1、銅陵學院畢業設計課 題 ： 珩磨機雙進給主軸設計 學生姓名 ： 系 別 ： 專業班級 ：0指導教師 ： - 33 -目 錄第一章 緒論11.1引言 11.2珩磨技術的發展狀況 11.3論文研究的背景和內容 21.3.1技術背景 21.3.2研究內容 2第二章 珩磨機液壓伺服系統的基本原理42.1 珩磨加工的原理與特點42.1.1 珩磨加工的原理簡介 42.1.2珩磨加工的特點 42.2 液壓伺服系統的工作原理 6第三章 方案設計93.1 工藝方案的擬訂 93.2 主軸的直線往復運動方案設計 93.2.1 方案的提出 93.2.2 方案的比較 93.2.3 方案的確定 103.3 珩磨頭油石徑向

2、進給運動方案設計 103.3.1 方案的提出 103.3.2 方案比較 103.3.3 方案確定 113.4 主軸回轉運動方案設計 113.4.1 方案的提出 113.4.2 方案比較 113.4.3 方案確定 123.5 變頻電機原理簡介及其選擇 123.5.1 概述 123.5.2 異步電動機調速的原理及方法 123.5.3 變頻調速的控制方式143.5.4 電機的選擇 15第四章 珩磨機主軸的設計計算164.1 軸的種類和特點 164.2 軸的材料選取 164.3 軸的設計與校核計算 17第五章 珩磨機主軸往復運動仿真分析205.1 仿真方法簡介 205,2 速度特性分析 215.2.1

3、 M向運動分析215.2.2 N向運動分析225.3 速度特性的補償245.3.1 開環系統的補償 245.3.2 閉環系統的補償 245.3.3 結論 25第六章 雙進給主軸珩磨機的應用266.1 雙進給主軸珩磨機的優點 266.2 其他常見的珩磨技術 266.2.1 激光珩磨技術 266.2.2 刷珩磨 28結論 30參考文獻 31致謝辭 32插圖清單 圖2-1 珩磨件內孔表面形狀5圖2-2 常見內孔加工中的缺陷6圖2-3 珩磨機液壓伺服系統原理圖7圖3-1 珩磨頭簡圖10圖3-2 推桿的運動簡圖11圖4-1 二級傳動軸18圖4-2 一級傳動軸18圖5-1 主軸往復運動機構簡圖20圖5-2

4、 液壓回路簡圖21圖5-3 不同負載力的速度比曲線23圖5-4 速度反饋補償方框圖25圖 6-1氣缸的磨損曲線27圖6-2 珩磨前后的工件表面質量29圖6-3 傳統珩磨與刷珩磨的對比29珩磨機雙進給主軸設計摘 要畢業設計的論文闡述的是針對珩磨頭采用分體式結構的珩磨機雙進給主軸系統的設計。在論文中，首先，介紹了內孔珩磨原理，珩磨油石及珩磨頭結構，珩磨工藝參數的選擇等；接著,詳細論述了液壓伺服系統的工作原理、方案設計和傳動系統中二級傳動軸的設計及仿真運動分析。該設計的意義在于：同道工序中不停機實現粗精磨兩次進給，使粗精磨兩種珩磨切削性能一致，從而保證了珩磨網紋的整齊清晰，獲得理想的珩磨表面微觀結構

5、。目前，珩磨普遍采用的是一次進給珩磨頭，采用此類珩磨頭只能在一次進給過程中實現砂條漲縮，因此，對加工像發動機汽缸套等一些表面質量要求較高的場合，需要采用兩道工序（粗精磨）來實現。而本設計中的雙進給珩磨頭將解決由兩道工序加工所引起的缺陷。這個顯著優勢將使它獲得長足的發展和廣泛的應用。關鍵詞：分體式、雙進給、液壓伺服系統、二級傳動軸、不停機、粗精磨A design of Dual Feed Spindle of honing machineAbstractThe thesis deal with a design of Dual Feed Spindle of honing machine who

6、se head structure is split.The first part of the paper introduces the principles of the hole honing, the structure of honing whetstone and honing head, the selection of honing technical parameters and so on.; then discusses in detail the working principle、program design of hydraulic servo system , t

7、he design of two shaft and analysis of simulation exercise in transmission. The significance of this design is to ensure the neat and clear of the honing to achieve an ideal surface of honing by non-stop among the same working procedure to achieve coarse, fine grinding which two cutting is the same.

