外圓磨床設計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

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購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第 1 章 緒論 床 的 類型與用途 磨床 的 類型及其特點 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 ， 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、曲軸磨床等 [2]。 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。 磨床與其他機床相比， 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、磨床通常是電動機 過機械，電氣，液壓傳動 組成 [1]。 磨床 的 用途 磨床可以加工各種表面，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。 隨著科學技術的發(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工藝的發(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% 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 據(jù) 1997 年歐洲機床展覽會 (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%[3]。 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，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現(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： 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應小于 1向圓跳動應限制在 2— 3內(nèi)。 由于砂輪的修整導程要求 10— 15mm/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。 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。 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。 外圓磨削和端面外圓磨床 在外圓磨削過程中，工件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。基本得外圓磨削方法有兩種 ， 即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓 ， 如圖 1－ 1 和圖 1－ 2 所示。 事實上，外圓磨削可以通過其他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 我們所看到的，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。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 1－ 1 橫磨法磨外圓 圖 1－ 2 縱磨法磨外圓 （ 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。 端面外圓磨床是外圓磨床的一種變形機床，它宜 于大批量磨削帶肩的軸類工件，有較高的生產(chǎn)率。 它的特點如下 （ 1） 這種磨床的布局形成和運動聯(lián)系與外圓磨床相似，只是砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常 10°， 15°， 30°， 45°），如圖 1－ 3 所示，數(shù)控端面外圓磨床 砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜 30°。 為避免砂輪架與工件或尾架相碰，砂輪安裝在砂輪架的右邊，從斜向切入，一次磨削工件外圓和端面。 （ 2） 由于它適用于大批量生產(chǎn)，所以具有自動磨削循環(huán)，完成快速進給（長切入） 無花磨削。由定程裝置或自動測量控制 工件尺寸。 （ 3） 裝有砂輪成型修整器，按樣板修整出磨削工件外圓和端面的成型砂輪，為保證端面尺寸穩(wěn)定及操作安全，一般具有軸向?qū)Φ堆b置。