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湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 60 頁(yè)
第1章 緒論
1.1 磨床的類(lèi)型與用途
1.1.1 磨床的類(lèi)型及其特點(diǎn)
用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，統(tǒng)稱(chēng)為磨床（英文為Grinding machine），它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來(lái)的[1]。
磨床種類(lèi)很多，主要有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來(lái)磨削特定表面和工件的專(zhuān)門(mén)化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等[2]。
對(duì)外圓磨床來(lái)說(shuō)，又可分為普通外圓磨床、萬(wàn)能外圓磨床、無(wú)心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等
以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。
磨床與其他機(jī)床相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、磨床的磨具（砂輪）相對(duì)于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一般砂輪圓周線速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上發(fā)展）；
2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件；
3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；
4、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和自動(dòng)線，進(jìn)行高效率生產(chǎn)；
5、磨床通常是電動(dòng)機(jī)---油泵---發(fā)動(dòng)部件，通過(guò)機(jī)械，電氣，液壓傳動(dòng)---傳動(dòng)部件帶動(dòng)工件和砂輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)---工件部分組成[1]。
1.1.2 磨床的用途
磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開(kāi)線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進(jìn)行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進(jìn)行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進(jìn)行切斷等，工藝范圍十分廣泛。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來(lái)越高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強(qiáng)力磨削，進(jìn)一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴(kuò)大。它在金屬切削機(jī)床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，磨床在機(jī)床總數(shù)中的比例已達(dá)30%----40%。
據(jù)1997年歐洲機(jī)床展覽會(huì)(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車(chē)削只占23%， 鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá)42%，車(chē)床占23%，銑床占22%，鉆床占14%[3]。由此可見(jiàn)，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過(guò)精密磨削來(lái)達(dá)到其要求的，而精密磨削加工會(huì)要在相應(yīng)的精密磨床上進(jìn)行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實(shí)現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應(yīng)該滿(mǎn)足以下幾個(gè)基本要求：
1.高幾何精度。 精密磨床應(yīng)有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌的直線度以保證工件的幾何形狀精度。主軸軸承可采用液體靜壓軸承、短三塊瓦或長(zhǎng)三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動(dòng)壓軸承及動(dòng)靜壓組合軸承等。當(dāng)前采用動(dòng)壓軸承和動(dòng)靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動(dòng)一般應(yīng)小于1um，軸向圓跳動(dòng)應(yīng)限制在2—3um以?xún)?nèi)。
2.低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導(dǎo)程要求10—15mm/min，因此工作臺(tái)必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無(wú)爬行和無(wú)沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。
3.減少振動(dòng)。 精密磨削時(shí)如果產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對(duì)于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮減少振動(dòng)。
4.減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會(huì)達(dá)到總誤差的50％，故機(jī)床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)精密磨削的主要障礙。
1.1.3 外圓磨削和端面外圓磨床
1.外圓磨削
在外圓磨削過(guò)程中，工件是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)的主要來(lái)源和原因?；镜猛鈭A磨削方法有兩種，即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓，如圖1－1和圖1－2所示。
事實(shí)上，外圓磨削可以通過(guò)其他以下幾種方法來(lái)實(shí)施：
（1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉(zhuǎn)以及徑向進(jìn)給都應(yīng)滿(mǎn)足所有的整個(gè)長(zhǎng)度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進(jìn)給來(lái)調(diào)整的。
（2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過(guò)砂輪的縱向進(jìn)給和無(wú)軸向進(jìn)給來(lái)完成的，正如我們所看到的，只有在表面成為圓柱的寬度比磨削輪磨損寬度短時(shí)，這種方法才能完成。
圖1－1 橫磨法磨外圓
圖1－2 縱磨法磨外圓
（3）整塊深度切削方法：除了在磨削過(guò)程中，要進(jìn)行間隙調(diào)整外，這種方法與傳遞方法很相似，同時(shí)這種方法具有代表性，除了磨削短而粗的軸。
2.端面外圓磨床及其特點(diǎn)
端面外圓磨床是外圓磨床的一種變形機(jī)床，它宜于大批量磨削帶肩的軸類(lèi)工件，有較高的生產(chǎn)率。它的特點(diǎn)如下
