精密磨床-工作台纵向进给系统设计【6张CAD图纸】【优秀】

精密磨床-工作台纵向进给系统设计

34页 14000字数+说明书+外文翻译+开题报告+6张CAD图纸【详情如下】

传动系统图.dwg

外文翻译--现代的控制理论简介.doc

大锥齿轮.dwg

小锥齿轮.dwg

总体图.dwg

手轮.dwg

精密磨床-工作台纵向进给系统设计开题报告.doc

精密磨床-工作台纵向进给系统设计论文.doc

纵向进给机构图.dwg

目    录

1  绪论 …………………………………………………………………………………3

1.1课题研究背景及目的……………………………………………………………3

1.2 国内外发展状况…………………………………………………………………4

1.3 毕业设计任务与论文组成………………………………………………………5

2  精密平面磨床总体设计 …………………………………………………………… 9

2.1磨床简介 ………………………………………………………………………… 9

2.2磨床技术规格………………………………………………………………………  9

　　2.3主要结构及说明…………………………………………………………………  11

2.4磨床总体传动设计……………………………………………………………… 12

2.5 磨床总体布局设计……………………………………………………………… 12

3  理论计算……………………………………………………………………………… 14

3.1功率计算……………………………………………………………………………14

  3.2电动机选用…………………………………………………………………………16

  3.3滚珠丝杆副选用与校核……………………………………………………………16

  3.4锥齿轮尺寸计算……………………………………………………………………20

4  机构设计…………………………………………………………………… 22

　　4.1传动部件设计………………………………………………………………………22

　　4.2导轨设计……………………………………………………………………………25

　　4.3机构设计……………………………………………………………………………26

5  机床设计方案的改进………………………………………………………………… 28

结论…………………………………………………………………………………………29

致谢…………………………………………………………………………………………30

参考文献……………………………………………………………………………………31

附录…………………………………………………………………………………………32

精密磨床——工作台设计

摘要

　　　本文对所设计的磨床作了详尽的论述，分别从精密数控平面磨床的总体布局、横向进给、纵向进给和硬件电路设计等几个方面进行了阐述。

　　　绪论：介绍该课题研究背景和国内外发展状况，以及此次毕业设计的任务。

　　　数控平面磨床总体设计：简单介绍了此次设计的数控平面磨床，给出该数控平面磨床的技术规格和主要结构及说明，并说明了磨床的总体传动设计和总体布局设计。

　　　理论计算：包括机床功率的计算，电动机选用，滚珠丝杆副选用与校核以及锥齿轮尺寸计算。

　　　方案设计：详细说明了精密数控平面磨床的传动部件设计和导轨设计的要点和要求，并提出纵向进给机构和横向进给机构的设计方案

　　硬件电路设计：详细说明了硬件的选用和电路的连接。

　　　最后，针对本设计中不够完美的地方的改进想法，以及对本次毕业设计的总结和对我国超精密发展方向进行了展望。

关键词：平面磨床，数控，纵向进给，横向进给

Precise Numerical Control Plane Grinding Machine

Abstract

　　　This 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 give

第1章  绪论

1.1 课题研究背景及目的

　　　1.1.1 课题研究背景

　　　随着科学技术的迅速发展，国民经济各部门所需求的多品种、多功能、高精度、高品质、高度自动化的技术装备的开发和制造，促进了先进制造技术的发展。同时，随着社会进步，人们对加工精度的要求越来越高，对精密和超精密加工的需求也日益增多，精密加工广泛的应用于制造生产中，对机床精度的要求也进一步提高。磨削是一种重要的精密和超精密加工方法，因此磨削的应用也愈加广泛。磨削加工技术是先进制造技术中的重要领域，是现代机械制造业中实现精密加工、超精密加工最有效、应用最广的基本工艺技术。

　　　精密、超精密加工技术市场是国家尖端技术集中的市场，它既是高代价、高投入的工艺技术，又是高增值、高回报的工艺技术，世界工业先进国家都把它放在国家技术和经济振兴的重要位置[1]。

　　　当今，在光学和电子零件加工中，都力图提高精度和集成度，不仅是零件加工，而且对作为精密模具、机械零件、测试仪器零件最终加工工序的磨削加工也提出了超精密化的要求。此外，随着新材料的开发，陶瓷等作为结构零件材料在某些特殊场合已经得到了应用，这些新材料均属于难切削材料，其结果不仅提高了磨削的比重，而且还促进了磨床、磨削加工方式和工艺以及其它相关技术的发展。

