M1432B外圓磨床主軸系統(tǒng)改造設計開題報告

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1、 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 陳祖棟 學 號： 05010114 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： M1432B外圓磨床主軸系統(tǒng)改造設計 指 導 教 師: 曲 波 陳 濤 2009年 3 月 22日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內(nèi)容

2、必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論

3、文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 本文系統(tǒng)介紹了磨床與磨床主軸系統(tǒng)的組成、主要特點、近年的發(fā)展概況、并從實際規(guī)劃角度出發(fā)，全面系統(tǒng)地介紹了主軸系統(tǒng)的規(guī)劃方法和設計構(gòu)思，并且進行了一定程度的整理，在經(jīng)濟實用的基礎(chǔ)上提出改造的方案。 關(guān)鍵詞 主軸 軸承 剛度 1 引言 近年來磨削的相關(guān)技術(shù)逐漸地成熟, 已成為正在迅速崛起的一項先進制造技術(shù), 對機械制造業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。實現(xiàn)高質(zhì)量磨削的關(guān)鍵技術(shù)是研究開發(fā)性能優(yōu)良的高速磨床, 因此自20 世紀80年代中期以來, 開

4、發(fā)高速磨削機床便成為國際機床工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流[1]。目前適應高速磨削加工要求的高速加工中心和其它高速磨床在工業(yè)發(fā)達國家已呈普及應用的趨勢, 而我國也正在加快發(fā)展高速加工中心的生產(chǎn)、研究和應用。正是基于機床發(fā)展的這種趨勢, 因此主軸設計的優(yōu)質(zhì)也成為一個值得關(guān)注的問題。 2 對主軸系統(tǒng)的要求 磨床的主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動有較大的差別[2]。磨床主軸的工作運動通常是旋轉(zhuǎn)運動，不像進給驅(qū)動需要絲杠或其它直線運動裝置作往復運動。磨床通常通過主軸的回轉(zhuǎn)與進給軸的進給實現(xiàn)砂輪與工件的快速的相對磨削運動。在20紀60-70年代，磨床的主軸一般采用三相感應電動機配上多級齒輪變速箱實現(xiàn)有級變速的驅(qū)動方式。

5、隨著磨削技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、加工工藝以及生產(chǎn)效率的不斷發(fā)展，上述傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已不能滿足生產(chǎn)的需要?，F(xiàn)代數(shù)控機床對主軸傳動提出了更高的要求： 2.1 調(diào)速范圍及恒功率范圍 保證加工時選用合適的磨削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量[5]。特別對于具有適應各種工序和各種材料的加工要求，對主軸的調(diào)速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)自動實現(xiàn)無級調(diào)速，并減少中間傳動環(huán)節(jié)，簡化主軸箱。目前主軸驅(qū)動裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達1∶100，恒功率調(diào)速范圍也可達1∶30，一般過載1.5倍時可持續(xù)工作達到30min[3]。主軸在全速范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內(nèi)提供主軸電動

6、機的最大功率。由于主軸電動機與驅(qū)動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機床低速、強力切削的需要，常采用分級無級變速的方法（即在低速段采用機械減速裝置），以擴大輸出轉(zhuǎn)矩。 2.2 具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低[3]。 加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)[4]。為了提高傳動件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動時齒輪齒面應采用高頻感應加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級一般用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)。采用帶傳動時應采用齒型帶。應采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提高主軸的組件的剛性[4]。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，應適當增加齒輪寬度，提高齒輪的重疊系數(shù)[5]。變速滑移齒輪一般

7、都用花鍵傳動，采用內(nèi)徑定心。側(cè)面定心的花鍵對降低噪聲更為有利，因為這種定心方式傳動間隙小，接觸面大，但加工需要專門的刀具和花鍵磨床。 2.3 良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。 加工時，可能由于持續(xù)磨削、運動部件不平衡以及切削過程中的自振等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至可能損壞主軸系統(tǒng)中的零件，使其無法工作。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中的零部件產(chǎn)生熱變形，降低傳動效率，影響零部件之間的相對位置精度和運動精度，從而造成加工誤差[5]。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進行循環(huán)潤滑[11]。 3 主軸組件的剛度計算

