气缸磨床总体设计

70中国矿业大学2011届本科生毕业设计目 录1 气缸概述41.1普通气缸工作原理51.2气缸结构51.3气缸国家标准62 气缸筒加工工艺规程设计82.1零件的分析82.1.1零件的作用82.1.2零件的工艺分析83 磨床绪论93.1磨床加工范围93.2磨床加工特点93.3磨床的发展历程103.4磨床的分类103.5内圆磨床特点113.6内圆磨床概述124 气缸磨床的总体设计154.1气缸磨床的设计要求154.2气缸磨床的总体布局154.3 气缸磨床参数的确定：174.3.1磨床的主参数即磨床主要规格174.3.2 气缸磨床一般技术参数174.3.3 磨床的运动参数174.3.4 机床的结构参数174.3.5气缸磨床的技术标准204.4机械传动设计224.4.1拟定传动系统224.4.2气缸磨床传动系统设计要求234.4.3确定电动机的类型234.4.4气缸磨床砂轮架传动系统的拟定244.4.5头架皮带轮带轮尺寸的确定274.4.6工作台进给齿轮的计算274.5液压传动的设计284.5.1拟定液压回路284.5.2液压系统图304.5.3液压系统工作原理314.5.3液压系统计算325 主要部件设计345.1砂轮主轴的设计345.1.1设计原始数据及设计345.12初定轴上零件的装配方案355.1.3轴上零件的定位355.1.4主轴主要尺寸的确定355.1.5主轴临界转速的校核405.1.6壳体的设计415.2 砂轮架设计415.3进给机构的设计425.3.2进给机构齿轮设计435.3.3进给机构工作原理495.3.4 摩擦轮的设计495.4床身设计506 机床的使用与维护516.1设备的安装与调试516.2磨床的操作方法526.3 机床电气设备日常维护保养工作的主要内容和要求526.3.1设备使用中应注意的问题526.4 机械部件的维护546.4.1主传动链的维护546.4.2 滚珠丝杠螺纹副的维护546.4.3液压、气压系统维护546.5机床精度的维护546.6电气设备的维护和保养周期55总结56参考文献57A STUDY ON INTEGRATED OPTIMAL DESIGN FOR A HIGH2PRECISION INTERNAL GRINDER58高精度气缸磨床整机集成优化设计研究66致 谢711 气缸概述1.1普通气缸工作原理包括单作用式和双作用式气缸。常用于无特殊要求的场合。图11为最常用的单杆双作用普通气缸的基本结构，气缸一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等零件组成。 图11 普通双作用气缸1，13弹簧挡圈;2防尘圈压板; 3防尘圈; 4导向套; 5杆侧端盖; 6活塞杆;7缸筒;8缓冲垫;9活塞;10活塞密封圈;11密封圈;12耐磨环;14无杆侧端盖缸筒7与前后缸盖固定连接。有活塞杆侧的缸盖5为前缸盖，缸底侧的缸盖14为后缸盖。在缸盖上开有进排气通口，有的还设有气缓冲机构。前缸盖上，设有密封圈、防尘圈3，同时还设有导向套4，以提高气缸的导向精度。活塞杆6与活塞9紧固相连。活塞上除有密封圈10，11防止活塞左右两腔相互漏气外，还有耐磨环12以提高气缸的导向性；带磁性开关的气缸，活塞上装有磁环。活塞两侧常装有橡胶垫作为缓冲垫8。如果是气缓冲，则活塞两侧沿轴线方向设有缓冲柱塞，同时缸盖上有缓冲节流阀和缓冲套，当气缸运动到端头时，缓冲柱塞进入缓冲套，气缸排气需经缓冲节流阀，排气阻力增加，产生排气背压，形成缓冲气垫，起到缓冲作用。1.2气缸结构气缸主要结构有：1）缸筒 缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动，缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0.8um。对钢管缸筒，内表面还应镀硬铬，以减小摩擦阻力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外，还是用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸，缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。 