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 1－ 3 砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度 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 [4]，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 4μm、磨削精度高達 m；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達 400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實驗室，實際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為 40－ 60m/s；從精度上看，定位精度＜ 2μ m，重復定位精度≤± 1μ m 的機床已越來越多；從主軸轉速來看， 軸達 60000r/13 42000r/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 60度材料的加工中心。 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作生產(chǎn)的 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 床專用數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)二軸（ X 和 Z）到四軸（ X、 Z、 ）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。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第 2 章 設計任務書 目 控高速端面外圓磨床 及其砂輪架 設計 本課題旨在讓學生綜合運用大學四年所學的知識，設計數(shù)控 端面外圓磨床 其砂輪架，樹立理論聯(lián)系實際的作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。該課題要求繪制磨床總體布局裝配圖、砂輪架部件裝配圖、磨床液壓系統(tǒng)圖和磨床零件圖，最后撰寫設計說明書。 此外，要求學生跟隨指導老師和研究生參與部分科學研究，進行磨削溫度的測試實驗并撰寫科研報告。 （ 1） 機床總體布局裝配圖（ 0#） ； （ 2） 部件裝配圖（砂輪 架 0#） ； （ 3） 零件圖 (3#)； （ 4） 液壓傳動圖（ 1#） ； （ 5） 電氣控制圖 （ 1#） ； （ 6）撰寫科研報告； （ 1）加工對象 A 帶軸 肩的多臺階軸（如齒輪軸） B 要求端面外圓一次完成的零件 C 帶較大端面的盤類零件 D 作一般外圓磨床 （ 2）主要規(guī)格 A 加工直徑φ 2020 最大加工長度為 750 最大加工重量 200 ㎏ D 砂輪線速度 60m/s E 機床中心高 1095 工件轉速范圍 30~300 3）主要運動 A 砂輪轉動 B 工件轉動 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 （ 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）磨床液壓系統(tǒng)的設計； （ 5）磨削溫度科研報告。 （ 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（如砂輪架、頭架和尾架等）尺寸； （ 2）檢驗主軸前端擾度，確保主軸剛度； （ 3）砂輪 架采用靜動壓軸承以提高旋轉精度，增強抗振性，延長軸承的使用壽命； （ 4）采用皮帶和花鍵副帶動主軸旋轉，減少主軸變形，使載荷分布均勻； （ 5）采用 制裝配圖和零件圖； （ 6）參看液壓工程方面的資料，設計 磨床液壓系統(tǒng)的設計； （ 7）參考磨削溫度測試研究論文，認真、虛心向指導老師和研究生學習，進行大量的磨削溫度的測試實驗。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第 3 章 磨床總體布局 床總體設計 面形狀，尺寸，材料，技術條件，批量，加工余量等） ； 比較國內(nèi)，外同類機床，經(jīng)驗總結， 進行改革創(chuàng)新 ； 圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標準件，外購件目錄，鑄件，鍛件目錄，說明書，裝箱單，合格證） ； 配，調(diào)試 ； 計改進 ； 總體設計注意事項 性，穩(wěn)定性好 ； 卻液供給，回收，廢渣的排除 。 