3279 氣缸體專用平面磨床設(shè)計,缸體,專用,平面磨床,設(shè)計 1氣缸體專用平面磨床設(shè)計第 1 章 緒論1.1 磨床的類型與用途1.1.1 磨床的類型及其特點用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統(tǒng)稱為磨床（英文為 Grinding machine） ，它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的[1]。磨床種類很多，主要有：平面磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等 [2]。對平面磨床來說，又可分為普通平面磨床、萬能平面磨床、無心平面磨床、 寬砂輪平面磨床、端面平面磨床等。以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。磨床與其他機床相比，具有以下幾個特點：（1）磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉(zhuǎn)運動（一般砂輪圓周線速度在35m/s左右，目前已向 200m/s以上發(fā)展） ；（2）它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件；（3）它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；（4）易于實現(xiàn)自動化和自動線，進行高效率生產(chǎn)；（5）磨床通常是由電動機—油泵—發(fā)動部件、通過機械、電氣、液壓傳動-傳動部件帶動工件和砂輪相對運動-工件等部分組成 [1]。1.1.2 磨床的用途磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削，進一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達的國家中，磨床在機床2總數(shù)中的比例已達（30-40）%。據(jù) 1997年歐洲機床展覽會(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車削只占 23%， 鉆削占 22%，其它占 8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達 42%，車床占 23%，銑床占 22%，鉆床占 14%[3]。由此可見，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工要在相應(yīng)的精密磨床上進行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現(xiàn)精密磨削加工，所用的磨床就應(yīng)該滿足以下幾個基本要求： （1）高幾何精度。 精密磨床應(yīng)有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌的直線度以保證工件的幾何形狀精度。主軸軸承可采用液體靜壓軸承、短三塊瓦或長三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動壓軸承及動靜壓組合軸承等。當前采用動壓軸承和動靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動一般應(yīng)小于 1um，軸向圓跳動應(yīng)限制在（2-3）um 以內(nèi)。（2）低速進給運動的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導(dǎo)程要求（10-15）mm/min，因此工作臺必須低速進給運動，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。（3）減少振動。 精密磨削時如果產(chǎn)生振動，會對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重不良影響。故對于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮減少振動。（4）減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達到總誤差的 50％，故機床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實現(xiàn)精密磨削的主要障礙。1.1.3 平面磨削和端面平面磨床（1）平面磨削在平面磨削過程中，工件是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)的主要來源和原因?；镜钠矫婺ハ鞣椒ㄓ袃煞N，即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓，如圖 1－1 和圖 1－2 所示。事實上，平面磨削可以通過其他以下幾種方法來實施。1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉(zhuǎn)以及徑向進給都應(yīng)滿足所有的整個長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進給來調(diào)整的。2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過砂輪的縱向進給和無軸向進給來完成的，正如我們所看到的，只有在表面成為圓柱的寬度比磨削輪磨損寬度短時，這種方法才能完成。3圖 1.1 橫磨法磨外圓圖 1.2 縱磨法磨外圓3）整塊深度切削方法：除了在磨削過程中，要進行間隙調(diào)整外，這種方法與傳遞方法很相似，同時這種方法具有代表性，除了磨削短而粗的軸。（2）端面平面磨床及其特點端面平面磨床是平面磨床的一種變形機床，它宜于大批量磨削帶肩的軸類工件，有較高的生產(chǎn)率。它的特點如下：1）這種磨床的布局形成和運動聯(lián)系與平面磨床相似，只是砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常 10°，15°，26.23°，30°，45°） ，如圖 1－3 所示，數(shù)控端面平面磨床 MKS1632A的砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜 30°。為避免砂輪架與工件或尾架相碰，砂輪安裝在砂輪架的右邊，從斜向切入，一次磨削工件外圓和端面。