8、At present, the honing is a widely used one-time feed honing head, which can only achieve article sand rise and reduction in one course of feed. therefore, when requires high surface quality such as engine cylinder, we need to use two processes (rough 、fine grinding) to achieve。Dual Feed honing head

9、 in the design will solve the defects caused by the two machining processes. This will give it a significant advantage of rapid development and wide application.Keywords：Split； Dual feed；Hydraulic servo system；The secondary drive shaft； Non-stop； Rough and fine grinding第一章 緒論1.1 引言珩磨加工是利用可漲縮的磨頭使珩磨頭壓

10、向工件表面，以產生一定的接觸面積和相應的壓力，在適當的珩磨液壓力下，珩磨條對被加工表面作旋轉和往復進給的相對綜合運動，從而達到改善表面質量，改善表面應力狀況和提高被加工零件精度的目的，是一種多刃切削的精加工方法。近幾年來，由于珩磨技術的發展，如人造金剛石和立方氮化硼等超硬磨料的應用，把珩磨技術推向一個新的階段。現在珩磨已不僅用作高精度要求的終加工工序，并且還可作為切除較大余量的中間工序，是一種高效，優質的加工方法。本文所介紹的珩磨機采用的是一種雙進給實時檢測珩磨頭，這種珩磨可以在工作過程中不停機實現粗精磨兩次進給，這種珩磨方法效率更高，獲得珩磨表面微觀網紋更合理。論文中介紹了內孔珩磨原理，珩磨

11、油石及珩磨頭結構，珩磨工藝參數的選擇等，將詳細論述液壓伺服系統的工作原理、方案設計和傳動系統中二級傳動軸的設計與防真運動分析。1.2 珩磨技術的發展狀況早在1992年，美國國家物理實驗室的Swyt先生和東京科技大學的Taniguchi先生預測工業零部件的制造公差將進一步緊縮（實際上20世紀80年代常規加工手段所要求達到的零件精度為5Lm，而90年代的精度要求已是1Lm）這種挑戰在汽車制造業表現的尤為激烈，現代制造技術要求任何一種加工手段首先必須滿足批量生產的環境要求，實現CPK>2，并且加工結果是可以追溯和驗證的。精密和超精密切削已逐漸地開始替代傳統的加工方法，作為一種重要的精密加工方法

12、，珩磨根據珩磨頭結構形式的不同，分類為通用珩磨（漲縮式砂條珩磨），可調整的整體珩磨（金剛石電鍍刀具珩磨）以及特殊珩磨。傳統的珩磨加工利用可漲縮的磨頭使珩磨砂條壓向工件表面，以產生一定的接觸面積和相應的壓力，壓力愈大，切削量愈大，同時砂條對工件表面作旋轉和往復運動，珩磨砂條重復著3種變化過程，在加工初始期的磨粒脫落階段，隨著珩磨進行的磨粒破碎切削階段，以及最終的堵塞切削階段。金剛石鍍層刀具應用于珩磨工藝是60年代發展起來的技術，隨著工業金剛石的產業化發展，20世紀80年代這種整體式珩磨技術因其在競爭中的顯著優勢獲得了長足的發展和廣泛的應用，尤其適用于有一定生產批量的，零件形狀精度在0.5Lm以內

13、的精密零件加工。整體式珩磨加工是由金剛石或立方氮化硼鍍層的桿狀刀具完成的。在最初期的刀具刃磨后，刀具僅需要偶爾的尺寸調整以補償金剛石的磨損。刀具旋轉著，一次性走刀通過工件，即完成加工，故這種加工方式又稱為Singlepass。與傳統的砂條珩磨加工不同，Singlepass刀具在每一個加工循環中不漲縮，這樣就避免了傳動誤差。金剛石自身具有極高的硬度，高的耐磨性和熱傳導性以及與金屬的低摩擦系數，當使用較高的切削速度時刀具的磨損依然甚小。這種高的尺寸耐用度是精密加工中實現超光滑的加工表面和高加工精度的保證。在整個切削過程中，沿著金剛石刀具圓周方向以及長度方向的成千上萬顆細小的超硬磨料同時進行切削，加

14、工時間短，產生的加工應力和熱變形最小。10年前，針對閥類零件的精加工，美國的零部件制造商多采用內孔磨削的方法，一些工廠采用漲縮式珩磨加工閥孔，而與之相對應的軸則多采取配磨的方式以保證合適的配合間隙。應用Singlepass整體式珩磨加工后，嚴格的閥孔尺寸控制在批量生產中就完全可以做到，配磨已不再需要，這樣因為配磨產生的測量誤差，工裝量具和人工的耗費都不再存在，同時加工工藝的改善使得實際的機床運行成本，工人的勞動強度甚至于勞動技能要求都大大地降低了。在實際的零件加工中，大多數的應用可能需要一系列預設定的singlepass刀具。加工余量的去除和表面粗糙度能力取決于特定刀具的超硬磨料的尺寸。當每把

15、刀具被設定分別去除總加工余量的一部分時，較粗粒度的刀具用于最初的余量去除，較細粒度的刀具完成所要求的表面粗糙度，以此實現最大的效率Singlepass珩磨加工技術從最初的鑄鐵零件加工發展至今，已成功地應用于幾乎各種工件材料的盲孔，通孔和臺階孔的加工。并可實現多種的表面紋理，如交叉網紋，螺旋線或正弦曲線。如今越來越多的元器件制造商采用了這種加工工藝，從而實現了更高的產品質量并極大地降低了生產成本。Singlepass超硬磨料加工技術的發展使得珩磨已不僅用作高精度要求的終加工工序，并且還可作為切除較大余量的中間工序。在不遠的將來，隨著Singlepass加工技術更多的發展，必將取代傳統的加工方式。