2）端盖 端盖上设有进排气通口，有的还在端盖内设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，现在为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。 3）活塞 活塞是气缸中的受压力零件。为防止活塞左右两腔相互窜气，设有活塞密封圈。活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性，减少活塞密封圈的磨耗，减少摩擦阻力。耐磨环长使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夹布合成树脂等材料。活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定。滑动部分太短，易引起早期磨损和卡死。活塞的材质常用铝合金和铸铁，小型缸的活塞有黄铜制成的。 4）活塞杆 活塞杆是气缸中最重要的受力零件。通常使用高碳钢，表面经镀硬铬处理，或使用不锈钢，以防腐蚀，并提高密封圈的耐磨性。 5）密封圈 回转或往复运动处的部件密封称为动密封，静止件部分的密封称为静密封。 缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种： 整体型、铆接型、螺纹联接型、法兰型、拉杆型。 各种气缸结构如图1-2所示。 图12气缸结构1.3气缸国家标准气缸的国家标准：气缸的规格如下表所示：2 气缸筒加工工艺规程设计2.1零件的分析2.1.1零件的作用题目给出的零件是气缸，气缸磨床主要用于加工气缸缸筒内表面，即气缸磨床中的专用机床。加工零件要求如下：钢筒直径：6-100mm最大深度：150mm缸筒内孔需有足够的硬度和耐磨性能2.1.2零件的工艺分析气缸筒零件的材料设为20C，采用薄臂无缝钢管，半精车后缸筒内表面需镀硬铬处理，以保证缸筒内圆有足够的耐磨性，最后以气缸磨床磨削达到使用要求。从缸筒内圆最后成型方法看，有浮动鏜、滾压、磨削、珩磨等，而内孔经镀铬处理后，表面硬度较高，通常采用内圆磨、珩磨等加工方式。可见气缸缸筒的内圆磨削加工是一种加工时间较短，加工质量较好，成本较低工艺方法。下表为气缸筒加工工艺过程卡片。3 磨床绪论磨床(grinder,grinding machine)是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。 大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。3.1磨床加工范围磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。磨床可以加工各种表面，如内外圆柱面和圆锥面、平面、齿轮齿扩面、螺旋面以及各种成型面等，还可以刃磨刀具和进行切割等，工艺范围十分广泛。磨床加工时的工作运动，随所用磨具形式、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，其主运动一律为砂轮的高速旋转运动，进给运动的形式与数目则决定于被加工表面的形状以及所采用的磨削方法，它可以由工件或砂轮来完成，也可以由两者共同完成。3.2磨床加工特点磨床加工比较容易获得高的加工精度和细的表面粗糙度，在一般加工条件下，精度为IT5-6级，表面粗糙度为Ra0.32-1.25；在高精度外圆磨床上进行精密磨削时，尺寸精度可达到0.2um，圆度可达0.1um，表面粗糙度可控制为Ra0.01；精度平面磨削的平面度可1000:0.0015。另外，磨床可以加工其他机床不能或很难加工的高硬材料，如淬硬钢、硬质合金、玻璃、陶瓷等。但磨床的切削效率一般比其他机床低，因此，主要哟关于各种零件特别是淬硬零件的精加工。但是随着磨料磨具和高效磨削工艺，如高速磨削、强力磨削等的发展，以及磨床结构性能的不断改进，磨削效率已经有了显著提高，故近年来磨床的应用，已从精加工领域逐步扩大到粗加工领域。3.3磨床的发展历程十八世纪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气车工业的发展，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。