外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【3張CAD圖紙+畢業(yè)論文+任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告】

外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文.doc

外圓磨床砂輪架部件圖.dwg

外圓磨總裝圖.dwg

外文翻譯--數(shù)控系統(tǒng)在平面磨床上應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì).doc

導(dǎo)輪架裝配圖.dwg

目錄

第1章  緒論 2

1.1 磨床的類型與用途 2

1.1.1  磨床的類型及其特點(diǎn) 2

1.1.2  磨床的用途 3

1.1.3  外圓磨削和端面外圓磨床 4

1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 5

第2章：課題意義及任務(wù) 7

第3章  磨床總體布局 8

3.1 磨床總體設(shè)計(jì) 8

3.2、總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 8

3.3 磨床總體布局設(shè)計(jì) 8

3.3.1  加工零件 8

3.3.2  初步估計(jì)組成部分 8

3.3.3  總體布局初步設(shè)計(jì) 8

3.3.4  縱向與橫向尺寸的確定 9

3.3.5  導(dǎo)輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) 11

3.3.6  頭架相關(guān)尺寸的確定 14

3.3.7  尾架相關(guān)尺寸的確定 15

3.3.8  工作臺(tái) 15

3.3.9  橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 15

3.3.10  砂輪修整器 15

第4章  部件設(shè)計(jì)（導(dǎo)輪架） 16

4.1 導(dǎo)輪架設(shè)計(jì)的基本要求 16

4.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施 16

4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性 16

4.4 導(dǎo)輪架主軸初步設(shè)計(jì) 16

4.5 主軸剛度校核 18

4.6 動(dòng)靜壓軸承 19

4.7 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 20

結(jié)論 29

致謝 30

參考文獻(xiàn) 31

第1章  緒論

1.1 磨床的類型與用途

1.1.1  磨床的類型及其特點(diǎn)

用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)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(lái)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(lái)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(duì)外圓磨床來(lái)說(shuō)，又可分為普通外圓磨床、萬(wàn)能外圓磨床、無(wú)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(jī)床相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1、磨床的磨具（砂輪）相對(duì)于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和自動(dòng)線，進(jìn)行高效率生產(chǎn)；

5、磨床通常是電動(dòng)機(jī)---油泵---發(fā)動(dòng)部件，通過(guò)機(jī)械，電氣，液壓傳動(dòng)---傳動(dòng)部件帶動(dòng)工件和砂輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)---工件部分組成[1]。

1.1.2  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(kāi)線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進(jìn)行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進(jìn)行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進(jìn)行切斷等，工藝范圍十分廣泛。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來(lái)越高，各種高硬度材料的應(yīng)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(qiáng)力磨削，進(jìn)一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴(kuò)大。它在金屬切削機(jī)床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，磨床在機(jī)床總數(shù)中的比例已達(dá)30%----40%。

據(jù)1997年歐洲機(jī)床展覽會(huì)(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車削只占23%， 鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá)42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%[3]。由此可見(jiàn)，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過(guò)精密磨削來(lái)達(dá)到其要求的，而精密磨削加工會(huì)要在相應(yīng)的精密磨床上進(jìn)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(shí)現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應(yīng)該滿足以下幾個(gè)基本要求： 

1.高幾何精度。 精密磨床應(yīng)有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)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(zhǎng)三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動(dòng)壓軸承及動(dòng)靜壓組合軸承等。當(dāng)前采用動(dòng)壓軸承和動(dòng)靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動(dòng)一般應(yīng)小于1um，軸向圓跳動(dòng)應(yīng)限制在2—3um以內(nèi)。

2.低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導(dǎo)程要求10—15mm/min，因此工作臺(tái)必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無(wú)爬行和無(wú)沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。

3.減少振動(dòng)。 精密磨削時(shí)如果產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對(duì)于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮減少振動(dòng)。

4.減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會(huì)達(dá)到總誤差的50％，故機(jī)床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)精密磨削的主要障礙

1.1.3  外圓磨削和端面外圓磨床

1.外圓磨削

在外圓磨削過(guò)程中，工件是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)的主要來(lái)源和原因?；镜猛鈭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。

事實(shí)上，外圓磨削可以通過(guò)其他以下幾種方法來(lái)實(shí)施：

（1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉(zhuǎn)以及徑向進(jìn)給都應(yīng)滿足所有的整個(gè)長(zhǎng)度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進(jìn)給來(lái)調(diào)整的。

