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数控轴承磨床砂轮修整装置设计【3张图/18700字】【优秀机械毕业设计论文】

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数控 轴承 磨床 砂轮 修整 装置 设计 优秀 优良 机械 毕业设计 论文
资源描述：

文档包括:
说明书一份,37页,18700字左右.
任务书一份.
开题报告一份.
翻译一份.

图纸共3张:
A0-修整器装配图.dwg
A0-修整器零件图.dwg
A0-部件图.dwg

数控轴承磨床砂轮修整装置设计

摘 要

数控轴承磨床的砂轮修整是目前磨削加工的重要研究课题。本文介绍了一种新型的砂轮修整器，它包含端面修整器和圆弧修整器二个部分，从而能够实现端面修整和圆弧修整。砂轮修整器上装有自锁装置，从而能够保证砂轮修整的精度。其中工作台采用滚珠丝杠进给,减少砂轮修整器的装配误差。修整器的进给采用步进电机进给驱动，端面修整器和圆弧修整器的摆动角度有液压缸控制，机床采用模块化设计，全封闭护罩，工作拖板和修整拖板均采用超精密加工的十字交叉滚子导轨，精度高、稳定性好。因此，砂轮修整能够得到较高的修整精度，较好的表面质量。

关键词： 砂轮、磨削、修整器、结构设计

THE DESIGN OF THE NUMERICAL CONTROL BEARING GRINDER WHEEL DRESSER

ABSTRACT

The numerical control bearing grinder wheel dresser is rubs truncates the processing the important research topic at present. This article introduced a new type of grinding wheel dresser. It contains two parts that is the end surface finisher and the circular arc finisher, Thus can realize the end surface repair and the circular arc repair. On the grinding wheel finisher is loaded with the self-locking installment, thus can pledge the grinding wheel repairs and maintains precision. The finisher uses the differential motion guide screw to enter gives, reduces the grinding wheel finisher the installation error. The finisher entering for uses step machine enters for the actuation, the end surface finisher and the circular arc finisher swings the angle to have the hydraulic cylinder control, The engine bed uses the modular design, entire seal, works plank and repairs plank uses the ultra precise processing the cross overlapping roller guide rail, the high precision, the stability is good. Therefore, the grinding wheel repairs can obtain high repair precision, better surface quality.

KEY WORDS wheel, grinding, finishing, configuration design

目 录

中文摘要 ……………………………………………………………………………………… Ⅰ
英文摘要 ……………………………………………………………………………………… Ⅱ
1绪论 ……………………………………………………………………………………………1 
1.1 数控轴承磨床的应用 ………………………………………………………… 1
1.2 砂轮磨削的发展现状…………………………………………………………… 1
1.3 砂轮修整的作用…………………………………………………………………… 2
2砂轮修整的分类……………………………………………………………………3 
2.1常规机械修整方法…………………………………………………………………3 
2.1.1 离线修整 …………………………………………………………………………… 3
2.1.2 连续修整 …………………………………………………………………………… 4
2.1.3 非接触修整………………………………………………………………………… 5
2.2 特种砂轮修整方法 ……………………………………………………………………6
2.2.1 微磨粒喷射修整…………………………………………………………………… 6
2.2.2 激光束修整………………………………………………………………………… 6
2.2.3电火花修整…………………………………………………………………… 6
2.2.4 电解连续修整……………………………………………………………………… 6
2.2.5 高速电解连续修整……………………………………………………………… 8 
2.3砂轮修整的新方法……………………………………………………………………8
2.3.1 金刚石滚轮的修整……………………………………………………………… 8
2.3.2砂轮修整的展望………………………………………………………………………9
3 步进电机及其驱动控制系统………………………………………………………11
3.1 步进电机的性能及选用……………………………………………………… 11
3.1.1 步进电机的性能……………………………………………………………………11 
3.1.2 步进电机的选用………………………………………………………………… 13
3.2 步进电动机的控制系统 ………………………………………………… 14 
3.3 谐波减速器的选用………………………………………………………………16
3.4 进给机构的设计…………………………………………………………………… 17
3.4.1 微量进给机构 ………………………………………………………………… 17
3.4.2 对微量进给机构的基本要求 ……………………………………… 17
3.4.4 微量进给机构设计 …………………………………………………………18
4 修整器的设计………………………………………………………………………… 20
4.1砂轮修整器的误差分析 ……………………………………………………… 20
4.1.1 砂轮修整前后砂轮半径误差……………………………………………… 20
4.1.2 装配误差引起的修整后砂轮的误差……………………………………… 24
4.2 液压缸的稳定性分析及设计 ……………………………………………… 26
4.2.1 稳定性分析 ……………………………………………………………… 26
4.2.2 提高液压缸稳定性的方法………………………………………………… 29
4.2.3 液压缸的正确使用………………………………………………………… 31
4.2.4 液压缸的设计…………………………………………………………………… 32
4.3 修整器摆角的确定……………………………………………………………… 33
结束语……………………………………………………………………………………………34
致 谢………………………………………………………………………………………… 35
参考文献……………………………………………………………………………………… 36


