2132 M1432A型外圓磨床總體布局設計

2132 M1432A型外圓磨床總體布局設計,m1432a,型外圓,磨床,總體布局,設計 本科學生畢業(yè)設計M1432A 型外圓磨床總體布局設計系部名稱： 機電工程系 專業(yè)班級： 機械設計制造及自動化 08-12 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 學 院二○一二年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeThe Overall Layout Design OfM1432A Cylindrical GrinderCandidate：Jiao ZhenyuSpecialty：Mechanical Design and Manufacture & AutomationClass：B08-12Supervisor：Associate Prof. Jin Huifang2012-06·HarbinI摘 要磨床是應用于零件精加工，尤其是淬硬鋼件和高硬度特殊材料精加工的一種機床。近年來由于科學技術的發(fā)展，現代機械零件的精度和表面粗糙度要求越來越高，各種硬度材料日益增多，所以磨床的應用越來越廣泛?；谑袌鰧ν鈭A磨床的變速要求高，磨削外圓直徑大的要求，經過重新布局和對主軸箱的設計后，M1432A 型外圓磨床的加工性能得到了很大的提高，外形更加美觀，結構更緊湊，操縱也更方便，更省力。主軸可獲得 6 種轉速，磨削直徑也增加到了320 毫米。這些改變都給操縱工人和維修人員帶來方便，基本達到了以人為本的目的。關鍵詞：外圓磨床；淬硬鋼件；磨削精度；精加工；粗糙度IIABSTRACTGrinder is a machine which is widely used in finish processing of the part , especially for the hard steel and the finish machining of the high rigidity special materials. In recent years, with the development of the technology, the need for machine’s precision and surface roughness is getting higher and higher. At the same time, the high rigidity materials are manifold, so the grinder machine is used more widely now.Based on the high demand for cylindrical grinder and the bigger diameter of the grind circularity, the performance of M1432A cylindrical grinder has gained a prodigious improvement after renewing the layout and designing the headstock. The machine now has the features of perfect, compact, convenient and labor saving. The principal axle can provide six rotation speeds, and the diameter has also increased to 320 millimeter. All of these changes has brought more and more convenient for the manipulators and the maintaining workers. So the changes have achieved the goal of center on human. Key words: Cylindrical Grinder; Quenched Steel; Grinding Precision; Finish Machining; Roughness黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計1第 1 章 緒 論1.1 選題背景和意義近年來，由于科學技術的發(fā)展，現代機械零件的精度和表面粗糙度要求越來越高，各種高硬度材料應用日益增多，同時精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，又可能將毛坯直接磨成成品；此外，隨著高速磨削和強力磨削工藝的發(fā)展，進一步提高了磨削效率。因此磨床的適用范圍日益擴大，它在金屬切削機床中占的比重不斷上升。根據所學專業(yè)的需要，為了使所學知識能夠靈活運用，經過考慮，最終選擇M1432A 外圓磨床作為我的畢業(yè)設計。1.2 國內外發(fā)展現狀當今用戶在購買機床時，對機床的性能，功效及精密度方面有了更高的要求，能夠適應這種高要求的，首推為數控機床。用于精加工的磨床，數控磨床更能實現高效、高精度，多功能及操作方便。瑞士著名外圓磨床生產廠斯圖特公司生產的小型數控萬能外圓磨床使用了最新型號的 FANUC21i 數控系統(tǒng)，可通過隨機鍵盤、軟盤、編程器或標準接口輸入輸出程序。美國哈丁格公司的萬能外圓磨床中，為四軸兩兩聯動，不僅 X 軸和 Z 軸聯動，而且 X 軸（砂輪架進刀軸）與 C 軸（頭架主軸回轉軸）聯動。