精密外圓磨床的機械結構設計【11張CAD圖紙+畢業論文+開題報告】

精密外圓磨床的機械結構設計【11張CAD圖紙+畢業論文+開題報告】,11張CAD圖紙+畢業論文+開題報告,精密,磨床,機械,結構設計,11,CAD,圖紙,畢業論文,開題,報告 畢業設計(論文)開題報告 題目： 精密外圓磨床的機械結構設計 系 別 專 業 班 級 姓 名 學 號 導 師 2016年 12月29日開題報告填寫要求1開題報告作為畢業設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業設計（論文）工作前期內完成。2開題報告內容必須按教務處統一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）填寫并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N），完成后應及時交給指導教師審閱。3開題報告字數應在1500字以上，參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊，其中外文文獻至少3篇），文中引用參考文獻處應標出文獻序號，“參考文獻”應按附件中參考文獻“注釋格式”的要求書寫。4 年、月、日的日期一律用阿拉伯數字書寫，例：“2008年11月26日”。1. 畢業設計（論文）綜述1.1題目背景磨床是用磨料磨具（如砂輪、砂帶、油石、研磨料）為工具進行切削加工的機床。它們是由于精加工和硬表面加工的需要而發展起來的，磨床種類很多，主要有：外圓磨床、內圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、曲軸磨床等。對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等。以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床。磨床主要用于零部件外圓表面的磨削加工，隨著當下科學技術及工業的發展，各類高硬度材料在生活中日益增多，汽車和高端芯片產業也迅猛發展，對機器和儀器零件的精度和表面粗糙度要求越來越嚴，磨削加工就顯得尤為重要，此外高速磨削進一步提高了磨削效率，因此，磨床的使用范圍日益擴大。 1.2 研究意義磨床可以加工各種表面，如內、外圓柱面和、平面、圓錐面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。目前，它在金屬切削機床中所占的比重已經達到13%-27%，據1997年歐洲機床展覽會的調查數據表明，25%的企業認為磨削技術是他們應用的最主要加工技術， 鉆削占22%，車削占23%，其它占8%；在有些工業發達的國家中，磨床在機床總數中的比例已達30%-40%。由此可知在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工則要依賴相應的磨床來完成，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現精密磨削加工，必須滿足以下幾個基本條件： (1) 高幾何精度；精密外圓磨床應有高的幾何精度，主要有砂輪主軸回轉精度和導軌的直線度從而保證了工件的幾何形狀精度。 (2) 工作臺低速進給運動的穩定性；由于砂輪的修整導程要求1015mm/min，因此工作臺必須低速進給，且無爬行和無沖擊現象能平穩工作。 (3) 減少振動；在精密磨削時若產生振動，會對加工精度有嚴重的不良影響，因此對于精密磨床，在結構上要慮減少振動。(4) 減少熱變形；精密磨削中由于熱變形引起的加工誤差會達到總誤差的50，故要考慮減少熱變形。 為此把“精密外圓磨床的機械結構設計”作為本次本科畢業論文的課題，既有較大的學術價值，又有廣闊的應用前景。1.3國內外研究狀況十八世紀30年代，為了適應鐘表、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。這些磨床是在當時現成的機床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結構簡單，剛度低，磨削時易產生振動，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，是首次具有現代磨床基本特征的機械。它的工件頭架和尾座安裝在往復移動的工作臺上，箱形床身提高了機床剛度，并帶有內圓磨削附件。1900年前后，人造磨料的發展和液壓傳動的應用，對磨床的發展有很大的推動作用。隨著近代工業特別是汽車工業的發展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如20世紀初，先后研制出加工氣缸體的行星內圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環磨床等。1908年開始將自動測量裝置應用到磨床上。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年代又出現了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現了砂輪線速度達6080米/秒的高速磨床和大切深、緩進給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機的數字控制和適應控制等技術在磨床上得到了廣泛的應用。近年來在上海機床廠有限公司生產的H246數控端面外圓磨床，采用兩軸聯動數控系統，具有砂輪架自動進給，自動頂緊工件，自動在線測量工件，頭架自動準停功能。險峰機床廠的MK8440數控磨床，采用閉環補償磨削參數，在進行連續補償磨削時，自動進行曲線與理論曲線比較，在達到預輸入精度要求后，自動停機。隨著高精度、高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發展，磨床的性能、品種和產量都在不斷的提高和增長。由于長期以來對新技術的應用相對滯后，國內機床產品的總體技術水平比之先進國家同類型機床還有著相當大的差距，勞動生產率低下，在國際市場中競爭力不足，經濟效益不高。在國外高檔機床大舉進攻中國市場的情況下，我們只有以積極的姿態面對這一嚴峻的形勢。盡快應用先進的設計技術，能快速開發出結構合理、自動化水平高、加工精度高、低振動、低成本的機床新產品響應市場，我國的機床工業才有出路。為了達到這一目的，掌握先進的機床設計方法就顯得尤為重要。我國機床工業的竟爭能力的提高也就取決于機床新品的開發和關鍵技術的研究、掌握、應用和迅速推廣。隨著我國加入世界貿易組織和全球經濟一體化環境的形成，機床行業的市場競爭將會愈演愈烈。目前，國內外機床產品技術水平之間的差距仍然很大，主要表現為:產品仿制多，創新少，市場競爭力不足，利潤低:設計方法落后，機床結構設計，尚處于傳統的經驗、靜態、類比的設計階段，很少考慮結構動、靜態特性對機床產品性能產生的影響，產品精度低，質量難以保證;設計周期長，成功率低，反復設計、試制與修改，產品更新換代慢，且成本高。因此工業界將面臨的是以較低的成本獲得更高的質量這一嚴峻的挑戰，面對這一挑戰，并非像許多人誤導所設想的那樣修改產品的設計或降低生產成本，是解決這一問題的最佳方式，往往是選擇最先進的設備和生產工藝對高精度工件的高效率生產制造，恰恰取決于制造者在工件的一次次裝夾中實現萬能加工的能力，這也正是現今磨床也發展得趨勢。2. 本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究措施或方法2.1本次研究的主要內容 (1) 通過調研和參閱相關資料，了解外圓磨床機械傳動裝置及工作原理； (2) 完成原理方案設計和結構方案設計，確定實施方案； (3) 砂輪架設計計算，繪制砂輪架機械結構裝配圖； (4) 砂輪架垂直進給機構的設計，步進電機和滾珠絲杠副設計計算，繪制垂直進給機構結構裝配圖，繪制相關零件圖； (5) 砂輪修整器設計，繪制砂輪修整器機械結構裝配圖； (6) 磨床數控系統設計和選用 (7) 撰寫畢業設計論文（說明書）。2.2研究方案2.2.1 外圓磨床機構運動簡圖 圖（1）磨床機構運動簡圖 CP為主運動， Cf，Xf，Zf為進給運動，Ba為砂輪調整運動2.2.2方案擬定根據磨床驅動裝置的分類及特點，電器驅動裝置是目前磨床驅動裝置中的主流，它最大的優點是電源的獲得方便、體積小，不需中間變速機構，簡化了機械傳動系統，使用與維護都很方便，因此驅動裝置選擇電氣驅動。各功能元形態學矩陣如表 1 所示 編號功能元12345A驅動裝置直流伺服電動機交流伺服電動機步進電機直線電機滾動機B傳動裝置靜壓絲杠傳動精密滾珠絲杠傳動齒形帶傳動齒輪齒條傳動渦輪蝸桿傳動C導向裝置滑動導軌滾動導軌液體靜壓導軌氣體靜壓導軌 表1 精密外圓磨床裝置設計功能元形態學矩陣方案一A3*B2*C2(步進電機、精密滾珠絲杠傳動、滾動導軌)該方案采用步進電動機配合精密滾珠絲杠副實現運動和力的傳遞，采用滾動導軌做支撐元件，工作臺只做X軸單方向往復直線運動，磨床主軸帶動砂輪刀片做Z軸上、下運動和Y軸直線往復運動，其特點是能連續、穩定加載，操作方便，精密滾珠絲杠副系統定位精度高，傳動效率高，噪聲低，適合高低速往返運動，滾動導軌定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為0.10.2m，且滾動導軌對臟物及導軌面的誤差比較敏感。方案二A1*B4*C1 (直流伺服電動機、齒輪齒條傳動、滑動導軌)該方案采用直流伺服電動機配合齒輪齒條傳動實現運動和力的傳遞，采用滑動導軌做支撐元件，工作臺做X、Y軸兩個方向的直線往復運動，磨床主軸帶動砂輪刀片做Z軸的上、下往復直線運動和自身的旋轉運動，其特點是能連續加載，操作方便，穩定性不高，齒輪齒條，承載能力大，傳動精度較高，可達0.1mm，滑動導軌的定位誤差一般為1020m。方案三A4*B1*C3 (直線電動機、靜壓絲杠傳動、液體靜壓導軌)該方案采用直線電動機配合靜壓絲杠傳動實現運動和力的傳遞，采用液體靜壓導軌做支撐元件，工作臺做X、Y軸的直線往復運動和做Z軸的上、下運動，磨床主軸旋轉帶動砂輪片做自身旋轉運動，其特點是能連續、穩定加載，操作簡便，靜壓絲杠，承載能力小，定位精度較高，工藝復雜，成本高，液體靜壓導軌定位精度一般，摩擦系數和摩擦力矩較大，運動過程中易產生熱量，影響系統精度。 通過對上述三種方案的相互比較,考慮到定位精度要求、系統的結構復雜程度、控制方式難易程度、成本的高低等因素，最終選取方案一作為最終的設計方案，即采用步進電動機配合精密滾珠絲杠副實現運動和力的傳遞，采用滾動導軌做支撐元件，工作臺只做X軸單方向往復直線運動，磨床主軸帶動砂輪刀片做Z軸上、下運動和Y軸直線往復運動，其特點是能連續、穩定加載，操作方便，精密滾珠絲杠副系統定位精度高，傳動效率高，噪聲低，適合高低速往返運動，滾動導軌定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為0.10.2m，且滾動導軌對臟物及導軌面的誤差比較敏感。2.3 研究措施或方法(1) 收集、參閱各種文獻資料，了解數控外圓磨床的整體布局及進給系統，掌握精密外圓磨床機械傳動裝置及工作原理；(2) 完成原理方案和結構方案的設計，確定實施方案；(3) 運動形式確定后對砂輪架垂直進給機構進行設計，伺服電機和滾珠絲杠副設計計算；(4) 用Auto CAD軟件繪制進給系統的裝配圖及零件圖；(5) 繪制垂直進給機構結構裝配圖、砂輪架機械結構裝配圖、及相關零件圖，完成裝配圖；(6) 查閱手冊，參考英文文獻進行外文翻譯。(7) 設計過程中遇到的疑點、難點，通過廣泛調閱文獻資料以及組內同學相互討論和指導教師的細心答疑來解決。3. 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作及進度計劃安排3.1本科題研究的重點及難點 (1) 磨床的總體布局以及各零部件尺寸的確定； (3) 磨床傳動系統的設計和滾珠絲杠副及伺服電機的設計計算； (4) 砂輪架及其垂直進給機構和砂輪修整器設計計算； (5) 磨床數控系統的設計和選用。3.2前期已開展工作 查閱相關資料、文獻了解萬能外圓磨床結構的組成、運動方式以及工作原理，確定總體設計方案，繪制磨床的輪廓草圖。3.3進度計劃安排1-2 周 老師下達任務書，明確設計要求，查閱相關文獻，收集相關資料； 3-4 周 完成磨床總體布局設計，確定方案，繪制裝配草圖， 撰寫開題報告；5-6 周 進行開題答辯，完成外文翻譯和砂輪架的設計計算，繪制砂輪架裝配圖；7-8 周 伺服電機和滾珠絲杠副設的計計算，繪制垂直進給機構結構裝配圖，繪制相關的零件圖； 9-10周 設計砂輪修整器，繪制砂輪修整器結構裝配圖； 11-12周 撰寫中期報告，完成中期答辯，修改中期答辯提出的問題，完善中期報告； 13-14周 磨床數控系統的設計和選用，翻譯制定的英文專業文獻； 15-16周 撰寫畢業論文，準備最終答辯。 4、 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 5、 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日參考文獻1 關慧貞、馮辛安等編著.機械制造裝備設計M.北京:機械工業出版社,2010.2 李伯民,趙波主編.現代磨削技術M.北京:機械工業出版社,2003.3 任敬心等主編.磨削原理M.北京:電子工業出版社,2011.4 張建民等編著. 機電一體化系統設計M.北京:高等教育出版社, 2010.5 易紅. 數控技術. 北京M: 機械工業出版社,2005.6 聞邦春主編.機械設計手冊（第五版）.北京M:機械工業出版社,2010.7 劉品，徐曉希主編.機械精度設計與檢測基礎M.哈爾濱工業大學出版社，2003.8 侯真秀主編.機械系統設計M.哈爾濱工業大學出版社，2000.9 王連明主編.機械設計課程設計M.哈爾濱工業大學出版社，1996.10 孫玉芹，孟兆新主編.機械精度設計基礎M.科學出版社，2003.11 王永章，杜君文主編.磨工M.高等教育出版社，2001.12 吳宗澤、羅圣國主編.機械設計課程設計手冊M.高等教育出版社.2005.13 何玉安.數控技術及其應用M北京：機械工業出版社.2004.14 J.卡茲馬萊科主編.切削、磨料及腐蝕加工原理M.北京：機械工業出版社.1985.15 吳相憲、王正為、黃玉堂主編M.實用機械設計手冊.中國礦業大學出版社.1993.16 徐錦康主編.機械設計M.高等教育出版社.2005.17 朱理主編.機械原理M.高等教育出版社.2004.18 劉鴻文主編.