钢球研球机设计（含CAD图纸+2.3万字说明书+外文翻译）

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钢球研球机设计（含CAD图纸）文件目录：
手绘压板-A2.dwg
压盘装配图-A0.dwg
油缸-A2.dwg
油缸装配图-A1.dwg
总装图-A0.dwg
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目 录
摘 要 4
Abstract 5
第1章绪论 6
1.1金属切削机床及其在国民经济中的地位 6
1.2我国机床工业及轴承行业的发展概况 6
第2章研球机的方案选择 8
2.1磨板的布局 8
2.1.1卧式机床的磨板采用垂直安装 8
2.1.2立式机床的磨板采用水平安装 9
2.2机床的性能 9
2.2.1机床的占的面积 9
2.2.2机床操作方便性 9
2.2.3板沟中的容球量 10
2.2.4进出球情况 10
2.3钢球的加工设备和研磨机理 11
2.3.1钢球的加工设备 11
2.3.2钢球研磨机理 11
2.4 3M4740型立式研磨机床 13
2.4.1机床的总体布局 13
2.4.2机床的用途和适用范围 14
2.4.3性能简介 14
2.4.4加压液压钢及上盘（见图2-4） 15
2.4.5加压进给运动 16
第3章液压缸缸体及缸盖的设计 16
3.1液压缸的设计参数和设计要求 16
3.1.1研球机的设计参数 16
3.1.2研球机的设计要求 16
3.2液压缸的类型 16
3.2.1液压缸的选型 16
3.2.2活塞（或缸体）的运动速度和推力计算 16
3.3液压缸具体参数的确定 17
3.3.1外负载 17
3.3.2确定液压缸的有效工作压力p 18
3.3.3液压缸内径、活塞杆直径 18
3.3.4液压缸缸筒长度L 19
3.3.5确定最小导向长度H 19
3.3.6缸筒壁厚δ 20
3.4缸体材料 20
3.5缸盖的设计 21
3.6液压缸与油缸套的联接 21
3.7液压缸的强度和刚度校核 23
3.7.1缸筒壁厚δ的校核 23
3.7.2液压缸缸盖固定螺钉直径的校核 23
第4章活塞杆和活塞的设计 24
4.1活塞杆的设计 24
4.1.1材料选择 24
4.1.2活塞杆的尺寸确定（见图4-1） 24
4.1.3活塞杆的形位公差 25
4.1.4螺纹联接的防松 26
4.1.5活塞杆强度及压杆稳定性校核 27
4.2活塞的设计 28
4.2.1材料选择 28
4.2.2活塞的尺寸确定（见图4-5） 28
4.2.3确定活塞的相关配合 29
4.2.4活塞的形位公差 29
4.3 C语言程序 29
第5章弹簧的设计 35
5.1弹簧的基本类型 35
5.2弹簧的制造工艺 35
5.3圆柱螺旋压缩弹簧的设计 36
5.3.1根据工作条件选择材料并确定其许用应力 36
5.3.2根据强度条件计算弹簧钢丝直径（如图5-1所示） 36
5.3.3根据刚度条件，计算弹簧有效圈数n 37
5.3.4确定弹簧的其他尺寸（如图5-2所示） 37
5.3.5验算（如图5-3所示） 38
第6章液压缸的密封 39
6.1间隙密封 39
6.2 O形密封圈密封 40
6.3 V形密封圈密封 41
6.4 Y形和窄断面Y形密封圈 42
6.5鼓形密封圈 43
6.6紧密式复合唇形密封圈 43
6.7防尘密封圈 44
第7章 液压缸的安装与维护 44
7.1液压缸的安装 44
7.1.1液压缸与工作机构的连接 44
7.1.2 连接时的注意事项 45
7.2液压缸的试验 46
7.2.1试运转 46
7.2.2最低启动压力 46
7.2.3内泄漏 46
7.2.4负载效应 46
7.2.5耐压试验 46
7.2.6全行程检查 46
7.2.7外泄漏 47
7.2.8高温试验 47
7.2.9 耐久性试验 47
7.3液压缸的调整 47
7.4 液压缸的故障分析与排除方法 47
7.4.1爬行 47
7.4.2冲击 48
7.4.3推力不足、速度不够或逐渐下降 49
7.4.4外泄漏 49
7.4.5内部泄漏 49
7.4.6其他 50
设计总结 51
谢 词 52
参考文献 53

第2章研球机的方案选择
钢球在轴承中作为滚动体，是一种既承受载荷、又与轴承的动态性能有直接关系的零件，其质量直接影响着球轴承的质量，而高精度的钢球加工设备则是保证生产出高质量钢球的前提。
如前所述，钢球加工的基本工艺路线是：球坯成形→光球→热处理→硬磨→初研→精研→清洗→涂油包装。可以看出，钢球的光、磨、研工序是钢球加工中的主要和关键工序，因此，高质量的光、磨、研加工设备是生产高精度钢球的首要条件。
钢球的光、磨、研加工设备分别有立式和卧式两大系列，立式机床的主轴是竖直放置的，磨板为水平放置，输球方式为水平输球料盘。而卧式机床则相反，它的主轴是水平放置，磨板为垂直放置，输球方式有输球桶、提升料斗以及水平或倾斜输球料盘。立式和卧式两大系列钢球加工设备在钢球的加工中有各自的优缺点。
