2590 端面磨床X向进给机构设计

2590 端面磨床X向进给机构设计,端面,磨床,进给,机构,设计 分 类 号 密 级 宁xxx 学院毕 业 设 计 (论 文 )端面磨床 X 向进给机构设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日2诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文端面磨床 X 向进给机构设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）： 年 月 日3摘 要众所周知，制造业是国民经济的基础产业和支柱产业，是推动国家技术进步的力量。我国制造业较落后，想要改变此现状就必须提高制造业装备水平，特别是机床的数控化率。数控机床是属于高新技术集成的机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视。因此，磨床机电一体化设计成为热点。本文设计了端面磨床 X 向进给运动的设计，主要完成了：整体结构设计， X 向的结构设计计算、滚珠丝杠、直线导轨的选择及其强度分析；以步进电机为进给驱动的驱动系统及其传动机构的分析设计计算。关键词：磨床，端面磨床，进给运动，直线导轨4AbstractAs everyone knows, the manufacturing industry is the fundamental industry of national economy and pillar industry, is to promote the national technology progress power. Manufacturing industry of our country is more backward, want to change this situation, we must improve the manufacturing level of equipment, especially machine tool NC rate. CNC machine tool is a high-tech integrated mechanical and electrical integration of mechanical processing equipment, has developed industrial countries attach great importance to. Therefore, the grinder design of electromechanical integration has become a hot.This paper introduces the design of end face grinder X to feed movement design, mainly to complete the design of the overall structure,: X to structural design calculation, the ball screw, linear guide the selection and strength analysis; the stepping motor as drive driving system and driving mechanism analysis and design calculation.Key Words: Grinder, surface grinder, feed motion, linear guide5目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III第 1 章 绪论.51.1 磨床加工范围 .51.2 磨床发展历程 .51.3 磨床的分类 .61.4 安全防护 .71.5 端面磨床 .8第 2 章 端面磨床课题设计任务及要求.82.1 端面磨床的设计任务要求 .82.2 课题设计途径与方法 .9第 3 章 端面磨床总体设计方案.93.1 端面磨床总体设计 .93.2 总体设计注意事项 .103.3 端面磨床总体布局设计 .103.3.1 加工零件 .103.3.2 初步估计组成部分 .103.3.3 总体布局初步设计 .10第 4 章 端面磨床 X 进给机构设计 .114.1 丝杠传动系统的设计计算 .114.1 滚珠丝杠优点 .114.2 丝杠选型 .114.2.1 滚珠丝杠副导程的确定 .114.2.2 滚珠丝杠副的传动效率 .114.3 联轴器选取 .124.4 导轨的选型 .1264.5 滑动导轨的特点 .154.6 滑动导轨的设计 .16总 结.19致 谢.20参考文献.21宁波大红鹰学院毕业设计（论文）7第 1 章 绪论磨床(grinder,grinding machine)是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。 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。1.1 磨床加工范围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。磨床能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。 1.2 磨床发展历程十八世纪 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。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。 1900 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宁波大红鹰学院毕业设计（论文）8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。 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。1.3 磨床的分类随着高精度、高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。 (1)外圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。(2)内圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形内表面的磨床。此外，还有兼具内外圆磨的磨床。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）9(3)座标磨床：具有精密座标定位装置的内圆磨床。 (4)无心磨床：工件采用无心夹持，一般支承在导轮和托架之间，由导轮驱动工件旋转，主要用于磨削圆柱形表面的磨床。例如轴承轴支等。 (5)平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。 a.手摇磨床适用于较小尺寸及较高精度工件加工，可加工包括弧面、平面、槽等的各种异形工件。 b.大水磨适用于较大工件的加工，加工精度不高，与手摇磨床相区别。 (6)砂带磨床：用快速运动的砂带进行磨削的磨床。 (7)珩磨机：用于珩磨工件各种表面的磨床。 (8)研磨机：用于研磨工件平面或圆柱形内，外表面的磨床。 (9)导轨磨床：主要用于磨削机床导轨面的磨床。 (10)工具磨床 ：用于磨削工具的磨床。 (11)多用磨床 ：用于磨削圆柱、圆锥形内、外表面或平面，并能用随动装置及附件磨削多种工件的磨床。 (12)专用磨床：从事对某类零件进行磨削的专用机床。按其加工对象又可分为：花键轴磨床、曲轴磨床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床、曲线磨床等。1.4 安全防护磨削加工应用较为广泛，是机器零件精密加工的主要方法之一。