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The Graduation Design for Bachelor's Degree Hydraulic System Design on M1432A Multi-purpose Cylindrical Grinder Candidate: Jiang Chang zhi Specialty: Mechanical Design and Manufacture Automation Class: 08-12 Supervisor: Prof. ZhangRongyi Heilongjiang Institute of Technology 2012-06·Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 畢業(yè)設計開題報告 題 目 名 稱: M1432A萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)設計 院 系 名 稱: 機電工程學院 專 業(yè) 班 級: 機械設計制造及自動化08-12 學 生 姓 名: 姜長志 導 師 姓 名: 張榮沂 開 題 時 間: 2012.02.27 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 M1432A萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)設計 1.選題的目的及研究意義 在國民經濟各部門、人民的日常生活中，使用者各種機器設備、儀器工具，這些機器、機械 、儀器設備和工具大部分是由一定的形狀和尺寸的金屬零件所組成的。生產這些零件并將它們裝配成機器、機械、儀器和工具的工業(yè)，稱為機械制造工業(yè)。在機械零件的制造過程中，采用鑄造、鍛壓、焊接、沖壓等制造方法，可以獲得低精度零件。對于精度要求高、表面粗糙度小的零件，主要依靠切削加工的方法獲得，尤其是加工精密零件時，需經過多道工序的切削加工才能完成。因此，機械加工設備是機械制造業(yè)的主要加工設備。在一般的機器制造廠中，金屬切削機床所負擔的加工工作量，余額占總工作量的40%～60%。金屬切削機床的技術性能直接影響機械產品的質量及其制造的經濟性，進而決定著國民經濟的發(fā)展水平。。 機床是在人類認識和改造自然的過程中產生，又隨著社會生產的發(fā)展和科學技術的進步而不斷發(fā)展、不斷完成的。最原始的機床是木制的，所有運動由人力或畜力驅動，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它們實際上并不是一種完整的機器。現代意義上的用于加工金屬機械零件的機床，是在18世紀中葉開始發(fā)展起來的。 18世紀發(fā)明了機動刀架，并以蒸汽機為動力，對機床進行驅動或通過多軸對機床進行集群驅動，才形成了現代機床的雛形。19世紀至20世紀初，隨著電動機的問世，電動機取代了蒸汽機，經過了多軸對機床進行集群驅動、單獨電動機驅動的封閉齒輪箱的發(fā)展過程，才使機床具備了現代的結構形式。上世紀40年代，隨著高速鋼的和硬質合金工具的使用以及液壓技術的應用，使機床在傳動、機構、控制等方面得到很大的改進，加工精度和生產率得到顯著提高。自上世紀50年代以來，計算機技術開始應用于機床中，先后出現了數控機床、加工中心柔性制造系統(tǒng)等。計算機集成制造的出現，表明機械制造業(yè)正在走向一個新的變革時代。電火花加工、電解加工、超聲波加工、電子束加工等各種機械加工設備，表明特種加工設備也有了長足的發(fā)展。 機床設計是設計人員根據不同使用部門的要求，運用有關的科學技術知識，進行創(chuàng)造性的勞動。隨著生產的發(fā)展，使用的要求也不斷地提高，而科學技術的發(fā)展和工藝水平的提高，從而使機床的設計和制造獲得了迅速的發(fā)展。 畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐環(huán)節(jié)，通過設計掌握機械設計的一般規(guī)律，樹立正確的設計思想，培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力，使學生成功的走向工作崗位。我設計的題目為：M1432A萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)設計，通過本次設計畢業(yè)設計對普通機床組成、控制、結構運動、設計加以了解；通過機床設計掌握普通機床設計的基本方法,并且對專用機床的設計作進一步了解；通過機床設計培養(yǎng)和鍛煉自身的工程素質和工程實踐能力。 2、課題研究現狀 2.1國內外數控機床研究現狀 20世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應用，計算機及控制技術在機械制造設備中的應用是世紀內制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術進步。自從1952年美國第１臺數控銑床問世至今已經歷了50個年頭。 數控設備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成龐大的數控制造設備家族，每年全世界的產量有10～20萬臺，產值上百億美元。 世界制造業(yè)在20世紀末的十幾年中經歷了幾次反復，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現代制造業(yè)。90年代的全世界數控機床制造業(yè)都經過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經過較大變動，從90年代初開始已出現明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術更新浪潮。如德國機床行業(yè)從2000年至今已接受３個月以后的訂貨合同，生產任務飽滿。 我國數控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機床廠從傳統(tǒng)產品實現向數控化產品的轉型。但總的來說，技術水平不高，質量不佳，所以在90年代初期面臨國家經濟由計劃性經濟向市場經濟轉移調整，經歷了幾年最困難的蕭條時期，那時生產能力降到50％，庫存超過４個月。從1995年“九五”以后國家從擴大內需啟動機床市場，加強限制進口數控設備的審批，投資重點支持關鍵數控系統(tǒng)、設備、技術攻關，對數控設備生產起到了很大的促進作用，尤其是在1999年以后，國家向國防工業(yè)及關鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數控設備制造市場一派繁榮。從2000年８月份的上海數控機床展覽會和2001年４月北京國際機床展覽會上，也可以看到多品種產品的繁榮景象。 數控技術經過50年的２個階段和６代的發(fā)展： 第１階段：硬件數控（NC） 第１代：1952年的電子管 第２代：1959年晶體管分離元件 第３代：1965年的小規(guī)模集成電路。第２階段：軟件數控（CNC） 第４代：1970年的小型計算機 第５代：1974年的微處理器 第６代：1990年基于個人PC機（PC-BASEO） 第６代的系統(tǒng)優(yōu)點主要有： （１） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可達到５萬小時以上； （2） 提供了開放式基礎，可供利用的軟、硬件資源豐富，使數控功能擴展到很寬的領域（如CAD、CAM、CAPP，連接網卡、聲卡、打印機、攝影機等）； （3） 對數控系統(tǒng)生產廠來說，提供了優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境，簡化了硬件。 目前，國際上最大的數控系統(tǒng)生產廠是日本FANUC公司，１年生產５萬套以上系統(tǒng)，占世界市場約40％左右，其次是德國的西門子公司約占15％以上，再次是德海德漢爾，西班牙發(fā)格，意大利菲亞，法國的ＮＵＭ，日本的三菱、安川。 