這種聯動可實現非原磨削，這對砂輪進刀機構，砂輪架導軌和數控系統(tǒng)的響應速度等都有特殊要求。國內北京第二機床廠制造的 GL5A（P）-2 數控外圓磨床，采用先進的 GC32G-E 專用磨床數控系統(tǒng)，具有磨削過程程序變換，工件品質管理，機床狀態(tài)監(jiān)控，故障自診斷及異常保管等全方位控制功能。菜單式界面輸入操作簡便。上海機床廠有限公司生產的 H246 數控端面外圓磨床，采用兩軸聯動數控系統(tǒng)，具有砂輪架自動進給，自動頂緊工件，自動在線測量工件，頭架自動準停功能。險峰機床廠的MK8440 數控磨床，采用閉環(huán)補償磨削參數，在進行連續(xù)補償磨削時，自動進行曲線與理論曲線比較，在達到預輸入精度要求后，自動停機。目前數控裝置的軟硬件價格不斷下降，也為各廠家發(fā)展數控磨床提供了有利條件。在 21 世紀，工業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)卻是以較低的成本獲得更高的質量，面對這一挑戰(zhàn)，并非像許多人誤導所設想的那樣——修改產品的設計或降低生產成本，解決這一問題的最佳方式往往是選擇最先進的設備和生產工藝對于高精度工件的高效率生產制造，恰恰取決于制造者在工件的一次裝夾中實現萬能加工的能力，這也是現今磨床也發(fā)展得趨勢。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計21.3 機床設計的基本要求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，有的單件或極小批量 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。剛度包黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計3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，作為工件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。1.4 本課題的研究內容和選題設想1.主要研究內容該外圓磨床的結構組成、工作原理、傳動系統(tǒng)，根據工件的要求和加工條件合理選擇砂輪架主軸的加工參數。2.選題設想黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計4本課題的設計包括外圓磨床的總體設計，頭架的結構設計，尾架的結構設計，砂輪架的結構設計，橫進給機構設計。頭架機構和尾架機構用于頂緊工件，砂輪架是用來磨削工件表面的，橫進給機構是為了實現砂輪架的橫進給運動。本課題確定了一套設計方案：采用三臺電動機：一臺通過電動機皮帶輪帶動頭架主軸轉動，由主軸帶動頂針旋轉以磨削工件，次電機選擇為雙速電機，能夠實現 6 級變速，以實現不同加工速度；一臺通過皮帶帶動砂輪架主軸轉動，以帶動裝在主軸上的砂輪旋轉來磨削工件外表面。另外一臺為液壓泵電機帶動液壓泵旋轉。1.5 預期成果通過計算和材料的選擇，順利完成設計目的，具有較強的實用性，符合設計要求。最終實現箱體的裝拆方便，6 級變速，以提高加工效率和加工精度。 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)運動功能設計 包括確定機床所需運動的個數、形式（直線運動或回轉運動） 、功能（主運動、進給運動、其他運動）及排列順序、最后畫出機床的運動功能圖。(2)基本參數設計 包括尺寸參數、運動參數、動力參數設計。(3)傳動系統(tǒng)設計 包括傳動方式及控制原理、控制系統(tǒng)圖設計。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。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。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計6(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 機床整體綜合評價對所設計的機床進行整機性能分析和綜合評價。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 本章小結本章從總體上對機床方案進行了初步確定，并確定了詳細設計的步驟和方法。經考察了解這種構想符合實際，合乎要求。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計7第 3 章 總體布局的設計3.1 機床總體布局的分析由于機床的總體布局關系著機床的性能，質量和整體的合理型，所以在決定機床布局時，應注意以下幾個問題：1、剛度，精度，抗振性和穩(wěn)定性。支撐部件應力求有足夠的剛度，運動部件在不影響本身剛度的條件下，應盡可能做到體積小，重量輕。2、機床的布局應盡量使傳動鏈較短，以簡化結構，提高傳動精度和效率，減少功率損失和發(fā)熱量，降低制造成本。采用合理布局，例如分離傳動，熱平衡的布局形式等。如 M7150A 床身的布局形式，把油池搬到床身外，下部采用“熱補償油溝” ，導軌采用靜壓潤滑，使其上下溫度基本一致。3、機床操作與調整要簡單，裝拆與維修要方便，排屑與冷卻要暢通，聯鎖與防護要安全可靠。