毕业论文-4.4米环抛机工件环上下料系统的设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 上海电机学院上海电机学院 毕业设计毕业设计 课课 题题 4.44.4 米环抛机米环抛机工件环工件环 上下料系统的设计上下料系统的设计 专专 业业 机械电子工程机械电子工程 年年 级级 20092009 级级 姓姓 名名 学学 号号 指指 导导 教教 师师 （签字）（签字） 马西沛马西沛 学学 院（系）院长（签字）院（系）院长（签字） 年年 月月 日日 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘摘 要要 抛光机是一种重要的精密和超精密加工方法。 它是指利用磨具通过磨料作用于工件 表面，进行微量加工的过程。抛光机加工的特征是加工精度和质量高。因此，抛光机 机是保证抛光机加工的重要条件，为此人们专门研究了各种不同的抛光机机。目前国内 生产高速抛光机机的厂家不少，但由于抛光机加工的针对性较强，对不同的工件，抛光 机加工的方法也有很大的差别。 环抛光机是精加工零件的专用机床，该机床可加工零件。为了提高加工整体质量， 在对原机进行深入分析的基础上，研制了一种新型高加工精度的环零件精加工机。该机 器通过两部分动力源分别控制研具的运动。对整个传动系统进行了分析，传动采用传动 设计。在设计完各个部分的基础上，进行了总体结构布置。新机器克服了原有机器的一 些缺点， 成功提高了传动效率和加工精度。 本次设计在原有的基础有利于提高生产效率。 该机床的特点：加工精度高，工艺性能稳定，生产率高。 关键词：抛光机；机械传动；上下料 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 II Abstract Polishing machine is a kind of precision and ultraprecision machining method. It refers to the use of tools by abrasive on the surface of a workpiece, process, micro machining. Characteristics of polishing machining is machining accuracy and high quality. Therefore, the polishing machine is the important condition to guarantee the polishing machine, so people devoted to the study of the different polishing machine. The current domestic production of high speed polishing machine manufacturers a lot, but due to the polishing machine targeted, for different workpiece, method of polishing machine to also have very big difference. Ring polishing machine is a special machine tool precision machining parts, the machine can process parts. In order to improve the overall quality of processing, based on in-depth analysis of the original machine, developed the ring parts finishing machine is a new type of high precision. The machine control lapping tool movement through the two parts of the power source. On the whole transmission system is analyzed, the design of the transmission gear. In the design of the base of each part of the general structure of the arrangement. The new machine overcomes some shortcomings of the original machine, successfully improve transmission efficiency and precision. This design is helpful to improve the production efficiency in the original foundation. The characteristic of the machine: high precision processing technology, stable performance, high productivity. Keywords: polishing machine; mechanical drive; loading and unloading 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 III 目目 录录 摘 要 . I Abstract II 目 录 III 1 绪论 1 1.1 抛光机概念、研究现状及发展 1 1.2 国内外研究情况 . 