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摘要
隨著社會和科技的發(fā)展，對機(jī)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(yīng)用日益增多，磨床的使用范圍日益擴(kuò)大。，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過精密磨削來達(dá)到其要求的，而精密磨削加工會要在相應(yīng)的精密磨床上進(jìn)行，因此精磨磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機(jī)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。本文主要研究的是大直徑滾筒外圓專用磨床的導(dǎo)軌設(shè)計和磨頭設(shè)計，導(dǎo)軌和磨頭的設(shè)計影響磨床的精度，設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種導(dǎo)軌和主軸箱形式，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、調(diào)整維修方便的導(dǎo)軌和合理的主軸。
關(guān)鍵詞：專用磨床，大直徑輥筒，導(dǎo)軌，磨頭
Abstract
Along with the development of the society and science and technology, more and more high request to accuracy and surface quality of machine spare parts, the application of various high degree of hardness material increases day by day and the use of grinding machine scope extends day by day., Process in the precision-machined , there are many zero partses whetting to pare to attain its request through a nicety, but the nicety whet to pare to process would at correspond of precise grinding machine up carry on, so the Jing whet grinding machine to occupy a prominent function in the nicety process.In addition, more and more high to the environmental protection request of grinding machine, the tool machine products of overwhelming majority all adopt the cover hull of whole closingses, absolutely didn't slice scraps or slice to pare the phenomenon that the liquid outside splashes.This text mainly what to study be circle track design and emery wheel mounting of the lead of appropriation grinding machine to account out of the big diameter roller, guide rail and wheelhead design influence the accuracy of the grinding machine, have to from actual the circumstance set out and organically combine various guide rail and principal axis box form, try hard for to design a structure in brief, work credibility, the cost is conveniently low and adjusts to maintain a reasonable principal axis and guide rail .
Keywords: special purpose grinding machine, big diameter roller, guide rail, wheelhead
目錄
目錄 3
1.緒論 4
1.1磨床的類型與用途 4
1.1.1磨床的類型及特點(diǎn) 4
1.1.2 磨床的用途 4
1.1.3 外圓磨削 5
1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 6
2.設(shè)計任務(wù)書 8
2.1畢業(yè)設(shè)計題目 8
2.2零件工藝分析 8
3.機(jī)械傳動原理圖及說明 11
3.1主要運(yùn)動 11
3.2設(shè)計重點(diǎn)與難點(diǎn) 11
3.3擬采用的途徑與手段 12
3.4磨床總體布局 12
4.導(dǎo)軌設(shè)計 14
4.1導(dǎo)軌的功用和分類 14
4.2導(dǎo)軌的設(shè)計要求 14
4.3導(dǎo)軌的截面形狀選擇 15
4.4導(dǎo)軌的組合形式 16
4.5導(dǎo)軌組合形式的選用 17
4.6導(dǎo)軌的傳動形式 18
4.6.1滾珠絲杠副的選擇 19
5.砂輪架設(shè)計 21
5.1砂輪架設(shè)計的基本要求 21
5.2砂輪架設(shè)計應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)基本要求： 21
5.3主軸軸承系統(tǒng)的剛性 21
5.4砂輪架主軸強(qiáng)度的校核 21
5.5主軸剛度校核 22
5.6電動機(jī)的選擇 23
5.7皮帶設(shè)計 23
5.8帶輪設(shè)計 24
5.9砂輪的選用 26
6.結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
1.緒論
1.1磨床的類型與用途
1.1.1磨床的類型及特點(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，凸輪軸磨床等【2】。本次設(shè)計是大直徑輥筒專用外圓磨床。
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。
磨床與其它機(jī)床相比，具有以下幾個特點(diǎn)：
（1）磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（一般砂輪的圓周線速度在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(jìn)行高效率生產(chǎn)；