床總體布局設計 加工零件 帶軸肩的多臺階軸，精度 下， 料 45#， 40墨鑄鐵等 ； 初步估計組成部分 c 頭架 ； d 尾架 ； e 砂輪架 ； f 修整器 ； g 測量裝置 ； h 砂輪進給電機 ； I 修整器進給電機 ； j 電器框 ； k 工作臺進給電機 ； l 工件旋轉電機 ； m 潤滑冷卻裝置 ； n 數(shù)控裝置 ； 總體布局初步設計 床身 ； 0°的型面 ； 0°角 ； 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 剛石滾輪） ， 采用 司軸向，徑向測量儀，配用該公司 控框 （如圖 3－ 1 所示） 來控制軸向尺寸，徑向尺寸，測量儀布置在橫梁上； 圖 3－ 1 控框 X 軸：砂輪架進給 Y 軸：修整器進給 Z 軸：工作臺移動 W 軸：工件旋轉 各軸采用交流伺服電機，通過精密無間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相連 ； 小熱變形，簡化機床結構，易實現(xiàn)標準化，通用化，便于維修） ； 縱向與橫向 尺寸的確定 ①工件最大長度 1 750l ②頭架長度 2 440l ③尾架長度 3 320l ④上臺面長度 4 1 2 3 1 0 0 ( 2 0 ~ 4 0 ) 1 6 4 0l l l l m m? ? ? ? ? ?； ⑤下臺面長度 ? ?5 4 4 1 5 % ~ 2 0 % 2 0 0 0l l l m m? ? ? ?； ⑥床身長度 6 5 1 4 0 0 3 1 5 0l l l m m? ? ? ?； 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 ⑦后床身長度 7 1600l 考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗給定） ； ⑧整個床身寬度 8 1650l 視覺效果） ； ⑨砂輪架中心與機床床身對稱線相距 0 2 3 120l l l m m? ? ?圖 3－ 2 磨床縱向尺寸 1） 畫出橫向尺寸床身的 V 型導軌作為橫向尺寸的基準，畫出床身的平面導軌作為高度尺寸的基準線，根據(jù)確定的工作臺參數(shù)，導軌參數(shù) 心畫出左視圖 2） 確定上，下工作臺厚度和寬度 （ 1） 厚度：用類比法 上工作臺 ? ?2 0 ~ 0 '心 （ 3－ 1） 下工作臺 ? ?1 0 0 心 （ 3－ 2） 'l 為工作臺導軌的中心距，工作臺導軌選用 80? 75? 250 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 取 1'h=250=75'h=250=95 2）寬度 45'B l B B? ? ?工 作 臺（ 3－ 3） ? ? ? ? ? ?1 / 2 1 2 ~ 3 0 1 / 2 7 5 2 0 5 8B B m m? ? ? ? ? ? ∵46 4 70B ? ? ? ? ?711 / 2 ' 1 2 ~ 3 0 1 / 2 7 5 2 0 6 0B B m m? ? ? ? ? ? ∵ 575 70B 5 0 7 0 7 0 3 9 0B m m? ? ? ?工 作 臺 3） 確定頭，尾架頂尖中心位置 頂尖中心安排在 V 型導軌的中心線上，這樣 有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導軌的承載壓力較大，故常適當加寬 V 型導軌的寬度。 4） 確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度 1 0 0 0 ~ 1 1 0 0H ?左右 [1] 根據(jù)工人身高，經(jīng)驗。類比取1 1095H ?2 1 1 2 / 7 3 9 . 6H H h h H C O S m m?? ? ? ? ? 5） 工作臺回轉中心位置 ? ? ?9 1 / 2 ' 1 / 2 * 2 5 0 1 2 5B l m m? ? ? 6） 確定機床總高 H 2H H h H H? ? ? ?頭 架 測 量 儀7 3 9 . 6 1 7 0 4 1 1 6 3 3 . 4 51954 ? ? ?? 所以 H 取 2000 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 砂輪架 相 關 尺寸設計 （ 1）砂輪架導軌（ V— 平導軌） 100? 90? 400[1] 考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取 L`中心 =500從而可定出砂輪架的寬度約為600導軌 為 卸荷導軌 。 圖 3－ 3 砂輪架的導 軌 （ 2）砂輪架橫向行程長度 ?0 . 1 ~ 0 . 2l s s s? ? ? ?橫 絲 桿 快 速 快 速 （ 3－ 4） 式中 為砂輪架快速進退的行程，一般取 60 ~ 150此處取 111 ? ? ? ?m a x / 2 / 2 / 2 / 2s D D D D? ? ? ?砂 砂 工 件 件 （ 3－ 5） ? ? ? ?7 5 0 / 2 3 2 0 / 2 5 5 0 / 2 2 0 / 2250 ? ? ??安全系數(shù)取 夠 2 5 0 1 1 1 0 . 1 1 1 1 3 7 2 . 