3MZ1420是雙頭自動球軸承外溝磨床
3MZ1420是雙頭自動球軸承外溝磨床,mz1420,是雙頭,自動,球軸承,磨床
摘 要
在人們的日常生活中，使用著大量各種各樣的軸承。為了滿足軸承行業(yè)的發(fā)展，與之相配套的機床制造業(yè)也得了飛速發(fā)展。軸承外滾道磨床作為軸承制造業(yè)的重要生產設備，它的好壞直接影響軸承的質量、精度及壽命。
3MZ1420軸承外滾道磨床適用于直徑為100—200毫米軸承套圈外滾道的粗、精加工。3MZ1420軸承外滾道磨床磨削方法采用切入磨削法，切入磨削法有很多優(yōu)點，機床結構簡單，調整環(huán)節(jié)少，加工穩(wěn)定性好，易于實現高速磨削和自動化等。3MZ1420軸承外滾道磨床的夾具為單極式電磁無心夾具。電磁無心夾具使用方便，便于自動上下料，同時磨削工件精度高等優(yōu)點。3MZ1420軸承外溝磨床采用內連式中頻電動機直接驅動砂輪主軸，砂輪主軸轉速可以很高，有效的提高了主軸剛度。本設計主要是對3MZ1420軸承外滾道磨床進行改進設計,其中包括3MZ1420軸承外滾道加工工藝分析；原磨床結構功能分析；磨床改進方案；磨頭設計計算；夾具設計及其它部件選型。
關鍵詞 磨削工藝 電磁無心夾具 電主軸
Abstract
In people’s daily life, a large number of bearings are widely used. In order to meet the development of the industry of bearing, the machine tool manufacturing industry also developed rapidly. Bearing external grinder as an important bearing manufacturing production equipment will have a direct impact on the quality, precision and lifetime of bearing.
3MZ1420bearing external raceway grinder applies to the rough or finishing operation of a diameter of 100-200mm bearing roller outside ring road. 3MZ1420bearing raceway grinding methods adopt into-grinding, which have lots of strengths: simple machine structure, less adjustments links, good processing stability, and easy realized high-speed grinding and automation. 3MZ1420bearing external raceway grinder jig and fixture is unipolar electromagnetic centerless fixture. The use of electromagnetic centerless jig and fixture is convenience, automatic baiting is ease, grinding is high precision. 3MZ1420 bearing groove grinder using IF-wheel motor directly drive spindle, wheel spindle speed can be very high, raising the spindle stiffness effectively. The design mainly improved 3MZ1420 bearing external raceway grinder, including the analysis of 3MZ1420bearing external raceway manufacturing processes; the analysis of original grinder structure function; improvement programs of grinder; grinder design; fixture design and the selection of other components.
Key word grinding processes, electromagnetic enterless jig and fixture, electronic spindle.
目錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 3MZ1420軸承外溝磨床概述 1
1.2 總體方案確定 1
第2章3MZ1420軸承外溝磨床加工工藝分析 2
2.1 3MZ1420軸承外溝磨床加工工藝分析 2
2.1.1 外溝磨床加工工藝 2
2.1.2 滾軸承加工工藝分析 2
2.1.3 砂輪選擇 4
2.2 3MZ1420軸承外溝磨床磨削 6
2．2．1 3MZ1420軸承外溝磨床磨削方法 6
2．2．2 3MZ1420軸承外溝磨床磨削精度 6
第三章 原磨床結構功能的分析 9
3.1 磨床總體布局 9
3.2 磨床總結構 10
3.2.1 床身 10
