立式磨簧机设计(总体、磨头设计)

1前言弹簧是人们熟悉的机械基础件，它适用于缓冲或减振，在机械设备、生活用品上的各种弹性元件都属于弹簧。

弹簧元件在机械设备中往往处于运转的关键部位，它的质量优劣对主机的质量水平有重要影响。

弹簧的优劣不仅取决于弹簧材料，还取决于弹簧的加工工艺。

中国弹簧行业专业化、自动化程度还比较低，不少工序还停留在手工操作水平上。

工人劳动强度大、劳动条件差、生产效率低。

国外磨簧等关键工序都已实现机械化、自动化。

德国磨簧机有10种，中国仅有4种，而且设备精度较差。

为满足国内弹簧生产的需要现设计立式磨簧机。

磨簧机主要用于弹簧端面的磨削。

弹簧钢丝经过卷簧机卷制，形成弹簧的半成品，其两个端面不平行，还不能满足使用要求。

需要通过磨簧机将半成品的两个端面磨平，并使两端面与弹簧的轴线保持一定的垂直度。

磨簧分两种形式：A.只需将弹簧端面磨平；B.高度磨削。

除了要把弹簧端面磨平外，还要把弹簧磨到指定的高度。

本课题来源于盐城市双圆弹簧厂。

为高效率磨削弹簧端面需设计立式磨机。

其中：a.磨簧机应能满足加工要求，保证加工精度；b.磨簧机应运转平稳，工作可靠，结构简单；c.工件装卸方便，便于维修、调整；d.尽量使用通用件，以便降低制造成本。

在陈祥林老师的指导下，首先进行了方案论证，确定机床总体结构。

由于磨簧机是针对弹簧磨削而设计的，所以整个设计过程都是围绕弹簧磨削这一功能而展开的。

首先根据弹簧的材料，选择合适的砂轮，然后根据普通磨削的要求确定砂轮转速、工件转速、砂轮的进给量等。

根据以上的参数计算磨削功率，分析拟定传动装置的简图，画出总装备图，然后根据装备图设计零件图。

2总体方案论证本次设计的课题是立式磨簧机，用于弹簧端面的磨削。

为避免弹簧多次装夹引起的加工精度误差，以及减少装夹时间，拟采用两个砂轮一起磨削，提高工作效率。

两个砂轮有两个独立的电机驱动。

为适合加工不同高度的弹簧，以及在磨削时砂轮实现进给运动，磨头要能实现轴向移动。

为简化传动机构的结构，只要一个磨头实现进给，另一个磨头固定。

2.1进给磨头的确定为弹簧顺利进入磨削区域，下磨头要和工作台处于同一个平面。

假如下磨头实现进给运动，那么工作台也要随着磨头运动。

工作台比较质量比较大，上下运动在结构上比较复杂，定位难以实现，加工精度难以得到保证。

综合各方面因素，确定由上磨头实现进给运动。

下磨头在经过长时间的磨削运动，砂轮厚度会减小，砂轮就会低于工作台，料盘就难以实现旋转运动。

所以砂轮经过一段时间磨削后，下磨头需要实现高度补偿，使砂轮和工作台重新处在同一个平面。

在结构上用升降杆来调节下磨头高度。

2.2工作台高度的确定工作台的高度主要根据人的身高来确定，工作台不宜太高，太高会使工人的手上抬，长时间工作会加快工人的劳累；工作台太低，使工人弓着腰工作，同样加快工人的疲劳。

工作台高度定位标准是使工人工作舒适。

综合国人的平均身高，工作台的高度拟确定120.5㎝。

2.3工作台工作方式为便于以后磨头的维修、调整，把工作台设计成活动的，即磨头在维修、卸载时可以方便地把工作台打开。

3磨头设计3.1工件材料弹簧材料的种类繁多,目前大量使用的是弹簧钢,其次是具有特殊性能的弹簧材料,如不锈耐酸钢、耐热钢(合金)、铜合金以及橡胶、塑料等。

一般弹簧钢包括:a.碳素弹簧钢；b.合金弹簧钢。

本次设计拟确定工件材料为碳素弹簧钢和合金弹簧钢。

3.2砂轮的选择砂轮选择应考虑的因素：砂轮对磨削过程的影响是多方面的，其中包括加工精度，表面粗糙度和生产效率等。

为了获得良好的磨削效果，正确选择砂轮十分重要。

选择砂轮时主要考虑下列磨削条件和技术要求：a．工件材料的物理机械性能；b．工件的热处理方法；c．工件的加工精度和表面粗糙度的要求；d．工件的形状和尺寸；e．工件的磨削余量；f．磨削方式（外圆、内圆或平面磨、开槽、切断等）；g．磨削用量，切削液情况，磨床情况，生产类型以及操作者的熟练程度。

