3449 數(shù)控精密平面磨床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì),數(shù)控,精密,平面磨床,進(jìn)給,系統(tǒng),設(shè)計(jì) XXXXXXXX畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目： 數(shù)控精密平面磨床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制作及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXX 姓 名： XXXXXXXX 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012 年 5 月 17 日 目 錄1 緒論 …………………………………………………………………………………11.1 課題研究背景及目的……………………………………………………………11.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………………………21.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)與論文組成………………………………………………………52 數(shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 72.1 磨床簡(jiǎn)介 ………………………………………………………………………… 72.2 磨床技術(shù)規(guī)格…………………………………………………………………… 72.3 主要結(jié)構(gòu)及說明………………………………………………………………… 9 2.4 磨床總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 102.5 磨床總體布局設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 103 理論計(jì)算……………………………………………………………………………… 123.1 功率計(jì)算……………………………………………………………………………123.2 電動(dòng)機(jī)選用…………………………………………………………………………143.3 滾珠絲桿副選用與校核……………………………………………………………143.4 錐齒輪尺寸計(jì)算……………………………………………………………………184 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 204.1 傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)………………………………………………………………………204.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………234.3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………255 硬件電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………………… 266 機(jī)床設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)………………………………………………………………… 29結(jié)論…………………………………………………………………………………………30致謝…………………………………………………………………………………………31參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………32附錄…………………………………………………………………………………………33精密數(shù)控平面磨床——工作臺(tái)縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要本文對(duì)所設(shè)計(jì)的磨床作了詳盡的論述，分別從精密數(shù)控平面磨床的總體布局、橫向進(jìn)給、縱向進(jìn)給和硬件電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面進(jìn)行了闡述。緒論：介紹該課題研究背景和國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，以及此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。數(shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì)：簡(jiǎn)單介紹了此次設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床，給出該數(shù)控平面磨床的技術(shù)規(guī)格和主要結(jié)構(gòu)及說明，并說明了磨床的總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)和總體布局設(shè)計(jì)。理論計(jì)算：包括機(jī)床功率的計(jì)算，電動(dòng)機(jī)選用，滾珠絲桿副選用與校核以及錐齒輪尺寸計(jì)算。方案設(shè)計(jì)：詳細(xì)說明了精密數(shù)控平面磨床的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)和導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和要求，并提出縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。硬件電路設(shè)計(jì)：詳細(xì)說明了硬件的選用和電路的連接。最后，針對(duì)本設(shè)計(jì)中不夠完美的地方的改進(jìn)想法，以及對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)和對(duì)我國超精密發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：平面磨床，數(shù)控，縱向進(jìn)給，橫向進(jìn)給Precise Numerical Control Plane Grinding MachineAuthor:Memg DanTutor:Deng ZhaohuiAbstractThis paper makes a thorough exposition of the designed grinding machine from the aspects of its overall design,horizontal and portrait give and hardware circuit design.The following is a brief introduction of the composition of this paper.INTRODUCTION: It introduces the background of this subject research ,the development in this field internal and international, and the assignment of this graduation project.THE OVERALL DESIGN OF THE NUMERICAL CONTROL PLANE GRINDING MACHINE: It gives a brief introduction to the design of the numerical control plane grinding machine, and provides its technical specification , main structure and explanation of the numerical control plane grinding machine , and show the design of the overall transmission of the grinding machine and the design of the overall arrangement. THE THEORETIC CALCULATION: It introduces the calculation of the power of lathe , the selection of the motor, the selection and check of the ball pole and the theoretic calculation of the size of the cone gear wheel.CONCEPTUAL DESIGN: It introduces the main points and requirements of the design of the drive parts, and puts forward the design of the horizontal and portrait give parts.THE DESIGN OF HARDWARE CIRCUIT: The election of the hardware and the connection of circuit are explained at length. In view of the flaws of the design, it puts forward some measures to make impovement. Besides, a conclusion of this graduation project and prospect of the development of precise machine are given in this part.Keyword: plane grinding machine , numerical control, portrait give, horizontal give1第 1 章 緒論1.1 課題研究背景及目的1.1.1 課題研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)各部門所需求的多品種、多功能、高精度、高品質(zhì)、高度自動(dòng)化的技術(shù)裝備的開發(fā)和制造，促進(jìn)了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，隨著社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)加工精度的要求越來越高，對(duì)精密和超精密加工的需求也日益增多，精密加工廣泛的應(yīng)用于制造生產(chǎn)中，對(duì)機(jī)床精度的要求也進(jìn)一步提高。