3 1.3 研究目的和意义 . 4 1.4 课题要求 . 8 2 4.4 米环抛光机总体方案设计 . 9 2.1 设计要求 9 2.2 环抛光机整体方案的确定 . 9 2.2.1 环抛光机类型分析 9 2.2.2 环抛光机方案比较 9 2.2.3 综合考虑选出最佳设计方案 10 3 4.4 米环抛光机工件环上下料机构设计 . 11 3.1 步进推杆使整个工件环转动 . 11 3.2 丝杠传动设计计算 . 12 3.2.1 常见丝杠支承方式 . 12 3.2.2 脉冲当量选择 13 3.2.3 滚珠丝杠设计计算 . 13 3.2.4 滚珠丝杠副的载荷计算 . 14 3.2.5 传动效率计算 . 16 3.2.6 刚度验算 16 3.2.7 滚珠丝杠精度等级确定 16 3.3 滚动导轨副的防护 . 19 3.4 直线滚动导轨副的计算、选择 . 19 3.5 齿轮减速传动设计 21 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 IV 3.6 等效转动惯量计算(不计传动效率) 23 3.7 电机的计算选型 . 24 3.8 联轴器选择 . 25 4 数控硬件电路设计 26 4.1 硬件电路设计 26 4.1.1 数控系统的硬件结构 26 4.1.2 数控系统硬件电路的功能 26 4.2 关于各线路元件之间线路连接 27 4.3 关于电路原理图的一些说明 28 总结与展望 31 参考文献 32 致 谢 33 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 1 1 绪论绪论 1.1 抛光机概念、研究现状及发展 抛光机是用涂上或嵌入磨料的研具对工件表面进行抛光的机床。主要用于抛光工件 中的高精度平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、螺纹面和其他型面。抛光机的主要 类 型有圆盘式抛光机、转轴式抛光机和各种专用抛光机。抛光机控制系统以 PLC 为控制 核心，文本显示器为人机对话界面的控制方式。人机对话界面可以就设备维 护、运行、 故障等信息与人对话；操作界面直观方便、程序控制、操作简单。全方位安全考虑，非 正常状态的误操作无效。实时监控，故障、错误报警，维护方便。 定义：环抛机是上海中晶企业发展有限公司创新研制的大型平面高精度光学加工设备， 产品定名为 CM 系列。 环抛机是依据环形连续抛光法设计的设备。 环形连续抛光， 是 一 种复制抛光，修正盘校整沥青胶盘，沥青胶盘再抛光被加工零件。因此，环形连续抛光 的核心就是如何获得高精度的沥青抛光模，在元件条件恒定的状态下抛光， 获得高精 度元件。环抛机就是基于这个目的研制的，其核心就是实现运行因素的可控。CM5 系列 智能环抛机 CM5 系列智能环抛机为本公司的荣誉专利产品，拥有 10 项实用新型专利， 1 项发明专利，1 项软件著作权，获得了国家、部级和上海市的诸多荣誉。该设备具有 工件盘、修正盘主动受控环抛功能、自动开槽功能、各盘坐标定位功能、自动取放工件 功能、机械手取放系统、温控系统、自动加液系统，还有诸多结合工艺的特殊系统和功 能。 设备最主要的特点是加工精度高、 精度高， 可以稳定实现大口径元件 （400-1000mm） 加工面形 1/6 的精度要求。 目前该系列产品已经投入国防、 航天航空等国家重大型项目 的实施过程中。 功能：环抛机具有工件盘、修正盘主动受控环抛功能、自动开槽功能、各盘坐标定 位功能、自动取放工件功能、机械手取放系统、温控系统、自动加液系统，还有诸多结 合工艺的特殊系统和功能。 用途：环抛机最主要的特点是加工精度高、效率突出，可以稳定实现大口径元件 （400-1000mm）面形 1/6 的精度要求。环抛机产品已经投入国防、航天航空领域的 国家重大专项中。 赞誉：环抛机 CM 系列环抛机被光学专家赞誉为“代表中国新一代环抛机的发展方 向”。而上海中晶企业发展有限公司作为目前国内大型环抛机的专业制造商，引领着中 国环抛机的发展方向。 抛光是一种重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通过磨料作用于工件表 面，进行微量加工的过程。抛光加工的特征是加工精度和质量高。因此，抛光机是保证 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 2 抛光加工的重要条件，为此人们专门研究了各种不同的抛光机。目前国内生产高速抛光 机的厂家不少，但由于抛光加工的针对性较强，对不同的工件，抛光加工的方法也有很 大的差别。 抛光机操作的关键是要设法得到最大的抛光速率，以便尽快除去磨光时产生的损伤 层。同时也要使抛光损伤层不会影响最终 观察到的组织，即不会造成假组织。前者要 求使用较粗的磨料，以保证有较大的抛光速率来去除磨光的损伤层，但抛光损伤层也较 深；后者要求使用最细的材料，使 抛光损伤层较浅，但抛光速率低。 解决这个矛盾的最好的办法就是把抛光分为两个阶段进行。粗抛目的是去除磨光损 伤层，这一阶段应具有最大的抛光速率， 粗抛形成的表层损伤是次要的考虑，不过也 应当尽可能小；其次是精抛(或称终抛)，其目的是去除粗抛产生的表层损伤，使抛光损 伤减到最小。 抛光机抛光时， 试 样磨面与抛光盘应 绝对平行并均匀地轻压在抛光盘上， 注意防止试样飞出和因压力太大而产生新磨痕。