砂轮两自由度曲面磨削装置设计（全套含CAD图纸）
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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计（论文）题目砂轮两自由度曲面磨削装置设计专业学生姓名班级学号指导教师完成时间下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985I摘要伴随机械制造业的飞速发展，各类机床得到了空前的发展。同时随着磨削技术的发展，磨床在加工机床中也占有相当大的比例。磨床可以加工各种表面，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。磨削技术及磨床在机械制造业中占有极其重要的位置。磨削技术发展很快，在机械加工中起着非常重要的作用。本文介绍磨床的发展的过程、现状及发展趋势，并分析了其有点及存在的问题。对各类磨床的总体结构进行了探讨，还对砂轮在制造业中的应用进行了阐述。本文在查阅了国内外相关资料的前提下，对本次设计的课题进行了总体结构设计、在分析和计算了速度比值及控制策略的同时对部件的结构设计、箱体结构的设计、主要零部件的设计、计算及校核。利用AUTOCAD二维画图软件进行了零件的设计和装配，以满足加工磨削要求。选择恰当的主轴支承方式以及轴承选用及润滑等也是相当的重要，同时，主轴组件的安装如何保证精度等，在本课题中有相应的叙述。本次完成了砂轮两自由度曲面磨削装置设计，满足磨削加工相关零件要求的同时，还具有有较好的性价比，最终达到本次设计的综合训练的目的。关键词制造业、磨床、磨削技术、砂轮下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985I下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985I下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985IABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFMACHINES,VARIOUSTYPESOFMACHINETOOLSHASBEENANUNPRECEDENTEDDEVELOPMENTWITHTHEDEVELOPMENTOFTECHNOLOGYWHILEGRINDING,GRINDINGMACHINETOOLSISALSOINPOSSESSIONOFALARGESCALEGRINDERCANPROCESSAVARIETYOFSURFACES,SUCHASINNERANDOUTERCYLINDERSANDCONES,PLANE,INVOLUTETOOTHPROFILESURFACE,FORMINGHELICALSURFACEANDAVARIETYOFSURFACESGRINDINGCANBEHOGGING,ROUGHING,FINISHINGANDSUPERFINISHING,ANDVARIOUSHIGHHARD,SUPERHARDMATERIALMACHINING,GRINDINGTOOLSANDCANALSOBECUTOFF,ETC,AVERYWIDERANGEOFTECHNOLOGYGRINDERGRINDINGTECHNOLOGYANDOCCUPIESANEXTREMELYIMPORTANTPOSITIONINTHEMACHINERYMANUFACTURINGINDUSTRYGRINDINGTECHNOLOGYHASDEVELOPEDRAPIDLY,PLAYSAVERYIMPORTANTROLEINMACHININGTHISARTICLEDESCRIBESTHEDEVELOPMENTPROCESSOFGRINDINGMACHINES,THESTATUSQUOANDDEVELOPMENTTRENDS,ANDANALYZESITSBITANDPROBLEMSTHEOVERALLSTRUCTUREOFTHEVARIOUSTYPESOFGRINDERSAREDISCUSSED,ALSOUSEDINTHEMANUFACTURINGOFWHEELAREDESCRIBEDINTHISPAPER,THERELEVANTINFORMATIONATHOMEANDABROADUNDERTHEINSPECTIONOFTHEPREMISE,THESUBJECTOFTHISDESIGNWERETHEOVERALLSTRUCTURALDESIGN,STRUCTURALDESIGNOFCOMPONENTSDESIGNEDBOXSTRUCTUREINTHEANALYSISANDCALCULATIONOFTHEVELOCITYRATIOANDCONTROLSTRATEGIESATTHESAMETIME,MAJORZERODESIGNCOMPONENTS,CALCULATIONANDCHECKAUTOCADUSEATWODIMENSIONALDRAWINGSOFTWAREDESIGNANDASSEMBLYOFPARTSTOMEETTHEREQUIREMENTSOFTHEGRINDINGPROCESSSELECTTHEAPPROPRIATEMANNERANDBEARINGSPINDLEBEARINGANDLUBRICATIONSELECTIONISQUITEIMPORTANT,AND,HOWTOENSURETHEINSTALLATIONOFTHESPINDLEASSEMBLYACCURACY,THEREISACORRESPONDINGDESCRIBEDINTHISPAPERTHECOMPLETIONOFTHETWODEGREESOFFREEDOMSURFACEGRINDINGWHEELDEVICEISDESIGNEDTOMEETTHEREQUIREMENTSOFGRINDINGRELATEDPARTSALSOHAVEABETTERCOSTEFFECTIVE,COMPREHENSIVETRAININGANDULTIMATELYACHIEVETHISDESIGNGOALKEYWORDSMANUFACTURING,GRINDER,GRINDINGTECHNOLOGY,WHEEL下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985II目录摘要IABSTRACTI第1章绪论311磨床的发展概述312磨床的类型与用途4121磨床的类型及其特点4122磨床的用途4123磨削方法513磨床的研究现状及发展趋势714砂轮及其装夹7141砂轮的结构及特性7142砂轮的安装与修整1115磨削液的选用1116课题研究的意义及内容11第2章总体及部件结构设计1321磨床的技术规格1322磨床总体布局设计1323主要结构及其说明13第3章速度比值及控制策略的确定1531速度比值的确定1532控制策略的确定16第4章箱体结构及主要零部件设计1741箱体结构的设计1742主轴的设计及校核2043轴承的选择2144齿轮的设计及校核21第5章磨床的操作方法及维护保养2651磨床的操作方法2652磨床的维护保养26第6章结论28致谢29参考文献30下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709853第1章绪论11磨床的发展概述所谓磨床简单的说就是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。平时我们见到的少数的磨床是使用油石、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。但大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工。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。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汽车工业的发展，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。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。磨床是各类金属磨削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709854平面磨床、无心磨床、工具磨床等。外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。耐磨焊条12磨床的类型与用途121磨床的类型及其特点用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行磨削加工的机床，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。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、曲轴磨床等。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磨削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为磨削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为磨削工具的精磨磨床等。磨床与其他机床相比，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工件和砂轮相对运动工件部分组成。122磨床的用途磨床可以加工各种表面，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。随着科学技术的发展，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工艺的发展，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，磨床的使用范围日益扩大。它在金属磨削机床所占的比重不断上升。目前在工业发达的国家中，磨下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709855床在机床总数中的比例已达3040。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143。