M1432B外圓磨床主軸系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

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1、 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 陳祖棟 學(xué) 號(hào)： 05010114 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目： M1432B外圓磨床主軸系統(tǒng)改造設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師: 曲 波 陳 濤 2009年 3 月 22日 開(kāi)題報(bào)告填寫要求 1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專業(yè)審查后生效； 2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容

2、必須用黑墨水筆工整書(shū)寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)； 3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書(shū)最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論

3、文）開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 本文系統(tǒng)介紹了磨床與磨床主軸系統(tǒng)的組成、主要特點(diǎn)、近年的發(fā)展概況、并從實(shí)際規(guī)劃角度出發(fā)，全面系統(tǒng)地介紹了主軸系統(tǒng)的規(guī)劃方法和設(shè)計(jì)構(gòu)思，并且進(jìn)行了一定程度的整理，在經(jīng)濟(jì)實(shí)用的基礎(chǔ)上提出改造的方案。 關(guān)鍵詞 主軸 軸承 剛度 1 引言 近年來(lái)磨削的相關(guān)技術(shù)逐漸地成熟, 已成為正在迅速崛起的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù), 對(duì)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量磨削的關(guān)鍵技術(shù)是研究開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的高速磨床, 因此自20 世紀(jì)80年代中期以來(lái), 開(kāi)

4、發(fā)高速磨削機(jī)床便成為國(guó)際機(jī)床工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流[1]。目前適應(yīng)高速磨削加工要求的高速加工中心和其它高速磨床在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已呈普及應(yīng)用的趨勢(shì), 而我國(guó)也正在加快發(fā)展高速加工中心的生產(chǎn)、研究和應(yīng)用。正是基于機(jī)床發(fā)展的這種趨勢(shì), 因此主軸設(shè)計(jì)的優(yōu)質(zhì)也成為一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。 2 對(duì)主軸系統(tǒng)的要求 磨床的主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有較大的差別[2]。磨床主軸的工作運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不像進(jìn)給驅(qū)動(dòng)需要絲杠或其它直線運(yùn)動(dòng)裝置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。磨床通常通過(guò)主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)砂輪與工件的快速的相對(duì)磨削運(yùn)動(dòng)。在20紀(jì)60-70年代，磨床的主軸一般采用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)配上多級(jí)齒輪變速箱實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速的驅(qū)動(dòng)方式。

5、隨著磨削技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、加工工藝以及生產(chǎn)效率的不斷發(fā)展，上述傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動(dòng)已不能滿足生產(chǎn)的需要?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸傳動(dòng)提出了更高的要求： 2.1 調(diào)速范圍及恒功率范圍 保證加工時(shí)選用合適的磨削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量[5]。特別對(duì)于具有適應(yīng)各種工序和各種材料的加工要求，對(duì)主軸的調(diào)速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，并減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化主軸箱。目前主軸驅(qū)動(dòng)裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達(dá)1∶100，恒功率調(diào)速范圍也可達(dá)1∶30，一般過(guò)載1.5倍時(shí)可持續(xù)工作達(dá)到30min[3]。主軸在全速范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內(nèi)提供主軸電動(dòng)

6、機(jī)的最大功率。由于主軸電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機(jī)床低速、強(qiáng)力切削的需要，常采用分級(jí)無(wú)級(jí)變速的方法（即在低速段采用機(jī)械減速裝置），以擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩。 2.2 具有較高的精度與剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低[3]。 加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)[4]。為了提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動(dòng)時(shí)齒輪齒面應(yīng)采用高頻感應(yīng)加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級(jí)一般用斜齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。采用帶傳動(dòng)時(shí)應(yīng)采用齒型帶。應(yīng)采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提高主軸的組件的剛性[4]。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)增加齒輪寬度，提高齒輪的重疊系數(shù)[5]。變速滑移齒輪一般

7、都用花鍵傳動(dòng)，采用內(nèi)徑定心。側(cè)面定心的花鍵對(duì)降低噪聲更為有利，因?yàn)檫@種定心方式傳動(dòng)間隙小，接觸面大，但加工需要專門的刀具和花鍵磨床。 2.3 良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。 加工時(shí)，可能由于持續(xù)磨削、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過(guò)程中的自振等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至可能損壞主軸系統(tǒng)中的零件，使其無(wú)法工作。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中的零部件產(chǎn)生熱變形，降低傳動(dòng)效率，影響零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度，從而造成加工誤差[5]。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動(dòng)平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑[11]。 3 主軸組件的剛度計(jì)算