16、1.3 論文研究的背景和內容1.3.1 技術背景目前，珩磨普遍采用的一次進給珩磨頭，采用這種珩磨頭只能在一次進給過程中實現砂條一次漲縮，因此，通常在發動機氣缸套等一些表面加工質量要求較高的場合，均采用兩道珩磨工序來實現，先進行粗珩磨，主要用于去除加工余量，修整圓柱度以及拉網，之后再安排一道精珩磨，主要用于拋光，以及有特殊要求的去除粗珩磨表面尖角。但這樣的工序方案缺點有三個：一是工效低，設備占地面積大；二是由于兩臺珩磨設備的性能、磨削參數存在差異以及裝夾狀況改變，無法保證珩磨網紋的切削參數一致，易造成網紋紊亂；三是這種珩磨頭無法實現珩磨過程中實時掌握加工尺寸，只能通過操作人員的操作經驗與技能，珩

17、磨質量嚴重受到人為因素制約，內孔尺寸及網紋質量不穩定。1.3.2 研究內容為解決單進給珩磨頭存在缺陷，本珩磨頭采用分體式結構，獲得一種雙進給實時檢測珩磨頭，這種珩磨頭可以在珩磨加工過程中不停機實現粗精磨兩次進給，同時根據氣動測量原理，在珩磨頭本體上設置了氣動檢測頭，從而實現珩磨過程的實時檢測。本珩磨頭解決其技術問題所采用的技術方案是：將珩磨頭本體上的砂條磨槽分別設置成粗、精磨兩組，且粗精磨砂條磨槽兩兩相隔，控制砂條漲縮的砂條座斜面在軸向位置上粗精磨兩兩錯對，再將珩磨頭錐芯采用分體式結構，分別與粗精磨斜面相配。珩磨動作通過珩磨頭主軸內進給油缸的復合頂桿連接，其中粗磨與外桿連接，精磨與內桿連接，從

18、而通過油缸控制復合頂桿，最終實現珩磨雙進給；在實時測量裝置方面，在珩磨頭的本體上設置護板，護板采用硬質合金焊接，在本體中部設置氣動測量頭噴嘴，由珩磨頸部通過軸向細長孔與之貫穿，上接氣動測量氣路，通過嚴格控制珩磨頭本體上的噴嘴徑向尺寸，通過噴嘴與工件壁間的間隙變化，實現實時精確檢測。本珩磨頭的有益效果是，可以在同道工序中不停機實現粗精磨兩次進給，使粗精磨兩種珩磨切削性能一致，從而保證了珩磨網紋的整齊清晰，獲得理想的珩磨表面微觀結構。本論文正是對這種結構的珩磨機雙進給主軸系統的設計。第二章 珩磨機液壓伺服系統的基本原理2.1 珩磨加工的原理與特點2.1.1 珩磨加工的原理簡介珩磨是利用安裝于珩磨頭

19、圓周上的一條或多條油石，由脹開機構（有旋轉式和推進式兩種）將油石沿徑向脹開，使其壓向工件孔壁， 以便產生一定的面接觸。與此同時，使珩磨頭作旋轉運動和直線往復運動，對孔進行低速磨削和摩擦拋光。由于珩磨頭的旋轉及往復運動的結果，油石上的磨粒在孔的表面上的切削軌跡成交叉而不重復的網紋，因而獲得表面粗糙度較小的加工表面。徑向加壓運動是油石的進給運動，加壓壓力愈大，進給量就愈大。在大多數情況下，珩磨頭與機床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動的。這樣，加工時珩磨頭以工件孔壁作導向。因而加工精度受機床本身精度的影響較小，孔表面的形成基本上具有創制過程的特點。所謂創制過程是油石和孔壁相互對研、互相修整而形成

20、孔壁和油石表面。其原理類似兩塊平面運動的平板相互對研而形成平面的原理。珩磨時由于珩磨頭旋轉并往復運動或珩磨頭旋轉工件住復運動，使加工面形成交叉螺旋線切削軌跡，而且在每一往復行程時間內珩磨頭的轉數不是整數，因而兩次行程間，珩磨頭相對工件在周向錯開一定角度，這樣的運動使珩磨頭上的每一個磨粒在孔壁上的運動軌跡亦不會重復。此外，珩磨頭每轉一轉，油石與前一轉的切削軌跡在軸向上有一段重疊長度，使前后磨削軌跡的銜接更平滑均勻。這樣，在整個珩磨過程中，孔壁和油石面的每一點相互干涉的機會差不多相等。因此，隨著珩磨的進行孔表面和油石表面不斷產生干涉點，不斷將這些干涉點磨去并產生新的更多的干涉點，又不斷磨去，使孔和

