型萬(wàn)能工具磨床工件頭及進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄第一章前言1第二章磨床概述22.1磨床及磨削機(jī)理概述22.1.1磨床的發(fā)展現(xiàn)狀22.1.2磨削技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)42.1.3磨削機(jī)理82.2萬(wàn)能工具磨床的定義、組成及特點(diǎn)102.2.1工具磨床的定義102.2.2工具磨床的組成102.3工具磨床的工藝范圍及發(fā)展方向112.3.1工藝范圍112.3.2發(fā)展方向11第三章萬(wàn)能工具磨床設(shè)計(jì)步驟133.1工件頭主要零部件的設(shè)計(jì)133.1.1電機(jī)的選擇133.1.2皮帶和塔輪的設(shè)計(jì)133.2縱向進(jìn)給主要零部件的設(shè)計(jì)143.2.1縱向絲杠軸的設(shè)計(jì)和校核143.2.2縱向進(jìn)給主軸軸承的選用和校核 213.2.3縱向進(jìn)給錐齒輪的設(shè)計(jì)及繪制23283.3橫

2、向進(jìn)給主要零部件設(shè)計(jì)及旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配原理3.3.1橫向進(jìn)給總體設(shè)計(jì)283.3.2螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算293.3.3回轉(zhuǎn)座導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)323.3.4旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝配原理33第四章經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析34第五章結(jié)論35參考文獻(xiàn)36謝辭37附錄一：中文譯文附錄二：英文原文CM- 2型萬(wàn)能工具磨床工件頭及進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章前言機(jī)械加工的精度由人和設(shè)備兩方面來(lái)決定，設(shè)備的精度主要由刀具精度、傳遞精度、 設(shè)備本身的震動(dòng)等因素來(lái)決定，而刀具是工裝的重要組成部分，它對(duì)于生產(chǎn)的順利進(jìn)行 及生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的精度保證起著至關(guān)重要的作用。因此一款高精度的工具磨床可以大 大提高生產(chǎn)質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)課題為萬(wàn)能工具磨床的工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，通過(guò)一

3、學(xué)期的設(shè)計(jì)， 對(duì)萬(wàn)能工具磨床的相關(guān)知識(shí)有了更清晰的認(rèn)識(shí)。本設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照萬(wàn)能工具磨床的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，力求在設(shè)計(jì)過(guò)程中保證磨床的高強(qiáng)度、 高精度、高生產(chǎn)率。為了使設(shè)計(jì)更好的聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，在保證本設(shè)計(jì)方案的可行性和可 靠性的同時(shí)力求設(shè)計(jì)方案具有合理的經(jīng)濟(jì)性，避免了一些毫無(wú)價(jià)值的設(shè)計(jì)。因此同種機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì)提出集幾種不同的方案，通過(guò)準(zhǔn)確的論證得出了最合理的方案，保證了方案的 可行性和經(jīng)濟(jì)性。在工作臺(tái)縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的方案中，用兩個(gè)手輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，在工作的時(shí)候兩個(gè)手 柄互鎖，一個(gè)工作的時(shí)候另一個(gè)是被鎖緊的，兩個(gè)手輪的工作方式各不相同，左邊手輪 轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸上的絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸相當(dāng)于個(gè)螺母與它配合實(shí)現(xiàn)縱向的移動(dòng)，前

4、邊的手輪 工作時(shí)軸上的齒輪與另個(gè)齒輪軸配合，那個(gè)齒輪軸再與絲杠配合來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的縱向移 動(dòng)。在滿足裝置的功能要求的基礎(chǔ)上，運(yùn)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)。在工作臺(tái) 橫向移動(dòng)的設(shè)計(jì)方案中，由空間上垂直的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪實(shí)現(xiàn)，一個(gè)手輪帶動(dòng)連接與其上 的渦輪，再經(jīng)絲杠和螺母的配合完成的，另個(gè)手輪是對(duì)橫向移動(dòng)進(jìn)行微調(diào)的，它前端的 蝸桿和蝸輪配合，大手輪每轉(zhuǎn)一周實(shí)現(xiàn)工作臺(tái) 3mn前進(jìn)，小手輪每轉(zhuǎn)一周實(shí)現(xiàn)0.3mm前 進(jìn)。在工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)座與磨床的箱體連接在一起，達(dá)到了 設(shè)計(jì)的目的。本次設(shè)計(jì)的另外一個(gè)就是對(duì)機(jī)構(gòu)中的一些重要部件的參數(shù)進(jìn)行了科學(xué)的選擇，并且粗略的介紹了參數(shù)的選擇過(guò)程，因

5、為選定合適的部件的參數(shù)，不管是對(duì)整個(gè)磨床的精度 要求還是對(duì)磨床的安全系數(shù)、使用壽命都有著直接的影響。第二章磨床概述2.1磨床及磨削機(jī)理概述2.1.1磨床的發(fā)展現(xiàn)狀磨床是金屬切削機(jī)床中的一個(gè)大類，以精度高、品種多樣，是能源、交通、冶金、 航天、軍工等行業(yè)精密加工必備的設(shè)備之一。為適應(yīng)市場(chǎng)多變形勢(shì)的需求，磨床行業(yè)近年來(lái)加強(qiáng)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，使老產(chǎn)品不斷 更新，并開(kāi)發(fā)了一批適銷對(duì)路的高效、精密、數(shù)控磨床及各類專用磨床新產(chǎn)品，使中國(guó) 磨床市場(chǎng)迅速活躍起來(lái)，表現(xiàn)在磨床的產(chǎn)量、銷售量都在迅速增長(zhǎng)。同時(shí)數(shù)控磨床的顯 著增長(zhǎng)優(yōu)化了磨床的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在銷售總額中的占有率正快速提高?！熬盼濉逼陂g磨床產(chǎn)量的數(shù)控化率為6

6、.5%,產(chǎn)值的數(shù)控化率為17.1%,而2001年分別為8.8%和21.3%。根據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)磨床分會(huì)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有磨床專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)約30多家，根據(jù)其中19家主要企業(yè)有關(guān)的資料統(tǒng)計(jì)，以下將對(duì)中國(guó)磨床市場(chǎng)的現(xiàn)狀和展望進(jìn)行分析。 中國(guó)磨床市場(chǎng)的產(chǎn)量和銷售量隨市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的建立和不斷完善，以及企業(yè)制度改革的深化，磨床制造企業(yè)和其它企業(yè)一樣，不斷加強(qiáng)適應(yīng)市場(chǎng)的能力。在“以中國(guó)的裝備裝 備中國(guó)”政策的激勵(lì)下，磨床生產(chǎn)與市場(chǎng)的需求情況發(fā)生很大的變化。近幾年來(lái)，市場(chǎng) 對(duì)磨床的需求量不斷增長(zhǎng)，磨床的產(chǎn)量與銷售量也在逐年增長(zhǎng)。1998年2001年平均年產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度為 23.9%。2000年磨床產(chǎn)量比1999