磨削是一種重要的精密和超精密加工方法，因此磨削的應(yīng)用也愈加廣泛。磨削加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)中的重要領(lǐng)域，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)精密加工、超精密加工最有效、應(yīng)用最廣的基本工藝技術(shù)。精密、超精密加工技術(shù)市場(chǎng)是國家尖端技術(shù)集中的市場(chǎng)，它既是高代價(jià)、高投入的工藝技術(shù)，又是高增值、高回報(bào)的工藝技術(shù)，世界工業(yè)先進(jìn)國家都把它放在國家技術(shù)和經(jīng)濟(jì)振興的重要位置 [1]。當(dāng)今，在光學(xué)和電子零件加工中，都力圖提高精度和集成度，不僅是零件加工，而且對(duì)作為精密模具、機(jī)械零件、測(cè)試儀器零件最終加工工序的磨削加工也提出了超精密化的要求。此外，隨著新材料的開發(fā)，陶瓷等作為結(jié)構(gòu)零件材料在某些特殊場(chǎng)合已經(jīng)得到了應(yīng)用，這些新材料均屬于難切削材料，其結(jié)果不僅提高了磨削的比重，而且還促進(jìn)了磨床、磨削加工方式和工藝以及其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。隨著以工程陶瓷為主體的非金屬材料逐漸成為工程技術(shù)重要材料，各國還開發(fā)了適應(yīng)加工這類工程陶瓷的超精密平面磨床。陶瓷材料的特點(diǎn)是硬而脆，其硬度是碳鋼的 1O 至 20 倍，而斷裂韌性僅為碳鋼的幾十分之一。陶瓷材科的性能對(duì)粗糙度、破損度、平面度等平面參數(shù)十分敏感。陶瓷材料的磨削機(jī)理與金屬材料不同，主要有三個(gè)特點(diǎn)：砂輪損耗大，磨削比低 3 磨削力大，磨削效率低 3 由于磨削條件不同，會(huì)使加工零件的強(qiáng)度發(fā)生變化。根據(jù)以上這些特點(diǎn)，各國都致力開發(fā)了適合進(jìn)行納米磨削的超精密平面磨床，并且進(jìn)行了脆性材料的可延性磨削技術(shù)的研究。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，高效是各個(gè)生產(chǎn)商不斷追求的目標(biāo)，數(shù)控技術(shù)得到推崇。2當(dāng)今，磨削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向著采用超硬磨料磨具，發(fā)展高速、高效、高精度磨削新工藝，裝備 CNC 數(shù)控磨床的方向發(fā)展。1.1.2 課題研究目的本次設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一臺(tái)精密數(shù)控平面磨床，精度等級(jí)為 1 ，用砂輪周邊磨削m?平面，也可以磨削臺(tái)階平面。能用于機(jī)械制造業(yè)及工具模具制造業(yè)，能加工各種難加工材料( 如陶瓷材料 )。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r超精密加工技術(shù)是以高精度為目標(biāo)的技術(shù)，它具有單項(xiàng)技術(shù)的極限、常規(guī)技術(shù)的突破、新技術(shù)綜合三個(gè)方面永無止境的追求的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)超精密加工的主要條件應(yīng)包括以下諸方面的高新技術(shù)：超精密加工機(jī)床與裝、夾具；超精密刀具和磨料，刀具刃磨技術(shù)；超精密加工工藝；超精密加工環(huán)境控制（包括恒溫、隔振、潔凈控制等） ；超精密加工的測(cè)控技術(shù)等。毫無疑問，超精密加工機(jī)床技術(shù)是最關(guān)鍵的技術(shù)，它直接代表了國家制造業(yè)的水平 [1]。大學(xué)和研究所保持著對(duì)超精密機(jī)床研究的持續(xù)熱情，對(duì)高技術(shù)進(jìn)行超前研究，并使得研究型超精密試驗(yàn)機(jī)床盡可能采用高技術(shù)作產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)，對(duì)超精密機(jī)床產(chǎn)業(yè)化和商品化起著推動(dòng)作用。美國 LLNL 實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一系列超精密試驗(yàn)研究型機(jī)床，1984 年研制成功的大型光學(xué)金剛石車床 LODTM 是至今為止精度最高的大型超精密機(jī)床 [2]。該機(jī)床可加工直徑為 2.1m 質(zhì)量 4.5t 的工件。采用高壓液體靜壓導(dǎo)軌在 1.07m×1.12m 范圍內(nèi)直線度誤差小于 0.025 （在每個(gè)溜板上裝有標(biāo)準(zhǔn)平尺，通過測(cè)量和修正來達(dá)到） 。位移誤差不m?超過 0.013 （用氦屏蔽光路的激光干涉儀來測(cè)量和反饋控制達(dá)到） 。主軸溜板運(yùn)動(dòng)偏擺小于 0.001’’ (通過兩路激光干涉儀測(cè)量,壓電陶瓷修正來實(shí)現(xiàn) ).激光測(cè)量系統(tǒng)有單獨(dú)的花崗巖支架系統(tǒng),不與機(jī)床聯(lián)結(jié),油噴淋冷卻系統(tǒng)可將油溫控制在 20 0.0025 .采用C???摩擦驅(qū)動(dòng),推力可達(dá) 1360N，運(yùn)動(dòng)分辨率達(dá) 0.005 。m?在商品化實(shí)用超精密機(jī)床方面，世界上最負(fù)盛名的是英國的 Tayler/Hobson-Pneumo 公司。該公司生產(chǎn) Optoform,Microform 和 Nanoform 三個(gè)系列的超精密機(jī)床。典型產(chǎn)品 Nanoform250 車床采用空氣靜壓主軸，其徑向、軸向剛度分別為 88MN/m 和362MN/m，徑向和軸向精度 0.05 ，采用液體靜壓搗鬼，水平和垂直線度分別為 0.2 ?m?/250mm 和 0.5 /250mm，定位精度為 0.3 /250mm，數(shù)控系統(tǒng)采用 Nanopath，分辨率為0.001 。測(cè)量系統(tǒng)采用光柵遲或激光干涉儀，分辨率分別為 8.6nm 和 1.25nm。加工m?型面精度達(dá) 0.2 ，表面粗糙度 優(yōu)于 0.01 。aR?美國洛切斯特大學(xué)光學(xué)中心（COM） [3]開發(fā)了 POTICAM 系列的超精密光學(xué)加工機(jī)床；OPTICAM 超精機(jī)床系列設(shè)備包括：OPTICAM/SM 平面拋光機(jī)床，OPTICAM/AM 非球面加工機(jī)床和 OPTICAM/PM 棱鏡加工機(jī)床。2000 年開始進(jìn)行“保形光學(xué)制造技術(shù)”的研究，開發(fā)了 Nanotech 150AG 非球加工機(jī)床；Q22 磁流變加工機(jī)床等。英國的 Granfield 大學(xué)的精密工程研究所研究的 OAGM2500 六軸 CNC 超精密磨床 [4]、Nanocenter250、600 非球面光學(xué)零件車窗和大型超精密金剛石鏡面磨床，是超精密機(jī)床研究的先鋒。1．超精密磨削及磨粒加工工藝技術(shù)當(dāng)前精密磨削是指被加工零件的加工精度達(dá) 1~0.1 ，表面粗糙度 為 0.2~0.01m?aR的加工技術(shù)。超精密磨削的加工精度小于 0.1 ，表面粗糙度 ，磨m? m?025.?床定位精度的分辨率和重復(fù)精度小于 0.01 ?，F(xiàn)在超精密磨削正從微米、亞微米（1~0.1 ）的加工向納米級(jí) 加工發(fā)展。用磨具進(jìn)行磨削和用磨粒進(jìn)行???3210~?研磨和拋光是實(shí)現(xiàn)精密及超精密加工的主要途徑。用于超精密鏡面磨削的樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的磨料平均粒徑可小至 4 ，使用 20nm 的超微細(xì)磨粒的磨片，所磨削加m工的集成電路板的溝槽邊沿沒有崩角現(xiàn)象；用鑄鐵結(jié)合劑粒度為 的、金剛石砂輪#80精磨 SiC 鏡面，表面粗糙度可達(dá) 2~5nm。