2.1磨板的布局
2.1.1卧式机床的磨板采用垂直安装
卧式机床的优点是：
1）钢球进球非常顺畅，钢球在无外力作用下借自身重量自动进入磨板，因此钢球表面不会产生于转动盘撞击所产生的任何损伤。
2）可避免由于金属磨屑经常介于钢球磨板之间，致使这些金属屑细粒嵌入球板表面而损坏钢球。
3）切削液的循环流动始终处于最佳状态。切削液回流时很容易将磨板间的金属屑冲洗出来，沉淀到切削液箱内，所以卧式机床更有利于加工中的排屑。
4）由于卧式机床良好的排屑性能，所以更适合树脂砂轮“一磨代研”新工艺的运用，这是立式机床所不能比拟的。
卧式机床的缺点是主轴水平放置，重量较大的磨板装置在轴的一端，形成悬臂梁，磨板对钢球的作用力不均匀，影响了磨削尺寸的选择性。另外，钢球在板沟中的运动方向与重力方向的夹角始终在不断变化，当沟深差不多到某个值时，钢球会产生相对滑动，从而会出现碰、挤伤现象。
2.1.2立式机床的磨板采用水平安装
立式机床的优点是：
1）钢球在板沟中的运动方向始终与重力方向垂直，所以切削过程中不受重力变化的影响。
2）上板呈“浮动”状态定位，由于上板在导向时有一定的间隙，径向可作摆动，所以上下板沟易于同心，因而有良好的磨削尺寸选择性，能快速修正钢球的几何误差。
3）压力分布合理，偏心加压使两板间的钢球受力均匀，上板磨损均匀，而且通过改变加压点的位置可使进出球口处的压力低一些，使球的进出更为顺畅。
立式机床的缺点是出球口处堆积，易产生死角，影响加工等概率性，而进球质量受压力、转速的制约，尚需进一步改进提高。另外，排屑困难也是立式机床的一大缺陷。
2.2机床的性能
2.2.1机床的占的面积
卧式机床的结构布局决定了其输球料盘装置只能位于机床的前方，这无疑增大了机床的占地面积。
立式机床的输球料盘装置围绕在机床上，所以立式机床结构紧凑，更加节省占地面积，输球料盘直径的大小也就决定了立式机床的占地面积的大小。在球板外经相同的情况下，立式机床的占地面积仅为卧式机床的1/3~1/2。
2.2.2机床操作方便性
从操作方便性来看，立式机床要优于卧式机床。
钢球在加工过程中，操作人员需经常观察钢球的进出球情况。卧式机床的前置输球装置极不方便。钢球的进球口被钢球的出球口所遮挡，观察钢球进球情况很困难。而在钢球的加工中，观察进球情况是非常重要的，它是控制最佳进球量的前提条件。
与卧式机床相比，立式机床的进出球口就一目了然，便于随时观察控制。
2.2.3板沟中的容球量
钢球在研磨过程中，每个钢球在沟板中的分布状态是不确定的，任何时候不会重复以前某时刻的分布，立、卧式机床进球的差别决定了钢球在板沟中分布的不同。
在卧式机床上，钢球从端面切向流入垂直放置的磨板内，由于钢球进入各沟道的距离基本一致，各沟道内的容球量则基本相等，从而形成各沟道内各钢球之间的间隔以星状向外辐射的状态，磨板内的球呈星状分布。由于单位时间内进入每条沟道内进行磨削的钢球数基本相等，每个钢球在被磨削的同时也磨削板沟，由于内沟道长短于外沟道，则内沟道会比外沟道磨得深，这样就造成钢球尺寸的不一致性。
在立式机床上，位于输球料盘上的钢球从外侧经过旋转的下板进入机床，钢球在外侧进球口自然形成储球区，从而保证有足够量的钢球进入旋转板的外沟，板沟内形成球接球的分布状态，因此，无论是内沟还是外沟，沟内钢球之间的空隙是均等的，这样内外沟的磨损基本一致。
2.2.4进出球情况
立、卧式机床进球的形式及效果存在较大的差异，卧式机床明显强于立式机床。
立式机床进球时钢球的入沟点一般在一定范围内随机摆动。而卧式机床进球时，钢球是在导球板的引导下通过分配器进入球板间，钢球入沟点较易对准中心沟，可减少钢球随机运动产生的沟壁等处的碰划伤。
立、卧式机床出球的形式及效果也存在较大的差异，卧式机床也明显优于立式机床。
立式机床的结构特点形成了钢球在出球口必须先堆积在导出。出球靠后面不断离开球板间的钢球的推挤传递到前面的球，通过铲球板逐渐离开出球口进入料盘，另一部分则通过铲球板随机进入其他空间，在出球口翻滚位移，寻找机会进入料盘，所以不可避免出现钢球在出球口停留的时间的长短的差异，即出现在相同时间内部分钢球入沟次数少的现象，这样一方面不同程度地破坏了原已达到的钢球形状和表面，另一方面也有可能破坏钢球几何精度的一致性。
卧式机床加工的钢球在收球刀的引导下，依运动惯性和重力的作用，通过流球槽进入料盘。相对来说，卧式机床的出球明显优于立式机床，更容易控制其对钢球的碰擦伤，且能使同一盘钢球在一段加工时间内入沟的次数大体相等。
综上所诉，立式机床和卧式机床在钢球的加工过程中，各有自己的特点：立式机床在占地面积、操作方便性以及机床的柔性等方面更适合中、小规格球的加工；卧式机床的进出球情况、加工中的排屑情况、树脂砂轮的配套使用情况以及机床的钢性方面均比较好，所以更适合中、大球的加工。