7、年增加56.9%, 2001年又在2000 年的基礎(chǔ)上稍有增加，年產(chǎn)量近 11,000臺(tái)。數(shù)控磨床的發(fā)展速度更快，產(chǎn)量上升的幅 度較大，1998年2001年的平均產(chǎn)量增長(zhǎng)率為 79.3%, 2000年比1999年增長(zhǎng)99.5%, 2001年在2000年的基礎(chǔ)上，又增加了 37.1%，數(shù)控磨床產(chǎn)量超過(guò)1,000臺(tái)。由于中國(guó) 經(jīng)濟(jì)保持穩(wěn)定的發(fā)展勢(shì)頭，磨床市場(chǎng)的需求量表現(xiàn)出強(qiáng)有力的上升趨勢(shì)，1998年2001 年的銷售量平均增長(zhǎng)率為 27.8%, 1999年磨床銷售量比1998年猛增40.1%,而2000年 磨床銷售量比1999年增加35.3%,2001年與2000年磨床銷售基本持平在磨床銷售量中，

8、 磨床的數(shù)控化率已由1998年的3.0%上升到2001年的8.7%,而磨床銷售額的數(shù)控化率 已由1998年的11.5%上升到2001年的20.2%。中國(guó)磨床的進(jìn)出口情況磨床和數(shù)控磨床的產(chǎn)量和銷售量正在快速增長(zhǎng)，進(jìn)口磨床和數(shù)控磨床的數(shù)量也在大幅度增加。這說(shuō)明在中國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中，磨床及數(shù)控磨床的市場(chǎng)空間不斷擴(kuò)大，需求量逐年上升。海關(guān)提供的磨床進(jìn)口量不包括砂輪機(jī)和拋光機(jī)。1998年2001年磨床進(jìn)口量平均增長(zhǎng)率為19.1%。2000年進(jìn)口量和進(jìn)口額分別比1999年增 加23.2%和15.2%, 2001年的進(jìn)口量近10,000臺(tái)，進(jìn)口額3.06億美元。數(shù)控磨床是進(jìn) 口的主要產(chǎn)品，也是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)消費(fèi)不斷

9、擴(kuò)大的重點(diǎn)產(chǎn)品。2000年進(jìn)口數(shù)控磨床912臺(tái)，進(jìn)口額為0.85億美元，分別比1999年增加34.7%及減少6.6%。2001年進(jìn)口數(shù)控磨床 1,315臺(tái)，進(jìn)口額1.51億美元，比2000年分別增加44.2%及 77.6%。在進(jìn)口磨床中，數(shù) 控磨床份額大幅度上升，2001年磨床進(jìn)口量和進(jìn)口額的數(shù)控化率分別為13.2%和49.3%。近幾年，磨床的出口量有所減緩，出口額稍有上升，而磨床出口量和出口額的數(shù)控化率 均有提高。1999年磨床出口量和出口額的數(shù)控化率分別為2.9%和13.5%, 2001年則達(dá)至U 5.8%和 18.3%。中國(guó)磨床市場(chǎng)看好在國(guó)家拉動(dòng)內(nèi)需方針指導(dǎo)下，固定資產(chǎn)投資加大，老設(shè)備改

10、造和 更新加速，給磨床企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了極好的機(jī)遇。1999年中國(guó)市場(chǎng)磨床交易總量達(dá)15,000臺(tái)以上，2001年磨床交易總量實(shí)現(xiàn)22,000臺(tái)以上。數(shù)控磨床的交易更有較大幅 度的增加，逐漸成為受市場(chǎng)客戶青睞的主流產(chǎn)品，平均年遞增36.8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高於磨床交易量年遞增率18.5%0 2001年數(shù)控磨床交易量達(dá)到2,200臺(tái)以上，數(shù)控磨床交易量占磨 床交易量的10.5%。1999年至2001年磨床交易量59,088臺(tái)，國(guó)內(nèi)銷售量、進(jìn)口量、出 口量在交易量中的平均占有率分別為 48.5%、43.9%、7.6%o 1999年至2001年數(shù)控磨床 交易總量為5,115臺(tái)，數(shù)控磨床國(guó)內(nèi)銷售、進(jìn)口量、出口量平

11、均占有率分別為40.3%、56.7%、3.0%，由此可知進(jìn)口數(shù)控磨床占很高比率。2中國(guó)磨床市場(chǎng)的基本特征：通用磨床產(chǎn)品在磨床市場(chǎng)中占據(jù)主要份額。通用磨床產(chǎn)品大多在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，具有質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠、技術(shù)成熟的特點(diǎn)，因而仍是客戶樂(lè)于選擇的走俏 產(chǎn)品；產(chǎn)品品牌效應(yīng)顯著，倍受客戶青睞。不管是國(guó)內(nèi)品牌產(chǎn)品還是國(guó)外品牌產(chǎn)品，都 是客戶的首選對(duì)象。品牌產(chǎn)品經(jīng)過(guò)專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)多年努力不斷改進(jìn)形成，也經(jīng)受了客戶 多年使用的考驗(yàn)才被公認(rèn)，一談到購(gòu)買某種磨床，馬上就會(huì)想到要購(gòu)那家企業(yè)的品牌產(chǎn) 品。近幾年機(jī)床工具行業(yè)中的磨床生產(chǎn)企業(yè)，都在認(rèn)真開(kāi)展創(chuàng)品牌活動(dòng)，以提高市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)力；服務(wù)要到位是磨床市場(chǎng)另一顯

12、著特點(diǎn)。由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)逐步完善，客戶出于對(duì)自身 利益的保護(hù)，不僅對(duì)磨床產(chǎn)品本身的質(zhì)量、功能、價(jià)格和交貨期有明確的要求，而且對(duì) 于售前、售中和售后的服務(wù)都有明顯或潛在的要求。這些客戶的全方位服務(wù)要求都要得 到滿足，任何一個(gè)環(huán)節(jié)失誤，都將導(dǎo)致失去一塊市場(chǎng)；由于被磨削零件的形狀及精度要求來(lái)高，一臺(tái)磨床往往不能解決所有問(wèn)題，客戶自然提出利用成套設(shè)備來(lái)滿足零件加工 的要求，這樣既保持精度及質(zhì)量，又能提高效率，也可提高客戶自身的競(jìng)爭(zhēng)能力，因此 近年磨削成套設(shè)備在磨床制造行業(yè)中崛起；客戶在價(jià)格比較中選擇滿意的磨床產(chǎn)品，是 市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的特征?？蛻艋谧陨淼慕?jīng)濟(jì)利益，總是希望花最少的錢，買到最適合的產(chǎn)品， 這就要求

13、磨床制造企業(yè)在保磨床產(chǎn)品的質(zhì)量、精度、穩(wěn)定性、可靠性、服務(wù)到位的條件 下，力圖降低制造成本。不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)客戶還是國(guó)外客戶，在市場(chǎng) 經(jīng)濟(jì)中都顯示這基本特征；多檔次、多品種的磨床產(chǎn)品在市場(chǎng)共存。中國(guó)地域廣大，東 西部發(fā)展不平衡，隨市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制改革的深化，多種所有制形式已客觀存在，不同規(guī)模 產(chǎn)生不同層次的需求，不同客戶對(duì)磨床產(chǎn)品的檔次提出不同的要求。因此，不同檔次、 不同品種的磨床產(chǎn)品在市場(chǎng)中都有立足之地；數(shù)控磨床正在迅速崛起，在磨床市場(chǎng)所占 的份額不斷增長(zhǎng)。隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)和國(guó)防事業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì) 數(shù)控磨床及數(shù)控磨削成套設(shè)備的需求就更加迫切。由于國(guó)內(nèi)及國(guó)外的數(shù)