8、 機(jī)床主軸往往有較高的剛度要求, 因此, 軸承直徑的尺寸往往較大, 根據(jù)這些軸承直徑尺寸所選定的滾動(dòng)軸承, 其疲勞壽命往往是富裕的, 因此常常不需要作疲勞壽命的計(jì)算, 這類軸承的選擇主要取決于其精度和剛度[6]。而主軸的軸向剛度完全取決于軸承的軸向剛度, 下面主要對(duì)主軸組件的徑向剛度進(jìn)行校核計(jì)算。 3.1 支承的簡(jiǎn)化 先將主軸組件簡(jiǎn)化為主軸組件計(jì)算模型, 由于一對(duì)背對(duì)背角接觸球軸承只承受軸向力, 故可將支承點(diǎn)簡(jiǎn)化為雙列圓柱滾子軸承中心[6]。 3.2 主軸剛度計(jì)算 已知主軸前軸承的軸承內(nèi)徑,后軸承的軸承內(nèi)徑,跨距,主軸前懸伸,主軸孔直徑,前軸承預(yù)緊量,后軸承預(yù)緊量,主軸前端加載的力

9、,就可以通過(guò)公式計(jì)算主軸的徑向剛度為[7]。 4 磨床的發(fā)展概況 磨床是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床[7]。 大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進(jìn)行加工，如珩磨機(jī)、超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī)等[8]。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石[9]。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)力磨削等。 十八世紀(jì)30年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機(jī)和槍械等零件淬硬后的加工，英國(guó)、德國(guó)和美國(guó)分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當(dāng)時(shí)現(xiàn)成的機(jī)床

10、如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度低，磨削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。 1876年在巴黎博覽會(huì)展出的美國(guó)布朗-夏普公司制造的萬(wàn)能外圓磨床，是首次具有現(xiàn)代磨床基本特征的機(jī)械。它的工件頭架和尾座安裝在往復(fù)移動(dòng)的工作臺(tái)上，箱形床身提高了機(jī)床剛度，并帶有內(nèi)圓磨削附件[9]。1883年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺(tái)作往復(fù)移動(dòng)的平面磨床。 1900年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動(dòng)的應(yīng)用，對(duì)磨床的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問(wèn)世。例如20世紀(jì)初，先后研制出加工氣缸體的行星內(nèi)圓磨床、曲軸磨床、凸輪

11、軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床等[10]。 自動(dòng)測(cè)量裝置于1908年開(kāi)始應(yīng)用到磨床上。到了1920年前后，無(wú)心磨床、雙端面磨床、軋輥磨床、導(dǎo)軌磨床，珩磨機(jī)和超精加工機(jī)床等相繼制成使用；50年代又出現(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達(dá)60～80米/秒的高速磨床和大切深、緩進(jìn)給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機(jī)的數(shù)字控制和適應(yīng)控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應(yīng)用。 隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長(zhǎng)。 磨床是各類金屬切削機(jī)床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、無(wú)心

12、磨床、工具磨床等[11]。 外圓磨床是使用的最廣泛的，能加工各種圓柱形和圓錐形外表面及軸肩端面的磨床。萬(wàn)能外圓磨床還帶有內(nèi)圓磨削附件，可磨削內(nèi)孔和錐度較大的內(nèi)、外錐面。不過(guò)外圓磨床的自動(dòng)化程度較低，只適用于中小批單件生產(chǎn)和修配工作。 內(nèi)圓磨床的砂輪主軸轉(zhuǎn)速很高，可磨削圓柱、圓錐形內(nèi)孔表面。普通內(nèi)圓磨床僅適于單件、小批生產(chǎn)[12]。自動(dòng)和半自動(dòng)內(nèi)圓磨床除工作循環(huán)自動(dòng)進(jìn)行外，還可在加工中自動(dòng)測(cè)量，大多用于大批量的生產(chǎn)中。 平面磨床的工件一般是夾緊在工作臺(tái)上，或靠電磁吸力固定在電磁工作臺(tái)上，然后用砂輪的周邊或端面磨削工件平面的磨床；無(wú)心磨床通常指無(wú)心外圓磨床，即工件不用頂尖或卡盤定心和支承，而

13、以工件被磨削外圓面作定位面，工件位于砂輪和導(dǎo)輪之間，由托板支承，這種磨床的生產(chǎn)效率較高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，多用在大批量生產(chǎn)中[13]。 工具磨床是專門用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有萬(wàn)能工具磨床、鉆頭刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲線磨床等，多用于工具制造廠和機(jī)械制造廠的工具車間。 軸承套圈磨床是磨床的一個(gè)重要分支[14]。我國(guó)的軸承套圈磨床已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，現(xiàn)在正在使用的大批量高精度的軸承生產(chǎn)已經(jīng)廣泛采用自動(dòng)線生產(chǎn)，代表著世界先進(jìn)水平的軸承磨超自動(dòng)線已經(jīng)大量的出口世界各地。我國(guó)的軸承磨床制造企業(yè)為我國(guó)的精密磨床發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)[15]。 5 結(jié)束語(yǔ) 我想要進(jìn)行的M1432外圓磨床