3.2.2工件架 10
3.2.3 砂輪架 10
3.2.4 上下料機構 11
3.2.5 進給機構 11
3.2.6 工件軸 12
第四章磨床的改進方案 14
4.1 補償修整改進 14
4．1．1原軸承外溝磨床補償修整改進 14
4.1.2 砂輪補償修整運動 14
4.1.3 機床的使用和調整 14
4.1.4 砂輪修整器 15
4.2 往復臺導軌的改進設計 17
4.2.1 原磨床的往復臺的導軌 17
4.2.2 滾動導軌的特點 18
4.2.3 3MZ1420軸承外溝磨床滾滾動導軌的材料 18
4.2.4 技術要求 18
4.2.5 滾動導軌的結構 18
4.2.6 滾動導軌的預緊 19
第五章磨頭設計計算 21
5.1磨頭主要參數的選取 21
5．1．1磨削速度確定 21
5．1．2工件旋轉進給速度確定 21
5．1．3磨削深度確定 22
5．1．4砂輪的軸向進給量確定 22
5.2磨頭的結構 22
5.3磨頭電機的選取 23
5．3．1轉速 23
5．3．2電主軸冷卻 25
第六章夾具設計及其他部件選型 26
6.1 3MZ1420軸承外溝磨床的夾具采用電磁無心夾具 26
6.1.1 3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的結構及特點 26
6.1.2 3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的力學原理 27
6.1.3 3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的定位誤差 32
6.1.4電磁無心夾具的調整 34
參考文獻 36
結 論 38
致 謝 39
附錄1 40
附錄2 50
54
第1章 緒論
1.1 3MZ1420軸承外溝磨床概述
3MZ1420是雙頭自動球軸承外溝磨床，主要適用于國家標準D級球軸承直徑為100—200毫米軸承套圈外溝溝道的粗、精加工。適用于大批量生產，也可適用于自動生產線。
3MZ1420軸承外溝磨床。其中3為分類代號，M為類別代號（磨床），Z為通用特性（自動），1為組別代號（球軸承套圈溝磨床），4為型別代號（切入式球軸承外圈溝磨床），20為主參數（最大磨削直徑200㎜）。該機床主要分為工件架、床身、砂輪架、上下料機構、進給機構、電氣及液壓控制部分。
1.2 總體方案確定
3MZ1420軸承外溝磨床的加工，是軸套加工的主要部分之一。作為精密的機械元件，滾動軸承的工作性能直接影響到主機的工作的性能；甚至于某些裝在主機關鍵部位的軸承的工作性能，幾乎決定了該主機的工作性能。一般來說，滾動軸承應具有高壽命、低的噪音、小的旋轉力矩和高的可靠性這些基本特點。
旋轉精度：要求滾軸承的外溝的幾何形狀精度和位置精度不超過幾微米。
尺寸精度：要求滾軸承的外溝的尺寸精度在幾微米之內。
表面粗糙度：一般安裝表面粗糙度不大于0.63微米、0.32微米；滾道要求更高，表面粗糙度值小于0.16微米。
尺寸穩(wěn)定性：再長期存放和工作時，沒有明顯的尺寸和形狀的改變。
防銹能力：溝道不允許生銹。
振動及噪聲：軸承振動及噪聲要限制在一定的范圍內，要求軸承外夠的各種質量應盡可能高。
殘磁：軸承的殘磁應控制在0.6、0.8以下。
3MZ1420軸承外溝磨床改進設計指導思想，下面將分別介紹各個部件設計計算過程。
第2章3MZ1420軸承外溝磨床加工工藝分析
2.1 3MZ1420軸承外溝磨床加工工藝分析
2.1.1 外溝磨床加工工藝
外溝磨床是以磨料、磨具（如砂輪、砂帶、油石、研磨劑）為工具進行磨削加工的機床。外溝磨床的磨削加工是為了適應零件精加工的需要而發(fā)展起來的，現代磨床可以精確加工各種表面，如內外圓柱面和圓錐面、平面、齒輪齒廓面、螺旋面及各種成型面，還可以刃磨刀具和進行切削，工藝范圍十分廣泛。磨床加工時的工作運動，隨所有磨具形成、工藝方法和工件加工表面形狀而不同。對于用砂輪進行加工的磨床，其主運動為砂輪的旋轉運動，進給運動的形式與數目則決定與被加工表面的形壯以及采用的磨削方法，它可以由工件或砂輪完成，也可以由兩者共同完成。
2.1.2 滾軸承加工工藝分析
1.3MZ1420軸承外溝磨床生產特點
(1)結構特點 和一般機械零件相比較，3MZ1420軸承外溝磨床生產零件具有如下特點：
回轉表面：3MZ1420軸承外溝磨床加工軸承零件的工作表面大都回轉表面。
短而?。?MZ1420軸承外溝磨床生產零件的宏觀外形不僅具有回轉體的圓形表面，而且表面往往是短而薄的。
由于軸承零件大都是回轉體，加工機械比較單一，所以軸承外溝加工可以用3MZ1420軸承外溝專用磨床：由于零件比較短，軸向剛度就較好，因此軸向變形可以忽略不計；由于零件的壁厚比較薄，徑向剛度就比較差，所以對夾緊方法要求有特殊考慮。
（2）加工特點 軸承零件雖然結構簡單，但外溝加工技術條件要求很高，這就決定了它有如下加工特點：
精密加工：軸承外溝的磨削加工尺寸和幾何精度都以微米為單位。軸承外溝的精密加工還要經過超精加工或研磨。
多工序加工：軸承加工零件的精度高，生產工序必然很多。
成型加工：軸承零件的工作表面都是回轉成型表面，使用于成型加工。這就要給機床設計與調整，砂輪的修整等方面帶來了一系列問題。
生產批量：由于的軸承生產都是專業(yè)化的大批量生產。絕大多數軸承都是標準化產品，同一批號的軸承需要量很大。為了提高生產率、降低成本、保證質量，以及廣泛采用新技術，提高機械化水平，軸承廠一般是按軸承類型和品種進行大批量輪番生產，即一次投入生產的品種較少而每一種的生產批量較大。對個別型號的軸承，若常年生產量很大，可建立專門的自動線或流水線進行生產。
