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1、黑龙江工程学院本科生毕业设计I摘 要用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床，它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的。随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展4，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至4m、磨削精度高达0.025m。本课题是对设计一台气缸体表面加工用的专用磨床，气缸体作为重要的工艺要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制约产品质量的一个瓶颈问题，如何能使气
2、缸体的表面粗糙度和平面度达到技术要求。关键词：磨床；平面磨床；专用磨床；磨削加工；气缸体ABSTRACTAbrasives (grinding wheels, abrasive belt, Whetstone, and abrasive, etc.) as a tool cutting machine tools, collectively known as the grinder, they are developed due to the need of finishing and hard surfaces. With mechanical precision, reliability
3、and lifetime requirements of continuous improvement and increased application of new materials, grinding technology is moving in the ultra-hardness of abrasives, the development of sophisticated and ultra-precision grinding (grinding to micron, submicron nano-grinding development) and the developmen
4、t of high accuracy, high stiffness, and multi-axis automation grinder direction 4, such as for ultra-precision grinding resin combined with the average radius of the diamond grit grinding wheel can be as small as 4m, grinding accuracy of up to 0.025m.This topic is a special grinder, with the surface
5、 finish of the design of a cylinder block and cylinder block as an important process requirements of precision parts, the outer surface roughness has been a bottleneck restricting the quality of products, how to make the cylinder block. surface roughness and flatness of the technical requirements.Ke
6、y words: grinder; surface grinder; special grinder; grinding; cylinder block目 录摘 要XLIVIABSTRACTXLIVII第1章 绪论V11.1 磨床的类型与用途V11.1.1 磨床的类型及其特点V11.1.2 磨床的用途VI11.1.3 平面磨削和端面平面磨床VI21.2 磨床的现状及其发展趋势VIII4第2章 总体结构设计X62.1 基本参数和设计内容X62.2 磨床总体设计X62.3 总体设计注意事项XI6第3章 磨床总体布局设计XI73.1 加工零件XI73.2 初步估计组成部分XI73.3 总体布局初步设
7、计XI73.4 纵向与横向尺寸的确定XII73.5 砂轮架相关尺寸设计XIV103.6 头架相关尺寸的确定XVII123.7 尾架相关尺寸的确定XVII133.8 工作台XVIII133.9 横向进给机构XVIII133.10 砂轮修整器XVIII133.11 液压系统XVIII133.12 电气部分XVIII133.13 机床保护系统XVIII14第4章 部件设计（砂轮架）XIX154.1 砂轮架设计的基本要求XIX154.2 主轴旋转精度及其提高措施XX154.3 主轴轴承系统的刚性XX154.4 砂轮架主轴初步设计XX154.5 主轴刚度校核XXI164.6 动静压轴承XXII174.7
8、 传动装置设计XXIII18第5章 床身与导轨XXX255.1 床身设计XXX255.1.1 床身结构的基本要求XXX255.1.2 床身的结构XXX255.1.3 床身的截面形状XXXI265.1.4 钢板焊接结构XXXI265.1.5 箱体封沙结构XXXI265.2 导轨设计XXXI265.2.1 对导轨的要求XXXI265.2.2 滑动导轨XXXI265.2.3 贴塑滑动导轨XXXII275.2.4 导轨结构XXXII275.2.5 导轨设计XXXIII285.2.6 导轨的材料XXXIII28第6章 主传动系统结构设计XXXIV296.1 主传动系统的设计要求XXXIV296.2 主传
