M2120内圆磨床的改造设计【说明书+CAD】
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编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目M2120内圆磨床的改造设计信机系机械工程及自动化专业学号0923098学生姓名祁耀华指导教师许菊若（职称副教授）（职称）2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明所呈交的毕业设计（论文）M2120内圆磨床的改造设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级机械92学号0923098作者姓名2013年5月25日无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题1、题目M2120内圆磨床的改造设计2、专题二、课题来源及选题依据本课题来源于与无锡开源机床集团有限公司合作改造项目。磨床是金属切削行业的一个重要分支，随着工业的发展，对机械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加重要，当前的磨削技术已无法满足要求，所以要提高磨削技术的水平以达到现代工业磨削加工所要求的的精度和效率。尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业。数控内圆磨床对被加工零件的适应性很强，具有较高的生产率、加工精度和稳定的加工质量。为了提高加工精度、尺寸精度，本次设计针对数控内圆磨床进给部件进行改造设计。三、本设计（论文或其他）应达到的要求在了解M2120磨床的基础上，设定改造方案。完成改造后的磨床的磨头部件改造设计，绘制磨头装配图；I完成M2120内圆磨床的非标准零件图设计，绘制三张零件图；完成设计说明书一份，有方案拟定，必要的分析、计算。四、接受任务学生机械92班姓名祁耀华五、开始及完成日期自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日II摘要本次设计主要针对数控磨床做部分改造，以适应加工产品时可以简单加工、精确定位、保证尺寸，提高加工效率，减轻工人劳动强度。此次改造对机床的导轨和驱动等进给部件做一定的修改，以适应产品的需要，保证在生产中的精度及效率。液压驱动对重复定位及尺寸的精度很难保证，使得在生产中很难提高效率。改用伺服电机驱动进给部件，可以保证机床的重复定位，使产品的精度不会因为操作者的原因而无法得到保证。导轨是数控控制精度的一个方面，数控方式对导轨要求是具有高灵敏度，低摩擦阻力，高寿命等，所以对导轨的要求也比较高。一般的磨床采用的是滚动导轨，精度较低，摩擦阻力大，寿命不高，所以本次设计导轨采用的是滚动导轨丝杠是控制精度的另一个方面，以前沿用的滑动丝杠传动效率低、导程精度低，不能满足高精度、高效率的要求，因此该用滚珠丝杠，滚珠丝杠传动系统是以滚珠为媒介的滚动螺旋传动的体系，它的传动效率高，是传统滚珠丝杠的24倍，运动平稳性好，精度高，较高的耐用性，可靠性高，无间隙，刚性好。对于生产时产品的尺寸能进行补偿，保证产品一致性。另外对于产品的变更能及时进行调整，以适应不同的产品，尽量降低加工成本。关键词内圆磨床；数控；伺服IIIABSTRACTTHEDESIGNFOCUSESONCNCGRINDINGMACHINESTODOPARTOFTHETRANSFORMATIONTOADAPTTOTHEPROCESSEDPRODUCTSCANBESIMPLEPROCESSING,PRECISEPOSITIONINGTOENSURETHATTHESIZE,IMPROVEPROCESSINGEFFICIENCY,REDUCELABORINTENSITYTHETRANSFORMATIONOFFEEDCOMPONENTSONTHETHEMACHINERAILSANDDRIVETODOSOMEMODIFICATIONSTOACCOMMODATETHENEEDSOFTHEPRODUCTTOENSUREACCURACYANDEFFICIENCYINPRODUCTIONTHEHYDRAULICDRIVETOREPEATTHEPOSITIONINGANDDIMENSIONSOFPRECISIONISDIFFICULTTOENSURE,SOTHATISDIFFICULTTOIMPROVEEFFICIENCYINPRODUCTIONSWITCHTOSERVOMOTORDRIVEFEEDPARTSCANGUARANTEEREPEATPOSITIONINGOFTHEMACHINE,THEACCURACYOFTHEPRODUCTWILLNOTBEBECAUSEOFTHEOPERATORSREASONSCANNOTBEGUARANTEEDRAILSTOONEASPECTOFTHENUMERICALCONTROLPRECISIONCNCPAIROFGUIDERAILSREQUIREMENTSHAVINGAHIGHSENSITIVITYANDLOWFRICTIONALRESISTANCE,HIGHLIFE,ETC,ANDSOONRAILSREQUIREMENTSARERELATIVELYHIGHTHEGRINDERISROLLINGGUIDE,LOWACCURACY,FRICTION,LIFEISNOTHIGH,SOTHEDESIGNRAILISROLLINGGUIDETHESCREWISANOTHERASPECTOFTHECONTROLACCURACY,SLIDINGSCREWPREVIOUSLYUSEDTRANSMISSIONEFFICIENCYISLOW,THELEADACCURACYISLOW,CANNOTMEETTHEREQUIREMENTSOFHIGHPRECISION,HIGHEFFICIENCY,SOTHATTHEBALLSCREW,BALLSCREWDRIVESYSTEMISBASEDONABALLMEDIAROLLINGSCREWDRIVESYSTEM,THETRANSMISSIONEFFICIENCYISHIGH,THETRADITIONALBALLSCREW2TO4TIMESANDGOOD,SMOOTHMOTION,HIGHACCURACY,HIGHDURABILITY,HIGHRELIABILITY,NOGAP,GOODRIGIDITYTOCOMPENSATEFORTHESIZEOFTHEPRODUCTINTHEPRODUCTIONTOENSUREPRODUCTCONSISTENCYINADDITIONTOTHECHANGEOFTHEPRODUCTCANBEADJUSTEDINATIMELYMANNER,INORDERTOADAPTTOTHETYPEOFPRODUCTANDTOMINIMIZEPROCESSINGCOSTSKEYWORDSINTERNALGRINDERCNCSERVO目录摘要IIIABSTRACTIV目录V1绪论111本课题的研究内容和意义112国内外的发展概况113本课题应达到的要求12总设计方案221主要规格与参数222总设计方案分析与选定3221机床设计改造的基本要求3222机床设计改造的研究方法3223机床设计的方案分析423主要结构与性能8231床身8232进给箱8233磨架8234床头8235砂轮修整器8236砂轮轴83传动系统931工件传动932砂轮传动933进给传动934机床所用滚动轴承明细表935传动带明细表1036丝杠副明细表104X轴进给伺服系统的设计与计算1141进给伺服系统的控制方式的选择1142伺服系统机械传动结构设计特点1243伺服电动机的选择计算12431选择伺服电机的三个指标及其计算12432电动机转子惯量与负载惯量匹配12433空载加速转矩13434电动机的选择1344滚珠丝杠副14441滚珠丝杠特点14442滚珠丝杠的消隙和预加载荷14443滚珠丝杠的支承14444滚珠丝杠的选择计算14445选择丝杠轴承1645半闭环进给系统的精度16451伺服刚度16RK452滚珠丝杠的螺母的接触强度17I453丝杠的拉压强度17454轴承的轴向刚度17455综合刚度17456定位精度1746导轨的选择1847涨紧套18471涨套的联接特点18472涨套的选用计算185电气系统2051概述2052机床夹紧动作2053工件夹紧2054维护检查206冷却系统217润滑系统2271润滑油的选择2272注意事项2273使用和维修2274其他润滑228结论与展望2381结论2382不足之处与未来展望23致谢24参考文献25附录26无锡太湖学院学士学位论文01绪论11本课题的研究内容和意义磨削技术及磨床技术在机械制造行业占有极其重要的位置，磨削技术发展很快，在机械加工中起着非常重要的作用。随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。12国内外的发展概况由于内圆磨床应用十分广泛，近年来，磨削技术得到了飞速发展，各种磨削新技术、新工艺和新成品层出不穷。国际上有不少著名制造商，如日本的OKAMMOTO、MITSUI三井，德国的BLOHM、ELB、ABA，瑞士的MAGERLE，意大利的FAVRATO等。在发展数控内圆磨床生产数量的同时，还要努力提高数控磨床的质量和精度。由于CBN砂轮的使用，强力磨削突破传统磨削的限制，生产倍率成倍提高，目前磨削线速度已高达120M/S，大吃深缓进给的强力磨削也得到了广泛应用。现代高精度磨削技术的发展，磨削尺寸精度达到0103M，表面粗糙度达到02005M，磨削表面变质层的残留应力均很小，明显提高了加工零件的质量。数控是内圆磨床发展的重要方面。在相当长的时期里，国外磨床的数控化率远远低于车床和铣床。在近十年来，由于数控技术的发展，适用于磨床的数控系统也有了较大发展，数控系统的性价比大大提高。目前国内高速磨削应用面不广，磨削速度一般不超过60M/S，与国外相差较大，磨削效率也相对较差，大吃深缓进给的强力磨削方法在我国生产中应用不多。随着我国机械制造业迅猛发展，国内对数控机床的要求也越来越高，自主研发了高精度机床，在控制技术方面与国外差距还很大，主要采用PLC控制为主。国内各机床厂和机床研究所对数控磨床及磨削技术的发展投入很大，取得了一些初步进展，如CIMT展出的上海机床厂的MKY7875、云南MIGHTY公司的SGS618II、威海机床厂的MJ7116等。13本课题应达到的要求本次设计主要针对数控磨床做部分改造，以适应加工产品时，可以简单加工、精确定位、保证尺寸、提高加工效率、减轻工人劳动强度。