（5） 磨床通常是由電動機(jī)——油泵——發(fā)動部件，通過機(jī)械，電氣，液壓 傳動——傳動部件帶動砂輪和工件相對運(yùn)動——工件部分組成【1】。
1.1.2 磨床的用途
磨床可加工各種表面，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(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。
隨著社會和科技的發(fā)展，對機(jī)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(yīng)用日益增多。精密鑄造和精密鍛造的發(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)床中所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中磨床在機(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（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%由此可見，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過精密磨削來達(dá)到其要求的，而精密磨削加工會要在相應(yīng)的精密磨床上進(jìn)行，因此精磨磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但要實現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應(yīng)該滿足以下幾個基本要求：
（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(dāng)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小于1微米，軸向圓跳動應(yīng)限制在2～3微米以內(nèi)。
（2）低速進(jìn)給運(yùn)動的穩(wěn)定性。由于砂輪的修整導(dǎo)程要求10—15mm/min，因此工作臺必須低速進(jìn)給運(yùn)動，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。
（3）減少振動。精密磨削時如果產(chǎn)生振動，會對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮減少振動。
（4）減少熱變形。精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達(dá)到總誤差的50%，故機(jī)床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實現(xiàn)精密磨削的主要障礙。
1.1.3 外圓磨削
在外圓磨削過程中，工件一般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)的主要來源和原因?；旧贤鈭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。
圖1—1 橫磨法磨外圓
圖1—2 縱磨法磨外圓
事實上，外圓磨削可以通過其它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(zhuǎn)以及徑向進(jìn)給都應(yīng)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(jìn)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(jìn)給和無軸向進(jìn)給來完成的，正如我們看到的，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。
（3）整塊深度切削方法：除了在磨削過程中，要進(jìn)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。
1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢
隨著機(jī)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(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)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，如用于超精密磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至4微米、磨削精度高達(dá)0.025微米；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達(dá)400米每秒，但這樣的線速度一般僅用于實驗室，實際生產(chǎn)中常用砂輪的線速度為40—60米每秒；從精度上看，定位精度＜2微米，重復(fù)定位精度≤±1微米的機(jī)床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2KW主軸達(dá)6000r/min,13KW主軸達(dá)42000r/min，高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60HRC硬度材料的加工中心。
多特蒙德技術(shù)大學(xué)切削工藝研究所（ISF）所長Dirk Biermann博士在總結(jié)外圓磨削的發(fā)展趨勢時曾說過：“繼續(xù)不斷發(fā)展外圓磨削的首要目的是改進(jìn)可達(dá)到的精度、提高設(shè)備性能并增加機(jī)床靈活性?！痹谒磥恚攸c(diǎn)之一是在同一臺機(jī)器上組合各種磨削工藝，如內(nèi)外圓磨削、平面磨削和仿行磨削等，甚至可與其他生產(chǎn)工藝結(jié)合。其中車削和磨削是最為著名的工藝組合。
該研究所的一項研發(fā)成果是車削-磨削-珩磨工藝組合。這種共生現(xiàn)象不僅減少了工件加工的時間，而且還提高了調(diào)整工件表面質(zhì)量的靈活性。
外圓磨床的進(jìn)一步發(fā)展不僅體現(xiàn)于機(jī)加工和磨削技術(shù)方面，NC控制器也有進(jìn)一步發(fā)展的潛力。據(jù)Biermann說：“模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用就不像今天的銑削加工那樣先進(jìn)且普遍。另一個方面是不同加工階段的潤滑劑的使用，包括超高速磨削加工?！比鹗縁ritz Studer公司負(fù)責(zé)產(chǎn)品開發(fā)、研究和技術(shù)的主任Frank Fiebelkorn博士說：“我們的客戶要求生產(chǎn)性磨床具有更大的靈活性，同時，對設(shè)備在整個壽命周期的質(zhì)量期望值也越來越高。據(jù)說，設(shè)備生產(chǎn)廠家很有必要在其產(chǎn)品系列中添加低價品種，用于工件運(yùn)輸自動化，為較為簡單的機(jī)器實現(xiàn)多機(jī)聯(lián)動運(yùn)行提供支持?！?