2. 3MZ1420軸承外溝磨床加工工藝過程的特殊性
軸承外溝的上述生產特點，決定了它的工藝過程必然具有以下三大特征：
（1）專業(yè)化
3MZ1420軸承外溝磨床加工零件中，是采用專用機床。
（2）自動化
3MZ1420軸承外溝磨床加工生產為其生產自動化提供了極大的方便。在生產中，采用全自動、半自動專用機床。
（3）先進性
3MZ1420軸承外溝磨床加工工藝分析的先進性，主要表現為使用先進機床、工裝和工藝。采用電磁無心夾具、控制力的控制等先進方式。
3、3MZ1420軸承外溝磨床加工工藝分析
3MZ1420軸承外溝磨床的一般加工工藝過程：自動上料—粗磨外溝—自動提升—精磨外溝—自動下料
其中粗磨余量為0.4-0.5mm,精磨量余量為0.02-0.05mm。
3．3MZ1420軸承外溝磨床的工作循環(huán)
3MZ1420的工作循環(huán)為全自動和半自動工作循環(huán)。半自動工作循環(huán)為一個工件加工完畢后自動停止，用機械手或手動進行上下料，主要用于小批量或單件生產不需要全自動時。全自動工作循環(huán)一個工件加工完成后，緊接著自動上下料，繼續(xù)進行下一個工作循環(huán)。全自動工作循環(huán)的基本特征就是具有自動上下料的功能，而使工作循環(huán)和輔助動作和諧地連接起來，從而使機床實現自動化
3MZ1420在開始工作以前，機床和部件均處于原始位置狀態(tài)，當按下“循環(huán)啟動”按鈕后，首先，由機械手上料，工件送到粗磨夾具上以后，夾具通電上磁，工件即隨主軸旋轉，并立刻達到穩(wěn)定狀態(tài)，工作臺快速向左運動，當砂輪進入工件內孔指定位置后，然后進給機構動作?？焯M，快速趨進，粗磨進給，工件和砂輪逐漸接觸，進行粗磨，當達到預先給定的粗磨尺寸時，粗磨進給停止，進行光磨。光磨時間到，進給機構回跳，使工件和砂輪脫離接觸。夾具退磁，由機械手上料，將前工件送到精磨夾具上以后，夾具通電上磁，由機械手上料，另一個工件送到粗磨夾具上以后。精磨工件即隨主軸旋轉，并立刻達到穩(wěn)定狀態(tài)，工作臺快速向左運動，當砂輪進入工件內孔指定位置后，然后進給機構動作?？焯M，快速趨進，精磨進給，工件和砂輪逐漸接觸，進行精磨，當達到預先給定的精磨尺寸時，精磨結束，轉為第二次光磨。由時間繼電器控制光磨時間，當光磨結束后，工作臺轉為磨削速度向左退出工件。夾具退磁，由機械手下料，補償機構復位，接著再上料開始下一個工作循環(huán)。接著修整器金剛筆倒下，工作臺轉為修整速度開始修整砂輪。修整結束后，修整器抬起。
2.1.3 砂輪選擇
1．砂輪概述
砂輪是由許多細小棱形多角且極硬的磨粒經結合劑粘結而成的一種切削工具。砂輪表面上堅硬的磨粒稱磨料，起磨削作用。把磨料黏結在一起的黏結材料叫做結合劑。
2．3MZ1420軸承外溝磨床磨削外溝時選用的磨料
微晶剛玉：它的顏色是棕褐色，制成的陶瓷結合劑砂輪通常為藍色或淺藍色。它的磨粒由許多微小尺寸的晶體組成，特點有強度高、韌性和自銳性良好等。適合磨削軸承鋼。
3．3MZ1420軸承外溝磨床磨削外溝時選用的結合劑
陶瓷結合劑：是一種無機結合劑，應用廣泛，能制成各種磨粒、硬度、組織、形狀和尺寸的砂輪。其主要優(yōu)點是價格低廉、性能穩(wěn)定、不受天氣干濕、氣溫變化以及儲存時間長短的影響；耐熱性和耐腐蝕性好。陶瓷結合劑與磨粒的黏結力較大，砂輪磨損小，能較好地保持砂輪的外形輪廓，磨削效率較高。
4．砂輪的尺寸
直徑為80-150，寬度為8-24。
5．3MZ1420軸承外溝磨床磨削外溝時的砂輪安裝
在磨削加工中，砂輪的安裝是一件重要的工作，安裝的熟練成度和質量直接影響生產效率和加工質量。因為砂輪工作的轉速很高，而砂輪性能較脆，如安裝不正確，會使砂輪失去平衡而引起振動，影響加工質量和機床精度，嚴重的還有可能導致砂輪脆裂飛出造成嚴重事故。砂輪的安裝方法較多，3MZ1420軸承外溝磨床采用砂輪裝到接長軸上，把接長軸裝到砂輪軸上。
安裝和拆卸砂輪時應注意事項如下：
（1）砂輪安裝前，應檢查它有無裂紋，有裂紋的砂輪是絕對不允許使用的。
（2）砂輪內孔與接長軸的配合應有適當的間隙，以免磨削時受熱膨脹而使砂輪脹裂。由于砂輪孔徑太小而使配合過緊時，絕對不允許用力把它壓進去，而必須把孔徑擴大后安裝，以免砂輪因預受過大脹力而在工作時碎裂。但配合間隙也不能過大，否則砂輪容易發(fā)生偏心而失去平衡，使砂輪主軸發(fā)生振動，不僅影響加工表面粗糙度，而且還可能造成砂輪破裂，如果發(fā)現間隙過大，可在接長軸、等的配合面上均勻的包上一層薄紙片，3MZ1410軸承外溝磨床采用砂輪與接長軸的配合間隙為0.2mm。
（3）新砂輪經平衡后第一次裝上磨床時必須在有防護罩的情況下空轉1～3分鐘，此時操作者必須站在砂輪的側面，以免發(fā)生以外。
（4）拆卸砂輪時，必須注意不要把壓緊螺母的螺旋方向搞錯，否則會增加拆卸工作的困難程度，甚至可能損壞機床零件。
在磨床上，為了防止砂輪工作時螺母自動松開，它的螺旋方向是這樣規(guī)定的：逆著砂輪旋轉方向轉動螺母時，它就擰緊；反之順著砂輪旋轉方向轉動螺母時，它就松開。
2.2 3MZ1420軸承外溝磨床磨削
2．2．1 3MZ1420軸承外溝磨床磨削方法
3MZ1420軸承外溝磨床采用切入磨削法，切入磨削是一種比較先進的軸承溝道加工方法，它適用于任何形狀的滾道，這種方法是把砂輪工作表面修成滾道的形狀，按成形磨削的原理在套筒上磨出溝道。磨削中，砂輪表面的磨損是均勻的，在加上砂輪自銳性不能充分發(fā)揮，通常在磨削幾個工件后應修整砂輪。
