1 目录
前言………………………………………………………………………….4
摘要………………………………………………………………………….5
一.设计任务及要求………………………………………………………..6
1.1 设计任务…………………………………………………………….6
1.2 设计任务介绍……………………………………………………….6
1.3 设计所达到的要求………………………………………………….7
二.总体方案的确定…………………………………………………………9
2.1 机电一体化对机械系统的基本要求……………………………….9
2.2 机械系统的组成…………………………………………………….10
2.3 机械系统设计准则………………………………………………….11
三.执行机构的设计与选择………………………………………………..12
3.1 执行元件的种类及特性…………………………………………….12
3.2 电气式执行的确定………………………………………………….12
四.导向机构的设计、选择及计算……………………………………….14
4.1 导轨的基本要求…………………………………………………..14
4.2 导轨的分类及特性…………………………………………………15
4.3 X向导轨副的选择………………………………………………….15
4.4 Y向导轨副的选择………………………………………………….18
4.5 X向滑动导轨副的设计…………………………………………….20
4.6 Y向滚动导轨副的设计…………………………………………….21
4.7 导轨的防护…………………………………………………………22
五.传动机构的设计、选择及计算……………………………………….23
5.1 传动机构的种类及功能要求…………………………………….23
5.2 X向传动机构的确定………………………………………………25
5.3 Y向传动机构的确定………………………………………………26
2 5.4 X向传动机构……………………………………………………..28
5.4.1蜗杆传动副的设计计算………………………………………….28
5.4.2滚珠丝杠副轴向间隙的调整………………………………………30
5.4.3滚珠丝杠副支承方式的选择……………………………………..30
5.4.4滚珠丝杠副的设计计算……………………………………………31
5.4.5滚珠丝杠副的密封………………………………………………..34
5.4.6滚珠丝杠副的润滑…………………………………………………34
5.4.7轴承的选用与计算………………………………………………..34
5.5 Y向传动机构……………………………………………………..38
5.5.1齿轮副的设计与计算……………………………………………..38
5.5.2滑动螺旋副的设计………………………………………………..41
5.5.3轴承的选用与计算………………………………………………..43
结束语……………………………………………………………………….46
附件………………………………………………………………………….47
参考书目…………………………………………………………………….49
3
前 言
20世纪后半叶，有限元法和电子计算机的广泛应用，使得对复杂的机械及其零件、构件进行力、力矩、应力等的分析和计算成为可能。对于掌握有充分的实践或实验资料的机械或其元件，已经可以运用统计技术，按照要求的可靠度，科学地进行机械设计。现代社会在机械加工领域中对零件加工精度的越来越高，零件的结构也越来越复杂，要快速高效的完成这些零件的加工，就必须要平稳、轨迹要正确的修整工具。砂轮修整机构对发展生产、增加效益、更新产品等方面都具有重要的作用。
本次课题主要研究的是如何简化无心磨床砂轮修整机构在实际加工领域中的加工过程。这就需要我们根据无心磨床的结构设计出砂轮，砂轮修整器的结构要尽量紧凑，又因为它只安装在高速旋转砂轮的附近，所以要求操作、调整都必须方便且安全，并具有良好的防尘装置。因此这次设计对我们有重要的意义。
本次设计可分五个部分。第一部分简单的介绍了砂轮修整机构的设计任务，以及设计所要达到的要求。第二部分主要是机械系统的确定，包括机电一体化对机械系统的基本要求、机械系统的组成、设计准则。第三部分是执行机构的设计与选择。第四部分是导向机构的设计、选择及计算。第五部分是传动机构的设计、选择及计算。
4 摘 要
无心磨床可分为标准型和数控型两大类。数控型无心磨床有着高稳定可靠的电气控制驱动系统和高刚度 高精度 高寿命主轴系统以及既灵敏又有强阻尼衰减特性的拖板进给系统。在无心磨床的系统中,砂轮的正确修整对加工后工件的表面光洁度有很大的影响。砂轮修整器是磨床上使砂轮恢复锐利刃口(修砺)和正确形状(整型)的一个部件。
本文根据砂轮修整器的特点,从机械系统方案的确定到传动机构、导向机构的详细设计,以及重要零件的设计校核,逐步设计出一个符号使用要求的砂轮整器。
砂轮修整机构，特别是一种组合周边导轨磨床上使用的立交双滚动成形砂轮修整机构，其特征是：修整机构安装在磨头主轴的上方，两支金刚钻石刀片同时分别修整主轴上的两组砂轮，完成两组Ｖ—平导轨和相应的形状；液压驱动水平滑板上的油缸作水平方向的匀速运动，该速度即为修整砂轮外圆的修整进度。通过调速阀实现无级调速，又通过仿形滚轮与仿形靠模板带动双垂直滑板作垂直方向的匀速运动，水平和垂直两个方向运动合成的轨迹，成为砂轮上Ｖ型导轨的截面形状，由紧固在双垂直滑板下方的两支钻石刀片，对主轴上的两组砂轮进行成形修整；钻石刀座，设计有沿水平方向移动的微调腰形槽，以满足在更换钻石刀片时，校准两Ｖ形导轨中心的需要。
