数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计毕业设计(论文).doc

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1、编编 号号 江南大学太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 数控无心磨床砂轮修整器数控无心磨床砂轮修整器 及钻床夹具设计及钻床夹具设计 江南大学太湖学院本科毕业设计（论文）江南大学太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 数控无心 磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 是本人在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果，除了在毕业设计（论文）中特别加以 标注引用、表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任 何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 71 学 号： 0723035 作者姓名： 2011 年 5 月 20

2、 日 I 江江南南大大学学太太湖湖学学院院 机机 电电 系系 机机械械工工程程及及其其自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 、题目 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 、专题 砂轮修整器、钻床夹具 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 课题来源于无锡瑞鼎机床厂 。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。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求

3、：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1. 了解数控无心磨床的原理, 设计数控无心磨床 2. 树立理论联系实际的作风和严谨的科学态度。 3. 工作要求： 该课题要求绘制砂轮修整器。 次设计首先是针对数控无心磨床的市场实用情况的数据 进行采集工作，以确定设计方案 。 析所具备的条件因素，考虑到厂方的技术要求，进行方 案 的制定。 最后，开始装配图的设计。 II 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 71 班班 姓名姓名 刘 磊 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2010 年年 10 月月 25 日日 至至 2011 年年 5 月月 22 日日 六、设计（论文）指导（或顾问

4、）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所学科组组长研究所所 长长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2010 年年 10 月月 25 日日 III 摘摘 要要 目前，国内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。 本课题旨在让学生综合运用大学四年所学的知识，设计数控无心磨床，树立理论联 系实际的作风和严谨的科学态度。该课题要求绘制磨床总体布局装配图、导轮修整器装 配图、导轮转体装配图

5、、砂轮修整器装配图，最后撰写设计说明书。 此外，要求学生跟随指导老师和研究生参与部分科学研究，进行磨削温度的测试实 验并撰写科研报告。 关键词：关键词：导轮修整器; 导轮转体; 砂轮修整器 IV Abstract At present, the environmental requirements of the machine is getting higher and higher, the majority of machine tool products are closed-wide casing, there is no chips or cutting fluid splash o

6、utside of the phenomenon. A large number of industrial washing machine and cutting fluid processing system to reflect modern manufacturing of ever- increasing demands of environmental protection. The subject aims to enable students to utilize a four-year comprehensive knowledge, design CNC Centerles

7、s Grinder, set the style of integrating theory with practice and rigorous scientific approach. Requirements of the subject overall layout drawing grinder assembly map, guide pulley assembly drawing dresser, guided rotation body assembly diagram, assembly drawing wheel dresser, and finally to write t

8、he design specification. In addition, ask students to follow the guidance of teachers and graduate students involved in some of the scientific research, carried out experiments to test the temperature grinding and write research reports. Keywords: guide pulley guide; dresser rotary grinding; wheel d

9、resser body V 目 录 1 绪论 .1 1.1 毕业设计题目 .1 1.2 毕业设计目的 .1 1.3 任务与要求： .1 1.4. 用途和规格 1 1.5 设计重点与难点 1 1.6 磨床的类型与用途 .2 1.6.1 磨床的类型及其特点 .2 1.6.2 磨床的用途 2 1.6.3 外圆磨削和端面外圆磨床 3 1.7 磨床的现状及其发展趋势 .4 2 磨床总体布局 .6 2.1 磨床总体设计 .6 2.2 总体设计注意事项 .6 2.3 磨床总体布局设计 .6 2.3.1 加工零件 6 2.3.2 初步估计组成部分 6 2.3.3 总体布局初步设计 6 2.3.4 纵向与横向尺

10、寸的确定 7 2.3.5 砂轮架相关尺寸设计 9 2.3.6 头架相关尺寸的确定 .11 2.3.7 尾架相关尺寸的确定 .11 2.3.8 工作台 .11 2.3.9 横向进给机构 .12 2.3.10 砂轮修整器 12 2.3.11 液压系统 12 2.3.12 电气部分 12 2.3.13 机床保护系统 12 VI 3 部件设计（砂轮修整器设计） 13 3.1 砂轮修整器设计的基本要求 13 3.2 主轴旋转精度及其提高措施 13 3.3 主轴轴承系统的刚性 13 3.4 砂轮主轴初步设计 13 3.5 主轴刚度校核 14 3.6 动静压轴承 15 3.7 传动装置设计 16 4 数控系

