高速平面磨床的設(shè)計
高速平面磨床的設(shè)計,高速平面磨床的設(shè)計,高速,平面磨床,設(shè)計
摘要
本設(shè)計以HZ-64和HZ-1642型平面磨床為例，對平面磨床驗收、使用與維護(hù)規(guī)程的研究與制訂。根據(jù)磨床在機械制造行業(yè)的性能要求，對平面磨床進(jìn)行規(guī)范驗收、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，在機械制造企業(yè)大量使用。平面磨床使用期限的長短，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收、使用與維護(hù)情況。本課題主要包含以下內(nèi)容：各類磨床簡介；平面磨床簡介；平面磨的驗收；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繪與潤滑圖表的繪制。
隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，磨床在加工機床中也占有相當(dāng)大的比例。磨削技術(shù)及磨床在機械制造業(yè)中占有極其重要的位置。磨削技術(shù)發(fā)展很快，在機械加工中起著非常重要的作用。主軸前、后封由盤等零件均有一定程度的磨損，易產(chǎn)生振動，嚴(yán)重影響機床性能。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。因而對機床主軸系統(tǒng)進(jìn)行改造是很有價值的。本次設(shè)計主要是對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。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)選擇及計算兩大內(nèi)容，主要研究內(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 各類磨床簡介 1
1．1．1 M1432B型萬能外圓磨床簡介 1
1．1．2 其他類型磨床簡介 3
1.2 HZ-64 平面磨床簡介 8
1.3 國內(nèi)外研究狀況 8
1.4 研究方法 9
1.5 論文的構(gòu)成及研究內(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)計要求 12
2.3.2滾動軸承的選擇及校核計算 16
第3章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計計算 19
3.1工作臺受力分析 19
3.2計算液壓缸主要尺寸 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 選擇快速運動和換向回路 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 計算液壓泵的最大工作壓力 24
3.5.2 計算液壓泵的流量 24
3.6確定電動機功率 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)代機械制造行業(yè)中的磨床為例，簡單介紹了磨床的類型、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滑圖表的繪制。同時對平面磨床維修與管理方面的知識作深入了解。
總之，平面磨床驗收、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)濟效益，節(jié)省企業(yè)資金，同時對提高平面磨床技術(shù)水平和提高平面磨床投資技術(shù)經(jīng)濟效果具有重要作用。
1．1 各類磨床簡介
凡用磨床（如砂輪、沙 塊及砂帶）或磨料（如研磨劑）為工具進(jìn)行切削加工的機床，統(tǒng)稱磨床。
磨床可以磨削各種表面，如內(nèi)圓圓柱面、圓錐面、平面、漸開線齒廓面、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?，F(xiàn)代機械產(chǎn)品對機械零件的精度和表面的要求愈來愈高，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)用范圍日益擴大，在金屬切削機床總量中所占的百分比也不斷上升。
磨床的種類繁多，主要類型有內(nèi)、外圓磨床，平面磨床，工具磨床，刀具刃具磨床以及各種專門化磨床。
1．1．1 M1432B型萬能外圓磨床簡介
（1）機床用途
M1432B型萬能外圓磨床屬于普通精度級機床，磨削加工精度可達(dá) IT6-IT7級。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。這種機床的萬能性較大，自動化程度較低，磨削效率不高，適用于工具車間、機修車間、小批生產(chǎn)的車間。
（2）機床的布局
圖1-1所視為M1432B型萬能外圓磨床，主要由床身、工作臺、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型萬能外圓磨床
1、床身；2、頭架：3、工作臺；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，用于支承機床的各個部件。