日本還用激光在研磨過的人造金剛石上切aR割出大量等高性一致的微小切削刃，對(duì)硬脆材料進(jìn)行精密加工，效果很好。對(duì)極細(xì)粒度的模具而言，砂輪鋒銳性的保持是一個(gè)大問題。金屬基微細(xì)超硬磨料砂輪在線電解修整（ELID）技術(shù)，很好地解決了這一問題。用 6000~8000 目粒度的鋼結(jié)合劑金剛石砂輪和 ELID 技術(shù)精磨 硅片，去除率為 ，平面度為 [5]。)4(10inm?min/5~3?6/?2．超精密機(jī)床軸系的研究與發(fā)展4氣浮主軸的最大優(yōu)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)精度高。由于氣浮誤差均化效應(yīng)，通常主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度比主軸加工的圓度精度要高出 3~5 倍。主軸和電機(jī)采用一體化結(jié)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)與株洲的動(dòng)平衡問題，電動(dòng)機(jī)電磁振動(dòng)消除、電動(dòng)機(jī)熱消除、主軸熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償以及新型氣浮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造等都是一直在研究改善的問題。為了提高主軸的徑向和軸向剛度，采用半球型氣浮主軸如德國 Kugler 公司 EK 系列氣浮軸承。為了進(jìn)一步提高回轉(zhuǎn)精度和剛度，近年來很多人研究控制節(jié)流量反饋方法來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)控制。最近，用電磁技術(shù)和氣浮結(jié)合的控制方法也在研究之中。但電磁技術(shù)的缺點(diǎn)很多，如熱效應(yīng)嚴(yán)重等，還不能達(dá)到很高精度。日本學(xué)者 [6]研究了一種用永磁體加壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)和電容傳感器位置測(cè)量的方法來改善氣浮主軸的精度。主動(dòng)控制增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和降低了可靠性，目前尚不到使用的程度。但使用永磁體增加止推氣墊的剛度的成功實(shí)例并不少見，這種氣磁軸承和加開真空負(fù)壓槽的真空吸附加強(qiáng)型氣浮軸承相似。這種綜合軸承在一定程度上可改善氣浮軸承的動(dòng)態(tài)特性，如增大阻尼。3．超精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)的新進(jìn)展為了獲得高的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)分辨率，超精密導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的要求很高，既要求有平穩(wěn)的超低速運(yùn)動(dòng)特性，又要又大的調(diào)速范圍，好的電磁兼容性。美國 Parker Hannifin 公司的 DM 和 DR 系列直接驅(qū)動(dòng)伺服執(zhí)行器，輸出力矩大，位置控制分辨率高達(dá) 1/640 000。主軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以采用印刷板電動(dòng)機(jī)，它的慣性小，發(fā)熱量小。精密滾珠絲桿式超精機(jī)床目前采用的驅(qū)動(dòng)方法，但絲桿的安裝誤差、伺桿本身的彎曲、滾珠的跳動(dòng)及制造上的誤差，螺母的預(yù)緊程度等都會(huì)給導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精度帶來影響。通常超精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)有特殊設(shè)計(jì)，例如絲桿螺母與氣浮平臺(tái)的聯(lián)結(jié)器應(yīng)保證軸向和滾轉(zhuǎn)剛度高，而水平、垂直、俯仰和偏轉(zhuǎn)四自由度為無約束的機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)預(yù)絲桿的聯(lián)結(jié)器也應(yīng)采用純扭矩?zé)o反轉(zhuǎn)間隙的聯(lián)軸器。氣浮絲桿和磁浮絲桿可進(jìn)一步減小滾珠絲桿的跳動(dòng)誤差和因摩擦和反向間隙引入控制系統(tǒng)的非線性環(huán)節(jié)。俄羅斯研制的氣浮/磁浮絲桿 [7][8]其電磁絲桿的傳動(dòng)主要指標(biāo)如下：絲桿直徑 62mm，螺距和螺紋齒高 4mm，絲扣寬度 1mm，間隙 =0.1mm，承載?能力和靜剛度分別為 700N 和 75MN/m 和氣浮平臺(tái)聯(lián)合使用時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置的分辨率為0.01 。Fanuc 公司的超精密車、銑床 R0B0nano Ui 就采用了面節(jié)流式空氣靜壓絲桿m?螺母副。5超精密加工的意義重大，我國超精密加工技術(shù)的發(fā)展要趕超世界先進(jìn)水平，就應(yīng)優(yōu)先考慮適度、穩(wěn)定高精度的戰(zhàn)略。最求高精度從理論上是無窮盡的，但根據(jù)我國國情，選擇適當(dāng)?shù)耐度?精度比，追求適度、穩(wěn)定高精度，依靠自己的力量開發(fā)廉價(jià)化的超精加工技術(shù)。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)與論文組成1.3.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)1．設(shè)計(jì)一臺(tái)精密數(shù)控平面磨床，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺(tái)階平面。能用于機(jī)械制造業(yè)及工具模具制造行業(yè)，能加工各種難加工材料；2．確定磨床的總體方案3．工作臺(tái)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)和滾珠絲桿副設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；繪制相關(guān)零件圖；4．工作臺(tái)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；5．磨床床身立柱的設(shè)計(jì)（選做） ；6．磨床微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)；7．翻譯指定的英文專業(yè)文獻(xiàn)；8．撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書） 。1.3.2 論文組成論文由以下幾章組成1．緒論：介紹課題研究背景和國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，以及此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。2．?dāng)?shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì)：簡(jiǎn)單介紹此次設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床，給出所要設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床的技術(shù)規(guī)格和主要結(jié)構(gòu)及說明，并說明了磨床的總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)和總體布局設(shè)計(jì)。3．理論計(jì)算：包括機(jī)床功率的計(jì)算，電動(dòng)機(jī)選用，滾珠絲桿副選用與校核以及錐齒輪尺寸計(jì)算。4．方案設(shè)計(jì)：詳細(xì)說明了精密數(shù)控平面磨床的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)和導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及要求，并提出縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。5．硬件電路設(shè)計(jì)：詳細(xì)說明了硬件的選用和電路的連接。66．機(jī)床改進(jìn)：針對(duì)本設(shè)計(jì)中不夠完美的地方的改進(jìn)想法。7．結(jié)論：包括這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)，和對(duì)精密數(shù)控平面磨床的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。8．致謝9．參考文獻(xiàn) 7第 2 章 數(shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì)2.1 磨床簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)是一臺(tái)精密數(shù)控平面磨床，它除了可以磨削平面外，還可以磨削臺(tái)階平面，不僅適用于機(jī)械加工行業(yè)亦適用于模具行業(yè)。