最新版花键轴磨床金刚滚轮修整器的设计毕业设计.docx

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最新版花键轴磨床金刚滚轮修整器的设计毕业设计

花键轴磨床金刚滚轮修整器的设计

SplineShaftGrindingWheelDresserDiamondDesign

作者姓名：

殷蕾

专业：

学号：

指导教师：

完成日期：

上海电机学院继续教育学院

摘要

本次的课题主要针对目前的花键轴磨床基本上采用金刚钻笔进行砂轮修整，这种修整器的结构很复杂，修整精度保持性差，调整困难。

想寻找一种新的解决办法。

金刚石修整滚轮是新一代砂轮修整工具，集精密制造、精密电镀、精密测量于一体的高技术产品。

采用成型修整技术具有修整效率高、修形能力强、精度高保和持性好等优点，是发展高精度成型磨削加工所需的关键技术。

而在汽车、拖拉机行业希望生产厂能提供一种高效修整，修整精度保持性好的一种修整器。

我们采用金刚滚轮进行砂轮修整的方法来满足汽车、拖拉机行业的要求。

所以提出了这一课题。

希望在国内外各个方面的科技知识下设计出一个满足以上条件的修整器。

关键词：

调整；精密制造；精密测量；修整器

SplineShaftGrindingWheelDresserDiamondDesign

Abstract

Themaintopicforthecurrentsplineshaftgrindingmachineisbasicallyusedfordressingdiamondpen,thisdresseristhecomplexityofthestructurewasrepairedtomaintaintheaccuracyofpooradjustmentdifficulties.Tofindanewsolution.Diamondwheeldressingwheeldressingtoolisanewgeneration,setprecisionmanufacturing,precisionelectroplating,precisionmeasurementofhigh-techproductsinone.Trimmoldingtechnologyusedtorenovatehighefficiency,modificationcapability,highaccuracyandgoodsecurityandtheadvantagesofholding,istodevelophigh-precisiongrindingmoldingthekeytechnologiesrequired.Andintheautomotive,tractormanufacturingplantindustryhopetoprovideanefficientfinishing,finishingofprecisiontomaintainagooddresser.WeuseDiamondWheelDresserWheelforwaystomeettheautomotive,tractorindustryrequirements.Thereasonforthistopic.Ihopeathomeandabroad,scientificandtechnologicalknowledgeinallaspectsofadesigntomeettheaboverequirementsofthedresser.

KeyWords：

WriteCriterion；TypesetFormat；DegreePaper

引言

此次，我所设计的是金刚滚轮修整器：

它是安装在花键轴磨床上的，安置在尾架旁，当休整砂轮需要休整时则将砂轮移至，用金刚滚轮进行修整，修整完后，砂轮返回继续加工，整个修整过程大体就是这样。

为此，我想先应该向大家介绍一下花键轴磨床和成型磨削技术，然后借此来逐步引出金刚滚轮修整器的具体相关问题。

1.1花键轴磨床简介

花键加工机床主要用于加工花键轴、花键孔和利用拉刀进行的轴类侧面的加工，它属于专用化机床。

花键轴磨床的布置形式主要以卧式为主，机床结构包括:

头架、尾架、砂轮架。

（主要结构可参见图1-1）

图1-1花键轴磨床简图

花键轴磨床的加工过程很简单，图中我们可以看到砂轮通过拖板的移动在两个顶尖中来回磨削：

首先砂轮由右撞块向左撞块移动一个行程；在行程过程中，撞块推动了拨杆，拨杆驱动操纵箱使分度板旋转一个度数，分度完成后，砂轮就返回并继续磨削一个新的回程，如此来回反复。

此过程中，砂轮每磨削一次，就带动撞块拨动拨杆一次。

即自动完成了磨削一次分度一次的过程。

而当砂轮磨损后，就将砂轮移动至尾架的工作台上，由金刚滚轮修整器进行修整，方便，快捷，同时，由于金刚滚轮的特点，利用成型磨削加工的方法使得砂轮的精度得以保证，再者这种修整方式不用拆卸砂轮，故不影响加工，可以保证加工效率。