11、统设计 21 4.1 概述 21 4.2 确定硬件电路总体方案 21 5 液压系统设计 28 5.1 概述 28 5.2 液压传动设计 28 6 钻床夹具设计 30 6.2.1 以 8H7mm 孔为中心的加工表面 30 6.2.2 以 25H9mm 孔为中心的加工表面 .30 6.2.3 以 10H7mm 孔为中心的加工表面 .30 6.3 零件工艺规程设计 30 6.3.1 确定零件生产类型 30 6.3.4 工序的组合 32 6.4.1 加工余量的确定 33 6.5 夹具设计 41 6.5.1 加工工艺孔 25 夹具的设计 .41 6.5.2 加工 8H7 孔的夹具设计 42 6.5.3

12、零件的加工工艺分析 43 6.5.4 定位夹紧方案的确定 43 6.5.5 铣夹具的结构设计 43 7 结论与展望 45 VII 7.1 结论 45 7.2 展望 45 致 谢 .47 参考文献 .48 VIII 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 1 1 绪论绪论 1.1 毕业设计题目毕业设计题目 数控无心磨床设计及砂轮修整器设计 1.2 毕业设计目的毕业设计目的 本课题旨在让学生综合运用大学四年所学的知识，设计数控无心磨床，树立理论联 系实际的作风和严谨的科学态度。该课题要求绘制磨床总体布局装配图、导轮修整器装 配图、导轮转体装配图、砂轮修整器装配图，最后撰写设计说明书。 此外，要求学生

13、跟随指导老师和研究生参与部分科学研究，进行磨削温度的测试实 验并撰写科研报告。 1.3 任务与要求：任务与要求： （1）部件装配图（砂轮修整器 0#） ； （2）零件图 (3#)； （3）撰写科研报告； 1.4. 用途和规格用途和规格 （1）加工对象 A 带轴肩的多台阶轴（如齿轮轴） B 要求端面外圆一次完成的零件 C 带较大端面的盘类零件 D 作一般外圆磨床 （2）主要规格 A 加工直径 20mm-320mm B 最大加工长度为 750mm C 最大加工重量 200 D 砂轮线速度 60m/s E 机床中心高 1095mm F 工件转速范围 30300rpm （3）主要运动 A 砂轮转动 B

14、 工件转动 C 工作台纵向移动 D 砂轮架斜向进给运动 E 砂轮修整器斜向进给运动 F 砂轮修整器旋转运动 1.5 设计重点与难点设计重点与难点 （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）磨床液压系统的设计； 江南大学学士学位论文 2 （5）磨削温度科研报告。 6.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（如砂轮架、头架和尾 架等）尺寸； （2）检验主轴前端扰度，确保主轴刚度； （3）砂轮架采用静动压轴承以提高旋转精度，增强抗振性，延长轴承的使用寿命； （4）采用皮带和花键副带动主轴旋转

15、，减少主轴变形，使载荷分布均匀； （5）采用 Auto CAD 绘制装配图和零件图； （6）参看液压工程方面的资料，设计磨床液压系统的设计； （7）参考磨削温度测试研究论文，认真、虚心向指导老师和研究生学习，进行大量 的磨削温度的测试实验。 1.6 磨床的类型与用途磨床的类型与用途 1.6.1 磨床的类型及其特点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

16、磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等2。 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

17、-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1。 1.6.2 磨床的用途磨床的用途 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 金属切削机床所占的

18、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%。 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 3 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%3。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

19、： 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

20、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。 1.6.3 外圆磨削和端面外圆磨床外圆磨削和端面外圆磨床 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，砂轮旋转是引起切削旋转的 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，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

21、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。 图 1.1 横磨法磨外圆 江南大学学士学位论文 4 图 1.2 纵磨法磨外圆 （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。 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 10，15，26.23，30，45） ，如图 1

22、3 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。 图 1.3 砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度 1.7 磨床的现状及其发展趋势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