数控轴承磨床砂轮修整装置设计



内容简介：
郑州轻工业学院 毕业设计（论文）任务书 题目 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 专业 机械制造及其自动化 班 机 械设计制造 02 级 3 班 学号 7姓名 郭金萍 主要内容： （一）分析课题条件要求，拟定总体设计方案； （二）根据轴承内圈沟道磨削加工工艺，选择砂轮修整成形原理； （三）设计砂轮成形圆弧面修整结构； （四）设计砂轮端面修整及部件的相关连接； （五）完成设计说明书及其它相关要求。 基本要求： 承沟道磨削工艺 ， 完成砂轮修整成形运动原理设计 ； 砂轮成形圆弧面修整结构 ，实现圆弧大小及对中可调； 析装置修整精度。 主要参考资料： 现代数控机床结构与设计 1999； 数控技术 . 机械工业出版社， 2000； 现代数控机床伺服及检测技术 2005； 数控加工技术 . 电子工业出版社， 2002； 磨削加工学 . 河南科学技术出版社， 1994； 现代磨削技术 . 机械工业出版社， 2004； 完 成 期 限： 导教师签章： 王成敏 专业负责人签章： 李菊丽 2006 年 02月 20日 郑州轻工业学院 本科毕业设计（论文） 题 目 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 学生姓名 郭 金 萍 专业班级 机械设计制造及其自动化 02 学 号 7 院 （系） 机电工程学院 指导老师（职称） 王成敏（工程师） 完成时间 2006 年 6 月 10 日 郑州轻工业学院 本科毕业设计（文献综述） 题 目 砂轮修整器的现状及展望 学生姓名 郭 金 萍 专业班级 机械设计制造及其自动化 02 学 号 7 院 （系） 机电工程学院 指导老师（职称） 王成敏（工程师） 完成时间 2006 年 6 月 10 日 郑州轻工业学院 本科毕业设计（外文翻译） 题 目 磨床的类型 学生姓名 郭 金 萍 专业班级 机械设计制造及其自动化 02 学 号 7 院 （系） 机电工程学院 指导老师（职称） 王成敏（工程师） 完成时间 2006 年 6 月 10 日 开题报告 课题名称 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 课题来源 企业项目 课题类型 导教师 王成敏 学生姓名 郭金萍 学 号 7 专 业 机械制造及其自动化 开题报告内容：（调研资料的准备，设计的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。） 报告内容：（调研资料的准备，设计的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。） 1 资料准备： 有关 数控磨床的 文章及资料 ； 有关 轴承磨削 的参考文献及资料 ； 有 关砂轮修整 的参考文献及资料 ； 计算机和制图软件 。 2 设计目的 ： 设计砂轮修整装置，实现砂轮修整。 设计要求： 文献综述一份； 外文翻译一份； 毕业论文一份。 3 要求： 承沟道磨削工艺 ， 完成砂轮修整成形运动原理设计 ； 轮成形圆弧面修整结构 ，实现圆弧大小及对中可调； 析装置修整精度 。 4 思路与预期成果 : 根据砂轮修整原理，设计端面修整和圆弧修整，并且选择正确的步进电机。设计出的砂轮修整器 修整后的砂轮有较高修整精度和较好的表面质量。 5 完成的任务量与时间安排： 第（ 1 2）周 ： 完成开题报告； 第（ 3 4）周 ： 翻译外文 ； 第 (5 13)周： 完成 图纸的设计要求 ； 第（ 14 16）周 ： 完成论文及说明书； 第 1718周：论文审核，准备答辩。 6 完成论文所具备的条件和因素： 设计的过程当中，要清晰地知道每一阶段的设计任务 ，同时要能熟练的运用一些绘图软件，在设计的同时一定要报有一种科学的态度来完成这次毕业设计。 指导教师签名： 日期： 课题类型：（ 1） A 工程设计； B 技术开发； C 软件工程； D 理论研究； （ 2） X 真实课题； Y 模拟课题； Z 虚拟课题 要求（ 1）、（ 2）均要填，如 。 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 I 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 摘 要 数控轴承磨床的砂轮修整是目前磨削加工的重要研究课题。 本 文介绍了一种新型的砂轮修整器，它 包含端面修整器和圆弧修整器二个部分 ， 从而能够实现端面修整和圆弧修整。砂轮修整器上装有自锁装置，从而能够保证砂轮修整的精度。其中 工作台 采用 滚珠丝杠进给 ,减少砂轮修整器的装配误差。修整器的进给采用步进电机进给驱动，端面修整器和圆弧修整器的摆动角度有液压缸控制， 机床采用模块化设计，全封闭护罩 ， 工作 拖 板和修整拖板均采用超精密加工的十字交叉滚子导轨 ， 精度高 、 稳定性好。 因此 ， 砂轮修整 能够 得 到较高的修整精度， 较好的表面质量。 关键词 ： 砂轮、磨削、修整器、结构设计 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 F he is at a of It is On is to to is 目 录 中文摘要 英文摘要 1 绪论 1 控轴承磨床的应用 1 轮磨削的发展现状 1 轮 修整的作用 2 2 砂 轮修整的分类 3 规机械修整方法 3 线修整 3 续修整 4 接触修整 5 种砂轮修整方法 6 磨粒喷射修整 6 光束修整 6 6 解连续修整 6 速电解连续修整 8 新 方法 8 刚石滚轮的修整 8 轮修整的展望 9 3 步进电机及其驱动控制系统 11 进电机的性能及选用 11 进电机的性能 11 进电机的选用 13 进电动机的控制系统 14 波减速器的 选用 16 给机构的设计 17 量进给机构 17 微量进给机构的基本要求 17 量进给机构设计 18 4 修整器的设计 20 轮修整器的误差分析 20 砂轮修整前后砂轮半径误差 20 装配误差引起的修整后砂轮的误差 24 压缸的稳定性分析及设计 26 稳定性分析 26 高液压缸稳定性的方法 29 压缸的正确使用 31 压缸的设计 32 整器 摆角 的确定 33 结束语 34 致 谢 35 参考文献 36 磨床的类型 1 磨床的类型 从最简单的磨床对最复杂 , 磨床可能被分类作为公共磨床、圆柱形磨床和表面磨床。一般的机械师将牵涉主要到地板镶嵌和长凳登上的公共磨床和交换表面磨床。 公共磨床 公共磨床意欲为临时 研制件支持在手和被利用反对转动的研的磨蚀轮子的地方。这类型 磨床取决于 准确性取决于操作机器的智慧 . 技能、知识和机械的性能和工作性质 电动发动机驱动器是简单而常见 。它也许长凳登上或地板镶嵌。通常 , 轴轴承的情况和设计并且马达规定值确定机器的轮子大小容量 。适当的轮子守卫并且工具休息为安全和操作方便被提供。磨床进来各种各样的大小和形状依照下面被列出。 地板镶嵌公共磨床 典型的地板镶嵌公共磨床站立齐腰高和绑住到地板螺栓。地板镶嵌公共磨床请见图 5 212 英寸口径的 2 英寸全磨料磨轮子 。 