1、 毕业设计（论文） 题 目 : 薄壁圆筒磨边机设计 学 院 机电工程与自动化学院 专业 (层次 ) 机械工程及自动化（专升本、本） 年 级 2012 级 班 级 专升本 学生姓名 祝佳陶 学 号 124A0577 指导教师 金健 上海大学继续教育学院毕业设计 (论文 ) i 目录 摘要 . 1 Abstract . 2 第一章 绪论 . 3 1.1 磨削加工的特点概述 . 3 1.2 砂轮磨削国内外的发展与趋势 . 3 1.2.1 国外的发展 . 3 1.2.2 国内的发展 . 4 1.2.3 发展趋势 . 4 1.3 砂轮磨削的关键技术 . 5 1.4 课题设计思路 . 5 1.5 课题设计
2、结构 . 5 1.6 课题研究的目的及意义 . 5 第二章 薄壁圆筒磨边机的总体设计方案 . 7 2.1 驱动方案的确认 . 7 2.1.1 液压驱动 . 7 2.1.2 气压驱动 . 7 2.1.3 电动机驱动 . 8 2.1.4 驱动方案的确认 . 8 2.2 砂轮主轴箱升降机构方案的确认 . 8 2.3 主轴机构结构方案确认 . 9 2.4 圆筒夹紧机构的确认 . 9 2.5 整机方案的确认 . 10 2.6 本章小结 . 11 第三章 薄壁圆筒磨边机磨边砂轮主轴的计算 . 12 3.1 驱动电机的选择 . 12 3.2 转速图的拟定 . 12 3.3 传动轴的估算 . 13 3.4 齿
3、轮模数的估算 . 15 3.5 各轴结构的设计 . 16 3.6 主轴组件的刚 度和刚度损失的计算 . 17 3.7 齿轮强度校核 . 18 3.8 传动轴挠度的验算 . 19 3.9 本章小结 . 20 第四章 薄壁圆筒磨边机夹紧机构的设计计算 . 21 4.1 拟定技术参数 . 21 4.2 滚珠丝杠的计算及选择 . 21 4.3 滚珠丝杠支承轴承的选择 . 23 4.4 滚珠丝杠的校核 . 25 4.4.1 临界压缩负荷 . 25 4.4.2 临界转速 . 26 4.4.3 滚珠丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率 . 26 上海大学继续教育学院毕业设计 (论文 ) ii 4.4.4 滚珠丝
4、杠扭转刚度 . 28 4.4.5 滚珠丝杠传动精度计算 . 29 4.5 滚珠丝杠进给传动系统变形计算 . 29 4.5.1 滚珠丝杠精度计算 . 30 4.6 伺服电机的选择与计算 . 32 4.6.1 进给伺服电机的校核 . 34 4.7 联轴器的选择 . 35 4.8 本章小结 . 35 第五章 薄壁圆筒磨边机主轴提升机构的设计 . 36 5.1 拟定技术参数 . 36 5.2 滚珠丝杠的计算及选择 . 36 5.3 伺服电机计算及选择 . 36 5.4 立柱的设计 . 36 5.4.1 按立柱外形分类 . 36 5.4.2 材料分类 . 36 5.4.3 立柱结构的选择 . 37 5.