但是，由于磨床砂轮的转速很高，砂轮又比较硬、脆、经不起较重的撞击，偶然的操作不当，撞碎砂轮会造成非常严重的后果。因此，磨削加工的安全技术工作显得特别重要，必须采取可靠的安全防护装置，操作要精神集中，保证万无一失。此外，磨削时砂轮的工件上飞溅出的微细砂屑及金属屑，会伤害工人的眼睛，工人若大量地吸入这种尘末则对身体有害，也应采取适当的防护措施。磨削加工时应注意如下的一些安全技术问题。 开车前应认真地对机床进行全面检查，包括对操纵机构、电气设备及磁力吸盘等卡具的检查。检查后再经润滑，润滑后进行试车，确认一切良好，方可使用。 装卡工件时要注意卡正、卡紧，在磨削过程中工件松脱会造成工件飞出伤人或撞碎砂轮等严重后果。 开始工作时，应用手调方式，使砂轮慢些与工件靠近，开始进给量要小，不许用力过猛，防止碰撞砂轮。需要用挡铁控制工作台往复运动时，要根据工件磨削长度， 准确调好，将挡铁紧牢。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）10更换砂轮时，必须先进行外观检查，是否有外伤，再用木锤或木棒敲击，要求声音清脆确无裂纹。安装砂轮时必须按规定的方法和要求装配，静平衡调试后进行安装，试车，一切正常后，方可使用。 工人在工作中要戴好防护眼镜，修整砂轮时要平衡地进行，防止撞击。测量工件、调整或擦拭机床都要在停机后进行。用磁力吸盘时，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。要注意装好砂轮防护罩或机床挡板，站位要侧过高速旋转砂轮的正面。1.5 端面磨床端面磨床是高精度端面加工设备，有着高强度机械构造和稳定的精度。应用领域：液压气动元件、液压马达部件、汽车转向泵零部件、制冷压缩机零部件、油泵油嘴零部件、发动机零部件、高精密轴承、密封件、活塞环、量刃具、模具、仪表、硬质合金刀片、陶瓷阀芯、磁性材料等产品的双面研磨加工。机床特点：高精度精密轴承，保证机床刚性及精度。气动控制，实现轻压、重压、轻压三阶段压力任意调整和自动转换。触摸屏控制界面，方便、快捷。高效率、高精度的金刚石磨盘研磨，备有修整环。端面磨床及其特点：端面磨床是外圆磨床的一种变形机床，它宜于大批量磨削轴类端面工件，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外圆磨床相似，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）装有砂轮成型修整器，按样板修整出磨削工件外圆和端面的成型砂轮，为保证端面尺寸稳定及操作安全，一般具有轴向对刀装置。第 2 章 端面磨床课题设计任务及要求2.1 端面磨床的设计任务要求（一）设计基本参数宁波大红鹰学院毕业设计（论文）11砂轮主轴转速 1200r/min产品主轴转速 100r/min磨削进给速度：0.002mm/min(精磨)；0.02mm/min(粗磨)加工材料：氧化锆（ZrO2）产品磨削面积：3500 平方毫米（吸盘直径 125 毫米） ，产品规格：直径 2.5 毫米，长度 10.5 毫米。砂轮：端面金刚石砂轮（精磨、粗磨两种）磨削精度：产品长度 10.50.005操作基本要求：产品经人工装上吸盘后，设备自动完成磨削并停机，等待下一次磨削。2.2 课题设计途径与方法1、了解氧化锆及其用途，常用的加工方法。 （了解加工对象：陶瓷插芯）2、了解常用主轴的性能特点、种类、及加工方法、热处理方法（加工工艺方法） 。3、了解金刚石砂轮的特点与加工性能。4、了解端面磨削基本结构。 （总体构思与布局）5、轴承种类与形式、选用、特点及计算。6、受力分析、与计算。7、设计绘图。8、设计研讨会，改进设计。9、编号设计计算书，工艺文件等。 （计算）10、综述、参考索引、编制。第 3 章 端面磨床总体设计方案3.1 端面磨床总体设计1.加工零件的工艺分析（表面形状，尺寸，材料，技术条件，批量，加工余量等） ；2.调查研究 比较国内，外同类机床，经验总结，进行改革创新；宁波大红鹰学院毕业设计（论文）123.图纸设计（总图，部件装配图，零件图，工艺卡，目录，标准件，外购件目录，铸件，锻件目录，说明书，装箱单，合格证） ；4.制造，装配，调试；5.小批量生产，设计改进；3.2 总体设计注意事项1.保证机床满足加工精度要求，刚性，稳定性好；2.传动系统力求简短；3.操作调整方便；4.安全保护，冷却液供给，回收，废渣的排除。3.3 端面磨床总体布局设计3.3.1 加工零件氧化锆（ZrO2 ）等；3.3.2 初步估计组成部分a.床身；b.工作台面； c 头架； d 尾架；e 砂轮架；f 修整器；g 测量装置；h 砂轮进给电机；I 修整器进给电机；j 电器框；k 工作台进给电机； l 工件旋转电机；m 润滑冷却装置；n 数控装置；3.3.3 总体布局初步设计1.T 型床身；2.工作台移动；3.工作台型面；4.砂轮架主轴与床身导轨倾斜 0角； 5.头尾架中心线平行；6.采用成型砂轮修整器（金刚石滚轮）7.数控系统的四坐标轴X 轴：砂轮架进给 Y 轴：修整器进给Z 轴：工作台移动 W 轴：工件旋转各轴采用交流伺服电机，通过精密无间隙弹性连轴器直接与滚珠丝杆相连；宁波大红鹰学院毕业设计（论文）138.液压油箱单独（减小热变形，简化机床结构，易实现标准化，通用化，便于维修）；9.电器框与机床采用空中走线；10.机床前防护罩采用全封闭结构；第 4 章 端面磨床 X 进给机构设计根据任务书要求主要完成端面磨床的 X 向进给机构的设计。端面磨床 X 向进给机构主要是完成砂轮主轴向工件方向的一个来回往返运动的 ,根据机电一体化设计,系统滑轨采用线性导轨的方式进行.4.1 丝杠传动系统的设计计算4.1 滚珠丝杠优点丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(3040)。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(9298)，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用。本节主要介绍滚珠丝杠螺母机构。4.2 丝杠选型4.2.1 滚珠丝杠副导程的确定根据机床传动要求，负载大小和传动效率等因素综合考虑确定。一般选择时，先按机床传动要求确定，其公式为：Phvmax/nmax(10)式中：vmax机床工作台最快进给速度，mm/min ；nmax驱动电机最高转速，r/min。在满足控制系统分辨率要求的前提下，Ph 应取较大的数值。一般常见的滚珠丝杠副导程取为 5mm宁波大红鹰学院毕业设计（论文）144.2.2 滚珠丝杠副的传动效率滚珠丝杠螺母副的传动效率 为)(tg见机电综合设计指导公式（2-15）P15式中： 为丝杠螺旋升角， 为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f0.0030.004,其摩擦角约等于 01。所以， 94.0)152()(tgt 4.3 联轴器选取弹性套柱销联轴器结构比较简单，制造容易，不用润滑，不需要与金属硫化粘结，更换弹性套方便，不用移动半联轴器，具有一定补偿两轴相对偏移和减震缓冲性能。弹性套工作是受压缩变形，由于弹性套的厚度较薄，体积小，弹性变形有限，所以，弹性套柱销联轴器虽可补偿轴线位移和弹性。弹性套柱销联轴器是依靠柱销组的锁紧力而产生于接触面的摩擦力矩，并压缩橡胶弹性套来传递转矩。适用于安装底座刚性好、对中精度较高、冲击载荷不大、对减震要求不高的中小功率轴系传动。根据选出的电机和丝杠的参数，选出下面的弹性套柱销联轴.4.4 导轨的选型机床制造者最关心的莫过于机床的精度，刚性和使用寿命。对导轨系统的研究途径是很不够的，至少在机床制造技术方面没有把它放在重要的位置上，在机床样本，宣传广告上，最具有吸引力的技术参数是：主轴转速、进给速度、换刀时间和快速进给速度。当然，这些参数对机床的性能是很重要的。但导轨为机床功能的实现奠定了可靠的基础。各种类型的机床工作部件，都是利用控制轴在指定的导轨上运动，机床设计者根据机床的类型和用途选用各种不同形式的导轨系统，用得较为广泛的有下列三种；即平面导轨、直线滚动导轨和循环滚柱与平面导轨的组合所构成的滚动体导轨。