数控平面磨床设计【全套设计含7张CAD图纸】
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购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396I摘 要设计的题目是数控平面磨床设计，主要用于加工磨削平面，使加工面达到要求的粗糙度。本设计包括机械部分设计和控制部分设计，机械部分设计主要包括：总体设计、砂轮架（磨头）设计、垂直进给机构设计、横向进给（工作台进给）机构设计、纵向进给机构设计。控制部分设计主要包括：硬件电路设计、液压系统控制、单片机控制。绪论部分对精密加工的作用和地位做了介绍，阐述了精密磨削技术的发展和背景，同时还有介绍其工艺特点及国内外磨削技术的现状。总体设计跟砂轮架设计做了简要的介绍，主要是对垂直进给机构、横向进给（工作台进给）机构设计、纵向进给机构设计做了详细的说明，对硬件电路也做出了研究。本设计的特点：所设计的数控平面磨床能通过电磁铁实现自动固定工件，并且能够实现自动磨削。关键词：精密，数控，平面磨床，垂直进给机构购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396IIAbstractProject topic is the design of CNC surface grinding machine for the processing of grinding surface, so that processing of the required surface roughness.The design includes the design and control of some mechanical design, mechanical design including: design, wheel frame (grinding) design, vertical feed mechanism design, horizontal feed (table feed) mechanism design, vertical feed mechanism design. Control part of the design including: hardware design, hydraulic system control, microprocessor control.The preface introduces the background of flat surface grinding, its characteristics and its present situation of development at home and abroad. At the same time, the trend development of flat surface grinding is introduced.There is a simple introduce for the general layout design and the design of grinding head. And the mostly introduce are the design of vertical feed ,the tiny displacement workbench structure and the designing for numerical (NC) system.The design features: CNC surface grinding machine designed for automatic fixed workpiece through the electromagnet, and can automatically grinding.Keywords: precision, Numerical Control, plane grind, grinding head.购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396III目 录第 1 章 绪论 . 11.1 课题背景及实际意义.11.2 国内外研究状况.21.2.1 国外数控磨削的发展.21.2.2 国内数控磨削的发展.41.3 毕业设计任务与论文组成.51.4 本课题的研究方法.6第 2 章 数控平面磨床总体设计 .72.1 磨床简介 .72.2 主要结构及其说明.92.3 磨床技术规格.102.4 磨床总体布局设计.102.5 磨床总体传动设计.12第 3 章 砂轮架（磨头）设计.173.1 砂轮架设计 .173.2 砂轮架的结构特点.21第 4 章 垂直进给机构的设计 224.1 垂直进给机构的结构和特点.224.2 确定垂直进给机构方案.234.3 滚珠丝杆副介绍.244.4 滚珠丝杠的设计计算.274.5 垂直进给电机的功率计算.28第 5 章 横向进给（工作台进给）机构的设计.295.1 横向进给机构的结构和特点.295.2 确定横向进给机构方案.305.3 液压系统介绍.315.4 液压缸的设计计算.32第 6 章 纵向进给机构设计.366.1 纵向进给机构的结构和特点.366.2 确定纵向进给机构方案.37购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396IV6.3 