【正文】 理 無心磨削是工件不定回轉(zhuǎn)中心的磨削。外圓磨床一般可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床、多砂輪外圓磨床、多片砂輪外圓磨床、切入式外圓磨床和專用外圓磨床。 在所有的磨床中，外圓磨床是應用得罪廣泛的一類機床， 工件采用無心夾持，一般支承在導輪和托架之間，由導輪驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)，進行磨削的磨床。 磨床是金屬切削機床的一種。 關(guān)鍵詞 ： 無心磨削，導輪架，修整器，結(jié)構(gòu)設計，校核 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設計 2 Structure Design of Regulating Wheel Frame and Its Dresser For Centerless Grinding Machine ABSTRACT Centerless grinding fixed center of rotation of the workpiece for grinding. Supported on the regulating wheel and the workpiece on the pallet, the regulating wheel axis in the vertical plane of the grinding wheel axis tilted at a small angle. Grinding, grinding wheel and the wheel frame cross feed, lead to the reincarnation addition to driving workpiece swing outside, while the workpiece is automatically axial feed. Centerless grinding grinding technology pared to other methods, with high production efficiency, support stiffness is good. The design principle of a thorough understanding of the basis of centerless grinding, by summarizing previous design experience, centerless grinder regulating wheel frame and dresser structural design. In the design of Regulating wheel frame structure, we mainly design and analysis the guide wheel drive system and the structural. In order to obtain the corresponding guide wheel speed, the drive system for the design and check calculations, including the selection of the motor, Vbelts and worm gear design. In addition, the spindle corresponding strength and stiffness checked to ensure that the design is reasonable. In the design of Dresser structural , the rail drive the diamond pen. so we design both rail and drive mechanism. Through the X, Y two directions guideways and drive solutions designed to meet the requirements. Keywords ： centerless grinding, regulating wheel frame, dresser, structural design, check 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設計 3 無心磨床導輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設計 0 引言 金屬切削機床的加工方式和使用范圍非常廣泛，生產(chǎn)的品種恨多，是機械制造工業(yè)中的主要技術(shù)裝備。 修整器結(jié)構(gòu)設計中， 金剛石筆由導軌來帶動，所以 從導軌及傳動 機構(gòu)兩方面進行設計。為了獲得導輪的相應轉(zhuǎn)速，對傳動系統(tǒng)進行了設計和校核計算，包括電動機的選型， V 形 帶和蝸輪蝸桿的傳動設計。