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I M1432A萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 在全面了解磨床結(jié)構(gòu)、工作原理、液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，論文對磨床總體尺寸進(jìn) 行布局及對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。M1432A 型萬能外圓磨床主要以磨削圓柱形或圓錐 形（包括階梯形）的外圓表面和內(nèi)孔，成品的尺寸精度可達(dá) 1～2 級，表面光潔度可 達(dá) T8～ T10。對機(jī)床液壓系統(tǒng)有著較高、較復(fù)雜的要求。用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作臺的 自動往復(fù)運(yùn)動、砂輪架的快速進(jìn)退、尾架頂尖的伸縮以及必要的聯(lián)鎖動作。 本系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用了將開停閥、先導(dǎo)閥、換向閥、節(jié)流閥、抖動缸等組合一 體的操縱箱。使結(jié)構(gòu)緊湊、管路減短、操縱方便，又便于制造和裝配修理。此操縱 箱屬行程制動換向回路，具有較高的換向位置精度和換向平穩(wěn)性。而且采用活塞桿 固定式雙桿液壓缸，還對液壓系統(tǒng)的回路做了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。 關(guān)鍵詞：磨床；液壓缸；萬能型外圓磨床；液壓系統(tǒng)；操縱箱 II ABSTRACT Based on understanding grinder structure, work principle, and the hydraulic system, the paper carries on the overall size layout of the grinder and the design of the hydraulic system. M1432A multifunction cylindrical grinding is mainly used to grind the cylindrical surface and the hole inside of cylinder and cone (including stepped appearance). The size precision of the final product may achieve 1~2grade. The finish degree of surface may achieve T8-T10. So it required higher and more complex requirement to the hydraulic pressure system of machine tool. Through hydraulic system, the automatically reciprocating motion of working table, the advance and retreat of grinding wheel rack, the expansion and contraction of tail stock center, as well as the essential interconnection movement can be realized. In the paper, the system adopt the control box which is composed of the opening and stopping valve, pilot valve, directional control valve, throttle valve, the vibration cylinder and so on. It makes the structure compact, the pipeline short, and the operation convenient, and it is convenient to manufacture, assemble and repair. This control box is a type of travel braking changeover circuit; it has higher commutation position precision and the commutation stability. Moreover, the system adopts the piston rod stationary type double pole hydraulic cylinder, and we also make the further design and change to the loop of hydraulic system. Key words:Grinder；Hydraulic Cylinder；Multi-purpose Cylindrical Grinder； Hydraulic System；Control Box 目 錄 摘要 .......................................................................................................................................I Abstract ...............................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ......................................................................................................................1 1.1 選題的背景目的及其意義 ......................................................................................1 1.1.1 背景 .................................................................................................................1 1.1.2 目的及其意義 .................................................................................................2 1.2 國內(nèi)外磨床研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 ..........................................2 1.3 對選題的研究設(shè)想、研究方法 ..............................................................................3 1.4 預(yù)期結(jié)果和意義 .......................................................................................................5 第 2 章 機(jī)床總體方案的確定 .....................................................................................6 2.1 總體設(shè)計(jì) ..................................................................................................................6 2.1.1 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì) ........................................................................................6 2.1.2 總體方案設(shè)計(jì) ................................................................................................6 2.1.3 總體方案綜合評價(jià)和選擇 ............................................................................6 2.1.4 總體方案的設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化 ........................................................................6 2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì) ..................................................................................................................7 2.3 機(jī)床整體綜合評價(jià) ..................................................................................................7 2.4 本章小結(jié) ..................................................................................................................7 第 3 章 總體尺寸布局設(shè)計(jì) ..........................................................................................8 3.1 縱向尺寸關(guān)系圖的確定與繪制 ..............................................................................8 3.1.1 確定縱向尺寸的基準(zhǔn)線 ................................................................................8 3.1.2 確定砂輪對稱中心線位置 ............................................................................8 3.1.3 確定工作臺對稱中心線位置 ........................................................................9 3.1.4 確定上、下工作臺長度 ................................................................................9 3.1.5 確定油壓筒用活塞桿的固定形式和長度 ....................................................9 3.1.6 確定后床身上面的墊導(dǎo)板導(dǎo)軌尺寸位置 ..................................................10 3.1.7 確定橫進(jìn)給絲桿中心位置 ..........................................................................10 3.1.8 確定手搖臺面機(jī)構(gòu)的手輪中心位置 ..........................................................11 3.1.9 確定齒條長度及齒輪位置 ..........................................................................11 3.2 橫向尺寸關(guān)系圖的確定與繪制 ............................................................................11 3.2.1 確定橫向尺寸的基準(zhǔn)線 ..............................................................................11 3.2.2 確定上下工作臺厚度和寬度 ......................................................................11 3.2.3 確定頭尾架頂尖中心位置 ..........................................................................13 3.2.4 確定頭尾架頂尖中心至床身面的高度 ......................................................13 3.2.5 確定橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)手輪中心的高度 ..............................................................13 