磨床開題答辯

1、題目：磨床機械結構設計系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化班 級 姓 名 學 號 導 師 2014年12月12日一、畢業(yè)設計（論文）綜述 （題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）1、題目背景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(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。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。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

2、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(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(fā)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。1.2 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

3、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(fā)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(fā)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(yè)發(fā)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(yè)認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占

4、23%， 鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)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

5、于1um，軸向圓跳動應限制在23um以內。2.低速進給運動的穩(wěn)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(wěn)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(tǒng)的熱變形已經成為實現精密磨削的主要障礙：磨削是歷史悠久的切削加工方法之一。古代的刀、槍、劍戟都要經過磨削加工；在現代機器制造業(yè)中，磨削加工也是金屬切削加工的一種重要方式。磨床就是用砂輪，油石或者研磨料等作為工具對工件表面進行切削

6、加工的一種機床。通常把使用砂輪進行加工的機床稱為磨床，而用油石和研磨料進行加工的機床稱為精磨機床。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。采用導輪的無心外圓磨床已被廣泛采用于成批大批量生產中，用以高生產率制造寬廣品種的任精度的制件，其中包括精密制件。這種磨削方法的廣泛采用是由于其具有一系列的磨削特點。1.3 研究意義平面磨床是一種

7、機械加工常用機床，對運動平穩(wěn)性、換向精度、換向頻率都有較高的要求；平面磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。精密臥式平面磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。因此把“精密臥式平面磨床的機械結構設計”作為本次本科畢業(yè)論文的課題，既有較大的學術價值，又有廣闊的應用前景。1.4 內外相關研究情況： 十八世紀30年代，為了適應鐘表、自行車、縫紉機和槍械等零件淬硬后的加工，英國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當時現成的機床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結構簡單，剛度低，磨削時易產生振動，

8、要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。 1876年在巴黎博覽會展出的美國布朗-夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具有現代磨床基本特征的機械。它的工件頭架和尾座安裝在往復移動的工作臺上，箱形床身提高了機床剛度，并帶有內圓磨削附件。1883年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺作往復移動的平面磨床。1900年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動的應用，對磨床的發(fā)展有很大的推動作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如20世紀初，先后研制出加工氣缸體的行星內圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床等。自動測量裝置于1908年開始應用到磨床上。到了1920年

9、前后，無心磨床、雙端面磨床、軋輥磨床、導軌磨床，珩磨機和超精加工機床等相繼制成使用；50年代又出現了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現了砂輪線速度達6080米/秒的高速磨床和大切深、緩進給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機的數字控制和適應控制等技術在磨床上得到了廣泛的應用。隨著高精度、高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產量都在不斷的提高和增長。由于長期以來對新技術的應用相對滯后，國內機床產品的總體技術水平比之先進國家同類型機床還有著相當大的差距，勞動生產率低下，在國際市場中競爭力不足，經濟效益不高。在國外高檔機床大舉進攻中國市場的情況下

10、，我們只有以積極的姿態(tài)面對這一嚴峻的形勢。盡快應用先進的設計技術，能快速開發(fā)出結構合理、自動化水平高、加工精度高、低振動、低成本的機床新產品響應市場，我國的機床工業(yè)才有出路。為了達到這一目的，掌握先進的機床設計方法就顯得尤為重要。我國機床工業(yè)的竟爭能力的提高也就取決于機床新品的開發(fā)和關鍵技術的研究、掌握、應用和迅速推廣。隨著我國加入世界貿易組織和全球經濟一體化環(huán)境的形成，機床行業(yè)的市場競爭將會愈演愈烈。目前，國內外機床產品技術水平之間的差距仍然很大，主要表現為:產品仿制多，創(chuàng)新少，市場競爭力不足，利潤低:設計方法落后，機床結構設計，尚處于傳統(tǒng)的經驗、靜態(tài)、類比的設計階段，很少考慮結構動、靜態(tài)特

11、性對機床產品性能產生的影響，產品精度低，質量難以保證;設計周期長，成功率低，反復設計、試制與修改，產品更新換代慢，且成本高。二、本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1、本次設計的主要內容：(1)通過調研和參閱相關資料，了解平面磨床機械傳動裝置及工作原理； (2)完成原理方案設計和結構方案設計，確定實施方案； (3)對平面磨床進行傳動裝置等機械參數的初步設計，并完成相關的計算； (4)完成平面磨床進行傳動裝置等機械參數的具體設計；（X1000mm，Y400mm，Z500mm，X、Y定位精度0.006mm）； (5)完成裝配圖和零件圖。2.2平面磨削方式的選型2.2.1 裝夾

