气缸体专用平面磨床设计【7张图/16600字】【优秀机械毕业设计论文】

文档包括:
说明书一份,44页,16600字左右.
开题报告一份.
任务书一份.

图纸共7张,如下所示
A0-总装配图.dwg
A0-砂轮架部件图.dwg
A0-工作台装配图.dwg
A0-主轴部装配图.dwg
A2-砂轮架主轴.dwg
A3-螺母座.dwg
A3-内隔套.dwg

摘 要

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，它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的。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[4]，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4μm、磨削精度高达0.025μm。
本课题是对设计一台气缸体表面加工用的专用磨床，气缸体作为重要的工艺要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制约产品质量的一个瓶颈问题，如何能使气缸体的表面粗糙度和平面度达到技术要求。
关键词：磨床；平面磨床；专用磨床；磨削加工；气缸体

ABSTRACT

Abrasives (grinding wheels, abrasive belt, Whetstone, and abrasive, etc.) as a tool cutting machine tools, collectively known as the grinder, they are developed due to the need of finishing and hard surfaces. With mechanical precision, reliability and lifetime requirements of continuous improvement and increased application of new materials, grinding technology is moving in the ultra-hardness of abrasives, the development of sophisticated and ultra-precision grinding (grinding to micron, submicron nano-grinding development) and the development of high accuracy, high stiffness, and multi-axis automation grinder direction [4], such as for ultra-precision grinding resin combined with the average radius of the diamond grit grinding wheel can be as small as 4μm, grinding accuracy of up to 0.025μm.
This topic is a special grinder, with the surface finish of the design of a cylinder block and cylinder block as an important process requirements of precision parts, the outer surface roughness has been a bottleneck restricting the quality of products, how to make the cylinder block. surface roughness and flatness of the technical requirements.

Key words: grinder; surface grinder; special grinder; grinding; cylinder block

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 磨床的类型与用途 1
1.1.1 磨床的类型及其特点 1
1.1.2 磨床的用途 1
1.1.3 平面磨削和端面平面磨床 2
1.2 磨床的现状及其发展趋势 4
第2章 总体结构设计 6
2.1 基本参数和设计内容 6
2.2 磨床总体设计 6
2.3 总体设计注意事项 6
第3章 磨床总体布局设计 7
3.1 加工零件 7
3.2 初步估计组成部分 7
3.3 总体布局初步设计 7
3.4 纵向与横向尺寸的确定 7
3.5 砂轮架相关尺寸设计 10
3.6 头架相关尺寸的确定 12
3.7 尾架相关尺寸的确定 13
3.8 工作台 13
3.9 横向进给机构 13
3.10 砂轮修整器 13
3.11 液压系统 13
3.12 电气部分 13
3.13 机床保护系统 14
第4章 部件设计（砂轮架） 15
4.1 砂轮架设计的基本要求 15
4.2 主轴旋转精度及其提高措施 15
4.3 主轴轴承系统的刚性 15
4.4 砂轮架主轴初步设计 15
4.5 主轴刚度校核 16
4.6 动静压轴承 17
4.7 传动装置设计 18
第5章 床身与导轨 25
5.1 床身设计 25
5.1.1 床身结构的基本要求 25
5.1.2 床身的结构 25
5.1.3 床身的截面形状 26
5.1.4 钢板焊接结构 26
5.1.5 箱体封沙结构 26
5.2 导轨设计 26
5.2.1 对导轨的要求 26
5.2.2 滑动导轨 26
5.2.3 贴塑滑动导轨 27
5.2.4 导轨结构 27
5.2.5 导轨设计 28
5.2.6 导轨的材料 28
第6章 主传动系统结构设计 29
6.1 主传动系统的设计要求 29
6.2 主传动变速系统的设计 29
6.3 选择主轴电机 30
6.4 高速带的设计计算 31
第7章 控制系统设计 34
7.1 确定硬件电路的总体方案 34
7.2 主控制器CPU的选择 34
7.3 存储器扩展电路设计 34
7.4 I/O口扩展电路设计 35
7.5 交流伺服电机驱动电路 35
7.6 主轴电机驱动电路 35
7.7 越界报警 36
结论 37
参考文献 38
致谢 39

