龍門銑床-畢業(yè)設(shè)計正文

1、 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 1 頁 共 31 頁1 1 引言引言隨著人們生活水平不斷提高，高檔拋磨石板也越來越受人們的歡迎。面對日益增長的市場需求，我國國內(nèi)新起了一大批中小型石材加工企業(yè)，然而這些企業(yè)由于受到資金約束，大多采用廉價低端的石材拋磨設(shè)備，難以加工出滿足市場要求的高檔石板，并且生產(chǎn)率低下，工人勞動強度大。針對這一情況，通過查閱資料和實際調(diào)研從石板拋磨工藝原理角度分析，對低端石材拋磨設(shè)備的縱向進給系統(tǒng)和機床床身進行改進，以降低石材拋磨設(shè)備制造成本，提高拋磨石材質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動強度，為新型廉價中高端石板拋磨機的設(shè)計做了鋪墊。2 2 石板拋磨機總體設(shè)計石板拋磨

2、機總體設(shè)計設(shè)計出一臺大批大量生產(chǎn)的石板拋磨機床，設(shè)計內(nèi)容包括石板拋磨機床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、縱向工作臺傳動設(shè)計和機床床身設(shè)計計算。機床為立式機床，基礎(chǔ)支承件形式為龍門式結(jié)構(gòu)。2.12.1 石板拋磨機主要技術(shù)指標設(shè)計石板拋磨機主要技術(shù)指標設(shè)計1、上下料方式：手動或半自動。2、工件規(guī)格：根據(jù)市場調(diào)研，大多數(shù)實用石板厚度不超過 100mm，故確定工作規(guī)格為長寬高20001000（20100）mm 3、生產(chǎn)率：根據(jù)機床實際加工速度和加工路線，初定生產(chǎn)率為 1 塊/4min4、為迎合市場高質(zhì)量的需求，本石板磨削機床要求能夠批量生產(chǎn)高級拋磨石板。5、運行模式 根據(jù)設(shè)計任務書要求該設(shè)計機床為單機運行模式。6、驅(qū)動

3、類型：通過分析初步確定該設(shè)計機床的運動功能有：主軸的回轉(zhuǎn)運動、砂輪的豎直向微量進給運動、砂輪的橫向進給運動、橫梁的豎直向快速進給運動和工作臺的縱向進給運動。根據(jù)任務書要求，綜合考慮實用性、可靠性、經(jīng)濟性、操作等因素，擬定該設(shè)計機床各運動的驅(qū)動方式為：主軸回轉(zhuǎn)運動采用普通電機驅(qū)動、砂輪的豎直向微量進給運動采用普通機械結(jié)構(gòu)手動調(diào)節(jié)、砂輪的橫向進給運動采用普通電機驅(qū)動、工作臺的縱向進給運動采用液壓驅(qū)動、立柱上的快速升降運動采用普通電機驅(qū)動。 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 2 頁 共 31 頁2.22.2 石板拋磨機總體方案設(shè)計石板拋磨機總體方案設(shè)計在明確了主要設(shè)計內(nèi)容及要求的情況下，進而可

4、以大體地對主機總體方案進行論證參照文獻關(guān)慧貞，馮辛安主編機械裝備設(shè)計第三版第二章金屬切削機床設(shè)計，總體方案設(shè)計包括： 1、運動功能設(shè)計 包括確定機床所需運動個數(shù)、形式（直線運動、回轉(zhuǎn)運動） 、功能（主運動、進給運動、其它運動）及排列順序，最后將畫出機床運動原理圖，運動功能分配。2、基本參數(shù)設(shè)計 包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)設(shè)計。3、傳動系統(tǒng)設(shè)計 包括傳動方式、傳動原理圖，及傳動系統(tǒng)圖設(shè)計。4、總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計 包括總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設(shè)計。2.2.12.2.1 運動功能設(shè)計運動功能設(shè)計1、確定機床所需的運動個數(shù)、形式、功能及排列順序。在前邊已經(jīng)提到， 。機床運動個數(shù)總共為五個，

5、具體為：機床主軸的回轉(zhuǎn)運動為主運動；砂輪的橫向運動和工作臺的縱向運動為進給運動；砂輪的升降運pCfXfY動和橫梁的快速升降運動為輔助運動。其運動功能式為。aZaZTCZXZYWpafaf/2、畫機床運動原理圖，并進行運動功能分配。Yf圖 2.1 機床運動原理圖 W/Y X Z C /T fffPC PaZZaaZfX設(shè)計石板拋磨機機床運動原理圖如圖 2.3-1 所示，經(jīng)過對比，選擇其最佳的運動功能式為。其中主運動由砂輪連接的主軸旋轉(zhuǎn)完成，豎直向TCZXZYWpafaf/pC 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 3 頁 共 31 頁輔助運動由主軸相對主軸箱上下運動來完成，橫向進給動由主軸箱相

6、對橫梁的aZfX運動來完成，豎直向輔助運動由橫梁相對立柱的上下運動來完成?？v向進給運動aZ由工作臺相對床身的運動來完成。fY2.2.22.2.2 基本參數(shù)設(shè)計基本參數(shù)設(shè)計機床基本參數(shù)包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)。1、 尺寸參數(shù)設(shè)計依據(jù)以上分析，機床由以下幾個模塊組成，即工作臺、液壓缸、床身、立柱、橫梁和主軸。被加工工件規(guī)定為：長寬高20001000（20100） （mm ） 。根據(jù)被加工3石材的尺寸，工作臺面積必須大于石板的面積，同時考慮到工作臺上夾具的安裝、加工暫停時砂輪必須在工件側(cè)邊，在此適當增加工作臺的尺寸，工作臺長寬20001000（mm ） 。參考 JB/10602.1-2006