2.2發(fā)展趨勢 制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的重要支柱，機械制造是制造業(yè)的核心。數控技術的應用使得傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國民生計起著越來與重要的作用。當前數控技術及其裝備的發(fā)展的趨勢：1、高速、精密化 2、可靠性 3、數控機床設計CAD化、功能多樣化 4、智能化、網絡化、柔性化、集成化 5、開放性 6、復合性 7、串行總線計算機數控系統(tǒng) 8、重視新技術標準、規(guī)范的建立。 2.3機械裝備設計的方法 機械制造裝備設計的步驟設計類型而不同。創(chuàng)新設計可分為產品規(guī)劃、方案設計、技術設計和工藝設計等四個階段。 2.3.1產品規(guī)劃階段 產品規(guī)劃階段的任務是明確設計任務，通常應在市場調查與預測的基礎上識別產品需求，進行可行性分析，制定設計任務書。 在產品規(guī)劃階段將綜合運用技術預測、市場學、信息學等理論和方法來解決設計中出現的問題。 2.3.1.1需求分析 產品設計是為了滿足市場的要求，而市場的需求往往是不具體的，有時是模糊的 、潛在的，甚至是不可能實現的。需求分析的任務是使這些需求具體化和恰到好處。明確設計任務的要求。需求分析的任務本身就是設計工作的一部分，是設計工作的一部分，是設計工作的開始，而且自始至終指導設計工作的進行。 需求分析一般包括對銷售市場和原材料市場的分析 2.3.1.2調查研究 調查研究包括市場調研、技術調研和社會環(huán)境調研三個部分 2.3.1.3預測 定性預測和定量預測 2.3.1.4可行性分析 2.3.1.5編制設計任務書 2.3.2方案設計階段 a、對設計任務的抽象 b、建立功能結構 c、尋求原理與求解方法 d、初步設計方案的形成 e、設計方案的評價與賽選 2.3.3技術設計階段 1、確定結構原理方案 2、總體設計 3、結構設計 2.3.4工藝設計階段 2.3.4.1零件圖設計 在零件圖中包含了為制造零件所需的全部信息，這些信息包括幾何形狀、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度、材料和熱處理要求、其他特殊技術要求等。 2.3.4.2完善裝配圖 在繪制零件圖時，更加具體地從結構強度、工藝性和標準化等方面進行零件的結構設計，不可避免地要對技術設計階段提供的裝配圖做些修改 2.3.4.3編寫技術文檔 3.基本內容，擬解決問題 基本內容；M1432A萬能外圓磨床總體尺寸布局設計 根據設計過程中所需的技術參數，使主要構件的結構具有經濟性，合理性。保證設計的工藝性，裝配的可行性，主要裝配精度的合理性，主要參數的可檢查性。 3.1本課題將要解決的主要問題 3.1.1 總體結構布局的設計 M1432A萬能外圓磨床主軸部件直接影響工件的精度和表面粗糙度，應具有高的回轉精度、剛度、抗振性及耐磨性，是總體布局的關鍵部分。 裝在頭架主軸上的零件如皮帶輪、砂輪壓緊盤、砂輪等都應仔細平衡，四根三角皮帶的長度也應一致，否則易引起砂輪主軸的振動，直接影響磨削表面的表面粗糙度。 3.1.2液壓系統(tǒng)的設計 液壓系統(tǒng)傳遞比較平穩(wěn)，而且代價不高。液壓系統(tǒng)是由很多元器件組成，元器件的選擇要根據液壓系統(tǒng)的性能指標進行選擇。閥的規(guī)格用閥進、出油口的名義通徑表示，單位為mm。相同的閥，其閥口的實際尺寸不一定完全相同。目前仍在使用的某些按舊標準生產的閥，其性能參數主要有額定壓力、額定流量、額定壓力損失、最小穩(wěn)定流量等數值參數。閥類元件的規(guī)格應按閥所在的回路的最大工作壓力和通過該閥的最大流量從產品樣本上選定。選用閥類元件時應考慮其結構形式、特性、壓力等級、連接方式、集成方式及操縱方式等。選擇壓力控制閥時，應考慮壓力閥的壓力調節(jié)范圍、流量范圍、流量變化范圍、所要求的壓力靈敏度進和平穩(wěn)度等。特別是溢流閥的額定流量必須滿足液壓泵最大流量的要求。選擇流量控制閥時，應考慮流量閥的流量調節(jié)范圍、流量——壓力特性、最小穩(wěn)定流量、壓力補償要求或溫度補償要求，對濾油器過濾精度的要求，閥進、出口壓差大小及閥內泄漏的大小等。 機床設計工作大體的可分為三個步驟： 3.2調查研究 調查研究的內容一般包括有： ①學習有關機床設計的方針、政策，明確設計要求； ②到使用單位調查了解所涉及機床所要承擔的生產任務和加工工藝，了解使用單位的對機床的要求； ③到制造單位調查，了解制造廠的設備條件、技術能力和生產經驗； ④收集國內外同類型機床的技術文獻和圖紙資料，并注意調查它的結構性能、使用和制造情況等，尤其注意了解新技術在同類機床上應用的情況，以及在設計新機床時將要進行那些科學試驗。 3.3方案擬定 在調查研究的基礎上，通?？蓴M定出多個方案進行比較分析。每個方案所包括的內容有：工藝分析、主要技術參數、總體布局、主要部件的結構草圖、試驗結果及技術經濟分析等 在制定方案時應注意以下幾點： ①處理好使用和制造之間的關系：應首先滿足使用要求，其次是盡可能便于制造。 ②注意傾聽各方面意見，經過分析比較，去粗取精，最后形成一個比較使用方案。 ③ 實驗是檢驗真理的唯一標準，設計必須以生產實踐和科學實驗為依據，凡是未經實踐考驗的方案，必須經過實驗證明可考后采用與設計。 ④繼承性和創(chuàng)造性的相結合，盡量采用先進技術，迅速提高生產力。 3.4工作圖設計 首先，繪制M1432A萬能外圓磨床總裝配圖及液壓系統(tǒng)傳動圖。一般應畫出機床的總體尺寸參數圖，在圖中確定各部件的輪廓尺寸和各部件有聯(lián)系的相關尺寸，同時畫出機床的頭架裝配圖，并進行必要的計算。其次，進行液壓元器件的選擇，繪制液壓系統(tǒng)圖。 3.5說明書的撰寫 4、檢索與本課題有關參考文獻資料的簡要說明 [1].《機械設計手冊》 成大先 化學工業(yè)出版社 2002 [2].《實用機床設計手冊》 李洪 遼寧科學技術出版社 [3].《機械最優(yōu)設計技術》 孟兆明 化學工業(yè)出版社 2002.4 [4].《機械精度設計與檢測技術》 劉品 哈爾濱工業(yè)大學出版社 [5].《電力拖動基礎》 彭鴻才 機械工業(yè)出版社 [6].《金屬切削機床理論》 賈亞州 機械工業(yè)出版社 5、畢業(yè)論文進程安排 1.2月27日——3月11日 查閱資料 2 3月12日——3月18日 消化資料 3.3月19日——4月1 日 撰寫開題報告 4.4月 2 日——4月20日 方案設計，寫說明書草稿 5 4月21日——5月5 日 畫草圖，寫說明書草稿 6 5月 6 日——5月27日 畫 cad圖，整理說明書 7 5月28日——6月10日 打印說明書 8 6月11日——6月15日 準備答辯 指導教師（簽名）： 年 月 日 所在院（系）審查意見： 負責人簽字(蓋公章) 畢業(yè)設計開題報告 題 目 名 稱: M1432A萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)設計 院 系 名 稱: 機電工程學院 專 業(yè) 班 級: 機械設計制造及自動化08-12 學 生 姓 名: 姜長志 導 師 姓 名: 張榮沂 開 題 時 間: 2012.02.27 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I 摘 要 在全面了解磨床結構、工作原理、液壓系統(tǒng)的基礎上，論文對磨床總體尺寸進 行布局及對液壓系統(tǒng)進行設計。M1432A 型萬能外圓磨床主要以磨削圓柱形或圓錐 形（包括階梯形）的外圓表面和內孔，成品的尺寸精度可達 12 級，表面光潔度可 達 T8 T10。對機床液壓系統(tǒng)有著較高、較復雜的要求。用液壓系統(tǒng)實現工作臺的 自動往復運動、砂輪架的快速進退、尾架頂尖的伸縮以及必要的聯(lián)鎖動作。 本系統(tǒng)在結構上采用了將開停閥、先導閥、換向閥、節(jié)流閥、抖動缸等組合一 體的操縱箱。使結構緊湊、管路減短、操縱方便，又便于制造和裝配修理。