21、油石表面接觸面積不斷增加，相互干涉的程度和切削作用不斷減弱，孔和油石的圓度和圓柱度也不斷提高，最后完成孔表面的創制過程。為了得到更好的圓柱度，在可能的情況下，珩磨中經常使零件掉頭， 或改變珩磨頭與工件軸向的相互位置。需要說明的一點：由于珩磨油石采用金剛石和立方氮化硼等磨料，加工中油石磨損很小，即油石受工件修整量很小。因此，孔的精度在一定程度上取決于珩磨頭上油石的原始精度。所以我們用金剛石和立方氮化硼油石時，珩磨前要很好地修整油石，以確保孔的精度。2.1.2 珩磨加工的特點（1）加工精度高特別是一些中小型的通孔，其圓柱度可達0001mm以內。一些壁厚不均勻的零件，如連桿，其圓度能達到0002mm

22、。對于大孔（孔徑在200mm以上），圓度也可達0005mm，如果沒有環槽或徑向孔等，直線度達到001mm/m以內也是有可能的。珩磨比磨削加工精度高，磨削時支撐砂輪的軸承位于被珩孔之外，會產生偏差，特別是小孔加工，磨削比珩磨精度更差。珩磨一般只能提高被加工件的形狀精度，要想提高零件的位置精度，需要采取一些必要的措施。如用面板改善零件端面與軸線的垂直度（面板安裝在沖程托架上，調整使它與旋轉主軸垂直，零件靠在面板上加工即可）。（2）表面質量好表面為交叉網紋，有利于潤滑油的存儲及油膜的保持。有較高的表面支承率（孔與軸的實際接觸面積與兩者之間配合面積之比），因而能承受較大載荷，耐磨損，從而提高了產品的使

23、用壽命。珩磨速度低（是磨削速度的幾十分之一），且油石與孔是面接觸，因此每一個磨粒的平均磨削壓力小，這樣珩磨時，工件的發熱量很小，工件表面幾乎無熱損傷和變質層，變形小。珩磨加工面幾乎無嵌砂和擠壓硬質層。磨削比珩磨切削壓力大，磨具和工件是線接觸，有較高的相對速度。因而會在局部區域產生高溫，會導致零件表面結構的永久性破壞。（3）加工范圍廣主要加工各種圓柱形孔：通孔，軸向和徑向有問斷的孔，如有徑向孔或槽孔、鍵槽孔、花鍵孔、盲孔、多臺階孔等。另外，用專用珩磨頭，還可加工圓錐孔、橢圓孔等，但由于珩磨頭結構復雜，一般不用。用外圓珩磨工具可以珩磨圓柱體，但其去除的余量遠遠小于內圓珩磨的余量。珩磨幾乎可以加工任

24、何材料，特別是金剛石和立方氮化硼磨料的應用，進一步拓展了珩磨的運用領域，同時也大大提高了珩磨加工的效率。（4）切削余量少為達到圖2.1所示圖樣要求的精度，采用珩磨加工是所有加工方法中去除余量最少的一種加工方法。在珩磨加工中，珩磨工具是以工件作為導向來切除工件多余的余量而達到工件所需的精度。珩磨時，珩磨工具先珩工件中需去除余量最大的地方，然后逐漸珩去其余需去除余量大的地方，直至珩至需去除余量最少的地方。圖2-1 珩磨件內孔表面形狀（5）糾孔能力強由于其余各種加工工藝方面存在不足，致使在加工過程中會出現以下一些加工缺陷。如圖2.2，失圓、喇叭口、波紋孔、尺寸小、腰鼓形、錐度、鏜刀紋、彩虹狀、孔偏及

25、表面粗糙度等。采用珩磨工藝加工可以通過去除最少加工余量而極大地改善孔和外圓的尺寸精度、圓度、直線度、圓柱度和表面粗糙度。圖2-2 常見內孔加工中的缺陷2.2 液壓伺服系統的工作原理液壓系統由液壓油源、控制油路、及液壓缸等組成，采用疊加閥型式。系統由兩臺葉片泵提供液壓油源，一套油源供給左邊珩磨頭的往復缸及漲砂條缸用的壓力油，另一套油源除了供給右邊珩磨頭的往復缸及漲砂條缸的用油外，還供給系統的上下料、夾緊、抬起、插銷等輔助動作用油。左邊珩磨頭與右邊珩磨頭的動作完全相同。根據不同的加工品種，兩泵可單獨工作，又可同時工作。珩磨頭漲縮缸通過連桿與珩磨頭連在一起，由往復缸的活塞桿帶動，旋轉著在孔中做上下往

26、復運動，同時漲縮缸動作，把砂條漲出，以完成珩磨。液壓系統工作循環及原理如下（見圖2-3）：（1）液壓泵起動 壓力油經電磁卸荷溢流閥流回油箱，液壓泵卸載。（2）托架抬起 此工步是讓夾具上的托架抬起至一定高度后，隨伺服移動工作臺移動至接料位，為接料作好準備。電磁鐵1DT、9DT通電，托架抬起。抬起壓力由減壓閥J2調整。（3）送料及送料返回 工作臺移至接料位后， 6DT、7DT通電，壓力油經換向閥1、電磁節流閥2至液壓缸，快速送料。送至一定距離后，7DT斷電，油液經節流閥進入液壓缸，實現緩沖送料。當送料到位后，6DT斷電，7DT通電，送料缸自動返回。（4）托架落下 送料到工作臺上后，工作臺移至加工位