1.2成形磨削加工技术简介

伴随着现代科学技术的发展，各种复杂型面零件的加工越来越多，使得成形磨削在生产中的日益增多。

成形磨削的发展同时带动了砂轮修整技术的发展。

在成形磨削过程中，砂轮的成形往往是由专用修整装置完成的。

尤其在精加工中，对成形砂轮修整器的性能和精度有着相当高的要求：

首先，要保证成形表面的正确性，可靠性。

其次，对工件外轮廓的变化的适应性。

再次，实现外轮廓校正的可能性，包括对砂轮直径的补偿，修整刀具的磨损补偿以及修整和磨削误差的补偿。

成形磨削是磨加工中一种比较常见的夹攻方式，其特点是指按工件的要求，修整出相应形状的砂轮，工件作直线或圆周运动，用切入磨削法完成加工循环（螺纹磨削除外），对技术设备有一定的要求，具有高精度、高效率的优点。

成型磨削是指工件成品需依赖研磨将之加工为特定形状,而不同于一般的平面.外圆.无心.内径研磨.成型磨削工艺是先将砂轮用洗石笔或直接制造成所需的特定形状,再研磨使工件成为与砂轮相同的形状.这种磨法也叫"仿型研磨""SEIKEI".最常见的是电子零件冲压模具如端子接头,需将模具零件等距切沟并保持沟底底部锐角,以冲出所需的铜料成品形状.

1.3花键轴加工新技术——内径定心技术简介

随着科学技术的发展花键加工使用了内径定心（见图1-2），此方法不同于过去的外径定心法（见图1-3），在原来外径定心加工中，花键是以加工件外部轮廓为加工基准，这样的定位方法精度低，同时在配合上也存在问题，易发生花键跳动等问题。

内径定心采用的是以花键轴的加工内圈为基准，利用此种方法，大大强化了精度，使花键轴的对准，配合，装配都有所提高。

其广泛使用于现代机床轴类加工、汽车万向节、汽车传动轴类加工等大批或成批生产的加工过程中。

在这些机械及工程机械行业中，他们所需要的花键品种少，结构较为单一；所以他们也希望有一种可以提供高效率的，精度高的，并能保持精度稳定性高的的修整器。

内经定心的特点在于它是一项高精度的加工方法，同时对于修整器的精度要求和精度保持性要求高，现在的成型加工技术日益成熟，而利用金刚滚轮进行修整则很好的保证了修整的精度，金刚滚轮的的精度稳定性又高，可以保证加工的效率。

由此可以说保证了内经定心的利用。

为此，在这样的市场以及这样的环境下，开发一种金刚滚轮修整器是有意义的、有价值的、可行的、合适的。

图1-2内径定心示意图

图1-3　外径定心示意图

1.4提出本课题的意义

在磨削加工中,砂轮的磨损状态影响着磨削加工的生产效率和加工质量。

及时而正确地修整砂轮，是提高磨削效率和保证磨削质量不可缺少的重要环节。

砂轮修整就是用修整工具将砂轮修整成形或修去磨钝的表层，以恢复工作面的磨削性能和正确的几何形状的操作过程。

从上面的简介可以看出目前的花键轴磨床基本上采用三支金刚钻笔进行砂轮修整。

两支负责修整砂轮的两侧面，一支负责修整砂轮的圆弧面。

这种修整器的结构很复杂，修整精度保持性差，调整困难。

汽车、拖拉机行业希望生产厂能提供一种高效修整，修整精度保持性好的一种修整器。

现在我们采用金刚滚轮进行砂轮修整的方法来满足汽车、拖拉机行业的要求。

金刚石滚轮是磨床上一种新型的砂轮修整工具，用其修整砂轮具有修整效率高（一般几秒钟内就可完成），重复修整精度高，大批大量生产质量稳定，特别是金刚石滚轮能完成其它方法（如单点金刚笔）无法完成的高精度复杂型面的修整等优点。

1.5金刚石工具的应用情况

金刚石磨料及其制品主要用于加工非铁族金属的各种难以加工的材料，如石材、玻璃、水泥制品、耐火材料、陶瓷、木材以及硬质合金、硅铁合金等。

（1）金刚石刀具

金刚石刀具在汽车和摩托车行业中主要用于加工发动机活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱、化油器等。

