M1332外圆磨床头架部件设计

毕 业 设 计（论 文）

设计（论文）题目： M1332外圆磨床头架部件头架部

学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 号 指 导 教 师： 职 称

定稿日期：2015 年 月 日

摘 要

本次设计是对M1332外圆磨床头架部件头架部件设计的设计。这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。

整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到带轮上，带轮带动主轴头，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本论文研究内容：

(1) M1332外圆磨床头架部件装置总体结构设计。

(2) M1332外圆磨床头架部件装置工作性能分析。

(3)电动机的选择。

(4) M1332外圆磨床头架部件装置的传动系统、执行部件设计。

(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。

(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。

关键词：M1332外圆磨床头架部件装置； 联轴器；

Abstract

This design is the design of universal tool grinder device. Here mainly includes: system design, belt drive system of the horizontal feed mechanism and a lifting mechanism on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and for general mechanical design to create certain conditions.

The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the belt wheel, belt wheel drives the main shaft, which drives the machine movement, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.

The research of this thesis:

(1) universal tool grinder device structure design.

(2) analysis of universal tool grinder device performance.

(3) the choice of motor.

(4) the design of transmission system, executive components of universal tool grinder device.

(5) the design of components for the design calculation and check.

(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.

Key words： universal tool grinder, coupling, ball screw

目 录

1 绪 论 .................................................................................................................................... 1

1.1 国内外研究现状 ......................................................................................................... 1

1.2 磨床的现状及其发展趋势 ......................................................................................... 2

1.3 设计意义 ..................................................................................................................... 2

2 总体设计方案 ........................................................................................................................ 3

2.1 设计的要求与数据 ..................................................................................................... 3

2.1.1 M1332外圆磨床头架部件主轴头设计 . .......................................................... 3

2.1.2 M1332外圆磨床头架部件砂轮头进给机构设计 . .......................................... 3

2.2 总体结构设计 ............................................................................................................. 3

3 M1332外圆磨床头架部件主轴系统及其带传动设计......................................................... 6

3.1 主轴的基本要求 ......................................................................................................... 6

3.2 主轴组件的布局 ......................................................................................................... 8

3.3 主轴结构的初步拟定 ............................................................................................... 11

3.4 主轴的材料与热处理 ............................................................................................... 11

3.5 主轴的技术要求 ....................................................................................................... 12

3.6 主轴直径的选择 ....................................................................................................... 13

3.7 主轴前后轴承的选择 ............................................................................................... 13

3.8 轴承的选型及校核 ................................................................................................... 14

3.9 主轴前端悬伸量 ....................................................................................................... 16

3.10 主轴支承跨距 ......................................................................................................... 17

3.11 主轴结构图 ............................................................................................................. 18

3.12 主轴组件的验算 ..................................................................................................... 18

3.13 带传动计算 ............................................................................................................. 21

3.13.1 带传动设计 .................................................................................................. 21

3.13.2 选择带型 ...................................................................................................... 22

3.13.3 确定带轮的基准直径并验证带速 .............................................................. 22

3.13.4 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 ...................................... 23

3.13.5 确定带轮的结构和尺寸 .............................................................................. 23

4 M1332外圆磨床头架部件主轴相关部件........................................................................... 26

4.1 主轴轴承的润滑 ....................................................................................................... 26

4.2 主轴组件的密封 ....................................................................................................... 26

4.2.1 主轴组件密封装置的类型 ............................................................................ 26

4.2.2 主轴组件密封装置的选择 ............................................................................ 26

4.3 轴肩挡圈 ................................................................................................................... 27

4.4 挡圈 ........................................................................................................................... 27

4.5 圆螺母 ....................................................................................................................... 27

总 结 ...................................................................................................................................... 28

参考文献 .................................................................................................................................. 29

致 谢 ........................................................................................................................................ 30

1 绪 论

1.1 国内外研究现状

20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第１台数控铣床问世至今已经历了50个年头。

数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受３个月以后的订货合同，生产任务饱满。

我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50％，库存超过４个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年８月份的上海数控机床展览会和2001年４月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。

数控技术经过50年的２个阶段和６代的发展： 第１阶段：硬件数控（NC ） 第１代：1952年的电子管 第２代：1959年晶体管分离元件 第３代：1965年的小规模集成电路。第２阶段：软件数控（CNC ） 第４代：1970年的小型计算机 第５代：1974年的微处理器 第６代：1990年基于个人PC 机（PC-BASEO ） 第６代的系统优点主要有： （１） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到５万小时以上；

（2） 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD 、CAM 、CAPP ，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）；

（3） 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC 公司，１年生产５万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的ＮＵＭ，日本的三菱、安川。

1.2 磨床的现状及其发展趋势

随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展[4]，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至4μm 、磨削精度高达0.025μm ；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达400m/s，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为40－60m/s；从精度上看，定位精度＜2μm ，重复定位精度≤±1μm 的机床已越来越多；从主轴转速来看，8.2kw 主轴达60000r/min，13kw 达42000r/min，高速已不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工60HRC 硬度材料的加工中心。

北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合作生产的GA （P ）62－63数控外圆/数控端面外圆磨床头架部件，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达60m/s，砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机公司GC32－ECNC 磨床专用数控系统可实现二轴（X 和Z ）到四轴（X 、Z 、U 和W ）控制。

此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。

1.3 设计意义

此毕业设计题目来源于生产实际，由于刀具是工装的重要组成部分，它对于生产的顺利进行及生产效率、产品的精度保证起着至关重要的作用。因此，设计一种高精度的M1332外圆磨床头架部件具有较大的实用价值。

本设计的主要完成对确定万能工件头的传动机构、工作台的纵向进给机构及实现大范围角度调整的旋转机构的设计。

2 总体设计方案

2.1 设计的要求与数据

2.1.1 M1332外圆磨床头架部件主轴头设计

主轴头即为砂轮头，砂轮的转速最高达6200rpm 。主轴功率0.75kw 。并实现三级变速。砂轮头在水平面上可360度旋转，并可在垂直面上作30度（±15度）的上下倾斜。

2.1.2 M1332外圆磨床头架部件砂轮头进给机构设计

其功能要求实现升降及前后的移动。要求砂轮前后移动距离250mm ，砂轮升降移动距离250mm

设计中需要查阅大量的文献资料，并需要翻译与毕业设计题目相关的外文资料，从而达到训练学生外语应用能力的目的。设计中需要采用CAD 绘图、WORD 排版设计说明书，能够提高学生的计算机应用能力。

2.2 总体结构设计

一般来讲，普通M1332外圆磨床头架部件的数控设计主要有两部分，一是设计一套简易微机数控工作台，固定在M1332外圆磨床头架部件的工作台上。二是将控制上、下运动的手柄拆去，改用微机控制步进电机通上下运动。本设计只对工作台进行设计。取M1332外圆磨床头架部件步进电机的脉冲当量可选为0.01mm/脉冲，步进电机的步距角0.9°。

方案

⑴ 系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。数控M1332外圆磨床头架部件在工作台移动过程中头并不进行孔加工，因此数控装置可采用点位控制方式。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。

(2) 伺服系统的选择

伺服系统实现位置伺服控制有开环、闭环、半闭环3种控制方式。开环控制的伺服系统存在着控制精度不能达到较高水平的基本问题，但是步进电机具有角位移与输入脉冲的严格对应关系，使步距误差不会积累；转速和输入脉冲频率严格的对应关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大小、环境条件的波动而变化的特点。并且步进电机控制的开环系统由于不存在位置检测与反馈控制的问题，结构比较简单，易于控