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畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械制造技術(shù)及其自動(dòng)化
學(xué)生 學(xué)號(hào)
設(shè)計(jì)題目 高速平面磨床的設(shè)計(jì)
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容
主要對(duì)高速平面磨床進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)。對(duì)關(guān)鍵部件包括主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。其次對(duì)床身砂輪冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。最后對(duì)平面磨床的機(jī)械部分作出完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并做出主要零部件總裝配圖。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求
設(shè)計(jì)要求：整機(jī)結(jié)構(gòu)合理、操作簡(jiǎn)便、性能可靠、靈敏度高。
設(shè)計(jì)參數(shù)：
工作量要求：1.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的字?jǐn)?shù)至少1.2萬(wàn)字（含插圖折合字?jǐn)?shù)）；
2.CAD工程繪圖量不少于折合成圖幅為A0號(hào)的圖紙3張；
3.查閱文獻(xiàn)類(lèi)15篇以上，其中外文文獻(xiàn)要在2篇以上；
翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文字?jǐn)?shù)不少于2000字；
應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排
序 號(hào)
階段任務(wù)
日 期
1
資料查閱
3月14日之前
2
畢業(yè)實(shí)習(xí)、外文翻譯、畢業(yè)設(shè)計(jì)方案
3月14日—4月8日
3
計(jì)算、構(gòu)思方案、繪圖
4月9日—4月29日
4
修改、完善零部件圖樣，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
4月30日—5月27日
5
完善畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、準(zhǔn)備答辯
5月28日—6月5日
四、文獻(xiàn)查詢(xún)方向及范圍
參考資料：
《機(jī)械設(shè)計(jì)原理》；
《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》；
《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》；
《機(jī)械制圖》；
查詢(xún)關(guān)鍵詞：
平面磨床；
進(jìn)給；
傳動(dòng)；
查詢(xún)方向及范圍：
1、清華同方CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)；
2、讀秀知識(shí)庫(kù)；
3、萬(wàn)方學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)；
4、百度文庫(kù)；
5、谷歌學(xué)術(shù)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)起止時(shí)間: 2013年3月14日—— 2013年6月5日
指導(dǎo)教師（簽字）
系 主 任（簽字）
2012 年 3 月 14 日
濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院
硬車(chē)削加工------以車(chē)代磨
作者：克里斯 庫(kù)帊弗
當(dāng)在車(chē)床或車(chē)削加工中心加工硬度大于45ＨＲＣ的工件時(shí)，我們把這種車(chē)削定義為硬車(chē)削加工。由于這種車(chē)削能獲得１.６的表面粗擦度，硬車(chē)削加工通常被認(rèn)為是磨削的一種替代工藝，或是磨削加工的預(yù)加工。硬車(chē)削加工通常是在工件熱處理后獲得45-68HRC硬度后來(lái)進(jìn)行的。
硬車(chē)削加工制定工序的原則與傳統(tǒng)軟車(chē)削有很多相似之處。和任何一種新工藝一樣，硬車(chē)削有它自己的特點(diǎn)，但最基本的原則仍然是我們?cè)谲?chē)間中進(jìn)行普通車(chē)削時(shí)所遵循的原則。這種工藝自產(chǎn)生之初就有了比磨削更多的優(yōu)勢(shì)，在磨削加工中往往需要專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且不是所有加工工人都能否掌握，盡管任何一種加工方法都?jí)驗(yàn)闄C(jī)加工人員學(xué)習(xí)，但更多工人和工藝員更容易掌握硬切削的方法。
正確應(yīng)用
盡管硬車(chē)削能達(dá)到令人滿(mǎn)意的效果，但它不能取代磨削加工，通過(guò)磨削完成的鏡面拋光，粗糙度可達(dá)0.3-0.8，而這在硬車(chē)削加工中是不可能達(dá)到的。和硬車(chē)削相比，磨削尤其特有的優(yōu)勢(shì)，比如可以獲得更高維度的表面粗擦度和圓柱度。另外由于在一種卡盤(pán)裝夾下便可完成加工，硬車(chē)削和其他工藝相比能使工件獲得較高的圓柱度和同軸度。
硬車(chē)削加工工藝在零件表面平面度要求為0.5-12um，粗糙度要求在0.8-7um時(shí)能收到良好的效果，硬車(chē)削的工藝范圍很廣，諸如齒輪，柱塞泵零件，液壓元器件，軸承座表面，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸等。
硬車(chē)削工藝和磨削相比，生產(chǎn)成本低。最明顯的成本優(yōu)勢(shì)是支撐部件成本的降低，正像CNC車(chē)削中心一般來(lái)說(shuō)要比磨床價(jià)格低。另外一般能在車(chē)削加工中心中心加工的零件往往需要數(shù)臺(tái)不同類(lèi)型的磨床才能完成同樣的操作，其成本優(yōu)勢(shì)更加顯著。
如上所述，一臺(tái)車(chē)削加工中心使用一個(gè)卡盤(pán)能完成內(nèi)空車(chē)削，外圓車(chē)削，錐面車(chē)削，車(chē)槽等。除了有利于提高平面度，直線(xiàn)度和同軸度外，還很大程度上減少了裝夾和循環(huán)操作的次數(shù)。高精密螺紋車(chē)削同樣可以完成，與手工加工螺紋相比有很好的同軸度。
硬車(chē)削還可以作為圓弧面和自由曲面的精加工，而磨削加工需要定制的砂輪，這種加工方法很耗時(shí)，并且專(zhuān)用磨床很昂貴。
除了這種能夠合并各種加工的天然優(yōu)勢(shì)，硬車(chē)削加工的循環(huán)時(shí)間遠(yuǎn)比具有相同加工能力的普通車(chē)削短。在硬車(chē)削加工中，金屬能很快被車(chē)削，如果使用立方氮化硼和陶瓷刀具還能完成高速車(chē)削。另外，硬車(chē)削加工工件裝夾和拆卸時(shí)間短，車(chē)削加工中心還更容易完成自動(dòng)化以提高生產(chǎn)效率。
除了成本低，硬車(chē)削加工還有很多減少對(duì)環(huán)境的影響的特點(diǎn)。車(chē)削加工中心相比磨削耗能較少。硬車(chē)削通常在干燥環(huán)境下加工，減少了潤(rùn)滑成本和對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的布置。硬車(chē)削加工更容易循環(huán)利用切屑，。而磨削中的切屑分離成本很高或直接作為工業(yè)廢料處理。
合理的車(chē)床
由于表面粗糙度和精度是硬車(chē)削加工的基本要求，不是所有的車(chē)床和車(chē)削加工中都能很好的完成硬車(chē)削加工，除了滿(mǎn)足刀具的切削速度要求外，用于硬車(chē)削的機(jī)床必須具備良好的抵抗熱變形的能力，剛度和硬度。
正確使用刀具
硬車(chē)削的一個(gè)關(guān)鍵效益是在任何硬車(chē)削加工中都可以使用的嵌入式硬質(zhì)刀具，和成本較低的砂輪相比，這些刀具價(jià)格昂貴，但是盡管刀具價(jià)格昂貴，我們還是會(huì)選擇硬切削加工，因?yàn)榧庸r(shí)間和轉(zhuǎn)換時(shí)間的大大減少會(huì)彌補(bǔ)刀具的成本。
CBN和PCBN是加工硬度大于55HRC的零件的理想材料，CBN是最硬的材料之一，其硬度僅次于天然鉆石。并且CBN這種材料的加工工藝較好，在和金剛石材料類(lèi)似的加工條件下有很好的綜合性能。并且CBN刀具在高溫下仍有很好的穩(wěn)定性。CBN也可以制成PCBN，PCBN是CBN粒子燒結(jié)而成具有高硬度高熱穩(wěn)定性的表面粗糙的集成物。
陶瓷工具割削工具是非常地較不昂貴的比較 CBN 和 PCBN，以及提供一個(gè)優(yōu)良的表面光制由于他們的能力維持一個(gè)銳利刃口。他們典型地提供在 CBN 和 PCBN 上的可提高的軔性，讓他們變成更好在這 45-55 HRC 范圍中為硬旋轉(zhuǎn)材料適合了。然而，類(lèi)似 CBN 和 PCBN，他們是易碎的而且不很好地為打斷的傷口適合，不光滑或半的意思鑄件清理。
由于這些材料及優(yōu)良的耐磨性，CBN和ＰＣＢＮ刀具比碳質(zhì)刀具具有很大的持久性。然而，這些材料很脆，因此除了切削量很小的精加工外，這些刀具不適于其他的操作。
相比ＣＢＮ和ＰＣＢＮ陶瓷刀具的價(jià)格要低很多，并且由于能保持切削刃的鋒利使陶瓷刀具很適合于做精加工操作。陶瓷刀具比ＣＢＮ和ＰＣＢＮ刀具有更強(qiáng)的韌性，使這種刀具更適合４５－５５ＨＲＣ的硬切削加工。但是和ＣＢＮ，ＰＣＢＮ一樣，陶瓷刀具很脆，不適合非連續(xù)型加工，粗加工或半精加工。
在個(gè)別加工操作中，ＣＢＮ＼ＰＣＢＮ刀具的形狀和表面涂料以及嵌入式陶瓷刀具的刀頭可以根據(jù)不同情況加以選擇，不管選擇什么樣的刀具，，都必須有高精度和剛度的刀架，使合模銷(xiāo)的長(zhǎng)度最小以減小振動(dòng)，提高局部精度，延長(zhǎng)刀具壽命。即使這些刀具能提供１．６的表面粗糙度，車(chē)痕仍會(huì)留在工件表面，不利于加工有油封要求的表面，加工刀痕會(huì)導(dǎo)致油的泄露，或者由于工件表面的突起使做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工件卡死。為了更好地完成車(chē)削精加工，薄膜類(lèi)型的磨削單元可以用來(lái)作為精加工以達(dá)到表面粗糙度為0.8的鏡面。薄膜型磨削單元用于塔倫驅(qū)動(dòng)的車(chē)削加工中心。通過(guò)使用多種拋光薄膜來(lái)磨掉表面的突起以達(dá)到傳統(tǒng)磨削加工類(lèi)似的表面精度。
硬車(chē)削加工的效益
盡管硬車(chē)削加工不能替代所有的磨削加工，這種加工方法由于能夠減少裝夾時(shí)間和循環(huán)操作時(shí)間以及設(shè)備的低成本具有很大的經(jīng)濟(jì)性。由于他和傳統(tǒng)車(chē)削加工遵循很多相同原則，硬車(chē)削加工由于能很容易應(yīng)用于加工車(chē)間而具有很多而外的效益。如果選擇了正確的加工方法，正確的機(jī)床，正確的刀具，硬車(chē)削加工能夠加強(qiáng)由于很寬的公差范圍而帶來(lái)的收益。
附錄二 外文文獻(xiàn)
Hard Turning as an Alternative to Grinding
Chris Koepfer
Hard turning is typically defined as the turning of a part or barstock of harder than 45HRC on a lathe or turning center. Since surface roughness of Rmax/Rz=1.6s can be achieved, hard turning is often considered a replacement for grinding operations or as a pre-grinding process. Hard turning is most often performed on post-heat treated parts with surface hardness ranging from 45HRC to 68HRC or even higher.