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，因此精密磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。但是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应小于1UM，轴向圆跳动应限制在23UM以内。2、低速进给运动的稳定性。由于砂轮的修整导程要求1015MM/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。123磨削方法1、外圆磨削在外圆磨削过程中，工件是安装在两顶尖的中心之间，砂轮旋转是引起磨削旋转的主要来源和原因。基本得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11和图12所示。事实上，外圆磨削可以通过其他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，磨削的深度是由磨削砂轮到工件的纵向进给来调整的。（2）、冲压磨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，正如我们所看到的，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。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709856图11横磨法磨外圆图12纵磨法磨外圆（3）、整块深度磨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，可以磨削短而粗的轴。2、端面外圆磨床及其特点端面外圆磨床是外圆磨床的一种变形机床，它宜于大批量磨削带肩的轴类工件，有较高的生产率。它的特点如下（1）、这种磨床的布局形成和运动联系与外圆磨床相似，只是砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度（通常10，15，23，26，30，45），如图13所示，数控端面外圆磨床MKS1632A的砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜30。为避免砂轮架与工件或尾架相碰，砂轮安装在砂轮架的右边，从斜向切入，一次磨削工件外圆和端面。（2）、由于它适用于大批量生产，所以具有自动磨削循环，完成快速进给（长切入）粗磨精磨无花磨削。由定程装置或自动测量控制工件尺寸。（3）、装有砂轮成型修整器，按样板修整出磨削工件外圆和端面的成型砂轮，为保证端面尺寸稳定及操作安全，一般具有轴向对刀装置。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709857图13砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度13磨床的研究现状及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4M、磨削精度高达0025M；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达400M/S，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为4060M/S；从精度上看，定位精度2M，重复定位精度1M的机床已越来越多；从主轴转速来看，82KW主轴达60000R/MIN，13KW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。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作生产的GA（P）6263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GC32ECNC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，绝对没有切屑或磨削液外溅的现象。大量的工业清洗机和磨削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。14砂轮及其装夹141砂轮的结构及特性砂轮是磨削的主要工具，它主要由磨粒和结合剂按一定比例粘结在一起，经压缩后焙烧而成的疏松多孔体，它由磨粒、结合剂、空隙三要素组成，如图57所示。磨粒形成磨削刃口，起磨削作用；结合剂则固定各磨粒；空隙则有助于排屑和冷却。砂轮的特性有磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定。1、磨料磨料是制造砂轮的主要原料，具有很高的硬度、耐热性、一定的韧下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709858性等。2、粒度是磨料颗粒的大小。常用筛选法来分级，它是以每英寸筛网长度上筛孔的数目来表示。3、结合剂将磨粒粘结成具有一定强度、形状和尺寸的砂轮。4、硬度指砂轮工作表面上的磨粒，在磨削力的作用下自行脱落的难易程度。砂轮的硬度与磨粒本身的硬度是两个不同的概念。磨粒易脱落，表明砂轮硬度低；反之，则表明砂轮硬度高。一般情况下，未淬火钢选，淬火合金钢选，高表面质量选，硬质合金刀具选。