万能外圆磨床头架三维结构设计和仿真

1、摘 要 本次设计的内容是万能外圆磨床的头架结构设计，根据磨床的相关知识并结合磨床的主要的结构特点，制定磨床头架的总体设计方案。利用三维软件pro/engineer对机械装置的设计进行三维造型和仿真以及动画制作。头架是外圆类磨床的主要部件，它的动态性能对磨床的性能有着重要的影响。头架的作用是支撑工件和传递动力，即使工件转动。其中主轴又是它的主要零件，主轴的精度高低对于整机的几何精度和工作精度有着直接的影响。关键词：磨床；头架； pro/engineer；三维造型 Abstract：The content is designed for universal cylindrical grinder

2、head frame structure design, based on knowledge of grinders and major structural features combined grinder, grinding machine headstock develop the overall design. Using three-dimensional software pro / engineer to design three-dimensional modeling of mechanical devices and simulation. The headstock

3、is the main component of the outer class grinder, its dynamic performance of the grinder has an important impact on performance. Role is to support the work piece headstock and the transmission power, even if the work is rotated. Spindle which is its main parts, precision spindle height for geometri

4、c accuracy and precision of the machine has a direct impact.Key words: Grinder; Headstock; pro/engineer; Three-dimensional modeling目 录第一章 机床的总体描述1一、机床的结构1二、机床的总体布局1三、机床的主要技术性能2四、头架（带动工件）的传动3第二章 典型零件的设计和选用4一、电机的选用4二、带轮和带的设计选择4三、传动轴部分的设计与选用5（一）轴的设计5（二）轴承的选用5（三）轴承轴向固定5（四）轴上键的选用5（五）轴端固定6（六）偏心套设计6四、主轴部分的

5、设计与选用6（一）主轴和顶尖6（二）主轴上轴承的选用6（三）主轴两端密封件的选择6（四）主轴上套筒的设计6五、箱体的设计7第三章 头架的三维制作8一、主轴制作8二、传动轴制作8三、带轮制作9四、轴承制作9五、偏心套制作10六、紧固件制作10七、密封件制作11八、箱体的制作12九、装配的概况12第四章 磨床头架工程图的绘制16一、磨床头架带轮的零件图制作16二、磨床头架小周零件图的绘制17三、磨床头架装配图的绘制18第五章 磨床头架的运动仿真19一、装配约束19二、带的制作19三、运动仿真21四、制作磨床头架运动视频21第六章 磨床头架拆装动画的制作23一、建立命名视图23二、进入动画模块并新建

6、一个动画24三、定义主体24四、定义快照24五、生成关键帧序列24六、定义定时视图25七、启动、播放27第七章 总结28参考文献29致谢30 第一章 机床的总体描述一、机床的结构M1432A型万能外圆磨床是普通的精度等级的外圆的磨床，主要用来磨削圆柱体和圆锥形的外圆内孔的加工，阶梯轴的轴肩和端平面也是可以加工的。机床能达到的加工精度和表面粗糙度如表1所示。表1 机床能达到的加工精度和表面粗糙度这种机床适用于小批生产。它不宜用于大批量，机床自动化程度较低，磨削效率也不够高。二、机床的总体布局M1432A型万能外圆磨床主要是由下列部分组成的，见图1。 1、床身1：基础支承件就是床身了，头架、工作台

7、、垫板及横向滑鞍、尾架、砂轮架等部件都是床身支撑的，使各个零部件在工作的时候能够保证很准确的相对位置。床身里的内腔则用作液压油的油池。 2、头架2：则用以装夹工件表面，并带动工件进行旋转作业。 3、尾架5：尾架有顶尖和头架的顶尖一块用以支承工件。 4、工作台8：上工作台和下工作台两部分构成了工作台。上工作台可以绕下工作台心轴在水平面内调整某一角度，这可以用以磨削锥度很小的长圆的锥面。工作台面上装有头架和尾架同工作台一起往复运动。 5、砂轮架4砂轮主轴是砂轮机啊支撑的。砂轮架则装在滑鞍6上，如果要磨削短圆锥面时，砂轮架就可以调整至所要的角度。 6、内圆磨具3：砂轮主轴是由用以支承磨内孔的。内圆磨