3.2.6 確定油壓套中心位置 ..................................................................................13 3.2.7 確定工作臺回轉(zhuǎn)中心位置 ..........................................................................13 3.2.8 確定后床身有關(guān)的幾個尺寸 ......................................................................13 3.2.9 確定最大最小極限位置 ..............................................................................14 3.2.10 確定砂輪架橫向行程長度 ........................................................................14 3.2.11 確定滑鞍長度 ............................................................................................15 3.2.12 確定墊板長度 ............................................................................................15 3.3 本章小結(jié) ................................................................................................................16 第 4 章 M1432A 萬能外圓磨床液壓系統(tǒng) .............................................................17 4.1 設(shè)計(jì)步驟 ................................................................................................................17 4.2 液壓系統(tǒng)總體布局及其原理 ................................................................................17 4.2.1 工作臺往復(fù)運(yùn)動 ..........................................................................................17 4.2.2 砂輪架快速進(jìn)退 ..........................................................................................19 4.2.3 尾架頂尖的液動夾緊 ..................................................................................19 4.3 液壓系統(tǒng)的工作原理 ............................................................................................19 4.3.1 工作臺的往復(fù)運(yùn)動 ......................................................................................19 4.3.2 砂輪架的快速進(jìn)退 ......................................................................................20 4.3.3 尾架頂尖的液動夾緊 ..................................................................................21 4.4 液壓系統(tǒng)中的換向機(jī)構(gòu)及其性能 ........................................................................21 4.4.1 采用先導(dǎo)閥 ..................................................................................................21 4.4.2 選用行程控制式制動 ..................................................................................22 4.4.3 使換向閥分段變速移動 ..............................................................................22 4.4.4 使先導(dǎo)閥快跳 ..............................................................................................23 4.5 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) ....................................................................................................23 4.6 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 ....................................................................................................24 4.6.1 計(jì)算工作臺的負(fù)載 ......................................................................................24 4.6.2 選擇油缸的工作壓力和確定油泵的供油壓力 ..........................................25 4.6.3 計(jì)算工作臺油缸直徑 ..................................................................................25 4.6.4 計(jì)算各油缸的流量和油泵流量 ..................................................................26 4.6.5 計(jì)算油泵的電動機(jī)功率 ..............................................................................26 4.6.6 計(jì)算油管內(nèi)徑 ..............................................................................................26 4.6.7 油池的容積計(jì)算 ..........................................................................................27 4.7 本章小結(jié) ................................................................................................................27 第 5 章 工作臺液壓操縱箱及液壓缸的設(shè)計(jì) .......................................................28 5.1 工作臺液壓系統(tǒng)的功能 ........................................................................................28 5.2 工作臺液壓系統(tǒng)的工作原理 ................................................................................28 5.3 操縱箱的系統(tǒng)的特點(diǎn) ............................................................................................28 5.4 液壓缸的典型結(jié)構(gòu) ................................................................................................29 5.5 液壓缸的組成 ........................................................................................................29 5.6 本章小結(jié) ................................................................................................................32 結(jié)論 ....................................................................................................................................33 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................34 致謝 ....................................................................................................................................35 1 第 1 章 緒 論 1.1 選題的背景、目的及其意義 磨床是利用磨具對工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。 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。 1.1.1 背景 1.正在精磨軋輥的大型磨床 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。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、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當(dāng)時現(xiàn)成的 機(jī)床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡單，剛度低，磨削時易 產(chǎn)生振動，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。 1876 年在巴黎博覽會展出的美國布朗-夏普公司制造的萬能外圓磨床，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)移動的工作臺上，箱 形床身提高了機(jī)床剛度，并帶有內(nèi)圓磨削附件。1883 年，這家公司制成磨頭裝在立 柱上、工作臺作往復(fù)移動的平面磨床。 1900 年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動的應(yīng)用，對磨床的發(fā)展有很大的推動 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、凸輪軸磨床和帶電 磁吸盤的活塞環(huán)磨床等。 自動測量裝置于 1908 年開始應(yīng)用到磨床上。到了 1920 年前后，無心磨床、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 [1]。 2.能做鏡面磨削的精密磨床 2 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。 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、無心磨床、工具磨床等。 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。 不過外圓磨床的自動化程度較低，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)。自動和半自動內(nèi)圓磨床除工作循環(huán)自動進(jìn)行外，還可在加 工中自動測量，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上，或靠電磁吸力固定在電磁工作臺上， 然后用砂輪的周邊或端面磨削工件平面的磨床；無心磨床通常指無心外圓磨床，即 工件不用頂尖或卡盤定心和支承，而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)自動化，多用在大 批量生產(chǎn)中。 