本設計在充分了解無心磨削原理的基礎上，通過總結(jié)前人的設計經(jīng)驗，進行無心磨床導輪架及修整器的結(jié)構(gòu)設計。磨削時，砂輪回轉(zhuǎn)和砂輪架橫向進給，導輪回轉(zhuǎn)除帶動工件回轉(zhuǎn)外，同時使工件自動軸向進給。上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設計 1 摘 要 無心磨削是工件不定回轉(zhuǎn)中心的磨削。工件支撐在導輪和托板上、導輪軸線在垂直平面內(nèi)與砂輪軸線傾斜一小角度。 無心磨削技術(shù)相較于其他磨削方法，具有生產(chǎn)效率高，支撐剛度好等特點。 導輪架結(jié)構(gòu)設計中，主要對導輪的傳動系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)進行設計與分析。此外，對主軸進行了相應的強度與剛度校核，以確保設計的合理性。通過對 X、 Y 兩個方向的導軌副及傳動方案的設計，以滿足使用要求。在一般的機械制造廠中，金屬切削機床約占生產(chǎn)設備的 60%以上。在磨床上加工的機械零件，可以獲得較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，并且可以加工車床、銑床、鉆床、插床等難以加工的 淬硬零件。 它一般是由基礎部分的鑄鐵床身，工作臺，支承并帶動工件選轉(zhuǎn)的頭架、尾座、安裝磨削砂輪的砂輪架，控制磨削工件尺寸的橫向進給機構(gòu)，控制機床運動部件動作的電器和液壓裝置等主要部件組成。 外圓磨床的主要用途是進行工件的內(nèi)外旋轉(zhuǎn)體表面及端面的 磨削工作。有無心外圓磨削和無心內(nèi)圓磨削。工件支撐在導輪和托板上、導輪軸線在垂直平面內(nèi)與砂輪軸線傾斜一小角度。工件借助于與其托板的摩擦實現(xiàn)減振。 圖 無心磨削 4種方法 a)通過進給 b）切入進給 c）切線進給 d)端面進給 1— 砂輪 2— 工件 3— 導輪 4— 導向板（送料板） 5— 擋板 圖 砂輪、導輪和托板的相對位置示意圖 在圖 中， W 表示工件， G 表示砂輪， C 表示導輪， B 表示托板 。導輪的作用是引導和控制工件的運動，它和工件的接觸點 2上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設計 6 叫做控制點。另外，導輪和托板聯(lián)合起來，可對工件進行定位，因此 3 兩點又叫做定位點。通常，為使工件以進給量 nwf 做軸向運動，導輪軸線應相對砂輪軸線傾斜一個角度 ? ， ? 被稱為導輪傾角。一般認為，工件運動完全取決于導輪。從整個磨削過程來看，若磨削短小工件，則工件的線速度 0||wV 和導輪的線速度 0||cV 都沿導輪軸線變化，但二者的變化規(guī)律完全不同。理論和實踐一致表明，工件的運動不僅和砂輪、導輪、托板的材料以及砂輪運、導輪運動、磨削余量有關(guān)，而且還受到無心磨削幾何布局的影響。 導輪修整 的角度設置 導輪在無心磨削中有兩個作用，一是工件磨削時的定位基面，與托板工作面成 “V” 形定位裝置；二是導輪與砂輪一起使工件獲得均勻的回 轉(zhuǎn)運動與軸向運動。 常用導輪曲面為單葉回轉(zhuǎn)雙曲面。 如果不調(diào)整磨削角度，那么不能形成螺旋線，工件在通磨的時候不能往前移動，只用于停止磨削。 砂輪和刀片的面是在水平位置不變的，無心磨大多都是通過調(diào)整的傾斜角度和水 平角度來或者和砂輪的接觸面，這個接觸面就是磨削區(qū)域同時在調(diào)整的時候產(chǎn)生了螺旋線，給了工件往前的力。 圖 導輪修整角度示意圖 無心磨削的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 無心磨削的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在無心磨削的整個理論研究過程中，主要涉及到以下幾個方面的內(nèi)容：成圓過程，運動和動力學分析。早在 20 世紀 30 年代就有這方面的論文發(fā)表，目前，國內(nèi)外仍有許多單位和個人在研究它。在符 費里金引入傅里葉級數(shù)的分析方法后，人們對無心磨削成圓效應有了新的認識，從而極大地推動了這一問題的研究。 迄今為止，無心磨削成圓的研究可以歸納為三個方面：幾何成圓理論、靜態(tài)成圓理論和動態(tài)成圓理論。這種理論忽略了系統(tǒng)的振動、變形和磨削機制，僅考慮幾何關(guān)系，因而稱之為幾何成圓理論。這種理論之所以稱為靜態(tài)成圓理論，是因為它除了考慮幾何關(guān)系外，還引進了系統(tǒng)靜剛度因素。這種理論不僅考慮了幾何因素，而且還考慮了磨削系統(tǒng)的振動參數(shù) (靜剛度 K，阻尼 C 和質(zhì)量 m)以及具有反饋特性的磨削機制。 日本學者對有局部缺口的工件進行無心磨削研究，對頻譜圖法的發(fā)展有十分重要的意義，但沒有建立諧波分布函數(shù)，不能有針對性地控制顯著(較大 )諧波和諧波分布狀態(tài)。 近半個世紀的無心磨削理論和實踐研究表明。為了從本質(zhì)上描述無心磨削上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設計 9 成圓機理， 提出了諧波的頻譜圖法，研究系統(tǒng)對諸次諧波的頻率響應問題。