頭架2 用于安裝及夾持工件，并帶動工件旋轉(zhuǎn)。在水平面內(nèi)它可繞垂直軸線轉(zhuǎn)動一定角度，以便磨削錐度較大的圓錐面。
工作臺3 工作臺分上、下兩層。上工作臺可相對下工作臺回轉(zhuǎn)一定角度，以便磨削錐度不大的外圓錐面。上工作臺的臺面上裝有頭架和尾架，它們隨工作臺一起沿床身導(dǎo)軌作縱向往復(fù)運動。
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，該主軸由單獨的電機驅(qū)動。
砂輪架5 用于支承并傳動高速旋轉(zhuǎn)的砂輪主軸。砂輪架裝在滑鞍上，利用橫向進(jìn)給機構(gòu)可實現(xiàn)橫向進(jìn)給運動。當(dāng)需磨削短圓錐面時，砂輪架可在水平面內(nèi)繞垂直軸線轉(zhuǎn)動一定角度。
尾座6 和頭架的前頂尖一起支承工件。
（3）機床的運動
圖1-26所視為M1432B型萬能外圓磨床典型加工示意圖。機床必須具備的運動：
主軸的旋轉(zhuǎn)運動；工作臺的縱向進(jìn)給運動；上下工作臺的相對旋轉(zhuǎn)運動；托板的橫向運動；頭架的旋轉(zhuǎn)運動（繞垂直方向的軸）；砂輪架的橫向運動和繞垂直軸線轉(zhuǎn)動一定角度。
1．1．2 其他類型磨床簡介
外圓磨分為普通外圓磨床和萬能外圓磨床，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
外圓磨床以兩頂心為中心，以砂輪為刀具，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)
主機由床身，車頭，車尾，磨頭，傳動吸塵裝置等部件構(gòu)成。車頭，磨頭可轉(zhuǎn)角度、用于修磨頂針及皮輥倒角用專用夾具，動平衡架，皮輥檢測器三部件。
3.特點
（1）砂輪主軸軸承采用錐形成型油楔動壓軸承、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，半自動進(jìn)給機構(gòu)采用回轉(zhuǎn)式油缸實現(xiàn)。
（3） 尾架軸系具有無間隙剛度的特點，電器箱，液壓箱冷卻箱與機床分離。
（4） 富有磨削指示儀及冷卻液過濾器。
（5） 頭架速度才有那個交流變頻無級調(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) 可選配自動測量儀。
4.用途
外圓磨床主要用于成批軸類零件的端面、外圓及圓錐面的精密磨削，是汽車發(fā)動機等行業(yè)的主要設(shè)備。也適用于軍工、航天、一般精密機械加工車間批量小，精度要求高的軸類零件加工。
（1）用于紡織紡紗行業(yè)，粗細(xì)紗機，并條機，精梳機，加彈機等上皮輥加工。
（2）用于生產(chǎn)制造辦公通訊設(shè)備行業(yè)，傳真機，復(fù)印機，打印機，刻字機等上膠輥加工。
（3） 用于印刷,食品,醫(yī)藥行業(yè)自動輸送裝置上皮輥，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、尾座中心連線與砂輪主軸線在空間發(fā)生偏移，此時磨出的工件表面將是一個雙曲面。
（2）頭架、尾座中心連線對磨頭主軸軸線在水平面內(nèi)的平行度誤差對工件尺寸精度的影響。當(dāng)發(fā)生該項誤差時，外圓磨床磨出的工件外形將是一個錐體，即砂輪成角度磨削，表面有螺旋形磨紋。
（3）磨頭移動相對于機床導(dǎo)軌垂直度誤差對加工精度的影響。這項誤差的最終結(jié)果是使主軸軸線與頭架、尾座中心連線發(fā)生偏移，在磨軸肩端面時，將造成軸肩端面與工件軸線的垂直度誤差。磨外圓時，將影響表面粗糙度，產(chǎn)生螺旋形磨損。
無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，工件就以與砂輪相同的線速度回轉(zhuǎn)的趨勢，但是由于受到導(dǎo)輪摩擦力對工件的制約作用，結(jié)果使工件以接近于導(dǎo)輪線速度（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、無心內(nèi)圓磨削和砂輪作行星運動的磨削方式式。
加工工件的圓柱形、圓錐形或其他形狀素線展成的內(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、無心內(nèi)圓磨床、坐標(biāo)磨床和專門用途的內(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夾持工件作圓周進(jìn)給運動，工作臺帶動砂輪架沿床身導(dǎo)軌（見機床導(dǎo)軌）作縱向往復(fù)運動，頭架沿滑鞍作橫向進(jìn)給運動（見機床）；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 工作時工件固定不動,砂輪除繞本身軸線高速旋轉(zhuǎn)外還繞被加工孔的軸線回轉(zhuǎn)，以實現(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)燃機氣缸體等。