它采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)原理，通過采用CBN 砂輪，滾珠絲桿副，數(shù)控系統(tǒng)等措施保證加工精度。該精密數(shù)控平面磨床主要包括磨頭及垂直進(jìn)給系統(tǒng)、工作臺(tái)縱向及橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、床身及防護(hù)罩裝置、冷卻及潤(rùn)滑系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)五大部分。該機(jī)床的磨頭為普通平面磨床磨頭，垂直進(jìn)給的高精度由絲桿副和數(shù)控系統(tǒng)來保證。該機(jī)床的橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用滾珠絲桿加交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，提高加工精度。縱向進(jìn)給導(dǎo)軌鑲裝塑料，以降低摩擦系數(shù)，提高耐磨性和抗撕傷能力，并防止低速時(shí)出現(xiàn)爬行。該機(jī)床的冷卻系統(tǒng)包括磨削液冷卻、強(qiáng)制過濾等裝置。為減少磨削液對(duì)砂輪制功功率的損耗，冷卻壓力為 2Mpa。機(jī)床的總體布局分為十字拖板型，拖板上下縱橫導(dǎo)軌均為雙 V 型滑動(dòng)導(dǎo)軌，工件摩削平面的形成由工作臺(tái)的縱向運(yùn)動(dòng)和拖板的橫向運(yùn)動(dòng)而成，磨頭僅做垂直上下運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)帶動(dòng)，拖板橫向運(yùn)動(dòng)也有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過一對(duì)減速齒輪傳動(dòng)，滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)而使拖板橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，磨頭垂直導(dǎo)軌為立柱前后導(dǎo)軌形式的貼型滑動(dòng)導(dǎo)軌，磨頭主軸系統(tǒng)為前后各為雙聯(lián)成堆高精度滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過柔性連軸器使主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，磨頭的垂直運(yùn)動(dòng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿、渦輪傳動(dòng)與其向嚙合的螺旋齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)與螺旋齒輪剛性連接的絲桿副的螺母而使與絲桿固定聯(lián)結(jié)的磨頭做垂直運(yùn)動(dòng)。本級(jí)床為高精密數(shù)控機(jī)床，幾何精度、工作精度很高，性能可靠性穩(wěn)定，垂直進(jìn)給、橫向進(jìn)給、縱向進(jìn)給具有數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)給靈敏度、準(zhǔn)確度高，磨削自動(dòng)化程度高，當(dāng)每次自動(dòng)磨削循環(huán)結(jié)束，工作臺(tái)始終停止在縱向運(yùn)動(dòng)的右端2.2 磨床技術(shù)規(guī)格1．工作臺(tái)面尺寸 200×630mm2．加工范圍：8最大磨削尺寸（寬×長(zhǎng)×高） 200×630×380mm最大工件載重量（包括電磁吸盤） 130KG3．工作臺(tái)：最大縱向行程 750mm最大橫向行程 220mmT 型槽數(shù)和槽寬 4×14mm4．工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)：進(jìn)給速度 0.3~25m/min 手動(dòng)進(jìn)給手輪每轉(zhuǎn) 180mm5．拖板橫向運(yùn)動(dòng)：連續(xù)進(jìn)給 0.2~1m/min手動(dòng)機(jī)給手輪每轉(zhuǎn) 5mm手輪每格 0.02mm微進(jìn)給手輪每大格 0.005mm6．磨頭垂直運(yùn)動(dòng)：砂輪主軸中心線至工作臺(tái)面之距 160~480mm砂輪轉(zhuǎn)速 3000r/min 磨頭垂直快速升降速度 400mm/min。磨頭垂直自動(dòng)進(jìn)給量 0.001~0.02mm最小進(jìn)給量 0.0001mm手動(dòng)進(jìn)給旋鈕每轉(zhuǎn)（×1/×10/×100） 0.01/0.1/1mm旋鈕刻度（×1/×10/×100） 0.0001/0.001/0.01mm快速進(jìn)給 400mm/min7．砂輪尺寸： 外徑 200mm寬度 25mm孔 32mm 8．占地空間：長(zhǎng) 2405mm9寬 1593mm高 1786mm機(jī)床重量 2000kg2.3 主要結(jié)構(gòu)及說明2.3.1 磨頭磨頭主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，由主軸電機(jī)通過柔性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)具有前后支承均為成對(duì)高精密滾動(dòng)向心推力球軸承而使砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)。2.3.2 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，傳動(dòng)與其相嚙合的螺旋齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)與螺旋齒輪剛性聯(lián)結(jié)的絲桿副的螺母，移動(dòng)絲桿使與其固定聯(lián)結(jié)的磨頭體垂直運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)具有數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)，進(jìn)給有自動(dòng)與手動(dòng)。1．自動(dòng)⑴快速運(yùn)動(dòng) 按住點(diǎn)動(dòng)式快速上升鍵，磨頭上升，當(dāng)釋放時(shí)磨頭停止上升，按住點(diǎn)動(dòng)式快速下降鍵，磨頭下降，當(dāng)釋放時(shí)，磨頭停止下降，其運(yùn)動(dòng)速度為400mm/min。⑵點(diǎn)發(fā)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 點(diǎn)按點(diǎn)發(fā)進(jìn)給鍵，每次進(jìn)給量為 0.001/mm。⑶自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 在自動(dòng)磨削時(shí)，分粗磨、精磨和無進(jìn)給磨削，其進(jìn)給量為0.0005~0.02 定量分級(jí)任意選擇，且具有預(yù)置和粗磨、精磨和無進(jìn)給磨削次數(shù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)無進(jìn)給磨削次數(shù)結(jié)束，工作臺(tái)固定的在右端停止，在磨削過程中有數(shù)字顯示。2．手動(dòng)手動(dòng)進(jìn)給由手動(dòng)脈沖發(fā)生器控制器進(jìn)給量，根據(jù)需要任意選擇既定的定量分級(jí)的進(jìn)給，其進(jìn)給量為 0.0001~0.01/格。根據(jù)預(yù)先選擇的進(jìn)給量和轉(zhuǎn)動(dòng)、手動(dòng)脈沖發(fā)生器就可獲得所選擇的進(jìn)給量。調(diào)整用手動(dòng)機(jī)構(gòu)，在床身后面，在與伺服電機(jī)相聯(lián)接得蝸桿軸上裝有一直齒齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)相嚙合的另一錐齒輪軸，通過蝸桿螺旋齒輪副和垂直絲桿副可獲得磨頭上下調(diào)整已動(dòng)，在平時(shí)，錐齒輪對(duì)始終處于非嚙合狀態(tài)的拓開位置。102.3.3 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)拖板（或工作臺(tái)）橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可分為手搖進(jìn)給、手動(dòng)微動(dòng)進(jìn)給和自動(dòng)進(jìn)給。1．手搖進(jìn)給時(shí)應(yīng)將捏手松開，使斜齒輪與手輪空轉(zhuǎn)，然后將手輪向前推，使齒型離合器相接合（此時(shí)拉桿以將齒輪副脫開）搖動(dòng)手柄，經(jīng)手輪、軸、聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲桿，使?jié)L珠螺母移動(dòng)，帶動(dòng)拖板做橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2．