磨床旋轉工作臺說明書

長春大學光華學院畢業(yè)設計（論文）專用紙

摘要

磨床是金屬切削機床中的一個大類，以精度高.品種多著稱，是能源.交通.冶金.航天.軍工等行業(yè)精密加工必備的設備之一。磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。隨著機械產品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應用增多，磨削加工技術正朝著超硬度磨料磨具、開發(fā)精密及超精密磨削和研制高精度、高剛性、多軸的自動化磨床等方向發(fā)展。此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機床產品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切削液或切屑外濺的現象。我要設計的是磨床旋轉工作臺，其實也就是在設計擺線磨床。該磨床具有加工效率高、工件質量好、設備成本大大降低的特點，而且結構簡單、易于進行自動化控制。

關鍵詞:磨床金屬切削旋轉工作臺

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Abstract

Thegrinderisthatgreatly,oneinmetalcuttingmachinetoolissimilarto,usesaccuracyheight.Howcelebratedthebreedis,isthesourcesofenergy.Traffic.Metallurgy.Aerospace.Warindustrywaitsforoneoftheequipmentthatindustryprecisionworkmustpreparefor.Thegrinderistomakeuseofagrindingapparatustocarryoutthemachinetoolthatthegrindingprocessesonworkpieceoutside.Requirethatceaselessriseandthenewmaterialsapplicationincreaseby,thegrindingprocessingtechnologydevelopsthepreciseandsuper-precisegrindinganddevelopshigh-accuracy,heightstiffnesstosurpassingthehardnessabrasivegrindingapparatus,withthefactthatmechanicalproductaccuracy,reliabilitycomposeinreplylife-span"s,polyaxisautomationgrinderwaitdirectiondevelopment.Thegrinderenvironmentalprotectionrequestisbesides,facetofacemoreandmorehigh,themostmachinetoolsproductalladoptentireenclosedcovershell,phenomenonnotcuttingliquidabsolutelyorsplashingontooutsidecuttings.ThatIwanttodesignthatisagrinderrevolutionworkingtable,isjustinthelinegrinderdesigningpenduluminfact.Andbeagrinder"sturntohavethecharacteristicthattheheightprocessingefficiency,workpiecemassregards,equipmentcostreducegreatly,thestructuresimplicity,theautomationbeinginprogresseasilycontrol.

Keywords:GrinderMetal-cuttingRevolutionworkingtable

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目錄

第一章緒論...............................................................................................11.1本課題研究意義...........................................................................................................11.2課題調研情況總結.......................................................................................................11.2.1德國磨床的發(fā)展近況................................................................................................21.2.2日本磨床的發(fā)展近況................................................................................................31.2.3國內磨床的發(fā)展近況................................................................................................41.2.4國內磨床的發(fā)展現狀...............................................................................................51.3擺線磨床在設計上所亟需解決的問題和改進方法...................................................71.4磨床旋轉工作臺的結構分析及運動學特征...............................................................9第二章原理及方案設計............................................................................112.1磨床旋轉工作臺的工作原理.....................................................................................112.2磨床旋轉工作臺的結構方案設計.............................................................................112.2.1已有的結構方案......................................................................................................112.2.2改進的結構方案......................................................................................................122.2.3改進方案的特征......................................................................................................15第三章結構設計......................................................................................163.1選擇電動機.................................................................................................................163.1.1選擇電動機的類型.................................................................................................163.1.2選擇電動機容量.....................................................................................................163.1.3確定電動機轉速......................................................................................................163.2計算傳動比................................................................................................................163.3計算傳動裝置的運動和動力參數.............................................................................163.3.1蝸桿蝸輪的轉速......................................................................................................173.3.2蝸輪蝸桿的功率......................................................................................................173.4傳動零件的設計計算.................................................................................................173.4.1蝸桿蝸輪的設計計算..............................................................................................173.4.2求蝸輪圓周數度并校核效率..................................................................................183.5蝸輪蝸桿的校核.........................................................................................................183.5.1校核蝸輪的齒面接觸強度......................................................................................183.5.2校核蝸輪齒根彎曲強度..........................................................................................18結論.................................................................................................20致謝.................................................................................................21

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參考文獻.................................................................................................22

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第一章緒論

1.1本課題研究意義

磨床是金屬切削機床中的一個大類，以精度高.品種多著稱，是能源.交通.冶金.航天.軍工等行業(yè)精密加工必備的設備之一。磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。大多數磨床是利用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石.砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如：珩磨機.砂帶磨床等。隨著高精度.高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造的發(fā)展，磨床的性能.品種和產量都在不斷的提高和增長。當今，磨削技術的發(fā)展趨勢是向著采用超高磨具，發(fā)展高速、高效高精度磨削新工藝。我要設計的是磨床旋轉工作臺，其實也就是在設計擺線磨床。它是一種加工擺線針輪行星減速器種的主要零件白線論的加工磨床，起組成包括有工作臺、工作臺回轉機構、磨頭和磨頭橫向切入機構，主技術特點是其中的磨頭為砂帶磨頭，由砂帶電機帶動運轉。這種設計的目的在于提供一種能夠大幅度提高擺線輪加工效率的新型擺線輪磨床。該磨床具有加工效率高、工件質量好、設備成本大大降低的特點，而且結構簡單、易于進行自動化控制。