1l ? ? ? ? ?橫 （ 373） （ 3） 砂輪架高度和長度 砂輪架箱體導軌的高度 輪底板滑臺高度 輪中心距砂輪底面高度 后床身頂面至平導軌的高度 避免上，下工作臺運動時與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺的購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 頂面，同時考慮橫向進給機構穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng) 驗 ①6 1 1 0 ~ 1 5 0h m m?取6 130h 砂輪架中心距后床身頂面 7 1 2 6 1 0 9 5 7 4 0 1 3 0 4 8 5h H H H m m? ? ? ? ? ? ?③ 砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動絲桿 取4 120h 后床身進給導軌內(nèi)裝絲桿 取3 190h 7 3 4h h h h? ? ?4 8 5 1 2 0 1 9 0? ? ? 175? 圖 3－ 4 砂輪架的高度和寬度 ⑤ 砂輪架底板長度9l： 9l ? ? 2 l? 中 心? ?1 2 * 5 0 07 5 0 ~ 1 0 0 0??∴ 取9l=900買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 ⑥ 砂輪架導軌長度 ? ?1 0 9 5 0 ~ 8 0l l l? ? ?橫9 0 0 3 7 3 8 01353 ? ?? ∴取 10 1305l 4）砂輪架主軸電機的選擇 ①用 類比法 ，砂輪架主軸電機的功率 取 15 ② 計算法 N N N??切電 空（ 3－ 6） ? ?? ?* 2 3 . 82 . 3 5 ~ 8 . 8 2 3 . 8? ???砂 取15電 頭架相關尺寸的 確定 ①長，寬，高： 440? 400? 411] ②主軸錐孔：莫氏 5#錐孔 ③中心高：m a x /2H D K??（ 3－ 7） ? ?3 2 0 / 2 2 0 ~ 3 5?? 1 8 0 ~ 1 9 5 通過 以上計算頭架中心高 取 180④主軸轉速 ? ?1 / 8 0 ~ 1 / 1 6 0 * 6 0 4 5 ~ 2 2 . 5 / m s?? 砂（ 3－ 8） 取 40 /IV m s? 1 6 / m i n 3 0 0m i n 2 2 / m i n 3 0⑤交流伺服電機選擇 用類比法，交流伺服電機選擇 1 18機 砂輪磨削工件需要的功率 ? ? m a x 1 5 0 * 3 2 0 2 4 . /ZF r N m s? ? ?工 件最 大 磨 削 力 （ 3－ 9） 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 交流伺服電機通過 20/38 的雙楔齒輪帶傳遞給工件 ， 即 41 8 3 8 / 2 0 3 4 . 2 . /N N m s l? ? ? ?實∴合格 ⑥主軸不旋轉，主軸靠撥盤帶動旋轉 尾架相關尺寸的確定 ① 5#莫氏錐孔 ②中心高 180面傾斜 10° ③直線滾動導軌 ④液壓油缸，頂緊力 12 ~工作臺 要求上，下臺面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠螺母 。 傾斜 10°以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時修刮側面 橫向進 給機構 交流伺服電機 壓力卸荷導軌 壓力油 卸去 60% ~ 75% 壓力 V— 平導軌 100 * 90 * 500 砂輪架行程 373l 砂輪修整器 伺服電機 直線滾動導軌 主軸直徑 D=50用液體動壓軸承 (16r/修整速 度 =? ?1 / 3 ~ 1 / 5 0 ~ 120?? 故 1 2 ~ 1 9 /V m s?線修整器行程為 160買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 液壓系統(tǒng) ①修整器 ；②尾架； ③量儀（兩個） ；④潤滑油； ⑤ 床身導軌； ⑥ 砂輪架卸荷導軌； ⑦ 絲桿； ⑧ 直線滾動導軌； ⑨ 間歇 電 氣 部分 810G 控制五坐標軸 砂輪架主軸 機床保護系統(tǒng) ① 靜壓供油系統(tǒng) 壓力繼電器 壓差發(fā)訊器 液壓控制器 電路延時 ②尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設置自動循環(huán)電路，可手動，也可用于腳踏。當工件旋轉時，由于互鎖裝置，使起無效。 ③油箱液壓控制 ④數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標軸）自診斷與保護功能 如：電池電壓低 程序錯誤 ⑤各坐標軸由行程開關控制最大位移量 ⑥安全防護罩（砂輪罩，機床前罩）全封閉式 ⑦導軌面保護 Ⅰ 工作臺導軌：不銹鋼可伸縮防護罩 Ⅱ 砂輪架導軌：㈠前部：翻板式護罩 +橡皮（防水） ； ㈡后罩：鋼罩 。 