2）由于它適用于大批量生產(chǎn)，所以具有自動磨削循環(huán)，完成快速進給（長切入）-粗磨-精磨-無花磨削。由定程裝置或自動測量控制工件尺寸。3）裝有砂輪成型修整器，按樣板修整出磨削工件外圓和端面的成型砂輪，為保證端面尺寸穩(wěn)定及操作安全，一般具有軸向?qū)Φ堆b置。4圖 1.3 砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢隨著機械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)正朝著超硬度磨料磨具、開發(fā)精密及超精密磨削（從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展）和研制高精度、高剛度、多軸的自動化磨床等方向發(fā)展 [4]，如用于超精密磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至 4μm、磨削精度高達0.025μm；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達 400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實驗室，實際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為（40－60）m/s；從精度上看，定位精度＜2μm，重復(fù)定位精度≤±1μm 的機床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2kw 主軸達60000r/min，13kw 達 42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工 60HRC硬度材料的加工中心。北京第二機床廠引進日本豐田工機公司先進技術(shù)并與之合作生產(chǎn)的 GA（P）62－63 數(shù)控外圓/數(shù)控端面平面磨床，砂輪架采用原裝進口，砂輪線速度可達60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機公司GC32－ECNC 磨床專用數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)二軸（X 和 Z）到四軸（X、Z、U 和 W）控制。此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機和切削液處理機系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。51.3 本課題的設(shè)計目的和意義設(shè)計目的：發(fā)動機氣缸體對其平面度要求十分嚴格，用專用磨床加工可確保其加工質(zhì)量。設(shè)計意義：氣缸體作為重要的工藝要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量的一個瓶頸問題，如何能使氣缸體的表面粗糙度和平面度達到技術(shù)要求，因此設(shè)計一臺用于氣缸體表面加工用的專用磨床。6第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 基本參數(shù)和設(shè)計內(nèi)容根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，本氣缸體專用平面磨床的設(shè)計基本參數(shù)如下。電動機功率：2.8kW主軸轉(zhuǎn)速：2800rpm磨頭行程：垂直方向 260mm，縱向 840mm磨削頭砂輪直徑：250mm該磨床的總體設(shè)計包括如下主要內(nèi)容:（1） 系統(tǒng)設(shè)計包含數(shù)控裝置的功能設(shè)計、元件和部件設(shè)計,程序段格式設(shè)計及系統(tǒng)的總體設(shè)計。（2） 邏輯設(shè)計包含運算器設(shè)計、控制器設(shè)計及電路設(shè)計。（3） 機床主機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本次設(shè)計主要對總體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。2.2 磨床總體設(shè)計（1）加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工余量等） ；（2）調(diào)查研究和比較國內(nèi)外同類機床，經(jīng)驗總結(jié)，進行改革創(chuàng)新；（3）圖紙設(shè)計（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標準件，外購件目錄，鑄件，鍛件目錄，說明書，裝箱單，合格證） ；（4）制造，裝配，調(diào)試；（5）小批量生產(chǎn)，設(shè)計改進。2.3 總體設(shè)計注意事項（1）保證機床滿足加工精度要求，剛性、穩(wěn)定性好；（2）傳動系統(tǒng)力求簡短；（3）操作調(diào)整方便；（4）安全保護，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。7第 3 章 磨床總體布局設(shè)計3.1 加工零件發(fā)動機氣缸體對其平面度要求十分嚴格，用專用磨床加工可確保起加工質(zhì)量。氣缸體材料為 45#、40cr、球墨鑄鐵等；3.2 初步估計組成部分磨床的主要組成包括：a.床身；b.工作臺面；c 頭架；d 尾架；e 砂輪架；f 修整器；g 測量裝置；h 砂輪進給電機；I 修整器進給電機；j 電器框；k 工作臺進給電機；l 工件旋轉(zhuǎn)電機；m 潤滑冷卻裝置；n 數(shù)控裝置。3.3 總體布局初步設(shè)計確定初步設(shè)計方案如下。（1）T 型床身；（2）工作臺移動；（3）工作臺型面采用傾斜 10°的型面；（4）砂輪架主軸與床身導(dǎo)軌傾斜 30°角； （5）頭尾架中心線平行；（6）采用成型砂輪修整器（金剛石滾輪） ，采用 MARPPOS公司軸向，徑向測量儀；（7）數(shù)控系統(tǒng)的四坐標軸X軸：砂輪架進給 Y 軸：修整器進給Z軸：工作臺移動 W 軸：工件旋轉(zhuǎn)各軸采用交流伺服電機，通過精密無間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相連；（8）液壓油箱單獨（減小熱變形，簡化機床結(jié)構(gòu)，易實現(xiàn)標準化，通用化，便于維修） ；（9）電器框與機床采用空中走線；（10）機床前防護罩采用全封閉結(jié)構(gòu)。