The process of hard turning shares many fundamentals with its “soft turning” sibling. As with any new application, there is a learning curve for hard turning, but the fundamental principles follow those of the same turning operations that are commonly performed in shops today. This gives it an inherent advantage over grinding, which requires specific knowledge and experience that not all machinists possess. While any new process can be learned, most machinists and programmers today will have an easier time absorbing the hard turning process compared with grinding.
The Right Application
While hard turning can achieve impressive results, it is not an alternative for all parts typically finished through grinding. Polished mirror surface finishes of Rz=0.3~0.8z that can be achieved through grinding are not possible by hard turning alone. Grinding has the additional advantage of being able to achieve higher dimensional roundness and cylindricity accuracies compared with hard turning. However, since parts can typically be finished in a single chucking, hard turned parts often show superior concentricity and perpendicularity characteristics to their ground counterparts.
The “sweet spot” for hard turning applications are for parts that have roundness accuracy requirements between 0.5 and 12 microns, and surface roughness requirements between Rz 0.8 micron and Rz 7.0 microns (see chart on page 26). This includes a variety of parts such as gears, injection pump components, hydraulic components, seat surfaces, and hard disk drive shafts.
The cost advantages of hard turning compared with grinding are numerous. The immediately apparent cost advantage is the reduced cost in capital equipment, as CNC turning centers are generally less expensive than grinding machines. Additionally, several types of grinding machines may be needed to perform the operations able to be performed on a single turning center, further opening the possibilities for equipment cost savings.
As mentioned above, a turning center can complete ID turning, OD turning, taper turning, and grooving in a single chucking. In addition to improving the accuracy of squareness, concentricity and straightness, this drastically reduces cycle and setup times as well. High precision threading operations can also be performed, guaranteeing concentricity with other part features compared with offline threading operations.
Hard turning also allows for the finishing of radius and free-curved surfaces. Grinding processes require a custom-dressed wheel, which is time consuming to produce, or highly customized grinding machines that can be expensive.
In addition to the inherent cost advantages of combining multiple operations into one, hard turning cycle times are drastically shorter than comparable turning operations. Metal can be removed much faster in hard turning operations, and high speed turning is possible with both CBN and ceramic cutting tools. Changing grinding wheels is also time consuming, whereas switching out inserts on turning centers can be quick. Part loading and unloading times are also shorter for turning centers, and turning centers are typically more easily automated for additional productivity.
A number of features of the hard turning process reduce environmental impact as well as cost. Turning centers consume less electricity than grinding machines, reducing both electrical consumption and the monthly electrical bill. Hard turning is often performed dry, eliminating both coolant costs and the need for coolant disposal. Hard turning produces easily recycled chips, whereas grinding produces sludge that must go through a costly separation process or be disposed of as industrial waste.
The Right Machine
As accuracy and surface finish are fundamental requirements for hard turned parts, not all lathes and turning centers are ideally suited for hard turning applications. In addition to being able to meet the speed requirements of the cutting tools, machines used for hard turning must maintain thermal stability, rigidity and precision over time.
The Right Tooling
One of the key benefits of hard turning is that off the shelf inserts can be used for virtually any hard turning operation. However, the CBN, PCBN and ceramic inserts can be expensive, especially when compared with the relatively low costs of grinding wheels. But don’t let the high cost of inserts scare you off from the hard turning process, as the high tooling costs are quickly offset by reductions in processing time and change-over time.
CBN and PCBN are ideal cutting tool materials for the hard finishing of parts above 55HRC. CBN is one of the hardest materials, second only to diamond. It is a manufactured material, synthesized under conditions similar to those used for synthetic diamond. However, unlike diamond cutting tools, CBN demonstrates increased stability at higher temperatures. CBN is also used to manufacture PCBN, a composite formed by sintering CBN particles into a hard, tough and thermally stable material.
Thanks to their incredible wear resistance, CBN and PCBN cutting tools outlast carbide by a large factor in hard turning applications. However, they are extremely brittle, and therefore, not well suited for anything other than finishing operations with smaller depths of cut.
Ceramic cutting tools are considerably less expensive than CBN and PCBN, and also provide an excellent surface finish thanks to their ability to maintain a sharp cutting edge. They typically offer enhanced toughness over CBN and PCBN, making them better suited for hard turning materials in the 45-55 HRC range. However, similar to CBN and PCBN, they are brittle and not well suited for interrupted cuts, roughing or semi-finishing.
Geometries and coatings on CBN, PCBN and ceramic inserts can be selected for optimal performance in individual applications. No matter what cutting tool is chosen, an accurate and rigid toolholder is also essential to the process. Maintain a minimal projection length to minimize vibration, enhance part finish and maximize cutting tool life.