滚珠丝杠的设计计算.386.4 纵向进给电机的功率计算.39第 7 章 控制系统设计 407.1 控制器的选择.407.2 流程图.417.3 硬件电路的设计.41第 8 章 总结.45致谢.46参考文献.47附 录.48购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396V购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396VI购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396VII购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396VIII购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163961第 1 章 绪论1.1 课题背景及实际意义现代工业生产中，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。制造业的竟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竟争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竟争，将面临知识技术产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，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竟争和生存、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。数控平面磨床是一种效率高、精度高的数控加工机床，它比普通磨床有很多优势，具体实际应用意义有以下几点：1.大大提高生产效率。数控平面磨床即可实现加工的自动化效率可比传统平面磨床提高 3 至 5 倍。对复杂零件而言难度越高功效提高越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。2.数控平面磨床在机械制造中作用和地位提高。随着磨削技术的发展，数控平面磨床的应用日益扩大，在工业发达国家磨床占机床总数的 40%，在轴承制造业中多达 60%，因此磨削技术在机械制造业中占重要地位，而数控平面磨床由于磨削精度高、效率高很适应工程材料不断发展的需要。3.性能稳定可靠。目前数控技术得到了突飞猛进，为数控平面磨床提供了可靠的数控技术保障，因此数控平面磨床的设计有适应和应用新技术的意义。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639621.2 国内外研究状况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 CNC 技术，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。在近年汉诺威、东京、芝加哥、及国内等大型机床展览会上，CNC 磨床在整个磨床展品中已占大多数，如德国 BLOHM 公司，ELB 公司等著名磨床制造厂已经不再生产普通磨床，日本的冈本、日兴等公司也成批生产全功能 CNC 平磨，在开发高档数控平磨的同时，积极发展中、低档数控平磨。1.2.1 国外数控磨削的发展前几年德国 ELB 公司生产的 BRILLIANT 系列二坐标 CNC 成型磨床，其垂直和横向为数控轴，纵向为液压控制，砂轮修整采用安装在工作台上的金刚石滚轮，适用范围较广；SUPER-BRILLIANT 系列是三坐标 CNC 平面和成型磨床，床身用天然花岗岩制成，几何精度极高，导轨用直线滚动导轨，机械驱动无反冲，从而保证工件有较好的表面光洁度；BRILLIANT-FUTURE 为以上二个系列的改进产品，床身用人造花岗岩制作，纵向用静压导轨，齿形带传动，垂直和横向导轨为预加荷直线滚动导轨，滚珠丝杠传动，三轴 CNC 控制 AC 伺服电机，0.5m的测量分辩率。同时 ELB 公司开发了具有当代最新技术的磨床产品，即以机电一体化和计算机技术为基础的 CAM-MASTER 系列柔性磨加工单元， CAD-MASTER 系列和 COMPACT-MASTER 系列磨削加工中心，控制轴最多可达到24 轴，另外由于全面推行模块化设计，使专用磨床制造周期缩短，ELB 公司还开发了多种高效专用磨床，如 SFVG100/2 专用磨床，具有可倾斜磨头，连续修整，缓进给，斜切入磨削功能，用十一根 CNC 控制轴，如同一台磨加工中心。英国 JONES%26amp;SHIPMAN 公司与美国 A-B 公司开发了 A-B8600 数控系统用于 FORMAT5 型数控平磨，由 CNC 控制液压阀，驱动纵向可调速运动，横向与磨头进给用滚珠丝杠副，直流伺服电机驱动，间断式砂轮修整，CRT 图形模拟显示。同时还可以配用其他型号的数控系统，以满足不同用户的要求。目前，随半导体集成度的不断提高，新推出的系统在外型上越来越小，结构上越来越紧凑，功能上增加了远程通讯，远程诊断，多机联网等等；操作界面向WINDOWS 系统*近，增加鼠标，摇控器等操作件。