在考慮機床布局時必須重視減輕工人的勞動強度，改善勞動條件和環(huán)境，如操作手柄位置高低適當，并盡量集中，應考慮吸塵和消霧裝置；高效率，半自動化機床特別注意冷卻液的過濾和調換方便問題。4、床的外型輪廓應美觀，大方和協調。3.2 總體布局的初步擬定根據 3.1 節(jié)中所作的分析，可以從大體上知道了總體布局需要涉及的問題。此時參看設計任務書可知道設計的要求。因此，總體布局必須要完成設計所要求的內容。一般來說，外圓磨床的主軸箱即床頭箱放在左上面，這樣是為了適應右手操作的習慣和便于觀察測量。磨床由于刀架和砂輪較小，為方便操作，刀架布置在工件前面。由于結構的要求，橫向進給箱應在刀架的正對面，尾座放在導軌上面。由于左床腿承受的力較大，故左床腿尺寸要大些，右床腿可以小些。一般車床的高度都在800~1300mm 之間。為了工人的操作方便（例如搖動溜板箱的手柄后刀架上的溜板，床過低就不適合操作） ，要將左右兩床腿同時加高一部分，大約在 400~500mm 之間最為適宜。主要材料采用水泥等即可。主軸箱、進給箱的潤滑采用箱體外循環(huán)、集中潤滑，這樣可降低主軸箱溫升，減少熱變形。刀架上安裝快速移動的電機，這樣可以省時，提高工作效率。磨床的外觀造型模仿原 M131 車床的大體外觀，在一些細節(jié)方面作些改動。主要是因為原來的外觀就非常美觀，而且布局合理，結構緊湊，占地面積小。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計83.3 總體布局的最終確定上述中已對主體布局進行了分析和初步擬定，因此總體布局的大體構成以如前述，再根據原磨床的實際布局形式，取其優(yōu)點，通過實地測量和分析各部分的尺寸，我最終確定了自己的總體布局方案，詳見主視圖 3.1 和左視圖 3.2 圖 3.1 M1432A 外圓磨床左視圖圖 3.2 M1432A 外圓磨床右視圖黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計93.4 本章小結本章對磨床的總體布局作了設計，通過仔細分析和研究知道了總體布局所需要涉及的問題，取原磨床的優(yōu)點，通過測量和分析，確定了自己的總體布局方案。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計10第 4 章 機床各主要零部件設計計算4.1 磨床基本參數的確定1、磨床基本參數確定初選砂輪為 300×50×203；磨削直徑范圍 320~8mm；最大磨削長度 1000 mm；機床床身規(guī)則 3400×1740×1650mm。由參考文獻[1]可查外圓磨削的速度為 30～35m/s，所以取 m/s32?su(4.1)10dnus??r/min3602?nssr/min17?s2、主電機的選擇大帶輪取 D=126，d=112 ； 21dni??621在帶輪傳動中，轉動速度為r/min148n=主取主電機 n=1440r/min，4kw 查參考文獻[1] 得轉速數列為：單位（r/min）頭架電機為 1.1kw（740 r/min，1450 r/min）雙速電機。由于頭架電機為雙速電機，740 r/min，1450 r/min 通過帶輪而降低轉速。由參考文獻[1] 可得：(4.2)塔 輪電工 件 in??塔輪的傳動比為 ， ，164809135?黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計11r/min17508264701??主 軸nr/min3主 軸 .11?主 軸電nir/min1087582609742 ???主 軸 .2?主 軸電nir/min1597869013743 ???主 軸 .3?主 軸電ni所以傳動比分別為 24.7，6.8，4.6。當電機轉速為 1450 r/min 時，傳動比不變，轉速分別為：r/min6175018264501 ???主 軸nr/min92主 軸r/min31750182634503 ???主 軸n4.2 變速機構中軸的設計計算4.2.1 計算各軸功率由 4.1 節(jié)可以確定電機類型：Y 系列三相異步電動機；型號： Y80；其電動機輸出功率 =1.1kw， =0.92， 0p帶?98.0?軸 承Ⅰ軸： 帶??01pkw2.9.?Ⅱ軸： 帶軸 承 ?02p黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計12kw926.08.012.???Ⅲ軸： 帶軸 承 ?303pkw839.02.9.26.???4.2.2 計算各軸轉速Ⅰ軸： =740×0.293=216.5r/min01in??電Ⅱ軸： =216.5×0.357=77.3 r/min2Ⅲ軸： =77.3 ×0.4=30 r/min3n4.2.3 計算各軸初選最小軸徑選軸的材料為 45 鋼。A=126 —103。由參考文獻[1]可得：實心軸直徑為：（4.3）3NPAD?空心軸直徑為：（4.4） 3341??Ⅰ軸： ~ mm175.26033??ANPDⅡ軸： ~ mm03.793Ⅲ軸： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計13~ mm30134???NPAD?64.3 主軸的結構設計4.3.1 主軸的初步確定(1) 擬定軸上的零件裝配方案，軸上的大部分零件包括帶輪，套筒，右端軸承和軸承端蓋及聯軸器依次由左端裝配，僅右端軸承和軸承端蓋由右端裝配。(2) 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。(3) 裝左端軸承通過軸肩和墊圈，軸承套和端蓋實現軸承的軸向定位，和徑向定位。