（1）這種磨床的布局形成和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系與外圓磨床相似，只是砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常10°，15°，26.23°，30°，45°），如圖1－3所示，數(shù)控端面外圓磨床MKS1632A的砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜30°。為避免砂輪架與工件或尾架相碰，砂輪安裝在砂輪架的右邊，從斜向切入，一次磨削工件外圓和端面。
（2）由于它適用于大批量生產(chǎn)，所以具有自動(dòng)磨削循環(huán)，完成快速進(jìn)給（長(zhǎng)切入）---粗磨---精磨—無(wú)花磨削。由定程裝置或自動(dòng)測(cè)量控制工件尺寸。
（3）裝有砂輪成型修整器，按樣板修整出磨削工件外圓和端面的成型砂輪，為保證端面尺寸穩(wěn)定及操作安全，一般具有軸向?qū)Φ堆b置。
圖1－3 砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度
1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)
隨著機(jī)械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)正朝著超硬度磨料磨具、開(kāi)發(fā)精密及超精密磨削（從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展）和研制高精度、高剛度、多軸的自動(dòng)化磨床等方向發(fā)展[4]，如用于超精密磨削的樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至4μm、磨削精度高達(dá)0.025μm；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達(dá)400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為40－60m/s；從精度上看，定位精度＜2μm，重復(fù)定位精度≤±1μm的機(jī)床已越來(lái)越多；從主軸轉(zhuǎn)速來(lái)看，8.2kw主軸達(dá)60000r/min，13kw達(dá)42000r/min，高速已不是小功率主軸的專(zhuān)有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心。
北京第二機(jī)床廠引進(jìn)日本豐田工機(jī)公司先進(jìn)技術(shù)并與之合作生產(chǎn)的GA（P）62－63數(shù)控外圓/數(shù)控端面外圓磨床，砂輪架采用原裝進(jìn)口，砂輪線速度可達(dá)60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動(dòng)靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機(jī)公司GC32－ECNC磨床專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)二軸（X和Z）到四軸（X、Z、U和W）控制。
此外，對(duì)磨床的環(huán)保要求越來(lái)越高，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對(duì)沒(méi)有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)環(huán)保越來(lái)越高的要求。
第2章 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)題目
MKS1632A數(shù)控高速端面外圓磨床及其砂輪架設(shè)計(jì)
2.畢業(yè)設(shè)計(jì)目的
本課題旨在讓學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)數(shù)控端面外圓磨床MKS1632A及其砂輪架，樹(shù)立理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。該課題要求繪制磨床總體布局裝配圖、砂輪架部件裝配圖、磨床液壓系統(tǒng)圖和磨床零件圖，最后撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
此外，要求學(xué)生跟隨指導(dǎo)老師和研究生參與部分科學(xué)研究，進(jìn)行磨削溫度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)并撰寫(xiě)科研報(bào)告。
3.任務(wù)與要求：
（1）機(jī)床總體布局裝配圖（0#）；
（2）部件裝配圖（砂輪架0#）；
（3）零件圖 (3#)；
（4）液壓傳動(dòng)圖（1#）；
（5）電氣控制圖 （1#）；
（6）撰寫(xiě)科研報(bào)告；
4.用途和規(guī)格
（1）加工對(duì)象 A 帶軸肩的多臺(tái)階軸（如齒輪軸）
B要求端面外圓一次完成的零件
C 帶較大端面的盤(pán)類(lèi)零件
D 作一般外圓磨床
（2）主要規(guī)格 A加工直徑φ20mm---φ320mm
B 最大加工長(zhǎng)度為750mm
C 最大加工重量200㎏
D 砂輪線速度60m/s
E 機(jī)床中心高1095mm
F工件轉(zhuǎn)速范圍30~300rpm
（3）主要運(yùn)動(dòng) A 砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)
B 工件轉(zhuǎn)動(dòng)
C工作臺(tái)縱向移動(dòng)
D砂輪架斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)
E砂輪修整器斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)
F砂輪修整器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
5.設(shè)計(jì)重點(diǎn)與難點(diǎn)
（1）磨床總體布局中各部件尺寸的確定；
（2）砂輪架主軸和軸承的設(shè)計(jì)和選用；
（3）皮帶的選用和帶輪的設(shè)計(jì)；
（4）磨床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（5）磨削溫度科研報(bào)告。
6.擬采用的途徑與手段
（1）查閱國(guó)內(nèi)外磨床相關(guān)資料，確定磨床總體布局中各部件（如砂輪架、頭架和尾架等）尺寸；
（2）檢驗(yàn)主軸前端擾度，確保主軸剛度；
（3）砂輪架采用靜動(dòng)壓軸承以提高旋轉(zhuǎn)精度，增強(qiáng)抗振性，延長(zhǎng)軸承的使用壽命；
（4）采用皮帶和花鍵副帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，減少主軸變形，使載荷分布均勻；
（5）采用Auto CAD繪制裝配圖和零件圖；
（6）參看液壓工程方面的資料，設(shè)計(jì)磨床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（7）參考磨削溫度測(cè)試研究論文，認(rèn)真、虛心向指導(dǎo)老師和研究生學(xué)習(xí)，進(jìn)行大量的磨削溫度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。
第3章 磨床總體布局
3.1 磨床總體設(shè)計(jì)
1.加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工余量等）；
2.調(diào)查研究 比較國(guó)內(nèi)，外同類(lèi)機(jī)床，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，進(jìn)行改革創(chuàng)新；
3.圖紙?jiān)O(shè)計(jì)（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標(biāo)準(zhǔn)件，外購(gòu)件目錄，鑄件，鍛件目錄，說(shuō)明書(shū)，裝箱單，合格證）；
4.制造，裝配，調(diào)試；
5.小批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)改進(jìn)；
3.2、總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
1.保證機(jī)床滿(mǎn)足加工精度要求，剛性，穩(wěn)定性好；
2.傳動(dòng)系統(tǒng)力求簡(jiǎn)短；
3.操作調(diào)整方便；
4.安全保護(hù)，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。