27、，9DT斷電，托架落下。（5）插銷 此工步是將定位銷插入工件的定位銷孔中，以實現工件的定位。當托架落下后，10DT通電，壓力油經換向閥10至液壓缸無桿腔，實現插銷。（6）夾緊 插銷后，壓力繼電器3SP動作，使4DT通電，壓力油經減壓閥J1、換向閥8至無桿腔，夾緊工件。夾緊壓力由減壓閥J1調整，一般為1.52MPa。（7）主軸慢下 夾緊工件后，壓力繼電器1SP動作，2DT、14DT斷電，壓力油經節流閥4、換向閥5的右位、電動單向調速閥6、單向閥7進入“行程控制”操縱箱。操縱箱由先導閥、換向閥、液動閥等組成。在圖示情況下，壓力油同時進入先導閥、換向閥和液動閥，通過控制油路使液動閥和換向閥處于各自的

28、位置，主壓力油經換向閥的右位、液動閥的左位進入液壓缸的無桿腔和有桿腔，形成差動回路，活塞向下移動。有桿腔的回油需經單向順序閥，其作用是為了防止活塞和運動部件在懸停期間因自重而自行下滑。調整時要使其開啟壓力稍微大于活塞和運動部件因自重而在液壓缸下腔產生的壓力。主軸慢下的速度由電動單向調速閥6調整。14DT通電時，漲砂條缸活塞處于中間位置，砂條在縮回狀態，其原理見回中位。單向閥7的作用是防止停機時，因順序閥的微小泄漏而引起活塞下降。（8）低壓粗珩 主軸慢下至下端終點時，碰到擋鐵，通過杠桿機構使先導閥換向，接通左位。主軸由變頻電機帶動開始旋轉，3DT通電，壓力油經節流閥4換向閥5的右位，電動單向調速

29、閥6、單向閥7至操縱箱中。此時先導閥控制的換向閥也接通左位，壓力油經換向閥的左位、液動閥的左位、單向順序閥至液壓缸的有桿腔，活塞快速上移。當上移碰到上端擋鐵時，杠桿機構操縱先導閥換向，又開始快速差動向下運動移動的速度可由節流閥4調整，其調整范圍為325.4m/min。主軸往復移動的同時，壓力油經減壓閥J5、換向閥11、12、13的右位至漲砂條缸的無桿腔，有桿腔回油經閥14、13的右位、單向閥至油箱，活塞向下移動由其控制的珩磨頭粗砂條漲出，實現低壓粗珩。因減壓閥的最低穩定壓力為0. 5MPa，而低壓珩磨時僅需要0.3MPa左右，所以在此回路中，采用開啟壓力約為0.35MPa的單向閥作為背壓閥。調

30、整J4約為0.651.15MPa，這樣作用在活塞上的力相互抵消一部分，使最終作用在砂條上的力達到要求的數值。此回路中有一個固定節流孔，它能使珩磨頭壓力在小范圍內波動時迅速穩定。圖2-3 珩磨機液壓伺服系統原理圖（9）高壓粗珩 低壓粗珩到一定尺寸時，氣測裝置發信號，11DT通電，壓力油經減壓閥J4、換向閥1左位、12的右位、13右位至液壓缸無桿腔，實現高壓粗珩。J4的調整壓力約為0.851.35MPa。（10）低壓精珩 高壓粗珩到一定尺寸時，氣測發信號，13DT通電，壓力油經減壓閥J5、換向閥11、12的右位、13的左位、14的右位至液壓缸的有桿腔，無桿腔回油經換向閥13的左位、單向閥至油箱。活

31、塞向上移動，精砂條漲出，實現低壓精珩。（11）回中位 低壓精珩到一定尺寸時，氣測發信號，14DT通電，壓力油經減壓閥J5、換向閥11、12、13的右位至液壓缸的無桿腔，此時液壓缸最下端油口被閥14封死，回油經液壓缸中間的油口、換向閥14的左位、閥13的右位、單向閥至油箱，活塞向下移動。當活塞下移至液壓缸體中間位置時，活塞的寬度將中間油口封死，活塞停止在中間位置，精砂條縮回。（12）光珩 低壓精珩后，尺寸基本達到設定值再經過光珩是為了修整孔的光潔度。回中位后經過一定時間，12DT、13DT通電，壓力油經減壓閥J3、換向閥12、13的左位、14的右位至有桿腔，無桿腔回油經1的左位、單向閥至油箱。活

32、塞向上移動，精砂條漲出實現光珩。J3的調整壓力約為0.450.65MPa。（13）主軸慢上 光珩至設定值，氣測發信號，3DT斷電，14DT、15DT通電，再次回中位，主軸停轉。壓力油經節流閥4、換向閥5的右位、電動單向調速閥6、單向閥7至操縱箱，因15DT通電，液動閥總是處于右位，此時不論珩磨頭正向下或向上運動，即不管先導閥處于哪個位置，活塞立即向上慢速運動。（14）放松 磨頭上移至水圈位時，如需在下一工位繼續加工，則移動工作臺至下個工位。如果已加工完畢，則5DT通電，壓力油經減壓閥J1、換向閥8至夾緊缸，完成工件的放松。（15）拔銷 放松以后，10DT斷電，壓力油經換向閥10至插銷缸，完成拔

