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摘要 隨著社會和科技的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，各種高硬度材料的應用日益增多，磨床的使用范圍日益擴大。，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工會要在相應的精密磨床上進行，因此精磨磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。本文主要研究的是大直徑滾筒外圓專用磨床的導軌設計和磨頭設計，導軌和磨頭的設計影響磨床的精度，設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結合各種導軌和主軸箱形式，力求設計出結構簡單、工作可靠、成本低、調(diào)整維修方便的導軌和合理的主軸。 關鍵詞：專用磨床，大直徑輥筒，導軌，磨頭 Abstract Along with the development of the society and science and technology, more and more high request to accuracy and surface quality of machine spare parts, the application of various high degree of hardness material increases day by day and the use of grinding machine scope extends day by day., Process in the precision-machined , there are many zero partses whetting to pare to attain its request through a nicety, but the nicety whet to pare to process would at correspond of precise grinding machine up carry on, so the Jing whet grinding machine to occupy a prominent function in the nicety process.In addition, more and more high to the environmental protection request of grinding machine, the tool machine products of overwhelming majority all adopt the cover hull of whole closingses, absolutely didn't slice scraps or slice to pare the phenomenon that the liquid outside splashes.This text mainly what to study be circle track design and emery wheel mounting of the lead of appropriation grinding machine to account out of the big diameter roller, guide rail and wheelhead design influence the accuracy of the grinding machine, have to from actual the circumstance set out and organically combine various guide rail and principal axis box form, try hard for to design a structure in brief, work credibility, the cost is conveniently low and adjusts to maintain a reasonable principal axis and guide rail . Keywords: special purpose grinding machine, big diameter roller, guide rail, wheelhead 目錄 目錄 3 1.緒論 4 1.1磨床的類型與用途 4 1.1.1磨床的類型及特點 4 1.1.2 磨床的用途 4 1.1.3 外圓磨削 5 1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 6 2.設計任務書 8 2.1畢業(yè)設計題目 8 2.2零件工藝分析 8 3.