【正文】 密加工的磨床在加工機(jī)床中也占有相當(dāng)大的比例。據(jù) 1997 年歐洲機(jī)床展覽會(huì) (EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明 [27]， 25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)。磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá) 42%，車床占 23%，銑床占 22%，鉆床占 14%。我國(guó) 1949 年 ~1998 年，開發(fā)生產(chǎn)的通用磨床有 1800 多種，專用磨床有幾百種，磨床的擁有量占金屬切削機(jī)床總擁有量的 13%左右?？梢姡ゴ苍跈C(jī)械制造業(yè)中占有極其重要 的位置。到 1960 年，辛辛那提 (Cincinnati)公司首先在外圓磨床上采用了數(shù)控技術(shù)，從而開始了數(shù)控技術(shù)在磨床上的應(yīng)用。數(shù)控技術(shù)在磨床上的應(yīng)用使得磨床在加工精度、加工產(chǎn)品的范圍等方面有了很大的提高和發(fā)展。例如數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，可以使數(shù)控磨床進(jìn)行成形曲面磨削、凸輪軸凸輪曲線磨削、曲軸軸頸磨削等；利用兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜回轉(zhuǎn)體零件的表面磨削，能在一次裝夾中加工出外圓、錐面、曲面、螺紋、臺(tái)肩和溝槽，比切入磨削有更大的柔性，它的生產(chǎn)效率比普通磨床可提高 6 倍，可加工各種材料，砂輪壽命長(zhǎng)，一次修整后可加工幾萬(wàn) 個(gè)零件，相當(dāng)于一臺(tái)使用永久性超硬刀具的高精度數(shù)控車床。數(shù)控技術(shù)在磨床上的應(yīng)用，是磨床發(fā)展上的一次飛躍。 隨著數(shù)控技術(shù)向著高精度、高速度化、智能化、復(fù)合化和集成化的四個(gè)方向發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展必然。 MK1420 數(shù)控磨床簡(jiǎn)介 MK1420 數(shù)控磨床 用于中小批量的軸套類零件的精密磨削加工 ，其主 要特點(diǎn)： 床身：床身為整體式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部筋板呈箱型均稱布置，使其具有很高的整MK1420 數(shù)控磨床頭架的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 體剛度，熱變形小，適合高生產(chǎn)率、高精度的磨床必須條件。砂輪架及工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)：采用大慣量交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有內(nèi)置高精度編碼器控制進(jìn)給精度，伺服 電機(jī)通過(guò)德國(guó) KTR無(wú)隙聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)臺(tái)灣 PMI的三級(jí)精度磨削絲桿控制砂輪架及工作臺(tái)的進(jìn)給，砂輪架主軸系統(tǒng)采用進(jìn)口高精度主軸軸承（ FAG 或 SKF），并配有油霧輪滑裝置。頭架：主軸軸承裝有進(jìn)口（ FAG 或 SKF）高精度的主軸軸承具有極高的回轉(zhuǎn)精度、高剛度，有極佳的密封設(shè)計(jì)，保證頭架的精度穩(wěn)定及長(zhǎng)壽命。頭架電機(jī)（交流變頻），交流變頻器由數(shù)控系統(tǒng)控制。 該磨床 采用德國(guó)西門五以司的兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，或者可選擇采用 FANUC。配置自動(dòng)量?jī)x在中國(guó)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)磨削工作循環(huán)，保證很高的加工尺寸精度，不配置也可以。 砂輪架 進(jìn)給和工作臺(tái)移動(dòng)均采用交流伺服電機(jī)通過(guò)滾珠線桿驅(qū)動(dòng)，砂輪架進(jìn)給導(dǎo)軌采用進(jìn)口直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，保證進(jìn)給精確、靈敏。 砂輪主軸軸承采用動(dòng)靜壓軸承，回轉(zhuǎn)精度高、鋼性大。 頭架電機(jī)采 用交流變頻裝置，實(shí)現(xiàn) 有 級(jí)調(diào)速。 尾架套筒具有液壓伸縮功能。 機(jī)床配置全防護(hù)罩殼或半防護(hù)罩。 