5、组织指磨料、结合剂、空隙三者之间的比例关系，也指砂轮的疏密程度。6、形状和尺寸是保证磨削各种形状和尺寸工件的必要条件。为方便使用和保管，根据GB248484磨具代号规定，砂轮的特性参数全部以代号形式标志在砂轮的端面上（非工作面）。其顺序为砂轮的形状、尺寸、磨料、磨料粒度、硬度、组织、粘结剂及安全工作线速度。表11砂轮的特征参数、用途及选择系别名称代号特性应用选择原则氧化物棕刚玉白刚玉铬刚玉单晶刚玉微晶刚玉AWAPASACW棕褐色，硬度较高、刚性大、价廉白色，硬度较A高，自锐性好，磨削力和热较小；但韧性比A差粉红色，硬度与WA相近，但韧性较好浅灰或浅黄色，硬度和韧性比WA高，自锐性好棕黑色，硬度高，韧性和自锐性都好碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等淬火钢、高速钢、高碳钢、薄壁件、细长轴及成形件（螺纹、齿轮、刀具）等合金钢、高速钢、锰钢、及高表面质量件和成形件等不锈钢、高钒钢、高速钢等不锈钢、特征球墨铸铁等磨料碳化物黑碳化硅绿碳化硅碳化硼CGCBC黑色或深蓝色，硬度比刚玉类高，导热性好，但脆硬度和脆性比C高，导热性好黑色，硬度比GC高，耐磨性好，但高温易氧化铸铁、黄铜耐火材料及其他非金属材料等硬质合金、钛合金、宝石、陶瓷、光学玻璃等硬质合金的研磨一般根据被磨削工件的材料和形状来选择磨料下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709859金钢石人造金钢石天然金钢石MBDJT白、黑、淡绿色，硬度最高，磨削性能好，但耐热性较差硬质合金、宝石、光学玻璃、陶瓷等高硬度材料氮化硼CBN黑色，硬度仅次于MBD，切韧性比MBD好钛合金、高性能高速钢、不锈钢、耐热钢及其他难加工材料陶瓷耐热、油、酸、碱等的侵蚀，强度较高，成本低；但脆性大除薄片砂轮外的各种砂轮，最常用，用于各类磨削树脂强度比高，弹性和抛光作用好，不耐热、酸、碱荒磨、窄槽、切断、镜面等砂轮，用于高速磨削橡胶强度比高，弹性和抛光作用更好，不耐油、酸，易堵塞轴承沟道、切割薄片、抛光、无心磨导轮等砂轮，用于切断、开槽等结合剂青铜强度最高，磨耗少，导电性好，自锐性差用于金钢石砂轮选择与磨削方式及工件表面质量有关。除切断砂轮外，一般都选用陶瓷砂轮类别粒度号应用磨粒、说明粒度号越大，砂轮越细。荒磨一般磨削，RA可达08半精磨、精磨和成形磨，RA可达08精磨、精密磨、超精磨、珩磨、成形磨、刀具等粒度微粒、精磨、精密磨、超精磨、珩磨、螺纹磨等超精密磨、镜面磨、精研等，RA可达0选择与被加工件的表面粗糙度、加工硬度和生产率有关。一般粗磨或磨软金属，选粗磨料；反之，选细磨料大级超软软中软中中硬硬硬度等级小级超软超软超软软软软中软中软中中中硬中硬中硬硬硬超硬根据工件的软硬选择。工件越硬，应下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098510代号选软砂轮；相反选硬砂轮062、160、258、356（紧密）重负荷、精密、成形、间断、自由磨削及脆性材料磨削454、552、650、748（中等）内外圆、无心磨、淬火钢、刀具、工具磨削846、944、1042、1140、1238（疏松）粗磨及韧性大而硬度不高材料磨削，如平面、接触面积大、细长工件等组织组织号磨粒率（）1336、1434（大气孔）有色金属、塑料、橡胶及热敏性大的材料磨削粗磨选疏松砂轮，精磨选紧密砂轮名称代号断面图应用平行砂轮P图1根据不同尺寸分别用于外圆磨、内圆磨、平面磨、无心磨、工具磨、螺纹磨及砂轮机上双斜边一号砂轮PSX1图2磨齿轮的齿面和单线螺纹磨削单、双凹砂轮PDA单PSA双图3内圆、平面、外径较大的外圆磨削外圆、工具及无心磨削薄片砂轮PB图4切断及开槽等筒形砂轮N图5用于立式平面磨床上磨削各种平面杯形砂轮B图6用其端面刃磨铣刀、铰刀、拉刀等刀具，用其圆周磨平面和内孔碗形砂轮BW图7刃磨铣刀、铰刀、拉刀等刀具，也用于磨机床导轨蝶形砂轮D图8刃磨铣刀、铰刀、拉刀等刀具及齿轮的齿面形状与尺寸平行砂瓦图9由数块拼装而成，用于平面磨削一般根据工件的加工要求（形状和尺寸）和所用机床来选用下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098511142砂轮的安装与修整磨削时砂轮高速旋转，而且由于制造误差，使其重心不与安装的法兰盘中心线相重合，从而产生不平衡的离心力，加速砂轮轴承的磨损。因此，如果砂轮安装不当，不但会降低磨削工件的质量，还会突然碎裂造成较严重的事故。1、检查砂轮安装前可先进行外观检查并用敲击法检查其是否有裂纹。2、平衡试验将砂轮装在心轴上，放在平衡架轨道的刀口上。如果砂轮不平衡，较重的部分总是转在下面，通过改变法兰盘端面环形槽内的若干个平衡块的位置平衡后，再进行检查。如此反复进行，直到砂轮可以在刀口上的任意位置都能静止（也即砂轮的重心与其回转中心重合）。一般进行两次平衡试验，先粗平衡，然后装在磨床上修整后取下再进行精平衡。一般直径大于的砂轮，安装前必须进行平衡试验。3、安装安装时要求砂轮不松不紧地套在砂轮主轴上，在砂轮两端面与法兰盘之间垫上弹性垫片（一般为MM厚）。砂轮工作一段时间以后，磨粒逐渐变钝，工作表面的空隙被堵塞，正确的几何形状被改变。砂轮必须进行修整，以恢复其磨削能力和精度。砂轮常用金刚石刀修整，且修整时要用大量磨削液，以避免因温升损坏金刚石刀。