毕业设计任务书
学生姓名 张之阳 系部 机电工程学院 专业、班级 机械设计制造及其自动化08-13
指导教师姓名 李洪智 职称 教授 从事
专业 机械 是否外聘 □是□否
题目名称 气缸体专用平面磨床设计
一、设计目的，意义
设计目的：发动机气缸体对其平面度要求十分严格，用专用磨床加工可确保起加工质量。
设计意义：气缸体作为重要的工艺要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制约产品质量的一个瓶颈问题，如何能使气缸体的表面粗糙度和平面度达到技术要求，因此设计一台用于气缸体表面加工用的专用磨床。

二、设计内容，基本参数
1根据基本技术参数，确定气缸体专用平面磨床总体结构初步设计方案。
2确定各个零部件的具体外形尺寸并进行强度校核。
3主轴，轴承，砂轮的校核。
4根据工件所要加工的形状及尺寸要求，进行总体设计。
5总装配图中各个零部件的安装问题，及零件的定位问题，完成总装图和各部分零件图。
基本参数：
电动机功率2.8千瓦
主轴转速2800转每分钟
磨头行程垂直方向260毫米，纵向840毫米
磨削头砂轮直径250毫米 
三、设计完成后应提交的成果）
说明部分：说明书一份，字数不少于1.5万字
图纸部分：0号图一张，零件图若干张，总量相当于3张0号图
四、进度安排
2012.2.27-3.16：查找文献资料，明确设计内容，完成开题报告；
3.17-3.23：拟定总体设计方案；
3.24-3.30：运动和动力参数的计算；
3.31-4.20：确定各个零部件的具体外形尺寸并进行强度校核； 
4.21-5.4：根据工件所要加工的形状及尺寸要求，进行总体设计； 
5.5-5.18：绘制总体装配图；
5.19-5.25：绘制零件工作图；
5.26-6.8：编写设计说明书；
6.9-6.15：完成设计准备答辩。
五、参考文献
[1]余英良.磨床专用改造设计与实例[M].北京:机械工业出版社,1998:31～49.
[2]张碧泉.普通磨床的数字化改造[J].机械工程师,1999（11）,26～30.
[3]刘书华.专用磨床与编程[M].北京:机械工业出版社,2005:324～40.
[4]李善术.专用磨床及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005,1～5,173～188.
[5]Papadopoulos,E.Planning and model-based control for mobile manipulators. Intelligent.Robots and Systems.Takamatsu,2000,1810～1815．
[6]肖爱萍.基于普通磨床的专用化改造的设计[J].兰州工业高等专科学校,2002（2）.
[7]李盛宇.普通磨床的专用化改造[J].电气技术与专用化,2005（6）:121～123.
[8]Liu,K.Decentralized continuous robust controller for mobile robots.In:Robotics and Automation.Cincinnati,2000,1822～1827.
[9]陈婵娟.专用磨床设计[M].北京:化工工业出版社，2006：138～148.
[10]Seraji H.Motion Control of mobile manipulators[A].In:Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.California,1999,2056-2063．

1课题研究目的和意义
缸体是发动机的基础零件，通过它把发动机的曲柄连杆机构（包括活塞、连杆、曲轴、飞轮等零件）和配气机构（包括缸盖、凸轮轴等）以及供油、润滑、冷却等机构连接成一个整体。它的结构如图1所示,它的结构有形状复杂、薄壁、孔深、显箱体等特点，要求具有足够的强度和刚度，底面要具有良好的密封性等特点。