材料力學M.高等教育出版社.2004.19 陳于萍、高曉康主編.互換性與測量技術M.高等教育出版社.2005.20 王顯正、陳正航、王旭永主編.控制理論基礎M.高等教育出版社.2005.21 AnselC.Ugural著，李良軍縮編.MechanicalDesigh.重慶大學出版社，2005.22 F.J.MogeeHigh-SpeedMachiningofAluminumAlloys.SMETechnicalPaper，1985.23 TnshoffHK,KarpuschewskiB,MandryschT.GrindingProcessAchievementsandtheirConsequencesonMachineToolsChallengesandOpportunities.AnnalsoftheCIRP,1998,47(2):651668.24 Dohyun Kim, David L. Alexoff, Mike Schueller et al. The design and performance of a portable handheld 11 CO 2 delivery systemJ. Applied Radiation and Isotopes, 2014, 94.25 InasakiI,TnshoffHK,HowesTD.AbrasiveMachiningintheFuture.AnnalsoftheCIRP,1993，42(2)：723732.9 畢業設計說明書題 目：精密外圓磨床的機械結構設計學 院： 專 業： 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 目 錄摘 要3ABSTRCT51 緒論61.1 課題背景61.2 磨床的類型及用途71.2.1 磨床的類型71.2.2 磨床的用途71.3 國內外的發展81.4 本文研究內容及意義102 精密外圓磨床機械結構設計方案112.1設計要求112.2 總體方案擬定113 精密外圓磨床的設計計算133.1 磨床基本參數的確定133.1.1磨床基本參數確定133.1.2主電機的選擇133.1.3頭尾架中心位置153.1.4導輪架相關尺寸設計153.1.5砂輪修整器173.1.6 初選工作臺尺寸173.2 絲桿傳動設計173.2.1 確定滾珠絲桿導程173.2.2 滾珠絲桿副載荷及轉速計算183.2.3 確定預期額定動載荷183.2.4 按精度要求確定允許的滾珠絲桿最小螺紋底徑193.2.5 確定滾珠絲杠副規格代號193.2.6 確定預緊滾珠絲杠副預緊力203.2.7 計算行程補償值C和預拉伸力203.2.8 確定滾珠絲杠副支承用軸承規格型號203.2.9 滾珠絲杠副設計213.2.11 傳動系統剛度計算213.2.12 傳動系統剛度驗算及滾珠絲杠副的精度選擇223.3 聯軸器的選擇233.4 滾動導軌的選擇233.5蝸輪蝸桿減速器參數的設計253.5.1按齒面接觸疲勞強度進行設計253.5.2蝸桿蝸輪的設計273.5.3校核齒根彎曲疲勞強度283.5.4 驗算效率283.5.5校核蝸輪的齒面接觸強度293.6 蝸桿軸的校核293.7 滾動軸承的選擇與校核323.8 鍵的選擇與校核323.9 光柵測量技術333.9.1光柵簡介333.9.2光柵尺安裝34結 論35致 謝36參考文獻37摘 要 磨床作為機電液氣一體化的典型產品，能解決機械制造中結構復雜、精密、批量、零件多變的問題，加工質量穩定，生產效率較高。本文的主要內容有是對磨床微動進給機構設計方案；對進給系統的滾珠絲杠型號選擇與裝配設計，支承方式的設計與軸承型號選擇，電機選擇等進行了詳細研究。 本次設計的任務是精密外圓磨床的機械結構設計，整體布局設計，采用精驅動方式，在行程、精度、驅動和傳動元件上及位移檢測控制采用傳感器來實現該裝置的精密傳動，具有精度高，重量輕等特點。工作臺底座固定在隔振臺上, 上面安裝了帶高精度滾珠的V型槽作為工作臺的導軌。驅動電機通過連軸器與蝸桿連接, 電機軸的轉動經蝸輪蝸桿和小螺距精密絲杠減速, 帶動工作臺運動。并對砂輪架、滾珠絲桿等零部件進行設計計算。關鍵詞： 外圓磨床 ；整體布局 ；砂輪架ABSTRCTGrinding machine as a typical electromechanical product pneumatic integration, can solve the machinery manufacturing of complex structure, precision, batch, part variety, stable quality, high production efficiency. The main content of this paper is to design scheme of grinding micro feeding mechanism; ball screw type selection and assembly design of feeding system, design and type selection of the bearing support, motor selection are studied in detail.The task is to design the mechanical structure design of precision cylindrical grinder, overall layout design, precision drive, in travel, precision, drive and transmission components and displacement detection and control using the sensors to realize precision transmission of the device, which has the advantages of high precision, light weight and so on. The worktable base is fixed on the vibration isolation platform, and the V groove with high precision ball is installed on the top of the table as the guide rail of the worktable. The motor is driven by coupling with the rotation of the motor shaft connection of the worm, the worm and small pitch precision screw reducer, driven worktable. And the design of the grinding wheel, ball screw and other parts.KEY WORDS： Cylindrical Grinder, The overall Layout, Grinding Wheel36 1 緒論1.1 課題背景 現代科學技術正迅速向微小、超精密領域發展，精密和超精密加工技術的興起，引發了制造、信息、材料、生物、醫療和國防等領域的革命性變化，對社會和人類生活質量產生了巨大影響。