1.2課題調研情況總結

隨著高精度.高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造的發(fā)展，磨床的性能.品種和產量都在不斷的提高和增長。

為適應市場多變形勢的需求，磨床行業(yè)今年來加強了產品結構調整，使老產品不斷更新，并開發(fā)了一批適銷對路的高效.精密.數控磨床及各類專用磨床新產品，使中國磨床市場迅速活躍起來，表現在磨床的產量、銷售量都在迅速增長。同時數控磨床的顯著增長優(yōu)化了磨床的產品結構。及數控立式復合磨床為例，復合磨床的加工對象是大型的圓工件，這類工件的加工長期以來是采用立式磨床。立式磨床是以立式車床為基礎設計制造的，其布局形式和總體結構都與立式車床相似。機床一般具有較高的剛性和抗性，加工精度高于立式車床。生產廠家也多為重型機床制造廠商。

今年來，隨著用戶需求的增加，工件的規(guī)格擴展到中小尺寸，立式磨床生產也隨之擴展到一些著名的磨床專業(yè)廠，產品的技術含量也較大的提升。在機床的結構、總體布局、控制技術以及先進的配置方面都有很大的發(fā)展，逐步形成了較完整的數控復式磨床系列產品。同時，復合磨床配置了自動砂輪交換系統(tǒng)、自動測量等。逐步演變?yōu)槟ハ骷庸ぶ行�，有些廠家還與其他的金屬加工手段如銑削、鉸削等想結合，形成效率更高、加工范圍更廣、加工集成度更高的加工中心。

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1.2.1德國磨床的發(fā)展近況

前幾年德國ELB公司生產的BRILLIANT系列二坐標CNC成型磨床，其垂直和橫向為數控軸，縱向為液壓控制，砂輪修整采用安裝在工作臺上的金剛石滾輪，適用范圍較廣；SUPER-BRILLIANT系列是三坐標CNC平面和成型磨床，床身用天然花崗巖制成，幾何精度極高，導軌用直線滾動導軌，機械驅動無反沖，從而保證工件有較好的表面光潔度；BRILLIANT-FUTURE為以上二個系列的改進產品，床身用人造花崗巖制作，縱向用靜壓導軌，齒形帶傳動，垂直和橫向導軌為預加荷直線滾動導軌，滾珠絲杠傳動，三軸CNC控制AC伺服電機，0.5μm的測量分辨率。同時ELB公司開發(fā)了具有當代最新技術的磨床產品，即以機電一體化和計算機技術為基礎的CAM-MASTER系列柔性磨加工單元，

CAD-MASTER系列和COMPACT-MASTER系列磨削加工中心，控制軸最多可達到24軸，另外由于全面推行模塊化設計，使專用磨床制造周期縮短，ELB公司還開發(fā)了多種高效專用磨床，如SFVG100/2專用磨床，具有可傾斜磨頭，連續(xù)修整，緩進給，斜切入磨削功能，用十一根CNC控制軸，如同一臺磨加工中心。

圖1-1德國ELB平面磨床

西門子公司的SINUMERIK840D系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有二十多根伺服軸，坐標連續(xù)行程控制，手動數據輸入或通過外部計算機輸入，遠程診斷，可隨砂輪直徑減小而變化行程，砂輪修整量自動補償，滾珠絲杠間隙誤差補償等。

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圖1-2SINUMERIK840D系統(tǒng)操作面板

圖1-3西門子840D控制柜

西門子3G系統(tǒng)是專為磨削加工而開發(fā)的，裝有用來人機對話的操作提示裝置，在軸線傾斜時，也可進行直線和圓弧插補，在磨削中經常出現的運行循環(huán)，如主軸擺動，用外部信號中斷執(zhí)行程序，砂輪切入，砂輪修整等專用準備功能，編制固定循環(huán)程序。其不僅能使用外部測量裝置（開關信號），還能當連接上一個合適的測量頭時能直接去控制裝置與最終尺寸進行比較。

1.2.2日本磨床的發(fā)展近況

日本FANUC公司開發(fā)了OG高速高性能數控系統(tǒng)，其中O-GSG適用于平面磨床，可根據磨削零件不同形狀，有四種不同的磨削方法，具有砂輪軸角度傾斜控制功能，荒磨、粗磨、精磨、無火花磨削一整套磨削循環(huán)，砂輪滾壓修整后位置補償功能，修整器相對于被修整輪法線方向控制功能，修整滾輪外緣圓弧半徑補償功能，砂輪形狀圖形顯示功能及磨削參數顯示等，系統(tǒng)最小設定單位0.1μm，屬"緊湊"型數控系統(tǒng)，價格較低。