(4) 裝軸承段：如零件圖。這段（兩）軸徑由滾動軸承的內圈孔徑決定，因=40，選用深溝球軸承 6208，其尺寸為 ，軸段的長度由滾動?d 1804???BDd軸承的 B，軸承與箱體內壁距離 S=5~10。(5) 軸上零件的周向固定，軸承與軸的周向固定均采用套筒和軸承斷蓋來定位，同時為了保證軸承與軸的配合有良好對中性，滾動軸承與軸采用 H6/K6。定出軸肩處的圓角半徑 R=2，軸端倒角取 2 。??454.3.2 主軸的計算校核1、初選軸的直徑根據參考文獻[2]計算所得軸頸最小應為 17~21mm，初步選 21mm。 2、主軸的材料和熱處理根據載荷特點和耐磨性的要求查參考文獻[2]，選定主軸材料 45 號鋼，調質處理后，在主軸端部，錐孔，空心軸頸部位進行局部高頻淬硬 50~55HRC，以提高耐磨性，查得 N/mm ， N/mm637bs=235s=2N/mm ， N/mm N/mm ， N/mm。128- 1t- []98s?2-1[]59s=3、求軸傳遞扭矩由于砂輪速度很高，功率消耗很大，主運動消耗功率為 P = P mn?P 為砂輪電機功率。 為機械傳動總效率取 0.7-0.85。由參考文獻[2] 查得。nm?P = P (4.5)mn?=4×0.8=3.2 kw黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計14所以： T=9.55×10 × =9.55×10 × =18864N.mm6帶npm6120.3工件圓周進給速度由參考文獻[2]得：(4.6)dv??由參考文獻[2]求作用在砂輪的徑向力：F = (4.7)ycypbayfK式中 —工件軸向進給量 10mm/r；af—砂輪徑向切入深度 0.1mm；p， ， —為磨削徑向力指數，由參考文獻[2]查得分別為ybc0.417，0.714，0.751； —磨削系數,查得 119.09。yKF = = =635.5Ncypbayfv 751.0714.041.059.1??由參考文獻[2]求作用在砂輪的法向力：F = (4.8)zczpbazfvK， ， —法向磨削力指數，由參考文獻[2] 查得分別為 0.417,0.731,0.698； azbcz—磨削系數,查得 60.04ZKF = = =317.8 Nczpbazfv 698.0731.041.059.1??4、畫軸的受力分析圖可確定出軸承的支點 L =60mm，L =300mm 由此可以畫出軸的水平面的支撐 R21= (4.9)ByyF12?= =756 N 630?R =756-630=126 NAy軸的垂直面內的支撐 ：黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計15R = (4.10)BzzFL12?= =381.4 N 8.3706?R = 381.4-317.8=63.6 N Bz tFRt12rRra)MCHbc)CVMCMH=37800 N·mmMCZ=19050N·mmMC=42328 N·mmM/N·mmM/N·mmM/N·mm mmmmmm黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計16e)d TMeq圖 4.1 軸的載荷分析圖5、畫軸的彎矩圖，轉矩圖 （1）如圖 4.1 水平彎矩圖 , N·mm (在 BHM378012601????LRBy截面處) 。（2）垂直面彎矩圖， N·mm (在 B 截面處)。953.62BzCz（3）合成彎矩圖，在 B 截面處， N·mm 42382???CzyCM（4）轉矩圖，T=18864 N·mm1）按彎矩合成應力校核軸的強度由彎矩圖知 B 處的彎矩最大，校核該截面強度。截面 B 處的當量彎矩，N·mm，42382???CzyCM可得：??6.0951??b???N·mm 校核結果： ﹤ N·mm ，C 截面.231.048.3???dWMEe?2e???159??2強度足夠。2）按疲勞強度精度校核軸的安全系數：T=18864N·mmMeq=40116 N·mmM/N·mmM/N·mmmmmm黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計17根據軸的結構和彎矩圖及轉矩圖可見，B—B 截面為危險截面，故校核此截面。查參考文獻[1] 得： ，尺寸系數 ，表面質量系數47.1,59.???K89.0,1.????=0.93，鋼的 ，許用安全系數 。?2034?????5~3s3）彎曲應力幅： (4.11)WMea??N/mm13.248??24）扭轉應力幅：(4.12)TCa??N/mm1.032864??25）只考慮彎矩作用時的安全系數：(4.13)mtKS??????????1= 2.163.4091.35268??6）只考慮轉矩作用時的安全系數：(4.14)mtKS??????????17）安全系數： (4.15) 2??S??> 1.4??5.1~3所以滿足強度要求。 6、主軸扭轉剛度的校核根據參考文獻[5]計算軸的扭轉變形的一般公式如下：黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計18(rad) (4.16)nGIlM??式中： —扭轉角（rad） ； ?— 軸傳遞的扭矩(kgf·cm)；nM—軸產生扭矩變形部分的長度(cm)；l—鋼的剪切彈性模量， (kgf/cm )；G58.10G??2—軸的斷面極慣性矩(cm )。 nI 4對于空心鋼軸： (4.17)??324dDIn???