MKS1632A數控高速端面外圓磨床的設計【含CAD圖紙、說明書】MKS1632A數控高速端面外圓磨床的設計【含CAD圖紙、說明書】

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目錄目錄 1第 1 章 緒論 31.1 磨床的類型與用途 31.1.1 磨床的類型及其特點 31.1.2 磨床的用途 41.1.3 外圓磨削和端面外圓磨床 51.2 磨床的現狀及其發展趨勢 .7第 2 章 設計任務書 8(3)主要運動 A 砂輪轉動 8第 3 章 磨床總體布局 103.1 磨床總體設計 103.2、總體設計注意事項 103.3 磨床總體布局設計 103.3.1 加工零件 103.3.2 初步估計組成部分 103.3.3 總體布局初步設計 103.3.4 縱向與橫向尺寸的確定 113.3.5 砂輪架相關尺寸設計 143.3.6 頭架相關尺寸的確定 16418/203./NNmsl???實∴合格 .173.3.7 尾架相關尺寸的確定 173.3.8 工作臺 173.3.9 橫向進給機構 173.3.10 砂輪修整器 173.3.11 液壓系統 183.3.12 電氣部分 183.3.13 機床保護系統 18第 4 章 部件設計(砂輪架) 194.1 砂輪架設計的基本要求 194.2 主軸旋轉精度及其提高措施 194.3 主軸軸承系統的剛性 194.4 砂輪架主軸初步設計 194.5 主軸剛度校核 20L140640203210932MM 214.6 動靜壓軸承 214.7 傳動裝置設計 22第 5 章 數控系統設計 295.1 概述 295.2 確定硬件電路總體方案 .29第 6 章 液壓系統設計 376.1 概述 376.2 液壓傳動設計 37結論 39附錄 A 磨削溫度科研報告 43第 1 章 磨削溫度研究概述 431.1 磨削溫度研究的的現狀及其發展趨勢 .431.1.1 熱模型的發展其現狀 431.1.2 磨削溫度研究的發展趨勢 441.2 研究磨削溫度的意義 .451.3 磨削溫度測量技術 .45第 2 章 熱電偶的簡介 462.1 熱電偶現象 .462.2 熱電偶的定義 .472.3 熱電偶定律 .472.3.1 熱電偶均質導體定律 47第 3 章 實驗內容和具體步驟 483.1 熱電偶的標定 .483.1.1 試驗目的 493.1.2 實驗方法及裝置 493.1.3 試驗步驟 503.1.4 實驗數據及總結 503.1.5 熱電勢系數 533.2 試件的制作 .533.3 砂輪磨削區溫度的測量 .53參考文獻 55附錄 B 英文翻譯 56在高速磨削中冷卻液速度的分析與實驗研究 56摘 要 561、引言 562、分析 563、冷卻液供給方法 584、實驗條件 585、結論與探討 595.1、力之比 .595.2、變化的能量 .595.3、磨削能量 .595.4、表面特性 .605.5、硬度 .605.6、表面粗糙度 .605.7、冷卻液的流動速度 .616、結論 61感謝 61參考文獻(略) 61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用磨料磨具(砂輪、砂帶、油石和研磨料等)為工具進行切削加工的機床,統稱為磨床(英文為Grinding machine) ,它們是因精加工和硬表面的需要而發展起來的 [1]。磨床種類很多,主要有外圓磨床、內圓磨床、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、曲軸磨床等 [2]。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。磨床與其他機床相比,具有以下幾個特點1、磨床的磨具(砂輪)相對于工件做高速旋轉運動(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、易于實現自動化和自動線,進行高效率生產;5、磨床通常是電動機---油泵 ---發動部件,通過機械,電氣,液壓傳動 ---傳動部件帶動工件和砂輪相對運動--- 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、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。