北京第二機(jī)床廠引進(jìn)日本豐田工機(jī)公司先進(jìn)技術(shù)并與之合并生產(chǎn)的GA(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(jìn)口，砂輪線速度可達(dá)60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機(jī)公司GC32－ECNC磨床專用數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)二軸(X和Z)到四軸（X、Z、U和W）控制。
此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機(jī)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(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。
2.設(shè)計任務(wù)書
2.1畢業(yè)設(shè)計題目
大直徑輥筒專用外圓磨床設(shè)計（一）（磨頭及導(dǎo)軌傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計）
設(shè)計任務(wù)
（1） 根據(jù)紡織機(jī)械中大型輥筒類零件的特點(diǎn)，對零件進(jìn)行工藝分析;
（2） 工廠調(diào)研及文獻(xiàn)檢索；
（3） 參與總體方案設(shè)計，完成外圓磨床磨頭及導(dǎo)軌總體方案設(shè)計;
（4） 設(shè)計參數(shù)的計算及校核;
（5） 根據(jù)設(shè)計參數(shù)確定最佳結(jié)構(gòu)方案;
（6） 設(shè)計大型輥筒類零件專用外圓磨床磨頭及導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)并繪制工程圖;
（7） 編寫設(shè)計說明書;
（8） 外文資料翻譯；
2.2零件工藝分析
（1）錫林結(jié)合件
圖2－1錫林結(jié)合件示意圖
① 作用：完成梳理、剝?nèi)∨c轉(zhuǎn)移。
② 結(jié)構(gòu)：錫林體、針布。
③ 要求：動平衡、表面圓整度要好。
錫林的材料是鑄鐵或鋼板卷焊，由滾筒，堵頭和芯軸組成。錫林的加工路線：鋼板卷焊—車削—磨削。錫林的直徑和長度較大，加工精度要求較高。如果錫林幾何誤差、動不平衡較大，包針布后產(chǎn)生中凹變形，會影響錫林與刺輥、蓋板、道夫的間距，造成纖維轉(zhuǎn)移變化、棉網(wǎng)不均勻、條干惡化。
（2）道夫結(jié)合件
圖2－2道夫結(jié)合件示意圖
① 道夫的作用：配合錫林梳理，將棉網(wǎng)輸出機(jī)外；
② 結(jié)構(gòu)：與錫林相似，由滾筒和針布組成，不過其直徑較小，轉(zhuǎn)速較低。
（3）錫林與道夫間
① 作用性質(zhì)：為分梳作用。由兩者之間為分梳作用，兩針面都能抓取纖維。針齒配置：分梳作用（平行針齒）。道夫結(jié)構(gòu)類似錫林，直徑f600～707，轉(zhuǎn)速20~30r/min；高產(chǎn)梳棉機(jī)道夫線速度90m/min，出條速度130~170m/min。
② 作用過程
錫林針面抓取的纖維，尾端受到道夫針面的梳理，通過大漏底與刺輥帶來的新纖維相遇，實現(xiàn)新舊纖維的混和，而后來到錫林蓋板工作區(qū)梳理。
道夫針面抓取的纖維，前端受到錫林的梳理，形成棉網(wǎng)輸出；輸出棉后彎鉤纖維較多。
（4）設(shè)計大直徑滾筒專用外圓磨床的必要性
由于錫林和道夫的直徑和長度較大，而且加工精度要求較高，錫林的年生產(chǎn)量4000件/臺，加上道夫，年生產(chǎn)量達(dá)8000件/臺，如果用普通外圓磨床，外圓磨床的規(guī)格較大，生產(chǎn)成本較高，裝卸調(diào)整不方便。工件的年生產(chǎn)量較大，故有必要設(shè)計大直徑滾筒專用外圓磨床。
圖2－3錫林、道夫結(jié)合件
3.機(jī)械傳動原理圖及說明
3.1主要運(yùn)動
機(jī)床的主要運(yùn)動有拖板的縱向移動，磨頭的橫向移動，砂輪的轉(zhuǎn)動及工件的轉(zhuǎn)動等。
拖板通過直線導(dǎo)軌連接在床身上。有伺服電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)聯(lián)軸器及滾珠絲杠副，帶動墊板及磨頭一起做縱向移動。磨頭固定在墊板上面，通過直線導(dǎo)軌連接在拖板上。由伺服電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)聯(lián)軸器，滾珠絲杠副帶動砂輪做橫向移動。砂輪由主軸電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，經(jīng)V帶、皮帶輪帶動砂輪主軸轉(zhuǎn)動，磨削工件。
圖3－1傳動原理簡圖
3.2設(shè)計重點(diǎn)與難點(diǎn)
（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(shè)計和選用；
（3）皮帶的選用和帶輪的設(shè)計；
（4）導(dǎo)軌的設(shè)計與選用
3.3擬采用的途徑與手段
（1）查閱國內(nèi)外磨床相關(guān)資料，確定磨床總體布局中各部件尺寸；
（2）檢驗主軸前端撓度，確保主軸剛度；
（3）參考機(jī)械設(shè)計，選擇V帶和帶輪；