手動(dòng)微動(dòng)進(jìn)給 基本上與手搖進(jìn)給相同，此時(shí)應(yīng)將捏手?jǐn)Q緊，使斜齒輪與手輪結(jié)合在一起，然后使齒型離合器接合，轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿上的捏手，經(jīng)蝸桿、斜齒輪嚙合傳動(dòng)軸，其余傳動(dòng)與上面相同，微動(dòng)把手上的最小刻度值為 0.005 毫米。 3．自動(dòng)進(jìn)給 自動(dòng)機(jī)給的動(dòng)力為伺服電機(jī)，在它的輸出軸上裝有齒輪，經(jīng)與它嚙合的齒輪而傳動(dòng)軸（此時(shí)應(yīng)將齒型離合器分開）經(jīng)聯(lián)軸器使?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做橫向自動(dòng)進(jìn)給，橫向進(jìn)給量：斷續(xù)為 0.5~12 毫米/ 次，連續(xù)為 0.2~1 米/分。2.3.4 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)拖板（或工作臺(tái)）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可分為手搖進(jìn)給和自動(dòng)進(jìn)給。1．手搖進(jìn)給時(shí)應(yīng)將捏手松開，使斜齒輪與手輪空轉(zhuǎn)，然后將手輪向前推，使圓柱齒輪和托板上的齒條相捏合（此時(shí)拉桿以將齒輪副脫開）搖動(dòng)手柄，經(jīng)手輪帶動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱齒輪和尺條捏合帶動(dòng)拖板做縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2．自動(dòng)進(jìn)給 自動(dòng)機(jī)給的動(dòng)力為伺服電機(jī)，在它的輸出軸上裝有齒輪，經(jīng)與它嚙合的齒輪而使?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做縱向自動(dòng)進(jìn)給，縱向進(jìn)給量 0.3~25m/min。2.4 磨床總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)磨床總體傳動(dòng)圖，見圖 2.1。 （詳見 A3[3]號(hào)圖）2.5 磨床總體布局設(shè)計(jì)磨床的總體布局圖，見圖 2.2。(詳見 A3[2]號(hào)圖)11圖 2.1 精密數(shù)控平面磨床傳動(dòng)系統(tǒng)圖圖 2.2 精密數(shù)控平面磨床總體布局圖12第 3 章 理論計(jì)算3.1 功率計(jì)算如下圖 3.1 所示：圖 3.1 磨削力示意圖——切向磨削力(N) ；tF吃刀量(mm)；pa砂輪線速度（m/s） ；sV工件縱向進(jìn)給速度（m/min） ；w由于本機(jī)床既要求能加工普通鋼材，又要能加工硬脆陶瓷材料；所以計(jì)算切削功率時(shí)分為兩種情況。（1）當(dāng)磨削普通鋼材時(shí)，平面磨削力的公式為：＝ [9] （3.1）tF280.8641.06pwsav?由公式（3.1）得：＝ tF280.8641.06pwsav?＝ 0.86.41.06253???13＝105N其中 =0.02 為磨床加工的最大磨削量；pa＝25 為磨床工作臺(tái)最大進(jìn)給速度；wV由經(jīng)驗(yàn)公式 [9]可知：徑向力 =1000NnF砂輪所受的的軸向力很小，在這里忽略不計(jì)?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)所受的垂直力 等于砂輪所受的徑向力，由于實(shí)際中 角很小，所1 ?以縱向機(jī)構(gòu)所受的軸向力 約等于砂輪的切向力。2F縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸向所受的合力為：[9] (3.2)21)(Fmg???由公式（3.2）得： 21)(F?tng??105)0(. ??N75.加工時(shí)縱向最大進(jìn)給速度 V=9.6m/min縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削功率為： kwFp1.06/.9705???當(dāng)磨削硬脆材料時(shí)，在同樣的工作條件下，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，＝1000N， / =20, =50N, nFntFt縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸向所受的合力為：[9] 21)(Fmg???（3.3）14由公式(3.3)可得 NFmgtn65050)1(.)2?????縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削功率為： kwvFp10.6/.950???3.2 電動(dòng)機(jī)選用綜合以上兩種磨削方式，選取磨削功率 ＝0.11kw。由于機(jī)床設(shè)計(jì)選擇的數(shù)控系tp統(tǒng)是西門子 SINUMERIK802D 型，所以選擇與選擇與西門子數(shù)控系統(tǒng)相匹配的 IKF6伺服電機(jī)。3.3 滾珠絲桿副選用與校核1．工作壽命選擇查表取 Th=15000h[9]2．等效負(fù)荷和等效轉(zhuǎn)速⑴等效負(fù)荷計(jì)算導(dǎo)軌摩擦力：=μW[9] （3.4）fF由公式（3.4）可得=μWf=0.1×5000=500N軸向力：1000N切向力：105NFm=500+1000+100=1605N15⑵等效轉(zhuǎn)速計(jì)算伺服電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 =3000r/minmaxn絲桿轉(zhuǎn)速 =3000× =2143r/mins5230絲桿導(dǎo)程 ，取Ph6.14??mPh12?絲桿轉(zhuǎn)速 快速移動(dòng) 2143r/min一般加工 800r/min精密加工 400r/min調(diào)整 50r/min等效轉(zhuǎn)速 min/520104138052143 rnm ??????3．絲桿選擇⑴等效軸向動(dòng)負(fù)荷查表得 8.0?tf7.af35.1?wfhf62.0?kf[9] （3.5）316??????mkahtmaenTfFC由公式（3.5）得 3160???????mhkahtmaenfN96.21515202.780316??????查表選擇插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副，型號(hào)為 CMD3212-2.5， =25837N， ， ，螺母長(zhǎng)度 L=151mm，余程為 45mm[9]aCoa5680Kc螺紋長(zhǎng)度 mLu 9014217?????支承跨踞 m1絲桿全長(zhǎng) 0采用 F-F 式支承，絲桿一般不會(huì)受壓縮力作用，可不校核壓桿穩(wěn)定性。16絲桿彎曲振動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速：[9] （3.6）2910ccrLdfn?查表得 730.42?fmDdw38.245.6121??????Lc 976.09705?由公式（3.6）得 in/2143in/5697.02438.491 rrncr ????預(yù)拉伸量：取溫升為 ；C?5.3螺紋伸長(zhǎng)量： [9] （3.7）1tLu????由公式（3.7）得 1tLum?.389.056???絲桿全長(zhǎng)伸長(zhǎng)量： [9] 1tLl???（3.8）由公式（3.8）得1tLl??m?35.42.06??取預(yù)拉伸量 ml045.'??預(yù)拉伸力： 17[9] LuAEtFl'??（3.9）由公式（3.9）得 LuAEtFl'??N3160429.010.243856??????4．軸承選擇采用成對(duì) 接觸角推力球軸承為固定端，軸承型號(hào) 7304C。其尺寸參數(shù)為：?60d=20mm，D=52mm，Z=13， =7.144mm。技術(shù)參數(shù)為： C=29200N =28000NwD0C計(jì)算軸承動(dòng)負(fù)荷 C：tahFf?（3.10）式中 ——壽命系數(shù)hf——轉(zhuǎn)速系數(shù)a[9] 3105hhLf?（3.11）由公式（3.11）得 3105hhLf?181.350?[9] 3mnf（3.12）由公式（3.12）得 31mnf?5.0231?把 、 代入，由公式（3.10）得hfa tahFfC4125.03??=24947N<28000N 滿足強(qiáng)度要求 [9]3.4 錐齒輪尺寸計(jì)算 [10]分錐角 °983.250arctn1??°176219大端分度圓直徑 =30×3=90mmeemzd1?=52×3=156mm2外錐距 =90/2sin19.983=90.046mm11sin?eR齒寬系數(shù) =1/3?齒寬 b= =(1/3)×90.046=30mm Re大端齒頂高 =1×3=3mm =3㎜eamxh)1(??2ah大端齒根高 =（1+0.2-0 ）×3=3.6㎜fc1*?=（1+0.2-0 ）×3=3.6㎜efx)(22全齒高 =（2+0.2）×3=6.6㎜??emch*??