3.4 縱向與橫向尺寸的確定8（1）縱向尺寸①工件最大長度 ；1750lm?②頭架長度 ；24③尾架長度 ；3l④上臺面長度 ；41230(2~4)160l m???⑤下臺面長度 ；??54%l?⑥床身長度 ；615l⑦后床身長度 （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗給定） ；70lm?⑧整個床身寬度 （視覺效果） ；8⑨砂輪架中心與機床床身對稱線相距 02310ll??圖 3.1 磨床縱向尺寸（2）橫向尺寸91）畫出橫向尺寸床身的 V型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準，畫出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準線，根據(jù)確定的工作臺參數(shù)，導(dǎo)軌參數(shù) B1’，B2’中心畫出左視圖。2）確定上、下工作臺厚度和寬度（a）厚度：用類比法上工作臺 中心　　　　　　　　　　　?。?.1）　??20.5~.3'hl?下工作臺 中心 （3.2）14'為工作臺導(dǎo)軌的中心距，工作臺導(dǎo)軌選用 80 75 250'l ?取 =0.3 250=75mm1'h?=0.38 250=95mm2'（b）寬度（3.3）45'BlB??工 作 臺????1/2~301/27508m????∵ ∴ 46?4????71/' /6B??∵ 　 ∴57570Bm?2039工 作 臺3）確定頭，尾架頂尖中心位置頂尖中心安排在 V型導(dǎo)軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導(dǎo)軌的承載壓力較大，故常適當加寬 V型導(dǎo)軌的寬度。4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度 H1左右 [1]10~H?根據(jù)工人身高，經(jīng)驗。類比取 1095Hm???212/73.6hCOS???5）工作臺回轉(zhuǎn)中心位置 B910??91/2'/*2501Blm??6）確定機床總高 H2h?頭 架 測 量 儀739.610463.55m?所以 H取 2000mm。3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計（1）砂輪架導(dǎo)軌（V—平導(dǎo)軌）100 90 400[1]?考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取 L`中心=500mm，從而可定出砂輪架的寬度約為 600mm，導(dǎo)軌為 0.15MPa 的卸荷導(dǎo)軌。圖 3.2 砂輪架的導(dǎo)軌（2）砂輪架橫向行程長度 l橫（3.4）??0.1~2lss???橫 絲 桿 快 速 快 速式中 為砂輪架快速進退的行程，一般取 。此處取 ?？?速 60~15m1m（3.5）? ?max/2///2sDD??砂 砂 in絲 桿 工 件 工 件 min???7503502??11安全系數(shù)取 0.1足夠。（ 取 373）2501.372.1l????橫 l橫（3）砂輪架高度和長度砂輪架箱體導(dǎo)軌的高度 h3，砂輪底板滑臺高度 h4，砂輪中心距砂輪底面高度h5，與后床身頂面至平導(dǎo)軌的高度 h0，為避免上、下工作臺運動時與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺的頂面，同時考慮橫向進給機構(gòu)穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗① 取610~5hm?6130h?②砂輪架中心距后床身頂面 712697485Hm????③砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動絲桿取 40hm?④后床身進給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿取 3195734h??820175?圖 3.3 砂輪架的高度和寬度⑤砂輪架底板長度 ：9l129l??1.5~2l?中 心*07?∴ 取 =900mm9l⑥砂輪架導(dǎo)軌長度 ??10950~8ll??橫 37m?∴取 1035l?（4）砂輪架主軸電機的選擇①用類比法，砂輪架主軸電機的功率取 15kw；②計算法 （3.6）N??切電 空??*23.8.5~.ZPV?砂取 15KW?電3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定①長×寬×高：440 400 411mm[1]?②主軸錐孔：莫氏 5#錐孔③中心高： （3.7）max/2HDK????30~35189通過以上計算頭架中心高取 180mm。④主軸轉(zhuǎn)速 （3.8）??/0~6*045~2./IVVms??砂取 4ImsI716/in3axr?min20IV??13⑤交流伺服電機選擇用類比法，交流伺服電機選擇 IFT5076-DA(D1 18N-M)電機。砂輪磨削工件需要的功率（3.9）??max150*324./ZFrNms??工 件最 大 磨 削 力交流伺服電機通過 20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即 4183/2./Nsl??實∴合格⑥主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤帶動旋轉(zhuǎn)3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定①5#莫氏錐孔②中心高 180mm，臺面傾斜 10°③直線滾動導(dǎo)軌④液壓油缸，頂緊力 12~5kg3.8 工作臺要求上、下臺面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠螺母。傾斜 10°以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時修刮側(cè)面。3.9 橫向進給機構(gòu)交流伺服電機-聯(lián)軸器-滾珠絲桿-砂輪架壓力卸荷導(dǎo)軌 壓力油 0.15Mpa 卸去 壓力60%~75V—平導(dǎo)軌 10*95砂輪架行程 37lm?橫3.10 砂輪修整器伺服電機-絲桿-修整器直線滾動導(dǎo)軌主軸直徑 D=50mm，采用液體動壓軸承(16r/min 6.3Mpa)修整速度= ??1/3~5V砂修整器直徑 故702?12~9/ms?