FANUC系統(tǒng)是日本富士康公司的產品，通常其中文譯名為發(fā)那科。FANUC系統(tǒng)進入中國市場有非常悠久的歷史，有多種型號的產品在使用，使用較為廣泛的產品有FANUC0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在這些型號中，使用最為廣泛的是FANUC0系列。

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圖1-4FANUC0系統(tǒng)綜合連接圖1圖1-5FANUC0系統(tǒng)綜合連圖2

系統(tǒng)在設計中大量采用模塊化結構。這種結構易于拆裝、各個控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC系統(tǒng)設計了比較健全的自我保護電路。

PMC信號和PMC功能指令極為豐富，便于工具機廠廠商編制PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。系統(tǒng)提供串行RS232C接口，以太網接口，能夠完成PC和機床之間的數據傳輸。

FANUC系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作界面友好，系統(tǒng)各系列總體結構非常的類似，具有基本統(tǒng)一的操作界面。FANUC系統(tǒng)可以再較為寬泛的環(huán)境中使用，對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應性很強。

鑒于前述的特點，FANUC系統(tǒng)擁有廣泛的客戶。使用該系統(tǒng)的操作員隊伍十分龐大，因此有必要了解該系統(tǒng)的一些軟、硬件上的特點。

1.2.3國內磨床的發(fā)展近況

美國ALLEY-BRANDLY公司生產的8400CNC、8600CNC數控系列，適用于車床、銑床和磨床，其8400CNC最多可控制6根伺服軸，任2軸可進行圓弧插補，任3軸可進行螺旋線插補，6軸直線插補。8600CNC系列最多能控制17個坐標，包括8個參與插補軸，8個位控制軸及1個主軸，具有圖形顯示，擴展分支程序，顯示加工時間，高速程序校驗，刀具壽命監(jiān)測等功能。

美國CapcoMachinerySystems,Inc.成立于1940年，是世界一流的軋輥磨床專業(yè)制造商。其產品已被廣泛應用于鋼鐵業(yè)、鋁業(yè)、銅業(yè)、不銹鋼、造紙以及其他軋機軋輥相關行業(yè)的領袖企業(yè)。Alcoa,Norandal,Thyssenkrupp,Ugine,Bethlehem,OlinBrass,TangEng,WaterburyFarrel等等世界著名企業(yè)均把Capco作為保障其產品質量的高品質軋輥磨床的首選或唯一選擇。

Capco軋輥磨床優(yōu)勢非常明顯，剛性好、精度高、壽命長、操作維護簡單、重載、高效、使用成本低，被用戶譽為“目前世界上性價比最好的軋輥磨床”。Capco公司集60年的軋輥磨床制造經驗，不斷創(chuàng)新，應客戶要求，針對其他廠家軋輥磨床存在的缺陷，利用最新科技進步成果，采用了“直接進給”，全數字絕對式交流伺服電機，真正的計算機控制等最先進的設計制造技術，優(yōu)秀的設計理念和最新科技的完美結合,讓Capco成為精密軋輥磨削行業(yè)最佳解決方案的專業(yè)供應商。

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圖1-6SuperGrinderTM5-10噸級冷軋軋機工作輥磨床

圖1-7SuperGrinderTM100噸以上軋板軋機軋輥磨床

此外，世界上許多國家還合共同開發(fā)新型機床。例如：英國JONES&SHIPMAN公司與美國A-B公司開發(fā)了A-B8600數控系統(tǒng)用于FORMAT5型數控平磨，由CNC控制液壓閥，驅動縱向可調速運動，橫向與磨頭進給用滾珠絲杠副，直流伺服電機驅動，間斷式砂輪修整，CRT圖形模擬顯示。同時還可以配用其他型號的數控系統(tǒng)，以滿足不同用戶的要求。

1.2.4國內磨床的發(fā)展現狀

我國從80年代開始生產數控平面磨床，各開發(fā)廠家分別走過了自行研制，與大學及科研單位合作開發(fā)至直接引進成熟數控系統(tǒng)的發(fā)展道路。例如：杭州機床廠是一家具有五十年歷史，專業(yè)生產平面磨床的制造廠，它從80年代中期開始生產數控平磨，先后開發(fā)生產了MGK7132臥軸矩臺高精度平磨，MK7130系列普通數控平磨，MLK7140數控緩進給成型磨，MGK7120、MK7163、MK7150臥軸矩臺數控平磨，MKY7760立軸數控雙端面磨，MKY7660、MKY7650/101臥軸數控雙端面磨，以及HZ-K1610，HZ-K201*，HZ-050CNC，HZ-KD201*、HZ-K3015、HZ-K3020、HZ-K4020等專用數控龍門式平面與導軌磨床。數控系統(tǒng)的開發(fā)應用，有與大專院校及科研單位合作研制的單板機系統(tǒng)，也有自行開發(fā)的以單片機為主機的簡易控制系統(tǒng)，及采用數控主機廠生產的成熟數控系統(tǒng)等。其生產的MGK7120高精度平磨，采用了日本FANUC公司的POWERMAT