齒根角 290.46.3arctnart11 ??effR?..rtrct22effh齒頂角 ??90.1?fa ??290.2?fa頂錐角 ?7390.832??a?.67.62a根錐角 ?2.1????ffi??307.90.22ff大端齒頂圓直徑 90+2×3×cos29.983=95.197㎜?11cos?aeahd156+2×3×cos60.017=159.000㎜??2220第 4 章 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 4.1.1 進(jìn)給傳動(dòng)系設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)床的加工性能，故對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有如下要求：1．具有足夠的靜剛度和動(dòng)剛度；2．具有良好的快速響應(yīng)性，做低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)不爬行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高；3．抗震性好，不會(huì)因摩擦自振而引起傳動(dòng)件的抖動(dòng)或齒輪傳動(dòng)的沖擊噪音；4．具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍，保證實(shí)現(xiàn)所要求的進(jìn)給量（進(jìn)給范圍、數(shù)列） ，以適應(yīng)不同的加工材料，使用不同刀具，滿足不同的零件加工要求，能傳動(dòng)較大的扭矩；5．進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度要高；6．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和裝配工藝性好。調(diào)整維修方便，操縱輕便靈活。 [11]7．消除傳動(dòng)間隙，進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙（多指反向間隙）存在于各傳動(dòng)副和各聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)中，直接影響機(jī)床的加工精度。為盡量消除其影響，應(yīng)采用消隙傳動(dòng)件和消隙聯(lián)系結(jié)構(gòu)；8．速度穩(wěn)定性要好，進(jìn)給部件在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不產(chǎn)生“爬行” ，高速運(yùn)動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)不發(fā)生振動(dòng)。 [12]214.1.2 傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)1．齒傳動(dòng)間隙的消除傳動(dòng)副為齒輪傳動(dòng)時(shí)，要消除其傳動(dòng)間隙。齒輪傳動(dòng)間隙的消除有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩類方法。⑴剛性調(diào)整法時(shí)調(diào)整后的齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，如偏心軸套調(diào)整法、變齒厚調(diào)整法、斜齒輪軸向墊片調(diào)整法等。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)剛度較高。但要求嚴(yán)格控制齒輪的齒厚及齒距公差，否則將影響運(yùn)動(dòng)的靈活性。⑵柔性調(diào)整法是指調(diào)整后的齒側(cè)間隙可以自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低些，會(huì)影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性。主要有雙片直齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法，薄片斜齒輪軸向壓簧調(diào)整法，雙齒輪彈簧調(diào)整法等?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中采用的是錐齒輪對(duì)降速傳動(dòng)，由于縱向運(yùn)動(dòng)精度要求不高，并且受到的軸向力較大，為了使得運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以采用傳動(dòng)剛度高的剛性調(diào)整法——輪軸箱墊片調(diào)整法——消除錐齒輪間隙。由于橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度直接影響加工精度，故精度要求較高，必須消除傳動(dòng)間隙。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用的是一對(duì)直齒輪降速，所以才用柔性調(diào)整法（雙片直齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法）消除齒側(cè)間隙。2．滾珠絲桿螺母副及其支承滾珠絲桿螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置。其具有螺旋槽的絲桿與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件——滾珠。滾珠絲桿螺母機(jī)構(gòu)由絲桿、螺母、滾珠和反向器等四部分組成。當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)反向通道，從而形成滾珠流動(dòng)的閉合通路。⑴滾珠絲桿副與滑動(dòng)絲桿副或其他直線運(yùn)動(dòng)相比，有下列特點(diǎn)：①摩擦損失小，傳動(dòng)效率高。一般滾珠絲桿副的傳動(dòng)效率達(dá) 92%～96%，滑動(dòng)絲桿副的傳動(dòng)效率僅為 20%～40%。②絲桿螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度。③摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好。④工作壽命長(zhǎng)。滾珠絲桿螺母副摩擦表面為高硬度（HRC58—62） 、高精度，具有22較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲桿副的 4—10 倍以上。⑤定位精度和重復(fù)定位精度高。由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升少、無爬行、無間隙，通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸的補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。⑥同步性好。用幾套相同的滾珠絲桿副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。⑦可靠性高。潤(rùn)滑密封裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。⑧不能自鎖，有可逆性，即能將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺旋運(yùn)動(dòng)。因此絲桿立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置。⑨經(jīng)濟(jì)性差成本高。由于結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，故制造成本較高。⑵滾珠絲桿副軸承選用及定位方式縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿承受的軸向載荷和徑向載荷均較大，因此對(duì)絲桿軸承的軸向和徑向的精度和剛度要求都較高。由于該磨床為小型數(shù)控機(jī)床，故采用角接觸推力球軸承。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿主要承受徑向力，因此采用推力軸承和滾子軸承的配合?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿長(zhǎng)度均較長(zhǎng)，同時(shí)轉(zhuǎn)速也較高，因此滾珠絲桿的支承方式采用兩端固定法。⑶滾珠絲桿螺母副間隙消除和預(yù)緊滾珠絲桿在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會(huì)產(chǎn)生接觸變形，接觸剛度與接觸表面預(yù)緊力成正比。如果滾珠絲桿螺母副間存在間隙，接觸剛度較??；當(dāng)滾珠絲桿反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母不會(huì)立即反向，存在死區(qū)，影響絲桿的傳動(dòng)精度。因此，同齒輪的傳動(dòng)副一樣，滾珠絲桿螺母副必須消除間隙，并施加預(yù)緊力，以保證絲桿、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高螺母絲桿副的接觸剛度 [10]。本設(shè)計(jì)中采用齒差式雙螺母結(jié)構(gòu)，可通過調(diào)整兩個(gè)螺母之間的軸向位置，使兩螺母的滾珠在承受工作載荷前，分別與絲桿的兩個(gè)不同的側(cè)面接觸，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，以達(dá)到提高軸向剛度的目的。