3.大型曲軸磨床 工具磨床是專門用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有萬能工具磨床、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。 砂帶磨床是以快速運(yùn)動的砂帶作為磨具，工件由輸送帶支承，效率比其他磨床 高數(shù)倍，功率消耗僅為其他磨床的幾分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐熱難加 工材料和大量生產(chǎn)的平面零件等。 專門化磨床是專門磨削某一類零件，如曲軸、凸輪軸、花鍵軸、導(dǎo)軌、葉片、 軸承滾道及齒輪和螺紋等的磨床。除以上幾類外，還有珩磨機(jī)、研磨機(jī)、坐標(biāo)磨床 和鋼坯磨床等多種類型。 1.1.2 目的及意義 磨床是金屬切削行業(yè)的一個重要分支，隨著工業(yè)的發(fā)展，對機(jī)械零件的加工精 度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工顯得更加重要。尤其在汽車、電力、船 舶、冶金、軍工、航空航天等行業(yè)，國產(chǎn)數(shù)控磨床正在發(fā)揮著越來越大的作用。 1.2 國內(nèi)外磨床研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，社會需求也在發(fā)生變化。在機(jī)械制造業(yè)中，多品種、小批量 生產(chǎn)的需求日益增加，因此出現(xiàn)了與之相適應(yīng)的 FMS 等先進(jìn)制造系統(tǒng)。機(jī)床是 FMS 的核心裝備。前期的 FMS，可以說是“以機(jī)床為主的系統(tǒng)”設(shè)計(jì)，即根據(jù)現(xiàn)有機(jī) 3 床的特點(diǎn)來構(gòu)成 FMS，但是傳統(tǒng)的機(jī)床（包括數(shù)控機(jī)床）設(shè)計(jì)時并未考慮到它在 FMS 中的應(yīng)用，因此在功能上制約了 FMS 的發(fā)展。FMS 的發(fā)展對機(jī)床提出了新的 要求，要求機(jī)床設(shè)計(jì)向“ 以系統(tǒng)為主的機(jī)床設(shè)計(jì) ”方向發(fā)展，即在機(jī)床設(shè)計(jì)時就要考 慮到它如何更好地適應(yīng) FMS 等先進(jìn)制造系統(tǒng)的要求，例如要求具有時、空柔性，與 物流的可親性等等，這就機(jī)床設(shè)計(jì)的方法學(xué)提出了新的要求。 國產(chǎn)數(shù)控磨床正在發(fā)揮著越來越大的作用。 “十一五” 期間，經(jīng)過調(diào)整和整合期后 的磨床行業(yè)，將會迎來新一輪的發(fā)展期。 2003 年和 2004 年兩年的磨床市場交易量(內(nèi)銷、進(jìn)口、出口量的總和)為 64756 臺，其中內(nèi)銷量占 63.63%、進(jìn)口量為 23.44%、出口量為 12.92%；市場交易額為 108.06 億元，其中內(nèi)銷額占 34.34%、進(jìn)口額占 63.80%、出口額占 1.86%。從而可知， 進(jìn)口量占磨床市場交易量的 23.44%，而進(jìn)口額占磨床市場交易額的 63.6%，可見進(jìn) 口磨床的技術(shù)檔次或附加值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出內(nèi)銷磨床。目前汽車制造廠曲軸線上的磨床主 要依賴進(jìn)口，而國產(chǎn)磨床基本供汽車零配件廠使用 [5]。 1.3 對選題的研究設(shè)想、研究方法 機(jī)床的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)其設(shè)計(jì)類型而定。通用機(jī)床采用系列化設(shè)計(jì)方法。 1.工藝范圍 機(jī)床是用來完成工件表面加工的，應(yīng)該具備完成一定工藝范圍（包括加工方法、 工件類型、加工表面形狀、尺寸等）的加工功能，因此，也可以把工藝范圍稱之為 機(jī)床的加工功能。 對于專用機(jī)床，工藝范圍較窄，相應(yīng)的功能也較少。而普通機(jī)床，工藝范圍較 寬，功能較強(qiáng)，特別是多品種，小批量生產(chǎn)需求的增加，要求擴(kuò)大機(jī)床的功能。 機(jī)床功能的增加，將使機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加，制造難度、制造周期及制造 成本增加。對于生產(chǎn)率，就機(jī)床本身而言，功能增加，可能會使生產(chǎn)率下降，但就 機(jī)械制造系統(tǒng)（或工件的制造全過程）而言，機(jī)床功能的增加，將會減少工件的裝 卸次數(shù)，減少安裝、搬運(yùn)等輔助時間，會使總的生產(chǎn)率提高。機(jī)床的功能主要根據(jù) 被加工對象的批量來選擇。大批量生產(chǎn)用的專用機(jī)床的功能設(shè)置較少，只要滿足特 定的工藝范圍要求就行了，以獲得提高生產(chǎn)率、縮短機(jī)床制造周期及降低機(jī)床成本 等效果。單件小批量生產(chǎn)用的通用機(jī)床則應(yīng)擴(kuò)大機(jī)床的功能。 2.柔性 隨著多品種小批量生產(chǎn)的發(fā)展，對機(jī)床的柔性要求越來越高。機(jī)床的柔性，是 指其適應(yīng)加工對象變化的能力，包括空間上的柔性和時間上的柔性。所謂空間柔性 也就是功能柔性，指的是在同一時期內(nèi)，機(jī)床能夠適應(yīng)多品種小批量的加工，即機(jī) 4 床的運(yùn)動功能和刀具數(shù)目多，工藝范圍廣，一臺機(jī)床具備有幾臺機(jī)床的功能，因此 在空間上布置一臺高柔性機(jī)床，其作用等于布置了幾臺機(jī)床。所謂時間上的柔性也 就是結(jié)構(gòu)柔性，指的是在不同時期，機(jī)床各部分重新組合，構(gòu)成新的機(jī)床功能，即 通過機(jī)床重構(gòu)，改變其功能，以適應(yīng)產(chǎn)品更新變化快的要求。又如，有的單件或小 批量 FMS 作業(yè)線上，經(jīng)過識別裝置對下一個待加工的工件進(jìn)行識別，根據(jù)其加工要 求，在作業(yè)線上就可自動進(jìn)行機(jī)床功能重構(gòu)，有些重構(gòu)幾秒鐘內(nèi)即可完成，這就要 求機(jī)床的功能部件具有快速分離與組合的功能。 3.與物流系統(tǒng)的可親性 可親性就是指機(jī)床與物流系統(tǒng)之間進(jìn)行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方 便程度。對于單機(jī)工作形式的普通機(jī)床，是由人進(jìn)行物料交接的，要求機(jī)床的使用、 操作、清理、維護(hù)方便。對于自動化柔性制造系統(tǒng)，機(jī)床與物流系統(tǒng)（如輸送線） 是自動進(jìn)行物料交接的，要求機(jī)床結(jié)構(gòu)形式開放性好，物料交接方便。 