5、5 本章小结 . 37 第六章 结论 . 38 参考文献 . 40 致谢 . 42 上海大学继续教育学院毕业设计 (论文 ) 1 薄壁圆筒磨边机 设计 摘要 据经济合作与发展组织日前发布报告称，世界石油需求快速增长，原因是新兴经济体石油消耗不断增长，纽约 美国能源情报署预测 ，今年全球石油需求将增加 1.2%至 万桶 /日。在这种情况下，对油桶的需求也必然会增加很多，这就给油桶生产商提供了一个绝佳的增长机会。在油桶的生产中，需要把油桶边缘磨平，安装油桶盖。油桶属于薄壁圆筒，磨削时，加工效率低、噪声大。 本设计为一种自动薄壁圆筒磨边机，它包括砂轮主轴升降机构、磨边砂轮主轴机构、圆筒夹紧机构组成。
6、本机主轴升降机构采用伺服电机配套滚珠丝杠完成驱动，考虑到丝杠和伺服电机的选型过大增加生产成本，本文中增加配重机构已达到减小伺服电机和丝杠的目的。磨边砂轮主轴机构采用变速主轴箱结构，可以实现不同 转速下的磨削工作，同时考虑到磨边砂轮的拆装方便，主轴和砂轮的连接采用锥孔拉紧。圆筒夹紧机构同样采用自动结构，代加工油桶放置在工作台上，通过伺服电机驱动带有夹持块的工作台和安装在底座上的定夹紧完成夹紧工作。为了达到降噪的目的，本机安装在隔音房中。本次毕业设计的主要任务是完成整个圆筒磨边机的设计，本文完成整机的设计计算，包括电机功率的确认，主传动轴的校核等，然后利用 AUTOCAD 软件完成整个圆筒磨边机二
7、维工程图的绘制。 关键词：薄壁圆筒磨边机 ； 升降机构 ； 主轴机构 ； 二维工程图 上海大学继续教育学院毕业设计 (论文 ) 2 Abstract According to the organization for economic cooperation and development recently released a report, world oil demand growth, the reason is that oil consumption growth in emerging economies, New York - America EIA forecast, thi
8、s years global oil demand will increase to 1.2% barrels / day. In this case, the demand for oil will also increase a lot, which give oil producers to provide an excellent opportunity for growth. In oil production, the oil tank cover edges, installation. Oil belongs to the cylinder, grinding, low pro
9、cessing efficiency, high noise. The design of an automatic thin cylindrical grinding machine, which comprises a grinding wheel spindle elevating mechanism, grinding wheel spindle body, cylinder clamping mechanism. Lifting mechanism of the spindle servo motor ball screw drive matching complete, consi
10、dering the selection of screw and servo motor is too large to increase the cost of production, increase the weight mechanism has to reduce the servo motor and screw the purpose of this paper. Grinding wheel spindle mechanism with variable speed spindle box structure, can realize the grinding work un
11、der different speed, at the same time, taking into account the grinding wheel grinding wheel spindle and convenient assembly and disassembly, connected by a taper tension. Cylinder clamping mechanism using the same automatic structure, processing oil drums placed on the worktable, drive a clamping b
12、lock by the servo motor and the fixed clamp is arranged on the base of the complete work of clamping. In order to achieve the purpose of noise reduction, the machine is installed in the soundproof room. The main task of this graduation design is the design of the cylindrical grinding machine, this p
