毕业设计（论文）-MQ8240曲轴磨床砂轮架结构设计

毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 题 目 MQ8240 曲轴磨床砂架结构设计 英文 Design of Crankshaft Grinding Machine Wheel Rack MQ8240 院 别 机电学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 学 号 指导教师 日 期 MQ8240MQ8240 曲轴磨床砂轮架结构设计曲轴磨床砂轮架结构设计 摘要摘要 MQ8240 型曲轴磨床通常实用于车辆 农作机和以油作为燃料的机器加工机 器曲轴的曲柄颈 也可以用作常见的外圆磨削 机床砂轮架的一定速度进退和 工作台的非横向移动 都是由液压驱动 机床拥有安全联锁的性能 当曲轴承 被加工时 将选择开关调在 曲轴 两字的位置上 当砂轮架在磨削位置时和 当砂轮架在后退位置 两者大不相同 前者工作台只可手动不可液动 后者工 作台可液动 当加工普遍的外圆工件时 工作台通过液压来实现纵向移动 其 速度可实现无级调整 本说明书大部分讲解的是 MQ8240 曲轴磨床砂轮架结构的 总体设计 砂轮的选择 砂轮修整器的设计 并提高机床的加工精度和效率 本设计的主要任务是 MQ8240 曲轴磨床砂轮架的总体设计方案 确定主要技术参 数 砂轮传动机构的设计和设计砂轮修整器 关键字关键字 曲轴磨床 砂轮 砂轮架 砂轮修整器 传动系统 全套图纸加扣 3012250582 Design of Crankshaft Grinding Machine Wheel Rack MQ8240 Abstract MQ8240 Crankshaft Grinder type suitable for automotive tractor and diesel engine repair shop grinding crankshaft crank neck Can double as a general cylindrical grinding Machine wheel frame and the rapid advance and retreat of the longitudinal table movement by the hydraulic drive In this paper the structure of the MQ8240 Crankshaft Grinder overall design wheel design wheel dresser design and improve machine tool accuracy and efficiency of processing rate counted The design of the main tasks of the MQ8240 Crankshaft Grinder design plan identify key technical parameters wheel control system design and design dresser Design after the MQ8240 Crankshaft Grinder consists of bed and table the first frame wheel frame end frame extension units horizontal manual feeding mechanism vertical feed body d leaf oil pump seat manual lubrication switch hydraulic system machine tool cooling system such as Dresser and other major components Key words crankshaft grinding machine Grinding wheel Grinder Program and structural design 目录目录 1 1 绪论绪论 1 1 1 1 引言 1 1 2 研究现状 1 1 2 1 国内外发展现状 1 1 2 2 国内外研究发展趋势 3 1 3 研究意义 4 2 2 总体方案设计总体方案设计 5 5 2 1 总体方案的拟定 5 2 1 1QM8240 曲轴磨床的特点 5 2 1 2 磨床结构对曲轴磨床砂轮磨削加工的影响 5 2 2 主要技术参数的确定 6 2 3 机械传动说明图 7 3 3 砂轮选择砂轮选择 1010 3 1 砂轮的选择的要求和注意事项 10 3 2 砂轮的维护和静平衡方法 10 3 2 1 砂轮的维护 10 3 2 2 砂轮的静平衡方法 11 4 4 砂轮架总体结构设计砂轮架总体结构设计 1212 4 1 砂轮架结构设计准则 13 4 2 砂轮传动机构 14 4 3 砂轮主轴卸荷装置 15 4 3 进给机构 17 5 5 砂轮架的装配工艺砂轮架的装配工艺 1919 5 1 正确选择装配的方案 19 5 2 正确设计零件结构与技术要求 21 5 2 1 砂轮架壳体的结构与技术要求设计 21 5 2 2 主轴的设计与技术要求 21 5 3 正确制定砂轮架装配工艺 22 6 6 设计的计算和实现设计的计算和实现 2323 6 1 电动砂轮电机及其电主轴的选用 23 6 2 零件选用 设计与计算 24 6 2 1 带传动设计 25 6 2 2 砂轮主轴的设计 29 6 2 3 轴承的设计 44 