14、的主軸改造設(shè)計(jì)，將對(duì)主軸進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。將以方案設(shè)計(jì)和關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)為主要任務(wù)，以支撐傳動(dòng)軸承載能力校核為訓(xùn)練手段，以經(jīng)濟(jì)使用、造型美觀、節(jié)能先進(jìn)為目標(biāo)。盡力設(shè)計(jì)出一個(gè)優(yōu)質(zhì)高效又節(jié)約能源的主軸系統(tǒng)。 參考文獻(xiàn) [1]《機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)》，上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979，06. [2] 任敬心，華定安.《磨削原理》，西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1988. [3] 余順， 陳庭，李志明.數(shù)控凸輪磨床高剛度液體靜壓軸承磨頭的研究[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006. [4] 胡慶。淺談靜壓軸承的特點(diǎn)[J]。設(shè)計(jì)及修復(fù)。 工具技術(shù). 2006. [

15、5] 朱有洪，劉建亭，楊建璽. 液體靜壓軸承薄膜節(jié)流新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析[J]. 軸承. 2008,(3):27-30. [4] 龐志成， 陳世家. 液體靜壓動(dòng)靜壓軸承[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1991,12. [6] 范云漲，陳北年.《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992. [7] 戴曙.《金屬切削機(jī)床》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.10. [8] 濮良貴，紀(jì)名剛.《機(jī)械設(shè)計(jì)》，北京：高等教育出版社，1996. [9] 曾志新，呂明.《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)在》，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001. [10] 孫恭壽，湯錫金.《磨床精華與

16、改造》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986. [11] 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991. [12] 馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999. [13] 磨床設(shè)計(jì)制造.上海：上海人民出版社，1983. [14] 鄧星鐘等.機(jī)電傳動(dòng)控制，武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998. [15] 實(shí)用機(jī)床附件手冊(cè)，河南：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2001,2.  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 ２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 需要解決的問(wèn)題： 合適選擇主軸系統(tǒng)裝置，主軸系統(tǒng)

17、一般由主軸、主軸電機(jī)、主軸箱及主軸軸承等零件組成。 ① 主軸 主軸是磨床加工零件的動(dòng)力輸出部分，主軸的旋轉(zhuǎn)精度與定位準(zhǔn)確性，是影響磨床磨削精度的主要因素。設(shè)計(jì)主軸是重要的問(wèn)題是選取合適的參數(shù)，計(jì)算出必要的剛度，這樣才能保證主軸的穩(wěn)定性和精度。 ② 主軸電機(jī) 一般是指單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)直聯(lián)、齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)等形式，驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。 ③ 主軸箱 主軸相作用就是把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到主軸上，通過(guò)不同傳動(dòng)比的搭配 達(dá)到降低主軸轉(zhuǎn)速和提高主軸扭矩的目的，同時(shí)可以起到一些支撐的作用。 ④ 主軸軸承 主軸軸承是由實(shí)心內(nèi)圈、外圈、球、以及帶有實(shí)心窗口保持架的保持架組件構(gòu)成的單列角接觸球軸承。它

18、們不可拆除。這些軸承可以是開(kāi)口的，也有密封的。軸軸承的公差有限。它們特別適于需要非常高導(dǎo)向精確性和速度能力的軸承布置。它們特別適合于機(jī)器工具中軸的軸承布置。 2 將采用的設(shè)計(jì)步驟： 對(duì)于這次的設(shè)計(jì)，首先我想有必要弄清楚這臺(tái)機(jī)床的主要用途和一些特性，在對(duì)這個(gè)機(jī)床具備了一定認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，這樣會(huì)取得更好的效果。然后要弄明白這臺(tái)機(jī)床的主要規(guī)格和一些參數(shù)，這樣對(duì)于各個(gè)零部件的選擇有非常大的作用。然后對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括了機(jī)械傳動(dòng)的原理圖、機(jī)械傳動(dòng)、主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、軸承的選擇與計(jì)算、傳動(dòng)軸承載能力核算、蝸桿齒輪和絲杠螺母的選擇。再進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括了液壓原理圖、液

19、壓傳動(dòng)、液壓管路圖、液壓元件的選擇。隨后是電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括了電氣原理圖、電氣原理說(shuō)明、電氣設(shè)備的選擇、電氣互連圖、電氣設(shè)備的安裝圖、配電板位置圖，然后是冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。再是潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。再進(jìn)行機(jī)床的操作，包括了機(jī)床開(kāi)動(dòng)步驟，機(jī)床操作件的選擇等。最后，則是對(duì)機(jī)床的維護(hù)與檢修的設(shè)計(jì)。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)： 該生在文獻(xiàn)綜述中，對(duì)磨床的主軸系統(tǒng)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，對(duì)主軸的調(diào)速方法和剛度計(jì)算有一定的介紹，并對(duì)其磨床的發(fā)展現(xiàn)狀

20、進(jìn)行了較為詳盡的綜述，緊扣研究課題。 2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 該課題要求學(xué)生從理論方面設(shè)計(jì)出磨床的主軸系統(tǒng)、供油系統(tǒng)及其附屬元件，其中涉及到液壓傳動(dòng)，及齒輪傳動(dòng)計(jì)算與主軸的設(shè)計(jì)，以及電氣知識(shí)地應(yīng)用。其課題深度適中，工作量符合本科畢業(yè)設(shè)計(jì)地要求。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日