Ⅲ 修整器導軌：折疊式 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第 4 章 部件設計（砂輪架） 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，主要由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軸承部分的。 砂輪架設計應滿足以下幾點基本要求 [1]： 轉穩(wěn)定； 熱低，不漏油； 整 維修方便。 軸旋轉精度及其提高措施 直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動允許誤差取 5μm~~10μm。 （ 1） 選擇合適的主軸軸承：動靜壓軸承； （ 2） 提高主軸的加工精度； （ 3） 正確選擇主軸軸向止推方式 ：液體靜壓推力軸承。 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。 輪架主軸初步設計 1. 砂輪架主軸的強度校核 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)剡x取其許用應力。對砂輪架主軸來說，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，砂輪架主軸主要承受扭矩，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 42進行淬火，故選取許用應力為40 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 軸的扭轉強度條件為 ? ?639 . 5 5 1 00 . 2 ?? ? ? （ 4－ 1） T?—— 扭轉切應力（單位為 T —— 軸所受扭矩（單位為 軸的扭轉截面系數(shù)（單位為 3 p —— 軸傳遞的功率 （單位 為 n —— 軸的轉速 （ 單位為 r/ d —— 計算界面處的直徑（單位為 []T? —— 許用扭轉應力（單位為 r/ 由上式可得軸的直徑為 633 9 . 5 5 1 00 . 2 [ ]? （ 4－ 2） 63 39 . 5 5 1 0 1 50 . 2 4 0 6 0 0?? ?上述計算可以得知砂輪架最小直徑為 慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為60輪架主軸的尺寸如圖 4－ 1 所示。 圖 4－ 1 砂輪架主軸尺寸示意圖 軸剛度校核 因為是階梯軸，所以用當量直徑法作近似計算當量直徑為： 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 441v ?（ 4－ 3） L=140+640+20+32+10=9324 4 4 49321 4 0 6 4 0 2 0 1 0 06 0 1 2 0 1 4 0 1 0 8???= 允許撓度 [y]=o，于是回路中總的熱電勢包含兩個拍爾帖電勢和兩個湯姆遜電勢。 中間導體定律：由導體 A 和 B 組成的熱電偶，當接入第三導體 C 后（如圖 2－ 1（ b）所示），若保持C 的兩端溫度相同 (回路的總電勢不變。 2．熱電偶均質(zhì)導體定律 [7] 由一種均勻?qū)w組成的閉合回路，不論導體的截面和長度如何，以及各處的溫都不能產(chǎn)生熱電勢。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 (a) (b) 圖 2－ 1 熱電偶均質(zhì)導體定律 2．均質(zhì)導體定律引出的結論 如果熱電偶兩電極材料相同，則兩端溫度不同，但總輸出電勢仍為零。因此，必須由兩種不同的材料才能構成熱電偶。 第 3 章 實驗內(nèi)容和具體步驟 測量工件的平均溫度可以，利用埋裝在工件內(nèi)部的若干標準熱電偶 測得，也可以用溫涂料測試工件內(nèi)部的溫度。最近出現(xiàn)了用紅外光導纖維測量磨削溫度方面的研究，并且已經(jīng)取得了一定的成果和突破，但是熱電偶測溫法仍然是能夠進入磨削區(qū)直接測量的唯一有效的方法 [8]。 電偶的標定 在實際應用中，如果保持自由端溫度 T。不變，就可以根據(jù)熱電勢 E 來確定熱端溫度 T 配大小，這就是熱電偶測溫的工作原理 [9]。 熱電偶 標定指的是確定熱電偶的熱電特性。 熱電偶種類很多，常用的不下幾十種，不同材料組成的熱電偶其測溫范圍、適用條件、靈敏度等也不同，實際應用中應有所選擇。 已被國際上公認的性能優(yōu)良的和用量最大的熱電偶有：鉑銠 分度號）、鉑銠 分度號）、鎳鉻 分度號）、銅 分度號）和鎳鉻 分度號）。根據(jù)本研究的測試要求，本測試中采用的測溫元件是的鎳鉻 鎳鉻 屬絲直徑范圍較大，工業(yè)應用一般為 驗研究使用時，根據(jù)需要可以拉延至更細的直徑。