由于这些部件材料含硅量较高（10％以上），并且大多采用流水线方式大批量生产，对刀具的使用寿命要求较高，硬质合金刀具难以胜任，而金刚石刀具的耐用度是硬质合金刀具的10～50倍，可保证零件的尺寸稳定性，并可大大提高切削速度、加工效率和工件的表面质量。

（2）金刚石磨具

金刚石磨具主要指砂轮、油石、精磨片、珩磨条、磨盘、磨辊、磨轮等产品。

下面主要介绍金刚石砂轮的应用情况。

　　金刚石砂轮是七十年代初开始研制和应用的，主要用于非铁族金属材料的加工。

按结合剂剂型区分，金刚石砂轮品种主要可分为：

树脂结合剂、陶瓷结合剂、金属结合剂和电镀成型。

其中，树脂砂轮的应用范围较广。

金刚石砂轮可用于加工在机械行业中应用量大、应用面广的各种硬质合金刀具，特别是对一些外型复杂、精度要求很高的刀具，采用金刚石砂轮加工更能显示其优越性。

（3）金刚石滚轮

普通磨具在机械加工中应用量很大，各种新型磨具和先进磨削工艺的应用对磨具修整技术提出了更高要求。

金刚石滚轮是一种高效成型修整工具，用于修整砂轮时具有效率高、修整时间短、成型能力强、修整型面精度稳定等优点，在正常情况下一个金刚石滚轮可进行数万次砂轮修整。

特别是在型面复杂、精度要求高的零件批量生产中，采用金刚石滚轮对磨具进行修整效果更为显著。

1.6金刚滚轮简述

砂轮是有磨粒、结合剂和孔隙三要素组成。

磨粒的硬度很高，具有锋利的刃尖，当砂轮高速旋转时，其表面上无数锋利的磨粒，就像一把多刃刀具，从工件上切除一层薄薄的金属，形成精确光洁的加工表面。

磨削时，砂轮的圆周速度很高，普通磨削为30--50米/秒，高速磨削大于45--60米/秒，同时砂轮磨粒具有多刃性和微刃性，以及在磨削过程中的自锐作用，使新的磨粒不断地参加磨削。

因此，磨削加工具有下列特点：

（1） 能使工件获得很高的加工精度（2--1级或更高），以及很高的光洁度，普通磨削为7--9，精密磨削为10--11，超精磨削为12--13，镜面磨削为14；

（2）能够磨削硬度很高的淬硬钢、硬质合金或其他硬度很高的金属材料和非金属材料；

（3）磨削速度高，砂轮与工件的接触面积大，在磨削区内由于磨削产生大量的热，故磨削温度很高，需充分供给冷却液，增强润滑，带走热量；

（4）砂轮表面的磨粒，使用一段时间后会钝化，因此，在磨削过程中要经常修整砂轮；

（5）砂轮属于非均切削工具，安装前要经过仔细的静平衡，以减少机床的振动；

（6）通常磨削作为精加工序，磨削加工余量比其他切削加工余量要少得多。

普通磨削用得最多的磨料是白钢玉（氧化铝），近年来出现了多种新磨料，如白钢玉、人造金刚石和立方氮化硼等。

由于磨料和结合剂不断的取得进展，发展了多种新型砂轮，促进了新的磨削工艺和磨床的出现，使磨削加工范围不断扩大，从传统的精加工领域进入到粗加工领域。

采用强力磨削工艺，还可以部分地代替车，铣削加工。

特别是对精铸或精煅的工件直接磨削，粗、精工序可一次完成，不仅能够满足精度要求，而且有很高的生产效率。

金刚石成型修整滚轮简称金刚滚轮，它相比于过去的金刚笔修整器而言，有着机构简单，修整时间短，使用寿命长（可达50—250万次），修整精度高（可达±2µm），效率高等优点，虽然它出现的时间还不太长，但随着仿形加工、模具加工工业的日益新起，它在提高自动化进程领域中的地位也越来越高。