安排两个轮子 安装粗面转动为粗磨目的在轴的一个末端并且一个美好的五谷轮子为精整目的在另一边末端这节省否则会被消耗在改变轮子里的时间。 各个 砂轮 由 都有砂轮护罩保证 机器的安全。 每个砂轮磨床都有 透明 眼罩， 火花逮捕和可调整的工具 台 。工具 台 和 冷却台 在基地或垫座的边。 在磨削 碳钢切口事采用 冷却液冷却 。使用 12 英寸轮子 , 机器提供大约 最大切口速度。 2动机这个机器 的最大速度 有 分钟 /转 。 磨床的类型 2 例 1 地板镶嵌公共磨床 卧式实用磨床 象 卧式实用磨床 , 一个 劣质 砂轮 和一个 优质 的砂轮 通常 装在 在机器为操作便利。各个轮子带有可调整的 工具台 和眼 罩 为保护。 这个机器 ,装有发动机热过度负荷开关停止发动机如果采用过高的压力使砂轮焚烧了马达 . 最大切割速度最高为七英寸的机轮每分钟约 6300 英尺表面 ( 例 2 卧式实用磨床 磨床的类型 3 卧式实用钻磨床 卧 式实用钻磨床是为了磨削钻子准备的。 这类型准确性研磨机不依靠操作员的手巧和技巧因为钻子被安置在 保护装置 。 保护装置 安置钻子在正确位置为清除和包括的角度。对于更多信息关于这个机器参见章节 4 。 卧式实用磨床与抛光机 卧式实用磨床 和抛光的机器是 混合磨削和 清洗 , 并且抛光它不被推荐为工具研因为它不包含工具休息或 车轮挡板 ,。这个机器通常登上一个 4 条英寸直径导线轮子在一个末端。 钢丝轮 被使用为清洁并且磨蚀轮子被使用为一般研。二个轮子的当中一个可能被去除并且一个抛光的轮子登上在它的地方为抛光和擦亮。1/4动机旋转 在 3,450 转每分钟最大值。 4 英寸直径轮子的最大切口速度是大约 3,600 例 3 卧式实用磨床与抛光机 卧式工具和切削刀研磨机 卧式工具和 切削刀研磨机 ，见图 5主要被设计研末端磨房。它以及切开可能并且研小木和钢切削刀大品种锯切削刀直径 12 英寸使用锯研的附件。典型磨床的类型 4 的 卧式工具 和切削刀研磨机的容量是如下 : 砂轮移动 7 l/2 垂直英寸 砂轮移动 5 l/2 垂直英寸 表面移动 6 英寸 距离中心 寸 . 回转中心 (直径 )直径 l/2回转工作台 (直径 )l/2径 非常规圆柱磨床在大规 模维护系统包括加速磨削工具 工具库磨床 工具库 磨床 , 看图 5是机械工具附件被设计登上对引擎车床工具岗位。它被使用为内部和外在研圆柱形工作场所。参见章节 7 为这个机器的描述。 碾碎和研 磨 车床 装置 并且叫这个附件是一个 多功能 的机械工具附件 ， 它执行内部和外在圆柱形研在它的其它作用之中。参见章节 9 为这个机器的描述。 表面磨床 表面磨床被使用为 磨 平面。 工件 往复运动 和交换在 砂轮 之下的一张长方形 工作台 。交换表面磨床有水平的轮子纺锤和一般登上直接或圆筒类型研磨蚀轮子。 表面交换磨床 交换的表面磨床是水平的型表面磨 床。 工件 被紧固对桌 ,砂轮 用手或 自动进给移动 。 磁性卡盘用来把工件 紧固 在工作台上 。 这台磨床有一个内部泵浦和管道系统为 自动制动时的冷却 和 工件以及砂轮再次工作事的冷却 。 砂轮装配 对水平的轴 是平直的和 只 切开 它的 圆周 表面。 砂轮 速度是可调整的 砂轮 。 标准砂轮的类型 砂轮有着 许多不同的大小、形状 和 研磨剂 (图 5。一些各种各样的型下面是列出的 ： 盘 形 盘形砂轮 第 1, 5, 和 7 型 号 , 向内部 , 圆柱形 , 水平的纺锤、表面 , 工具和 即 时 磨 和粗磨共同地被应用。凹进处在 第 5 和 7 型号 容纳架置耳轮缘。第 1磨床的类型 5 型 号轮子从 寸到 l/8 英寸厚 度 被使用为切除 棱角 和开槽。 圆筒形 圆筒 形砂轮 ,第 2 型号 ， 被安排研在或轮子的周围或边。 锥形 锥形砂轮 ,第 4 型号 , 当 粗磨 可以保证安全的挡住砂轮破损时的飞屑。 直杯形 直杯形砂轮 ,第 6 型号 ,主要 用在 表面 磨 削 , 但可能并且被使用为临时 磨 平面。简单或 斜 面孔是可利用的。 杯形砂轮 杯形砂轮， 第 11 型号 , 是常用 在 工具 磨 削 。以树脂状 粘结 , 它 在磨蚀 时 很有用 ， 它的 表面 也许是 平面 或成斜面。 蝶形 蝶形砂轮 ， 第 12 型号的首要用途 ,是在工具 修整 。它稀薄的边缘可能被插入入狭窄的地方 , 并且它是方便为 研磨 被解除的铣刀和 钻孔 的 表面 。 茶碟形 茶碟 砂轮 ,第 13 型号 , 是亦称 除毛刺机 因为它被使用为 清除毛刺 。 例 4 砂轮的各种标准类型 磨床的类型 6 研磨材料 磨粒 是 从砂轮切割式脱落的 。他们实际上切开小片断或芯片工作当轮子转动。 磨粒 形状是不规则以几锋利的先锋。当这些边缘增长愚钝 , 力量行动在轮子倾向于 碾 碎 磨粒 和 产生 新 刃口 。 研磨工具 多数研的轮子由碳化硅或氧化铝制成 , 其中之二是人为 (制作的 ) 研磨剂。碳化硅是极端坚硬但易碎的。氧化铝轻微地更软但比碳化硅坚韧的。它 默钝化 迅速 , 而是它容易地不破碎因此它更好适用与相对地高抗拉强度研 的材料 磨粒的大小 磨粒 被选择 是 根据他们 穿过 滤网 相啮合 。例如 ,第 40 号 磨粒 表明 , 磨粒 通过筛子有大约 40 个滤网对线性英寸。一个 磨料 被选定粗糙 , 中等 , 或 良 好根据各自的 磨粒 的大小做 砂轮 。 粘结材料 粘结剂 磨粒在一个 砂轮 由粘合剂 粘结 到位。 粘结 的百分比在轮子确定 , 到大规模范围 , 坚硬 或 等级 轮子。 砂轮 将是更加 高 的百分比和力量 , 更加坚硬的。 坚固的砂轮将保留磨粒更久 , 当 软性 轮子迅速 脱落磨粒 。如果一个 磨粒 是 太坚硬的 为工作 , 它将给上釉因为 粘结 防止 钝化 磨蚀微粒从被发布因此新 磨粒 可能 被暴露为切口。除控制坚硬和拿着研磨剂以外 ,粘结 并且提供适当的安全因素在高速时 。它使轮子结合在一起当离心力设法分开撕毁它。最共 普通粘结 被使用在 砂轮 里玻璃化 , 硅酸盐 , 紫胶 , 树脂状 , 和橡胶。 陶瓷 大多数研的轮子有玻璃化的 粘结 。玻璃化的 粘结 的轮子比其他 粘结 是热或寒冷 影响的 和被做 成比其他的粘结更加坚固 。他们适应实际所有类型 研磨。 有一著名的 例子 : 如果轮子不是足够浓厚 , 它不承受旁边压力和在稀薄的 情况下 切除轮子。 磨床的类型 7 硅酸盐 硅酸盐 粘结研磨颗粒比烧结粘合剂更容易脱落 。硅酸盐 粘结得砂轮 很好适用与 磨削温度必须保持在较 低的领域 , 譬如 磨削锋利 的切割工具。它不适用 重型磨削 。薄 片 切 断砂轮 用 有时 以虫胶结合 因为它 被用在快速冷切割 。 树脂 树脂状 粘结 是 牢固 的 和柔软的 。它广泛被应用在粗磨 砂轮 里 (为 磨削 不规则性 的粗糙 铸件 ), 操作 在 9,500 它并且被使用在 切断砂轮 。 橡胶 在橡胶 粘结 的 砂 轮里 , 纯净的橡胶 里混入了 硫磺。 它有非常灵活得切割速度和它被准许制造称 寸薄的砂轮用以在大家伙上切割裂缝 。多数 切断机的砂轮都是由 有橡胶 粘结的 。 硬度的 等级 一个 砂轮 的等级 由粘结材料的硬度来决定 。下面列出 一 些 砂轮等级的例子： 一个 较 软的 砂轮在切削时切屑很容易飞溅出来但 是一个 较硬的砂轮切削时则能成功的 阻止切屑飞溅出来。 