【精品】万能磨刀器机架部分的设计与制作.doc

《【精品】万能磨刀器机架部分的设计与制作.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【精品】万能磨刀器机架部分的设计与制作.doc（6页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、万能磨刀器机架部分的设计与制作 机械设计制造及其自动化专业 摘 要 本文主要阐述了万能磨刀器机架的设计与制作的过程，通过已了解的磨刀器的结构性能及使用要求，明白磨刀器的工作原理并对企业进行调研，在比较借鉴和结合原有磨刀器的使用要求的基础上从机架、砂轮架主轴及传动装置部分进行工艺结构优化，以达到本次设计中所要求的万能磨刀器的机架部分设计。使其机构功能可靠在正常使用的工作状态下能够保证足够的强度，并保证砂轮和进给部分能够正常工作，使其安全可靠。 关键词 机架；砂轮架；主轴；皮带轮 Design and Production of Frame of Universal Cutter Grinder

2、Mechanical design manufacturing and automation major Zhang Hui Abstract: This article mainly expounds the design and production process ofuniversal grinders frame through the structure application requirements andoperation principle of grinders properties and enterprise research. Throughcomparison r

3、eference and combination with the original grinders applicationrequirement make structural optimization on the frame the main shaft of the grindingwheel and the transmission device in order to achieve the design requirement in theuniversal grinders frame part making its institutional functions relia

4、ble. Thus undernormal working condition sufficient strength is ensured the grinding wheel andfeeding part can work regularly which makes it safe and reliable. Keywords: Frame Grinding wheel frame SpindleBelt-pulley1. 绪论1.1 立项的目的和意义 在机械加工过程中，金属的切削及各种零件的加工对刀具的要求都越来越高。刀具质量的好坏直接影响到加工对象的表面质量、精度及加工效率。采用先进

5、的刀具磨刀器和有效经济的工艺方法，刃磨出高效率、高精度、高可靠性的刀具，是切削加工技术水平提高的一个重要保证。刀具成本在综合加工成本中占有重要的位置，如何利用刀具的寿命，缩减和提高磨刀的时间和效率，刃磨出符合实际要求的各种刀具，降低刀具成本，以提高工作效率，是企业需要重点研究的重要问题。 在实际应用中，磨出刀具质量的好坏直接影响被加工工件的质量。手工刃磨花费较长时间。由于刀具对刃角有着严格的要求，手工操作存在着很大的误差，造成相同批次的工件存在尺寸上或表面光洁度等的差异。为此，设计了一种刃磨器，它适用于对车刀、铣刀、钻头的刃磨。万能磨刀器的机架是用来支承各部结构的部件，要求其结构合理，体积小，

6、重量轻，强度、刚度符合各部件的支承要求。1.2 万能磨刀器目前在国内外研究现状和发展趋势 磨刀器是目前开发的，结构最简单最小型的手动刀具刃磨机床。其典型机型主要由机体，驱动电机，砂轮，轴向可微调主轴，砂轮整形器，悬装式分度头，照明等组成。磨刀器制造精度不高，而且在刀具刃磨过程中全部靠手动操作。一般没有精密的定位装夹机构和检测装置。因此，刀具刃磨精度和效率都比较低，应用范围小，只适用于刃磨带锥角的简单的雕刻刀、钻尖、车刀、铣刀等，而无法修磨精度要求比较高和形状复杂的刀具。磨刀器在国内还有一定的市场，主要应用于中小型企业车间单件或小批量雕刻刀、简单非标刀具的生产制造，及其他不太复杂刀具的局部修磨。

7、对操作人员有很高的刃磨技术要求。 上述的刀具刃磨机床是万能型的，我国数控工具磨床还处于起步发展阶段，手动工具磨床适合目前我国的国内市场需求和实际情况，在我国还相对占主导地位。针对这种情况，笔者对国内刀具刃磨机床的发展提出三点建议：1还在我国占主导地位的手动工具磨床一般可选配显微检测装置，但普遍采用机械光学式，依靠人眼通过影屏将刀具放大后进行瞄准测量，容易带来主观误差，同时测量速度低。因此，发展高精度高效率的刀具检测装置，是适应我国市场的需要。近来我国科研人员也开发了一些新型的主要用于刀具预调的刀具测量方法，如，机械式测量法、光学投影法、解调测量法、测头测量法、原子力显微镜AFM测量法和图像测量