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工,可以進行各種高硬、超硬材料的加工,還可以刃磨刀具和進行切斷等,工藝范圍十分廣泛。隨著科學技術的發展,對機械零件的精度和表面質量要求越來越高,各種高硬度材料的應用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發展,使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削,進一步提高了磨削效率。因此,磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業發達的國家中,磨床在機床總數中的比例已達 30----40。據 1997 年歐洲機床展覽會EMO的調查數據表明,25的企業認為磨削是他們應用的最主要的加工技術,車削只占 23, 鉆削占 22,其它占 8;而磨床在企業中占機床的比例高達 42,車床占23,銑床占 22,鉆床占 14[3]。由此可見,在精密加工當中,有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的,而精密磨削加工會要在相應的精密磨床上進行,因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現精密磨削加工,則所用的磨床就應該滿足以下幾個基本要求 1.高幾何精度。 精密磨床應有高的幾何精度,主要有砂輪主軸的回轉精度和導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應小于 1um,軸向圓跳動應限制在 23um 以內。2.低速進給運動的穩定性。 由于砂輪的修整導程要求 1015mm/min,因此工作臺必須低速進給運動,要求無爬行和無沖擊現象并能平穩工作。3.減少振動。 精密磨削時如果產生振動,會對加工質量產生嚴重不良影響。故對于精密磨床,在結構上應考慮減少振動。4.減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達到總誤差的 50%,故機床和工藝系統的熱變形已經成為實現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程中,工件是安裝在兩頂尖的中心之間,砂輪旋轉是引起切削旋轉的主要來源和原因。基本得外圓磨削方法有兩種,即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓,如圖 1-1 和圖 1-2 所示。事實上,外圓磨削可以通過其他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以及徑向進給都應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給來調整的。(2)沖壓切削方法在這種方法中,磨削是通過砂輪的縱向進給和無軸向進給來完成的,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,這種方法才能完成。圖 1-1 橫磨法磨外圓圖 1-2 縱磨法磨外圓(3)整塊深度切削方法除了在磨削過程中,要進行間隙調整外,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。2.端面外圓磨床及其特點端面外圓磨床是外圓磨床的一種變形機床,它宜于大批量磨削帶肩的軸類工件,有較高的生產率。它的特點如下(1)這種磨床的布局形成和運動聯系與外圓磨床相似,只是砂輪架與頭架,尾架中心連線傾斜一角度(通常 10°,15°,26.23°,30°,45°) ,如圖 1-3 所示,數控端面外圓磨床 MKS1632A 的砂輪架與頭架,尾架中心連線傾斜 30°。