許多領域越來越迫切地需要微型系統或微動系統，如精密磨床工作臺微動進給機構、微外科手術，掃描探針顯微鏡SPM，光纖對接和微細加工等，因此，精密微動進給技術已成為前沿科學和工程技術領域的關鍵技術之一。隨著制造業的迅速發展，傳統的加工設備已無法承擔加工高精度零件的要求，精密磨床工作臺微動進給機構設計能良好的滿足加工精度的要求。機械制造業的生產能力和制造水平，主要取決于機械制造裝備的先進程度。機械制造裝備的核心是金屬切削機床，精密零件的加工，主要依賴切削加工來達到所需要的精度。金屬切削機床所擔負的工作量約占機器制造總工作量的40%60%，金屬切削機床的技術水平直接影響到機械制造業的產品質量和勞動生產率。換言之，一個國家的機床工業水平在很大程度上代表著這個國家的工業生產能力和科學技術水平。顯然，金屬切削機床在國民經濟現代化建設中起著不可替代的作用。機械制造業在國民經濟中占有重要的地位，是國民經濟各部門賴以發展的基礎，是國民經濟的重要支柱，是生產力的重要組成部分。機械制造業不僅為工業、農業、交通運輸業、科研和國防等部門提供各種生產設備、儀器儀表和工具，而且為制造業包括機械制造業本身提供機械制造裝備。機械制造業的生產能力和制造水平標志著一個國家或地區的科學技術水平、經濟實力?？v觀幾十年來的歷史，機械制造業從早期降低成本的競爭，經過20世紀70年代、80年代發展到20世紀90年代乃至21世紀初的新的產品的競爭。目前，我國已加入世界貿易組織，經濟全球化時代已經到來，我國機械制造業面臨嚴峻的挑戰，也面臨著新的形勢：知識技術產品的更新周期越來越短，產品的批量越來越小，產品的性能和質量的要求越來越高，環境保護意識和綠色制造的呼聲越來越強，因而以敏捷制造為代表的先進制造技術將是制造業快速響應市場需要、不斷推出新產品、贏得競爭、求得生存和發展的主要手段。1.2 磨床的類型及用途1.2.1 磨床的類型磨床種類很多，主要有：平面磨床、外圓磨床、內圓磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等。對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、 寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統稱為磨床（英文為Grinding machine），它們是因精加工和硬表面的需要而發展起來的。磨床與其他機床相比，具有以下幾個特點：磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉運動（一般砂輪圓周線速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上發展）；它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件；它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；易于實現自動化和自動線，進行高效率生產；磨床通常是電動機-油泵-發動部件，通過機械，電氣，液壓傳動-傳動部件帶動工件和砂輪相對運動-工件部分組成。1.2.2 磨床的用途隨著科學技術的發展，對機械零件的精度和表面質量要求越來越高，各種高硬度材料的應用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削，進一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業發達的國家中，磨床在機床總數中的比例已達30%-40%。據1997年歐洲機床展覽會(EMO)的調查數據表明，25%的企業認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占23%， 鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業中占機床的比例高達42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%3。由此可見，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工會要在相應的精密磨床上進行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現精密磨削加工，則所用的磨床就應該滿足以下幾個基本要求：高幾何精度， 精密磨床應有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉精度和導軌的直線度以保證工件的幾何形狀精度。主軸軸承可采用液體靜壓軸承、短三塊瓦或長三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動壓軸承及動靜壓組合軸承等。當前采用動壓軸承和動靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動一般應小于1um，軸向圓跳動應限制在23um以內。低速進給運動的穩定性。 由于砂輪的修整導程要求1015mm/min，因此工作臺必須低速進給運動，要求無爬行和無沖擊現象并能平穩工作。減少振動，精密磨削時如果產生振動，會對加工質量產生嚴重不良影響。故對于精密磨床，在結構上應考慮減少振動。減少熱變形，精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達到總誤差的50，故機床和工藝系統的熱變形已經成為實現精密磨削的主要障礙。磨床可以加工各種表面，如內、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。1.3 國內外的發展隨著科學技術的發展，人類在制造領域中采用的尺度將由微米邁向納米。精密和超精密加工技術的發展和推廣，提高了整個機械制造業的加工精度和技術水平，并普遍提高了機械產品的質量、性能和競爭力。超精密加工的精度已達到了納米級，甚至是亞納米級(原子級)。當前，超精密制造的傳統加工方法主要有金剛石刀具超精密切削，金剛石微粉砂輪超精密磨削，精密高速切削和精密砂帶磨削等，非傳統加工方法主要有電子束、離子束、激光束等高能束加工，電火花、電化學加工、光刻(刻蝕)等。并出現了具有復合加工機理的電解研磨、磁流體拋光、超聲研磨等復合加工方法。超精密加工技術已成為衡量一個國家科學技術水平的重要標志，也是國防工業研制現代化武器裝備的關鍵技術。十八世紀30年代，為了適應鐘表、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。這些磨床是在當時現成的機床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結構簡單，剛度低，磨削時易產生振動，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，是首次具有現代磨床基本特征的機械。它的工件頭架和尾座安裝在往復移動的工作臺上，箱形床身提高了機床剛度，并帶有內圓磨削附件。1900年前后，人造磨料的發展和液壓傳動的應用，對磨床的發展有很大的推動作用。