Even though these cutting tools can provide surface finishes of Rmax/Rz=1.6s, feed turning marks (similar to the peaks and valleys of threading) remain on the surface. This may be an issue for parts such as oil seal contact surfaces, where the valleys may cause oil to leak, or bearing rolling surfaces where the peaks may cause the bearing material to detach. For better surface finish on a turning center, a film-type grinding unit can be used to achieve surface finishes of less than Rz0.8 micron. Film-type grinding units are for turning centers with driven turrets, and attach to the tooling turret as a driven tool would. They use a variety of polishing films to grind off the peaks left by hard turning, providing surface finishes similar to traditional grinding methods.
Benefits of Hard Turning
Although hard turning it is not an alternative for all grinding operations, the potential cost savings from reduced setup times, faster cycle times and lower equipment costs are too big to ignore. Since it shares many fundamentals with standard turning processes, hard turning has the additional benefit of being able to be easily assimilated into most shops. With a little help choosing the right application, right machine and right tooling, hard turning can quickly enhance the profitability of a variety of tight tolerance applications.
摘要
本設(shè)計(jì)以HZ-64和HZ-1642型平面磨床為例，對(duì)平面磨床驗(yàn)收、使用與維護(hù)規(guī)程的研究與制訂。根據(jù)磨床在機(jī)械制造行業(yè)的性能要求，對(duì)平面磨床進(jìn)行規(guī)范驗(yàn)收、正確使用與合理維護(hù)規(guī)程的研究與制訂。平面磨床是常用的金屬加工平面磨床，在機(jī)械制造企業(yè)大量使用。平面磨床使用期限的長(zhǎng)短，生產(chǎn)效率和工作精度的高低，在很大程度上取決于它的驗(yàn)收、使用與維護(hù)情況。本課題主要包含以下內(nèi)容：各類(lèi)磨床簡(jiǎn)介；平面磨床簡(jiǎn)介；平面磨的驗(yàn)收；平面磨床的安裝；平面磨床的使用規(guī)程；平面磨床的維護(hù)；平面磨床的檢修；部分平面磨床零部件的測(cè)繪與潤(rùn)滑圖表的繪制。
隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，磨床在加工機(jī)床中也占有相當(dāng)大的比例。磨削技術(shù)及磨床在機(jī)械制造業(yè)中占有極其重要的位置。磨削技術(shù)發(fā)展很快，在機(jī)械加工中起著非常重要的作用。主軸前、后封由盤(pán)等零件均有一定程度的磨損，易產(chǎn)生振動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)床性能。產(chǎn)生磨削粗糙度達(dá)不到產(chǎn)品技術(shù)要求，且磨損平面有較大、明顯的振紋。因而對(duì)機(jī)床主軸系統(tǒng)進(jìn)行改造是很有價(jià)值的。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)M7130平面磨床進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并進(jìn)行主軸優(yōu)化改造設(shè)計(jì)。主要包括平面磨床主軸系統(tǒng)靜壓軸承改裝、靜壓軸承的有關(guān)參數(shù)選擇及計(jì)算兩大內(nèi)容，主要研究?jī)?nèi)容是靜壓軸承的性能分析以及在平面磨床主軸系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵字：平面磨床；高速；冷卻；磨削。
Abstract
Grinding machines, for example, on the surface grinder acceptance, use, and maintenance research and draw up the statutes. According to the grinder in mechanical manufacturing performance requirements, on the surface grinding machines for specifications and acceptance, proper use and reasonable maintenance for the study and formulation. Surface grinding machine is commonly used inmetal working surface grinding machines, in machine building enterprises in heavy use. Surface grinding machine using the length of time, productivity and accuracy of high and low, largely depends on its acceptance, use, and maintenance. This fields contains the following content: 1 Introduction to various types of grinding machines 2 introduction to 3 flat surface grinder mill acceptance 4 surface grinding machine installation 5 surface grinding machines for use of surface grinding machine maintenance 6 7 surface grinding machine maintenance 8 grinding parts of surveying and mapping and lubrication chart drawing the appropriate graphics, use AutoCAD drawing software to its basic shape. With this design, are designed to explore the surface grinding machines the maximum price/performance, and for enterprises to save resources do some theory.
With the development of grinding technology, grinding machines in the machine tool also accounts for a sizeable proportion. Grinding technology and grinding machines in the machinery manufacturing industry occupies an extremely important position. Grinding technology has developed rapidly, Plays a very important role in machining. As the original machine M7130 used in production for over 30 years, Spindle before and after the closure disk and other parts have a certain degree of wear and tear, Easy to produce vibration, seriously affect the machine performance. Produce grinding roughness of less than the product technical requirements, and the wear flat greater, the obvious chatter. Thus the machine tool spindle system transformation is of great value. The design, data analysis, and the spindle to optimize the transformation design M7130 surface grinder. Include surface grinding machine spindle system hydrostatic bearing modification, the relevant parameters of the hydrostatic bearing selection and calculation of the two, The main contents of the hydrostatic bearing performance analysis, and surface grinding machine spindle system.