（4）采用Auto CAD繪制裝配圖和零件圖；
（5）查閱機(jī)械設(shè)計手冊，機(jī)床設(shè)計手冊，合理設(shè)計砂輪主軸箱；
（6）查閱導(dǎo)軌設(shè)計相關(guān)資料，確定導(dǎo)軌的組合形式。
3.4磨床總體布局
圖3－2磨床總體布局示意圖
（1）加工零件
大直徑滾筒,Ra1.6～Ra6.3,材料45
（2）初步估計組成部分
a.床身；b.工作臺面；c.砂輪架；d.測量裝置；e.砂輪進(jìn)給電機(jī)，f.電氣框；g.工作臺進(jìn)給電機(jī)；h.工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)；i.潤滑冷卻裝置；j.數(shù)控裝置；
（3）總體布局初步設(shè)計
① T型床身；
② 工作臺移動；
③ 機(jī)床前防護(hù)罩采用全封閉結(jié)構(gòu)
4.導(dǎo)軌設(shè)計
4.1導(dǎo)軌的功用和分類
（1）功用：承受載荷和導(dǎo)向。承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動部件及工件的質(zhì)量和切削力，運(yùn)動部件（刀架）可沿導(dǎo)軌運(yùn)動。機(jī)床上兩相對運(yùn)動部件的配合面組成一對導(dǎo)軌副，在導(dǎo)軌副（如工作臺和床身導(dǎo)軌）中，運(yùn)動的一方（如工作臺導(dǎo)軌）叫做動導(dǎo)軌，不動的一方（如床身導(dǎo)軌）叫做支承導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌只能做一個自由度的運(yùn)動，以保證單一方向的導(dǎo)向性。通常動導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌只能作直線運(yùn)動或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
（2）分類（按結(jié)構(gòu)形式分）：
開式導(dǎo)軌：指在部件自重和載荷的作用下，運(yùn)動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌的工作面始終保持接觸、貼合。其結(jié)構(gòu)簡單，但不能承受較大的顛覆力矩的作用。
閉式導(dǎo)軌：借助于壓板使導(dǎo)軌承受較大的顛覆力矩的作用。壓板1、2；e、f為主導(dǎo)軌面，壓板1、2形成輔助導(dǎo)軌面g、h。
圖4－1開式和閉式導(dǎo)軌
a）開式導(dǎo)軌 b）閉式導(dǎo)軌
4.2導(dǎo)軌的設(shè)計要求
（1）幾何精度就是通常說的導(dǎo)向精度，即運(yùn)動的直線度或回轉(zhuǎn)精度。主要影響因素有：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型；導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度。導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度；導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度；導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的熱變形等。
（2）運(yùn)動精度包括兩方面內(nèi)容：一是運(yùn)動的平穩(wěn)性（例如低速不爬行），二是定位精確（線定位和角定位）。精度保持性主要是由導(dǎo)軌耐磨性決定的，它與導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌材料、工藝方法以及受力情況有關(guān)。
（3）具有足夠的承載能力和剛度，使用壽命長。導(dǎo)軌的剛度指導(dǎo)軌在外載荷的作用下，抵抗受力變形的能力。導(dǎo)軌受力后變形會影響部件之間的相對位置和導(dǎo)向精度。
（4）結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，便于調(diào)整和維修。設(shè)計時要注意使得制造、維修方便，刮研勞動量少，如果是鑲裝導(dǎo)軌則應(yīng)盡量做到容易更換。
（5）具有良好的潤滑和防護(hù)裝置【3】。
4.3導(dǎo)軌的截面形狀選擇
直線運(yùn)動導(dǎo)軌的截面形狀有四種：矩形、三角形、燕尾形、圓柱形，并可相互結(jié)合、有凸、凹之分。
（1）矩形導(dǎo)軌
矩形導(dǎo)軌承載能力大、剛度高、制造簡單、檢驗、維修方便（優(yōu)點(diǎn)）；存在側(cè)隙、需用鑲條調(diào)整，導(dǎo)向性差（缺點(diǎn)）。用于載荷大、導(dǎo)向性要求略低的機(jī)床。
圖4－2導(dǎo)軌的截面形狀
a) 矩形導(dǎo)軌 b) 三角形導(dǎo)軌 c) 燕尾形導(dǎo)軌 d) 圓柱形導(dǎo)軌
（2）三角形導(dǎo)軌
三角形導(dǎo)軌面磨損時，動導(dǎo)軌會自動下沉，自動補(bǔ)償磨損量，無間隙。頂角α在900～1200范圍內(nèi)變化，α越小，導(dǎo)向性越好，但摩擦力越大。因此小頂角導(dǎo)軌用于輕載精密機(jī)床，大頂角導(dǎo)軌用于大、重型機(jī)床。
（3）燕尾形導(dǎo)軌
