短三块瓦或长三块瓦油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。当前采用动压轴承和动静压轴承较多。主轴的径向圆跳动一般小于 1 微米 ，轴向圆跳动应限制在 2 3 微米以内。 （ 2） 低速进给运动的稳定性。由于砂轮的修整导程要求 10 15mm/min，因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。 （ 3） 减少振动。 精密 磨削时 如果产生振动，会对加工质量产生严 重不良影响。故对于精密磨床，在结构上应考虑减少振动。 （ 4） 减少热变形。精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的 50%，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。 1.1.3 外圆磨削 在外圆磨削过程中，工件一般是安装在两顶尖的中心之间 ，砂轮旋转是引起切削旋转的主要来源和原因。基本上外圆磨削方法有两种，即横磨法磨外圆和纵磨法磨外圆 ， 如 图 1 1 和图 1 2 所示。 nts 6 图 1 1 横磨法磨外圆 图 1 2 纵磨法磨外圆 事实上，外圆磨削可以通过其它以下几种方法来实施： （ 1）传递方法：在 这种方法中，磨削砂轮和工件旋转以及径向进给都应满足所有的整个长度，切削的深度是由磨削砂轮到工件的纵向进给来调整的。 （ 2）冲压切削方法：在这种方法中，磨削是通过砂轮的纵向进给和无轴向进给来完成的，正如我们看到的，只有在表面成为圆柱的宽度比磨削轮磨损宽度短时，这种方法才能完成。 （ 3）整块深度切削方法：除了在磨削过程中，要进行间隙调整外，这种方法与传递方法很相似，同时这种方法具有代表性，除了磨削短而粗的轴。 1.2 磨床的现状及其发展趋势 随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨 削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削 （从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展） 和研制高精度 、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展 ，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至 4 微米、磨削精度高达 0.025 微米；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达 400 米每秒，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用砂轮的线速度为 40 60 米每秒；从精度上看，定位精度 2 微米，重复定位精度 1 微米的机床已越来越多； 从主轴转速来看， 8.2KW 主轴达 6000r/min,13KW 主轴达 42000r/min，高速已不是小功率主轴的专有特征； 从刚性上看，已出现可加工 60HRC硬度材料的加工中心。 多特蒙德技术大学切削工艺研究所（ ISF）所长 Dirk Biermann 博士在总结nts 7 外圆磨削的发展趋势时曾说过：“继续不断发展外圆磨削的首要目的是改进可达到的精度、提高设备性能并增加机床灵活性。”在他看来，重点之一是在同一台机器上组合各种磨削工艺，如内外圆磨削、平面磨削和仿行磨削等，甚至可与其他生产工艺结合。其中车削和磨削是最为著名的工艺组合。 该研究所的一项研发成果是车削 -磨削 -珩磨工艺组合。这种共生现象不仅减少了工件加 工的时间，而且还提高了调整工件表面质量的灵活性。 外圆磨床的进一步发展不仅体现于机加工和磨削技术方面， NC 控制器也有进一步发展的潜力。据 Biermann说：“模拟仿真技术的应用就不像今天的铣削加工那样先进且普遍。另一个方面是不同加工阶段的润滑剂的使用，包括超高速磨削加工。”瑞士 Fritz Studer 公司负责产品开发、研究和技术的主任 Frank Fiebelkorn博士说：“我们的客户要求生产性磨床具有更大的灵活性，同时，对设备在整个寿命周期的质量期望值也越来越高。