圖2-1 軸承外溝切入磨削法
切入磨削法有很多優(yōu)點，例如：機床結構簡單，調整環(huán)節(jié)少，加工穩(wěn)定性好，易于實現高速磨削和自動化等。但是，由于砂粒的磨削軌跡總是在一個位置，致使表面粗糙度有所提高，而且易于燒傷，同時要求機床的剛度好、砂輪質量均勻、上一道加工誤差要小等。
2．2．2 3MZ1420軸承外溝磨床磨削精度
3MZ1420軸承外溝磨床外溝道的成圓過程，都是磨削內表面，由于砂輪剛度低而磨削時間又不能太長，因此磨削前工件表面形狀誤差會復映到磨削后工件表面。軸承外溝磨床采用電磁無心夾具定位，這樣，定位表面的誤差就會以定位誤差的形式傳遞給加工表面，形成加工誤差。但是磨外溝采用的定位外表面是經過磨削的表面，其本身的誤差很小，可達到0.1;再通過合理選用調整參數并使用浮動支承和特制非金屬支承，可以將定位誤差達到極小。因此，忽略定位誤差的影響，認為定位面為理想圓，其成圓過程可用內圓磨削圓度誤差復映規(guī)律來類似描述，即：
=
（2-1）
式中 ——外溝道磨后圓誤差：
——外溝道磨前圓誤差：
m ——工件轉數；
——磨削常數；
K ——靜剛度；
——誤差復映系數。
一般，和K均為大于零的數，因此誤差復映系數總是小于1的正數。這表明外溝道磨后，其表面誤差總是會減少的；另外，增加工件轉數m，會使加工誤差降低。
加工6311外溝，工件轉速=400，磨削圓度誤差為，要求外溝道磨后圓誤差，（設=0.005,K=4）
從（2-1）可以求出m的表達式：
m= ==116.28轉
===17.44
3MZ1420軸承外溝磨床加工6311軸承外溝的最短磨削時間為17.44秒。
第三章 原磨床結構功能的分析
3.1 磨床總體布局
3MZ1420軸承外溝磨床總體布局，工件軸與砂輪架呈“一”字形，工件由由卡盤支承，沒有尾架，按成型運動的分配為，如圖3-1所示，其特點是徑向進給由工件拖板實現，而砂輪架只完成徑向進給。這種布局把四個運動平均分配在工件軸、砂輪及其拖板上，運動傳動比較方便，拖板層次少，剛度較高。同時工件軸只作橫向進給，其運動速度較低，行程短，便于安放上下料機構，另外砂輪架質量小，往復臺比較輕便，機床振動小。3MZ1420軸承外溝磨床磨削時砂輪軸的轉速很高。旋轉時離心力較大，如果砂輪架作徑向進給，拖板的法向剛度較低，則會由于離心力而產生振動，影響磨削質量，因此3MZ1420軸承外溝磨床總體布局采用這形。
圖3-1 磨床布局
3.2 磨床總結構
3.2.1 床身
它是磨床的基礎支撐件，支承著磨架、工件架。床身上的導軌限定了砂輪架和工件架的相對運動方向，是它們在工作中保持準確的相對位置。床身內部安裝有進給機構、液壓系統(tǒng)的操作元件等。它的上面裝有砂輪架、工件架、及進給等部件，使它們在工作時保持準確的相對位置。
圖3-2 床身
3.2.2工件架
由工件箱和進給拖板等組成，工件箱用于支承工件主軸和安裝電磁無心夾具，進給拖板用于支承和安裝工件箱、上下料機構、補償機構、測量儀表、砂輪修整器等部件，通過進給機構的驅動，實現工件架的進給運動。
3.2.3 砂輪架
用于支承并傳動高速旋轉的砂輪主軸。砂輪架裝在工作臺上。砂輪架中的砂輪主軸及其支撐部分結構直接影響工件的加工質量，應具有較高的回轉精度、剛度、抗振性及耐磨性，它是砂輪架部件中的關鍵結構。砂輪軸的前、后徑頸向支承都為角接觸球軸承。
圖3-3 砂輪架
3.2.4 上下料機構
下料時，壓力油進入油缸下腔，油塞桿帶動提料板向上移動實現下料運動，下料運動結束，壓力油進入油缸上腔，實現上料運動。
3.2.5 進給機構
包括砂輪的進給運動、工件的進給運動， 砂輪的進給運動,由油缸帶動滑板而實現。工件的進給運動分快速進給，粗精進給，無進給和快速推出?？焖龠M給時，壓力油同時進入差動油缸兩端產生控制力。帶動滑板頭架運動、實現快速進給。粗精進給時，壓力油進入齒條油缸，通過齒條帶動齒輪，進給絲杠，凸輪板轉動。凸輪板的轉動壓縮行程節(jié)流閥控制進給速度。在控制力的作用下實現控制力與控制相結合的粗精磨削進給。粗精進給結束后由時間繼電器延時做無進給磨削。延時無進給磨削結束后，快進油缸回油，實現快速退回原位。
圖3-4 砂輪的進給運動
3.2.6 工件軸
本機床采用套筒式工件主軸，工件軸整體安裝在工件箱內，工件箱內的電動機通過多楔帶帶動工件主軸旋轉，電磁無心夾具的磁盤、鐵磁心和工件主軸相聯(lián)，并一起轉動。電磁線圈通電，產生磁場把工件吸附在磁極上。工件軸的轉速通過電動機的變頻可以實現無級調速。工件軸支承采用四個角接觸球軸承，精度P5，前后各兩個。它們?yōu)閺椈深A緊，預緊力的大小可用主軸后端的螺母來調節(jié)。彈簧共有八跟，均勻分布在套筒內，套筒用銷子固定在殼體上，所以彈簧力通過套筒將后軸承的外圈向右推緊，又通過鋼球、內圈、主軸后螺母及主軸傳到前端的軸肩，使前端的軸承內圈亦向右拉緊。于是前后兩軸承都得到預緊。預緊的目的是：增強軸承的剛度，使旋轉軸在軸向與徑向上正確定位，提高軸的旋轉精度，降低軸的振動和噪聲，減少由于慣性力矩所引起的滾動體相對于內外溝道的滑動，當主軸熱膨脹伸長或者軸承磨損時，彈簧能自動補償，并保證較穩(wěn)定的預緊力，使主軸軸承的剛度和壽命得意保證。兩個相同型號的角接觸球軸承成對安裝時為定壓預緊。裝配完畢后，要求軸向竄動不大于0.003㎜，主軸伸出的軸肩徑向跳動不大于0.005㎜。彈簧的預加載荷共計約1000N。工件軸轉速的調節(jié)采用變頻調速。
圖3-5 3MZ1420工件主軸
第四章磨床的改進方案
4.1 補償修整改進
4．1．1原軸承外溝磨床補償修整改進