7、，龍門平面磨床參數(shù)選取工作臺寬度為21250mm,為保證工作臺的剛度，取高度為 100mm，對于工作臺長度，應綜合考慮工件和縱向進給液壓缸的安裝來確定，最終確定工作臺長度為 2480mm。工作臺面 T 型槽尺寸：寬度為 22mm；間距為 160mm，8 個槽平均分布， （參考 JB/T 158-1996）對于床身及縱向?qū)к?，工作臺加工過程能夠覆蓋的長度大約為兩倍的工作臺長度，即 4200mm，考慮到縱向進給為液壓驅(qū)動，液壓桿長應大于兩倍的行程，即大于4000mm，而液壓桿必須安裝在機床床身上，所以在此選擇床身和導軌長度由工作臺的行程和液壓缸的必要零部件及其安裝尺寸決定。考慮立柱和輔件的安裝，對

8、于床身寬度，在工作臺寬度的基礎(chǔ)上兩側(cè)各加一半的主軸箱寬度?？紤]工人的工作舒適性，取工作臺到地面的距離 800mm 到 1000mm。為保證立柱和橫梁的剛度，橫梁和立柱應盡可能地低，在此設(shè)計橫梁與主軸電機及減速裝置齊高，一般電機及其減速裝置高度 350mm 左右，取磨削頭高度 100mm，再加最大的加工厚度100mm，則橫梁頂部到工作臺的高度為 350+100+100=550mm，橫梁頂部到地面的高度為450+600=1150mm。為保證剛度，立柱和橫梁截面選定為邊長 600mm，寬度為 300mm 的長方形。具體尺寸參照設(shè)計圖紙。2、運動參數(shù)設(shè)計參照金屬切削手冊第三版，龍門式磨床為平面磨，結(jié)合

9、傳動方案，選取磨頭為 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 4 頁 共 31 頁杯形砂輪。又因為加工石材面積大，為提高加工效率，選擇較大的杯形砂輪，參照標準中國國家標準 GB 2485-84（表 1 所示） ，選取杯形參數(shù)為 D=250mm對于磨削運動，主軸轉(zhuǎn)速由主運動切削速度決定，并根據(jù)以下公式得出：D1000vn 參考孫鳳池主編的機械加工工藝手冊 第二卷第十二章第 12-56 頁，大石材一般磨削速度為 v=1015m/s，在此選擇 10m/s，即 v=600m/min。則磨盤轉(zhuǎn)速為n=(1000600)/（250）=764(r/min)。對于進給速度，按孫鳳池主編的機械加工工藝手冊 第二

10、卷第十二章非金屬切削加工第 12-55 頁表 12.2-16 橋式磨機主要參數(shù)，選取 v =5m/min，在磨削過程中橫向和縱向進給速度、均取 5m/min。磨削深fyvxv度參考金屬切削手冊第三版9.40 頁表 9-22，對于平面磨為 0.020.05mm，在此取磨削深度為=0.05mm。pa切削用量和速度參數(shù)列出如下：磨削速度 V=10m/s主軸轉(zhuǎn)速 n=764r/min橫向和縱向進給速度 =5m/minfv磨削深度 =0.05mmpa3、 動力參數(shù)設(shè)計動力參數(shù)主要包括機床各驅(qū)動電機的功率或轉(zhuǎn)矩和液壓驅(qū)動中系統(tǒng)壓力、流量和液壓泵電機功率。動力參數(shù)設(shè)計主要包括確定主軸電機功率及轉(zhuǎn)矩。為了使石

11、材得到更好的表面質(zhì)量，在每次磨削行程中磨頭采用半邊磨削，如圖 6 磨削模型 c)中所示。為此，根據(jù)文獻郭隱彪，工振忠所譯，莊司克雄（日）所著磨削加工技術(shù)中等五章磨削力，建立圖 6 所示磨削模型。其中和分別為壓軸力xFyF的縱向和橫向分力，用于縱向進給的功率估算，用于橫向進給的功率估算。磨nFxFyF削過程中將產(chǎn)生周向磨削力用以估算主軸輸入功率（圖中未標出） 。壓軸力和周tFnF向磨削力計算公式如下：tF 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 5 頁 共 31 頁avbVCFpntan2nptuFvbVCF 式中參數(shù)V為進給速度，V=5m/min；參數(shù)為切削深度，=0.05mm；參fVpa數(shù)

12、b 為切削寬度，因為每次磨削行程中磨頭采用半邊磨削所以 b=D/2=12.5mm，而且夾角 =45；參數(shù) v 為磨削速度，v=10m/s；參數(shù) 2 為砂輪磨粒切削刃的前端頂角，是與砂輪牌號有關(guān)的參數(shù)，參照文獻郭隱彪，工振忠所譯，莊司克雄（日）所著磨削加工技術(shù)圖 5-4，選用砂輪牌號 GC，得花崗巖=20；參數(shù) 為砂輪磨削材料atan與石材的摩擦因素，查李大成主編機械設(shè)計手冊第四版第一卷表 1-1-7 常用材料的摩擦因素，選擇 =0.25；參數(shù)為與被加工材料有關(guān)的參數(shù)，查文獻郭隱彪，工pC振忠所譯，莊司克雄（日）所著磨削加工技術(shù)表 5-1 即下表 1.1，各種材料的值，得花崗巖=4300N/mm