12、工具選型對于精度要求高的平面以及淬火零件的平面加工，需要采用平面磨削方法。平面磨削主要在平面磨床上進行。平面磨削時，對于外形簡單的鐵磁性材料工件，采用電磁吸盤裝夾工件，操縱簡單方便，能同時裝夾多個工件，而且能保證定位面與加工面的平行度要求。對于外形復雜或非鐵磁性材料的工件，可采用精密平口虎鉗或專用夾具裝夾，然后用電磁吸盤或真空吸盤吸牢，根據本課題需要，選擇電磁吸盤作為裝夾工具。2.2.2 磨削方式的選型根據砂輪工作面的不同，平面磨削分為周磨和端磨（1）周磨采用砂輪的圓周面對工件平面進行磨削。這種磨削方式，砂輪與工件的接觸面積小，磨削力小，磨削熱小，冷卻和排屑條件較好，而且砂輪磨損均勻。（2）端

13、磨它是采用砂輪端面對工件平面進行磨削。這種磨削方式，砂輪與工件的接觸面積大，磨削力大，磨削熱多，冷卻和排屑條件差，工件受熱變形大。此外，由于砂輪端面徑向各點的圓周速度不相等，砂輪磨損不均勻。根據平面磨床工作臺的外形和砂輪工作面的不同，用砂輪端面磨削的平面磨床與用砂輪圓周面磨削的平面磨床相比，由于端面磨削的砂輪直徑往往比較大，能同時磨削出工件的寬度和面積大，同時砂輪懸伸長度短，剛性好，可采用較大的磨削用量，生產率較高。但砂輪散熱、冷卻、排屑條件差，所以加工精度和表面質量不高，一般用于粗磨。而用圓周面磨削的平面磨床，加工質量較高，但這種平面磨床生產效率低，適合于精磨。由于課題中精度2m/s，缺點：

14、若加工安裝精度差，傳動噪音大，磨損大。典型用途：大版面鋼板、玻璃數控切割機，建筑施工升降機可達30層樓高。2.7.3絲杠傳動 1.普通梯形絲杠可以自鎖，這是最大優(yōu)點，但是傳動效率低下，比上述二者低許多，所以不適合高速往返傳動。缺點是時間久了傳動間隙大，回程精度差，用在垂直傳動較合適。2.滾珠絲杠不能自鎖，傳動效率高，精度高，噪音低，適合高速往返傳動，但是水平傳動時跨距大了要考慮極限轉速和自重下垂變形，所以傳動長度不可太大，要么改用絲母旋轉絲杠不動，但還是不能太長，要么就用齒輪齒條。 2.7.4渦輪蝸桿傳動1.實現大傳動比2.傳動平穩(wěn)、噪聲低3.可實現自鎖4.結構緊湊5.渦輪蝸桿傳動最主要的特點

15、就是具有反向自鎖的功能，而且相比其它傳動具有較大的速比，渦輪蝸桿的輸入、輸出軸不在同一軸線上，甚至不在同一個平面上2.8各軸確定分工能解分功能 12345A導向滑動導軌滾動導軌液體靜壓導軌氣體靜壓導軌B傳動齒形帶傳動齒輪齒條傳動齒輪傳動絲杠傳動渦輪蝸桿傳動C驅動步進電機交流伺服機直流伺服機直線電機滾動機1.X軸部件的確定滾珠絲杠不能自鎖，傳動效率高，精度高，噪音低，適合高速往返傳動，但是水平傳動時跨距大了要考慮極限轉速和自重下垂變形，所以傳動長度不可太大；因為X軸工作臺往返工作距離較長，故排除以絲杠作為傳動對象，也可以通過步進電機以及齒輪齒條實現承片臺的往復直線運動。由于齒輪齒條，承載力大，傳