這種熱電偶的特點是價格低廉、靈敏度高、復現(xiàn)性好、高溫下抗氧化能力強，是工業(yè)中和實驗室里大量采用的一種熱電偶。但在還原性介質(zhì)或硫化物氣氛中易被侵蝕。 鎳鉻 所示。 表 3－ 1 鎳鉻 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 試驗目的 溫度標定指的是確定熱電偶的熱電特性，也就是確定熱電偶結的溫度 項試驗是我們即將開展的陶瓷材料的高效深磨溫度測試的一個組成部分。我們準備對高效深磨試驗中用到的鎳鉻 得到這種材料的第一手資料，為以后的試驗奠定一個堅實的基礎。 實驗方法及裝置 1、溫度標定方法簡圖 溫度標定的方法的簡圖如下：管式電爐的爐溫可調(diào)。爐溫可調(diào)，與在該爐溫下測得的標定熱電偶的熱電勢相對應 就可以畫出待標定熱電偶的熱電特性曲線。 熱電偶標定裝置如下圖所示： 圖 3－ 1 熱電偶標定裝置 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 2、所用到的實驗裝置 ①臥式管形電爐 型號： 功率： 2 密溫度自動控制裝置 最大輸出功率： 10制精度： 1250℃± ③ 電位差計 測量范圍： ~103 毫伏，準確度級別 使用溫度范圍： 5~45℃ ④標準熱電偶：鉑鐒 分度號： 測溫范圍 新分度號為 S 等級：二級 ⑤被測熱電偶：鎳鉻 徑 分 度號： 測溫范圍 ~1300℃ 新分度號為 K 試驗步驟 ①將試驗設備各電路連線按設備說明書的要求聯(lián)結； ②將標準熱電偶和被測熱電偶扎好一起放入臥式管形電爐中； ③接通電源； ④將 密溫度自動控制裝置調(diào)到一定數(shù)值； ⑤測出檢定爐溫下被測熱電偶的熱電勢值，記錄數(shù)據(jù)； ⑥ 按照標定方案中的數(shù)據(jù)重復④和⑤； ⑦ 切斷各設備電源，拆卸聯(lián)結線。 實驗數(shù)據(jù)及總結 標定實驗的數(shù)據(jù)如下表所示： 表 3－ 1 標定實驗的數(shù)據(jù) 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 上面表格中“ — ”前的數(shù)據(jù)為測得的兩種熱電偶的電勢值，“ — ”后的數(shù)據(jù)為根據(jù)標準的數(shù)據(jù)分度表格插值得到的相應的溫度值。利用 出相應的電勢 — 溫度曲線如下所示。 在上述 4 個圖像中，其中圖 3－ 2 為鉑鐒 溫度曲線；圖 3－ 3 為鎳鉻 溫度曲線；圖 3－ 4 和圖 3－ 5 為將鉑鐒 鎳硅的兩曲線匯在一幅圖上，其中圖 3－ 4 采用圖 1 的橫坐標，圖 3－ 5 采用圖 2 的橫坐標。 從兩條曲線的比較中可以看出，這兩種熱電偶存在一定誤差，基本上是在系統(tǒng)誤差的基礎上又有一定的隨機誤差。 圖 3－ 2 鉑鐒 勢 — 溫度曲線 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 3－ 3 鎳鉻 溫度曲線 圖 3－ 4 鉑鐒 鎳硅兩曲線比較圖（ 1） 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 圖 3－ 5 鉑鐒 鎳硅兩曲線比較圖（ 2） 熱電勢系數(shù) 制作的熱電偶進行標定后，即用實驗方法測出熱電勢系數(shù)后， 0()E T T? ??在實際應用熱電偶時，只需測得某時刻的熱電勢 E，便可得知此刻測點處的溫度 0/T E T???件的制作 試件的結構如下圖所示。 圖 3－ 6 試件的結構示意圖 為了 將熱電偶埋入工件，需要將工件分割成兩部分，且在其中一部分上開工藝槽，留出熱電偶絲的空隙。由于試件的材料為 42金屬導體，為了保持熱電偶的兩極，即鎳鉻絲和鎳硅絲絕緣（否則不能產(chǎn)生電勢差，沒有信號），試件需要用三片云母片分別夾在工件與鎳鉻絲、鎳鉻絲與鎳硅絲和鎳硅絲與工件之間，如圖所示。 其中云母片厚度不大于 鋁 度初定 3m（其中 1m 用于標定） ，端部展平即為箔片，厚度不大于 結劑采用環(huán)氧樹脂。 輪磨削區(qū)溫度的測量 砂輪磨削溫度指的是砂輪 磨削時砂輪與工件接觸弧面上的溫度 ,從工件一方看，就相當于工件磨削面上的溫度，它在本質(zhì)上應該是離散分布在接觸弧面上的磨粒磨削點溫度在試件材料本身的傳導均熱作用下所反映出來的一種集合平均溫度 紋等磨削缺陷密切相關。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 目前測量砂輪磨削區(qū)域溫度用得最為普遍的試所謂的 分塊試件夾絲的半人工熱電偶測量方案，本次試驗也采用此發(fā)案。 砂輪磨削區(qū)溫度測量的裝置如圖 3－ 7 所示。 