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E-D雙軸數控系統(tǒng)，控制磨頭進給，最小進給量0.1μm，具有自動完成磨削循環(huán)功能。

MKY7650/101全自動數控雙端面磨床是與意大利VIOTTO公司技術合作產品，采用西門子SIMATICS5-115U可編程控制器控制，CRT顯示，機床的左、右磨頭由二軸直流伺服電機驅動，機床能進行手動調整和自動磨削循環(huán)選擇。配有意大利馬爾波斯E9型測量系統(tǒng)，二個測量頭，一個測量砂輪，將砂輪磨損量反饋給控制系統(tǒng)，進行砂輪補償；另一個測量頭測量磨削后的工件，并將測量結果輸入控制系統(tǒng)，由伺服電機進行補償進給；左、右磨頭用VIOTTO光柵作位置測量控制，實現了整機從工件上料到磨削完畢的全閉環(huán)和全自動加工。

HZ-050CNC數控直線滾動導軌專用磨床，是為上海市科技結合生產重點工業(yè)項目第三次科技攻關項目而開發(fā)的專用磨床。既具有平面磨削功能又有成型磨削功能，它采用了美國A-B公司生產的8400MP數控系統(tǒng)，機床有7根數控軸，X、Y、Z三根磨頭進給軸和U、V、W三根砂輪修整軸由系統(tǒng)直接控制，另一軸Q為臥式砂輪橫向進給（磨削平面用）通過SLC可編程控制器加IMC定位模塊，由系統(tǒng)I/O口輸入8400MP主機，控制其位置，具有在磨削中連續(xù)修整砂輪或間隙式砂輪修整補償進給等自動加工能力。

HZ-KD201*六軸數控龍門式雙磨頭平面磨床，采用FANUC-0MC數控系統(tǒng)，用四根CNC軸分別控制兩個磨頭的橫向和垂直進給，用一根PMC軸控制周邊磨頭的砂輪修整器金剛筆進給，另一根PMC軸控制萬能磨頭的分度旋轉。充分利用了系統(tǒng)性能，降低生產成本，提高了機床的性價比。

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圖1-8杭州機床廠M7120E/HZ普通精度系列臥軸矩臺平面磨床

圖1-9杭州機床廠M7140HM7140H×16M140H×20普通精度系列臥軸矩臺

平面磨床

我國在裝備制造業(yè)上起步較晚，技術相對落后于發(fā)達國家，所以長期以來在一些機械制造上和基礎設施建設上都被其他國家所壟斷，比如德國長期壟斷中國高鐵專用數控磨床市場，作為自立自強的中國人，我們一定要打破這種被壟斷的枷鎖，努力研制屬于我們自己的制造技術。在這個信息化的產業(yè)時代，我們也唯有這樣才能參與國際競爭，屹立于世界民族之林。

1.3擺線磨床在設計上所亟需解決的問題和改進方法

一種擺線輪磨床，其結構組成包括工作臺、工作臺回轉機構和磨頭，其特征在于磨頭為纏繞于主動軸（38）與銷軸（36）上、由砂帶電機（24）帶動的砂帶磨頭，還包括有磨頭橫向切入機構、該機構是由安裝有砂帶磨頭的溜板（25）、控制溜板微小進給量的蝸輪蝸桿微動機構、手動調整的齒條絲母機構和兩機構的離合選擇機構共同構成的，手動調整機構的齒條（20）與齒套（22）之間設有與齒條（20）嚙合的離合絲母（30）和與離合絲母（30）一端活動嵌入聯(lián)接的齒條套筒（26），該套筒（26）另一端處設有一與齒套（22）螺紋連接的、其上固定安裝有離合選擇手柄（32）的壓蓋（9）,微動機構的微動手輪（33）安裝在蝸桿（15）上，溜板（25）與齒套（22）固定連接。

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圖1-10擺線輪磨床的總裝結構原理圖

目前有秦川機床廠國內獨家生產的擺線輪磨床，已為比較定型結構，其工作原理是按擺線展成法通過磨削砂輪來加工工件上的齒形曲線的，這種磨床主要是由砂輪、砂輪座、砂輪座縱向及橫向切入機構、工作臺、工作臺回轉機構和砂輪修整器及其操作機構構成的。