線修整器行程為 160mm143.11 液壓系統(tǒng)①修整器；②尾架；③量儀（兩個） ；④潤滑油；⑤床身導(dǎo)軌；⑥砂輪架卸荷導(dǎo)軌；⑦絲桿；⑧直線滾動導(dǎo)軌；⑨間歇。3.12 電氣部分SIMENS 810G，控制五坐標軸，砂輪架主軸。3.13 機床保護系統(tǒng)①靜壓供油系統(tǒng) 壓力繼電器 壓差發(fā)訊器 液壓控制器 電路延時②尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設(shè)置自動循環(huán)電路，可手動，也可用于腳踏。當工件旋轉(zhuǎn)時，由于互鎖裝置，使起無效。③油箱液壓控制④數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標軸）自診斷與保護功能如：電池電壓低 程序錯誤⑤各坐標軸由行程開關(guān)控制最大位移量⑥安全防護罩（砂輪罩，機床前罩）全封閉式⑦導(dǎo)軌面保護Ⅰ 工作臺導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護罩Ⅱ 砂輪架導(dǎo)軌：㈠前部：翻板式護罩+橡皮（防水） ；㈡后罩：鋼罩。Ⅲ 修整器導(dǎo)軌：折疊式15第 4 章 部件設(shè)計（砂輪架）4.1 砂輪架設(shè)計的基本要求砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對砂輪架設(shè)計提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。砂輪架設(shè)計應(yīng)滿足以下幾點基本要求 [1]：1.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；2.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；3.振動小，發(fā)熱低，不漏油；4.裝配制造簡單，調(diào)整維修方便。4.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施1.砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動和軸向躥動大小，它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面平面磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動允許誤差取5μm~10μm。2.提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的措施（1）選擇合適的主軸軸承：動靜壓軸承；（2）提高主軸的加工精度；（3）正確選擇主軸軸向止推方式：液體靜壓推力軸承。4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動力作用下，主軸軸承抵抗變形的能力。通常以主軸前端的撓度來度量。過低的剛性會降低磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線缺陷。164.4 砂輪架主軸初步設(shè)計1. 砂輪架主軸的強度校核進行軸的強度校核時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對砂輪架主軸來說，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，砂輪架主軸主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強度計算，且在選取許用應(yīng)力時應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用 42MnVB，并進行淬火，故選取許用應(yīng)力為 40MP。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為（4.1）??639.5102PnTTWd?????——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為 MP）T?—— 軸所受扭矩（單位為 ）NmA—— 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為 ）TW3—— 軸傳遞的功率（單位為 KW）p—— 軸的轉(zhuǎn)速（單位為 r/mm）n—— 計算界面處的直徑（單位為 mm）d—— 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為 r/mm）[]T?由上式可得軸的直徑為（4.2）6339.5102[]TPdn???A633.040mm1.2?由上述計算可以得知砂輪架最小直徑為 31.02mm，考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為 60mm。砂輪架主軸的尺寸如圖 4－1 所示。17圖 4.1 砂輪架主軸尺寸示意圖4.5 主軸剛度校核1.當量直徑因為是階梯軸，所以用當量直徑法作近似計算當量直徑為：（4.3）41vniLdl??L=140+640+20+32+10=932mm444932106108vd?= 89.36mm2.允許撓度允許撓度[y]=0.0002L 合格o.68.撓曲次數(shù)= =150<200合格LmvY10?9528.71?所以選高速帶的種類為薄型綿綸片復(fù)合平帶。339．帶厚　 ～ ＝（2.25～3）401(??1)d取標準，帶厚為 3mm10．帶寬 bvcifAKp???)(??? 2mv??傳遞功率Ｐ＝7.0kw工況系數(shù)　 　　　拉力計算系1.A 79.0f包角修正系數(shù) 　　傳動布置系數(shù)950?? 1??傳動比系數(shù)　 　　帶的質(zhì)量.Ki 33/4.cmkgm??帶的許用拉應(yīng)力 aMP6?帶的離心拉應(yīng)力 ＝2328.7104.1???vc aMP07.所以 ＝36).56(9.5.079 ????b m5.2取 b＝26mm11．作用在軸上的力帶的預(yù)緊力推薦值為 ＝2sin1??AFor? o?aMP8.1帶的截面積Ａ＝b ＝40×2.5＝90??2m＝r .160sin9018.246o??KN334第 7 章 控制系統(tǒng)設(shè)計7.1 確定硬件電路的總體方案數(shù)控系統(tǒng)基本組成：任何一個數(shù)控系統(tǒng)都是有硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效地運行。