气缸体专用平面磨床设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 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，它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的。随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展 4，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至 4 m、磨削精度高达 m。 本课题是对设计一台气缸体表面加工用的专用磨床，气缸体作为重要的工 艺要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制约产品质量的一个瓶颈问题，如何能使气缸体的表面粗糙度和平面度达到技术要求。 关键词 ： 磨床；平面磨床；专用磨床；磨削加工；气缸体 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 as a as to of of of is in of of to of 4, as of be as m, of up is a of of a as an of a of to of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 错误 !未定义书签。 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 I 床的类型与用途 磨床的类型及其特点 磨床的用途 平面磨削和端面平面磨床 床的现状及其发展趋势 2 章 总体结构设计 本参数和设计内容 床总体设计 体设计注意事项 3 章 磨床总体布局设计 工零件 步估计组成部分 体布局初步设计 向与横向尺寸的确定 轮架相关尺寸设计 架相关尺寸的确定 架相关尺寸的确定 作台 向进给机构 轮修整器 压系统 气部分 床保护系统 4 章 部件设计（砂轮架） 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轮架设计的基本要求 轴旋转精度及其提高措施 轴轴承系统的刚性 轮架主轴初步设计 轴刚度校核 静压轴承 动装置设计 5 章 床身与导轨 身设计 床身结构的基本要求 床身的结构 床身 的截面形状 钢板焊接结构 箱体封沙结构 轨设计 对导轨的要求 滑动导轨 贴塑滑动导轨 导轨结构 导轨设计 导轨的材料 6 章 主传动系统结构设计 传动系统的设计要求 传动变速系统的设计 择主轴电机 速带的设计计算 7 章 控制系统设计 定硬件电路的总体方案 控制器 选择 储器扩展电路设计 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 流伺服电机驱动电路 轴电机驱动电路 界报警 论 考文献 谢 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 章 绪论 床的类型与用途 床的类型及其特点 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 它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的 1。 磨床种类很多，主要有： 平面磨床 、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 2。 对 平面磨床 来说，又可分为普通 平面磨床 、万能 平面磨床 、无心 平面磨床 、 宽砂轮 平面磨床 、端面 平面磨床 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（一般砂轮圆周线速度在 35m/前已向 200m/ （ 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 由 电动机 油泵 发动部件 、 通过机械 、 电气 、 液压传动 工件 等 部分组成 1。 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%。 据 1997 年欧洲机床展览会 (调查数据表明， 25%的企业认为磨削是他买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 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%3。由此可见，在精密加工当中，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。但是要实现精密磨削加工，所用的磨床就应该满足以下几个基本要求： （ 1） 高几何精度。 精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。主轴轴承可采用液体静压轴承、短三块瓦或长三块瓦油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。当前采用动压轴承和动静压轴承较多。主轴的径向圆跳动一般应小于 1向圆跳动 应限制在 （ 2 （ 2） 低速进给运动的稳定性。 由于砂轮的修整导程要求 （ 10mm/此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。 （ 3） 减少振动。 精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。故对于精密磨床，在结构上应考虑减少振动。 （ 4） 减少热变形。 精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的50，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。 面磨削 和端面 平面磨床 （ 1） 平面磨削 在 平面磨削 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 的 平面磨削 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， 平面磨削 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 磨法磨外圆 图 磨法磨外圆 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。 （ 2） 端面 平面磨床 及其特点 端面 平面磨床 是 平面磨床 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 平面磨床 相似，只是砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度（通常 10， 15， 30， 45），如图 1 3所示，数控端面 平面磨床 架中心连线倾斜 30。