（2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過(guò)砂輪的縱向進(jìn)給和無(wú)軸向進(jìn)給來(lái)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(shí)，這種方法才能完成。

為了克服現(xiàn)有無(wú)心磨床的導(dǎo)輪傳動(dòng)裝置的技術(shù)不足,本實(shí)用新型提供一 種無(wú)心磨床的導(dǎo)輪傳動(dòng)裝置，該導(dǎo)輪傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，使磨 床的加工精度進(jìn)一步提高，傳動(dòng)裝置勿需經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整，并且可降低對(duì)伺服 電機(jī)功率的要求。問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)有異輪機(jī)頭座，導(dǎo) 輪機(jī)頭座的下端經(jīng)軸承安裝有導(dǎo)輪主軸，導(dǎo)輪主軸上固定有導(dǎo)輪，導(dǎo)輪主軸 的端部固定有蝸輪，導(dǎo)輪機(jī)頭座上固定有伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝 有蝸桿，蝸桿與蝸輪相嚙合。用于無(wú)心磨床，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，蝸 輪與蝸桿之間傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)振動(dòng)，可以保證旋轉(zhuǎn)體以很高的精密度旋轉(zhuǎn)，加 工高精密度產(chǎn)品，傳動(dòng)動(dòng)力大，可降低對(duì)伺服電機(jī)功率的要求，從而節(jié)約電能。 

結(jié)論

經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的努力，我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，對(duì)磨床的設(shè)計(jì)過(guò)程有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，特別對(duì)數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的設(shè)計(jì)過(guò)程有了深刻和清晰的了解。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次綜合應(yīng)用，它涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械裝備設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)、互換性和測(cè)量技術(shù)、單片機(jī)、電子信息技術(shù)等多門課程的內(nèi)容，使我對(duì)知識(shí)的綜合知識(shí)的運(yùn)用有了很大的提高。

本次設(shè)計(jì)的數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A可以同時(shí)加工帶軸肩類零件的外圓和端面，從而提高了磨削效率，減少加工時(shí)間，節(jié)省工件的生產(chǎn)成本。

在數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的設(shè)計(jì)過(guò)程中，郭老師讓我們四個(gè)人每人負(fù)責(zé)一部分，我負(fù)責(zé)的是數(shù)控高速端面外圓磨床MKS1632A的導(dǎo)輪架部分。起初我們四個(gè)人在一起討論磨床的總體布局圖，每個(gè)人提出自己的想法，然后由大家來(lái)討論，在這樣的討論和交流中，我們都學(xué)到了不少知識(shí)，知道自己方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，最后我們討論出來(lái)一套最優(yōu)方案。

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我負(fù)責(zé)的部件是導(dǎo)輪架，導(dǎo)輪架是磨床上用來(lái)帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是導(dǎo)輪架的主要組成部分。首先是根據(jù)導(dǎo)輪架主軸的要求進(jìn)行軸的設(shè)計(jì)，然后再選取軸承，設(shè)計(jì)皮帶和皮帶輪等等。在這個(gè)過(guò)程中，軸的撓度校核、皮帶和皮帶輪的設(shè)計(jì)等用到了大量的計(jì)算。

由于磨床是高精密加工機(jī)床，對(duì)各部件的設(shè)計(jì)要求都較高。為了提高旋轉(zhuǎn)精度，我主要做了以下工作：

1.在選擇軸承的時(shí)候，我選用了動(dòng)靜壓軸承。，動(dòng)靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動(dòng)壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對(duì)置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。

動(dòng)靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中.目前，在改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的WMB型表面節(jié)流液體動(dòng)靜壓混合軸承。

2.在導(dǎo)輪架傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中，采用了多楔帶皮帶和多楔帶帶輪。多楔帶兼有V帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動(dòng)平穩(wěn)。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動(dòng)，工作面為楔側(cè)面。

3.為了減少外載荷對(duì)導(dǎo)輪架主軸的影響，提高導(dǎo)輪架主軸的承載能力，在帶輪的安裝方面，采用了卸荷皮帶輪的方案，即多楔帶皮帶輪不是直接安裝在導(dǎo)輪架主軸上，而是安裝在支架上，然后通過(guò)花鍵套來(lái)傳遞扭矩，帶動(dòng)導(dǎo)輪架主軸旋轉(zhuǎn)。這種方案的好處是導(dǎo)輪架承受的軸向力大大地減小了，導(dǎo)輪架主要承受扭矩，達(dá)到減小導(dǎo)輪架主軸變形、提高導(dǎo)輪架主軸的承載能力和提高旋轉(zhuǎn)精度等目的。