此次改造对机床的导轨和驱动等进给部件做一定修改，以适应生产中精度和效率。需要采用伺服电机做驱动元件实现自动控制，把原来滑动丝杠螺母副，把回转运动转变为直线运动，并且采用滚动导轨，以提高精度。M2120内圆磨床的改造设计12总设计方案21主要规格与参数1磨孔直径50200MM2磨孔最大深度当磨孔直径5080MM120MM80160MM160200MM3工件最大旋径在罩内400MM在罩外120MM4工作台最大行程600MM5床头箱最大回转角度306床头箱主轴中心至床身底面距离1200MM7床头箱最大横向移动量200MM8工件转速（无级调整）低速120320R/MIN高速220650R/MIN9工作台运动速度修整速度021M/MIN磨削速度156M/MIN最高速度7M/MIN10砂轮进给刻度盘刻度每格0001；001；01三种每转01；10；100三种11砂轮最大横向移动量与装配图参数一致12砂轮转速110000，8000，6000，4800，4000R/MIN13冷却泵流量25L/MIN14工件电动机功率15KW15砂轮电动机功率4KW16冷却电动机功率009KW17进给伺服电动机型号HCSF152B功率比例256KW/S额定转速2650R/MIN额定转矩716NM进给速度12M/MIN18静变器容量22KVA19引接电源3相380V50HZ（或60HZ）20机床外形尺寸310014641470MM21机床重量3350KG无锡太湖学院学士学位论文222总设计方案分析与选定221机床设计改造的基本要求设计改造机床时应力求达到重量轻、体积小。质量好、效率高、成本低使用维修方便。要达到上述要求，设计人员应考虑机床的技术、经济指标，如加工范围。加工精度、粗糙度、生产率、工艺性、成本，采用新技术和“三化”程度等。各项技术、经济指标之间的相互联系和相互影响的，因此在设计时必须全面的加以考虑，根据具体要求确定若干指标为重点，处理好相互之间的关系。设计改造机床，除了考虑上述各项指标外，机床的“三化”是不容忽视的问题。222机床设计改造的研究方法机床为了加工不同形状的和技术要求的工件的需求，因此品种很多，类型不一，但不论设计哪一类机床，归纳起来大致有一个基本相似的步骤。（1）工件的工艺分析设计机床前，首先对工件进行必要的分析，了解工件的尺寸、材料、技术要求、批量，确定加工方法、余量、定位基准、装夹方法等。（2）调查研究通过三个途径（访问用户和承制单位，参阅技术资料）的调查研究和分析，为拟定初步设计方案打下基础。访问使用单位，主要了解操作人员对机床的要求，现有的工件加工方法，同类机床的使用情况和存在问题，使用单位的自然条件、设备条件、生产经验等。访问承制单位，主要了解制造部分的设备条件、技术能力及原有生产经验。参阅有关技术材料，包括国内外有关技术文献，同类机床的技术蓝图及总结。（3）工作图设计包括确定机床的布局，技术参数和工作循环等，绘制机械部件装配图，零件图，编制设计说明书，标准件、外购件。通用件明细表等。（4）现场服务参加制造、装配、试磨和鉴定总结工作，进一步修改图纸，上述设计过程的各项工作，是不可分割的，是相互穿插同时进行的。223机床设计的方案分析图21磨架总图M2120内圆磨床的改造设计3一进给部件驱动方式的选择A液压驱动液压进给驱动系统定位由一下几部分组成机械部分、位置检测部分件、液压传动部分件和PLC，如图A所示。其中PLC控制系统是整个驱动系统的核心。PLC依据自身程序及行程开关控制液压系统油路走向及液压缸的运动来驱动进给。图22液压驱动方式液压驱动方式传动功率大，低速、平稳，有过载保护能力，传动布置灵活，但是进给精度不高，效率相对较低。B机械传动机械传动通过齿轮传动（如图B）将转速通过丝杠、螺母转换成直线运动，一般需求较高的制造精度和安装精度。图23机械传动方式齿轮传动传动比精确，结构紧凑，工作可靠，使用寿命长，但是加工、安装、调整的精度要求高，否则会严重影响加工精度。无锡太湖学院学士学位论文4C伺服电机驱动伺服进给系统组成（如图C）图24伺服驱动方式进给伺服系统的要求1稳定性；2精度高；3快速响应性；4调速范围大；5低速大转矩输出进给伺服系统的性能主要取决于组成系统的机电两部分的匹配，即机电参数配合的协调性。进给伺服系统的控制方式分为开环控制，半闭环控制，闭环控制。（1）开环控制图25开环控制方式开环控制系统图如图（1）1）工作台位移量的控制数控装置发出进给脉冲，经驱动电路放大，驱动电路，步进电动机收到伺服驱动电路的脉冲信号，开始运转，转换为步进电动机的角位移量，再经过减速齿轮、滚珠丝杠螺母、螺母移通过机械部件将转动转换为工作台直线运动位移量。2）工作台进给速度的控制进给脉冲频率经驱动后，就转化为步进电动机定子绕组中电流的通断电变化的频率进而决定了步进电动机的转速，步进电动机的转速再经过减速齿轮、滚珠丝杠螺母体现为工作台的进给速度。3）改变步进电动机输入脉冲信号的的循环顺序，即可改变步进电动机定子绕组的电流通断循环的顺序，从而实现电动机正反转，相应工作台的运动方向也会改变。在管理中采用开环控制具有作用时间点、控制成本低等优点，在外界干扰较小的情况下，有一定的控制作用。但是这种控制无反馈机制，无法发现和纠正计划和实施中与预定目标的偏差，缺乏抗干扰能力，不能进行误差修正。