此操縱 箱屬行程制動換向回路，具有較高的換向位置精度和換向平穩(wěn)性。而且采用活塞桿 固定式雙桿液壓缸，還對液壓系統(tǒng)的回路做了進一步的設計和改進。 關鍵詞：磨床；液壓缸；萬能型外圓磨床；液壓系統(tǒng)；操縱箱 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 II ABSTRACT Based on understanding grinder structure, work principle, and the hydraulic system, the paper carries on the overall size layout of the grinder and the design of the hydraulic system. M1432A multifunction cylindrical grinding is mainly used to grind the cylindrical surface and the hole inside of cylinder and cone (including stepped appearance). The size precision of the final product may achieve 12grade. The finish degree of surface may achieve T8-T10. So it required higher and more complex requirement to the hydraulic pressure system of machine tool. Through hydraulic system, the automatically reciprocating motion of working table, the advance and retreat of grinding wheel rack, the expansion and contraction of tail stock center, as well as the essential interconnection movement can be realized. In the paper, the system adopt the control box which is composed of the opening and stopping valve, pilot valve, directional control valve, throttle valve, the vibration cylinder and so on. It makes the structure compact, the pipeline short, and the operation convenient, and it is convenient to manufacture, assemble and repair. This control box is a type of travel braking changeover circuit; it has higher commutation position precision and the commutation stability. Moreover, the system adopts the piston rod stationary type double pole hydraulic cylinder, and we also make the further design and change to the loop of hydraulic system. Key words:Grinder；Hydraulic Cylinder；Multi-purpose Cylindrical Grinder； Hydraulic System；Control Box 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘要 .......................................................................................................................................I Abstract ...............................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ......................................................................................................................1 1.1 選題的背景目的及其意義 ......................................................................................1 1.1.1 背景 .................................................................................................................1 1.1.2 目的及其意義 .................................................................................................2 1.2 國內外磨床研究狀況和相關領域中已有的研究成果 ..........................................2 1.3 對選題的研究設想、研究方法 ..............................................................................3 1.4 預期結果和意義 .......................................................................................................5 第 2 章 機床總體方案的確定 .....................................................................................6 2.1 總體設計 ..................................................................................................................6 2.1.1 主要技術指標設計 ........................................................................................6 2.1.2 總體方案設計 ................................................................................................6 2.1.3 總體方案綜合評價和選擇 ............................................................................6 2.1.4 總體方案的設計修改和優(yōu)化 ........................................................................6 2.2 詳細設計 ..................................................................................................................7 