据说，设备生产厂家很有必要在其产品系列中添 加低价品种，用于工件运输自动化，为较为简单的机器实现多机联动运行提供支持。” 北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合并生产的GA(P)62 63 数控外圆 /数控端面外圆磨床，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达 60m/s，砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机公司 GC32 ECNC 磨床专用数控系统可实现二轴 (X和 Z)到四轴（ X、 Z、 U和 W）控制。 此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处理机 系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。 nts 8 2.设计任务书 2.1 毕业设计题目 大直径辊筒专用外圆磨床设计（一）（磨头及导轨传动结构设计） 设计任务 （ 1） 根据纺织机械中大型辊筒类零件的特点，对零件进行工艺分析 ; （ 2） 工厂调研及文献检索； （ 3） 参与总体方案设计，完成外圆磨床 磨头及导轨总体方案设计 ; （ 4） 设计参数的计算及校核 ; （ 5） 根据设计参数确定最佳结构方案 ; （ 6） 设计 大型辊筒类零件专用外圆磨床磨头及导轨结构 并绘制工程图 ; （ 7） 编写设计说明书 ; （ 8） 外文资料翻译； 2.2 零件工艺分析 （ 1）锡林 结合 件 图 2 1锡林 结合件 示意图 nts 9 作用：完成梳理、剥取与转移 。 结构：锡林体、针布。 要求：动平衡、表面圆整度要好。 锡林的材料是铸铁或钢板卷焊，由滚筒，堵头和芯轴组成。锡林的加工路线：钢板卷焊 车削 磨削 。锡林的直径和长度较大，加工精度要求较高。如果锡林几何误差、动不平衡较大，包针布后产生中凹变形，会影响 锡林与刺辊、盖板、道夫 的间距，造成纤维转移变化、棉网不均匀、条干恶化。 （ 2）道夫结合件 图 2 2道夫结合件示意图 道夫的作用：配合锡林梳理，将棉网输出机外； 结构：与锡林相似，由滚筒和针布 组成，不过其直径较小，转速较低。 （ 3）锡林与道夫间 作用性质：为分梳作用。由两者之间为分梳作用，两针面都能抓取纤维。针齿配置：分梳作用（平行针齿）。道夫结构类似锡林，直径 600 707，转速2030r/min；高产梳棉机道夫线速度 90m/min，出条速度 130170m/min。 作用过程 锡林针面抓取的纤维，尾端受到道夫针面的梳理，通过大漏底与刺辊带来的新纤维相遇，实现新旧纤维的混和，而后来到锡林盖板工作区梳理。 道夫针面抓取的纤维，前端受到锡林的梳理，形成棉网输出；输出棉后弯钩纤维nts 10 较多。 （ 4）设计大直径滚筒专用 外圆 磨床的必要性 由于锡林和道夫的直径和长度较大，而且加工精度要求较高，锡林的年生产量 4000件 /台，加上道夫，年生产量达 8000 件 /台，如果用普通外圆磨床，外圆磨床的规格较大，生产成本较高，装卸调整不方便。工件的年生产量较大，故有必要设计大直径滚筒专用外圆磨床。 图 2 3锡林、道夫 结合件 nts 11 3.机械传动原理图及说明 3.1 主要运动 机床的 主要 运动 有拖板的纵向移动，磨头的横向移动，砂轮的转动及工件的转动等。 拖板通过直线导轨连接在床身上。有伺服电机驱动，经联 轴器及滚珠丝杠副，带动垫板及磨头一起做纵向移动。磨头固定在垫板上面，通过直线导轨连接在拖板上。由伺服电机驱动，经联轴器，滚珠丝杠副带动砂轮做横向移动。砂轮由主轴电机单独驱动，经 V 带、皮带轮 带动砂轮主轴转动，磨削工件。 图 3 1传动原理简图 3.2 设计重点与难点 （ 1） 磨床总体布局中各部件尺寸的确定； （ 2）砂轮架主轴和轴承的设计和选用； （ 3）皮带的选用和带轮的设计； nts 12 （ 4）导轨的设计与选用 3.3 拟采用的途径与手段 （ 1）查阅国内外磨床相关资料 ，确定磨床总体布局中各部件尺寸； （ 2）检验主轴前端挠度，确 保主轴刚度； （ 3）参考机械设计，选择 V 带和带轮； （ 4）采用 Auto CAD 绘制装配图和零件图； （ 5）查阅机械设计手册，机床设计手册，合理设计砂轮主轴箱； （ 6）查阅导轨设计相关资料，确定导轨的组合形式。 