③ 無心內(nèi)圓磨床 工作時工件外圓支承在滾輪或支承塊上，工件端面由磁力卡盤吸住并帶動旋轉(zhuǎn)，但略可浮動，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)十幾萬轉(zhuǎn)每分。在大批量生產(chǎn)中使用的內(nèi)圓磨床，自動化程度要求較高，在磨削過程中，可用塞規(guī)或測微儀自動控制尺寸。
圖1-3 內(nèi)圓磨床
特點：
★機床的進(jìn)給及補償,由二個互不干涉的傳動機構(gòu)執(zhí)行.進(jìn)給系統(tǒng)具有定程磨削功能,采用手動或液動二種進(jìn)給方式。
★機床設(shè)有快跳機構(gòu)，因此退出砂輪進(jìn)行測量或修整后不必重新手動對刀。
★工作臺快退設(shè)有中停裝置，快退距離可按需要調(diào)整，以減少輔助時間。
★工作臺起動手把設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置，確保裝卸和測量工作時的安全性。
★機床砂輪軸最高轉(zhuǎn)速為24000轉(zhuǎn)/分，以提高磨削小孔。
★用戶特殊訂貨?？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)：
機床型號
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steps
砂輪轉(zhuǎn)速（r/min）
10000、24000
端磨轉(zhuǎn)速（r/min）
1600
機床總功率（r/min）
4.1
工件電機功率（kw）
0.45/0.75
砂輪電機功率（kw）
2.2
機床外形尺寸（mm）
2363×1260×1300
機床重量(kg)
2000
機床使用電源
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 立軸圓臺平面磨床
磨削工件平面或成型表面的一類磨床。主要類型有臥軸矩臺、臥軸圓臺、立軸矩臺、立軸圓臺和各種專用平面磨床。 臥軸矩臺平面磨床(圖1-4臥軸矩臺平面磨床)：工件由矩形電磁工作臺吸住或夾持在工作臺上,并作縱向往復(fù)運動。砂輪架可沿滑座的燕尾導(dǎo)軌(見機床導(dǎo)軌)作橫向間歇進(jìn)給運動(見機床),滑座可沿立柱的導(dǎo)軌作垂直間歇進(jìn)給運動,用砂輪周邊磨削工件,磨削精度較高。 立軸圓臺平面磨床(圖1-5立軸圓臺平面磨床):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)給運動。工件裝在旋轉(zhuǎn)的圓工作臺上可連續(xù)磨削,生產(chǎn)效率較高。為了便于裝卸工件,圓工作臺還能沿床身導(dǎo)軌縱向移動。 臥軸圓臺平面磨床:適用于磨削圓形薄片工件,并可利用工作臺傾斜磨出厚薄不等的環(huán)形工件。 立軸矩臺平面磨床﹕由于砂輪直徑大于工作臺寬度﹐磨削面積較大,適用于高效磨削。 雙端面磨床:利用兩個磨頭的砂輪端面同時磨削工件的兩個平行平面,有臥軸和立軸兩種型式。工件由直線式或旋轉(zhuǎn)式等送料裝置引導(dǎo)通過砂輪。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,還有專用于磨削機床導(dǎo)軌面的導(dǎo)軌磨床﹑磨削透平葉片型面的專用磨床等。
1．2 HZ-64 平面磨床簡介
機床是用砂輪周邊磨削工件的平面，也可用砂輪的端面來磨削工件的槽和凸緣的側(cè)面。本機床是普通精度級的臥軸矩臺面磨床，磨削表面光潔度好，并且有工作臺面寬度較大，工作臺面長度短的特點，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。
機床是用十字工作臺一托板的布局形式，既磨削的縱向運動和橫向進(jìn)給，都由工件隨著工作臺和托板運動來實現(xiàn)。砂輪只隨，磨頭上下運動作垂直進(jìn)給。
機床的結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，剛性高，外觀美觀，并可按用戶的需要配備橫向和垂直進(jìn)給二個坐標(biāo)的數(shù)顯裝置，讀數(shù)和操作方便。
機床還可根據(jù)用戶的需要配備砂輪休整器，電磁吸盤和高效的磁性分離器冷卻裝置。
機床的液壓系統(tǒng)運轉(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，并在工作臺縱向往復(fù)運動使用了電氣無觸點開關(guān)換向，可使機床的噪聲減少，因此整體噪聲不大于75dB（A）。
1.3 國內(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)國家興盛起來，我國從50年代后期開始液體靜壓軸承的應(yīng)用研究工作，60年代初開始在金屬切削機床上推廣應(yīng)用，同時發(fā)展靜壓導(dǎo)軌，靜壓螺母絲桿副，和靜壓花鍵技術(shù)，并在機床上應(yīng)用這些靜壓技術(shù)。
1.4 研究方法
M7130型機床是一種液壓操作，電器控制，手動操作的平面磨床。工作臺的潤滑為小孔節(jié)流卸荷形式。砂輪主軸加粗，電機功率加大。砂輪架油池溫升小，磨削率高。本次設(shè)計主要是在此機床的基礎(chǔ)上對主軸系統(tǒng)進(jìn)行靜壓軸承優(yōu)化設(shè)計，以此來提高磨床的加工精度。
1.5 論文的構(gòu)成及研究內(nèi)容