為避免砂輪架與工件或尾架相碰,砂輪安裝在砂輪架的右邊,從斜向切入,一次磨削工件外圓和端面。(2)由于它適用于大批量生產,所以具有自動磨削循環,完成快速進給(長切入)---粗磨--- 精磨無花磨削。由定程裝置或自動測量控制工件尺寸。(3)裝有砂輪成型修整器,按樣板修整出磨削工件外圓和端面的成型砂輪,為保證端面尺寸穩定及操作安全,一般具有軸向對刀裝置。圖 1-3 砂輪架與頭架,尾架中心連線傾斜一角度1.2 磨床的現狀及其發展趨勢隨著機械產品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應用增多,磨削加工技術正朝著超硬度磨料磨具、開發精密及超精密磨削(從微米、亞微米磨削向納米磨削發展)和研制高精度、高剛度、多軸的自動化磨床等方向發展 [4],如用于超精密磨削的樹脂結合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至 4μm、磨削精度高達 0.025μm ;使用電主軸單元可使砂輪線速度高達 400m/s,但這樣的線速度一般僅用于實驗室,實際生產中常用的砂輪線速度為 40-60m/s ;從精度上看,定位精度<2μm ,重復定位精度≤±1μm 的機床已越來越多;從主軸轉速來看, 8.2kw 主軸達 60000r/min,13kw 達 42000r/min,高速已不是小功率主軸的專有特征;從剛性上看,已出現可加工 60HRC 硬度材料的加工中心。北京第二機床廠引進日本豐田工機公司先進技術并與之合作生產的 GA(P )62-63 數控外圓/數控端面外圓磨床,砂輪架采用原裝進口,砂輪線速度可達 60m/s,砂輪架主軸采用高剛性動靜壓軸承提高旋轉精度,采用日本豐田工機公司 GC32-ECNC 磨床專用數控系統可實現二軸(X 和 Z)到四軸(X、Z、U和 W)控制。此外,對磨床的環保要求越來越高,絕大部分的機床產品都采用全封閉的罩殼,絕對沒有切屑或切削液外濺的現象。大量的工業清洗機和切削液處理機系統反映現代制造業對環保越來越高的要求。第 2 章 設計任務書1.畢業設計題目MKS1632A 數控高速端面外圓磨床及其砂輪架設計2.畢業設計目的本課題旨在讓學生綜合運用大學四年所學的知識,設計數控端面外圓磨床 MKS1632A 及其砂輪架,樹立理論聯系實際的作風和嚴謹的科學態度。該課題要求繪制磨床總體布局裝配圖、砂輪架部件裝配圖、磨床液壓系統圖和磨床零件圖,最后撰寫設計說明書。此外,要求學生跟隨指導老師和研究生參與部分科學研究,進行磨削溫度的測試實驗并撰寫科研報告。3.任務與要求(1)機床總體布局裝配圖(0) ;(2)部件裝配圖(砂輪架 0) ;(3)零件圖 3;(4)液壓傳動圖(1) ;(5)電氣控制圖 (1) ;(6)撰寫科研報告;4.用途和規格(1)加工對象 A 帶軸肩的多臺階軸(如齒輪軸)B 要求端面外圓一次完成的零件C 帶較大端面的盤類零件D 作一般外圓磨床(2)主要規格 A 加工直徑 φ20mm---φ320mmB 最大加工長度為 750mmC 最大加工重量 200㎏D 砂輪線速度 60m/sE 機床中心高 1095mmF 工件轉速范圍 30300rpm(3)主要運動 A 砂輪轉動 B 工件轉動C 工作臺縱向移動D 砂輪架斜向進給運動E 砂輪修整器斜向進給運動 F 砂輪修整器旋轉運動5.設計重點與難點(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計和選用;(3)皮帶的選用和帶輪的設計;(4)磨床液壓系統的設計;(5)磨削溫度科研報告。6.擬采用的途徑與手段(1)查閱國內外磨床相關資料,確定磨床總體布局中各部件(如砂輪架、頭架和尾架等)尺寸;(2)檢驗主軸前端擾度,確保主軸剛度;(3)砂輪架采用靜動壓軸承以提高旋轉精度,增強抗振性,延長軸承的使用壽命;(4)采用皮帶和花鍵副帶動主軸旋轉,減少主軸變形,使載荷分布均勻;(5)采用 Auto CAD 繪制裝配圖和零件圖;(6)參看液壓工程方面的資料,設計磨床液壓系統的設計;(7)參考磨削溫度測試研究論文,認真、虛心向指導老師和研究生學習,進行大量的磨削溫度的測試實驗。