3.3 磨床總體布局設(shè)計(jì)
3.3.1 加工零件
帶軸肩的多臺(tái)階軸，精度IT7以下，Ra1.6---Ra0.4，材料45#，40cr，球墨鑄鐵等；
3.3.2 初步估計(jì)組成部分
a.床身；b.工作臺(tái)面；c頭架；d尾架；e砂輪架；f 修整器；g 測(cè)量裝置；h 砂輪進(jìn)給電機(jī)；I 修整器進(jìn)給電機(jī)；j 電器框；k工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)；l 工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)；m 潤(rùn)滑冷卻裝置；n數(shù)控裝置；
3.3.3 總體布局初步設(shè)計(jì)
1.T型床身；
2.工作臺(tái)移動(dòng)；
3.工作臺(tái)型面采用傾斜10°的型面；
4.砂輪架主軸與床身導(dǎo)軌傾斜30°角；
5.頭尾架中心線平行；
6.采用成型砂輪修整器（金剛石滾輪），采用MARPPOS公司軸向，徑向測(cè)量?jī)x，配用該公司E5數(shù)控框（如圖3－1所示）來(lái)控制軸向尺寸，徑向尺寸，測(cè)量?jī)x布置在橫梁上；
圖3－1 E5數(shù)控框
7.數(shù)控系統(tǒng)的四坐標(biāo)軸
X軸：砂輪架進(jìn)給 Y軸：修整器進(jìn)給
Z軸：工作臺(tái)移動(dòng) W軸：工件旋轉(zhuǎn)
各軸采用交流伺服電機(jī)，通過(guò)精密無(wú)間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相連；
8.液壓油箱單獨(dú)（減小熱變形，簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，便于維修）；
9.電器框與機(jī)床采用空中走線；
10.機(jī)床前防護(hù)罩采用全封閉結(jié)構(gòu)；
3.3.4 縱向與橫向尺寸的確定
1.縱向尺寸
①工件最大長(zhǎng)度 ；
②頭架長(zhǎng)度 ；
③尾架長(zhǎng)度 ；
④上臺(tái)面長(zhǎng)度 ；
⑤下臺(tái)面長(zhǎng)度 ；
⑥床身長(zhǎng)度 ；
⑦后床身長(zhǎng)度 （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗(yàn)給定）；
⑧整個(gè)床身寬度 （視覺(jué)效果）；
⑨砂輪架中心與機(jī)床床身對(duì)稱(chēng)線相距
圖3－2 磨床縱向尺寸
2.橫向尺寸
1）畫(huà)出橫向尺寸床身的V型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準(zhǔn)，畫(huà)出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準(zhǔn)線，根據(jù)確定的工作臺(tái)參數(shù)，導(dǎo)軌參數(shù)B1’，B2’中心畫(huà)出左視圖
2）確定上，下工作臺(tái)厚度和寬度
（1）厚度：用類(lèi)比法
上工作臺(tái) 中心 ?。?－1）
下工作臺(tái) 中心 （3－2）
為工作臺(tái)導(dǎo)軌的中心距，工作臺(tái)導(dǎo)軌選用8075250
取 =0.3250=75mm
=0.38250=95mm
（2）寬度
（3－3）
∵ ∴
∵ ∴
3）確定頭，尾架頂尖中心位置
頂尖中心安排在V型導(dǎo)軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺(tái)不致相碰。缺點(diǎn)是使導(dǎo)軌的承載壓力較大，故常適當(dāng)加寬V型導(dǎo)軌的寬度。
4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度H1
左右[1]
根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。類(lèi)比取
5）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心位置B9
6）確定機(jī)床總高H
所以H取2000mm。
3.3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)
（1）砂輪架導(dǎo)軌（V—平導(dǎo)軌）10090400[1]
考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取L`中心=500mm，從而可定出砂輪架的寬度約為600mm，導(dǎo)軌為0.15MPa 的卸荷導(dǎo)軌。
圖3－3 砂輪架的導(dǎo)軌
（2）砂輪架橫向行程長(zhǎng)度
（3－4）
式中為砂輪架快速進(jìn)退的行程，一般取。此處取。
（3－5）
安全系數(shù)取0.1足夠
（取373）
（3）砂輪架高度和長(zhǎng)度
砂輪架箱體導(dǎo)軌的高度h3，砂輪底板滑臺(tái)高度h4，砂輪中心距砂輪底面高度h5，與后床身頂面至平導(dǎo)軌的高度h0，為避免上，下工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺(tái)的頂面，同時(shí)考慮橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)穿過(guò)床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)
① 取
②砂輪架中心距后床身頂面
③砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動(dòng)絲桿
取
④后床身進(jìn)給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿
取
圖3－4 砂輪架的高度和寬度
⑤砂輪架底板長(zhǎng)度：
∴ 取=900mm
⑥砂輪架導(dǎo)軌長(zhǎng)度
∴取
（4）砂輪架主軸電機(jī)的選擇
①用類(lèi)比法，砂輪架主軸電機(jī)的功率取15kw；
②計(jì)算法 （3－6）
取
3.3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定
①長(zhǎng)，寬，高：440400411mm[1]
②主軸錐孔：莫氏5#錐孔
③中心高： （3－7）
通過(guò)以上計(jì)算頭架中心高取180mm
④主軸轉(zhuǎn)速 （3－8）
取
⑤交流伺服電機(jī)選擇
用類(lèi)比法，交流伺服電機(jī)選擇IFT5076-DA(D1 18N-M)電機(jī)
砂輪磨削工件需要的功率
（3－9）
交流伺服電機(jī)通過(guò)20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即
∴合格
⑥主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤(pán)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)
3.3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定
①5#莫氏錐孔
②中心高180mm，臺(tái)面傾斜10°
③直線滾動(dòng)導(dǎo)軌
④液壓油缸，頂緊力
3.3.8 工作臺(tái)
要求上，下臺(tái)面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠螺母。傾斜10°以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時(shí)修刮側(cè)面
3.3.9 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)
交流伺服電機(jī)----聯(lián)軸器----滾珠絲桿----砂輪架
壓力卸荷導(dǎo)軌 壓力油0.15Mpa 卸去壓力
V—平導(dǎo)軌
砂輪架行程
3.3.10 砂輪修整器
伺服電機(jī)---絲桿---修整器
直線滾動(dòng)導(dǎo)軌
主軸直徑D=50mm，采用液體動(dòng)壓軸承(16r/min 6.3Mpa)
修整速度=
修整器直徑 故
修整器行程為160mm
3.3.11 液壓系統(tǒng)
①修整器；②尾架；③量?jī)x（兩個(gè)）；④潤(rùn)滑油；⑤床身導(dǎo)軌；⑥砂輪架卸荷導(dǎo)軌；⑦絲桿；⑧直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；⑨間歇
3.3.12 電氣部分
SIMENS 810G 控制五坐標(biāo)軸 砂輪架主軸
3.3.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)