燕尾形導(dǎo)軌可承受較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌的高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便，但剛度較差，加工、檢驗、維修不大方便。
適用于受力小、層次多，要求間隙調(diào)整方便的部件。
（4）圓柱形導(dǎo)軌
圓柱形導(dǎo)軌制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補(bǔ)償間隙，主要用于受軸向負(fù)荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少。
4.4導(dǎo)軌的組合形式
直線運(yùn)動導(dǎo)軌通常有兩條導(dǎo)軌組合而成，其形式有：
（1）雙三角形導(dǎo)軌
雙三角形導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好，但工藝性差，加工、檢驗、維修不便，用于精度高的機(jī)床，如絲杠車床、齒輪磨床等。
（2）雙矩形導(dǎo)軌
承載能力大，制造簡單，多用在普通精度機(jī)床和重型機(jī)床中，如重型車床，組合車床，升降臺銑床等。
① 寬式組合：有兩條導(dǎo)軌的外側(cè)導(dǎo)向，側(cè)向間隙較大，用鑲條調(diào)整。
② 窄式組合：由一條導(dǎo)軌的兩側(cè)導(dǎo)向。
圖4－3導(dǎo)軌的組合
a) 雙三角形導(dǎo)軌 b) 寬式雙矩形導(dǎo)軌 c) 窄式雙矩形導(dǎo)軌
（3）矩形和三角形導(dǎo)軌的組合
這類組合的導(dǎo)軌導(dǎo)向性好，剛度高，制造方便，應(yīng)用最廣。如車床、磨床、龍門銑床等。
（4）矩形和燕尾形導(dǎo)軌的組合
這類組合導(dǎo)軌能承受較大的力矩，調(diào)整方便。常用于橫梁、立柱、搖臂導(dǎo)軌。
4.5導(dǎo)軌組合形式的選用
經(jīng)過以上分析，我認(rèn)為選用矩形和三角形導(dǎo)軌的組合比較好，能夠滿足本次設(shè)計外圓磨床的需要。
（1）砂輪架導(dǎo)軌80×80×450
考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性取L中心 = 450 mm。
圖4－4砂輪架導(dǎo)軌示意圖
砂輪架行程：300 mm
（2）工作臺導(dǎo)軌
圖4－5工作臺導(dǎo)軌示意圖
工作臺行程：1440 mm
機(jī)床滑動導(dǎo)軌常用的材料主要是灰鑄鐵和耐磨鑄鐵?；诣T鐵通常以HT200或HT300做固定導(dǎo)軌，以HT150或HT200做動導(dǎo)軌。
（3）導(dǎo)軌面防護(hù)
① 工作臺導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護(hù)罩
② 砂輪架導(dǎo)軌：前部鋼罩，后部不銹鋼可伸縮防護(hù)罩
4.6導(dǎo)軌的傳動形式
導(dǎo)軌的傳動形式采用由伺服電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器、滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動使得滾珠沿螺旋滾道滾動，帶動螺母軸向移動，具有較小的摩擦力，相近的動、靜摩擦系數(shù)，削弱了局部爬行現(xiàn)象，從而提高了傳動精度和傳動機(jī)械效率。經(jīng)過一個多世紀(jì)的實踐應(yīng)用，“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠”驅(qū)動機(jī)構(gòu)已經(jīng)成為傳統(tǒng)的精密驅(qū)動方式，性價比高，動、靜剛度高，傳動精度好，控制技術(shù)成熟。
4.6.1滾珠絲杠副的選擇
1）選擇條件
運(yùn)動部件質(zhì)量m = 50 kg（運(yùn)動部件總質(zhì)量約550kg）
行程長度L = 1100 mm
最大速度Vmax = 4000 mm∕min
最小進(jìn)給量s = 0.01 mm
AC伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1440 rpm
2）選擇項目
絲杠軸直徑
導(dǎo)程
螺母型號
絲杠軸支撐方式
驅(qū)動電機(jī)
3）絲杠軸的選擇
（1） 假定絲杠軸長度
假定螺母全長為120mm，絲杠軸末端長度為200mm。
所以根據(jù)行程長度1100mm決定全長：1100+320=1420mm
假定絲杠軸長度為1500mm
（2） 導(dǎo)程的選擇
因伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是1440rpm，最高進(jìn)給速度是Vmax = 4000 mm∕min
滾珠絲杠的導(dǎo)程如下：
考慮到床身導(dǎo)軌比較長，加工零件長度較長，選擇絲杠的導(dǎo)程為10mm。
（3） 絲杠軸直徑的選擇
選擇精密滾珠絲杠，參照文獻(xiàn)[4]693頁上表12-1-14，滿足導(dǎo)程10mm的滾珠絲杠軸外徑如下：12，16，20，25，32，40，50，63, 80, 100, 125 mm。超精密機(jī)床的特點(diǎn)是保證每個環(huán)節(jié)具有足夠高的剛性，每個元件處于性能最好的狀態(tài)，從而保證機(jī)床的高精度。
根據(jù)上述條件選擇床身滾珠絲杠直徑為63mm，導(dǎo)程為10mm。同理，可以選擇拖板滾珠絲杠直徑為50mm，導(dǎo)程為5mm。