当然系统远不止上述三种形式，还有其它形式的导轨。导轨的功能:尽管导轨系统的形式是多种多样的，但工作性质都是相同的，机床工宁波大红鹰学院毕业设计（论文）15作部件在指定导轨系统上移动，尤如火车沿着铁轨在指定的方向上行驶。无论是机床导轨还是铁路上的铁轨，都是体现如下三种基本功能：(1)为承载体的运动导向(2)为承载体提供光滑的运动表面(3)把火车的运动或机床的切削所产生的力传到地基或床身上，减少由此产生的冲击对乘客和被动加工零件的影响。沿导轨系统的运动，大多数为直线运动，也有少数为弧线运动。本文讨论的重点是直线导轨系统。当然，直线导轨的很多技术可以直接应用弧形导轨。导轨为什么被称为“系统”呢？这是因为导轨系统的工作包含着若干元件的同时工作，最基本的元件为一个运动元件和一个固定元件。运动元件的形式有多种多样，以后将予以详细介绍，固定元件一般为道轨式，它是导轨精度的保证，如果导轨弯曲变形，运动元件或滑动元件便失去精确的导向。机床制造厂都在尽最大的努力，确保导轨安装的精确性。导轨被加工前。导轨和工作部件都已经过时效处理。以消除内应力。为了保证导轨的精度和延长使用寿命，刮研是一种常用的工艺方法。镶钢导轨:机床上最常用的导轨形式是镶钢导轨，它的使用已有很长的历史。镶钢导轨是导轨系统的固定元件，其截面为矩形。它可水平装在机床的床身上，也可以与床身铸成一体，分别被称为镶钢式或整体式。镶钢式导轨是由钢制成的，经淬硬和磨削。硬度在洛氏硬度 60 度以上、把镶钢导轨用螺钉或粘结剂（环氧树脂）贴在机床床身或经刮研的立柱配合表面上，确保导轨获得最佳的平面度。这种形式，维修更换方便、简单，很受维修工人的欢迎。整体导轨或铸造导轨，即钢导轨与底座铸成一体，加工后再经精磨到要求的尺寸和光洁度。导轨必须经过火焰淬火提高表面硬度，以提高导轨的耐磨性。床身一般为球墨铸铁，当然球墨铸铁的硬度比不上钢，整体导轨可以重新修理和淬硬，但更换它几乎是不可能的。为了实现上述的目的，机床制造者过去的通常做法是：钢导轨的边缘设计有钩形的“耳朵” ，在浇铸底座前，把钢导轨置于底座的铸模内，再把铁水浇入铸模内，这样便把钢导轨与底座铸成一体。滑动导轨:传统导轨的发展，首先表现在滑动元件和导轨形式上，滑动导轨的特点宁波大红鹰学院毕业设计（论文）16是导轨和滑动件之间使用了介质，形式的不同在于选择不同的介质。液压被广泛用于许多导轨系统。静压导轨是其中的一种，液压油在压力作用下，进入滑动元件的沟槽，在导轨和滑动元件之间形成油膜，把导轨和移动元件隔开，这样大大减少移动元件的摩擦力。静压导轨对大负荷是极其有效的，对偏心负荷有补偿作用。例如：一个大型的砂型箱在加工时，正好走到机床行程的末端，负载导轨能够增大油压，使导轨准确地保持着水平负载的状态。有的卧式镗铣床使用这种技术补偿深孔加工时主轴转速的下降。利用油作为介质的另一种导轨形式是动压导轨，动压导轨与静压导轨的不同点是：油不是在压力下起作用的，它利用油的粘度来避免移动元件和导轨之间的直接接触，优点是节省液压油泵。直 线 导 轨直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动. 直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。直线轴承主要用在自动化机械上比较多,像德国进口的机床,纸碗机,激光焊接机等等,当然直线轴承和直线轴是配套用的.像直线导轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上, 直线导轨的移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球。因为滚动钢球适应于高速运动、摩擦系数小、灵敏度高，满足运动部件的工作要求，如机床的刀架，拖板等。直线导轨系统的固定元件(导轨)的基本功能如同轴承环，安装钢球的支架，形状为“v”字形。支架包裹着导轨的顶部和两侧面。为了支撑机床的工作部件，一套直线导轨至少有四个支架。用于支撑大型的工作部件，支架的数量可以多于四个。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）17机床的工作部件移动时，钢球就在支架沟槽中循环流动，把支架的磨损量分摊到各个钢球上，从而延长直线导轨的使用寿命。为了消除支架与导轨之间的间隙，预加负载能提高导轨系统的稳定性，预加负荷的获得是在导轨和支架之间安装超尺寸的钢球。钢球直径公差为20 微米，以 0.5 微米为增量，将钢球筛选分类，分别装到导轨上，预加负载的大小，取决于作用在钢球上的作用力。如果作用在钢球上的作用力太大，钢球经受预加负荷时间过长，导致支架运动阻力增大。这里就有一个平衡作用问题；为了提高系统的灵敏度，减少运动阻力，相应地要减少预加负荷，而为了提高运动精度和精度的保持性，要求有足够的预加负数，这是矛盾的两方面。 工作时间过长，钢球开始磨损，作用在钢球上的预加负载开始减弱，导致机床工作部件运动精度的降低。如果要保持初始精度，必须更换导轨支架，甚至更换导轨。如果导轨系统已有预加负载作用。系统精度已丧失，唯一的方法是更换滚动元件。 导轨系统的设计，力求固定元件和移动元件之间有最大的接触面积，这不但能提高系统的承载能力，而且系统能承受间歇切削或重力切削产生的冲击力，把作用力广泛扩散，扩大承受力的面积。为了实现这一点，导轨系统的沟槽形状有多种多样，具有代表性的有两种，一种称为哥待式(尖拱式)，形状是半圆的延伸，接触点为顶点；另一种为圆弧形，同样能起相同的作用。无论哪一种结构形式，目的只有一个，力求更多的滚动钢球半径与导轨接触(固定元件)。决定系统性能特点的因素是：滚动元件怎样与导轨接触，这是问题的关键。 4.5 滑动导轨的特点滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。滑动导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。1铸铁 铸铁有良好的耐磨性、抗振性和工艺性。常用铸铁的种类有：（1）灰铸铁 一般选择 HT200，用于手工刮研、中等精度和运动速度较低的导轨，硬度在 HB180 以上；（2）孕育铸铁 把硅铝孕育剂加入铁水而得，耐磨性高于灰铸铁；（3）合金铸铁 包括：含磷量高于 0.3的高磷铸铁，耐磨性高于孕育铸铁一倍以上；磷铜钛铸铁和钒钛铸铁，耐磨性高于孕育铸铁二倍以上；各种稀土合金铸铁，有很高的耐磨性和机械性能；铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火和中高频感应淬火。接触电阻淬火，淬硬层为 0.150.2mm。硬度可达 HRC55。中高频感应淬火， 淬硬层为 23mm，硬度宁波大红鹰学院毕业设计（论文）18可达 HRC4855，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，全长上同时淬火需要相应的设备。2钢 镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr 等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度为5258HRC；20Cr、20CrMnTi、15 等渗碳淬火，渗碳淬硬至 5662HRC；38C rMoAlA等采用氮化处理。3有色金属 常用的有色金属有黄铜 HPb59-l，锡青铜 ZCuSn6Pb3Zn6，铝青铜ZQAl9-2 和锌合金 ZZn-Al10-5，超硬铝 LC4、铸铝 ZL106 等，其中以铝青铜较好。4塑料 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜 )，抗振性能好，工作温度适应范围广(-200+260)，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定件好，工艺简单，成本低等优点。目前在各类机床的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配。