8、法等等。如何将这些测量技术有效地与手动磨床相结合，实现刀具刃磨的在线测量或准在线测量，来提高刀具刃磨效率和精度，减少废品率，降低刀具生产和修磨成本，是未来很值得研究的方同。 2当今社会的迅速发展，特别是工业的迅速发展，但沿海地区许多机械加工厂的成本居高不下，其中有一个很重要的因素是刀具成本太高。在这些工厂里，不是没有购置刀具刃磨机床，就是缺乏熟练掌握刃磨原理和方法的操作人员。所以绝大部分刀具，其中很多还是进口的，不是将刀具一直使用至报废为止，就是找专业厂家进行修磨，这大大地增加了刀具的成本。因此，从长远来考虑，在刀具材料价格不断上升的今天，购置合适的刀具刃磨机床，招聘或培养熟练掌握刀具刃磨技术

9、的员工，建立公司自己的刀具修磨中心。利用该修磨中心修磨用钝刀具，制造生产一些简单标准和非标准刀具，是减少对专业具刃磨厂家的依赖性，降低刀具成本的有效途径。3 高效高精度磨床刀具刃磨机床的发展方向，因此数控化是我国工具磨床的最终发展目标。所以我们必须大力发展数控工具磨床，特别是研发多轴数控工具磨床的关键技术，包括精密机械结构、数控系统、通用性和柔性化高的 CNC 工具磨床软件和复杂刀具刃磨的编程技术等等，来缩短与世界先进水平的差距，甚至打破国际上技术封锁，占领了这一战略性产业的至高点。这就要求我们一方面要充分利用国内外数控工具技术现有的我国还停留在对普通或原有的数控机床进行改造来满足特定刀具的制

10、造水平。有待于我们进一步开发和设计新的产品。 目前我国还停留在对普通或原有的数控机床进行改造来满足特定刀具的制造水平。有待于我们进一步开发和设计新的产品。 随着电主轴技术、直线电机技术、大导程高速精密滚珠丝杠副新型高精度导轨的发展，高速和超高速数控工具磨床、刃磨微细刀具的数控工具床利用计算机技术及模拟技术，开发能对刀具刃磨过程、排屑过程、磨削力变化、磨削区温度、磨削精度和磨削表面质量进行仿真的数控工具磨床软件，也是未来数控工具磨床很好的一个发展方向。1.3 万能磨刀器的特点 本次设计的万能磨刀器，主要由机体、砂轮、主轴、驱动装置，微量进给及砂轮修整器、刀架夹具所组成，能够磨削各种角度的车刀、铣

11、刀以及钻头，结构新颖、造型美观、精度高、性能好、使用简单、维修方便、体积小、性价比好、刚性和性能更优良且稳定安全性高。2. 万能磨刀器机架的设计2.1 万能磨刀器机架的重要作用及其设计 万能磨刀器的机架是用来支承各个结构的部件并保证各零部件相对位置的基准，故要求其结构合理，体积小，重量轻，强度、刚度要符合各部件的支承要求。因此要通过搜集资料，了解车刀、铣刀、钻头等机加工刀具的刃磨方法，根据刀具的结构特点、刃磨原理，并调研现有的各种加工机床机架的设计原理、结构性能，掌握一定的相关信息在比较?杓徒岷喜芳庸氐愕牡幕仙杓瞥鐾庑蚊拦郏峁购侠恚锌煽浚阅芎细竦耐蚰苣镀鞯幕堋?由于刀具主要有主偏角、副偏角、前

12、角、后角、刃倾角、楔角等角度，故在磨削刀具时要实现刀具的纵向进给、横向进给、以及三个旋转自由度，故应合理安排砂轮与进给部分的相对位置，即要合理安排机架的尺寸和形状。 技术要求: 1） 功能可靠：针对不同刀具形状、结构性能，刃磨方便，角度准确，灵活多 用； 2） 工艺性好：所设计设备的结构、尺寸及所选材料、应符合标准化条件要求， 加工方便、工艺性好； 3） 安全性好:在正常使用的工作状态下不会发生误动作，控制部分性能改善， 安全可靠 4） 经济性好：在满足前述要求的前提下，生产成本力求最低2.2 万能磨刀器的机架的设计准备 1）所需磨削的刀具种类和角度（45、90车刀，钻头，铣刀等）； 2）调查