原軸承外溝磨床應用于套圈外溝磨削工序，經過一段時間的使用，發(fā)現砂輪修整器存在一些問題，致使砂輪外形修整不圓，套圈溝道磨削的粗糙度差，質量不穩(wěn)定。為了解決這一問題，對砂輪改進設計。補償修整進行，由于砂輪在磨削過程中有磨損，會使砂輪變形，影響切入磨削工件的精度，所以必須對砂輪進行修整；對砂輪修整后，砂輪尺寸改變，為保證工件加工尺寸不變，工件相對于砂輪應有一個徑向的移動，使工件相對于砂輪的位置不變，保證加工精度；所以磨床補償修整的改進是必要的。
4.1.2 砂輪補償修整運動
當工件快速定程退回時觸發(fā)時間繼電器在砂輪需要進行補償修整時，砂輪完成退回，此時壓力油進入齒條油缸、齒條帶動砂輪、棘爪、棘輪、蝸輪、蝸桿、滾珠絲杠旋轉帶動絲杠母滑板頭架修整器，同步移動實現補償，同時，壓力油進入修整器抬起油缸使金剛石筆抬起，延時后，壓力油進入旋轉油缸進行修整。
4.1.3 機床的使用和調整
本機床由機械傳動、液壓傳動、電氣傳動實現單動和全自動工作，通過各操作手輪、手柄調節(jié)螺釘。通過調節(jié)有關電氣元件、電氣操作面板各按鈕，以及調節(jié)液壓有關元件，而得到所要求的各種動作和工作速度實現磨削過程。啟動靜壓和液壓兩個油泵，調整靜壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)主油路和各支路的壓力，靜壓導軌油腔壓力必須正常后方能開動磨床。按下手動按鈕、啟動頭架電機、搖動手輪、磨削磁極端面跳動小于0.005㎜。
4.1.4 砂輪修整器
3MZ1420軸承外溝磨床采用修整方式為圓弧型修整，它的修整示意圖如下：
圖4-1 圓弧修整
3MZ1420軸承外溝磨床采用修整方式為圓弧修整步驟：
1.金剛石高低位置的調整：調節(jié)修整器倒下定位螺釘的高度，使修整器倒下后，金剛石筆中心的高度與砂輪桿中心等高，然后鎖緊螺帽。
圖4-2 金剛石筆尖高度調整
2、修整器倒下緩沖的調整：在修整器倒下時，將修整器倒下液壓缸的活塞桿頭部螺紋逐步擰入到接頭里去，同時試驗修整器抬起倒下動作，直到修整器倒下與定位螺釘頭接觸時發(fā)生輕微的響聲，此時將活塞桿與接頭處的鎖緊螺母鎖緊。
3、調節(jié)修整器左旋、右旋兩個開關的壓快位置，使得修整器左右旋動作到位時，兩個開關剛好亮。調節(jié)修整器抬起、倒下開關的位置，使得修整器抬起、倒下動作到位時，兩個開關剛好亮。
4、溝R大小的調整：卸下金剛石筆座3并在此件上安裝所需要的溝曲率調整棒1 ，將調整器微調螺釘4置于調整范圍的中間位置，使修整器旋轉金剛筆尖端所畫的圓弧半徑大致等于溝曲率半徑。
圖4-3 溝曲率半徑調整
5、修整磨架右行到底定位螺桿的伸長位置，使磨架右行到底時能聽到很輕微的碰撞聲，既有明顯緩沖，又能快速到位，然后鎖緊定位螺桿。調節(jié)電主軸位置，使砂輪對準磁極中心。
6、調節(jié)修整器燕尾導軌的位置，使修整器倒下時與砂輪接近，但不碰砂輪。用長修將砂輪修成圓弧形，并在紙片上磨缺口來初步檢查圓弧半徑大小。調節(jié)微調螺釘調整R大小，并通過試磨工件，進一步調整R大小，直到符合要求。
7、砂輪修整好后，通過連動機構上的調整螺釘25來調整粗、精兩磨頭的同步動作，并保證有0.2㎜的活動量。
4.2 往復臺導軌的改進設計
4.2.1 原磨床的往復臺的導軌
由于原磨床的往復臺導軌為滑動導軌，經過一段時間的使用，發(fā)現滑動導軌存在一些問題，磨損大、運動精度不穩(wěn)定，使工件質量不穩(wěn)定。所以對往復臺導軌進行改進設計。選滾動導軌代替滑動導軌。
4.2.2 滾動導軌的特點
3MZ1420軸承外溝磨床采用滾動導軌的最大優(yōu)點是摩擦系數小，動、靜摩擦系數很接近。因此，運動輕便靈活，運動所需功率小，摩擦發(fā)熱少，磨損小，精度保持性好，低速運動平穩(wěn)性好，移動精度和定位精度都較高。滾動導軌還具有潤滑簡單，高速運動時不會象滑動動導軌那樣因動壓效應而使動導軌浮起等優(yōu)點。
4.2.3 3MZ1420軸承外溝磨床滾滾動導軌的材料
3MZ1420軸承外溝磨床采用滾動導軌的材料是硬度為6062HRC的淬硬鋼。淬硬鋼導軌具有承載能力高和耐磨等優(yōu)點，成本較高。
4.2.4 技術要求
導軌面和滾動體的制造誤差直接影響機床的加工精度和各滾動體上載荷的分布。有預緊的滾動導軌，制造誤差會在導軌移動時使預緊力發(fā)生變化，影響導軌的移動的均勻性。因此，滾動導軌的制造精度要求很高。
4.2.5 滾動導軌的結構
3MZ1420軸承外溝磨床采用滾動導軌為滾柱導軌。滾柱導軌的承載能力和剛度都比滾珠導軌大，滾柱導軌適用于承載較大的機床，應用較為廣泛的一種滾動導軌。但是滾柱導軌比滾珠導軌不平行度要求高，即使?jié)L柱軸線與導軌面有微小的不平行，也會引起滾柱導軌對導軌的偏移和側向滑動，使導軌磨損加劇和降低精度。因此滾柱最好做成腰鼓形的，中間直徑比兩端大0.02毫米左右。 3MZ1420軸承外溝磨床采用滾動導軌是十字交叉滾柱導軌。它的一對導軌之間是截面為正方形的空腔，在空腔里裝入滾柱，前后相臨的滾柱的軸線交叉成，使導軌無論哪一方向受力，都有相應的滾柱支承。為了避免端面摩擦，取滾柱的長度比直徑小0.150.25毫米（3MZ1420軸承外溝磨床采用滾動導軌的滾柱直徑為12、長度為10），各個滾柱由保持器隔開。增大接觸面積并起緩沖作用。這種導軌的精度高，動作靈敏，剛度高，結構比較緊湊，但由于工作表面不直接配研，而精度又要求較高，因此導軌制造較困難。十字交叉滾柱導軌中的滾柱是交叉排列的，在一條導軌面上實際參加工作的滾柱只有一半。為了增加工作滾柱的數量，也有不用保持架而使?jié)L柱緊密排列的，以便進一步提高剛度。交叉滾柱導軌也可以是開式的，例如有的坐標鏜床工作臺導軌。坐標鏜床采用這種導軌時，由于精度要求很高，同時載荷較小和防護條件較好而常用鑄鐵導軌。這時十字交叉滾柱導軌的滾動體應為大直徑的空心滾柱，正常條件下可以保證較高剛度，受沖擊時空心滾柱能產生微小變形。