在控制X、Z轴的进给运动时，没有位置检测元件、速度检测元件，无法给予M2120内圆磨床的改造设计5进给运动位置修正，控制精度不高，影响系统工作精度，从而影响到工件的磨削精度。（2）半闭环控制图26半闭环驱动方式半闭环控制系统图如图（2）所示，半闭环系统与开环系统不同，它所采用的是伺服电机，伺服电机半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母不包括在环内，所以传动丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度，由于半闭环控制系统调试维修方便，稳定性好，目前应用比较广泛。半闭环控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多中小型数控机床所采用。（3）闭环控制图27闭环驱动方式闭环控制是一种自动控制系统，其中包括功率放大和反馈，使输出变量的值响应输入变量的值。数控装置发出指令脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后，后反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。若两者存在差值，经放大器后放大，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停止移动。无锡太湖学院学士学位论文6在理论上，如果不考虑外部因素，全闭环控制比半闭环控制可能会提高基础的定位精度。但如果不能很好的解决机床发热、环境污染、温升、振动、安装等因素，会出现全闭环不如半闭环的现象。短时间内可能会有效果，但时间一长，灰尘、温度变化对光栅尺的影响，将严重影响测量反馈数据，从而失去作用。同时光栅尺出现问题后，会产生报警，造成机床不能工作。综上所述本次设计中采用了半闭环控制进给驱动。二丝杠的的选择滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。本次设计采用滚珠丝杠。三导轨的选择滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点1）定位精度高直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少90，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。2）降低机床造价并大幅度节约电力采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90，具有大幅度节能的效果。3）可提高机床的运动速度直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率2030。4可长期维持机床的高精度对于滑动导轨面的流体润滑由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。本次设计采用滚动导轨。23主要结构与性能231床身床身采用整体铸件，床身上用直线滚动导轨，采用集中润滑滑动导轨面，在工作时必须供油润滑。工作台的移动主要由Z轴伺服系统（Z轴伺服电机，涨紧套联轴器，滚珠丝杠，组合轴承，一对角接触球轴承螺母，螺母座，轴承座等件组成）驱动工作台往复运动。232进给箱进给是由底座、滑板、直线滚动导轨、磨头座、X轴伺服系统（X轴伺服电机，涨紧套联轴器，滚珠丝杠，角接触球轴承，螺母座）零件组成，X轴伺服系统驱动进给箱运动。M2120内圆磨床的改造设计7233磨架主要有底座、滑板、磨具座三大件组成，底座固定在工作的T型槽中，根据工件长度调整其纵向位置。磨具装夹在磨具座中，由电动机通过一对皮带轮传动。234床头传动工件主轴由交流双速电机经一对皮带轮传至工件主轴。皮带的松紧借助皮带压紧调整，主轴前后支承都是成对的有预加载荷的高精度向心轴承，皮带轮端面可外接压力油缸或气压缸，用于工件的自动加紧或松开。床头箱连同底座安装在床身上，磨削锥孔时，他们都能在水平面内绕各自的垂直轴线回转。松开床头箱与底座之间的三个紧固螺钉就能转动床头箱粗调回转角度。回转角度的精调在底座和工作台之间进行，调整时先松开工作台左端的压板和底座前端回转中心处的螺钉，然后转动底座左端的方头螺钉即可。235砂轮修整器砂轮修整器固定在床身后端，磨具由X轴伺服电机驱动，快速靠近修整器，修整器固定不动。236砂轮轴砂轮轴前后轴承均为高精度的向心推力球轴承，前轴承由螺帽紧固，后轴承靠弹簧自行消除前后两对轴承的间隙。调换不同类别的砂轮轴按规定，相应调换皮带轮，以得到规定的砂轮线速度。磨具旋向从砂轮轴皮带轮端面观测，砂轮轴按照顺时针方向旋转。无锡太湖学院学士学位论文83传动系统31工件传动工件电机安装在床头箱背部，由交流变频器提供电源，电动机经过一对皮带轮降速后驱动主轴，主轴转速可在120650R/MIN范围内作无级调速。32砂轮传动安装在进给滑板上的电动机，经一对皮带轮传递至砂轮轴，皮带的松紧可通过移动电动机的底板来进行调节。33进给传动采用伺服电机经涨紧套直接驱动滚珠丝杠带动工作台或进给滑板运动。