(4.18)jnpM?95式中： —軸的外徑(cm) ；D—軸的孔徑(cm)；d—軸傳遞的額定功率(kw)；P—軸的計算轉速(r/min)。 jn則 根據公式（3.14）可得： ??5498.10jplnDd????(rad) 4.23jl則 (rad)??140.81. 0.2846.?????(rad)24.2.3.5108.(rad)??3431. 0.76.52?????黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計19(rad)??440.861.230.152.?????(rad)54.13. .4960(rad)??64.81.20.832?????可得 621.??03..0518.0(rad)6?.294?根據參考文獻[1]得：許用扭轉角 ??0.25~.???由于 ， 故主軸的扭轉強度合格。????4.4 帶輪的設計校核計算4.4.1 確定計算功率 caP由表參考文獻[1]查得工作情況系數 =1.3，故：AK(4.19)Pca?=1.3×1.1=1.43kw4.4.2 選取 V 帶帶型根據 P ，n 由參考文獻[1]選用普通 Z 型帶。小帶輪的基準直徑根據參考文獻[1]ca取 =71。1D4.4.3 驗算帶速 vm/s5.120641.306????nd?在 5~25m / s 范圍內，帶速合適。4.4.4 計算各帶輪中心距的確定中心距小，則傳動外廓尺寸小，但帶長也短，帶的應力循環(huán)頻率高，壽命短，且包角減小。傳動能力減低，中心距大 ，則與上 述情況相反。所以按下式初選中心矩：黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計20﹤ ﹤ (4.20)120.7()D?0a12()D?實際中心距可用近似計算，即(4.21) 2'0dL??由于帶傳動的中心距一般是可以調整的，其變動范圍為，(4.22)'min15.da?(4.23)L03ax?由 公式(4.20) 得： ﹤ ﹤0.7(164)02(7164)初選 =460。0a計算帶所需的基準長度：(4.24)021210' 4)()(2aDaLd ????23.(67)45(7)5??126.?由參考文獻[1]選 0dL+ = mma?02'?3.472.545???中心距可取范圍, 418.55mm ??120.301.mindLaa =474.8mm axmin5347?取 =490。10a同理取 =460。2黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計214.4.5 驗算小帶輪包角 1?(4.25）2118057.3da?????5432 .d???1860572???9.?一般要求 190~2???故在要求的范圍以上，包角合適。4.4.6 確定初拉力 0F因 ，查參考文獻[2]得；152??93.0??K由式參考文獻[2]得單根普通 V 帶的初拉力(4.26)??205.2qvZPFc??????25.106.5.193.04??N16?4.4.7 計算壓力 Q由(4.25)和(4.26)所得帶入 (4.27)得壓力：(4.27)102sin2ZF???N5.61?4.5.齒輪的計算與校核4.5.1 設計一對兩連環(huán)齒輪查標準模數系列：取 ，齒數初步設定為 ,由參考文獻[5], 得：5.1?m80,521?zmm75.??mdmm1222z黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計22mm783521???aahdmm2mm??5.1.??mcafmm271??ffhdmm3.62ff由于 mm ，故采用實心式，為減輕重量，故做成薄齒輪201?admm,取 mm08~1??09??02??fdDmm5.7?25.31nm同上： mm ，也采用實心式。2075.962??admm，取 mm08~??09??021??fdDmm3.6?3.815nm4.5.2 齒輪的校核經分析可知，主軸上的一對斜齒輪受力最大，故對其強度進行校核。1、使用條件分析傳遞功率 0.75kw，主動輪轉速 n=1500r/min，齒輪比 u=1.6。 則轉矩 T= N·mm238750.05.96??圓周速度：估計 m/s4?u載荷平穩(wěn)，預計每天工作 12 小時，使用壽命 10 年，屬于中速、中載、可靠性好的齒輪傳動。2、一對齒輪的主要參數如下， ， ， ，501?z82z20???34.?x120???黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計23， ， ，41?nm2n31?b578.21d由參考文獻[5]可得驗算輪齒的彎曲強度條件：(4.28)FPsaFFYmnbdKT???????1式中： 為載荷系數,k??kkVA???由參考文獻[1]得： 0.由于斜齒輪傳動， ，取 12~Vk1.?Vk兩輪均為硬齒面 ，取 35.?? 3?，取 4?k.?k則 716.23.1???3．選擇齒輪的材料，熱處理方式按使用條件可知，可選用軟齒面齒輪，也可選用硬齒面齒輪，本次設計采用硬齒面齒輪，并具體選用小齒輪：40Cr ，調制處理，硬度 270~283 HBS；大齒輪：40Cr ，調制處理，硬度 245~255 HBS 。]4[4．確定許用應力(1) 確定極限應力 和limH?liF齒面硬度：小齒輪按 280HBS，大齒輪按 250HBS 查參考文獻[5]：得MPa6501lim?F?