第 3 章 磨床總體布局3.1 磨床總體設計1.加工零件的工藝分析(表面形狀,尺寸,材料,技術條件,批量,加工余量等) ;2.調查研究 比較國內,外同類機床,經驗總結,進行改革創新;3.圖紙設計(總圖,部件裝配圖,零件圖,工藝卡,目錄,標準件,外購件目錄,鑄件,鍛件目錄,說明書,裝箱單,合格證) ;4.制造,裝配,調試;5.小批量生產,設計改進;3.2、總體設計注意事項1.保證機床滿足加工精度要求,剛性,穩定性好;2.傳動系統力求簡短;3.操作調整方便;4.安全保護,冷卻液供給,回收,廢渣的排除。3.3 磨床總體布局設計3.3.1 加工零件帶軸肩的多臺階軸,精度 IT7 以下,Ra1.6---Ra0.4,材料 45,40cr,球墨鑄鐵等;3.3.2 初步估計組成部分a.床身;b.工作臺面;c 頭架;d 尾架;e 砂輪架;f 修整器;g 測量裝置;h 砂輪進給電機;I 修整器進給電機;j 電器框;k 工作臺進給電機; l 工件旋轉電機; m 潤滑冷卻裝置;n 數控裝置;3.3.3 總體布局初步設計1.T 型床身;2.工作臺移動;3.工作臺型面采用傾斜 10°的型面;4.砂輪架主軸與床身導軌傾斜 30°角; 5.頭尾架中心線平行;6.采用成型砂輪修整器(金剛石滾輪) ,采用 MARPPOS 公司軸向,徑向測量儀,配用該公司 E5 數控框(如圖 3-1 所示)來控制軸向尺寸,徑向尺寸,測量儀布置在橫梁上;圖 3-1 E5 數控框7.數控系統的四坐標軸X 軸砂輪架進給 Y 軸修整器進給Z 軸工作臺移動 W 軸工件旋轉各軸采用交流伺服電機,通過精密無間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相連;8.液壓油箱單獨(減小熱變形,簡化機床結構,易實現標準化,通用化,便于維修) ;9.電器框與機床采用空中走線;10.機床前防護罩采用全封閉結構;3.3.4 縱向與橫向尺寸的確定1.縱向尺寸①工件最大長度 ;1750lm?②頭架長度 ;24③尾架長度 ;3l④上臺面長度 ;4123024160l m???⑤下臺面長度 ;??54l?⑥床身長度 ;615l⑦后床身長度 (考慮砂輪架和修整器大小按經驗給定) ;7160lm?⑧整個床身寬度 (視覺效果) ;85⑨砂輪架中心與機床床身對稱線相距 02310ll??圖 3-2 磨床縱向尺寸2.橫向尺寸1)畫出橫向尺寸床身的 V 型導軌作為橫向尺寸的基準,畫出床身的平面導軌作為高度尺寸的基準線,根據確定的工作臺參數,導軌參數 B1’,B2’中心畫出左視圖2)確定上,下工作臺厚度和寬度(1)厚度用類比法上工作臺 中心 (3-1) ??20.5. hl?下工作臺 中心 (3-2)14 為工作臺導軌的中心距,工作臺導軌選用 80 75 250 l ?取 0.3 25075mm1 h?0.38 25095mm2 (2)寬度(3-3)45 BlB??工 作 臺????1/2301/27508m????∵ ∴ 46?4????71/ /6B??∵ ∴57570Bm?2039工 作 臺3)確定頭,尾架頂尖中心位置頂尖中心安排在 V 型導軌的中心線上,這樣有利于磨削最小直徑工件的,砂輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導軌的承載壓力較大,故常適當加寬 V 型導軌的寬度。4)確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度 H1左右 [1]10H?根據工人身高,經驗。類比取 1095Hm???212/73.6hCOS???5)工作臺回轉中心位置 B9?9/ /*501Bl??6)確定機床總高 H2h?頭 架 測 量 儀739.610463.55m?所以 H 取 2000mm。3.3.5 砂輪架相關尺寸設計(1)砂輪架導軌(V平導軌) 100 90 400[1]?考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩定性,取 L中心500mm ,從而可定出砂輪架的寬度約為600mm,導軌為 0.15MPa 的卸荷導軌。