23、料的应用增多，磨削 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 5 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 4m、磨削精度高达 0.025m；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，8.2kw 主轴达 60000r/min，13kw 达 42000r/min，高速 已不是小

24、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。 江南大学学士学位论文

25、6 2 磨床总体布局磨床总体布局 2.1 磨床总体设计磨床总体设计 1.加工零件的工艺分析（表面形状，尺寸，材料，技术条件，批量，加工余量等） ； 2.调查研究 比较国内，外同类机床，经验总结，进行改革创新； 3.图纸设计（部件装配图，零件图） ； 4.制造，装配，调试； 5.小批量生产，设计改进； 2.2、总体设计注意事项、总体设计注意事项 1.保证机床满足加工精度要求，刚性，稳定性好； 2.传动系统力求简短； 3.操作调整方便； 4.安全保护，冷却液供给，回收，废渣的排除。 2.3 磨床总体布局设计磨床总体布局设计 2.3.1 加工零件加工零件 带轴肩的多台阶轴，精度 IT7 以下，Ra1

26、.6-Ra0.4，材料 45#，40cr，球墨铸铁等； 2.3.2 初步估计组成部分初步估计组成部分 a.床身；b.工作台面；c 头架；d 尾架；e 砂轮架；f 修整器；g 测量装置；h 砂轮进 给电机；I 修整器进给电机；j 电器框；k 工作台进给电机；l 工件旋转电机；m 润滑冷 却装置；n 数控装置； 2.3.3 总体布局初步设计总体布局初步设计 1.T 型床身； 2.工作台移动； 3.工作台型面采用倾斜 10的型面； 4.砂轮架主轴与床身导轨倾斜 30角； 5.头尾架中心线平行； 6.采用成型砂轮修整器（金刚石滚轮） ，采用 MARPPOS 公司轴向，径向测量仪，配 用该公司 E5 数

27、控框（如图 31 所示）来控制轴向尺寸，径向尺寸，测量仪布置在横梁 上； 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 7 图 3.1 E5 数控框 7.数控系统的四坐标轴 X 轴：砂轮架进给 Y 轴：修整器进给 Z 轴：工作台移动 W 轴：工件旋转 各轴采用交流伺服电机，通过精密无间隙弹性连轴器直接与滚珠丝杆相连； 8.液压油箱单独（减小热变形，简化机床结构，易实现标准化，通用化，便于维修） ； 9.电器框与机床采用空中走线； 10.机床前防护罩采用全封闭结构； 2.3.4 纵向与横向尺寸的确定纵向与横向尺寸的确定 1.纵向尺寸 工件最大长度 ； 1 750lmm 头架长度 ； 2 440lmm 尾

28、架长度 ； 3 320lmm 上台面长度 ； 4123 100(20 40)1640llllmm 下台面长度 ； 544 15% 20%2000lllmm 床身长度 ； 651 4003150lllmm 后床身长度 （考虑砂轮架和修整器大小按经验给定） ； 7 1600lmm 整个床身宽度 （视觉效果） ； 8 1650lmm 砂轮架中心与机床床身对称线相距 023 120lllmm 江南大学学士学位论文 8 图 3.2 磨床纵向尺寸 2.横向尺寸 1）画出横向尺寸床身的 V 型导轨作为横向尺寸的基准，画出床身的平面导轨作为高 度尺寸的基准线，根据确定的工作台参数，导轨参数 B1，B2中心画出

29、左视图 2）确定上，下工作台厚度和宽度 （1）厚度：用类比法 上工作台 中心 （31） 2 0.25 0.35hl 下工作台 中心 1 0.3 0.4hl （32） 为工作台导轨的中心距，工作台导轨选用 80 75 250 l 取 =0.3 250=75mm 1 h =0.38 250=95mm 2 h （2）宽度 45 BlBB 工作台 （33） 1/212 301/2752058BBmm 46 BB 4 70Bmm 71 1/212 301/2752060BBmm 57 BB 5 70Bmm 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 9 2507070390Bmm 工作台 3）确定头，尾架顶尖