导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法、以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。常用的提高导轨耐磨性的方法有：采用镶装导轨、提高导轨的精度与改善表面粗糙度、采用卸荷装置减小导轨单位面积上的压力(即比压)等。4.6 滑动导轨的设计一作用力合作用点位置，作用力方向和作用点的位置唏嘘合理安置。一边导轨倾斜的力矩尽量小。否则会使导轨中的摩擦力增大，磨加剧，从而降低导轨的灵活性和导向精度。严重时甚至还可能卡死，不能正常工作。1. 作用在运动件上的推力有三种情况：1.推力通过运动件在轴线2.推力作用点在运动件的轴线上。但推力的方向与轴线成一夹角3.推力平行于运动件的轴线上宁波大红鹰学院毕业设计（论文）19对于第一种情况，导轨镇南关的摩擦力只受到载荷及运动件本身重量的影响，推力不会产生附加摩擦力。犹豫结构上的限制，实际的结构中往往出项第二第三中情况。为了保证导轨的灵活性，要对导轨进行验算，在已知的条件先，确定各部分的集合尺寸。推力 F 与运动件轴线组成夹角 a,如图所示推力 F 的作用将使运动件产生倾斜，从而使运动件与承导体的俩点处压紧，设正压力分别为 . ，相应摩擦力 ， ，作用间的距离为 L，轴向阻力为1N21N,f2,fo0AXYM,12,121cos0sinfFbdLhLNff根据静力平衡条件,运动件的直径较小时，上式中含有 d 的各项可以略去。可解得： ,cosin12/oFFfhL欲推动运动件，则必须使 ,csi/of若要保证不卡死的条件是：,oin12/0fhL由此，可得到当推力 F 与运动件有一夹角 a 时，运动件正常工作的条件是,taLfh为当量摩擦系数,f宁波大红鹰学院毕业设计（论文）20在燕尾形和三角形导轨中: ,/cosf-滑动摩擦系数f-眼尾轮廓角与三角底角二选与运动件轴线与轴线相距 h，图中 为轴向阻力 和 为反作用力，为当量摩oF1N2擦系数，根据静力平衡条件 0AXYM,122 ,1210020oFNfdhLfNf解得： ,/OFfhL推动运动件则必须： ,12/Of保证运动件不卡死条件 ,/0fhL即： ,2/1fhL为了保证运动灵活，可取值 ,20.5fL当取 f=0.25 时，则有：对圆柱形导轨： 1.h对矩形导轨： 2L对燕尾形或三角形导轨： 1h在本设计的导轨中：h=200mm L=360 因此：20.563hL符合相关要求.宁波大红鹰学院毕业设计（论文）21总 结本次设计的是 X 向进给机械部分设计，完成了尺寸计算及结构设计，并对其进行一系列的校核，各项性能指标完全满足要求，说明设计的结构是合理的。然后选择轴承和电机。由于专业知识的限制，无法对复杂的数控系统进行设计，但是，通过选择合适的数控系统，进行选购即可。机床是促进国民经济发展的巨大源动力，它给机械制造业带来了高倍率的效益增长和现代化的生产方式。随着数控技术的发展，高品质，高可靠性，高性价比的 CNC系统具有丰富的功能，为数控技术的发展提供了充足的物质技术条件。同时，也给数控机床的机械结构提出了更高的要求。因此，研究一台数控车床对现代加工具有重要的意义。端面磨床具有结构简单、价格便宜、故障率低、维修简单方便、效率高、操作编程简单等诸多优点，所以端面磨床在很多加工行业都会成为应用的主体，随着数控技术和机床行业的发展，端面磨床将有着广阔的发展前景。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）22致 谢眨眼间，四年的大学生活就在本论文的完成之际即将宣告结束。四年的不断学习，不仅是为了今天的毕业设计，也是为今后走上工作岗位作了准备。在设计成过程中，感谢很多人的帮助和指点，首先我要感谢我的母校的辛勤培育，感谢院系各位老师四年来的谆谆教诲，感谢他们四年来默默的栽培我。本次设计是在我的导师 XX 教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此，谨向 XX 教师表示衷心的感谢和崇高的敬意！。此外，在毕业设计过程中，也得到了其他老师和同学的帮助，设计任务一直在很好的氛围中进行，在这里，也向他们表示真诚的感谢！再次向设计中所有提供过帮助的人表示感谢！宁波大红鹰学院毕业设计（论文）23参考文献1文怀兴、夏田主编， 数控机床系统设计M，北京：化学工业出版社 20102 黄英、肖平阳等主编， 画法几何及机械制图M，北京：高等教育出版社，2006.123 王昆、汪信远等主编， 机械设计机械设计基础课程设计M，北京：高等教育出版社，2009.64 扬可桢、程光蕴、李仲生主编， 机械设计基础M，北京：高等教育出版社，2009.65 廖念钊、莫雨松等主编， 互换性与技术测量M，北京：中国计量出版社，2008.66 徐灏主编.新编机械设计师手册M.北京:机械工业出版社,1995. 7 李劲松. 论我国数控技术和装备发展动态与趋势J. 机电新产品导报 , 2006,(06)8鲁远东主编，机床电气控制技术M，电子工业出版社，2007.79 罗学科，谢富春. 数控原理和数控机床北京：化学工业出版社，200310 陈蔚芳，王洪涛. 机床数控技术及应用北京：科学出版社，200511 林宋，田建君.现代数控机床北京：化学出版社，200312 机床设计手册编写组编。机床设计手册（一至三册） 北京：机械工业出版社，198613 濮良贵，纪明刚. 机械设计 北京：高等教育出版社，200614 李洪 实用机床设计手册 沈阳：辽宁科学技术出版社，199915 王爱玲 现代数控机床与设计 北京：兵器工业出版社 199916 李仲生 机械设计机床 北京：高等教育出版社 2009.6宁波大红鹰学院毕业设计（论文）2417 申永胜 机械原理教程 北京：清华大学出版社 2005.1218 张新义 经济型数控系统设计 济南：机械工业出版社 197919 韩荣第 金属切削原理与刀具附表 4：宁波大红鹰学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书所在学院 机电学院 专业 机械设计制造及其 自动化 班级 08 机自（本）学生姓名 吴鹏飞 学号 08141010425 指导教师 谢建平题 目 端面磨床 X 轴进给系统设计一、毕业设计（论文）工作内容与基本要求：（目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据） 、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等） （纸张不够可加页）（一）设计基本参数1、砂轮主轴转速 1200r/min2、产品主轴转速 100r/min3、磨削进给速度：0.002mm/min(精磨)；0.02mm/min(粗磨)4、加工材料：氧化锆（ZrO2 ）5、产品磨削面积：3500 平方毫米（吸盘直径 125 毫米） ，产品规格：直径 2.5 毫米，长度 10.5 毫米。6、砂轮：端面金刚石砂轮（精磨、粗磨两种）7、磨削精度：产品长度 10.50.0058、操作基本要求：产品经人工装上吸盘后，设备自动完成磨削并停机，等待下一次磨削。（二）课题设计途径与方法：1、了解氧化锆及其用途，常用的加工方法。 （了解加工对象）2、了解常用主轴的性能特点及加工方法、热处理方法（加工工艺方法） 。3、了解端面磨削基本结构。 （总体构思与布局）4、轴承种类与形式、特点及计算。5、丝杆种类与形式、特点及计算。6、受力分析、与计算。7、设计绘图。8、设计研讨会，改进设计。9、编号设计计算书，工艺文件等。 （计算）10、综述、参考索引、编制。二、毕业论文进度计划毕业设计（论文）时间： 2011 年 6 月 25 日至 2012 年 3 月 15 日计 划 答 辩 时 间： 2012 年 4 月 15 日三、专业（教研室）审批意见：审批人（签字）：工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于 12 篇，其中外文资料不少于 2 篇；文献综述不少于 3000 字；文献翻译不少于 2000 字；毕业论文 1 篇不少于 8000 字，理工科类论文或设计说明书不少于 6000 字（同时提交有关图纸和附件） ，外语类专业论文不少于相当 6000 汉字。 