主要用于对复杂型面的刚玉和碳化硅砂轮进行修整。

现在金刚滚轮在成型磨削领域中已经广泛应用。

金刚石修正滚轮用于机械加工行业中：

（1）汽车行业：

曲轴、阀体、活塞环、万向节。

（2）在工具行业：

钻头、铣刀开槽开刃、丝锥螺纹。

（3）轴承行业：

直线道轨副、球轴承沟道、锥型轴承、柱轴承沟道。

（4）机床行业：

齿轮加工、磨削外型的成型加工、滚珠丝杠。

2方案分析

2.1设计中的技术要求和参数

滚轮中心离工作台距离：

150mm

拖板机构尺寸：

230mmx200mmx80mm

金刚滚轮直径：

￠120mm

金刚滚轮粒度：

60#

金刚滚轮转速：

30-100转/分

金刚滚轮修整器主要由控制滚轮转速的伺服电机、调整金刚滚轮对准花键轴中心位置的拖板、滚轮座、金刚滚轮组成。

2.2总体方案分析

目前的花键轴磨床基本上采用刚钻笔进行砂轮修整。

这种修整器的结构很复杂，修整精度保持性差，调整困难。

而汽车、拖拉机行业希望生产厂能提供一种高效修整，修整精度保持性好的一种修整器。

所以，我打算采用金刚滚轮进行砂轮修整的方法来满足汽车、拖拉机行业的要求。

金刚石滚轮是磨床上一种新型的砂轮修整工具，用其修整砂轮具有修整效率高（一般几秒钟内就可完成），重复修整精度高，大批大量生产质量稳定，特别是金刚石滚轮能完成其它方法（如单点金刚笔）无法完成的高精度复杂型面的修整等优点。

图2-1　总装配图示意图

2.1设计思路

1.首先确定加工工件为花键轴；

2.由花键轴加工工具砂轮确定金刚滚轮修整器的大小；

3．由金刚滚轮修整器的大小确定滚轮座位置高度；

4.由位置安装引出横向纵向拖板的位置调整；

5.位置选定后安装好滚轮座，再安置电机；

6.通过手摇柄进给的方式所以使用了一定得消隙结构；

7.最后完成总的结构排布。

3技术分析和受力分析

3.1金刚滚轮修整器的方案选定

图3-２　滚轮修整器方案简图

如图3-2所示，我所选定的方案是利用金刚滚轮成型修整器，并且安置在位于尾架的工作台边上，其修整过程如图所示，被修砂轮在金刚滚轮上进行修整，首先，砂轮从磨削工作台移动至尾架上，通过手摇轮将金刚滚轮移动至此，然后砂轮向下靠向金刚滚轮，修整一下后，返回到原来的工作台上继续进行磨削。

由于金刚滚轮的精度保持性非常好，所以修整精度保持性也很好。

当然这种修整器不适宜用于加工多规格花键轴的磨床。

虽然这种方式的可调整性比较差，但是器主要用在汽车、拖拉机行业中，而这些行业中因为加工要求的需要，需要可以大批量的，调整容易的，修整效率高的，且精度保持性能好的修整器，所以此次所选定的方案应该是可行的，是可以运用到实际的工作环境中的。

3.1.1金刚石滚轮修整简介和特点

金刚石滚轮是一种较新的修整工具，它是将表面形状与被加工工件一致的金刚石滚轮切人修整砂轮，然后再以此砂轮切人磨削成形工件。

金刚石滚轮分有单锥面、双锥面、圆柱面、圆弧面四种基本型面。

金刚石滚轮的线速度一般为金刚石滚轮线速度是砂轮线速度的1／3．修整进给量取0.01mm。

金刚石滚轮与单点金刚石修整相比，具有以下特点：

（1）修整精度高：

这是因为随着磨削速度的提高，单点金刚石的磨损加快而影响了修整精度。

试验表明，金刚石修整滚轮的磨耗只有单点金刚石的1/2000。

（2）修整效率高：

用滚轮进行成型修整与单点式修整相比，修整时间缩短到原来的1／lO到1／lOO。

（3）型面复杂：

对于复杂的成型表面，金刚石滚轮可以修整，而单点金刚石由于受到“干涉”性的影响，无法修整。

（4）性能价格比优：

尽管金刚石滚轮的价格远高于单点金刚石，但是综合考虑到再修整费用、修整周期、修整效率、使用寿命、换装频率、加工质量等综合因素，滚轮的性能价格比是单点金刚石的5倍以上。

（5）质量稳定性好：

金刚石滚轮能在最短的时间内，通过切人式磨削可以一次完成复杂型面的精加工，所以可保证大批生产零件精度的质量稳定性和一致性；而单点金刚石由于磨损快而导致加工零件精度的质量不稳定，而且会出现工件表面“螺杆”型面。