3.4磨床的分类随着高精度、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。 根据用途和采用的工艺方法不同，大致可分为以下几类：(1)外圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。 (2)内圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形内表面的磨床。 (3)座标磨床：具有精密座标定位装置的内圆磨床。 (4)无心磨床：工件采用无心夹持，一般支承在导轮和托架之间，由导轮驱动工件旋转，主要用于磨削圆柱形表面的磨床。 (5)平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。 (6)砂带磨床：用快速运动的砂带进行磨削的磨床。 (7)珩磨机：用于珩磨工件各种表面的磨床。 (8)研磨机：用于研磨工件平面或圆柱形内，外表面的磨床。 (9)导轨磨床：主要用于磨削机床导轨面的磨床。 (10)工具磨床：用于磨削工具和刀具的磨床。 (11)多用磨床：用于磨削圆柱、圆锥形内、外表面或平面，并能用随动装置及附件磨削多种工件的磨床。 (12)专用磨床：从事对某类零件进行磨削的专用机床。按其加工对象又可分为：花键轴磨床、曲轴磨床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床、曲线磨床等。由上述材料，加工气缸主要是内表面的加工，即加工内圆柱、圆锥面，故加工气缸应采用内圆磨床。3.5内圆磨床特点 机床的进给及补偿,由二个互不干涉的传动机构执行.进给系统具有定程磨削功能,采用手动或液动二种进给方式。 内圆磨床机床设有快跳机构，因此退出砂轮进行测量或修整后不必重新手动对刀。 工作台快退设有中停装置，快退距离可按需要调整，以减少辅助时间。 工作台起动手把设有安全联锁装置，确保装卸和测量工作时的安全性。 机床砂轮轴最高转速为24000转/分，以提高磨削小孔。 根据特殊用途，可改装电主轴变频调速以磨削小直径内孔。 本机床设有端面磨削装置，能保证工件内孔与端面的垂直度。 3.6内圆磨床概述内圆磨床是用来加工工件的圆柱形、圆锥形或其他形状素线展成的内孔表面及其端面的磨床。内圆磨床分为普通内圆磨床、行星内圆磨床、无心内圆磨床、坐标磨床和专门用途的内圆磨床等。按砂轮轴配置方式，内圆磨床又有卧式和立式之分。 常用的几种内圆磨床运动形式有 普通内圆磨床:由装在头架主轴上的卡盘夹持工件作圆周进给运动，工作台带动头架沿床身导轨（见机床导轨）作纵向往复运动，头架还可绕竖直轴转至一定角度以磨削锥孔，砂轮架沿滑鞍作横向进给运动（见机床）。 行星内圆磨床：工作时工件固定不动,砂轮除绕本身轴线高速旋转外还绕被加工孔的轴线回转，以实现圆周进给，它适于磨削大型工件或不宜旋转的工件如内燃机气缸体等。 无心内圆磨床:工作时工件外圆支承在滚轮或支承块上，工件端面由磁力卡盘吸住并带动旋转，但略可浮动，以保证内外圆的同心度。小规格内圆磨床的砂轮转速最高可达十几万转每分。在大批量生产中使用的内圆磨床，自动化程度要求较高，在磨削过程中，可用塞规或测微仪自动控制尺寸。 内圆磨床的类型及适用范围见表类型简 图最大磨削孔径最大磨削深度结构特点适用范围mm行星式内圆磨床12 50 100 200 400 80032 80 125 200 320 500工件固定不动，砂轮除绕本身轴线胳朴素回转外， 还绕被加工孔的轴线回转，以实现圆周进给适于大型工件或不宜旋转的工件磨削无心式内圆磨床工件外圆支承在滚轮或支承块上，工件端面由磁力吸盘吸住带动旋转，并略有浮动，以保证内外圆同轴度。小规格无心内圆磨床几十万r/min。 在大批量生产可用塞规或测微仪自动控制加工尺寸适于大批生产的小形工件磨削数控立式内圆磨床50 100. 200 40080 120 200 320工件、或砂轮按特定轨迹运动，砂轮旋转并作 轴向往复运动和横向进给适于复杂形面孔磨削卧式内圆磨床12 50 100 200 400 80032 80 125 200 320 500磨头纵向往复移动，头架横向进给适于自动或半自动磨削各种工件工件头架往复移动，磨头沿滑鞍作横向进给， 头架还可绕竖直轴转角度来磨锥孔。适于自动或半自动磨削各种工件磨头纵向往复移动及横向移动。头架固定。适于长形工件磨削立式内圆磨床磨头上下往复移动和横向移动，工作台回转。