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1、课题名称：电解仿形外圆磨床的设计系 别： 机 械 工 程 系 专 业： 机械制造工艺及设备 班 级： 机制98-3 导 师： 周 利 平 姓 名： 张 代 军 日 期： 2002-05 目录目录 摘要 2第一章绪论 3第二章电解磨削的基本原理和特点 6第三章 总体方案设计8 31 细长轴加工方法的特点 832 电解磨的实现方式 833 总体方案设计 9第四章 设计计算 1341 砂轮架的设计 1342 仿形机构的设计25第五章 设计说明 2951润滑与密封2952使用、维修和保养30第六章设计评价30第七章设计总结31致谢32参考文献33摘要：“顶头”是无缝钢管轧制设备的关键部件，属于高硬材料
2、、变径截面的细长零件。该零件的磨削加工在普通机床上很难达到设计要求。本机床采用电解仿形外圆磨配合拉伸装夹方式，能很好地满足这一要求。关键词：特种加工、高硬材料、变径截面、细长零件、电解、仿形、外圆磨、拉伸装夹。Abstract: Fixture vertex,which is the key part of non-seam steel pipe manufactures equipment that is in use of grating,attributes to high stiffness materials,long and slim workpiece that diameter
3、 section is changeable.The grinding processing is not easy to attach the ideal design requirment on ordinary machine tools. That an improved fixture which can exert tensile forces on it works in electro-chemical grinding could resolve the machining requirment very well.Key Word:special processing、hi
4、gh stiffness materials、changeable section、long and slim workpiece、electro-chemistry、imitation shape、grinding extern surface、improved fixture.第一章绪论近年来，无缝钢管在各行各业应用空前广泛。大大小小的各类无缝钢管生产厂纷纷建成投产。随着我国经济的飞速发展，现代化建设步伐的急剧加快，对无缝钢管的质量要求也越来越高。为了生产品质更好的更具竞争力的产品，不少厂家不惜投入巨资改造生产设备，引进生产线。图11长城协和钢管有限公司引进的KPW25和KPW75冷轧管机
5、，是轧制不锈钢无缝钢管的进口设备，所需零件“顶头”为易损件，且需求量大。但该零件非常特殊，既是难切削的高硬材料，又是低刚度的细长杆件，还是难以控制的变径截面（图11为各规格中制造难度最大的零件图），故加工难度非常大。目前国内尚无成熟的加工方法，用普通机床加工，不但废品率高，而且很难达到设计要求。长期以来，一直以每根800美元左右的高价进口。为此，厂方向我们提出此课题，并要求以高精度高价位和低精度低价位，两个档次方向开发产品设备，以满足不同层次客户对产品的要求。经过研究对比，鉴于该零件的特殊性，课题组拟定采用电解磨削加工，高档次设备采用数控方式实现；而低价位设备采用机械仿形方式设计。我参加了后者
6、的部分设计，已取得阶段成果。毕业设计是大学四年来的最后一次设计，在我的脑海中，它的地位特别重要和特殊。因为，要完成毕业设计，就得综合运用大学四年及以前所学知识，它是对以往所学知识与能力的检验。它标志着自己思想的成熟，标志着自己将由一个学生转变为一个受过高等教育的学生，标志着自己即将跨出校门，去面对一个五彩缤纷的极具挑战性的崭新世界！走上工作岗位，迈向社会，对我们来说一切都是新的，而且肯定有着不少困难，却让人欲退不能，唯一的选择就是前进，面对！因此，在这毕业前夕，想得最多的就是如何去面对！在校时间已极为有限，为了利用在校时间多学一些知识，拓宽自己的视野，学会面对新事物，同时，为了强化自己的工程意
7、识，进行工程训练，提高工程实践能力，培养自己综合运用多学科的理论、知识与技能，解决具有一定复杂程度的工程实际问题的能力，让自己树立正确的设计思想和掌握现代设计方法，培养自己严肃认真的科学态度和严禁求实的工作作风，培养优良的思维品质，培养自己勇于实践、用于探索和开拓创新的精神。 本设计说明书共分为八章，电解仿形磨床的原理和设计以及相关知识作了较全面的描述，充分反应了毕业设计的全过程和内容。其各章节依此为：第一章“绪论，概要介绍本课题的产生背景，现状及未来；第二章“阐述了电解磨削的原理及实现方式；第三章较详细地阐述了该机床砂轮架及其组件的设计；第四章详细对电解仿形外圆磨床的砂轮架、仿形机构和横向进