图31磨床进给部件1工件电机2压紧轮3活塞4回转板5工作台6Z轴伺服电机7床身8丝杠9滑板10X轴伺服电机11砂轮轴12修整器13主轴34机床所用滚动轴承明细表表31滚动轴承明细表序号型号名称数量安装部位16204深沟球轴承2床头前压紧轮26205深沟球轴承2床头后压紧轮36208深沟球轴承4床头第一、二传动轴前轴承46209深沟球轴承2床头第一、二传动轴后轴承56203深沟球轴承2砂轮修整器67206C角接触球轴承4进给机构7ZARN2557N组合轴承1床身M2120内圆磨床的改造设计987206C角接触球轴承1床身938205推力球轴承1床头第一传动轴后支承1032214E圆柱滚子轴承2床头主轴1132120圆柱滚子轴承1床头主轴12K303517滚针轴承2夹具气缸35传动带明细表表32传动带明细表名称型号规格数量安装部位三角带A16002床头箱部位36丝杠副明细表表33丝杠副明细表名称主参数数量安装部位滚珠丝杠GQ40X6P31X轴伺服电机滚珠丝杠GQ50X101Z轴伺服电机无锡太湖学院学士学位论文104X轴进给伺服系统的设计与计算41进给伺服系统的控制方式的选择磨床是精密机床，对于普通内圆磨床M2120的进给系统进行数控改造，选取半闭环控制。半闭环控制的进给系统见下图图41半闭环控制的近给系统1检测装置；2伺服电机；3滚珠丝杠；4运动部件图（A）中，伺服电机2经减速器3（齿轮式或同步齿带穿动）、滚珠丝杠4带动运动部件5。检测装置1与电动机相连，并发出检测反馈信号。图（B）与图（A）的差别仅在于检测装置1安装在丝杠4的端部，但由此减速器3的传动误差可由半闭环伺服系统予以校正。图（C）无减速器，只有伺服电动机与直联丝杠，构造最简单。图（A）和图（B）的优点是可以把反馈装置（如旋转变压器、测速发电机、脉冲编码器等）装在伺服电动机内，成为一个部件。图（B）的优点是齿轮等传动副3处于半闭环之内，其传动误差可由反馈校正。本机床采用图（B）所示的半闭环控制的进给系统。反馈装置有两种（1）用旋转变压器作为位置反馈，用测速发电机作为速度反馈；（2）用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。M2120内圆磨床的改造设计11本机床采用第二种反馈装置。42伺服系统机械传动结构设计特点为确保伺服系统的定位精度和工作稳定性，在机械传动结构设计要求无间隙、低摩擦、低惯量、高精度、高谐振以及高的阻尼比。为达到这些要求，设计中应尽量采用低摩擦传动副，如滚动导轨、静压导轨、滚珠丝杠等，通过选用最佳降速比来降低惯量，采用预紧的办法来提高传动刚度，采用消隙方法减少反向死区误差等，其中最重要的是提高传动刚度和降低惯量。43伺服电动机的选择计算431选择伺服电机的三个指标及其计算1最大切削负载转矩下不得超过电动机的额定转矩，折算到电动机轴的最大切削负载为，LTITPFTFFHL221MAX式中丝杠上最大的轴向载荷，等于轴向进给力加导轨的摩擦力MAXFN丝杠导程（M）HP滚珠丝杠的机械效率1、2、3级09，4级以下09因滚珠丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦转矩1FT滚珠丝杠轴承的摩擦转矩2F传动比I最大载荷，丝杠导程6MM0006M。查看丝杠样本，丝杠螺母NF10MAXHP副的摩擦系数09，摩擦力。查轴承样本，单个7206C型的轴承摩擦力矩MTF/3为，故一对轴承为。丝杠与伺服电机直联，故1。则最大切削负N/350F72I载转矩为MNTL/17039601432电动机转子惯量与负载惯量匹配惯量J由两部分组成电动机伺服转子惯量和负载惯量，。MJLJMLJ负载惯量为磨架部分、工件的质量、滚珠丝杠、联轴器的惯量折合到电动机上的当量值。无锡太湖学院学士学位论文12匹配条件0251MLJMAX（1）磨架部分总重量400KG，则磨架部分惯量为222222165306540CMKGKGPNVJHH（2）丝杠直径D40MM004M,L065M,则丝杠惯量为224344710726510873CKGMKGLDJ3涨紧套联轴器惯量23MKGJ则负载惯量为32146L电动机惯量应符合4，即MLMLJ164656J根据以上计算，可初选伺服电动机。选用交流伺服电动机为三菱公司生产的，型号为。它的额定转矩为，大于最大负载转矩，它的转子惯152BSFHCMN167MN1量，大于负载惯量，满足匹配条件。0CMKGJM24CKG433空载加速转矩空载加速转矩，这个输出转矩发生在阶跃指令加速时，要求的加速时TAX间为STMKGCKGJTNTAMLA0536210340364460222MAX的时间常数，说明这种电机具有足够152BSFHCSMTMATT4的加速能力。434电动机的选择选择电动机HCSD152（B）的主要性能参数最高转速3000R/MIN额定转速2000R/MINM2120内圆磨床的改造设计13顺势容许旋转速度3450R/MIN额定转矩MN167最大转矩2功率比率SKW/65惯性矩JMN172GD重量KG944滚珠丝杠副441滚珠丝杠特点滚珠丝杠式数控机床伺服驱动的重要部件之一。它的优点有（1）传动效率高，一般可达95以上；（2）运动平稳，摩擦力小，灵敏度高，低速无爬行；（3）可以预紧，消除丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度；（4）定位精度和重复定位精度高；（5）使用寿命长；（6）同步性好，用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性；（7）使用可靠，润滑简单，维修方便；（8）不自锁，可逆向传动；442滚珠丝杠的消隙和预加载荷消除间隙和预加载荷有多种方法。