9、动变速系统的设计XXXIV296.3 选择主轴电机XXXV306.4 高速带的设计计算XXXVI31第7章 控制系统设计XXXIX347.1 确定硬件电路的总体方案XXXIX347.2 主控制器CPU的选择XXXIX347.3 存储器扩展电路设计XXXIX347.4 I/O口扩展电路设计XL357.5 交流伺服电机驱动电路XL357.6 主轴电机驱动电路XL357.7 越界报警XLI36结论XLII37参考文献XLIII38致谢XLIV39第1章 绪论1.1 磨床的类型与用途1.1.1 磨床的类型及其特点用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床（英文为Gri
10、nding machine），它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的1。磨床种类很多，主要有：平面磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等2。对平面磨床来说，又可分为普通平面磨床、万能平面磨床、无心平面磨床、 宽砂轮平面磨床、端面平面磨床等。以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。磨床与其他机床相比，具有以下几个特点：（1）磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在35m/s左右，目前已向200m/s以上发展）；（2）它能加工表面
11、硬度很高的金属和非金属材料的工件；（3）它能使工件表面获得很高的精度和光洁度；（4）易于实现自动化和自动线，进行高效率生产；（5）磨床通常是由电动机油泵发动部件、通过机械、电气、液压传动-传动部件带动工件和砂轮相对运动-工件等部分组成1。1.1.2 磨床的用途磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。随着科学技术的发展，对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。精密铸造和精密锻造工艺的发展，使得有
12、可能将毛坯直接磨成成品。高速磨削和强力磨削，进一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范围日益扩大。它在金属切削机床所占的比重不断上升。目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达（30-40）%。据1997年欧洲机床展览会(EMO)的调查数据表明，25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占23%， 钻削占22%，其它占8%；而磨床在企业中占机床的比例高达42%，车床占23%，铣床占22%，钻床占14%3。由此可见，在精密加工当中，有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的，而精密磨削加工要在相应的精密磨床上进行，因此精密磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。但是要实现精密磨削加
13、工，所用的磨床就应该满足以下几个基本要求： （1）高几何精度。 精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。主轴轴承可采用液体静压轴承、短三块瓦或长三块瓦油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。当前采用动压轴承和动静压轴承较多。主轴的径向圆跳动一般应小于1um，轴向圆跳动应限制在（2-3）um以内。（2）低速进给运动的稳定性。 由于砂轮的修整导程要求（10-15）mm/min，因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。（3）减少振动。 精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。故对于精密磨床，在结构上应考
14、虑减少振动。（4）减少热变形。 精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的50，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。1.1.3 平面磨削和端面平面磨床（1）平面磨削在平面磨削过程中，工件是安装在两顶尖的中心之间，砂轮旋转是引起切削旋转的主要来源和原因。基本的平面磨削方法有两种，即横磨法磨外圆和纵磨法磨外圆，如图11和图12所示。事实上，平面磨削可以通过其他以下几种方法来实施。1）传递方法：在这种方法中，磨削砂轮和工件旋转以及径向进给都应满足所有的整个长度，切削的深度是由磨削砂轮到工件的纵向进给来调整的。2）冲压切削方法：在这种方法中，磨削是通过砂轮的纵向进给和无轴向进给来
15、完成的，正如我们所看到的，只有在表面成为圆柱的宽度比磨削轮磨损宽度短时，这种方法才能完成。图1.1 横磨法磨外圆图1.2 纵磨法磨外圆3）整块深度切削方法：除了在磨削过程中，要进行间隙调整外，这种方法与传递方法很相似，同时这种方法具有代表性，除了磨削短而粗的轴。（2）端面平面磨床及其特点端面平面磨床是平面磨床的一种变形机床，它宜于大批量磨削带肩的轴类工件，有较高的生产率。它的特点如下：1）这种磨床的布局形成和运动联系与平面磨床相似，只是砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度（通常10，15，26.23，30，45），如图13所示，数控端面平面磨床MKS1632A的砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜30。为避免砂轮架与工件或尾架相碰，砂轮安装在砂轮架的右边，从斜向切入，一次磨削工件外圆和端面。2）由于它适用于大批量生产，所以具有自动磨削循环，完成快速进给（长切入）-粗磨-精磨-无花磨削。由定程装置或自动测量控制工件尺寸。3）装有砂轮成