8、具主轴是用专门的电动机来驱动的。 图1 M1432A型万能外圆磨床的外形图三、机床的主要技术性能 磨削工件的最大直径是外圆磨床的主要参数，本机床的主参数为320 mm。 外圆磨削直径 8320 mm 外圆最大磨削长度 1000 mm；1500 mm ；2000 mm 内孔磨削直径 30100 mm 内孔最大磨削长度 125 mm 磨削工件最大重量 150kg 砂轮尺寸 ø400x50x20 砂轮转速 1670r/min 头架主轴转速6级 25，50，80，112，160，224 r/min 内圆砂轮转速 10000 r/min；15000 r/min 工作台纵向移动速度（液压无级调速

9、）0.054m/min 机床外形尺寸（三种规格） 3200，4500，5800 kg四、头架（带动工件）的传动箱体、主轴、轴承、传动装置、等组成了头架的主要部分，角接触球轴承支撑头架主轴，并利用修磨隔套，在加上轴承盖压紧轴承，轴承内外圈会有不大的轴向力，从而实现了轴承的预紧，从而提高主轴各个零件的刚度还有旋转精度。此传动是用于来实现工件的圆周的进给。运动由双速马达来驱动，经三级皮带传动,使头架的拨盘拨动工件，从而来实现圆周进给。主轴本身是不旋转的。机械传动系统如（图2）图2 M1432A型万能外圆磨床传动系统图第二章 典型零件的设计和选用一、 电机的选用根据头架的动力以及转速要求，选用YDS-

10、012型双宿电机（功率 0.55/1.1KW，转速 750/1500r/min）。二、 带轮和带的设计选择（电机经过变频器和两组带轮的传动用来带动工件的转动，可以得到六种不同转速）头架电机I49/165、112/110、131/9161/18468/178拨盘（带动工件）由此可知道，带轮的基准直径D.带轮选用实心轮，槽型Z型。具体如下表2。表2 带轮参数基准宽度基准线上槽深基准线下槽深槽间距第一槽至端面槽间距累计偏差bha minhf minef min8.5mm2.0mm10.0mm10士0.3mm7±0.6 带轮宽B=（Z-1）e+2f (Z表示槽宽数)外径da=dd+2ha所以

11、，带轮1的带宽B=（Z-1）e+2f=2×12+2×10=44mm 外径da1=dd1+2ha=49+4=53mmDa2=dd2+2ha+112+4=116mm da3=dd3+2ha=131+4=135mm带轮2的宽度B=（Z-1）e+2f=3×12+2×10=56mm 外径da1=dd1+2ha=165+4=169mm Da2=dd2+2ha=110+4=114mm da3=dd3+2ha=91+4=95mm Da4=dd4+2ha=61+4=65mm带轮3的宽度B=（Z-1）e+2f=0+2×10=20mm 外径da=dd+2ha=184

12、+4=188mm带轮4的宽度B=（Z-1）e+2f=1×12+2×10=32mm 外径da=dd+2ha=68+4=72mm带轮5的宽度B=（Z-1）e+2f=1×12+2×10=32mm 外径da=dd+2ha=178+4=182mm带的选用.选用普通V带，具体如下表3，型号为Z型。表3 带的参数带宽bp顶宽b高度h楔角露出高度ht槽型的基准宽度8.5mm10.0mm6.0mm40º-1.6+1.6mm8.5mm三、 传动轴部分的设计与选用包括轴以及轴端固定元件、轴承的固定元件，以及轴承键的设计选用。（一）轴的设计首先确定出轴的最小轴径:功率