在机床上采用的是双螺母法。预紧应根据以下原则滚注丝杠副的预加载荷F，应不低于丝杠最大轴向载荷的1/3。443滚珠丝杠的支承滚珠丝杠常用的支撑方式有（1）一端轴向固定一段自由，常用于短丝杠和竖直安装的的丝杠；（2）一端固定一端简支，常用于较长的卧式安装的丝杠；（3）两端固定，常用于长丝杠或高转速要求、高精度、高刚度的场合。本机床采用的是1方式。444滚珠丝杠的选择计算由设计要求知伺服电机的最高转速HMAX10PVN无锡太湖学院学士学位论文1462011MAXNVPH根据机床的脉冲当量常取为A0001MM每脉冲。则电动机每转应发出的脉冲数为个16IBH位置反馈器本机床用的脉冲编码。脉冲编码器现有的产品为每转2000，2500，5000脉冲等树种。如取每转2000脉冲，则编码器后应有一个倍频器，倍频数为2。速度反馈装置也用脉冲编码器，在变频器后加一个频率电压（F/V）转换器。其转化比例为没脉冲/分，输出电压（V）。710GU图42位置反馈1频率/电压/F/V转换器2倍频器3脉冲编码器4伺服电动机5联轴器6砂轮箱7滚珠丝杠滚珠丝杠的直径，滚珠的列数和圈数，应按当量动载荷选择。由设计条件可知砂轮转速，主电动机功率，则切向磨削力SMV/35KWP4NVPFSZ16354021取法向磨削力与切向磨削力之比为RZF3/ZR因此，ZR04FNFMGFZR108/651354AXFINNFM72MINAX丝杠平均速度IN/30RV丝杠平均寿命取为1500H，1AF5WFM2120内圆磨床的改造设计15则1027606HNLAV因此当量动载荷CM为NFFCAWM8401527633查滚珠丝杠样本，选择内循环FFZD4006X6P3丝杠。额定动载荷。KNCA516，符合要求。丝杠直径40MM，导程6MM，浮动反向器内循环。每个螺母滚珠有MAC5列，双螺母垫片式预紧。预加载荷为，即4125N，远大于最大载荷的1/3。丝杠副4/AC精度为2级。刚度为。MN/107445选择丝杠轴承丝杠采用一端轴向固定，一端自由方式。固定端采用一对角接触球轴承，背对背组配，型号为7206C。轴承寿命HNLHHFCAVPMOP1042361870106879763该丝杠能满足要求。45半闭环进给系统的精度451伺服刚度RKMVETSRK10通常取，取S1258S12SS转矩系数ANMT/60为伺服电机反电动势系数，EKRADVSKE/60速度环的开环增益，即取SV）（4040电枢直流电阻3MR则RADMNKR/816062无锡太湖学院学士学位论文16MNIPKHR/14006128626452滚珠丝杠的螺母的接触强度根据样本手册，MNK/107453丝杠的拉压强度丝杠的拉压强度31MINLAES其中4220DWDA杨氏弹性模量EIN/05N螺母座至固定端最大距离1L则MNKS/2671092415MIN454轴承的轴向刚度91081038SINZLAFAD因无轴承样本，现取MNKA/5455综合刚度MNKNSR/13107/5/26741/MIN456定位精度KFF4213这个误差，加上丝杠任意300MM的导程公差，丝杠轴承的轴向跳M8动，为，满足定位精度M4394282的要求。30/1M2120内圆磨床的改造设计1746导轨的选择导轨运动性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨。主运动导轨的动导轨和支承轨之间，相对运动速度较高。进给运动导轨的动导轨与支承导轨之间相对运动速度较低。移置导轨只用于调整部件之间的相对位置，移置后固定，在加工中没有相对运动。按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。按受力状况可分为开式导轨和闭式导轨。按磨床设计要求选择滚动导轨。选用直线滚动导轨副。47涨紧套471涨套的联接特点（1）定心性好（2）可调性好（3）装卸维修方便（4）轴孔不用加工键槽，无应力集中源，承载能力的疲劳强度高（5）轴孔和孔径的精度及配合精度要求不高（6）具有过载安全保护作用（7）涨套已标准化，类型较多，选用计算方便472涨套的选用计算选择涨套时应满足结构和承载能力的要求。承载能力应满足（1）传递转矩时；TT（2）承受轴向力时；TXF（3）传递转矩和轴向力联合作用时TXFDTF220（4）承受径向力时FRPDLP10式中传递转矩（）TMKN一个涨紧套的额定转矩（）T承受的轴向力（）XF一个涨紧套的额定轴向力（）TKN一个涨紧套与结合面上的压强（）FPAMP涨套内径（）DM涨套内环宽度（）T无锡太湖学院学士学位论文18查有关涨紧套样本，现选择型号为的涨套串联，其用于联接电动机伸出5024WZT端与滚珠丝杠副的一轴端。本人毕业（论文）设计题目195电气系统51概述本机床使用电源为三相交流电380V，50HZ（60HZ），机床总容量709KW，满载电流157A，机床电源开关的断流脱扣电流200A，机床内电源引线为25，建议用户2M使用50A熔断器和4的电源线引入机床。本机床控制电压，照明及信号灯由单独的2M变压器供电电压分别为交流110V，24V，6V。