双端面磨床说明书.docx

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双端面磨床说明书

第一章序言

1.1毕业设计任务

一台精细双端面磨削机床，其详细要求以下：

1）操作性：

A.构凑、搬运灵巧、方便。

B.操作人只需略加培便可熟的行操作。

2）性：

A.成本比低。

3）功能性：

A.能利用不一样的具加工各样小型刀片、密封件几精细零件。

B.加工工件拥有比高的生效率，磨削极短。

C．利用极的性保极高的形状及尺寸精度。

4）机床的性能要求：

磨削主元

：

A.行程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯200mm；

B.速度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯；

C.分辨率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1μm；

磨削主：

A.数目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2；

B.磨削主直径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯210mm；

C.驱动功率26KW；

D.旋转速度0—1145r/min；

E.砂轮直径500mm；

工件台：

摇晃轴：

A.行程60mm；

J.分辨率5μm；

1.2毕业设计背景

[1][2][3]

跟着工业生产和科学技术的快速发展，各样硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷刀片，小型密封件及精细钢质零件对形状和尺寸精度，生产效率等的要求愈来愈高。

双端面磨削是一种高效率的加工方法，在轴承、汽车、拖沓机等大量生产的工业部门获得宽泛的应用。

双端面磨床是一种高效率的平面磨床，它能够在一次行程中加工出两个拥有必定精度及表面光洁度要求的平行端面。

机床自己的自动化程度很高，一般一小时能够加工出数千工件。

双断面磨床可分为卧轴双端面磨床和立轴双端面磨床。

双端面磨床常常用来加工活塞销、活塞环、十字轴、三销轴、进排气阀座、制动件、手工工具、轴承环、垫片、纺绽轴承、滚柱、各种排档的锥塞、冰箱压缩机阀件、转动活塞以及电子工业的磁钢等。

端面磨床有关于车床、铣床等采纳数控系统较晚，是因为它对数控系统的特别要求。

近十几年来，借助CNC技术，磨床上砂轮的连续修整，自动赔偿，自动交换砂轮，多工作台，自动传递和装夹工件等操作功能得以实现，数控技术在平面磨床上逐渐普及。

近来国内大型机床博览会上，CNC磨床在整个磨床展品中已占大部分，全功能CNC平磨，已经成主流，在开发高档数控平磨的同时，开始踊跃发展中、低档数控平磨。

数控磨床行业独到需求，机床生产厂也踊跃开发机械部分，对磨床的数控系统，提出独到控制要求。

当连结上一个适合的丈量头时能

直接去控制装置与最后尺寸进行比较。

加强固定磨削方法：

依据磨削零件不一样形状，有四种不一样的磨削方法，拥有砂轮轴角度倾斜控制功能，荒磨、粗磨、精磨、无火花磨削一整套磨削循环，砂轮修整赔偿功能，修整器有关于被修整轮法线方

向控制功能，修整滚轮外缘圆弧半径赔偿功能，系统分辨率可设定为0.1μm。

平磨制造厂自行开发软件，使用之更适合平面和成型磨削，如德国JUNG公司，采纳该公司专用软件，用JUNGKONTUR编程语言对砂轮进行成型修整，工具磨床并有图形协助操作功能。

日本冈本公司开发了OPL语言用于磨削加工，等等。

直线电机、动均衡等技术、工艺的日趋发展，又大大提升了机床的工效，适合的丈量技术应用对数控系统的开发利用。

我国当前在双端面加工机床方面已经有所成就，但和西方发达国家对比任有

很大的差距，我们的加工精度还远远落伍人家。

日本、瑞士、德国等国家当前已

经有商品化的高精度双端面加工机床。

西方国家为了保持在制造技术上的优势，

仍旧将双端面加工机床及其重点技术作为重要战略物质与技术，对我国推行严格

的技术禁运。

所以，我国发展精细双端面加工技术的独一出路，就是坚持自主创

新、自主研发，力求掌握一大量精细双端面加工的中心技术，研制出拥有自主知

识产权的、商品化、系列化的精细双端面加工设施。

本课题“精细双端面磨床”就是在以上背景下提出的。

课题研究内容

1、对精细双端面磨床的整体布局剖析和研究，达成整体布局的设计。

2、依据加工内容的要求，设计有关附件及合理的动作方案。

3、达成传动整体方案的研究和主轴设计。

4、采纳工程软件AUTOCAD进行二维工程图的绘制。

5、部分有关外文文件翻译。

第二章方案的制定与选择

整体方案制定[4][5][6]