15磨削液的选用磨削液不仅能起冷却作用，防止工件烧伤；还能将磨屑和脱落的磨粒冲走，以免划伤工件和堵塞砂轮，达到润滑的目的。因此，正确选用磨削液可提高工件的加工质量。磨削钢、铸铁、硬质合金、铜（软铜除外）等较硬材料时常选用苏打水（用于粗磨、高速磨削、强力磨削等产生磨削热较多的情况）、乳化液（用于要求表面粗糙度低的情况）等；磨削软铜、铝及其合金等较软的材料时选用煤油（或松节油）再加10的机油、2左右的四氯化碳（阻燃）组成的冷却液；磨削螺纹、齿轮等复杂形面时选用润滑性能好的冷却液，如由92的硫化油、6的油酸、20的松节油组成的冷却液，也可采用10或20机械油。16课题研究的意义及内容随着我国经济的持续发展，我国的制造业得到了快速的发展，各种金属等物料的社会需求量和生产规模的日益扩大，需要个性化加工的物料量迅速增加，因此，磨床的需求也越来越大，各种规格机床的开发与发展，与建筑，高等级公路，桥梁，水坝和矿业的发展息息相关，它的使用范围也越来越广。磨削技术是机械生产、农下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098512业生产的主要设备之一，被广泛地应用于各种金属物料的生产加工中。近年来，随着机械生产中一些新理论的提出，用户对该机器提出了新的更高的要求，希望得到更好的产品。本课题设计的内容1、总体结构设计；2、部件的结构设计；3、分析速度比值及控制策略；4、箱体结构及主要零部件设计。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098513第2章总体及部件结构设计21磨床的技术规格该设备要求用于磨削大、中型焊接钢管管端螺旋状焊缝、生产效率高、劳动强度低、焊缝打磨效果好，且不伤及管材本体。主要技术参数1、磨头用砂带规格（周长宽度,MM）220050；2、砂带粒度3660；3、砂带磨削线速度30M/S；4、可加工钢管的直径范围4001500；5、磨削后焊缝余高001MM；6、磨削后焊缝表面粗糙度RA32M7、主机立柱驱动电机功率15KW；8、主机横梁驱动电机功率075KW；9、磨头驱动电机功率4K；10、吸尘器电机功率3KW；11、电源380V,50HZ；12、整机输入功率12KW；13、运行噪音70DB；14、外形尺寸3140MM1350MM3550MM；15、整机重量150KG。22磨床总体布局设计一台完整的磨床设备由主机、磨削装置、磨头、吸尘器、工件托架（用户自备）及电气控制系统组成（主机由立柱及其驱动机构，横梁及其驱动机构、十字滑板、立柱底盘及其驱动机构、滚轮、轨道、立柱锁紧机构及轨道支承组成。23主要结构及其说明选择电动机的内容包括电动机的类型、结构型式、容量和转速，要确定电动机具体型号。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098514此设计主机立柱驱动电机、主机横梁驱动电机、磨头驱动电机三个电机的选择。1、选择电动机类型和结构型式电动机类型和结构型式要根据电源（交流或直流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸等）和载荷特点（性质、大小、启动性和过载情况）来选择。电动机的结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等。根据情况都选择Y型交流电动机防护式。2、选择电动机的容量标准的容量由额定功率表示。它们是主机立柱驱动电机功率15KW；主机横梁驱动电机功率075KW；磨头驱动电机功率4KW。3、确定电动机的转速N（I1I2I3IN）NWR/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。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可知主机横梁驱动电机为075KW四级电机磨头驱动电机为Y112M2（4KW2890R/MIN）下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098515第3章速度比值及控制策略的确定31速度比值的确定根据加工工艺的要求合理的选择磨削用量，是确定磨床参数的基本依据。磨削用量包括三要素为磨削速度、进给量、背吃刀量。因此在选择磨削CVFPA用量的时候，应该要考虑到以下几个方面的关系1磨削加工生产率在磨削加工中，材料的切除率与磨削用量三要素、CV、均保持线性关系，其中任一参数增大，都可使生产率提高。但由于刀具FPA寿命的制约，当任一参数增大时，其它两参数必须减小。因此，在指定磨削用量时，使三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。2刀具寿命磨削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为、CV、。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定磨削用量时，应先采用尽FPA可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后按照确定的刀具寿命公式求出磨削速度。对于专用机床来说，为了保证刀具的使用寿命，磨削用量不宜过大。3加工表面粗糙度对于粗加工，在磨削力和刀片大小允许时，首先应进卡能的加大，相应的降低、，使粗糙的毛坯表面在一次吃刀中切除。