本次設(shè)計主要是對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。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)選擇及計算兩大內(nèi)容，主要研究內(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 是臥軸圓臺平面磨床:適用于磨削圓形薄片工件,并可利用工作臺傾斜磨出厚薄不等的環(huán)形工件。臥軸矩臺平面磨床，國家標(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，可供機械加工車間、機修車間和工具車間作精密加工使用。中國傳統(tǒng)的臥軸矩臺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。近年來歐美國家更流行是十字鞍座結(jié)構(gòu)的臥軸矩臺平面磨床，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：
（1）機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，整機剛性更好。
（2）磨頭采用國際通行的滾動軸承結(jié)構(gòu)形式。
（3）機床的垂直、橫向進(jìn)給運動采用滾珠絲杠副，進(jìn)給靈敏度高。
（4）工作臺縱向運動由葉片泵驅(qū)動，運動平穩(wěn)，噪聲小。油池配有冷卻裝置，溫升低，熱變形小。
（5）磨頭垂直運動有快速升降裝置，操作方便，橫向運動由變頻電機驅(qū)動，可無級調(diào)速。
（6）機床的垂直、橫向進(jìn)給部分留有伺服電機安裝位置，根據(jù)需要可配置數(shù)控系統(tǒng)成為數(shù)控機床。
M7130臥軸矩臺平面磨床主要由床身、工作臺、電磁吸盤、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；5-工作臺；5-床身
2.2 平面磨床原理
工作臺上裝有電磁吸盤，用以吸持工件。工作臺在床身導(dǎo)軌上作往復(fù)運動（縱向運動）。固定在床身上的立柱上帶有導(dǎo)軌，滑座在立柱導(dǎo)軌上作垂直運動；而砂輪箱在滑座的導(dǎo)軌上作水平運動（橫向運動） ，砂輪箱內(nèi)裝有電動機，電動機帶動 砂輪作旋轉(zhuǎn)運動。
平面磨床在加工工件過程中，砂輪的旋轉(zhuǎn)運動是主運動，工作臺往復(fù)運動為縱向進(jìn)給運動，滑座帶動砂輪箱沿立柱導(dǎo)軌的運動為垂直進(jìn)給運動，砂輪箱沿滑座導(dǎo)軌的運動為橫向進(jìn)給運動。
工作時，砂輪旋轉(zhuǎn)同時工作臺帶動工件右移（如圖2.2所示） ，工件被磨削。然后工作臺帶動工件快速左移，砂輪向前作進(jìn)給運動，工作臺再次右移，工件上新 的部位被磨削。這樣不斷重復(fù)，直至整個待加工平面都被磨削。
圖2.2 矩形工作臺平面磨床工作圖
1- 砂輪；2-主運動；3-縱向進(jìn)給運動；4-工作臺；5-橫向進(jìn)給運動；6-垂直進(jìn)給運動
由于機床為五、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
盤等零件均有一定程度的磨損，易產(chǎn)生振動，嚴(yán)重影響機床性能。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。因而對機床主軸系統(tǒng)進(jìn)行改造是很有價值的。
本次設(shè)計主要任務(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，在對靜壓軸承的有關(guān)尺寸進(jìn)行設(shè)計計算，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)，潤滑油的粘度以及供油系統(tǒng)。同時必須滿足下面要求：
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)動裝置、軸上附件及主軸箱體等組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求有：
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)計主軸系統(tǒng)時，首先根據(jù)被磨削零件的工藝要求，提出設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)
行方案討論，選擇適用的軸承類型，確定合理的機構(gòu)形式和主要尺寸。對舊機床進(jìn)行技術(shù)改造時，則應(yīng)參照原機床主軸即殼體的結(jié)構(gòu)狀況。在滿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（在主軸滿足剛度條件下） 。套筒的長度和外徑，由套筒的最小厚度和主軸的剛度來決定。一般在滿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)盡量簡單的，對稱性好，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.(見零件圖：軸)?