圖4-4 十字交叉滾柱導軌
4.2.6 滾動導軌的預緊
不預緊的滾動導軌與混合摩擦滑動導軌相比，剛度約低25%50%。預緊可以提高滾動導軌的剛度，一般來說有預緊的滾動導軌比沒有預緊的滾動導軌剛度可以提高3倍以上。有預緊3MZ1420軸承外溝磨床的十字交叉滾柱導軌剛度最高，在預緊力方向的剛度提高10倍以上，其他方向可提高35倍。預緊力可根據下列原則選擇。裝配前，滾動體母線之間的距離為A，壓板與滑板間所成的包容尺寸為A-X。裝配后，X就是過盈量。因此而產生的上、下滾動體與導軌面間的彈性變形各為，預緊力各為Q。當載荷P作用于溜板時，上面的滾子受的力加大為Q+P，下面的滾子減小為Q-P。當P=Q時，下面滾子的彈性變性為零，不再受力；上面的滾子受力為Q+P=2P。因此，預緊力應大于載荷，使與受力方向相反一側的滾子與導軌間不出現間隙；同時，預緊力與載荷之和不超過受力側滾動體的許用承載力。設計時，可使分配到每個滾動體上的預緊力小于滾動體許用承載力的一半，又大于每個滾動體的載荷。
第五章磨頭設計計算
5.1磨頭主要參數的選取
5．1．1磨削速度確定
主要考慮工件材料特點、加工要求、磨床工作情況和砂輪特性等。在選取時應注意：提高磨削速度，可減小磨粒切削厚度，減小作用在磨粒上的磨削力。改善磨削條件，提高砂輪壽命，減小工件表面粗糙度。同時，有利于提高生產效率，但磨削速度不能太高，以防止砂輪離心力過大，使砂輪破裂，損壞設備甚至導致人身事故。另外，磨削速度太高，可能產生振動和工件表面燒傷，影響加工表面質量。根據以上綜合考慮和生產實際驗證選取粗磨=40，精磨=60。
5．1．2工件旋轉進給速度確定
確定工件旋轉進給速度時，主要考慮磨削熱量的大小，熱源作用的時間、工件表面粗糙度和高速回轉所產生的振動等因素。太低時，工件易燒傷；太高時，機床可能產生振動。根據以上綜合考慮和生產實際驗證選取粗磨時=4；精磨時 =2。
5．1．3磨削深度確定
根據綜合考慮和生產實際驗證粗磨時?？扇?0.06;精磨時常選取=0.02。
5．1．4砂輪的軸向進給量確定
根據綜合考慮和生產實際驗證粗磨時?？扇?19.2;精磨時常選取=12。
5.2磨頭的結構
3MZ1420軸承外溝磨床采用的砂輪主軸組件是外溝磨床的關鍵部分。由于砂輪的外徑受被加工軸的限制，為了達到砂輪的有利磨削線速度，砂輪主軸的轉速須很高。機床主軸需在極短的時間內實現升降速，并在指定位置快速準停．這就要求主軸有很高的角減速度和角加速度．如果通過皮帶等中間環(huán)節(jié)，不僅會在高速狀態(tài)打滑、產生振動和噪音，所以3MZ1420軸承外溝磨床的砂輪主軸用帶傳動就不適用了，采用內連式中頻電動機直接驅動砂輪主軸。這種結構，由于沒有中間的傳動件，所以可達到較高轉速，同時它具有輸出功率大、短時間過載能力強、速度特性硬、振動小和主軸軸承壽命長的優(yōu)點，所以選用內連式中頻電動機直接驅動砂輪主軸。砂輪主軸支承采用四個角接觸球軸承，精度P5，前后各兩個。具體結構如圖5-1。
圖5-1 內連式中頻電動機直接驅動砂輪主軸
5.3磨頭電機的選取
5．3．1轉速
因為3MZ1420軸承外溝磨床采用電主軸，砂輪軸的轉速與電機轉速相同，計算電機的轉速，可以計算砂輪轉速：
（5-1）
式中：
——磨削速度；
——砂輪直徑。
由式（5-1）得粗磨：
=
由式（5-1）得精磨：
=
5．3．2動力參數
2、砂輪的切向力
實驗公式：
（5-2）
—常數，淬火鋼取=22；
—工件轉速；
—軸向進給量(單位)；
—磨削深度(單位)。
由式（5-2）得粗磨：
=
由式（5-2）得精磨：
=
3、磨削功率消耗
粗磨時：
=
=
精磨時：
=
=
選擇電主軸，粗磨時選擇電主軸轉速為9549.3、功率為；精磨時選擇電主軸轉速為14137.2、功率為電主軸。電主軸由中頻電機直接驅動，中頻機組選擇JBP-41，功率3/5.5KW。主軸直徑為50mm.磁場轉速就是電主軸的同步轉速。異步電動機的同步轉速n由輸入電機定子繞組電流的頻率f和電機定子的極對數P決定（n=60f/p）。電主軸就是利用變換輸入電動機定子繞組的電流的頻率和激磁電壓來獲得各種轉速。在加速和制動過程中，通過改變頻率進行加減速，以免電機溫升過高。
5．3．2電主軸冷卻
電主軸在將電能轉化為機械能的同時，也有一部分轉化為熱能．所有這些熱能無法通過風扇和機殼向外擴散，必須加以控制，否則電主軸將因熱量積聚而使主軸的機械效率下降、主軸精度喪失、破壞電機線圈絕緣層的介電強度，主軸軸承也將受到損壞．電主軸的溫度有限元分析表明，其熱量大部分產生于通電后的定子．可設計一個通入冷卻液的套筒，其內裝定子繞組，用循環(huán)冷卻液體吸收和帶走電機產生的熱量，保持電主軸單元殼體均勻的溫度分布．因此，電主軸的常用冷卻方法是利用水冷降低主軸系統(tǒng)的溫升．高速電主軸的冷卻系統(tǒng)主要依靠冷卻液的循環(huán)流動來實現，流動的冷壓縮空氣能起到一定的冷卻作用。
第六章夾具設計及其他部件選型
6.1 3MZ1420軸承外溝磨床的夾具采用電磁無心夾具
6.1.1 3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的結構及特點
