1、毕业设计说明书 1目 录1 前言12 总体方案论证22.1 进给磨头的确定22.2 工作台高度的确定22.3 工作台工作方式23 磨头设计33.1 工件材料33.2 砂轮的选择33.2.1 磨料的选择33.2.2 粒度的选择43.2.3 磨具硬度的选择43.2.4 结合剂的选择53.2.5 磨具形状及尺寸的选择53.3.1 磨削功率计算63.3.2 选择电机73.4 磨头主轴的设计83.4.1 磨头主轴的结构设计83.4.2 轴的最小直径估算93.4.3 轴的总长度93.4.4 各轴段直径和长度的确定103.4.5 轴承的选择113.4.6 轴承的润滑113.4.7 滚动轴承的密封113.5
2、磨头进给系统设计123.5.1 套筒和导向套的设计123.5.2 上磨头进给系统设计133.5.3 齿轮轴的校核184 结论21参考文献22致谢23附录24立式磨簧机设计（总体、磨头设计）21 前言弹簧是人们熟悉的机械基础件，它适用于缓冲或减振，在机械设备、生活用品上的各种弹性元件都属于弹簧。弹簧元件在机械设备中往往处于运转的关键部位，它的质量优劣对主机的质量水平有重要影响。弹簧的优劣不仅取决于弹簧材料，还取决于弹簧的加工工艺。中国弹簧行业专业化、自动化程度还比较低，不少工序还停留在手工操作水平上。工人劳动强度大、劳动条件差、生产效率低。国外磨簧等关键工序都已实现机械化、自动化。德国磨簧机有
3、10 种，中国仅有 4种，而且设备精度较差。为满足国内弹簧生产的需要现设计立式磨簧机。磨簧机主要用于弹簧端面的磨削。弹簧钢丝经过卷簧机卷制，形成弹簧的半成品，其两个端面不平行，还不能满足使用要求。需要通过磨簧机将半成品的两个端面磨平，并使两端面与弹簧的轴线保持一定的垂直度。磨簧分两种形式：A.只需将弹簧端面磨平；B.高度磨削。除了要把弹簧端面磨平外，还要把弹簧磨到指定的高度。本课题来源于盐城市双圆弹簧厂。为高效率磨削弹簧端面需设计立式磨机。其中： a.磨簧机应能满足加工要求，保证加工精度；b.磨簧机应运转平稳，工作可靠，结构简单；c.工件装卸方便，便于维修、调整；d.尽量使用通用件，以便降低制
4、造成本。在陈祥林老师的指导下，首先进行了方案论证，确定机床总体结构。由于磨簧机是针对弹簧磨削而设计的，所以整个设计过程都是围绕弹簧磨削这一功能而展开的。首先根据弹簧的材料，选择合适的砂轮，然后根据普通磨削的要求确定砂轮转速、工件转速、砂轮的进给量等。根据以上的参数计算磨削功率，分析拟定传动装置的简图，画出总装备图，然后根据装备图设计零件图。毕业设计说明书 32 总体方案论证本次设计的课题是立式磨簧机，用于弹簧端面的磨削。为避免弹簧多次装夹引起的加工精度误差，以及减少装夹时间，拟采用两个砂轮一起磨削，提高工作效率。两个砂轮有两个独立的电机驱动。为适合加工不同高度的弹簧，以及在磨削时砂轮实现进给运
5、动，磨头要能实现轴向移动。为简化传动机构的结构，只要一个磨头实现进给，另一个磨头固定。2.1 进给磨头的确定为弹簧顺利进入磨削区域，下磨头要和工作台处于同一个平面。假如下磨头实现进给运动，那么工作台也要随着磨头运动。工作台比较质量比较大，上下运动在结构上比较复杂，定位难以实现，加工精度难以得到保证。综合各方面因素，确定由上磨头实现进给运动。下磨头在经过长时间的磨削运动，砂轮厚度会减小，砂轮就会低于工作台，料盘就难以实现旋转运动。所以砂轮经过一段时间磨削后，下磨头需要实现高度补偿，使砂轮和工作台重新处在同一个平面。在结构上用升降杆来调节下磨头高度。2.2 工作台高度的确定工作台的高度主要根据人的