機械傳動原理圖及說明 11 3.1主要運動 11 3.2設計重點與難點 11 3.3擬采用的途徑與手段 12 3.4磨床總體布局 12 4.導軌設計 14 4.1導軌的功用和分類 14 4.2導軌的設計要求 14 4.3導軌的截面形狀選擇 15 4.4導軌的組合形式 16 4.5導軌組合形式的選用 17 4.6導軌的傳動形式 18 4.6.1滾珠絲杠副的選擇 19 5.砂輪架設計 21 5.1砂輪架設計的基本要求 21 5.2砂輪架設計應滿足以下幾點基本要求： 21 5.3主軸軸承系統(tǒng)的剛性 21 5.4砂輪架主軸強度的校核 21 5.5主軸剛度校核 22 5.6電動機的選擇 23 5.7皮帶設計 23 5.8帶輪設計 24 5.9砂輪的選用 26 6.結論 28 致謝 29 參考文獻 30 1.緒論 1.1磨床的類型與用途 1.1.1磨床的類型及特點 用磨料磨具（砂輪，砂帶，油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統(tǒng)稱為磨床（英文為Grinding machine）,它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的【1】。 磨床種類很多，主要有：外圓磨床，內(nèi)圓磨床，平面磨床，工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床，凸輪軸磨床等【2】。本次設計是大直徑輥筒專用外圓磨床。 對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床，萬能外圓磨床，無心外圓磨床，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。 磨床與其它機床相比，具有以下幾個特點： （1）磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉運動（一般砂輪的圓周線速度在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）易于實現(xiàn)自動化和自動線，進行高效率生產(chǎn)； （5） 磨床通常是由電動機——油泵——發(fā)動部件，通過機械，電氣，液壓 傳動——傳動部件帶動砂輪和工件相對運動——工件部分組成【1】。 1.1.2 磨床的用途 磨床可加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工、和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。 隨著社會和科技的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，各種高硬度材料的應用日益增多。精密鑄造和精密鍛造的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削，進一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床中所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達的國家中磨床在機床總數(shù)中的比例已達30%～40%。 據(jù)1997年歐洲機床展覽會（EMO）的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占23%，鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%由此可見，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工會要在相應的精密磨床上進行，因此精磨磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但要實現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應該滿足以下幾個基本要求： （1）高幾何精度。精密磨床應有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉精度和導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、短三塊瓦或長三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動壓軸承及動靜壓組合軸承等。當前采用動壓軸承和動靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動一般小于1微米，軸向圓跳動應限制在2～3微米以內(nèi)。 （2）低速進給運動的穩(wěn)定性。由于砂輪的修整導程要求10—15mm/min，因此工作臺必須低速進給運動，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。 （3）減少振動。精密磨削時如果產(chǎn)生振動，會對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重不良影響。故對于精密磨床，在結構上應考慮減少振動。 （4）減少熱變形。精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達到總誤差的50%，故機床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實現(xiàn)精密磨削的主要障礙。 1.1.3 外圓磨削 在外圓磨削過程中，工件一般是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉是引起切削旋轉的主要來源和原因?；旧贤鈭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。 圖1—1 橫磨法磨外圓 圖1—2 縱磨法磨外圓 事實上，外圓磨削可以通過其它以下幾種方法來實施： （1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉以及徑向進給都應滿足所有的整個長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進給來調(diào)整的。 （2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過砂輪的縱向進給和無軸向進給來完成的，正如我們看到的，只有在表面成為圓柱的寬度比磨削輪磨損寬度短時，這種方法才能完成。 （3）整塊深度切削方法：除了在磨削過程中，要進行間隙調(diào)整外，這種方法與傳遞方法很相似，同時這種方法具有代表性，除了磨削短而粗的軸。 1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 隨著機械產(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用增多，磨削加工技術正朝著超硬度磨料磨具、開發(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、多軸的自動化磨床等方向發(fā)展，如用于超精密磨削的樹脂結合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至4微米、磨削精度高達0.025微米；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達400米每秒，但這樣的線速度一般僅用于實驗室，實際生產(chǎn)中常用砂輪的線速度為40—60米每秒；從精度上看，定位精度＜2微米，重復定位精度≤±1微米的機床已越來越多；從主軸轉速來看，8.2KW主軸達6000r/min,13KW主軸達42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心。 多特蒙德技術大學切削工藝研究所（ISF）所長Dirk Biermann博士在總結外圓磨削的發(fā)展趨勢時曾說過：“繼續(xù)不斷發(fā)展外圓磨削的首要目的是改進可達到的精度、提高設備性能并增加機床靈活性。”在他看來，重點之一是在同一臺機器上組合各種磨削工藝，如內(nèi)外圓磨削、平面磨削和仿行磨削等，甚至可與其他生產(chǎn)工藝結合。其中車削和磨削是最為著名的工藝組合。 該研究所的一項研發(fā)成果是車削-磨削-珩磨工藝組合。這種共生現(xiàn)象不僅減少了工件加工的時間，而且還提高了調(diào)整工件表面質(zhì)量的靈活性。 外圓磨床的進一步發(fā)展不僅體現(xiàn)于機加工和磨削技術方面，NC控制器也有進一步發(fā)展的潛力。據(jù)Biermann說：“模擬仿真技術的應用就不像今天的銑削加工那樣先進且普遍。另一個方面是不同加工階段的潤滑劑的使用，包括超高速磨削加工?！比鹗縁ritz Studer公司負責產(chǎn)品開發(fā)、研究和技術的主任Frank Fiebelkorn博士說：“我們的客戶要求生產(chǎn)性磨床具有更大的靈活性，同時，對設備在整個壽命周期的質(zhì)量期望值也越來越高。據(jù)說，設備生產(chǎn)廠家很有必要在其產(chǎn)品系列中添加低價品種，用于工件運輸自動化，為較為簡單的機器實現(xiàn)多機聯(lián)動運行提供支持。” 北京第二機床廠引進日本豐田工機公司先進技術并與之合并生產(chǎn)的GA(P)62－63數(shù)控外圓/數(shù)控端面外圓磨床，砂輪架采用原裝進口，砂輪線速度可達60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動靜壓軸承提高旋轉精度，采用日本豐田工機公司GC32－ECNC磨床專用數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)二軸(X和Z)到四軸（X、Z、U和W）控制。 