8、 機床主軸往往有較高的剛度要求, 因此, 軸承直徑的尺寸往往較大, 根據(jù)這些軸承直徑尺寸所選定的滾動軸承, 其疲勞壽命往往是富裕的, 因此常常不需要作疲勞壽命的計算, 這類軸承的選擇主要取決于其精度和剛度[6]。而主軸的軸向剛度完全取決于軸承的軸向剛度, 下面主要對主軸組件的徑向剛度進行校核計算。 3.1 支承的簡化 先將主軸組件簡化為主軸組件計算模型, 由于一對背對背角接觸球軸承只承受軸向力, 故可將支承點簡化為雙列圓柱滾子軸承中心[6]。 3.2 主軸剛度計算 已知主軸前軸承的軸承內(nèi)徑,后軸承的軸承內(nèi)徑,跨距,主軸前懸伸,主軸孔直徑,前軸承預緊量,后軸承預緊量,主軸前端加載的力

9、,就可以通過公式計算主軸的徑向剛度為[7]。 4 磨床的發(fā)展概況 磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床[7]。 大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削加工，少數(shù)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[8]。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石[9]。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(xiàn)成的機床

10、如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡單，剛度低，磨削時易產(chǎn)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(xiàn)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(nèi)圓磨削附件[9]。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(nèi)圓磨床、曲軸磨床、凸輪

11、軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床等[10]。 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(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達60～80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(shù)字控制和適應控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應用。 隨著高精度、高硬度機械零件數(shù)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(chǎn)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(nèi)圓磨床、平面磨床、無心

12、磨床、工具磨床等[11]。 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(nèi)圓磨削附件，可磨削內(nèi)孔和錐度較大的內(nèi)、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(chǎn)和修配工作。 內(nèi)圓磨床的砂輪主軸轉(zhuǎn)速很高，可磨削圓柱、圓錐形內(nèi)孔表面。普通內(nèi)圓磨床僅適于單件、小批生產(chǎn)[12]。自動和半自動內(nèi)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(chǎn)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

13、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(chǎn)效率較高，易于實現(xiàn)自動化，多用在大批量生產(chǎn)中[13]。 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。 軸承套圈磨床是磨床的一個重要分支[14]。我國的軸承套圈磨床已經(jīng)全部實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，現(xiàn)在正在使用的大批量高精度的軸承生產(chǎn)已經(jīng)廣泛采用自動線生產(chǎn)，代表著世界先進水平的軸承磨超自動線已經(jīng)大量的出口世界各地。我國的軸承磨床制造企業(yè)為我國的精密磨床發(fā)展做出了卓越的貢獻[15]。 5 結(jié)束語 我想要進行的M1432外圓磨床

14、的主軸改造設計，將對主軸進行整體的結(jié)構(gòu)設計及優(yōu)化。將以方案設計和關(guān)鍵零部件設計為主要任務，以支撐傳動軸承載能力校核為訓練手段，以經(jīng)濟使用、造型美觀、節(jié)能先進為目標。盡力設計出一個優(yōu)質(zhì)高效又節(jié)約能源的主軸系統(tǒng)。 參考文獻 [1]《機械設計圖冊》，上海:上?？茖W技術(shù)出版社，1979，06. [2] 任敬心，華定安.《磨削原理》，西安：西北工業(yè)大學出版社，1988. [3] 余順， 陳庭，李志明.數(shù)控凸輪磨床高剛度液體靜壓軸承磨頭的研究[J].湖北工業(yè)大學學報,2006. [4] 胡慶。淺談靜壓軸承的特點[J]。設計及修復。 工具技術(shù). 2006. [