13、P=1.1KW×94%×94%=0.97KW(其中带轮的传动效率取94%。转速n=1500×131/91×91/184=715.87所以，最小轴径由公式可得d最小=13.38mm.取d最小=21mm,故d1-2=d4-5=21mm，要求定位轴肩取的尺寸为2mm，非定位轴肩取的尺寸为1.5mm，其他轴段的轴径也就可以得到了.-、-轴处安装带轮，根据带轮的宽度定出各自的轴长，-、-轴处安装轴承以及轴承固定元件，可以定出轴径以及各自轴长，具体如下表4所示。表4 轴径与轴长项目-轴-轴-轴-轴-轴轴径21mm25mm28mm25mm21mm轴长18mm41mm2

14、08mm34mm32mm（二）轴承的选用选择使用7205c型角接触球轴承，D=52mm、d=25mm、B=15mm、A=13.5mm。（三）轴承轴向固定螺钉锁紧挡圈来进行固定，其尺寸是大径=40mm、小径=25mm、高度=14mm。（四）轴上键的选用轴和带轮上的键连接选用平键连接，1轴处键尺寸为b×h6×6mm =16mm，2轴处键的尺寸为b×h6×6mm=25mm。（五）轴端固定选用螺钉紧固轴端挡圈，两端元件尺寸一致，均为D=30mm,H=4mm，螺钉选用M5×15。（六）偏心套设计外径D=110mm，内径d=52mm，壁厚h=8.5mm。四

15、、 主轴部分的设计与选用主要包括主轴、顶尖、轴承挡圈、轴承、密封件等件的设计与选用。（一）主轴和顶尖主轴的尺寸D=60mm,d=30mm,l=331mm,顶尖的尺寸l=120mm.主轴前端锥孔选用精密莫氏4号锥度，顶尖与锥孔的配合长度为80mm。（二）主轴上轴承的选用选用7012c角接触球轴承，尺寸为D=95mm，d=60mm，B=18mm，A=17.5mm.轴承不仅要承受轴向力，也可以承受径向力，并使主轴轴向定位.轴承选用两对，一端一对轴承，每对轴承之间使用隔套隔开，修磨隔套，可以调节轴承径向间隙，以及给轴承以预加载荷。（三）主轴两端密封件的选择我们选用旋转轴唇形密封圈（B）型内包骨架型，大

16、径的尺寸是D=80mm,小径的尺寸是d=60mm，轴向的宽度为b=8mm。（四）主轴上套筒的设计厚度都采用5mm的一个设计，大小径的设计基准是轴承最大径与主轴大径，长度则是以主轴轴向的长度为基准设计的。五、箱体的设计箱体的制作方法是铸造.是灰铸铁的材料，根据表5所示，取箱体壁厚为10mm。表5 箱体壁厚选择铸造方法铸件尺寸铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁砂型200×200500×5001012mm610mm12mm8mm铸件最小的壁厚根据表6选定5mm为箱体铸造内圆角。a，b代表圆角两侧箱壁厚度，表6所示。表6 选择两侧箱壁厚度（a+b）/2小于50º50º-

17、75º75º105º105º135º135º165º912mm4mm4mm6mm8mm12mm箱体整体设计方法：中间起支撑作用的主轴和传动轴构成了箱身的主体，箱体盖子加在箱体两侧，这样就完成了整个箱体。第三章 头架的三维制作一、 主轴制作在Pro/E中先画草图，然后拉伸即可完成主轴的三位绘制。如图3所示。图3 主轴二、 传动轴制作在Pro/e中使用“拉伸”命令，并重复使用，此命令同样适用于轴，螺纹孔和键槽，“螺旋扫描”命令可以做出内螺纹， 利用“倒角”命令做出阶梯轴。如图4所示。图4 传动轴三、 带轮制作先进行草绘，带轮外形的外形用旋转命令完成，用拉伸的命令做出内孔和键槽。如图5所示。图5 带轮四、 轴承制作轴承的外圈、内圈、滚珠都用“旋转”先分别做出，然后在组件中将三个组件装配