8 8 总结与展望总结与展望 4545 8 1 总结 45 8 2 展望 45 参考文献参考文献 4646 致谢致谢 4848 附录附录 4949 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 1 1 1 绪论绪论 1 11 1 引言引言 党中央对于十一计划提出了把发展机械生产业作为核心战略 建议自主研 发和采用外来资料调节好平衡关系 加大增加支持措施 强化国家的整体境界 同时要明确发展机械制造业的道路 国务院关于加快振兴装备制造业的若干 意见 的公告于众 是贯彻十一计划的发展措施 装备制造业是为国民经济发 展和国防建设提供技术装备的基础性产业 制造业是国家经济发展的奠基产业 和重要产业 对于推动国家科学技术发展有着重要的作用 同时对于我国的政 治经济文化发展也有极其重要的意义 是国家发展的重中之重 根据以往的数据显示 新世纪的第六年中国磨床产品消费额度有达到十七 亿美元 在中国和世界市场都如此庞大的情况下 中国的磨床生产达到的额度 在 04 年却只有 2 9 亿 仅仅百分之二点八的市场占有率 很大部分的产品都要 引进 其中数控磨床类更占了许多 根据以往的数据显示 05 年中国引进磨床 类产品达到十二亿美元 数控磨床占了一半 达到国内数控磨成消费的百分之 八十以上 然而同时磨床的对外销售却只有零点七五亿美元左右 总之一句话 国内的机床产业 不管是在种类抑或是产出量都填满不了市场的空缺 1 21 2 研究现状研究现状 1 2 11 2 1 国内外发展现状国内外发展现状 我国机床产业度过了激情燃烧的岁月 迎来理性发展的时代 第十个五年 计划是我国机床产品高速发展时期 第十一个五年计划将是机床发展的战略机 遇期 战略机遇主要表现在 十一五 我国国民经济在科学发展观指引下 将更加稳定有序发展 国务院关于振兴装备制造业的决定 将大大加快我国装 备制造业的发展进程 特别是国家重点支持的一批重大装备的发展 如大型发 电 输变电设备 大型石油化工和煤化工装置 矿山采掘设备 成套轧钢设备 大型海洋船舶 高速列车 大端面岩石掘进机为代表的工程机械 民用航空飞 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 2 机及发动机等 需要提供大批重型 精密 多坐标 高效 专用机床进行加工 制造 国家重大装备的发展需求 给机床产业的发展指明了方向 磨床是金属切削机床行业的一个重要分支 随着工业的发展 对机械零件 的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高 磨削加工显得更加重要 尤其在汽 车 电力 船舶 冶金 军工 航空航天等行业 国产磨床正在发挥着越来越 大的作用 根据国际机床产业发展的趋势和我国 十一五 国民经济发展要求 十 一五 期间国家将加大机床产业的发展 加快装备制造业的技术改造和升级发 展 加快振兴装备制造业 改变大型 高精度机床大部分依赖进口的现状 满 足汽车 机械 航空航天 五金等行业发展的需求 预计 十一五 期间 经 过调整和整合期后的磨床行业 将会迎来新一轮的发展期 国内磨床企业当期主要的技术开发发展举措 发展概况及应对方向 新增 投资 引进进口设备 增添关键设备 更新重要设备 提高企业精密磨床的生 产能级 提高柔性生产能力 实施 CAD CAPP CAM 改造以提高产品设计能力和 质量水平 与高等院校合作成立 高校合作工作室 建立 产 学 研 机 制合作开发新产品 与外国同行合作成立 技术中心中国分中心 进行系统 的二次开发 开发数控机床远程服务系统 机床全性能测试系统 磨床是机床中的精密产品 要生产出精密产品 加大技改力度 攻克关键 技术项目是非常必要的 从所收集到的资料来看 大部分企业都有技改的预算 有的已开始实施 但由于各企业的基础 实际情况不同 所以在这方面各企业 进展的不平衡 围绕 十一五 规划目标 磨床企业需要进行如下的工作 大力扶植开发 高端精品 工作重点是提高磨床精度等级 效率 稳定性 可靠性等 全面提 高技术 生产销售层面人员的综合能力 培养出一大批高级研发主管 销售工 程师队伍 技术的提高 单靠开发是不够的 还须有懂技术 工艺的销售工程 师 搞加工 装配 调试的技术工人 应尽快在小行业中建立研发基地 解决 共性的基础课题 建设一批国家级的工程技术中心 掌握具有自主知识产权的 核心技术 对国产化零件的加工工艺进行研究并开发与之相适应的磨床 随着 竞争的加剧 装备工业的国产化步伐将加快 谁能先进入 对加工工艺的研究 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 3 是至关重要的 应发挥行业的团队作用 自主开发行业内的共性核心技术 可 借鉴台湾机床发展的方式 有分有合 以期共同发展 1 2 21 2 2 国内外研究发展趋势国内外研究发展趋势 装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性产业 大 力振兴装备制造业 是树立和落实科学发展观 走新型工业化道路 提高国际 竞争力 实现国民经济全面协调可持续发展的战略举措 我国装备制造业经过 50 多年的发展 取得了令人瞩目的成就 形成了门 类齐全 具有相当规模和一定水平的比较完整的产业体系 成为我国经济发展 的重要支柱产业 但还存在自主创新能力弱 对外依存度高 产业结构不合理 国际竞争力不强等问题 与发达国家仍有相当大的差距 装备制造业发展的滞 后 影响国民经济的方方面面 没有强大的装备制造业 我国经济发展就会受 