需要補(bǔ)充一點(diǎn)的是，在導(dǎo)輪架主軸的設(shè)計(jì)中，因?yàn)檩S的中間部分只有一部分需要進(jìn)行精加工，以便安裝動(dòng)靜壓軸承，其余部分則沒(méi)有什么特殊的加工要求。考慮到加工成本的問(wèn)題，我采取將導(dǎo)輪架主軸中間一部分半徑減小的方法，從而減少了精加工的長(zhǎng)度，減小了工件的加工成本，但這樣做會(huì)減小導(dǎo)輪架主軸的剛度。

這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了綜合，對(duì)我運(yùn)用知識(shí)的能力有了很大提高，特別是培養(yǎng)了我理論結(jié)合實(shí)際的作風(fēng)，改變了我以前設(shè)計(jì)不切合實(shí)際的想法，很多設(shè)計(jì)力求標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

致謝

經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了。在老師的指導(dǎo)下，我順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部任務(wù)。老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高度的責(zé)任心給我留下了很深刻的印象，同時(shí)也給我的學(xué)習(xí)、工作、生活以很大的影響，使我受益匪淺。值此論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x，并感謝同組同學(xué)對(duì)我的合作和支持。

此外，具有豐富磨床設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的老師給我們?nèi)M同學(xué)悉心講解圖紙和解答疑問(wèn)，在次也表示衷心的感謝。最后，院里的領(lǐng)導(dǎo)和其他老師也給了我很大的關(guān)心，再一次對(duì)大家表示衷心的感謝！

參考文獻(xiàn)

[1] 上海機(jī)床廠.磨床設(shè)計(jì)制造(上冊(cè)和下冊(cè)).上海:上海人民出版社，1972.

[2] 曾志新，呂明.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)在[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.

[3] 姚 俊.CIMT2001平面磨床展品評(píng)述[J].精密制造與自動(dòng)化，2001

[4] 李伯民，趙波主編.現(xiàn)代磨削技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[5] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[6] 范云漲，陳兆年.金屬切削機(jī)床簡(jiǎn)明手冊(cè)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[7] 馮辛安，黃玉美.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社;2002.

[8] 王昆，何小柏.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]. 北京:高等教育出版社，2001.

[9] 溫松明主編.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2000.

[10] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（中）[M].北京，化學(xué)工業(yè)出版社；1983.

[11] 戴曙..金屬切削機(jī)床[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[12] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[13] 劉潭玉，黃素華，熊逸珍.畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖[M].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，1998.

[14] 孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2001.