①靜壓供油系統(tǒng) 壓力繼電器 壓差發(fā)訊器
液壓控制器 電路延時(shí)
②尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設(shè)置自動(dòng)循環(huán)電路，可手動(dòng)，也可用于腳踏。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于互鎖裝置，使起無(wú)效。
③油箱液壓控制
④數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標(biāo)軸）自診斷與保護(hù)功能
如：電池電壓低 程序錯(cuò)誤
⑤各坐標(biāo)軸由行程開(kāi)關(guān)控制最大位移量
⑥安全防護(hù)罩（砂輪罩，機(jī)床前罩）全封閉式
⑦導(dǎo)軌面保護(hù)
Ⅰ 工作臺(tái)導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護(hù)罩
Ⅱ 砂輪架導(dǎo)軌：㈠前部：翻板式護(hù)罩+橡皮（防水）；㈡后罩：鋼罩。
Ⅲ 修整器導(dǎo)軌：折疊式
第4章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架）
4.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求
砂輪架是磨床上用來(lái)帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對(duì)砂輪架設(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對(duì)主軸軸承部分的。
砂輪架設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)基本要求[1]：
1.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；
2.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；
3.振動(dòng)小，發(fā)熱低，不漏油；
4.裝配制造簡(jiǎn)單，調(diào)整維修方便。
4.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施
1.砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動(dòng)和軸向躥動(dòng)大小，它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動(dòng)允許誤差取5μm~~10μm。
2.提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的措施
（1）選擇合適的主軸軸承：動(dòng)靜壓軸承；
（2）提高主軸的加工精度；
（3）正確選擇主軸軸向止推方式：液體靜壓推力軸承。
4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性
主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動(dòng)力作用下，主軸軸承抵抗變形的能力。通常以主軸前端的撓度來(lái)度量。過(guò)低的剛性會(huì)降低磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線缺陷。
4.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì)
1. 砂輪架主軸的強(qiáng)度校核
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)砂輪架主軸來(lái)說(shuō)，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，砂輪架主軸主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，且在選取許用應(yīng)力時(shí)應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用42MnVB，并進(jìn)行淬火，故選取許用應(yīng)力為40MP。
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
（4－1）
——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為MP）
—— 軸所受扭矩（單位為）
—— 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為）
—— 軸傳遞的功率（單位為KW）
—— 軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm）
—— 計(jì)算界面處的直徑（單位為mm）
—— 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為r/mm）
由上式可得軸的直徑為
（4－2）
mm
由上述計(jì)算可以得知砂輪架最小直徑為31.02mm，考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為60mm。砂輪架主軸的尺寸如圖4－1所示。
圖4－1 砂輪架主軸尺寸示意圖
4.5 主軸剛度校核
1.當(dāng)量直徑
因?yàn)槭请A梯軸，所以用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算當(dāng)量直徑為：
（4－3）
L=140+640+20+32+10=932mm
= 89.36mm
2.允許撓度
允許撓度[y]=0.0002L < 0.0002*660=0.132mm
3、計(jì)算主軸前端撓度值
[1] （4－4）
——載荷（單位為公斤）（150/9.8）
—— 軸兩端的跨距（單位為厘米）（66.00）
—— 懸伸長(zhǎng)度（單位為厘米）（13.2）
—— 材料的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02）
—— 截面慣性矩（平方厘米）
= 0.001cm = 0.01mm
又因?yàn)閇y]=0.135，0.01<0.135，即< [y]，由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。
一般存在一個(gè)使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距L。由經(jīng)驗(yàn)得知，L為（3~~6）D時(shí)，主軸前端撓度最小，D=120mm，L為360~~720mm，取L為640mm。
4.6 動(dòng)靜壓軸承
靜壓軸承是利用外部油源產(chǎn)生承載能力的油膜軸承，動(dòng)靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動(dòng)壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對(duì)置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
它的優(yōu)點(diǎn)如下：
1.速度和載荷范圍廣，應(yīng)用范圍廣。動(dòng)靜壓軸承在零件轉(zhuǎn)速到很高的范圍內(nèi)的 各種相對(duì)速度下都能承載，而且載荷范圍大，其承載能力取決于供油壓力，軸承軸頸結(jié)構(gòu)和相對(duì)大??；
2.油膜剛度高，阻尼大，抗振性好;
3.摩擦阻力，磨損小.由于總有一層油膜將相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面隔開(kāi)，因此摩擦阻力小，磨損小，能長(zhǎng)期保持很高的運(yùn)動(dòng)精度，壽命長(zhǎng).且對(duì)軸承軸頸材料要求也較低;
4.主軸回轉(zhuǎn)精度高.動(dòng)靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動(dòng);
5.安全性好.在萬(wàn)一供油受阻或切斷時(shí)，可利用軸承中動(dòng)壓效應(yīng)來(lái)承載;
6.承載能力高.由于動(dòng)壓效應(yīng)，使軸承轉(zhuǎn)速越高承載能力越大，同時(shí)軸承還能承受方向不斷變化的動(dòng)載及瞬時(shí)過(guò)載;
7.穩(wěn)定性好.
8.使用較經(jīng)濟(jì).由于動(dòng)靜壓軸承高速下主要靠動(dòng)壓承載，故這時(shí)供油壓力可相對(duì)較小，軸承可設(shè)計(jì)成較小軸頸，軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造精度和材料要求不高。