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） 精磨 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度 床的现状及其发展趋势 随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着 超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展 4，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至 4 m、磨削精度高达 m；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达 400m/s，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为 （ 40 60） m/s；从精度上看，定位精度 2 m，重复定位精度 1 m 的机床已越来越多；从主轴转速来看， 轴达 60000r/13 42000r/速已 不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工 60 北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合作生产的 P）62 63 数控外圆 /数控端面 平面磨床 ，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达60m/s，砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机公司 床专用数控系统可实现二轴（ X 和 Z）到四轴（ X、 Z、 U 和 W）控制。 此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处 理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 X 课题的设计目的和意义 设计目的： 发动机气缸体对其平面度要求十分严格， 用专用磨床加工可确保其加工质量 。 设计意义：气缸体作为重要的工艺要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制约产品质量的一个瓶颈问题，如何能使气缸体的表面粗糙度和平面度达到技术要求，因此设计一台用于气缸体表面加工用的专用磨床。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 章 总体结构设计 本参数和设计内容 根据设计任务书，本 气缸 体专用平面磨床的设计 基本参数 如下 。 电动机功率 ： 轴转速 ： 2800头行程 ： 垂直方向 260向 840削头砂轮直径 ： 250磨床的总体设计包括 如下主要内容 : （ 1） 系统设计 包含数控装置的功能设计、元件和部件设计 ,程序段格式设计及系统的总体设计 。 （ 2） 逻辑设计 包含运算器设计、控制器设计及电路设计 。 （ 3） 机床主机的结构设计 。 本次设计主要对总体结构进行设计 。 床总体设计 （ 1） 加工零件的工艺分析（表面形状，尺寸，材料，技术条件，批量，加工余量等）； （ 2） 调查研究 和 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 。 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 章 磨床总体布局设计 工零件 发动机气缸体对其平面度要求十分严格，用专用磨床加工可确保起加工质量。 气缸 体 材料 为 45#、 40球墨铸铁等 ； 步估计组成部分 磨床的主要组成包括： f 修整器； g 测量装置； h 砂轮进给电机； I 修整器进给电机； j 电器框； l 工件旋转电机； m 润滑冷却装置； 体布局初步设计 确定初步设计方案如下。 （ 1） （ 2） 工作台移动； （ 3） 工作台型面采用倾斜 10的型面； （ 4） 砂轮架主轴与床身导轨倾斜 30角； （ 5） 头尾架中心线平行； （ 6） 采用成型砂轮修整器（金刚石 滚轮），采用 向测量仪 ； （ 7） 数控系统的四坐标轴 轮架进给 整器进给 作台移动 件旋转 各轴采用交流伺服电机，通过精密无间隙弹性连轴器直接与滚珠丝杆相连； （ 8） 液压油箱单独（减小热变形，简化机床结构，易实现标准化，通用化，便于维修）； （ 9） 电器框与机床采用空中走线； （ 10） 机床前防护罩采用全封闭结构 。 向与横向尺寸的确定 （ 1） 纵向尺寸 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 工件最大长度 1 750l 头架长度 2 440l 尾架长度 3 320l 上台面长度 4 1 2 3 1 0 0 ( 2 0 4 0 ) 1 6 4 0l l l l m m ； 下台面长度 5 4 4 1 5 % 2 0 % 2 0 0 0l l l m m ； 床身长度 6 5 1 4 0 0 3 1 5 0l l l m m ； 后床身长度 7 1600l 考虑砂轮架和修整器大小按经验给定）； 整个床身宽度 8 1650l 视觉效果）； 砂轮架中心与机床床身对称线相距 0 2 3 120l l l m m 图 床纵向尺寸 （ 2） 横向尺寸 1）画出横向尺寸床身的 V 型导轨作为横向尺寸的基准，画出床身的平面导轨作为高度尺寸的基准线，根据确定的工作台参数，导轨参数 ， 中心买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 出左视图 。 2）确定上 、 下工作台厚度和宽度 （ a）厚度：用类比法 上工作台 2 0 0 心 （ 下工作台 1 0 0 心 （ l 为工作台导轨的中心距，工作台导轨选用 80 75 250 取 1h=250=75h=250=95 b）宽度 45B l B B 工 作 台（ 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 台 3）确定头，尾架顶尖中心位置 顶尖中心安排在 样有利于磨削最小直径工件的，砂轮架趋近于工作台不致相碰。缺点是使导轨的承载压力较大，故常适当加宽 4）确定头尾架顶尖中心至床 身底面的高度 1 0 0 0 1 1 0 0H 左右 1 根据工人身高，经验。类比取1 1095H 2 1 1 2 / 7 3 9 . 6H H h h H C O S m m 5）工作台回转中心位置 9 1 / 2 1 / 2 * 2 5 0 1 2 5B l m m 6）确定机床总高 H 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 H H h H H 头 架 测 量 仪7 3 9 . 6 1 7 0 4 1 1 6 3 3 . 4 51954 所以 000 砂轮架相关尺寸设计 （ 1）砂轮架导 轨（ V 平导轨） 100 90 4001 考虑到砂轮的大小及重量与砂轮架的稳定性，取 L中心 =500而可定出砂轮架的宽度约为 600轨为 卸荷导轨。 图 轮架的导轨 （ 2）砂轮架横向行程长度 0 . 1 0 . 