目录第1章绪论 (1)1.1 磨床的类型及其特点 (1)1.2 磨床的现状及其发展趋势 (2)第2章磨床总体布局 (5)2.1磨床总体设计 (5)2.2总体设计注意事项 (5)2.3磨床总体布局设计 (6)第3章部件设计（砂轮架） (15)3.1砂轮架设计的基本要求 (16)3.2旋转精度及其提高措施 (16)3.3轴承系统的刚性 (16)3.4架主轴初步设计 (16)3.5刚度校核 (17)3.6压轴承 (18)3.7装置设计 (19)第4章数控系统设计 (25)4.1概述 (26)4.2硬件电路总体方案 (26)第5章液压系统设计 (33)6.1 概述 (33)6.2 液压传动设计 (33)结论 (36)致 (37)参考文献 (38)摘要设计为MKS1632A数控高速端面外圆磨床及其砂轮架设计，通过查阅国外磨床相关资料，首先确定磨床总体布局中各部件（如砂轮架、头架和尾架等）尺寸，其次检验主轴前端扰度，确保主轴刚度。

设计中砂轮架采用静动压轴承以提高旋转精度，增强抗振性，延长轴承的使用寿命，传动系统采用皮带和花键副带动主轴旋转，减少主轴变形，使载荷分布均匀。

本设计中的控制部分采用通用的可编程接口芯片8255A。

本次设计我负责的部件是砂轮架，砂轮架是磨床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件，主要由传动部件和主轴轴承部分组成，主轴与轴承是砂轮架的主要组成部分。

首先是根据砂轮架主轴的要求进行轴的设计，然后再选取轴承，设计皮带和皮带轮等等。

在这个过程中，轴的挠度校核、皮带和皮带轮的设计等用到了大量的计算。

关键词：数控外圆磨床砂轮架第1章绪论1.1 磨床的类型及其特点用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床，它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的[1]。

磨床种类很多，主要有：外圆磨床、圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等[2]。

对外圆磨床来说，又可分为普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床、端面外圆磨床等以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。

此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。

磨床与其他机床相比，具有以下几个特点：1、磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上发展）；2、它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件；3、它能使工件表面获得很高的精度和光洁度；4、易于实现自动化和自动线，进行高效率生产；5、磨床通常是电动机---油泵---发动部件，通过机械，电气，液压传动---传动部件带动工件和砂轮相对运动---工件部分组成[1]。

1.2 磨床的用途磨床可以加工各种表面，如、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。

磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺围十分广泛。

随着科学技术的发展，对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。

精密铸造和精密锻造工艺的发展，使得有可能将毛坯直接磨成成品。

高速磨削和强力磨削，进一步提高了磨削效率。

因此，磨床的使用围日益扩大。

它在金属切削机床所占的比重不断上升。

目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达30%----40%。

第2章磨床整体布局2.1 磨床总体设计1.加工零件的工艺分析（表面形状，尺寸，材料，技术条件，批量，加工余量等）；2.调查研究比较国，外同类机床，经验总结，进行改革创新；3.图纸设计（总图，部件装配图，零件图，工艺卡，目录，标准件，外购件目录，铸件，锻件目录，说明书，装箱单，合格证）；4.制造，装配，调试；5.小批量生产，设计改进；2.2、总体设计注意事项1.保证机床满足加工精度要求，刚性，稳定性好；2.传动系统力求简短；3.操作调整方便；4.安全保护，冷却液供给，回收，废渣的排除。

2.3 磨床总体布局设计加工零件带轴肩的多台阶轴，精度IT7以下，Ra1.6---Ra0.4，材料45#，40cr，球墨铸铁等；初步估计组成部分a.床身；b.工作台面；c头架；d尾架；e砂轮架；f 修整器；g 测量装置；h 砂轮进给电机；I 修整器进给电机；j 电器框；k工作台进给电机；l 工件旋转电机；m 润滑冷却装置；n数控装置；总体布局初步设计图2－1 E5数控框纵向与横向尺寸的确定1.纵向尺寸①工件最大长度 1750l mm =； ②头架长度 2440l mm =； ③尾架长度 3320l mm =；④上台面长度 4123100(20~40)1640l l l l mm =++++=； ⑤下台面长度 ()54415%~20%2000l l l mm =+⨯=； ⑥床身长度 6514003150l l l mm =++=；⑦后床身长度 71600l mm =（考虑砂轮架和修整器大小按经验给定）； ⑧整个床身宽度 81650l mm =（视觉效果）； ⑨砂轮架中心与机床床身对称线相距023120l l l mm =-=图2－2 磨床纵向尺寸2.横向尺寸1）画出横向尺寸床身的V 型导轨作为横向尺寸的基准，画出床身的平面导轨作为高度尺寸的基准线，根据确定的工作台参数，导轨参数B1’，B2’中心画出左视图2）确定上，下工作台厚度和宽度 （1）厚度：用类比法 上工作台()20.25~0.35'h l =中心（2－1）下工作台()10.3~0.4'h l =中心（2－2）'l 为工作台导轨的中心距，工作台导轨选用80⨯75⨯250取 1'h =0.3⨯250=75mm2'h =0.38⨯250=95mm（2）宽度45'B l B B =++工作台（3－3）()()()1/212~301/2752058B B mm =+=⨯+= ∵46B B ≥ ∴ 470B mm =()()()711/2'12~301/2752060B B mm =+=⨯+= ∵ 57B B ≥ ∴570B mm =2507070390B mm =++=工作台3）确定头，尾架顶尖中心位置顶尖中心安排在V 型导轨的中心线上，这样有利于磨削最小直径工件的，砂轮架趋近于工作台不致相碰。