13、aper completed the calculation of the design, including the confirmation of motor power, the main transmission shaft was checked, and then complete the whole drawing cylindrical grinding machine of 2D engineering drawing by using AUTOCAD software. Keywords: thin walled cylindrical grinding machine s
14、pindle; lifting mechanism; mechanism; 2D engineering drawing 上海大学继续教育学院毕业设计 (论文 ) 3 第一章 绪论 1.1 磨削加工的特点概述 磨削是一种常用的半精加工和精加工方法，砂轮是磨削的切削工具，磨削是由砂轮表面大量随机分布的磨粒在工件表面进行滑擦、刻划和切削三种作用的综合结果。磨削的基本特点如下： 1.磨削的切削速度高，导致磨削温度高。普通外圆磨削时 v=35m/s，高速磨削 v50m/s。磨削产生的切削热 80% 90%传入工件 (10% 15%传入砂轮， 1% 10%由磨屑带走 )，加上砂轮的导热性很差，易造成工件
15、表面烧伤和微 裂纹。因此，磨削时应采用大量的切削液以降低磨削温度。 2.能获得高的加工精度和小的表面粗糙度值 加工精度可达 IT6-IT4，表面粗糙度值可达 Ra0.8-0.02 m。磨削不但可以精加工，还可以粗磨、荒磨、重载荷磨削。 3.磨削的背向磨削力大 因磨粒负前角很大，且切削刃钝圆半径 rn较大，导致背向磨削力大于切向磨削力，造成砂轮与工件的接触宽度较大。会引起工件、夹具及机床产生弹性变形，影响加工精度。因此，在加工刚性较差的工件时 (如磨削细长轴 )，应采取相应的措施，防止因工件变形而影响加工精度。 4.砂轮 有自锐作用 在磨削过程中，磨粒有破碎产生较锋利的新棱角，及磨粒的脱落而露出
16、一层新的锋利磨粒，能够部分地恢复砂轮的切削能力，这种现象叫做砂轮的自锐作用，有利于磨削加工 。 5.能加工高硬度材料 磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，如淬火钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等。但不宜精加工塑性较大的有色金属工件。 1.2 砂轮磨削国内外的发展与趋势 1.2.1 国外的发展 国外的砂轮磨削发展非常迅速，自 20 世纪 60 年代以来，特别是静电植砂及涂附磨具技术的出现 及发展，欧、美、日等工业发达国家在砂轮制造技术和砂轮磨床技术上都取得了巨大的成就。在砂轮制造技术方面，随着许多特殊的涂附磨料及涂附形式的出现，产生了如金刚石、立方氯化
17、硼（ CBN）、锆刚玉、陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等各类砂轮，使得砂轮已经能用于干磨、高速，大吃刀量等的重磨削领域，及高精密零件的上海大学继续教育学院毕业设计 (论文 ) 4 磨削加工领域。日本已经开发出用软刚带作为基底的金刚石砂轮，可有效加工一些特殊难加工的高硬度材料，如单晶硅片等。在国际上知名的砂轮品牌有美国 3M、美国NYrtYn、德国 Hermes、德国 VSM、德国 KlXngspYr、 韩国 DEER、日本牛头等。在砂轮磨床方面，有大至磨削宽度 5 米以上的巨型平面磨床，小至牙医用的修齿机等结构形式各异种类，另外，随着自动化技术的发展，像六轴五联动数控砂轮磨床、机器人砂轮磨削中心
18、、砂轮磨削 FMS、并联机构的数控砂轮磨床都已经得到应用。砂轮磨削技术现已成为这些发达国家获得高额经济效益的一种重要手段 ,且砂轮磨削量已占磨削总加工量一半以上。 1.2.2 国内的发展 国内的砂轮磨削技术是在 20世纪 70 年代末才得以真正发展，随着国内的改革开放，砂轮磨削技术日益引起了各行业、研究单位和企业的重视，加之砂轮 制造技术的提高及品种的增加，使得砂轮磨削设备的研究和生产也得到了较大的发展。砂轮磨削设备开发与生产的厂家有新乡机床厂、上海机床厂、北京二机等十来家企业；有包括郑州三磨所、湖南大学、东北大学、广东工业大学、广西大学、重庆大学等在内的多家科研院所和高校。 1.2.3 发展
19、趋势 砂轮磨削总的趋势正向着强力、高速、高效和精密方向发展。在磨床结构方面 ,从单一磨头向大型、组合（多磨头、多功能、多工位）形式发展。在加工工艺方面，与特种加工相结合的复合加工方法是砂轮磨削很有前途的发展方向之一，如与超声振动结合可形成超声砂轮 精密磨削；与电化学加工结合可形成电解砂轮磨削。另一方面自动化在砂轮磨削中的应用，尤其是数控砂轮磨床及自适应控制技术的应用，使得砂轮磨削的加工效率和精度有了很大的提高，已经使得砂轮磨削精度已经进入精密和超精密加工行列1。 砂轮本身在不断的发展和完善中。在砂轮结构方面，近年出现了堆积磨料砂轮、金字塔型砂轮、空心球型砂轮、复层砂轮、高弹性砂轮、防跑偏砂轮、