13、pCpC2vnnFNFxFy切削區(qū)非切削區(qū)圖 2.2 磨削模型a)b)c)bn 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 6 頁 共 31 頁表 1.1 各種材料的值pC工件材料花崗巖硅純鐵鑄鐵（kgf/mm）Cf4300550028004900代入各參數(shù)算得=606N，=207N。= =cos45=430N。由此得：主軸負nFtFxFyFnF載轉(zhuǎn)矩 T= D/2=25.75Nm；主軸輸入功率= v=20710=2.07KW；縱向進給機tF磨PtF構(gòu)，工作臺輸入功率= V=430560=0.035 KW；同樣橫向進給輸入功率= 1縱pxF1橫pV=430560=0.035 KW。以上為穩(wěn)定工作時

14、所需要的功率，并不能用于源動機的選yF擇，源動機的選擇應結(jié)合傳動件的效率以及各種工作狀態(tài)來計算源動機應保證的最大功率，以及應保證的最大轉(zhuǎn)矩，以此為參考確定機床功率以及選擇源動機參數(shù)。在所設(shè)計機床中動力部分包括電機驅(qū)動的主動系統(tǒng)，橫向進給運動系統(tǒng)，豎直方向運動系統(tǒng)，和液壓驅(qū)動的縱向進給系統(tǒng)，由于設(shè)計務為縱向進給運動系統(tǒng)，所以在以下章節(jié)給出縱向進給運動的動力參數(shù)。2.2.32.2.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計傳動系統(tǒng)設(shè)計 機床傳動系統(tǒng)設(shè)計主要包括：主傳動系統(tǒng)設(shè)計與主軸微量手動調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計、砂輪橫向進給傳動系統(tǒng)設(shè)計、工作臺縱向傳動系統(tǒng)設(shè)計和橫梁的快速升降傳動系統(tǒng)設(shè)計。1、 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 由前面分析可知該石板拋

15、磨機磨頭轉(zhuǎn)速很低，運動形式簡單，速度穩(wěn)定，而一般電機轉(zhuǎn)速均可滿足要求，故可選擇傳統(tǒng)的機械傳動方案來實現(xiàn)主軸運動要求，其傳動原理圖如圖 2.3-1 所示。2、 磨頭橫向傳動系統(tǒng)設(shè)計 磨頭橫向進給運動由液壓驅(qū)動，為無級變速傳動。因為行程太大，故采用雙桿活塞缸，其中缸筒與主軸箱固連，活塞桿通過螺母副與立柱上的快速移動機構(gòu)相連，即主軸箱通過液壓缸在活塞桿上移動，實現(xiàn)磨頭的橫向進給運動。3、 工作臺縱向傳動系統(tǒng)設(shè)計 工作臺縱向傳動由液壓驅(qū)動，采用無級變速調(diào)速方案，同樣因為行程太長， 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 7 頁 共 31 頁而選擇采用雙桿活塞缸，其中活塞桿與床身固連，缸筒與工作臺固連，

16、并帶動工作臺在活塞桿上作縱向進給運動。4、 立柱上的快速升降傳動系統(tǒng)設(shè)計 立柱上的快速升降運動為輔助運動，本設(shè)計采用普通機械傳動方案，因為要保證橫梁在兩立柱上同時移動，故采用由一個電機驅(qū)動，通過一組對稱傳動方案帶動立柱上兩根絲杠做同步轉(zhuǎn)動。2.32.3 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計石板拋磨機床為龍門式結(jié)構(gòu)，床身為基礎(chǔ)支撐件，兩個立柱對稱安裝在床身兩邊，立柱底端由床身通過螺栓連接，頂端由頂梁固定連接，這樣，床身、立柱、頂梁形成一個矩形空間，為保證兩立柱安裝后的平行度，立柱在頂梁上的定位應有調(diào)整墊片。橫梁安裝在兩立柱上，主軸箱安裝于橫梁上。橫梁在立柱上的布局有兩種方式，一種是橫梁安裝于兩立柱側(cè)

17、邊，如圖 2.1 所示，一種是橫梁安裝于兩立柱之間，如圖 2.2所示。對比兩種安裝方式，若以前一種方式安裝，則主軸箱在橫梁上的安裝也應是在橫梁同一側(cè)的側(cè)邊，主軸箱對橫梁有一個傾覆力矩，同時，立柱也受到主軸箱和橫梁兩者疊加的傾覆力矩，對機床的剛度不利。若以后一種方式安裝，橫梁可由兩條型鋼組成，主軸箱安裝于兩條型鋼中間，通過安裝在型鋼上的導軌導向，此時，主軸箱對橫梁的作用力為對稱的壓力，無傾覆力矩，同時，主軸箱和橫梁對立柱的壓力與立柱軸線重合，也不會產(chǎn)生彎矩，這樣的結(jié)構(gòu)布置對機床的整體剛度有利。通過以上分析，最終確定按橫梁安裝于兩立柱之間的方式安裝，橫梁由兩端的支撐塊加兩條與導軌一體的型鋼焊接而成

18、。圖 2.1 橫梁布局 1 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 8 頁 共 31 頁2.42.4 石板拋磨機總體圖的繪制石板拋磨機總體圖的繪制石板拋磨機總體圖見圖 SBPMJ-00。3 3 石板拋磨機縱向進給傳動系統(tǒng)設(shè)計石板拋磨機縱向進給傳動系統(tǒng)設(shè)計確定石板拋磨機床縱向工作臺各零部件裝配關(guān)系以及各零部件的具體尺寸，并繪制石板拋磨機縱向工作臺裝配圖。具體設(shè)計內(nèi)容包括、導軌設(shè)計、液壓缸設(shè)計。3.13.1 導軌設(shè)計導軌設(shè)計按動學原理，所謂導軌就是將運動約束到只有一個自由度的裝置。這一個自由度可以是直線運動或者是回轉(zhuǎn)運動，導軌裝置的精度、承載能力和使用壽命都將直接影響機械工件質(zhì)量。3.1.13.1