圖4－6內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副滾珠螺母安裝、連接示意圖
5.砂輪架設(shè)計
5.1砂輪架設(shè)計的基本要求
砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要有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(shè)計提出的基本要求也是針對主軸與軸承部分的。
5.2砂輪架設(shè)計應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)基本要求：
（1） 主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；
（2） 主軸軸承系統(tǒng)剛性好；
（3） 振動小，發(fā)熱低，不漏油；
（4） 裝配制造簡單，調(diào)整維修方便。
5.3主軸軸承系統(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。
5.4砂輪架主軸強(qiáng)度的校核
進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其許用應(yīng)力。對砂輪架主軸來說，主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算，且在選取許用應(yīng)力時應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用42MnVB，并進(jìn)行淬火，故選取許用應(yīng)力為40Mpa 。
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
T = T／WT = 9.55×106P／0.2d3n ≤［T ］
T——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為Mpa）
T——軸所受扭矩（單位為N）
WT——軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為mm3）
P——軸傳遞的功率（單位為KW）
n——軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/min）
d——計算截面處的直徑（單位為mm）
［T ］——許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為Mpa）
由上式可得軸的直徑為
d =
=
= 22 mm
考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為40mm。砂輪架主軸的尺寸如圖所示
圖5－1砂輪架主軸尺寸示意圖
5.5主軸剛度校核
（1） 當(dāng)量直徑
因為是階梯軸，所以用當(dāng)量直徑法作近似計算當(dāng)量直徑為：
dv =
L = 118+70+440+50+125 = 803 mm
dv =
= 81.3 mm
(2)允許撓度
允許撓度［y］= 0.0002L＜0.0002×803 = 0.161 mm
(3)計算主軸前端撓度值
Y主軸 =
P——載荷（單位為公斤）（150/9.8）
L——軸兩端的跨距（單位為厘米）（80.3）
a——懸伸長度（單位為厘米）（14.2）
E——材料的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02×105）
I——截面慣性矩（平方厘米）
Y主軸 =
= 0.00015 cm = 0.015 mm
又因為［y］= 0.161 ，0.015＜0.161 ，即Y主軸＜［y］
由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。
5.6電動機(jī)的選擇
N電 = N切 + N空
=
= （2.35～8.82）+ 3.8
= 6.15～12.62 kw
通過以上計算，取N電 = 11 kw，選擇Y160M－4型電動機(jī)
5.7皮帶設(shè)計
1） 皮帶材料的選用
皮帶材料選用聚氨酯。
2） 設(shè)計計算【5】
已知小帶輪轉(zhuǎn)速，即n1 = 1460 r/min ，傳動比i = 1.2 ；
（1）確定計算功率Pca
由教材機(jī)械設(shè)計表8－7查得工作情況系數(shù)KA=1.1 , 故
Pca = KA P = 1.1 x 11 kw = 12.1 kw
（2）選擇V帶的帶型
根據(jù)Pca 、n1 由圖8—10（機(jī)械設(shè)計第八版）選用B型。
（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗算帶速v
a. 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。由表8—6和表8—8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑
dd1=125 mm。
b. 驗算帶速v0
v = dd1n1/60×1000 = 3.14×125×1460/60×1000 = 9.55 m/s
因為5 m/s＜v＜30 m/s ,故帶速合適。
c. 計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。
dd2 = idd1 = 1.2×125 = 150 mm