方案简述

设计原则：

1．在速度和精度方面达到国际同种类同规格产品的先进水平；

2．高刚性构造设计，保证机床设计寿命长；

3．高效率设计，知足现代高生产率的要求；

4．着重环保。

依据精细双端面磨削加工机床应实现的功能，依据机械原理、机械设计的有关知识，在察看有关产品的布局以后，设计了一下四种方案：

方案一：

立式床身双端面磨削，直线式送料装置。

方案二：

立式床身双端面磨削，旋转式送料装置。

方案二：

卧式床身双端面磨削，直线式送料装置。

方案二：

卧式床身双端面磨削，旋转式送料装置。

这两种方案的差别主要在于机床构造布局形式以及工件的送料装置是直线式仍是旋转式。

剖析选择：

（1）关于常用端面磨削和双端面磨削：

长久以来，工件端面的磨削方式多半采纳贯串式磨削或单磨头平面磨削。

贯串式磨削是工件经过两个相对旋转的砂轮端面对套圈端面进行磨削，从而磨出互相等高的两个平面，这类磨削方式生产效率高，生产成本低，但加工工件的端面尺寸精度一般，知足不了精细级工件加工精度的要求。

单面磨削是把多个工件一

起放到磁盘上单面磨削后，将工件翻转后进行另一面的磨削，这类加工方式主假如靠操作者手工上、下料，每次都需调整砂轮进给量，加工出的工件高度尺寸失散性大，生产效率及产质量量对比贯串式磨削更差。

双端面磨削经过旋转式或直线式送料盘上、下工件，其加工出的工件双端面的尺寸精度和几何精度都能达到P2及以上，工件精度要显然高于常用两种磨削方式。

（2）关于机床主轴安装方式

立式床身有以下长处：

工件装夹稳固，刀台刚性高，加工精度高。

弊端是：

因为重力影响，排屑较卧式构造困难。

图2-1立式机床主轴构造图

卧式床身则有以下长处：

排屑成效好，便于深孔加工。

弊端是：

承载能力低，

刀台刚性较差，大进给简单影响导轨的精度，并且工件简单因为导轨变形的影响

而降低加工精度。

图2-2卧式机床主轴构造图

（3）关于送料装置

直线式和圆盘式送料装置都能知足工件加工精度的要求，直线式送料装置占有的空间较小使整个机床的构造更为紧凑，圆盘式送料装置占有的空间较大。

综上所述，综合考虑所设计的机床的加工精度要求及机构特色选择第一种方案：

立式床身双端面磨削，直线式送料装置。

这类构造合用于大量量小型零零件表面的磨削加工。

本机床采纳立式布局，上下磨头垂直搁置，位于同一中心线上。

工作时，经过直线送料装置将工件送至两个砂轮中间，同时磨削工件的两头面，使机床拥有很高的生产效率。

机床拥有优秀的构造刚性，砂轮为CBN砂轮，依据需要，砂轮工作表面能够修整，砂轮运行安稳，能够提升工件的磨削质量。

机床采纳数控系统，控制两个步进电机，控制上下砂轮，达成轴向进给运动。

[7][8]

磨削主轴进给系统方案制定

方案比较

（1）齿轮齿条进给

这类方案，利用步进电动机或许伺服电动机驱动齿轮，从而齿轮驱动齿条带动磨头来轴向的进给。

（2）滚珠丝杠螺母副进给

这类方案是当前大部分双端面磨削机床的解决方案，选择外购的API和PMI公司生产的分辨率达到5000/步和导程为5mm的滚珠丝杠副，经过与螺母连结的工作台，从而带动安装在工作台上的磨头，达成轴向进给。

（3）直线电机进给

跟着直线伺服进给技术的不停发展，直线电机技术逐渐成熟，他能够供给更快的反响速度和极高的运动精度，加快度可达20g以上。

该方案直接将磨头安装

在直线电机拖动的工作台上，从而达成进给。

剖析选择：

齿轮齿条在啮合过程中会出现回差（主动轮空转的转角和对应的从动轮的滞后转角之差），所以很难实现小分辨率，不可以达到要求的精度。

滚珠丝杠副进给拥有定位正确，传动效率高运动安稳，靠谱性高，成本低，

技术成熟等长处，可是反响速度较慢，并且精度相较于第三种方案略低，因为主

轴进给对速度没有太高的要求，并且经过选择精细等级的滚珠丝杠螺母副并将滚

珠丝杠螺母副与沟通伺服电机联合使用，能够达到要求的精度。

直线电机进给拥有好多有点，反响速度快，运动精度高，但因为是一种新技术，价钱较其余三种方案高，不利于控制成本。

综上所述，本文设计的机床采纳了第二种方案——滚珠丝杠螺母副。

磨削主轴方案制定[9][10][11]