Keyword：surface grinde；high speed；cooling；grinding。
目錄
第1章 引言 1
1．1 各類(lèi)磨床簡(jiǎn)介 1
1．1．1 M1432B型萬(wàn)能外圓磨床簡(jiǎn)介 1
1．1．2 其他類(lèi)型磨床簡(jiǎn)介 3
1.2 HZ-64 平面磨床簡(jiǎn)介 8
1.3 國(guó)內(nèi)外研究狀況 8
1.4 研究方法 9
1.5 論文的構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容 9
第2章 平面磨床主軸系統(tǒng) 10
2.1 M7130平面磨床的主要結(jié)構(gòu) 10
2.2 平面磨床原理 11
2.3 主軸系統(tǒng)改造的結(jié)構(gòu)分析及確定 12
2.3.1主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 12
2.3.2滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算 16
第3章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 19
3.1工作臺(tái)受力分析 19
3.2計(jì)算液壓缸主要尺寸 20
3.3選擇基本回路 21
3.3.1 選擇調(diào)速回路 21
4.3.2 選擇油源形式 21
3.3.3 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路 22
3.3.4 選擇速度換接回路 22
3.4組成液壓系統(tǒng) 23
3.5確定液壓泵的規(guī)格 24
3.5.1 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 24
3.5.2 計(jì)算液壓泵的流量 24
3.6確定電動(dòng)機(jī)功率 25
3.7確定油箱 25
第4章 砂輪冷卻系統(tǒng) 27
致謝 30
參考文獻(xiàn) 31
31
第1章 引言
本課題以現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)中的磨床為例，簡(jiǎn)單介紹了磨床的類(lèi)型、平面磨床的主要用途和特性、面磨床的主要規(guī)格與參數(shù)、平面磨床主要零部件明細(xì)表、平面磨床的主要結(jié)構(gòu)及性能、平面磨床液壓系統(tǒng)，平面磨床的驗(yàn)收、使用及維護(hù)規(guī)程，平面磨床的檢修、部分零部件的繪制與潤(rùn)滑圖表的繪制。同時(shí)對(duì)平面磨床維修與管理方面的知識(shí)作深入了解。
總之，平面磨床驗(yàn)收、使用與維護(hù)規(guī)程的研究與制訂，是符合生產(chǎn)需要的，符合企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省企業(yè)資金，同時(shí)對(duì)提高平面磨床技術(shù)水平和提高平面磨床投資技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果具有重要作用。
1．1 各類(lèi)磨床簡(jiǎn)介
凡用磨床（如砂輪、沙 塊及砂帶）或磨料（如研磨劑）為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，統(tǒng)稱(chēng)磨床。
磨床可以磨削各種表面，如內(nèi)圓圓柱面、圓錐面、平面、漸開(kāi)線(xiàn)齒廓面、螺旋面以及各種成行面，還可刃磨刀具和進(jìn)行切斷等工作，應(yīng)用范圍十分廣泛。
磨削加工是一種多刀多刃的高速切削方法，主要應(yīng)用于零件精加工，尤其是淬硬鋼和高硬度特殊材料零件的精加工。目前，也有用于粗加工的高效磨床。現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品對(duì)機(jī)械零件的精度和表面的要求愈來(lái)愈高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多以及精密毛胚制造工藝的發(fā)展，使得很多零件有可能由毛胚直接磨成成品。因此，磨床的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，在金屬切削機(jī)床總量中所占的百分比也不斷上升。
磨床的種類(lèi)繁多，主要類(lèi)型有內(nèi)、外圓磨床，平面磨床，工具磨床，刀具刃具磨床以及各種專(zhuān)門(mén)化磨床。
1．1．1 M1432B型萬(wàn)能外圓磨床簡(jiǎn)介
（1）機(jī)床用途
M1432B型萬(wàn)能外圓磨床屬于普通精度級(jí)機(jī)床，磨削加工精度可達(dá) IT6-IT7級(jí)。它主要用于磨削內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、階梯軸及端面等。這種機(jī)床的萬(wàn)能性較大，自動(dòng)化程度較低，磨削效率不高，適用于工具車(chē)間、機(jī)修車(chē)間、小批生產(chǎn)的車(chē)間。
（2）機(jī)床的布局
圖1-1所視為M1432B型萬(wàn)能外圓磨床，主要由床身、工作臺(tái)、頭架、尾座、砂輪架、橫向進(jìn)給手輪和內(nèi)圓等組成。
圖1-1 M1432B型萬(wàn)能外圓磨床
1、床身；2、頭架：3、工作臺(tái)；4、內(nèi)磨裝置；5、砂輪架；6、尾座；7、腳踏操縱板
床身1 床身是磨床的基礎(chǔ)支承件，用于支承機(jī)床的各個(gè)部件。
頭架2 用于安裝及夾持工件，并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。在水平面內(nèi)它可繞垂直軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，以便磨削錐度較大的圓錐面。
工作臺(tái)3 工作臺(tái)分上、下兩層。上工作臺(tái)可相對(duì)下工作臺(tái)回轉(zhuǎn)一定角度，以便磨削錐度不大的外圓錐面。上工作臺(tái)的臺(tái)面上裝有頭架和尾架，它們隨工作臺(tái)一起沿床身導(dǎo)軌作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
內(nèi)磨裝置4 內(nèi)磨裝置用于支承磨削內(nèi)孔用的砂輪主軸，該主軸由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
砂輪架5 用于支承并傳動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪主軸。砂輪架裝在滑鞍上，利用橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需磨削短圓錐面時(shí)，砂輪架可在水平面內(nèi)繞垂直軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。
尾座6 和頭架的前頂尖一起支承工件。
（3）機(jī)床的運(yùn)動(dòng)
圖1-26所視為M1432B型萬(wàn)能外圓磨床典型加工示意圖。機(jī)床必須具備的運(yùn)動(dòng)：
主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；工作臺(tái)的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；上下工作臺(tái)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；托板的橫向運(yùn)動(dòng)；頭架的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（繞垂直方向的軸）；砂輪架的橫向運(yùn)動(dòng)和繞垂直軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。
1．1．2 其他類(lèi)型磨床簡(jiǎn)介
外圓磨分為普通外圓磨床和萬(wàn)能外圓磨床，在普通外圓磨床上可磨削工件的外圓柱面和外圓錐面，在萬(wàn)能外圓磨床上還能磨削內(nèi)圓柱面和內(nèi)圓錐面和端面。外圓磨床的主參數(shù)為最大磨削直徑。
圖1-2 外圓磨床
1.工作原理
外圓磨床以?xún)身斝臑橹行模陨拜啚榈毒?，將圓柱型鋼件研磨出精密同心度的磨床 (又叫頂心磨床或圓筒磨床)。
2.結(jié)構(gòu)
主機(jī)由床身，車(chē)頭，車(chē)尾，磨頭，傳動(dòng)吸塵裝置等部件構(gòu)成。車(chē)頭，磨頭可轉(zhuǎn)角度、用于修磨頂針及皮輥倒角用專(zhuān)用夾具，動(dòng)平衡架，皮輥檢測(cè)器三部件。
3.特點(diǎn)
（1）砂輪主軸軸承采用錐形成型油楔動(dòng)壓軸承、砂輪主軸在低速是仍具有高的軸承剛度。
（2） 砂輪架導(dǎo)軌采用交叉滾柱剛導(dǎo)軌，半自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用回轉(zhuǎn)式油缸實(shí)現(xiàn)。
（3） 尾架軸系具有無(wú)間隙剛度的特點(diǎn)，電器箱，液壓箱冷卻箱與機(jī)床分離。
（4） 富有磨削指示儀及冷卻液過(guò)濾器。
（5） 頭架速度才有那個(gè)交流變頻無(wú)級(jí)調(diào)速。
（6） 電氣采用可編程序控制器（pc），具有自診斷功能、維修十分方便。
（7) 可選配自動(dòng)測(cè)量?jī)x。
4.用途
外圓磨床主要用于成批軸類(lèi)零件的端面、外圓及圓錐面的精密磨削，是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等行業(yè)的主要設(shè)備。也適用于軍工、航天、一般精密機(jī)械加工車(chē)間批量小，精度要求高的軸類(lèi)零件加工。
（1）用于紡織紡紗行業(yè)，粗細(xì)紗機(jī)，并條機(jī)，精梳機(jī)，加彈機(jī)等上皮輥加工。
（2）用于生產(chǎn)制造辦公通訊設(shè)備行業(yè)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)，打印機(jī)，刻字機(jī)等上膠輥加工。
（3） 用于印刷,食品,醫(yī)藥行業(yè)自動(dòng)輸送裝置上皮輥，塑料加工。