此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機和切削液處理機系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。 2.設計任務書 2.1畢業(yè)設計題目 大直徑輥筒專用外圓磨床設計（一）（磨頭及導軌傳動結構設計） 設計任務 （1） 根據(jù)紡織機械中大型輥筒類零件的特點，對零件進行工藝分析; （2） 工廠調(diào)研及文獻檢索； （3） 參與總體方案設計，完成外圓磨床磨頭及導軌總體方案設計; （4） 設計參數(shù)的計算及校核; （5） 根據(jù)設計參數(shù)確定最佳結構方案; （6） 設計大型輥筒類零件專用外圓磨床磨頭及導軌結構并繪制工程圖; （7） 編寫設計說明書; （8） 外文資料翻譯； 2.2零件工藝分析 （1）錫林結合件 圖2－1錫林結合件示意圖 ① 作用：完成梳理、剝?nèi)∨c轉移。 ② 結構：錫林體、針布。 ③ 要求：動平衡、表面圓整度要好。 錫林的材料是鑄鐵或鋼板卷焊，由滾筒，堵頭和芯軸組成。錫林的加工路線：鋼板卷焊—車削—磨削。錫林的直徑和長度較大，加工精度要求較高。如果錫林幾何誤差、動不平衡較大，包針布后產(chǎn)生中凹變形，會影響錫林與刺輥、蓋板、道夫的間距，造成纖維轉移變化、棉網(wǎng)不均勻、條干惡化。 （2）道夫結合件 圖2－2道夫結合件示意圖 ① 道夫的作用：配合錫林梳理，將棉網(wǎng)輸出機外； ② 結構：與錫林相似，由滾筒和針布組成，不過其直徑較小，轉速較低。 （3）錫林與道夫間 ① 作用性質(zhì)：為分梳作用。由兩者之間為分梳作用，兩針面都能抓取纖維。針齒配置：分梳作用（平行針齒）。道夫結構類似錫林，直徑f600～707，轉速20~30r/min；高產(chǎn)梳棉機道夫線速度90m/min，出條速度130~170m/min。 ② 作用過程 錫林針面抓取的纖維，尾端受到道夫針面的梳理，通過大漏底與刺輥帶來的新纖維相遇，實現(xiàn)新舊纖維的混和，而后來到錫林蓋板工作區(qū)梳理。 道夫針面抓取的纖維，前端受到錫林的梳理，形成棉網(wǎng)輸出；輸出棉后彎鉤纖維較多。 （4）設計大直徑滾筒專用外圓磨床的必要性 由于錫林和道夫的直徑和長度較大，而且加工精度要求較高，錫林的年生產(chǎn)量4000件/臺，加上道夫，年生產(chǎn)量達8000件/臺，如果用普通外圓磨床，外圓磨床的規(guī)格較大，生產(chǎn)成本較高，裝卸調(diào)整不方便。工件的年生產(chǎn)量較大，故有必要設計大直徑滾筒專用外圓磨床。 圖2－3錫林、道夫結合件 3.機械傳動原理圖及說明 3.1主要運動 機床的主要運動有拖板的縱向移動，磨頭的橫向移動，砂輪的轉動及工件的轉動等。 拖板通過直線導軌連接在床身上。有伺服電機驅(qū)動，經(jīng)聯(lián)軸器及滾珠絲杠副，帶動墊板及磨頭一起做縱向移動。磨頭固定在墊板上面，通過直線導軌連接在拖板上。由伺服電機驅(qū)動，經(jīng)聯(lián)軸器，滾珠絲杠副帶動砂輪做橫向移動。砂輪由主軸電機單獨驅(qū)動，經(jīng)V帶、皮帶輪帶動砂輪主軸轉動，磨削工件。 圖3－1傳動原理簡圖 3.2設計重點與難點 （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計和選用； （3）皮帶的選用和帶輪的設計； （4）導軌的設計與選用 3.3擬采用的途徑與手段 （1）查閱國內(nèi)外磨床相關資料，確定磨床總體布局中各部件尺寸； （2）檢驗主軸前端撓度，確保主軸剛度； （3）參考機械設計，選擇V帶和帶輪； （4）采用Auto CAD繪制裝配圖和零件圖； （5）查閱機械設計手冊，機床設計手冊，合理設計砂輪主軸箱； （6）查閱導軌設計相關資料，確定導軌的組合形式。 3.4磨床總體布局 圖3－2磨床總體布局示意圖 （1）加工零件 大直徑滾筒,Ra1.6～Ra6.3,材料45 （2）初步估計組成部分 a.床身；b.工作臺面；c.砂輪架；d.測量裝置；e.砂輪進給電機，f.電氣框；g.工作臺進給電機；h.工件旋轉電機；i.潤滑冷卻裝置；j.數(shù)控裝置； （3）總體布局初步設計 ① T型床身； ② 工作臺移動； ③ 機床前防護罩采用全封閉結構 4.導軌設計 4.1導軌的功用和分類 （1）功用：承受載荷和導向。承受安裝在導軌上的運動部件及工件的質(zhì)量和切削力，運動部件（刀架）可沿導軌運動。機床上兩相對運動部件的配合面組成一對導軌副，在導軌副（如工作臺和床身導軌）中，運動的一方（如工作臺導軌）叫做動導軌，不動的一方（如床身導軌）叫做支承導軌。動導軌相對于支承導軌只能做一個自由度的運動，以保證單一方向的導向性。通常動導軌相對于支承導軌只能作直線運動或者回轉運動。 （2）分類（按結構形式分）： 開式導軌：指在部件自重和載荷的作用下，運動導軌和支撐導軌的工作面始終保持接觸、貼合。