导轨磨床的设计

目  录

摘  要I

AbstractII

目  录III

第1章 绪 论1

1.1 国内外研究现状1

1.2 磨床的现状及其发展趋势2

1.3论文研究的主要内容2

第2章 数控龙门导轨磨床总体方案设计4

2.1 机床的设计要求4

2.2 设计方案4

2.2.1 机械部分设计4

2.2.2 数控系统选型5

2.3 本章小节6

第3章 机床主轴箱的设计7

3.1 主轴箱的设计要求7

3.2主传动系统的设计7

3.2.1 主传动功率7

3.2.2 驱动源的选择8

3.2.3 转速图的拟定8

3.2.4传动轴的估算10

3.2.5齿轮模数的估算11

3.3主轴箱展开图的设计12

3.3.1设计的内容和步骤12

3.3.2 有关零部件结构和尺寸的确定12

3.3.3 各轴结构的设计15

3.3.4 主轴组件的刚度和刚度损失的计算16

3.4 零件的校核18

3.4.1齿轮强度校核18

3.4.2传动轴挠度的验算19

3.5 本章小节19

第4章 主轴系统设计及计算26

4.1 主轴系统结构设计的原则26

4.2主轴部件精度26

4.3主轴部件结构27

4.4传动方案设计27

4.5主轴材料的选择28

4.6 主轴参数设计31

4.7 主轴组件的刚度计算33

4.7 主轴强度计算36

4.8 带传动设计38

4.9 联轴器设计38

4.10 伺服电动机的选择39

第5章 周边磨头的动力参数进行设计计算41

5.1 砂轮架设计的基本要求41

5.2 主轴旋转精度及其提高措施41

5.3 主轴轴承系统的刚性41

5.4 砂轮架主轴初步设计41

5.5 主轴刚度校核42

5.6 动静压轴承43

5.7 传动装置设计44

第6章 磨头垂直滑板滚珠丝杠副及其支撑方式设计50

6.1 对磨头垂直滑板滚珠丝杠副及其支撑方式的基本要求50

6.2 磨头垂直滑板滚珠丝杠副及其支撑方式系统的设计要求51

6.3滚珠丝杠的选择52

6.3.1 滚珠丝杠副的导程 52

6.3.2 滚珠丝杠副的载荷及选丝杠52

6.4同步齿形带的选择54

6.5伺服电机的选择54

6.6 滚珠丝杠副的安全使用55

6.6.1 润滑55

6.6.2 防尘56

6.6.3使用56

6.6.4 安装56

6.8 本章小节57

第7章 床身、横梁导轨和工作台58

7.1 床身结构58

7.1.1 对床身结构的基本要求58

7.1.2 床身的结构59

7.2 导轨61

7.2.1 导轨的润滑与防护61

7.2.2 导轨的安装调整61

7.3 工作台62

7.4 本章小节62

第8章  控制系统大体设计数控系统设计63

8.1 概述63

8.2 确定硬件电路总体方案63

8.3 接口，即I/O 输入/输出接口电路64

8.4 数控系统硬件框图64

8.4.1 主控制器CPU的选择64

8.4.2 程序存储器扩展65

8.4.3 数据存储器的扩展65

8.4.4 I/O口扩展电路设计65

8.4.5 键盘，显示接口电路68

8.4.6 8031与控制电机与电液阀8255A的联接其它辅助电路设计69

8.4.7 步进电机驱动电路69

参考文献71

致 谢72

摘  要

磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。

磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床的种类很多，按其工作性质可分为：外围磨床、内圆磨床、平面磨床，工具磨床以及一些专用磨床。如螺纹磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床等。导轨磨床就是一种按照工作性质划分出来的磨床。

本文主要是对导轨磨床进行设计与研究。

关键词：导轨磨床，磨床，磨床设计

Abstract

The grinder can process a variety of surfaces, such as inner, outer cylindrical surface and a conical surface, plane, tooth profile of involute spiral surface and various surface, forming surface. The grinder can be hogging machining, rough machining, finish machining and ultra precision machining, can be a variety of high hard, superhard materials processing, can also be grinding tool and cutting process, a very wide range of.

The grinder can process a variety of surfaces, such as inner, outer cylindrical surface and a conical surface, plane, tooth profile of involute spiral surface and various surface, forming surface. Grinder of many types, according to the nature of their work can be divided into: external grinder, internal grinder, surface grinder, grinding machine tools and some special grinding machine. Thread grinder, grinding machine, such as spherical spline grinding machine, grinder and centerless grinder. Rail grinding machine is a kind of according to the nature of the work out of the grinder.

This paper is mainly about the design and research of guideway grinder.

Key Words: Rail grinding machine, grinding machine, grinding machine design

第1章 绪 论

1.1 国内外研究现状

20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第１台数控铣床问世至今已经历了50个年头。

数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受３个月以后的订货合同，生产任务饱满。

我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50％，库存超过４个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年８月份的上海数控机床展览会和2001年４月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。

数控技术经过50年的２个阶段和６代的发展： 第１阶段：硬件数控（NC） 第１代：1952年的电子管 第２代：1959年晶体管分离元件 第３代：1965年的小规模集成电路。第２阶段：软件数控（CNC） 第４代：1970年的小型计算机 第５代：1974年的微处理器 第６代：1990年基于个人PC机（PC-BASEO） 第６代的系统优点主要有：

（１） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到５万小时以上；

（2） 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）；

（3） 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，１年生产５万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的ＮＵＭ，日本的三菱、安川。

1.2 磨床的现状及其发展趋势

随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展[4]，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至4μm、磨削精度高达0.025μm；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达400m/s，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为40－60m/s；从精度上看，定位精度＜2μm，重复定位精度≤±1μm的机床已越来越多；从主轴转速来看，8.2kw主轴达60000r/min，13kw达42000r/min，高速已不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工60HRC硬度材料的加工中心。

北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合作生产的GA（P）62－63数控外圆/数控端面外圆磨床，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达60m/s，砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机公司GC32－ECNC磨床专用数控系统可实现二轴（X和Z）到四轴（X、Z、U和W）控制。

此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。

1.3论文研究的主要内容

论文主要的章节和内容：

1.第一章综述了导轨磨床的发展状况，阐述课题提出的目的和意义，明确了本文研究的主要内容。

2.第二章对导轨磨床的总体进行研究，进行总体布局设计。

3.第三章对导轨磨床主轴系统进行整体的设计，进行关键部件的设计与计算。

4.第四章对周边磨头的动力参数进行设计计算。

5.第五章对床身工作台导轨的设计。

6.第六章控制系统大体设计。