5.外圓磨床加工精度的影響
（1）磨頭、頭架、尾座的等高度對(duì)工件尺寸精度的影響。磨頭、頭架、尾座的等高度誤差將使頭架、尾座中心連線(xiàn)與砂輪主軸線(xiàn)在空間發(fā)生偏移，此時(shí)磨出的工件表面將是一個(gè)雙曲面。
（2）頭架、尾座中心連線(xiàn)對(duì)磨頭主軸軸線(xiàn)在水平面內(nèi)的平行度誤差對(duì)工件尺寸精度的影響。當(dāng)發(fā)生該項(xiàng)誤差時(shí)，外圓磨床磨出的工件外形將是一個(gè)錐體，即砂輪成角度磨削，表面有螺旋形磨紋。
（3）磨頭移動(dòng)相對(duì)于機(jī)床導(dǎo)軌垂直度誤差對(duì)加工精度的影響。這項(xiàng)誤差的最終結(jié)果是使主軸軸線(xiàn)與頭架、尾座中心連線(xiàn)發(fā)生偏移，在磨軸肩端面時(shí)，將造成軸肩端面與工件軸線(xiàn)的垂直度誤差。磨外圓時(shí)，將影響表面粗糙度，產(chǎn)生螺旋形磨損。
無(wú)心外圓磨床的工作原理：工件置于砂輪和導(dǎo)軌之間的托板上，以工件自身的外圓為定位基準(zhǔn)。當(dāng)砂輪以轉(zhuǎn)速N。旋轉(zhuǎn)時(shí)，工件就以與砂輪相同的線(xiàn)速度回轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，但是由于受到導(dǎo)輪摩擦力對(duì)工件的制約作用，結(jié)果使工件以接近于導(dǎo)輪線(xiàn)速度（轉(zhuǎn)速Nw）回轉(zhuǎn)。從而在砂輪和工件之間形成很大的線(xiàn)速差，因此而產(chǎn)生磨削作用。改變導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速，便可以調(diào)整工件的圓周進(jìn)給速度。
用砂輪磨削工件內(nèi)孔的磨床。它具有磨床的一般特征，它的磨削分為普通內(nèi)圓磨削、無(wú)心內(nèi)圓磨削和砂輪作行星運(yùn)動(dòng)的磨削方式式。
加工工件的圓柱形、圓錐形或其他形狀素線(xiàn)展成的內(nèi)孔表面及其端面的磨床。內(nèi)圓磨床分為普通內(nèi)圓磨床（圖1）、行星內(nèi)圓磨床、無(wú)心內(nèi)圓磨床、坐標(biāo)磨床和專(zhuān)門(mén)用途的內(nèi)圓磨床等。按砂輪軸配置方式，內(nèi)圓磨床又有臥式和立式之分。
① 普通內(nèi)圓磨床 由裝在頭架主軸上的卡盤(pán)夾持工件作圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)帶動(dòng)砂輪架沿床身導(dǎo)軌（見(jiàn)機(jī)床導(dǎo)軌）作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，頭架沿滑鞍作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)機(jī)床）；頭架還可繞豎直軸轉(zhuǎn)至一定角度以磨削錐孔。
② 行星內(nèi)圓磨床 工作時(shí)工件固定不動(dòng),砂輪除繞本身軸線(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)外還繞被加工孔的軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給，它適于磨削大型工件或不宜旋轉(zhuǎn)的工件如內(nèi)燃機(jī)氣缸體等。
③ 無(wú)心內(nèi)圓磨床 工作時(shí)工件外圓支承在滾輪或支承塊上，工件端面由磁力卡盤(pán)吸住并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，但略可浮動(dòng)，以保證內(nèi)外圓的同心度。小規(guī)格內(nèi)圓磨床的砂輪轉(zhuǎn)速最高可達(dá)十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)每分。在大批量生產(chǎn)中使用的內(nèi)圓磨床，自動(dòng)化程度要求較高，在磨削過(guò)程中，可用塞規(guī)或測(cè)微儀自動(dòng)控制尺寸。
圖1-3 內(nèi)圓磨床
特點(diǎn)：
★機(jī)床的進(jìn)給及補(bǔ)償,由二個(gè)互不干涉的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行.進(jìn)給系統(tǒng)具有定程磨削功能,采用手動(dòng)或液動(dòng)二種進(jìn)給方式。
★機(jī)床設(shè)有快跳機(jī)構(gòu)，因此退出砂輪進(jìn)行測(cè)量或修整后不必重新手動(dòng)對(duì)刀。
★工作臺(tái)快退設(shè)有中停裝置，快退距離可按需要調(diào)整，以減少輔助時(shí)間。
★工作臺(tái)起動(dòng)手把設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置，確保裝卸和測(cè)量工作時(shí)的安全性。
★機(jī)床砂輪軸最高轉(zhuǎn)速為24000轉(zhuǎn)/分，以提高磨削小孔。
★用戶(hù)特殊訂貨?？筛难b電主軸變頻調(diào)速以磨削小直徑內(nèi)孔。
★本機(jī)床設(shè)有端面磨削裝置，能保證工件內(nèi)孔與端面的垂直度。
表1-1 技術(shù)參數(shù)：
機(jī)床型號(hào)
MD2110C
磨削孔徑（mm）
φ5-φ100
最大磨削深度（mm）
150
工件旋徑（mm）
罩內(nèi)（mm）
φ260
罩外（mm)
φ480
床頭最大回轉(zhuǎn)角度（°）
20°
工件轉(zhuǎn)速（r/min）
180-500 4級(jí)steps
砂輪轉(zhuǎn)速（r/min）
10000、24000
端磨轉(zhuǎn)速（r/min）
1600
機(jī)床總功率（r/min）
4.1
工件電機(jī)功率（kw）
0.45/0.75
砂輪電機(jī)功率（kw）
2.2
機(jī)床外形尺寸（mm）
2363×1260×1300
機(jī)床重量(kg)
2000
機(jī)床使用電源
3N-50Hz 380V
工作精度
內(nèi)孔圓度（μm）
3
內(nèi)孔圓柱度（μm）
4
內(nèi)孔表面粗糙度（μm）
Ra0.63
圖1-4 立軸圓臺(tái)平面磨床
磨削工件平面或成型表面的一類(lèi)磨床。主要類(lèi)型有臥軸矩臺(tái)、臥軸圓臺(tái)、立軸矩臺(tái)、立軸圓臺(tái)和各種專(zhuān)用平面磨床。 臥軸矩臺(tái)平面磨床(圖1-4臥軸矩臺(tái)平面磨床)：工件由矩形電磁工作臺(tái)吸住或夾持在工作臺(tái)上,并作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。砂輪架可沿滑座的燕尾導(dǎo)軌(見(jiàn)機(jī)床導(dǎo)軌)作橫向間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)機(jī)床),滑座可沿立柱的導(dǎo)軌作垂直間歇進(jìn)給運(yùn)動(dòng),用砂輪周邊磨削工件,磨削精度較高。 立軸圓臺(tái)平面磨床(圖1-5立軸圓臺(tái)平面磨床):豎直安置的砂輪主軸以砂輪端面磨削工件,砂輪架可沿立柱的導(dǎo)軌作間歇的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工件裝在旋轉(zhuǎn)的圓工作臺(tái)上可連續(xù)磨削,生產(chǎn)效率較高。為了便于裝卸工件,圓工作臺(tái)還能沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)。 臥軸圓臺(tái)平面磨床:適用于磨削圓形薄片工件,并可利用工作臺(tái)傾斜磨出厚薄不等的環(huán)形工件。 立軸矩臺(tái)平面磨床﹕由于砂輪直徑大于工作臺(tái)寬度﹐磨削面積較大,適用于高效磨削。 雙端面磨床:利用兩個(gè)磨頭的砂輪端面同時(shí)磨削工件的兩個(gè)平行平面,有臥軸和立軸兩種型式。工件由直線(xiàn)式或旋轉(zhuǎn)式等送料裝置引導(dǎo)通過(guò)砂輪。這種磨床效率很高,適用于大批量生產(chǎn)軸承環(huán)和活塞環(huán)等零件。此外,還有專(zhuān)用于磨削機(jī)床導(dǎo)軌面的導(dǎo)軌磨床﹑磨削透平葉片型面的專(zhuān)用磨床等。
1．2 HZ-64 平面磨床簡(jiǎn)介
機(jī)床是用砂輪周邊磨削工件的平面，也可用砂輪的端面來(lái)磨削工件的槽和凸緣的側(cè)面。本機(jī)床是普通精度級(jí)的臥軸矩臺(tái)面磨床，磨削表面光潔度好，并且有工作臺(tái)面寬度較大，工作臺(tái)面長(zhǎng)度短的特點(diǎn)，因此最適應(yīng)于磨削大面積平面的零件和磨削各種工具，模具的平面。
機(jī)床是用十字工作臺(tái)一托板的布局形式，既磨削的縱向運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給，都由工件隨著工作臺(tái)和托板運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。砂輪只隨，磨頭上下運(yùn)動(dòng)作垂直進(jìn)給。
機(jī)床的結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，剛性高，外觀(guān)美觀(guān)，并可按用戶(hù)的需要配備橫向和垂直進(jìn)給二個(gè)坐標(biāo)的數(shù)顯裝置，讀數(shù)和操作方便。
機(jī)床還可根據(jù)用戶(hù)的需要配備砂輪休整器，電磁吸盤(pán)和高效的磁性分離器冷卻裝置。
機(jī)床的液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪音小，電池的溫升較低，電氣采用體積小，可靠性好的元件，因此電氣箱的體積較小，并在工作臺(tái)縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)使用了電氣無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)換向，可使機(jī)床的噪聲減少，因此整體噪聲不大于75dB（A）。
1.3 國(guó)內(nèi)外研究狀況