16、動精度較高，可達0.1mm，可無限長度對接延續(xù)，傳動速度可以很高。因而最終確定X軸由步進電機帶動齒輪齒條使工作臺沿X軸向滾動導軌進行往復直線運動。滾動導軌主要用于直線導軌的結構中，它具有較高的制造精度和定位精度。由于鋼球在裝配時有預加負荷，所以它有很高的剛度，在15M每分鐘的速度下往復運行1200KM后，鋼球的磨損量僅為0.001mm.所以X軸采用滾動導軌來實現工作臺的運動.2.Y軸部件的確定 直流伺服電機精確的速度控制,轉矩速度特性很硬,原理簡單。用滾珠絲杠來傳動，可獲得高達97%的傳動效率，從而使驅動扭矩降低到1/3以下，滾珠絲杠螺母副采用雙螺母結構，并采用墊片消除絲杠與螺母之間的間隙，雙

17、螺母安裝在螺母座上，并通過與工作臺連接驅動工作臺運動.采用燕尾型導軌，絲杠位于兩導軌之間，滑座與床身之間采用矩形導軌。3.Z軸部件的確定 滾珠絲杠的傳動效率高，且Z軸定位精度0.006mm，但由于滾珠絲杠沒有自鎖能力，為了保證主軸箱能夠停止在所需要的位置上，在電動機上加有制動裝置。當電動機停轉時，切斷電磁線圈的電流，由彈簧壓緊摩擦片使其制動。滾動導軌定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為0.10.2m，而滑動導軌的定位誤差一般為1020m。因此，由于要求z軸運動精確且微量，且滾動導軌對臟物及導軌面的誤差比較敏感，故采用滾動導軌，用十字滑塊聯軸器與直流伺服相連。2.9機械傳動系統(tǒng)如下述 X軸

18、通過步進電機帶動齒輪齒條運動，從而使工作臺橫向往復運動，Y軸由直流伺服電機通過十字滑塊聯軸器與絲杠相連，滾珠絲杠螺母副采用雙螺母結構，并采用墊片消除絲杠與螺母之間的間隙，雙螺母安裝在螺母座上，并通過與工作臺連接驅動工作臺運動.采用燕尾型導軌，絲杠位于兩導軌之間，滑座與床身之間采用矩形導軌。Z軸電動機上加有制動裝置，采用直流伺服電動機，實現砂輪架的進給運動。三重點及難點，前期已開展工作3.1重點及難點內容：（1）磨床總體布局中各部件尺寸的確定；（2）傳動系統(tǒng)的設計；（3）動力系統(tǒng)的選取及確定；3.2前期已開展的工作：a.調研、查閱相關資料、書籍及文獻，了解臥式平面磨床方面的相關知識，并理解其原理

19、；b.通過和老師同學的交流，準備開題報告的內容，并初步開始著手進行設計。四、完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）：(1)1-3周：調研，通過查閱相關文獻和刊物，了解平面磨床機械傳動裝置及工作原理，完成開題報告。 (2)4-5周：完成原理方案設計和結構方案設計，確定擬實施的方案，完成英文資料翻譯。 (3)6-13周：對平面磨床進行傳動裝置等機械參數初步設計，并完成相關的計算；完成平面磨床進行傳動裝置等機械參數進行具體設計；完成中期報告。 (4)14-18周：完成設計圖紙，寫出畢業(yè)論文，準備答辯。指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）指導教師： 年 月 日所在系審查意見： 系主管

20、領導： 年 月 日參考文獻1 曾志新，呂明.機械制造技術基礎在M.武漢：武漢理工大學出版社.2 何偉主編,數控機床原理及應用 .機械工業(yè)出版社.3 孫桓，陳作模.機械原理M.北京：高等教育出版社.4 李伯民，趙波主編.現代磨削技術M.北京:機械工業(yè)出版社.5 濮良貴，紀名剛.機械設計M.北京：高等教育出版社.6 金屬切削機床設計手冊，北京：機械工業(yè)出版社.7 成大先.機械設計圖冊M.北京：化學工業(yè)出版社.8 馮辛安，黃玉美.機械制造裝備設計M.北京，機械工業(yè)出版社.9 王昆，何小柏.機械設計課程設計M. 北京:高等教育出版社.10 溫松明主編.互換性與測量技術基礎M.長沙：湖南大學出版社.11 機械設計手冊聯合編寫組.機械設計手冊（中）M.北京，化學工業(yè)出版社.12 戴曙.金屬切削機床M.北京：機械工業(yè)出版社.13 范云漲，陳兆年.金屬切削機床簡明手冊M. 北京:機械工業(yè)出版社.14 劉潭玉，黃素華，熊逸珍.畫法幾何及機械制圖M.長沙：湖南大學出版社.15 A. Minato, T. Tone, K. Miya. Thermohydraulic and mechanical des