14、控系統(tǒng)日趨成 熟，使磨床制造企業(yè)可與國(guó)際同步選用數(shù)控系統(tǒng)，使客戶使用起來(lái)加倍放心，為數(shù)控技 術(shù)在磨床及磨削成套設(shè)備上的應(yīng)用創(chuàng)造了客觀條件；中國(guó)加入WTC后，中國(guó)磨床市場(chǎng)將進(jìn)一步對(duì)國(guó)外開(kāi)放，國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的步伐在加快，國(guó)外企業(yè)家會(huì)紛紛來(lái)中國(guó)投 資、辦企業(yè)，在中國(guó)生產(chǎn)磨床以降低成本，國(guó)內(nèi)磨床市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更激烈。機(jī)遇與挑 戰(zhàn)是并存的，由于中國(guó)進(jìn)入 WTO國(guó)外磨床市場(chǎng)也對(duì)中國(guó)開(kāi)放，中國(guó)磨床也有出口競(jìng)爭(zhēng) 的機(jī)遇；縮短交貨期是客戶關(guān)注的問(wèn)題。由于近幾年磨床市場(chǎng)的形勢(shì)看好，以前的庫(kù)存 產(chǎn)品已銷空，磨床現(xiàn)買現(xiàn)賣、立等可取的時(shí)代已過(guò)去。磨床制造企業(yè)基本上都是根據(jù)客 戶的訂單、合同來(lái)組織生產(chǎn)，交貨期都是站

15、在同一起跑線上，磨床制造企業(yè)要靠自身的 快速反應(yīng)機(jī)制和實(shí)力，來(lái)縮短交貨周期，早日實(shí)現(xiàn)磨床產(chǎn)品的價(jià)值，為客戶如期爭(zhēng)得利 益和提高競(jìng)爭(zhēng)力。2.1.2磨削技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)外超精密加工技術(shù)的發(fā)展概況：用磨料去除材料的加工方法是人類很早就開(kāi)始使用的生產(chǎn)技藝方法，遠(yuǎn)在石器時(shí)代，已開(kāi)始使用磨料研磨加工各種貝殼、石頭及獸骨等，用于生活和狩獵工具。 18世紀(jì) 中期世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)外圓磨床，隨后又研制成功了平面磨床，1957年研制成功了立 方氮化硼，超硬磨料如金剛石與立方氮化硼等的應(yīng)用促進(jìn)了磨削技術(shù)的快速發(fā)展。隨著光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、激光技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及A/D和D/A技術(shù)等各種技術(shù)的突飛猛進(jìn)

16、，現(xiàn)代磨削技術(shù)也將發(fā)生著巨大的變化。精密、超精密家技術(shù)在提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和發(fā)展高新技術(shù)中起著至關(guān)重要 的作用。目前，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中涉及的精密、超精密加工，一般是指微米級(jí)（形狀尺寸誤 差為30.3阿、表面粗糙度為Ra0.30.03g）、和亞微米級(jí)（形狀尺寸誤差為0.30.03何、 表面粗糙度為Ra0.030.005阿）和納米級(jí)（形狀尺寸誤差小于 0.03何、表面粗糙度小 于Ra0.005阿）精度的加工。為了實(shí)現(xiàn)這些加工所采取的工藝方法和技術(shù)措施，則稱為 精密、超精密加工技術(shù)。超精密加工的歷史可以追溯到50年代末期。美國(guó)、英國(guó)、日本、荷蘭、瑞士等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家在宇航、計(jì)算機(jī)、原子能、宇宙探測(cè)

17、，特別是在軍事 工業(yè)的推動(dòng)下，積極開(kāi)展了超精密加工技術(shù)的研究工作。其中，美國(guó)起著先導(dǎo)作用，經(jīng) 過(guò)了幾十年的努力，在超精密加工各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了大量突破性成果，例如：研 制成功高性能的超精密機(jī)床（以 DTM 3為典型代表），納米級(jí)（約幾十納米）刃口半 徑的單晶金剛石刀具，納米級(jí)粒度的金剛石砂輪等。這些成果應(yīng)用后，使得超精密加工 的精度和質(zhì)量提高到很高的水平，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。超精密加工主要包括以下三了領(lǐng)域：（1）超精密切削又稱單點(diǎn)金剛石車削（SPDT）。金剛石超精密切削主要用于對(duì)有色金屬（包括銅、 鋁及其合金、銀、金、非電解鎳等）和塑料等材料的表面質(zhì)量要求非常高的超精密零件 進(jìn)

18、行“鏡面加工”，如計(jì)算機(jī)磁盤、光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡（平面、球面及非球面）和多面 棱鏡；也可以進(jìn)行大型零件和復(fù)雜形狀零件的超精密加工。（2）超精密磨削與研磨作為傳統(tǒng)超精密加工工藝的磨削，在超精密加工研究的初期，曾一度被國(guó)內(nèi)外研究 者所忽視。主要原因在于：砂輪切削刃高度沿頸向分布的隨機(jī)性和磨損的不規(guī)律性。隨 著砂輪精密修整技術(shù)的解決及超微細(xì)粒度砂輪的使用，超精密鏡面磨削逐漸受到人們的重視。精密和超精密磨削具有廣泛的應(yīng)用范圍，可用于超精密金剛石車削無(wú)法實(shí)現(xiàn)的黑 色金屬、硬質(zhì)合金、工程陶瓷、光學(xué)玻璃、藍(lán)寶石、光學(xué)晶體、單晶硅、砷化傢等材料 的超精密加工。現(xiàn)在，超精密磨削可達(dá)到0.1 口以下的加工精度和Ra

19、0.003g左右的表 面粗糙度。超精密研磨取得了巨大的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)規(guī)模宏大的技術(shù)群，達(dá)到最好的形狀精度和最小的表面損傷。典型的代表有：化學(xué)機(jī)械研磨、彈性發(fā)射加工（EEM）,懸 浮拋光、磁性流體研磨和磁性磨料研磨等。(3) 超精密特種加工超精密特殊加工工藝涉及范圍廣，包括：激光束加工、電化學(xué)噴射加工、電火花加工、電化學(xué)加工、LIGA 技術(shù)(Lithographic Galvanoformung Affirming )和掃描隧道顯微 加工技術(shù)等。其中，電子束和離子束加工實(shí)現(xiàn)了集成電路線寬小于0.1即；電火花加工得到了尺寸為幾十微米的零件；LIGA技術(shù)可批量生產(chǎn)各種金屬及其合金、陶瓷、玻璃

