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M131W万能外圆磨床设计——砂轮架

发布时间:2020-05-12 17:59

  1.1外圆磨削与端面外圆磨削 1.2.1外圆磨削 1.2.2端面外圆磨床及其特点 1.3磨床现状及其发展趋势 2.1砂轮架总体设计 2.1.1纵向与横向尺寸设计 2.1.2砂轮架相关尺寸设计 3.1砂轮架设计基本思想 3.2主轴旋转精度及其提高 3.3主轴轴承系统刚度 3.4砂轮架主轴初步设计 3.5主轴刚度校核 103.6 传动装置设计 113.6.1 电动机的选择 123.6.2 皮带的设计 123.6.3 带轮的设计 143.6.4 花键的选用 19参考文献 19附录一:英文原文 21附录二:英文译文 M131W万能外圆磨床设计——砂轮架 业:机械设计制造及其自动化指导教师:xxx 要:磨床广泛的运用于零件表面精加工。由于近年来科学技术的发展,对机器和仪器的表面精度要求越来越高,所以磨床的作用显而易见。 砂轮架作为切削的主要部件,直接影响工件的加工精度和表面粗糙度。这次设计是 通过对M131W 万能外圆磨床的调查研究 ,比较国内外同类机床,明确了设计思路,在前 人实际经验的基础上,结合所学理论知识对磨床砂轮架设计,并利用 Auto CAD 软件对 各部件进行设计绘图。确保能达到预定的使用要求。 本课题通过对磨床设计,巩固和深化了所学知识,取得了比较满意的效果,达到了 预期的设计意图。 关键词:卸荷带轮;主轴刚度;M131W 砂轮架 Grindingcarriage M131W Universal Cylindrical Grinding Machines Name:xxx Major:Machinical Design Manufacturing AutomationTutor:xxx Abstract: Grinding machine widely used surfacefinishing. recentyears due surfaceaccuracy morehigh, so grindingmachine grindingwheel frame majorpart directimpact workpiecemachining accuracy surfaceroughness. M131Wuniversal cylindrical grinder research foreignsim clearidea practicalexperience, componentdesign grindingmachine design, use Auto CAD software drawingparts.Ensure canmeet userequirements. topicthrough grinderdesign, consolidate achievedsatisfactory results, desireddesign intent Keywords: Unloading belt pulley;The stiffness spindle;M131WGrinding carriage 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 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。 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、 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 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%。 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% 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。 1.2 外圆磨削和端面外圆磨床 1.2.1 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。 (3)整块深度切削方法:除了在磨削过程中,要进行间隙调整外,这种方法与传 递方法很相似,同时这种方法具有代表性,除了磨削短而粗的轴。 图1-1 Figure1-1 Horizontal grinding method externalgrinding Figure1-2 Longitudinal grinding method externalgrinding 1.2.2.端面外圆磨床及其特点 端面外圆磨床是外圆磨床的一种变形机床,它宜于大批量磨削带肩的轴类工件,有 较高的生产率。它的特点如下 (1)这种磨床的布局形成和运动联系与外圆磨床相似,只是砂轮架与头架,尾架 中心连线 所示,数控端 面外圆磨床 MKS1632A 的砂轮架与头架,尾架中心连线。为避免砂轮架与工 件或尾架相碰,砂轮安装在砂轮架的右边,从斜向切入,一次磨削工件外圆和端面。 (2)由于它适用于大批量生产,所以具有自动磨削循环,完成快速进给(长切入) ---粗磨---精磨—无花磨削。竞彩篮球,由定程装置或自动测量控制工件尺寸。 (3)装有砂轮成型修整器,按样板修整出磨削工件外圆和端面的成型砂轮,为保 证端面尺寸稳定及操作安全,一般具有轴向对刀装置。 1.3 磨床的现状及其发展趋势 一般来讲,按砂轮线速度Vs 的高低将磨削分为普通磨削 (Vs<45m/s)、高速磨削 (45Vs<150 m/s)、超高速磨削(Vs150 m/s)。按磨削精度将磨削分为普通磨削、精密 磨削(加工精度1 μm~0.1 μm、表面粗糙度Ra0.2 μm~0.1 μm)、超精密磨削(加工精度 <0.1 表面粗糙度Ra0.025μm)。按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削。 高效磨 削包括高速磨削、超高速磨削、缓进给磨削、高效深切磨削(HEDG)、砂带磨削、 快速短行程 磨削、高速重负荷磨削。高速高效磨削、超高速磨削在欧洲、美国和日本 等一些工业发达国家发展很快,如德国的Aa chen 大学、Bremm 大学、美国的 Connecticut 大学等,有的在实验室完成了Vs 为250 s、350m/s、400 的实验。据报道,德国Aachen 大学正在进行目标为500 的磨削实验研究。