提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计（论文）撰写规范及有关要求，请查阅宁波大红鹰学院毕业设计（论文）指导手册 。备注：学生一人一题，指导教师对每一名学生下达一份毕业设计（论文）任务书 。附表 4：宁波大红鹰学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书所在学院 机电学院 专业 机械设计制造及其 自动化 班级 08 机自（本）学生姓名 吴鹏飞 学号 08141010425 指导教师 谢建平题 目 端面磨床 X 轴进给系统设计一、毕业设计（论文）工作内容与基本要求：（目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据） 、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等） （纸张不够可加页）（一）设计基本参数1、砂轮主轴转速 1200r/min2、产品主轴转速 100r/min3、磨削进给速度：0.002mm/min(精磨)；0.02mm/min(粗磨)4、加工材料：氧化锆（ZrO2 ）5、产品磨削面积：3500 平方毫米（吸盘直径 125 毫米） ，产品规格：直径 2.5 毫米，长度 10.5 毫米。6、砂轮：端面金刚石砂轮（精磨、粗磨两种）7、磨削精度：产品长度 10.50.0058、操作基本要求：产品经人工装上吸盘后，设备自动完成磨削并停机，等待下一次磨削。（二）课题设计途径与方法：1、了解氧化锆及其用途，常用的加工方法。 （了解加工对象）2、了解常用主轴的性能特点及加工方法、热处理方法（加工工艺方法） 。3、了解端面磨削基本结构。 （总体构思与布局）4、轴承种类与形式、特点及计算。5、丝杆种类与形式、特点及计算。6、受力分析、与计算。7、设计绘图。8、设计研讨会，改进设计。9、编号设计计算书，工艺文件等。 （计算）10、综述、参考索引、编制。二、毕业论文进度计划毕业设计（论文）时间： 2011 年 6 月 25 日至 2012 年 3 月 15 日计 划 答 辩 时 间： 2012 年 4 月 15 日三、专业（教研室）审批意见：审批人（签字）：工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于 12 篇，其中外文资料不少于 2 篇；文献综述不少于 3000 字；文献翻译不少于 2000 字；毕业论文 1 篇不少于 8000 字，理工科类论文或设计说明书不少于 6000 字（同时提交有关图纸和附件） ，外语类专业论文不少于相当 6000 汉字。 提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计（论文）撰写规范及有关要求，请查阅宁波大红鹰学院毕业设计（论文）指导手册 。备注：学生一人一题，指导教师对每一名学生下达一份毕业设计（论文）任务书 。分 类 号 密 级 宁xxx 学院毕 业 设 计 (论 文 )端面磨床 X 向进给机构设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日2诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文端面磨床 X 向进给机构设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）： 年 月 日3摘 要众所周知，制造业是国民经济的基础产业和支柱产业，是推动国家技术进步的力量。我国制造业较落后，想要改变此现状就必须提高制造业装备水平，特别是机床的数控化率。数控机床是属于高新技术集成的机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视。因此，磨床机电一体化设计成为热点。本文设计了端面磨床 X 向进给运动的设计，主要完成了：整体结构设计， X 向的结构设计计算、滚珠丝杠、直线导轨的选择及其强度分析；以步进电机为进给驱动的驱动系统及其传动机构的分析设计计算。关键词：磨床，端面磨床，进给运动，直线导轨4AbstractAs everyone knows, the manufacturing industry is the fundamental industry of national economy and pillar industry, is to promote the national technology progress power. Manufacturing industry of our country is more backward, want to change this situation, we must improve the manufacturing level of equipment, especially machine tool NC rate. CNC machine tool is a high-tech integrated mechanical and electrical integration of mechanical processing equipment, has developed industrial countries attach great importance to. Therefore, the grinder design of electromechanical integration has become a hot.This paper introduces the design of end face grinder X to feed movement design, mainly to complete the design of the overall structure,: X to structural design calculation, the ball screw, linear guide the selection and strength analysis; the stepping motor as drive driving system and driving mechanism analysis and design calculation.Key Words: Grinder, surface grinder, feed motion, linear guide5目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III第 1 章 绪论.51.1 磨床加工范围 .51.2 磨床发展历程 .51.3 磨床的分类 .61.4 安全防护 .71.5 端面磨床 .8第 2 章 端面磨床课题设计任务及要求.82.1 端面磨床的设计任务要求 .82.2 课题设计途径与方法 .9第 3 章 端面磨床总体设计方案.93.1 端面磨床总体设计 .93.2 总体设计注意事项 .103.3 端面磨床总体布局设计 .103.3.1 加工零件 .103.3.2 初步估计组成部分 .103.3.3 总体布局初步设计 .10第 4 章 端面磨床 X 进给机构设计 .114.1 丝杠传动系统的设计计算 .114.1 滚珠丝杠优点 .114.2 丝杠选型 .114.2.1 滚珠丝杠副导程的确定 .114.2.2 滚珠丝杠副的传动效率 .114.3 联轴器选取 .124.4 导轨的选型 .1264.5 滑动导轨的特点 .154.6 滑动导轨的设计 .16总 结.19致 谢.20参考文献.21宁波大红鹰学院毕业设计（论文）7第 1 章 绪论磨床(grinder,grinding machine)是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。 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。