圖 3-3 砂輪架的導軌(2)砂輪架橫向行程長度 l橫??0.12lss???橫 絲 桿 快 速 快 速(3-4)式中 為砂輪架快速進退的行程,一般取 。此處取 。s快 速 6015m1(3-5)????max/2//2/DD????砂 砂 in絲 桿 工 件 工 件 min?750350安全系數取 0.1 足夠( 取 373)2501.372.1l????橫 l橫(3)砂輪架高度和長度砂輪架箱體導軌的高度 h3,砂輪底板滑臺高度 h4,砂輪中心距砂輪底面高度 h5,與后床身頂面至平導軌的高度 h0,為避免上,下工作臺運動時與箱體相碰,安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺的頂面,同時考慮橫向進給機構穿過床身的位置等,根據經驗① 取6105hm?6130h?②砂輪架中心距后床身頂面 712697485Hm????③砂輪架底座安裝修整器,內有傳動絲桿取 40hm?④后床身進給導軌內裝絲桿取 3195734h??820175?圖 3-4 砂輪架的高度和寬度⑤砂輪架底板長度 9l9l??1.52?中 心*07?∴ 取 900mm9l⑥砂輪架導軌長度 ??109508ll??橫 37m?∴取 1035l(4)砂輪架主軸電機的選擇①用類比法,砂輪架主軸電機的功率取 15kw;②計算法 (3-6)N??切電 空取??*23.8.5.ZPV?砂15KW?電3.3.6 頭架相關尺寸的確定①長,寬,高440 400 411mm[1]?②主軸錐孔莫氏 5錐孔③中心高 (3-7)max/2HDK????3035189通過以上計算頭架中心高取 180mm ④主軸轉速 (3-8)??/06*0452./IVVms??砂取 4ImsI716/in3axr?min20IV??⑤交流伺服電機選擇用類比法,交流伺服電機選擇 IFT5076-DAD1 18N-M電機砂輪磨削工件需要的功率(3-9)??max150*324./ZFrNms??工 件最 大 磨 削 力交流伺服電機通過 20/38 的雙楔齒輪帶傳遞給工件,即 4183/20./NNmsl???實∴合格⑥主軸不旋轉,主軸靠撥盤帶動旋轉3.3.7 尾架相關尺寸的確定①5莫氏錐孔②中心高 180mm,臺面傾斜 10°③直線滾動導軌④液壓油缸,頂緊力 125kg3.3.8 工作臺要求上,下臺面便于調整頭尾架,便于安裝滾珠螺母。傾斜 10°以便于頭尾架定位,冷卻液回流;及使頭尾架不等高時修刮側面3.3.9 橫向進給機構交流伺服電機----聯軸器----滾珠絲桿---- 砂輪架壓力卸荷導軌 壓力油 0.15Mpa 卸去 壓力6075V平導軌 10*95砂輪架行程 37lm?橫3.3.10 砂輪修整器伺服電機--- 絲桿 ---修整器直線滾動導軌主軸直徑 D50mm,采用液體動壓軸承 16r/min 6.3Mpa修整速度 ??1/35V砂修整器直徑 故702?19/ms?線修整器行程為 160mm3.3.11 液壓系統①修整器;②尾架;③量儀(兩個) ;④潤滑油;⑤床身導軌;⑥砂輪架卸荷導軌;⑦絲桿;⑧直線滾動導軌;⑨間歇3.3.12 電氣部分SIMENS 810G 控制五坐標軸 砂輪架主軸3.3.13 機床保護系統①靜壓供油系統 壓力繼電器 壓差發訊器 液壓控制器 電路延時②尾架伸縮油缸靜壓供油系統設置自動循環電路,可手動,也可用于腳踏。當工件旋轉時,由于互鎖裝置,使起無效。③油箱液壓控制④數控系統(在各坐標軸)自診斷與保護功能如電池電壓低 程序錯誤⑤各坐標軸由行程開關控制最大位移量⑥安全防護罩(砂輪罩,機床前罩)全封閉式⑦導軌面保護Ⅰ 工作臺導軌不銹鋼可伸縮防護罩Ⅱ 砂輪架導軌㈠前部翻板式護罩橡皮(防水) ;㈡后罩鋼罩。Ⅲ 修整器導軌折疊式第 4 章 部件設計(砂輪架)4.1 砂輪架設計的基本要求砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉的關鍵部件,主要由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,因此對砂輪架設計提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。