52机床夹紧动作本机床夹紧动作由气动系统采用三件套（分水滤气器、减压阀，油雾器）组成一空气过滤组合，对气源处接来的高压气体进行充分过滤、润滑，减压，再通过一残压释放阀通向电磁换向阀YV1，控制工件夹紧、松开动作（根据用户特殊要求而设定）。53工件夹紧工件夹紧，松开动作由电磁换向阀YV1控制，YV1断电夹紧，通电是断开。54维护检查1要定期检查空气过滤器，油雾器的标准树脂杯及油雾器的滴油窗上是否有裂纹，伤痕或其他缺陷，若有上述现象，应更换新的杯子和滴油窗或使用金属杯。若污浊，应更换新的杯子和滴油窗。2要定期确认空气过滤器，油雾器的标准树脂杯及油雾器的滴油窗是否被污浊。若污浊，应更换新的杯子和滴油窗。洗净可使用家庭用的中性洗涤剂，用其他洗涤剂会损坏。3空气过滤器内的冷凝水位超过上限水位时应该排放，以免冷凝水流入两侧，造成元件动作不良。4油雾器应使用透平油1号（气添加剂）ZS0VG32，使用除此以外的油会造成元件损坏或动作不良。图51电气系统无锡太湖学院学士学位论文206冷却系统工件冷却、电动砂轮轴冷却和金刚笔冷却均由冷却系统三只冷却离心泵经电气系统M指令控制，所以冷却液的开和停均可由程序控制。电动砂轮轴冷却液循环确保砂轮轴正常工作，通过电气保护在无液循环，模具是不会工作的。工作冷却液一部分从床头箱尾部进入工件主轴孔内的喷管提供冷却，另一部分通往固定在工件防护罩上的喷嘴。前者在磨削通孔时使用，后者在磨削盲孔是使用。两部分回路均有单独的开关控制流量。冷却液从床身后方的出水口回流到冷却箱上的磁性分离器，经过纸质过滤器再过滤和沉淀后继续循环使用。本机床使用的冷却液无特殊要求，通常为乳化液。存储冷却液容积为170升。本人毕业（论文）设计题目217润滑系统本机床平导轨，V型导轨，滚珠丝杠螺母，丝杠支承润滑采用集中润滑系统进行自动间歇润滑，该系统由电动柱塞式油泵和抵抗式供油量进行控制。电动柱塞式油泵油微型同步电动机与齿轮减速机构驱动，组成不同见习的周期润滑泵，其手动拉杆可以调节油量。71润滑油的选择。润滑油一般可采用YANB2G液压导轨油。注意选择清洁的润滑油72注意事项（1）经常检查床身导轨的润滑情况，以便调整润滑油的供应量。床身导轨利用液压系统的压力油润滑，润滑油经过减压，两导轨的润滑油量可分别用节流螺钉调整。2砂轮轴的轴承采用精密主轴润滑脂，装入量为轴承轨道间隙的三分之一。在使用该润滑脂时不要加入其他油剂，否则会使润滑条件恶化，影响机床的磨削性能和使用寿命。73使用和维修1油箱储油量应保持在液面指示器下限以上，油箱内设有油面报警装置，使用时情拨通电源。2发现油泵有杂音时，应先检查吸油滤油器是否堵塞，并清洗滤油器。3油泵工作压力在出厂前已调整好，用户注意不可将压力调高于额定压力。74其他润滑本机床床头主轴前后轴承用2号钙基润滑脂，每月加油脂一次。X轴进给导轨和滚珠丝杠润滑用精密主轴润滑脂。每年做一次定期清洗和补充。无锡太湖学院学士学位论文228结论与展望81结论由于现代机械产品对机械零件的尺寸精度和表面质量的要求愈来愈高，各种高硬度材料的应用日益增多，以及精密毛坯制造工艺的发展，使很多零件可以不经其它切削加工而直接由磨削加工制成成品。本次设计对数控磨床的进给部件做了改造，为了提高磨削精度，尺寸精度，形位精度，降低粗糙度，主要做了三个部分的改造采用伺服电机做驱动元件；把滑动丝杠螺母改为滚动丝杠；使用滚动导轨。针对本次设计我们事先做了有序的计划，联系好无锡开源机床厂相关领导，到无锡开源机床实地考察，了解内圆磨床各部件结构，针对要改造的部件着重分析，确定进给部件需要改进的部分，作测绘画出部件、零件草图，根据主要参数、结构性能确定总设计方案，计算分析，选定材料和标准件，定出尺寸，并确定各部件尺寸，使用画图软件AUTOCAD画出装配图及零件图，整理好材料。在机修车间把把设计成果运用到实践中，取得了不错的效果，提高了零件的尺寸精度，降低了零件粗糙度，验证了此次设计的实际可行性。82不足之处与未来展望未来工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速越高，传统的磨床已经越来月难以适应现代化生产的要求。使得我们要更加几级地改进机床，此次改造只小幅度的提高了进度，远远达不到未来工业生产的要求，此次改造对零件加工效率也没有太大提升，这些都是这次改造中的不足之处。在未来的数控磨床加工，计算机技术将广泛应用于其中，数控装置的主要功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。本人毕业（论文）设计题目23致谢毕业设计接近尾声了，意味着我的大学生涯就要结束了，四年一晃过去了，回想过去的日子，感慨万千，这四年学到了很多东西，感谢每一个曾经给我们授课的老师，感谢给过我帮助的朋友。经过几个月的忙碌和工作，毕业设计即将出成果了，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，有很多考虑的不周到的地方。如果没有导师的督促指导，以及同学的帮帮助，完成这个设计是难以想象的。在这里要感谢我的指导老师许菊若教授。徐老师平日里工作繁忙，但在我们做毕业设计的这段时间，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期设计分析，装配图及零件图制作，整个过程许老师给予了悉心指导。