同时还应使试样自转并沿转盘半径方向 来回移动，以避免抛光织物局部磨损太快 在抛光过程中要不断添加微粉悬浮液，使抛 光织物保持一定湿度。湿度太大会减弱抛光的磨痕作用，使试样中硬相呈现浮凸和钢中 非金 属夹杂物及铸铁中石墨相产生“曳尾”现象；湿度太小时，由于摩擦生热会使试样 升温，润滑作用减小，磨面失去光泽，甚至出现黑斑，轻合金则会抛伤表面。为了 达 到粗抛的目的，要求转盘转速较低，最好不要超过 600r/min；抛光时间应当比去掉划痕 所需的时间长些，因为还要去掉变形层。粗抛后磨面光滑，但黯淡 无光，在显微镜下 观察有均匀细致的磨痕，有待精抛消除。 精抛时转盘速度可适当提高，抛光时间以抛掉粗抛的损伤层为宜。精抛后磨面明亮 如镜，在显微镜明视场条件下看不到划 痕，但在相衬照明条件下则仍可见到磨痕。抛 光机抛光质量的好坏严重影响试样的组织结构，已逐步引起有关专家的重视。国内外在 抛光机的性能上作了大量的研究 工作，研究出不少新机型、新一代的抛光设备，正由 原来的手动操作发展成为各种各样的半自动及全自动抛光机。 下面介绍几种常用的机械抛光机的性能和特点。抛机光专门针对钢、铝铜等金属制 品的表面和管类进行效果处理，几十种原厂配件满足不同需要，轻而易举制造出各种精 度不同的雪花纹、拉丝纹、波浪纹、哑光面、镜面等，快速修补深度划痕和轻微刮花， 快速打磨和抛光；焊缝、水口痕、迹氧化膜、污迹和油漆等，适用於去毛刺、形成圆角， 装饰性金属加工，在加工过程中不会形成暗影、过渡地带和装饰面不均匀等，是金属制 品生产线的重要设备。抛光机适用于以下行业：木材、家具行业如平木板、家具金属拉 手等工件砂光拉丝；五金（金属）材料及制品铝型材及其制品、不锈钢制品及器皿、铜 型材及制品、水暖卫浴器材、锁类、灯饰制品、标牌铭牌、五金工艺饰品、刀剪类、门 的活叶、汽车自行车零配件、餐具类、韪扣类制品、钮扣、皮带扣、手机外壳、钟表行 业等工件砂光拉丝；电子零件、电子器材如电子零件、平板砂光拉丝等。 探讨常用的抛光方法以及存在的设备缺陷探讨常用的抛光方法以及存在的设备缺陷 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 3 常用的抛光方法即是传统的抛光方法，在前面我们都讨论过了，传统的抛光方法包 含，机械抛光，电解抛光，化学抛光等 等。这些传统的抛光设备的构成主要是利用了 磨轮高速旋转，将夹具夹持着工件上进行低速旋转，抛光的外表与磨轮端面接触，再通 过施压，工件的旋转中部与磨轮 的接触线固定起来，再经过之间的摩擦，热炭化作用 从而达到被抛光处理。过去的 PCD 制品厚度大且被抛光的外表面积相当小，当然小于 或者接近磨轮端 面环宽，用我们常用的传统抛光设备是最适合的，但是，随着科技的 不断发展进步，大面积的 PCD 制品的出现，工件的厚度比过去的要薄很多，这样，使 用传统的 抛光设备施行是相当的困难的，主要存在以下几方面的问题： 1，本身工件旋转中部与磨轮端面接触线固定，那怕是被抛光外表上各处都与磨轮 接触，甚至是完全吻合，当工件被抛光外表的宽度大于磨轮环宽时候，各部分的接触处 位置也不同，从而达不到真正的质量效果； 2，抛光进行时候，由于抛光加工是沿着工件被接触的点与磨轮的点向四周扩展的， 若果初始接触的点少，吻合度相对差的话，那么只有钯这些点或者面去除，其它的点或 面才能够真正与磨轮端面得到最完善的接触，这样就出现抛光时间长，效率自然相对降 低的现象； 3，对于比较薄的,面积较大的 PCD 制品，不管是用到那一种传统抛光设备进行，被 抛光的工件与磨轮端面都是不会分开的，当中部受磨擦大于周边的时候，且热条件差， 这就容易出现工作变形出现误差的现象； 4，应力变形是随机性的，因此，它有极有可能使得被抛光的外表平面外形不规则， 也许会出现扭曲现象，相对吻合的范围就会少，这只仅造成加工效率低，对大批消费者 都是不适合，增加了操作员的芝动强度； 5，若果用同一个传统的抛光设备进行对两片大面积，比较薄的 PCD 制品，虽然也 可以实现，但是随着隔热性的条件差，不但造成所需的加工时间差别很大，而且温度的 强度，很容易造成被烧伤的现象。 该机广泛应用于石英晶体片、硅、锗 片、光学玻璃、光学镜片、LED 蓝宝石衬底、 石英基板、陶瓷片、陶瓷基板、钟表玻璃 、手机玻璃、电磁炉微晶玻璃面板、投影仪 玻璃平台、活塞环、阀片、移印钢板、模具钢板（S136） 、硬质合金密封环、钼片、铜 片、铝板、不锈钢片推剪刀 片、塑料树酯 PPS 零件、铁氧体磁蕊、铌酸锂、砷化镓晶 体、PTC 等各种片状金属、非金属材料的平面高精度研磨及抛光。 1.2 国内外研究情况 随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和 表面质量的要求也愈来愈高。抛光机是超精密加工中的一种重要加工方法，它是指利用 磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。 抛光加工的特征是加工精度和质量高。并且加工材料广，几乎可以加工任何固态材 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 4 料。近年来，随着人们对产品性能的要求日益提高，抛光加工以其加工精度和加工质量 高再次受到人们的关注因此国内有很多厂家设计、生产抛光机。但由于抛光加工的针对 性较强，对不同的工件，抛光加工的方法也有很大的差别。所以人们研究开发出了许多 专用的抛光机。 其优点是加工精度高，加工材料范围广。