精密平面磨床微进给及微位移工作台设计
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修整器零件图.dwg
垂直轴零件改图.dwg
垂直进给机构装配图.dwg
微位移图.dwg
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摘 要
随着科学技术的发展和高新技术产业的需要，精密平面磨床已然在当代制造产业中占据了非常重要的地位。本文在收集了大量资料和吸取了前辈们的经验的情况下，设计了一台以广州机械制造厂的MGB6120为原型、以微进给机构和微位移系统来提升加工精度的精密平面磨床工作。在此基础上，完成了该磨床的总体设计计算，并进行了数据对比优化选择，取得以下研究成果：
(1) 设计一台精密数控平面磨床，用砂轮周边磨削平面和台阶平面，用于机械制造业及工具模具制造业，且能加工各种难加工材料。
(2) 确定了该精密平面磨床工作台的各个部件及其功能分配，完成了该平面磨床的传动选择以及总体布局设计。
(3) 利用滚珠丝杆为主要器件，结合梯形螺纹丝杆压杆来检测其稳定性；通过压电、电致伸缩器件在微位移系统中的压电耦合效应和砂轮修整器特性提高了该工作台的加工精度。
(4) 将840D数控技术作用于平面磨床工作台并选择西门子IFK6交流伺服电机作为进给机构和微位移系统的电力源，完成了精密平面磨床微进给及微位移工作台的设计。
关键词：精密；微位移；微进给；砂轮器；数控
目 录
摘 要III
AbstractIV
目 录V
1 绪论1
1.1 本课题的研究背景和意义1
1.2 国内外精密平面磨床的发展概况1
1.2.1 国外精密加工数控车床技术发展概况1
1.2.2 国内精密加工数控车床技术发展概况3
1.3本课题的设计任务说明5
1.3.1 毕业设计任务与论文组成5
1.3.2 本课题的研究方法5
2 精密平面磨床的总体设计6
2.1 引言6
2.2 磨床技术规格6
2.3 磨床总体布局设计7
2.4 磨床的传动设计7
2.5 磨床主要组成部件及其功能8
2.6 进给机构的分类及使用方法8
2.7 本章小结9
3 砂轮的特性和修整10
3.1 砂轮的特性10
3.2 砂轮修整器11
3.2.1 砂轮修整器的设计11
3.2.2 修整器摆角的设计14
3.3 砂轮修整的展望15
3.4 本章小结15
4 微位移系统17
4.1 引言17
4.2 微位移技术的分类17
4.3 微位移系统的广泛实用性19
4.3.1 微位移器件在磨床中所需要具备的条件20
4.3.2 微位移行程的提高20
4.4 压电、电致伸缩器件在微位移系统结构中的优点20
4.4.1 压电与电致伸缩效应——机电偶合效应20
4.5 微位移系统的结构设计21
4.5.1 微位移工作台的组成21
4.5.2 微位移工作台工作原理21
4.5.3 板弹簧的设计与用途22
4.5.4 预紧力与系统分辨率22
4.6本章小结23
5 微进给机构系统的设计24
5.1 微进给机构的结构和特点24
5.2 确定微进给机构设计方案25
5.2.1 对微量自动进给机构的基本要求：26
5.3 滚珠丝杆副的优点26
5.3.1 滚珠丝杆的设计计算26
5.3.2 梯形螺纹丝杆压杆稳定性校核28
5.4 垂直微进给电机的功率计算28
5.5 本章小结29
6 数控硬件电路设计30
6.1 引言30
6.2 840D数控系统说明30
6.3 840D数控系统组成30
6.4 840D数控系统的连接30
6.5 本章小结32
结论和展望33
致 谢34
参考文献35
1 绪论
1.1 本课题的研究背景和意义
二十一世纪，随着科学技术的飞速发展，现代制造工业正以全新的面貌展现在世人面前。其中，精密加工技术的发展显而易见。精密加工技术及磨床在机械制造业中占有极其重要的位置。
根据先进技术的实用性和先进性而论，精密加工技术追求加工上的精度和表面质量极限；制造自动化包括了产品设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速市场需求的快速响应，而且是提高生产效率，改善劳动条件的重要手段。两者有着密切关系，许多精密加工需要自动化技术得以达到预期指标，而制造自动化基本赖于精密加工才能准确可靠的实现。两者的全局性和决定性奠定了它们是先进制造技术的支柱。
众多国家都十分重视先进制造技术的水平和发展，精密加工技术显然已经是一个国家进行产品革新、扩大生产和提高国际经济竞争能力。从先进制造技术的技术实质性而论，精密加工技术追求加工上的精度和表面质量极限；制造自动化包括了产品设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速市场需求的快速响应，而且是提高生产效率，改善劳动条件的重要手段。两者有着密切关系，许多精密加工需要自动化技术得以达到预期指标，而制造自动化基本赖于精密加工才能准确可靠的实现。两者的全局性和决定性奠定了它们是先进制造技术的支柱。微进给机构的研究与设计，便是精先进制造技术的集中体现之一。
微进给机构一般指行程范围为毫米级：位移分辨率及定位精度达到纳米级的位移机构。微进给机构通常由微位移器和精密导轨两部分组成，其技术研究不仅关系到超精密磨床研制，更是精密机械、微电子、生物工程等多种学科赖以发展的基础。因此开展微进给机构工作台的研究与设计是非常有必要且具有更广阔的应用前景。
1.2 国内外精密平面磨床的发展概况
国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。
1.2.1 国外精密加工数控车床技术发展概况
发展精密加工磨床是发展精密加工技术的十分重要的内容，歌发达国家都发展了很多种精密机床。精密加工磨床也向着高精度、多功能和高效专用方向发展。
美国是开展精密加工技术研究最早的国家， 20实际30年代开始，在制造技术上处于世界领先地位，但在50年代以后，对制造技术没有给予足够的重视，在经济竞争上感受到巨大的威胁，经过认真总结，80年代后，在重要的、高速增长的技术市场上失利的一个重要原因就是没有把自己先进的技术应用到制造产业上。如今，美国国家工程科学院的国家研究理事会经过反复研究，提出不能像前些年那样把制造归属于设计的地位上，而是要把注意力重新放在制造技术上。美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床（BODTM 型），用刀尖半径为的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为的加工。尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视。
德国JUNG公司是国际上知名较高的平面磨床生产厂商，在40余年的生产过程中，该公司的平面和成型磨床以精度高、使用寿命长而著称。JUNG公司的主要平面磨床产品均采用立柱升降式，外形小巧，磨削精度高。工作台纵向运动一般都设二套运动装置，往复运动由液压驱动，缓进给成型磨削采用机电传动。其中水平较高的是JF520CNC B型四坐标数控平面和成型磨床。
该机采用高精度连续轨迹控制以图形辅助操作，控制系统是以西门子SINUMERIK810为基础，配用JUNG公司开发的专用软，一反传统结构，首次采用了龙门式框架结构，可以满足大尺寸工件和新型工程材料的精密磨削加工需要。图1.1和图1.2分别为大型磨床和手动数控磨床。
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