（6）万用性能比较：

这点可是说是单点金刚石的优点，由于金刚石滚轮是成型加工，所以在万用性能上自然有所欠缺，但对于大批量相同类型的加工过程，并没有那么苛求。

3.1.2不同修整方法的比较和选择

（1）齿轮齿条控制3支金刚笔修整（见图3-3）

其运行方式通过齿轮的旋转带动拖板，完成金刚笔在2个侧面的修整过程；通过齿轮的转动带动了齿条有一个连接件再带动1支金刚笔对圆弧进行修整。

此种方法的特点如下；

1）由于3支金刚笔都需要调整定位，再修整过程中其磨损未必一致，要反复注意其改变情况，故其调整复杂。

2）3支金刚笔彼此都是独立安排的，所以其可调性较好，能适用于多种场合，万用性好。

3）由金刚笔本身特性所决定，金刚笔本来就比较易磨损，在这种运行方式和速度都不一致的情况更易如此，故此种安排易磨损。

图3-33支金刚钻进行修整

（2）数控金刚滚轮修整（见图3-4）

此种方法是利用一个半圆弧金刚滚轮通过数控的方法在拖板上运行，行走一个砂轮的外型以次来进行修整。

此种方法的特点也有以下几点；

1）由于半圆弧金刚滚轮的大小和厚薄可以选择，而数控行走的路线又可以反复变更，其适用范围也很广，可以说万用性也很不错。

2）此法利用到了数控设备，比较于一般的加工方法此种方法要配置一台数控设备，使用费用较大。

3）利用这种方法的关键问题是选好基点，即数控加工的起始点，故其调整难度略低于3支金刚笔的调整难度。

图3-4金刚滚轮走程序进行修整

（3）金刚滚轮成型修整（见图3-5）

此种方法直接利用成型的金刚砂轮进行修整，比较上述2种方案其特点是；

1）利用了成型修整技术，故其一旦安置后基本不用调试，可是说整修的精度等完全是由其制作精度控制，从而减少了调试的误差。

2）同时，相比较于前2种方案，其可调整性能就很差，因为是成型技术，所以只能适用于大批量，单一的种类加工。

3）金刚滚轮成型技术的利用最大的一个好处就是其磨损很均匀，可以说金刚滚轮的磨损对于精度的改变很小，也就是说在反复多次的磨损中，其保持精度的稳定性特别好。

图3-5金刚滚轮成型修整

通过以上比较不难看出，在大批量生产中采用金刚滚轮修整成形砂轮具有成本低、修整时问短、被加工工件精度质量稳定、操作维修方便等一系列优点。

在这次我的设计主题是花键轴磨床修整器的前提下，我通过以上的种种比较选择了用金刚滚轮作为本次设计的修整工具，并且此项技术在国外已经相当成熟并广泛应用。

3.1.3金刚滚轮成型修整器安放位置比较

（1）金刚滚轮放置在砂轮架上进行修整

此种方法利用到了金刚滚轮，由于金刚滚轮的优点，即其是一种成型加工的方法，故其调整容易，只需对准砂轮即可，同时由于其成型加工的特点，此种方法只能加工单一的砂轮，其万用性很差。

同时其主要问题是要安置在砂轮架上；主要是安装位置选定和安装后砂轮架受力变形问题需要考虑。

（2）金刚滚轮放置在拖板上进行修整

此种方法也是利用了金刚成型滚轮进行加工，所以它的调整相当容易，但是同时它的万用性也差，不同于安置在砂轮架上的安置问题，由于它是安置在拖板上的，而拖板又位于尾架之上，关键的问题在于，如何使砂轮移动至尾架进行修整和如何保证移动至指定的位置进行修整，还有相对于其它几种安置方法，此种方法在尾架的布置和大小上有所改变，考虑是否影响整体的刚度和机械特性。