　　　随着以工程陶瓷为主体的非金属材料逐渐成为工程技术重要材料，各国还开发了适应加工这类工程陶瓷的超精密平面磨床。陶瓷材料的特点是硬而脆，其硬度是碳钢的1O至20倍，而断裂韧性仅为碳钢的几十分之一。陶瓷材科的性能对粗糙度、破损度、平面度等平面参数十分敏感。陶瓷材料的磨削机理与金属材料不同，主要有三个特点：砂轮损耗大，磨削比低3磨削力大，磨削效率低3由于磨削条件不同，会使加工零件的强度发生变化。    根据以上这些特点，各国都致力开发了适合进行纳米磨削的超精密平面磨床，并且进行了脆性材料的可延性磨削技术的研究。

　　　随着社会的不断发展，高效是各个生产商不断追求的目标，数控技术得到推崇。

　　　当今，磨削加工技术的发展趋势是向着采用超硬磨料磨具，发展高速、高效、高精度磨削新工艺，装备CNC数控磨床的方向发展。

　　　1.1.2 课题研究目的

　　　本次设计目的是设计一台精密数控平面磨床，精度等级为1，用砂轮周边磨削平面，也可以磨削台阶平面。能用于机械制造业及工具模具制造业，能加工各种难加工材料(如陶瓷材料)。

　　　1.2 国内外发展状况

　　　超精密加工技术是以高精度为目标的技术，它具有单项技术的极限、常规技术的突破、新技术综合三个方面永无止境的追求的特点。

　　　实现超精密加工的主要条件应包括以下诸方面的高新技术：超精密加工机床与装、夹具；超精密刀具和磨料，刀具刃磨技术；超精密加工工艺；超精密加工环境控制（包括恒温、隔振、洁净控制等）；超精密加工的测控技术等。毫无疑问，超精密加工机床技术是最关键的技术，它直接代表了国家制造业的水平 [1]。

　　　大学和研究所保持着对超精密机床研究的持续热情，对高技术进行超前研究，并使得研究型超精密试验机床尽可能采用高技术作产业的先导，对超精密机床产业化和商品化起着推动作用。

　　　美国LLNL实验室开发了一系列超精密试验研究型机床，1984年研制成功的大型光学金刚石车床LODTM是至今为止精度最高的大型超精密机床[2]。该机床可加工直径为2.1m质量4.5t的工件。采用高压液体静压导轨在1.07m×1.12m范围内直线度误差小于0.025（在每个溜板上装有标准平尺，通过测量和修正来达到）。位移误差不超过0.013（用氦屏蔽光路的激光干涉仪来测量和反馈控制达到）。主轴溜板运动偏摆小于0.001’’ (通过两路激光干涉仪测量,压电陶瓷修正来实现).激光测量系统有单独的花岗岩支架系统,不与机床联结,油喷淋冷却系统可将油温控制在200.0025 .采用摩擦驱动,推力可达1360N，运动分辨率达0.005。　　　最近，用电磁技术和气浮结合的控制方法也在研究之中。但电磁技术的缺点很多，如热效应严重等，还不能达到很高精度。日本学者[6]研究了一种用永磁体加压电陶瓷微位移驱动和电容传感器位置测量的方法来改善气浮主轴的精度。主动控制增加了系统的复杂程度和降低了可靠性，目前尚不到使用的程度。但使用永磁体增加止推气垫的刚度的成功实例并不少见，这种气磁轴承和加开真空负压槽的真空吸附加强型气浮轴承相似。这种综合轴承在一定程度上可改善气浮轴承的动态特性，如增大阻尼。

　　　3．超精密驱动技术的新进展

　　　为了获得高的运动精度和运动分辨率，超精密导轨直线运动的驱动对伺服电动机的要求很高，既要求有平稳的超低速运动特性，又要又大的调速范围，好的电磁兼容性。美国Parker Hannifin公司的DM和DR系列直接驱动伺服执行器，输出力矩大，位置控制分辨率高达1/640 000。主轴驱动电动机可以采用印刷板电动机，它的惯性小，发热量小。

　　　精密滚珠丝杆式超精机床目前采用的驱动方法，但丝杆的安装误差、伺杆本身的弯曲、滚珠的跳动及制造上的误差，螺母的预紧程度等都会给导轨运动精度带来影响。通常超精密传动机构应有特殊设计，例如丝杆螺母与气浮平台的联结器应保证轴向和滚转刚度高，而水平、垂直、俯仰和偏转四自由度为无约束的机构，电动机预丝杆的联结器也应采用纯扭矩无反转间隙的联轴器。