13、研究，比较国内外同类机床，总结经验，进行改革创新； 3）图纸设计（总图，部件装配图，零件图，工艺卡，目录，标准件，外购件目录，说明书，装箱单，合格证）； 4）制造，装配，调试； 5）单件生产，设计改进2.3 机架设计注意事项 1）保证机床满足加工精度要求，刚性，稳定性好； 2）传动系统力求简短； 3）操作调整方便； 4）安全保护，回收，废渣的排除2.4 万能磨刀器机架设计2.4.1 机架形状的确定 依据本次设计的目的及要实现的运动，结合机械设计准则和一般要求，初步确定机架的结构形状和尺寸，以保证其内外部零件能实现正常的运转。根据一般磨刀器的特点，刀具装夹后相对于砂轮要有一定的角度且刀具可以灵活

14、运动实现多角度的磨削，本次设计中将砂轮和刀具设计在一个平面内近似垂直的方向以便于刀具的磨削，考虑到刀具在进给时能够实现灵活的转动和移动，故进给部分安放在砂轮主轴的一侧，又由于电动机是带动砂轮主轴旋转及砂轮运动的传动装置，根据常见的机械传动布置方式，将电动机安放在砂轮主轴下方。 考虑到机架部分的经济性和实用性，将机架做成 L 型，进给部分做成近似梯形工作台型面，砂轮架主轴和床身平行位于梯形工作台型面上方，采用成型砂轮修整器（金刚石滚轮）并带有砂轮罩，电器框与机床采用空中走线，进给装置的连接轴与砂轮主轴、电动机在工作台型面上呈三角形布置。如此确定机架的初步形状。2.4.2 机架各个方向的尺寸的确定

15、 1）纵向尺寸 考虑到砂轮与进给装置动作间不发生干涉及砂轮架主轴与电动机、连接轴自身安装尺寸及相互间尺寸位置不发生干涉，取工作台（底座）宽度 b1330mm。 2）横向尺寸 考虑到电动机的安装尺寸与它与主轴连接及主轴与砂轮连接之间的尺寸，故砂轮架主轴长度取 L1 146mm。 磨刀夹具及进给装置相互连接在连接轴上才能开始对刀、磨刀，故连接轴长度取 L2410mm。 床身总长度 L380cm。 3）机床高度 考虑到电机安装尺寸、连接轴位置尺寸与砂轮架主轴安装尺寸不发生干涉，取机床高度 hh1h2h320-40330cm。2.5 机架部分的初步设计 根据本次设计中万能磨刀器所受的工件重量只有刀具以

16、及所受的工作载荷只有来自砂轮主轴旋转带来的扭矩而主轴部分还采将用卸荷皮带轮那么机架部分所受的工作扭矩载荷将更小些，故材料选择 HT200 即可，尽量降低成本和缩短生产周期，只需要保证零部件准确定位，可靠固定，且保证其自身刚度，连接处刚度和局部刚度就可以达到本次机架设计的要求，最终初步确定机架部分形状，机架做成如图所示 L 型，这样布置能合理处理砂轮主轴、进给部分、传动部分的位置关系，其中手柄孔 1 控制连接轴上扭动板的位置，手柄孔 2 起到锁紧连接轴的作用，顶丝孔 3 限制连接轴上调整螺母的位置和转动，手柄孔 4 限制砂轮主轴的进给，顶丝孔 5、6 限制主轴的旋转，如图所示： 图 2.1 机架

17、主视图 如图所示为机架的左视图，孔 1 是安放电动机风扇罩的位置，孔 2、3 是安放主轴和连接轴上的微调手轮，成三角形布置。 图 2.2 机架左视图 如图所示为机架的仰视图，万能磨刀器的机架是一个整体铸件，机架中间的肋板增强了机架的强度，机架底部做成如图所示形状，既节省了材料也减少了底面的接触面积，增强了整个机器的平稳性，四个支座的分布位置合理处理了机器的稳定性。 图 2.3 机架仰视图3. 万能磨刀器砂轮架的设计 砂轮架是机床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件，主要由砂轮、微调手轮、主轴、轴承等部分组成。3.1 砂轮架主轴的设计3.1.1 砂轮架主轴设计的基本要求 主轴与轴承是砂轮架的主要组