为满足这个复杂多变市场的需求，当前抛 光机正向高精度抛光方向发展，加工精度也在不断地提高,可以说中国的抛光机行业已 逐渐走向成熟期。 通过中国知识网，了解到，目前国内对抛光机的研究主要有：2MM8470 型精密双面 抛光机的研制、斜面抛光机、球面抛光机、平面抛光机、ZML 系列振动抛光机、CYJ-1 型气门抛光机的设计和 DF_4 型机车柴油机气门座抛光机改造探讨等。除此之外，还有 一些研究抛光机控制和仿真方面的。如：基于 ADAMS 和 UG 的光纤抛光机抛光轨迹仿真、 基于虚拟制造技术的数控冰刀抛光机的研究和 X61 1112K-1 型数控精密抛光机等。 Cag One 公司也提供一系列手工和数控冰刀抛光机，其产品如图 14 所示。另外 还有日本研究的数控抛光机， 日开发出两种胶辊抛光机， 德国制备微型刨花的抛光机等。 目前，国外较重视磨料性能的改进，以及丸片制作技术的研究，如探讨如何避免丸片的 脱层及裂缝，避免丸片中混入空气，提高磨料和结合剂的均匀性等。为了更好地改善固 着磨料抛光效果，提高丸片质量，日本东京大学有人还研究了利用电泳沉积法制造高质 量、细磨粒丸片。采用他们研制的丸片加工硅片，已加工表面质量得到了很大改善。国 外还有人采用金刚石丸片抛光加工球面和非球面， 提高了加工效率， 取得了很好的效果。 1.3 研究目的和意义 自科技革命以来，人类开始不断地研究、改进机械，目的就是用最先进、最方便的 机械来代替人类的劳动。正如上海全镒机电有限公司的赵长明打的这样一个比喻：人类 发明了机械交通工具后，一旦拥有了，现在离家出远门就不再会有人愿意走路或者骑马 了。同样的道理，一旦习惯使用抛光机来抛光钻头、铣刀等刀具和工件，也不会有人用 手工来磨钻头、铣刀等工件。这样一台不仅可以为企业节省生产成本，也可以为老板解 决头痛的人事问题的机械，就更不会被企业所拒绝。 随着国内的生产技术及质量的提升，生产厂家使用的设备及刀具的精密度也日益提 高，原本手工抛光的技术随着时代的转变，造成抛光技术的断层，单价昂贵的钻头、铣 刀等刀具重复使用率大大的下降，无形中造成刀具成本的增加。 为了改变这一现象，必需从抛光机入手。而抛光机，汇集专家智能，体现出轻便、 简单、快速、精准的设计理论，基本上满足了现在生产厂家的相关需求，也解决各企业、 公司及厂家老总在成本、时间、效率、质量上的困扰。机器取代人力是工业革命的结果， 也是工业现代化的必然性。现在如此，将来也会如此。 抛光机的市场是不可限量的，尤其在国内这个正处于萌芽阶段的发展时期，正是占 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 5 有市场的大好时机。以全局看来，现在的中国市场日趋与国际接轨，整个大陆的五金制 造业明显感受到了与国外同行的差距，压力不断的增加，而在生产外销方面不断增长的 同时，急需各生产厂家改走高品质的路线，因此他们不得不趋附于“精细”这一块。动 作迅速的各大厂家也已经在开始着手准备，那么根据以往习惯，将会有很多小厂家跟风 而至。对于这样的情况，国内市场中的大部分产品已经无法满足客户高品质、高精准度 需求，而携带式钻头、铣刀等刀具和工件抛光机刚好填补了这个空缺。 本文是将现有的高速抛光机进行小型化，以满足用户的生产实际要求。目前的高速 抛光机的体积和重量较大，这些设备一般都固定安装在加工车间里进行抛光加工。这就 是说，工件只能在车间里加工，但是事实上，有些工件最好是在工件的使用现场进行加 工。比如在生产设备维修时，某一工件需要抛光修复时，人们非常希望在生产设备的使 用现场进行试配性的修复加工，以保证所修复的工件能与现场的生产设备相匹配。这既 能有效地保证加工精度和加工尺寸的要求，又能显著地减少修复时间、降低生产成本。 特别是大企业的生产设备每年都要进行大修，在设备大修期问全部生产线都要停产。由 于停产给企业带来的损失很大，所以企业对设备大修时间控制很严，希望设备大修的时 间短。如果能在设备现场维修有关零部件就可以显著地减少大修时间。本文研究的抛光 机就能很好地解决这一问题。 高速抛光机应用范围很广，它既可以替代原有的普通抛光机，用于企业进行生产加 工，而且由于它还具有体积小、重量轻，易于携带等优点，还可以直接应用到用于有关 产品的维修和修复，这就使它的应用范围扩大了很多。因为应用抛光加工的产品的用户 非常多，以往由于抛光机体积较大、价格较高，使用抛光加工产品的企业一般都不购买 抛光机，对抛光加工的产品只是从外面购进，用坏后就买新的产品更换。而本文研制的 高速抛光机体积小、价格低、携带方便，就使得企业积极购买，用于抛光加工件的修复， 从而降低生产费用，为企业节约大量的资金。因此说本文研究的高速抛光机具有较好的 应用前景。 在现代工业自动化生产领域里，材料的搬运、机床的上下料、整机的装配等是十分 重要的工作环节，而实现这些环节的自动化将大大提高生产效率，减少成本。用自动化 机械代替人的工作可以减少事故的发生。工业环抛光机就是为了实现这些环节的自动化 而设计的。 自动化上下料装置是散乱的中小型工件毛坯经过定向机构实现定向排列，然后顺次 地由上、下料机构把它送到机床或工作位置去，并把工件取走。如工件教大，形状复杂， 很难实现自动定向，则往往通过人工定位后，再有上下料机构送到工作地点去。 在成批大量生产中，尤其要求在生产率很高，机动工时很短的情况下，单纯的上下 料装置很难满足要求，环抛光机就是在上下料机构的基础上发展起来的一种机械装置。 开始主要用来实现自动上下料和搬运工件，完成单机自动化和生产线自动化。随着应用 范围不断扩大，现已用来操作工具和完成一定工作，减轻工人的劳动强度，改善劳动条 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 6 件，提高生产效率。 