占地小，便于短粗工件装卸和加工。机床结构较复杂适于大型工件磨削磨头上下往复移动及横向移动工作台回转及横向移动，磨头刚度较高。摆动式内圆磨床12 50 100 200 400 80032 80 125 200 320 500 磨头纵向移动、摆动，以实现磨头的横向进给。磨头还可在磨头滑座上作横向调整，工件架固紧在机床底座上。由于纵横进给只用一个滑座，故机床刚度及工作精度高，比传统布局滑动面磨损小。适用于中小型工件磨削4气缸磨床的总体设计4.1气缸磨床的设计要求在了解国内外精密气缸磨床系统的基础上，结合国内的市场需求，综合考虑经济性、高效性和快捷性等因素，提出以下的设计要求：1）按照市场对大多数气缸的尺寸形状要求，结合气缸磨床设备的特点提出气缸的尺寸要求在中20050Omm。2）铸件表面粗糙度Ra3.26.3um；工件尺寸精度。3）良好的安全性，能保证设备和人员的安全。4）良好的可靠性，较少维护，操作人员只需1人。5）良好的可扩展性，能根据市场的快速变化进行扩展。6）良好的经济效益。7）良好的外型，符合现代工业造型的要求。从该设计要求来看，需要在追求良好的铸造性能的同时充分考虑可靠性、安全性、可扩展性、性价比等要求。4.2气缸磨床的总体布局气缸磨床的布局方案有以下三种：第一方案：磨头即作纵向往复运动，又作横向进给第二方案：1、头架作横向往复运动2、磨头作横向进给第三方案：1、磨头作纵向往复运动 2、头架作横向进给第一种方案，磨架设计、制作较为复杂。第二种方案与第三种方案只是纵向进给与横向进给方式对换。综合上述方案，从方便横向进给与观察磨削情况角度考虑，选取第二种方案的总体布局，大多数普通气缸磨床均采用该种布局。其外形如下图。M2110普通气缸磨床外形图4.3 气缸磨床参数的确定：4.3.1磨床的主参数即磨床主要规格 机床主参数通常以机床上可加工的最大工件尺寸表示。 设计气缸磨床的主参数为M2110150，它的最大回转直径为270mm，加工最大深度为150mm，加工工件内圆的直径6-100mm。4.3.2 气缸磨床一般技术参数 机床的一般技术参数，通常是指机床各部件的运动参数，尺寸、结构参数，功率参数以及其他参数。4.3.3 磨床的运动参数气缸磨床，刀具（砂轮）与工件都作旋转运动。砂轮架主轴带动砂轮作高速旋转运动；头架带动工件作旋转运动；头架纵向（轴向）往复运动；砂轮架作横向（径向）进给运动。为缩短辅助时间的砂轮架快速进退。气缸磨床运动参数的范围：M2110A气缸磨床的砂轮主轴转速：24000r/min：工作台最大运动速度：8m/min；工件最大转速600r/min；砂轮最大横向移动量80mm。4.3.4 机床的结构参数结构参数指机床各部件主要结构尺寸参数。1) 导轨的形式选用气缸磨床的导轨包括床身导轨和砂轮架垫板导轨，他们都是采用V平的组合。 目前，导轨尺寸参数的趋势是减小导轨中心距，增大导轨面的宽度。 减小导轨中心距，使机床外形尺寸减小，节约材料，并使V形导轨与平导轨的载荷趋于均匀。由于缩小了二导轨的开档尺寸，便于操作者装卸工件，且手摇台面轻便。 增大导轨面的宽度，可降低导轨面的比压，减小磨损，提高使用寿命。常见导轨形式有以下五种：气缸磨床属精密加工设备，为保证零件加工尺寸精度和表面粗糙度要求，工作台选用V-平型导轨，磨架选用双燕尾型导轨以满足设计要求。4.3.4.2 导轨尺寸的选用 根据主参数D=100，查磨床手册可知，工作台导轨尺寸V平中心距6055210中心距/导轨宽为3.5（平导轨）； 4.0（V导轨）砂轮架导轨尺寸V平中心距5045210中心距/导轨宽为4.2（平导轨）； 4.7（V导轨）4.3.4.3纵向移动速度纵向往复移动速度的大小，直接影响工件加工生产率、精度、光洁度。根据主参数D=100，查磨床手册可知，纵向移动速度（米/分）工作台0.054砂轮架0.12.54.3.4.4工作台回转角度 确定工作台的回转角度，是以不使砂轮架与头架相碰为原则，故工作台愈长，其转角愈小，一般在内。根据主参数D=100， L=150,查得工作台回转角度：10。4.3.4.5砂轮架电动机功率砂轮架电动机功率Kw磨削功率损耗功率其中切削功率可用公式切向磨削力与进给量S、切削深度t的大小，砂轮与工件线速度的高低，砂轮磨削面的窄宽等有光（即与单位时间内磨削量有关）。