6、身高来确定，工作台不宜太高，太高会使工人的手上抬，长时间工作会加快工人的劳累；工作台太低，使工人弓着腰工作，同样加快工人的疲劳。工作台高度定位标准是使工人工作舒适。综合国人的平均身高，工作台的高度拟确定 120.5。2.3 工作台工作方式为便于以后磨头的维修、调整，把工作台设计成活动的，即磨头在维修、卸载时可以方便地把工作台打开。立式磨簧机设计（总体、磨头设计）43 磨头设计3.1 工件材料弹簧材料的种类繁多,目前大量使用的是弹簧钢,其次是具有特殊性能的弹簧材料,如不锈耐酸钢、耐热钢(合金)、铜合金以及橡胶、塑料等。一般弹簧钢包括:a.碳素弹簧钢 ；b.合金弹簧钢 。本次设计拟确定工件材料为碳
7、素弹簧钢和合金弹簧钢。3.2 砂轮的选择砂轮选择应考虑的因素：砂轮对磨削过程的影响是多方面的，其中包括加工精度，表面粗糙度和生产效率等。为了获得良好的磨削效果，正确选择砂轮十分重要。选择砂轮时主要考虑下列磨削条件和技术要求：a工件材料的物理机械性能；b工件的热处理方法；c工件的加工精度和表面粗糙度的要求；d工件的形状和尺寸；e工件的磨削余量；f磨削方式（外圆、内圆或平面磨、开槽、切断等） ；g磨削用量，切削液情况，磨床情况，生产类型以及操作者的熟练程度。3.2.1 磨料的选择磨料直接参加磨削工作，所以磨料的硬度要高，耐热性要好，还要具有一定的韧性和强度；为了能进行切削，磨料上还必须具有锋利的边
8、刃。磨料分为天然磨料和人造磨料两大类。一般天然磨料含杂质多，质地不均。表 3-1 磨料的特点和应用范围磨料名称 新代号旧代号特点 应用范围棕刚玉 A GZ 棕褐色、硬度高韧度大、价格便宜磨削和研磨碳钢、和金刚、铸钢、硬青铜等白刚玉 WA GB 白色，硬度比棕刚玉略高，韧度较棕刚玉低磨削、研磨、衘磨和超精加工、淬火钢、高速钢、螺纹、齿轮及薄壁零件等毕业设计说明书 5单晶刚玉 SA GD 浅黄色或白色，颗粒呈球状，硬度和韧度都比白刚玉高磨削、研磨或衘磨不锈钢和高钒高速钢等高强度韧度大的材料微晶刚玉 MA GW 颜色于棕刚玉近似，刚度高，韧度和自励性能良好磨削或研磨不锈钢、轴承钢、球墨铸铁、并适于高
9、速磨削铬刚玉 PA GG 玫瑰红，或紫红色，硬度和韧度比白刚玉高，磨削表面粗糙度细小磨削、研磨、或衘磨淬火钢，高速钢轴承等表面粗糙度值要求较小的量具，仪表零件和薄壁工件根据弹簧材料：碳素弹簧钢或 65Mn 来确定磨料，并对照磨料的应用范围来选择。对照表 3-1，综合考虑磨料的应用范围以及价格，磨料选择棕刚玉，代号：A。3.2.2 粒度的选择砂轮的粒度是指砂轮所含磨料颗粒尺寸的大小，通常以粒度号表示。磨料按其颗粒尺寸大小分为 41 个号，粒度号数越大颗粒越小。选择磨料粒度时应遵循以下原则：粗磨用粗粒度、精磨用细粒度；工件材料软、塑性大（如有色金属）和磨削面积大的时，为避免砂轮堵塞，应选用粗粒度；
10、成形磨削和高速磨削时粒度应选细些；磨削淬火钢及硬质合金钢时，宜选用中等粒度的磨料；内磨应选用较外磨为粗的粒度；磨削大尺寸工件、薄板及薄壁工件应选用较粗的粒度。表 3-2 不同粒度磨具的使用范围粒度号数 实用范围22 40#磨钢锭、去铸件毛刺、切钢坯等46 60 一般外圆、内圆、平面、无心磨、工具磨等60 90#外圆、内圆、平面、无心磨等半精磨100 240 #精磨、成形磨、衘磨、超精磨刀具刃磨280 W20 精密磨、衘磨、螺纹磨等超精加工非金刚石磨具W20 以下 研磨、精细磨、境面磨等超精加工表 3-3 加工表面粗糙度与磨料粒度的关系磨料粒度 加工表面粗糙度Ra(m)24 36#536 46
11、2.51.25立式磨簧机设计（总体、磨头设计）646 60#0.630.3280 120 0.16弹簧端面磨削是一次性磨削，且对端面的粗糙度要求不是太高，根据粒度与粗糙度的关系，对照表 3-2，表 3-3，磨具的粒度选取 50 。#3.2.3 磨具硬度的选择磨具硬度是指沙粒在磨削力的作用下，从磨具表面脱落的难易程度。硬度高，表示磨粒难易脱落，硬度低则表示容易脱落。硬度选择的一般原则是：加工硬钢或淬火钢时选择较软的磨具，加工软钢时选择较硬的磨具；加工青铜、韧黄铜时选软磨具；磨具与工件接触面积大时选择较软的磨具；磨削导热性差的材料时选择较软的磨具；精磨、精密磨、超精磨和成形磨时，应该选择硬的磨具；