30、中心位置 顶尖中心安排在 V 型导轨的中心线上，这样有利于磨削最小直径工件的，砂轮架趋 近于工作台不致相碰。缺点是使导轨的承载压力较大，故常适当加宽 V 型导轨的宽度。 4）确定头尾架顶尖中心至床身底面的高度 H1 左右1 1 1000 1100H 根据工人身高，经验。类比取 1 1095Hmm (34) 2112 /739.6HHhhH COSmm 5）工作台回转中心位置 B9 （3 9 1/21/2 *250125Blmm 5） 6）确定机床总高 H （3 2 HHhHH 头架测量仪 6） 739.6 170411 633.45 1954mm 所以 H 取 2000mm。 2.3.5 砂轮

31、架相关尺寸设计砂轮架相关尺寸设计 （1）砂轮架导轨（V平导轨）100 90 4001 考虑到砂轮的大小及重量与砂轮架的稳定性，取 L中心=500mm，从而可定出砂轮架 的宽度约为 600mm，导轨为 0.15MPa 的卸荷导轨。 图 3.3 砂轮架的导轨 （2）砂轮架横向行程长度l横 江南大学学士学位论文 10 0.1 0.2lsss 横丝杆快速快速 （37） 式中为砂轮架快速进退的行程，一般取。此处取。s快速60 150mm111mm max/2 /2/2/2sDDDD 砂砂m i n丝杆工件m ax工件m i n （38） 750/2320/2550/220/2 250mm 安全系数取 0

32、.1 足够 （取 373） （3250 111 0.1 111372.1l 横 l横 9） （3）砂轮架高度和长度 砂轮架箱体导轨的高度 h3，砂轮底板滑台高度 h4，砂轮中心距砂轮底面高度 h5，与 后床身顶面至平导轨的高度 h0，为避免上，下工作台运动时与箱体相碰，安装在后床身 上的垫板顶面需低于上下工作台的顶面，同时考虑横向进给机构穿过床身的位置等，根 据经验 取 6 110 150hmm 6 130hmm 砂轮架中心距后床身顶面 （3 7126 1095740 130485hHHHmm 10） 砂轮架底座安装修整器，内有传动丝杆 取 4 120hmm 后床身进给导轨内装丝杆 取 3 1

33、90hmm （3 5734 hhhh 11） 485 120 190175 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 11 图 3.4 砂轮架的高度和宽度 砂轮架底板长度： 9 l （3 9 l1.5 2 l 中心 12） 1.5 2 *500 750 1000 取=900mm 9 l 砂轮架导轨长度 （3 109 50 80lll 横 13） 90037380 1353mm 取 10 1305lmm （4）砂轮架主轴电机的选择 用类比法，砂轮架主轴电机的功率取 15kw； 计算法 NNN 切电空 （314） *23.8 2.35 8.823.8 Z PV 砂 取15KWN 电 2.3.6 头架相

34、关尺寸的确定头架相关尺寸的确定 长，宽，高：440 400 411mm1 主轴锥孔：莫氏 5#锥孔 中心高： max/2 HDK 江南大学学士学位论文 12 （315） 320/220 35 180 195mm 通过以上计算头架中心高取 180mm 主轴转速 1/80 1/160*6045 22.5/ I VVm s 砂 （316） 取40/ I Vm s Im 716 /min300 ax Vr min 22 /min30 I Vr 交流伺服电机选择 用类比法，交流伺服电机选择 IFT5076-DA(D1 18N-M)电机 砂轮磨削工件需要的功率 max 150*32024 ./ Z FrN

35、 m s 工件 最大磨削力 （317） 交流伺服电机通过 20/38 的双楔齿轮带传递给工件，即 4 18 38/2034.2 ./NN m sl 实 合格 主轴不旋转，主轴靠拨盘带动旋转 2.3.7 尾架相关尺寸的确定尾架相关尺寸的确定 5#莫氏锥孔 中心高 180mm，台面倾斜 10 直线滚动导轨 液压油缸，顶紧力12 15kg 2.3.8 工作台工作台 要求上，下台面便于调整头尾架，便于安装滚珠螺母。倾斜 10以便于头尾架定位， 冷却液回流；及使头尾架不等高时修刮侧面 2.3.9 横向进给机构横向进给机构 交流伺服电机-联轴器-滚珠丝杆-砂轮架 压力卸荷导轨 压力油 0.15Mpa 卸去