查詢 MK1420 機(jī)床應(yīng)達(dá)到以下技術(shù)參數(shù)： 工件最大回轉(zhuǎn)直徑： φ200mm； 磨削最大直徑： φ200mm； 磨削最小直徑： φ6mm； 磨削工件長(zhǎng)度： 500mm； 工件最大重量： 50kg（兩頂尖）； 外圓砂輪直徑 φ500m； 外圓砂輪線速度： 45m/s； 可磨內(nèi)孔直徑： φ10～ φ100mm； 可磨內(nèi)孔深度： 100mm； 頭架轉(zhuǎn)速： 50～ 800 r/min； 砂輪架進(jìn)給速度（ X 軸）： ～ 500mm/min 工作臺(tái)進(jìn)給速度（ Z 軸）： ～ 8000mm/min X 軸最小編程量： ； Z 軸最小編程量： 砂輪架電機(jī)功率： ～ ； 內(nèi)圓電主軸磨頭功率： ～ 11kW； 內(nèi)圓電主軸轉(zhuǎn)速： 12021～ 36000 r/min； 尾架主軸行程： ≤40mm 那么 本次設(shè)計(jì)的 主軸系統(tǒng) 據(jù)現(xiàn)有 MK1420 數(shù)控萬(wàn)能機(jī)床的性能特點(diǎn)和使用要求提出一下要求： MK1420 數(shù)控磨床頭架的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 （ 1） 頭架主軸的轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)滿足 50～ 800 r/min， 能實(shí)現(xiàn)六級(jí)變速 。 （ 2） 頭架主軸應(yīng)滿足最大工件 50KG 的承重 。 （ 3） 頭架主軸應(yīng)能實(shí)現(xiàn)死、活頂尖雙用 。 本課題研究的意義 隨著科技的發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)正朝著多品種、小批量、高質(zhì)量的生產(chǎn)方向前進(jìn)。而磨床的頭架是磨床的關(guān)鍵部件 ,對(duì)磨床的關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)提高的磨床性能是非常重要的。 本課題旨在讓學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí) ， 繪制磨床總體布局裝配圖 ， 樹立理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。 MK1420 數(shù)控磨床頭架的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 2 MK1420 磨床頭架的總體設(shè)計(jì)方案 機(jī)床的設(shè)計(jì) 機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求 設(shè)計(jì)制造機(jī)床時(shí)應(yīng)力求達(dá)到重量輕、體積小、質(zhì)量好、效率高、成本低、使用維修方便。要達(dá)到上述要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮機(jī)床的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如加工范圍、精度和表面粗糙度、生產(chǎn)率、操作和維修的性能、工藝性、成本、采用新技術(shù)和“三化”程度等。各項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間是相互聯(lián)系和相互影響的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須 全面地加以考慮，根據(jù)具體要求確定若干指標(biāo)為重點(diǎn)，處理好相互之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)通用機(jī)床，除了考慮上述各項(xiàng)指標(biāo)外，機(jī)床的“三化”是是不容忽視的問(wèn)題。 機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟 機(jī)床為了加工不同形狀和技術(shù)要求的工件的需要，因此品種很多，類型不一，但不論設(shè)計(jì)哪一類機(jī)床，歸納起來(lái)大致有一個(gè)基本相似的步驟。 (1)工件的工藝分析 :設(shè)計(jì)機(jī)床前，首先對(duì)工件進(jìn)行必要的分析，了解工件的形狀、尺寸、材料、技術(shù)要求、批量，確定工件的加工方法、余量、定位基準(zhǔn)、裝夾方法等。 (2)調(diào)查研究 :通過(guò)三個(gè)途徑 (訪問(wèn)用戶和承制單位，參閱技術(shù)資料 )的調(diào)查研究和分析，為擬定初步設(shè)計(jì)方案打下基礎(chǔ)。 訪問(wèn)用戶 (使用單位 )，主要了解操作人員對(duì)機(jī)床的要求，現(xiàn)有的工件加工方法，同類機(jī)床的使用情況和存在的問(wèn)題，使用單位的自然條件、設(shè)備條件、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及發(fā)展趨勢(shì)等。