2.3 機床整體綜合評價 ..................................................................................................7 2.4 本章小結 ..................................................................................................................7 第 3 章 總體尺寸布局設計 ..........................................................................................8 3.1 縱向尺寸關系圖的確定與繪制 ..............................................................................8 3.1.1 確定縱向尺寸的基準線 ................................................................................8 3.1.2 確定砂輪對稱中心線位置 ............................................................................8 3.1.3 確定工作臺對稱中心線位置 ........................................................................9 3.1.4 確定上、下工作臺長度 ................................................................................9 3.1.5 確定油壓筒用活塞桿的固定形式和長度 ....................................................9 3.1.6 確定后床身上面的墊導板導軌尺寸位置 ..................................................10 3.1.7 確定橫進給絲桿中心位置 ..........................................................................10 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3.1.8 確定手搖臺面機構的手輪中心位置 ..........................................................11 3.1.9 確定齒條長度及齒輪位置 ..........................................................................11 3.2 橫向尺寸關系圖的確定與繪制 ............................................................................11 3.2.1 確定橫向尺寸的基準線 ..............................................................................11 3.2.2 確定上下工作臺厚度和寬度 ......................................................................11 3.2.3 確定頭尾架頂尖中心位置 ..........................................................................13 3.2.4 確定頭尾架頂尖中心至床身面的高度 ......................................................13 3.2.5 確定橫進給機構手輪中心的高度 ..............................................................13 3.2.6 確定油壓套中心位置 ..................................................................................13 3.2.7 確定工作臺回轉中心位置 ..........................................................................13 3.2.8 確定后床身有關的幾個尺寸 ......................................................................13 3.2.9 確定最大最小極限位置 ..............................................................................14 3.2.10 確定砂輪架橫向行程長度 ........................................................................14 3.2.11 確定滑鞍長度 ............................................................................................15 3.2.12 確定墊板長度 ............................................................................................15 3.3 本章小結 ................................................................................................................16 第 4 章 M1432A 萬能外圓磨床液壓系統(tǒng) .............................................................17 4.1 設計步驟 ................................................................................................................17 4.2 液壓系統(tǒng)總體布局及其原理 ................................................................................17 4.2.1 工作臺往復運動 ..........................................................................................17 4.2.2 砂輪架快速進退 ..........................................................................................19 4.2.3 尾架頂尖的液動夾緊 ..................................................................................19 4.3 液壓系統(tǒng)的工作原理 ............................................................................................19 4.3.1 工作臺的往復運動 ......................................................................................19 