砂輪是通過與加工坯件的點接觸來磨制工件的，在磨削坯件過程中，砂輪不僅要有橫向的磨制進給量，而且還要有縱向的綜合切入量，因此現有磨床中采用的大量的齒輪系傳動機構，整個設備結構極為復雜，操作步驟相當繁瑣，在此基礎上位保證所磨削工件的加工精度，需要有金剛石筆修整器及其操作機構對砂輪的形狀不斷修整，砂輪與金剛石都有較大的磨損消耗，設備成本高，這種現有磨床由于砂輪與被加工坯件為點磨削方式，工件每轉動一周只能磨出一條線，為了磨出整個齒面，需操作機構帶動砂輪不斷向下進給，被加工工件需要轉無數周才能完成，一般磨削每對工件需要2小時的時間，生產周期較長，生產率低；另外，采用這種磨削方式所加工出的擺線輪，其齒面粗糙度難以提高，一般為0.8微米，其表面光潔度和幾何精度也較低。綜上所述，現有的擺線輪磨床的種種弊端均表明了，采用砂輪的磨削方式是很不科學的，亟待改進。

為改進砂輪磨削所帶來的弊病，我的主要設計構思時用砂帶取代砂輪磨削方式，由砂帶磨削方式的優(yōu)點在于：

1，砂帶的寬度大于被加工件的齒面寬度，它與工件線接觸，為線成型加工方

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式，工件每轉一周，整個齒面都會得到磨削，其生產效率遠遠大于砂輪的點成型方式，實踐表明，每對工件的加工時間由原來的2小時縮短到40分鐘。

2，由于采用了砂帶的線接觸磨削方式將原有的砂輪磨削所需要的縱向進給方式、橫向切入方式以及砂輪座的綜合進給方式大大簡化成單一的橫向進給方式，還無需砂輪修整機構，使設備構成大為簡潔，整機成本至少降到原來的五分之一，使操作程序大大簡化，方便了操作者，這都是助于提高產品質量和生產效率，而且設備結構的簡化還為進一步實現本磨床自動化控制創(chuàng)造了條件。

3，用砂帶加工出的工件幾何精度和表面光潔度大大提高，其表面粗糙度僅為0.4微米，由于砂帶的磨削為彈性磨削，而且又有較大的散熱面積，在加工過程中不會使加工工件變形、燒傷或出現微觀的龜裂現象，因而工件的表面精度和光潔度得以提高，提高了工件的加工質量，同時也克服了砂輪在磨制過程中突然破碎所造成的不安全隱患，保證了生產安全。

4，砂帶的更換操作非常方便，只需2、3分鐘即可完成，節(jié)省了現有的擺線輪磨床中砂輪更換所需的找平衡和金剛石筆修整的輔助時間。

5，砂帶的使用可以使工件的加工成本進一步降低，雖然砂帶的消耗數量略大于砂輪，但因每個砂帶價格僅為砂輪價格的1/14，同時又易于更換，因此磨床的經濟效益仍是非常顯著的。綜上所述，這樣設計出的磨床具有生產效率高、加工工件質量好、結構簡單、操作方便、自動化程度高的特點。

圖1-11砂帶磨削方式原理圖

1.4磨床旋轉工作臺的結構分析及運動學特征

旋轉工作臺由上臺面（4）、中臺面（10）和下臺面（3）組成。上臺面與中臺面、下臺面之間各有一組滾動導軌，兩組導軌方向互相垂直的“十字導軌”見B-B剖視。

運動由蝸桿（12）和主軸（9）同時傳至工作臺。蝸桿（12）和主軸（9）同時傳至工作臺。蝸桿（12）傳動與下臺面（3）相固定的蝸輪（2），使下臺面（3）作自轉運動，經中臺面及“十字導軌”傳至上臺面（4）；主軸（9）經偏心套（7）

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及雙列向心球軸承，帶動上臺面（4）作公轉運動。由于“十字導軌”的聯(lián)系，蝸桿（12）和主軸（9）都能將運動傳給上臺面（4），而互不相干擾。

“十字導軌”內安放圓柱形滾動體（6），導軌間隙用螺釘（15）調節(jié)。下臺面(3)由底座（1）上的平面圓導軌和帶錐孔的滑動軸承支承�；瑒虞S承的間隙為0.005-0.01mm，靠配磨墊片（11）保證。在偏心套（7）的下端面上開有徑向槽，與主軸（9）上端面的徑向槽滑動配合。松開緊固螺釘（8），移動偏心套（7），便可調節(jié)上、下臺面之間的偏心量，其大小為銷（13）和（14）之間的距離。調好偏心量后，將螺釘（8）擰緊。