動(dòng)靜壓軸承需要一套供油系統(tǒng)，潤(rùn)滑油要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾以保持清潔。目前廣泛應(yīng)用的是定壓供油系統(tǒng)。一定壓力的壓力油，經(jīng)節(jié)流器流入兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)體間的油腔，通過(guò)油腔壓力來(lái)平衡外載荷。在定壓供油系統(tǒng)中，節(jié)流器是關(guān)鍵部分，它起著限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變化。靜壓軸承常用的固定節(jié)流器有毛細(xì)管和小孔節(jié)流器兩種。本次設(shè)計(jì)選用毛細(xì)管節(jié)流器。
動(dòng)靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中.目前，在改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的WMB型表面節(jié)流液體動(dòng)靜壓混合軸承。
砂輪架主軸的軸向定位采用軸向止推靜壓軸承。軸向止推軸承由兩個(gè)相對(duì)的環(huán)形油腔構(gòu)成。軸上具有臺(tái)肩以形成承載面。軸承的間隙通過(guò)修磨調(diào)整墊圈的厚度來(lái)保證。
4.7 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
為了提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度，皮帶輪不直接裝在主軸上，而是裝在單獨(dú)的支架上，并用花鍵套帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，即采用卸荷皮帶輪的方案，如圖4－2所示。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少了主軸的變形，同時(shí)還提高了承載能力。
圖4－2 卸荷皮帶輪
1.電動(dòng)機(jī)的選擇
= （2.35~~8.82）+3.8 = 12.62kw
通過(guò)以上計(jì)算，取=15kw，選擇Y100L—4型電動(dòng)機(jī)
2.皮帶設(shè)計(jì)
因?yàn)槎嘈◣Ъ嬗蠽帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動(dòng)平穩(wěn)，所以皮帶采用多楔帶[5]。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動(dòng)。工作面為楔側(cè)面，有橡膠和聚氨酯兩種[5]。
1）皮帶材料的選用
皮帶材料選用聚氨酯。
2）設(shè)計(jì)計(jì)算
已知小帶輪轉(zhuǎn)速，即 =1500r/min，傳動(dòng)比i=2.5；
（1）計(jì)算功率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.7查得，工作情況系數(shù)為1.1，故
（4－5）
（2）由和選擇帶型
由于=16.5kw，=1500r/min，查表后可知，取帶型為L(zhǎng)型。
（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4—43，取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=80mm。
，由此得。
（4）驗(yàn)算帶速
（4－6）
= 6.28 m/s < 30 m/s，所以帶速合格。
（5）初定軸向間距
由公式（4－5）
0.7（+）< < 2（+）， （4－7）
可知196< < 560，取=400。
（6）所需基準(zhǔn)帶長(zhǎng)
（4－8）
=1248.82mm
由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4—5，取相近的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)= 1250 mm[6]。
（7）實(shí)際軸向間距
（4－9）
= 401.18mm
所以皮帶的實(shí)際軸向間距取＝401mm。
（8）多楔帶每楔的基本額定功率
由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4—40，可以查得＝0.34kw。
（9）小帶輪的包角
（4－10）
＝162.85°
（10）多楔帶楔數(shù)的確定
（4－11）
其中
查表得，
，代入的計(jì)算公式中，得＝0.849kw。
又已知＝0.955，＝1.00，得：
由此可以確定，取Z＝15。
3.帶輪設(shè)計(jì)
1）帶輪設(shè)計(jì)的要求：
（1）質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造應(yīng)力；
（2）質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡校證；
（3）槽輪工作面要經(jīng)過(guò)精細(xì)加工，以減少帶的磨損；
（4）輪槽的尺寸和角度應(yīng)有一定的精度，以使載荷分布均勻。
2）帶輪的材料選用
帶輪的材料選用HT200。
3）帶輪的結(jié)構(gòu)
（1）小帶輪直徑（d為軸的直徑），所以采用實(shí)心式。
（2）大帶輪< 300，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。
4）小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
圖4－3 小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
（4－12）
其中——帶輪的外徑，
——軸的直徑，
——基準(zhǔn)線上槽深。
（4－13）
，圓整后得＝165mm
（4－14）
， （4－15）
其中——多楔帶的楔數(shù)，
——多楔帶的槽間距，
——第一槽對(duì)稱(chēng)面到端面的距離。
5）大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
圖4－4 大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
4.花鍵套的選用
由軸端直徑Φ60選用內(nèi)花鍵套：8×62H7×78H10×12H11GB1144-87，如圖
圖4－3 內(nèi)花鍵套的結(jié)構(gòu)尺寸
第5章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 概述
任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件是系統(tǒng)的靈魂。有了硬件和軟件和配合才能有效的完成系統(tǒng)的使命。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。本設(shè)計(jì)中要求砂輪架自動(dòng)橫向進(jìn)給（X）和工作臺(tái)縱向進(jìn)給（Y）在兩坐標(biāo)進(jìn)行控制。對(duì)磨床工作過(guò)程進(jìn)行分析：其調(diào)整過(guò)程有裝工件，手動(dòng)退出，手動(dòng)快進(jìn)，對(duì)刀，手動(dòng)快退；自動(dòng)調(diào)整過(guò)程有設(shè)置磨削量，快進(jìn)，工進(jìn)，快退。
該磨床的砂輪架橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)縱向進(jìn)給實(shí)行數(shù)控，主要的使用要求和功能如下：
要有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)砂輪和工作臺(tái)。
1．對(duì)液壓進(jìn)行控制。
2．對(duì)冷卻液進(jìn)行控制。
3．砂輪主軸電機(jī)控制。
4．頭架主軸電機(jī)啟?？刂?。
5．手動(dòng)及其方向控制。
6．手動(dòng)快進(jìn)和快退。
7．工作方式。
8．鍵盤(pán)與顯示。
9．工作臺(tái)限位。
10．報(bào)警。
11．急停。
根據(jù)以上要求來(lái)確定硬件電路方案。
5.2 確定硬件電路總體方案
機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由以下四部分組成，如圖5.1所示。
（1）主控制器，即中央處理單元CPU。