多数 砂轮 被 硬度等级辨别根据字母标明 。多数 砂轮 制造商使用一个信件代码范围从 A (非常软 ) 对 Z (非常 硬 ) 。 陶瓷 和硅酸盐 通常归类从 非常 软到非常硬 , 虫胶 和 树脂通常归类从 非常 软到非常硬 , 并且橡胶 粘结通常被限定在 硬范围 里 。 选择砂轮的硬度等级应该和选择磨粒的大小一样仔细 。 一个磨削砂轮得硬度太软会使它的磨损非常得迅速 ,它的磨粒会在它的使用寿命还没结束之前就脱落下来 。另一方面 , 如果 砂轮的硬度对于 工作 太硬 , 磨 粒将 会 变钝因为 粘结剂不会让磨粒脱落 , 并且 砂轮 的效率将被 降低 。 如果 磨粒的大小和粘结材料的软硬都相同，则磨粒之间距离大比磨粒间距离小的砂轮更软。 因而 , 砂轮的真正硬度取决于磨粒的 坚硬和磨粒之间距离或构造。 砂轮的结构符号 一个砂轮的粘结强度不止取决于磨粒的硬度等级还取决于磨粒之间的空间构造。即磨粒间的距离和密度 。结构和空间距离决定了每立方英寸磨粒的容量。磨床的类型 8 每个 砂轮 由制造商标记 用 蜡纸或 标签做了标记 。制造者制定出了 一套 标 记的 标准系统 , 用 一个 标记了 砂轮举个 例子。 A 提到是氧化铝的研磨剂。36 代表粒度。 L 显示等级或程度坚硬 , 是中等。 5 提到轮子的结构并且 V 提到粘结剂种类。 磨床的类型 9 F to be as be he is is in to of of on s of s of of a a to of is It be or of as as of of in as he is to by -1 2a on of a on be in is by a to of A a on 床的类型 10 of or is as 2a of a on of is an an On is a to if is of PM to a of ,300 磨床的类型 11 he is of of is on of is in a in on to . he is t is it no or a 4 on is is of be a in ,450 of is ,600 磨床的类型 12 he to It a of as as up 2 in of is as 7 l/2 5 1/2 6 12 14 on - 4 l/2in - 4 l/2in he is a to to of It is of a 床的类型 13 of a is a to of a It a of he is is on a or he is a to be by or A to an of a to to is on F in of , 5, , to in to l/8床的类型 14 , be on or of , to if is he , is be of or he 1, is a it is be or he of 2, is in be it is of he 3, is as a it is of 床的类型 15 he of a or as of is on to of or of is is is It it it is of to of a 0 a 0 to A is or to of up he in a in by of in to a of of “If a it so be at It is to it in 磨床的类型 16 of a by or in a of to of if is it as in of be to a as It is a it is It is in ,500 It is in n is It is at of as a F he of a of of A is on a is on of to by a of a ( ( to to 床的类型 17 to to of be as as A is be is On if is s be -8 of of If in of in be of is on of of or of a is of on of of or or is in of of is by a or a a of an a 36 to is 6 or of is to of to 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 1 1 绪论 控轴承磨床的应用 现代工业生产中，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提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展并广泛应用于数控系统中，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。 制造业的 竞争 已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竞争 ，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的 竞争 ，将面临知识 品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得 竞争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。平面磨床相对于车床、铣床等采用数控系统较晚，因为它对数控系统的特殊要求。近十几年来，借助 术，磨床上砂轮的连续修整，自动补偿，自动交换砂轮，多工作台，自动传送和装夹工件等操作功能得以实现 ，数控技术在平面磨床上逐步普及。 我国从 80 年代开始生产数控平面磨床，随着数控系统性能与可靠性的提高，价格更趋合理，使数控磨床与普通磨床的比价为广大用户所接受，同时随着先进制造与自动化技术在生产中的要求提高，数控磨床的使用也将越来越广泛。数控平磨及其它磨床将向加工柔性更好的高档磨 削 加工中心和更加高效的专用数控磨床方向发展。我们相信伴随着计算机、信息技术革命的深入，数控磨床在其智能化、系统信息控制等方面，将会有很大的进步。 轮磨削的发展现状 人们一直对于提高磨削的砂轮速度所带来的技术优势和经济效 益给予了充分的注意和重视。但是在高速磨削过程中，工件受热变形和表面烧伤等均限制了砂轮速度的进一步提高，砂轮强度和机床制造等关键技术也使得高速磨削技术在一段时间内进展缓慢。当 20世纪 90年代以德国高速磨床 26为主导的高速磨削 (控轴承磨床砂轮修整装置设计 2 术取得了突破性进展后，人们意识到一个全新的磨削时代已经到来。高速磨削技术是磨削工艺本身的革命性跃变，是适应现代高科技需要而发展起来的一项新兴综合技术，它集现代机械、电子、光学、计算机、液压、计量及材料等先进技术成就于一体。随着砂轮速度的提 高，目前磨削去除率已猛增到了 3 mm与车、铣、刨等切削加工相媲美，尤其近年来各种新兴硬脆材料 (如陶瓷、光学玻璃、光学晶体、单晶硅等 )的广泛应用更推动了高速磨削技术的迅猛发展。日本先端技术研究会把高速加工列为五大现代制造技术之一。国际生产工程学会 (高速磨削技术确定为面向 21世纪的中心研究方向之一。 