1、3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的結構及特點
3MZ1420軸承外溝磨床的夾具采用電磁無心夾具為單極式，它主要有轉動部分和固定部分。轉動部分用來驅動工件轉動并限制了工件定位的3個自由度。它包括零件有：鐵心、磁盤、磁極以及若干緊固螺釘。轉動部分通過鐵心安裝并連接在機床砂輪軸末端部。固定部分用來安裝線圈并使工件徑向定位。它包括的零件有：夾具體、可動支承、支承、半圓盤、端蓋以及密封和若干緊固螺釘。線圈安在夾具體上的線框內，兩個可動支承可以在半圓盤上沿圓周調整位置，以獲得所需要的支承夾角；同時，它們又可沿徑向調整，以適應工件尺寸變化的要求。兩個支承在支承座上可作徑向和軸向調整，并可作左右傾斜接觸調整，以滿足工件尺寸、偏心大小和偏心方向變化的要求，并使支承和工件保持良好的接觸。單極式電磁無心夾具的磁路中有很大一部分是空氣氣隙，磁耗大，但能滿足磨削加工所需要的吸力，并且具有結構簡單、密封性能好、更換線圈方便等優(yōu)點。
圖6-1 單極式電磁無心夾具結構
2、電磁無心夾具的電氣原理
電磁無心夾具的電氣原理，調節(jié)變呀器由一個小開關調整，磁力接觸器的工作和調整，由另一個小開關調整。 工作時，電源由限位開關控制。當往復向前（向工件）工作時，磁力接觸器吸上，常開觸電閉合，使線圈勵磁。當工作結速往后退（離開工件）時，常開觸電開關斷開，常閉觸電復位，使線圈通入反向電流，產生反磁，以消除剩磁。
3、定位方法
3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的定位采用以端面和外表面定位磨削外表面這種磨削方式叫支外磨內。端面限制了工件定位的3個自由度，分別是一個移動副和兩個轉動副；兩支撐限制兩個移動副。
圖6-2 支外磨內
6.1.2 3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的力學原理
1、夾持原理
工件之所以可以被夾緊，關鍵在于工件中心相對磁極中心有一個偏心量e。如圖，工件被直流電磁線圈產生的磁力吸在磁極端面上，磁力大小可以調整，通常調至用手徑向撥動工件，稍用勁能將工件撥動為宜。由于偏心e的存在，工件不能繞工件軸軸線和中件軸同步轉動，而只能繞前后兩支承所決定的工件幾何中心轉動。這就使磁極和工件端面之間產生相對滑動，因而產生滑動摩擦力。研究表面，摩擦力可合成為一個合力F和一個合力矩M。F垂直于偏心e，指向兩支承之間，作用點為工件中間。這樣，F起到徑向夾持作用，保證磨削過程中工件被穩(wěn)定地夾持在支承塊上。而M作為驅動力矩，繞工件軸線轉動。
圖6-3 偏心與磁路
2、3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的夾持力分析
3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的夾持力分析，工件中心為0，磁極中心為，兩中心的距離為e。過0作x軸，建立平面直角坐標系。在與磁極接觸的工件端面上取對稱四點、、、和；四點與工件中心0的距離為r，磁極中心（工件軸中心）的距離為、、、。當磁極角速度為時，工件與磁極之間產生的相對滑動角速度為，工件轉動角速度為-，假設工件端面磁力均勻分布，按點的復合運動規(guī)律，就可以在圖5-4中畫出工件端面上的的絕對速度、相對速度和牽連速度。各點摩擦力dF與相對速度方向相反。由于、兩點對稱于x軸，=，=，因此這在兩個力在x軸投影的合力為零，而在y軸上的投影不為零。、兩點也可作同樣分析。于是推論在工作端面上各點摩擦力在x軸上的投影的合力為。由于也垂直于偏心e，因此F`也垂直于偏心e。一般。并不通過工件中心0，當把移動至工件中心0時，稱其為F，則需增加一個力矩M。通常，稱F為徑向夾持力，正是這個垂直于偏心e、通過工件中心0，并且指向兩支承之間的徑向夾持力，使工件穩(wěn)定地貼在兩支承塊上，按兩支承塊所決定的幾何中心轉動，并消除工件軸徑向圓跳動所引起的工件徑向圓跳動。
圖6-4 電磁無心夾具的夾持原理
在磨削時，工件受軸向力、徑向力、切向力，其中切向力最大，所以主要考慮切向力。
理論受粗磨時夾持力：
==
實際的夾持力F：
F=K=
理論受精磨時夾持力：
==N
實際的夾持力F：
F=K=
無心電磁夾具對工件除有夾持力F，還有磁力，它的方向垂直于磁極端面，磁力調整：調整上磁電壓即獲得合適磁力，一般用手徑向拉工件，以稍用些力就能拉動工件為合適，此時等于20-40N。
3、3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的驅動力分析
3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的驅動力分析，從上面的敘述可以知道，在夾持力F形成的同時，有一個力矩M也形成。這個力矩被稱為驅動力矩。當工件剛剛放入夾具上時，其轉動角速度為零；在驅動力矩M的作用下，工件逐漸加速，直到勻速轉動為止。這就是稱驅動力矩的原因。在砂輪磨削工件時，如果工件轉動低于磁極轉速，則驅動力矩M和工件轉速方向相反，阻止工件加速轉動。這稱為驅動力距M的兩重性。
4、電磁無心夾具偏心量的大小
偏心量的大小電磁無心夾具使用方便，便于自動上下料，同時磨削工件精度高。但這種夾具有關參數確定與否，直接影響其磨削加工質量，尤其是無心磨削時的偏心量e的選擇。偏心量是指工件中心與工件軸回轉中心之間的距離。工件旋轉的穩(wěn)定性是與偏心量成正比的，但偏心量過大，工件與支承之間的摩擦力增大。工件會出現燒傷、劃傷等缺陷，偏心量過小時工件旋轉的穩(wěn)定性差，不利于磨削效率。3MZ1420的電磁無心夾具偏心量的位置落在第一象限內，偏心量的大小根據切削用量，工件大小等來進行調整。一般經驗可控制在e=最大加工余量（半徑）+0.05㎜=0.2-0.35㎜。