缺点是使导轨的承载压力较大，故常适当加宽V 型导轨的宽度。

4）确定头尾架顶尖中心至床身底面的高度H111000~1100H =左右[1]根据工人身高，经验。

类比取11095H mm =()2112/739.6H H h h H COS mm α=-++= 5）工作台回转中心位置B9()()91/2'1/2*250125B l mm === 6）确定机床总高H2H H h H H =+++头架测量仪739.6170411633.451954mm=+++=所以H 取2000mm 。

2.3.5 砂轮架相关尺寸设计（1）砂轮架导轨（V —平导轨）100⨯90⨯400[1]考虑到砂轮的大小及重量与砂轮架的稳定性，取L`中心=500mm ，从而可定出砂轮架的宽度约为600mm ，导轨为0.15MPa 的卸荷导轨。

图3－3 砂轮架的导轨（2）砂轮架横向行程长度l 横()0.1~0.2l s s s =++⨯横丝杆快速快速（3－4）式中s 快速为砂轮架快速进退的行程，一般取60~150mm 。

此处取111mm 。

()()max /2/2/2/2s D D D D =+-+砂砂min 丝杆工件max 工件min（3－5）()()750/2320/2550/220/2250mm=+-+=安全系数取0.1足够2501110.1111372.1l =+⨯+=横（l 横取373）（3）砂轮架高度和长度砂轮架箱体导轨的高度h3，砂轮底板滑台高度h4，砂轮中心距砂轮底面高度h5，与后床身顶面至平导轨的高度h0，为避免上，下工作台运动时与箱体相碰，安装在后床身上的垫板顶面需低于上下工作台的顶面，同时考虑横向进给机构穿过床身的位置等，根据经验①6110~150h mm = 取6130h mm = ②砂轮架中心距后床身顶面71261095740130485h H H H mm =-+=-+=③砂轮架底座安装修整器，有传动丝杆 取4120h mm =④后床身进给导轨装丝杆 取3190h mm =5734h h h h =--485120190=--175=图3－4 砂轮架的高度和宽度⑤砂轮架底板长度9l ：9l ()1.5~2l ≥中心 ()1.5~2*500750~1000==∴ 取9l =900mm⑥砂轮架导轨长度()10950~80l l l ≥++横900373801353mm=++=∴取 101305l mm = （4）砂轮架主轴电机的选择①用类比法，砂轮架主轴电机的功率取15kw ； ②计算法N N N =+切电空（3－6）()()*2 3.82.35~8.82 3.8Z P V =÷+=+砂取15KW N =电2.3.6 头架相关尺寸的确定①长，宽，高：440⨯400⨯411mm [1] ②主轴锥孔：莫氏5#锥孔 ③中心高：max /2H D K =+（3－7）()320/220~35=+180~195mm =通过以上计算头架中心高取180mm ④主轴转速()1/80~1/160*6045~22.5/I V V m s ==砂（3－8）取40/I V m s =Im 716/min 300ax V r => min 22/min 30I V r =<⑤交流伺服电机选择用类比法，交流伺服电机选择IFT5076-DA(D1 18N-M)电机 砂轮磨削工件需要的功率()max 150*32024./Z F r N m s ⨯==工件最大磨削力（3－9）交流伺服电机通过20/38的双楔齿轮带传递给工件，即41838/2034.2./N N m s l =⨯=>实 ∴合格⑥主轴不旋转，主轴靠拨盘带动旋转2.3.7 尾架相关尺寸的确定①5#莫氏锥孔②中心高180mm ，台面倾斜10° ③直线滚动导轨④液压油缸，顶紧力12~15kg 2.3.8 工作台要求上，下台面便于调整头尾架，便于安装滚珠螺母。

倾斜10°以便于头尾架定位，冷却液回流；及使头尾架不等高时修刮侧面 2.3.9 横向进给机构交流伺服电机----联轴器----滚珠丝杆----砂轮架 压力卸荷导轨 压力油0.15Mpa 卸去60%~75%压力 V —平导轨 100*90*500 砂轮架行程 373l mm =横 2.3.10 砂轮修整器伺服电机---丝杆---修整器 直线滚动导轨主轴直径D=50mm ，采用液体动压轴承(16r/min 6.3Mpa) 修整速度=()1/3~1/5V 砂修整器直径70~120φφ 故12~19/V m s =线 修整器行程为160mm2.3.11 液压系统①修整器；②尾架；③量仪（两个）；④润滑油；⑤床身导轨；⑥砂轮架卸荷导轨；⑦丝杆；⑧直线滚动导轨；⑨间歇2.3.12 电气部分SIMENS 810G 控制五坐标轴砂轮架主轴2.3.13 机床保护系统①静压供油系统压力继电器压差发讯器液压控制器电路延时②尾架伸缩油缸静压供油系统：设置自动循环电路，可手动，也可用于脚踏。