3.2.1磨料的选择磨料直接参加磨削工作，所以磨料的硬度要高，耐热性要好，还要具有一定的韧性和强度；为了能进行切削，磨料上还必须具有锋利的边刃。

磨料分为天然磨料和人造磨料两大类。

一般天然磨料含杂质多，质地不均。

根据弹簧材料：碳素弹簧钢或65Mn来确定磨料，并对照磨料的应用范围来选择。

对照表3-1，综合考虑磨料的应用范围以及价格，磨料选择棕刚玉，代号：A。

3.2.2粒度的选择砂轮的粒度是指砂轮所含磨料颗粒尺寸的大小，通常以粒度号表示。

磨料按其颗粒尺寸大小分为41个号，粒度号数越大颗粒越小。

选择磨料粒度时应遵循以下原则：粗磨用粗粒度、精磨用细粒度；工件材料软、塑性大（如有色金属）和磨削面积大的时，为避免砂轮堵塞，应选用粗粒度；成形磨削和高速磨削时粒度应选细些；磨削淬火钢及硬质合金钢时，宜选用中等粒度的磨料；内磨应选用较外磨为粗的粒度；磨削大尺寸工件、薄板及薄壁工件应选用较粗的粒度。

弹簧端面磨削是一次性磨削，且对端面的粗糙度要求不是太高，根据粒度与粗糙度的关系，对照表3-2，表3-3，磨具的粒度选取50#。

3.2.3磨具硬度的选择磨具硬度是指沙粒在磨削力的作用下，从磨具表面脱落的难易程度。

硬度高，表示磨粒难易脱落，硬度低则表示容易脱落。

硬度选择的一般原则是：加工硬钢或淬火钢时选择较软的磨具，加工软钢时选择较硬的磨具；加工青铜、韧黄铜时选软磨具；磨具与工件接触面积大时选择较软的磨具；磨削导热性差的材料时选择较软的磨具；精磨、精密磨、超精磨和成形磨时，应该选择硬的磨具；磨平面时应选用磨削相同金属零件外圆时为软的砂轮；干磨时所用砂轮应较湿软些；镜面磨削、缓进时宜选较软砂轮；采用宽砂轮大纵向进给磨外圆时应选较软砂轮；砂轮粒度较细时，硬度应稍软些。

机械加工中常用的砂轮硬度等级是H-N。

弹簧磨削是干磨，由弹簧材料可知，弹簧的材料的硬度属于中硬，根据磨具选用原则，弹簧磨削磨具选中软，代号为K。

3.2.4结合剂的选择根据结合剂的特性和应用范围选择：陶瓷结合剂。

3.2.5 磨具形状及尺寸的选择A．砂轮型号的选择各种砂轮的形状及尺寸在参考文献[11]中已有规定。

根据砂轮的一般用途，选择砂轮：平行砂轮，代号：PB．砂轮内外直径的选择砂轮的内外直径决定了砂轮的磨簧宽度，磨簧宽度主要有料盘来决定。

有设计任务书可知，弹簧的最大外径为φ50mm，根据弹簧的最大外径，通过作图法来确定相关参数。

图3-1砂轮、料盘位置示意图由图3-1可知，弹簧的排列宽度为100.4mm,，则砂轮的磨削宽度应该在100mm 左右。

对照参考文献[11]，确定砂轮的内外经以及砂轮的厚度。

砂轮外径φ400mm，内径φ203，厚度为50mm。

3.3.1磨削功率计算FP =2πCF(vω•fr•B/ vC)tgα•μ (3-1)公式中各参数的含义：CF———单位切屑所需的力（N/mm2）；vω———指工件的速度。