18、成部分，因此对砂轮架设计提出的基本要求也是针对主轴轴承部分的。 砂轮架设计应满足以下基本要求： 1主轴旋转精度高，旋转稳定； 2主轴轴承系统刚性好； 3振动小，发热低，不漏油； 4装配制造简单，调整维修方便。3.1.2 主轴旋转精度及其提高措施 1砂轮架旋转精度是指主轴前端的径向跳动和轴向蹿动大小，它直接影响工件的表面粗糙度和表面缺陷，一般端面外圆磨床砂轮允许的径向和轴向跳动允许误差取 5m10m。 2提高主轴旋转精度的措施 a 选择合适的主轴轴承；动静压轴承； b 提高主轴的加工精度； c 正确选择主轴轴向止推方式；深沟球轴承 3.1.3 主轴轴承系统的刚性 主轴轴承系统的刚性是指在磨削力或

19、传动力作用下，主轴轴承抵抗变形的能力，通常以主轴前端的挠度来度量，过低的刚性会降低磨削生产率，加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋形缺陷。3.1.4 砂轮架主轴的初步设计 1 砂轮架主轴的强度校核 进行轴的强度校核时，应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力，对砂轮架主轴来说，由于采用了卸荷皮带轮装置，砂轮架主轴主要承受扭矩，应该按照扭转强度计算，且在选择许用应力时应该选取较小值，砂轮架主轴材料采用 42MnVB，故选取许用应力为 40MPa。 p 9.55 10 6轴的扭转强度条件为 T T n 3-1 0 .2 d 3 T WTT扭转切应力（单位为 M

20、Pa）T轴所受扭矩（单位为 Nmm）WT轴的扭转界面系数（单位为 mm3）p轴传递的功率单位为 KWn轴的转速（单位为 r/mm）d计算界面处的直径（单位为 mm）T 许用扭转应力（单位为 r/mm）由上式可得轴的直径为 9.55 10 6 3 P 3 9.55 10 6 3 0.18d 3 162.8 mm 0.2 T n 0.2 40 281 2 主轴刚度校核 当量直径 1因为是阶梯轴，所以用当量直径法作近视计算当量直径为： Ldv n 3-2 ll 4 di 1 4 lL 11182233110147mm 147dv 9.83mm 4 11 18 22 3 110 18 4 20 4 4

21、4 4 25 4 17 4 允许挠度 2允许挠度为 y 0.0002 L 0.0002 140 0.028mm Pa 2 l a 计算主轴前端挠度值 Y主轴 3-3 3EIP载荷（单位为公斤）l轴两端的跨距单位为厘米a悬伸长度（单位为厘米）E材料的弹性模数（单位为公斤/平方厘米）I截面惯性矩（平方厘米） 0.5 13.2 4 79.2 Y主轴 0.001cm 0.01mm 3 9.8 21.02 10 3 307.985又因为y0.0280.01lt0.028，即 Y主轴 lty，由上述校核可以得知，主轴刚度符合要求。一般存在一个使主轴前段挠度最小，即刚性最好的支承跨距 L。2 经验得知，L为

22、（36）D 时，主轴前端挠度最小，D20mm，L 为 60120mm，取 L 为 110mm。考虑到砂轮架的刚度等因素，取主轴的最小直径为 17mm，故砂轮架主轴的尺寸如图 3-1 所示。 图 3.1 磨刀器主轴 3轴承的选用 深沟球轴承是滚动轴承中最普通的一种，基本型的深沟球轴承是由一个外圈，一个内圈，一组钢球和一组保持架构成。深沟球轴承有单列和双列两种。深沟球轴承主要用于承受纯径向载荷，也可同时承受径向和轴向载荷，当其仅承受纯径向载荷时，接触角为零。当深沟球轴承具有较大的径向游隙时，具有角接触轴承的性能，可承受较大的轴向载荷，深沟球轴承的摩擦系数很小，极限转速也很高，特别是在轴向载荷很大的