砂輪架設計應滿足以下幾點基本要求 [1]1.主軸旋轉精度高,旋轉穩定;2.主軸軸承系統剛性好;3.振動小,發熱低,不漏油;4.裝配制造簡單,調整維修方便。4.2 主軸旋轉精度及其提高措施1.砂輪架旋轉精度是指主軸前端的徑向跳動和軸向躥動大小,它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面外圓磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動允許誤差取 5μm10μm。2.提高主軸旋轉精度的措施(1)選擇合適的主軸軸承動靜壓軸承;(2)提高主軸的加工精度;(3)正確選擇主軸軸向止推方式液體靜壓推力軸承。4.3 主軸軸承系統的剛性主軸軸承系統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。4.4 砂輪架主軸初步設計1. 砂輪架主軸的強度校核進行軸的強度校核時,應根據軸的具體受載及應力情況采取相應的計算方法,并恰當地選取其許用應力。對砂輪架主軸來說,由于采用了卸荷皮帶輪裝置,砂輪架主軸主要承受扭矩,應該按照扭轉強度計算,且在選取許用應力時應該選取較小值。砂輪架主軸材料采用 42MnVB,并進行淬火,故選取許用應力為 40MP。軸的扭轉強度條件為(4-1)??639.5102PnTTWd?????扭轉切應力(單位為 MP)T? 軸所受扭矩(單位為 )Nm 軸的扭轉截面系數(單位為 )TW3 軸傳遞的功率(單位為 KW)p 軸的轉速(單位為 r/mm)n 計算界面處的直徑(單位為 mm)d 許用扭轉應力(單位為 r/mm)[]T?由上式可得軸的直徑為(4-2)6339.5102[]TPdn???633.040mm1.2?由上述計算可以得知砂輪架最小直徑為 31.02mm,考慮到砂輪架的剛度等因素,取主軸的最小直徑為60mm。砂輪架主軸的尺寸如圖 4-1 所示。圖 4-1 砂輪架主軸尺寸示意圖4.5 主軸剛度校核1.當量直徑因為是階梯軸,所以用當量直徑法作近似計算當量直徑為(4-3)41vniLdl??L140640203210932mm444932061018vd? 89.36mm2.允許撓度允許撓度[y]0.0002L 0.0002*6600.132mm3、計算主軸前端撓度值[1] (4-4)23PalYEI??主 軸載荷(單位為公斤) (150/9.8 )P 軸兩端的跨距(單位為厘米) (66.00)l 懸伸長度(單位為厘米) (13.2)a 材料的彈性模數(單位為公斤/平方厘米) (21.02 )E ?510 截面慣性矩(平方厘米)I25103.79.9.808Y???主 軸 0.001cm 0.01mm又因為[y]0.135,0.010.135,即 [y],由上述校核可以得知,主軸剛度符合要求。主 軸一般存在一個使主軸前端撓度最小,即剛性最好的支承跨距 L。由經驗得知,L 為(36)D 時,主軸前端撓度最小,D120mm,L 為 360720mm,取 L 為 640mm。4.6 動靜壓軸承靜壓軸承是利用外部油源產生承載能力的油膜軸承,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點,又克服了兩著缺點的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節流原理,使壓力油腔中產生足夠大的靜壓軸承載力,從而克服了液體動壓軸承啟動和停止時出現的干摩擦造成主軸與軸承磨損現象,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構,在主軸啟動后,依靠淺腔階梯效應形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加,大大地提高了主軸承載能力,而多腔對置結構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精度和運轉平穩性。