1.1 磨床加工范围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。磨床能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。 1.2 磨床发展历程十八世纪 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。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。 1900 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宁波大红鹰学院毕业设计（论文）8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。 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。1.3 磨床的分类随着高精度、高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。 (1)外圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。(2)内圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形内表面的磨床。此外，还有兼具内外圆磨的磨床。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）9(3)座标磨床：具有精密座标定位装置的内圆磨床。 (4)无心磨床：工件采用无心夹持，一般支承在导轮和托架之间，由导轮驱动工件旋转，主要用于磨削圆柱形表面的磨床。例如轴承轴支等。 (5)平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。 a.手摇磨床适用于较小尺寸及较高精度工件加工，可加工包括弧面、平面、槽等的各种异形工件。 b.大水磨适用于较大工件的加工，加工精度不高，与手摇磨床相区别。 (6)砂带磨床：用快速运动的砂带进行磨削的磨床。 (7)珩磨机：用于珩磨工件各种表面的磨床。 (8)研磨机：用于研磨工件平面或圆柱形内，外表面的磨床。 (9)导轨磨床：主要用于磨削机床导轨面的磨床。 (10)工具磨床 ：用于磨削工具的磨床。 (11)多用磨床 ：用于磨削圆柱、圆锥形内、外表面或平面，并能用随动装置及附件磨削多种工件的磨床。 (12)专用磨床：从事对某类零件进行磨削的专用机床。按其加工对象又可分为：花键轴磨床、曲轴磨床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床、曲线磨床等。1.4 安全防护磨削加工应用较为广泛，是机器零件精密加工的主要方法之一。但是，由于磨床砂轮的转速很高，砂轮又比较硬、脆、经不起较重的撞击，偶然的操作不当，撞碎砂轮会造成非常严重的后果。因此，磨削加工的安全技术工作显得特别重要，必须采取可靠的安全防护装置，操作要精神集中，保证万无一失。此外，磨削时砂轮的工件上飞溅出的微细砂屑及金属屑，会伤害工人的眼睛，工人若大量地吸入这种尘末则对身体有害，也应采取适当的防护措施。磨削加工时应注意如下的一些安全技术问题。 开车前应认真地对机床进行全面检查，包括对操纵机构、电气设备及磁力吸盘等卡具的检查。检查后再经润滑，润滑后进行试车，确认一切良好，方可使用。 装卡工件时要注意卡正、卡紧，在磨削过程中工件松脱会造成工件飞出伤人或撞碎砂轮等严重后果。 开始工作时，应用手调方式，使砂轮慢些与工件靠近，开始进给量要小，不许用力过猛，防止碰撞砂轮。需要用挡铁控制工作台往复运动时，要根据工件磨削长度， 准确调好，将挡铁紧牢。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）10更换砂轮时，必须先进行外观检查，是否有外伤，再用木锤或木棒敲击，要求声音清脆确无裂纹。安装砂轮时必须按规定的方法和要求装配，静平衡调试后进行安装，试车，一切正常后，方可使用。 工人在工作中要戴好防护眼镜，修整砂轮时要平衡地进行，防止撞击。测量工件、调整或擦拭机床都要在停机后进行。用磁力吸盘时，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。要注意装好砂轮防护罩或机床挡板，站位要侧过高速旋转砂轮的正面。1.5 端面磨床端面磨床是高精度端面加工设备，有着高强度机械构造和稳定的精度。应用领域：液压气动元件、液压马达部件、汽车转向泵零部件、制冷压缩机零部件、油泵油嘴零部件、发动机零部件、高精密轴承、密封件、活塞环、量刃具、模具、仪表、硬质合金刀片、陶瓷阀芯、磁性材料等产品的双面研磨加工。机床特点：高精度精密轴承，保证机床刚性及精度。气动控制，实现轻压、重压、轻压三阶段压力任意调整和自动转换。触摸屏控制界面，方便、快捷。高效率、高精度的金刚石磨盘研磨，备有修整环。端面磨床及其特点：端面磨床是外圆磨床的一种变形机床，它宜于大批量磨削轴类端面工件，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外圆磨床相似，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）装有砂轮成型修整器，按样板修整出磨削工件外圆和端面的成型砂轮，为保证端面尺寸稳定及操作安全，一般具有轴向对刀装置。第 2 章 端面磨床课题设计任务及要求2.1 端面磨床的设计任务要求（一）设计基本参数宁波大红鹰学院毕业设计（论文）11砂轮主轴转速 1200r/min产品主轴转速 100r/min磨削进给速度：0.002mm/min(精磨)；0.02mm/min(粗磨)加工材料：氧化锆（ZrO2）产品磨削面积：3500 平方毫米（吸盘直径 125 毫米） ，产品规格：直径 2.5 毫米，长度 10.5 毫米。砂轮：端面金刚石砂轮（精磨、粗磨两种）磨削精度：产品长度 10.50.005操作基本要求：产品经人工装上吸盘后，设备自动完成磨削并停机，等待下一次磨削。2.2 课题设计途径与方法1、了解氧化锆及其用途，常用的加工方法。 （了解加工对象：陶瓷插芯）2、了解常用主轴的性能特点、种类、及加工方法、热处理方法（加工工艺方法） 。3、了解金刚石砂轮的特点与加工性能。4、了解端面磨削基本结构。 （总体构思与布局）5、轴承种类与形式、选用、特点及计算。6、受力分析、与计算。7、设计绘图。8、设计研讨会，改进设计。9、编号设计计算书，工艺文件等。 （计算）10、综述、参考索引、编制。第 3 章 端面磨床总体设计方案3.1 端面磨床总体设计1.加工零件的工艺分析（表面形状，尺寸，材料，技术条件，批量，加工余量等） ；2.调查研究 比较国内，外同类机床，经验总结，进行改革创新；宁波大红鹰学院毕业设计（论文）123.图纸设计（总图，部件装配图，零件图，工艺卡，目录，标准件，外购件目录，铸件，锻件目录，说明书，装箱单，合格证） ；4.制造，装配，调试；5.小批量生产，设计改进；3.2 总体设计注意事项1.保证机床满足加工精度要求，刚性，稳定性好；2.传动系统力求简短；3.操作调整方便；4.安全保护，冷却液供给，回收，废渣的排除。3.3 端面磨床总体布局设计3.3.1 加工零件氧化锆（ZrO2 ）等；3.3.2 初步估计组成部分a.床身；b.工作台面； c 头架； d 尾架；e 砂轮架；f 修整器；g 测量装置；h 砂轮进给电机；I 修整器进给电机；j 电器框；k 工作台进给电机； l 工件旋转电机；m 润滑冷却装置；n 数控装置；3.3.3 总体布局初步设计1.T 型床身；2.工作台移动；3.工作台型面；4.砂轮架主轴与床身导轨倾斜 0角； 5.头尾架中心线平行；6.采用成型砂轮修整器（金刚石滚轮）7.数控系统的四坐标轴X 轴：砂轮架进给 Y 轴：修整器进给Z 轴：工作台移动 W 轴：工件旋转各轴采用交流伺服电机，通过精密无间隙弹性连轴器直接与滚珠丝杆相连；宁波大红鹰学院毕业设计（论文）138.液压油箱单独（减小热变形，简化机床结构，易实现标准化，通用化，便于维修）；9.