20、等材料制成的高度達(dá)數(shù)百微米、加工精度為0.1 口的三維立體微結(jié)構(gòu)；掃描隧道顯微加工可以用來(lái)進(jìn)行單個(gè)原子的去除、添加和移動(dòng)，是目前所謂的最極限的加工技術(shù)的代表。 我國(guó)在精密和超精密加工方面的研究也取得了一些可喜的成績(jī)。如我國(guó)已經(jīng)能夠制造高精度車床、磨床和銑床，并對(duì)超精密磨削的一些相關(guān)的技術(shù)，如金剛石砂輪的設(shè)計(jì)與制 造、超精密切削機(jī)理、超精密加工的測(cè)量技術(shù)和環(huán)境條件的控制、超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)和 制造等方面做了深入系統(tǒng)的研究。但從整體水平看，與國(guó)外相比還有相當(dāng)大的差距，許 多領(lǐng)域尚屬空白，大量設(shè)備和一起需要進(jìn)口，同時(shí)，超精密加工的尖端部分與宇航、軍 事、核能等國(guó)防工業(yè)密切相關(guān)?；谶@些原因，我國(guó)十分重

21、視超精密加工技術(shù)的研究。 在“八五”和“九五”規(guī)劃中，都將超精密加工的研究放在重要的地位。硬脆材料精密超精密磨削技術(shù)的現(xiàn)狀：目前，超光滑表面超精密研磨加工技術(shù)、硬脆材料的塑性磨削技術(shù)、超光滑表面超 精密磨削技術(shù)、納米加工技術(shù)以成為超精密加工技術(shù)開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)陶瓷、 光學(xué)材料、硬質(zhì)合金等硬脆材料來(lái)說(shuō)，精密超精密磨削技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超精密加工的最佳有 效手段，世界上窳惰工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家率先進(jìn)行了這方面的研究工作。超精密磨削機(jī)床精密和超精密磨床是保證精密、超精密磨削精度的關(guān)鍵，為此，工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家首先將重點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)研制高精密的加工設(shè)備上。英國(guó)CUPE ( Crannied Unit Precisi

22、onEngineering)精密研究中心1992年開(kāi)發(fā)的Nanocenter600超精密車床帶有磨頭和可延性 磨削裝置，具有控制實(shí)際磨削深度達(dá)亞微米級(jí)的能力，從而可進(jìn)行光學(xué)和電光學(xué)元件的 超精密磨削，達(dá)到最好的形狀精度和最小的表面損傷。1994年CUPE設(shè)計(jì)制造了OAGM2500超精密磨床，主要用語(yǔ)大型超精密鏡面元件和加工與玻璃、陶瓷及其其他 硬脆材料光滑表面的磨削加工。1992年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)上，日本日立精機(jī)公司展示了所開(kāi)發(fā)的 VKC45型陶瓷磨削中心，不僅磨削精度和磨削效率很高， 而且自動(dòng)化程度也很高，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用是對(duì)陶瓷加工的一個(gè)突破。日本Nippon Super f

23、in ishi ngUltramar Surface ）小型超硬質(zhì)材料加工專用磨床，接觸剛度達(dá) 53 x 106N/g，具 有微進(jìn)給系統(tǒng)及誤差補(bǔ)償裝置，不僅能用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，也能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)陶瓷等硬脆材 料磨削表面粗糙度達(dá)到納米級(jí)的水平。超精密磨削工具美國(guó)LLNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，日本宮下實(shí)驗(yàn)室、難波研究室和理化研究所，英國(guó)CUPE研究中心等先后開(kāi)發(fā)出用于硬脆材料納米級(jí)表面超精密磨削的陶瓷、樹脂、青銅、鑄鐵 基超微細(xì)粒度金剛石砂輪，實(shí)現(xiàn)了表面粗糙度在10口以下的超光滑表面磨削加工。日本微細(xì)粒度及超細(xì)微粒度金剛石砂輪的研究成果處于世界領(lǐng)先地位，已研制出#5, 000（1.53口）、#8，000 （12

24、即）、#15，000 （0.51.5何），甚至#300，000 （0.015何） 等粒度號(hào)的樹脂、金屬結(jié)合劑金剛石砂輪。目前，最具有代表性的新磨具是：日本東京大學(xué)的莊司克雄研制的陶瓷結(jié)合劑微粉 金剛石和立方氮化硼砂輪、日本宇都大學(xué)市田良夫研制的銅一錫、銅一鉆一錫混合金屬 結(jié)合劑微粉金剛石和立方氮化硼砂輪、日本池野順一用電池沉積法制得1020nm超微細(xì)磨粒的鈕狀小砂片，將其貼于基體上做成高濃度低結(jié)合劑超微細(xì)磨粒磨具、日本物理 化學(xué)研究所研制的鑄鐵結(jié)合劑微粉金剛石和氮化硼砂輪等，已對(duì)硬脆材料成功地加工出表面粗糙度Ra小于10nm的光滑表面。目前，國(guó)外在磨削硬脆材料超光滑表面時(shí)使用 微細(xì)金剛石砂輪已

25、經(jīng)非常普遍，其磨料粒度尺寸為0.0110何。日本的大森整博士也曾進(jìn)行過(guò)3000, 000#，即5nm粒度金剛石超精密磨削結(jié)構(gòu)陶瓷、光學(xué)玻璃的實(shí)驗(yàn)研究， 取得了比較理想的磨削效果，磨削表面粗糙度Ra達(dá)0.971 nm。美、英、德、法、韓、瑞士等國(guó)也已經(jīng)采用了該項(xiàng)技術(shù)。國(guó)內(nèi)最近幾年也展開(kāi)了微細(xì)粒度金剛石工具的研究工 作，清華大學(xué)研制了樹脂結(jié)合劑微粉金剛石砂輪并進(jìn)行了相關(guān)的磨削研究工作，河南榮 陽(yáng)金剛石廠，蘇州砂輪廠等的單位先后開(kāi)發(fā)出了鑄鐵基超磨料微粉砂輪，都已得到實(shí)際 應(yīng)用。日本理化學(xué)研究所的大森整、東京大學(xué)的中川威雄于1987年開(kāi)發(fā)了對(duì)鑄鐵纖維、鑄鐵結(jié)合劑超硬磨料砂輪進(jìn)行在線電解修整 （ELID

26、 ）磨削的技術(shù)，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展， 在60年代初逐步形成的超精密加工技術(shù)已經(jīng)獲得了驚人的進(jìn)步和廣泛的應(yīng)用。作為傳 統(tǒng)的精密加工方法的磨削，具有天然的近緣條件向超精密方向發(fā)展，現(xiàn)在超精密磨削已 經(jīng)成為超精密加工的主要領(lǐng)域之一。目前，超精密磨削大多使用金剛石或CBN （立方氮化硼）微粉砂輪。早期鏡面磨削使用樹脂結(jié)合劑，借助其彈性使磨削過(guò)程穩(wěn)定。但是 樹脂結(jié)合劑耐熱性差，在高溫下，結(jié)合劑與磨料的結(jié)合強(qiáng)度低，不能發(fā)揮超硬磨料的高 效切削性能。最近幾年，隨著鑄鐵結(jié)合劑金剛石微粉砂輪和在線電解修整（ELID ）技術(shù) 的發(fā)展，鑄鐵結(jié)合劑砂輪的應(yīng)用日益廣泛。鑄鐵結(jié)合劑砂輪是一種適應(yīng)目前發(fā)展需要的 新型砂輪，

