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1、大学毕业设计- 1 -毕业论文-齿形磨床磨头部分设计1 前言1.1 课题背景齿形磨床经过八十余年发展和科研人员的长期努力，已从单一产品演变到多系列、多规格，从传统的机械式到采用数控技术，从氧化铝砂轮到采用 CBN 砂轮，使机床精度、性能和加工效率不断提高，而操作日趋简捷方便。现已形成七个系列200 余种规格的齿形磨床，按标准化分为碟形双砂轮系列（Y70） 、锥形砂轮系列（Y71） 、蜗杆砂轮系列（Y72） 、成型砂轮系列（Y73） 、大平面砂轮系列（Y74） 、内齿轮砂轮系列（Y75） 、摆线齿轮系列（Y76） 。中国的齿形磨床研究制造已有四十余年历史，从八十年代初至今近二十多年间发展较快，制
2、造出七个系列 60 余种规格的齿形磨床。其中 1997 年由秦川机床集团有限公司研制成功的 YK7250 蜗杆砂轮齿形磨在国际机床博览会上被有关专家誉为“具国际水平的机床” ，标志着中国齿轮磨床制造技术水平跨入世界先进行列。1.2 国内外研究现状随着科学技术和经济的发展，齿形加工业对于齿形加工机床的性能要求不断提高，反之，齿形加工机床制造业对于齿形加工又具有导向作用，形成有机的联动发展。为此，一批能适应社会科技和经济发展节拍的新产品应运而生；反之，则被淘汰。这在齿形磨床制造业中尤为突出。像瑞士马格公司（Magg）七十余年来一直以其生产的碟形双砂轮齿形磨床在国际市场独显风采，作为磨齿机中最高精度
3、的代表产品，采用展成磨削原理，及其它技术措施，可磨削出三级以上精度的齿形。但是，马格磨齿机亦有不足之处，主要是：效率低 展成磨削为点接触加上碟形砂轮自身强度、刚度限制，不能作深切或强力磨削；生产成本高 所需的特殊附件多，如缺口分度板齿数须和工件齿数相匹配，工作基圆要与滚圆盘的直径一致等，工作种类愈多，所需附件愈多。国内曾研制出 Y7032A、Y7063A、Y7160 等碟形双砂轮齿形磨，其中原秦川机床厂制造的 Y7032A，其主要性能均达到马格公司同类产品 SD-32-X 碟形双砂轮齿形磨水平，荣获国家科技进步一等奖。但是，由于高效蜗杆砂轮磨齿机制造技术的成熟应用，碟形双砂轮磨齿机的市场占有率
4、逐年缩小。1.3 主要研究内容本课题研究的锯片齿形磨床主要对圆锯片的刃部进行研磨，可以对刃部进行后大学毕业设计- 2 -刀面加工、前刀面加工等。本课题主要完成的研究内容如下：（1）齿形磨磨床机械系统的结构设计，重点对磨头部分的设计。（2）齿形磨磨头部分的电气液压控制系统设计。a、机械系统设计本课题的机械部分主要研究齿形磨的主要功能结构，我们设计的齿形磨床主要有中枢机构、定位机构、翻转部分、磨头部分、夹紧机构、主传动机构组成。我们主要对齿形磨磨头部分进行了重点设计，其他部分了解其大体结构，知道其功能，并未有对机械结构进行具体设计。b、 齿形磨床磨头部分电气液压控制系统设计我们设计的齿形磨采用电气
5、液压控制，利用 PLC 来控制齿形磨床自动加工。1.4 小结我们这次的毕业设计，因为时间及个人能力问题，在查阅大量有关齿形磨文献及资料后，对齿形磨各部分进行了大体设计，具体机械结构没有设计，只对齿形磨磨头部分进行了重点具体设计。齿形磨采用电气液压控制，控制用 plc。大学毕业设计- 3 -2.锯片齿形磨床的设计介绍 图 1 齿形磨主体结构外形图1、 去刺电机机座 2、光杠 3、丝杠 4、中枢装置 5、磨头装置 6、定位装置7、立柱旋转控制部分 8、大臂旋转控制部分 9、锯片手动调节部分 10、机座去刺电机座把光杠固定在机床基座上。丝杠带动中枢装置在光杠上左右移动。锯片安装在中枢装置上，中枢机构