隨著近代工業特別是汽車工業的發展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如20世紀初，先后研制出加工氣缸體的行星內圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環磨床等。1908年開始將自動測量裝置應用到磨床上。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年代又出現了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現了砂輪線速度達6080米/秒的高速磨床和大切深、緩進給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機的數字控制和適應控制等技術在磨床上得到了廣泛的應用。近年來在上海機床廠有限公司生產的H246數控端面外圓磨床，采用兩軸聯動數控系統，具有砂輪架自動進給，自動頂緊工件，自動在線測量工件，頭架自動準停功能。險峰機床廠的MK8440數控磨床，采用閉環補償磨削參數，在進行連續補償磨削時，自動進行曲線與理論曲線比較，在達到預輸入精度要求后，自動停機。 隨著高精度、高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發展，磨床的性能、品種和產量都在不斷的提高和增長。由于長期以來對新技術的應用相對滯后，國內機床產品的總體技術水平比之先進國家同類型機床還有著相當大的差距，勞動生產率低下，在國際市場中競爭力不足，經濟效益不高。在國外高檔機床大舉進攻中國市場的情況下，我們只有以積極的姿態面對這一嚴峻的形勢?？鞈孟冗M的設計技術，能快速開發出結構合理、自動化水平高、加工精度高、低振動、低成本的機床新產品響應市場，我國的機床工業才有出路。為了達到這一目的，掌握先進的機床設計方法就顯得尤為重要。我國機床工業的竟爭能力的提高也就取決于機床新品的開發和關鍵技術的研究、掌握、應用和迅速推廣。隨著我國加入世界貿易組織和全球經濟一體化環境的形成，機床行業的市場競爭將會愈演愈烈。目前，國內外機床產品技術水平之間的差距仍然很大，主要表現為:產品仿制多，創新少，市場競爭力不足，利潤低:設計方法落后，機床結構設計，尚處于傳統的經驗、靜態、類比的設計階段，很少考慮結構動、靜態特性對機床產品性能產生的影響，產品精度低，質量難以保證;設計周期長，成功率低，反復設計、試制與修改，產品更新換代慢，且成本高。因此工業界將面臨的是以較低的成本獲得更高的質量這一嚴峻的挑戰，面對這一挑戰，并非像許多人誤導所設想的那樣修改產品的設計或降低生產成本，是解決這一問題的最佳方式，往往是選擇最先進的設備和生產工藝對高精度工件的高效率生產制造，恰恰取決于制造者在工件的一次次裝夾中實現萬能加工的能力，這也正是現今磨床也發展得趨勢。1.4 本文研究內容及意義精密外圓磨床主要用于零部件外圓表面的磨削加工。隨著科學技術的發展,對機械零件的精度和表面質量要求越來越高，各種高硬度材料的應用日益增多。高速磨削和強力磨削,進一步提高了磨削效率。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業發達的國家中，磨床在機床總數中的比例已達30%-40%。在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工會要在相應的精密磨床上進行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。因此把“精密外圓磨床的機械結構設計”作為本次本科畢業論文的課題，既有較大的學術價值，又有廣闊的應用前景。2 精密外圓磨床機械結構設計方案2.1設計要求(1)通過調研和參閱相關資料，了解精密外圓磨床機械傳動裝置及工作原理； (2)完成原理方案設計和結構方案設計，確定實施方案； (3)對外圓磨床進行傳動裝置等機械參數的初步設計，并完成相關的計算； (4)完成外圓磨床進行傳動裝置等機械參數的具體設計；（最大磨削長度不小于800mm，最大磨削直徑不小于320mm，砂輪主軸轉速不小于1600r/min,工作臺移動速度為0.1-4m/min）；2.2 總體方案擬定主要技術指標設計是后續設計的前提和依據。設計任務的來源不同，如工廠的規劃產品，或根據機床系列型譜進行設計的產品，或用戶訂貨等，具體的要求不同，但所要進行的內容大致相同。（1）方案一：A3*B2*C2(步進電機、精密滾珠絲杠傳動、滾動導軌)該方案采用步進電動機配合精密滾珠絲杠副實現運動和力的傳遞，采用滾動導軌做支撐元件，工作臺只做X軸單方向往復直線運動，磨床主軸帶動砂輪刀片做Z軸上、下運動和Y軸直線往復運動，其特點是能連續、穩定加載，操作方便，精密滾珠絲杠副系統定位精度高，傳動效率高，噪聲低，適合高低速往返運動，滾動導軌定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為0.10.2m，且滾動導軌對臟物及導軌面的誤差比較敏感。（2）方案二A1*B4*C1(直流伺服電動機、齒輪齒條傳動、滑動導軌)該方案采用直流伺服電動機配合齒輪齒條傳動實現運動和力的傳遞，采用滑動導軌做支撐元件，工作臺做X、Y軸兩個方向的直線往復運動，磨床主軸帶動砂輪刀片做Z軸的上、下往復直線運動和自身的旋轉運動，其特點是能連續加載，操作方便，穩定性不高，齒輪齒條，承載能力大，傳動精度較高，可達0.1mm，滑動導軌的定位誤差一般為1020m。（3）方案三A4*B1*C3(直線電動機、靜壓絲杠傳動、液體靜壓導軌)該方案采用直線電動機配合靜壓絲杠傳動實現運動和力的傳遞，采用液體靜壓導軌做支撐元件，工作臺做X、Y軸的直線往復運動和做Z軸的上、下運動，磨床主軸旋轉帶動砂輪片做自身旋轉運動，其特點是能連續、穩定加載，操作簡便，靜壓絲杠，承載能力小，定位精度較高，工藝復雜，成本高，液體靜壓導軌定位精度一般，摩擦系數和摩擦力矩較大，運動過程中易產生熱量，影響系統精度。通過對上述三種方案的相互比較,考慮到定位精度要求、系統的結構復雜程度、控制方式難易程度、成本的高低等因素，最終選取方案一作為最終的設計方案，即采用步進電動機配合精密滾珠絲杠副實現運動和力的傳遞，采用滾動導軌做支撐元件，工作臺只做X軸單方向往復直線運動，磨床主軸帶動砂輪刀片做Z軸上、下運動和Y軸直線往復運動，其特點是能連續、穩定加載，操作方便，精密滾珠絲杠副系統定位精度高，傳動效率高，噪聲低，適合高低速往返運動，滾動導軌定位精度高，一般滾動導軌的重復定位誤差約為0.10.2m，且滾動導軌對臟物及導軌面的誤差比較敏感。3 精密外圓磨床的設計計算3.1 磨床基本參數的確定3.1.1磨床基本參數確定初選砂輪為30050203；磨削直徑范圍3208mm；最大磨削長度1000 mm；機床床身規則329517401116mm。由參考文獻1可查外圓磨削的速度為3035m/s，所以取m/s (3.1)r/minr/min3.1.2主電機的選擇大帶輪取D=126，d=112；在帶輪傳動中，轉動速度為r/min取主電機n=1440r/min，4kw查參考文獻1得轉速數列為：單位（r/min）頭架電機為1.1kw（740 r/min，1450 r/min）雙速電機。由于頭架電機為雙速電機，740 r/min，1450 r/min通過帶輪而降低轉速。