制于人 诸多掣肘将影响各行业的可持续发展 国家安全就得不到保障 把振 兴装备制造业提高到战略高度 已是当务之急 针对中小型国产装备制造业企业 若干意见 为的振兴制定了措施 明 确了如下方向 以结构调整为主线 优化装备制造业产品和产业结构 重点发 展具有自主知识产权的重大技术装备和重要基础装备 在立足自主研发的基础 上 通过引进消化吸收 努力掌握核心技术和关键技术 实现再创新和自主制 造 大力发展高新技术产业装备 通过与国外具有先进技术水平的企业合作 广泛开展联合设计 联合制造 逐步实现自主制造的目标 全面提升一般机械 装备的制造水平 充分运用市场机制 进一步提高装备的产品质量和技术含量 降低生产成本 增加产品的附加值 积极发展高效 节能 低 零 污染的优 势产品及清洁制造技术 逐步淘汰落后产品及制造技术 结合国民经济中长期 发展规划 充分整合现有资源 发挥比较优势 合理规划确定我国装备制造产 业布局 形成一批特色鲜明 重点突出的产业集群和装备制造集中地 以装备制造业振兴为契机 带动相关产业协调发展 鼓励重大装备制造企 业集团在集中力量加强关键技术开发和系统集成的同时 通过市场化的外包分 工和社会化协作 带动配套及零部件生产的中小企业向 专 精 特 方向发 展 形成若干各有特色 重点突出的产业链 有计划 有重点地研究开发重大 技术装备所需的关键共性制造技术 关键原材料及零部件 逐步提高装备的自 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 4 主制造比例 加强电子信息技术与装备制造技术的相互融合 以信息技术促进 装备制造业的升级 当前 我国制造业已经从以扩大生产规模为主向以对生产过程进行现代化 改造为主的新时期 装备需求也从 量 转向 质 数量上相对减少 质量 上相应提高 类别 上多元化 需求上差异化 对机床的高性能 高精度 高效 率 多元化 差异化的要求 使国产机床企业面临结构性素质性调整的多种矛 盾与难题 1 31 3 研究意义研究意义 创新是企业的生命 只有创新企业才能生存 创新为企业带来效率 在目 前全球原材料不断涨价的情况下 只有创新才能使企业的效益保持高速增长 研究内圆磨床目的是了解我国的工业化进程 加快我国的磨床事业的发展 对 于我国现有的磨床技术 在已有技术的基础上进行创新设计 也是很有意义的 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 5 2 2 总体方案设计总体方案设计 2 12 1 总体方案的拟定总体方案的拟定 1 采用电动机通过带轮带动砂轮主轴转动 主轴转动带动砂轮转动 实现磨削 2 主轴采用两点支撑 两点为滑动轴 3 卸荷装置采用轴承等零件来实现 2 1 1QM82402 1 1QM8240 曲轴磨床的特点 曲轴磨床的特点 1 工件用顶尖或卡盘夹持 由头架电机驱动 手动进行磨削 2 工作台纵向移动采用手动或液动二种移动方法 3 工件 砂轮 工作台 冷去泵 油泵均由单独电机驱动 4 砂轮架快速进退由液压驱动 5 工作台与砂轮采用液压 电气联锁结构 无论在调整或磨削因操作错误都能 确保操作安全 6 砂轮架装有可靠的防护罩 7 砂轮电机由变频器控制实现恒线速运转 2 1 22 1 2 磨床结构对曲轴磨床砂轮磨削加工的影响磨床结构对曲轴磨床砂轮磨削加工的影响 1 磨床结构对磨削尺寸的影响因素 a 工艺系统的运动精度及重复定位精度 b 工艺系统的静动态刚性 c 工艺系统的热变性 2 磨床结构对磨削几何精度的影响因素 a 工艺系统的运动精度及重复定位精度 b 工艺系统的静动态刚性 c 夹具重复定位精度 考虑返修的可能性 及工件主轴回转精度 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 6 3 磨床结构对磨削效率的影响因素 a 磨削参数主要是砂轮线速度 工作台往复频率 横向进给速度和工件旋转速 度 b 磨削循环的合理设计和空程磨削时间及辅助时间的多少 c 工艺系统的刚性 d 机电液压传动控制系统工作的可靠性 2 22 2 主要技术参数的确定主要技术参数的确定 技术参数主要包括运动参数 尺寸参数和动力参数 MQ8240 曲轴磨床的主 要技术参数如下 曲轴曲柄的半径 0 80mm 纵磨外圆直径30 200mm 可磨工件最大重量80kg 中心高 220mm 工作台上最大工件回转直径400mm 最大工件长度500mm 头架主轴转速42 65 84 130 r min 尾架主轴套筒移动量30mm 砂轮架主轴转速930 r min 砂轮架 沿丝杆 最大移动量275mm 砂轮架快速进退量100mm 手轮刻度盘一格砂轮架移动量粗0 01mm 精0 0025mm 砂轮尺寸 外径 宽 内径 750 40 305mm 工作台液压纵向移动速度0 1 4m min 工作台最大纵向移动量 1000mm 电机总功率9 87kw 砂轮电动机功率7 5kw 机床外形尺寸3285 2050 1600mm 机床重量4500kg MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 7 工作精度 圆度0 005mm 纵截面内径的一致性0 008mm 表面粗糙度Ra 0 32mm 2 32 3 机械传动说明图机械传动说明图 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 8 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 9 表表 2 12 1 