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第二章原理及方案設計

2.1磨床旋轉工作臺的工作原理

旋轉工作臺由上臺面、中臺面、下臺面構成。上臺面與中臺面，中臺面與下臺面之間各有一組滾動導軌，兩組導軌方向互相垂直，實現X和Y方向的運動；下臺面與蝸桿相連，運動由蝸桿和主軸同時傳至工作臺。蝸桿傳動與下臺面相固定的蝸輪，使下臺面作自轉運動，經中臺面及十字導軌傳至上臺面；主軸經偏心套及雙列向心球軸承，帶動上臺面作公轉運動。由于十字導軌的聯(lián)系，蝸桿和主軸都能將運動傳給上臺面，而互不相干。十字導軌內安放圓柱形滾動體，導軌間隙用螺釘調節(jié)。下臺面由底座上的平面圓導軌和帶錐孔的滑動軸承支承�；瑒虞S承的間隙為0.005-0.01毫米，靠配磨墊片來保證。在偏心套的下端面上開有徑向槽，與主軸上端面上的徑向鍵滑動配合。松開緊固螺釘，移動偏心套，便可調節(jié)上、下臺面之間的偏心量，其大小為銷和銷之間的距離。調好偏心量后，將螺釘緊固。

圖2-1擺線磨床結構原理圖

2.2磨床旋轉工作臺的結構方案設計

2.2.1已有的結構方案

現在普遍應用的擺線輪磨床的工作原理是按擺線展成法通過磨削砂輪來加工工件上的齒形曲線的，這種磨床主要是由砂輪、砂輪座、砂輪座縱向及橫向切入機構、工作臺、工作臺回轉機構和砂輪修整器及其操作機構構成的，砂輪是通過

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與加工坯件的點接觸來磨制工件的，在磨制坯件過程中，砂輪不僅要有橫向的磨制進給量，而且還要有縱向的綜合切入量，因此現有磨床中采用大量的齒輪系傳動機構，整個設備結構結構極為復雜，操作步驟相當繁瑣，在此基礎上位保證所磨削工件的加工精度，需要有金剛石筆修整器及其操作機構對砂輪的形狀不斷修整，砂輪與金剛石都有較大的磨損消耗，設備成本高。這種現有磨床由于砂輪與被加工坯件為點磨削方式，工件每轉動一周只能磨出一條線，為了磨出整個齒面，一般磨削每對工件需要兩個小時的時間，生產周期較長，生產效率低；另外，采用這種磨削方式所加工出的擺線輪，其齒面粗糙度難以提高，一般為0.8微米，其表面光潔度和幾何精度也較低。

2.2.2改進的結構方案

為了擺脫已有擺線輪磨床的種種弊端，我設計的擺線輪磨床其結構組成包括工作臺、工作臺回轉機構、磨頭，其特征在于磨頭為纏繞于主動軸與銷軸上、由砂帶電機帶動的砂帶磨頭、還包括有磨頭橫向切入機構，該機構是由安裝有砂帶磨頭的溜板、控制溜板微小進給量的蝸輪蝸桿微動機構、手動調整機構的齒條一端作為微動機構中的蝸輪軸，另一端安裝有手動手輪，齒條與齒套之間設有與齒條嚙合的離合絲母和與離合絲母一端活動嵌入聯(lián)接的齒條套筒，該套筒另一端設有一與齒套螺紋連接的、其上固定安裝有離合選擇手柄的壓蓋，微動機構的微動手輪安裝在蝸桿上，溜板與齒套固定連接。

為使本設計的結構更加簡單，針對砂帶磨削應磨床組成結構作了大量的改進和自動化控制設計。其中之一就是對工作臺回轉機構的改進。該工作臺由上、中、下臺面和各相鄰臺面之間一組并相互垂直的十字滾動導軌共同構成工作臺。該工作臺回轉機構組成為：工作臺電機直接帶動蝸輪蝸桿使與蝸輪同軸的下臺面作單方向自轉，同時通過交換齒輪系、錐齒輪副、主軸、可調偏心帶動上臺面作與下臺面反方向的公轉，則工作臺自轉與公轉的合成運動軌跡為擺線輪齒廓。其二的改進是將磨頭橫向切入機構進行重新設計，它主要包括有安裝有砂帶磨頭的溜板、控制溜板移動的蝸輪蝸桿微動機構和離合螺母的手動調整機構及其手動、微動的離合選擇機構構成，手動調整機構的齒條20一端作為微動機構的蝸輪軸，另一端安裝有手動調整手輪，齒條與齒套之間設有與齒條嚙合的離合絲母和與離合絲母活動嵌入連接的齒條套筒，該套筒外端處設有一與齒套螺紋連接的、其上固定安裝有選擇手柄的壓蓋，微動機構的微動手輪安裝在蝸桿上，溜板與齒套固定連接。該磨頭橫向切入機構的工作實現過程是：搬動選擇手柄將壓蓋旋緊、使套筒、離合絲母被緊緊地固定在齒套內無法旋動，此時已為溜板微動調整狀態(tài)，當轉動機構的蝸桿上微動手柄時，經蝸輪傳動齒條，帶動溜板微量移動，實現微量進給。當反方向搬動手柄及其壓蓋，使齒套內的離合絲母與齒條套筒有一定松動，這時