[15] 史美堂主編.金屬材料及熱處理[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 院 機(jī)械工程 學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（現(xiàn)代裝備與控制工程） 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 指 導(dǎo) 教 師 題 目 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 綜述 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 心磨削的基本概念 心磨削的基本原理 無(wú)心磨削是一種高生產(chǎn)率的精密加工方法，它是在無(wú)心磨床或帶有無(wú)心夾具（例如電磁無(wú)心夾具）的內(nèi)、外園磨床上進(jìn)行的。在外圓無(wú)心磨床上磨削工件外圓表面，叫做無(wú)心外圓磨削（或外圓無(wú)心磨削）；在帶有無(wú)心夾具的內(nèi)、外圓磨床上磨削工 件內(nèi)、外表面，稱為支承式無(wú)心磨削（或履式無(wú)心磨削）。無(wú)心外圓磨削和支承式無(wú)心磨削統(tǒng)稱為無(wú)心磨削。圖 1無(wú)心磨床的一種形式。其主要部件有砂輪部件 2、導(dǎo)輪 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 部件 5、進(jìn)給機(jī)構(gòu) 6、托板 3、砂輪修整器 1、導(dǎo)輪修整器 4 和床身 7等。在磨削時(shí)，這三大部件和工件具有一定的相對(duì)幾何位置，如圖1示。在圖 1， W 表示工件， G 表示砂輪， C 表示導(dǎo)輪， B 表示托板。砂輪的作用是磨削工件，因而又稱磨削輪（或磨輪），它和工件的接觸點(diǎn) 1 叫做磨削點(diǎn)。導(dǎo)輪的作用是引導(dǎo)和控制工件的運(yùn)動(dòng)，它和工件的接觸點(diǎn) 2 叫做控制點(diǎn)。托板是用來(lái)支 承工件的，它和工件的接觸點(diǎn) 3 叫做支承點(diǎn)。另外，導(dǎo)輪和托板聯(lián)合起來(lái)，可對(duì)工件進(jìn)行定位，因此， 2、 3 兩點(diǎn)又叫做定位點(diǎn)。 正常工作時(shí)，磨輪和導(dǎo)輪同向旋轉(zhuǎn)，他們的速度分別為件的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)向和砂輪相反。通常，為使工件以進(jìn)給量輪軸線應(yīng)相對(duì)砂輪軸線傾斜一個(gè)角度 α ， α 被稱為導(dǎo)輪傾角。由于導(dǎo)輪傾角 α 的存在，導(dǎo)輪應(yīng)具有近似于單葉回轉(zhuǎn)雙曲面的形狀，以保證工件和導(dǎo)輪線接觸。一般認(rèn)為，工件運(yùn)動(dòng)完全取決于導(dǎo)輪。嚴(yán)格說(shuō)，這種觀點(diǎn)是不全面的。從整個(gè) 磨削過(guò)程來(lái)看，若磨削短 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小工件，則工件的線速度 0二者的變化規(guī)律完全不同，如圖 1示。這至少說(shuō)明工件的運(yùn)動(dòng)不僅僅卻絕育導(dǎo)輪。理論和實(shí)踐一致表明，工件的運(yùn)動(dòng)不僅和砂輪、導(dǎo)輪、托板的材料以及砂輪運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)、磨削余量有關(guān)，而且還受到無(wú)心磨削幾何布局的影響。因此，工件的運(yùn)動(dòng)是砂輪、導(dǎo)輪和托板聯(lián)合作用的結(jié)果。 無(wú)心磨削是工件中心固定的磨削。由于工件定位表面不是理想圓柱形，而是不規(guī)則的波浪形（即圓度誤差和波紋等），如圖 1示。因此，隨著工件的轉(zhuǎn)動(dòng)，其表面波紋上的任一點(diǎn) M 周期性依次通過(guò)定位點(diǎn) 3 和 2，從而使工件中心面內(nèi)做周期性的移動(dòng)，沒(méi)有固定的位置，即所謂“無(wú)心：。無(wú)心磨削（包括支承式無(wú)心磨削）和其它定中心磨削的根本差別就在于此，這也決定了無(wú)心磨削方法的某些獨(dú)特特點(diǎn)。 現(xiàn)在，通過(guò)和定心磨削相比較來(lái) 說(shuō)明無(wú)心磨削的特點(diǎn)。 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 1定心磨削軸類工件外圓的例子。可以看出，工件的定位表面是兩端的中心孔，夾具定位元件是兩個(gè)頂尖。靜態(tài)磨削時(shí)，頂尖軸線和砂輪軸線的距離不變。這就是磨削表面相對(duì)于磨輪有了確定的位置。應(yīng)該注意，定位中心孔不是在本工序加工的表面，其定位精度僅與定位基面及定位元件的精度有關(guān)，與磨削表面的原始精度及磨削過(guò)程無(wú)關(guān)。工件的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠連接主軸的夾具夾緊元件帶動(dòng)的，二者沒(méi)有任何相對(duì)滑動(dòng)。