MQ8240MQ8240 参数参数 MQ8240 JM 04 曲轴磨床 使用说明书 共 页第 页 详细规格主要部件特征 主要回转可能性 可能 主轴回转可能性 可能 体座回转角度 无体座回转角度 无 尾架 主轴纵向移动量 mm 3050hz 42 84 65 1 30 主轴转速 n min 60hz 50 100 78 156 手轮一转工作台移动 量 mm 6 头架 卡盘直径 mm 200 三爪 工 最大纵向移动量 mm 液压筒 1540 顺时针 1 30 最大 750 40 300 上工作 台最大 回转角 度 逆时针 3 最大4 砂轮尺 寸 mm 磨耗至 600 40 305 砂轮线速度 m sec35 28 作 台 工作台 液压传 动速度 m min 最小0 1 冷却系统 型式流量 l min 主轴转速 n min 最大移动量 mm 930 275 冷却泵 DB 5050 2 0液压系统手轮一转砂轮架移 动量 mm 0 5主油路调整压力 kg cm 10 13 粗0 01润滑油路调整压力 kg cm 1 5 2 5手轮一转砂轮架移 动量 mm 精0 0025流量 l min16 粗0 01压力 kg cm 25旋转上一格砂轮架 相当于砂轮补偿量 mm 精0 0025 油泵 砂轮架快速进退量 mm100 砂 轮 架 砂轮架回转角度无 三 角 皮 带 部分规格数量 砂轮架B 14224 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 10 头架A 7871 头架A 9402 头架A 10162 3 3 砂轮砂轮选择选择 3 13 1 砂轮的选择的要求和注意事项砂轮的选择的要求和注意事项 1 砂轮是用结合剂将磨料按一定要求黏结而成的工具 用于磨削工件 砂 轮的正确选择是磨削工艺的首要问题 对表面质量影响大 图 3 1 砂轮图 2 砂轮的选用 砂轮特性参数的正确选择非常重要 它对于磨削表面的质量 精度 生产 效率以及砂轮的损耗等影响巨大 因此选用砂轮时应注意几点 1 磨床刚性好 动力大 可选用厚一些的砂轮 反之选用窄一点的砂轮 2 磨削细长或薄壁零件 加工特别软而韧性大的工件材料时 应选用窄 一点的砂轮 3 砂轮外径尺寸 在磨床和工件允许范围内 应尽可能选得大一点 以 增加砂轮的切削刃 从而获得较高的生产效率 砂轮的耐用度和低表面粗糙度 4 砂轮的孔径取决于砂轮架的主轴或砂轮法兰盘的尺寸 选用砂轮尺寸 750 x40 x305mm 外径 x 宽 x 内径 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 11 3 23 2 砂轮的维护和静平衡方法砂轮的维护和静平衡方法 3 2 13 2 1 砂轮的维护砂轮的维护 1 严禁提高砂轮的线速度 以免超出磨粒粘结强度 迫使砂轮爆炸 造成危险事故 2 切勿使砂轮受冻 存放处的室温高于 5 3 切勿使砂轮受潮 并避免受压 库存砂轮应做架子侧立存放 使用 中砂轮于机床停止前 应关闭冷却液使砂轮空转5 分钟 以除去水分 4 砂轮与压紧盘接触之间两端面间必须衬以 1 2mm 厚度的石棉橡胶 板垫 螺钉应使用标准工具分几次对角逐渐紧固 顺序或一次紧固会使砂轮 受力不匀而破损 严禁工具接长或被敲打 3 2 23 2 2 砂轮的静平衡方法砂轮的静平衡方法 1 砂轮静平衡前应先在机床上修整 新砂轮先静平衡后修整 2 用水平仪调整平衡架 使两圆柱 刀口 组成的平面在纵向水平仪 读数不超过 0 04 1000 和横向不超过 0 06 1000 3 卸下全部平衡块 在压紧盘孔中插入平衡心轴 置平衡架上缓缓 滚动 待其静止后 在砂轮最下一点 S 处用粉笔做记号 此点即为重 力中心 图 1a 相对于 S 紧固第一块平衡块 E 此块以后不再移动 图 1b 同时对于 E 紧固另外两块平衡块 K 然后将砂轮再放在平衡 架上缓缓滚动 如仍不平衡 只需对称移动两块平衡块 K 直到砂轮在 任何位置都能停留为止 静平衡即告结束 4 多块平衡块砂轮紧盘 可参照上法 找出 S 后 相对于 S 紧固平 衡块 P 一块不够 二块 二块不够 三块 一直加到平衡为止 2a 2b 如逐渐增加 再加一块嫌重 可以对称分散移动二块 T 即能达到静平衡 5 镶片砂轮的静平衡可参照上法进行 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 12 4 4 砂轮架总体结构设计砂轮架总体结构设计 磨床的运动及其参数为便于分析 常把磨床的运动大致归纳为两大类 工 件和刀具的相对切削运动和进给运动称为工作运动 其它如快速进给 分度 调整等运动称为辅助运动 外圆磨床砂轮架主轴带动砂轮作高速旋转运动 头 架主轴带动工件作旋转运动 工作台作纵向往复运动 砂轮架作横向进给运动 这些运动都称之为工作运动 而为缩短辅助时间的砂轮架快速进给 尾架套筒 的移动及其它运动称为辅助运动 无论是工作运动还是辅助运动 对于各种磨 床来说都有不同的内容 而且运动量的大小和速度即运动参数 也不是随意的 而是具有一定的数值范围 磨床的结构参数是指磨床各部件的主要结构尺寸参数 如中心高 导轨形 式及参数 顶尖锥度 砂轮架 工作台 头架的回转角度 工作台型面等 磨床运动主要由电机带动 因此合理地选择电机功率参数是磨床设计中不 可忽视的一项工作 尤其是磨床运动中起主要磨削作用的电机功率 通常称主电 机功率参数 磨床的主电机功率参数 一般是指带动砂轮架高速旋转的电机功 率 在内各类磨床中 砂轮架的砂轮由电动机经皮带轮直接带动 这满足了砂 轮高速旋转的要求 