　　　气浮丝杆和磁浮丝杆可进一步减小滚珠丝杆的跳动误差和因摩擦和反向间隙引入控制系统的非线性环节。俄罗斯研制的气浮/磁浮丝杆[7][8]其电磁丝杆的传动主要指标如下：丝杆直径62mm，螺距和螺纹齿高4mm，丝扣宽度1mm，间隙=0.1mm，承载能力和静刚度分别为700N和75MN/m和气浮平台联合使用时驱动装置的分辨率为0.01。Fanuc公司的超精密车、铣床R0B0nano Ui就采用了面节流式空气静压丝杆螺母副。

　　　超精密加工的意义重大，我国超精密加工技术的发展要赶超世界先进水平，就应优先考虑适度、稳定高精度的战略。最求高精度从理论上是无穷尽的，但根据我国国情，选择适当的投入/精度比，追求适度、稳定高精度，依靠自己的力量开发廉价化的超精加工技术。

1.3 毕业设计任务与论文组成

1.3.1 毕业设计任务

1．设计一台精密数控平面磨床，用砂轮周边磨削平面，也可以磨削台阶平面。能用于机械制造业及工具模具制造行业，能加工各种难加工材料；

2．确定磨床的总体方案

3．工作台纵向进给机构的设计，伺服电机和滚珠丝杆副设计计算，绘制纵向进给机构的机械结构装配图；绘制相关零件图；

4．工作台横向进给机构设计，绘制横向进给机构机械结构装配图；

5．翻译指定的英文专业文献；

6．撰写毕业设计论文（说明书）。

1.3.2 论文组成

论文由以下几章组成

1．绪论：介绍课题研究背景和国内外发展状况，以及此次毕业设计的任务。

2．精密平面磨床总体设计：简单介绍此次设计的精密平面磨床，给出所要设计的精密平面磨床的技术规格和主要结构及说明，并说明了磨床的总体传动设计和总体布局设计。

3．理论计算：包括机床功率的计算，电动机选用，滚珠丝杆副选用与校核以及锥齿轮尺寸计算。

4．方案设计：详细说明了精密数控平面磨床的传动部件设计和导轨设计的要点及要求，并提出纵向进给机构和横向进给机构的设计方案。

5．机床改进：针对本设计中不够完美的地方的改进想法。

6．结论：包括这次毕业设计的总结，和对精密数控平面磨床的发展方向进行了展望。

7．致谢

8．参考文献  　　　本次设计是一台精密数控平面磨床，它除了可以磨削平面外，还可以磨削台阶平面，不仅适用于机械加工行业亦适用于模具行业。它采用机电一体化设计原理，通过采用CBN砂轮，滚珠丝杆副，数控系统等措施保证加工精度。

　　　该精密数控平面磨床主要包括磨头及垂直进给系统、工作台纵向及横向驱动系统、床身及防护罩装置、冷却及润滑系统和数控系统五大部分。该机床的磨头为普通平面磨床磨头，垂直进给的高精度由丝杆副和数控系统来保证。该机床的横向驱动系统及纵向进给机构采用滚珠丝杆加交流伺服电机驱动，提高加工精度。纵向进给导轨镶装塑料，以降低摩擦系数，提高耐磨性和抗撕伤能力，并防止低速时出现爬行。该机床的冷却系统包括磨削液冷却、强制过滤等装置。为减少磨削液对砂轮制功功率的损耗，冷却压力为2Mpa。

　　　机床的总体布局分为十字拖板型，拖板上下纵横导轨均为双V型滑动导轨，工件摩削平面的形成由工作台的纵向运动和拖板的横向运动而成，磨头仅做垂直上下运动。

   工作台纵向运动由伺服电机带动，拖板横向运动也有伺服电机驱动。通过一对减速齿轮传动，滚珠丝杆转动而使拖板横向往复运动，磨头垂直导轨为立柱前后导轨形式的贴型滑动导轨，磨头主轴系统为前后各为双联成堆高精度滚动轴承结构。主轴的旋转运动由伺服电机驱动，通过柔性连轴器使主轴运转，磨头的垂直运动是由伺服电机驱动蜗杆、涡轮传动与其向啮合的螺旋齿轮，转动与螺旋齿轮刚性连接的丝杆副的螺母而使与丝杆固定联结的磨头做垂直运动。