齒差式調(diào)整法：作用螺母法蘭外圓上制有外齒輪，齒數(shù)常相差 1。這兩個(gè)外齒輪又與固定在螺母體兩側(cè)的兩個(gè)齒數(shù)相同的內(nèi)齒圈相嚙合，調(diào)整方法是兩個(gè)螺母相對(duì)其嚙23合的內(nèi)齒圈同向都轉(zhuǎn)一個(gè)齒。4.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 4.2.1 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求機(jī)床導(dǎo)軌是用來引導(dǎo)機(jī)床上運(yùn)動(dòng)不見的運(yùn)動(dòng)方向，使刀架、溜板和工作臺(tái)等沿一定的軌跡準(zhǔn)確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并使機(jī)床部件得到準(zhǔn)確定位。故導(dǎo)軌是機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞，將直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用壽命。導(dǎo)軌應(yīng)滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，便于加工、裝配、調(diào)整和維修、成本低等要求。其中下面為幾個(gè)基本方面的要求：1. 導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是指導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性，足夠高的導(dǎo)向精度是保證機(jī)床加工精度的前提，因此它是對(duì)導(dǎo)軌的最基本要求。影響導(dǎo)向精度的因素很多，如導(dǎo)軌幾何精度和接觸精度，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)型式，導(dǎo)軌和支承件的剛度，導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度，導(dǎo)軌和支承件的熱變形等等。直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度一般包括導(dǎo)軌在豎直平面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度和導(dǎo)軌面之間的平行度。接觸精度指導(dǎo)軌副間磨擦面實(shí)際接觸面積占理論接觸面積的百分比，或用著色法檢查25×25mm 面積內(nèi)的接觸點(diǎn)數(shù)。不同加工方法所生成的導(dǎo)軌表面，檢查的標(biāo)準(zhǔn)是不同的。22．耐磨性好，導(dǎo)軌原有精度喪失的主要原因就是磨損，沿導(dǎo)軌全長(zhǎng)的均勻和不均勻磨損，都會(huì)直接影響其導(dǎo)向精度。因此導(dǎo)軌的耐磨性是決定導(dǎo)向精度保持性的關(guān)鍵，也是衡量機(jī)床質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，應(yīng)盡可能提高導(dǎo)軌的耐磨性。影響導(dǎo)軌的耐磨性的主要因素有：導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、材料、熱處理及加工的工藝方法、受力情況、潤(rùn)滑和防護(hù)等。3. 承載能力大，剛度好 根據(jù)導(dǎo)軌承受載荷的性質(zhì)、方向和大小，合理的選擇導(dǎo)軌的截面形狀和尺寸，使導(dǎo)軌具有足夠的剛度，保證機(jī)床的加工精度。4.低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 擋動(dòng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)，應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。影響低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的因素有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、潤(rùn)滑情況、導(dǎo)軌摩擦面的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)的差值，以及窗洞導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系剛度。5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工 [11]。244.2.2 導(dǎo)軌的作用及分類導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)方式可分為兩類：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。開式導(dǎo)軌是指在部件自重和載荷的作用下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面始終保持接觸、貼合，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能承受較大的顛覆力矩的作用。閉式導(dǎo)軌當(dāng)顛覆力矩作用在導(dǎo)軌上時(shí)，僅靠自重不能使主導(dǎo)軌面始終接觸，借助于壓板形成輔助導(dǎo)軌面，導(dǎo)軌才能承受較大的顛覆力矩作用，并保證支承導(dǎo)軌與動(dòng)導(dǎo)軌的工作面始終保持可靠的接觸。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要橫向進(jìn)給傳動(dòng)和縱向進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)都選擇開式導(dǎo)軌。4.2.3 導(dǎo)軌的類型及其選擇直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓形，并都是凸、凹之分。水平放置的凸形導(dǎo)軌不易積存切屑，但也不易存油，多用于低速工作條件；凹形導(dǎo)軌易存潤(rùn)滑油，可用于高速工作條件，但必須有可靠的防護(hù)裝置，以免切屑等物落在導(dǎo)軌面上。 矩形導(dǎo)軌：矩形導(dǎo)軌具有承載能力大、剛度高、制造簡(jiǎn)便、檢驗(yàn)和維修方便等優(yōu)點(diǎn);但有著側(cè)向間隙，要用鑲條調(diào)整，導(dǎo)向性差。三角形導(dǎo)軌：三角形導(dǎo)軌面磨損時(shí)，動(dòng)導(dǎo)軌會(huì)自動(dòng)下沉，自動(dòng)補(bǔ)償磨損量，不會(huì)產(chǎn)生間隙。三角形導(dǎo)軌的頂角 α 一般在 90°~120°范圍內(nèi)變化，α 角越小，導(dǎo)向性越好，但摩擦力也越大。燕尾形導(dǎo)軌：燕尾開導(dǎo)軌可以承受較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌的高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便。但是，剛度較差，加工、檢驗(yàn)不方便。圓柱形導(dǎo)軌：圓柱形導(dǎo)軌制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。主要用于受軸向負(fù)荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少。4.2.4 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)根據(jù)以上要求，縱向?qū)к壊捎秒p三角導(dǎo)軌，雙三角導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好，但是工藝性差，加工、檢驗(yàn)和維修不方便。由于鑄鐵導(dǎo)軌有良好的抗振性、工藝性和耐磨性，因此采用鑄鐵導(dǎo)軌。同時(shí)為了25提高導(dǎo)軌耐磨性和防止撕裂，在導(dǎo)軌副中，動(dòng)導(dǎo)軌采用鑄鐵，不淬火，支承導(dǎo)軌采用淬火鋼。4.3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3.1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖如圖 4.1 所示（詳見 A0⑴號(hào)圖紙） 。縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說明：自動(dòng)進(jìn)給時(shí)，手輪向外拉，使與手輪相連的錐齒輪和帶動(dòng)滾珠絲桿的錐齒輪分開，為了保證在自動(dòng)進(jìn)給時(shí)手輪不會(huì)因?yàn)槠渖系腻F齒輪不小心和大錐齒輪相碰而影響安全操作，在手輪軸上有兩條相距為 16.5mm 的溝槽，往后拉動(dòng)手輪到一定位置時(shí)，由安裝在箱體上的一個(gè)彈簧滾珠將其定位，手輪便不會(huì)被輕易推向里而碰到大錐齒輪。同樣手動(dòng)時(shí)，把手輪往里推，到一定位置時(shí)滾珠就會(huì)定在后面的溝槽內(nèi)，起到限位作用，只是手輪上的錐齒輪和大錐齒輪嚙合，搖動(dòng)手輪，齒輪嚙合將運(yùn)動(dòng)傳給滾珠絲桿，帶動(dòng)工作臺(tái)作縱向運(yùn)動(dòng)。