同时对轴与轴承提出了更高的要求 因此 通用磨床砂轮 架设计需满足如下的基本要求 1 传动系统要求电动机使用可调速电机 为满足不同的加工精度要求 就 要求砂轮要得到不同的转速 由上述的结构分析可知 为使砂轮架结构简单且 精度高 这就必然要要使砂轮架的电机能够满足调速要求 2 主轴要有足够的刚度和良好的回转精度 砂轮架主轴要求高速旋转 因 此首先要有足够的刚度 才能满足工作要求 此外必须有足够的回转精度 这 样整个砂轮架才能满足磨床的整体精度要求 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 13 3 主轴和轴瓦要有良好的制造精度和安装精度 磨床砂轮架主轴和轴瓦在 工作中主要传递转速和转矩 并承受载荷 因此必然会产生摩擦和磨损 为避 免发生抱轴 烧坏轴承等故障 这就要求砂轮架主轴和轴瓦满足以下几个要求 1 砂轮架主轴和轴瓦的制造精度和质量要达到规定的技术要求 严格检查轴 瓦材料是否存在沙眼 气孔 疏松等缺陷 2 主轴和轴瓦要保证合理的装配 间隙 主轴前后轴承 轴承与轴承安装孔要同轴 避免引起振动 3 主轴和 轴瓦以及相关零部件须清洗干净 4 主轴和轴瓦的润滑要充分 5 防止疲 劳磨损 6 防止气蚀 7 使用的润滑油要清洁 牌号要正确 8 做好砂轮 主轴及相关相关零配件的静 动平衡 9 主轴皮带轮上安装卸荷装置 防止 皮带张力过大 4 14 1 砂轮架结构设计准则砂轮架结构设计准则 在磨床砂轮架的机构尺寸中 一些尺寸的设计准则是明确的 在一定的 尺度范围内 或者越大越好 或者越小越好 这类尺寸不需要优化 可以根据 设计约束条件直接确定 另一些尺寸的设计准则是相互矛盾的 比如在特定的 尺度范围内 从性能的角度考虑可能越大越好 但从制造的成本考虑可能越小 越好 这类尺寸需要进行优化设计来进行选择 还有一些尺寸的设计准则是模 糊的 不知道是大一些好还是小一些好 这类尺寸也需要通过优化设计 确定 其选择原则 1 1 设计准则明确的尺寸 设计准则明确的尺寸 主轴悬伸距离 满足砂轮安装要求 越短刚度越好 成本越低 主轴中心高度 越小越好 与砂轮的高度接近 主轴箱高度 越小则砂轮架动态性能越好 紧固件安装空间尺寸 取决于紧固件的安装要求 2 2 设计准则相互矛盾的尺寸 设计准则相互矛盾的尺寸 主轴直径 从性能角度考虑越大越好 从制造成本考虑越小越好 主轴箱的宽度和壁厚 从砂轮架刚度考虑越大越好 从制造成本角度考虑 在满足制造工艺要求的前提下越小越好 3 3 设计准则模糊的尺寸 设计准则模糊的尺寸 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 14 主轴跨距 跨距大则主轴变形大 跨距小主轴的变形对主轴悬伸端的 位移影响大 底板的长度和宽度 从砂轮运动的稳定性考虑 越大越好 从制造成 本考虑越小越好 从振动特性考虑则比较模糊 垫板的厚度和壁厚 从砂轮架刚度考虑 越大越好 从制造成本角度 考虑在满足制造工艺要求的前提下越小越好 从振动特性考虑则比较模糊 图 4 1 砂轮架箱体简图 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 15 4 24 2 砂轮传动机构砂轮传动机构 砂轮架结构与装配关系 由于其使用性能的要求 其传动关系比较简单 一般在砂轮架箱体中不设计传动零件 只在电动机与主轴间设计一级皮带传动 或升速或降速即可 安装在砂轮架背部的双速电动机通过一对皮带轮带动砂轮主轴 获得四 级转速 皮带的松紧由压紧轮来调节 两级皮带轮的传动比分别为60 152 和 78 139 双速电动机的同步转速在 50Hz 时为 750 1500r min 60Hz 时 为 900 1800r min 表表 4 4 1 1 工工件件主主轴轴转转速速表表 电源频率 Hz 电动机同步转速 r min 传动比工件轴理论转速 r min 75060 152296 50 150078 139842 90060 152355 60 180078 1391010 工件主轴由双速电动机通过一对两级塔轮和一根三角皮带来传动得到四级转速 电动 机的高低工速转换开关来控制 转换开关设计安装在电箱正面操作板下方 皮带的松紧用 压紧轮来调节 从皮带轮端观察 工件主轴按顺时针方向旋转 主轴前后支承都是成对的 有预加载荷的高精度向心推力球轴承 每对轴承外圈宽端面相对安装 主轴头部尺寸在符 合 ISO 标准 NO 5 前提下设计 4 34 3 砂轮主轴卸荷装置砂轮主轴卸荷装置 在高精度磨削回转主轴的研究和设计中 由于动力输入源存在径向力 如 带拉力 作用在主轴后端 动力源与主轴安装不同轴等使主轴产生内应力 变形 主轴回转综合精度将受到影响 在通常情况下 采用卸荷装置来减小上 述因素对主轴的影响 可收到较好的效果 然而 随着机械加工零件精度的不 断提高 对高速回转主轴的综合回转精度提出了越来越高的要求 如一些高速 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 16 大功率高精度数控磨床或加工中心的主轴转速已达到20000r min 甚至更高 综合回转精度已要求小于4 m 甚至小于0 5 m 要达到如此高的主轴转速和综 合回转精度 除了提高主轴自身的回转精度外 同时也采用卸荷装置消除或减 小主轴后端的径向作用力的影响 然而 在高速条件下采用传统的主轴卸荷装 置难于达到预想的要求 高精磨削主轴动力卸荷输入形式主要有两种方式 一种是电动机经传动装 置 卸荷装置与主轴刚性联接 动力扭矩可通过紧固联接 十字滑块联接和万 向节联接传入主轴 