(2)計算應力循環(huán)次數 N，確定壽命系數 ，NZY811 104.6)23(60???tan882 9..14?u查參考文獻[5]得 ；121?NZ21NY(3)計算許用應力由參考文獻[5]取 .,4.mininFHS黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計24參考文獻[5]得： MPa29.46.150minl11 ????HNPSZ?MPa7.8.inl21?P參考文獻[5]得： MPa1.23.50min1li11 ????FNSTFPY?MPa57.8.4in2li22?FSTFP5、計算當量齒數： 73.601cos58331???zv 9.43312zv參考文獻[5]查 得齒型系數： ， ，應力校正系數： ，52.1?FaY1.Fa 58.1?SaY，取 ，65.12?SaY7.0?9?N·mm573012.0.5. 661 ???npT6、計算彎曲應力由公式(4.28) ，可得： 9.0758.4578.230161 ????F?MPa1231??FpMPa?1212SaFFY??58.6.?MPa7.886.52???P故輪齒的彎曲強度滿足要求。4.6 本章小結本章對 M1432A 型外圓磨床的帶輪，主軸，齒輪進行設計和校核。這一章是本說明書的重點，也是設計中尤為關鍵的一章，其主要對外圓磨床的傳動系統(tǒng)進行了系黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計25統(tǒng)的設計、計算以及校核。經大量的計算驗證，傳動系統(tǒng)所用的齒輪，軸，帶輪，塔輪都在涉及允許范圍之內，符合標準規(guī)格，經校核其都全部合格。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計26第 5 章 磨床其它部件的設計5.1 頭架的設計頭架由底座，體殼，主軸及傳動裝置組成。頭架體殼可繞著軸銷在底座上回轉 0-90 度之間的任意角度，并由螺釘緊固，回轉角度的大小可以從刻度盤上讀出，底座和體殼上分別裝有擋銷，當轉動體殼使兩擋銷相互緊靠時，頭架即回復到了 0 位（即回轉角度為 0 度主軸軸線與工作臺前測定位面平行） ，這樣不僅操作方便，而且定位準確，頭架通過底座 5，用兩個 L 型螺釘固定在工作臺左端。頭架主軸應具有高的旋轉精度，剛度，和抗振性，在頭架主軸的前后支撐中各有兩個滾動軸承，它們都采用面對面排列的方式，即軸承外圈的窄邊相對。通過修磨隔圈可使軸承預緊。軸承的預緊，就是將滾動軸承并緊，使其在空載荷時就在滾動體（滾球，滾子和滾針）與內外圈滾道接觸處產生微量的初始彈性變形。頭架主軸軸承實現預緊的方法是：修磨內隔圈或外隔圈，使內圈的寬度大于外隔圈的寬度。然后在裝配時，使軸承內外圈之間發(fā)生軸向相對移動，將滾動體與內外圈滾道壓緊。滾動軸承經預緊后，不僅消除了軸承中原來存在的間隙，而且還在接觸處產生了微量彈性變形，提高了軸承的旋緊精度和剛度，所以各種主軸的滾動軸承都經過預緊。但預緊力不能過大，否則會使軸承的磨損和發(fā)熱增大，壽命下降。主軸的軸向定位由前支撐中的兩個軸承實現。作用在主軸的軸向力，通過軸承外圈，套筒，調整圈和法蘭傳給頭架體殼，或通過法蘭傳給頭架體殼。主軸前端有精密的莫氏 4 號錐孔，用于安裝前頂尖或其它夾具。主軸中心有通孔，安裝卡盤或其它夾具時可通過拉桿將其并緊在主軸錐孔中。傳動工件旋轉的帶輪，都采用卸荷結構。帶輪支承在法蘭上的滾動軸承上，法蘭則固定在頭架體殼上，帶輪支承在裝于頭架體殼凸臺上的滾動軸承上。因此，傳動帶的拉力不會作用到主軸上，可避免主軸發(fā)生彎曲。裝在中間軸上的帶輪，軸裝在偏心套內的軸承上，用圓鐵棒插在孔中轉動偏心套，可調整帶輪 4 和 5 以及 10 和 11 之間的張緊力。帶輪 20 和 4 之間傳動帶的張緊力，可移動電動機底版進行調節(jié)。用頂尖裝夾工件進行磨削時，主軸必須固定不動。為此可擰緊螺釘，使其頂緊主軸后端的螺母將主軸制動。此時，工件由裝在撥盤上的撥桿經夾頭帶動旋轉。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計27用卡盤裝夾工件進行磨削時，應擰松螺釘，使主軸能自由轉動?？ūP座錐柄裝入主軸錐孔中，用拉桿并緊，并通過撥盤上的螺釘帶動卡盤和主軸一起旋轉。需要拆下卡盤時，應先擰松拉桿，然后在拉桿尾部輕敲一下，再擰下拉桿，即可卸下卡盤。螺釘及拉桿均不宜擰得過緊，只需隨手擰緊即可。如果工件具有莫氏 4 號錐體則可直接插在主軸錐孔中，同時裝上撥塊，通過銷子帶動主軸旋轉 。 ]1[5.2 尾座的設計 尾座用一個螺釘（如尾座裝配圖所示）固定在工作臺右端。后頂尖裝在套筒左斷的錐孔中,套筒與尾架體殼上的孔緊密配合,在彈簧的作用下,它向外伸出頂緊工件,在磨削過程中,工件因為溫度升高而膨脹伸長時,套筒可壓縮彈簧自動退回一些,以保持頂尖對工件中心孔的壓力不變,避免中心孔過分磨損和頂彎工件,利用手柄轉動絲杠,使螺母向右或向左移動(螺母因受嵌在后蓋長槽中的銷子的限制,不能轉動)改變彈簧的壓縮量,可調整頂尖對工件的頂緊力。當裝卸工件時,退回套筒可以采用手動或液壓傳動,手動時,用手順時針轉動手柄,使撥桿帶動套筒，克服彈簧力向后退回。液動時，用腳踏下操縱尾座閥的踏板，使壓力油進入液壓缸，推動向后移動。套筒前端的密封蓋上有一孔，可以裝置金剛石筆并用螺釘壓緊，以便修整砂輪 。]1[5.3 砂輪架的設計砂輪架中的砂輪主軸及其支撐部分結構直接影響工件的加工質量，應具有較高的回轉精度，剛度，抗振性，它是砂輪架部件中的關鍵結構。砂輪主軸的前，后徑向支承都為“短三瓦動壓型液體滑動軸承” ，每一個滑動軸承由三塊扇形軸瓦組成，每塊軸瓦都支承在球面支承螺釘的球頭上。