3.4 磨床总体布局 图 3 2磨床总体布局示意图 （ 1）加工零件 大直径滚筒 ,Ra1.6 Ra6.3,材料 45 （ 2）初步估计组成部分 nts 13 a.床身； b.工作台面 ； c.砂轮架 ； d.测量装置； e.砂轮进给电机， f.电气框；g.工作台进给电机； h.工件旋转电机； i.润滑冷却装置； j.数控装置； （ 3）总体布局 初步设计 T型床身； 工作台移动； 机床前防护罩采用全封闭结构 nts 14 4.导轨设计 4.1 导轨的功用和分类 （ 1）功用：承受载荷和导向。承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件（刀架）可沿导轨运动。 机床上两相对运动部件的配合面组成一对导轨副，在导轨副（如工作台和床身导轨）中，运动的一方（如工作台导轨）叫做动导轨，不动的一方（如床身导轨）叫做支承导轨。动导轨相对于支承导轨只能做一个自由度的运动，以保证单一方向的导向性。通常动导轨相对于支承导轨只 能作直线运动或者回转运动。 （ 2）分类（按结构形式分）： 开式导轨：指在部件自重和载荷的作用下 ，运动导轨和支撑导轨的工作面始终保持接触、贴合。其结构简单，但不能承受较大的颠覆力矩的作用。 闭 式导轨：借助于压板使导轨承受较大的颠覆力矩的作用。 压板 1、 2； e、 f为主导轨面，压板 1、 2形成辅助导轨面 g、 h。 图 4 1开式和闭式导轨 a）开式导轨 b）闭式导轨 4.2 导轨的设计要求 （ 1）几何精度就是通常说的导向精度，即运动的直线度或回转精度 。 主要影响因素有： 导轨的 结构类型；导轨的 几何精度和接触精 度。 导轨和 基 础件的刚度；导轨的油膜厚度和油膜刚度；导轨和基础件的热变形等。 nts 15 （ 2）运动精度包括两方面内容：一是运动的平稳性（例如低速不爬行），二是定位精确（线定位和角定位） 。 精度保持性主要是由导轨耐磨性决定的，它与导轨的摩擦性质、导轨材料、工艺方法以及受力情况有关。 （ 3）具有足够的承载能力和刚度，使用寿命长 。 导轨的刚度指导轨在外载荷的作用下，抵抗受力变形的能力。导轨受力后变形会影响部件之间的相对位置和导向精度。 （ 4）结构简单，工艺性好，便于调整和维修 。 设计时要注意使得制造、维修方便，刮研劳动量少，如果是镶装导轨则应尽量做到容易更换。 （ 5）具有良好的润滑和防护装置 【 3】 。 4.3 导轨的截面形状选择 直线运动导轨的截面形状有四种：矩形、三角形、燕尾形、圆柱形，并可相互结合、有凸、凹之分。 （ 1） 矩形导轨 矩形导轨承载能力大、刚度高、制造简单、检验、维修方便（优点） ； 存在侧隙、需用镶条调整，导向性差（缺点）。用于载荷大、导向性要求略低的机床 。 图 4 2导轨的截面形状 a) 矩形导轨 b) 三角形导轨 c) 燕尾形导轨 d) 圆柱形导轨 （ 2）三角形导轨 nts 16 三角形导轨面磨损时，动导轨会自动下沉，自动补偿磨损量，无间隙。顶角 在 900 1200 范围内变化 ， 越小，导向性越好，但摩擦力越大。因此小顶角导轨用于轻载精密机床，大顶角导轨用于大、重型机床。 （ 3）燕尾形导轨 燕尾形导轨可承受较大的颠覆力矩，导轨的高度较小，结构紧凑，间隙调整方便，但刚度较差，加工、检验、维修不大方便 。 适用于受力小、层次多，要求间隙调整方便的部件。 （ 4）圆柱形导轨 圆柱形导轨制造方便，工艺性好，但磨损后较难调整和补偿间隙，主要用于受轴向负荷的导轨，应用较少。 4.4 导轨的组合形式 直线 运动导轨通常有两条导轨组合而成，其形式有： （ 1） 双三角形导轨 双三角形导轨不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好 ，但工艺性差，加工、检验、维修不便，用于精度高的机床，如丝杠车床、齿轮磨床等。 （ 2）双矩形导轨 承载能力大，制造简单，多用在普通精度机床和重型机床中，如重型车床，组合车床，升降台铣床等。 宽式组合：有两条导轨的外侧导向，侧向间隙较大，用镶条调整。 窄式组合：由一条导轨的两侧导向。 图 4 3导轨的组合 a) 双三角形导轨 b) 宽式双矩形导轨 c) 窄式双矩形导轨 （ 3）矩形和三角形导轨的组合 这类组合的导轨导向性好，刚度高，制造方便，应用最广。如车床、磨床、nts 17 龙门铣床等。 （ 4）矩形和燕尾形导轨的组合 这类组合导轨能承受较大的力矩，调整方便。常用于横梁、立柱、摇臂导轨。 4.5 导轨组合形式的选用 经过以上分析 ，我认为选用矩形和三角形导轨的组合比较好，能够满足本次设计外圆磨床的需要。 （ 1） 砂轮架导轨 80 80 450 考虑到砂轮的大小及重量与砂轮架的稳定性取 L 中心 = 450 mm。 图 4 4砂轮架导轨示意图 砂轮架行程： 300 mm （ 2）工作台导轨 nts 18 图 4 5工作台 导轨示意图 工作台行程： 1440 mm 机床滑动导轨常用的材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。灰铸铁通常以 HT200 或HT300 做固定导轨，以 HT150 或 HT200 做动导轨。 （ 3）导轨面防护 工作台导轨：不锈钢可伸缩防护罩 砂轮架导轨：前部钢罩，后部不锈钢可伸缩防护罩 4.6 导轨的传动形式 导轨的传动形式采用由伺服电机经联轴器、滚珠丝杠传动。 滚珠 丝杠的转动使得滚珠沿螺旋滚道滚动 ， 带动螺母轴向移动 ， 具有较小的摩擦力 ， 相近的动、静摩擦系数 ， 削弱了局部爬行现象 ， 从而提高了传动精度和传动机械效率。经过一个 多世纪的实践应用 ， “旋转电机 +滚珠丝杠”驱动 机构已经成为传统的精密驱动方式 ， 性价比高 ， 动、静刚度高 ， 传动精度好 ，控制技术成熟。 nts 19 mm8.214404000 4.6.1 滚珠丝杠副的选择 1）选择条件 运动部件质量 m = 50 kg（运动部件 总 质量 约 550kg） 行程长度 L = 1100 mm 最大速度 Vmax = 4000 mm min 最小进给量 s = 0.01 mm AC伺服电机额定转速 1440 rpm 2）选择项目 丝杠轴直径 导程 螺母型号 丝杠轴支撑方式 驱动电机 3）丝杠轴的选择 （ 1） 假定丝杠轴长度 假定螺母全长为 120mm，丝 杠轴末端长度为 200mm。 所以根据行程长度 1100mm 决定全长： 1100+320=1420mm 假定丝杠轴长度为 1500mm （ 2） 导程的选择 因伺服电机的额定转速是 1440rpm，最高进给速度是 Vmax = 4000 mm min 滚珠丝杠的导程如下： 考虑到床身导轨比较长，加工零件长度较长，选择丝杠的导程为 10mm。 （ 3） 丝杠轴直径的选择 选择精密滚珠丝杠，参照 文献 4693 页 上表 12-1-14，满足导程 10mm 的滚珠丝杠轴外径如下： 12， 16， 20， 25， 32， 40， 50， 63, 80, 100, 125 mm。 超精密机床的特点是保证每个环节具有足够高的刚性，每个元件处于性能最好的状态，从而保证机床的高精度。 根据上述条件选择 床身 滚珠丝杠直径为 63mm，导程为 10mm。 同理，可以选择拖板滚珠丝杠直径为 50mm，导程为 5mm。 nts 20 图 4 6内循环滚珠丝杠副滚珠螺母安装、连接示意图 nts 21 5.砂轮架设计 5.1 砂轮架设计的基本要求 砂轮架是磨床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件，主要有传动部件和主轴轴承部分组成，主轴与轴承是砂轮架的主要组成部分，因此对砂轮架设计提出的基本要 求也是针对主轴与轴承部分的。 5.2 砂轮架设计应满足以下几点基本要求： （ 1） 主轴旋转精度高，旋转稳定； （ 2） 主轴轴承系统刚性好； （ 3） 振动小，发热低，不漏油； （ 4） 装配制造简单，调整维修方便。 5.3 主轴轴承系统的刚性 主轴轴承系统的刚性是指在磨削力或传动力作用下，主轴轴承抵抗变形的能力。通常以主轴前端的挠度来度量。过低的刚性会降低磨削生产率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋线缺陷。 5.4 砂轮架主轴强度的校核 进行轴的强度校核时，应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法，并恰当的选取其许用应力。对砂轮架 主轴来说，主要承受扭矩，应该按照扭转强度计算，且在选取许用应力时应该选取较小值。砂轮架主轴材料采用42MnVB，并进行淬火，故选取许用应力为 40Mpa 。 