最终，我选择了放置在尾架上放置修整器，主要考虑是安置方便，且不需要考虑受力的问题。

3.1.4金刚石整修工具使用中的注意事项：

（1）在使用新的修整器之前，应从上次修整的进给中退出。

许多质脆的金刚石修整工具，在开始与砂轮的接触中，都容易被损坏。

（2）以倾斜10-15°的角度安装金刚石修整工具头，使其指向砂轮的旋转方向。

（3）牢固地安装好修整器或夹紧修整工具，不得将工具头悬垂太长。

（4）在可能的情况下，尽量使用冷却液。

在整个修整时间里，用冷却液浇注修整工具与砂轮接触处。

（5）在修整开始时，从砂轮的最高点修起，通常为砂轮的中部。

（6）注意进行轻微量的修除。

修除的最大深度，对于粗修除：

0.001-0.002英寸。

对于精修除：

0.0005-0.001英寸。

（7）按有关手册选择合适的横向移动速度。

横向移动速度越慢（在允许范围），获得砂轮表面粗糙度越低。

（8）必须在规定的时间间隔内对砂轮进行修整，防止砂轮变钝，使磨削力增大。

（9）在规定的时间间隔内，将刀夹中的修整工具，旋转1/8圈，以保证修整工具的始终锐利。

（10）当金刚石修整器或工具头变钝或明显地变平时，应及时地调整与更换。

（11）根据砂轮的直径大小，合理选择金刚石的CARAT量（纯金刚石含量），砂轮直径越大，选择的金刚石CARAT值越大。

（12）在放置金刚石修整工具头到夹座时，注意不要撞击到砂轮表面。

（13）不能将单点的金刚石修整工具头垂直地对准砂轮中心，一般需要倾斜10-15°。

（14）不能对发热的修整工具进行“淬火”（指突然变冷）。

在干式修整时，必须保持两次修整的间隔时间，足以使发热的修整工具冷却。

（15）不能假定砂轮表面具有理想的平整。

在开始修整时，找出砂轮的最高点位置，进行修整。

（16）如果可能的话，每次砂轮的修除量，在砂轮的半径上不能超过0.001英寸。

过大的修除量能够引起金刚石修整工具头的过早磨耗和经常破碎。

（17）但也不能每次修除太小的余量。

对于在旧的或刚性差的机床上使用的砂轮可以不进行修整。

（18）注意修整中不能在一个位置上停留太长的时间。

这样将会使砂轮表面抛光，产生高温和损坏金刚石修整工具。

每天至少转动修整工具一次。

（19）不能继续使用磨损或损伤了的修整工具。

应及时对它进行调整或替换。

（20）不能在粗修整时选择过大修除量和太快的横向进给速度，然后在精修整时再选择小修除量和缓慢的横向进给速度。

这样将会很快地损坏金刚石修整工具。

如果可能的话，建议粗修整和精修整时，选择同样的横向进给速度。

3.1.5金刚石整修工具加工方法

1）外镀法：

外镀法的特点是制作工艺较为简单（尤其对于有齿向修形要求时）,但精度稍差。

2）内渡法：

用内镀法制作时,要先制作一与修整轮实际形状相反的成型模（阴模）,修整轮轮齿的外形面是成型模的型腔面。

其型腔内型面的精度直接影响修整轮型面的精度.型腔的作用是保证电镀时金刚石磨粒按要求的型面形状精确地定位,并使金刚石外露表面的高度均匀一致。

制作时先将金刚石磨粒镀在成型模上并用电镀法将金刚石颗粒固定在基体上然后去除成型模。

内镀法的特点是制作工艺复杂对设备及制作工艺要求较高,因而修整轮的制造成本较高。

但用内镀法制作的金刚石修整轮精度及耐用度均较高。

3）烧结法：

是利用大颗的金刚石直接通过烧结的方法压入滚轮修整器，再通过相关工艺将表面磨削光滑达到所需精度等级，其主要特点是由于需要大量大颗金刚石，故成本相当高，在一般情况不常使用。

但是同样的由于采用了大量的大颗金刚石，在加工工艺过后，其表面间隙小，表面金刚石不易剥落，其耐用度相当好，远超过其他的一般方法。

3.1.6金刚滚轮的规格

金刚石滚轮规格尺寸应符合表3-1规定

表3-1滚轮规格尺寸单位：

mm

我选择的孔径是20mm,外径是120mm，宽度是20mm。

设计的金刚滚轮的外圈形状如图3-6所示。

图3-6　金刚滚轮外圈形状

3.1.7技术要求

（1）金刚石磨料

定。

（b）天然金刚石磨料应符