目前我国研制使用的工业环抛光机大多数是属于专用环抛光机，仅有少量的通用环 抛光机。 由于通用环抛光机改变工作程序比较方便， 特别适用于多品种、 小批量的生产。 通用环抛光机在工业生产中的应用只有二十来年的历史。这些装置在国外得到相当 重视，到七十年代，其品种和数量都有很大的发展，并且研制出了各种具有感觉器官的 工业机器人。 我所设计的是生产线用上料环抛光机。是为精锻机设计的配套自动送取锻料设备。 属于圆柱坐标式，全液压驱动环抛光机，具有手臂升降，收缩，回转和手腕回转 4 个自 由度，执行机构由手部,手腕，手臂伸缩机构，手臂升降机构，手臂回转机构组成。它开 始工作是被加热的坯料由运输车送 2 到上料位置后，自动上料环抛光机 3 将热坯料搬运 到立式精锻机 1 上锻打，其成品锻件由下料环抛光机 4 从立式精锻机上取下并送到转换 环抛光机 5 上，转换环抛光机先把锻件翻转 90成水平位置，由炳烷切割装置 6 将两端 切齐，切割完毕，转换环抛光机的手臂再水平回转 87，将锻件水平放置到下料运输装 置 7 上，运送到车间外面的料仓库进行冷却。自动上料环抛光机 3 在此精锻生产线上可 以完成取料、喂料和变换工位等动作。 抛光机分类： 振动抛光机 振动抛光机具 有高频率的振动，使工作物与研磨石或钢珠、研磨剂等密切均匀混 合，呈螺旋涡流状滚动，以研磨切削或抛光工作物表面，尤其是那些易受变形或外形复 杂，孔内死 角之工作物使用本机研磨均能得到均匀之质量，而且在加工运转中可随时 抽验，节省时间，提高质量；选料区设有转换开闸门、过滤网等可把磨物与被研磨物分 离， 易于选料，操作简单。 振动抛光机的特点： 1、振动抛光机采用世界上先进的螺旋翻滚流动、三元次振动的原理，使零件与滚 抛磨具互相研磨达到抛光的效果. 2、振动抛光机适用大批量中、小、尺寸零件的研磨抛光加工，提高工效 610 倍, 节省成本大约 1/3. 3、振动抛光机在振动研磨抛光加工过程不破坏零件的原有尺寸、形状。 4、振动抛光机能实现自动化、无人化作业，操作方便，在工作过程中，可随时抽 查零件的加工情况。 5、A 型号的振动抛光机可以自动将磨料与工件分开，实现自动选料，节省人工开 销。 滚桶抛光机 产品说明： 采用水平式回转桶，桶内分有无披覆内衬，其功能就不同，内桶覆 PU 胶，可耐酸 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 7 碱、耐磨，又可防工件碰撞；桶内无披覆内衬，适合钢珠或钢铁制品，因可加强切削力， 促使更大效果；桶身可任意回转，有适当的斜度，所以下料方便。 滚桶研磨抛光机的特点： 为研磨抛光机系列中，最简单，方便的机型，最经济的抛光机。 本机适合用于锻造，铸造，翻砂之工作物有强大切削力；研磨工作针对于去黑膜， 黑头及细磨，倒角抛光之用. 圆管抛光机 多圆管抛光机是采用无心磨原理，由抛磨和送进两大机构组成，通过调节磨头进给 量，可对工件进行大余量磨削或精细磨抛，通过调节导向轮间距，可对不同规格的工件 进 行加工，该机送进机构采用无级变速装置，可以通过改变加工件的进给速度， 使工件达到理想的磨抛效果。并可根据工件的不同材质及抛光要求灵活选用砂布页轮、 麻轮、布轮、尼龙轮等多种抛光工具对工件进行抛磨。工件托板采用耐磨材料制作，可 不必经常调整。工件规格改变调整时，本机采用“单向移动双向到位”的结 构，使托板 调整工作大为简化。全套生产线由抛光机，给料装置，出料装置三部分组成。并有标准 型、自动型、环保型及经济型等多种型号供用户选择。主机磨头数 量可根据工件表面 的原始状况及对成品表面的光洁度要求，在订货时具体制定。 圆盘抛光机 圆盘抛光机主要由一个圆盘、抛光立柱（抛光立柱的数量根据产品的加工工艺来 定） 、电控箱及研磨剂供给系统组成。 圆盘式多功能自动抛光机是一种适应面比较广泛的抛光机机型，对于产品材质为 铜、铁、锌、不锈钢的工件均可进行表面处理。圆盘的运动可根据加工产品的不同，作 间歇运转或连续运转，并配有变频器控制圆盘转速；抛 光立柱上的抛光轮可作多轴定 位来满足产品不同侧面的抛光；视产品的工艺要求，可对产品进行砂光、粗抛、细抛、 精抛等流水型作业，并可对抛光立柱作适当的取 舍；麻轮、布轮耗损时可作自动补偿； 装有自动打液体蜡装置；治具方面具有自动装卸工件装置的设计（须治具设计配合） ， 操作起来非常方便。机器还设有故障报 警功能，能自动显示故障原因。 数控抛光机 数控抛光机又称数控磨锋机、数控磨刀磨锋机、CNC 抛光机。 数控抛光机 DMSQ-KE 型系列是根据 DMSQ-E 型系列磨刀机工作原理，研制而成 的具备 PLC 自动控制系统的 新一代产品，是一种集磨刀与抛光（去刀花）于一体的新型双磨头磨刀机，特别适 用于中小型书刊印刷厂。 数控抛光机 DMSQ-KE 型系列磨刀磨头采用步进电机，PLC 编程控制系统；可自动 调节粗磨、精磨次数，磨刀精度高；砂轮自动进给、可记忆、储存、可动态跟踪，操作 便捷，自动化程度高，在同类磨刀机中自动化程度最高，大大提高了工作效率。 4.4 米环抛机工件环上下料系统的设计 8 1.4 课题要求 为了满足大型光学系统对大口径高精度平面光学元部件的需要，环行抛光技术越来 越广泛地应用到实际光学元部件的生产中。采用环行抛光技术加工的光学元部件可以获 得较高的面形精度。 传统的但校正盘和工件的调整比较烦琐，在调整过程中脏东西容易掉在抛光胶盘 上，使被加工件出现划痕。在光学加工中尤其是精抛光时最忌讳被加工件出现划痕，这 将直接影响加工质量、效率及产品的成品率。