设计过程中的一个小错误，螺钉的粗实线细实线画错了，细线张老师都给我指出来了，她教导我们做设计一定要认真严谨，不然以后会出大问题。除了敬佩许老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神使我们永远学习的榜样，并将积极影响到我今后的学习工作。其次还要感谢我的同学们对我无私的帮助，特别是AUTOCAD软件的使用，因此我才能顺利完成设计。我还要感谢我的母校无锡太湖学院，是母校给我们提供了优良的学习环境。为完成此次毕业设计，参考了许多机械类相关文献，运用了当中的成果，所以在此要感谢这些文献的编著人员。无锡太湖学院学士学位论文24参考文献1戴曙金属切削机床M北京机械工业出版社，1999192319272MKTSAIAPREDICTEDMODELLINGOFTOOLLIFEOFHIGHSPEEDMILLINGFORSKD61TOOLSTEELJTHEINTERNATIONALJOURNALOFADVANCEDMANUFACTURINGTECHNOLOGY,2005,2673卓迪任数控技术及应用M北京国防工业出版社，19971518，314赵崧年，戴志义机电一体化数控系统设计M机械工业出版社，19947397405MDGOLAMMOSTOFATOOLINGDEVICEDESIGNFORVIBRATIONASSISTEDHIGHSPEEDSHAPINGOFPMMAJJOURNALOFMECHANICALSCIENCEANDTECHNOLOGY,2010,2486李福生实用数控机床技术手册M北京北京出版社，19937李红实用机床设计手册M辽宁辽宁科学技术出版社，19978丘宣怀机械设计M北京高等教育出版社，198308129GB/T161591996，汉语拼音正词法基本规则S北京中国标准出版社，199610王昆机械设计课程设计N北京高等教育出版社，2000417B111工厂标准零件手册无锡无锡机床厂，199212孙拱寿磨床精化与改造M北京机械工业出版社，198613蔡春园机械零部件设计手册M北京冶金工业出版社，199614何伯吹机床设计手册M北京机械工业出版社，198015陈荣龄最新机械设计制造常用数据与新旧标准对照手册M北京科学技术文献出版社，199516SLINLIFEPREDICTIONSYSTEMUSINGATOOLSGEOMETRICSHAPEFORHIGHSPEEDMILLINGJTHEINTERNATIONALJOURNALOFADVANCEDMANUFACTURINGTECHNOLOGY,2006,30717ASCHAUSSTRUCTURALINHERITANCEANDSPECIALFEATURESOFFRACTUREOFHIGHSPEEDSTEELSJMETALSCIENCEANDHEATTREATMENT,1997,39218SKARAGZNIOBIUMALLOYEDHIGHSPEEDSTEELBYPOWDERMETALLURGYJMETALLURGICALTRANSACTIONSA,1988,196本人毕业（论文）设计题目25附录滚珠丝杠规格型号选型1确定定位精度2通过马达及对速度的要求来确定丝杠导程3查看螺母尺寸确定行程及相关丝杠轴端数据4通过负载及速度分布（加减速）来确定平均轴向力和转速5通过平均轴向力确定预压力6预期寿命，轴向负荷，转速确定动额定负荷7基本动额定负荷，导程，临界转速，DMN值限制确定丝杠外径及螺母形式8外径，螺母，预压，负荷确定刚性（机台设计）9环境温度，螺母总长确定热变及累积导程10丝杠刚性，热变位确定预拉力11机床最高速度，温升时间，丝杠规格确定马达驱动扭矩及规格滚珠丝杠副速选的基本原则一种类的选择目前滚珠丝杠副的性价比已经相当高，无特别大的载荷要求时，都选择滚珠丝杠副，它具有价格相对便宜，效率高，精度可选范围广、尺寸标准化安装方便等优点。在精度要求不是太高时，通常选择冷轧滚珠丝杠副，以便降低成本；在精度要求高或载荷超过冷轧丝杠最大规格额定载荷时需选择磨制或旋铣滚珠丝杠副。不管何类滚珠丝杠副，螺母的尺寸尽量在系列规格中选择，以降低成本缩短货期。二精度级别的选择滚珠丝杠副在用于纯传动时，通常选用“T”类（即机械手册中提到的传动类），其精度级别一般可选“T5”级（周期偏差在1丝以下），“T7”级或“T10”级，其总长范围内偏差一般无要求（可不考虑加工时温差等对行程精度的影响，便于加工）。因而，价格较低（建议选“T7”，且上述3种级别的价格差不大）；在用于精密定位传动（有行程上的定位要求）时，则要选择“P”类（即机械手册中提到的定位类），精度级别要在“P1”、“P2”、“P3”、“P4”、“P5”级（精度依次降低），其中“P1”、“P2”级价格很贵，一般用于非常精密的工作母机或要求很高的场合，多数情况下开环使用（非母机），而“P3”、“P4”级无锡太湖学院学士学位论文26在高精度机床中用得最多、最广，需要很高精度时一般加装光栅，需要较高精度时开环使用也很好，“P5”则使用大多数数控机床及其改造，如数控车，数控铣、镗，数控磨以及各种配合数控装置的传动机构，需要时也可加装光栅（因“5”级的“任意300MM行程的偏差为0023”，且曲线平滑，在很多实际案例中
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