19、.1 導軌類型及其特點導軌類型及其特點導軌按結(jié)構(gòu)形式可以分為開式導軌和閉式導軌。開式導軌是指在部件自重和外載作用下運動導軌和支承導軌的工作面始終保持接觸、貼合。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，但不能承受較大的顛覆力矩作用。閉式導軌借助于壓板使導軌能承受較大的顛覆力矩作用，適用于輕型有且有較大顛覆力矩的傳動系統(tǒng)。在此設(shè)計的龍門式石板磨削機，為重型機床，且工作臺和工件的質(zhì)量都較大，顛覆力矩相對工作臺和工件的質(zhì)量來說很小，所以在縱向工作臺的導軌選擇為開式導軌。導軌副按導軌面的摩擦性質(zhì)分，可分為滑動導軌副和滾動導軌副，滑動導軌副相圖 2.2 橫梁布局 2 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 9 頁 共 31 頁

20、對滾動導軌穩(wěn)定性好，剛度大；滾動導軌副相對滑動導軌副來說摩擦因素小，且靜動摩擦因素比值小，所以不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，但是剛度和穩(wěn)定性不如滑動導軌副。而在此設(shè)計的龍門式石板磨削機，為重型機床，且工作臺和工件的質(zhì)量都較大，縱向進給為低速進給，所以在此選擇導軌副類型為滑動導軌副。3.1.23.1.2 導軌應滿足的要求導軌應滿足的要求導軌應滿足如下要求：精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長等。 1、 導向精度高。導向精度是導軌副在空載荷或切削條件下運動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之間的符合程度。影響導向精度的因素有很多，如導軌的幾何精度和接觸精度、導軌的結(jié)構(gòu)形式、導軌和

21、支撐件的剛度、導軌的油膜厚度和油膜剛度、導軌和支撐件的熱變形等。直線運動導軌的幾何精度一般包括：導軌在豎直平面內(nèi)的直線度；導軌在水平面內(nèi)的直線度；導軌面之間的平行度。具體要求可參閱國家有關(guān)機床精度檢驗標準。接觸精度指導軌副間摩擦面實際接觸面積占理論接觸面積的百分比，或用著色法檢查 25mm25mm 面積內(nèi)的接觸點數(shù)。不同加工方法所生成導軌的表面，檢查標準是不同的。2、 承載能力大、剛度好。根據(jù)導軌承受載荷的性質(zhì)、方向和大小，合理地選擇導軌的截面形狀和尺寸，是導軌具有足夠的剛度，保證機床的加工精度。3、 精度保持性好。精度保持性主要是由導軌的耐磨性決定的，常見的磨損形式有磨料磨損、粘著磨損或咬焊

22、、接觸疲勞磨損等。影響耐磨性的因素有導軌材料、載荷狀況、摩擦性質(zhì)、工藝方法、潤滑和防護條件等。4、 低速運動平穩(wěn)。當動導軌低速運動或微量進給時，應保證運動始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。影響低速運動平穩(wěn)性的因素有導軌的結(jié)構(gòu)形式，潤滑情況，導軌摩擦面的靜、動摩擦因數(shù)差值，以及傳動導軌運動的傳動系剛度。5、 結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好。3.1.33.1.3 滑動導軌選擇滑動導軌選擇滑動導軌類型和特點如下表。龍門式磨床結(jié)構(gòu)類似龍門工銑床，且由于床身為焊接床身，導軌不易與床身做成整體，所以參照下表選擇鑲鋼導軌。導軌安裝總長為5000mm，螺釘排布參照現(xiàn)有產(chǎn)品，每個導軌兩排螺釘，相臨兩螺釘距離為 200mm。具體 本

23、本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 10 頁 共 31 頁設(shè)計參見圖 SBPMJ-0-0.表 3.1 導軌的類型，特點及應用導軌類型主要特點應用普通滑動導軌（滑動導軌）1 結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便2 未完全形成液體摩擦時，低速易爬行3 磨損大、壽命低、運動精度不穩(wěn)定普通機械、冶金設(shè)備上應用普遍塑料導軌（貼塑導軌）1.動導軌表面貼塑料軟帶等與鑄鐵或鋼導軌搭配，摩擦系數(shù)小，且動、靜摩擦系數(shù)相近。不易爬行，且抗磨損性能好2.貼塑工藝簡單3.剛度較低、耐熱性差，容易里蠕變主要應用于中、大型機床壓強不大的導軌，應用日趨廣泛鑲鋼、鑲金屬導軌1 在支承導軌上鑲有一定硬度的鋼板或鋼帶，提高導軌的耐磨性（比灰鑄

24、鐵高 510 倍） ，改善摩擦或滿足焊接床身的需要2 在動導軌上鑲有青銅之類的金屬防止咬合磨損，提高耐磨性、運動平穩(wěn)、精度高鑲鋼導軌工藝復雜，成本高。常用于重型機床，如立車、龍門銑床和導軌上滾動導軌1.動作靈敏度高、低速運動平穩(wěn)性好，定位精度高2.精度保持性好，磨損小、壽命長3.剛性和抗振性差，結(jié)構(gòu)復雜成本高，要求良好的防護廣泛用于各類精密機床、數(shù)控機床、紡織機床等動壓導軌1.速度高（90m/min600m/min） ，形成形成液體摩擦2.阻尼大、抗振性好3.結(jié)構(gòu)簡單，不需要復雜供油系統(tǒng)，使用維護方便4.油膜厚度隨載荷與速度而變化，影響加工精度，低速重載易出現(xiàn)導軌面接觸主要用于速度高、精度要求