方案简述

（1）电主轴转动

电主轴是电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其余零零件，实现电动机与机床主轴的一体化。

当前，跟着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的快速发展和日趋完美，高速数控机床主传动系统的机械构造已获得极大的简化，基本上撤消了带轮传动和齿轮传动。

电主轴拥有构造紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等长处，并且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想构造。

图2-3电主轴构造原理图

（2）电机经过同步带带动主轴转动

图2-4电机经过同步带带动主轴转动

带传动拥有构造简单、传动安稳、能缓冲吸振、能够在大的轴间距和

多轴间传达动力，且其造价便宜、不需润滑、保护简单等特色，在近代机

械传动中应用十分宽泛。

摩擦型带传动能过载打滑、运行噪声低，但传动

比不正确（滑动率在2%以下）；同步带传动可保证传动同步，但对载荷改动

的汲取能力稍差，高速运行有噪声。

带传动除用以传达动力外，有时也用来输送物料、进行零件的整列等。

综上所述，依据所设计的机床的精度及构造等方面的要求，本机床的设计采纳电主轴传动。

工作台系统制定

方案简述

（1）工作台进给

经过轴向进给的剖析，联合工作台安装摇晃轴装置及系统摇晃轴分辨率的要求，工作台反响速度的要求，能够选择滚珠丝杠螺母副的方案。

此中丝杠精度选择导程为5mm的精细丝杠，并与沟通伺服电机配合使用，即可达到知足要求的定位精度。

（2）摇晃轴构造设计

摇晃轴由曲柄滑块机构实现。

曲柄滑块机构常用于将曲柄的展转运动变换为滑块的来去直线运动；或许将滑块的来去直线运动变换为曲柄的展转运动。

曲柄滑块机构拥有运动副为低副，各元件间为面接触，构成低副两元件的几何形状比较简单，加工方便，易于获得较高的制造精度等长处，因此在各种机械中获得了宽泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机、空气压缩机等。

图2-5曲柄滑块机构原理图

本章小结

关于机床的整体设计，主轴的轴向传动系统，工作台进给系统，磨削主轴系

统设计都提出了不一样的方案，经过对多种方案好坏的比较，选用了此中更为适合

的解决方案。

即采纳立式床身，主轴轴向采纳滚珠丝杠螺母副进给传动系统，工

作台采纳滚珠丝杠螺母副及摇晃轴共同构成传动方案，磨头的转动采纳电主轴。

第三章磨削主轴机械构造的设计与计算

整体设计原则[4][12]

（1）注意零件的交换性，多用标准化、通用化零件。

（2）注意零件的靠谱性，多项选择用强度高、知足设计要求的零零件。

（3）采纳零零件时，精度应该知足设计要求。

（4）在知足设计要求的条件下，尽量采纳低摩擦的传动和导向元件，尽量除去传动空隙，提升系统刚度

3.2磨削主轴设计计算[6][13][14][15]

磨削主轴系统的参数

（1）主传动功率

机床主传动的功率P可依据切削功率Pc与主运动传动链的总效率来确立

（3-1）

双端面磨床的切削功率Pc可依占有代表性的加工状况进行选择，由其主切削

力Fz按下式来确立

Fzv

65000

60000

（3-2）

式中Fz——主切削力的切向分力，N；

v——切削速度，m/min；

M——切削转矩，N·cm；

n——主轴转速，r/min；

主传动的总效率一般为

0.950.98。

（2）电机功率确实定

选择双端面磨床加工硬质合金刀片。

圆周力

FcCFcapxFcfyFcvcnFcKFC

（3-3）

功率

Fcv

（3-2）

60000

CFc——取决于工件资料和切削条件的系数；

xFc,yFc,zFc——公式中背吃刀量ap、进给量f和切削速度vc的指数；

KFc——当实质加工条件与求得经验公式的试验不一样时，各样要素对切削力

的修正系数。

磨削主轴构造

主轴是直接表现机床性能的重点零件。

并联运动机床大部分采纳内装变频电

动机的主轴零件。

它是一种机电一体化的功能零件，其电动机转子与主轴是一体

的，无需任何机械连结。

改变供电的频次，便可实现主轴调速。

主轴种类的选择[16]