另一种是电动机经传动装置 卸荷装置与主轴弹性联接 目的均在于减小或消除动力输入主轴过程中作用在主轴后端的径向力 从而提 高主轴综合回转精度 紧固联接 扭矩直接传入主轴 转速无相位差 但卸荷装置与主轴装配同 轴度要求高 在卸荷轮受径向力或卸荷轴承间隙较大时 主轴轴端卸荷作用不 明显 存在一定的弯矩变形影响主轴综合回转精度 十字滑块联接 扭矩直接传入主轴 转速无相位差 卸荷装置与主轴装配 同轴度要求不高 主轴轴端卸荷作用明显 主轴综合回转精度高 但滑块滑动 最大线速度是滑块旋转线速度的两倍 在高转速和高转矩情况下 滑块动载惯 性力和滑块运动副间摩擦力大 发热严重 滑块运动副间容易磨损和粘结 万向节联接 优点与十字滑块联接相同 但外形结构尺寸较大 受万向节 轴销直径的影响 可传递的转矩有限 应用受到一定的限制 轴销橡胶套盘式联接 优于十字滑块联接 存在一定的转速相位差 但外 形结构尺寸较大 可传递的转矩受橡胶承压能力的限制 一般可传递转矩较小 橡胶套容易损坏 弹簧盘式联接 优于轴销橡胶套盘式联接 缺点是可传递转矩受弹簧扭矩 的限制 一般也只能传递小转矩 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 17 图 4 2 砂轮主轴卸荷装置 4 34 3 进给机构进给机构 1 横向进给传动 支承在十字交叉滚柱导轨上的进给滑板与固定在其端部的进给箱组成了进 给机构 2 滑板的前后 即横向 移动 滑板下方的快移油缸固定在床身上 活塞杆向前后两方伸出油缸 两根拉 力弹簧的前端与滑板底部相连 另一端则拉在活塞杆后伸出端的扁担上 进给 螺母固定在滑板内部 丝杠在拉簧作用下紧紧地顶在活杆的前伸出端上 所以 当油缸前后腔交替接通压力油时 滑板就能向后和向前移动 3 滑板的进给传动 周期进给传动路线由进给油缸 三滚轮磨擦超越离合器齿轮副 滑套轴和 丝杠副组成 周期进给动力来自工作台右行换向为左行时的压力油 当压力油 进入油缸时 活塞带动大挺杆向下运动 使中滚轮绕大滚轮轴线向下摆动 通 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 18 过小滚轮使三个滚轮互相楔紧 大滚轮就被转过某一角度 再经一对速比为 26 52 的齿轮使滑套轴和丝杠作微量转动 丝杠在原位转动 螺母就带动滑板 作微量进给运动 当工作台换向为右行时 压力油消失 在复位弹簧的拉力作 用下 中 小滚轮反向摆动复原 小滚轮被顶杆顶住而松开 调节挺杆顶部的 两个锁紧螺母 就能改变周期进给量 12 挡住小滚轮的顶杆是用来调整大小滚轮之间的间隙的 使得在正反向转动 进给手轮时无卡住现象 而在液动进给时 活塞的空程量为最小 4 手动微量进给 揿下进给箱右侧的手把时 能实现手动微量进给 通常每揿一次进给量为 2 5 m 5 手动进给 转动进给手轮就可直接使进给滑板移动 在周期进给时 可加入手动超越 进给来加大进给量 当周期进给开关 在进给箱上部左方 处于开位 同时工 作台正在左行 这时若要手动退刀 必须先将进给开关转至关位 手轮才能反 时针方向转向 否则大滚轮因被中 小滚轮锁住而无法转动 进给手轮每转滑 板移动量为 1 26 52 2 1mm 1 机床导轨 工作台往复导轨 进给和快移导轨都是具有预加载荷的滚动导轨 滚动体 是直径和长度为同一名义尺寸的短圆柱滚子 相邻滚子的轴线呈十字交叉排列 导轨横截面如图 机床上的滚动体采用了同一规格的滚子 图 4 3 滚动导轨横截面 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 19 2 工作台 工作台的移动在调整机床时可以手动 在磨削和修整时由液压油缸驱动 在床身右上角的手动机构通过小齿轮与工作台齿条相啮合 齿轮轴安装在偏心 套中间 球头小手把在上面位置时使齿轮与齿条相连接 在下面位置则脱开 工作台在液压驱动时宜将小手把转到下面位置 避免手轮转动和减少齿轮 齿 条的磨损 当工作台退到右极限位置时 它背后的撞块压下行程开关 SQ1 使工 件电动机停止转动 工作台手动机构在床身的右上方 反时针转动偏心套 使 小齿轮与工作台齿条相啮合 偏心套上的球头小把手用来转动偏心套 它的 位置 上 下 指示着小齿轮与齿条的啮合状态 13 小手轮每转工作台的 移动量 1 17 53 4mm 撞块 工作台退到右极限 安全保险撞块 工作手动机构 联锁行程阀 位置时压下行程阀 修整换向撞块 磨削换向撞块 工作台齿条 M 1 工作台液压传动换向手柄 球头小手把 此位置为齿 轮与齿条脱开位置 图 4 4 工作台撞块和手动机构 5 5 砂轮架的装配工艺砂轮架的装配工艺 5 15 1 正确选择装配的方案正确选择装配的方案 砂轮架结构与装配关系 由于其使用性能的要求 其传动关系比较简单 一 般在砂轮架箱体中不设计传动零件 只在电功机与主轴间设计一级皮带传动或 升速或降速即可 现在也有渐将电主轴 磁悬浮主轴等等引入一般磨床砂轮架 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 20 结构中的趋势 不论是哪种结构的砂轮架与何种方式的传功 一般都要解决好 以下的关系 1 主轴的支承方式选择 砂轮架主轴在工作中主要承受径向力 轴向力 弯矩 扭矩等的作用 由 于砂轮架使用性能的要求 其主轴的支承距离较小 主轴的支撑方式通常采用 两支点的方式已足够满足其工件要求 尤其是 工具磨床更是如此 主轴的轴向 采有一端固定一端自由的安装方式 其前端为自由端 后端为固定端 这一方 面可以消除由于主轴受热沿轴向的伸长而附加的轴向应力 