（2）總線，包括數(shù)據(jù)總線（DB），地址總線（AB）和控制總線（CB）。
（3）儲(chǔ)存器，包括只讀可編程程序儲(chǔ)存器（ROM）和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器（RAM）。
4．接口，即I/O 輸入/輸出接口電路。
5.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖
1.主控制器CPU的選擇
在一般二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)控系統(tǒng)中，推薦采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。MCS-51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品：8031，8051和8751。該系列產(chǎn)品是集中CPU，I/O端口及部分RAM為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。目前，工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。本設(shè)計(jì)中也采用8031單片機(jī)。它是一個(gè)具有40根引腳的雙列直差式器件，其基本特征有：
（1）具有8位中央處理單元CPU
（2）片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路
（3）具有128個(gè)字節(jié)的RAM
（4）具有21個(gè)特殊功能寄存器
（5）可尋址64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器
（6）具有4個(gè)I/O接口，32根I/O線
（7）具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器
（8）具有5個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別
（9）具有一個(gè)全雙功能串行接口
（10）具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算
8031片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，僅有片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
2.程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的芯片大多采用EPROM芯片。在選擇芯片時(shí)，要考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲(chǔ)器的容量。在滿(mǎn)足容量要求的同時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化。所以本設(shè)計(jì)中選用2764EPROM芯片，它是雙列直插式28腳芯片。
單片機(jī)規(guī)定口分時(shí)輸出低8位地址和數(shù)據(jù)的通道口。為了把地址信息分離出來(lái)保存，需要地址鎖存器。本設(shè)計(jì)中采用74LS373作為地址鎖存器。
采用2764EPROM程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路框圖如圖5.2所示：
圖5.２ 2764EPROM程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路框圖
3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展
由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6/16和6264表態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其選用規(guī)則與EPROM程序存儲(chǔ)器的要求相同。在本設(shè)計(jì)中選用6264為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展芯片。容量為8K。擴(kuò)展6264框圖如下
4.I/O口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)
8031單片機(jī)共有四個(gè)八位并行I/O口，但可供用戶(hù)使用的只有口及口。因此要進(jìn)行I/O接口的擴(kuò)展。
本設(shè)計(jì)中采用通用的可編程接口芯片8255A。它是有A，B。C三個(gè)可編程功能的8位I/O接口，有40個(gè)引腳的雙列直插式RAM/IO/CTC擴(kuò)展器。由8255A自單片機(jī)接受地址址信息，控制信息，在數(shù)據(jù)總線與端口間傳送數(shù)據(jù)狀態(tài)控制信號(hào)。
圖5.3 擴(kuò)展6264框圖
由于一塊8255A可提供24個(gè)I/O口，而本設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)分析，使用要求須四十幾個(gè)口，所以本設(shè)計(jì)中采用三片8255A芯片，其中一塊芯片作為鍵盤(pán)，顯示接口電路。
根據(jù)以上控制需要分配這些接口：
（1）OUTPUT：控制砂輪架進(jìn)給五相步進(jìn)電機(jī)-------
控制工作臺(tái)進(jìn)給五相步進(jìn)電機(jī)-------
工件頭架旋轉(zhuǎn)（C）異步電機(jī)--------線圈觸點(diǎn)占1位
砂輪旋轉(zhuǎn)（F）異步電機(jī)----------線圈觸點(diǎn)占1位
液壓泵異步電機(jī)（，，）--------線圈觸點(diǎn)占3位
液壓繼電器（，，）--------線圈觸點(diǎn)占3位
（2）OUTPUT：
限位開(kāi)關(guān)（，） 口
零位開(kāi)關(guān)（，）
（3）I/O（面板）：
鍵盤(pán)4*7=28 口
顯示器 米字形 口
手動(dòng)按鈕（，，F(xiàn) C ）
啟動(dòng)/暫停
警報(bào)
急停
（5）波段開(kāi)關(guān)（編輯，自動(dòng)，手動(dòng)）
由上述可知：共使用了三片8255A芯片，其中還剩余口（八位）可以利用。
總線連接
①數(shù)據(jù)總線（DB） 口為數(shù)據(jù)I/O口，數(shù)據(jù)總線由它連接各芯片數(shù)據(jù)I/O口。
②地址總線（AB） 設(shè)計(jì)中一共使用了一片TAM（8K），一片TOM（8K），三片8255A。必須對(duì)這些擴(kuò)展部分實(shí)行統(tǒng)一編址。
2764EPROM 8K= 需13條地址線
6264RAM 8K= 需13條地址線
但由于訪問(wèn)片外TOM與訪問(wèn)片外RAM所以用控制線不同，且與，不會(huì)同時(shí)有效，所以?xún)烧叩刂房梢酝耆丿B。用口八位地位地址。五位高地址。2764EPROM與三片8255A I/O接口芯片可用2-4譯碼器74LS32進(jìn)行片選。由，兩位控制片選結(jié)果。
EPRAM6264
0 0 EPRAM6264
0 0 8255A（1）
1 0 8255A（2）
1 1 8255A（3）
由此，可得地址分派如下：
0000~00FFH RAM6264
0000~00FFH ROM2764
0001~01FFH 8255A（1）
0002~02FFH 8255A（2）
0002~03FFH 8255A（3）
圖5.4 接口框圖
5..鍵盤(pán)，顯示接口電路
圖5.5 鍵盤(pán)和顯示接口電路
如圖5.5所示，本數(shù)控系統(tǒng)采用行列式鍵盤(pán)，即用I/O口線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。使用的顯示器為16段米字管和LED（發(fā)光二極管顯示器）。
采用8255A接口芯片管理鍵盤(pán)，顯示器電路。它由4*7鍵和7位LED顯示器組成。
鍵盤(pán)，顯示器接口電路圖：
8031的口作數(shù)據(jù)輸出，，用與端口選址，兩片8255A的與，左上8255A芯片的與右下8255A的一起組成4*7鍵盤(pán)掃描線，右下8255A的PB口用于查詢(xún)8個(gè)限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。
6.8031與控制電機(jī)與電液閥8255A的聯(lián)接其它輔助電路設(shè)計(jì)
圖5.6 輔助電路