图1 气缸体结构图
基于以上的介绍，我们知道气缸体的加工难度较大。缸孔的传统加工工艺是粗镗→半精镗→半精磨→精磨→珩磨。针对缸体的这一加工特点，在其镗削加工之后珩磨加工之前，为了达到更高的加工精度及其更好的加工质量，有必要加入磨削工艺，由于汽缸体种类多，精度要求高，故很有必要在基于原有机床的基础上二次开发一种专用汽缸体专用磨床。
2 文献综述（课题研究现状及分析）
磨床是以砂轮周边或端面对工件进行磨削加工的精密机床。它不但能加工一般金属材料，而且还能加工一般金属刀具难以加工的硬材料。利用磨削加工可以获得较高加工精度和光洁度，而且其加工余量较其他加工方法小得多，所以磨床广泛地应用于零件的精加工。它也是以磨具（如砂轮、轮带、油石、研磨剂等）作为工具进行切削加工的机床，可加工各种表面（如内外圆柱面和圆锥面、平面、螺旋面），还可以进行切断等。
磨床的种类很多，按其工作性质可分为：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床，工具磨床以及一些专用磨床。如螺纹磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床等。
磨削加工具有以下特点：
1.磨削效率高，砂轮相对工件做高速旋转一般砂轮线速度达到35米/秒（M/S），约为普通刀具的20倍以上，可获得较高的金属切除率。随着磨削新工艺的开发，磨削加工的效率进一步提高，在某些工序已取代了车、铣、刨削，直接从毛坯加工成形。 
2.能获得很高的加工精度和很细的表面粗糙度，每粒磨粒切去切屑层很薄，一般只有几微米，因此表面可获得高的精度和低的表面粗糙度。 
3.切削功率大和消耗能量多，砂轮是由许许多多的磨粒组成的，磨粒在砂轮中的分布是杂乱无章、参差不齐的，切削时多呈负前角，并且尖端有一定的圆弧半径，因此切削功率大，消耗能量多。 
4.加工范围广，砂轮磨粒硬度高，热稳定性好，不但可以加工未淬火钢，铸铁和有色金属等材料，还可以加工淬火钢、各种切削刀具以及硬质合金等硬度很高的材料。 
专用磨床按工艺用途可分为：
1.一般专用磨床
这类磨床和传统的通用磨床品种一样，有专用车、铣、镗、钻、磨等，而且每一类又有很多品种，例如专用铣床中就有立铣、卧铣、龙门铣等，这类磨床的工艺可能性和通用磨床相似，所不同的是它能加工复杂形状的零件。
2.专用加工中心磨床
这类磨床是在一般专用磨床的基础上发展起来的，它是一般专用磨床上加装一个刀库（可容纳10～100多把刀具）和专用换刀装置而构成的一种带专用换刀装置的专用磨床（又称多工序专用磨床），这使专用磨床更进一步地向专用化和高效化方向发展。 它和一般专用磨床的区别是：工件经一次装夹后，专用装置就能控制磨床专用地更换刀具，连续地对工件各加工面专用地完成铣、镗、钻、铰及攻丝等多工序加工。这类磨床大多是以镗铣为主，主要用来加工箱体零件。
3.多坐标专用磨床
有些复杂形状的零件，用三坐标的专用磨床还是无法加工，如螺旋架、飞机曲面零件的加工等，需要三个以上坐标的合成运动才能加工出所需的形状，于是出现了多坐标的专用磨床。其特点是专用装置控制的轴数较多，磨床结构也比较复杂。其坐标轴数通常取决于加工零件的工艺要求，现在常用的是4～6坐标的专用磨床，最多可达24坐标。
4.计算机群控
计算机群控也称为直接专用（DNC）系统，它是一台大型通用计算机直接控制一群专用磨床的系统
专用磨床比传统磨床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自专用系统所包含的计算机的威力。
1、可以加工出传统磨床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
　 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
2、可以实现加工的专用化，而且是柔性专用化，从而效率可比传统磨床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序专用去执行，从而实现专用化。专用磨床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的专用化，从而使单件和小批生产得以专用化，故被称为实现了“柔性专用化”。
3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
4、可实现多工序的集中，减少零件在磨床间的频繁搬运。
5、拥有专用报警、专用监控、专用补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
在未来，专用磨床将会继续向开放式、基于PC的第六代方向发展 。基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的专用系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担专用的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的专用系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍；向高速化和高精度化发展，这是适应磨床向高速和高精度方向发展的需要；向智能化方向发展，随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，专用系统的智能化程度将不断提高。