硬件電路的可靠性直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能指標。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下四部分組成：主控制器 即中央處理單元 CPU；總線 包括數(shù)據(jù)總線（DB） 、地址總線（AB）和控制總線（CB） ；存儲器 包括可編程存儲器和隨機可讀存儲器；接口 即 I/O輸入/輸出接口電路。其中 CPU是系統(tǒng)的核心，其作用是發(fā)布命令以及協(xié)調(diào)各部分電路。存儲器用于存放系統(tǒng)軟件以及運行過程中的各種數(shù)據(jù)。I/O 接口電路是系統(tǒng)與外界進行信息交換的橋梁。總線則是連接 CPU、存儲器和 I/O接口電路的紐帶，是各部分進行通信的線路。除此以外，還需要根據(jù)系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備和信號變換器。上圖所示的數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。信號交換電路包括 A/D交換、D/A 轉(zhuǎn)換等。7.2 主控制器 CPU 的選擇在微機應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU 的選擇應(yīng)考慮以下三要素：時鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理速度） ；可擴展存儲器（ROM/RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能是否強（即變成的靈活性） 。I/O擴展的能力：開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路） 。除此以外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場合，選擇對象以及對各種參數(shù)要求選擇 CPU。在一般數(shù)控系統(tǒng)中，最常用 MCS-51系統(tǒng)單片機作為主控制器。本次設(shè)計將選用 8031單片機。35從上述特性可知，一塊 8031的功能幾乎相當于一塊 Z80CPU、一塊 RAM、一塊Z80CTC、兩塊 Z80PIO和一塊 Z80SIO所組成的微型機算計系統(tǒng)。7.3 存儲器擴展電路設(shè)計1、程序存儲器擴展單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片采用 EPROM芯片。其型號分別為2716、2732、2764、2756 等，其容量分別為 2K、4K、16K、32K。在選擇芯片時，要考慮 CPU與 EPROM時序的匹配。即 8031所能讀取的時間必須大于 EPROM所要求的時間。此外，還需考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲器的容量。在滿足要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡化。本控制電路中選用 2732存儲芯片，74LS373地址鎖存器。2、數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于 8031內(nèi)部 RAM只有 128字節(jié)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。本控制電路選用 6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。3、譯碼電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機相聯(lián)。單片機數(shù)據(jù)總線分時地與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送，故需進行片選控制，選用 74LS138譯碼器。7.4 I/O 口擴展電路設(shè)計8031單片機共有四個 8位并行 I/O口，但可供用戶使用的只是一部分。因此，不可避免的要進行 I/O口的擴展。本電路擴展了兩個可變成并行接口芯片 8255A。8255A 是一個適用于諸多微機系列的可編程通用 8位輸入/輸出接口芯片。可通過編程來改變它的工作方式。通用性強、靈活多變、便于和各種外設(shè)連接。鍵盤、顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用行列式鍵盤，即 I/O口的線組成行列結(jié)構(gòu)。按鍵設(shè)置在行列的交點上。顯示器為 LED。鍵盤和顯示器共用 8255A的 PA口進行控制。在進行鍵盤巡回掃描時，必須先關(guān)顯示。當然有關(guān)鍵盤和顯示器的工作必須經(jīng)過軟件協(xié)調(diào)才能達到預(yù)期的效果。7.5 交流伺服電機驅(qū)動電路單片機發(fā)出的驅(qū)動信號通過 8255A轉(zhuǎn)向定時器 8253，用來改變其輸出的脈沖寬度。8253 發(fā)出的信號由電平轉(zhuǎn)換電路變換成雙級性脈寬調(diào)制信號，再由有源濾波電路平滑成連續(xù)的電壓信號，這個環(huán)節(jié)的作用類似于 D/A轉(zhuǎn)換，然后將此電壓信號送到36速度調(diào)節(jié)器，而后再由電流調(diào)節(jié)器送出電流指令值到內(nèi)含 PWM調(diào)制電路的 PWM功率接口。其中電流反饋和速度反饋均采用模擬電路。7.6 主軸電機驅(qū)動電路主軸電機采用交流電機，并采用單片機控制變頻器的閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。單片機完成對整個系統(tǒng)的兩級監(jiān)控管理，協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，并進行復(fù)雜的控制決策?？刂屏拷?jīng) D/A轉(zhuǎn)換后輸出至變頻器，變頻器根據(jù)接收到的信號產(chǎn)生變壓變頻的電源信號，以驅(qū)動交流電機實現(xiàn)調(diào)速。系統(tǒng)的開關(guān)量控制模塊可方便地實現(xiàn)電機啟動、停止及加減速等功能。A/D 模塊接收整流濾波處理后的速度反饋信號。