8031的口向8255A輸出八位數(shù)據(jù)以控制電機(jī)和液壓閥。鎖存器出來(lái)的與，以進(jìn)行端口尋址。與控制8255A的讀寫(xiě)?？诘目刂埔晃逑嗖竭M(jìn)電機(jī)，控制另一步進(jìn)電機(jī)?？刂扑膫€(gè)異步電機(jī)的啟停，控制液壓閥。加光電隔離器以屏蔽電磁干擾。
7.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5.7所示，由四部分組成。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，一般在接口電路與功率放大器之間要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，本設(shè)計(jì)中使用光隔，光隔引腳及接線圖如圖5.8所示。
圖5.7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路助
圖5.8 光隔引腳及接線圖
第6章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6.1 概述
磨床通常以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，由它帶動(dòng)機(jī)械，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)完成機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)電器，液壓系統(tǒng)控制這些運(yùn)動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換和先后順序及其聯(lián)系。
6.2 液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1.液壓工作原理
1）液壓傳動(dòng)的特征
與機(jī)械傳動(dòng)相比，它是用具有壓力的油作為介質(zhì)，經(jīng)過(guò)二次轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的：
電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵 壓力油 液壓機(jī)（旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)） 油缸（直線運(yùn)動(dòng)）
因此，整個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由四部分組成：
（1）動(dòng)力部分——油泵
（2）執(zhí)行部分——液壓機(jī)或油缸
（3）控制部分——方向閥，節(jié)流閥，壓力閥
（4）輔助部分——油管，壓力表，蓄能器，壓力繼電器等
在上述液壓傳動(dòng)過(guò)程中，壓力油應(yīng)密封在油管內(nèi)，如果不密封，油就不能形成壓力，也無(wú)法起傳動(dòng)作用。另外，油所處的容積還要不斷的變化，容積不變化，油泵就不能吸油與排油，油缸不能移動(dòng)，也不能完成傳動(dòng)作用。磨床的液壓傳動(dòng)，就是利用容積的變化來(lái)完成其動(dòng)作的。
2）液壓傳動(dòng)的兩個(gè)重要參數(shù)——壓力，流量
（1）液體壓力與負(fù)載的關(guān)系：
齒輪油泵的供油壓力，隨著工作臺(tái)受到的負(fù)載大小正變化。負(fù)載大，壓力大；負(fù)載小，壓力小。
（2）液體流量也速度的關(guān)系
進(jìn)入油缸的流量越多，工作臺(tái)速度就越快，定量油泵的流量要大于工作臺(tái)最大速度所需的流量。
（3）壓力與流量的關(guān)系
a.油泵的壓力與流量關(guān)系
齒輪油泵并不是一旋轉(zhuǎn)就打出壓力油來(lái)的，必須要在油泵出油口加負(fù)載，并且壓力隨負(fù)載變化而變化。
b.管路中的壓力與流量的關(guān)系
在管路中流動(dòng)的油液，壓力（實(shí)際上是壓力差）流量與液阻密切相關(guān)，液阻增大，壓力差增大或流量減小。
3）液壓傳動(dòng)采用的符號(hào)
在繪制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖時(shí)，液壓元件的符號(hào)常采用結(jié)構(gòu)符號(hào)或職能符號(hào)來(lái)表示。
結(jié)構(gòu)符號(hào)近似于實(shí)物的結(jié)構(gòu)，直觀性強(qiáng)，容易理解，但繪制麻煩。職能符號(hào)只表示元件的作用，不能表示出結(jié)構(gòu)，繪制迅速方便，已列入國(guó)標(biāo)。
2.液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
在實(shí)際工作中有以下幾個(gè)步驟：
1.按照機(jī)床的每一個(gè)動(dòng)作要求來(lái)擬訂相應(yīng)的液壓回路。
2.按照機(jī)床的工作循環(huán)方框圖，將各個(gè)回路合并成系統(tǒng)，畫(huà)出液壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖。
3.按照機(jī)床動(dòng)作所要求的速度和作用的力等進(jìn)行計(jì)算。
4.選用標(biāo)準(zhǔn)的或設(shè)計(jì)專(zhuān)用的液壓元件，并按照機(jī)床布局來(lái)確定各元件的組合形式，進(jìn)行閥板設(shè)計(jì)。
5.繪制液壓元件的連接總圖——油路裝配圖。
上述步驟是相互聯(lián)系交替進(jìn)行的，往往需要幾次反復(fù)，才能完成。
3.機(jī)床需要的液壓部分
1）機(jī)床測(cè)量?jī)x的進(jìn)給和退出，徑向測(cè)量?jī)x的垂直橫向進(jìn)給和退出，尾架的松開(kāi)；
2）潤(rùn)滑部分。
a.床身的滾珠絲桿
b.砂輪架的滾珠絲桿
c.砂輪修整器的滾珠絲桿，間隙供油
d.砂輪架的卸荷
e.床身導(dǎo)軌的潤(rùn)滑
f.砂輪修整器直線導(dǎo)軌的間隙供油
3）動(dòng)靜壓軸承
a..砂輪架主軸軸承部分
b.砂輪修整器主軸軸承部分
4.擬訂液壓原理圖
機(jī)床液壓系統(tǒng)的擬訂，要與機(jī)械，電器配合，將各個(gè)液壓回路進(jìn)行組合，達(dá)到總體設(shè)計(jì)所需要的動(dòng)作循環(huán)程序。
具體原理圖見(jiàn)MKS1632A高速數(shù)控端面外圓磨床液壓圖
結(jié)論
經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的努力，我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，對(duì)磨床的設(shè)計(jì)過(guò)程有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，特別對(duì)數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的設(shè)計(jì)過(guò)程有了深刻和清晰的了解。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次綜合應(yīng)用，它涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械裝備設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)、互換性和測(cè)量技術(shù)、單片機(jī)、電子信息技術(shù)等多門(mén)課程的內(nèi)容，使我對(duì)知識(shí)的綜合知識(shí)的運(yùn)用有了很大的提高。
本次設(shè)計(jì)的數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A可以同時(shí)加工帶軸肩類(lèi)零件的外圓和端面，從而提高了磨削效率，減少加工時(shí)間，節(jié)省工件的生產(chǎn)成本。
在數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的設(shè)計(jì)過(guò)程中，郭老師讓我們四個(gè)人每人負(fù)責(zé)一部分，我負(fù)責(zé)的是數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的砂輪架部分。起初我們四個(gè)人在一起討論磨床的總體布局圖，每個(gè)人提出自己的想法，然后由大家來(lái)討論，在這樣的討論和交流中，我們都學(xué)到了不少知識(shí)，知道自己方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，最后我們討論出來(lái)一套最優(yōu)方案。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我負(fù)責(zé)的部件是砂輪架，砂輪架是磨床上用來(lái)帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分。首先是根據(jù)砂輪架主軸的要求進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)，然后再選取軸承，設(shè)計(jì)皮帶和皮帶輪等等。在這個(gè)過(guò)程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設(shè)計(jì)等用到了大量的計(jì)算。
