M1432B外圓磨床主軸系統(tǒng)改造設(shè)計開題報告

南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué) 生 姓 名：陳祖棟學(xué) 號：05010114專 業(yè)：機械工程及自動化設(shè)計(論文)題目：M1432B外圓磨床主軸系統(tǒng)改造設(shè)計指 導(dǎo) 教 師:曲 波 陳 濤2009年 3 月 22日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(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，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）；4有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（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、近年的發(fā)展概況、并從實際規(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)計構(gòu)思，并且進(jìn)行了一定程度的整理，在經(jīng)濟(jì)實用的基礎(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先進(jìn)制造技術(shù), 對機械制造業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。實現(xiàn)高質(zhì)量磨削的關(guān)鍵技術(shù)是研究開發(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, 開發(fā)高速磨削機床便成為國際機床工業(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)國家已呈普及應(yīng)用的趨勢, 而我國也正在加快發(fā)展高速加工中心的生產(chǎn)、研究和應(yīng)用。正是基于機床發(fā)展的這種趨勢, 因此主軸設(shè)計的優(yōu)質(zhì)也成為一個值得關(guān)注的問題。2 對主軸系統(tǒng)的要求 磨床的主軸驅(qū)動和進(jìn)給驅(qū)動有較大的差別2。磨床主軸的工作運動通常是旋轉(zhuǎn)運動，不像進(jìn)給驅(qū)動需要絲杠或其它直線運動裝置作往復(fù)運動。磨床通常通過主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實現(xiàn)砂輪與工件的快速的相對磨削運動。在20紀(jì)60-70年代，磨床的主軸一般采用三相感應(yīng)電動機配上多級齒輪變速箱實現(xiàn)有級變速的驅(qū)動方式。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)動已不能滿足生產(chǎn)的需要?，F(xiàn)代數(shù)控機床對主軸傳動提出了更高的要求：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。特別對于具有適應(yīng)各種工序和各種材料的加工要求，對主軸的調(diào)速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)自動實現(xiàn)無級調(diào)速，并減少中間傳動環(huán)節(jié)，簡化主軸箱。目前主軸驅(qū)動裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達(dá)1100，恒功率調(diào)速范圍也可達(dá)130，一般過載1.5倍時可持續(xù)工作達(dá)到30min3。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)提供主軸電動機的最大功率。由于主軸電動機與驅(qū)動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機床低速、強力切削的需要，常采用分級無級變速的方法（即在低速段采用機械減速裝置），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。為了提高傳動件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動時齒輪齒面應(yīng)采用高頻感應(yīng)加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級一般用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)。采用帶傳動時應(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。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動，采用內(nèi)徑定心。側(cè)面定心的花鍵對降低噪聲更為有利，因為這種定心方式傳動間隙小，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，可能由于持續(xù)磨削、運動部件不平衡以及切削過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，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時甚至可能損壞主軸系統(tǒng)中的零件，使其無法工作。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中的零部件產(chǎn)生熱變形，降低傳動效率，影響零部件之間的相對位置精度和運動精度，從而造成加工誤差5。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進(jìn)行循環(huán)潤滑11。3 主軸組件的剛度計算機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, 下面主要對主軸組件的徑向剛度進(jìn)行校核計算。3.1 支承的簡化先將主軸組件簡化為主軸組件計算模型, 由于一對背對背角接觸球軸承只承受軸向力, 故可將支承點簡化為雙列圓柱滾子軸承中心6。3.2 主軸剛度計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,就可以通過公式計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工件表面進(jìn)行磨削加工的機床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、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等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10。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，珩磨機和超精加工機床等相繼制成使用；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)6080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)12。