36、压力60% 75% V平导轨 100*90*500 砂轮架行程 373lmm 横 2.3.10 砂轮修整器砂轮修整器 伺服电机-丝杆-修整器 直线滚动导轨 主轴直径 D=50mm，采用液体动压轴承(16r/min 6.3Mpa) 修整速度=1/31/5 V砂 修整器直径 故70 12012 19/Vm s 线 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 13 修整器行程为 160mm 2.3.11 液压系统液压系统 修整器；尾架；量仪（两个） ；润滑油；床身导轨；砂轮架卸荷导轨； 丝杆；直线滚动导轨；间歇 2.3.12 电气部分电气部分 SIMENS 810G 控制五坐标轴 砂轮架主轴 2.3.13

37、 机床保护系统机床保护系统 静压供油系统 压力继电器 压差发讯器 液压控制器 电路延时 尾架伸缩油缸静压供油系统：设置自动循环电路，可手动，也可用于脚踏。当工 件旋转时，由于互锁装置，使起无效。 油箱液压控制 数控系统（在各坐标轴）自诊断与保护功能 如：电池电压低 程序错误 各坐标轴由行程开关控制最大位移量 安全防护罩（砂轮罩，机床前罩）全封闭式 导轨面保护 工作台导轨：不锈钢可伸缩防护罩 砂轮架导轨：前部：翻板式护罩+橡皮（防水） ；后罩：钢罩。 修整器导轨：折叠式 江南大学学士学位论文 14 3 部件设计（砂轮修整器设计部件设计（砂轮修整器设计） 3.1 砂轮修整器设计的基本要求砂轮修整器

38、设计的基本要求 砂轮修整器是磨床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件，主要由传动部件和主轴 轴承部分组成，主轴与轴承是砂轮的主要组成部分，因此对砂轮设计提出的基本要求也 是针对主轴轴承部分的。 砂轮修整器设计应满足以下几点基本要求1： 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。 3.2 主轴旋转精度及其提高措施主轴旋转精度及其提高措施 1.砂轮旋转精度是指主轴前端的径向跳动和轴向蹿动大小，它直接影响工件的表面粗 糙度和表面缺陷。一般端面外圆磨床砂轮架允许的径向和轴向跳动允许误差取 5m10m。 2.提高主轴旋转精度的措

39、施 （1）选择合适的主轴轴承：动静压轴承； （2）提高主轴的加工精度； （3）正确选择主轴轴向止推方式：液体静压推力轴承。 3.3 主轴轴承系统的刚性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。 3.4 砂轮主轴初步设计砂轮主轴初步设计 1. 砂轮架主轴的强度校核 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

40、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 6 3 9.55 10 0.2 P n TT T T Wd （41） 扭转切应力（单位为 MP） T 轴所受扭矩（单位为）TN mm: 轴的扭转截面系数（单位为） T W 3 mm 轴传递的功率（单位为 KW）p 数控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 15 计算界面处的直径（单位为 mm）d 许用扭转应力（单位为 r/mm） T 由上式可得轴的直径为 6 3 3 9.55 10 0.2 T P d n : （42） 6 33 9.55 1015 0.2

41、40600 : mm31.02 由上述计算可以得知砂轮架最小直径为 31.02mm，考虑到砂轮架的刚度等因素，取主轴 的最小直径为 60mm。砂轮架主轴的尺寸如图 41 所示。 图 4.1 砂轮架主轴尺寸示意图 3.5 主轴刚度校核主轴刚度校核 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： 4 4 1 vn i i i L d l d （43） L=140+640+20+32+10=932mm 4 4444 932 14064020100 60120140108 v d = 89.36mm 2.允许挠度 允许挠度y=0.0002L 0.0002*660=0.132mm 3

42、、计算主轴前端挠度值 1 2( ) 3 Pa la Y EI 主轴 （44） 载荷（单位为公斤） （150/9.8）P 江南大学学士学位论文 16 轴两端的跨距（单位为厘米） （66.00）l 悬伸长度（单位为厘米） （13.2）a 材料的弹性模数（单位为公斤/平方厘米） （21.02）E 5 10 截面惯性矩（平方厘米）I 2 5 150 13.279.2 3 9.8 21.02 10307.985 Y 主轴 = 0.001cm = 0.01mm 又因为y=0.135，0.010.135，即 y，由上述校核可以得知，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

