M1432B外圆磨床主轴系统改造设计开题报告

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1、 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：陈祖栋学 号：05010114专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：M1432B外圆磨床主轴系统改造设计指 导 教 师:曲 波 陈 涛2009年 3 月 22日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署

2、意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 本文系统介绍了磨床与磨床主轴系统的组成、主要特点、近年的

3、发展概况、并从实际规划角度出发，全面系统地介绍了主轴系统的规划方法和设计构思，并且进行了一定程度的整理，在经济实用的基础上提出改造的方案。关键词 主轴 轴承 刚度 1 引言 近年来磨削的相关技术逐渐地成熟, 已成为正在迅速崛起的一项先进制造技术, 对机械制造业发展产生了深远的影响。实现高质量磨削的关键技术是研究开发性能优良的高速磨床, 因此自20 世纪80年代中期以来, 开发高速磨削机床便成为国际机床工业技术发展的主流1。目前适应高速磨削加工要求的高速加工中心和其它高速磨床在工业发达国家已呈普及应用的趋势, 而我国也正在加快发展高速加工中心的生产、研究和应用。正是基于机床发展的这种趋势, 因此

4、主轴设计的优质也成为一个值得关注的问题。2 对主轴系统的要求 磨床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别2。磨床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。磨床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现砂轮与工件的快速的相对磨削运动。在20纪60-70年代，磨床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着磨削技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求：2.1 调速范围及恒功率范围 保证加工时选用合适的磨削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量5。特别对

5、于具有适应各种工序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴能在较宽的转速范围内自动实现无级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1100，恒功率调速范围也可达130，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min3。主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。2.2 具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低3。 加工精度的提高与主轴系统的精度

6、密切相关4。为了提高传动件的制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增加耐磨性。最后一级一般用斜齿轮传动，使传动平稳。采用带传动时应采用齿型带。应采用精度高的轴承及合理的支撑跨距，以提高主轴的组件的刚性4。在结构允许的条件下，应适当增加齿轮宽度，提高齿轮的重叠系数5。变速滑移齿轮一般都用花键传动，采用内径定心。侧面定心的花键对降低噪声更为有利，因为这种定心方式传动间隙小，接触面大，但加工需要专门的刀具和花键磨床。2.3 良好的抗振性和热稳定性。 加工时，可能由于持续磨削、运动部件不平衡以及切削过程中的自振等原因引起冲击力和交变力，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙

7、度，严重时甚至可能损坏主轴系统中的零件，使其无法工作。主轴系统的发热使其中的零部件产生热变形，降低传动效率，影响零部件之间的相对位置精度和运动精度，从而造成加工误差5。因此，主轴组件要有较高的固有频率，较好的动平衡，且要保持合适的配合间隙，并要进行循环润滑11。3 主轴组件的刚度计算机床主轴往往有较高的刚度要求, 因此, 轴承直径的尺寸往往较大, 根据这些轴承直径尺寸所选定的滚动轴承, 其疲劳寿命往往是富裕的, 因此常常不需要作疲劳寿命的计算, 这类轴承的选择主要取决于其精度和刚度6。而主轴的轴向刚度完全取决于轴承的轴向刚度, 下面主要对主轴组件的径向刚度进行校核计算。3.1 支承的简化先将主

8、轴组件简化为主轴组件计算模型, 由于一对背对背角接触球轴承只承受轴向力, 故可将支承点简化为双列圆柱滚子轴承中心6。3.2 主轴刚度计算已知主轴前轴承的轴承内径,后轴承的轴承内径,跨距,主轴前悬伸,主轴孔直径,前轴承预紧量,后轴承预紧量,主轴前端加载的力,就可以通过公式计算主轴的径向刚度为7。4 磨床的发展概况磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床7。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等8。磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石9。磨床能

9、作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件9。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。1

10、900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等10。自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度达6080米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。随着高精度、高

11、硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等11。外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。内圆磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨床仅适于单件、小批生产12。自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。平面磨

12、床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床；无心磨床通常指无心外圆磨床，即工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中13。工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。轴承套圈磨床是磨床的一个重要分支14。我国的轴承套圈磨床已经全部实现了自动化生产，现在正在使用的大批量高精度的轴承生产已经广泛采用自动线生产，代表着世界先进水平的轴承