4.剛度 機(jī)床的剛度將影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率，因此機(jī)床應(yīng)有足夠的剛度。剛度 包括靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、熱態(tài)剛度。 5.精度 為保證能加工出一定精度的工件，作為工作母機(jī)的機(jī)床必須具有更高的精度要 求。機(jī)床精度分為機(jī)床本身的精度，即空載條件下的精度（包括幾何精度、運(yùn)動精 度、傳動精度、定位精度等）和工作精度（加工精度） 。 6.噪聲 噪聲損壞人的聽覺器官和生理功能，是一種環(huán)境污染。設(shè)計(jì)和制造過程中要設(shè) 法降低噪聲。 7.生產(chǎn)率和自動化 機(jī)床的生產(chǎn)率用單位時間內(nèi)機(jī)床所能加工的工件數(shù)量來表示。機(jī)床的切削效率 越高，輔助時間越短，則它的生產(chǎn)率越高。對用戶而言，使用高效率的機(jī)床，可以 降低工件的加工成本，機(jī)床的自動化程度越高，則它的生產(chǎn)率越高，加工精度的穩(wěn) 定性越好，越容易適應(yīng)自動化制造系統(tǒng)的要求。 8.成本 成本概念貫穿在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，包括設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用 維護(hù)和報(bào)廢處理等的費(fèi)用，是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標(biāo)，應(yīng)在盡可能保證機(jī) 床性能要求的前提下，提高其性能價(jià)格比。 9.生產(chǎn)周期 5 為了快速響應(yīng)市場需求變化，生產(chǎn)周期（包括設(shè)計(jì)和制造）是衡量產(chǎn)品市場競 爭力的重要指標(biāo)，應(yīng)盡可能縮短機(jī)床的生產(chǎn)周期。這就要求機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如 CAD、模塊化設(shè)計(jì)等。 10.可靠性 應(yīng)保證機(jī)床在規(guī)定的使用條件下、在規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定的加工功能時， 無故障運(yùn)行的概率要高。 11.造型與色彩 機(jī)床的外觀造型與色彩，要求簡潔明快、美觀大方、宜人性好。應(yīng)根據(jù)機(jī)床功 能、結(jié)構(gòu)、工藝及操作控制等特點(diǎn)，按照人機(jī)工程學(xué)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì) [6]。 1.4 預(yù)期結(jié)果和意義 M1432A 液壓系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)， 1.能實(shí)現(xiàn)工作臺的自動往復(fù)運(yùn)動，并能在 0.05～4m/min 之間無級調(diào)速，工作臺 換向平穩(wěn)，起動制動迅速，換向精度高。 2.在裝卸工件和測量工件時，為縮短輔助時間，砂輪架具有快速進(jìn)退動作，為 避免慣性沖擊，控制砂輪架快速進(jìn)退的液壓缸設(shè)置有緩沖裝置。 3.為方便裝卸工件，尾架頂尖的伸縮采用液壓傳動。 4.工作臺可作微量抖動： 切入磨削或加工工件略大于砂輪寬度時，為了提高生產(chǎn)率和改善表面粗糙度， 工作臺可作短距離(1～3mm)、頻繁往復(fù)運(yùn)動(100～150 次/min)。 5.傳動系統(tǒng)具有必要的聯(lián)鎖動作： (1)工作臺的液動與手動聯(lián)鎖，以免液動時帶動手輪旋轉(zhuǎn)引起工傷事故。 (2)砂輪架快速前進(jìn)時，可保證尾架頂尖不后退，以免加工時工件脫落。 (3)磨內(nèi)孔時，為使砂輪不后退，傳動系統(tǒng)中設(shè)置有與砂輪架快速后退聯(lián)鎖的機(jī) 構(gòu)，以免撞壞工件或砂輪。 (4)砂輪架快進(jìn)時，頭架帶動工件轉(zhuǎn)動，冷卻泵啟動；砂輪架快速后退時，頭架 與冷卻泵電機(jī)停轉(zhuǎn)。 從而使 M1432A 型萬能外圓磨床更加穩(wěn)定的工作。 6 第 2 章 機(jī)床總體方案的確定 2.1 總體設(shè)計(jì) 2.1.1 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì) 主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)是后續(xù)設(shè)計(jì)的前提和依據(jù)。設(shè)計(jì)任務(wù)的來源不同，如工廠的 規(guī)劃產(chǎn)品，或根據(jù)機(jī)床系列型譜進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，或用戶訂貨等，具體的要求不同， 但所要進(jìn)行的內(nèi)容大致相同。主要技術(shù)指標(biāo)包括： 1.用途 即機(jī)床的工藝范圍，包括加工對象的材料、質(zhì)量、形狀及尺寸等。 2.生產(chǎn)率 包括加工對象的種類、批量、及所要求的生產(chǎn)率。 3.性能指標(biāo) 加工對象所要求的精度（用戶訂貨設(shè)計(jì)）或機(jī)床的精度、剛度、熱 變形、噪聲等性能指標(biāo)。 4.主要參數(shù) 即確定機(jī)床的加工空間和主參數(shù)。 5.驅(qū)動方式 機(jī)床的驅(qū)動方式有電動機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動方式。電機(jī)驅(qū)動方式中又 有普通電機(jī)驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和伺服電機(jī)驅(qū)動。驅(qū)動方式的確定不僅與機(jī)床的成 本有關(guān)，還將直接影響運(yùn)動方式的確定。 6.成本及生產(chǎn)周期 無論是訂貨還是工廠規(guī)劃產(chǎn)品，都應(yīng)確定成本及生產(chǎn)周期 方面的指標(biāo)。 2.1.2 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)包括： 1.M1432A 萬能外圓磨床總體尺寸關(guān)系，包括縱向尺寸關(guān)系(正視圖)，橫向尺寸 關(guān)系圖( 側(cè)視圖 )，和頂視圖。 2.M1432A 萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)，包括工作臺液壓系統(tǒng)，砂輪架液壓系統(tǒng),尾 架液壓系統(tǒng)。 