另一方面又可以减 少由于砂轮架受热后的径向抬高 一般说前头的抬高比后头的抬高要大 使 轴 向档圈止推圈环 与轴心线偏斜更大而更加重轴肩与挡圈 止摊圈 的摩擦与磨损 有利于机床的精度稳定和保持 对于采用滑动轴承支承的砂轮架 应对主轴设 计轴向磨损自动补偿机构 而对滚功轴承支承则可以不对其进行补偿设计 一 般其磨损较小 2 轴承选择与安装 在载荷不太大 转速不太高的情况下 主轴轴承较适于采用三片 五片瓦 动滑动轴承组合 其径向间隙由调整螺钉调整 轴瓦的倾斜度可以随轴径位置 不同而自动调整 以适应轴的弹性变形和偏斜等 但其极限转速相对较低 对 径向间隙的变化非常敏感 该轴承组合通过肩来确定轴向位置和轴向间隙 并 且回转时轴肩与止推圈之间为滑动摩擦 限制了轴承极限转速的提高 适合于转 速较低的主轴部件 而对主轴转速高 中 高载荷的磨床 根据其加工的具体 情况 宜使用滚动轴承组合比较合适 一般前轴承主要承担径向力 后轴承主 要承受轴向力也可承受一定的径向力 经过分析与生产经验 前轴承选择圆柱 或圆锥滚子类轴承较好 对于圆锥孔圆柱滚子轴承 其极限转速较高 承载能 力较大 可以通过调整内圈的轴向位置来对轴承进行径向预紧调整 使轴承始 终在无间隙的情况下进行运转 很适合机床前轴承的支承 后轴承则选用角接 触球轴承较为合适 并采用面对面的安装组合 此组合安装方便 维修容易 对轴及轴承孔的加工精度要求较低 经济性较好 同时对磨床的精度影响不大 因为按照误差的传递规律 后轴承的安装精度对磨床的砂轮架的回 回转精度影 响没有前轴承的影响大 后轴承对砂轮架的精度影响可以通过对主轴的误差方 向和大小测量撑握 使其对前轴承的误差还可起抵消的作用 但此安装万式没 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 21 有背对背安装时支承刚度高 磨床砂轮架轴承精度一般要达到 D 级及以上的等 级要求 对于一些高速 重载精度较高的磨床主轴其支承应考虑对皮带轮的卸 载设计 一般磨床则因为通常皮带轮位于主轴的后端 其弯曲对加工精度影响 不很大 可以不考虑卸载的问题 3 轴承与轴 轴承孔的配合 磨床主轴转速高 载荷大 振动大 工作温度高 其主轴与轴承内圈的配 合较紧 变形较大 壳体孔与轴承的配合则采用较松的配合 三片瓦或五片瓦动 压轴承始终处于间隙状态下工作 因此轴承内孔与轴径为间隙配合 间隙大小 及变化将影响轴承的工作性能 其数值有严格一致的规定要求 1 4 润滑 轴承 的润滑方式与润滑液的选取 将影响轴承的发热与散热状况 对于普通磨床轴 承选用油润滑 方式为浸油飞溅式 其润滑及冷却效果好 对于高速 中 高载 荷磨床考虑到高速搅油损失 发热以及维修的方便 且易于密封 效果好 宜采 用脂润滑 1 5 密封 普通磨床转速不高利用橡胶圈密封 对于较高 中或高 载荷的砂轮架 加工硬度高的材料时为防止磨屑碎粒对轴承的磨粒磨损和有效 的密封 选择非接触迷宫式密封 该密封方式简单易 可靠稳定 而对散热的 不利影响并不大 5 25 2 正确设计零件结构与技术要求正确设计零件结构与技术要求 砂轮架零件较少 主要零件有砂轮架壳体 主轴 皮带轮等 因为这些零 件在工作中都处于高速回转状态 因此其结构 技术要求对砂轮架的工作性能 有很大的影响 5 2 15 2 1 砂轮架壳体的结构与技术要求设计砂轮架壳体的结构与技术要求设计 砂轮架壳体是装配砂轮架的基础件 砂轮主轴组件将装配于其中 按照砂 轮架的使用性能要求以及其工作条件 壳体结构应主要满足大刚性 足够的强 度 抗振 吸振能力强 精度稳定 容易加工等 所以壳体零件的尺寸应尽量 小 尤其是轴向尺寸尽量小 以保证其刚性的要求 壳体的安装基面应平直 表面粗糙度要细 轴承孔的尺寸 形状精度高 与基面应严格平行 对于动压 滑动轴承等中心可调的轴承组合 箱体轴承孔的同轴度要求较低 一般达到毫 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 22 米级就可满足要求 对于滚动轴承尤其是宽系列轴承 其同轴度度要求很高 一般须达到微米级才达到使用要求 5 2 25 2 2 主轴的设计与技术要求主轴的设计与技术要求 砂轮架主轴构由于其上无传动零件 所以比较简单 一般也设计为阶梯轴 但其尺寸及形位精度 表面粗糙度等应满足结构与安装高刚性的要求 材料选 择应满足稳定性的要求 支承轴径处的尺寸精度 形状精度 位置精度随着轴 承组合的不同而有所区别 采用动压滑动轴承的主轴 其轴径的形状精度要求很 高 一般达到 0 001 0 OO2 而支承轴径间的同轴度要求相对较低 一般包括 尺寸精度范围内即可 对于滚动轴承尤其是宽系列或双列滚动轴承组合 其形 状精度要求相对较低达 达到 0 003 0 005 即可 但对支承轴径的同轴度要求 很高一般须达到 0 003 0 005 这是由于后者径向游隙和预紧量是通过内圈的 外胀变形来调整 轴承始终处于预紧变形条件下工作 外胀变形量很难精确控 制 提高轴径的形状精度对保证轴承的安装精度意义不大 而前者则对径向间 隙非常敏感 它将影响主轴的回转精度 承载能力和液体摩擦的形成条件以及 轴承的回转平稳性 例如某金刚石专用磨床主轴颈的径向跳动要求为 0 005mm 普通磨床主轴支承轴颈径向跳动精度要求为 0 0015mm 后者比前者径 向跳动精度高得多 主轴上的螺纹 圆 锥面等连接紧固面应严格与主轴中心 线同轴 否则容易引起连接不可靠 主轴紧固弯曲等装配缺陷 5 35 3 正确制定砂轮架装配工艺正确制定砂轮架装配工艺 砂轮架的零件与组件较少 其装配过程较简单 