其結構簡單，但不能承受較大的顛覆力矩的作用。 閉式導軌：借助于壓板使導軌承受較大的顛覆力矩的作用。壓板1、2；e、f為主導軌面，壓板1、2形成輔助導軌面g、h。 圖4－1開式和閉式導軌 a）開式導軌 b）閉式導軌 4.2導軌的設計要求 （1）幾何精度就是通常說的導向精度，即運動的直線度或回轉精度。主要影響因素有：導軌的結構類型；導軌的幾何精度和接觸精度。導軌和基礎件的剛度；導軌的油膜厚度和油膜剛度；導軌和基礎件的熱變形等。 （2）運動精度包括兩方面內(nèi)容：一是運動的平穩(wěn)性（例如低速不爬行），二是定位精確（線定位和角定位）。精度保持性主要是由導軌耐磨性決定的，它與導軌的摩擦性質(zhì)、導軌材料、工藝方法以及受力情況有關。 （3）具有足夠的承載能力和剛度，使用壽命長。導軌的剛度指導軌在外載荷的作用下，抵抗受力變形的能力。導軌受力后變形會影響部件之間的相對位置和導向精度。 （4）結構簡單，工藝性好，便于調(diào)整和維修。設計時要注意使得制造、維修方便，刮研勞動量少，如果是鑲裝導軌則應盡量做到容易更換。 （5）具有良好的潤滑和防護裝置【3】。 4.3導軌的截面形狀選擇 直線運動導軌的截面形狀有四種：矩形、三角形、燕尾形、圓柱形，并可相互結合、有凸、凹之分。 （1）矩形導軌 矩形導軌承載能力大、剛度高、制造簡單、檢驗、維修方便（優(yōu)點）；存在側隙、需用鑲條調(diào)整，導向性差（缺點）。用于載荷大、導向性要求略低的機床。 圖4－2導軌的截面形狀 a) 矩形導軌 b) 三角形導軌 c) 燕尾形導軌 d) 圓柱形導軌 （2）三角形導軌 三角形導軌面磨損時，動導軌會自動下沉，自動補償磨損量，無間隙。頂角α在900～1200范圍內(nèi)變化，α越小，導向性越好，但摩擦力越大。因此小頂角導軌用于輕載精密機床，大頂角導軌用于大、重型機床。 （3）燕尾形導軌 燕尾形導軌可承受較大的顛覆力矩，導軌的高度較小，結構緊湊，間隙調(diào)整方便，但剛度較差，加工、檢驗、維修不大方便。 適用于受力小、層次多，要求間隙調(diào)整方便的部件。 （4）圓柱形導軌 圓柱形導軌制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補償間隙，主要用于受軸向負荷的導軌，應用較少。 4.4導軌的組合形式 直線運動導軌通常有兩條導軌組合而成，其形式有： （1）雙三角形導軌 雙三角形導軌不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導向性和精度保持性好，但工藝性差，加工、檢驗、維修不便，用于精度高的機床，如絲杠車床、齒輪磨床等。 （2）雙矩形導軌 承載能力大，制造簡單，多用在普通精度機床和重型機床中，如重型車床，組合車床，升降臺銑床等。 ① 寬式組合：有兩條導軌的外側導向，側向間隙較大，用鑲條調(diào)整。 ② 窄式組合：由一條導軌的兩側導向。 圖4－3導軌的組合 a) 雙三角形導軌 b) 寬式雙矩形導軌 c) 窄式雙矩形導軌 （3）矩形和三角形導軌的組合 這類組合的導軌導向性好，剛度高，制造方便，應用最廣。如車床、磨床、龍門銑床等。 （4）矩形和燕尾形導軌的組合 這類組合導軌能承受較大的力矩，調(diào)整方便。常用于橫梁、立柱、搖臂導軌。 4.5導軌組合形式的選用 經(jīng)過以上分析，我認為選用矩形和三角形導軌的組合比較好，能夠滿足本次設計外圓磨床的需要。 （1）砂輪架導軌80×80×450 考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性取L中心 = 450 mm。 圖4－4砂輪架導軌示意圖 砂輪架行程：300 mm （2）工作臺導軌 圖4－5工作臺導軌示意圖 工作臺行程：1440 mm 機床滑動導軌常用的材料主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵。灰鑄鐵通常以HT200或HT300做固定導軌，以HT150或HT200做動導軌。 （3）導軌面防護 ① 工作臺導軌：不銹鋼可伸縮防護罩 ② 砂輪架導軌：前部鋼罩，后部不銹鋼可伸縮防護罩 4.6導軌的傳動形式 導軌的傳動形式采用由伺服電機經(jīng)聯(lián)軸器、滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠的轉動使得滾珠沿螺旋滾道滾動，帶動螺母軸向移動，具有較小的摩擦力，相近的動、靜摩擦系數(shù)，削弱了局部爬行現(xiàn)象，從而提高了傳動精度和傳動機械效率。經(jīng)過一個多世紀的實踐應用，“旋轉電機+滾珠絲杠”驅(qū)動機構已經(jīng)成為傳統(tǒng)的精密驅(qū)動方式，性價比高，動、靜剛度高，傳動精度好，控制技術成熟。 