3.操縱箱設(shè)計(jì)，將開停閥、先導(dǎo)閥、換向閥、節(jié)流閥、抖動缸等組合一體的操 縱箱。 2.1.3 總體方案綜合評價(jià)和選擇 在總體方案設(shè)計(jì)階段，對其各種方案進(jìn)行綜合評價(jià)，從中選擇較好的方案。 2.1.4 總體方案的設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化 對所選擇的方案進(jìn)行進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，確定最終方案。上述設(shè)計(jì)內(nèi)容，在 設(shè)計(jì)過程中要交叉進(jìn)行。 7 2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì) 1.技術(shù)設(shè)計(jì) 包括確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖設(shè)計(jì)、分析計(jì)算或優(yōu)化。 2.施工設(shè)計(jì) 包括零件圖設(shè)計(jì)、商品化設(shè)計(jì)、編制技術(shù)文檔等。 2.3 機(jī)床整體綜合評價(jià) 上述步驟可反復(fù)進(jìn)行，直到達(dá)到技術(shù)結(jié)果滿意為止。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)和評 價(jià)反復(fù)進(jìn)行，可以提高一次設(shè)計(jì)成功率。 2.4 本章小結(jié) 本章介紹了機(jī)床以及液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了主要技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)、 總體方案綜合評價(jià)、機(jī)床整體綜合評價(jià)。根據(jù)任務(wù)書中的要求，做出自己的設(shè)計(jì)方 案和理念。 8 第 3 章 總體尺寸布局設(shè)計(jì) 3.1 縱向尺寸關(guān)系圖的確定與繪制 3.1.1 確定縱向尺寸的基準(zhǔn)線 畫出床身對稱中心線（O—O） ，它是縱向尺寸的基準(zhǔn)線（圖 3.1） 。ol2下 臺 橫 進(jìn) 給手 輪 中心手 搖 臺面 機(jī) 構(gòu)小 齒 輪中 心手 搖 臺 面機(jī) 構(gòu) 手 輪中 心 baL支 架 l6L油 壓 筒活 塞 右 蓋床^齒 條頭 頂 尖 尾l4B12363786中 心5 圖 3.1 縱向尺寸圖 3.1.2 確定砂輪對稱中心線位置 1l 由于頭架的縱向尺寸一般大于尾架的縱向尺寸，所以砂輪對稱中心線位置偏于 床身對稱中心線的右側(cè)，其偏離值根據(jù)頭、尾架縱向尺寸的大小而定。為避免頭架 伸出床身太多，考慮頭架處磨內(nèi)孔時要安放夾具，尾架處磨長工件時要砂輪修整器， 故只 取 mm 定 mm143015lL???尾頭 105l? 式中： ——頭架縱向尺寸；L頭 9 ——尾架縱向尺寸。L尾 由圖 3.1 知 1()2aobL??尾頂 尖 頭 得 mm2 (479l???????尾頭 頂 尖 頭 式中： ——頭、尾架最大頂尖距L頂 尖 而 mm0.75150LL???頂 尖 式中： ——最大磨削長度 =1000mm。 3.1.3 確定工作臺對稱中心線位置 通常工作臺對稱中心線放在床身對稱中心線同一位置（圖 3.1） 。 3.1.4 確定上、下工作臺長度 上工作臺長度應(yīng)考慮除了能容納頭、尾架最大頂尖距和頭、尾架長度外，其二 端需有暢流的水槽和壓板的弧形邊。按經(jīng)驗(yàn)推薦，后者一般為前者 1/10 左右。 上工作臺長度 0.1()LLL???尾 尾上 臺 頂 尖 頭 頂 尖 頭 mm18202 故取 mm上 臺 同樣在確定下工作臺長度（L 下臺 ）時，需考慮上、下工作臺間壓板及二頭裝導(dǎo) 軌防護(hù)罩的位置，故定 ??0.5~.1LL??下 臺 上 臺 上 臺 =2195mm 3.1.5 確定油壓筒用活塞桿的固定形式和長度 確定工作臺最大行程 L工 作 行 程 故定 mm?工 作 行 程 頂 尖 10L?工 作 行 程 由此能確定油壓筒長度 L??油 壓 筒 工 作 行 程 活 塞 mm185 式中： ——活塞長度，定為 85mm。L活 塞 10 確定活塞桿的固定在床身上，即活塞桿固定，如圖（3.1） ，則：45L?左 蓋 m mm4118205.2lLL???工 作 行 程 活 塞 蓋 定 mm405l 式中： ——油壓筒端蓋厚度。L蓋 這樣床身的長度（ ）可以初步確定：L床 mm422856l???床 支 架 定 mm90床 式中： ——活塞桿支架長度。L支 架 3.1.6 確定后床身上面的墊導(dǎo)板導(dǎo)軌尺寸位置 從砂輪對稱中心線引出后床身墊板 V 開導(dǎo)軌中心線位置 ，再根據(jù)已確定的砂5l 輪架墊板導(dǎo)軌參數(shù) B1、B 2、 中心 ，繪制 V-平導(dǎo)軌（圖 3.1） 。 5 的大小決定于下列二l 個因素。 在可能情況下， 5 盡可能取小些，避免主軸懸伸過長，這對提高砂輪主軸剛性l 有利，查文獻(xiàn)[2] 得： ??5312~30lB?? mm=07??0.3~4l?5中 心符 合 l的 要 求 式中： ——V 形導(dǎo)軌中心線到墊板側(cè)面的距離，通常:3B mm31(2~30B??)7512.=0?? B mm(砂輪寬)=50 3.1.7 確定橫向進(jìn)給絲桿中心位置 6l 根據(jù)理論分析的要求，橫向進(jìn)給絲桿中心最好安排在砂輪架的中心位置上，而 砂輪架的中心偏于 V 形導(dǎo)軌一邊，故過去其位置均按 設(shè)計(jì)，而不考60.41~5l?中 心 11 慮具體條件，如導(dǎo)軌是滾動還是滑動，以及其他有關(guān)因素。 在設(shè)計(jì) M1432A 萬能外圓磨床時，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為絲桿和消除間隙的閘鋼 應(yīng)盡可能安置離 V 形導(dǎo)軌近一些，可以提高進(jìn)給剛性和平穩(wěn)性，而兩者中以閘鋼的 影響比較大。把消除間隙的閘剛放在絲桿與 V 形導(dǎo)軌之間，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系將絲桿中 心位置移到偏近平導(dǎo)軌一邊（圖 3.1） ，M1432A 萬能外圓磨床的效果更穩(wěn)定。 3.1.8 確定手搖臺面機(jī)構(gòu)的手輪中心位置 7l 一般進(jìn)給機(jī)構(gòu)手輪中心與橫進(jìn)給絲桿中心在同一垂直平面內(nèi)，而手搖臺面機(jī)構(gòu) 手輪中心與橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)手輪中心在同一水平面內(nèi)（圖 3.1） 。