構(gòu)成調(diào)節(jié)閉環(huán)，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。因此，實現(xiàn)了一套結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和運行可靠的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。7.7 越界報警為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺移動。為了報警，可以設(shè)置發(fā)光二級管。工作時綠燈亮；有越界信號時，紅燈亮，指示工作臺越過極限位置。37結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計是大學四年所學知識的一個考察,它兼顧了四年中所學的基礎(chǔ)和專業(yè)知識,因此不同于以前的課程設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計是課程設(shè)計一個質(zhì)的飛越.認識到這點,我對待畢業(yè)設(shè)計的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認真謹慎的學習態(tài)度.在接到畢業(yè)設(shè)計課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計就不同了，它是一個綜合設(shè)計，很多資料、數(shù)據(jù)都需要自己通過各種途徑搜集得到。在本次設(shè)計中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習知識，因此設(shè)計之前就對大學里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認真的復(fù)習了一遍，開始對本課題的設(shè)計任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計的感覺。同時，由于設(shè)計的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機械制造方面的文獻，進而對這些文獻進行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對于專業(yè)知識的綜合運用能力和分析解決實際問題的能力。通過本次設(shè)計還使我更深切地感受到了團隊的力量，在與同學們的討論中發(fā)現(xiàn)問題并及時解決問題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團隊合作精神也得到了增強。可以說，畢業(yè)設(shè)計體現(xiàn)了我們大學四年所學的大部分知識，也檢驗了我們的綜合素質(zhì)和實際能力。同時也跨出了我的工程師之路的第一步。38參考文獻[1] 蘭雄侯，王繼先，高航磨削溫度理論研究的現(xiàn)狀與進展[A]，沈陽：東北大學機械工程及自動化學院.[2] 徐鴻鈞，磨削溫度的測量技術(shù)磨料磨具與磨削，1986.[3] 王霖、秦勇等，磨削溫度場的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，濟南：山東大學，2001.[4] 徐鴻鈞，高航，磨削溫度的測量技術(shù)，徐鴻鈞，高航，沈陽：東北大學機械工程及自動化學院.[5] 田志勛，徐明信，崔云惠，隋金福.熱電現(xiàn)象與熱電偶理論，金屬熱處理，1994年第 6期.[6] 錢立宗，熱電偶及應(yīng)用[J]，安慶師院學報(自然科學版)，1995 年 8月.[7] 袁希光，傳感器技術(shù)手冊.國防工業(yè)出版社，1986 年 12月.[8] 王西彬，任敬心，磨削溫度及熱電偶測量的動態(tài)分析[J]，中國機械工程，1997年第 8卷第 6期.[9] 崔亦飛，曹云乾，簡易熱電偶制作原理與標定[J]，儀器儀表學報，1994 年 5月第 15卷第 2期.[10 ] 黃澤銑等，熱電偶原理及其檢定.[11 ] 陳守仁主編，工程檢測技術(shù)（下冊） ，北京：中央電視大學出版社，1984.[12 ] 任敬心，華定安，磨削原理，西安：西北工業(yè)大學，2000.[13] 王西彬，師漢民，任敬心，結(jié)構(gòu)陶瓷的磨削溫度，西安：西北工業(yè)大學，2002.[14] 余英良.磨床專用改造設(shè)計與實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998:31～49.[15] 張碧泉.普通磨床的數(shù)字化改造[J].機械工程師,1999（11）,26～30.39[16] 劉書華.專用磨床與編程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005:324～40.[17] 李善術(shù).專用磨床及其應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005,1～5,173～188.[18] Papadopoulos,E.Planning and model-based control for mobile manipulators. Intelligent.Robots and Systems.Takamatsu,2000,1810～1815．[19]肖愛萍.基于普通磨床的專用化改造的設(shè)計[J].蘭州工業(yè)高等專科學校,2002（2）.[20]李盛宇.普通磨床的專用化改造[J].電氣技術(shù)與專用化,2005（6）:121～123.致 謝為期三個多月的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，我也順利的完成了我的課題設(shè)計，在此之際我要衷心的感謝在設(shè)計過程中一直幫助我支持我的老師。我要感謝指導(dǎo)老師老師在整個設(shè)計過程中對我的影響很大，設(shè)計過程中的很多個難點都是在老師的悉心指導(dǎo)下才克服的，還有老師親切和善也是我在整個設(shè)計過程中感受最深的。也因為這樣，和老師之間存在著師生心理障礙一下全無，我也就大方的有問題就問，有想法就提，這也使得我能更多的發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并解決問題。老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的專業(yè)知識，誨人不倦教學精神，在學術(shù)上和為人上都是我們的楷模和榜樣。