它的優點如下1.速度和載荷范圍廣,應用范圍廣。動靜壓軸承在零件轉速到很高的范圍內的 各種相對速度下都能承載,而且載荷范圍大,其承載能力取決于供油壓力,軸承軸頸結構和相對大小;2.油膜剛度高,阻尼大,抗振性好;3.摩擦阻力,磨損小.由于總有一層油膜將相對運動表面隔開,因此摩擦阻力小,磨損小,能長期保持很高的運動精度,壽命長.且對軸承軸頸材料要求也較低;4.主軸回轉精度高.動靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動;5.安全性好.在萬一供油受阻或切斷時,可利用軸承中動壓效應來承載;6.承載能力高.由于動壓效應,使軸承轉速越高承載能力越大,同時軸承還能承受方向不斷變化的動載及瞬時過載;7.穩定性好.8.使用較經濟.由于動靜壓軸承高速下主要靠動壓承載,故這時供油壓力可相對較小,軸承可設計成較小軸頸,軸承結構簡單,制造精度和材料要求不高。動靜壓軸承需要一套供油系統,潤滑油要經過嚴格過濾以保持清潔。目前廣泛應用的是定壓供油系統。一定壓力的壓力油,經節流器流入兩相對運動體間的油腔,通過油腔壓力來平衡外載荷。在定壓供油系統中,節流器是關鍵部分,它起著限制流入油腔流量的阻尼作用,使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變化。靜壓軸承常用的固定節流器有毛細管和小孔節流器兩種。本次設計選用毛細管節流器。動靜壓軸承廣泛用于高速精密設備中.目前,在改造舊精密磨削設備方面,用得較多的是北京中航設備改造廠的 WMB 型表面節流液體動靜壓混合軸承。砂輪架主軸的軸向定位采用軸向止推靜壓軸承。軸向止推軸承由兩個相對的環形油腔構成。軸上具有臺肩以形成承載面。軸承的間隙通過修磨調整墊圈的厚度來保證。4.7 傳動裝置設計為了提高主軸的旋轉精度,皮帶輪不直接裝在主軸上,而是裝在單獨的支架上,并用花鍵套帶動主軸旋轉,即采用卸荷皮帶輪的方案,如圖 4-2 所示。這個方案的優點是,減少了主軸的變形,同時還提高了承載能力。圖 4-2 卸荷皮帶輪1.電動機的選擇 N??切電 空 3.8102ZPV?砂 (2.358.82 )3.8 12.62kw通過以上計算,取 15kw,選擇 Y100L4 型電動機N電2.皮帶設計因為多楔帶兼有 V 帶和平帶的優點,外輪廓尺寸小,比 V 型帶傳動平穩,所以皮帶采用多楔帶 [5]。多楔帶以平帶為基體,內表面有等距離縱向楔型的環形帶傳動。工作面為楔側面,有橡膠和聚氨酯兩種 [5]。1)皮帶材料的選用皮帶材料選用聚氨酯。2)設計計算已知小帶輪轉速,即 1500r/min,傳動比 i2.5;n1(1)計算功率由機械設計表 8.7 查得,工作情況系數 為 1.1,故KA(4-5)15.6APKkw???ca(2)由 和 選擇帶型n1由于 16.5kw, 1500r/min,查表后可知,取帶型為 L 型。ca(3)確定帶輪基準直徑由金屬切削機床設計簡明手冊表 443,取主動輪基準直徑 80mm。D1,由此得 。12nDi??120nDm?(4)驗算帶速(4-6)1856.8/6060Vs?? 6.28 m/s 30 m/s,所以帶速合格。(5)初定軸向間距由公式(4-5)0.7( ) 2( ) , (4-7)1D20a1D2可知 196 560,取 400。0a(6)所需基準帶長(4-8)21012024dLDa???? 20884??????1248.82mm由金屬切削機床設計簡明手冊表 45,取相近的基準帶長 1250 mm[6]。dL(7)實際軸向間距(4-9)002dLa???1548.4 401.18mm所以皮帶的實際軸向間距取 =401mm。a(8)多楔帶每楔的基本額定功率 1P由金屬切削機床設計簡明手冊表 440,可以查得 =0.34kw。1P(9)小帶輪的包角(4-10)02157.318Da????=162.85°(10)多楔帶楔數的確定(4-11)1AdlKPZ???其中 1bih??)查表得 ,34.610bK???,代入 的計算公式中,得 =0.849kw 。.i P?P?