靜壓軸承的原理早在19世紀(jì)就被發(fā)現(xiàn)，但直至20世紀(jì)50年代才在發(fā)達(dá)國(guó)家興盛起來(lái)，我國(guó)從50年代后期開(kāi)始液體靜壓軸承的應(yīng)用研究工作，60年代初開(kāi)始在金屬切削機(jī)床上推廣應(yīng)用，同時(shí)發(fā)展靜壓導(dǎo)軌，靜壓螺母絲桿副，和靜壓花鍵技術(shù)，并在機(jī)床上應(yīng)用這些靜壓技術(shù)。
1.4 研究方法
M7130型機(jī)床是一種液壓操作，電器控制，手動(dòng)操作的平面磨床。工作臺(tái)的潤(rùn)滑為小孔節(jié)流卸荷形式。砂輪主軸加粗，電機(jī)功率加大。砂輪架油池溫升小，磨削率高。本次設(shè)計(jì)主要是在此機(jī)床的基礎(chǔ)上對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行靜壓軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來(lái)提高磨床的加工精度。
1.5 論文的構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容
本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)M7130平面磨床進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并進(jìn)行主軸優(yōu)化改造設(shè)計(jì)。主要包括平面磨床主軸系統(tǒng)靜壓軸承改裝、靜壓軸承的有關(guān)參數(shù)選擇及計(jì)算兩大內(nèi)容，主要研究?jī)?nèi)容是靜壓軸承的性能分析以及在平面磨床主軸系統(tǒng)中的應(yīng)用。
第2章 平面磨床主軸系統(tǒng)
2.1 M7130平面磨床的主要結(jié)構(gòu)
M7130 是臥軸圓臺(tái)平面磨床:適用于磨削圓形薄片工件,并可利用工作臺(tái)傾斜磨出厚薄不等的環(huán)形工件。臥軸矩臺(tái)平面磨床，國(guó)家標(biāo)為M71系列平面磨床，即帶有臥式磨頭主軸，矩形工作臺(tái)的平面磨床。主要功能是用砂輪的周邊磨削工件的平面，也可以用砂輪的端面磨削工件的槽和凸緣的側(cè)面，磨削精度和光潔度都較高。適宜于磨削各種精密零件和工模具，可供機(jī)械加工車(chē)間、機(jī)修車(chē)間和工具車(chē)間作精密加工使用。中國(guó)傳統(tǒng)的臥軸矩臺(tái)平面磨床是從原蘇聯(lián)引進(jìn)并消化改進(jìn)的M71系列，特點(diǎn)是磨床主軸側(cè)掛，主軸采用軸瓦支承，適合粗加工重切削。近年來(lái)歐美國(guó)家更流行是十字鞍座結(jié)構(gòu)的臥軸矩臺(tái)平面磨床，主軸采用精密精珠軸承支承，更適合于精密磨削。
M7130具有以下特點(diǎn)：
（1）機(jī)床布局采用立柱右置，磨頭、拖板與立柱的結(jié)構(gòu)有新的突破，整機(jī)剛性更好。
（2）磨頭采用國(guó)際通行的滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)形式。
（3）機(jī)床的垂直、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用滾珠絲杠副，進(jìn)給靈敏度高。
（4）工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)由葉片泵驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。油池配有冷卻裝置，溫升低，熱變形小。
（5）磨頭垂直運(yùn)動(dòng)有快速升降裝置，操作方便，橫向運(yùn)動(dòng)由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可無(wú)級(jí)調(diào)速。
（6）機(jī)床的垂直、橫向進(jìn)給部分留有伺服電機(jī)安裝位置，根據(jù)需要可配置數(shù)控系統(tǒng)成為數(shù)控機(jī)床。
M7130臥軸矩臺(tái)平面磨床主要由床身、工作臺(tái)、電磁吸盤(pán)、砂輪箱、立柱、操作手柄等構(gòu)成，外形結(jié)構(gòu)如圖2.1所示
圖2.1 臥軸平面磨床外形結(jié)構(gòu)圖
1-立柱；2-滑面；3-砂輪箱；4-電磁吸盤(pán)；5-工作臺(tái)；5-床身
2.2 平面磨床原理
工作臺(tái)上裝有電磁吸盤(pán)，用以吸持工件。工作臺(tái)在床身導(dǎo)軌上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)（縱向運(yùn)動(dòng)）。固定在床身上的立柱上帶有導(dǎo)軌，滑座在立柱導(dǎo)軌上作垂直運(yùn)動(dòng)；而砂輪箱在滑座的導(dǎo)軌上作水平運(yùn)動(dòng)（橫向運(yùn)動(dòng)） ，砂輪箱內(nèi)裝有電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 砂輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
平面磨床在加工工件過(guò)程中，砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)為縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，滑座帶動(dòng)砂輪箱沿立柱導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)為垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，砂輪箱沿滑座導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)為橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
工作時(shí)，砂輪旋轉(zhuǎn)同時(shí)工作臺(tái)帶動(dòng)工件右移（如圖2.2所示） ，工件被磨削。然后工作臺(tái)帶動(dòng)工件快速左移，砂輪向前作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)再次右移，工件上新 的部位被磨削。這樣不斷重復(fù)，直至整個(gè)待加工平面都被磨削。
圖2.2 矩形工作臺(tái)平面磨床工作圖
1- 砂輪；2-主運(yùn)動(dòng)；3-縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；4-工作臺(tái)；5-橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；6-垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)
由于機(jī)床為五、六十年代產(chǎn)品，已在生產(chǎn)中使用了三十余年，主軸前、后封由
盤(pán)等零件均有一定程度的磨損，易產(chǎn)生振動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)床性能。產(chǎn)生磨削粗糙度達(dá)不到產(chǎn)品技術(shù)要求，且磨損平面有較大、明顯的振紋。因而對(duì)機(jī)床主軸系統(tǒng)進(jìn)行改造是很有價(jià)值的。
本次設(shè)計(jì)主要任務(wù)是：利用靜壓軸承在保證轉(zhuǎn)速和一些重要結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改裝M7130磨床的主軸系統(tǒng)，另外，在對(duì)靜壓軸承的有關(guān)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定合理的軸承結(jié)構(gòu)形式和尺寸，節(jié)流器，工作參數(shù)，潤(rùn)滑油的粘度以及供油系統(tǒng)。同時(shí)必須滿(mǎn)足下面要求：
1.要求靜壓軸承具有良好的油膜剛度以及足夠的承載能力。
2.盡量減少系統(tǒng)的功率損失及溫升。
2.3 主軸系統(tǒng)改造的結(jié)構(gòu)分析及確定
2.3.1主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
靜壓主軸系統(tǒng)是由主軸、軸承、節(jié)流器、供油系統(tǒng)、密封元件、驅(qū)動(dòng)裝置、軸上附件及主軸箱體等組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求有：
① 系統(tǒng)具有足夠的靜態(tài)剛度及承載能力；
② 主軸回轉(zhuǎn)精度高；
③ 制造、裝配、調(diào)整工藝簡(jiǎn)便，制造成本低；
④ 穩(wěn)定性好。包括系統(tǒng)工作可靠，密封可靠，零件變形小等；
⑤ 功率消耗?。?
⑥ 噪聲小。
在設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng)時(shí)，首先根據(jù)被磨削零件的工藝要求，提出設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)
行方案討論，選擇適用的軸承類(lèi)型，確定合理的機(jī)構(gòu)形式和主要尺寸。對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，則應(yīng)參照原機(jī)床主軸即殼體的結(jié)構(gòu)狀況。在滿(mǎn)足使用要求的前提條件下，以少更換零件為宜。?
1） 靜壓軸承的支承問(wèn)題：
綜合考慮、分析加工、裝配的難易程度，決定采用套筒式安裝軸承（在主軸滿(mǎn)足剛度條件下） 。套筒的長(zhǎng)度和外徑，由套筒的最小厚度和主軸的剛度來(lái)決定。一般在滿(mǎn)足主軸剛度條件下取套筒壁厚大于20mm。
2） 主軸
靜壓主軸軸承系統(tǒng)的主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括確定主軸軸頸， 跨度等各尺寸及尺寸精度，選自材料及熱處理等[12]。其要求為主軸結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單的，對(duì)稱(chēng)性好，材料均質(zhì)，熱變性小等。根據(jù)軸承形式，即可確定軸的結(jié)構(gòu)尺寸.(見(jiàn)零件圖：軸)?