33、銷動作。（16）托架抬起 工作原理同前，拔銷后，移動工作臺移至下料位，托架抬起。（17）下料 托架抬起后，8DT通電，壓力油經換向閥3至下料缸，完成下料。接著進入下一個工作循環。第三章 方案設計3.1 工藝方案的擬訂工藝方案的擬訂是珩磨機設計的關鍵一步，因其在很大程度上決定了機床的結構配置和使用性能。因此，應根據珩磨機的特性和應用范圍，按一定的原則，結合機床常用工藝方法，充分考慮各種影響因素，并經技術經濟分析后擬訂出先進、合理、經濟、可靠的工藝方案。珩磨機的運動分為主軸的回轉運動和直線往復運動以及珩磨頭油石的徑向進給運動，下面分別進行設計。3.2 主軸的直線往復運動方案設計3.2.1 方案的提

34、出對于主軸的直線往復運動，可采取的方案有兩種，一是完全由機械傳動機構組成，其工作原理是：滑塊固定在曲柄上，曲柄桿由電機帶動旋轉，是主動元件，滑桿通過連桿隨曲柄桿的旋轉而上下往復運動。另一種方案是有液壓缸的往復運動代替第一種方案的曲柄連桿結構運動，來驅動主軸的上下往復運動。3.2.2 方案的比較對于第一種方案，珩磨機珩磨頭的行程L的大小是通過改變滑塊在曲柄桿上的固定位置來調整的。珩磨頭運動上下止點通過改變萬向節連桿的長短來調整。由于珩磨機是立式布置的,這樣就給調整帶來了許多不便。另外,由于結構的關系,珩磨的行程也受到了一定的限制。而對于第二種方案，液壓系統采用限壓式變量葉片泵作為油源，通過行程開

35、關控制電磁鐵電流的通斷，改變換向閥的工作狀態，控制液壓缸帶動滑桿上下往復運動。液壓缸往復運動速度的調整由限壓式變量泵和調速閥協同實現。第二種方案于第一種方案相比，具有以下優點：(1)調整簡便易行,降低了操作者的勞動強度,提高了生產效率。(2)由于液壓系統中采用了液壓缸的差動連接方式,并使其活塞往復運動過程中的速度保持相等,因此使加工孔的內表面網紋更加均勻一致,加工質量提高。同時,可根據工件的材料不同,加工精度不同,調節珩磨頭往復運動的速度,所有這些是第一種方案所不具備的。(3)行程比第一種方案大,擴大了加工件的尺寸范圍。(4)可使珩磨頭準確停在任意位置,避免了第一種方案由于機構的慣性給工件裝夾

36、和拆卸帶來的不便。(5)所采用的限壓式變量葉片泵調整閥背壓閥式調速回路,能保證穩定的低速運動,具有較好的速度剛性和較大的調速范圍,安裝的背壓閥可改善運動的平穩性。并且該種回路并有較高的效率。3.2.3 方案的確定通過兩方案的對比，決定采用第二種方案，而且此種方案也是當前機床設計中的主流方案。但是，僅僅采用一個液壓缸雖然行程比第一種方案大了一些，但是對于較深的內孔來說，還是不夠的，所以，為了提高珩磨機的適用范圍，應加大往復運動的行程。因此，本珩磨機擬采用二級液壓傳動，用兩個液壓缸來推動主軸的上下往復運動。這樣，運動行程可增加一倍，對于大多數的孔都可以加工了。3.3 珩磨頭油石徑向進給運動方案設計

37、3.3.1 方案的提出對于珩磨頭油石的徑向進給運動，有兩種可選擇的方案，一種是機械式（彈簧），另一種是液壓式（推桿）。機械式是在油石座上安裝彈簧，當所加工的孔慢慢變大時，利用彈簧的壓力將油石往外推，以實現油石的進給。液壓式是在主軸的上方加一個液壓缸，它推動推桿向下進給，推桿的下端是錐形的，而珩磨頭油石座設計成斜面，與推桿的錐形面接觸，當推桿向下運動時，推動該斜面徑向漲開，從而推動油石的徑向進給（如圖3-1所示）。3.3.2 方案比較如果采用第一種方案，當磨條進入正常磨損后，要經常人工調節張緊螺母，使其補償因磨條磨損所減小的工件內孔上的正壓力，因此工作效率低。因為彈簧壓力無法控制，所以加工精度不

38、高，而且螺母的調節對工人的要求很高。目前大多數廠家都采用液壓張開式珩磨頭，這種設計使油石張開均勻，而且自動精確調節，可以自動補償磨條的磨損。這種設計的生產率很高，而且對于工人的技術要求不高，適合自動化大批量生產。1油石座 2 斜面體 3 油石 4推桿 5油石 6推桿 7 接頭圖3-1 珩磨頭簡圖1 油缸蓋 2 軸承 3 活塞 4 油缸 5 油缸蓋 6 推桿圖3-2 推桿的運動簡圖3.3.3 方案確定通過比較，決定采用第二種方案。然而，現代大多數的液壓張開式珩磨頭的活塞隨著推桿一起轉動，油缸、活塞和密封圈的壽命較短，而且常出現漏油的現象，要經常更換O型密封圈，給工作帶來了不便。在我們的設計中，采