25、一般的機床主運動導軌靜壓導軌1 摩擦系數(shù)很小，驅(qū)動力小2 低速運動平衡性好3 承載能力大，剛性、吸振性好4 需要一套液壓裝置，結(jié)構(gòu)各種大型、重型機床、精密機床、數(shù)控機床的工作臺 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 11 頁 共 31 頁復雜、調(diào)整困難3.23.2 液壓缸設(shè)計液壓缸設(shè)計通過對縱向進給系統(tǒng)部件的各個工作狀態(tài)進行受力分析，得出縱向進給所需要的運動和動力參數(shù)，為后續(xù)的設(shè)計提供必要數(shù)據(jù)。3.2.13.2.1 導軌被支撐件總重力估算導軌被支撐件總重力估算工件（石板）尺寸：mmmm)5010(1000mm2000高寬長工件（石板）最大質(zhì)量：kgcmcmcmcmm3005100200/g0

26、 . 3v3石石石工件（石板）重力：KNkgNkgG94. 2/8 . 9300gm石石工件臺估算尺寸:mmmm 1001500mm2000高寬長工件臺估算質(zhì)量：kgcmcmcmVm5 .259010150220g/cm85. 73工工工工作臺重力：KNkgNkgG4 .25/8 . 95 .2590gm工工則工件及工作臺作用于導軌上的總重力為：KNKNGG3 .284 .25KN94. 2G工石總質(zhì)量為：mkgkggmm5 .28905 .2590k300工石3.2.23.2.2 對工作臺及工件受力分析對工作臺及工件受力分析如圖所示工作臺及工件受力分析圖，圖中平衡式為NuffFFFGNx貫牽

27、 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 12 頁 共 31 頁式中：N導軌對工作臺的支撐力G工作臺及工件重力導軌對工作臺的摩擦力fNuf導軌與導軌塊的摩擦因素，查朱龍根主編簡明機械零件設(shè)計u手冊 ，第 6 頁表 1-12 潤滑表面摩擦因數(shù)，鋼與鑄鐵配合，動靜摩擦因數(shù)為0.050.15，在此取05. 0u磨削負載xF加速度a下的慣性力貫FmaF貫工件及工作臺的總質(zhì)量m工件及工作臺的加速度a 液壓缸對工作臺的驅(qū)動力牽F其中：KNGN3 .28NFx430KNNuf4 . 13 .2805. 0kgm5 .2890 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 13 頁 共 31 頁NG牽FxF圖 3.

28、1 縱向工作臺受力分析圖f貫F對于加速度a，由工作狀態(tài)決定，由以上參數(shù)可以求出液壓缸各工作狀態(tài)驅(qū)動力，從而求出各工作狀態(tài)的液壓缸功率。為求縱向進給最大功率，考慮以下幾種工作狀態(tài)：1、間歇進給啟動過程中1tvaf式中：為磨頭進給速度，；fvsmmimmvf/83. 0/5為從啟動開始到穩(wěn)定速度的時間，取1tst01. 01則加速度sma/3 . 801. 0/083. 0則慣性力KNmaF991.233 . 85 .2890慣前邊已求得：；NFx430KNf4 . 1則將數(shù)據(jù)代入平衡方程，得：KNKNKNKNF2543. 04 . 199.23牽假定在達到最大速度的前一刻，加速度不減，則最大驅(qū)動

29、功率smvf/83. 0KWsmKNvFWf2/83. 025牽2、快退時加速過程 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 14 頁 共 31 頁2tva退式中：為工作臺的最大快退速度，參考現(xiàn)有機床，??；退vsmmimmvf/25. 0/15為快退時加速到穩(wěn)定速度的時間，取2tst05. 01則加速度25m/s05. 025. 0a則慣性力KNmaF453.1455 .2890慣快退時無磨削力作用，則0 xF則KNKNKNF8 .154 . 1453.14牽此狀態(tài)最大速度為， smvf/25. 0則最大驅(qū)動功率KWKNKNvFW425. 08 .15退牽對以上兩狀態(tài)比較得出：最大牽引力：KNF

30、25max最大牽引功率：KWW6 . 3max3.2.33.2.3 液壓缸設(shè)計液壓缸設(shè)計1、 液壓缸類型根據(jù)工作臺運動形式和結(jié)構(gòu)要求，選定液壓缸為等速行程的雙活塞缸，其中活塞桿與機座固定缸筒與工作臺固連運動。2、液壓缸行程參考成大先主編機械設(shè)計手冊第 4 卷第四版 1725 頁表 17-6-2，活塞行程系列（GB/T 2349-1980） ，由于被加工石材長 2000mm，刀具直徑 220mm，則行程必須大于2220mm，選擇活塞行程 2300mm3、 液壓缸動力參數(shù) 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 15 頁 共 31 頁液壓缸需保證最大牽引力，最大牽引功率。最大行進KNF25maxK

31、WW6 . 3max速度。min/15maxmV液壓缸總阻力為背密FFFFmax式中為密封裝置摩擦阻力，參考張磊主編實用液壓技術(shù) 300 題第二版，第密F137 頁，對于 0 型號密封圈。為回油背壓力，參KNFF73. 02503. 003. 0max密背F考上述文獻 138 頁，經(jīng)驗公式。KNKNFFx02. 043. 005. 0025. 0背則液壓缸總阻力KNF7 .2502. 073. 025參考上述文獻第 139 頁表 4-4 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力與表 4-5 液壓缸牽引力與工作壓力之間的關(guān)系，選擇液壓缸工作壓力。MPP34、 液壓缸受力模型缸筒內(nèi)徑即活塞外徑，是液壓缸的主要參