所以建立無心磨削準動力學成圓理論，研究工件表面諧波分布狀態(tài)與系統(tǒng)振動、工件轉(zhuǎn)速及幾何布局之間的內(nèi)在規(guī)律性，以實現(xiàn)諧波的合理控制，并進一步發(fā)展頻譜圖法。 目前，對影響工件圓度誤差的各種因素的 研究，尤其是磨削區(qū)幾何形狀的研究比以前有了新的發(fā)展。 近年來，國內(nèi)外除了從穩(wěn)態(tài)磨削方面研究外，還從動態(tài)磨削方面對工件圓度誤差的影響進行了一定的單項試驗與理論研究，并取得了很大的發(fā)展。 (2)運動學和動力學分析 從 20 世紀 50 年代斯姆尼洛斯基、 60 年代米津榮、 70 年代王玉昆到80 年代錢安宇和 90 年代 夏新濤，他們對無心磨削過程中，工件的運動和受力狀態(tài)進行了詳細的推導和分析，使得對工件的運動和受力狀態(tài)的研究逐漸成熟并區(qū)域完善。 以上述專家的成果為依據(jù)，本文通過建立新的數(shù)學模型，通過新的研上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設計 10 究方法，更加全面、有效、方便的分析了無心磨削過程中幾何參數(shù)，動態(tài)參數(shù)對工件圓度誤差的影響。但是這些方面的研究還遠遠不夠，停留在比較簡單的階段，有待進一步的研究發(fā)展。 （ 1）高速磨削。高速磨削的砂輪線速度一般為 50m／ s ~80m／s，無心磨削目前可達 80m／ s 的砂輪線速度。但是，在磨削過程中，要消耗更多的功 率；因此，對機床和砂輪及電機都將有更高的要求。寬砂輪磨削和高速磨削一樣，都屬于高效率磨削方法。這樣有利于提高生產(chǎn)率和擴大磨床使用范圍。 （ 3）高精度磨削。那種認為高精度僅對圓度 誤差而言的看法是片面的。磨削時，砂輪部件、導輪部件和托板部件的剛度、精度以及幾何布局部直接影響著工件精度。預測方法包括理論和試驗兩個方面的內(nèi)容。無心磨削自動化的內(nèi)容有：工件上下料自動化，自動測量，自動進給，砂輪和導輪的自動修整以及砂輪的自動平衡等。根據(jù)不同工藝方式，不同零件，而采用標準模塊組合式上下料裝置、機 械手、機器人或借助于機床自身的功能元部件來實現(xiàn)自動山下料。 （ 5）磨削閉環(huán)系統(tǒng)。 隨著磨床應用計算機數(shù)控技術(shù)的普遍化， 其應用水平正得到不斷的提高，利用當今 CNC 系統(tǒng)所具備的高速運算、處理與多坐標插補功能。計算機數(shù)控技術(shù)作為實現(xiàn)磨床綜合自動化的關(guān)鍵手段，不僅被用于磨削進給與砂輪修整各種運動的控制，而且被用于各種輔助運動控制。上述第一類型的兩種調(diào)速方法設備比較簡單，但它們的調(diào)速范圍窄，最主要的是它們屬有級調(diào)速，不能滿足調(diào)速要求，因此沒能廣泛應用；變頻調(diào)速和串級調(diào)速，具有無級調(diào)速平滑性好的優(yōu)點，從這一點考慮這兩種方法比較符合調(diào)速要求，但由于變頻調(diào)速和串級調(diào)速多采用大功率晶體管、可控硅組成變頻器和控制器元件，價格貴，制造技術(shù)復雜，控制功率大，也沒有得到廣泛應用。因此，本設計選用電磁轉(zhuǎn)差離合器進行電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。運動從電機軸經(jīng)過一對 帶 輪 z z2，掛輪 a、 b 以及 k\z3 的蝸桿蝸輪而傳到導輪（此時離合器 M 向上嚙合）。在用金剛刀修整導輪時，導輪的轉(zhuǎn)速應該提高。 方案二： SDabK\Z3導輪修整器轉(zhuǎn)差離合器 圖 傳動方案二 如圖 所示，導輪由電機 SD 驅(qū)動。 使用轉(zhuǎn)差離合器 便可調(diào)整導輪的工作轉(zhuǎn)速，從而也就改變了縱向磨削時工作的縱向進給速度。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 無心磨床導輪架及其修整器結(jié)構(gòu)設計 14 方案一中的導輪傳動系統(tǒng)主要由 帶 傳動和齒輪傳動組成。 而方案二中電機通過帶傳動直接 通過蝸輪蝸桿傳動 ，機床振動減小 , 運行平穩(wěn) , 這樣主軸與軸瓦之間的間隙可以維持正常水平 , 潤滑良好 , 延長了主軸的使用壽命， 使用轉(zhuǎn)差離合器達到了無級調(diào)速的任務要求， 同時省去齒輪 、離合器等部件 等備件。 方案確定 導輪架的結(jié)構(gòu)設計中使用轉(zhuǎn)差離合器來達到無極調(diào)速的設計要求。 再結(jié)合 沖擊載荷小，傳動平穩(wěn) 的 蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)，使導輪達到要求轉(zhuǎn)速。三相異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，啟動性能好等優(yōu)點。 根據(jù)設計要求，電動機的輸出功率 kw?