圖 3－ 7 砂輪磨削區(qū)溫度測量的裝置 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 參考文獻 [1] 蘭雄侯，王繼先，高航磨削溫度理論研究的現(xiàn)狀與進展 [A]，沈陽：東北大 學機械工程及自動化學院 . [2] 徐鴻鈞，磨削溫度的測量技術磨料磨具與磨削， 1986. [3] 王霖、秦勇等，磨削溫度場的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，濟南：山東大學， 2001. [4] 徐鴻鈞，高航，磨削溫度的測量技術，徐鴻鈞，高航，沈陽：東北大學機械工程及自動化學院 . [5] 田志勛，徐明信，崔云惠，隋金福 屬熱處理， 1994 年第 6 期 . [6] 錢立宗，熱電偶及應用 [J]，安慶師院學報 (自然科學版 )， 1995 年 8 月 . [7] 袁希光，傳感器技術手冊 1986 年 12 月 . [8] 王西彬，任敬心，磨削溫度及熱電偶測量的動態(tài)分析 [J]，中國機械工程， 1997 年第 8 卷第 6 期 . [9] 崔亦飛，曹云乾，簡易熱電偶制作原理與標定 [J]，儀器儀表學報， 1994 年 5 月第 15 卷第 2 期 . [10 ] 黃澤銑等，熱電偶原理及其檢定 . [11 ] 陳守仁主編，工程檢測技術（下冊），北京：中央電視大學出版社， 1984. [12 ] 任敬心，華定安，磨削原理，西安：西北工業(yè)大學， 2000. [13] 王西彬，師漢民，任敬心，結構陶瓷的磨削溫度，西安：西北工業(yè)大學， 2002. 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 附錄 B 英文翻譯 在高 速磨削中冷卻液速度的分析與實驗研究 制造技術 究所，新加坡， 638075） 摘 要 在高速磨削中，必須使用以水為主的冷卻液，以避免熱燒傷，形成更好的工件表面質(zhì)量，提高磨削效率。但是，由于在冷卻液中加入了有毒害作用的化學物質(zhì)，從而引起了環(huán)境問題。政府規(guī)定，使用和處理冷卻液必須嚴格遵守相關法律規(guī)定，但這些費用占到了全部加工成本的 7－ 17％ 。本文闡述了冷卻液流量的最小化以及延長冷卻液的再循環(huán)時間等問題，通過計量冷卻液（ 嘴來實現(xiàn)對冷卻 液流量的控制，提供磨削區(qū)域所需要的冷卻液。研究表明，冷卻液速度對高速磨削性能有重大影響。當△達不到一定的速度，冷卻液將無法進入磨削區(qū)域。增大△可以減小噴嘴的開放區(qū)域，減少冷卻液的使用量。通過減少冷卻液的再循環(huán)時間和提高△，對減少環(huán)境污染和降低加工成本都有重大意義。 關鍵詞 ：高速磨削，冷卻液速度，冷卻液流量 1、引言 高速磨削需要消耗五到六倍于普通磨削所需的能量，因此，使用大量的冷卻液，以避免熱燒傷，獲得更好的表面質(zhì)量和更長的刀具壽命已經(jīng)非常普遍 [1]。但是，在冷卻液中加入地有害化學物質(zhì)，給操作人員的身體健康 帶來了危害。有數(shù)據(jù)表明，在一個工件的加工成本中，冷卻液潤滑的費用占到了 7－ 17％ 。處理使用過的冷卻液需要焚燒，全球變暖就有一小部分源于此。因此需要制訂一個方案，以便于進一步研究冷卻液流動裝置。從這點來說，綠色加工已經(jīng)有重大意義。綠色加工有以下兩種： 1、干切削； 2、通過優(yōu)化和噴嘴設計，高效利用冷卻液并延長其使用時間。本文闡述冷卻液流量的最小化以及相關的磨削特性。 2、分析 砂輪與工件之間的相互作用產(chǎn)生熱，這是由摩擦和表面的塑性變化導致的，熱量分別傳給了工件、磨屑、冷卻液和砂輪等 (如圖 1 所示 )。以前的模型測量實 際的磨削上升溫度和冷卻效果，強調(diào)冷卻液后的物理特性。由此可以得知，冷卻液的作用是帶走高速磨削后產(chǎn)生的熱。 砂輪是由很薄的磨料層（由不規(guī)則形狀的磨料粘結而成）一層層組成，砂輪高速旋轉與緩慢轉動的工購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 件表面接觸。下列的一些假設用來建立冷卻液速度和它的散熱特性之間的關系： § 液體流動速度為液體的平均速度； § 砂輪已進行充分擠壓，各粗砂粒之間的間隙相同； § 所有的流動都發(fā)生在砂輪寬度以內(nèi)，砂輪兩邊沒有； § 對流是熱傳遞的主要形式 § 這個問題被認為是強迫對流。 在這種情 況下，熱傳遞的效率取決于經(jīng)驗和對流類型。對流類型可以通過方程（ 1）計算雷諾系數(shù)來估計。 Re ?（ 1） 其中 ? 是冷卻液密度（ c s），c ? 是粘性系數(shù)。 在方程（ 1）中計算得到的雷諾系數(shù)表明了冷卻液的流動類型。雷諾系數(shù)介于 73719 之間，當雷諾系數(shù)小于 55 10? 時，冷卻液為紊流，熱傳遞效率可由強迫對流的經(jīng)驗公式計算得出： 1 / 2 1 / 30 . 6 6 4 R e P ? （ 2） 其中 努塞爾系數(shù)， 雷諾系數(shù)， 普朗特系數(shù)，還可以進一步定義為： k? ； Re ? ； Pr （ 3） 其中 k 為冷卻液的熱傳導率（ 0?? W/ 比定壓熱容。