32、數(shù)，可根據(jù)工作驅(qū)動力或運動速度的要求確定。如圖所示雙桿液壓缸的受力模型，)(422dDAAPF解出24dPFD式中 F-液壓缸的推力,(N) P-工作壓力,(Mpa ) 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 16 頁 共 31 頁 A-活塞的作用面積,( ) 2mm D-液壓缸內(nèi)經(jīng)（mm） F-液壓缸推力（N） P-選定的工作壓力（MPa） d-活塞桿直徑情況下，由于桿中間空心通油，取，代入MPP5Dd)55. 05 . 0(Dd55. 0，。25.7KNFMPP3得mmmPFD9009. 0)55. 01 (42查上述文獻 140 頁，液壓缸內(nèi)徑系列如下表選擇 D=100mm。表 3.2

33、液壓缸活塞桿外徑尺寸系列 摘自 GB/T2348-1993456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250則液壓桿直徑mmDd5555. 0查上述文獻 140 頁 6 活塞桿直徑系列如下表，選擇。mmd56表 3.3 液壓桿內(nèi)徑尺寸系列 摘自 GB/T2348-1993810121620253240566380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）400（450）500參考上述文獻及紡織工學院，哈爾濱工業(yè)大學，天津大學主編的機床設(shè)計圖冊16

34、0 頁，M1432A，選用 0 型密封形式。5、 缸筒設(shè)計計算 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 17 頁 共 31 頁缸筒通常根據(jù)與端蓋的連接形式選用，而連接形式又取決于額定工作壓力、用途和使用環(huán)境等因素。根據(jù)手冊 1 表 17-6-6 選取法蘭連接，優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較簡單；易加工、易裝卸。缺點：重量比螺紋連接的大，外徑較大。（1）缸筒材料參照成大先主編機械設(shè)計手冊第 4 版第 4 卷，缸筒材料 選用 45 調(diào)制處理 45號鋼表 3.4 材料性能型號MPabMPas%s4561032017（2）缸筒壁厚及外徑由于本液壓機的壓力不是太大，故可按薄壁筒計算， 由前已知，缸筒內(nèi)徑210ccD式中

35、-缸筒材料要求的最小值0 -缸筒外徑公差余量1c -腐蝕余量2c對于低壓系統(tǒng)或當時，液壓缸缸筒壁厚一般按薄壁筒計算。16D其中maxmax033 . 2PDPp缸筒材料許用力： nbp式中 -缸筒內(nèi)最高壓力,（MPa） ；maxP D-液壓缸內(nèi)徑， （m） ； 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 18 頁 共 31 頁 -缸筒材料抗拉強度， （MPa） ；p n-安全系數(shù)， 通常取為 5代入數(shù)值 ： mm13356103 . 29030則缸筒厚度依照上述文獻可取mm2 . 79008. 0通過圓整，取mm8則缸體外徑，據(jù)國家標準查得缸筒外徑 194mm。mmDD1161610021（3）

36、缸筒壁厚驗算缸筒材料為 45 號鋼調(diào)質(zhì)理，應用第四強度理論進行計算 PDDD221213 ssn式中 -許用應力； -材料屈服點；s -安全系數(shù)；sn 為 22.5。sn材料 45 號鋼，=320MPa,=2。ssn MPa16023206731 . 0116. 0116. 03222所以缸筒強度滿足要求。6、缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。主要連接形式有法蘭連接、螺紋連接、半環(huán)連接。 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 19 頁 共 31 頁a 法蘭連接 優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)簡單、成本低(2)容易加工、便于裝拆(3)強度較大、能承受高壓 缺點

37、：(1)徑向尺寸較大(2)重量比螺紋連接的大(3)用鋼管焊上法蘭、工藝過程復雜些b 螺紋連接 優(yōu)點：(1)外形尺寸小(2)重量較輕缺點：(1)端部結(jié)構(gòu)復雜、工藝要求較高(2)裝拆時需用專用工具(3)擰端蓋時易損壞密封圈c 半環(huán)連接 優(yōu)點：(1)結(jié)構(gòu)較簡單(2)加工裝配方便缺點：(1)外形尺寸大(2)缸筒開槽，削弱了強度，需增加缸筒厚度比較各連接形式，本設(shè)計中選取法蘭連接的形式。7 活塞桿與活塞的連續(xù)結(jié)構(gòu)活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)有幾種常用的形式，分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)。組合式結(jié)構(gòu)又分螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。a 整體式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，適用于缸徑較小的液壓缸b 螺紋連接：結(jié)構(gòu)簡單，在振動的工作

38、條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸。c 半環(huán)連接：結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現(xiàn)軸向間隙。多應用在壓力高、負荷大、有振動的場合d 錐銷連接：結(jié)構(gòu)可靠，用錐銷連接銷孔必須配鉸，銷釘連接后必須鎖緊，多用于負荷較小的場合。 設(shè)計的磨床工作壓力為 3MPa 是組合機床用的液壓缸，根據(jù)螺紋連接多用于組合機床的敘述，選用螺紋連接的活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)。3.33.3 導軌校核導軌校核導軌的壓強是影響導軌耐磨性和接觸變形的主要因素之一。設(shè)計導軌時將壓強取得過大，則會加劇導軌導軌磨損；若取得過小，又會增大尺寸。因此，應根據(jù)具情況，適當?shù)倪x擇壓強的許用值， 。重型機