4.6.1滾珠絲杠副的選擇 1）選擇條件 運動部件質(zhì)量m = 50 kg（運動部件總質(zhì)量約550kg） 行程長度L = 1100 mm 最大速度Vmax = 4000 mm∕min 最小進給量s = 0.01 mm AC伺服電機額定轉速1440 rpm 2）選擇項目 絲杠軸直徑 導程 螺母型號 絲杠軸支撐方式 驅(qū)動電機 3）絲杠軸的選擇 （1） 假定絲杠軸長度 假定螺母全長為120mm，絲杠軸末端長度為200mm。 所以根據(jù)行程長度1100mm決定全長：1100+320=1420mm 假定絲杠軸長度為1500mm （2） 導程的選擇 因伺服電機的額定轉速是1440rpm，最高進給速度是Vmax = 4000 mm∕min 滾珠絲杠的導程如下： 考慮到床身導軌比較長，加工零件長度較長，選擇絲杠的導程為10mm。 （3） 絲杠軸直徑的選擇 選擇精密滾珠絲杠，參照文獻[4]693頁上表12-1-14，滿足導程10mm的滾珠絲杠軸外徑如下：12，16，20，25，32，40，50，63, 80, 100, 125 mm。超精密機床的特點是保證每個環(huán)節(jié)具有足夠高的剛性，每個元件處于性能最好的狀態(tài)，從而保證機床的高精度。 根據(jù)上述條件選擇床身滾珠絲杠直徑為63mm，導程為10mm。同理，可以選擇拖板滾珠絲杠直徑為50mm，導程為5mm。 圖4－6內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副滾珠螺母安裝、連接示意圖 5.砂輪架設計 5.1砂輪架設計的基本要求 砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉的關鍵部件，主要有傳動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，因此對砂輪架設計提出的基本要求也是針對主軸與軸承部分的。 5.2砂輪架設計應滿足以下幾點基本要求： （1） 主軸旋轉精度高，旋轉穩(wěn)定； （2） 主軸軸承系統(tǒng)剛性好； （3） 振動小，發(fā)熱低，不漏油； （4） 裝配制造簡單，調(diào)整維修方便。 5.3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度量。過低的剛性會降低磨削生產(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。 5.4砂輪架主軸強度的校核 進行軸的強度校核時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況采取相應的計算方法，并恰當?shù)倪x取其許用應力。對砂輪架主軸來說，主要承受扭矩，應該按照扭轉強度計算，且在選取許用應力時應該選取較小值。砂輪架主軸材料采用42MnVB，并進行淬火，故選取許用應力為40Mpa 。 軸的扭轉強度條件為 T = T／WT = 9.55×106P／0.2d3n ≤［T ］ T——扭轉切應力（單位為Mpa） T——軸所受扭矩（單位為N） WT——軸的扭轉截面系數(shù)（單位為mm3） P——軸傳遞的功率（單位為KW） n——軸的轉速（單位為r/min） d——計算截面處的直徑（單位為mm） ［T ］——許用扭轉應力（單位為Mpa） 由上式可得軸的直徑為 d = = = 22 mm 考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為40mm。砂輪架主軸的尺寸如圖所示 圖5－1砂輪架主軸尺寸示意圖 5.5主軸剛度校核 （1） 當量直徑 因為是階梯軸，所以用當量直徑法作近似計算當量直徑為： dv = L = 118+70+440+50+125 = 803 mm dv = = 81.3 mm (2)允許撓度 允許撓度［y］= 0.0002L＜0.0002×803 = 0.161 mm (3)計算主軸前端撓度值 Y主軸 = P——載荷（單位為公斤）（150/9.8） L——軸兩端的跨距（單位為厘米）（80.3） a——懸伸長度（單位為厘米）（14.2） E——材料的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02×105） I——截面慣性矩（平方厘米） Y主軸 = = 0.00015 cm = 0.015 mm 又因為［y］= 0.161 ，0.015＜0.161 ，即Y主軸＜［y］ 由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。 5.6電動機的選擇 N電 = N切 + N空 = = （2.35～8.82）+ 3.8 = 6.15～12.62 kw 通過以上計算，取N電 = 11 kw，選擇Y160M－4型電動機 5.7皮帶設計 1） 皮帶材料的選用 皮帶材料選用聚氨酯。 2） 設計計算【5】 已知小帶輪轉速，即n1 = 1460 r/min ，傳動比i = 1.2 ； （1）確定計算功率Pca 由教材機械設計表8－7查得工作情況系數(shù)KA=1.1 , 故 Pca = KA P = 1.1 x 11 kw = 12.1 kw （2）選擇V帶的帶型 根據(jù)Pca 、n1 由圖8—10（機械設計第八版）選用B型。 （3）確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v a. 初選小帶輪的基準直徑dd1。由表8—6和表8—8，取小帶輪的基準直徑 dd1=125 mm。 b. 驗算帶速v0 v = dd1n1/60×1000 = 3.14×125×1460/60×1000 = 9.55 m/s 因為5 m/s＜v＜30 m/s ,故帶速合適。 c. 計算大帶輪的基準直徑。 dd2 = idd1 = 1.2×125 = 150 mm (4) 確定v帶的中心距a和基準長度Ld a. 0.7（dd1 + dd2）≤ a0 ≤2（dd1 + dd2） 192.5≤ a0 ≤550 ,初定中心距a0 = 350 mm 。 b. Ld = 2 a0 +（dd1 + dd2）/2 + (dd2—dd1)2/4 a0 = 2×350 + (125+150)/2 +(150—125)2/4×350 = 1132 mm 由表8—2選帶的基準長度L=1120 mm c. 計算實際中心距a a = a0 + (L-Ld)/2 = 350 + (1120-1132)/2 = 344 (5) 驗算小帶輪上的包角 1 =1800-（dd2—dd1）×57.30/a =1800-（150-125）×57.30/344 =175.80≥900 (6) 計算帶的根數(shù)z a. 計算單根V帶的額定功率Pr 。 由dd1 = 125和n1 = 1460 r/min ,查表得P0=2.19 kW 根據(jù)n1 = 1460 r/min , i = 1.2 和B型帶查表得⊿P0 =0.25 kW 查表得K = 0.99 ，KL = 0.86 ,于是 Pr = （P0+⊿P0）. K. KL= (2.19+0.25) ×0.99×0.86 = 2.08 kW b. 計算V帶的根數(shù)z Z = Pca/Pr = 12.1/2.08 = 5.82 取z = 6 根 5.8帶輪設計 1）帶輪設計的要求 （1）質(zhì)量小，結構工藝性好，無過大的鑄造應力； （2）質(zhì)量分布均勻，轉速高時要經(jīng)過動平衡校正； （3）輪槽工作面要經(jīng)過精加工，以減少帶的磨損； （4）輪槽的尺寸和角度應有一定的精度，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）帶輪的結構 帶輪的基準直徑dd ≤ 2.5d（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm），可采用實心式。 4）大帶輪的結構尺寸 圖5－2大帶輪的結構尺寸 d1 = (1.8～2)d, d為軸的直徑 d1 = (1.8～2)×72 = 129.6～144 mm ，取d1 = 130 mm d2 = dd + 2h = 150 + 3.5×2 = 157 mm ,h—基準線上槽深。 L = (1.5～2)d = (1.5～2) ×72 = 108～144 ，取L = 125 mm B = （Z－1）e + 2f 其中Z—V帶的根數(shù)， e—V帶的槽間距， f—第一槽對稱面到端面的距離。 B = （6－1）×19 + 2×11.5 = 118 mm 5.9砂輪的選用 （1）科技名詞定義 中文名稱：砂輪，英文名稱：Grinding wheel。用磨料和結合劑混合經(jīng)壓坯、干燥、焙燒而制成的，疏松的盤狀、輪狀等各種形狀的磨具。 砂輪是磨削加工中最主要的一類磨具。砂輪是在磨料中加入結合劑，經(jīng)壓坯、干燥、焙燒而制成的多孔體。由于磨料、結合劑及制造工藝不同，砂輪的特性差別很大，因此對磨削的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性有著重要影響。砂輪的特性主要是由磨料、粒度、結合劑、硬度、組織、形狀、和尺寸等因素決定【6】。 ① 磨料：分為天然磨料和人造磨料兩大類。一般天然磨料含雜質(zhì)較多，質(zhì)地不勻。天然金剛石雖好，但價格昂貴，故目前主要使用人造磨料。常用人造磨料有棕剛玉（A）、白剛玉（WA）、鉻鋼玉（PA）、黑碳化硅（C）、綠碳化硅（GC）、人造金剛石（MBD等）和立方氮化硼（CBN）。 ② 粒度：指磨粒的大小。粒度的表示方法有兩種：對于用篩選法來區(qū)分的較大磨粒（制砂輪用），以每英寸篩網(wǎng)長度上篩孔的數(shù)目來表示。如46#粒度表示磨粒剛能通過每英寸46格的篩網(wǎng)。所以粒度號越大，磨粒的實際尺寸越小。對于用顯微鏡測量來區(qū)分的微細磨粒（微粉，供超精磨和研磨用），以其最大尺寸（單位為μm）前加W來表示，如W28、W40。 ③ 結合劑：把磨粒固結成磨具的材料成為結合劑。結合劑的性能決定了砂輪的強度、耐沖擊性、耐腐蝕性和耐熱性。