15、5] 朱有洪，劉建亭，楊建璽. 液體靜壓軸承薄膜節(jié)流新結(jié)構(gòu)的設計分析[J]. 軸承. 2008,(3):27-30. [4] 龐志成， 陳世家. 液體靜壓動靜壓軸承[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 1991,12. [6] 范云漲，陳北年.《金屬切削機床設計簡明手冊》，北京：機械工業(yè)出版社，1992. [7] 戴曙.《金屬切削機床》，北京：機械工業(yè)出版社，1995.10. [8] 濮良貴，紀名剛.《機械設計》，北京：高等教育出版社，1996. [9] 曾志新，呂明.《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)在》，武漢：武漢理工大學出版社，2001. [10] 孫恭壽，湯錫金.《磨床精華與

16、改造》，北京：機械工業(yè)出版社，1986. [11] 徐灝. 機械設計手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1991. [12] 馮辛安.機械制造裝備設計.北京：機械工業(yè)出版社，1999. [13] 磨床設計制造.上海：上海人民出版社，1983. [14] 鄧星鐘等.機電傳動控制，武漢：華中理工大學出版社，1998. [15] 實用機床附件手冊，河南：河南科學技術(shù)出版社，2001,2.  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 需要解決的問題： 合適選擇主軸系統(tǒng)裝置，主軸系統(tǒng)

17、一般由主軸、主軸電機、主軸箱及主軸軸承等零件組成。 ① 主軸 主軸是磨床加工零件的動力輸出部分，主軸的旋轉(zhuǎn)精度與定位準確性，是影響磨床磨削精度的主要因素。設計主軸是重要的問題是選取合適的參數(shù)，計算出必要的剛度，這樣才能保證主軸的穩(wěn)定性和精度。 ② 主軸電機 一般是指單獨的驅(qū)動電機，通過直聯(lián)、齒輪傳動、皮帶傳動等形式，驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。 ③ 主軸箱 主軸相作用就是把電動機的轉(zhuǎn)動傳遞到主軸上，通過不同傳動比的搭配 達到降低主軸轉(zhuǎn)速和提高主軸扭矩的目的，同時可以起到一些支撐的作用。 ④ 主軸軸承 主軸軸承是由實心內(nèi)圈、外圈、球、以及帶有實心窗口保持架的保持架組件構(gòu)成的單列角接觸球軸承。它

18、們不可拆除。這些軸承可以是開口的，也有密封的。軸軸承的公差有限。它們特別適于需要非常高導向精確性和速度能力的軸承布置。它們特別適合于機器工具中軸的軸承布置。 2 將采用的設計步驟： 對于這次的設計，首先我想有必要弄清楚這臺機床的主要用途和一些特性，在對這個機床具備了一定認識的基礎(chǔ)上進行改造設計，這樣會取得更好的效果。然后要弄明白這臺機床的主要規(guī)格和一些參數(shù)，這樣對于各個零部件的選擇有非常大的作用。然后對機械傳動系統(tǒng)進行設計，包括了機械傳動的原理圖、機械傳動、主軸系統(tǒng)的設計與計算、軸承的選擇與計算、傳動軸承載能力核算、蝸桿齒輪和絲杠螺母的選擇。再進行液壓系統(tǒng)的設計，包括了液壓原理圖、液

19、壓傳動、液壓管路圖、液壓元件的選擇。隨后是電氣系統(tǒng)的設計，包括了電氣原理圖、電氣原理說明、電氣設備的選擇、電氣互連圖、電氣設備的安裝圖、配電板位置圖，然后是冷卻系統(tǒng)的設計。再是潤滑系統(tǒng)的設計。再進行機床的操作，包括了機床開動步驟，機床操作件的選擇等。最后，則是對機床的維護與檢修的設計。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 該生在文獻綜述中，對磨床的主軸系統(tǒng)進行了較為詳細的介紹，對主軸的調(diào)速方法和剛度計算有一定的介紹，并對其磨床的發(fā)展現(xiàn)狀

20、進行了較為詳盡的綜述，緊扣研究課題。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測： 該課題要求學生從理論方面設計出磨床的主軸系統(tǒng)、供油系統(tǒng)及其附屬元件，其中涉及到液壓傳動，及齒輪傳動計算與主軸的設計，以及電氣知識地應用。其課題深度適中，工作量符合本科畢業(yè)設計地要求。 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日