由于磨床是高精密加工機(jī)床，對(duì)各部件的設(shè)計(jì)要求都較高。為了提高旋轉(zhuǎn)精度，我主要做了以下工作：
1.在選擇軸承的時(shí)候，我選用了動(dòng)靜壓軸承。，動(dòng)靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動(dòng)壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對(duì)置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
動(dòng)靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中.目前，在改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的WMB型表面節(jié)流液體動(dòng)靜壓混合軸承。
2.在砂輪架傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中，采用了多楔帶皮帶和多楔帶帶輪。多楔帶兼有V帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動(dòng)平穩(wěn)。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動(dòng)，工作面為楔側(cè)面。
3.為了減少外載荷對(duì)砂輪架主軸的影響，提高砂輪架主軸的承載能力，在帶輪的安裝方面，采用了卸荷皮帶輪的方案，即多楔帶皮帶輪不是直接安裝在砂輪架主軸上，而是安裝在支架上，然后通過(guò)花鍵套來(lái)傳遞扭矩，帶動(dòng)砂輪架主軸旋轉(zhuǎn)。這種方案的好處是砂輪架承受的軸向力大大地減小了，砂輪架主要承受扭矩，達(dá)到減小砂輪架主軸變形、提高砂輪架主軸的承載能力和提高旋轉(zhuǎn)精度等目的。
需要補(bǔ)充一點(diǎn)的是，在砂輪架主軸的設(shè)計(jì)中，因?yàn)檩S的中間部分只有一部分需要進(jìn)行精加工，以便安裝動(dòng)靜壓軸承，其余部分則沒(méi)有什么特殊的加工要求。考慮到加工成本的問(wèn)題，我采取將砂輪架主軸中間一部分半徑減小的方法，從而減少了精加工的長(zhǎng)度，減小了工件的加工成本，但這樣做會(huì)減小砂輪架主軸的剛度。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合，對(duì)我運(yùn)用知識(shí)的能力有了很大提高，特別是培養(yǎng)了我理論結(jié)合實(shí)際的作風(fēng)，改變了我以前設(shè)計(jì)不切合實(shí)際的想法，很多設(shè)計(jì)力求標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。
致謝
經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了。在郭老師的指導(dǎo)下，我順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部任務(wù)。郭老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高度的責(zé)任心給我留下了很深刻的印象，同時(shí)也給我的學(xué)習(xí)、工作、生活以很大的影響，使我受益匪淺。值此論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x，并感謝同組同學(xué)對(duì)我的合作和支持。
此外，具有豐富磨床設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的吳躍高級(jí)工程師給我們?nèi)M同學(xué)悉心講解圖紙和解答疑問(wèn)，在次也表示衷心的感謝。最后，院里的領(lǐng)導(dǎo)和其他老師也給了我很大的關(guān)心，再一次對(duì)大家表示衷心的感謝！
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附錄A 磨削溫度科研報(bào)告
第1章 磨削溫度研究概述
1.1 磨削溫度研究的的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1 熱模型的發(fā)展其現(xiàn)狀
1、國(guó)外情況
早在50年代，Outwater和Shaw基于剪切面移動(dòng)熱源理論建立了熱量傳遞給工件的熱源模型。Hahn提出了熱量產(chǎn)生在磨粒磨損平面上的理論，認(rèn)為熱量的產(chǎn)生可以通過(guò)考慮磨損平面上的力和忽略剪切面上的力來(lái)進(jìn)行精確描述。Malkino發(fā)現(xiàn)實(shí)際熱源長(zhǎng)度是幾何接觸長(zhǎng)度的2～3倍。Qi發(fā)現(xiàn)接觸長(zhǎng)度可以由幾何接觸長(zhǎng)度和由于接觸力產(chǎn)生的彈性接觸長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。不過(guò)，Malkino的研究結(jié)果表明在幾何接觸長(zhǎng)度內(nèi)有超過(guò)2/3的能量進(jìn)入工件。因此，對(duì)模型進(jìn)行了合適的調(diào)整，建議使用幾何接觸長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算。DesRuisseaux發(fā)現(xiàn)對(duì)于典型的Pecle數(shù)和對(duì)流換熱系數(shù)，重要的對(duì)流冷卻將不發(fā)生在接觸區(qū)。Howse也發(fā)現(xiàn)當(dāng)磨削區(qū)的溫度超過(guò)磨削液的沸騰溫度時(shí)，磨削液的沸騰膜嚴(yán)重地限制了冷卻。因此得出結(jié)論，對(duì)于淺磨削，磨削液的重要性是由于更有效的潤(rùn)滑來(lái)減少磨削力和磨削溫度的[1]。
Malkino經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出結(jié)論:切屑帶走的最大能量受熔化所需的能量限制。因此，提出滑擦、耕犁和切削能可以被分別定義。Pettit基于砂輪材料的復(fù)合體特性建立了一個(gè)熱源模型，此模型提供了確定能量傳遞給工件的比率Rw的一種簡(jiǎn)便方法。
Blank研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于大多數(shù)含鐵材料，在回火顏色發(fā)生時(shí)往往伴隨著表面的嚴(yán)重?fù)p傷，一般回火顏色發(fā)生的臨界溫度在450℃至500℃。Hahn的平面模型給出了最大可能傳遞給磨粒的能量。Blank的結(jié)果表明40°圓錐角的圓錐模型等于平面模型。因此建議使用Hahn的磨粒模型。
Rowe在前人研究的基礎(chǔ)上綜合了較多的磨削參數(shù)建立了一種簡(jiǎn)化的傳熱模型，此模型考慮了砂輪和工件的熱特性、砂輪的鋒利程度、砂輪和工件的速度、切深以及接觸長(zhǎng)度影響，C.Guo在Rowe模型的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，建立了一個(gè)新的模型，此模型考慮了磨削液的影響，通過(guò)分別考慮熱傳遞給磨粒和磨削液來(lái)確定分配率。
2、國(guó)內(nèi)情況
我國(guó)學(xué)者也很早就開(kāi)展了磨削溫度的理論研究。早在60年代，哈工大的侯鎮(zhèn)冰，上海交通大學(xué)的貝季瑤等人就開(kāi)始了磨削溫度的理論研究。貝季瑤用實(shí)驗(yàn)方法肯定了按ｌ=Ｄ·ｔ作為磨削區(qū)接觸弧長(zhǎng)的合理性，然后根據(jù)實(shí)際情況的分析，提出了熱源強(qiáng)度在沿接觸弧長(zhǎng)上為三角形分布的假設(shè)，從而分別按單向?qū)岷碗p向?qū)嵬茖?dǎo)了計(jì)算磨削區(qū)溫度的公式。東北大學(xué)在磨削溫度方面的研究成果比較顯著:蔡光起教授在研究高速重負(fù)荷鋼坯