27、主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）采用是高濃度的金剛石磨料。（2）采用了硬料填充結(jié)合劑不易磨損，對(duì)磨粒的把持能力強(qiáng)，能充分發(fā)揮金剛石磨料 的磨削能力，而且有利于散熱。（3）可以在從低速到高速的較寬磨削速度范圍下工作，不會(huì)限制磨削用量的選擇。（4）可以選擇的磨粒范圍比較廣，能適應(yīng)各種磨削。鑄鐵結(jié)合劑金剛石微粉砂輪能夠應(yīng)用與超精密鏡面磨削需要解決的關(guān)鍵在于砂輪的修整（整形和修銳）技術(shù)。對(duì)于砂輪的整形，由于鑄鐵結(jié)合劑的硬度較高，若沿用以 往應(yīng)用于樹脂砂輪的炭化硅，鋼玉磨條或砂輪磨削的方法則整形效率低，精度差，一般 不易達(dá)到超精密鏡面磨削對(duì)砂輪形狀的要求，由于電火花加工不受被加工材料硬度的影響，沒(méi)有機(jī)械力的作

28、用，非常適合于高硬度材料的加工去除。實(shí)驗(yàn)證明，電火花整形法 非常使用于鑄鐵結(jié)合劑金剛石砂輪的整形， 具有整形速度、裝置簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。9磨床是金屬切削機(jī)床中的中的一個(gè)大類，以精度高、品種多著稱，是能源、交通、冶金、航天、軍工等行業(yè)精密加工必備的設(shè)備之一。隨著各種技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，現(xiàn) 代的磨削技術(shù)也將發(fā)生翻天覆地的變化。2.1.3磨削機(jī)理砂輪是有磨粒、結(jié)合劑和孔隙三要素組成。磨粒的硬度很高，具有鋒利的刃尖，當(dāng) 砂輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其表面上無(wú)數(shù)鋒利的磨粒，就象一把多刃刀具，從工件上切除一層薄 薄的金屬，形成精確光潔的加工表面。磨削時(shí)，砂輪的圓周速度很高，普通磨削為30-50 米/秒，高速磨削大

29、于45-60米/秒.同時(shí)砂輪磨粒具有多刃性和微刃性，以及在磨削過(guò)程 中的自銳作用，使新的磨粒不斷地參加磨削。因此，磨削加工只有下列特點(diǎn)：1能使工件獲得很高的加工精度2-1級(jí)或更高），以及很高的光潔度，普通磨削為7-9, 精密磨削為10-11，超精磨削為12-13，鏡面磨削為14；2.能夠磨削硬度很高的淬硬鋼、硬質(zhì)合金或其他硬度很高的金屬材料和非金屬材料；3磨削速度高，砂輪與下件的接觸面積大，在磨削區(qū)內(nèi)由于磨削產(chǎn)生大量的熱，故 磨削溫度很高，需充分供給冷卻液，增強(qiáng)潤(rùn)滑，帶走熱量；4.砂輪表面的磨粒，使用段時(shí)間后會(huì)鈍化，因此，在磨削過(guò)程中要經(jīng)常修榷砂輪；5砂輪屬于非均切削工具，安裝前要經(jīng)過(guò)仔細(xì)的靜

30、平衡，以減少機(jī)床的振動(dòng)；6通常磨削作為靜加工序，磨削加工留量比其他切削加工留量要少得多。普通磨削用得最多的磨料是白鋼玉(氧化鋁)，近年來(lái)出現(xiàn)了多種新磨料，如白鋼玉、 人造命剛石和立方氮化硼等。由于磨料和結(jié)合劑不斷的取得進(jìn)展，發(fā)展了多種新型砂輪， 促進(jìn)了新的磨削工藝和磨床的出現(xiàn)，使磨削加工范圍不斷擴(kuò)大，從傳統(tǒng)的精加工領(lǐng)域進(jìn) 入到粗加工領(lǐng)域。采用強(qiáng)力磨削工藝，還可以部分地代替車，銑加工。對(duì)精鑄或精緞的 工件直接磨削，粗、精工序可一次完成，不僅能夠滿足精度要求，而且有很高的生產(chǎn)效 率。磨削的全過(guò)程表現(xiàn)為，力和熱的作用，以磨削力一磨削時(shí)砂輪與工件間發(fā)生切削作 用和摩擦作用，在砂輪和工件上分別，作用著大

31、、小相等方向相反的力，這種相互作用 的力稱為磨削力。磨削熱一磨削時(shí)產(chǎn)生的熱量較車削、銑削大，熱量轉(zhuǎn)入砂輪，磨悄或 被切削液帶走，然而砂輪是熱的不良導(dǎo)體，因此幾乎& 116的熱量轉(zhuǎn)入工件和磨屑，磨 削區(qū)域的瞬間高溫可燒傷工件的表層，并使磨屑時(shí)特別注意對(duì)工件的冷卻。切削液一過(guò) 去又稱冷卻液，主要用來(lái)降低度磨削熱和減小龐大磨削過(guò)程中的摩擦。切削液的主要作 用是:冷卻，潤(rùn)滑，清洗，防銹在切削過(guò)程中，把切削液直接澆注在砂輪和下件接觸的地 方，以達(dá)到切削液的作用保證零件加工的質(zhì)量。5磨削加工的特點(diǎn)及磨削過(guò)程和特點(diǎn)(1) 砂輪是由磨料和結(jié)臺(tái)劉粘結(jié)而成的特殊多刃具，在砂輪表面每平方厘米面積上 約有60

32、1400顆磨料，每顆磨粒相當(dāng)于一個(gè)刀齒，磨粒是一種高硬度的非金屬品體，它 不但可磨削銅，鑄鐵等較軟的材料，而且還可以加工各種淬火鋼的零件，高速鋼刀具和 硬質(zhì)合金等硬材料以及超硬材料。(2) 砂輪具有較高的周線速長(zhǎng)一般 35m/s左右，砂輪在磨削時(shí)除了對(duì)工件表面有切削作用外，還有強(qiáng)烈的擠壓和摩擦作用，在磨削區(qū)域瞬時(shí)溢度高達(dá)1(?U(左右。(3) 砂輪工作面經(jīng)修正手，可形成極細(xì)微的刃口以切除工件表面極薄的金屬層。(4) 磨削加工能獲得極高的加工精度和極細(xì)的表示粗糙度，磨削精度通常達(dá)到工IT6IT7公差等級(jí)，表示粗糙度可達(dá) Rai. 250. 16um，如境磨削工件表示粗糙度為 RaO. Lum工件

33、表光滑如境，尺寸精度和形壯精度可達(dá)到1um以內(nèi)，其誤差相當(dāng)于人體頭發(fā)絲粗細(xì)的1/70或更小。(5) 砂輪在磨削時(shí)，部分磨鈍的磨粒在一事實(shí)上的條件下能自動(dòng)落或崩碎，從而使 砂輪保持良好的磨削性能。磨削過(guò)程一金屬磨削的實(shí)質(zhì)是工件被磨削的金屬表層，在無(wú) 數(shù)磨粒瞬間的擠壓，摩擦作用下生產(chǎn)變形，Ifll后轉(zhuǎn)為磨屑，并形成光拮表示的過(guò)程。 金屬磨屑過(guò)程可分為三個(gè)階段，砂輪表示的磨粒與工件材料接觸，為彈性變形成為第一 階段，磨粒繼續(xù)切入工件，工件材料進(jìn)入塑性變形的第二階段，材料晶粒發(fā)生滑移。使 塑性變形不斷增大，當(dāng)力達(dá)到工件的強(qiáng)度極限時(shí)，被磨削層材料。產(chǎn)生擠裂，即進(jìn)入第 三階段，最后被切離。磨削是指用砂輪、