切削系数 切削深度v 工件圆周进给速度（m/min）轴向进给量x、y、z切削因素的内在规律查阅资料知，径向磨削力公式为磨损功率包括传动副和轴承结构以及砂轮质量和运转惯量等各种因素所引起的功率损耗有关。砂轮线速度 35m/s工作台纵向进给速度 S=8m/s工件旋转线速度 9.5 19 26.5 磨削深度 t从0.020.10mm/次切削力为412.5公斤带入切削功率公式另，磨损功率为磨床空载时消耗功率为0.51.4kw则：根据上述测算，并考虑机床的生产效率，应选用35kw 的电动机较合适。4.3.4.6头架转速粗磨时，工件线速度为2030m/s，砂轮的线速度达35m/s。则头架工件转速范围，应能满足粗精磨最大和最小直径的工件，则头架的最高、最低转速为两者之比，传动系统可以满足要求。初步选定头架转速200、300、400、600转/分4.3.5气缸磨床的技术标准上述数据汇总得到气缸磨床的技术标准如下表：工件加工精度粗糙度内圆R0.80.2主参数最大加工直径100最大加工长度150最小加工直径6一般技术参数床身导轨尺寸6055210工作台运动参数最大轴向移动量80纵向往复移动速度（无极）0.054m/min结构参数上工作台最大回转角度7上工作台型面砂轮架运动参数砂轮线转速35m/s主轴转速10000/18000r/min最大横向移动量80mm手轮一转砂轮架移动量1.25mm手轮一格砂轮架移动量0.005mm电动机功率3kw 2860r/min结构参数砂轮架导轨尺寸V平中心距5045210头架运动参数轴转速200、300、400、600r/min砂轮尺寸最大502513最小172064.4机械传动设计由于气缸磨床对于几个运动相互不需要严格的内在联系，可以采用各自单独传动，使机构大为简化，便于维护。4.4.1拟定传动系统 （1）由砂轮架电动机通过皮带传动，使砂轮作高速旋转。 （1） 由头架电动机通过皮带传动给主轴，带动工件旋转。（2） 由机械或液压传动，使工作台及头架作纵向移动。（3） 由手轮通过齿轮丝杠螺母传动，使砂轮架作横向进给。将各个单独的传动链组合起来，就成了一台气缸磨床的传动系统图。4.4.2气缸磨床传动系统设计要求（1）拟定的传动链，应尽可能越短越好。（2）传动副的速比要在选择在一定允许范围内 直齿轮传动的升速传动比，一般、降速比一般（3）拟定的传动链，应尽可能采用 “前慢后快”、级数“前多后少”、排列“千密后疏”的原则。（4）拟定传动链时，应考虑尽可能减小箱体外形尺寸。4.4.3确定电动机的类型已选择电动机的容量标准的容量由额定功率表示。它们是： 砂轮主轴驱动电机功率：3kw；工件驱动电机功率：0.75kw；n=（i1i2i3in）nw r/min；式中：n电动机可选转速范围，r/min； i1i2i3in各级 传动机构的合理传动比范围（见机械手册表18或表132）。nw工作机的转速，r/min。根据电动机的类型、结构、容量和转速，由机械手册表 1211211可知磨头驱动电机为Y112M-2（3kw 2860r/min）4.4.4气缸磨床砂轮架传动系统的拟定（1）带传动的失效形式和设计准则带传动的主要失效形式为带在带轮上打滑和疲劳破坏（脱层、撕裂或拉断），所以带传动的原则是：1. 保证带在工作中不打滑；2. 具有足够的疲劳强度；3. 满足一定的使用寿命。(2)磨架皮带轮带轮尺寸的确定主参数为100毫米的气缸磨床砂轮架传动，砂轮轴最高转速24000r/min,最低转速10000r/min，变数级数z=3，电动机转速则公比从电动机转速到主轴最高转速的总升速比1）确定V带型号 工作情况系数 查机械设计手册 计算功率 V带型号 根据值查手册 选择A型V带2）确定带轮基准直径 小带轮直径 首先决定电动机主轴上的最小三角皮带轮直径（）。它的尺寸不宜过大，否则会使电动机启动困难，并相应增大了大皮带轮的直径：但也不宜太小，影响皮带寿命和包角，一般取式中：电动机主轴直径（取22mm） h三角皮带轮槽深（取10mm）可取 大带轮直径 圆整 3）验算带速v 要求带速在525m/s范围 带速符合要求4）确定V带长度L和中心距 初取中心距=250mm，由 极端开口皮带传动的皮带长度近似公式为： 、大、小皮带轮直径 A 两皮带轮中心距 查机械设计手册圆整 L=1120mm 5）验算小带轮包角 合格6）确定V带根数z 单根V带实验条件下许用功率P P=1kW 传递功率增量 查手册（i=3.50） =0.34kW 包角系数 查手册 =0.89长度系数 查手册 =0.91 3.04 圆整取z=37）计算初拉力 每米带质量q 查手册 q=0.1kg/m 8）计算压轴力Q =572N 另一组替换带轮尺寸计算1)确定V带型号 工作情况系数 查机械设计手册 计算功率 V带型号 根据值查手册 选择A型V带 2)确定带轮基准直径 这样计算后得出的皮带轮直径，虽然满足了转速比要求，但不能保证宝塔轮各级皮带长度相等。