但仍然有一些应该注意的 问题 高速回转的零件装配前必须进行静 动平衡 轴 轴组件以及砂轮架部 件装配方法 对保证砂轮架的精度影响很大 在批量生产时 一般用调整法进 行装配 批量不大的情况下 可采用修配法进行装配 在调整法装配中有的砂 轮架结构以及主轴组件结构通过在砂轮架壳体中的调整进行装配 有的结构则 可以将轴组件装配好后再整体装入砂轮架壳体 砂轮架是机床的关键部件 其 精度要求随着加工条件的改变有很大的不同 设计 制造时有些问题虽小但对 机床加工精度的影响却很大 如果考虑不周将会严重影响机床的使用性能 因此 不仅需从机床整体设计 制造 装配 润滑 密封等环节进行详尽考虑 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 23 而且还应从零件的关键精度指标上提出合理科学的要求 当出现矛盾的时候 要综合考虑 取舍合理 措施恰当 6 6 设计的计算和实现设计的计算和实现 6 16 1 电动砂轮电机及其电主轴的选用电动砂轮电机及其电主轴的选用 图 6 1 砂轮电机 电动机的合理选择是保证电动机安全 可靠 经济运行的最重要环节 电 动机的选择包括 电动机的额定功率 额定转矩 电动机的种类 电动机的 结构形式 电动机的额定电压 电动机的额定转速等 其中电动机额定功率的 选择是电机选择中的主要内容 额定功率小了 电动机处于过载下运行 发热 过大 造成电动机损坏或寿命降低 还会造成启动困难 额定功率大了 不仅 增大投资 而且运行的效率和功率因数都会降低 不经济 MQ8240 曲轴磨床砂轮的线速度可达 28 35m s 头架主轴最大转速为 130n min 砂轮的宽度为 40mm 再查 金属切削手册 知外圆磨削时 一般 10 um 0 5 2 0 mm r 再由 机械制造算图手册 得计算磨削力的 p a a f 经验公式 fppSWas FCVV f b 6 1 与材料有关的常数 一般取 22 p C 切削厚度 p 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 24 砂轮速度 s V 工件速度 w V 轴向进给量 a f 砂轮磨削宽度 s b 其他相关的磨削系数 不同的研究者取不同的数值 一般分别取 0 6 0 9 0 7 0 7 0 5 其中传动装置的总效率 为 0 85 vgt 分别为传动过程中带传动 推力球轴承 滑动轴承的传动 vgz 外 内 效率 所以 6 45KW 1000 fs F V P 根据电动机额定功率的修正 则需加 5 则负载平均功率为 6 77 KW 考虑启动 制动影响 电动机率取 PN 1 1 P 7 4 KW 所以最终选择电机功率为 7 5 KW 6 26 2 零件选用 设计与计算零件选用 设计与计算 电动机的选择 1 确定电动机类型 按工作要求和条件 选用 y 系列三相交流异步电动机 2 确定电动机的容量 工作机所需功率 Pw Pw 7 5KW 3 选择电动机转速 由机床主要技术参数的传动副传动比合理范围 普通 V 带传动 i带 2 4 则传动装置总传动比的合理范围为 MQ8240 曲轴磨床砂轮架设计 25 nd i 总 nw 2 4 nw 2nw 4nw 2 400 4 400 800 1600 根据电动机所需功率和同步转速 查 电工手册 符合这一范围的常用 同步加速有 1500 1000 r min 选用同步转速为 1500r min 选定电动机型号为 Y 100L 2 6 26 2 1 1 带传动设计带传动设计 表表 6 6 1 1 带带轮轮的的设设计计 项目计算 或选择 依据计算过程单位计算 或确定 结果 1 确定 计算功率 Pca Pca d A KP 查表 8 7 KA 1 2 Pca 1 2 7 5 9 kw 9 2 选择 带的型号 查表 8 1 选用 L 型A 型 3 选择 小带轮直 径 1d d 90 1d d 查 1 表 8 3 及 8 4a 取85 1d d mm 85 4 确定 大带轮直 径 2d d 2d d 带 i 1d d 2 2 85 187 2d d 查表取 190 2d d mm 190 5 验算 传动比误 差i i d d i i d d 1 2 100 1 i 2 2 85 190 2 2 1 6 验算 带速v 100060 11 nd v d 5 84v 100060 150085 s m 5 84 7 初定 中心距 0 a 2 7 0 210dd dda 0 7 2 85 190 0 a 165 470 mm 250 8 初算 带长 0 L 2 2 2100dd ddaL 2 250 85 190 0 L 2 mm 796 广东技术师范学院本科毕业设计 论文 26 0 2 12 4 a dd dd 796 2504 85190 2 9 确定 带的基准 长度 d L 查 1 表 8 2 800 d L mm 800 10 计算 实际中心 距离 取整 a 2 0 0 LL aa d 2 796800 250 a 252 mm 252 11 安装 时所需最 小中心距 取 min a 整 d Laa015 0 min 800015 0 252 min a 240 mm 240 12 张紧 或补偿伸 长量所需 最大中心 距 max a d Laa015 0 max 800015 0252 max a 264 mm 264 13 验算 小带轮包 角 1 3 57180 12 1 a dd dd oo 3 57 252 85190 180 1 160 67 度 160 67 14 单 根 V 带的 基本额定 功率