电器框与机床采用空中走线；10.机床前防护罩采用全封闭结构；第 4 章 端面磨床 X 进给机构设计根据任务书要求主要完成端面磨床的 X 向进给机构的设计。端面磨床 X 向进给机构主要是完成砂轮主轴向工件方向的一个来回往返运动的 ,根据机电一体化设计,系统滑轨采用线性导轨的方式进行.4.1 丝杠传动系统的设计计算4.1 滚珠丝杠优点丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(3040)。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(9298)，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用。本节主要介绍滚珠丝杠螺母机构。4.2 丝杠选型4.2.1 滚珠丝杠副导程的确定根据机床传动要求，负载大小和传动效率等因素综合考虑确定。一般选择时，先按机床传动要求确定，其公式为：Phvmax/nmax(10)式中：vmax机床工作台最快进给速度，mm/min ；nmax驱动电机最高转速，r/min。在满足控制系统分辨率要求的前提下，Ph 应取较大的数值。一般常见的滚珠丝杠副导程取为 5mm宁波大红鹰学院毕业设计（论文）144.2.2 滚珠丝杠副的传动效率滚珠丝杠螺母副的传动效率 为)(tg见机电综合设计指导公式（2-15）P15式中： 为丝杠螺旋升角， 为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f0.0030.004,其摩擦角约等于 01。所以， 94.0)152()(tgt 4.3 联轴器选取弹性套柱销联轴器结构比较简单，制造容易，不用润滑，不需要与金属硫化粘结，更换弹性套方便，不用移动半联轴器，具有一定补偿两轴相对偏移和减震缓冲性能。弹性套工作是受压缩变形，由于弹性套的厚度较薄，体积小，弹性变形有限，所以，弹性套柱销联轴器虽可补偿轴线位移和弹性。弹性套柱销联轴器是依靠柱销组的锁紧力而产生于接触面的摩擦力矩，并压缩橡胶弹性套来传递转矩。适用于安装底座刚性好、对中精度较高、冲击载荷不大、对减震要求不高的中小功率轴系传动。根据选出的电机和丝杠的参数，选出下面的弹性套柱销联轴.4.4 导轨的选型机床制造者最关心的莫过于机床的精度，刚性和使用寿命。对导轨系统的研究途径是很不够的，至少在机床制造技术方面没有把它放在重要的位置上，在机床样本，宣传广告上，最具有吸引力的技术参数是：主轴转速、进给速度、换刀时间和快速进给速度。当然，这些参数对机床的性能是很重要的。但导轨为机床功能的实现奠定了可靠的基础。各种类型的机床工作部件，都是利用控制轴在指定的导轨上运动，机床设计者根据机床的类型和用途选用各种不同形式的导轨系统，用得较为广泛的有下列三种；即平面导轨、直线滚动导轨和循环滚柱与平面导轨的组合所构成的滚动体导轨。当然系统远不止上述三种形式，还有其它形式的导轨。导轨的功能:尽管导轨系统的形式是多种多样的，但工作性质都是相同的，机床工宁波大红鹰学院毕业设计（论文）15作部件在指定导轨系统上移动，尤如火车沿着铁轨在指定的方向上行驶。无论是机床导轨还是铁路上的铁轨，都是体现如下三种基本功能：(1)为承载体的运动导向(2)为承载体提供光滑的运动表面(3)把火车的运动或机床的切削所产生的力传到地基或床身上，减少由此产生的冲击对乘客和被动加工零件的影响。沿导轨系统的运动，大多数为直线运动，也有少数为弧线运动。本文讨论的重点是直线导轨系统。当然，直线导轨的很多技术可以直接应用弧形导轨。导轨为什么被称为“系统”呢？这是因为导轨系统的工作包含着若干元件的同时工作，最基本的元件为一个运动元件和一个固定元件。运动元件的形式有多种多样，以后将予以详细介绍，固定元件一般为道轨式，它是导轨精度的保证，如果导轨弯曲变形，运动元件或滑动元件便失去精确的导向。机床制造厂都在尽最大的努力，确保导轨安装的精确性。导轨被加工前。导轨和工作部件都已经过时效处理。以消除内应力。为了保证导轨的精度和延长使用寿命，刮研是一种常用的工艺方法。镶钢导轨:机床上最常用的导轨形式是镶钢导轨，它的使用已有很长的历史。镶钢导轨是导轨系统的固定元件，其截面为矩形。它可水平装在机床的床身上，也可以与床身铸成一体，分别被称为镶钢式或整体式。镶钢式导轨是由钢制成的，经淬硬和磨削。硬度在洛氏硬度 60 度以上、把镶钢导轨用螺钉或粘结剂（环氧树脂）贴在机床床身或经刮研的立柱配合表面上，确保导轨获得最佳的平面度。这种形式，维修更换方便、简单，很受维修工人的欢迎。整体导轨或铸造导轨，即钢导轨与底座铸成一体，加工后再经精磨到要求的尺寸和光洁度。导轨必须经过火焰淬火提高表面硬度，以提高导轨的耐磨性。床身一般为球墨铸铁，当然球墨铸铁的硬度比不上钢，整体导轨可以重新修理和淬硬，但更换它几乎是不可能的。为了实现上述的目的，机床制造者过去的通常做法是：钢导轨的边缘设计有钩形的“耳朵” ，在浇铸底座前，把钢导轨置于底座的铸模内，再把铁水浇入铸模内，这样便把钢导轨与底座铸成一体。滑动导轨:传统导轨的发展，首先表现在滑动元件和导轨形式上，滑动导轨的特点宁波大红鹰学院毕业设计（论文）16是导轨和滑动件之间使用了介质，形式的不同在于选择不同的介质。液压被广泛用于许多导轨系统。静压导轨是其中的一种，液压油在压力作用下，进入滑动元件的沟槽，在导轨和滑动元件之间形成油膜，把导轨和移动元件隔开，这样大大减少移动元件的摩擦力。静压导轨对大负荷是极其有效的，对偏心负荷有补偿作用。例如：一个大型的砂型箱在加工时，正好走到机床行程的末端，负载导轨能够增大油压，使导轨准确地保持着水平负载的状态。有的卧式镗铣床使用这种技术补偿深孔加工时主轴转速的下降。利用油作为介质的另一种导轨形式是动压导轨，动压导轨与静压导轨的不同点是：油不是在压力下起作用的，它利用油的粘度来避免移动元件和导轨之间的直接接触，优点是节省液压油泵。直 线 导 轨直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动. 直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。直线轴承主要用在自动化机械上比较多,像德国进口的机床,纸碗机,激光焊接机等等,当然直线轴承和直线轴是配套用的.像直线导轨主要是用在精度要求比较高的机械结构上, 直线导轨的移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球。因为滚动钢球适应于高速运动、摩擦系数小、灵敏度高，满足运动部件的工作要求，如机床的刀架，拖板等。直线导轨系统的固定元件(导轨)的基本功能如同轴承环，安装钢球的支架，形状为“v”字形。支架包裹着导轨的顶部和两侧面。为了支撑机床的工作部件，一套直线导轨至少有四个支架。用于支撑大型的工作部件，支架的数量可以多于四个。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）17机床的工作部件移动时，钢球就在支架沟槽中循环流动，把支架的磨损量分摊到各个钢球上，从而延长直线导轨的使用寿命。为了消除支架与导轨之间的间隙，预加负载能提高导轨系统的稳定性，预加负荷的获得是在导轨和支架之间安装超尺寸的钢球。钢球直径公差为20 微米，以 0.5 微米为增量，将钢球筛选分类，分别装到导轨上，预加负载的大小，取决于作用在钢球上的作用力。如果作用在钢球上的作用力太大，钢球经受预加负荷时间过长，导致支架运动阻力增大。这里就有一个平衡作用问题；为了提高系统的灵敏度，减少运动阻力，相应地要减少预加负荷，而为了提高运动精度和精度的保持性，要求有足够的预加负数，这是矛盾的两方面。 工作时间过长，钢球开始磨损，作用在钢球上的预加负载开始减弱，导致机床工作部件运动精度的降低。如果要保持初始精度，必须更换导轨支架，甚至更换导轨。如果导轨系统已有预加负载作用。系统精度已丧失，唯一的方法是更换滚动元件。 导轨系统的设计，力求固定元件和移动元件之间有最大的接触面积，这不但能提高系统的承载能力，而且系统能承受间歇切削或重力切削产生的冲击力，把作用力广泛扩散，扩大承受力的面积。