轮修整的作用 精密零件的磨削加工中，圆弧形面的磨削尤其是轴承外环内滚道和内环外滚道的磨削是一个技术难点，而砂轮的修整对磨削精度起着重要作用。传统的砂轮修整是通过砂 轮修整笔进行手工修整，或者采用成型修整器 (如滚轮 )进行修整。但这两种方法修整后的砂轮都会产生圆弧形状误差，影响加工后工件的形状精度。影响砂轮修整精度的原因有两方面：一是修整器本身的精度；二是操作不当。 修整可恢复超硬砂轮的切削刃。在磨削过程中，砂轮逐渐钝化。因此，驱动砂轮所需要的力矩增加。如果要保持砂轮的转速，砂轮驱动功率就会增加，磨削区产生的热量也会增多。随着砂轮的钝化和摩擦消耗功率的增大，工件可能发生烧伤。 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 3 2 砂轮修整的分类 规机械修整方法 线修整 修整砂轮的最初方 式是用单刃金刚石车削砂轮。图 200多年前使用的实用修整装置。目前，单刃金刚石仍在使用，而且可以安装在机动滑板上，以提高位置控制精度。对于成形砂轮，为维持砂轮形状精度，通常采用单点式车削修整工具。离线修整仍在工业界使用。尽管手动离线修整不准确，高精度设计的离线修整系统仍能产生良好的砂轮修整效果。在线修整意味着每台磨床装备一台修整装置，因此其经济效益可能低于所有磨床共同使用的高精度离线修整系统。手植金刚石、金属结合剂旋转修整工具的效果优于单刃金刚石工具，常常用于批量生产磨削的磨床上。显然，这些工具比较昂 贵，往往与比较昂贵的电气的或液压的精密定位滑板和主轴组件联合使用。对于成形磨削，成形修整滚轮是修整成形砂轮的一种有效方式。由于旋转修整装置费用高且需要相应的位置控制系统，小型机械车间一般不予采用。 图 2整装置 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 4 续修整 砂轮的修锐往往意味着必须中断磨削过程。这样中断不仅降低生产效率，而且由于磨削过程的专一性导致磨削性能的不一致。所以，加工中修整受到高度重视。连续修整技术向来是研究与开发的重点。连续修整时，砂轮通常以预定修整速度过修整，以补偿工件磨削过程中可能发生的砂轮 最高磨损速度。连续修整期间有过量的材料从砂轮上被去除。因此，十分注意检测砂轮表面的磨损速度或状态。磨削过程中采用各种传感器 (其中包括加速度计和测力传感器 )来间接检测砂轮表面状态。由于磨削过程和磨床的动态性能影响传感器性能，获取准确数据本身就很具挑战性。即使有了数据，进行数据处理，并将间接得到的信号与砂轮表面磨损联系起来加以分析以满足较高的精度要求，也并非易事。 为了避免砂轮的过量修整，关键在于检测和 分析磨削期间获得的数据。另一种工作是检测修整工具反复横过砂轮作连续修整时的修整力。利用实测修整力确定砂轮已得到 充分修整的时间。测出逐次修整力值之差。或者，通过计算逐次修整力变化的差别比率来确定。在两种情况下，当计算值小于某一预定值时便终止修整。 图 2属结合剂砂轮的电腐蚀修整 图 2整工具提：一种分成数控轴承磨床砂轮修整装置设计 5 两部分的电极对，其中的电极有不同的极性，互相绝缘隔开，电压回路由两电极控制。由于机械接触，保持砂轮表面与电极间的间隙不需要精密定位机构和位移传感器。 同时，在接触期间电腐蚀去除导电性结合剂，避免了纯机械磨削修整中的缺点。磨削修整的缺点是：修整工具磨损相当大，在 砂轮表面上从结合剂几乎暴露不出磨粒。由于磨粒间没有足够过渡空间接收磨削中的切屑，存在下列问题：砂轮迅速堵塞，结合剂与工件间的摩擦相当厉害，切削力和切削温度增加。 图 2速磨削用树脂结合剂超硬 磨 料砂轮的 加工中热修整 图 2磨削工件的同时，砂轮面被加热到 200 1200华氏 温度 的修整元件修整和整形。由于有机结合剂砂轮的强度和弹性高于陶瓷结合剂砂轮，其所能承受的砂轮速度高达 15000修整过程中，如果增加修整元件的摩擦接触，树脂结合剂 的削弱则足以释放磨损的磨粒并暴露出新的磨粒。 接触修整 超硬磨料砂轮很难进行机械接触修整，而且要求操作人员有丰富的经验。即使采数控轴承磨床砂轮修整装置设计 6 用 免修整速度过高并按砂轮磨损速度进行修整也仍然是一门艺术。修整工具本身的磨损总是对砂轮修整产生影响。对砂轮修整的工艺参数以及新途 径作过大量的研究工作。这些新型修整方法都是建立在结合剂特性的基 上，其中包括微磨粒喷射修整、激光束修整、电火花修整和电化学修整。微磨粒喷射和激光束修整已经应用于树脂结合剂超硬砂轮，电火花和电化学修整则已在金属结合剂砂轮上得到应用。非接触修整对工具没有或只有较小的磨损 。 种砂轮修整方法 磨粒喷射修整 这种修整是利用高压气体以 100 200m 5微米的磨粒来实现的 1996。一种方式是将喷射流均匀地喷射到树脂结合剂砂轮表面，以产生大量直径 1一种方式是在砂轮表面上切割图案 (例如微槽 )。两种加工中修整法均被证明是富有成效的。超硬磨料砂轮也可以用氧化铝颗粒喷打。 光束修整 这种修整是利用 995。如果能够准确地控制激光修整参数，砂轮表面的修整深度和修整模式均易控制。修整时间的长短取决于激光束的扫描速度和能量密度。根据输人热的大小，结合剂可能蒸发、分离、飞溅和削弱。同时， 这种修整法已广泛用来修整金属结合剂砂轮以及导电性树脂结合剂砂轮。可用来精密修整成形砂轮，而且可通过自动修整作业来完成。由于不会发生机械力，薄砂轮和小砂轮均宜采用 整过程中采用水基磨削液。砂轮轮廓靠成形石墨电极来生成。砂轮 轮廓的生成一般可在 15分钟内完成 1997。为了配合干磨法，过去也研究过无液 解连续修整 (电解修整由 0年代，在常规电解磨削中改变砂轮和工件问的电位即可实现。近 20年来，由于日本研究人员在促进镜面精密磨削过程作了大量的研究工作，其广泛应用已成为现实。 磨削过程中，金属结合剂由砂轮表面和电极间的电解过程所去除。作为修整区的间数控轴承磨床砂轮修整装置设计 7 隙被供以导电性电解液。 图 2解加工中修整 轮、铜或石墨电极和电源装置所组成。当砂轮受到碱性电解液 (也用作冷却液 )中弱直流脉冲电流作用时，砂轮表面的锈蚀得到促进。高强度铸铁结合剂会变成相当软的氧化铁，并形成导电性不良的所谓 着该层在砂轮表面的形成，电流变小，因此铸铁结合剂的电解将被抑制在最低限度。随着磨削的进行，该层受到被磨材料切屑的作用，使其变薄。然后 后的电流增加再次腐蚀铸铁结合剂，将其变成氧化铁层，并留下新凸出的金刚石颗粒。该过程在整个 去，不论颗粒尺寸如何。与常规树脂结合剂或陶瓷结合剂砂轮相比， 此其变形也小得多，可以实现纳米精密磨削。由于 配置方便，因此可提高生产效率，非常适合于自动作业。 但是，必须注意保持砂轮表面与电极表面间的间隙尺寸。应配备砂轮直径变化检测传感器和间隙尺寸补偿精密定位机构，以闭合控制回路。 现在 也出现了一些替代设计方案，如图 2于小直径砂轮，在 隙尺寸在电极上的变化增大。变化的增大影响修整系统的性能。 因此，建议采用分段电极，分别由单独的间隙补偿机构加以控制。 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 8 图 2有 速电解连续修整 (为了提高材料切除率，一般最好是提高砂轮速度。但是，砂轮速度高不便修整，因此高速磨削的应用受到限制。尽管多年来作了大量的研究工作，高速砂轮修整的非一致性与效率低下，仍然是工业界的一个严重问题。