訪問(wèn)承制單位，主要了解制造部分的設(shè)備條件、技術(shù)能力及原有的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。參閱有關(guān)技術(shù)資料，包括國(guó)內(nèi)、外有關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，同類烈機(jī)床的技術(shù)藍(lán)圖及總結(jié)。 (3)工作圖設(shè)計(jì) :包括確定機(jī)床的布局，技術(shù)參數(shù)和工作循環(huán)等，繪制機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖，機(jī)床總體尺寸關(guān)系圖，各部件裝配圖，零件圖，編制機(jī)床說(shuō)明書，標(biāo)準(zhǔn)件、外購(gòu) 件、通用件明細(xì)表等。 (4)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù) :參加制造、裝配、試磨和鑒定工作，并進(jìn)一步修改圖紙。上述設(shè)計(jì)過(guò)程的各項(xiàng)工作，不是相互割裂毫無(wú)聯(lián)系的，而是相互穿插并有機(jī)結(jié)合的。 MK1420 數(shù)控磨床頭架的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 磨床頭架設(shè)計(jì)基本要求 頭架 (也叫工作架、床頭箱 )是機(jī)床的一個(gè)重要部件。在內(nèi)圓、外圓、螺紋等磨床中，由頭架與尾架組合 ,對(duì)工件起到支承、定心、夾持及帶動(dòng)回轉(zhuǎn)等作用。外圓磨床的頭架主軸有兩種形式：主軸不回轉(zhuǎn)和主軸回轉(zhuǎn)兩種形式。 主軸不回轉(zhuǎn)的磨床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，層次少，剛性好的特點(diǎn)，因此磨削工件的精度和光潔度也較高。而主軸回轉(zhuǎn)磨床具有使用范圍廣的特 點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，層次也較多，剛性也較差。 通用磨床頭架設(shè)計(jì)需滿足如下的基本要求： (1)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)要達(dá)到一定的調(diào)速范圍 由于通用磨床加工對(duì)象的范圍較廣，磨削直徑范圍也較廣。如果頭架只有一檔轉(zhuǎn)速，那么在磨削最大直徑和最小直徑的工件時(shí)，磨床的線速度要相差幾十倍，這顯然不符合實(shí)際使用要求。因此在設(shè)計(jì)頭架時(shí)，一定要考慮到能調(diào)速。磨床頭架調(diào)速方法一般可分為有級(jí)調(diào)速與無(wú)級(jí)調(diào)速兩種。 (2)主軸系統(tǒng)要有良好的回轉(zhuǎn)精度和足夠的剛度 頭架主軸系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)精度和剛度，會(huì)直接影響工件的尺寸精度和幾何精度，因此必須對(duì)主軸系 統(tǒng)的回轉(zhuǎn)精度和剛度提出一定的要求。 (3)主軸系統(tǒng)要有減少溫升和振動(dòng)的措施 頭架經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于運(yùn)動(dòng)零件的摩擦和其它原因產(chǎn)生熱量，會(huì)使頭架產(chǎn)生熱變形。尤其是主軸可轉(zhuǎn)動(dòng)頭架的磨削發(fā)熱更厲害，發(fā)熱的結(jié)果會(huì)使頭架主軸產(chǎn)生位移，這是由于頭架箱體的底面由工作臺(tái)定位，中間由定位頭定位，受熱后只能向上和向兩側(cè)膨脹，從而使主軸中心向上和向砂輪架方向產(chǎn)生位移。磨削時(shí)工件若僅由頭架卡盤夾持，主軸的熱位移便會(huì)影響工件的加工精度。 頭架主軸前軸承 為大錐度滑動(dòng)軸承 ,后軸承為一對(duì)消除間隙的向心推力球軸承。這二種軸承組合 ,既有 滾動(dòng)軸承的靈敏 ,低速時(shí)承載能力高 ,又有滑動(dòng)軸承在高速時(shí)回轉(zhuǎn)精度高 ,平穩(wěn)性好的特點(diǎn)。這種組合的軸承在用卡盤磨削工件時(shí) ,工件圓度仍可達(dá)到 。 磨床頭架主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 頭架主軸結(jié)構(gòu) ，在安裝工件后，主要通過(guò) 6 個(gè)彈簧對(duì)加工過(guò)程中產(chǎn)生的變形進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。 MK1420 數(shù)控磨床頭架的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1圓螺母 2墊圈 3推力軸承 4主軸軸承 5軸承套 6滑動(dòng)軸承 7主軸 主軸軸頸的支承主軸軸頸的固定形式有單支承、雙支承兩種。