這就決定了砂輪與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受機(jī)床傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響，幾乎和磨削過(guò)程無(wú)關(guān)。 無(wú)心磨削和定心磨削不同 ，磨削表面就是定位表面（即自身定 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 位），定位元件是導(dǎo)輪和托板。工件中心相對(duì)砂輪和定位元件在徑向平面內(nèi)是運(yùn)動(dòng)而不是靜止的。工件的運(yùn)動(dòng)受砂輪、導(dǎo)輪和托板的聯(lián)合影響。 綜上所述，和定心磨削相比，無(wú)心磨削具有以下特點(diǎn)： （ 1） 工件中心不固定。這是無(wú)心磨削所獨(dú)具的特點(diǎn)。正是這一特點(diǎn)，使得無(wú)心磨削和定心磨削無(wú)論在理論上還是在時(shí)間上都有著本質(zhì)的差別。這就是說(shuō)，在研究無(wú)心磨削和支承式無(wú)心磨削的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、動(dòng)態(tài)成圓理論、表面質(zhì)量特征以及工藝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性等一系列問(wèn)題時(shí)，如若忽略了“無(wú)心”的概念，必將會(huì)得出錯(cuò)誤的或具有很大局限性的結(jié) 論。 （ 2） 工件自身定位。工件的磨削表面同時(shí)又是定位面，其原始誤差和磨后誤差會(huì)反映為定位誤差，因而影響到工件磨削點(diǎn)附近的形狀誤差。根據(jù)這一特點(diǎn)，有人認(rèn)為就圓度和波紋度而言，無(wú)心磨削沒(méi)有定心磨削加工精度高，這是不確切的。因?yàn)樵诤侠磉x擇幾何布局之后，無(wú)心磨削具有主動(dòng)成圓的功能。 （ 3） 工件的運(yùn)動(dòng)時(shí)由砂輪、導(dǎo)輪和托板的聯(lián)合控制的。工件運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，不僅取決于機(jī)床運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，而且還與工件、導(dǎo)輪和托板的實(shí)際情況（如工件形狀、重量，導(dǎo)輪及托板的材料、表面狀態(tài)，機(jī)床形式等）和采用的磨削用量、幾個(gè)布局有關(guān)。 （ 4） 無(wú)心磨削容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的 自動(dòng)化。 心磨削的工作方法 無(wú)心磨削的方法一般可分為三種：：貫穿磨削 (縱磨 )、切入磨削 (橫 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 磨 )和固定磨削。 1 貫穿磨削 所謂貫穿磨削是指在磨削過(guò)程中工件可以連續(xù)地通過(guò)整個(gè)磨削區(qū)域。根據(jù)磨削面的形狀，工件貫穿磨削區(qū)的形式多種多樣。圖 1別是磨削短軸類和長(zhǎng)棒類工件外表面的情形，工件的貫穿運(yùn)動(dòng)時(shí)直線運(yùn)動(dòng)。圖 1磨削球面滾子的原理圖，工件的貫穿運(yùn)動(dòng)時(shí)圓弧運(yùn)動(dòng)。 對(duì)于不同類型的工作形式，其貫穿運(yùn)動(dòng)的方法亦有所差異。磨削較小的短光軸類工件，貫穿運(yùn)動(dòng)完全靠導(dǎo)輪對(duì)工件的軸向作 用力來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 1示。磨削較大的長(zhǎng)光軸類工件或較重工件，貫穿運(yùn)動(dòng)除了依靠導(dǎo)輪的作用力外，還要借助于附加推（或拉）動(dòng)裝置，如圖1示，圖中 F 為附加力。磨削特殊形狀（如圓錐面、球面等）的工件，貫穿運(yùn)動(dòng)一般由螺旋的擋邊推力產(chǎn)生，圖 1是這樣。當(dāng)采用螺旋導(dǎo)輪時(shí)，導(dǎo)輪軸線和砂輪軸線可以是平行的，即導(dǎo)輪傾角 α 為零。一般情況下，導(dǎo)輪傾角的取值范圍為：粗磨時(shí)， α = 2°～ 6°；精磨時(shí)， α = 1°～ 3°。 2 切入磨削 在工作中，工件僅相對(duì)砂輪徑向送進(jìn)的磨削方法叫做切入磨削。圖 1切入磨削的一個(gè)例子。工件向砂輪的徑向送進(jìn)依賴于導(dǎo)輪和托板的徑向進(jìn)給，托板和導(dǎo)輪部件是裝在一起的。從工件的成型運(yùn)動(dòng)來(lái)看，導(dǎo)輪軸線可以沒(méi)有傾角 α ，但是為了防止磨削時(shí)工件脫離擋塊而軸向跳動(dòng)，仍將導(dǎo)輪傾角一定的角度。傾角 α 一般很小，例如 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ≈α 但也有較大的，例如，切入磨削滾子時(shí)，導(dǎo)輪傾角一般為 α = 2°～ 4° 無(wú)心磨削鋼球的一個(gè)例子。 