4.3.2 砂輪架的快速進退 ......................................................................................20 4.3.3 尾架頂尖的液動夾緊 ..................................................................................21 4.4 液壓系統(tǒng)中的換向機構及其性能 ........................................................................21 4.4.1 采用先導閥 ..................................................................................................21 4.4.2 選用行程控制式制動 ..................................................................................22 4.4.3 使換向閥分段變速移動 ..............................................................................22 4.4.4 使先導閥快跳 ..............................................................................................23 4.5 液壓系統(tǒng)的特點 ....................................................................................................23 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4.6 液壓系統(tǒng)的計算 ....................................................................................................24 4.6.1 計算工作臺的負載 ......................................................................................24 4.6.2 選擇油缸的工作壓力和確定油泵的供油壓力 ..........................................25 4.6.3 計算工作臺油缸直徑 ..................................................................................25 4.6.4 計算各油缸的流量和油泵流量 ..................................................................26 4.6.5 計算油泵的電動機功率 ..............................................................................26 4.6.6 計算油管內徑 ..............................................................................................26 4.6.7 油池的容積計算 ..........................................................................................27 4.7 本章小結 ................................................................................................................27 第 5 章 工作臺液壓操縱箱及液壓缸的設計 .......................................................28 5.1 工作臺液壓系統(tǒng)的功能 ........................................................................................28 5.2 工作臺液壓系統(tǒng)的工作原理 ................................................................................28 5.3 操縱箱的系統(tǒng)的特點 ............................................................................................28 5.4 液壓缸的典型結構 ................................................................................................29 5.5 液壓缸的組成 ........................................................................................................29 5.6 本章小結 ................................................................................................................32 結論 ....................................................................................................................................33 參考文獻 ...........................................................................................................................34 致謝 ....................................................................................................................................35 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 0 第 1 章 緒 論 1.1 選題的背景、目的及其意義 磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。 大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石、砂帶 等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和 拋光機等。 1.1.1 背景 1.正在精磨軋輥的大型磨床 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質合金等；也能加工脆性材料，如 玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削， 如強力磨削等。 