圖 4.1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖4.3.2 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)26橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖詳見 A0（8）號(hào)圖紙橫向手動(dòng)進(jìn)給時(shí)應(yīng)將捏手松開，使斜齒輪與手輪空轉(zhuǎn)，然后將手輪向前推，使齒型離合器相接合（此時(shí)拉桿以將齒輪副脫開）搖動(dòng)手柄，經(jīng)手輪、軸、聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲桿，使?jié)L珠螺母移動(dòng)，帶動(dòng)拖板做橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)微動(dòng)進(jìn)給基本上與手搖進(jìn)給相同，此時(shí)應(yīng)將捏手?jǐn)Q緊，使斜齒輪與手輪結(jié)合在一起，然后使齒型離合器接合，轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿上的捏手，經(jīng)蝸桿、斜齒輪嚙合傳動(dòng)軸，其余傳動(dòng)與上面相同。橫向自動(dòng)進(jìn)給的動(dòng)力為伺服電機(jī)，在它的輸出軸上裝有齒輪，經(jīng)與它嚙合的齒輪而傳動(dòng)軸（此時(shí)應(yīng)將齒型離合器分開）經(jīng)聯(lián)軸器使?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做橫向自動(dòng)進(jìn)給。第 5 章 硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件。數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更重要的要求，超高速切削、超精密加工技術(shù)等的應(yīng)用，要求數(shù)控機(jī)床的各個(gè)組成部分具有更高的性能指標(biāo)。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，隨著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。本機(jī)床采用的是西門子數(shù)控系統(tǒng)，西門系數(shù)控系統(tǒng)，以較好的穩(wěn)定性和較優(yōu)的性能價(jià)格比，在我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)被廣泛應(yīng)用。802D 數(shù)控系統(tǒng)是西門子數(shù)控系統(tǒng)中的一款高性能、低價(jià)位的數(shù)控系統(tǒng)。它可以控制四個(gè)數(shù)字進(jìn)給軸和一個(gè)主軸，能實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。它不僅廣泛用于企業(yè)中的數(shù)控銑床和數(shù)控車床，而且對(duì)于學(xué)校數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建也是較佳的選擇。1．西門子 802D 數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成802D 由 PCU（Panel Control Unit） 、一塊水平安裝或垂直安裝的鍵盤（CNC 27KEYBOARD） 、一塊或兩塊輸入、輸出模塊（I/O MODULE） 、驅(qū)動(dòng)器（SIMODRIVE 611 universal E） 、1FK6 系列的數(shù)字伺服電機(jī)（1FK6 FEED MOTORS）和 1PH7 系列的數(shù)字主軸電機(jī)（1PH7 SPINDLE）組成，外加一個(gè) 24V電源。另外，802D 數(shù)控系統(tǒng)也有一些選，如電子手輪（ HANDWHEEL） 、機(jī)床控制面板（MCP）等。2．802D 數(shù)控系統(tǒng)的連接802D 系統(tǒng)的各個(gè)不見通過現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUS 連接。其中 PCU 繼承了PROFIBUS 接口、鍵盤、三個(gè)手輪接口以及 PCMCIA 接口（用語數(shù)據(jù)備份） 。PLC繼承于 PCU 中。802D 系統(tǒng)各部件的連接如下：首先確保 24V 直流電源為 PCU 和 I/O 接口提供電源。機(jī)床控制面板通過 50 芯扁平電纜直接與 PCU 連接。將 I/O 模塊和驅(qū)動(dòng)模塊分別通過 PROFIBUS 總線與 PCU 線連；驅(qū)動(dòng)模塊為伺服惦記和主軸惦記提供電源，同時(shí)伺服電機(jī)和主軸電機(jī)通過反饋電纜將信號(hào)反饋驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而通過PROFIBUS 總線反饋給 PCU[13]。檢查系統(tǒng)接線是否正確，可以通過按 MCP 的按件，查看數(shù)控系統(tǒng) PLC 的狀態(tài)表，如果狀態(tài)表中的地址發(fā)生變化，則說明接線基本正確。802D 型數(shù)控系統(tǒng)的組成主要有以下幾個(gè)部分：⑴面板控制單元和全數(shù)控的鍵盤（OP）—這是 SINUMERIX 802D 數(shù)控系統(tǒng)（CNC）的主體部分，其中包括有 CNC 的 CPU（稱之 PCU） 、面板控制單元和全數(shù)控的鍵盤；⑵I/O 模塊 PP72/48 為 PLC 部分，其提供了 72 點(diǎn)數(shù)字輸入河 48 點(diǎn)數(shù)字輸出。通過三個(gè)連接器河扁平電纜與外界信號(hào)連接。與 OP 通過 PRFOBUS 連接。⑶機(jī)床控制面板（MCP） —為機(jī)床操作控制用，其中包括有機(jī)床操作所需要的全部按鈕，如果工作墨臺(tái)選擇選鈕、倍率開關(guān)、NC 啟動(dòng)和進(jìn)給保持按鈕、各軸正、負(fù)點(diǎn)動(dòng)鈕、電子手輪、相應(yīng)機(jī)床動(dòng)作的控制鈕等等。通過兩根扁平電纜與 PP72/48 I/O 模塊相連接。28⑷SIMODRIVE 611 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服電機(jī) —為 CN 的執(zhí)行單元。利用SIMODRIVE 611，西門子公司提供了數(shù)字化的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來滿足機(jī)床在動(dòng)態(tài)響應(yīng)，伺度調(diào)整范圍和旋轉(zhuǎn)精度等特性等反面的要求。其與 PCU 的連接也是通過 PROFIBUS 接口完成的。所需的模塊，如電源模塊和功率模塊，要根據(jù)點(diǎn)的大小來選擇。進(jìn)給軸推薦選用 1FK5 電機(jī)，而主軸推薦用 IPH7 電機(jī)。⑸SITOP 電源—以上 CNC 的組成部分均需要直流電源供電，而且要求電源應(yīng)保證在惡劣的電網(wǎng)波動(dòng)下能保持精確穩(wěn)定的輸出。 。802D PCU 的功耗為24VDC 50W，PP72/48 I/O 模塊外部輸出信號(hào)的 24VDC 電源的功耗需要根據(jù)機(jī)床實(shí)際使用的輸出位數(shù)從及同時(shí)系數(shù)計(jì)算得出。⑹根據(jù) SIMENS 公司的建議：系統(tǒng)應(yīng)使用兩個(gè)獨(dú)立的支流電源，一個(gè)用于802D 的 PCU、PP72/48 和輸入信號(hào)的公共端，而另一個(gè)則為 PP72/48 的輸出信號(hào)供電 [14]。依上所述，根據(jù) SINUMERIK 802D 數(shù)控機(jī)構(gòu)連線圖 5.1 所示。 （詳見 A3（6）號(hào)圖紙）29圖 5.1 硬件電路圖第 6 章 機(jī)床設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)30首先在機(jī)床的總體布局和外觀上應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。隨著人性化生產(chǎn)、安全生產(chǎn)以及環(huán)保要求越來越高，現(xiàn)在國外很多的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對(duì)沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象，而且全封閉式樣式也比較美觀，操作安全。所以，在保證了功能設(shè)計(jì)的要求外，也應(yīng)再考慮外觀設(shè)計(jì)。其次是縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，此次設(shè)計(jì)由于兩個(gè)錐齒輪直徑較大，使得變速箱外形較大，后來加導(dǎo)軌和拖板時(shí)有點(diǎn)困難，使得工作臺(tái)很厚，浪費(fèi)了材料。而且由于變速箱高度較大，螺母座必須安裝在工作臺(tái)靠變速箱的一側(cè)，可能會(huì)引起偏斜。所以應(yīng)改進(jìn)齒輪大小，在保證同樣的降速比的情況下，可將