39、用了新型推桿，它既能保證張力均勻，可調，能起到補償磨條磨損的作用，而且不會漏油，摩擦力小，使用壽命也比普通推桿長。它的結構特點是油缸和活塞的相對運動只有往復運動，油缸和活塞都不轉動，只有推桿隨傳動軸和珩磨頭轉動，推桿不是直接連接在活塞上，而是通過一對軸承與活塞相連(如圖3-2)，軸承外圈與活塞內壁配合，通過軸承內外圈的相對轉動，將推桿和活塞的運動分開。3.4 主軸回轉運動方案設計3.4.1 方案的提出對于主軸的回轉運動，也有兩種方案供選擇，一種是采用普通異步電機，通過齒輪變速器，帶動主軸做回轉運動，通過離合器和變速桿的調節，可以獲得8級或12級轉速。另一種方案是采用變頻變速電機，通過帶傳動，帶

40、動主軸回轉運動，可以獲得無級變速。3.4.2 方案比較比較兩種方案，第一種方案結構復雜，體積大，裝配麻煩，由于齒輪系復雜，容易產生誤差累積，傳動精確度降低，且效率較低。但因為采用普通異步電機，所以它的成本較低。第二種方案體積小，結構簡單，能實現無級變速，且傳動精確，效率高，但由于采用變頻電機，成本較高，且維修不方便。但隨著近幾年變頻技術的快速發展，變頻電機的使用越來越廣泛，其成本也越來越低。因為珩磨機主軸轉速要求精確，變速范圍要求較廣，故宜采用第二種方案。3.4.3 方案確定通過比較，決定在本次設計中采用第二種方案。然而，若是用變頻電機通過帶傳動直接帶動主軸，電機要豎放，不利于電機的固定，易于

41、引起機床的震動，使加工產生誤差。且由于帶橫向傳動，兩個帶輪都要加擋圈，傳動不穩定，摩擦力大，效率也受影響。所以，我們采用電機橫放，通過同步帶傳動到中間軸，再由兩個錐形齒輪經90°角傳動到主軸。3.5 變頻電機原理簡介及其選擇3.5.1 概述20世紀50年代以前，電動機運行的基本方式是轉速不變的定速拖動。對于控制精度要求不高以及無調速要求的許多場合，定速拖動基本能夠滿足生產要求。隨著工業化進程的發展，對傳動方式提出了可調速拖動的更高要求。用直流電動機可方便地進行調速，但直流電動機體積大，造價高，并且無節能效果。而交流電動機體積小、價格低廉、運行性能優良、重量輕，因此對交流電動機的調速具

42、有重大的實用性。使用調速技術后，生產機械的控制精度可大為提高，并能夠較大幅度地提高勞動生產率和產品質量，而且可對諸多生產過程實施自動控制。通過大量的理論研究和實驗，人們逐漸認識到：對交流電動機進行調速控制，不僅能使電力拖動系統具有非常優秀的控制性能，而且在許多場合中，還具有非常顯著的節能效果。鑒于此，交流變頻調速技術獲得了迅速發展和廣泛應用。而且，隨著電工電子技術的發展，交流電機的變頻調速已逐步取代了傳統的變極調速、電磁調速和調壓調速系統。3.5.2 異步電動機調速的原理及方法三相交流電動機定子繞組中的三相交流電在定子氣隙圓周上產生一個旋轉磁場，這個旋轉磁場的轉速稱同步轉速，記為，實際電動機轉

43、速n要低于同步轉速，故一般稱這樣的三相交流電動機為三相異步電動機。(1)工作原理異步電動機的同步轉速遵從電機學基本關系： （3.1）式中：f電源交變頻率 p 電機定子磁極對數電機學中還常用轉差率s參量，其定義為 （3.2）電機的實際轉速 （3.3）(2)變頻調速控制方式由式(3.3)可知，異步電動機變頻調速的控制方式基本上有以下3種:1) 電源頻率低于工頻范圍調節。電源的工頻頻率在我國為50Hz。電機定子繞組內的感應電動勢為: （3.4）式中： 定子繞組中感應電動勢的頻率，與電源頻率f相等，Hz。 電機定子繞組的繞組系數，其值取決于繞組結構，。 電機定子繞組每相串聯的線圈匝數 電機每極磁通定子

44、電壓與定子繞組感應電動勢的關系為 （3.5）式中： 定子繞組每組阻抗 定子繞組相電流若忽略定子壓降，則 （3.6）把該式整理成 （3.7） （3.8） （3.9）電動機的電磁轉矩M與()²成正比，若下調頻率，同時也下調，使（）比值保持恒量，則磁通不變，因此轉矩也保持常值，此時電動機拖動負載的能力不發生改變，這種控制方式稱為恒磁通調壓調頻調速，也叫恒轉矩調速。2) 電源頻率高于工頻范圍調節。由于使頻率增加，變小，而不能高于額定電壓，在該控制方式中，保持不變，由于頻率變高，由式（3.9）知道，定子磁通變小，電磁轉矩M也變小，但電源頻率增加，設電動機轉動角速度，電機的功率是電磁轉矩M與角速