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，易于實現(xiàn)自動化，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械制造廠的工具車間。軸承套圈磨床是磨床的一個重要分支14。我國的軸承套圈磨床已經(jīng)全部實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，現(xiàn)在正在使用的大批量高精度的軸承生產(chǎn)已經(jīng)廣泛采用自動線生產(chǎn)，代表著世界先進(jìn)水平的軸承磨超自動線已經(jīng)大量的出口世界各地。我國的軸承磨床制造企業(yè)為我國的精密磨床發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)15。5 結(jié)束語我想要進(jìn)行的M1432外圓磨床的主軸改造設(shè)計，將對主軸進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化。將以方案設(shè)計和關(guān)鍵零部件設(shè)計為主要任務(wù)，以支撐傳動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)計出一個優(yōu)質(zhì)高效又節(jié)約能源的主軸系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1機械設(shè)計圖冊，上海:上海科學(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,2006.4 胡慶。淺談靜壓軸承的特點J。設(shè)計及修復(fù)。 工具技術(shù). 2006.5 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)計分析J. 軸承. 2008,(3):27-30. 4 龐志成， 陳世家. 液體靜壓動靜壓軸承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.金屬切削機床設(shè)計簡明手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1992. 7 戴曙.金屬切削機床，北京：機械工業(yè)出版社，1995.10. 8 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計，北京：高等教育出版社，1996. 9 曾志新，呂明.機械制造技術(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.磨床精華與改造，北京：機械工業(yè)出版社，1986. 11 徐灝. 機械設(shè)計手冊，北京：機械工業(yè)出版社，1991. 12 馮辛安.機械制造裝備設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1999. 13 磨床設(shè)計制造.上海：上海人民出版社，1983. 14 鄧星鐘等.機電傳動控制，武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998. 15 實用機床附件手冊，河南：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2001,2. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1 需要解決的問題：合適選擇主軸系統(tǒng)裝置，主軸系統(tǒng)一般由主軸、主軸電機、主軸箱及主軸軸承等零件組成。 主軸主軸是磨床加工零件的動力輸出部分，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)計主軸是重要的問題是選取合適的參數(shù)，計算出必要的剛度，這樣才能保證主軸的穩(wěn)定性和精度。 主軸電機一般是指單獨的驅(qū)動電機，通過直聯(lián)、齒輪傳動、皮帶傳動等形式，驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。 主軸箱主軸相作用就是把電動機的轉(zhuǎn)動傳遞到主軸上，通過不同傳動比的搭配 達(dá)到降低主軸轉(zhuǎn)速和提高主軸扭矩的目的，同時可以起到一些支撐的作用。 主軸軸承主軸軸承是由實心內(nèi)圈、外圈、球、以及帶有實心窗口保持架的保持架組件構(gòu)成的單列角接觸球軸承。它們不可拆除。這些軸承可以是開口的，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。它們特別適合于機器工具中軸的軸承布置。2 將采用的設(shè)計步驟：對于這次的設(shè)計，首先我想有必要弄清楚這臺機床的主要用途和一些特性，在對這個機床具備了一定認(rèn)識的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造設(shè)計，這樣會取得更好的效果。然后要弄明白這臺機床的主要規(guī)格和一些參數(shù)，這樣對于各個零部件的選擇有非常大的作用。然后對機械傳動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，包括了機械傳動的原理圖、機械傳動、主軸系統(tǒng)的設(shè)計與計算、軸承的選擇與計算、傳動軸承載能力核算、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，包括了液壓原理圖、液壓傳動、液壓管路圖、液壓元件的選擇。隨后是電氣系統(tǒng)的設(shè)計，包括了電氣原理圖、電氣原理說明、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。再是潤滑系統(tǒng)的設(shè)計。再進(jìn)行機床的操作，包括了機床開動步驟，機床操作件的選擇等。最后，則是對機床的維護(hù)與檢修的設(shè)計。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1對“文獻(xiàn)綜述”的評語：該生在文獻(xiàn)綜述中，對磨床的主軸系統(tǒng)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，對主軸的調(diào)速方法和剛度計算有一定的介紹，并對其磨床的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳盡的綜述，緊扣研究課題。2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：該課題要求學(xué)生從理論方面設(shè)計出磨床的主軸系統(tǒng)、供油系統(tǒng)及其附屬元件，其中涉及到液壓傳動，及齒輪傳動計算與主軸的設(shè)計，以及電氣知識地應(yīng)用。其課題深度適中，工作量符合本科畢業(yè)設(shè)計地要求。 指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日