该大型环抛机采用大型机械臂上下和调整 校正盘，避免了传统横梁支撑结构的缺点。 意义： 1 m、2 m、2.5 m 的环形平面抛光机,技术已经比较成熟，以上设备主要加工 800 mm 以内平面光学元件， 800 mm 以上的光学元部件目前国内还不能加工，该课题设计 的大型环抛机直径为 4.4m，能够加工 1600 mm 以内的平面光学元件，大大提高了国内 可加工的光学元件的尺寸。 课题的主要技术要求： 1、环抛机蜡盘直径 4.4m，高度 1.5m，蜡盘转速 04 r/min； 2、工件环内径 1.8m，外径 2m，材质大理石，工件环转速 08r/min； 3、上下料机械臂旋转角度 0-120； 4、上下料小车高度 1.5m。 5、完成工件的半自动上下料工作。 课题工作量要求： 1、机器总装配图、部件装配图 不少于 A0 2 张，1 张电气控制图； 2、设计说明书 1 份，设计说明书 2 万字以上，分析、计算准确详尽，格式符合“毕 业设计撰写规范” ； 3、参考文献（不包括教科书）15 篇以上，含一篇外文文献并译成中文（3 千字）。 9 2 4.4 米环抛光机米环抛光机总体方案设计总体方案设计 2.1 设计要求 抛光机对机械设计的要求有：精度高、运行平稳、工作可靠，具有良好的伺服性能。 面对传动机构则要求：转动惯量小，以减小机械负载，避免对系统造成不良影响；刚度 大，有利于减小动力损失，提高固有频率，增加闭环伺服系统的稳定性；阻尼合适。 抛光机对控制系统的要求有：能对压力进行控制。因为试样抛光过程要求动力头能 带动夹具上升和下降实现压力增大和减小；能够按设定压力在夹具上产生弹性力；磨 抛一定时间后能自动降低夹具上的弹性力。能对时间进行控制。抛光时间过长，试样质 量无法保证，时间过短达不到抛光质量。能对抛光速度控制。对不同材质的试样，需不 同的抛光速度，方可保证材料的真实组织。 2.2 环抛光机整体方案的确定 2.2.1 环抛光机类型分析 抛光按其原理可以分为机械抛光，电解抛光，化学抛光，以及复合抛光。 (1)机械抛光 机械抛光是现阶段应用最为广泛的抛光方法，其正确的工艺和操作方法是在保证获 得优质的试样和其他条件(如边缘保留及石墨和夹杂物保留等)的情况下具有最高的抛 光速率。 (2)电解抛光 电解抛光是对难以用机械方法抛光的金属试样进行抛光的重要手段，它可以克服金 属干扰层和机械峦晶假象等问题，对于用极低负荷的显微硬度实验的样品或透射电镜的 薄膜试样特别有用。但每种金属和台金所使用的抛光液和电解规范不同，因此需要进行 相当数量的试验工作来确定电解抛光规范。 (3)化学抛光 化学抛光是完全依靠化学药剂的腐蚀作用而得到光亮的抛光表面。这种方法操作简 便， 不需要复杂的机械和电解设备， 只需要选择适合的化学抛光液和试验最佳抛光规范。 化学抛光的速度低，抛光后的磨面，表面光滑但形成起伏的波形，不能达到十分平整的 要求。 综合考虑各种抛光的优缺点，本系统采用机械抛光。 2.2.2 环抛光机方案比较 第一种设计方案： 自动减加压机械装置的设计， 利用步进电机作为此装置的动力源， 通过一个比例为 1:1 的齿轮箱与动力头相接。动力头采用滚珠螺旋传动，即在由螺母和 10 螺杆的近似半圆形螺旋凹槽拼合而成的滚道中装入适量的滚珠，并用螺母上制出的通路 及导向辅助件构成闭合回路，以备滚珠连续循环。当步进电机逆时针转时，带动齿轮转 动，齿轮转动带动固定在其上的螺母旋转，从而使螺杆下移，按设定压力在夹具上产生 弹性力;压力在一定范围内自行调节;驱动夹具旋转，实现对工件的加压。当电机顺时针 转时，带动螺杆上移，实现对工件的减压。 抛光装置的设计，因为本次设计的目的是实现抛光的完全自动化，所以选择直流伺 服电机作为抛光盘的动力源，为保持抛光质量，抛光速度不宜太快，一般为 300-500r/min，而电机速度一般比较快，所以利用 V 带传动，以达到减速的目的。 控制系统的控制部分采用 DSP 模糊控制系统：数字信号处理器 DSP 采样位置传感 器信号,获得当前位置信息 ,从而得到电机的当前速度 ,通过与给定速度值比较 ,得到 转速误差值 ,经模糊控制器计算推理后 ,输出 PWM 脉冲信号 ,经功率放大后 ,对直流 电机进行控制。 第二种设计方案：直接用步进电机与一个带有内花键的丝杠相连，丝杠与主轴通过 花键连接，使主轴能上下移动。当电机逆时针转动时，丝杠带动丝杠螺母转动，只能向 下运动压缩弹簧， 使主轴下降并产生弹性力， 实现对工件的加压。 当电机顺时针转动时， 带动螺母上移，不再压缩弹簧，主轴上移，从而实现对工件的减压。 抛光装置的设计，直接用电机带动抛光盘转动。 控制系统的控制采用模糊 PID 控制, 模糊 PID 控制器由多种结构形式，但基本原理 基本一致，即运用模糊数学的基本原理和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并 把这些模糊控制规则以及有关信息作为知识存入计算机的知识库中，然后计算机根据系 统的实际响应情况运用模糊推理，即可自动实现对 PID 参数的最佳调整，以达到自动控 制的目的。 2.2.3 综合考虑选出最佳设计方案 参考各种形式的抛光机，为满足设计要求本次设计的系统定为机电一体化系统。机 械部分是采用步进电机为动力源，通过一个比例为 1:1 的齿轮箱与动力头相接。动力头 采用滚珠螺旋传动，当步进电机逆时针转时，带动齿轮转动，齿轮转动带动固定在其上 的螺母旋转，从而使螺杆下移，按设定压力在夹具上产生弹性力;压力在一定范围内自 行调节;驱动夹具旋转，实现对工件的加压。当电机顺时针转时，带动螺杆上移，实现 对工件的减压。 