調解球面支承螺釘的位置，即可調整軸承的間隙，通常間隙為 0.015~0.025mm 之間。短三瓦軸承是動壓型液體滑動軸承。工作時必須浸在油中。當砂輪主軸向一個方向高速旋轉以后，三塊軸瓦各在其球面螺釘的球頭上，擺動到平衡位置，在軸和軸瓦之間形成三個楔形縫隙.當吸附在軸頸上的油液有入口被帶到出口時，使油液受到擠壓，于是形成壓力油楔，將主軸浮在三塊瓦中間，不與軸瓦直接接觸，所以它的回轉精度較高。當砂輪主軸受到外界在和作用而產生徑向偏移時，在偏移方向處楔形縫隙變小，油膜壓力升高，而在相反方向處的楔形縫隙增大，油膜壓力減小。于是便產生了一個是砂輪主軸恢復到原中心位置的趨勢，見效偏移。由此可見，這種軸承的剛度也是較高的。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計28砂輪主軸運轉的平穩(wěn)性對磨削表面質量影響很大，所以，對于裝在砂輪主軸上的零件都要經過仔細平衡。特別是砂輪，直接參與磨削，如果它的重心偏離旋轉的幾何中心，將引起振動，降低磨削表面的質量。砂輪架由砂輪架體殼，砂輪主軸及其軸承，滑鞍零件組成，其外形如磨床整體圖，砂輪架體殼相對滑鞍上的轉盤，可在水平面內回轉一定的角度，并用螺釘緊固，轉角的大小可以從刻度盤讀出?；翱裳刂鴫|板的滾動導軌作橫向進給。砂輪主軸和支撐它的軸承是該部件的主要零件。由于主軸的回轉精度和運轉平穩(wěn)性對加工精度及工件表面粗造度有直接的影響，因此主軸應具有高的回轉精度，剛度，抗振性，耐磨性和運轉平穩(wěn)性。為了達到上述的要求，磨床上一般采用特殊結構的滑動軸承或高精度滾動軸承，M1432A 型磨床采用的是稱為短三瓦的自動定心軸滑膜動軸承。為了使主軸保持良好的工作狀態(tài)，主軸軸頸和軸瓦之間應保持適當間隙。為了提高主軸旋轉精度和軸承工作時的剛度，可減小軸承間隙。但間隙也不能過小，間隙過小會造成運轉時溫升過高，嚴重時甚至會發(fā)生抱軸故障，新機床的軸承間隙在出廠前既調整好，冷態(tài)時間間隙在 0.015mm---0.020mm 之間。在工作過程中，如果發(fā)現因軸承間隙增大而影響加工質量時，則需進行調整。通常情況下只需調整最下面的一塊軸瓦就可以，其余兩塊則保持不動。軸承間隙調整如下：先從主軸上卸下砂輪法蘭盤和傳送帶，放去一定量的潤滑油，并測量出前后軸承間隙的大小，然后擰緊螺釘，鎖緊螺釘和空心螺釘，接著調節(jié)球頭螺釘，當達到要求的間隙后，將空心螺釘擰上（為了保證鎖緊可靠必須注意其端面不能與球頭螺釘接觸） ，再裝進鎖緊螺釘將球頭螺釘吊緊。前軸承調整好后，再用同樣方法調整軸承。主軸的軸向定位由裝在主軸后端的軸向止推環(huán)和推力球軸承來實現，向右的軸向力由止推環(huán)承受（止推環(huán)起潤滑軸承的作用） ，向左的軸向力由推力球軸承承受，其承受軸向力的大小由彈簧調整。軸承磨損后借此彈簧力可自動消除間隙。5.4 橫向進給機構的設計 用于實現砂輪的橫向移動，有手動粗，細工作進給和液動自動周期粗，細進給以及快速進退。它是磨床上控制加工零件直徑尺寸的一個重要部件，對它的基本要求是操作要求是操作輕便，進給，定位要準確。機床的橫向進給機構由進給傳動機構和進給移動機構兩部分組成。進給傳動機構部分主要有手輪，刻度盤，齒輪傳動機構，液動棘爪液壓缸和棘輪等。見進給機構裝配圖。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計29進給移動機構部分主要有絲杠，螺母，液動快速進退液壓缸和定位裝置等。手輪、套、棘輪用螺釘連接在一起，套用鍵與軸連接，在軸的左端裝著雙聯齒輪兩對，將運動傳給主軸，再經過一對齒輪使絲杠旋轉。從而傳動固定在砂輪上的半螺母，使砂輪架沿滾動導軌移動。拉出或推入手柄，改變雙聯滑移齒輪的嚙合位置，便可或得粗進給或細進給。同樣，在液動自動周期進給時可或得粗進給或細進給。自動周期進給由壓力油推動棘爪液壓缸來實現，在棘輪閥中間裝著棘抓，它在彈簧銷推力作用下，與固定在手輪棘輪相嚙合，棘輪和手輪用螺釘連接在一起，當壓力油推動棘爪閥移動時，棘爪帶動棘輪轉動，主軸隨之轉動，使砂輪架或得一次周期進給，改變遮板的位置，可控制每次棘爪閥移動時的有效撐牙數，從而得到不同周期的進給量的大小。為了防止棘爪閥復位時產生進給倒回，在進給傳動機構的體殼上裝有彈簧銷，始終壓住棘輪，使存在一定的阻尼。帶有內齒輪的刻度盤空套在套上，刻度盤通過行星輪，旋鈕以及定位銷和手輪相連接，如果把旋鈕向外拉出，使它與手柄上的銷子脫開，這樣旋轉旋鈕，就可以通過齒輪 Z=48，Z=50，Z=12 ，以及內齒輪 Z=110，帶動刻度盤相對手輪轉動任意角度。把旋鈕推入，使銷子插入旋鈕上 21 個小孔中的任何一個小孔中后，刻度盤就和手輪連接在一起?？潭缺P的外圓周上裝有零件撞塊，在磨削一批尺寸相同的工件時，可用它來控制工件直徑。其工作方法如下：將第一個工件磨至需要尺寸后，拉出旋鈕并轉動，使刻度盤轉至撞塊與定位塊相碰為止，然后將旋鈕推入定位銷。這樣調整后，再磨削第二，三個工件時，只需要轉動手輪到零位撞塊與定位塊相碰，便可或得與第一個工件相同的直徑，但需要注意在磨削過程中隨著砂輪的磨損，工件尺寸逐漸變大，有時由于砂輪架與頭架的熱變形而產生位移，會使工件尺寸逐漸變小，此時需根據工件尺寸的變化情況來調整。若工件尺寸變大，拉出旋鈕逆時針轉動一定的格數，使刻度盤上零件撞塊向著進給方向轉過一定的刻度，補償砂輪的磨損。若工件尺寸變小，則拉出旋鈕順時針轉動一定的格數。砂輪架的快速進退由壓力油推動快速進退液壓缸中活塞桿而獲得。