在PAFCV机床、工件、刀具和刀具夹持刚度等允许时，粗加工也可以尽可能提高，F并适当降低；对于精加工，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它CV是精加工时抑制生产率提高的主要因素。在多刀磨削或使用组合刀具磨削时，应按各把刀具允许的磨削用量中最低的参数，作为调整机床的参数。对自动化加工，各工位加工工序的磨削用量，要按生产节拍进行平衡。在车床上粗加工零件时，磨削力和磨削用量都比较的大，所以选择粗车直径为40MM,材料为45钢的棒料的外圆面为典型的工况。假设棒料经过调制处理，根据表优质碳素钢可知45钢的硬度为217255HB。根据参考硬质合金车刀纵车削外圆的磨削速度可选取刀具材料为YT15。根据参考硬质合金及高速钢车V刀粗车外圆和端面时的进给量选取车刀刀杆尺寸BH为1625、工件直径为40MM、AP2MM时进给量F05MM/R。1、磨削速度的计算磨削速度为砂轮外圆的线速度。其值可按下式计算VCDSNS/100060M/S下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098516式中DS砂轮直径（MM）NS砂轮的转速（R/MIN）、带入上式可得40SM140/IR3/SVM2、圆周进给速度与纵向进给量磨削工件外圆处的线速度为圆周进给速度。其值可按下式计算VYDYNY/1000M/MIN式中DY工件直径（MM）NY工件转速（R/MIN）纵向进给量是工件转一周在纵向方向上相对砂轮移动的垂直距离。F纵（002008）B（MM/R）式中B砂轮的宽度（MM）3、背吃刀量（又称横向进给量）工件随工作台的每直线往复运动一次，砂轮相对于工件在径向方向上移动的垂直距离（MM）。32控制策略的确定本系统采用“PCNC”形式实现开放性数字控制，即整个系统由一台PC机外加一块DMC300运动控制卡组成。PC机作为系统上位机，完成各伺服电机速度指令值的计算，实现机床位置监控，实施任务调度和界面管理等功能。系统的下位机是由运动控制卡组成，它接受上层管理系统发出的各种命令并对命令进行解释，按要求的距离、速度和加速度控制伺服电机，以很高的精度完成工作人员为之安排的操作。基于运动控制卡的控制是比较灵活的，只要重新编程，就能很容易地更换一种算法。本控制系统的硬件整体组成开环控制系统由三部分组成1、伺服控制器，即多轴运动控制卡。多轴联动控制技术是本系统的关键技术之一，传统数控系统每一个自由度均有一套专用的伺服驱动系统，每个自由度之间的运动是独立的，而平面五杆机床的二个自由度是藕合在一起的，任何运动都必须由两电机协调完成。系统选用DMC300运动控制卡，该卡可实现3轴联动控制，运动控制卡通过工SA总线与主机进行通讯。2、伺服驱动器，从运动控制卡中发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后来控制电机的转矩和转速。3、伺服电机，将伺服驱动器传过来的电信号转变成伺服电机的旋转运动，驱动减速机或其它执行部件完成沙需运动。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098517第4章箱体结构及主要零部件设计41箱体结构的设计一、箱体的主要功能1支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。2安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。3使机器各部分分别由独立的箱体组成，便于加工、装配、调整和修理。4改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。二、箱体的分类1、按箱体的功能可分为1、传动箱体，如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体，主要功能是包容和支承各传动件及其支承零件，这类箱体要求有密封性、强度和刚度。见图216。2、泵体和阀体，如齿轮泵的泵体，各种液压阀的阀体，主要功能是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体除有对前一类箱体的要求外，还要求能承受箱体内液体的压力。3、支架箱体，如机床的支座、立柱等箱体零件，要求有一定的强度、刚度和精度，这类箱体设计时要特别注意刚度和外观造型。2、按箱体的制造方法分，主要有1、铸造箱体，常用的材料是铸铁，有时也用铸钢、铸铝合金和铸铜等。铸铁箱体的特点是结构形状可以较复杂，有较好的吸振性和机加工性能，常用于成批生产的中小型箱体。2、焊接箱体，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较短。焊接箱体适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件大大降低成本。3、其它箱体，如冲压和注塑箱体，适用于大批量生产的小型、轻载和结构形状简单的箱体。3、设计的主要问题和设计要求下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098518箱体设计首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，如车床按两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题1、满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。