(4) 確定v帶的中心距a和基準(zhǔn)長度Ld
a. 0.7（dd1 + dd2）≤ a0 ≤2（dd1 + dd2）
192.5≤ a0 ≤550 ,初定中心距a0 = 350 mm 。
b. Ld = 2 a0 +（dd1 + dd2）/2 + (dd2—dd1)2/4 a0
= 2×350 + (125+150)/2 +(150—125)2/4×350
= 1132 mm
由表8—2選帶的基準(zhǔn)長度L=1120 mm
c. 計算實際中心距a
a = a0 + (L-Ld)/2 = 350 + (1120-1132)/2 = 344
(5) 驗算小帶輪上的包角
1 =1800-（dd2—dd1）×57.30/a =1800-（150-125）×57.30/344
=175.80≥900
(6) 計算帶的根數(shù)z
a. 計算單根V帶的額定功率Pr 。
由dd1 = 125和n1 = 1460 r/min ,查表得P0=2.19 kW
根據(jù)n1 = 1460 r/min , i = 1.2 和B型帶查表得⊿P0 =0.25 kW
查表得K = 0.99 ，KL = 0.86 ,于是
Pr = （P0+⊿P0）. K. KL= (2.19+0.25) ×0.99×0.86 = 2.08 kW
b. 計算V帶的根數(shù)z
Z = Pca/Pr = 12.1/2.08 = 5.82
取z = 6 根
5.8帶輪設(shè)計
1）帶輪設(shè)計的要求
（1）質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應(yīng)力；
（2）質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡校正；
（3）輪槽工作面要經(jīng)過精加工，以減少帶的磨損；
（4）輪槽的尺寸和角度應(yīng)有一定的精度，以使載荷分布均勻。
2）帶輪的材料選用
帶輪的材料選用HT200 。
3）帶輪的結(jié)構(gòu)
帶輪的基準(zhǔn)直徑dd ≤ 2.5d（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm），可采用實心式。
4）大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
圖5－2大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
d1 = (1.8～2)d, d為軸的直徑
d1 = (1.8～2)×72 = 129.6～144 mm ，取d1 = 130 mm
d2 = dd + 2h = 150 + 3.5×2 = 157 mm ,h—基準(zhǔn)線上槽深。
L = (1.5～2)d = (1.5～2) ×72 = 108～144 ，取L = 125 mm
B = （Z－1）e + 2f
其中Z—V帶的根數(shù)，
e—V帶的槽間距，
f—第一槽對稱面到端面的距離。
B = （6－1）×19 + 2×11.5 = 118 mm
5.9砂輪的選用
（1）科技名詞定義
中文名稱：砂輪，英文名稱：Grinding wheel。用磨料和結(jié)合劑混合經(jīng)壓坯、干燥、焙燒而制成的，疏松的盤狀、輪狀等各種形狀的磨具。
砂輪是磨削加工中最主要的一類磨具。砂輪是在磨料中加入結(jié)合劑，經(jīng)壓坯、干燥、焙燒而制成的多孔體。由于磨料、結(jié)合劑及制造工藝不同，砂輪的特性差別很大，因此對磨削的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。砂輪的特性主要是由磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度、組織、形狀、和尺寸等因素決定【6】。
① 磨料：分為天然磨料和人造磨料兩大類。一般天然磨料含雜質(zhì)較多，質(zhì)地不勻。天然金剛石雖好，但價格昂貴，故目前主要使用人造磨料。常用人造磨料有棕剛玉（A）、白剛玉（WA）、鉻鋼玉（PA）、黑碳化硅（C）、綠碳化硅（GC）、人造金剛石（MBD等）和立方氮化硼（CBN）。
② 粒度：指磨粒的大小。粒度的表示方法有兩種：對于用篩選法來區(qū)分的較大磨粒（制砂輪用），以每英寸篩網(wǎng)長度上篩孔的數(shù)目來表示。如46#粒度表示磨粒剛能通過每英寸46格的篩網(wǎng)。所以粒度號越大，磨粒的實際尺寸越小。對于用顯微鏡測量來區(qū)分的微細(xì)磨粒（微粉，供超精磨和研磨用），以其最大尺寸（單位為μm）前加W來表示，如W28、W40。
③ 結(jié)合劑：把磨粒固結(jié)成磨具的材料成為結(jié)合劑。結(jié)合劑的性能決定了砂輪的強(qiáng)度、耐沖擊性、耐腐蝕性和耐熱性。此外，它對磨削溫度和磨削表面質(zhì)量也有一定的影響。
④ 硬度：磨粒在外力作用下從磨具表面脫落的難易程度成為硬度。砂輪的硬度反映結(jié)合劑固結(jié)磨粒的牢固程度。砂輪硬就是磨粒固結(jié)的牢，不易脫落；砂輪軟，就是磨粒固結(jié)的不太牢，容易脫落。砂輪的硬度對磨削生產(chǎn)率和磨削表面質(zhì)量都有很大影響。如果砂輪太硬，不易脫落，磨削效率很低，工件表面粗糙易燒傷。砂輪太軟，太易脫落，砂輪損耗大，形狀不易保持，影響工件質(zhì)量。
⑤ 組織：表示砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔間的體積比例。根據(jù)磨粒在砂輪中占有的體積百分?jǐn)?shù)，砂輪可分為0～14組織號。組織號從小到大，磨料率從大到小，氣孔率由小到大。組織號大，砂輪不易堵塞，切削液和空氣易帶人磨削區(qū)域，可降低磨削溫度，減少工件變形和燒傷，也可提高磨削效率。