同時我還要感謝跟我一起參與設(shè)計的同學，雖然我們課題不同，但是都能在討論中發(fā)現(xiàn)各自的問題，并互相提出解決的方法，設(shè)計能夠順利完成，也因為他們的幫助。結(jié)束代表著新的開始，新的征程，本次的畢業(yè)設(shè)計將會成為我今后工作，學習生活中的一份堅實的基礎(chǔ)和保證。從中吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)也將成為我們在今后生活道路上的一筆財富，挫折永遠是前進道路上所必須面對的，相信我們的未來會走的更好，也可以讓我們大學的老師放心。真心的感謝在大學幫助過我的老師和同學們，再次感謝你們！I摘 要用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統(tǒng)稱為磨床，它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的。隨著機械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)正朝著超硬度磨料磨具、開發(fā)精密及超精密磨削（從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展）和研制高精度、高剛度、多軸的自動化磨床等方向發(fā)展 [4]，如用于超精密磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至 4μm、磨削精度高達0.025μm。本課題是對設(shè)計一臺氣缸體表面加工用的專用磨床，氣缸體作為重要的工藝要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量的一個瓶頸問題，如何能使氣缸體的表面粗糙度和平面度達到技術(shù)要求。關(guān)鍵詞：磨床；平面磨床；專用磨床；磨削加工；氣缸體IIABSTRACTAbrasives (grinding wheels, abrasive belt, Whetstone, and abrasive, etc.) as a tool cutting machine tools, collectively known as the grinder, they are developed due to the need of finishing and hard surfaces. With mechanical precision, reliability and lifetime requirements of continuous improvement and increased application of new materials, grinding technology is moving in the ultra-hardness of abrasives, the development of sophisticated and ultra-precision grinding (grinding to micron, submicron nano-grinding development) and the development of high accuracy, high stiffness, and multi-axis automation grinder direction [4], such as for ultra-precision grinding resin combined with the average radius of the diamond grit grinding wheel can be as small as 4μm, grinding accuracy of up to 0.025μm.This topic is a special grinder, with the surface finish of the design of a cylinder block and cylinder block as an important process requirements of precision parts, the outer surface roughness has been a bottleneck restricting the quality of products, how to make the cylinder block. surface roughness and flatness of the technical requirements.Key words: grinder; surface grinder; special grinder; grinding; cylinder blockIII目 錄摘 要 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????IABSTRACT???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II第 1 章 緒論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 磨床的類型與用途 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.1 磨床的類型及其特點 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.2 磨床的用途 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.3 平面磨削和端面平面磨床 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????21.