6、固定定位锯片的作用。锯片可以在中枢装置上旋转，在程序控制之下，当磨头部分磨完一个齿形后，锯片就转动一个齿，磨头就进行下一个齿的磨削，这样实现锯片的自动加工。定位装置主要夹住锯片，但不能加死锯片，定位装置只是让锯片在加工过程中向两边摆动，而且锯片可以旋转，因此定位装置不能夹住锯片的力应该适当，即能夹住锯片不让锯片向两边摆动，又能不加死锯片，锯片能旋转。工人师傅通过 9 锯片手动调节部分来调节加紧力的。磨头装有磨片（见图） ，对锯片齿形进行加工。磨头通过轴与立柱旋转控制部分连接在一起，并且磨头可以旋转。立柱旋转控制部分与大臂旋转控制部分也是通过轴连接在大学毕业设计- 4 -一起。大臂旋转控制部分固
7、定在基座上，立柱旋转控制部分通过轴可以旋转，带动磨头旋转。图 2 一种磨片结构 2.1 中央驱动机构图 3 中央驱动机构部件图中央驱动机构主要结构有锯片装卸架、中枢主轴、大齿轮、小齿轮、大同步皮带轮、小同步皮带轮、皮带轮、转盘。通过锯片装卸架把锯片装在中枢驱动机构上。手动转动转盘，转盘带动小同步皮带轮转动，小同步皮带轮通过皮带传动带动大同步皮带轮转动，再通过大小齿轮的传动带动中枢主轴转动，继而带动锯片转动。中央驱动机构用于从中心位置逐齿地转动锯片，并把齿准确定位以进行研磨。根据锯片直径，惯量有所不同，从中央驱动机构驱动锯片的圆周速度也不同,要把锯大学毕业设计- 5 -齿准确定位，对所有锯片来讲
8、，使锯齿定位停住所需的力必须相同。圆周速度也应跟对应齿间距的定位销的绕轴旋转运动相适配。这两个参数值可按锯片外径进行调整。锯片移入并定位：锯片用电机驱动进入研磨位置。当按下开始按钮时，锯片旋转，且液压锯片夹紧装置打开直到按钮放开。锯片装卸架（中央驱动）可轴向移动，以避免在安装锯片时跟锯片及锯片夹紧机构相碰。移动锯片到齿恰好在夹紧压板的上面，然后旋转入定位机构。为了使定位销对着齿的正确位置，旋转位 3 的手轮及锯片。注意定位销约在距齿顶面 2mm 接触齿表面。2.2 锯片夹紧机构图 4 锯片加紧机构部件图锯片夹紧机构主要部件有限位板 1、限位板 2、防护罩、转动手柄、转动轴、大小带轮、皮带、弹簧
9、。锯片的锯齿加紧在限位板 1、2 之间，限位板的加紧力由限位板下面的左右两个弹簧决定，而左右两个弹簧的加紧力取决于弹簧的伸缩长度。我们可以转动手轮带动转动轴转动，转动轴带动皮带轮，进而带动弹簧的伸缩程度，控制定位机构对锯片齿的加紧力。本机床配有一固定夹紧机构。锯片轴向偏移由在中央驱动机构上的锯装卸架来进行补偿。前夹紧压块是可调的固定好的压块，据此可设定锯片厚度。刻度套筒转 1 圈等于 1.5mm 厚，1 个刻度等于 0.2mm 厚。后夹紧压块是放松的，在液压系统有压力大学毕业设计- 6 -时夹紧。有一压力弹簧保留一定的夹紧力，使放松的压块在锯片进给时跟锯片保持接触。松开一螺钉，可以使前面和后面
10、夹紧压块绕其轴旋转，以便根据齿形和齿厚而选择合适的锯片夹紧位置。由于夹紧压块的磨损，在使用一段时间后，在读刻度时，在前压块上会产生调整偏差。新夹紧板是 4mm 厚。锯片夹紧机构对锯片具有定位作用，当磨头对锯片齿进行磨削加工时，因为圆锯片直径很大，难免会有左右摆动现象。这时锯片夹紧机构就起到作用了。锯片夹紧机构把锯片夹住，不让锯片左右摆动，使锯片在加工时不动，因此锯片保证了研磨精度。但是呢，加紧力又不能太大，在锯片研磨完一个齿后，锯片将会旋转到下一个齿。磨头对下一个齿进行加工，因此加紧力必须既能满足让锯片不左右摆动起到定位锯片作用，又能让锯片旋转到下一个齿。为了达到此功能，我们设计了弹簧加紧机构
11、，用弹簧来控制加紧力。用卡板夹住锯片，杠杆原理，下面设置弹簧。弹簧力压杠杆，杠杆带动卡板加紧锯片。并且弹簧的力可以通过手动来调节。在自动加工之前，手动调节弹簧，适当的加紧锯片。23 立柱旋转控制部分和大臂旋转控制部分图 5 立柱旋转控制部分和大臂旋转控制部分部件图立柱旋转控制部分与大臂旋转控制部分主要结构有转动轴 1、大臂壳体、转动轴 2、固定壳体。立柱旋转控制部分通过转轴 1 与磨头连接在一起，转轴 1 两端有轴承。因此磨头可以旋转。立柱旋转控制部分主要控制磨头的旋转。大臂壳体与固定壳体通过转轴 2 连接在一起。固定壳体固定在磨床基座上，固定不动。因此，大臂壳体可以通过转动轴 2 做左右旋转