3） 軸承
機床靜壓主軸軸承通常僅保留主軸繞其軸線的旋轉(zhuǎn)的自由度， 其余5個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
說明：本次設(shè)計采用板式小孔節(jié)流的形式，節(jié)流小孔直徑為Φ0.5mm，這種節(jié) 流具制造簡單，反應(yīng)靈敏，不易堵塞等優(yōu)點。另外，即使同一種節(jié)流形式，軸承結(jié) 構(gòu)不一樣時，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，可以去掉電動機轉(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Φ70mm增加到Φ75mm,前后軸承跨距從原來的680mm縮短至280mm， 砂輪懸伸長 度從原來的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，有利于克服機床原結(jié)構(gòu)上的缺點。
主軸前度校核計算：
（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)：
畫受力簡圖與彎矩圖
圖2.4 軸的受力簡圖與彎矩圖
根據(jù)第四強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）
所以軸的強度足夠
2.3.2滾動軸承的選擇及校核計算
根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽：命16×365×8=48720小時
1、計算輸入軸承
（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/FR148720h （2.8）
∴預(yù)期壽命足夠
2、計算輸出軸承
(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)計計算
3.1工作臺受力分析
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
—運動的加速、減速時間
得慣性負(fù)載：
（3.1）
阻力負(fù)載：靜摩擦阻力
（3.2）
動摩擦阻力：
液壓缸的機械效率取，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)時為防止沖擊現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表《機械設(shè)計手冊》選用有桿腔回油路直接油缸，背壓可忽略不計，選此背壓為p2=0MPa。無桿腔回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)，這時參考《機械設(shè)計手冊》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
—液壓缸的機械效率，取
再根據(jù) ， 得
計算得：夾緊油缸無桿腔工作面積，進(jìn)給油缸無桿腔工作面積 ，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際有效面積為
夾緊缸兩腔的實際有效面積為，
進(jìn)給缸兩腔的實際有效面積為，
經(jīng)檢驗，參考《機械設(shè)計手冊》，活塞桿強度和穩(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，機床液壓系統(tǒng)功率與運動速度，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調(diào)節(jié)。根據(jù)該機床工作原理，則系統(tǒng)兩個油缸可公用一個泵，為此可選用限壓式變量泵或葉片泵作為油源。且兩者都能實現(xiàn)系統(tǒng)功能，從要求壓力較高、系統(tǒng)效率、經(jīng)濟適用的角度來看，最后確定選用雙作用葉片泵方案。
3.3.3 選擇快速運動和換向回路
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，為減少速度換接時的液壓沖擊，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，由于最大行程可以隨時調(diào)節(jié)，則需要設(shè)置一個行程開關(guān)。為了便于進(jìn)給缸動作完成后系統(tǒng)能自動為夾緊缸發(fā)出快退信息，在進(jìn)給缸旁設(shè)置一個壓力繼電器。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
—動作要求壓差
（3.6）
3.5.2 計算液壓泵的流量
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：
液壓泵的實際輸出流量為：
（3.9）
3.6確定電動機功率
油缸工進(jìn)時輸入功率最大，這時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 —電動機功率，
—工作壓力，
—工作流量 ，
—液壓泵總效率。
這時液壓泵的驅(qū)動電動機功率為
（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型電動機，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)
徑向開孔砂輪內(nèi)冷卻平面磨削， 將切削液( 或冷卻氣體) 由開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高而引起的磨削燒傷 熱裂紋等加工缺陷， 同時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題， 或者用于加工難加工材料， 以提高加工質(zhì)量 在實際的應(yīng)用過程中， 由于切削液噴射方向與工件之間的接觸角度較大， 因此在加工過程中會產(chǎn)生較大的振動， 并且會導(dǎo)致磨損加快， 使加工質(zhì)量不穩(wěn)定， 砂輪壽命縮短; 同時開孔砂輪制造困難， 難于批量化生產(chǎn)， 同時需要專用設(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， 對內(nèi)冷卻磨削技術(shù)的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
目前內(nèi)冷卻平面磨削的工藝裝備有兩種: 一種專用內(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， 因此有必要研究內(nèi)冷卻平面磨削的供液系統(tǒng)設(shè)計
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切削液進(jìn)行沉積 過濾， 保持切削液的清潔度， 否則會導(dǎo)致開孔砂輪徑向孔道堵塞，影響內(nèi)冷卻磨削效果; 具有過載保護(hù)， 保證系統(tǒng)壓力不會超過液壓泵額定壓力; 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)計時， 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 和過濾器 2 對切削液進(jìn)行沉積 過濾， 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， 同時起過載保護(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方面: 由于砂輪高速轉(zhuǎn)動的離心力產(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定值 q0， 當(dāng)供液系統(tǒng)提供的流量q q0 時， 切削液在離心力的作用下向外噴射， 此時徑向孔口前后壓差為零; 當(dāng) q ＞ q0 時其流量由兩部分構(gòu)成，即:
當(dāng)供液系統(tǒng)的流量 q ＜ q離 = 26． 48 mL / s 時， 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， 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， 柱狀形保持愈好 此時內(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， 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
實驗表明: 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， 增大流量， 不但不能改善冷卻效果， 反而會因為振動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過濾器，3 泵，4節(jié)流閥，5溢流閥，6流量計，7截止閥，8噴嘴。
圖5.1 冷卻系統(tǒng)原理圖
致謝
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