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.1 基本參數(shù)和設(shè)計內(nèi)容 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.2 磨床總體設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.3 總體設(shè)計注意事項 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6第 3 章 磨床總體布局設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.1 加工零件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.2 初步估計組成部分 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.3 總體布局初步設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.4 縱向與橫向尺寸的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????103.6 頭架相關(guān)尺寸的確定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????123.7 尾架相關(guān)尺寸的確定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.8 工作臺 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.9 橫向進給機構(gòu) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.10 砂輪修整器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.11 液壓系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.12 電氣部分 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.13 機床保護系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14第 4 章 部件設(shè)計（砂輪架） ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15IV4.1 砂輪架設(shè)計的基本要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.4 砂輪架主軸初步設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.5 主軸剛度校核 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????164.6 動靜壓軸承 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174.7 傳動裝置設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18第 5 章 床身與導(dǎo)軌 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1 床身設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.1 床身結(jié)構(gòu)的基本要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.2 床身的結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.3 床身的截面形狀 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.1.4 鋼板焊接結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.1.5 箱體封沙結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2 導(dǎo)軌設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.1 對導(dǎo)軌的要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.2 滑動導(dǎo)軌 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.3 貼塑滑動導(dǎo)軌 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275.2.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275.2.5 導(dǎo)軌設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????285.2.6 導(dǎo)軌的材料 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28第 6 章 主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.1 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計要求 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.2 主傳動變速系統(tǒng)的設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.3 選擇主軸電機 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????306.4 高速帶的設(shè)計計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31第 7 章 控制系統(tǒng)設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.1 確定硬件電路的總體方案 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.2 主控制器 CPU 的選擇 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.3 存儲器擴展電路設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.4 I/O 口擴展電路設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35V7.5 交流伺服電機驅(qū)動電路 ??????????????????????????????????????????????????????