結合方程 （ 1）和（ 2），可得到對流效率為： 0 9 4） h 為對流效率（ 2/kw m K ）， 冷卻液速度（ / 公式（ 4）表明，在任何磨削條件下，冷卻液速度直接影響到冷卻液的散熱特性。因此設計了一套裝備，它可以使冷卻液速度發(fā)生變化。這個設計包括一個測流計噴嘴，冷卻液從此噴嘴進入磨削區(qū)域，流動特性取決 于冷卻液速度，例如圖 2 所示的冷卻液噴嘴。伯努力方程用來計算冷卻液的速度。 221 1 2 2v p v p??? ? ?（ 5） 其中2噴嘴入口處的壓力， 噴嘴出口處的壓購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 力。 雷諾系數(shù)可以確定冷卻液的流動是否為穩(wěn)態(tài)流動。方程（ 5）利用連續(xù)方程（1 1 2 2v a v a?）可以改寫為 ： 1 / 2122 2212 ( )[](1 ( / ) )?? ? （ 6） 這個方程表明，出口和入口處的壓力比對調(diào)整冷卻液的速度有非常重要的意義。 3、 冷卻液供給方法 普通的冷卻液裝置在磨削區(qū)域供給大量的冷卻液，而計量噴嘴與其不同。如圖 3 所示，這個系統(tǒng)由一個流量計、一個壓力計和一個可以調(diào)節(jié)的噴嘴，構成的這個系統(tǒng)中有三 個不同的噴嘴， 噴嘴的特性（如流量、壓力和速度）如表 1 所示。圖 4 為噴嘴裝置的圖片，包括流量計、壓力計和砂輪架等。 4、實驗條件 每一個噴嘴都在事先確定的實驗條件下，在 進行一系列的磨削測試，冷卻液的速度和壓力都要調(diào)節(jié)到磨削測試實驗要求達到的數(shù)據(jù)。在這個過程中，法向力26得，以便計 算法向力和切向力之比、變化的能量 Q 和磨削能量 E。在磨削過程中，能量 Q 可以用方程（ 7）來表示： Q）＝[1 / ] v V?? [1 / ] v V??（ 7） 其中位為 N）， V 是砂輪的線速度（單位為 m/s）， v 是工作臺移動的速度（單位為 m/s）， 位為 D 為砂輪直徑（單位為 Δ是磨削深度（單位為 方程（ 7）表明，增加砂輪線速度和切向力可以增大能量 Q，但增加接觸面積，則會減小能量 Q。 切削能量就是切削能減去滑行所需的能量剩下的能量?？梢杂梅匠蹋?8）表示 : 2 8） 其中 V 是砂輪線速度， v 是工作臺移動的速度， Δ 是切削深度， f 是砂輪在切削方向的磨削力。以標準的樣品為參照，用電子掃描顯微鏡（放大倍數(shù)為 1000 和 500）來測量工件，以分析磨削后的工件表面質(zhì)量。用光學干涉測 面儀拍出來表面的 3D 顯微圖像，來分析冷卻液速度對工件表面質(zhì)量的影響。表 2 列出了實購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 驗的磨削條件。 5、結論與探討 之比 砂輪工作表面之間的摩擦和工件磨削區(qū)域內(nèi)的原子層之間的摩擦生成熱，這種趨勢可以從切向力和法向力之比中看出來。圖 5 顯示了切向力和法向力之比的趨勢。這是在 ，以不同的橫截面積的噴嘴和砂輪線速度測得的。 當砂輪線速度為 42m/s 時，被測試的噴嘴橫截面積為 之比分別從 卻液速度分別從 s 增加到 7m/s、從 4m/s 增加到 11 m/s 和從10.5 m/s 增加到 16 m/s，在相同的磨削條件下（冷卻液速度相同，但砂輪線速度為 104 m/s 時），力之比分別從 小到 小到 從 小到 些結果表明，冷卻液的速度越高，冷卻液穿入磨削區(qū)域的深度越深，從而增強潤滑作用，減小砂輪和工件之間的摩擦。在研磨工件的時候，摩擦使工件首先發(fā)生彈性變形，然后才是塑性變形和材料滑移。據(jù)預測，碎屑的成形過程取決于砂輪和 工件的相互作用，如塑性變形或材料滑移等。因此為了更加詳細了解冷卻液速度的作用，還需要做更多的實驗。 化的能量 圖 6 所示為在確定的實驗條件下（見表 2），能量與冷卻液之間的關系。能量可以利用方程（ 7）計算得到。很明顯，當冷卻液速度分別從 加到 8m/s、從 4 增加到 s 和從 加到 s 時，能量流的數(shù)值分別從 28 減小到 22W/ 2 從 38 減小到 28W/ 2從 32 減小到 22 W/ 2這種減小的趨勢描敘了在不同的冷卻液速度下，能量的變化情況。 同樣還可以分析出，對流效率 h 的作用，在圖 6 中還繪制了對流效率 h 從 22 增加到 462的圖像。增加冷卻液速度可以增加更多未使用的冷卻液。從而帶走更多的熱量，避免減少能量流的趨勢。 削能量 圖 7 所示為 不同的冷卻液速度下所消耗的磨削能量。在低速時，能量消耗非常小，但是，當分別使用橫截面積為 ，隨著冷卻液速度的增量趨近于一個最小值，大約分別為 10、 15 和 13J/ 2當冷卻液速度很低時，磨削能量反而很大，這種現(xiàn)象于碎屑成形模型不同。這表明，只有一部分磨削能量和碎屑成形有關，因此必須用另一機械裝置來計算剩余的能量。另一種與磨削過購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 程有關的機械裝