8、给机构进行设计计算；第五章为设计说明；第六章对整个设计的优缺点作了详细分析和评价；第七章作出设计总结。但本说明书只是本毕业设计的一部分，它与所绘的模具结构图和零件图一起才完整地构成本次毕业设计。整个设所有的图纸均使用CAXA华正电子图版绘制，由于涉及经费限制，有些图纸没能打印出来，但已刻录在本组资料光盘上，如有疑问请参阅光盘数据。因时间有限，所以如是已单独绘出的装配图或零件图，在说明书中就不再附后了。第二章 电解磨削的基本原理和特点 电解磨削属于电化学机械加工的范畴。电解加工具有较高的生产率，但加工精度不易控制。电解磨削是由电解腐蚀作用和机械磨削作用相结合进行加工的，比电解加工具有较好的加工精
9、度和表面粗糙度，比机械磨削有较高的生产率。如图21所示，被加工工件（硬质合金）接直流电源的阳极，电解砂轮接阴极，工件以一定压力直接压在砂轮面上。加工区域中送入电解液，在电解和机械磨削的双重作用下，硬质合金很快被加工，并能达到磨削精度。图21图22图22所示为电解磨削加工过程原理图，图中1为磨料沙粒，2为导电砂轮的结合剂，3为被加工工件，4为电解产物（阳极薄膜），间歇中被电解液5充满。电流从工件3通过电解液5而流向砂轮，形成通路，于是工件表面的金属在电流和电解液的作用下发生电解作用（电化学腐蚀），被氧化成为一层极薄的氧化物或氢化物薄膜4。但刚形成的阳极薄膜迅速被导电砂轮中的磨料刮除，在阳极表面上
10、又露出新的金属表面并被继续电解。这样，由电解作用和刮除薄膜的磨削作用交替进行，使工件连续地被加工，直至达到一定的尺寸精度和表面粗糙度。第三章 总体方案设计 3-1 细长轴加工方法的特点细长轴刚性差，对于切削力、振动和切削温度十分敏感。根据细长轴的特性，加工时必须增强工件刚性，常规工艺加工细长轴一直很困难。目前加工细长轴，普遍存在着质量差、生产效率低的问题，即使采用限制切削用量的措施，也会产生弯曲变形和振动，难于获得所要求的几何形状精度。如果采用根刀架、中心架，增加工件的支承，提高工件的刚性，也难于加工出较高的精度和所要求的表面粗糙度。在加工过程中，工件吸收热量而伸长，会加剧工件的弯曲变形，故加
11、工细长轴时，生产效率低、质量差，其原因也在于此。在本课题所研究的加工对象中，因为是变截面轴，更不可能采用根刀架、中心架。因此，近年出现了一种新的拉伸装夹方法。它是在不影响切削加工的前提下，是细长轴预先受到轴向拉力的作用。这样，余架的轴向拉力替代了轴向压力，切削力弱视图是细长轴弯曲，则必须先克服轴向拉力，因此大大提高了细长轴的抗弯刚度和抗振性。同时，由切削热产生的轴向膨胀伸长，被拉夹头内部相应的结构所抵消或因与拉伸变形量所抵消。这说明在细长轴车削中，轴向拉夹法比轴向压夹法优越。若同时用其他行之有效的的工艺措施，可提高细长轴的加工精度和生产率。所以，本设计我们采用拉加方式。3-2 电解磨的实现方式
12、本设计中，考虑到被加工工件是变径截面，采用的是仿形电解磨削。所以只能选择圆弧轮廓砂轮，故其与工件相当于点触。如果仍然以砂轮作导电轮，则电解效果很不好。经筛选比较，发现采用单独的金属电极效果要好得多。其原理与前述一样，只是形式稍有不同，图3.21所示。图3.213-3 总体方案设计一、方案拟定经分析和比较，本课题所设计的机床有两种总体布局方案比较合理。方案一：仿照车床布局（如图3.31所示）；图3.31方案二：仿照磨床布局（如图3.32所示）。二、方案比较与论证1） 方案一仿照车床形式的布局，最大优点是刀架移动，而工件不纵向移动，整体轴向和径向尺寸小，占用空间少。其次是，这种方案加工过程中移动部
13、件质量小，功率消耗小，比较经济。但也正是因为它的优点，使得加工过程中移动砂轮的道轨不可能做得太长，而且砂轮架体积和重量都必须受到限制，这使得砂轮架的稳定性比较差，在横向方向的位置精度不易保证，从而导致加工精度降低。图3.322） 方案二仿磨床形式的布局，加工过程中工作台和砂轮架都作相对运动。工作台移动和砂轮移动的导轨都比较长，它的导向性能较方案一要好得多，稳定性比较好，所以，加工精度能得到保证。但是，它的体积相对方案一要大，而且消耗功率较大。三、结论机床总体布局，是解决机床各部件间的相对运动和相对位置的关系，并使机床具有一个协调完美的造型。工艺分析和形状、尺寸和重量，在很大程度上左右着机床的布
14、局型式。工艺要求决定了机床所需的运动。每个运动均由相应的执行部件来完成，通过传动解决各部件之间的相对运动关系。机床的布局受多方面的影响，李如机床的性能、操作、观察与调整，排屑和防护。机床总体布局的设计是带有全局性的一个重要问题，它对机床的部件设计，制造和使用都有较大影响。机床的运动由工艺要求而定，然而，工艺要求所确定的仅是相对运动。运动的分配还与其它因素有关。决定部件运动关系的因素之一是坯料的形式。机床运动的分配，还应考虑占地面积的大小和工件的重量。这里，所要加工的工件重量不大，所以纵向进给由工件完成比较好。以上几个方面看两种方案，各有优缺点。如果单从经济的角度讲方案一显然比较好，但从精度角度讲方案二又有它的优势。因为，它的造型为字形，重量分布均匀。这样加工时砂轮架在对称平稳的后床身导轨上运动，而方案一则不然，它的砂轮架在床身导轨一侧，使整个机床结构不稳定。而且砂轮架的道轨很短，这更导致了它的精度及稳定性下降。而这些正是方案二的优势所在，加之它的加工
