外圆无心磨床导轮架结构设计
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外圆磨床砂轮架部件图.dwg
外圆磨总装图.dwg
外文翻译--数控系统在平面磨床上应用现状与发展趋势.doc
导轮架装配图.dwg
目录
第1章 绪论 2
1.1 磨床的类型与用途 2
1.1.1 磨床的类型及其特点 2
1.1.2 磨床的用途 3
1.1.3 外圆磨削和端面外圆磨床 4
1.2 磨床的现状及其发展趋势 5
第2章：课题意义及任务 7
第3章 磨床总体布局 8
3.1 磨床总体设计 8
3.2、总体设计注意事项 8
3.3 磨床总体布局设计 8
3.3.1 加工零件 8
3.3.2 初步估计组成部分 8
3.3.3 总体布局初步设计 8
3.3.4 纵向与横向尺寸的确定 9
3.3.5 导轮架相关尺寸设计 11
3.3.6 头架相关尺寸的确定 14
3.3.7 尾架相关尺寸的确定 15
3.3.8 工作台 15
3.3.9 横向进给机构 15
3.3.10 砂轮修整器 15
第4章 部件设计（导轮架） 16
4.1 导轮架设计的基本要求 16
4.2 主轴旋转精度及其提高措施 16
4.3 主轴轴承系统的刚性 16
4.4 导轮架主轴初步设计 16
4.5 主轴刚度校核 18
4.6 动静压轴承 19
4.7 传动装置设计 20
结论 29
致谢 30
参考文献 31
第1章 绪论
1.1 磨床的类型与用途
1.1.1 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---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]。
1.1.2 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%。
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：
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2—3um以内。
2.低速进给运动的稳定性。 由于砂轮的修整导程要求10—15mm/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
1.1.3 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1－1和图1－2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。
为了克服现有无心磨床的导轮传动装置的技术不足,本实用新型提供一 种无心磨床的导轮传动装置，该导轮传动装置结构简单、生产成本低，使磨 床的加工精度进一步提高，传动装置勿需经常进行调整，并且可降低对伺服 电机功率的要求。问题所采用的技术方案是：设有异轮机头座，导 轮机头座的下端经轴承安装有导轮主轴，导轮主轴上固定有导轮，导轮主轴 的端部固定有蜗轮，导轮机头座上固定有伺服电机，伺服电机的转轴上安装 有蜗杆，蜗杆与蜗轮相啮合。用于无心磨床，结构简单、生产成本低，蜗 轮与蜗杆之间传动平稳、无振动，可以保证旋转体以很高的精密度旋转，加 工高精密度产品，传动动力大，可降低对伺服电机功率的要求，从而节约电能。
结论
经过三个多月的努力，我顺利完成了毕业设计的任务，对磨床的设计过程有了一个基本的认识，特别对数控高速端面外圆磨床MKS1632A的设计过程有了深刻和清晰的了解。这次毕业设计是对我大学四年所学知识的一次综合应用，它涉及到机械制图、机械制造技术、机械原理、机械设计、机械装备设计、液压系统设计、数控技术、互换性和测量技术、单片机、电子信息技术等多门课程的内容，使我对知识的综合知识的运用有了很大的提高。
本次设计的数控高速端面外圆磨床MKS1632A可以同时加工带轴肩类零件的外圆和端面，从而提高了磨削效率，减少加工时间，节省工件的生产成本。
在数控高速端面外圆磨床MKS1632A的设计过程中，郭老师让我们四个人每人负责一部分，我负责的是数控高速端面外圆磨床MKS1632A的导轮架部分。起初我们四个人在一起讨论磨床的总体布局图，每个人提出自己的想法，然后由大家来讨论，在这样的讨论和交流中，我们都学到了不少知识，知道自己方案的优点和缺点，最后我们讨论出来一套最优方案。
本次毕业设计我负责的部件是导轮架，导轮架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，主轴与轴承是导轮架的主要组成部分。首先是根据导轮架主轴的要求进行轴的设计，然后再选取轴承，设计皮带和皮带轮等等。在这个过程中，轴的挠度校核、皮带和皮带轮的设计等用到了大量的计算。
由于磨床是高精密加工机床，对各部件的设计要求都较高。为了提高旋转精度，我主要做了以下工作：
1.在选择轴承的时候，我选用了动静压轴承。，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，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。
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。
2.在导轮架传动装置设计中，采用了多楔带皮带和多楔带带轮。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。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。
3.为了减少外载荷对导轮架主轴的影响，提高导轮架主轴的承载能力，在带轮的安装方面，采用了卸荷皮带轮的方案，即多楔带皮带轮不是直接安装在导轮架主轴上，而是安装在支架上，然后通过花键套来传递扭矩，带动导轮架主轴旋转。这种方案的好处是导轮架承受的轴向力大大地减小了，导轮架主要承受扭矩，达到减小导轮架主轴变形、提高导轮架主轴的承载能力和提高旋转精度等目的。
需要补充一点的是，在导轮架主轴的设计中，因为轴的中间部分只有一部分需要进行精加工，以便安装动静压轴承，其余部分则没有什么特殊的加工要求。考虑到加工成本的问题，我采取将导轮架主轴中间一部分半径减小的方法，从而减少了精加工的长度，减小了工件的加工成本，但这样做会减小导轮架主轴的刚度。
这次毕业设计对我大学所学的知识进行了综合，对我运用知识的能力有了很大提高，特别是培养了我理论结合实际的作风，改变了我以前设计不切合实际的想法，很多设计力求标准化和规范化。
致谢
经过三个多月的努力，毕业设计已接近尾声了。在老师的指导下，我顺利地完成了本次毕业设计的全部任务。老师渊博的知识、严谨的治学态度和高度的责任心给我留下了很深刻的印象，同时也给我的学习、工作、生活以很大的影响，使我受益匪浅。值此论文完成之际，谨向导师表示衷心的感谢，并感谢同组同学对我的合作和支持。
此外，具有丰富磨床设计经验的老师给我们全组同学悉心讲解图纸和解答疑问，在次也表示衷心的感谢。最后，院里的领导和其他老师也给了我很大的关心，再一次对大家表示衷心的感谢！
参考文献
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