   本级床为高精密数控机床，几何精度、工作精度很高，性能可靠性稳定，垂直进给、横向进给、纵向进给具有数控系统，进给灵敏度、准确度高，磨削自动化程度高，当每次自动磨削循环结束，工作台始终停止在纵向运动的右端

2.2 磨床技术规格

1．工作台面尺寸   200×630mm

2．加工范围：

  最大磨削尺寸（宽×长×高）      200×630×380mm

  最大工件载重量（包括电磁吸盘）  130KG

3．工作台：

  最大纵向行程      750mm

  最大横向行程      220mm

  T型槽数和槽宽     4×14mm

4．工作台纵向运动：

  进给速度          0.3~25m/min

  手动进给手轮每转  180mm

5．拖板横向运动：

  连续进给           0.2~1m/min

  手动机给手轮每转   5mm

  手轮每格           0.02mm

  微进给手轮每大格   0.005mm

6．磨头垂直运动：

  砂轮主轴中心线至工作台面之距        160~480mm

　　砂轮转速                            3000r/min

　　磨头垂直快速升降速度                400mm/min。

　　磨头垂直自动进给量                  0.001~0.02mm

　　最小进给量                          0.0001mm

　　手动进给旋钮每转（×1/×10/×100）   0.01/0.1/1mm

          旋钮刻度（×1/×10/×100）   0.0001/0.001/0.01mm

  快速进给                            400mm/min

7．砂轮尺寸：  

　　外径       200mm

　　宽度       25mm

　　孔         32mm      

8．占地空间：

  长            2405mm

  宽            1593mm

  高            1786mm

  机床重量      2000kg

2.3 主要结构及说明

2.3.1 磨头

   磨头主轴的转动，由主轴电机通过柔性联轴器驱动具有前后支承均为成对高精密滚动向心推力球轴承而使砂轮转动。

2.3.2 垂直进给机构

   由伺服电机驱动蜗杆，传动与其相啮合的螺旋齿轮，转动与螺旋齿轮刚性联结的丝杆副的螺母，移动丝杆使与其固定联结的磨头体垂直运动。

   垂直运动具有数控系统基础，进给有自动与手动。　　　本次设计为一台精密数控平面磨床，要求其几何精度、工作精度高，性能可靠稳定，具有数控系统，进给灵敏度，准确度高，磨削自动化程度高。经过三个月的设计，基本达到设计要求。

　　　在这次设计中，我认为我国的超精密加工技术的发展方向应是：依靠自己的力量开发廉价化的超精密加工技术。例如：加强基础部件的研究；规划模块化设计；重视系统化工艺与技术的开发等措施；开发具有我国知识产权的超精加工技术是超精加工廉价化的基础。模块化设计方的探究应该包括如下：

　　　⑴模块化分类化、编码系统与标准化的研究；

　　　⑵标准基本元件的定义与分类；

　　　⑶概念设计与模块化分解和联接的原则与方法；

　　　⑷设计知识库支持系统和精度分析决策系统；

　　　⑸单元模块设计技术等。

   同时我国也应加强超精密部件的研究，例如，液体静压导轨、气浮主轴等。

　　　本次设计参考精密磨床MGK7120×6，我所设计的是磨床的纵向进给机构，精密磨床MGK7120×6纵向进给采用的是液压驱动，这使得设计在一开始显得有些困难，感觉无从下手。于是参考了横向进给机构的基本形式，但是为了手动时将和电动机啮合的锥齿轮推开，在和电动机相连的锥齿轮和手轮之间用拉杆连接，手动时将手轮向里推，使锥齿轮对分开，同时首轮上的直齿轮和拖板上的齿条啮合，摇动手轮，带动工作台纵向运动。但是这样并没有考虑到，当用手动时丝杆螺母副的工作状态是螺母带动丝杆转动，这样是很难运动的，虽然丝杆螺母副没有自锁现象，但摩擦也很大，在实际中，很难实现手动进给。经过一段时间的考虑和改进，把拉杆去掉，在手轮一侧再装一个锥齿轮，这样，自动进给时，手轮向后拉将齿轮脱开，由电机带动，手动时，将手轮向里推，使两锥齿轮啮合，手摇手轮，丝杆运动带动螺母做直线运动。

参考文献

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