由參考文獻1可得： (3.2)塔輪的傳動比為，r/minr/minr/minr/min所以傳動比分別為24.7，6.8，4.6。當電機轉速為1450 r/min時，傳動比不變，轉速分別為：r/min r/min r/min3.1.3頭尾架中心位置頂尖中心安排在V型導軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，導輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導軌的承載壓力較大，故常適當加寬V型導軌的寬度。確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度H1左右根據工人身高，經驗。類比取工作臺回轉中心位置B9確定機床總高H 所以H取2000mm。3.1.4導輪架相關尺寸設計（1）導輪架導軌考慮到導輪的大小及重量與導輪架的穩定性，取L中心=500mm，從而可定出導輪架的寬度約為600mm，導軌為0.15MPa 的卸荷導軌。（2）導輪架橫向行程長度 式中為導輪架快速進退的行程，一般取。此處取。 安全系數取0.1足夠（取373）（3）導輪架高度和長度導輪架箱體導軌的高度h3，砂輪底板滑臺高度h4，砂輪中心距砂輪底面高度h5，與后床身頂面至平導軌的高度h0，為避免上，下工作臺運動時與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺的頂面，同時考慮橫向進給機構穿過床身的位置等，根據經驗 取導輪架中心距后床身頂面導輪架底座安裝修整器，內有傳動絲桿取后床身進給導軌內裝絲桿取導輪架底板長度： 取=900mm導輪架導軌長度取 3.1.5砂輪修整器伺服電機-絲桿-修整器直線滾動導軌主軸直徑D=50mm，采用液體動壓軸承(16r/min 6.3Mpa)修整速度=修整器直徑 故修整器行程為160mm3.1.6 初選工作臺尺寸工作臺相對于底座可作較小的回轉調整，用以磨削錐形工件。調整時，用扳手轉動刻度盤，通過絲杠螺母機構，使工作臺繞定位心軸轉動一角度。對于中心距為1000，1500，2000毫米三種不同規格的磨床，工作臺可分別轉過7度，6度，5度。液壓缸固定在底座的下部。工作臺面做成傾斜10度的型面，能加快冷卻液和鐵屑流出，并有利于保持尾架移動的精度。工作臺左端標牌用來指示液壓缸放氣閥旋鈕“開”與“關”的位置。初定滾珠絲杠長度L1000mm機轉子轉動慣量查手冊得絲杠的轉動慣量由手冊有得 3.2 絲桿傳動設計3.2.1 確定滾珠絲桿導程 根據工作臺最高移動速度=30mm/s，電機最高轉速=1000r/min，傳動比等確定，按下式計算，取較大圓整值。式中i為傳動比。電機與蝸桿減速器鏈接，再傳動到絲桿則：3.2.2 滾珠絲桿副載荷及轉速計算這里的載荷及轉速是指，滾珠絲桿的當量載荷與當量轉速。當負荷與轉速接近正比變化時，各種轉速使用機會均等，可按下列公式計算：假設總重量為100KG式中為滾動摩擦系數，取，則則 故 則 3.2.3 確定預期額定動載荷（1）按滾珠絲桿副預期工作時間計算：其中：為精度系數，1、2、3級取1.0；為負荷系數，無沖擊取1.2；為可靠性系數，90%可靠性取1.0則（2）擬采用預加負荷的滾珠絲桿副，按最大軸向負荷計算查得輕預載預加負荷系數取6.7，則經比較，取以上兩種結果的最大值：。3.2.4 按精度要求確定允許的滾珠絲桿最小螺紋底徑估算絲桿允許的最大軸向變形量重復定位精度,取。定位精度,取。比較以上結果，取最小值：。估算最小螺紋底徑擬定滾珠絲桿副安裝為兩端固定形式，式中L為兩個固定支承之間的距離（mm）。行程則 靜摩擦力式中，即，故3.2.5 確定滾珠絲杠副規格代號 按照計算出的，在內循環浮動式墊片預緊滾珠絲杠副樣本中選取FF2D2505-4,其參數為：，3.2.6 確定預緊滾珠絲杠副預緊力 當選擇預緊螺母型式的滾珠絲杠副時，需確定預緊力。當最大軸向工作載荷能確定時則。3.2.7 計算行程補償值C和預拉伸力 考慮到絲杠運轉過程中溫升對絲杠副導程精度的影響，在精度要求較高的場合，應對滾珠絲杠副適當的預拉伸，對預拉伸的滾珠絲杠副規定目標行程值C，并計算預拉伸力。式中，為溫度變化值；為滾珠絲杠副的有效行程（mm），即,則則3.2.8 確定滾珠絲杠副支承用軸承規格型號 （1）計算軸承所受的最大軸向載荷故（2） 按滾珠絲杠副支承的要求選擇軸承的型號 兩端固定的支撐方式，選60角接觸球軸承。（3） 確定軸承內徑及預緊力 為便于絲杠加工，軸承內徑最好不大于滾珠絲杠的大徑。在選用內循環滾珠絲杠副時，必須有一端軸承內徑略小于絲杠底徑。其次，軸承樣本上規定的預緊力應大于軸承所承受最大載荷的，。（4） 按樣本選擇軸承規格型號 當時，預緊力大于1494.3N時，可以選擇日本NSK公司17TAC47軸承，采用二列組合，則預加負荷為2200N，基本額定動載荷。3.2.9 滾珠絲杠副設計滾珠絲杠副的螺紋長度，其中，為余程，則，按樣本查出螺母安裝連接尺寸，由工作圖得：絲杠全長，兩固定支承距離，行程起點距離固定支承距。3.2.11 傳動系統剛度計算 滾珠絲杠副抗壓剛度 （1）滾珠絲杠副的最小抗壓剛度則 支承軸承組合剛度，一對預緊軸承的組合剛度可由樣本查出。17TAC47A軸承采用二列組合（DF）是，軸向剛度，因采用兩端固定支承，故支承軸承組合剛度。滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度，由樣本查出。3.2.12 傳動系統剛度驗算及滾珠絲杠副的精度選擇（1）轉動系統的剛度K。則。則。 （2）驗算傳動系統剛度。則。（3）傳動系統剛度變化引起的誤差。則。（4） 確定精度。任意內的行程變動量對半閉環系統而言，即，故絲杠精度取1級。（5）確定滾珠絲杠副的規格代號。已確定的型號：FFZD；公稱直徑：25mm；導程：0.5mm，螺紋長度：249mm；絲杠全長：358mm；P類1級精度，FFZD2505-4。3.3 聯軸器的選擇根據傳動裝置的工作條件擬選用HL型彈性柱銷聯軸器（GB/T 5014-2003）。計算轉矩 因為伺服電機的額定功率為1KW，額定轉速為2000r/min。查表的工作情況系數K=1.5。則。伺服電機軸直徑為15mm，滾珠絲杠端直徑為20mm，根據以上條件，選取LH1型聯軸器（，），其軸孔徑，可滿足要求。3.4 滾動導軌的選擇導軌是兩個相對運動部件接合面組成的滑動副，一般由機床的支承部件（床身、立柱、橫梁）和執行部件（主軸箱、溜板箱、刀架）匹配而成。在支承部件上的導軌稱稱支承導軌或固定導軌，簡稱下導軌；在執行部件上的導軌稱運動導軌或懂導軌，簡稱上導軌。按受力狀態可分為開式導軌和閉式導軌。在部件自重和外載作用下，導軌面在導軌全長上可以始終貼合的稱為開式導軌，如龍門銑床的工作臺和床身導軌。部件的自重不能使主導軌面始終貼合，就必須增加壓板，形成輔助導軌面，稱為閉式導軌。（一）導軌選擇考慮的因素：（1）導向精度導軌在空載下運動和在切削條件下運動時，都應具有足夠的導向精度。保證軸承運動的準確性，是保證導軌工作質量的前提。（2）幾何精度直線運動導軌的幾何精度一般包括：導軌在豎直平面內的直線度（簡稱A項精度）；導軌在水平平面內的直線度（簡稱B項精度）；兩導軌面間的平行度，也叫作扭曲（簡稱C項精度）。在A、B兩項精度中，都規定了導軌在每米長度上和導軌全長上，兩導軌面間在橫向每米長度上的扭曲值。