此外，它對磨削溫度和磨削表面質(zhì)量也有一定的影響。 ④ 硬度：磨粒在外力作用下從磨具表面脫落的難易程度成為硬度。砂輪的硬度反映結合劑固結磨粒的牢固程度。砂輪硬就是磨粒固結的牢，不易脫落；砂輪軟，就是磨粒固結的不太牢，容易脫落。砂輪的硬度對磨削生產(chǎn)率和磨削表面質(zhì)量都有很大影響。如果砂輪太硬，不易脫落，磨削效率很低，工件表面粗糙易燒傷。砂輪太軟，太易脫落，砂輪損耗大，形狀不易保持，影響工件質(zhì)量。 ⑤ 組織：表示砂輪中磨料、結合劑和氣孔間的體積比例。根據(jù)磨粒在砂輪中占有的體積百分數(shù)，砂輪可分為0～14組織號。組織號從小到大，磨料率從大到小，氣孔率由小到大。組織號大，砂輪不易堵塞，切削液和空氣易帶人磨削區(qū)域，可降低磨削溫度，減少工件變形和燒傷，也可提高磨削效率。 （2）砂輪材料的選擇 通過對砂輪的了解和工件的特性，查閱相關資料手冊，選用立方氮化硼砂輪。立方氮化硼磨粒非常鋒利又非常硬，其壽命為剛玉磨粒的100倍。立方氮化硼砂輪用來磨削超硬的、高韌性的、難加工鋼材，如高釩高速鋼、耐熱合金等。立方氮化硼砂輪特別適合高速磨削。 （3）磨削加工的發(fā)展趨勢： ① 提高磨削效率 隨著磨料磨具的發(fā)展及磨床結構改進，在磨削加工中采用了高速磨削，強力磨削，寬砂輪和多砂輪磨削、以及其它的磨削工藝（如砂帶磨削、電解磨削）,使磨削效率不斷提高。 ② 提高機床的自動化程度 近年來，普通磨床的自動化程度在不斷提高。自動化的措施有自動進給、砂輪的自動修整和補償、自動分度、自動裝卸料和自動測量等。其自動化的顯著趨勢是向數(shù)控磨床及適應控制方向發(fā)展。 ③ 精密及超精密磨削 目前，對磨削加工精度和表面質(zhì)量要求越來越高，高精度外圓磨削的圓度要求小于0.5μm；表面粗糙度要求達到Ra＜0.01～0.02；高精度內(nèi)圓磨削的內(nèi)孔圓度要求小于0.8μm；表面粗糙度要求達到Ra＜0.08～0.16。 為了達到上述高精度和高表面質(zhì)量要求，在機床結構中采取了一系列提高精度和抗振性的措施。其中主要的措施有：采用高剛度和高旋轉精度的新型主軸軸承；提高整機及主要部件的動態(tài)特性，尤其是動剛度及靜剛度；采用精密微量進給機構；嚴格控制機床的熱變形；隔絕各種振源；采用各種高精度的自動測量裝置以及高效率的冷卻液凈化裝置等。 6.結論 經(jīng)過三個多月的努力，我終于完成了本次的畢業(yè)設計，對磨床的設計過程有了一個基本的認識，特別是對大直徑外圓專用磨床的設計過程有了深刻和清晰的了解。這次畢業(yè)設計是對我大學四年所學知識的一次綜合應用，它涉及到機械制圖、機械制造技術、機械原理、機械設計、互換性和測量技術等多門課程的內(nèi)容，使我對綜合知識的應用有了很大的提高。 本次設計的大直徑輥筒外圓專用磨床，主要是用來磨削紡織上用的錫林和道夫，磨削直徑和長度較大。起初，我通過上網(wǎng)，去圖書館查資料等途徑研究磨床的總體布局，然后和老師交流，初步確定磨床的總體布局。 在大直徑輥筒專用外圓磨床設計中，我們兩人每人負責一部分，我負責的是磨頭和導軌。磨頭是磨床上帶動砂輪做高速旋轉的關鍵部件，主要有傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸和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行軸的設計，然后再選取軸承，設計皮帶和皮帶輪等等。 由于磨床是高精密加工機床，對各部件的設計要求都較高，為了提高旋轉精度，可以使用動靜壓軸承。動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點，又克服了兩者缺點的新型多油楔油膜軸承。它可以提高主軸和軸承的使用壽命及精度保持性，保證主軸具有很高旋轉精度和運轉平穩(wěn)性。 導軌應滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結構簡單、工藝性好、便于加工、裝配調(diào)整和維修、成本低。在選擇導軌的組合形式時，我選擇了矩形和和三角形導軌的組合，這類組合的導軌導向性好，剛度高，制造方便，應用最廣。如車床、磨床、龍門銑床。 導軌面間的間隙對機床工作性能有直接影響，如間隙過大，將影響運動精度和平穩(wěn)性，間隙過小，運動阻力大，導軌的磨損加快。為了保證導軌具有合理間隙，磨損后又能方便地調(diào)整，可以通過改變墊片的厚度來調(diào)整導軌間隙。 這次畢業(yè)設計是對我大學所學知識的綜合，使我運用知識的能力有了很大提高，培養(yǎng)了我動手、動腦、查手冊、檢索資料的能力和理論結合實際的作風，改變了我以前設計不切合實際的想法，很多設計力求標準化和規(guī)范化。 參考文獻 [1] 上海機床廠.磨床設計制造（上冊和下冊）.上海：上海人民出版社,1972. 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