轴的扭转强度条件为 T = T WT = 9.55 106P 0.2d3n T T 扭转切应力（单位为 Mpa） T 轴所受扭矩（单位为 N） WT 轴的扭转截面系数（单位为 mm3） P 轴传递的功率（单位 为 KW） n 轴的转速（单位为 r/min） nts 22 d 计算截面处的直径（单位为 mm） T 许用扭转应力（单位为 Mpa） 由上式可得轴的直径为 d = = = 22 mm 考虑到砂轮架的刚度等因素，取主轴的最小直径为 40mm。砂轮架主轴的尺寸如图所示 图 5 1砂轮架主轴尺寸示意图 5.5 主轴刚度校核 （ 1） 当量直径 因为是阶梯轴，所以用当量直径法作近似计算当量直径为： dv = L = 118+70+440+50+125 = 803 mm dv = = 81.3 mm (2)允许挠度 3 6 2.01055.9 TnP 3 6 7.1216402.0111055.9 4 iidlL44444444 72125805090701103009070807065118803nts 23 允许挠度 y = 0.0002L 0.0002 803 = 0.161 mm (3)计算主轴前端挠度值 Y 主轴 = P 载荷 （单位为公斤）（ 150/9.8） L 轴两端的跨距（单位为厘米）（ 80.3） a 悬伸长度（单位为厘米）（ 14.2） E 材料的弹性模数（单位为公斤 /平方厘米）（ 21.02 105） I 截面惯性矩（平方厘米） Y 主轴 = = 0.00015 cm = 0.015 mm 又因为 y = 0.161 ， 0.015 0.161 ，即 Y主轴 y 由上述校核可以得知，主轴刚度符合要求。 5.6 电动机的选择 N 电 = N 切 + N 空 = = （ 2.35 8.82） + 3.8 = 6.15 12.62 kw 通过以上计算，取 N 电 = 11 kw，选择 Y160M 4 型电动机 5.7 皮带 设计 1） 皮带材料的选用 皮带材料选用聚氨酯。 2） 设计计算 【 5】 已知小带轮转速，即 n1 = 1460 r/min ，传动比 i = 1.2 ； （ 1） 确定计算功率 Pca 由教材机械设计表 8 7 查得工作情况系数 KA=1.1 , 故 Pca = KA P = 1.1 x 11 kw = 12.1 kw EI alPa3 )(2 985.3071002.218.93 5.942.14150 52 8.3102 砂VPZnts 24 （ 2） 选择 V 带的带型 根据 Pca 、 n1 由图 8 10（机械设计第八版）选用 B 型 。 （ 3） 确定带轮的基准直径 dd 并验算带速 v a. 初选小带轮的基准直径 dd1。由表 8 6 和表 8 8，取小带轮的 基准直径 dd1=125 mm。 b. 验算带速 v0 v = dd1n1/60 1000 = 3.14 125 1460/60 1000 = 9.55 m/s 因为 5 m/s v 30 m/s ,故带速合适。 c. 计算大带轮的基准直径。 dd2 = idd1 = 1.2 125 = 150 mm (4) 确定 v带的中心距 a和基准长度 Ld a. 0.7（ dd1 + dd2） a0 2（ dd1 + dd2） 192.5 a0 550 ,初定中心距 a0 = 350 mm 。 b. Ld = 2 a0 + （ dd1 + dd2） /2 + (dd2 dd1)2/4 a0 = 2 350 + (125+150)/2 +(150 125)2/4 350 = 1132 mm 由表 8 2 选带的基准长度 L=1120 mm c. 计算实际中心距 a a = a0 + (L-Ld)/2 = 350 + (1120-1132)/2 = 344 (5) 验算小带轮上的包角 1 =1800-（ dd2 dd1） 57.30/a =1800-（ 150-125） 57.30/344 =175.80 900 (6) 计算带的根数 z a. 计算单根 V 带的额定功率 Pr 。 由 dd1 = 125和 n1 = 1460 r/min ,查表得 P0=2.19 kW 根据 n1 = 1460 r/min , i = 1.2 和 B 型带查表得 P0 =0.25 kW 查表得 K = 0.99 ， KL = 0.86 ,于是 Pr = （ P0+ P0） . K . KL= (2.19+0.25) 0.99