方案一：

拥有转动轴承的电主轴

拥有转动轴承的电主轴，价钱较为便宜，使用保护方便，是并联运动机床设计首选的主轴零件。

该类主轴电动机的转子和主轴连成一体，前后轴承皆采纳双排径向止推转动轴承。

标准配置时，轴承润滑采纳高压油雾润滑系统，但在降低最高转速时，也能够采纳油脂润滑。

轴承的密封采纳空气迷宫空隙密封。

方案二：

拥有静压轴承的电主轴

拥有静压轴承的电主轴构造紧凑，动、静态刚度较高。

特别在采纳自动液压刀具夹紧机构时，能够利用同一能源，是一种值得考虑的方案。

它的主要弊端是

价钱较高，使用保护较为复杂。

方案三：

拥有磁浮轴承的电主轴

磁浮轴承的电主轴拥有一系列的长处：

（1）拥有较高的转速和较大的功率；

（2）转动时能够自动均衡，没有振动；

（3）磁浮轴承不用润滑，无需维修，寿命无穷长；

（4）刚度较高，特别是主轴在高速运行时；

（5）拥有过程监控和力丈量传感器。

磁浮轴承电主轴采纳高压水冷，以保证电动机和磁浮轴承的稳固性。

磁浮轴承电主轴除了磁浮轴承外，前有还有一对协助的滚珠轴承。

它与壳体之间有必定的空隙，主要不是用于蒙受载荷，而是用作协助支撑，以增添主轴工作的安全性。

磁浮轴承电主轴拥有恒转矩特征。

方案四：

拥有双电动机的电主轴

为了减小高频电主轴的尺寸，改良它的电功率—转速特征，能够将高速小转矩和低速大转矩的负载特征分别由两个电动机来肩负。

综合考虑本加工中心的实质状况，精度要求为，在达到该精度要求的前提下，采纳拥有转动轴承的电主轴最为经济合理，故本加工中心采纳拥有转动轴承的电主轴。

转动轴承的选择

主轴轴承是主轴组件的重要构成部分，它的种类、构造、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响了主轴组件的工作性能。

为了实现双端面磨床主轴的高刚性，采纳陶瓷轴承。

陶瓷轴承是指轴承转动体是用陶瓷资料制成，而内外圈则仍用轴承钢制造。

陶瓷资料为高密度热压氮化硅（Si3N4）。

之所以采纳陶瓷作为转动体，主要因为它有以下特征：

（1）重量轻，是轴承钢的40%；

（2）热膨胀系数小，是轴承钢的25%；

（3）弹性模量大，是轴承钢的1.5倍。

所以它拥有离心力小，动摩擦力小，预紧力稳固，弹性变形小，刚度高的优

点。

转速愈高，则由转动体惹起的离心力和惯性力华侨亦随之增高。

采纳陶瓷转动体能够大大减少离心力和惯性华侨，有益于进一步保证主轴刚性。

当前还存在价钱昂贵和有关寿命、靠谱性的试验数据尚不充足等问题，还需要进一步试验和完美。

可是，陶瓷轴承的优胜性是不可置疑的，并且已经用于正式产品的机床上。

主轴的资料及热办理

评论和考虑主轴主要尺寸参数的依照是主轴的刚度、构造工艺性和主轴组件

的工艺合用范围。

主轴资料的选择主要依据刚度、载荷特色、耐磨性、热办理变

形大小等要素确立。

主轴的刚度与资料的弹性模量

E有关，钢的

E值较大

（E2.1107N/cm2

左右），所以主轴资料采纳钢料。

钢的弹性模量

E的数值与

钢的种类和热办理方式没关，即无论是一般钢或合金钢，其弹性模量基真相同。

所以在选择钢料时应第一采纳价钱廉价的中碳钢（如45钢），只有在载荷特别重

和有较大的冲击时，或许精细机床主轴需要减少热办理后的变形时，或许轴向挪动的主轴需要需要保证其耐磨性时，才考虑选择合金钢。

当主轴轴承采纳转动轴承时，轴颈能够不淬硬，但为了提升接触刚度，防备敲碰损害轴颈的配合表面，许多45钢主轴轴颈仍进行高频淬火（48-54HRC）。

当采纳滑动轴承时，为减少磨损，轴颈表面一定有很高的硬度。

所以往常在轴颈处进行高频淬火；对大直径主轴也可用火焰淬火来提升其表面硬度；对受较大冲击的主轴，可用15或20钢，并在轴颈表面渗碳、淬火及回火。

主轴资料常采纳的

有45钢、GCr15等，需经渗氮和感觉加热淬火。

机床主轴常用的资料及热办理要求，拜见下表

表3-1主轴常用的资料及热办理要求

钢

热处理

用

途

材

调质22～28HRC

轻中载荷主轴

40Cr

淬硬40～50HRC

中重载荷，局部表面要求较硬的主

GCr15

高频淬硬56～65HRC

轴

20Cr

渗碳淬硬56～62HRC

滑动轴承的主轴轴颈

重载荷，轴颈处需要高硬度或冲击

9Mn2V

淬硬50～60HRC

性较大的主轴

38CrM

氮化办理850～

高精度主轴，热办理变形较小

oAlA

1000HV

高精度主轴，保证热办理变形小

50Mn2

调质28～35HRC

轻中载荷主轴

综合以上阐述主轴资料选择38CrMoAlA，热办理采纳氮化办理850～1000HV。

磨削主轴进给系统设计计算

零零件选择

电机的选择

[13]