12、磨平面时应选用磨削相同金属零件外圆时为软的砂轮；干磨时所用砂轮应较湿软些；镜面磨削、缓进时宜选较软砂轮；采用宽砂轮大纵向进给磨外圆时应选较软砂轮；砂轮粒度较细时，硬度应稍软些。机械加工中常用的砂轮硬度等级是 H-N。弹簧磨削是干磨，由弹簧材料可知，弹簧的材料的硬度属于中硬，根据磨具选用原则，弹簧磨削磨具选中软，代号为 K。3.2.4 结合剂的选择表 3-4 结合剂的分类及应用范围名称 代号 特性 应用范围陶瓷结合剂 V 由粘土等配置，化学性质稳定，耐热、耐油、耐酸、耐碱，多用性好，耐用度高，强度较高，成本低，但较脆适用成形磨削，如磨螺纹、齿轮、轴承滚道等，砂轮速度宜在 35m/s 以下树脂结合
13、剂 B 强度高、弹性好，能在高速下工作，耐热性差，在200 摄氏度以上失去粘结作用,不耐算碱可作较厚的砂轮和石墨砂轮，用于细粗糙度、高精度磨削，用作切断和开槽用的薄片砂轮，修磨钢坯、铸件的粗粒度砂轮橡胶结合剂 R 弹性好磨粒容易脱落,耐热、耐酸、耐油性均差，且有异味可作切断、开槽用的薄砂轮及抛光砂轮、无心磨导轮，不适于粗磨金属结合剂 J 强度高、韧度高和成形性好， 但自励性差常用的为青铜结合剂，主要用于金刚石砂轮，用于粗磨，半精磨硬质合金及切断光学玻璃、陶瓷、半导体等根据结合剂的特性和应用范围选择：陶瓷结合剂。毕业设计说明书 73.2.5 磨具形状及尺寸的选择A砂轮型号的选择各种砂轮的形状及尺
14、寸在参考文献11中已有规定。表 3-5 砂轮型号砂轮名称 代号 一般用途平形砂轮 P 根据不同尺寸用于外圆磨、内圆磨、平面磨、无心磨、工具磨、螺纹磨和砂轮机上双斜面一号砂轮 PSX1 用于磨齿轮齿面和磨单线螺纹双面凹砂轮 PSA 用于外圆磨和刃磨刀具，还用作无心磨的砂轮和导轮薄片砂轮 PB 用于切断和开槽等筒形砂轮 N 用于立式平面磨床上坯形砂轮 B 用其端面刃磨刀具，也可用其圆周磨平面和内孔碗形砂轮 BW 用于刃磨刀具，也可用于导轨磨床磨机床导轨碟形一号砂轮 D1 适于磨铣刀、铰刀、拉刀等，大尺寸的用于磨齿轮的齿面根据砂轮的一般用途，选择砂轮：平行砂轮，代号：PB砂轮内外直径的选择砂轮的内外
15、直径决定了砂轮的磨簧宽度，磨簧宽度主要有料盘来决定。有设计任务书可知，弹簧的最大外径为 50mm，根据弹簧的最大外径，通过作图法来确定相关参数。图 3-1 砂轮、料盘位置示意图由图 3-1 可知，弹簧的排列宽度为 100.4mm,，则砂轮的磨削宽度应该在100mm 左右。对照参考文献11，确定砂轮的内外经以及砂轮的厚度。砂轮外径立式磨簧机设计（总体、磨头设计）8400mm，内径 203，厚度为 50mm。3.3.1 磨削功率计算F = C (v f B/ v )tg (3-1)P2rC公式中各参数的含义：C 单位切屑所需的力（N/mm ） ；2v 指工件的速度。这里指弹簧相对料盘轴线的线速度；
16、f 径向进给量（mm）,这里指料盘旋转一周后，砂轮的磨削量；rB 原指砂轮的宽度，这里取弹簧中径的 1/4；v 指砂轮的线速度；C磨粒的锥顶半角（6075） 。确定公式中各参数值：表 3-6 各种工件材料的 C 值F工件材料 花岗石 硅 纯铁 铸铁 高速钢C （N/mmF2）4300 5500 2800 4900 18000根据弹簧材料 65Mn 和砂轮材料棕刚玉，选择：C 10000N/ mm 。F2表 3-7 磨削常用进给量 f （mm）r磨削方式 平面磨削粗磨 0.0100.025精磨 0.0050.015簧磨削属于粗磨，对照表 3-7，f 拟确定 0.02mm。r砂轮普通磨削线速度 3