13、磨超自动线已经大量的出口世界各地。我国的轴承磨床制造企业为我国的精密磨床发展做出了卓越的贡献15。5 结束语我想要进行的M1432外圆磨床的主轴改造设计，将对主轴进行整体的结构设计及优化。将以方案设计和关键零部件设计为主要任务，以支撑传动轴承载能力校核为训练手段，以经济使用、造型美观、节能先进为目标。尽力设计出一个优质高效又节约能源的主轴系统。参考文献1机械设计图册，上海:上海科学技术出版社，1979，06.2 任敬心，华定安.磨削原理，西安：西北工业大学出版社，1988.3 余顺， 陈庭，李志明.数控凸轮磨床高刚度液体静压轴承磨头的研究J.湖北工业大学学报,2006.4 胡庆。浅谈静压轴承的

14、特点J。设计及修复。 工具技术. 2006.5 朱有洪，刘建亭，杨建玺. 液体静压轴承薄膜节流新结构的设计分析J. 轴承. 2008,(3):27-30. 4 庞志成， 陈世家. 液体静压动静压轴承M. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 1991,12.6 范云涨，陈北年.金属切削机床设计简明手册，北京：机械工业出版社，1992. 7 戴曙.金属切削机床，北京：机械工业出版社，1995.10. 8 濮良贵，纪名刚.机械设计，北京：高等教育出版社，1996. 9 曾志新，吕明.机械制造技术基础在，武汉：武汉理工大学出版社，2001.10 孙恭寿，汤锡金.磨床精华与改造，北京：机械工业出版社，19

15、86. 11 徐灏. 机械设计手册，北京：机械工业出版社，1991. 12 冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，1999. 13 磨床设计制造.上海：上海人民出版社，1983. 14 邓星钟等.机电传动控制，武汉：华中理工大学出版社，1998. 15 实用机床附件手册，河南：河南科学技术出版社，2001,2. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1 需要解决的问题：合适选择主轴系统装置，主轴系统一般由主轴、主轴电机、主轴箱及主轴轴承等零件组成。 主轴主轴是磨床加工零件的动力输出部分，主轴的旋转精度与定位准确性，是影响磨床磨削精度

16、的主要因素。设计主轴是重要的问题是选取合适的参数，计算出必要的刚度，这样才能保证主轴的稳定性和精度。 主轴电机一般是指单独的驱动电机，通过直联、齿轮传动、皮带传动等形式，驱动主轴旋转。 主轴箱主轴相作用就是把电动机的转动传递到主轴上，通过不同传动比的搭配 达到降低主轴转速和提高主轴扭矩的目的，同时可以起到一些支撑的作用。 主轴轴承主轴轴承是由实心内圈、外圈、球、以及带有实心窗口保持架的保持架组件构成的单列角接触球轴承。它们不可拆除。这些轴承可以是开口的，也有密封的。轴轴承的公差有限。它们特别适于需要非常高导向精确性和速度能力的轴承布置。它们特别适合于机器工具中轴的轴承布置。2 将采用的设计步骤

17、：对于这次的设计，首先我想有必要弄清楚这台机床的主要用途和一些特性，在对这个机床具备了一定认识的基础上进行改造设计，这样会取得更好的效果。然后要弄明白这台机床的主要规格和一些参数，这样对于各个零部件的选择有非常大的作用。然后对机械传动系统进行设计，包括了机械传动的原理图、机械传动、主轴系统的设计与计算、轴承的选择与计算、传动轴承载能力核算、蜗杆齿轮和丝杠螺母的选择。再进行液压系统的设计，包括了液压原理图、液压传动、液压管路图、液压元件的选择。随后是电气系统的设计，包括了电气原理图、电气原理说明、电气设备的选择、电气互连图、电气设备的安装图、配电板位置图，然后是冷却系统的设计。再是润滑系统的设计

18、。再进行机床的操作，包括了机床开动步骤，机床操作件的选择等。最后，则是对机床的维护与检修的设计。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：该生在文献综述中，对磨床的主轴系统进行了较为详细的介绍，对主轴的调速方法和刚度计算有一定的介绍，并对其磨床的发展现状进行了较为详尽的综述，紧扣研究课题。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：该课题要求学生从理论方面设计出磨床的主轴系统、供油系统及其附属元件，其中涉及到液压传动，及齿轮传动计算与主轴的设计，以及电气知识地应用。其课题深度适中，工作量符合本科毕业设计地要求。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日