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已為手動快速調整狀態(tài)，轉動調整手輪及齒條套筒，由其與絲母的活動嵌入聯(lián)接帶動絲母在齒條上同時旋轉，實現溜板及磨頭的位置調節(jié)。在此為實現磨削加工過程的自動化控制，本實施例中涉及了加工預置數自動控制機構，它是由電路控制部分和機構傳感部分組成，其電路控制部分的主要控制部件為預置數計數器，本計數器中的逐一計數繼電器及其觸頭、終值分斷電路繼電器及其觸頭分別與電磁閥F1、電磁閥F2、串聯(lián)后，并聯(lián)于電源兩端，電磁閥F1控制油缸，并有一棘輪機構來推動蝸輪蝸桿微動機構，油缸的活塞推動棘爪驅動蝸桿上的棘輪作單齒單步轉動，帶動蝸輪蝸桿微動機構，推動溜板做微小定量的切入進給；油缸、活塞與齒套固定安裝，電磁閥F2開動時，控制油缸帶動溜板退刀移動；其機械傳感部分為安裝在工作臺主軸上的偏心輪和該偏心輪一側的行程開關組成，當由預置數預置一定工件的加工量并啟動磨床后，傳感部分向預置計數器輸入每一已加工圈數，即計入每一徑向加工量，啟動逐一計數器繼電器及其觸頭動作，通過電磁閥F1、油缸帶動棘輪機構單步驅動蝸輪蝸桿微動機構，使溜板作單一進給量切入移動，例如其加工量為0.5mm時，則每一進給量為0.005mm，當每件旋轉100周加工完畢時，由預置計數器中的終值分斷電路繼電器將電磁閥F2接入電路，啟動油缸帶動溜板作退刀移動。本磨床為自動化操作時，由選擇手柄達到造反微動狀態(tài)。

在溜板上設有一退位擋板和其退位終點設置的行程開關，行程開關的電路聯(lián)接位置位于電機并聯(lián)控制回路的主回路上，當由預置計數器完成預置加工量時，由終值分斷繼電器控制電磁閥及油缸帶動溜板退程，當其擋板到達行程開關位置時，觸動開關使其切斷電機電路，使本磨床停止工作，以便進行工件測量和更換工件的工作。

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圖2-2磨頭橫向切入機構結構示意圖

圖2-3溜板微動機構的結構示意圖

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圖2-4圖2-3A-A的剖視圖

2.2.3改進方案的特征

１.其特征在于工作臺回轉機構是由工作臺電機直接帶動蝸輪蝸桿，與蝸輪同軸的下工作臺作單方向自轉，同時同一蝸桿帶動交換齒輪系、錐齒輪傳動副、工作臺主軸和可調偏心帶動上臺面作與下工作臺反方向公轉組成。

2.其特征在于設有加工預置數自動控制機構，它是由機械傳感部分和電路控制部分組成的，并以預置計數器為中心控制部件。

3.其特征還在于溜板上設有一退位擋板和其退位終點設置的行程開關，行程開關的電路聯(lián)接位置位于電機控制回路的主回路上。

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第三章結構設計

3.1選擇電動機

3.1.1選擇電動機的類型

按工作要求和條件選取Y系列一般用途全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。

3.1.2選擇電動機容量

電動機輸出功率：Pd=Pw÷ηa*kw工作機所需的功率：Pw=FV÷1000*kw所以Pd=FV÷(1000ηa)*kw由電動機至工作機之間的總效率ηa=η1η24η3η4η5η6

其中η1η2η3η4η5η6分別為聯(lián)軸器,軸承,窩桿,齒輪,鏈5和卷筒的傳動效率.

查表可知η1=0.99(彈性鏈軸器)2=0.98(滾子軸承)η3=0.73單頭窩桿)η4=0.90鑄造的開式齒輪傳動)5=0.96(滾子鏈)η6=0.96(卷筒)

所以:ηa=0.99x0.984x0.73x0.90x0.96x0.96=0.55p=i=nm1420==28.9r/min

3.1.3確定電動機轉速

卷筒軸的工作轉速為

nw=60*1000V/πD=49.1r\\min

根據《機械設計基礎》中查的蝸桿的傳動比在一般的動力傳動中;i=60~600,電動機的轉速的范圍因為

N=(20~80)*n=(20~80)x49.1=982~3928r/min

在這個范圍內的電動機的同步轉速有1000r/min和1500r/min,2800r/min.三種傳動比方案,綜合考慮電動機和傳動裝置的情況來確定最后的轉速,為降低電動機的重量和成本,可以選擇同步轉速1500r/min.根據同步轉速查表10-100確定電動機的型號為Y90L1-4。