3 定程磨削 定程磨削是貫穿磨削的一種。工件在磨削時(shí)作貫穿運(yùn)動(dòng)，但不完全通過(guò)磨削區(qū)域，而用一個(gè)擋塊限制工件的軸向運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)位置，如圖 1 以上三種磨削方法主要特點(diǎn)及適用對(duì)象列于表 1。 表 1削方法主要特點(diǎn)及適用對(duì)象 無(wú)心磨削方法 適用對(duì)象 特點(diǎn) 貫穿式 軸類 ，棒類，軸承套圈，一般滾子，光軸，活塞銷等 生產(chǎn)率高，工件表面形狀簡(jiǎn)單 切入式 階梯軸，滾子，帶凸肩的外圓表面等 生產(chǎn)率較高，工件表面形狀復(fù)雜 定程式 階梯軸，錐銷，圓錐滾子等 生產(chǎn)率較低，工件表面較復(fù)雜 1． 2 無(wú)心磨削的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 心磨削的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在無(wú)心 磨削的整個(gè)理論研究過(guò)程中，主要涉及到以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：成圓過(guò)程，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析。 (1)無(wú)心磨削成圓過(guò)程的研究情況 無(wú)心磨削中工件磨削表面如何被磨圓，是國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者們員感興趣的問(wèn)題。早在 20 世紀(jì) 30 年代就有這方面的論文發(fā)表，目前，國(guó)內(nèi)外仍有許多單位和個(gè)人在研究它。 研究無(wú)心磨削成圓理論比較成熟的國(guó)家有俄羅斯、日本、英國(guó)、 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 德國(guó)和中國(guó)等。在符·波·費(fèi)里金引入傅里葉級(jí)數(shù)的分析方法后，人們對(duì)無(wú)心磨削成圓效應(yīng)有了新的認(rèn)識(shí)，從而極大地推動(dòng)了這一問(wèn)題的研究。此后，各囡許多學(xué)者都采用了類似的方法對(duì)成圓效應(yīng)進(jìn)行數(shù)學(xué)分 析和解釋，得出了許多有用的結(jié)論。 迄今為止，無(wú)心磨削成圓的研究可以歸納為三個(gè)方面：幾何成圓理論、靜態(tài)成圓理論和動(dòng)態(tài)成圓理論。幾何成圓理論的本質(zhì)在于導(dǎo)輪、砂輪、托板和工件之間的相對(duì)幾何關(guān)系決定了無(wú)心磨削的成圓過(guò)程。這種理論忽略了系統(tǒng)的振動(dòng)、變形和磨削機(jī)制，僅考慮幾何關(guān)系，因而稱之為幾何成圓理論。靜態(tài)成圓理論比幾何成圓理論稍有發(fā)展。這種理論之所以稱為靜態(tài)成圓理論，是因?yàn)樗丝紤]幾何關(guān)系外，還引進(jìn)了系統(tǒng)靜剛度因素。動(dòng)態(tài)成圓理論是比較完善的無(wú)心磨削成圓理論。這種理論不僅考慮了幾何因素，而且還考慮了磨削系統(tǒng)的振動(dòng)參數(shù) (靜剛度 K，阻尼 C 和質(zhì)量 m)以及具有反饋特性的磨削機(jī)制。動(dòng)態(tài)成圓理論又叫做無(wú)心磨削動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性理論。 在這些理論中，世界各國(guó)都有許多代表人物和單位。例如；俄羅斯的符·波·費(fèi)罩金，符·爾勒·馬洛夫；中國(guó)的錢安寧 (A． Y)，王玉昆；同本的米津榮，古川勇二，鹽崎進(jìn)，志賀紀(jì)雄，小川正義和宮下政和；德國(guó)阿亨工業(yè)大學(xué)；英國(guó)的 w． B． 。 日本學(xué)者對(duì)有局部缺口的工件進(jìn)行無(wú)心磨削研究，對(duì)頻譜圖法的發(fā)展有十分重要的意義，但沒(méi)有建立諧波分布函數(shù)，不能有針對(duì)性地控制顯著 (較大 )諧波和諧波分布狀態(tài)。 20 世 紀(jì) 90 年代，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了無(wú)心磨削準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)成圓理論， 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該理論有機(jī)地統(tǒng)一了幾何成圓和動(dòng)態(tài)成圓兩大理論，并具備了兩種理論的優(yōu)點(diǎn)。 近半個(gè)世紀(jì)的無(wú)心磨削理論和實(shí)踐研究表明。工件表面圓度誤差生成主要依賴于系統(tǒng)振動(dòng)、工件轉(zhuǎn)速與幾何布局。為了從本質(zhì)上描述無(wú)心磨削成圓機(jī)理， 出了諧波的頻譜圖法，研究系統(tǒng)對(duì)諸次諧波的頻率響應(yīng)問(wèn)題。