39、床和精密機床壓強可按表 9.3-20 選取。專用機床許用壓強比表中數(shù)值減少 25%30%。表 3.5 導軌類型 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 20 頁 共 31 頁導軌種類平均壓強（MP）最大壓強(MP)中型機床0.40.50.81.0主運動導軌和滑動較大的進給運動導軌重型機床0.20.30.40.6中型機床1.21.52.53.0重型機床0.51.01.5直線運動導軌滑動速度低的進給運動導軌磨床0.0250.040.050.08D3000.20.3主運動和滑動速度較大的進給運動的圓導軌（D 為導軌直徑）環(huán)狀0.15依據(jù)設(shè)計的龍門式磨削機床縱向?qū)к墳榛瑒铀俣鹊偷倪M給運動導軌，許用壓強

40、選擇為。5 . 0p如圖所示縱向?qū)к壒ぷ魇疽鈭D，加工過程中，由于端面對工件的豎直壓力很小，而工作臺與工件總質(zhì)量很大，在此可視作導軌均勻受力，工作臺與工件近似對稱分布，則不考慮?？v向?qū)к壐笨珊喕癁槿鐖D所示：力學模型單考慮 G 作用時 1= 2=2=28.32= 14.1導軌副長度2480mm12G圖 3.2 導軌示意圖圖 3.3 導軌受力簡圖 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 21 頁 共 31 頁此時矩形導軌受壓強為2=22=14.1 1032480 80= 0.07對于 V 型導軌副，建立如圖所示模型G1NF2NF圖 3.4 V 形導軌受力分析1= 2= 1 45 = 9.9則對 V

41、型導軌所受壓強1=11=9.9 10330 45 2480= 0.09加工過程中橫向進給時，對導軌有一個側(cè)向的壓力，此側(cè)向壓力將全= 0.43部由 V 形導軌的支撐，此時導軌受壓一面將產(chǎn)生一支撐力2= 45則導軌副因而受到的壓強為xFMPFAFPxN005. 02480301043. 045cos/30248045cos/3121所以導軌愛到最在平均壓強為MPP095. 0005. 009. 0PP 則壓強在許用值之內(nèi)，符合設(shè)計要求。4 4 石板拋磨機床身設(shè)計石板拋磨機床身設(shè)計由機械設(shè)計手冊編委會編機械設(shè)計手冊新版第 2 卷第九篇，在機器（或儀器）中支承或容納零部件的零件稱之為機架。故機架是底

42、座、床身、車架、橋架（起重機） 、 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 22 頁 共 31 頁殼體、箱體以及基礎(chǔ)平臺等零件的統(tǒng)稱。機架分類如下：按結(jié)構(gòu)形狀分類，有梁（柱）式機架（如大多數(shù)金屬切削機床的床身、主柱及橫梁等） 、框架式機架（如軋鋼機機架、鍛壓機機身、橋式起重機橋架、汽車車架等） 、平板式機架（如水壓機基礎(chǔ)平臺、機器的底座、金屬切削機床的工作臺等） 、箱殼式機架（如齒輪傳動箱箱體、泵體及機械的機身等） ；按制造方法和機架材料分類，有金屬機架和非金屬機架，金屬機架包括鑄機架兩類， 非金屬機架包括塑料機架、花崗石機架、混凝土機架等。由以上分類，本次設(shè)計龍門式磨床床身在結(jié)構(gòu)形狀上為梁式

43、機架，在制造方法和材料上可用金屬鑄機架或金屬焊接機架，對于非金屬材料，必要時候也可以考慮。機架的設(shè)計主要應保證剛度、強度及穩(wěn)定性。評定大多數(shù)機架工作能力的主要準則是剛度，機床中床身的剛度決定著機床生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度；強度是評定重載機架工作性能的基本準則機架的強度應根據(jù)機器在運轉(zhuǎn)過程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大載荷來校核其靜強度。此外還要校核其疲勞強度。機架受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問題。有些構(gòu)件制成薄壁腹式也存在局部失穩(wěn)。穩(wěn)定性是保證機架正常工作的基本條件，必須加以校核。機架設(shè)計的一般要求為：1）在滿足強度和剛度要求的前提下，機架的重量應要求輕、成本低。2）抗振性好，把受迫振動

44、幅度限制在允許的范圍之內(nèi)。3）噪聲小。4）溫度場分布合理，熱變形對精度的影響小。5）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機械加工。6）結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件。7）有導軌的機架要求導軌面受力合理、耐磨性良好。8）造型好。使之既適用。4.14.1 床身設(shè)計床身設(shè)計根據(jù)以上要求，床身結(jié)構(gòu)在焊接和鑄造之間選擇，下表對焊接床身和鑄造床身進行綜合比較。表 4.1 鑄造床身與焊接床身性能對比項目鑄造床身焊接床身機架重量較重鋼板焊接毛坯比鑄件毛坯輕 30%，比鑄鋼毛坯輕 20%強度、剛度及抗振鑄鐵機架的強度與剛度較低，但強度高、剛度大，對同一結(jié)構(gòu)的強度為 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)

45、設(shè) 計計 第 23 頁 共 31 頁性內(nèi)摩擦大，阻尼作用大，故抗振性能好鑄鐵的 2.5 倍，鋼的疲勞強度為鑄造的3 倍。但抗振性能較差材料價格鑄鐵材料來源方便、價廉價格高生產(chǎn)周期生產(chǎn)周期長，資金周轉(zhuǎn)慢，成本高生產(chǎn)周期短、能使適應市場競爭的需要設(shè)計條件由于技術(shù)上的限制，鑄件壁厚不能相差過大。而為了取出芯砂、設(shè)計時只能用開口”式結(jié)構(gòu)，影響剛度結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、壁厚可以相差很大，并且可根據(jù)工況需要不同部位選用不同性能的材料用途大批量生產(chǎn)的中小型機架1單件小批生產(chǎn)的大、中型機架 2特大型機架，如大型水壓機橫梁，底座及立柱，大的軋鋼機機架和顎式破碎機機架等，可采用小拼大的電渣焊經(jīng)綜合比較，龍門式磨削機床選擇