在实用磨削方 面,日本已有Vs=200 图1-3砂轮架与头架,尾架中心连线倾斜一角度 Figure 1-3 centerline grindingcarriage headstock tailstock center line keeps angulation我国对高速磨削及磨具的研究已有多年的历史,如湖南大学在70 年代末期便进行 了80m/s、1 20 的磨削研究(但至今尚未见到这 方面的报道),所以说有些高速磨削技术还只是实验而已,尚未走出 实验室,技术还远没有 成熟,特别是超高速磨削的研究还开展得很少。在实际应用中, 砂轮线 国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究,以 获得亚微米级的尺寸精度。微细磨料磨削,用于超精密镜面磨削的树脂结合 剂砂轮的金刚石 磨粒平均直径可小至4 μm。日本用激光在研磨过的人造单晶金刚石上 切出大量等高性一致 的微小切刃,对硬脆材料进行精密磨削加工,效果很好。超硬材 料微粉砂轮超精密磨削主要 用于磨削难加工材料,精度可达0.025 μm。日本开发了电 解在线修整(ELID)超精密镜面磨 削技术,使得用超细微(或超微粉)超硬磨料制造砂轮成 为可能,可实现硬脆材料的高精度、 高效率的超精密磨削。作平面研磨运动的双端面 精密磨削技术,其加工精度、切除率都比研 磨高得多,且可获得很高的平面度。电泳 磨削技术也是一种新的超精密及纳米磨削技术。 随着磨削技术的发展,磨床在加工机床中也占有相当大的比例。据1997 年欧洲机 床展览会(E MO)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%。我国从1949~1998 年,开发生产的通用磨 床有1800多种,专用磨床有几百种,磨床 的拥有量占金属切削机床总拥有量的13% 左右。可见,磨削技术及磨床在机械制造业中占有 极其重要的位置。 砂轮架总体方案设计2.1 砂轮架总体设计 (1)加工零件的工艺分析(表面形状,尺寸,材料,技术条件,批量,加工余量 (2)调查研究比较国内外同类机床,经验总结,进行改革创新;(3)图纸设计(总图,部件装配图,零件图,工艺卡,目录,标准件,外购件目 录,铸件,锻件目录,说明书,装箱单,合格证); (4)制造,装配,调试; (5)小批量生产,设计改进; 2.2 总体设计注意事项 (1)保证机床满足加工精度要求,刚性,稳定性好; (2)传动系统力求简短; (3)操作调整方便; (4)安全保护,冷却液供给,回收,废渣的排除。 2.2.1 纵向与横向尺寸的确定 1.纵向尺寸 工件最大长度 4002900 (视觉效果);砂轮架中心与机床床身对称线磨床纵向尺寸 Figure 2-1 Verticaldimension cylindricalgrinder 2.2.2 砂轮架相关尺寸设计 (1)砂轮架导轨(V—平导轨)100 90 400 考虑到砂轮的大小及重量与砂轮架的稳定性,取L`中心=500mm,从而可定出砂轮架的宽度约为600mm,导轨为0.15MPa 的卸荷导轨。 (2)砂轮架横向行程长度l 快速快速 快速为砂轮架快速进退的行程,一般取60 工件max工件min 图2-2砂轮架的导轨 Figure 2-2 grindingcarriage 安全系数取0.1足够 250 111 0.1 111 372.1 取373)(3)砂轮架高度和长度 砂轮架箱体导轨的高度h3,砂轮底板滑台高度h4,砂轮中心距砂轮底面高度h5, 与后床身顶面至平导轨的高度 h0,为避免上,下工作台运动时与箱体相碰,安装在后 床身上的垫板顶面需低于上下工作台的顶面,同时考虑横向进给机构穿过床身的位置 等,根据经验 1095740 130 485 485120 190 图2-3砂轮架的高度和宽度 Figure 2-3The height grindingcarriage 砂轮架底板长度 *500750 =900mm砂轮架导轨长度 900373 80 1353mm 101305 (4)砂轮架主轴电机的选择用类比法,砂轮架主轴电机的功率取15kw; 部件设计3.1 砂轮架设计的基本要求 砂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,主轴与轴承是砂轮架的主要组成部分,因此对砂轮架设计提出的基本要求也 是针对主轴轴承部分的。 砂轮架设计应满足以下几点基本要求 1.主轴旋转精度高,旋转稳定;2.主轴轴承系统刚性好; 3.振动小,发热低,不漏油; 4.装配制造简单,调整维修方便。 3.2 主轴旋转精度及其提高措施 1.砂轮架旋转精度是指主轴前端的径向跳动和轴向蹿动大小,它直接影响工件的表 面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圆磨床砂轮架允许的径向和轴向跳动允许误差取 5m~~10m。 2.提高主轴旋转精度的措施 (1)选择合适的主轴轴承:动静压轴承; (2)提高主轴的加工精度; (3)正确选择主轴轴向止推方式:液体静压推力轴承。 3.3 主轴轴承系统的刚性 主轴轴承系统的刚性是指在磨削力或传动力作用下,主轴轴承抵抗变形的能力。通 10 常以主轴前端的挠度来度量。过低的刚性会降低磨削生产率、加工精度和工件表面的粗 糙度,引起直波形和螺旋线 砂轮架主轴初步设计 砂轮架主轴的强度校核进行轴的强度校核时,应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法,并恰 当地选取其许用应力。对砂轮架主轴来说,由于采用了卸荷皮带轮装置,砂轮架主轴主 要承受扭矩,应该按照扭转强度计算,且在选取许用应力时应该选取较小值。砂轮架主 轴材料采用42MnVB,并进行淬火,故选取许用应力为40MP。 轴的扭转强度条件为 9.5510 0.2 轴所受扭矩(单位为Nmm 许用扭转应力(单位为r/mm)由上式可得轴的直径为 9.5510 0.2[ 9.5510 15 0.2 40 600 mm由上述计算可以得知砂轮架最小直径为31.02mm,考虑到砂轮架的刚度等因素,取主 11 轴的最小直径为60mm。 3.5 主轴刚度校核 1.当量直径 因为是阶梯轴,所以用当量直径法作近似计算当量直径为: 932140 640 20 100 60 120 140 108 89.36mm2.允许挠度 允许挠度[y]=0.0002L 0.0002*660=0.132mm3、计算主轴前端挠度值 15013.2 79.2 9.821.02 10 307.985 0.01mm又因为[y]=0.135,0.01