34、砂帶，油石或磨料等對(duì)工件表面的切削加工。通常用砂輪或砂帶作磨具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，成為磨床;用油石或磨料作磨具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，稱為研磨機(jī)床或超精磨削機(jī)床。2.2萬(wàn)能工具磨床的定義、組成及特點(diǎn)2.2.1工具磨床的定義本次設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)的萬(wàn)能工具磨床主要用于刃磨各種中小型工具，如鉸刀、絲錐、 麻花鉆頭、銑刀、銑刀頭、插齒刀及硬質(zhì)合金刀具，也可以磨外圓、內(nèi)圓和平面、磨制 樣板、模具等。2.2.2工具磨床的組成本萬(wàn)能磨床主要由以下幾部分組成：砂輪頭傾斜裝置、鞍座進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝置、多用途 工作臺(tái)裝置、萬(wàn)能工作頭、尾座裝置）、機(jī)架機(jī)座裝置、吸塵器裝置與相應(yīng)的附具配合。 為了磨削各類刀具，該機(jī)床配有一系列附具

35、，如萬(wàn)能夾頭、萬(wàn)能虎鉗、砂輪修整器等。 機(jī)床還各有吸塵器、加長(zhǎng)主軸、內(nèi)圓磨具等。圖2-12.3工具磨床的工藝范圍及發(fā)展方向2.3.1工藝范圍CM-2萬(wàn)能工具及其標(biāo)準(zhǔn)附件可研磨平銑刀、立銑刀、靚性端銑刀、槽銑刀，鍵槽 銑刀、雞尾銑刀、側(cè)銑刀、鋸片、錯(cuò)齒邊銑刀、絲攻及其絞刀等刀具。2.3.2發(fā)展方向除了有著普通磨床共有的發(fā)展趨勢(shì)之外，萬(wàn)能工具磨床主要有下面的發(fā)展趨勢(shì)：1.加工要求不同，工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)的速度必須可以調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，并在換 向時(shí)有一定的精度要求，磨床要具備這些條件，磨床的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用了液壓傳動(dòng)， 液壓傳動(dòng)在磨床的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)及橫向快速進(jìn)退等方面已廣泛應(yīng)用，因此，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的 無(wú)

36、級(jí)變速是最主要的發(fā)展趨勢(shì)之一。2.往高精度高剛度方向發(fā)展，加工中心須山高精度高剛度的機(jī)床保證，精密磨床應(yīng) 采用油軸承，空氣軸承，磁軸承，靜動(dòng)壓軸承，及靜動(dòng)超精度高剛度磨床，精密加工心 須山高精度高剛度的機(jī)床保證，精密磨床應(yīng)采用油軸承，空氣軸承，磁軸承，靜動(dòng)壓軸 承，及靜動(dòng)壓導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌，靜動(dòng)壓絲杠，進(jìn)給機(jī)構(gòu)高建化高精密化機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用 穩(wěn)定性好，抗拉性好，等花崗宕，人造花崗巖，陶瓷，微晶玻璃代替鐵系材料，增加了 機(jī)床的剛度等。第三章萬(wàn)能工具磨床設(shè)計(jì)步驟3.1工件頭主要零部件的設(shè)計(jì)3.1.1電機(jī)的選擇計(jì)算過(guò)程：已知：kc =5714 nfc =-0.15 kr°Fc =0.95kfr

37、FC =0.92磨削力計(jì)算：1FC =kapfvcFkrF kkF =5714 x 0.7 ><0.05 況一 x 0.95 x 0.92N = 87.61N3-1o c r c 100 .切削功率：巳二 FcVc/60 103 = 0.21KwPd 二巳 2.5/0.96 =0.535kw根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，工作頭單速 436rpm,馬達(dá)的功率要求0.535kw，由10選用丫系列三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)B3型（801-4）3.1.2皮帶和塔輪的設(shè)計(jì)（1）V帶的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量?。唤Y(jié)構(gòu)工藝型號(hào)；無(wú)過(guò)大的鑄造應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻；轉(zhuǎn)速高是要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡；輪槽表面要作精細(xì)加工（

38、表面粗糙度應(yīng)為3.2），以減少帶的摩擦和損失；各槽的尺寸應(yīng)保證一定的精度，以食雜和分布較為均勻等等。（2）帶輪材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)是HT150或這是HT200;轉(zhuǎn)速較高使用鋼（或者使用鋼板沖壓后焊接而成），小功率時(shí)候可以采用鑄鋁或者是塑料。根據(jù)本砂輪頭的功率及其轉(zhuǎn)速，選用 HT200。（3）結(jié)構(gòu)尺寸鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：a. 實(shí)心式b. 腹板式c. 空板式d. 橢圓輪輻式帶輪的基礎(chǔ)直徑dd乞2.5d時(shí)，可采用實(shí)心式；當(dāng)dd乞300mm時(shí)，可采用腹板式，當(dāng)dd - 300mm時(shí)，可采用輪輻式。1帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑結(jié) 構(gòu)形式，根據(jù)帶的截型

39、確定輪槽的尺寸，帶輪的其他結(jié)構(gòu)尺寸可參照表8-18所列的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。確定了帶傳動(dòng)的部分尺寸后，既可繪制出零件圖，并按工藝要求標(biāo)出相應(yīng) 的技術(shù)要求。3.2縱向進(jìn)給主要零部件的設(shè)計(jì)3.2.1縱向絲杠軸的設(shè)計(jì)和校核主軸的設(shè)計(jì)總則：主軸設(shè)計(jì)和其他零件的設(shè)計(jì)像類似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì) 算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝，定位以及軸的制造工藝等方 面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能 力和軸上零件的工作的可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計(jì)算是指軸的剛度、強(qiáng)度和

40、震動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算，在大多數(shù)情況 下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度，這時(shí)只須對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或者 是塑性變形。而對(duì)剛度要求較高的軸（如車床主軸和細(xì)長(zhǎng)軸），還須進(jìn)行剛度計(jì)算，以防 止工作是產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)該進(jìn)行震動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算，以防 止發(fā)生共振而遭到破壞。軸的主要材料是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)采用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接 用圓鋼，由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué) 熱處理的方法提該其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度， 故用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中常用的是45 鋼。合金鋼比碳鋼更具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能，因此，在傳遞大動(dòng)

41、力，并 要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采 用合金鋼。必須指出：在一般的工作溫度下。各種碳鋼的和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí)，根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸 的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度，但是也應(yīng)當(dāng)注意，在既定的條件下，有時(shí)可選擇強(qiáng)度較低而適當(dāng)增 加軸的截面面積的辦法來(lái)提高軸的剛度。各種熱處理 （如高頻淬火.滲碳，氮化等）以及 表面強(qiáng)化處理（如噴丸，滾壓等）對(duì)提高軸的疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。高強(qiáng)度球墨鑄 鐵容易做成復(fù)雜的形狀，且具有價(jià)廉、良好的吸震性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感 性較低的等有點(diǎn)，可用于外形比較復(fù)雜的軸，綜