控制部分采用 PID 模糊控制系统：利用此系统实现自动调压，调速和对加工时间控 制的目的。 11 3 4.4 米环抛光机工件环上下料米环抛光机工件环上下料机构机构设计设计 3.1 步进推杆使整个工件环转动 电动推杆是一种将电能转换成往复运动机械能的通用机械手，适用于各种复杂或简 单的工艺流程，具有结构紧凑，安装方便，使用可靠，维修简单，节约能源等优点。与 液压气动系统相比， 不但省掉了繁杂的系统和减轻了重量， 而且不受气候及环境的限制， 可实现远距离集中或自动控制，广泛应用于冶金、矿山、电力、煤炭、交通、粮食、化 工、建材等部门。 二、电动推杆结构与性能： 1、结构电动推杆由电动机、减速齿轮、丝杆、铜螺母、导向套、活塞杆、轴承座、轴 承座、弹簧、缸筒座、联接叉及光电接近开关装置（用户选购）等部件所组成。 2、工作原理： 电动机通过一级或二级齿轮减速后，带动丝杠螺母付，把电动机的旋转运动变 为直线运动，利 用电动机正反转实现推杆往复动作。输出推拉力相等。通过各种杠杆 力臂长度，可以增长行程。 3、过载自动保护功能： 电动推杆内过载自动保护装置，当推杆行程到极限位置或负载超过额定推力一 定数值时，推杆将自动切断电源，起到保护作用，使电动机及其它构件不致损坏，但不 得以此作为正常运行时的限 位开关使用。因此要求在本机上另行配置外行程限位开关 装置，本厂可为用户配置光电接近开关装 置，以控制推杆正常起停。 由于步进电机具有控制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化的优点。根据 设计要求及实际情况我们选择步进电机，选择参数为:额定电压、输出扭矩和电机转速 等。拟采用的 57 系列两相混和式步进电机使用 24V 电压，本系统提供的 24V 直流电源 可以满足步进电机的工作需要。输出扭矩与传送带和支撑板的摩擦力有关，主要由板料 的重量和传送带的摩擦系数来确定，此外，还与传送带与滚轮之间的滑动摩擦力的作用 有关，但由于滑动摩擦系数很小，虽然传送带与滚轮之间的张紧力很大，因此而带来的 滑动摩擦力却很小，故忽略不计。计算过程如下: 12 则由曲线可得:当 n=30r/min 时，f=100HZ。 根据计算结果我们选择电机型号为：57BYJ250C 3.2 丝杠传动设计计算 3.2.1 常见丝杠支承方式 表表 3 3- -1 1 滚珠丝杆副支承滚珠丝杆副支承 支承 方式 简图 特点 一 端 固 定 一 端 自由 结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速 都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装 方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用 于短丝杆。 一 端 固 定 一 端 游动 需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂， 工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同， 压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝 杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆 较长，转速较高的场合，在受力较大时还得 13 增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用 更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。 两 端 固定 只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固 定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不 存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要 高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重 的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较 困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要 求较高的场合。 3.2.2 脉冲当量选择 由已知设计参数：进给量 f=0.2mm/r、切削速度 v=18m/min 功率 0.28KW 初选三相电机，按三相六拍工作时，步矩角 =0.75,初定脉冲当量 =0.005mm/p 3.2.3 滚珠丝杠设计计算 （1）.滚珠循环方式 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导 楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-1 查得,选择外循环插管式 （2）.轴向间隙预紧方式 预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度. 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导 楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-2 查得,采用双螺母垫片预紧方式。 