关键词: 砂轮修整器 传动机构 导向机构
5 一 设计任务及要求
1.1 设计任务：专用无心磨床设计——砂轮修整机构
1.2 设计任务介绍
无心磨床可分为标准型和数控型2大类。数控型无心磨床有着高稳定可靠的电气控制驱动系统和高刚度、高精度、高寿命主轴系统以及既灵敏又有强阻尼衰减特性的拖板进给系统。
无心磨床的工作原理如图1(无心磨床工作原理图)，工件置于砂轮和导轮之间的拖架上以工件自身外圆为定位基准。当砂轮以转速n。旋转，工件就有以与砂轮相同的线速度的回转趋势，但由于受到导轮磨擦力对工件的制以作用，结果使工件以接近于导轮线速度的回转趋势，从而在砂轮与工件之间形成很大的深度差，据此产生磨削作用。
在无心磨床的系统中，砂轮的正确修整对加工后工件的表面光洁读有很大的影响。因砂轮工作了一段时间后，砂粒逐渐变钝，且有不均匀的磨损，砂粒间也充满了切削和砂粒的碎粒。这样就使砂轮工作表面逐渐失去了原来的形状和工作功能，使磨削后工件表面光洁度变坏，因此必须定期加以修整。砂轮修整器是磨床上使砂轮恢复锐利刃口（修砺）和正确形状（整形）的一个部件。 6
图1 无心磨床工作原理图
1.3 设计应达到的要求
设计的砂轮修整器应达到以下要求：
1）砂轮修整器的刚性要好。
7 2)修整工具运动要平稳、轨迹要正确。砂轮的修砺作用主要决定于修整工具的锐利程度，而整形作用主要决定于砂轮修整器的成形原理和结构形式。因此欲使砂轮表面获得所要求的正确形状，是砂轮修整器设计中要解决的主要问题。
3）由于受磨床总体布局的限制，砂轮修整器的结构要尽量紧凑，又因它只安装在高速旋转砂轮的附近，所以要求操作、调整都必须方便和安全，并且具有良好的防尘装置。
8 二 总体方案的确定
机电一体化产品是由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械或机电部件相互联系的系统。其核心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、液压、光学等技术的伺服系统。它的主要功能是完成一系列机械运动。每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和执行结构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协调和控制，以完成其功能要求。
通过对机床动作的整体分析后发现，砂轮修整环节在整个磨削工时中占有相当比重，而且不同的工件要求不同的砂轮修整曲线。过去完全凭操作工的经验来掌握，无法保证磨削精度的稳定性。我们决定把数控化改造的突破口选在砂轮修整器上，选用控制精度高、可靠性好、操作简便、价位合理的数控系统来控制砂轮修整器的金刚钻运动，从而实现对砂轮进行任意给定曲线的修整。
2.1 机电一体化对机械系统的基本要求
机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，就是说响应要快、稳定性要好。一个典型的机电一体化系统，通常由控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承部件，以及检测传感部件等部分组成。这里所说的机械系统一般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承部件、旋转支承部件、轴系及架体等机构组成。在无心磨床上要磨出高精度合格的零件，机床本身要具备以下几点：
a)高精度 精度直接影响产品的质量, 尤其是机电一体化产品, 其技术性能, 工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高, 因此机电一体
9 化机械系统的高精度是其首要的要求. 如果机械系统的精度不能满足要求,
则无论机电一体化产品其他系统工作再精确, 也无法完成其预定的机械操作。（如：砂轮、导轮的回转精度，两修整器的精度等）。
b) 快速响应 即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短. 这样控制系统才能及时根据机械系统的运行情况得到信息, 下达指令, 使其准确地完成任务.
c) 良好的稳定性 即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响,
抗干扰能力强.
只有具备了以上这些条件，才能磨削出高精度的批量零件。此外还要求机械系统具有较大的刚度,良好的可靠性和重量轻,体积小,寿命长.
2.2 机械系统的组成
机电一体化机械系统中应包括以下三大部分结构:
a)执行机构 它是用以完成操作任务的, 执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下, 完成预定的操作. 一般要求它具有较高的灵敏度, 精确度, 良好的重复性和可靠性. 由于计算机的强大功能, 使传统的作为动力源的电动机发展成为具有动力, 变速和执行等多重功能的伺服电动机, 从而大大地简化了传动和执行机构.
b)导向机构 其作用是支承和导向, 为机械系统中各运动装置能安全,
准确地完成其特定方向的运动提供保障.
c)传动机构 机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转
矩的变换器, 而是已成为伺服系统的一部分, 它要根据伺服控制的要求进行