十八世紀 30 年代，為了適應鐘表、自行車、縫紉機和槍械等零件淬硬后的加工， 英國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當時現成的 機床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結構簡單，剛度低，磨削時易 產生振動，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。 1876 年在巴黎博覽會展出的美國布朗-夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具 有現代磨床基本特征的機械。它的工件頭架和尾座安裝在往復移動的工作臺上，箱 形床身提高了機床剛度，并帶有內圓磨削附件。1883 年，這家公司制成磨頭裝在立 柱上、工作臺作往復移動的平面磨床。 1900 年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動的應用，對磨床的發(fā)展有很大的推動 作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如 20 世紀初，先后研制出加工氣缸體的行星內圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電 磁吸盤的活塞環(huán)磨床等。 自動測量裝置于 1908 年開始應用到磨床上。到了 1920 年前后，無心磨床、雙 端面磨床、軋輥磨床、導軌磨床，珩磨機和超精加工機床等相繼制成使用；50 年代 又出現了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60 年代末又出現了砂輪線速度達 6080 米/ 秒的高速磨床和大切深、緩進給磨削平面磨床； 70 年代，采用微處理機的數字控 制和適應控制等技術在磨床上得到了廣泛的應用 1。 2.能做鏡面磨削的精密磨床 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 隨著高精度、高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā) 展，磨床的性能、品種和產量都在不斷的提高和增長。 磨床是各類金屬切削機床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內圓磨床、 平面磨床、無心磨床、工具磨床等。 外圓磨床是使用的最廣泛的，能加工各種圓柱形和圓錐形外表面及軸肩端面的 磨床。萬能外圓磨床還帶有內圓磨削附件，可磨削內孔和錐度較大的內、外錐面。 不過外圓磨床的自動化程度較低，只適用于中小批單件生產和修配工作。 內圓磨床的砂輪主軸轉速很高，可磨削圓柱、圓錐形內孔表面。普通內圓磨床 僅適于單件、小批生產。自動和半自動內圓磨床除工作循環(huán)自動進行外，還可在加 工中自動測量，大多用于大批量的生產中。 平面磨床的工件一般是夾緊在工作臺上，或靠電磁吸力固定在電磁工作臺上， 然后用砂輪的周邊或端面磨削工件平面的磨床；無心磨床通常指無心外圓磨床，即 工件不用頂尖或卡盤定心和支承，而以工件被磨削外圓面作定位面，工件位于砂輪 和導輪之間，由托板支承，這種磨床的生產效率較高，易于實現自動化，多用在大 批量生產中。 3.大型曲軸磨床 工具磨床是專門用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有萬能工具磨床、鉆頭刃磨 床、拉刀刃磨床、工具曲線磨床等，多用于工具制造廠和機械制造廠的工具車間。 砂帶磨床是以快速運動的砂帶作為磨具，工件由輸送帶支承，效率比其他磨床 高數倍，功率消耗僅為其他磨床的幾分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐熱難加 工材料和大量生產的平面零件等。 專門化磨床是專門磨削某一類零件，如曲軸、凸輪軸、花鍵軸、導軌、葉片、 軸承滾道及齒輪和螺紋等的磨床。除以上幾類外，還有珩磨機、研磨機、坐標磨床 和鋼坯磨床等多種類型。 1.1.2 目的及意義 磨床是金屬切削行業(yè)的一個重要分支，隨著工業(yè)的發(fā)展，對機械零件的加工精 度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工顯得更加重要。尤其在汽車、電力、船 舶、冶金、軍工、航空航天等行業(yè)，國產數控磨床正在發(fā)揮著越來越大的作用。 1.2 國內外磨床研究狀況和相關領域中已有的研究成果 隨著生產的發(fā)展，社會需求也在發(fā)生變化。在機械制造業(yè)中，多品種、小批量 生產的需求日益增加，因此出現了與之相適應的 FMS 等先進制造系統(tǒng)。機床是 FMS 的核心裝備。前期的 FMS，可以說是“以機床為主的系統(tǒng)”設計，即根據現有機 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 床的特點來構成 FMS，但是傳統(tǒng)的機床（包括數控機床）設計時并未考慮到它在 FMS 中的應用，因此在功能上制約了 FMS 的發(fā)展。FMS 的發(fā)展對機床提出了新的 要求，要求機床設計向“ 以系統(tǒng)為主的機床設計 ”方向發(fā)展，即在機床設計時就要考 慮到它如何更好地適應 FMS 等先進制造系統(tǒng)的要求，例如要求具有時、空柔性，與 物流的可親性等等，這就機床設計的方法學提出了新的要求。 國產數控磨床正在發(fā)揮著越來越大的作用。 “十一五” 期間，經過調整和整合期后 的磨床行業(yè)，將會迎來新一輪的發(fā)展期。 2003 年和 2004 年兩年的磨床市場交易量(內銷、進口、出口量的總和)為 64756 臺，其中內銷量占 63.63%、進口量為 23.44%、出口量為 12.92%；市場交易額為 108.06 億元，其中內銷額占 34.34%、進口額占 63.80%、出口額占 1.86%。從而可知， 進口量占磨床市場交易量的 23.44%，而進口額占磨床市場交易額的 63.6%，可見進 口磨床的技術檔次或附加值遠遠高出內銷磨床。目前汽車制造廠曲軸線上的磨床主 要依賴進口，而國產磨床基本供汽車零配件廠使用 5。 1.3 對選題的研究設想、研究方法 機床的設計方法是根據其設計類型而定。通用機床采用系列化設計方法。 1.工藝范圍 機床是用來完成工件表面加工的，應該具備完成一定工藝范圍（包括加工方法、 工件類型、加工表面形狀、尺寸等）的加工功能，因此，也可以把工藝范圍稱之為 機床的加工功能。 對于專用機床，工藝范圍較窄，相應的功能也較少。而普通機床，工藝范圍較 寬，功能較強，特別是多品種，小批量生產需求的增加，要求擴大機床的功能。 機床功能的增加，將使機床的結構復雜程度增加，制造難度、制造周期及制造 成本增加。對于生產率，就機床本身而言，功能增加，可能會使生產率下降，但就 機械制造系統(tǒng)（或工件的制造全過程）而言，機床功能的增加，將會減少工件的裝 卸次數，減少安裝、搬運等輔助時間，會使總的生產率提高。機床的功能主要根據 被加工對象的批量來選擇。大批量生產用的專用機床的功能設置較少，只要滿足特 定的工藝范圍要求就行了，以獲得提高生產率、縮短機床制造周期及降低機床成本 等效果。單件小批量生產用的通用機床則應擴大機床的功能。 2.柔性 隨著多品種小批量生產的發(fā)展，對機床的柔性要求越來越高。機床的柔性，是 指其適應加工對象變化的能力，包括空間上的柔性和時間上的柔性。所謂空間柔性 也就是功能柔性，指的是在同一時期內，機床能夠適應多品種小批量的加工，即機 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 床的運動功能和刀具數目多，工藝范圍廣，一臺機床具備有幾臺機床的功能，因此 在空間上布置一臺高柔性機床，其作用等于布置了幾臺機床。所謂時間上的柔性也 就是結構柔性，指的是在不同時期，機床各部分重新組合，構成新的機床功能，即 通過機床重構，改變其功能，以適應產品更新變化快的要求。又如，有的單件或小 批量 FMS 作業(yè)線上，經過識別裝置對下一個待加工的工件進行識別，根據其加工要 求，在作業(yè)線上就可自動進行機床功能重構，有些重構幾秒鐘內即可完成，這就要 求機床的功能部件具有快速分離與組合的功能。 3.