45、度的乘積 （3.10）調節過程中，使頻率f與轉矩的變化成一定協調關系，從而保持電機功率P為恒量，即功率不發生變化，這種升頻定壓調速為恒功率調速。3) 轉差頻率控制。三相異步電動機中，定子與轉子之間的圓周空隙有一旋轉磁場，轉速為，電機轉子實際轉速為，()是轉子與旋轉磁場之間的相對切割速度。對頻率、電壓進行諧調控制，使不變，此時，磁通也不變，在不變的條件下，電磁轉矩M與成正比。對頻率f進行調節，即調節（），因此，在實現轉速調節時也實現了轉矩的調節。3.5.3 變頻調速的控制方式變頻調速的控制方式經歷了控制、轉差頻率控制、矢量控制的發展，前者屬于開環控制，后兩者屬于閉環控制，正在發展的是直接轉矩控制

46、。現分別介紹如下。(1)控制異步電動機的轉速與定子電源頻率f和極對數有關。改變f就可平滑地調節同步轉速，但f上升或下降可能會引起磁路飽和、轉矩不足現象。所以在改變f的同時，需調節定子電壓。使氣隙磁通維持不變、電機效率不下降，這就是 控制。控制簡單，通用性優良，但因是開環控制，調速精度低、范圍小，只能用在調速精度和動態響應要求不高的場合，如風機、泵機控制、流水線上的工作臺轉動。(2)轉差頻率控制由電機學基礎知識可知，異步電動機轉矩M與氣隙磁通、轉差頻率的關系為：只要保持氣隙磁通一定，控制轉差頻率就能控制電機轉矩，這就是轉差頻率控制。轉差頻率控制利用速度檢測器檢出電機的轉速，然后以電機速度與轉差頻

47、率的和給定逆變器的輸出頻率，其控制精度和過電流的抑制等特性較控制都有所提高，但由于維持磁通和轉矩恒定的基本關系式是從穩態機械特性上推導出來的，沒有考慮電機電磁慣性的影響，所以動態轉矩仍沒得到控制，動態響應效果仍不理想。(3)矢量控制矢量控制是在交流電動機上模擬直流電機控制轉矩的規律，將定子電流分解成相應于直流電機的電樞電流的量和勵磁電流的量，并分別進行任意控制。矢量控制能夠對轉矩進行控制，獲得和直流電機一樣的優良性能，它適用于要求快速響應或對起動、制動有嚴格要求的場合。(4)直接轉矩控制直接轉矩控制（DTC）的變頻調速是目前正在發展的調速方式，它無需像矢量控制那樣進行復雜的矢量變換運算，直接由

48、定子空間矢量分析三相電動機的數學模型，并決定其控制量DTC能夠用開環方式對轉速和轉矩進行控制，它的PWM波形直接由轉矩決定，其控制性能比PWM磁通矢量控制方式更優越。3.5.4 電機的選擇根據珩磨機主軸的功率及其轉速，選擇矢量控制的Y系列6級三相異步電機，電機額定轉速為960r/min，額定功率為5.5Kw。它能夠快速、準確的實現無級變速。且轉速控制精確，操作簡單。第四章 珩磨機主軸的設計計算4.1 軸的種類和特點軸是組成機械的一個重要零件。它支承著其他轉動件回轉并傳遞轉矩，同時它又通過軸承和機架連接。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉運動，形成了一個以軸為核心的回轉體軸系部件。所以在軸的設計中，

49、不能只考慮軸本身，還必須和軸系零、部件的整個結構密切聯系起來。軸按受載情況分：（1）轉軸 既支承傳動機件，又傳動動力，即承受彎矩和扭矩兩種作用。（2）心軸 只起支承旋轉機件作用而不傳遞動力，既只承受彎矩作用。心軸又可分為固定心軸（工作時軸不轉動）和轉動心軸（工作時軸轉動）兩種。（3）傳動軸 主要傳遞動力，即主要承受扭矩作用。按結構形狀分：光軸，階梯軸，實心軸，空心軸等。按幾何軸線形狀分：直軸，曲軸，鋼絲軟軸等。設計軸時應考慮多方面因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結構、強度和剛度。對于高速軸還應考慮振動穩定性問題。軸設計特點：在軸系零、部件的具體要求未確定之前，軸上力的作用點和支點間的跨距無法精確確定，故彎矩大小和分布情況不能求出，因此在軸的設計中，必須把軸的強度計算和軸系零、部件結構設計交錯進行，邊畫圖、邊計算，邊修改。軸設計的程序：（1）根據機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置和裝配方案（2）選擇軸的合適材料（3）初步估算軸的直徑（4）進行軸系零、部件的結構設（5）進行強度