5、偏心量及偏心方向
夾持力F必須指向兩支承之間；否則，工件不能被夾緊而飛出磨削區(qū)。這種現象叫做電磁無心夾具的夾持失穩(wěn)。實踐證明，夾持失穩(wěn)和偏心量e以及偏心方位角X有密切關系。因此，應合理選取這個工藝參數。偏心方位角X主要取決于磨削方式。在3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具中偏心方位角X應使磁極中心位于工件中心0的左下方；為10度。3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的偏心方位角X的大小，與前后支承交有一定關系，3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的偏心方位角的大小為10度。
圖6-5 偏心方位角
6.1.3 3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具的定位誤差
3MZ1420軸承外溝磨床電磁采用無心夾具，在磨削時會產生定位誤差。3MZ1420軸承外溝磨床電磁無心夾具采用支外磨外屬于非自身定位方式，主要考慮定位誤差。圖是非自身定位的磨削方式簡圖，其中坐標系xoy的原點為工件理想原點，X軸為磨削方向。
設工件定位表面上有一個凸起位于后支承塊1時，用表示之。工件中心將向著支承塊2的斜面方向從0移至。由圖6-5可知工件中心位移量0在磨削方向X軸上的投影為：
=
圖6-5 無心夾具的定位誤差（在圖中=5= ===；；；=60）
同理可知,若用表示位于前支承塊2，則工件中心位移量0在磨削方向X軸上的投影為：
=
一般，工件定位表面上的凸起不止一個，其分布極其復雜，可用下列級數在磨削點展開：
= （6-1）
式中 i — 工件定位表面諧波次數；
—第i次諧波幅值；
—角度參變量；
—初相位。
若在1和2處分別將展開，就有：
= （6-2）
= （6-3）
工件定位時，定位表面同時在1和2點與支承塊接觸，因此，定位誤差可表示為
=-
=-
將式（6-2）和式（6-3）代入上式并整理后，可得
=-
= （6-4）
比較式（6-1）和式（6-4）可知，若工件定位表面的誤差為，則加工表面的誤差就是，顯然表示了誤差的放大倍數，它把定位表面的誤差傳遞給了加工表面。稱為第i次諧波的誤差傳遞系數。為了減少加工表面的誤差，越小越好，而對于特定的i值，前支承角和后支承角的大小直接影響的大小。由、、i在表5-12 參數值表查=0.89，滾動軸承制造工藝學。
6.1.4電磁無心夾具的調整
1、將支承座體朝后下45度方向用力壓緊，在兩定位柱上的各定位面緊靠的情況下，均勻交替擰緊兩個壓緊螺釘。然后將后支承和下支承體上。跟據工件大小浮動支承與工件中心連線和砂輪中心與工件中心連線之夾角在0～5度內選擇、兩支承之間的夾角可在95～115度內選擇。
圖6-6 無心夾具的調整
2、將工件吸在磁極端面上，旋轉工件軸，使工件和磁極基本同心；然后停止轉動，將兩支承靠在工件外圓后稍稍禁固；再想斜上方輕輕敲到軸承，使其移動量在0.15-0.25mm之間；稍后推動支承，使偏心再落在第一象限內，偏心量等于預選定值后將兩支承緊固。
3、檢查工作旋轉穩(wěn)定性，使工件離開兩支承2-3mm，然后開動工件軸，若工件很快靠近兩支承，則證明偏心已調好，否則還要繼續(xù)反復調整，直到使工件達到穩(wěn)定旋轉為止。
4、根據工件大小選用相應的磁極和支承，本機設有固定支承和浮動支承。
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結 論
時光如水，畢業(yè)設計的完成代表大學生活的即將結束，同時也是對我四年學業(yè)的綜合檢驗。本次我設計的是3MZ1420軸承外溝磨床的改進設計。為了滿足軸承行業(yè)的發(fā)展，軸承外滾道磨床作為軸承制造業(yè)的重要生產設備，對軸承的制造是十分重要的。本課題對3MZ1420軸承外滾道磨床的改進設計包括：
1、通過原磨床的結構功能，了解磨床的結構的優(yōu)缺點，確定了對磨床的改進方案，有補償修整改進；往復臺導軌的改進設計。
2、本設計磨床砂輪軸采用電主軸，輸出功率大、短時間過載能力強、速度特性硬、振動小和主軸軸承壽命長的優(yōu)點。
3、3MZ1420軸承外溝磨床夾具采用單極式電磁無心夾具，具有結構簡單、密封性能好、更換線圈方便等優(yōu)點。
在近三個月的設計過程中，設計的每個過程，我都嚴格按照國家的標準進行制圖和設計。在設計中我學到了很多，也發(fā)現自己很多方面的不足，只有通過長期的實踐，通過設計，生產，再設計，才能最終設計出滿意的產品。
幾個月的設計，最大的收獲是對機械產品的研發(fā)有了很高的認識以及極大的鍛煉了自己的自主設計能力，為以后步入工作崗位打下了很好的基礎。
由于缺乏經驗，在設計過程中難免會存在不合理之處，還請各位老師指出，深表謝意。
致 謝
在這次畢業(yè)設計中，得到了哈爾濱軸承廠各位領導，以及多位老師的熱情指導，幫助及支持，尤其是指導老師都維剛老師，在此設計過程中對我的極大幫助及指導，在此我表示由衷的表示感謝。
經過指導老師的耐心輔導下和
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