42、上所述，本砂輪主軸材料采用合金鋼。（一）擬訂軸上零件的裝配方案擬訂軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，他決定軸的軸的基本形式， 就是預(yù)定出主要零件的裝配方向。順序和相互關(guān)系。（二）軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 軸上零件除了有游動(dòng)或者空轉(zhuǎn)的 要求外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的位置。定位兩類。利用軸肩定位 是最方便的。零件的軸向定位：軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、和圓螺母來(lái)保證的。軸肩 分為定位軸肩和非定位兩類。利用軸肩定位是最方便的可靠的方法，但采用軸肩就必然 會(huì)使軸的直徑增大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力的集中。另外，軸肩過(guò)多時(shí)也 不

43、利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場(chǎng)合，定位軸肩的高度一般取h=0. 07 0. 1d，d為與零件相配處的零件直徑.4套筒定位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不須開(kāi)槽，鉆孔或切制螺紋，因而不影響軸的 疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位.如兩個(gè)零件的間距較大時(shí)，不宜采用套 筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速很高時(shí)， 也不是采用套同的定位。軸端擋圈用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可以采用單螺釘固 定，為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動(dòng)造成螺釘松脫，可加圓柱銷瑣定軸端的擋圈，也可以采用雙 螺釘加止動(dòng)墊片防松的固定方法。圓螺母定位可承受大的軸向力，但在軸上羅

44、紋處有較大的應(yīng)力集中，會(huì)降低軸的疲 勞強(qiáng)度，因此通常用于固定端的零件，有雙圓螺母和圓螺母和止動(dòng)墊圈。當(dāng)軸上的兩 零件的距離較大時(shí)不適宜采用套同定位，也經(jīng)常采用圓螺母定位。緊固螺釘及鎖緊擋圈 等進(jìn)行軸向定位，只使用于零件上的軸向力不大之處，緊定螺釘和索緊擋圈常用于光軸 上的上零件的定位。此外，對(duì)于承受沖擊載荷和同心度要求較高的軸端零件，也可采用圓錐面定位零件的周向定位：周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘及過(guò)盈配合。（三）各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定零件在軸上的定位和裝拆方案確定之后，軸的大體形狀就已經(jīng)確定。各軸段所須的 直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。

45、初步確定軸的直徑時(shí)，通常不知道支反力的作用點(diǎn)，不能 決定彎矩的大小與分布情況，因此還不能按照軸所受的具體的載荷及其引起的引力來(lái)確 定軸的直徑。單在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，在上一步的計(jì) 算中，已經(jīng)按照軸的所承受的扭矩來(lái)初步估算軸所需要的最小的直徑d曲，再結(jié)合裝配方案和定位要求，綜合考慮方案，有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn) 件（如滾動(dòng)軸承、連軸器、密封圈）部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選的配合公差。為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合 軸段前應(yīng)采用較小的直徑，為了使與軸做過(guò)盈配合的零件容易裝配，相配軸端的壓入端 應(yīng)制成

46、錐度；或者是在同一軸段的兩個(gè)部位上采用不同的尺寸公差。確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。 軸的各段的主要長(zhǎng)度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的 空隙來(lái)確定的，為了保證軸向定位可靠，與齒輪和連軸器等零件的配合部分的軸段長(zhǎng)度 一般應(yīng)比輪轂短23m。（四）提高軸的強(qiáng)度的常用措施軸和軸上的零件的結(jié)構(gòu)、工藝以及軸上零件的安裝布置對(duì)軸的強(qiáng)度有很大的影響， 所以在這些方面進(jìn)行考慮，以提高軸的承載能力，減小軸的尺寸和機(jī)器的質(zhì)量，降低制 造成本。1合理布置軸上的零件以減小軸的載荷為了減小軸所受的彎矩，傳動(dòng)件應(yīng)盡量靠攏軸承，并盡可能不采用懸臂的形式，力

47、 求實(shí)現(xiàn)支撐跨臂及懸臂長(zhǎng)度。當(dāng)轉(zhuǎn)矩有一個(gè)傳動(dòng)件輸入，而有幾個(gè)傳動(dòng)件輸出的時(shí)，為 了減小軸上的扭矩，傳動(dòng)件應(yīng)放置在中間，而不要置于兩端的一端。2改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中的影響軸通常是在變應(yīng)力條件下工作的，軸的截面尺寸發(fā)生突變的地方要產(chǎn)生應(yīng)力集中， 軸的疲勞破壞往往在此處發(fā)生。為了提高軸的疲勞強(qiáng)度，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和降低 應(yīng)力集中的程度。為此，軸肩處應(yīng)該采用較大的過(guò)度圓半徑來(lái)降低應(yīng)力集中的程度。但 是對(duì)于定位軸肩而言，還必須保證零件得到可靠的定位。當(dāng)靠軸肩的零件的圓角半徑很 小的時(shí)候，為了增大軸肩處的圓角半徑可采用凹圓角或者是加裝隔離杯來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)軸與輪轂為過(guò)盈配合的時(shí)候，配合邊緣處會(huì)產(chǎn)生較大

48、的應(yīng)力集中，可在輪轂上或 者是在軸上開(kāi)減鍵槽，或者是加大配合部分的直徑，由于配合的過(guò)盈量愈大，引起的應(yīng) 力也越集中，因而在計(jì)中應(yīng)合理選擇零件與軸的結(jié)構(gòu)。用盤銑刀加工的鍵槽比用鍵槽銑刀加工的鍵在過(guò)度處對(duì)軸的截面削弱較為平緩，因而應(yīng)力集中比較小，漸開(kāi)線的花鍵比矩形花鍵在齒根處的應(yīng)力集中比較小故應(yīng)盡可能 避免在軸上受載較大的區(qū)段切制螺紋。3 改進(jìn)軸的表面質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)度軸的表面粗糙度和表面強(qiáng)化處理方法也會(huì)對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響。軸的表面越 粗，疲勞強(qiáng)度也越低，因此，合理減小軸的表面的及圓角處的加工粗糙度值，當(dāng)采用對(duì) 應(yīng)力集中甚為敏感的高強(qiáng)度材料制作軸時(shí)，表面質(zhì)量尤其因該注意。表面強(qiáng)化處理的方法

49、有；表面高頻淬火等熱處理；表面滲碳、氮化等化學(xué)熱處理： 碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理。通過(guò)碾壓、噴丸等強(qiáng)化處理時(shí)，可使軸的表層產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從 而提高軸的抗疲勞能力。（五）軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式便于加工和裝配軸上的件并且生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低。一般地說(shuō)，軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，工藝性越好。因此，在滿足使用要求的前提下，軸 的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)簡(jiǎn)化。為了便于裝配零件并去除毛刺，軸段應(yīng)制成 45度的倒角，需要磨削加工的軸段， 應(yīng)留有砂輪越程槽：需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。為了減少裝夾工件的時(shí)間， 同一軸上不同段的鍵槽應(yīng)布置在軸的同一母線上。為了減少加工刀具種類和提高勞動(dòng)生 產(chǎn)，軸上直徑相近的棱角、