又已知 =0.955, =1.00,得?l 1.514.530.34890.Z????由此可以確定,取 Z=15。3.帶輪設計1)帶輪設計的要求(1)質量小,結構工藝性好,無過大的鑄造應力;(2)質量分布均勻,轉速高時要經過動平衡校證;(3)槽輪工作面要經過精細加工,以減少帶的磨損;(4)輪槽的尺寸和角度應有一定的精度,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)帶輪的結構(1)小帶輪直徑 (d 為軸的直徑) ,所以采用實心式。12.53D?(2)大帶輪 300,所以采用腹板式結構。20?4)小帶輪的結構尺寸圖 4-3 小帶輪的結構尺寸(4-12)2adh??其中 帶輪的外徑,軸的直徑,基準線上槽深。h(4-13)28036adm????,圓整后得 =165mm1..91.4ba bd(4-14)1.52.68137.aLd???, (4-15)BZPg??其中 多楔帶的楔數,多楔帶的槽間距,第一槽對稱面到端面的距離。g12514.9208.6BZPm????????5)大帶輪的結構尺寸圖 4-4 大帶輪的結構尺寸20326adhm????1.8.91.4ba5L4.花鍵套的選用由軸端直徑 Φ60 選用內花鍵套862H778H1012H11GB1144-87,如圖圖 4-3 內花鍵套的結構尺寸第 5 章 數控系統設計5.1 概述任何一個數控系統都是由硬件和軟件兩部分構成,硬件是組成系統的基礎,軟件是系統的靈魂。有了硬件和軟件和配合才能有效的完成系統的使命。硬件電路的可靠性直接影響到數控系統的性能指標。本設計中要求砂輪架自動橫向進給(X )和工作臺縱向進給(Y )在兩坐標進行控制。對磨床工作過程進行分析其調整過程有裝工件,手動退出,手動快進,對刀,手動快退;自動調整過程有設置磨削量,快進,工進,快退。該磨床的砂輪架橫向進給機構和工作臺縱向進給實行數控,主要的使用要求和功能如下要有兩個步進電機分別驅動砂輪和工作臺。1.對液壓進行控制。2.對冷卻液進行控制。3.砂輪主軸電機控制。4.頭架主軸電機啟停控制。5.手動及其方向控制。6.手動快進和快退。7.工作方式。8.鍵盤與顯示。9.工作臺限位。10.報警。11.急停。根據以上要求來確定硬件電路方案。5.2 確定硬件電路總體方案機床數控系統的硬件電路概括起來由以下四部分組成,如圖 5.1 所示。(1)主控制器,即中央處理單元 CPU。(2)總線,包括數據總線(DB) ,地址總線(AB)和控制總線(CB) 。(3)儲存器,包括只讀可編程程序儲存器(ROM)和隨機讀寫數據儲存器(RAM) 。4.接口,即 I/O 輸入/輸出接口電路。5.1 數控系統硬件框圖1.主控制器 CPU 的選擇在一般二坐標聯動的數據控系統中,推薦采用 MCS-51 系列單片機作為主控制器。MCS-51 系列單片機主要有三種型號的產品8031,8051 和 8751。該系列產品是集中 CPU,I/O 端口及部分 RAM 為一體的功能性很強的控制器。目前,工業控制中應用最多的是 8031 單片機。本設計中也采用 8031 單片機。它是一個具有 40 根引腳的雙列直差式器件,其基本特征有(1)具有 8 位中央處理單元 CPU(2)片內有時鐘發生電路(3)具有 128 個字節的 RAM(4)具有 21 個特殊功能寄存器(5)可尋址 64K 字節的外部數據存儲器和 64K 字節的外部程序存儲器(6)具有 4 個 I/O 接口,32 根 I/O 線(7)具有兩個 16 位定時器/計數器(8)具有 5 個中斷源,配備兩個優先級別(9)具有一個全雙功能串行接口(10)具有位尋址能力,適用邏輯運算8031 片內沒有程序存儲器,僅有片內數據存儲器。2.程序存儲器擴展單片機應用系統擴展的芯片大多采用 EPROM 芯片。在選擇芯片時,要考慮最大讀出速度,工作溫度及存儲器的容量。在滿足容量要求的同時,盡量選擇大容量芯片,以減少芯片數量,使系統簡化。所
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