极端开口皮带传动的皮带长度近似公式为： 、大、小皮带轮直径 A 两皮带轮中心距因此上述两对皮带轮长度的差值仅在最后一项，故只要通过增大或减小皮带轮直径来补偿这个差值（一般允差不大于0.2%） 此差值按分配 因此 k=2.2mm则圆整得到 3）验算带速v 要求带速在525m/s范围 带速符合要求4）验算小带轮包角 合格5）确定V带根数z 单根V带实验条件下许用功率P P=1kW 传递功率增量 查手册（i=3.50） =0.34kW 包角系数 查手册 =0.89长度系数 查手册 =0.91 3.04 圆整取z=36）计算初拉力 每米带质量q 查手册 q=0.1kg/m 7）计算压轴力Q =572N 综上，磨架通过两组同心皮带轮的替换实现了两级变速 两组皮带轮尺寸分别为 =75mm =45mm =265mm =280mm4.4.5头架皮带轮带轮尺寸的确定头架采用双联装皮带轮，通过更换电动机实现4级变速。电动机选用0.75kw/1400r/min 0.45kw/700r/min同理可得出双联装皮带轮的尺寸圆整后分别为第一组100mm 第二组95mm 212mm 300mm最后得到四级变速为：200r/min、300r/min、400r/min、600r/min4.4.6工作台进给齿轮的计算由于工作台手动进给时，齿轮及轴所受的力极小，故可以直接选用标准件。选用齿轮的齿数及模数如图示。其传动比为：手轮每转工作台移动量为：5.56mm4.5液压传动的设计4.5.1拟定液压回路由工作循环方框图知道，气缸磨床的液压动作主要实现工作台（头架）的运动（包括能自动往复、无级调速、达到一定的换向精度、换向时可调的停留时间及微量抖动）和砂轮架的快速进退运动。1.工作台自动往复运动手动换向，工作太不能自动往复运动。机动换向，由工作台行程撞块通过换向拨杆控制换向阀移动，可实现工作台的自动往复运动。但其缺陷有两点：一是“死点”现象；二是“换向冲击”。电动换向，不能解决“换向冲击”。机动液动换向，能有效解决“死点”和“换向冲击”问题。2工作台运动要无极调速液压无级调速的优点：1) 能在很大的速度范围内调节，若采用前述的节流阀调速（与定量泵。溢流阀相配合），结构简单2) 对于机床上的直线运动来说，调速方便，运动平稳。3工作台换向点位置要准确，并在换向点位置上要有可调的停留时间。4工作台要抖动这个动作能使工作台做每分钟100次以上的频繁短距离换向。其主要用途有：（1） 切入磨削时，工作台的短距离微量抖动，可提高工件的表面光洁度（2） 先导阀的快跳，使换向拨杆在越过垂直位置时发出“嗒”的声音，说明这是工作台的换向点。这对操作者调节工作台行程带来方便（3） 工作台以极低速度修正砂轮时，工作台在换向时不会出现停顿时间过长的现象。5砂轮架快速进退运动砂轮架的快速进退可以提高机床的生产效率，缩短辅助时间，完成刀具快速接近工件，快速退刀，快速松开等动作。6砂轮架横向自动周期进给4.5.2液压系统图气缸磨床主要液压元件表分类序号名称作用动力部分1定量齿轮泵供应一定数量的液压油执行部分2工作台油缸工作台运动3砂轮架油缸砂轮架快速进退运动4闸缸消除丝杠螺母间隙5连锁油缸顶开手摇台面机构的齿轮，使其脱开控制部分6溢流阀调节油泵共有压力，起定压、防止过载、阻止过载作用7开停阀控制工作台开、停，工作台液动与手动连锁8节流阀调节工作台速度9先导阀控制换向阀换向，是工作台换向时先进行制动10换向阀工作台换向包括制动、停止和起步三阶段11单位节流阀调节工作台在换向点上的停留时间12二位四通手动阀控制砂轮架快速进退13放气阀放掉液压系统内的空气，防止工作台爬行14抖动阀使工作台做短距离换向或做微量抖动15润滑油稳定器调节润滑油的压力和流量16三位四通阀观察油泵共有压力和润滑油17过滤网过滤18线隙式滤油器精过滤，一边得到辅助压力油和润滑油19压力表指示压力辅助部分油箱（床身作油池）储油、散热和沉淀作用油管管接头油液4.5.3液压系统工作原理该液压系统有齿轮泵供给工作台液压缸13，砂轮架快速进退液压缸24、闸缸23、首要工作台机构液压缸2和床身导轨润滑等的用油。