12、移动。大臂旋转控制部分主要控制磨头的左右大学毕业设计- 7 -角度摆动。我们设计的齿形磨床可以对前刀面进行研磨、后刀面进行研磨、齿面开槽、齿倒棱。齿形磨的这几种功能，自动加工过程相差不多，主要是自动加工之前的手动位置调节。大臂旋转部分主要调节磨头的角度。2.4 磨头部分磨头部分是齿形磨的重要的部分，齿形磨通过磨头来研磨锯片。我们在做毕业设计时，对齿形磨查阅了大量的资料及文献，对齿形磨床进行了磨头部分是我们这次机械设计的重点。大学毕业设计- 8 -3 锯片齿形磨床磨头部分的重点设计图 6 齿形磨磨头部分主体部件外形图1、行程调整机构 2、旋转箱体 3、垂直箱体 4、丝杠副 5、丝杠 6、磨头旋转
13、轴 7、磨头壳体 8、升降油缸 9、形成导轨齿形磨磨头主要有这几部分组成，这几部分在电气液压系统控制作用下实现了磨头研磨锯片的功能。磨头在研磨锯片之前，需要电机带动磨片旋转、工人师傅调节磨头升降、调节磨头前后移动，来实现把磨头定位在加工锯片之前的合适位置。因此，在磨头实现研磨加工锯片功能，是在磨头调节位置基础上。磨头还有分功能，磨头升降调节位置、磨头前后移动调节位置、磨头旋转调节速度、磨头升降油压调整位置。磨削加工是非常广泛的，是机械加工的主要方法之一。但是，由于磨床砂轮的转速是非常高的。砂轮又比较硬、脆、经不起较重的撞击，偶然的操作不当，就会使撞碎砂轮，会造成非常严重的后果。因此，在磨床磨削
14、加工过程中，磨削加工的磨削安全条件显得非常重要。我们必须采取相应的安全防护措施。工人师傅操作磨床时，操作要集中精神，保证万无一失。此外，磨削砂轮的工件上飞溅出的微细沙大学毕业设计- 9 -屑及金属屑，也会伤害到工人的眼睛。工人若大量的吸入这种灰尘则会对身体有害，我们也应该采取相应的防护措施。磨削加工时应注意到以下安全技术问题。开车前应仔细地对磨床进行全面完整的检查，包扩操作机构、电磁设备、磁力吸盘等的检查。检查后我们再润滑，润滑后我们再试车，确定一切良好后，我们启动磨床。装卡工件时要一定要注意卡正、卡紧，在磨削过程中工件松脱动会造成工件飞出伤人或撞碎砂轮等严重不良的后果。开始工件加工工作时，应
15、用手调方式，使砂轮慢些与工件慢慢靠近，开始时进给量要小，不许用力过猛，防止碰撞到砂轮。需要用挡铁控制住工作台往复运动时，要根据工件的磨削长度，准确调好，将挡铁紧牢。 更需要换砂轮时，必须首先进行外观检查，看是否有外伤，再用木锤或木棒敲击，要求声音清脆保证确无裂纹。安装砂轮时必须按照规定的方法和要求装配，进行静平衡调试后进行安装，试车，一切检测正常后，方可使用。 工人在操作磨床的工作中要戴好防护眼镜，修整砂轮时要平衡地进行操作，防止撞击。测量工件、调整或擦拭机床必须都要在停机后进行。用磁力吸盘时，必须要将盘面、工件擦净、靠紧、吸牢，必要时可加挡铁，防止工件移位或飞出。要注意仔细装好砂轮防护罩或机
16、床挡板，站位要侧过高速旋转砂轮的正面的位置。齿形磨床用锯片来研磨齿形，锯片安装在齿形磨磨头装夹装置上。测量锯片外径与中心孔选好定心垫圈，把锯片装到锯片座上，再以锯片座的螺钉锁紧，再移动锯片座，使锯片外径的外径尺寸与刻度盘上的要求尺寸相同，然就把螺钉拧紧，就实现了锯片的加紧固定。如果锯片的旋转没有合适的松紧到位，此时锯片的前进位移会不准。因此当锯片安装后，以左手反时针方向旋转圆锯片，试试其旋转地松紧程度。如果松紧不合适的话，我们再调整螺钉的位置，使锯片的松紧程度适当。磨头主轴带动锯片旋转，锯片旋转来磨削锯片。主轴是机床的核心部件，因为主轴性能好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度与生产效率，因次主轴的性能就显得尤其重要。轴上的装配方案是进行轴结构设计的前提，他决定着轴的基本形式和性能。所谓的轴的装配方案，就是轴上主要零件的装配方式配合形式。我们设计的轴的两端采用采用过盈连接防治径向跳动，轴向用轴肩加以固定。通过皮带轮，电机带动轴旋转，可以正反旋转。3.1 磨头升降油压调整位置大学毕业设计- 10 -图 7 升降油缸结构图升降油缸调节磨头的上升与下降，升降