为了实现这一点，导轨系统的沟槽形状有多种多样，具有代表性的有两种，一种称为哥待式(尖拱式)，形状是半圆的延伸，接触点为顶点；另一种为圆弧形，同样能起相同的作用。无论哪一种结构形式，目的只有一个，力求更多的滚动钢球半径与导轨接触(固定元件)。决定系统性能特点的因素是：滚动元件怎样与导轨接触，这是问题的关键。 4.5 滑动导轨的特点滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。滑动导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。1铸铁 铸铁有良好的耐磨性、抗振性和工艺性。常用铸铁的种类有：（1）灰铸铁 一般选择 HT200，用于手工刮研、中等精度和运动速度较低的导轨，硬度在 HB180 以上；（2）孕育铸铁 把硅铝孕育剂加入铁水而得，耐磨性高于灰铸铁；（3）合金铸铁 包括：含磷量高于 0.3的高磷铸铁，耐磨性高于孕育铸铁一倍以上；磷铜钛铸铁和钒钛铸铁，耐磨性高于孕育铸铁二倍以上；各种稀土合金铸铁，有很高的耐磨性和机械性能；铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火和中高频感应淬火。接触电阻淬火，淬硬层为 0.150.2mm。硬度可达 HRC55。中高频感应淬火， 淬硬层为 23mm，硬度宁波大红鹰学院毕业设计（论文）18可达 HRC4855，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，全长上同时淬火需要相应的设备。2钢 镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr 等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度为5258HRC；20Cr、20CrMnTi、15 等渗碳淬火，渗碳淬硬至 5662HRC；38C rMoAlA等采用氮化处理。3有色金属 常用的有色金属有黄铜 HPb59-l，锡青铜 ZCuSn6Pb3Zn6，铝青铜ZQAl9-2 和锌合金 ZZn-Al10-5，超硬铝 LC4、铸铝 ZL106 等，其中以铝青铜较好。4塑料 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜 )，抗振性能好，工作温度适应范围广(-200+260)，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定件好，工艺简单，成本低等优点。目前在各类机床的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配。导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法、以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。常用的提高导轨耐磨性的方法有：采用镶装导轨、提高导轨的精度与改善表面粗糙度、采用卸荷装置减小导轨单位面积上的压力(即比压)等。4.6 滑动导轨的设计一作用力合作用点位置，作用力方向和作用点的位置唏嘘合理安置。一边导轨倾斜的力矩尽量小。否则会使导轨中的摩擦力增大，磨加剧，从而降低导轨的灵活性和导向精度。严重时甚至还可能卡死，不能正常工作。1. 作用在运动件上的推力有三种情况：1.推力通过运动件在轴线2.推力作用点在运动件的轴线上。但推力的方向与轴线成一夹角3.推力平行于运动件的轴线上宁波大红鹰学院毕业设计（论文）19对于第一种情况，导轨镇南关的摩擦力只受到载荷及运动件本身重量的影响，推力不会产生附加摩擦力。犹豫结构上的限制，实际的结构中往往出项第二第三中情况。为了保证导轨的灵活性，要对导轨进行验算，在已知的条件先，确定各部分的集合尺寸。推力 F 与运动件轴线组成夹角 a,如图所示推力 F 的作用将使运动件产生倾斜，从而使运动件与承导体的俩点处压紧，设正压力分别为 . ，相应摩擦力 ， ，作用间的距离为 L，轴向阻力为1N21N,f2,fo0AXYM,12,121cos0sinfFbdLhLNff根据静力平衡条件,运动件的直径较小时，上式中含有 d 的各项可以略去。可解得： ,cosin12/oFFfhL欲推动运动件，则必须使 ,csi/of若要保证不卡死的条件是：,oin12/0fhL由此，可得到当推力 F 与运动件有一夹角 a 时，运动件正常工作的条件是,taLfh为当量摩擦系数,f宁波大红鹰学院毕业设计（论文）20在燕尾形和三角形导轨中: ,/cosf-滑动摩擦系数f-眼尾轮廓角与三角底角二选与运动件轴线与轴线相距 h，图中 为轴向阻力 和 为反作用力，为当量摩oF1N2擦系数，根据静力平衡条件 0AXYM,122 ,1210020oFNfdhLfNf解得： ,/OFfhL推动运动件则必须： ,12/Of保证运动件不卡死条件 ,/0fhL即： ,2/1fhL为了保证运动灵活，可取值 ,20.5fL当取 f=0.25 时，则有：对圆柱形导轨： 1.h对矩形导轨： 2L对燕尾形或三角形导轨： 1h在本设计的导轨中：h=200mm L=360 因此：20.563hL符合相关要求.宁波大红鹰学院毕业设计（论文）21总 结本次设计的是 X 向进给机械部分设计，完成了尺寸计算及结构设计，并对其进行一系列的校核，各项性能指标完全满足要求，说明设计的结构是合理的。然后选择轴承和电机。由于专业知识的限制，无法对复杂的数控系统进行设计，但是，通过选择合适的数控系统，进行选购即可。机床是促进国民经济发展的巨大源动力，它给机械制造业带来了高倍率的效益增长和现代化的生产方式。随着数控技术的发展，高品质，高可靠性，高性价比的 CNC系统具有丰富的功能，为数控技术的发展提供了充足的物质技术条件。同时，也给数控机床的机械结构提出了更高的要求。因此，研究一台数控车床对现代加工具有重要的意义。端面磨床具有结构简单、价格便宜、故障率低、维修简单方便、效率高、操作编程简单等诸多优点，所以端面磨床在很多加工行业都会成为应用的主体，随着数控技术和机床行业的发展，端面磨床将有着广阔的发展前景。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）22致 谢眨眼间，四年的大学生活就在本论文的完成之际即将宣告结束。四年的不断学习，不仅是为了今天的毕业设计，也是为今后走上工作岗位作了准备。在设计成过程中，感谢很多人的帮助和指点，首先我要感谢我的母校的辛勤培育，感谢院系各位老师四年来的谆谆教诲，感谢他们四年来默默的栽培我。本次设计是在我的导师 XX 教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此，谨向 XX 教师表示衷心的感谢和崇高的敬意！。此外，在毕业设计过程中，也得到了其他老师和同学的帮助，设计任务一直在很好的氛围中进行，在这里，也向他们表示真诚的感谢！再次向设计中所有提供过帮助的人表示感谢！宁波大红鹰学院毕业设计（论文）23参考文献1文怀兴、夏田主编， 数控机床系统设计M，北京：化学工业出版社 20102 黄英、肖平阳等主编， 画法几何及机械制图M，北京：高等教育出版社，2006.123 王昆、汪信远等主编， 机械设计机械设计基础课程设计M，北京：高等教育出版社，2009.64 扬可桢、程光蕴、李仲生主编， 机械设计基础M，北京：高等教育出版社，2009.65 廖念钊、莫雨松等主编， 互换性与技术测量M，北京：中国计量出版社，2008.66 徐灏主编.新编机械设计师手册M.北京:机械工业出版社,1995. 7 李劲松. 论我国数控技术和装备发展动态与趋势J. 机电新产品导报 , 2006,(06)8鲁远东主编，机床电气控制技术M，电子工业出版社，2007.79 罗学科，谢富春. 数控原理和数控机床北京：化学工业出版社，200310 陈蔚芳，王洪涛. 机床数控技术及应用北京：科学出版社，200511 林宋，田建君.现代数控机床北京：化学出版社，200312 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