23、高速运转工况下，深沟球轴承结构简单，与别的类型相比易于达到较高的制造精度，便于成系列大批量生产，制造成本也较低，使用极为普遍。它的优点如下： a 深沟球轴承是最具代表性的滚动轴承，适用于高转速甚至极高转速的运行，而且非常耐用，无需经常维护，摩擦系数小，极限转速高，结构简单，制造成本低，易达到较高制造精度，尺寸范围与形式变化多样，主要承受径向负荷，也可承受一定量的轴向负荷。 b 选取较大的径向游隙时轴向承载能力增加，承受纯径向力时接触角为零。有轴向力作用时，接触角大于零。一般采用冲压浪形保持架，车制实体保持架，有时也采用尼龙架。 c 深沟球轴承装在轴上后，在轴承的轴向游隙范围内，可限制轴或外壳两

24、个方向的轴向位移，一次可在双向做轴向定位。此外，该类轴承还具有一定的调心能力，当相当于外壳孔倾斜 2 10时，仍能保持正常工作，但对轴承寿命有一定影响。深沟球轴承保持架多为钢板冲压浪形保持架，大型轴承多采用车制金属实体保持架。 d 深沟球轴承是最常用的滚动轴承。它的结构简单，使用方便。主要用来承受径向载荷，但当增大轴承径向游隙时，具有一定的叫接触轴承的性能，可以承受径、轴向联合载荷。在转速较高又不宜采用推力球轴承时，也可用来承受纯轴向载荷。与深沟球轴承规格尺寸相同的其它类型轴承比较，此类轴承摩擦系数小，极限转速高。但不耐冲击，不适宜承受重载荷。 在本次设计中，考虑到经济性、成本、以及轴的转速等

25、问题，采用深沟球轴承可以提高轴的使用寿命，提高稳定性。 4砂轮修整器的设计砂轮修整器主要由伺服电机，丝杆和修整器三部分组成。主轴直径 D17mm，采用深沟球轴承（16r/min）修整速度（1/31/5）V 砂修整器直径50110故 V 线1015m/s修整器行程为 10mm4. 万能磨刀器传动装置的设计 为了提高主轴的旋转精度，皮带轮直接安装在主轴上，提高了主轴的承载能力。4.1 电动机的选择 主传动的总效率一般可取为 0.700.80（数控机床设计P24 页）此处 PE max取0.8，所以电机输出功率应为 P 0.18KW 0 .8 因此选取 T 系列的 TY-10A 型电动机。其具体参数

26、如下： 表 1 电动机的选择 额定 额定 转速 效 功 率 堵转转矩 堵转电流 最大转矩 噪声 振动 重 型 号 功率 电流 率 因 素 额定转矩 额定电流 额定转矩 1级 2级 速度 量 KW A r/min cos 倍 倍 倍 dBA mm/s kg TY-10A 0.18 10 800 89 0.89 2.0 2.0 2.2 87 92 2.8 1734.2 皮带设计 确定带轮的基准直径 dd1 并验算带速 V。 1初选小带轮的基准直径 dd1 。由表 8-6 和 8-8，取小带轮的基准直径dd190mm。 三角带传动中，轴间距 A 可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和

27、冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，在这里用来作传动系统的定比传动。 2选择三角带的型号 根据公式：Pca K a P1.144.4kw 式中 P-电动机额定功率， K a -工作情况系数 查 图 机械设计 8-8 因此选择 A 型带，尺寸参数为 B40mm， d 11mm， b h10， 40 。 3确定带轮的计算直径 D ， D 带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命，小带轮的直径不宜过小，即 D Dmin 。查机械设计表 8-3，8-7 取主动轮基准直径 D 50mm n1 由公式： D2 D1 1 4-1 n2 式中： n -小带轮转速， n -大带轮转速， -带的滑动系数，一般取 0.02。 800 所以 D2 501 0.02 39mm 600 4确定三角带速度 D1n1 3.14 125 1440 按公式： V 9.42 m 60 1000 60 1000 s 5初定中心距 带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取：根据经验公式 0.7 D1 D2 A0 2 D1 D2 mm 取 2 39 50 178mm ，取160mm. 6三角带的计算基准长度 L D D D D .