高速砂轮到了要修整的时间，如不让其停止，就必须放慢磨床的速度。为了实现 轮高速运转时应保持修整区内有足够的电解液。这也意味着砂轮高速运转时气孔或气泡必须受到抑 制。提高砂轮速度时，砂轮周围的空气可能开始进入间隙，气孔可能开始在凸出部后面形成。由于间隙横向电解液不足，气孔也可能在间隙内形成。结果，砂轮速度越高，修整区内导电性就越低。 砂轮表面速度 100m 硬磨料砂轮可得到有效地修整，修整速度大约是常规 倍。 修整间隙是自动调节的，不需要配备传感器和精密定位装置的补偿机构。砂轮一旦旋转，修整间隙便自动形成，最初不用设定。 新 方法 刚石滚轮的修整 金刚石滚 轮是一种新发展起来的修整工具，它与单颗粒金刚石笔修整砂轮相比，在进行非直线修整时其修整时间要短得多，且易修整出各种复杂的成形表面。金刚石滚轮修整砂轮的方法分为切入式滚轮修整和摆式滚轮修整，因切入式修整器结构比摆数控轴承磨床砂轮修整装置设计 9 式修整器简单，故在实际生产中应用较多一些。切入式滚轮修整中，与外圆切入磨削工件相似，滚轮由电机驱动旋转，相对砂轮做切入运动，从而进行砂轮修整。 由于金刚石滚轮成形修整法具有修整时间短、能修整出各种复杂型面、型面精度保持好、修整操作方便等特点，其使用效果已逐渐得到人们的认司，在生产中也得到了越来越广泛的 应用。但在滚轮的设计、制造与使用中应注意如下几点： (1)金刚石的粒度较被修整砂轮的粒度应粗一号，还要选择金刚石颗粒尺寸接近一致，颗粒形状近似球形，常用粒度为 36 100 。 (2)通常采用滚轮与砂轮接触点处线速度方向同向、滚轮线速度与砂轮线速度之比 ( 取 + +得超过 +1；修整时滚轮切入量以砂轮每转切入 1次修整砂轮的总量应为 ；光修时间尽量压缩。 (3)金刚石滚轮的制造误差应小于工件公差的 1 2左右，滚轮孔与安装轴承的配合间隙为 2 4m。 (4)可采用天然或人造金刚石，人造金刚石必须采用高强度等级钻石，如磨钢专用金刚石 (5)滚轮制造时，一般精度的滚轮可用外镀法和烧结法，高精度和复杂型面滚轮应用内镀法制造，同时进行磨削修整。 (6)金刚石滚轮修整砂轮时必须遵守快进 (不能碰上砂轮 ) 慢进 (按需要的切人速度进给 ) 光修 退出的动作程序，不得错步，否则滚轮寿命难以保证。 砂轮修整的展望 砂轮修整的关键在于得到较高的修整精度，较好的表面质量。修整精度的高低决定磨削工件的尺寸精度和表面质量；较好的表面质 量能保证对磨粒有较强的把持力，磨削时有足够的容屑空间。然而金属基金刚石砂轮在使用之初和磨损之后很难修整，若要达到精密、超精密磨削所需修整精度，则面临着严峻的挑战。新的修整工具、修整技术的发展趋于高精、高效及自动化，赋予了金属基金刚石砂轮修整技术研究者新的使命： 1开展实用的、低成本、高效率的修整技术研究。 当前的金属基金刚石砂轮修整法或多或少地都存在着修整成本高、效率低、修整时间长、装置复杂、操作不易掌握等局限性，所以开发低成本、高效率、适应性广、工业化应用程度高的金属基金刚石砂轮的修整技术已成当务之急 。 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 10 2开发修整的检测、监控技术。 利用砂轮的声发射超声信号技术来判断砂轮的工况，扫描探针显微镜对修整后的形貌进行分析，对修整质量进行评价，应用计算机对修整过程进行控制，开发检测、处理、质量评价、控制一体化的修整系统，实现金属基金刚石砂轮磨削的智能化修整。 3开展各种成形砂轮的修整技术的研究。 随着各种高性能硬脆材料在各领域的广泛应用，各种复杂型面零件的加工越来越多，然而这些零件在工程应用中常常需具有一定的曲面形状要求，如汽车发动机中的陶瓷摇臂、光学仪器中的曲面镜、球面镜、电子工业中的磁头等。这对成形砂轮修 整提出了更高的要求，因而深入研究各种精密修整技术，开发成形砂轮的修整技术也是金属基金刚石砂轮修整的一个重要研究内容。 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 11 1 步进电机及其驱动控制系统 进电机的 性能及 选用 进电机的 性能 步进电机一是种将电脉冲信号转换成角位移的控制微电机，在现代工业控制及机加工等领域，自控系统对快、稳、准等三大性能指标的要求在不断地提高。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转 过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 这些系统在运行过程中常需要进行准确定位和微量进给，而要达到这一目的，通常可以采用步进电机或伺服电机作为系统的动力驱动源。从自动控制原理的角度来分析，伺服电机要求设备本身必须采用闭环控制技术，且要采用精密的传感器件作为反馈信号的检测变换环节，只有这样才能保证控制精度 ;而步进电机只需采用最简单的开环控制就可取得非常高的控制精度，且这种系统不需要反馈信号，系统硬件实施比较简单 ，所以在自动控制系统中，步进电机在某些方面比伺服电机应用更为广泛。另外，步进电机还具有以下几个优势 : (1)直接采用数字量控制 ; (2)转动惯量小，启、停方便 ;步距均匀 ; (3)设备成本低 ; (4)定位准确 ; (5)调速范围较宽。 分驱动技术 通常，步进电机每接收一个驱动脉冲，就会转过一个脉冲当量的角度，这个角度称为步长，又称步距角。通常，由于受绕组等客观因素的制约，步进电机的步长一般较大，有时难以适应步进角度要求更小的微量进给系统 ;又由于步进电机本身所固有的低频振动问题，使得步进电 机在振动及噪音环境下的应用受到了制约。如何对步进电机的步长过大和低频振动等不利因素通过驱动控制技术进行减轻和抑制，是步进电机应用中的一个重要问题。在现有的步进电动机驱动技术中，细分驱动是能够有效解决 上 述问题的主要控制方法之一，它主要是通过对步进电机的相电流进行阶梯化正弦控制，使电机以足够小的单位步距角运行，从而降低步长和低频振动，增强电机的输数控轴承磨床砂轮修整装置设计 12 出转矩 ;提高电机的运行分辨率。步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，在每次脉冲输入时，不是将绕组电流一次性地全部导入或全部切除，而是只改变相应绕组中额定的部分电流 ，从而使电机转动的角度不是一个完整的步长而只是原步长的一部分，而步进电机的固有步长就被分解成了更小的步进单位。本系统采用的是一种被称为 “半拍步进 ”的细分驱动方法，为了产生这样一个逻辑顺序的信号源，可以采用环形脉冲分配器，而本系统所采用的环形分配器是通过软件编程来实现的模拟环形脉冲分配器。 步进电机的控制方框图如图 3 步进电机驱动电源环形脉冲适配器速度方向图 3进电机的细分驱动控制框图 形脉冲分配器的控制字 环形分配器是一种周期性的脉冲产生部件，在 步进控制系统中，环形分配器是把控制步进电机运行所需的速度、方向等参数转换成相应的正、反转相序及切换频率，从而控制步进电机的运行方向和运行速度。在通常的步进控制系统中，都是采用硬件的环形脉冲分配器， 但是，在此并不使用。因此 本系统采用的是用软件实现的模拟脉冲分配器。