工作台14的往复运动有先导阀11和换向阀12控制，并保证换向精度的要求。 当工作台撞块K2(或K1)撞换向拨杆17使先导阀11右移，从线隙式滤油器10来的压力油则经先导阀11和换向阀6流入换向阀12的左腔，推动换向阀右移。换向阀的右移过程为：1、 回油经快跳孔直接流回油箱，换向阀第一次快跳，此时泵与工作台液压缸两腔相通，工作台停止。2、 回油经停留阀16和先导阀11回油箱，换向阀12慢速移动，工作台停留，停留时间靠16调节。3、 回油经换向阀芯上的环形槽和先导阀11回油箱，换向阀第二次快跳，液压缸13进出油路交换，工作台反向起步。抖动阀18用于是工作台抖动，并能使换向阀在第一次快跳时使先导阀也快跳，从而消除工作台低速换向时的停留现象，提高异速定位精度。抖动阀的工作原理：工作台向左运动，先导阀向右移动，至阀芯关闭1719油孔时（此时油孔1819接通，作为工作台反向起步时液压缸13的回油通道，且开口量一定），油孔2651，5021相通，换向阀12快跳到油孔109相通，而油孔108关闭。同时，先导阀11在右抖动阀推动下向右快跳到底，工作台立即换向，向右运动，直至撞块K1撞到换向拨杆17至垂直位置时，重复上述动作。若将两撞块K1和K2调整的很近或夹住换向拨杆，在抖动阀推动下，先导阀11作左、右快跳，同时换向阀也作左右快跳，使进入工作台液压缸13的两路压力油迅速交换，工作台便作短距离频繁往复抖动。开停阀4（图中A、B、C、D为其截面）用于手动控制工作台的“启动”和“停止”，并实现工作台液动和手动的连锁。当阀4处于图示位置时，液压缸13的回油可经换向阀12、先导阀11、开停阀4的A、B截面，再经节流阀19的F、E截面流回油箱，工作台“启动”；若开停阀逆时针转90后，阀4的B截面切断油路，工作台“停止”。同时，当工作台“启动”时，压力油经阀4的D截面流入液压缸2，使手摇工作台机构处于图示脱开位置，以免手轮1转动而碰伤人；而当工作台停止时，手摇工作台机构的液压缸2经阀4的D截面通油箱，手摇机构的齿轮在液压缸2中的弹簧作用下而啮合，即可手摇工作台。节流阀19用来调节工作台运动速度，并装于回油路上。砂轮架快速进退阀22用作控制砂轮架快速进退液压缸24的进退。并保证头架和砂轮架互锁。若快进退阀23使砂轮架快速行进时，手柄压下限位开关26，则头架启动。闸缸23用来消除砂轮架进给丝杠的间隙。溢流阀8用于调节系统压力。为放掉混入液压系统中的空气，在工作台的液压缸13最高点装有放气缸3。4.5.3液压系统计算气缸磨床工作台运动速度0.14m/min，工作台、尾架、工件、油缸的总重量G=600KG.垂直于导轨的磨削分力F=12kg（1）计算载荷：以工作台从静止到大最快速度4m/min时受到的负载，此时节流阀开口最大。工作台的负载，很小，可忽略不计。磨床的工作台负载主要不是磨削力，而是摩擦力、惯性力和背压力。 f工作台导轨与床身间的摩擦系数 启动时f=0.15 低速时f=0.10.12 高速润滑良好时f=0.050.08(假设活塞和活塞杆直径分别为70mm、30mm，则，若假设不当，则需要重新在计算校正一次。) 封闭装置的摩擦力，按经验一般取（2）选择油缸工作压力p=911和额定压力为25的齿轮油泵。（3）计算工作台油缸直径 取70mm计算与假设基本符合，可以采用。（4） 计算各油缸的流量和油泵流量1） 工作台油缸 2） 砂轮架快速进退油缸 式中：(以快速引进位置计算，故不计d)D的尺寸也由来决定，查表，D=90mm,则 因为砂轮架快进行程为50mm，要求在5秒内完成，最后2秒为缓冲时间，故平均速度为0.6m/min，最快速度为1m/min。故 油泵流量 选用16L/min的BC-16型齿轮油泵，虽与计算的流量有出入，但事实上工作台以最大速度运动，砂轮架同时作快速进给，这种机会很少而且没有必要，为了尽量减少液压系统的发热，因此选用流量为16L/min的油泵，可以满足系统的需要。（5） 计算油泵的电动机功率 由于工作台换向时，瞬时压力将达到200N/nm左右，以及电机的实际使用功率最好是额定功率的70%80%，因此选用0.75KW（型号）的电动机。（6） 计算油管内径 吸油管： 选的油管 压油管： 选的油管（7） 计算油箱容积： 以床身作油池，V4Q(64L)。