一般情況下，規(guī)格較小的磨床，趨向于采用單支承而規(guī)格大的磨床大多采用雙支承。采用單 支承主軸的結(jié)構(gòu)，制造較簡(jiǎn)單。但必須滿足軸頸支承長(zhǎng)度大于軸頸直徑的 倍的原則。如果軸頸尺寸較大，其支承長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則可在箱體內(nèi)孔中段設(shè)計(jì)適當(dāng)長(zhǎng)度的沉割槽，這樣可保證軸頸與孔接觸良好。 主軸軸頸尺寸與跨距的確定主軸是保證回轉(zhuǎn)精度的關(guān)鍵零件，除主軸支承軸頸的精度外，其剛度是影響回轉(zhuǎn)精度的主要因素。主軸只有在剛度足夠的前提下，才能保證精度要求。提高主軸剛性的主要措施有 :加大支承軸頸直徑 D、縮短懸伸長(zhǎng)度 a 和合理確定支承跨距 L。主軸的支承跨距一般取 L=()D 而支承軸徑D 是根據(jù)頂尖大端尺寸 d 來(lái)確定的，一般取 D=()d，頭架主軸的懸伸長(zhǎng)度 a與支承跨距 L 之比為 1/21/3 之間。不過(guò)具體尺寸還要按實(shí)際情況確定。 主軸軸承的選用與設(shè)計(jì) 合理選用軸承類型對(duì)主軸系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)精度有很大的影響，頭架常用的軸承有滾動(dòng)、滑動(dòng)和液體靜壓軸承等，但它們的要求與結(jié)構(gòu)和砂輪架軸承不同 :砂輪架軸承主要保證主軸的高速旋轉(zhuǎn)，而頭架軸承主要保證主軸的回轉(zhuǎn)精度。 由于滾動(dòng)軸承具有“三小、二便、一簡(jiǎn)單”的優(yōu)點(diǎn)，即 :摩擦損耗小，啟動(dòng)力矩小和軸向尺寸下 。選購(gòu)方便，維修保養(yǎng)方便 :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)精度、使用壽命和承載剛性都比滑動(dòng)軸承低 ，因此適用于一般精度要求的頭架。一般頭架主軸上所用的軸承精度要求在 P5 級(jí)以上，并進(jìn)行預(yù)加負(fù)荷以提高軸承剛性，保證回轉(zhuǎn)精度。此外，除保證主軸支承軸頸和軸承精度外，固定軸承或?qū)S承進(jìn)行預(yù)加負(fù)荷的零件 (如螺母、擋圈、軸承蓋等 )，也必須保證一定的精度，否則也會(huì)影響主軸的回轉(zhuǎn)精度。最常見的是上述三種零件的端面與外圓 (或內(nèi)孔 )不垂直，緊固后會(huì)使軸承變形，影響主軸回轉(zhuǎn)精度，因此需對(duì)這些零件提出端面MK1420 數(shù)控磨床頭架的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 與外圓 (或內(nèi)孔 )垂直或兩端面平行的要求等。 此 外，還可以采用下述結(jié)構(gòu)來(lái)減少軸承的變形 : (1)采用十字墊圈結(jié)構(gòu)，即 在兩只平墊圈之間夾一只十字型的特種墊圈，以消除因螺母的螺紋與端面不垂直所引起主軸和軸承的變形。 (2)采用壓力油調(diào)整軸承間隙，減少螺母對(duì)軸承的緊固力，以減少主軸和軸承的變形。如在裝配調(diào)整圓錐孔雙列向心短圓柱滾子軸承的間隙時(shí)，原來(lái)用擰螺母的方法使軸承預(yù)緊，螺母的緊固力很大，如在主軸與軸承孔間注入壓力油，使主軸與軸承之間形成油膜，不但能在移動(dòng)軸承時(shí)起潤(rùn)滑作用，而且使螺母用很小的緊固力就能把軸承的間隙 (或過(guò)盈 )調(diào)整好。 由于滑動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)精度高，承載剛性好，因此多用于精度要求高或大型磨床的頭架，其加工和裝配的工藝 性較復(fù)雜，除要求前后軸承同心、間隙相等、主軸和軸承有一定的接觸面積要求外，還必須保證主軸軸承間在熱平衡狀態(tài) (頭架工作一段時(shí)間后，達(dá)到熱平衡狀態(tài) )時(shí)有微量的間隙，一般約為 ，太大會(huì)影響主軸回轉(zhuǎn)精度，而太小又容易出現(xiàn)“咬死”現(xiàn)象。 頭架滑動(dòng)軸承與砂輪架滑動(dòng)軸承在結(jié)構(gòu)上最大的不同點(diǎn)是 :軸承一般都采用整體式，而且上面沒(méi)有形成油楔的油槽，這是由于頭架主軸的轉(zhuǎn)速較低，即使軸承上有油槽結(jié)構(gòu)也難以形成油楔。所以在頭架軸承上一般只有用于潤(rùn)滑主軸軸承表面的螺旋形油槽。靜壓軸承一般也用于高精度和大型磨床的頭架，它的結(jié) 構(gòu)和砂輪架靜壓軸承相同，具有回轉(zhuǎn)精度高、承載能力強(qiáng)、剛性好、低速時(shí)沒(méi)有爬行現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)。 砂輪架進(jìn)給和工作臺(tái)移動(dòng)均采用交流伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng) , 砂輪