50、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽和退刀槽的寬度應(yīng)盡可能的一 致。綜上所述并參照6得出軸的裝配圖圖3-1一、縱向絲杠軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、軸的編號(hào)：001軸的名稱：階梯軸軸的轉(zhuǎn)向方式：雙向旋轉(zhuǎn)軸的工作情況：無(wú)腐蝕條件軸的轉(zhuǎn)速：60r/min功率:0.1kW轉(zhuǎn)矩：15916.67N mm所設(shè)計(jì)的軸是實(shí)心軸材料牌號(hào)：45調(diào)質(zhì) 硬度(HB) : 230抗拉強(qiáng)度：650MPa 屈服點(diǎn)：360MPa彎曲疲勞極限：270MPa扭轉(zhuǎn)疲勞極限：155MPa許用靜應(yīng)力：260MPa許用疲勞應(yīng)力：180MPa2、確定軸的最小直徑如下：所設(shè)計(jì)的軸是實(shí)心軸A值為：115許用剪應(yīng)力范圍：3040MPa最小直徑的理論計(jì)算值：d _ 3

51、 5d取18mm滿足設(shè)計(jì)的最小軸徑：16mm3、安全系數(shù)校核如下：疲勞強(qiáng)度校核如下：S =| ScpS f =工 S3-2Js2 打+ s2yJ3-33-4$ =584直徑：35mm扭矩 T: 6206N mm（扭轉(zhuǎn)作用）：1.89許用安全系數(shù)S: 2.03-6maxW3-7WP危險(xiǎn)截面的x坐標(biāo)：30mm危險(xiǎn)截面的彎矩 M : 127029.7N - mm有效應(yīng)力集中系數(shù)（彎曲作用）：2.62截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S： 5.4730mm處疲勞強(qiáng)度校核通過(guò)結(jié)論：疲勞強(qiáng)度校核通過(guò)靜強(qiáng)度校核計(jì)算：直徑：35mm危險(xiǎn)截面的x坐標(biāo)：30mm扭矩 T: 6206N mm許用安全系數(shù)Ss: 1.8危險(xiǎn)截面的

52、彎矩M : 1270.7N mm截面的靜強(qiáng)度安全系數(shù)：20.3330mm處?kù)o強(qiáng)度校核通過(guò)結(jié)論：靜強(qiáng)度校核通過(guò)4、扭轉(zhuǎn)剛度校核如下:經(jīng)計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)角：0.17° /mTiLidi4G=8.1 108 (MP)許用扭轉(zhuǎn)變形：0.9° /m3-8結(jié)論：扭轉(zhuǎn)剛度校核通過(guò)5、彎曲剛度校核如下:3-9zI丄L6、0.0030.011683mm彎曲剛度校核通過(guò) 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：撓度計(jì)算如下:X/mm1 2.52 53 7.54 105 306 507 708 909 11010 13011 150許用撓度系數(shù):最大撓度：結(jié)論：v i/mm0.0117420.0078280.003914

53、0-0.003914-0.00757-0.010313-0.011683-0.011224-0.009115-0.00536860.43mm3-10當(dāng)量直徑dv、di lizZ li軸截面的慣性距1: 6546.89mm%支承距離與L的比值：0.47軸所受的重力：400N支座形式系數(shù)入1： 9.0軸的一階臨界轉(zhuǎn)速 ncr1: 24934.97r/min322縱向進(jìn)給主軸軸承的選用和校核各種類型軸承的選用應(yīng)從允許的空間、 軸承負(fù)荷大小和方向、高速性能、旋轉(zhuǎn)精度、 剛度、振動(dòng)與噪音、軸向游動(dòng)、摩擦力矩、安裝于拆卸等方面綜合考慮，全面衡量，擇 優(yōu)選擇滿足設(shè)計(jì)要求的軸承類型。由于此進(jìn)給軸主要承受軸向載

54、荷且轉(zhuǎn)速不高，故選用角接觸球軸承。選用軸承標(biāo)準(zhǔn) GB/T292 1994,根據(jù)軸的直徑知道本軸承內(nèi)經(jīng)為 10mm。外頸為35mm。尺寸系列為02, 正常結(jié)構(gòu)，0級(jí)公差，0組游隙，所以代號(hào)為7202c。裝配圖中軸承的繪制的注意事項(xiàng)：軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸及外圈域外殼孔。軸 承的內(nèi)，外圈，按其尺寸比例一般認(rèn)為是薄壁零件，容易變形，當(dāng)他裝入外殼孔或裝到 軸上時(shí)，其內(nèi)外圈的不圓度，將受到外殼孔及軸頸形狀的影響。因此，除了對(duì)軸承的內(nèi) 外經(jīng)規(guī)定了直徑公差之外，還規(guī)定了平均內(nèi)頸和平均外頸的公差，后者相當(dāng)于軸承在正 確制造的軸上或軸外殼空中裝配之后，他的外徑或內(nèi)頸的尺寸公差，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，0，6,4，5，2各公

55、差等級(jí)的軸承的內(nèi)頸d,和外頸D，的公差均為單向制，而且統(tǒng)一采用上 偏差為0，下偏差為負(fù)值的分布。滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為了使軸承便于互換和大量生產(chǎn)。軸承孔與軸采用的配合用基 軸制，即以軸承內(nèi)空的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外頸與外殼孔的配合采用基軸制，即以軸承的 外徑尺寸為基準(zhǔn)。與內(nèi)圈相配合的軸的公差帶以及與外圈相配合的外殼孔公差帶，均按 照?qǐng)A柱公差與配合的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取。由于公差在零刻線之下，而圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)孔的 公差帶在零刻線之上，所以周德內(nèi)圈在與軸的配合比圓柱公差中的標(biāo)注中規(guī)定的基孔制 的同類要緊的多，對(duì)于軸承的內(nèi)控與軸的配合而言，圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)的許多過(guò)渡配合實(shí)際 上在這里變成了過(guò)盈配合，而有的間隙配合，

56、在這里變成了過(guò)渡配合。軸承外圈與外殼 孔的配合與圓柱公差標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的基軸制同類的配合相比較，配合性質(zhì)的類別基本一 致，但由于軸承外頸的公差值較小，因而配合也較緊。（1）軸承設(shè)計(jì)參數(shù)F；=1249N Fre =1058N Fac =877.8N n=120軸承型號(hào)：7202cC=30500NC。=20000NFriv 二30F re 200 Fae2200 3201058 200-877.8302530347.40 NFr2 二 Fre - F”v = 710.6NFrih200Fte =535.15N200 +320Fr2h =% - Frih - 713.85NFr1 = JF i2 +F 九=784.63N1. r1 v r 1 HFr2=jF22 +F22H =1210.3N軸承的計(jì)算軸向力Fa1 *Fa2Fd1 FFr1 7422 784.63 =329.13NFd2 =e2Fr2 =0.401 1210.3 =483.27NFa1 = Fae - Fd2 =877.8 483.2 1361.07NFa2 = 482.3 NFa1C0二 0.068區(qū)二 0.0241C0 值相差不大確定0 =0.422 e2 =0.401 CoFa1 =1361.07N Fa2 =483.27 N軸承 1: X1=0.44Y1=1