2、散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。3、结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。4、工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。5、造型好、质量小。四、箱体结构设计箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为“结构包容法“，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行应力或应变的测定，直接取得数据或作为计算结果的校核手段。1箱体的毛坯、材料及热处理1箱体的毛坯选用铸造毛坯或焊接毛坯，应根据具体条件进行全面分析决定。铸造容易铸造出结构复杂的箱体毛坯，焊接箱体允许有薄壁和大平面，而铸造却较困难实现薄壁和大平面。焊接箱体一般比铸造箱体轻，铸造箱体的热影响变形小，吸振能力较强，也容易获得较好的结构刚度。2箱体的材料和热处理材料铸铁多数箱体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩较小，容易获得形状和结构复杂的箱体。铸铁的阻尼作用强，动态刚性和机加工性能好，价格适度。加入合金元素还可以提高耐磨性。具体牌号查阅有关手册。箱体的热处理下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098519铸造或箱体毛坯中的剩余应力使箱体产生变形，为了保证箱体加工后精度的稳定性，对箱体毛坯或粗加工后要用热处理方法消除剩余应力，减少变形。常用的热处理措施有以下三类。本文采用热时效。铸件在500600C下退火，可以大幅度地降低或消除铸造箱体中的剩余应力。2、箱体结构参数的选择在箱壁上与孔中心线垂直的端面处附加凸台，可以增加箱体局部的刚度；同时可以减少加工面。当凸台直径D与孔径D的比值D/D2和凸台高度H与壁厚T的比值T/H2时，刚度增加较大；比值大于2以后，效果不明显。如因设计需要，凸台高度加大时，为了改善凸台的局部刚度，可在适当位置增设局部加强筋。见图218。箱体连接处的刚度主要是结合面的变形和位移，它包括结合面的接触变形，连接螺钉的变形和连接部位的局部变形。为了保证连接刚度，应注意以下几个方面的问题1重要结合面表面粗糙度值RA应不大于32UM，接触表面粗糙度值越小，则接触刚度越好。2合理选择联结螺钉的直径和数量，保证结合面的预紧力。为了保证结合面之间的压强，又不使螺钉直径太大，结合面的实际接触面积在允许范围内尽可能减小。3合理设计联结部位的结构、特点及应用。具体结构见装配图。图41上箱体下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098520图42下箱体42主轴的设计及校核1、主轴的强度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，并恰当地选取其许用应力。对砂轮架主轴来说，由于采用了卸荷皮带轮装置，砂轮架主轴主要承受扭矩，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40MP。轴的扭转强度条件为6395102PNTTWD扭转切应力（单位为MP）轴所受扭矩（单位为）TNMA轴的扭转截面系数（单位为）轴传递的功率（单位为KW）W3MP轴的转速（单位为R/MM）计算界面处的直径（单位为MM）ND许用扭转应力（单位为R/MM）T由上式可得轴的直径为63395102TPDNA633040MM12由上述计算可以得知砂轮架最小直径为3102MM，考虑到砂轮架的刚度等因素，取主轴的最小直径为60MM。砂轮架主轴的尺寸见零件图。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985212、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41VNILDL8936MM4449320608V2、允许挠度Y00002L000026600132MM3、计算主轴前端挠度值23PALYEI主轴载荷（单位为公斤）（150/98）轴两端的跨距（单位为厘米）PL（6600）悬伸长度（单位为厘米）（132）材料的弹性模数（单位为公斤/平方AE厘米）（2102）截面惯性矩（平方厘米）510I25103799808Y主轴0001CM001MM又因为Y0135，0010135，即Y，由校核可知，主轴刚度符合要Y主轴求。一般存在一个使主轴前端挠度最小，即刚性最好的支承跨距L。由经验得知，L为（36）D时，主轴前端挠度最小，D120MM，L为360720MM，取L为640MM。43轴承的选择主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。在数控机床上主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维护简单，能在一定的转速范围和载荷变动范围下稳定地工作。