2）滚珠丝杠副直径和基本导程系列 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导 楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-3 查得, 14 3.2.4 滚珠丝杠副的载荷计算 工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵 引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 0.03，K 为颠覆力矩影响系 数，一般取 1.11.5，本课题中取 1.3，则丝杆所受的力为 NGFGGGGGFFGfKFF Zx 2155 2 2 -) 2 2 (03. 03 . 1 2 2 -) 2 2 ( 3y13323ymax ）（）（）（ 0 min F 其等效载荷按下式计算（式中取 21 tt ， 12 2nn） N tntn tnFtnF Fm1494)( 3 1 2211 22 3 min11 3 max 3 1 6 mh kaht wm 10 60 ) nT ( ffff fF Car fw-负载性质系数， （查表：取 fw=1.2） ft-温度系数（查表：取 ft=1） fh-硬度系数（查表：取 fh =1） fa-精度系数（查表：取 fa =1） fk-可靠性系数（ （查表：取 fk =1） Fm-等效负载 nz-等效转速 Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为 15000h 由上式计算得 Car=17300N 采用丝杠直径 40mm,导程为 5mm 计算得出计算得出 Ca=Car=17.3KN, 则 Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN 公称直径 Ph=12mm 则选择 FFZD 型内循环预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为 FFZD40103。 15 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 名称 计算公式 结果 公称直径 0 d 40mm 螺距t mm 接触角 0 45 钢球直径 b d 4.175mm 螺纹滚道法向半径R 0.52 b Rd 1.651mm 偏心距e (2)sin b eRd 0.04489mm 螺纹升角 0 t arctg d 0 4 33 螺杆外径d 0 (0.2 0.25) b ddd 39.365mm 螺杆内径 1 d 10 22ddeR 34.788mm 螺杆接触直径 2 d 20 cos b ddd 37.755mm 螺母螺纹外径D 0 22DdeR 34.212mm 16 螺母内径（外循环） 1 D 10 (0.2 0.255) b Ddd 30.7mm 3.2.5 传动效率计算 丝杠螺母副的传动效率为： )( tg tg 式中： =10，为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。 0 0 4 33 () (4 3310 ) 0.96 gg g g tt t t 3.2.6 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为： ES Fl l 0 1 (cm) Y 向所受牵引力大,故用 Y 向参数计算 6 0 62 222 1.651 2 6 1251.82 0.5 1 20.6 102.14 1252.621 0.5 20.6 10 (/) 3.14()2.14 6.12 10 Y FN lcm EN CM SRCM LCM 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为 0 64 100100 10.5 6.12 1012.24 1012.24 l Lum E 级精 度丝杠允许的螺距误差 =15 m/m。 3.2.7 滚珠丝杠精度等级确定 （1）.丝杠有效行程 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程 专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程 专业课程设计指导书 表 5-4 查得 le=20 mm 导轨总长 Lu =210+120+20=350mm 所以丝杠总长 Lv =350-20=330mm （2）.精度等级 根据有效行程内的平均行程允许偏差 ep=0.01/300 350 103=11.7 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械 电子工程专业课程设计指导书表 5-5 得 精度等级为 T3 17 4）滚珠丝杠副支承形式选择 滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴 承.滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束。 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导 书表 5-6 查得,采用一端固定一端游动(F-S)支承形式. 5）滚珠丝杠副的选择 高速或较高转速情况 按额定动负荷 CCj选择滚珠丝杠副 Cj=(Fefw)/(fhftfafk) (60Lhne)/