3设计的基本内容、拟解决的主要问题
此次毕业设计研究的基本内容为：
1.改造的传统磨床的选型，并对其改造的总体方案进行分析与设计；
2.的改造，主要包括纵向进给系统、横向进给系统及刀架的改造；
3.床传动装置的设计；
4.床进给系统的设计；
5.床专用刀架的选用，刀架是专用磨床的重要功能部件，刀架的合适选用对6.磨床的加工效率发挥着很大的作用；
7.床专用系统的硬件的设计。
依据研究的主要内容，主要解决以下几方面的问题：
1.一种普通磨床，根据改进的原则—经济型改造，确定磨床的主要改造项目；
2.磨床的传动装置是指将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个传动链及其附属机构。这些机构包括齿轮减速器、滚珠丝杠螺母副、导轨、工作台等。由于专用磨床的传动装置与传动磨床的有较大差别，它要求具有较高的定位精度及良好的动态响应性，稳定性。为了达到这些要求，需要对专用磨床用导轨，丝杆、电机等硬件进行系统选择；
3.系统设计中的纵向和横向进给时切削力的计算，并根据切削力计算的结果来设计滚珠丝杆，以及设计完成后的强度、刚度和稳定性的验算；
4.合对比各种专用刀架的工作原理和工作过程来确定本磨床专用刀架以及其工作过程；
5.系统硬件的电路设计及所用单片机型号的确认。
4.技术路线及研究方法
1. 查阅资料了解题目，了解机床运动原理，在方案论证的基础上，拟定总体方案，完成相关的设计计算。
2. 具体绘制机床总装图、刀架图，PLC控制系统图，完成相关计算及校核。
3. 绘制正式图，撰写说明书，准备毕业答辩。
5.进度安排
1～2周：1.熟悉设计题目的基本内容；2.查阅资料；
3～6周：1.熟悉查阅的资料；2.确定改造项目；3.总体方案布置；
7～10周：1.全部结构草图设计；2.计算及验算；
11～15周：1.绘制全部正式图；2.编写说明书稿；
16～18周：1.撰写说明书；2.准备毕业答辩；
6.主要参考文献
[1]余英良.磨床专用改造设计与实例[M].北京:机械工业出版社,1998:31～49.
[2]张碧泉.普通磨床的数字化改造[J].机械工程师,1999（11）,26～30.
[3]刘书华.专用磨床与编程[M].北京:机械工业出版社,2005:324～40.
[4]李善术.专用磨床及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005,1～5,173～188.
[5]Papadopoulos,E.Planning and model-based control for mobile manipulators. Intelligent.Robots and Systems.Takamatsu,2000,1810～1815．
[6]肖爱萍.基于普通磨床的专用化改造的设计[J].兰州工业高等专科学校,2002（2）.
[7]许吉庆,刘文.C616的专用化改造的设计[J].济南机械职工大学学报:自然科学版，1999（3）.
[8] 肖国红.普通C616磨床的经济型专用化改造[J].集美大学水利电力机械，2007（8）.
[9] 张继红.8031单片机在C616磨床改造中的应用[J].机械工程与专用化，2006（5）. 
[10]仲高艳.C616磨床的专用改造[J].机械工程师,1999（5）.
[11]丁明君,宋丹.C6132普通磨床的专用化改造[J].机电一体化，2003（4）:106107.
[12]陈子银.专用磨床结构原理与应用[M].北京:北京理工大学出社,2006:16～76. 
[13]刘国封.普通磨床专用化改造及其设计计算[J].机械工程师,2004（3）.
[14]李洪.实用磨床设计手册[M].辽宁:辽宁科学技术出版社,1999:307～340.
[15]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社,2004.
[16]孙桓.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2000:186～240.
[17]李盛宇.普通磨床的专用化改造[J].电气技术与专用化,2005（6）:121～123.
[18]张新义.经济型专用磨床系统设计[M].北京:机械工业出版社,1994:200～214.
[19]明兴祖.专用磨床与系统[M].北京:中国人民大学出版社,2000:186～243.
[20]张磊.磨床改装技术[M].北京:机械工业出版社出版,1998:94～102.
[21]Liu,K.Decentralized continuous robust controller for mobile robots.In:Robotics and Automation.Cincinnati,2000,1822～1827.
[22]陈婵娟.专用磨床设计[M].北京:化工工业出版社，2006：138～148.