與物流系統(tǒng)的可親性 可親性就是指機床與物流系統(tǒng)之間進行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方 便程度。對于單機工作形式的普通機床，是由人進行物料交接的，要求機床的使用、 操作、清理、維護方便。對于自動化柔性制造系統(tǒng)，機床與物流系統(tǒng)（如輸送線） 是自動進行物料交接的，要求機床結構形式開放性好，物料交接方便。 4.剛度 機床的剛度將影響機床的加工精度和生產率，因此機床應有足夠的剛度。剛度 包括靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、熱態(tài)剛度。 5.精度 為保證能加工出一定精度的工件，作為工作母機的機床必須具有更高的精度要 求。機床精度分為機床本身的精度，即空載條件下的精度（包括幾何精度、運動精 度、傳動精度、定位精度等）和工作精度（加工精度） 。 6.噪聲 噪聲損壞人的聽覺器官和生理功能，是一種環(huán)境污染。設計和制造過程中要設 法降低噪聲。 7.生產率和自動化 機床的生產率用單位時間內機床所能加工的工件數量來表示。機床的切削效率 越高，輔助時間越短，則它的生產率越高。對用戶而言，使用高效率的機床，可以 降低工件的加工成本，機床的自動化程度越高，則它的生產率越高，加工精度的穩(wěn) 定性越好，越容易適應自動化制造系統(tǒng)的要求。 8.成本 成本概念貫穿在產品的整個生命周期內，包括設計、制造、包裝、運輸、使用 維護和報廢處理等的費用，是衡量產品市場競爭力的重要指標，應在盡可能保證機 床性能要求的前提下，提高其性能價格比。 9.生產周期 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 為了快速響應市場需求變化，生產周期（包括設計和制造）是衡量產品市場競 爭力的重要指標，應盡可能縮短機床的生產周期。這就要求機床設計應盡可能采用 現代設計方法，如 CAD、模塊化設計等。 10.可靠性 應保證機床在規(guī)定的使用條件下、在規(guī)定的時間內，完成規(guī)定的加工功能時， 無故障運行的概率要高。 11.造型與色彩 機床的外觀造型與色彩，要求簡潔明快、美觀大方、宜人性好。應根據機床功 能、結構、工藝及操作控制等特點，按照人機工程學的要求進行設計 6。 1.4 預期結果和意義 M1432A 液壓系統(tǒng)最終實現， 1.能實現工作臺的自動往復運動，并能在 0.054m/min 之間無級調速，工作臺 換向平穩(wěn)，起動制動迅速，換向精度高。 2.在裝卸工件和測量工件時，為縮短輔助時間，砂輪架具有快速進退動作，為 避免慣性沖擊，控制砂輪架快速進退的液壓缸設置有緩沖裝置。 3.為方便裝卸工件，尾架頂尖的伸縮采用液壓傳動。 4.工作臺可作微量抖動： 切入磨削或加工工件略大于砂輪寬度時，為了提高生產率和改善表面粗糙度， 工作臺可作短距離(13mm)、頻繁往復運動(100150 次/min)。 5.傳動系統(tǒng)具有必要的聯(lián)鎖動作： (1)工作臺的液動與手動聯(lián)鎖，以免液動時帶動手輪旋轉引起工傷事故。 (2)砂輪架快速前進時，可保證尾架頂尖不后退，以免加工時工件脫落。 (3)磨內孔時，為使砂輪不后退，傳動系統(tǒng)中設置有與砂輪架快速后退聯(lián)鎖的機 構，以免撞壞工件或砂輪。 (4)砂輪架快進時，頭架帶動工件轉動，冷卻泵啟動；砂輪架快速后退時，頭架 與冷卻泵電機停轉。 從而使 M1432A 型萬能外圓磨床更加穩(wěn)定的工作。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 第 2 章 機床總體方案的確定 2.1 總體設計 2.1.1 主要技術指標設計 主要技術指標設計是后續(xù)設計的前提和依據。設計任務的來源不同，如工廠的 規(guī)劃產品，或根據機床系列型譜進行設計的產品，或用戶訂貨等，具體的要求不同， 但所要進行的內容大致相同。主要技術指標包括： 1.用途 即機床的工藝范圍，包括加工對象的材料、質量、形狀及尺寸等。 2.生產率 包括加工對象的種類、批量、及所要求的生產率。 3.性能指標 加工對象所要求的精度（用戶訂貨設計）或機床的精度、剛度、熱 變形、噪聲等性能指標。 4.主要參數 即確定機床的加工空間和主參數。 5.驅動方式 機床的驅動方式有電動機驅動和液壓驅動方式。電機驅動方式中又 有普通電機驅動、步進電機驅動和伺服電機驅動。驅動方式的確定不僅與機床的成 本有關，還將直接影響運動方式的確定。 6.成本及生產周期 無論是訂貨還是工廠規(guī)劃產品，都應確定成本及生產周期 方面的指標。 2.1.2 總體方案設計 總體方案設計包括： 1.M1432A 萬能外圓磨床總體尺寸關系，包括縱向尺寸關系(正視圖)，橫向尺寸 關系圖( 側視圖 )，和頂視圖。 2.M1432A 萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)，包括工作臺液壓系統(tǒng)，砂輪架液壓系統(tǒng),尾 架液壓系統(tǒng)。 3.操縱箱設計，將開停閥、先導閥、換向閥、節(jié)流閥、抖動缸等組合一體的操 縱箱。 2.1.3 總體方案綜合評價和選擇 在總體方案設計階段，對其各種方案進行綜合評價，從中選擇較好的方案。 2.1.4 總體方案的設計修改和優(yōu)化 對所選擇的方案進行進一步的修改或優(yōu)化，確定最終方案。上述設計內容，在 設計過程中要交叉進行。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 2.2 詳細設計 1.技術設計 包括確定結構原理方案、裝配圖設計、分析計算或優(yōu)化。 2.施工設計 包括零件圖設計、商品化設計、編制技術文檔等。 2.3 機床整體綜合評價 上述步驟可反復進行，直到達到技術結果滿意為止。在設計過程中，設計和評 價反復進行，可以提高一次設計成功率。 2.4 本章小結 本章介紹了機床以及液壓系統(tǒng)的總體設計方案，進行了主要技術指標的設計、 總體方案綜合評價、機床整體綜合評價。根據任務書中的要求，做出自己的設計方 案和理念。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 第 3 章 總體尺寸布局設計 3.1 縱向尺寸關系圖的確定與繪制 3.1.1 確定縱向尺寸的基準線 畫出床身對稱中心線（OO） ，它是縱向尺寸的基準線（圖 3.1） 。ol2下 臺 橫 進 給手 輪 中心手 搖 臺面 機 構小 齒 輪中 心手 搖 臺 面機 構 手 輪中 心 baL支 架 l6L油 壓 筒活 塞 右 蓋床齒 條頭 頂 尖 尾l4B12363786中 心5 圖 3.1 縱向尺寸圖 3.1.2 確定砂輪對稱中心線位置 1l 由于頭架的縱向尺寸一般大于尾架的縱向尺寸，所以砂輪對稱中心線位置偏于 床身對稱中心線的右側，其偏離值根據頭、尾架縱向尺寸的大小而定。為避免頭架 伸出床身太多，考慮頭架處磨內孔時要安放夾具，尾架處磨長工件時要砂輪修整器， 故只 取 mm 定 mm143015lL尾頭 105l 式中： 頭架縱向尺寸；L頭 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 尾架縱向尺寸。L尾 由圖 3.1 知 1()2aobL尾頂 尖 頭 得 mm2 (479l尾頭 頂 尖 頭 式中： 頭、尾架最大頂尖距L頂 尖 而 mm0.75150LL頂 尖 式中： 最大磨削長度 =1000mm。 3.1.3 確定工作臺對稱中心線位置 通常工作臺對稱中心線放在床身對稱中心線同一位置（圖 3.1） 。 3.1.4 確定上、下工作臺長度 上工作臺長度應考慮除了能容納頭、尾架最大頂尖距和頭、尾架長度外，其二 端需有暢流的水槽和壓板的弧形邊。按經驗推薦，后者一般為前者 1/10 左右。 上工作臺長度 0.1()LLL尾 尾上 臺 頂 尖 頭 頂 尖 頭 mm18202 故取 mm上 臺 同樣在確定下工作臺長度（L 下臺 ）時，需考慮上、下工作臺間壓板及二頭裝導 軌防護罩的位置，故定 0.5.1LL下 臺 上 臺 上 臺 =2195mm 3.1.5 確定油壓筒用活塞桿的固定形式和長度 確定工作臺最大行程 L工 作 行 程 故定 mm工 作 行 程 頂 尖 10L工 作 行 程 由此能確定油壓筒長度 L油 壓 筒 工 作 行 程 活 塞 mm185 式中： 活塞長度，定為 85mm。