滚动轴承有专业化工厂生产，选购维修方便，在数控机床下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098522上被广泛采用。与滑动轴承相比，滚动轴承的噪声大，滚动体的数目有限，刚度是变化的，抗震性略差，但总体来说，数控机床主轴组件在可能的条件下，应尽量使用滚动轴承，特别是大多数立式主轴和主轴在套筒内能够做轴向移动的主轴。这时用滚动轴承可以用润滑脂润滑，以避免漏油。滚动轴承根据滚动体的结构分为球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承三大类。主轴轴承主要应根据精度、刚度和转速来选择，为了提高精度和刚度，主轴轴承间的间隙应该是可调的。线接触的滚子轴承比点接触的球轴承的刚度高，但一定温升下允许的转速较低，下面就简述几种常用的数控机床主轴的机构及适用范围。44齿轮的设计及校核和其他机械传动比较，齿轮传动的主要优点是工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围很广等。缺点是齿轮制造需要专用机床和设备，成本较高；精度低时，振动和噪声较大；不宜用于轴间距离大的传动等。齿轮传动应满足下列两项基本要求1）传动要平稳要求瞬时传动比不变，尽量减小冲击、振动和噪声；2）承载能力高要求在尺寸小、重量轻的前提下，齿轮的强度高、耐磨性好，在预定的使用期限内不出现断齿等失效现象。在齿轮设计和生产中，有关齿廓曲线、齿轮强度、制造精度、加工方法以及热处理工艺等，基本上都是围绕这两个基本要求进行的。预期使用寿命10年，每年300个工作日。在使用期限内，工作时间占20。载荷无变化，动力机为电动机，工作有中等振动，传动不逆转，齿轮对称布置。传动尺寸无严格限制，小批量生产，齿面允许少量点蚀，无严重过载。1、选材料、确定初步参数（1）、选材料小齿轮40CR钢调制，平均取齿面硬度为260HBS大齿轮45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS（2）、初选齿数取小齿轮的齿数为20，则大齿轮的齿数为206120（3）、齿数比即为传动比1206I（4）、选择尺宽系数D和传动精度等级情况，参照相关手册选取D06，初估小齿轮直径D160MM，则小齿轮的尺宽为BDD1066036MM（5）、齿轮圆周速度为下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098523参照手册选精度等级为9级。S/M510648106NDV（6）、计算小齿轮转矩T1N048625959161NPT确定重合度系数Z、Y由公式可知重合度为69512038则由手册中相应公式可知87369514Z207250Y（7）、确定载荷系数KH、KF确定使用系数KA查阅手册选取使用系数为KA185确定动载系数KV查阅手册选取动载系数KV110确定齿间载荷分布系数KHA、KFAM/N10/23703601485221DBTFATA则7022ZKHA4569YFA载荷系数KH、KF的确定，由公式可知0315081VA4235093HAFF2、齿面疲劳强度计算（1）、确定许用应力H应力循环次数N1、N2下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852486666311030457022046HIIIHVTTTRNN7812156UV寿命系数ZN1、ZN2，查阅相关手册选取ZN110、ZN2115接触疲劳极限取HLIM1720MPA、HLIM2580MPA安全系数取SH10许用应力H1、H2MPA7201962LIM1HNHHSZ3452LI2HNH弹性系数ZE查阅机械设计手册可选取PA190EZ节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH25求所需小齿轮直径D1M3457208519461092321HEDHUTK与初估大小基本相符。（2）、确定中心距，模数等几何参数中心距A圆整中心矩取222MM7520416345模数M由中心矩A及初选齿数Z1、Z2得3921Z分度圆直径M60ZD231206MDZ确定尺宽取大齿轮尺宽为B1600636MM小齿轮尺宽取B240MM下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985253、齿根抗弯疲劳强度验算（1）、求许用弯曲应力F应力循环次数NF1、NF27262626263110830457046HIIIHFTTTRN77121UNF寿命系数YN1、YN2，查阅相关手册选取YN11、YN21极限应力取FLIM1290MPA、FLIM2220MPA尺寸系数YX查阅机械设计手册选，取YX15安全系数SF取SF15需用应力F1、F2由许用弯曲应力MPA3875129021LIM1SYFXNF292LI2FXF（2）、齿形系数YFA1、YFA2取YFA1256YFA2215（3）、应力修正系数YSA1、YSA2取YSA1162YSA2182（4）、校核齿根抗弯疲劳强度由式齿根弯曲应力1411MPA49MPA6920523602FSAFFMBDTK2
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