2l s s s 横 丝 杆 快 速 快 速 （ 式中 为砂轮架快速进退的行程，一般取 60 150此处取 111 m a x / 2 / 2 / 2 / 2s D D D D 砂 砂 工 件 件 （ 7 5 0 / 2 3 2 0 / 2 5 5 0 / 2 2 0 / 2250 安全系数取 够 。 2 5 0 1 1 1 0 . 1 1 1 1 3 7 2 . 1l 横 （ 373） （ 3）砂轮架高度和长度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轮架箱体导轨的高度 轮底板滑台高度 轮中心距砂轮底面高度 后床身顶面至平导轨的高度 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 6 1 1 0 1 5 0h m m取6 130h 砂轮架中心距后床身顶面 7 1 2 6 1 0 9 5 7 4 0 1 3 0 4 8 5h H H H m m 砂轮架底座安装修整器，内有传动丝杆 取4 120h 后床身进给导轨内装丝杆 取3 190h 7 3 4h h h h 4 8 5 1 2 0 1 9 0 175 图 轮架的高度和宽度 砂轮架底板长度9l： 9l 2 l 中 心 1 2 * 5 0 07 5 0 1 0 0 0买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取9l=900砂轮架导轨长度 1 0 9 5 0 8 0l l l 横9 0 0 3 7 3 8 01353 取 10 1305l 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 15 计算法 N N N切电 空（ * 2 3 . 82 . 3 5 8 . 8 2 3 . 8 砂 取 15头架相关尺寸的确定 长 宽 高： 440 400 411 主轴 锥孔：莫氏 5#锥孔 中心高：m a x /2H D K（ 3 2 0 / 2 2 0 3 5 1 8 0 1 9 5 通过以上计算头架中心高取 180 主轴转速 1 / 8 0 1 / 1 6 0 * 6 0 4 5 2 2 . 5 / m s 砂（ 取 40 /IV m s 1 6 / m i n 3 0 0m i n 2 2 / m i n 3 0交流伺服电机选择 用类比法，交流伺服电机选择 1 18机 。 砂轮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 （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 流伺服电机通过 20/38的双楔齿轮带传递给工件，即 41 8 3 8 / 2 0 3 4 . 2 . /N N m s l 实合格 主轴不旋转，主轴靠拨盘带动旋转 架相关尺寸的确定 5#莫氏锥孔 中心高 180面倾斜 10 直线滚动导轨 液压油缸，顶紧力 12 作台 要求上 、 下台面便于调整头尾架，便于安装滚珠螺母。倾斜 10 以便于头尾架定位，冷却液回流；及使头尾架不等高时修刮侧面 。 向进给机构 交流伺服电机 滚珠丝杆 压力卸荷导轨 压力油 卸去 60% 75% 压力 V 平导轨 100 * 90 * 500 砂轮架行程 373l 轮修整器 伺服电机 修整器 直线滚动导轨 主轴直径 D=50用液体动压轴承 (16r/修整速度 = 1 / 3 1 / 5 0 120 故 1 2 1 9 /V m s线修整器行程为 160压系统 修整器；尾架；量仪（两个）；润滑油； 床 身导轨； 砂轮架卸荷导轨； 丝杆； 直线滚动导轨； 间歇 。 气部分 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10G， 控制五坐标轴 ， 砂轮架主轴 。 床保护系统 静压供油系统 压力继电器 压差发讯器 液压控制器 电路延时 尾架伸缩油缸静压供油系统：设置自动循环电路，可手动，也可用于脚踏。当工件旋转时，由于互锁装置，使起无效。 油箱液压控制 数控系统（在各坐标轴）自诊断与保 护功能 如：电池电压低 程序错误 各坐标轴由行程开关控制最大位移量 安全防护罩（砂轮罩，机床前罩）全封闭式 导轨面保护 工作台导轨：不锈钢可伸缩防护罩 砂轮架导轨：前部：翻板式护罩 +橡皮（防水）；后罩：钢罩。 修整器导轨：折叠式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 章 部件设计（砂轮架） 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： 转稳定； 热低，不漏油； 整维修方便。 轴旋转精度及其提高措施 直接影响工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面 平面磨床 砂轮架允许的径向和轴向跳动允许误差取 5m10m。 （ 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。 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缺陷。 轮架主轴初步设计 1. 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 42 进行淬火，故选取许用应力为 40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 的扭转强度条件为 639 . 5 5 1 00 . 2 （ T 扭转切应力（单位为 T 轴所受扭矩（单位为 轴的扭转截面系数（单位为 3 p 轴传递的功率（单位为 n 轴的转速（单位为 r/ d 计算界面处的直径（单位为 T 许用扭转应力（单位为 r/ 由上式可得轴的直径为 633 9 . 5 5 1 00 . 2 （ 63 39 . 5 5 1 0 1 50 . 2 4 0 6 0 0 上述计算可以得知砂轮架最小直径为 虑到砂轮架的刚度等因素，取主轴的最小直径为 60轮架主轴的尺寸如图 4 1所示。 图 轮架主轴尺寸示意图 轴刚度校核 因为是阶梯轴，所以用当量直径法作近似计算当量直径为： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 41v （ 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= 允许挠度 y=合格 000=952 =150200 合格 所以选高速带的种类为薄型绵纶片复合平带。 9带厚 401(1)301 d（ 3） 取标准，带厚为 30带宽 b )( 2 传递功率 况系数 K 拉力计算系 79.0纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动比系数 i 带的质量 33 /1034.1 带的离心拉应力 232 b 取 b 261作用在轴上的力 2s i 的预紧力推荐值为o b 40 90 2 0s 6 o 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 章 控制系统设计 定硬件电路的总体方案 数控系统基本组成：任何一个数控系统都是有硬件和软件两部分组成。硬件是组成系统的基础，有了硬件软件才能有效地运行。硬件电路的可靠性直接影响数控系统的性能指标 。