双端面磨床加工工件时，磨削主轴进给的工作丝杠螺母副是垂直安装的，其要求的主轴进给分辨率要达到1微米，沟通伺服电机的控制精度由电机轴后端

的旋转编码器保证，拥有控制精度高，矩频特征好，拥有过载能力，加快性能好等优。

长久以来，在要求调速性能较高的场合，向来占有主导地位的是应用直流电动机的调速系统。

但直流电动机都存在一些固有的弊端，如电刷和换向器易磨损，需常常保护。

换向器换向时会产生火花，使电动机的最高速度遇到限制，也使应用环境遇到限制，并且直流电动机构造复杂，制造困难，所用钢铁资料耗费大，制造成本高。

而沟通电动机，特别是鼠笼式感觉电动机没有上述弊端，且转子惯量较直流电机小，使得动向响应

更好。

在相同体积下，沟通电动机输出功率可比直流电动机提升10﹪～70﹪。

综上所述，决定采纳沟通伺服电机。

传动零件的选择

滚珠丝杠副的选择在前方的方案剖析中已经做过介绍。

选择滚珠丝杠螺母副

达成系统的进给。

导向零件的选择

因为双端面磨床加工时的定位精度要求很高，，所以这里采纳转动直线导轨，

它主要有以下长处：

（1）摩擦系数小摩擦系数一般小于0.005，运动灵巧

（2）摩擦力小，故而驱动功率也相应减小

（3）动静摩擦系数基真相同，随动性好，可提升系统的响应速度和敏捷度

（4）运动速度高，刹时可达一般直线导轨的10倍以上。

（5）定位精度高，重复精度也高，运动安稳，微量挪动正确；

（6）寿命长使用耐磨资料制作，摩擦小，精度保持性好。

成对使用导轨副时，因为偏差均化效应，从而降低基础件（导轨安装面）的

加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。

沟通伺服电机与丝杠的连结方式

因为沟通伺服电机要求的分辨率很高，且沟通伺服电机和丝杠之间的传动一定精准，以达到主轴进给的精度要求，所以步进电机和丝杠之间采纳联轴器直接连结。

这里我们采纳了膜片式联轴器，因为它拥有以下长处：

（1）膜片联轴器使用寿命长，一般是齿轮式联轴器的五倍左右。

（2）膜片联轴器不存在径向空隙问题，旋转空隙很低，精度更高。

（3）构造紧凑，强度高。

（4）不受温度和油污影响，拥有耐酸、耐碱、防腐化的特色，合用于高温、高速条件下的轴系传动。

（5）膜片联轴器与齿式联轴器对比，没有相对滑动，不需要润滑、密封、无噪声。

零零件设计校核

沟通伺服电机设计校核[5][13]

（1）工作机输入功率的计算

磨削主轴和主轴工作台的重量大概为50Kg，主轴工作台与滚珠导轨之间的

摩擦系数为

所以工作台所受的摩擦力问为

fFwWμmgμ

（3-4）

主轴工作台转矩的计算：

TL=

ftsp

19.65

19.5Nmm

（3-5）

2πηsi

2π0.81

因为主轴工作台丝杠的最高速度为

160cm/min，即0.03m/s

取w为

能够算得

Fwvw

（3-6）

Pw=1000

1000

（2）电动机所需的输出功率P0的计算

查《机械设计手册》可知：

联轴器

转动轴承

=联轴器

转动轴承

（3-7）

=Pw

0.632（W）

（3-8）

查机械设计手册，依据以上算得的数据，选择适合的沟通伺服电机。

丝杠螺母副的设计校核[13][17]

（1）计算最大工作载荷Fm

考虑导轨滑动摩擦系数为0.05，已知工作行程轴向负荷490N，占工作时间

的85%，快进快退行程轴向负荷490N，占工作时间10%，加工过程短路快速回退轴向载荷490N，占工作时间的5%。

工作台工进速度0.27mm/s,快进快退速度为

4mm/s,快速回退速度为8mm/s。

工作台所带主轴自己的负载为：

此时工作台所受的协力

F=W=490N

丝杠转速计算

n1=V11r=0.27mm/s1r

Ph5mm

n2=V2

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