兩個手輪中心接近一些 較好，這樣造作方便，但須考慮能安置液壓操縱扳的地位，故兩輪的中心距： 7650~l?毫 米 則 M1432A 萬能外圓磨床的 mm。70l? 3.1.9 確定齒條長度及齒輪位置 齒條的長度必須大于油壓套的工作長度，以保持小齒輪與齒條不脫開。 (3.1)82ll??齒 條 工 作 行 程80.5D小 齒> 式中： ——D小 齒 小 齒 輪 節(jié) 徑 齒條的安裝位置以小齒輪的中心為基準(zhǔn)。一般小齒輪的中心與手搖臺面機(jī)構(gòu)的 手輪中心在同一垂直平面內(nèi)，根據(jù)油壓套的兩端行程而定（圖 3.1） 。 3.2 橫向尺寸關(guān)系圖的確定與繪制 3.2.1 確定橫向尺寸的基準(zhǔn)線 畫出床身的 V 形導(dǎo)軌中心線，作為橫向尺寸的基準(zhǔn)線，畫機(jī)床的平導(dǎo)軌面，作 為高度尺寸的基準(zhǔn)線。根據(jù)已確定的工作臺導(dǎo)軌參數(shù) 、 、 ，畫出導(dǎo)軌（圖'1B'2'l中 心 3.2） 。 3.2.2 確定上、下工作臺厚度和寬度 1.厚度 工作臺在運(yùn)動時的精度穩(wěn)定性和過重問題，構(gòu)成上下工作臺厚度的一對矛盾， 因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外還需考慮在工作臺二端加上工藝“搭子” ， 備加工時壓緊用。外圓磨床的工作臺厚度可按類比法確定： 12 一般取下工作臺厚度 '1(0.3~4)hl?中 心 （3.2） 上臺工作臺厚度 '2(.5.)l中 心 （3.3） B76l'中 心L墊 板s絲 桿 +余 量快 速 '2'1h1H32489aD砂 輪 最 大 D工 最 小工 最 大砂 輪 最 小10S絲 桿砂 輪 最 大 +工 最 大H5h4d滾 9滑 鞍 床 圖 3.2 橫向尺寸關(guān)系圖 具體選定厚度時要按照工作臺長短而定，工作臺長則適當(dāng)放厚些，還需考慮水 槽的高度不宜太低，否則冷卻液會溢出。 則 M1432A 萬能外圓磨床下工作臺厚度 mm175h? 上工作臺厚度 mm23 上工作臺型面有不同的傾斜，習(xí)慣上尺寸注法不一，為便于計(jì)算，這里的厚度 （ 是指地面到斜面最低點(diǎn)的尺寸（圖 3.2） 。2h 13 2.寬度 mm'4521049531BlB?????工 作 臺 中 心 式中： ——下工作臺平導(dǎo)軌中心線到前側(cè)的寬度（圖 3.2） ；4 46B? ——下工作臺 V 形導(dǎo)軌中心線到前側(cè)面的寬度 ；5 57 ——床身平導(dǎo)軌中心線到前側(cè)面的寬度 ；6B '621(~30)?? ——床身 V 形導(dǎo)軌中心線到邊緣的寬度 。7 '71B 3.2.3 確定頭、尾架頂尖中心位置 對于一般外圓磨床，由于加工工件范圍較大，故其頭、尾架頂尖中心（即工件 中心）位置常安排在 V 形導(dǎo)軌中心線上，這樣使砂輪在磨最小直徑時，砂輪架趨近 工作臺致相碰，但卻使 V 形導(dǎo)軌承載壓力較大，故通常適當(dāng)加寬 V 形導(dǎo)軌寬度來彌 補(bǔ)。 延伸 V 形導(dǎo)軌中心線，根據(jù)中心高（H） ，可畫出頭、尾架頂尖中心位置。 3.2.4 確定頭、尾架頂尖中心至床身面的高度（ ）1H 根據(jù)一般操作工人的身長來決定。所以 取 mm,M1432A 萬能外圓0~ 磨床取 1010mm。 由此可以確定平導(dǎo)軌面到床身底面的高度（ ） ，2 mm212(/cos)70HhH????? 式中： ——工作臺型面傾斜度。? 3.2.5 確定橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)手輪中心的高度 3 橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)手輪中心的高度（ 3） ，直接影響操作時的勞動條件，一般取 3 mm，M1432A 萬能外圓磨床取 580mm。H60~7? 3.2.6 確定油壓套中心位置 8B 油壓桶中心安置在移動件的重心或接近中心的位置，由于它常偏于與 V 形導(dǎo)軌 中心，故?。?mm??'80.4~.50.432190l???中 心 3.2.7 確定工作臺回轉(zhuǎn)中心位置 9B 14 工作臺回轉(zhuǎn)中心處于 V—平導(dǎo)軌的中間，即 mm'912015Bl??中 心 3.2.8 確定后床身有關(guān)的幾個尺寸 確定后床身頂面至前床身平導(dǎo)軌的高度以及到砂輪架中心高之間的幾個厚度尺 寸（圖 3.2） 。 墊板厚度 3、滑鞍厚度 4、砂輪中心至砂輪架底面的高度 5 與后身頂面至平hhH 導(dǎo)軌的高度 4，相互關(guān)系比較復(fù)雜，應(yīng)同時考慮，不能孤立地定下哪一個尺寸。因H 為后床身上面的幾個部件的結(jié)構(gòu)形式并不完全一致，如外圓磨床沒有滑鞍，砂輪架 用不用轉(zhuǎn)動；又如墊板在保證加工剛性條件，本來可以薄一些，但其中需安裝橫向 快速進(jìn)退油缸，同時為了滿足產(chǎn)品系列化，擴(kuò)大部件通用化，常以墊板厚度作高度 尺寸調(diào)整的環(huán)節(jié)。 為了避免上工作臺回轉(zhuǎn)時與墊板相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于下工 作臺的頂面；同時還應(yīng)考慮橫進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)穿過床身的位置等等。一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù) 據(jù)，其后身頂面至平導(dǎo)軌的高度： mm 取 120mm。410~5H? 墊板厚度 mm??3.160hl?中 心 式中： ——砂輪架墊板導(dǎo)軌中心距（毫米） 。l中 心 滑鞍頂面與砂輪架底面接觸，做回轉(zhuǎn)調(diào)整或直線移動；而滑鞍底面與墊板導(dǎo)軌 接觸，若是滾動導(dǎo)軌，中間還隔有滾柱 mm。確定滑鞍厚度 時，一般按類10d滾 ＝ 4h 比法?。?mm4(.23~.)hl?中 心 ＝ 6 在確定砂輪中心至砂輪底面的高度 時，應(yīng)注意，砂輪架底面與滑鞍接觸的回5H 轉(zhuǎn)面是圓盤式的，則： mm52016D??砂 3.2.9 確定最大最小極限位置 最大砂輪磨削最大工件和最小砂輪磨削最小工件時的極限位置（圖 3.2） 。 mm mm40??砂 輪 最 大 280??砂 輪 最 小 15 mm mm320D??工 最 大 8D??工 最 小 3.2.10 確定砂輪架橫向行程長度 一般砂輪架橫向行程長度 mm??0.1~274SS???絲 桿 快 速 快 速 式中： ——砂輪架工作行程（mm） ；S絲 桿 ——砂輪架快速進(jìn)退量（mm） ?？?速 1. ：根據(jù)技術(shù)參數(shù)一章中有關(guān)工件及砂輪直徑確定，已能滿足最大直徑砂絲 桿 輪磨削最大直徑工件和以最小直徑砂輪磨削最小工件： , ,22DDS??????