（3）接觸精度磨削和刮研的導軌表面，接觸精度按的規定，采用著色法進行檢查。用接觸面所占的百分比或面積內接觸點數衡量。（4）精度保持性影響精度保持性的主要因素是磨損。提高耐磨性以保持精度，是提高機床質量的主要內容之一，也是科學研究的一大課題。常見的磨損形式有磨料（硬粒）磨損、粘著磨損（或咬焊）和接觸疲勞。磨料磨損經常發生在邊界摩擦和混合摩擦狀態。磨粒夾在導軌面間隨之相對運動，形成對導軌面的切削，使導軌面產生劃傷。磨料的硬度越高，相對滑動速度越大，壓強越大，對摩擦副的危害也越大。磨料磨損很難避免，是導軌防護的重點。粘著磨損也稱為分子機械磨損。當兩個摩擦表面相互接觸時，在高壓強下材料產生塑性變形，相對運動時的摩擦，又使表面層的氧化膜破壞，在新暴露出來的金屬表面之間，就會產生分子間的相互吸引和滲透，使接觸點粘結而發生咬焊。接觸面的相對運動又要將咬焊點拉開，就造成撕裂性破壞。咬焊是不允許發生的。接觸疲勞發生在滾動摩擦副中，也是無法避免的。（5）低速運動平穩性當導軌作低速運動或微量位移時，應保證導軌運動的平穩性，即不出現滑移現象。低速運動平穩性與導軌的結構、材料和潤滑，與動、靜摩擦系數的差值，與傳動導軌運動的傳動鏈的剛度有關。（6）結構簡單平穩性好大多數機床的導軌都要淬硬，因此導軌的精加工，不能淬硬。設計時要注意使導軌的制造和維修方便，刮研量少。如果采用鑲裝導軌，則應盡量做到更換容易。（二）導軌的潤滑（1）潤滑的目的、要求及方法潤滑的目的是為了降低摩擦力、減少磨損、降低溫度和防止生銹。潤滑要求供給導軌清潔的潤滑油。油量可以調節。盡量采取自動和強制潤滑。潤滑元件要可靠。要有安全裝。例如靜壓導軌在未形成油膜之前不能開車和潤滑不正常有報警信號等。（2）潤滑油的選擇導軌潤滑油的粘度可根據導軌的工作條件和潤滑方式選擇。高速低載荷可用粘度較低的潤滑油，反之，則用粘度較高的潤滑油。低載荷，高、中速的中、小型機床進給導軌，可用導軌油；中載荷的中低速導軌，可采用導軌油；重型機床的低速導軌，可用或導軌油。選用南京工藝裝備制造有限公司GZB AA/AAL滾柱直線導軌副,型號為GZB65AA，其中額定動載荷取192KN，額定靜載荷取451KN?；瑝K承受負荷計算：則 最大工作負荷則壽命L的計算則，符合設計要求。3.5蝸輪蝸桿減速器參數的設計考慮到該蝸桿傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。3.5.1按齒面接觸疲勞強度進行設計根據閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由公式有：傳動中心距 (1) 作用在蝸輪上的轉矩： (2) 確定載荷系數K：因工作載荷較穩定，查機械設計（第八版）可取使用系數=1；齒向載荷分布系數=1；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數=1.05；則(3) 確定彈性影響系數因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故=。(4) 確定接觸系數先假設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值，查表有=3.1。(5) 確定許用接觸應力根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，可查設計手冊得蝸輪的基本許用應力=268MPa。壽命 應力循環次數 壽命系數 則 (6) 計算中心距取中心距63mm，因為i=60，故從機械設計（第八版）表中取模數m=1.5，蝸桿分度圓直徑。這時，查表的接觸系數=3.05，由于，故以上計算結果可用。3.5.2蝸桿蝸輪的設計 （1）蝸桿： 蝸桿頭數；軸向齒距；直徑系數q=22.6；齒頂圓直徑；齒根圓直徑；分度圓導程角；蝸桿軸向齒厚： （2）蝸輪：因為變位系數：，所以變位后渦輪齒數： ； 驗算傳動比： ，這時傳動比誤差： ，是允許的。 蝸輪分度圓直徑： 蝸輪喉圓直徑 ： 蝸輪齒根圓直徑：3.5.3校核齒根彎曲疲勞強度 當量齒數 根據，查機械設計（第八版）圖11-19可得齒形系數。螺旋角系數 許用彎曲應力 查表得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力。壽命系數 所以，彎曲強度是滿足的。3.5.4 驗算效率嚙合效率： 已知；與相對滑動速度有關。查表11-18得、；代入式中得3.5.5校核蝸輪的齒面接觸強度蝸輪圓周速度為對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時材料彈性系數 Ze=160查機械設計（第八版）表11-5使用系數（間隙工作）；齒向載荷分布系數=1；動載系數，載荷系數 =111=1（載荷平穩）蝸輪實際轉矩：滑動速度影響系數，查表得 許用接觸應力=223.512MPa，校核蝸輪輪齒接觸疲勞強度 =223.512MPa 即齒面強度夠。3.6 蝸桿軸的校核（1）計算支承反力，受力如圖3.5所示：圖4傳動軸受力圖 （2）校核許用應力 用插入法查得：許用應力值 應力校正系數 當量彎矩 設計的直徑 ；（3）疲勞強度校核初步分析、兩個截面有較大的應力和應力集中，下面以截面為例進行安全系數校核。材料選用45鋼調質，對稱循環疲勞極限 脈動循環疲勞極限 等效系數 截面上的應力彎矩 彎曲應力幅 彎曲平均應力 扭轉切應力 扭轉應力幅和平均切應力 如果一個截面上有多種產生應力集中的結構，則分別求出其有效應力集中系數，從而取最大值，驗算強度合格。3.7 滾動軸承的選擇與校核公式： 式中：軸承的徑向負荷 軸承負荷性質對軸承壽命影響的系數 軸承工作溫度對軸承壽命影響的系數 齒圈或外圈旋轉的軸承壽命影響的系數查表得：，故得：軸承工作能力系數C的計算公式： =7441.4 =29016式中：n工作轉速（轉/分），h軸承工作壽命（小時），考慮了軸承的工作壽命h=1000小時，查表有。查表選用內徑20毫米的7004C軸承的工作能力系數C=43000,是合理的。3.8 鍵的選擇與校核采用普通圓頭平鍵，查4表4-1，由d=20mm可知鍵的剖面尺寸為： 參照輪轂長度 取鍵長為L，鍵的標記：鍵屬靜聯接，校核擠壓強度，由3P125式7.1可知校核公式： 式中： 鍵聯接所傳遞的轉矩： 鍵的工作長度： 鍵的高度 軸的直徑 許用擠壓應力，由P126表7.1，強度滿足要求3.9 光柵測量技術光柵作為重要的分光器件，它的選擇與性能直接影響整個系統性能。光柵分為刻劃光柵、復制光柵、全息光柵等?？虅澒鈻攀怯勉@石刻刀在涂薄金屬表面機械刻劃而成；復制光柵是用母光柵復制而成。典型刻劃光柵和復制光柵的刻槽是三角形。全息光柵是由激光干涉條紋光刻而成。全息光柵通常包括正弦刻槽?？虅澒鈻啪哂醒苌湫矢叩奶攸c，全息光柵光譜范圍廣，雜散光低，且可作到高光譜分辨率。 3.9.1光柵簡介反射式衍射光柵是在襯底上周期地刻劃很多微細的刻槽，一系列平行刻槽的間隔與波長相當，光柵表面涂上一層高反射率金屬膜。光柵溝槽表面反射的輻射相互作用產生衍射和干涉。對某波長，在大多數方向消失，只在一定的有限方向出現，這些方向確定了衍射級次。