3） 軸承
機(jī)床靜壓主軸軸承通常僅保留主軸繞其軸線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)的自由度， 其余5個(gè)自由度均受軸承約束。平面磨床?M7130?主軸主要承受徑向載荷，軸向載荷很小，所以靜壓軸承可采用小孔節(jié)流徑向靜壓軸承，位于主軸的前面部位，兩個(gè)以徑向軸承軸向油面作為節(jié)流器的軸向推力軸承。主軸的裝配圖如下圖：
圖2.3 主軸系統(tǒng)裝配圖
說(shuō)明：本次設(shè)計(jì)采用板式小孔節(jié)流的形式，節(jié)流小孔直徑為Φ0.5mm，這種節(jié) 流具制造簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)。另外，即使同一種節(jié)流形式，軸承結(jié) 構(gòu)不一樣時(shí)，其性能差別較大。平面磨床M7130主軸主要承受徑向載荷，軸向載荷 很小，所以靜壓軸承可采用小節(jié)流徑向靜壓軸承5和7，位于主軸的前面部位，兩 個(gè)以徑向軸承軸向油面作為節(jié)流器的軸向推力軸承3和8，分別布置在前軸承的前 端面和后端面的后端面?？紤]到轉(zhuǎn)子懸伸所造成的撓度并不大，可以去掉電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 子后端的支承，這樣有利于減小主軸支承的同軸度誤差。在改裝中，主軸直徑從原 來(lái)Φ70mm增加到Φ75mm,前后軸承跨距從原來(lái)的680mm縮短至280mm， 砂輪懸伸長(zhǎng) 度從原來(lái)的160mm縮短至130mm。從而有利于減少主軸撓度，提高主軸剛度。顯然，主軸支撐經(jīng)改裝后，有利于克服機(jī)床原結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)。
主軸前度校核計(jì)算：
（1）求作用在齒輪上的力
（2.1）
（2.2）
（2）求軸承上的支反力
垂直面內(nèi)：N N
水平面內(nèi)：
畫(huà)受力簡(jiǎn)圖與彎矩圖
圖2.4 軸的受力簡(jiǎn)圖與彎矩圖
根據(jù)第四強(qiáng)度理論且忽略鍵槽影響
（2.3）
（，）
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
N
N
彎矩M
彎矩M
總彎矩
扭矩T
T=138633N.mm
（2.4）
（2.5）
所以軸的強(qiáng)度足夠
2.3.2滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算
根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽：命16×365×8=48720小時(shí)
1、計(jì)算輸入軸承
（1）已知nⅡ=458.2r/min
兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N
初先兩軸承為角接觸球軸承7206AC型
根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力
FS=0.63FR 則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N
(2) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端
FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N
(3)求系數(shù)x、y
FA1/FR1=315.1N/500.2N=0.63
FA2/FR2=315.1N/500.2N=0.63
根據(jù)課本P263表（11-8）得e=0.68
FA1/FR1
48720h （2.8）
∴預(yù)期壽命足夠
2、計(jì)算輸出軸承
(1)已知nⅢ=76.4r/min
Fa=0 FR=FAZ=903.35N
試選7207AC型角接觸球軸承
根據(jù)課本P265表（11-12）得FS=0.063FR,則
FS1=FS2=0.63FR=0.63×903.35=569.1N （2.9）
(2)計(jì)算軸向載荷FA1、FA2
∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
∴任意用一端為壓緊端，1為壓緊端，2為放松端
兩軸承軸向載荷：FA1=FA2=FS1=569.1N
(3)求系數(shù)x、y
FA1/FR1=569.1/903.35=0.63
FA2/FR2=569.1/930.35=0.63
根據(jù)課本P263表（11-8）得：e=0.68
∵FA1/FR148720h（2.12）
∴此軸承合格
第3章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1工作臺(tái)受力分析
已知最大切削力為110KN，則進(jìn)給油缸工作負(fù)載。
由式
式中，—工作部件總質(zhì)量
—快進(jìn)或快退速度
—運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間
得慣性負(fù)載：
（3.1）
阻力負(fù)載：靜摩擦阻力
（3.2）
動(dòng)摩擦阻力：
液壓缸的機(jī)械效率取，則推力
（3.3）
繪制出液壓缸負(fù)載圖F-l和速度圖-l，如下圖。
圖3.1 液壓缸負(fù)載圖F-l和速度圖-l
根據(jù)系統(tǒng)中夾緊油缸工作最大負(fù)載為，在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載很小參考表3-1，初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。進(jìn)給油缸工作最大負(fù)載為，在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載較小，參考表3-1，初選液壓缸的工作壓力p1=8MPa。
3.2計(jì)算液壓缸主要尺寸
鑒于液壓缸快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式即液壓缸有（A1=2A2）。工進(jìn)時(shí)為防止沖擊現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用有桿腔回油路直接油缸，背壓可忽略不計(jì)，選此背壓為p2=0MPa。無(wú)桿腔回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)，這時(shí)參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可選取背壓為p2=0.5MPa。
（3.4）
式中，、—分別為缸的工作壓力、回油路背壓
、—分別為缸的無(wú)桿腔工作面積、有桿腔工作面積
—缸的工作負(fù)載
—液壓缸的機(jī)械效率，取
再根據(jù) ， 得
計(jì)算得：夾緊油缸無(wú)桿腔工作面積，進(jìn)給油缸無(wú)桿腔工作面積 ，由 得，
夾緊油缸活塞直徑，
進(jìn)給油缸活塞直徑，由 得，
，
。
參考，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，得
夾緊缸，，
進(jìn)給缸，。
由，求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為
夾緊缸兩腔的實(shí)際有效面積為，
進(jìn)給缸兩腔的實(shí)際有效面積為，
經(jīng)檢驗(yàn)，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，活塞桿強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。
3.3選擇基本回路
3.3.1 選擇調(diào)速回路
由圖3-1可知，機(jī)床液壓系統(tǒng)功率與運(yùn)動(dòng)速度，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。
4.3.2 選擇油源形式
從工況圖可以清楚看出，在工作中兩個(gè)液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。夾緊系統(tǒng)中最大流量與最小流量之比，而在進(jìn)給系統(tǒng)中最大流量與最小流量之比。在工作前可根據(jù)加工需要夾緊和進(jìn)給最大行程可以隨時(shí)調(diào)節(jié)。根據(jù)該機(jī)床工作原理，則系統(tǒng)兩個(gè)油缸可公用一個(gè)泵，為此可選用限壓式變量泵或葉片泵作為油源。且兩者都能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，從要求壓力較高、系統(tǒng)效率、經(jīng)濟(jì)適用的角度來(lái)看，最后確定選用雙作用葉片泵方案。
3.3.3 選擇快速運(yùn)動(dòng)和換向回路
考慮系統(tǒng)流量較大，系統(tǒng)中選用電磁換向閥換向回路，控制進(jìn)油方向選用三位四通電液換向閥，控制液壓缸選用三位四通電液換向閥，如圖3-2所示。
圖3-2 換向閥選取
3.3.4 選擇速度換接回路
系統(tǒng)由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，為減少速度換接時(shí)的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路。為了給進(jìn)給缸快退發(fā)出信號(hào)，由于最大行程可以隨時(shí)調(diào)節(jié)，則需要設(shè)置一個(gè)行程開(kāi)關(guān)。為了便于進(jìn)給缸動(dòng)作完成后系統(tǒng)能自動(dòng)為夾緊缸發(fā)出快退信息，在進(jìn)給缸旁設(shè)置一個(gè)壓力繼電器。如圖3-2所示。
圖3-3 回路選擇
3.4組成液壓系統(tǒng)
將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如下圖所示：
圖3-4 液壓原理圖
3.5確定液壓泵的規(guī)格
3.5.1 計(jì)算液壓泵的最大工作壓力
由表2—1和表3—2可知，進(jìn)給缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，最大工作壓力為p1=8.0MPa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失∑?p=0.6MPa，考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差Dpe=0.5MPa，則泵的最高工作壓力估算為
由式
（3.5）
在式（5-1）中 —最高工作壓力
—最大工作壓力
—總壓力損失
—?jiǎng)幼饕髩翰?