20、不等厚砂轮、粒度复合砂轮等等。砂轮在我国的制造从国产到从磨料、半成品、成品的进口，再到与国外砂轮企业的合资等多种形式，这些都极大地丰富了我国的砂轮品种，为国 内用户提供了更大的选择空间。 上海大学继续教育学院毕业设计 (论文 ) 5 1.3 砂轮磨削的关键技术 根据国内外砂轮磨削技术的现状和发展趋势的分析，结合我国在砂轮磨削技术上与国外的差距，砂轮磨削的关键技术主要体现在砂轮上。砂轮是砂轮磨削技术发展的关键和重要标志，能否制造高品质的砂轮已经作为衡量一个国家砂轮磨削技术高低的标准。作为构成砂轮三要素的基体、磨料、粘结剂以及由此导致影响磨削性能的十种要素，结合近年来像高分子新材料、新技术、新工艺
21、在涂附磨具中的广泛应用，我国的广大砂轮生产企业及相关研究机构应该在如下五个方面加大研究和开发力度，争取获得有自主知识产权的高品质砂轮：新型基体的应用和开发； 合成浆料的应用和开发 ； 粘结剂的应用与开发 ； 磨料的应用与开发 ； 砂轮 表面涂层的应用与开发 1。 1.4 课题设计思路 1） 参考所有与薄壁圆筒磨边机产品相关数据，了解整个薄壁圆筒磨边机的整机系统的组成。 2）薄壁圆筒磨边机整机方案的确认。 3）薄壁圆筒磨边机整机的设计计算，并对主要零部件进行设计校核。 4）薄壁圆筒磨边机整机工程图的绘制。 1.5 课题设计结构 本文以薄壁圆筒磨边机项目作为应用背景，对其机械结构进行了研究。全文共
22、分为六章，各章的主要 内容如下： 第一章前言部分，主要介绍研究现状和课题研究的目的及意义； 第二章对整个薄壁圆筒磨边机的整机方案进行确认，包括传动系统，驱动系统等确认。 第三章完成薄壁圆筒磨边机主轴升降机构的设计计算； 第四章完成薄壁圆筒磨边机砂轮主轴机构的设计计算； 第五章完成薄壁圆筒磨边机自动夹紧机构的设计计算； 第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。 1.6 课题研究的目的及意义 据经济合作与发展组织日前发布报告称，世界石油需求快速增长，原因是新兴经济体石油消耗不断增长，纽约 美国能源情报署预测 ，今年全球石油需求将增加 1.2%上海大学继续教育学院毕业设计 (
23、论文 ) 6 至 9021 万桶 /日。在这种情况下，对油桶的需求也必然会增加很多，这就给油桶生产商提供了一个绝佳的增长机会。在油桶的生产中，需要把油桶边缘磨平，安装油桶盖。油桶属于薄壁圆筒，磨削时，加工效率低、噪声大。噪声污染不仅破坏了我们的工作环境，还可能威胁我们工人的身体健康。因此，为了解决工业中加工油筒时加工效率低、噪声大等问题，需要设计出一种能够专门用于油桶边缘磨削的薄壁圆筒磨边机。要求通过各个部分的设计，能实现工件的上下及夹紧自动化，同时达到降低磨削噪音的目的。 通过本课题，让学生在 毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程，培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技
24、术问题的能力；进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。 上海大学继续教育学院毕业设计 (论文 ) 7 第二章 薄壁圆筒磨边机的总体设计方案 2.1 驱动方案的确认 设备的驱动方式有液压式、气动式、和电动式。下面将三种驱动方式进行分析比较。 2.1.1 液压驱动 设备的驱动系统采用液压驱动，有以下几个优点： (1)液压容易达到较高的压力（常用液压为 2.5 6.3MPa），体积较小，可以获得较大的推力或转矩； (2)液压系统介质的可压缩性小，工 作平稳可靠，并可得到较高的位置精度； (3)液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制； (4)液压系统采用油液作介质，具有防锈性和自润
25、滑性能，可以提高机械效率，使用寿命长。 液压传动系统的不足之处是： (1)油液的粘度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起燃爆炸等危险； (2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高； (3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则引起故障。 液压驱动方式的输出力和功率更大，能构成伺服机构，常用于大型设备的驱动。 2.1.2 气压驱动 与液压驱动相比，气压驱动的特点是： (1)压缩空气粘度小，容易达到高速； (2)利用工厂集中的空气压缩站供气，不必添加动力设备； (3)空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应用于高温作业； (4)气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低。 它的不足之处是： (1)压缩空气常用压力为 0.4 0.6MPa，若要获得较大的力，其结构就要相对增大； (2)空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很困难； (3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件 生锈，导致设备失灵。此外，排气还会造成噪声污染。