如圖1所示，光柵刻槽垂直輻射入射平面，輻射與光柵法線入射角為，衍射角為，衍射級次為m，d為刻槽間距，在下述條件下得到干涉的極大值：M=d（sin+sin） 定義為入射光線與衍射光線夾角的一半，即=(-)/2；為相對于零級光譜位置的光柵角，即=(+)/2,得到更方便的光柵方程： m=2dcossin 從該光柵方程可看出： 對一給定方向，可以有幾個波長與級次m相對應滿足光柵方程。比如600nm的一級輻射和300nm的二級輻射、200nm的三級輻射有相同的衍射角，這就是為什么要加消二級光譜濾光片輪的意義。 衍射級次m可正可負。 對相同級次的多波長在不同的分布開。 含多波長的輻射方向固定，旋轉光柵，改變，則在+不變的方向得到不同的波長。 光柵單色儀的分辨率R是分開兩條臨近譜線能力的度量，根據羅蘭判據為： R=/ 光柵光譜儀中有實際意義的定義是測量單個譜線的半高寬(FWHM)。實際上，分辨率依賴于光柵的分辨本領、系統的有效焦長、設定的狹縫寬度、系統的光學像差以及其它參數。 R MF/W M-光柵線數 F-譜儀焦距 W-狹縫寬度。 普通光柵尺所測只是相對位移無法準確的得到此刻的位移量，為了能夠對位移大小準確定位，往往增加一個特殊的窗口（定位窗口）來采取絕對位移信號。實際制造中，常會在主光柵尺上方每隔一定的距離刻光柵條紋。使用時，當定位窗口與定位光柵重合時就會發出信息，從而確定此事測量光柵的絕對位置。3.9.2光柵尺安裝光柵線位移傳感器的安裝比較靈活，可安裝在機床的不同部位。 一般將主尺安裝在機床的工作臺（滑板）上，隨機床走刀而動，讀數頭固定在床身上，盡可能使讀數頭安裝在主尺的下方。其安裝方式的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向。如果由于安裝位置限制必須采用讀數頭朝上的方式安裝時，則必須增加輔助密封裝置。另外，一般情況下，讀數頭應盡量安裝在相對機床靜止部件上，此時輸出導線不移動易固定，而尺身則應安裝在相對機床運動的部件上（如滑板）。安裝光柵線位移傳感器時，不能直接將傳感器安裝在粗糙不平的機床身上，更不能安裝在打底涂漆的機床身上。光柵主尺及讀數頭分別安裝在機床相對運動的兩個部件上。用千分表檢查機床工作臺的主尺安裝面與導軌運動的方向平行度。千分表固定在床身上，移動工作臺，要求達到平行度為0.1mm/1000mm以內。如果不能達到這個要求，則需設計加工一件光柵尺基座?；笞龅剑簯右桓c光柵尺尺身長度相等的基座（最好基座長出光柵尺50mm左右）。該基座通過銑、磨工序加工，保證其平面平行度0.1mm/1000mm以內。另外，還需加工一件與尺身基座等高的讀數頭基座。讀數頭的基座與尺身的基座總共誤差不得大于0.2mm。安裝時，調整讀數頭位置，達到讀數頭與光柵尺尺身的平行度為0.1mm左右，讀數頭與光柵尺尺身之間的間距為11.5mm左右。結 論通過這次精密外圓磨床的機械結構設計計，我認識到了單純的理論知識學習和 實際設計之間的差距。 通過這次畢業設計既鍛煉了我的綜合運用所學的專業基礎知識，解決實際應用問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計 規范以及電腦制圖等其他專業能力的水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。這些都是我希望得到的 也是畢業設計的目的所在。雖然畢業設計內容繁多，過程繁瑣，但我的收獲也是非常的多。各種設計方案的適用條件，各種零部件的選用標準，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。從畢業設計中學來的這些寶貴的知識和經驗，必然會讓我在未來的工作學習中表現出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。本次設計參考了許多資料，吸取了其優點，并在考慮我國實際的基礎上完成了精密外圓磨床的機械結構設計，表達了自己的設計思想，完成了設計任務。但是由于缺乏生產和設計經驗，問題一定很多，這些都需要老師改正，使之更合乎生產實際。致 謝本文是在老師的精心指導下完成的。老師師淵博的學識、開闊的視野、敏銳的洞察力、嚴謹的治學態度、求實創新的工作作風，永遠是我學習的榜樣，也將始終引導和激勵著學生在科學技術的殿堂里探索前進。老師令人敬佩的平易近人的處世方式也為學生樹立了榜樣。本畢業設計的完成是在導師的指導下完成的，在整個過程中同時也得到了其他老師的指導和大力支持。在此我向老師們表示崇高的敬意和衷心的感謝！感謝他們對我在學習上的耐心指導、以及做人做事方面的悉心教誨，使我在解決問題的方法策略和為人處事上都有了很大提高。同時祝愿他們工作順利，身體健康！在這個設計過程中，我得到了很多同學、朋友及老師的支持和幫助，他們給予了極大的幫助和支持。在此我對他們表示衷心的感謝，同時我也感謝我的家人，是他們的理解和默默支持使我的畢業設計能得以順利按時的完成。最后，借此機會謹向所有關心、支持和幫助我的老師、同學、家人、朋友以及所有默默支持我的人致以最衷心的感謝。謹以此文獻給所有關心和幫助我的人。學生所取得的每一點點成績和每一次的進步，無不凝聚著老師大量的心血。在此論文完成之際，謹向老師致以最崇高的敬意和衷心的感謝和幫助，在此向老師表示衷心的感謝。老師全面活躍的思維方式、一絲不茍的治學態度和勤奮務實的工作作風給我留下了深刻的印象，并將使我受益終生。感謝我的家人。他們的支持和理解是我完成學業的前提和動力。沒有他們的支持我不可能順利完成我的學業。值此論文完成之際，向所有給予我關心和幫助的老師、同學和親友致以深深的謝意和美好的祝福。參考文獻 1朱孝錄.中國機械設計大典M.江西科學技術出版社，2001.11.2馮辛安.機械制造設備設計M.機械工業出版社，2004.1.3劉品，徐曉希.機械精度設計與檢測基礎M.哈爾濱工業大學出版社，2003.10.4王連明.陳鐵鳴.機械設計M.哈爾濱工業大學出版社，1998.8.5侯真秀.機械系統設計M.哈爾濱工業大學出版社，2000.10.6陳明.機械原理M.哈爾濱工業大學出版社，2000.9.7王連明.機械設計課程設計M.哈爾濱工業大學出版社，1996.2.8 顧崇銜 主編. 機械制造工藝學. 陜西科學技術出版社，19999 王新等編著.AUTO CAD 2002機械設計應用與實例.北京：國防工業出版社,200210 濮良貴主編.機械設計. 北京：高等教育出版社,200111 孫桓主編.機械原理. 北京：高等教育出版社,200112 徐灝主編.新編機械設計師手冊. 北京：機械工業出版社,199513 陳林才.張鄂精密儀器設計 199114 薛實福.李慶祥精密儀器設計 199915 國防科技大學學報，1998，20(3)：9910216 朱煜，尹文生，段廣洪光刻機超精密工件臺研究17 機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會編機械工程手冊：機械零部件設計卷M北京：機械工業出版社，199618 王波超精密定位中的幾項相關關鍵技術J航空精密制造技術，1998，34(3)：131619 Ro P I , Shim W , Jeong S . Robust friction compensation for subm icrometer positioning and tracking for a ball- screw-driven slide system J . P recision Engineering , 2000, 24 (2) : 160-173.