（3.6）
3.5.2 計(jì)算液壓泵的流量
油源向進(jìn)給缸輸入的最大流量為1.57×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，
由式
（3.7）
式（5-2）中 —缸最大的流量
—回路泄漏系數(shù)
—輸入的最大流量。
則泵提供油缸最大的流量為
（3.8）
考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，則泵的總流量，根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取型葉片泵，排量為。若取液壓泵的容積效率為，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速時(shí)：
液壓泵的實(shí)際輸出流量為：
（3.9）
3.6確定電動(dòng)機(jī)功率
油缸工進(jìn)時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵最大工作壓力為7.956MPa，若取液壓泵總效率ηp=0.81，
由式
（3.10）
式中 —電動(dòng)機(jī)功率，
—工作壓力，
—工作流量 ，
—液壓泵總效率。
這時(shí)液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為
（3.11）
根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相的Y200L2—6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為22KW，額定轉(zhuǎn)速為970r/min。
3.7確定油箱
油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，=2～4；中壓系統(tǒng)，=5～7；高壓系統(tǒng)，=6～12。
由式
（3.12）
式中，—油箱的容量
—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
—最大工作流量
現(xiàn)取，得：
按規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)值
第4章 砂輪冷卻系統(tǒng)
徑向開(kāi)孔砂輪內(nèi)冷卻平面磨削， 將切削液( 或冷卻氣體) 由開(kāi)孔砂輪的徑向孔道直接噴射到磨削區(qū)，可以提高切削冷的冷卻效果， 可有效避免由于磨削溫度過(guò)高而引起的磨削燒傷 熱裂紋等加工缺陷， 同時(shí)由于噴射出的切削液的沖洗作用， 可以減輕切屑粘附現(xiàn)象 因此， 內(nèi)冷卻可用于解決磨削燒傷問(wèn)題， 或者用于加工難加工材料， 以提高加工質(zhì)量 在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中， 由于切削液噴射方向與工件之間的接觸角度較大， 因此在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)， 并且會(huì)導(dǎo)致磨損加快， 使加工質(zhì)量不穩(wěn)定， 砂輪壽命縮短; 同時(shí)開(kāi)孔砂輪制造困難， 難于批量化生產(chǎn)， 同時(shí)需要專(zhuān)用設(shè)備， 因此成本較高［1］ 雖然內(nèi)冷卻平面磨削存在許多問(wèn)題， 但是內(nèi)冷卻磨削仍被大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是降低磨削區(qū)溫度， 避免磨削燒傷的最有效的冷卻方法， 對(duì)內(nèi)冷卻磨削技術(shù)的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
目前內(nèi)冷卻平面磨削的工藝裝備有兩種: 一種專(zhuān)用內(nèi)冷卻平面磨床［2］， 另一種是在普通平面磨床基礎(chǔ)上增加一套內(nèi)冷卻平面磨削附件［3］內(nèi)冷卻平面磨削附件一般由開(kāi)孔砂輪 內(nèi)冷卻砂輪工裝和供液系統(tǒng)三部分組成， 因此有必要研究?jī)?nèi)冷卻平面磨削的供液系統(tǒng)設(shè)計(jì)
平面磨床內(nèi)冷卻供液系統(tǒng)的基本要求: 能為磨削加工提供流量可調(diào)的切削液; 由于切削液循環(huán)使用， 因此必須采取措施對(duì)切削液進(jìn)行沉積 過(guò)濾， 保持切削液的清潔度， 否則會(huì)導(dǎo)致開(kāi)孔砂輪徑向孔道堵塞，影響內(nèi)冷卻磨削效果; 具有過(guò)載保護(hù)， 保證系統(tǒng)壓力不會(huì)超過(guò)液壓泵額定壓力; 保證磨削加工結(jié)束后， 砂輪內(nèi)冷的切削液能夠迅速 徹底向外排出 設(shè)計(jì)時(shí)， 首先依據(jù)供液系統(tǒng)基本要求選擇液壓基本回路; 然后， 將所有基本回路組合得到平面磨床內(nèi)冷卻磨削系統(tǒng)的供液系統(tǒng)原理圖( 如圖 1 所示) 由圖 1 可知， 內(nèi)冷卻平面磨削供液系統(tǒng)它主要由油箱 1 過(guò)濾器 2 液壓泵3 溢流閥 4 節(jié)流閥 5 截止閥 8 9 等部分構(gòu)成節(jié)流閥5 調(diào)節(jié)切削液的流量; 油箱 1 和過(guò)濾器 2 對(duì)切削液進(jìn)行沉積 過(guò)濾， 保持切削液的清潔度; 溢流閥 4調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最大工作壓力， 同時(shí)起過(guò)載保護(hù); 截止閥8 9 用于磨削加工結(jié)束， 快速排除砂輪內(nèi)部切削液
供液系統(tǒng)流量計(jì)算
1) 供液系統(tǒng)的流量
供液系統(tǒng)提供的流量取決于兩個(gè)方面: 由于砂輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力產(chǎn)生的流量 q0， 由于徑向孔道前后壓差產(chǎn)生的流量 當(dāng)砂輪轉(zhuǎn)速一定的情況下， 由離心力產(chǎn)生的最大流量是一個(gè)定值 q0， 當(dāng)供液系統(tǒng)提供的流量q q0 時(shí)， 切削液在離心力的作用下向外噴射， 此時(shí)徑向孔口前后壓差為零; 當(dāng) q ＞ q0 時(shí)其流量由兩部分構(gòu)成，即:
當(dāng)供液系統(tǒng)的流量 q ＜ q離 = 26． 48 mL / s 時(shí)， 噴射出的切削液呈霧狀， 并且隨著供液系統(tǒng)提供的流量的減小， 霧化程度越大;
當(dāng)系統(tǒng)的流量 q q離 = 26． 48 mL / s 時(shí)， 切削液呈發(fā)散柱狀向外噴射， 并且隨著供液系統(tǒng)提供的流量的增加， 內(nèi)冷卻砂輪徑向孔道內(nèi)部入口處的壓力增加， 切削液向外噴射時(shí)， 柱狀形保持愈好 此時(shí)內(nèi)冷卻砂輪噴射出的流量有兩部分構(gòu)成， 即 q = q0 + q離， 其中 q離= 26. 48 mL / s
在進(jìn)行內(nèi)冷卻平面磨削加工時(shí)， 為了達(dá)到良好的冷卻效果， 供液系統(tǒng)流量應(yīng)大于 q離。
2) 確定液壓泵的額定流量 qn
實(shí)驗(yàn)表明: 在內(nèi)冷卻磨削加工中， 當(dāng)內(nèi)冷卻砂輪噴射流量 q≥ ( 2 ～ 3) q離 時(shí)， 增大流量， 不但不能改善冷卻效果， 反而會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)加劇影響磨削加工質(zhì)量 因此， 一般取液壓泵的qn = ( 2 ～ 3) q離 = ( 2 ～ 3) × 26. 4mL / s ≈52. 96 ～ 79. 44 mL / s
3) 元件選擇原則
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，液壓泵選用CB- B2． 5 型齒輪泵， 其排量為2． 5 mL / s，額定壓力為2.5 MPa，轉(zhuǎn)速為1450 r /min 流量控制元件根據(jù)最小穩(wěn)定流量及流量調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行選擇， 其余液壓元件依據(jù)系統(tǒng)最大工作壓力進(jìn)行選擇。冷卻系統(tǒng)的原理圖如下如圖：
1 郵箱，2過(guò)濾器，3 泵，4節(jié)流閥，5溢流閥，6流量計(jì)，7截止閥，8噴嘴。
圖5.1 冷卻系統(tǒng)原理圖
致謝
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