这里指弹簧相对料盘轴线的线速度；fr———径向进给量（mm）,这里指料盘旋转一周后，砂轮的磨削量；B———原指砂轮的宽度，这里取弹簧中径的1/4；vC———指砂轮的线速度；α———磨粒的锥顶半角（60°～75°）。

确定公式中各参数值：根据弹簧材料65Mn和砂轮材料棕刚玉，选择：CF＝10000N/ mm2。

簧磨削属于粗磨，对照表3-7，fr拟确定0.02mm。

砂轮普通磨削线速度30－35m/s,高速磨削35m/s以上。

弹簧磨削属于干磨，速度不宜太高。

速度过高会产生高温，影响弹簧的性能。

在这里我拟选用vC＝30m/s。

锥顶半角α＝60°。

由设计任务书可知，弹簧钢丝最大直径8mm,弹簧最大外径50mm，则弹簧中径为：D1=50-16=34mmD2=(34+50)/2=42mmB= D2/4=10.15mm参照平面磨削参数工件的速度vω＝0.15m/s。

此处省去NNNNN需要更多更完整的图纸和说明书请联系秋 3053703061弹簧磨削属于干磨，工件材料为65Mn 或者碳素钢，所以摩擦系数选择μ＝0.73。

由公式3－1得：F P ＝2π×10000(0.15×0.02×10.5/ 30) ×tg60°×0.73 ＝20.84NF P 是磨单个弹簧所需的磨削力，有图3-1可知，有7个弹簧同时进行磨削 P m ＝7× F P ×v C /1000＝7⨯20.84⨯30/1000＝4.38KW总传动效率：轴有4个角接触轴承支撑，单个轴承的传动效率为0.99，则总传动效率为： η＝0.994＝0.96电机输入功率为：P ＝ P m /η＝4.38/0.96＝4.56KW3.3.2选择电动机电机转速：n ＝D π v c (D 为砂轮的外径) (3-2) 由3－2得：n ＝40030000π＝1433.12r/min 根据输入功率以及输入转速选择电机，查参考文献[3]，选择电动机的型号Y132S-4，额定功率5.5KW ，同步转速1500r/min ，满载转速1440r/min 。

3.4磨头主轴的设计通常，轴的设计步骤包括：a.按工作要求合理选择轴的材料和热处理方法；b. 轴的结构设计；c.轴的强度校核计算；d.必要时作轴的刚度或振动稳定性等的校核计算；e.绘制轴的零件工作图。

A ．轴的材料及其热处理选择轴的常用材料是碳素钢，合金刚及球墨铸铁。

钢轴毛坯多数用轧制圆钢或锻件，也有的用圆钢。

碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性低，经热处理或化学处理可得到较高的综合力学性能（尤其在耐磨性和抗疲劳强度两个方面），应用最多。

常用的碳钢有35、40、45和50等优质中碳钢，其中45钢应用最广，通常进行正火或调质处理，一般用于比较重要或承载较大的轴。

对于不重要或承载较小的轴，也可采用Q235,Q275等普通碳素钢。

合金钢比碳素钢具有更好的力学性能和热处理性能，常用于承载很大而重量、尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的重要的轴，以及处理高温或低温条件下工作的轴。

选择轴的材料和热处理方法，主要根据轴的受力、转速、重要性等对轴的强度和耐磨性提出的要求。

研究表明，钢材的种类和热处理措施对其弹性模量影响甚小，如欲采用合金钢代替碳素钢或通过热处理来提高轴的高度，收效甚微。

轴的刚度主要取决于轴的剖面尺寸，可用适当增加轴的截面面积来提高轴的刚度。

此外，合金钢对应力集中敏感性较强，价格也较高。

选材是也应考虑到。

综合考虑轴的运行环境以及轴材料的力学性能，轴的材料选择45钢，调质处理。

3.4.1磨头主轴的结构设计轴的结构设计就是要确定轴的合理外形和结构，以及包括各轴段长度、直径及其他细小尺寸在内的全部结构尺寸。

轴的结构主要取决以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴的毛坯种类；轴上作用力的大小和分布情况；轴上零件的布置及固定方式；轴承类型及位置；轴的加工工艺以及其他一些要求。