17、035m/s,高速磨削 35m/s 以上。弹簧磨削属于干磨，速度不宜太高。速度过高会产生高温，影响弹簧的性能。在这里我拟选用v 30m/s。C锥顶半角 60。由设计任务书可知，弹簧钢丝最大直径 8mm,弹簧最大外径 50mm，则弹簧中径为：D =50-16=34mm1D =(34+50)/2=42mm2B= D /4=10.15mm参照平面磨削参数工件的速度 v 0.15m/s。表 3-8 磨削的摩擦系数工件材料 砂轮切削液 干磨退火碳素钢 A46NV 0.73淬火高速钢 A46GV 0.32毕业设计说明书 9弹簧磨削属于干磨，工件材料为 65Mn 或者碳素钢，所以摩擦系数选择0.73。由公式
18、 31 得：F 10000(0.150.0210.5/ 30) tg600.73P220.84NF 是磨单个弹簧所需的磨削力，有图 3-1 可知，有 7 个弹簧同时进行磨削P 7 F v /10007 20.84 30/10004.38KWmPC总传动效率：轴有 4 个角接触轴承支撑，单个轴承的传动效率为 0.99，则总传动效率为：0.99 0.964电机输入功率为：P P / 4.38/0.964.56KWm3.3.2 选择电动机电机转速：n (D 为砂轮的外径) (3-2)Dvc由 32 得：n 1433.12r/min403根据输入功率以及输入转速选择电机，查参考文献3，选择电动机的型号
19、Y132S-4，额定功率 5.5KW，同步转速 1500r/min，满载转速 1440r/min。3.4 磨头主轴的设计通常，轴的设计步骤包括：a.按工作要求合理选择轴的材料和热处理方法；b. 轴的结构设计；c.轴的强度校核计算；d.必要时作轴的刚度或振动稳定性等的校核计算；e.绘制轴的零件工作图。A轴的材料及其热处理选择轴的常用材料是碳素钢，合金刚及球墨铸铁。钢轴毛坯多数用轧制圆钢或锻件，也有的用圆钢。碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性低，经热处理或化学处理可得到较高的综合力学性能（尤其在耐磨性和抗疲劳强度两个方面） ，应用最多。常用的碳钢有 35、40、45 和 50 等优质中碳钢，其中
20、 45 钢应用最广，通常进行正火或调质处理，一般用于比较重要或承载较大的轴。对于不重要或承载较小的轴，也可采用立式磨簧机设计（总体、磨头设计）10Q235,Q275 等普通碳素钢。合金钢比碳素钢具有更好的力学性能和热处理性能，常用于承载很大而重量、尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的重要的轴，以及处理高温或低温条件下工作的轴。选择轴的材料和热处理方法，主要根据轴的受力、转速、重要性等对轴的强度和耐磨性提出的要求。研究表明，钢材的种类和热处理措施对其弹性模量影响甚小，如欲采用合金钢代替碳素钢或通过热处理来提高轴的高度，收效甚微。轴的刚度主要取决于轴的剖面尺寸，可用适当增加轴的截面面积来提高轴的刚
21、度。此外，合金钢对应力集中敏感性较强，价格也较高。选材是也应考虑到。综合考虑轴的运行环境以及轴材料的力学性能，轴的材料选择 45 钢，调质处理。3.4.1 磨头主轴的结构设计轴的结构设计就是要确定轴的合理外形和结构，以及包括各轴段长度、直径及其他细小尺寸在内的全部结构尺寸。轴的结构主要取决以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴的毛坯种类；轴上作用力的大小和分布情况；轴上零件的布置及固定方式；轴承类型及位置；轴的加工工艺以及其他一些要求。由于影响因素很多，且其结构形式又因具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式，设计具有较大的灵活性和多样性。但是，不论具体情况人如何，轴的结构一般应满足以下几个方面的要求：a.轴和轴上零件要有准确的工作位置；