鉴于多数步进控制系统的驱动部件常采用三相反应式步进电机，因此细分驱动软件实现的实质就是设计一个合理的通电相序并据此确定所控制的步进电机的控制字 (并根据初始条件控制步进电机实现系统所要达到的控制目的。步进电机的控制字长可用一个字节 ( 8位二进制数表示，三相步进电机的三相电源用A,B, 且用 1表示得电，用 0表示断电，控制字节中用 、 B、 正、反转控制是通过按图 3此 根据 相序图 就 可 以 得到 步进 电机正转的循环控制字依次为01H,03H,02H,06H,04H,05H，而其反转循环控制自依次为 5H,04H,06H,02H,03H,点在软件实施上可以通过查表指令来实现，并可进一步推出 :若改变两个控制字的数控轴承磨床砂轮修整装置设计 13 输出时间间隔，就可控制步进电机的运行速度，针 对于这点在软件实施上可以通过定时子程序来实现 。 反转正传图 3形分配器的通电相序图 进电机的升 /降速控制 当步进电机实现自动、手动快速进给或对其实施启 /停、变速控制时，有时会出现失步甚至不能正常运行的现象，从而影响所控对象的控制精度。这是由于步进电机所固有的过低启动频率造成的，通常步进电机启动频率要远远低于其正常的工作频率，为了克服这一不利因素，在系统软件中必须要设置针对于步进电机升 /降速控制的功能模块，它的主要目的是把控制步 进电机的进给脉冲通过指令平滑地引入驱动电路，从而降低甚至避免步进电机异常现象出现。升 /降速控制原理为 :步进电机启动或速度突变时，电机从初始速度 速度到达理想转速 入匀速运行阶段，当接近终点目标 即图中 时，电机进入匀减速运行阶段，直到速度恢复为 样电机就能迅速而准确地到达预定目标， 如图 3 步数（位移）（ 步 / 秒 ）图 3进电机的升 /降速曲线图 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 14 在步进电机速度控制中，最方便的是按运行步数 (脉冲 数 )控制运行的速度 (脉冲频率 )。在确定了突变速度和加速度 (或加速时间 )后，就可以得出速度与运行位移的关系表，进而计算出步数和运行时间的关系表，这样在程序中就可以采用查表法来方便地进行步进电机的加减速控制。 进电机的选用 合理地选用步进电机是相当重要的，通常希望步进电机的输出转矩大，起动频率和运动频率高，步距误差小，性能价格比高。但增大转矩与快速运行存在一定的矛盾，高性能与低成本存在矛盾，因此实际选用时，必须 根据实际的工作情况 全面考虑。 首先，应考虑系统的精度和速度的要求。为了提高 精度，希望脉冲当量小。但是脉冲当量越小，系统的运行速度越低。故应兼顾精度的要求来选定系统的脉冲当量。在脉冲当量确定以后，又可以此为依据来选择步进电机的步距角和传动机构的传动比。 步进电机的步距角从理论砂锅上说是固定的，但实际上还是有误差的。另外，负载转矩也将引起步进电动机的定位误差。我们应将步进电动机的步距误差、负载引起的定位误差和传动机构的误差全部考虑在内，使总的误差小于数控机床允许的定位误差。 步进电动机有两条重要的特性曲线，即反映起动频率与负载转矩之间关系的曲线和反映转矩与连续运行频率 之间关系曲线。这两条曲线是选用步进电机的重要依据。一般将放映起动频率与负载转矩之间关系的曲线称为启动距频特性，将反映转矩与连续运行频率之间关系的曲线称为工作矩频特性。 已知负载转矩，可以在起动矩频特性曲线中查出起动频率。这是起动频率的极限值，实际使用时，只要起动频率小于或等于这一极限值，步进电动机就可以直接带负载起动。 若已知步进电动机的连续运行频率 f，就可以从工作矩频特性曲线中查出转矩 也是转矩的极限值，有时称其为失转矩。也就是说，若步进电动机以频率 f 运行，它所拖动的负载转矩必须小于 则就会导致失步。 数控机床的运行可分为两种情况：快速进给和切削进给。在这两种情况下，对转矩和进给速度由不同的要求。我们选用步进电动机时，应注意使在两种情况下都能满足要求。 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 15 表 3出了一些常用的反应式步进电动机和混合式步进电动机的型号和简单的性能指标。 表 3目 型号 相数 步距角 /（ 0） 电压 /V 相电流/A 最 大 静矩 / 载 起频率 / 行 频率 /5 24 3 750 12000 75 30 4 250 12000 90 0 7 000 8000 90 4 3 400 8000 110 0 6 500 7000 110 0 4 00 7000 130 0 10 000 16000 150 0 13 800 8000 150 0 13 600 8000 根据本次砂轮修整器的设计要求，选取 110列步进电机作为驱动电机。 假若要求进给驱动装置有如下性能：在切削进给时的转矩为 大切削进给速度 快速进给时的转矩为 大快进速度为 据上面的性能指标，我们可按下面的步骤检查步进电动机能否满足要求。 首先，依据下式，将进给速度值转变成电动机的工作频率： F=1000v/600( （ 3 式中 v进给速度（ m/ 脉冲当量 （ f 步进电动机工作频率。 在上式中，若将最大切削进给速度 入可求得在切削进给时的最大工作频率将最大快速进给速度 入，就可求得在快速进给时的最大工作频率 然后，根据 工作矩频特性曲线上找到与其对应的失步转矩值 若有 表明电动机是能满足要求的，否则就是不能满足要求的。 进电动机的控制系统 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 16 步进电动机由于采用脉冲方式工作，且各相需按一定规律分配脉冲，因此，在步进 电动机控制系统中，需要脉冲分配逻辑和脉冲产生逻辑。而脉冲的多少需要根据控制对象的运动轨迹计算得到，因此还需要插补运算器数控机床所用的功率步进电机要求控制驱动系统必须有足够的驱动功率，所以还要求有功率驱动部分。为了保证步进电机不失步的起停，要求控制系统具有升降速控制环节。除了上述各环节之外，还有和键盘、纸带阅读机显示器等输入、输出设备接口电路及其他附属环节。在闭环控制系统中，还有检测元件的接口电路。在早期的数控系统中，上述各环节都是由硬件完成的。但目前的机床数控系统，由于都采用了小型和微型计算机控制，上述很多 控制环节，如升降速控制、脉冲分配、脉冲产生、插补运算等都可以由计算机完成，使步进电机控制系统的硬件电路较以前大为简化 。 谐波减速器的 选用 谐波传动是利用柔轮的变形与刚轮相啮合而实现的传动。谐波传动的传动比大、结构简单、体积小、重量轻。由于同时啮合的齿数多，所以它的承载能力大，传动精度高。已被广泛地应用于许多工业领域，国内外应用谐波传动技术来解决工程机械和起重运输机械的动力驱动和运动传输的实例很多，例如：推土机中的驱动机构，桥式起重机的卷扬机构，旋臂自行式起重机的旋转机构等。由于谐波传动是依靠其柔轮 的 变形来实现运动和动力的传递，输出轴力矩较人。当输入受到某种激扰作用时，会引起减速器传动系统的振动响应，给驱动运动精度要求较高的执行机构带来问题，影响其传动性能。因此，对谐波齿轮减速器的模态特性进行分析，研究此类传动的动力学特性是十分必要的。 根据总体方案对减速器的技术要求，决定采用谐波减速器。这样的减速器传动精度高、减速比大，谐波传动的间隙小，传动平稳，谐波齿轮传动的阻尼性能为 一般齿轮传动约为 界扰动通过谐波齿轮传动能得到很快的衰减，对系统的稳定性有利。