日本學(xué)者對(duì)有局部缺口的工件進(jìn)行無(wú)心磨削研究，對(duì)頻譜圖法的發(fā)展有十分重要的意義，但沒(méi)有建立諧波分布 函數(shù)，不能有針對(duì)性地控制顯著 (較大 )諧波和諧波分布狀態(tài)。所以建立無(wú)心磨削準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)成 圓理論，研究工件表面諧波分布狀態(tài)與系統(tǒng)振動(dòng)、工件轉(zhuǎn)速及幾何布局之間的內(nèi)在規(guī)律性，以實(shí)現(xiàn)諧波的合理控制，并進(jìn)一步發(fā)展頻譜圖法。準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)諧波生成機(jī)理較有效地描述了工件表面的諧波生成規(guī)律。 目前，對(duì)影響工件圓度誤差的各種因素的研究，尤其是磨削區(qū)幾何形狀的研究比以前有了新的發(fā)展。具體表現(xiàn)在除對(duì)工件圓度誤差進(jìn)行支承誤差復(fù)映外，還根據(jù)工件圓度誤差的“杠桿假設(shè)’’，做進(jìn)一步的矢量分析，從而得到無(wú)心磨削幾何區(qū)域穩(wěn)定圖。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外除了從穩(wěn)態(tài)磨削方面研究外，還從動(dòng)態(tài)磨削方面對(duì)工件圓度誤差的影響進(jìn)行了一定的單項(xiàng)試驗(yàn)與理論研 究，并取得了很大的發(fā)展。他們主要分析了工藝系統(tǒng)在受迫振動(dòng)條件下對(duì)工件圓度誤差的影響，但是忽慮了顫振的影響。 (2)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析 從 20 世紀(jì) 50 年代斯姆尼洛斯基、 60 年代米津榮、 70 年代王玉 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 昆到 80 年代錢安宇和 90 年代夏新濤，他們對(duì)無(wú)心磨削過(guò)程中，工件的運(yùn)動(dòng)和受力狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)和分析，使得對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)和受力狀態(tài)的研究逐漸成熟并區(qū)域完善。這些研究不僅具有理論價(jià)值，而且可以解釋生產(chǎn)中的現(xiàn)象，受到人們極大的關(guān)注。 以上述專家的成果為依據(jù)，本文通過(guò)建立新的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)新的研究方法，更加全面、有效、方便的 分析了無(wú)心磨削過(guò)程中幾何參數(shù)，動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)工件圓度誤差的影響。 除了以上兩種研究外，導(dǎo)輪修整、無(wú)心磨削表面質(zhì)量等也是人們關(guān)心的問(wèn)題。但是這些方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，停留在比較簡(jiǎn)單的階段，有待進(jìn)一步的研究發(fā)展。 心磨削的發(fā)展趨勢(shì) 從無(wú)心磨削的發(fā)展及現(xiàn)行生產(chǎn)動(dòng)向來(lái)看，無(wú)心磨削應(yīng)向著高速、寬砂輪、高精度、自動(dòng)化及閉環(huán)系統(tǒng)方向發(fā)展。 (1)高速磨削。高速磨削是通過(guò)提高砂輪速度來(lái)達(dá)到提高磨削效率和磨削質(zhì)量的一種加工方法。高速磨削的砂輪線速度一般為 50m／s ~80m／ s，無(wú)心磨削目前可達(dá) 80m／ s 的砂輪線速度。 高速磨削的特點(diǎn)是可以提高生產(chǎn)率、提高砂輪使用壽命 (比普通磨削提高 75％左右 )和提高加工精度與表面質(zhì)量。但是，在磨削過(guò)程中，要消耗更多的功率；因此，對(duì)機(jī)床和砂輪及電機(jī)都將有更高的要求。 (2)寬砂輪磨削。寬砂輪磨削和高速磨削一樣，都屬于高效率磨削方法。顧名思義，寬砂輪磨削主要是增加砂輪工作寬度，使之和工件 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 有更大的磨削接觸面積。這樣有利于提高生產(chǎn)率和擴(kuò)大磨床使用范圍。切人磨削時(shí)，可以磨削更長(zhǎng)的工件，或者同時(shí)磨削兩個(gè)其至更多的短工件， 貫穿磨削時(shí)，可以加大一次通磨的磨削余量，減少通磨次數(shù)，或者粗精磨一次完成。 (3)高精度磨削。高精度磨削后的工件在形狀精度、位置精度、尺寸精度，粗糙度和波紋度等方面都具有很高的精度 (質(zhì)量 )級(jí)別。那種認(rèn)為高精度僅對(duì)圓度誤差而言的看法是片面的。高精度磨削是在高精度磨床上進(jìn)行的。磨削時(shí)，砂輪部件、導(dǎo)輪部件和托板部件的剛度、精度以及幾何布局部直接影響著工件精度。