3.2計算傳動比

Ia=Nm/n=1400/2.21=528.30

由于為蝸桿傳動、傳動比都集中在蝸桿上，其他不分配傳動比。

3.3計算傳動裝置的運動和動力參數

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3.3.1蝸桿蝸輪的轉速

蝸桿轉速和電動機的額定轉速相同蝸輪轉速：n=1420/22.3=63.67r/min

3.3.2蝸輪蝸桿的功率

蝸桿的功率：p=3.57*0.8*0.99=3.534KW蝸輪的功率：p=3.534*0.8*0.99=2.799kw

Td=9550*pm/nm=24.01N.M

T1=Td*i*η01=24.01*1.0.99=23.77N.m

T2=T1*i*η12=23.77*22.3*0.99*0.98=514.27N.m參數轉速功率轉矩傳動比效率

3.4.1蝸桿蝸輪的設計計算

電動機14203.5724.0122.30.99蝸桿14203.53423.7722.30.79蝸輪63.672.799514.2722.30.903.4傳動零件的設計計算

一、選擇材料

蝸桿選40Gr,表面淬火45-55HRC;蝸輪邊緣選擇ZCuSn10p1,金屬模鑄造。二、確定許用應力

材料的許用接觸[σH]=220N/mm材料的許用彎曲應力[σF]=70N/mm應力循環(huán)次數Nt=223204800接觸強度壽命系數Zn=0.68彎曲強度壽命系數Yn=0.55三、按接觸疲勞強度設計

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載荷系數K=1.2

傳動比i=nm/nw=1420/63.7=22.3

初步估計蝸桿傳動效率確定蝸桿的頭數Z1=2蝸輪齒數Z2=i*Zt=22.3*2=44.6≈45

確定模數及蝸桿直徑d2=mz2=6.3*50=330mm

3.4.2求蝸輪圓周數度并校核效率

蝸輪分度圓導程角α=arctanZ1m/d=arctan2×6.3/63=11度18分35秒蝸輪的實際轉速n=n1/i=1420/26.5=53.6r/min蝸輪的圓周數度v=π×d×n/(60*1000)=0.937m/s滑動速度Vs=π×d1×n1/（60*1000cosα）=4.78m/s嚙合效率η1=tanα1/tan(α+ρ)v=0.903

3.5蝸輪蝸桿的校核

3.5.1校核蝸輪的齒面接觸強度

材料彈性系數Ze=155使用系數Ka=1動載系數Kv=1載荷系數Kα=1

蝸輪實際轉矩T2=9550*Pt*i*η/n=605.95N.m

許用接觸應力σH=Ze*Ka*Kv*Kβ=125.62〈[σH]=139.13合格

3.5.2校核蝸輪齒根彎曲強度

蝸輪綜合齒形系數σF=666*609.95*1*1/63/334/6.3*4*0.906=11.12〈[σF]=38.5合格

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結論

在畢業(yè)設計中，研究了磨床所涉及的理論知識和相關技術。主要完成了如下研究工作：查閱大量有關磨床資料、文獻尤其是磨床的發(fā)展史和國內外的發(fā)展研究狀況。綜合分析了磨床旋轉工作臺的結構和設計方法，深刻理解所研究的旋轉工作臺的工作原理和結構特征，并進行運動學分析。

磨床旋轉工作臺的設計主要特點：提供一種能夠大幅度提高磨床加工效率的新型擺線輪磨床；這種設計結構簡單、易于操作、自動化程度高而且加工出的工件質量好，使設備成本也大大降低。

雖然經歷兩個月的辛苦努力，由于自己基礎薄弱，設計起來很困難，剛拿到題目的時候找資料是第一大難關，那時腦子里一片紊亂，無從下手，記得當時在圖書館呆了幾個下午，挑了好多的書，但總是無法把那些片段串聯(lián)成一個方案，后來通過老師和同學們的幫忙，漸漸有了頭緒，確定了方案，正式著手設計。設計時只有拿著書本慢慢學，慢慢看。經過了兩個月的探索和鉆研，把原本書本上不清楚的東西都學會了，在這期間走過彎路，也曾不知所措過，但在指導教師劉悅教授的細心講解以及自己孜孜不倦的努力下，終于完成了設計。自己從中也獲得了無比的成就感和滿足感。

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致謝

通過這次設計感觸最深得是，知識的用途是很廣的，與實際的聯(lián)系是很密切的。設計過程中不可避免會出現很多實際問題，這就要發(fā)揮你的獨立處理問題和協(xié)調問題的能力，可能這會是參加工作一定會遇到的，對于知識掌握的扎實性和應用的靈活性要求都要高中雖是很累，但再畫圖計算中我過得很充實。由于專業(yè)水平有限，設計中肯定會有不足和不合理的地方，希望老師給予指正，再次表示感謝！

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