46、焊接機架，主體由四塊鋼板組成，加上橫縱向的豎直鋼板肋加固，對于兩條支撐導軌的鋼板，再加上斜向肋加固，其截面形狀如下圖。具體設(shè)計參見圖紙 SBOPMJ-0-0。床身是由板料是通過焊接連接形成一個整體的。焊接的過程應注意以下幾點：1.焊接前必須將缺陷徹底清除，坡口面應修的平整圓滑，不得有尖角存在。2.在條件允許的情況下，盡可能在水平位置施焊。焊縫位置應便于操作。3.節(jié)省原料，減少焊接工作量。4.不要讓熱影響區(qū)相距太近，焊接件的設(shè)計應具有對稱性，焊縫布置于焊接順序圖 4.1 床身截面設(shè)計 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 24 頁 共 31 頁也應對稱。5.不同厚度工件焊接時接頭應平滑過渡。6

47、.當根部間隙過大，且需從一面進行焊接時，應用墊板。墊板常在該處保持到焊后變成接頭總體一部分。墊板材料應與母板材料一致。7.為焊接 U 型坡口，在一定條件下，得應用刨削預加工前的裝配和定位。4.24.2 床身校核床身校核參考文獻李欣業(yè)，梁建術(shù)，郝淑英主編，材料力學，床身的支撐形式近似簡支梁支撐，故在此建立簡支梁模型，對機床床身進行強度和剛度校核。1、求床身截面形心如圖所示床身截面圖，截面左右成近似對稱分布，左右每邊由圖示九塊矩形構(gòu)成。參考文獻李欣業(yè)，梁建術(shù)，郝淑英主編，材料力學，第五章，求形心的方法。建立如圖所示 Y-Z 坐標系，在此不關(guān)心 Y 向形心坐標，所以對各矩形塊面積和 ZiA向形心坐標

48、列出如下（為方便計算，對于矩形塊 8 和矩形塊 9，分割成左右對CiZ稱的兩塊）：矩形 1：，21300025120mmAmmZc5 .122251矩形 2：，229600)20500(20mmAmmZc35220252矩形 3：，2324000)4025665(40mmA圖 4.2 床身截面尺寸關(guān)系圖 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 25 頁 共 31 頁mmZc3252)4025665(253矩形 4：，22241562050060020mmAmmZZcc32534矩形 5：，25480040120mmAmmZc6352406655矩形 6：，26300015020mmAmmZc6

49、1510406656矩形 7：，2774242045cos)43040665(mmAmmZc5272)43040665(4307矩形 8：，28390030130mmAmmZc4152304308矩形 9：，29355025203043010mmA）（mmZc2222)252030430(20259則由以上數(shù)據(jù)可得整個截面圖形的形心坐標為：mmmmmmAZAZiiiciic3267489410446. 223791912、求床身截面對形心慣性矩I根據(jù)上述文獻，已知 Y 向長為b，Z 向高為h的矩形，其對 Z 向形心的慣性矩為：123bhIZc利用平行移軸公式，假設(shè)床身截面中的一塊矩形 Z 向形

50、心軸與床身截面總體的 Z向形心軸距離為a，面積為A則這一塊矩形對床身截面總體的 Z 向形心軸的慣性矩為：AaIIZCZ2故，只要求出每一塊矩形對 Z 向形心軸的慣性矩，然后各塊求和相加即得床身截面對 Z 向形心的慣性矩。由于床身截面為對稱結(jié)構(gòu)，可利用求床身形心時的單邊數(shù)據(jù)進行計算出單邊慣性矩，然后乘以 2 即為總慣性矩。對于編號為 4 和 7 的斜矩形塊，Y向長b為 Y 方向的厚度，Z 向高h為 Z 向?qū)嶋H的高度。利用 Microsoft Excel 工具，利用以上求床身形心時的單邊數(shù)據(jù)進行計算得到表格所示數(shù)據(jù)得到單邊總慣性矩： 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 26 頁 共 31 頁4

51、910412. 3mmIZC則床身截面總慣性矩為4910812. 62mmIIZCzC在之前已經(jīng)得到，下底面距形心距離為 326mm，則上頂面距形心的距離為y=665-326=339mm，上頂面更遠離形心，則抗彎強度危險點在上頂面。則抗彎截面系數(shù)37102mmyIWZCt表 4.2 床身截面總慣性計算矩形塊（mm）ib (mm)ih()ciI4mm(mm)ia()ZCI4mm112025156250-313.5295003000248020320000-291813257600340600720000000-1720024000426600468000000-14680156205120406

52、400003094589488006150201000002892506630007263058500201299995524813030292500893118440091035537282396-10475679195單邊總慣性矩34127711403、簡支梁力學模型建立已知床身長為 5006mm，由對稱分布的四對墊鐵支撐，為簡便計算，根據(jù)床身受力圖 4.3 床身示意圖 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 第 27 頁 共 31 頁情況，在此以靠中間兩對墊鐵中點作為簡化支撐點，此簡化校核偏于安全。在力學分析中，忽略中間徑向肋板的重力影響，則床身所簡化怕簡支梁兩種力的作用下彎曲變形，一是床身自重產(chǎn)生的均布力，二是工作臺與工件重力作用于床身導軌上產(chǎn)生的1q局部均布力。其中均布力2qgAq1式中A為床身截面積，在前力已經(jīng)求出；為鋼的密度，查相關(guān)手247894mmA 冊，取，