谐波齿轮传动 的结构采用双波椭圆波发生器，刚轮、定轮和柔轮采用复合结构，由刚轮输出。减速器结构示意图见图 3 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 17 定轮 柔轮波发生器组件刚轮图 3波 减速器结构示意图 给机构的设计 数控 车 床靠步进电机带动滚珠丝杠传动，由于滚珠丝杠可以有过盈量，传动无间隙，精度主要靠机床本身和程序保证。在加工过程中可以自动测量，并能自动补偿刀具磨损及其他原因产生的误差。所以加工质量好，精度稳定。还可以用编程的方法车出形状复杂，普通车床难以加工的零件。适合精度高，批量大，形状复杂的零件。 但小批量生产也很好用。它的维修费用较普通车床高。 微量进给机构 通常把每次进给量 S210 / 微量进给分手动和自动两类。手动微量进给机构主要用于中小型机床起进给、点动或微量补偿作用，以及某些大型机床的手动微调。自动微量进给机构采用各种驱动元件使进给循环自动进行。 微量进给 机构 的基本要求 （ 1） 灵敏度高 能实现所需的最小进给量 了保证灵敏度较高，微量进给机构应具有高刚度。根据灵敏度要求确定微量进给机构的刚度 计算条件 。 （ 2） 平稳性好 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 18 在低速进给是速度均匀，不出现爬行。因此，对于低速进给还应不出现爬行的条件确定传动系统刚度的计算条件。 （ 3） 精度高 多数微量进给机构执行部件的定位精度直接决定工件的加工精度，因此应按所需加工精度确定进给精度和重复定位精度要求。 （ 4） 结构简单，调整方便，操纵轻便灵活 量进给机构设计 根据设计的要求，砂轮修整时进给量不宜太大一般控制在 5m 10m, 为了保证进给的准确，从而达到较好的修整精度和表面质量，通过比较各种微量进给方式，最终 选择 滚珠丝杠 传动。 进给机构及结构如图 3 图 3给机构示意图 珠丝杠传动的特点及应用 滚珠丝杠是数控机床进给传动系统的关键环节。滚珠丝杠静动摩擦系数接近、传动效率高，因此受到了普遍采用。同时，滚珠丝杠直接影响着进给传动系统的灵敏度、定位精度、是否爬行等。 作为传动滑动丝杠的进一步延伸发展，滚珠丝杠载荷。具有高效率、温升少、高精度、高速度、高刚性、可逆性、长寿命、低能耗、同步性、高灵敏度、无间隙、维护简单等优 点 。 滚珠丝 杠传动的应用：丝杠传动的适用于进给行程小的场合，如磨床的手动横进数控轴承磨床砂轮修整装置设计 19 给、手动补偿、微量调整。螺母移动的适合进给行程大并要求快速进给的场合。 在设计滚珠丝杠还应考虑如下 些问题： a)临界压缩载荷应大于轴向最大受压载荷，确保丝杠的稳定性 ； b)丝杠的最高转速应小于临界转速，防止发生共振 ； c)滚珠丝杠还应受 般 0000 d)滚珠丝杠应具有足够的刚度。 量进给计算 在数控系统设计中，一般根据加工力学特性初选步进电机，再根据加工进度要求确定系统得脉 冲当量 p,即一个脉冲所产生的工作台直线位移量。脉冲当量 s 之间存在下列关系： 360 （ 3 式中 丝杠导程（） i 步进电机输出轴至丝杠的传动比 s步进电机步距角，单位为度 当相对于某一点的直线位移 X以及所需的脉冲次数 p （ 3 通常砂轮修整的 修整量 取 5 10m，这里取进给量为 5m，步进角 脉冲次数为 480 次，假设丝杠导程 10 ， 假设 脉冲当量 /脉冲。则可推算出谐波减速器的 建速 为 20。 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 20 4 修整器的设计 轮 修整器 的误差分析 砂轮修整前后 砂轮半径误差 首先分析修整后砂轮半径的误差。为分析问题方便起见，先假定砂轮修整 时砂轮修整滚轮与砂轮之间仅在水平面内有 两个方向的相对运动，即按两轴圆弧插补的方式在过砂轮轴线截面内 做 曲线运动，砂轮修整滚轮轴线与砂轮轴线保持平行，建立如图 4 图 4设要求修整后的砂轮最小半径为 轮修整滚轮的半径为 砂轮截 面 曲线是半径 为 如图 4砂轮截面曲线上的任意一点 B 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 21 ( ，要求修整后点 实际修整后点 图 4： (4( (4设： R = (4代入式 (4后有： R (42 (420 (4式 (4关于 有： 221 2 4 42R (422 (4因为三角形的斜边必大于直角边，因此： (4所以： 0 (4 上面式 (4必须取正号，故： 22R B (4222( 1 ) (4由麦克劳林公式： f(x) = f(0) )x ) f(n 1) (0)1/(n 1)！x)xn/n！ , 0 1 (4 取前两项作近似计算，有： f(x)f(0) )x (4数控轴承磨床砂轮修整装置设计 22 设： f(x) = 1 X (4 则： f(0) = 1 (4)= (4故： 112 (422112 (4代人上面式 (4，有： 2(1 1 )2 (422 (4由式 (4知： R = 是砂轮与砂轮修整器两者中心距的水平投影。因为砂轮修整滚轮的半径 5联立 式 (4 (4 (4可求出 对应着不同的 不同的 对我们所使用磨床而言，外圆磨削时，砂轮半径可在 160 200 取 160 ,进行计算，另取 190 作对比，分别取 z =l 2 0、 、 2 。 计算结果如下面表 4中 为砂轮修整滚轮轴线的法面与 轴插补修整时， =0；其它参数的单位为 )： 由计算结果可见：两轴插补修整时，在实际应用的砂轮半径范围内，安装高度误差所引起的修整后砂轮半径误差并不大。即使在 z =2轮半径取最小值，即 60 0时， 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 23 表 4整后砂轮半径的误 差 z B R 190 0 2 0 227 0 225 60 2 0 450 2 00 197 0 195 0,00256 2 0 450 190 0 2 00 227 0 225 0 450 60 0 2 00 197 0 195 0 450 计算结果可见：两轴插补修整时，在实际应用的砂轮半径范围内，安装高度误差所引起的修整后砂轮半径误差并不大 。即使在 z =2 这种情况下，砂轮半径取最小值，即 160 0 时， 数控轴承磨床砂轮修整装置设计 24 装配误差引起的修整后砂轮的误差 如果修整器装配时，修整器的转动轴没有通过修整轮圆弧刃的圆心，即存在着装配误差，此装配误差将引起修整后砂轮截面曲线形状的误差。假定要求砂轮在过其轴线截面内的形状为图 4 图 4径向的装配误差 砂轮截面曲线是半径为 假定修整轮圆弧刃的圆弧半径为曲 线以 X 轴为对称，故下面只讨论曲线的 整砂轮时，修整轮的轴线最好与砂轮截面曲线的法线垂直。但由于修整轮有一定
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本文标题：数控轴承磨床砂轮修整装置设计【3张图/18700字】【优秀机械毕业设计论文】
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