L活 塞 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 確定活塞桿的固定在床身上，即活塞桿固定，如圖（3.1） ，則：45L左 蓋 m mm4118205.2lLL工 作 行 程 活 塞 蓋 定 mm405l 式中： 油壓筒端蓋厚度。L蓋 這樣床身的長度（ ）可以初步確定：L床 mm422856l床 支 架 定 mm90床 式中： 活塞桿支架長度。L支 架 3.1.6 確定后床身上面的墊導板導軌尺寸位置 從砂輪對稱中心線引出后床身墊板 V 開導軌中心線位置 ，再根據已確定的砂5l 輪架墊板導軌參數 B1、B 2、 中心 ，繪制 V-平導軌（圖 3.1） 。 5 的大小決定于下列二l 個因素。 在可能情況下， 5 盡可能取小些，避免主軸懸伸過長，這對提高砂輪主軸剛性l 有利，查文獻2 得： 531230lB mm=070.34l5中 心符 合 l的 要 求 式中： V 形導軌中心線到墊板側面的距離，通常:3B mm31(230B)7512.=0 B mm(砂輪寬)=50 3.1.7 確定橫向進給絲桿中心位置 6l 根據理論分析的要求，橫向進給絲桿中心最好安排在砂輪架的中心位置上，而 砂輪架的中心偏于 V 形導軌一邊，故過去其位置均按 設計，而不考60.415l中 心 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 慮具體條件，如導軌是滾動還是滑動，以及其他有關因素。 在設計 M1432A 萬能外圓磨床時，根據實踐經驗，認為絲桿和消除間隙的閘鋼 應盡可能安置離 V 形導軌近一些，可以提高進給剛性和平穩(wěn)性，而兩者中以閘鋼的 影響比較大。把消除間隙的閘剛放在絲桿與 V 形導軌之間，由于結構關系將絲桿中 心位置移到偏近平導軌一邊（圖 3.1） ，M1432A 萬能外圓磨床的效果更穩(wěn)定。 3.1.8 確定手搖臺面機構的手輪中心位置 7l 一般進給機構手輪中心與橫進給絲桿中心在同一垂直平面內，而手搖臺面機構 手輪中心與橫進給機構手輪中心在同一水平面內（圖 3.1） 。兩個手輪中心接近一些 較好，這樣造作方便，但須考慮能安置液壓操縱扳的地位，故兩輪的中心距： 7650l毫 米 則 M1432A 萬能外圓磨床的 mm。70l 3.1.9 確定齒條長度及齒輪位置 齒條的長度必須大于油壓套的工作長度，以保持小齒輪與齒條不脫開。 (3.1)82ll齒 條 工 作 行 程80.5D小 齒 式中： D小 齒 小 齒 輪 節(jié) 徑 齒條的安裝位置以小齒輪的中心為基準。一般小齒輪的中心與手搖臺面機構的 手輪中心在同一垂直平面內，根據油壓套的兩端行程而定（圖 3.1） 。 3.2 橫向尺寸關系圖的確定與繪制 3.2.1 確定橫向尺寸的基準線 畫出床身的 V 形導軌中心線，作為橫向尺寸的基準線，畫機床的平導軌面，作 為高度尺寸的基準線。根據已確定的工作臺導軌參數 、 、 ，畫出導軌（圖1B2l中 心 3.2） 。 3.2.2 確定上、下工作臺厚度和寬度 1.厚度 工作臺在運動時的精度穩(wěn)定性和過重問題，構成上下工作臺厚度的一對矛盾， 因此在設計中應合理考慮內部結構。此外還需考慮在工作臺二端加上工藝“搭子” ， 備加工時壓緊用。外圓磨床的工作臺厚度可按類比法確定： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 一般取下工作臺厚度 1(0.34)hl中 心 （3.2） 上臺工作臺厚度 2(.5.)l中 心 （3.3） B76l中 心L墊 板s絲 桿 +余 量快 速 21h1H32489aD砂 輪 最 大 D工 最 小工 最 大砂 輪 最 小10S絲 桿砂 輪 最 大 +工 最 大H5h4d滾 9滑 鞍 床 圖 3.2 橫向尺寸關系圖 具體選定厚度時要按照工作臺長短而定，工作臺長則適當放厚些，還需考慮水 槽的高度不宜太低，否則冷卻液會溢出。 則 M1432A 萬能外圓磨床下工作臺厚度 mm175h 上工作臺厚度 mm23 上工作臺型面有不同的傾斜，習慣上尺寸注法不一，為便于計算，這里的厚度 （ 是指地面到斜面最低點的尺寸（圖 3.2） 。2h 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 2.寬度 mm4521049531BlB工 作 臺 中 心 式中： 下工作臺平導軌中心線到前側的寬度（圖 3.2） ；4 46B 下工作臺 V 形導軌中心線到前側面的寬度 ；5 57 床身平導軌中心線到前側面的寬度 ；6B 621(30) 床身 V 形導軌中心線到邊緣的寬度 。7 71B 3.2.3 確定頭、尾架頂尖中心位置 對于一般外圓磨床，由于加工工件范圍較大，故其頭、尾架頂尖中心（即工件 中心）位置常安排在 V 形導軌中心線上，這樣使砂輪在磨最小直徑時，砂輪架趨近 工作臺致相碰，但卻使 V 形導軌承載壓力較大，故通常適當加寬 V 形導軌寬度來彌 補。 延伸 V 形導軌中心線，根據中心高（H） ，可畫出頭、尾架頂尖中心位置。 3.2.4 確定頭、尾架頂尖中心至床身面的高度（ ）1H 根據一般操作工人的身長來決定。所以 取 mm,M1432A 萬能外圓0 磨床取 1010mm。 由此可以確定平導軌面到床身底面的高度（ ） ，2 mm212(/cos)70HhH 式中： 工作臺型面傾斜度。 3.2.5 確定橫進給機構手輪中心的高度 3 橫進給機構手輪中心的高度（ 3） ，直接影響操作時的勞動條件，一般取 3 mm，M1432A 萬能外圓磨床取 580mm。H607 3.2.6 確定油壓套中心位置 8B 油壓桶中心安置在移動件的重心或接近中心的位置，由于它常偏于與 V 形導軌 中心，故?。?mm80.4.50.432190l中 心 3.2.7 確定工作臺回轉中心位置 9B 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 工作臺回轉中心處于 V平導軌的中間，即 mm912015Bl中 心 3.2.8 確定后床身有關的幾個尺寸 確定后床身頂面至前床身平導軌的高度以及到砂輪架中心高之間的幾個厚度尺 寸（圖 3.2） 。 墊板厚度 3、滑鞍厚度 4、砂輪中心至砂輪架底面的高度 5 與后身頂面至平hhH 導軌的高度 4，相互關系比較復雜，應同時考慮，不能孤立地定下哪一個尺寸。因H 為后床身上面的幾個部件的結構形式并不完全一致，如外圓磨床沒有滑鞍，砂輪架 用不用轉動；又如墊板在保證加工剛性條件，本來可以薄一些，但其中需安裝橫向 快速進退油缸，同時為了滿足產品系列化，擴大部件通用化，常以墊板厚度作高度 尺寸調整的環(huán)節(jié)。 為了避免上工作臺回轉時與墊板相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于下工 作臺的頂面；同時還應考慮橫進給傳動機構穿過床身的位置等等。一般根據經驗數 據，其后身頂面至平導軌的高度： mm 取 120mm。4105H 墊板厚度 mm3.160hl中 心 式中： 砂輪架墊板導軌中心距（毫米） 。l中 心 滑鞍頂面與砂輪架底面接觸，做回轉調整或直線移動；而滑鞍底面與墊板導軌 接觸，若是滾動導軌，中間還隔有滾柱 mm。確定滑鞍厚度 時，一般按類10d滾 4h 比法?。?mm4(.23.)hl中 心 6 在確定砂輪中心至砂輪底面的高度 時，應注意，砂輪架底面與滑鞍接觸的回5H 轉面是圓盤式的，則： mm52016D砂 3.2.9 確定最大最小極限位置 最大砂輪磨削最大工件和最小砂輪磨削最小工件時的極限位置（圖 3.2） 。 mm mm40砂 輪 最 大 280砂 輪 最 小 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 mm mm320D工 最 大 8D工 最 小 3.2.10 確定砂輪架橫向行程長度 一般砂輪架橫向行程長度 mm0.1274SS絲 桿 快 速 快 速 式中： 砂輪架工作行程（mm） ；S