因此．在設(shè)計(jì)高精度磨床時(shí)，有必要對(duì)磨床的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)件能給以預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)方法包括理論和試驗(yàn)兩個(gè)方面的內(nèi)容。 (4)磨削自動(dòng)化。無(wú)心磨削自動(dòng)化的內(nèi)容有：工件上下料 自動(dòng)化，自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)進(jìn)給，砂輪和導(dǎo)輪的自動(dòng)修整以及砂輪的自動(dòng)平衡等。 在機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)磨床綜合自動(dòng)化不可或缺的一個(gè)重要手段是，配置自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)。根據(jù)不同工藝方式，不同零件，而采用標(biāo)準(zhǔn)模塊組合式上下料裝置、機(jī)械手、機(jī)器人或借助于機(jī)床自身的功能元部件來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)山下料。例如無(wú)錫光洋機(jī)床有限公司 ，無(wú)錫機(jī)床股份有限公司 無(wú)心磨床配置了步進(jìn)龍門式機(jī)械手；而 無(wú)心磨床上的則為雙軸型龍門式機(jī)械手，使卸料與裝料時(shí)間達(dá)到了最大限度的重合，在提高磨床綜合自動(dòng)化程度時(shí)，縮短了輔助 時(shí)間。 (5)磨削閉環(huán)系統(tǒng)。磨削閉環(huán)系統(tǒng)的顯著標(biāo)志是使磨削的各種參 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)、磨床的各種動(dòng)作、工件精度的測(cè)量與預(yù)測(cè)、信息的反饋與比較、設(shè)備保養(yǎng)以及意外事故處理等方面和諧地處于同一機(jī)制之中。 隨著磨床應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的普遍化，其應(yīng)用水平正得到不斷的提高，利用當(dāng)今 統(tǒng)所具備的告訴運(yùn)算、處理與多坐標(biāo)插補(bǔ)功能。北京市機(jī)電研究院 立式數(shù)控內(nèi)曲線磨床，運(yùn)用開(kāi)發(fā)的磨削軟件，通過(guò) C 軸與 X 軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了非圓內(nèi)、外曲面的磨削。計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)磨床綜合自動(dòng)化的關(guān)鍵手段，不僅被用于磨削進(jìn)給與砂輪修整各種運(yùn)動(dòng) 的控制，而且被用于各種輔助運(yùn)動(dòng)控制。 1． 3 本文研究的來(lái)源、目的、意義及主要內(nèi)容 1． 3． 1 研究的來(lái)源 本課題來(lái)源于無(wú)錫開(kāi)源機(jī)床集團(tuán)有限公司，是無(wú)心磨床設(shè)計(jì)項(xiàng)目下的子課題之一。 1． 3． 2 目的意義 課題的目的是設(shè)計(jì)外圓無(wú)心磨床上導(dǎo)輪架機(jī)構(gòu)部分，并滿足相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求。由于工件運(yùn)動(dòng)是由磨輪、導(dǎo)輪共同控制的，工件的質(zhì)量、工件運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、均勻性，不僅取決于機(jī)床運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，還與工件、導(dǎo)輪及托板的實(shí)際情況以及采用的導(dǎo)輪質(zhì)量、磨削用量和磨削工藝參數(shù)有關(guān)。課題對(duì)研究和開(kāi)發(fā)各種其他類型的無(wú)心磨床結(jié)構(gòu)有一定的參考 價(jià)值。 要工作內(nèi)容 研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)主要方面： 外圓無(wú)心磨床導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）熟悉現(xiàn)有的各種外圓無(wú)心磨床上導(dǎo)輪架的要求和特點(diǎn)； （ 2）完成無(wú)心磨床上導(dǎo)輪架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)總圖； （ 3）設(shè)計(jì)分析或計(jì)算工作； （ 4）部件中主要零件的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （ 5）外圓無(wú)心磨床上導(dǎo)輪架各部分的綜合分析。