（2）砂輪材料的選擇
通過對砂輪的了解和工件的特性，查閱相關(guān)資料手冊，選用立方氮化硼砂輪。立方氮化硼磨粒非常鋒利又非常硬，其壽命為剛玉磨粒的100倍。立方氮化硼砂輪用來磨削超硬的、高韌性的、難加工鋼材，如高釩高速鋼、耐熱合金等。立方氮化硼砂輪特別適合高速磨削。
（3）磨削加工的發(fā)展趨勢：
① 提高磨削效率
隨著磨料磨具的發(fā)展及磨床結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在磨削加工中采用了高速磨削，強(qiáng)力磨削，寬砂輪和多砂輪磨削、以及其它的磨削工藝（如砂帶磨削、電解磨削）,使磨削效率不斷提高。
② 提高機(jī)床的自動化程度
近年來，普通磨床的自動化程度在不斷提高。自動化的措施有自動進(jìn)給、砂輪的自動修整和補(bǔ)償、自動分度、自動裝卸料和自動測量等。其自動化的顯著趨勢是向數(shù)控磨床及適應(yīng)控制方向發(fā)展。
③ 精密及超精密磨削
目前，對磨削加工精度和表面質(zhì)量要求越來越高，高精度外圓磨削的圓度要求小于0.5μm；表面粗糙度要求達(dá)到Ra＜0.01～0.02；高精度內(nèi)圓磨削的內(nèi)孔圓度要求小于0.8μm；表面粗糙度要求達(dá)到Ra＜0.08～0.16。
為了達(dá)到上述高精度和高表面質(zhì)量要求，在機(jī)床結(jié)構(gòu)中采取了一系列提高精度和抗振性的措施。其中主要的措施有：采用高剛度和高旋轉(zhuǎn)精度的新型主軸軸承；提高整機(jī)及主要部件的動態(tài)特性，尤其是動剛度及靜剛度；采用精密微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)；嚴(yán)格控制機(jī)床的熱變形；隔絕各種振源；采用各種高精度的自動測量裝置以及高效率的冷卻液凈化裝置等。
6.結(jié)論
經(jīng)過三個多月的努力，我終于完成了本次的畢業(yè)設(shè)計，對磨床的設(shè)計過程有了一個基本的認(rèn)識，特別是對大直徑外圓專用磨床的設(shè)計過程有了深刻和清晰的了解。這次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合應(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、互換性和測量技術(shù)等多門課程的內(nèi)容，使我對綜合知識的應(yīng)用有了很大的提高。
本次設(shè)計的大直徑輥筒外圓專用磨床，主要是用來磨削紡織上用的錫林和道夫，磨削直徑和長度較大。起初，我通過上網(wǎng)，去圖書館查資料等途徑研究磨床的總體布局，然后和老師交流，初步確定磨床的總體布局。
在大直徑輥筒專用外圓磨床設(shè)計中，我們兩人每人負(fù)責(zé)一部分，我負(fù)責(zé)的是磨頭和導(dǎo)軌。磨頭是磨床上帶動砂輪做高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要有傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸和軸承是砂輪架的主要組成部分。首先是根據(jù)砂輪架主軸的要求進(jìn)行軸的設(shè)計，然后再選取軸承，設(shè)計皮帶和皮帶輪等等。
由于磨床是高精密加工機(jī)床，對各部件的設(shè)計要求都較高，為了提高旋轉(zhuǎn)精度，可以使用動靜壓軸承。動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩者缺點(diǎn)的新型多油楔油膜軸承。它可以提高主軸和軸承的使用壽命及精度保持性，保證主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
導(dǎo)軌應(yīng)滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運(yùn)動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、便于加工、裝配調(diào)整和維修、成本低。在選擇導(dǎo)軌的組合形式時，我選擇了矩形和和三角形導(dǎo)軌的組合，這類組合的導(dǎo)軌導(dǎo)向性好，剛度高，制造方便，應(yīng)用最廣。如車床、磨床、龍門銑床。
導(dǎo)軌面間的間隙對機(jī)床工作性能有直接影響，如間隙過大，將影響運(yùn)動精度和平穩(wěn)性，間隙過小，運(yùn)動阻力大，導(dǎo)軌的磨損加快。為了保證導(dǎo)軌具有合理間隙，磨損后又能方便地調(diào)整，可以通過改變墊片的厚度來調(diào)整導(dǎo)軌間隙。
這次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)所學(xué)知識的綜合，使我運(yùn)用知識的能力有了很大提高，培養(yǎng)了我動手、動腦、查手冊、檢索資料的能力和理論結(jié)合實際的作風(fēng)，改變了我以前設(shè)計不切合實際的想法，很多設(shè)計力求標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。
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