43、跨距 L。由经验得知，L 为 （36）D 时，主轴前端挠度最小，D=120mm，L 为 360720mm，取 L 为 640mm。 3.6 动静压轴承动静压轴承 静压轴承是利用外部油源产生承载能力的油膜轴承，动静压混合轴承是一种既综合 了液体动压和静压轴承的优点，又克服了两着缺点的新型多油楔油膜轴承。它利用静压 轴承的节流原理，使压力油腔中产生足够大的静压轴承载力，从而克服了液体动压轴承 启动和停止时出现的干摩擦造成主轴与轴承磨损现象，提高了主轴和轴承的使用寿命及 精度保持性；轴承油腔大多采用浅腔结构，在主轴启动后，依靠浅腔阶梯效应形成的动 压承载力和静压承载力叠加，大大地提高了主轴承载能力，

44、而多腔对置结构又极大地增 加了主轴刚度；高压油膜的均化作用和良好的抗振性能，保证了主轴具有很高旋转精度 和运转平稳性。 它的优点如下： 1.速度和载荷范围广，应用范围广。动静压轴承在零件转速到很高的范围内的 各种相对速度下都能承载，而且载荷范围大，其承载能力取决于供油压力，轴承轴颈结 构和相对大小； 2.油膜刚度高，阻尼大，抗振性好; 3.摩擦阻力，磨损小.由于总有一层油膜将相对运动表面隔开，因此摩擦阻力小，磨 损小，能长期保持很高的运动精度，寿命长.且对轴承轴颈材料要求也较低; 4.主轴回转精度高.动静压轴承中静压油膜具有良好的纠正轴和轴向跳动; 5.安全性好.在万一供油受阻或切断时，可利用

45、轴承中动压效应来承载; 6.承载能力高.由于动压效应，使轴承转速越高承载能力越大，同时轴承还能承受方 向不断变化的动载及瞬时过载; 7.稳定性好. 8.使用较经济.由于动静压轴承高速下主要靠动压承载，故这时供油压力可相对较小， 轴承可设计成较小轴颈，轴承结构简单，制造精度和材料要求不高。 动静压轴承需要一套供油系统，润滑油要经过严格过滤以保持清洁。目前广泛应用 的是定压供油系统。一定压力的压力油，经节流器流入两相对运动体间的油腔，通过油 腔压力来平衡外载荷。在定压供油系统中，节流器是关键部分，它起着限制流入油腔流 量的阻尼作用，使油腔压力仅随外载荷的变化而变化。静压轴承常用的固定节流器有毛 数

46、控无心磨床砂轮修整器及钻床夹具设计 17 细管和小孔节流器两种。本次设计选用毛细管节流器。 动静压轴承广泛用于高速精密设备中.目前，在改造旧精密磨削设备方面，用得较多 的是北京中航设备改造厂的 WMB 型表面节流液体动静压混合轴承。 砂轮架主轴的轴向定位采用轴向止推静压轴承。轴向止推轴承由两个相对的环形油 腔构成。轴上具有台肩以形成承载面。轴承的间隙通过修磨调整垫圈的厚度来保证。 3.7 传动装置设计传动装置设计 为了提高主轴的旋转精度，皮带轮不直接装在主轴上，而是装在单独的支架上，并 用花键套带动主轴旋转，即采用卸荷皮带轮的方案，如图 42 所示。这个方案的优点是， 减少了主轴的变形，同时还提高了承载能力。 图 4.2 卸荷皮带轮 1.电动机的选择 （4NNN 切电空 5） 3.8 102 Z P V 砂 = （2.358.82）+3.8 = 12.62kw 通过以上计算，取=15kw，选择 Y100L4 型电动机N电 2.皮带设计 因为多楔带兼有 V 带和平带的优点，外轮廓尺寸小，比 V 型带传动平稳，所以皮带 采用多楔带5。多楔带以平带为基体，内表面有等距离纵向楔型的环形带传动。工作面为 楔侧面，有橡胶和聚氨酯两种5。 江南大学学士学位论文 18 1）皮带材料