進給絲杠的左斷與進退液壓缸中活塞桿的右端，通過兩個角接觸軸承連接，它們之間可相對轉動，但不能作相對軸向移動，絲杠的右端有花鍵，與齒輪的花鍵配合，可相對滑移。當壓力油進入進退液壓缸，推動活塞左右移動時，活塞桿可帶動絲杠軸向移動，并經過與絲杠嚙合的半螺母使砂輪架快速前進和后退，絲杠的右端裝有淬硬的定位頭，當其快速前進至終點位置時，定位頭頂緊在定位螺釘的淬硬端面，實現快速定位，砂輪架每次快速定位后，其位置的變動大小，稱為砂輪架的快速引進重復定位精度。該精度會黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計30直接影響批量工件的尺寸分散度，工件的直徑之差是定位精度誤差的兩倍，所以在機床精度標準上有規(guī)定的允許值，M1432A 型外圓磨床規(guī)定其重復定位精度誤差不大于0.002mm/10 次。5.5 工作臺的設計工作臺相對于底座可作較小的回轉調整，用以磨削錐形工件。調整時，用扳手轉動刻度盤，通過絲杠螺母機構，使工作臺繞定位心軸轉動一角度。對于中心距為1000，1500，2000 毫米三種不同規(guī)格的磨床，工作臺可分別轉過 7 度，6 度，5 度。液壓缸固定在底座的下部。工作臺面做成傾斜 10 度的型面，能加快冷卻液和鐵屑流出，并有利于保持尾架移動的精度。工作臺左端標牌用來指示液壓缸放氣閥旋鈕“開”與“關”的位置。5.6 本章小結這一章是本說明書不可缺少的部分，也是設計中尤為關鍵的一章，其主要對磨床的其他結構進行了系統(tǒng)的設計。經過這一章的設計，M1432A 型外圓磨床的機構已完成。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計31結 論至此，我已完成了 M1432A 型外圓磨床的總體布局和主軸箱的設計。經過重新布局和對主軸箱的設計后，M1432A 型外圓磨床的加工性能得到了很大的提高，外形更加美觀，結構更緊湊，操縱也更方便，更省力。因為在選擇了雙速電機，主軸可獲得 6 種轉速。在頭架的箱體上加了一個連接蓋，使箱體可以輕松拆裝。這些改變都給操縱工人和維修人員帶來方便，基本達到了以人為本的目的。但是，此磨床仍然存在著一些問題：（1）生產率較低。（2）只適用于單件小批生產車間，工具車間和機修車間。針對這兩點不足，本人提出以下建議：將數控技術運用于磨床本身，這樣就提高了生產率，此想法僅供參考。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計32參考文獻[1]朱孝錄.中國機械設計大典[M].江西科學技術出版社，2001.11.[2]馮辛安.機械制造設備設計[M].機械工業(yè)出版社，2004.1.[3]劉品，徐曉希.機械精度設計與檢測基礎[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003.10.[4]王連明.陳鐵鳴 .機械設計[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，1998.8.[5]侯真秀.機械系統(tǒng)設計 [M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000.10.[6]陳明.機械原理 [M].哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2000.9.[7]王連明.機械設計課程設計[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，1996.2.[8]孫玉芹，孟兆新.機械精度設計基礎[M].科學出版社，2003.8.[9]王永章，杜君文，程國全.磨工[M].高等教育出版社，2001.1.[10]F.J.Mogee High-Speed Machining of Aluminum Alloys.SME Technical Paper，1985.[11]D.G.Flom. lmplementation of High-Speed Machining.SME Technical Paper，1985.[12]王世剛，張秀親，苗淑杰.機械設計實踐[M].哈爾濱工程大學出版社，2003.黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計33致 謝在老師的精心指導下，我順利完成了這次畢業(yè)設計。在此，我衷心地感謝金老師，您淵博的學識、嚴謹的作風和諄諄的教導令我終生難忘！雖然在設計期間我好多東西都不太了解，但是你一直都沒有放棄我，叫我查找資料，讓我看了很多設計方面的書，在你的幫助下我學會了很多。在畢業(yè)設計中，許多老師都給予我?guī)椭徒庖?，在此我也表示衷心的感謝和敬意！除此，我也還要感謝我的同學們，在我不懂的時候，你們也幫了我很多，這次設計能順利完成也有你們的功勞。謝謝你們的關心與幫助！最后，我要再一次地感謝我的指導老師老師，謝謝您！黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計34附 錄附表 A V 帶輪的最小基準直徑 minD槽 型 ZSPZASPABSPBCSPCminD50637590125140200224附表 B V 帶輪的基準直徑系列帶 型Y ZSPZASPABSPBCSPCD E基準直徑 /Dm外 徑 K?506371758085909510010611211812513253.266.274.2—83.2—93.2—103.2—115.2—128.25467757984—94—104—116—129