5 主要部件设计5.1砂轮主轴的设计5.1.1设计原始数据及设计主轴设计原始参数旋向功率频率电压转速从轴伸端看顺时针3600HZ33018000r/min由于电主轴是高速运转的部件所以设计要满足如下要求： 1）使砂轮主轴旋转精度不大于0.005，端面跳动量不大于0.005。 2）所设计的主轴能带动砂轮精确旋转。 3）砂轮主轴合理的安装在磨床规定的空间位置。其次砂轮轴系必须满足机床的性能要求，适应工作条件，性能可靠，此外还应适应结构简单，尺寸紧凑，成本低，效率高和操作维护方便以及具有良好的结构工艺性。5.12初定轴上零件的装配方案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。所谓的装配方案，就是轴上主要零件的装配方向，顺序和相互关系。考虑它们之间安装顺序根据实际的情况可以是两端轴承固定支承，轴上从左向右依次安装。具体的装配方案如下图: 轴上零件的装配5.1.3轴上零件的定位两端分别用轴承盖加以定位，轴上的轴承采用过盈连接防止径向转动，轴向用轴肩加以固定。5.1.4主轴主要尺寸的确定主轴主要参数有：主轴前后支撑直径D1和D2，主轴前段伸长量a和主轴支撑跨度L，这些参数直接影响着主轴的旋转精度和刚度。（1）主轴轴径的确定轴的直径可用下面公式进行粗估计算： (2-1)式中:扭转切应力，单位为； T 轴所受的扭矩，单位为； 轴的抗扭截面系数，单位为; n 轴的转速，单位为r/min; P 轴传递的功率，单位为; d计算截面处轴的直径，单位为mm; 许用扭转应力，单位为；轴常用的几种材料的及值见表（2-2）：表（22）轴的材料比较轴的材料Q235-A,20Q275,35(1Cr18Ni9Ti)4520Cr,35SiMn38SiMnMo,3Cr13/152520352545355514912613511212610311297由上式可得轴的直径 式中，查上表。对于主轴由于其高速运转，所以要求所用材料具有良好的耐磨性。又由于其工作时有较大的力,所以要求内部要有一定的韧性，热处理工艺采用表面渗碳和表面淬火处理。在此次设计中轴的材料选用20Cr查表的110，由原始条件的功率为P=3KW,转速为18000RPM代入上述公式 (2-1)得：考虑到实际工作条件和可靠性的要求在此设计中取轴的最小直径为32mm。对于前端由于是空心轴所以利用公式: 式中，即空心轴的内径与外径的比值，通常取。代入式的考虑实际的情况，在本设计中前端的轴径取32mm。根据电主轴的实际情况，其极限转速比较高，而且同时有轴向载荷和径向载荷的作用所以在本次设计中所选用的轴承是角接触球轴承。对于磨床，有经验所得，前后轴承一般选择一样，所以前后端的直径均设为32,选择的轴承的类型为B7006C/HQ1P4。图2-2 轴承的示意图表（23）轴承参数轴承代号DDB额定载荷Cr(KN)a极限转速（r/min）脂 油B7006C/HQ1P43055139.1153700055000轴的极限转速一般为轴承极限转速的80左右，从上表可以看出，轴的极限转速为550008044000 r/min。为了提高其运转时的精度采用双联轴承配置。查机械设计手册可得轴承的基本尺寸。从而得出与轴承配合轴段的长度。对于后端轴承轴向定位一端用轴承盖，一端用轴肩定位，轴肩的高度取h=3，得与转子配合得轴段得直径为36mm。对于这段轴的左端动平衡块与轴肩之间留出1的热变形余量，为了对平衡快进行轴向的定位，左端的轴肩高度h3，此时轴肩的直径为42。接着要装左端的轴承，为了拆卸的方便可在设定一个轴肩段，此轴肩段的高度h3。所以此轴段的直径为39。前端轴承的左端用螺母定位。轴向零件的圆角和倒角尺寸可见零件图。在实际中电主轴的受力是很小的，而且设计时考虑较大的安全系数，所以对于轴的强度校核可以不进行。（2）主轴前段悬身量的选择主轴前段悬身量是指主轴定位基面至前支撑径向支反力作用点之间的距离。悬身量决定于主轴端部的结构形式和尺寸，在满足结构尺寸的要求的前提下，应尽量减少悬身量，提高主轴刚度，初步确定是可设=109mm。（3）主轴支撑跨度L的选择主轴的支撑跨度是指两支撑支反力作用点之间的距离，是影响主轴组件刚度的重要参数。主轴组件刚度主要取决于主轴自身的刚度和主轴支撑的刚度。主轴自己的刚度与支承跨度成反比，即主轴轴径，悬身量确定以后，跨距越