FANUC 公司今年主要推出18I、16I、20I、21I 系统，SIEMENS 是 840D、810D、802D 均为结构紧凑型系购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163963统。还有一些厂商如：台湾精密机械研究发展中心开发的 PA8000NT 系列 CNC控制器，就使用了 WINDOWS NC 操作系统，和 NT 即时多工处理核心，单节程序处理速度达 2000 块/秒，单节预读处理数可达 1000 块，具有 AART(预适应调节技术)及参数最佳化学习功能，可使跟随误差趋近于零，软件加工路径滤波器可降低切削过程中，因加速度变化过大所产生的机械共振，从而改善表面粗糙度；配用伺服灵活，具备+、-10V 类比伺服界面，同时提供国际标准的 SERCOS 数字伺服通讯界面；PLC 程序设计有梯形图、结构语句、功能块、指令码、流程图等五种语法，便于设计、沟通和维护；具有计算机远程通讯，即时远程维护功能；控制轴和主轴最多可扩展到 64 轴，I/O 点可扩展到 792/528 点，采用奔腾处理器，高速 PLC 处理速度达到 25K。世界上除有名的 SIEMENS、FANUC 等数控系统专业厂已经开发生产了许多适用于平面或成型磨削的系统外，一些平磨生产厂本身也积极开发了适用于其磨床的数控系统。主要有：西门子公司的 SINUMERIK 840D 系统，该系统具有二十多根伺服轴，坐标连续行程控制，手动数据输入或通过外部计算机输入，远程诊断，可随砂轮直径减小而变化行程，砂轮修整量自动补偿，滚珠丝杠间隙误差补偿等。西门子 3G 系统是专为磨削加工而开发的，装有用来人机对话的操作提示装置，在轴线倾斜时，也可进行直线和圆弧插补，在磨削中经常出现的运行循环，如主轴摆动，用外部信号中断执行程序，砂轮切入，砂轮修整等专用准备功能，编制固定循环程序。其不仅能使用外部测量装置(开关信号)，还能当连接上一个合适的测量头时能直接去控制装置与最终尺寸进行比较。美国 ALLEY-BRANDLY 公司生产的 8400CNC、8600CNC 数控系列，适用于车床、铣床和磨床，其 8400CNC 最多可控制 6 根伺服轴，任 2 轴可进行圆弧插补，任 3 轴可进行螺旋线插补，6 轴直线插补。 8600CNC 系列最多能控制 17个坐标，包括 8 个参与插补轴， 8 个位控制轴及 1 个主轴，具有图形显示，扩展分支程序，显示加工时间，高速程序校验，刀具寿命监测等功能。日本 FANUC 公司开发了 OG 高速高性能数控系统，其中 O-GSG 适用于平面磨床，可根据磨削零件不同形状，有四种不同的磨削方法，具有砂轮轴角度倾斜控制功能，荒磨、粗磨、精磨、无火花磨削一整套磨削循环，砂轮滚压修整后位置补偿功能，修整器相对于被修整轮法线方向控制功能，修整滚轮外缘圆弧半径补偿功能，砂轮形状图形显示功能及磨削参数显示等，系统最小设定单位0.1m，属“ 紧凑 ”型数控系统，价格较低。另外还有如德国 ELB 公司与大学联合研制的 UNICON 系统。日本大隈铁工所 OSP5000G-G，OSP30-NF 等自行开发的平面和成型磨削数控系统，其OSP5000G-G 最多可控制 9 个坐标，其中 6 个坐标可联动，带 12 英寸彩显，人购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163964机对话编程，自动确定切削系数，可采用软盘输入，纳入 FMS 系统，最小脉冲当量、移动当量和检测当量均为 0.1m，平磨上还采用了感应同步器全闭环方式。还有的平磨制造厂虽采用数控主机厂的系统，但自行开发软件，使用之更适合平面和成型磨削，如德国 JUNG 公司以西门子 SINUMERIK 810 为基础，采用该公司专用软件，用 JUNG KONTUR 编程语言对砂轮进行成型修整，并有图形辅助操作功能。日本冈本公司在 FANUC 公司数控系统硬件上，开发了 OPL 语言用于磨削加工，等等。当今直线电机、动平衡等技术、工艺的日益发展应有，又大大提高了机床的工效，适宜的测量技术应用对数控系统的开发利用，增强机床的电气自动控制功能如虎添翼。1.2.2 国内数控磨削的发展我国从 80 年代开始生产数控平面磨床，各开发厂家分别走过了自行研制，与大学及科研单位合作开发至直接引进成熟数控系统的发展道路。例如：杭州机床厂是一家具有五十年历史，专业生产平面磨床的制造厂，它从 80 年代中期开始生产数控平磨，先后开发生产了 MGK7132 卧轴矩台高精度平磨，MK7130 系列普通数控平磨，MLK7140 数控缓进给成型磨，MGK7120、MK7163、MK7150 卧轴矩台数控平磨，MKY7760 立轴数控双端面磨，MKY7660 、MKY7650/101 卧轴数控双端面磨，以及 HZ-K1610，HZ-K2010，HZ-050 CNC，HZ-KD2010、HZ-K3015、HZ-K3020、HZ-K4020 等专用数控龙门式平面与导轨磨床。数控系统的开发应用，有与大专院校及科研单位合作研制的单板机系统，也有自行开发的以单片机为主机的简易控制系统，及采用数控主机厂生产的成熟数控系统等。其生产的 MGK7120 高精度平磨，采用了日本 FANUC 公司的 POWER MATE-D 双轴数控系统，控制磨头进给，最小进给量 0.1m，具有自动完成磨削循环功能。MKY7650/101 全自动数控双端面磨床是与意大利 VIOTTO 公司技术合作产品，采用西门子 SIMATIC S5-115U 可编程控制器控制，CRT 显示，机床的左、右磨头由二轴直流伺服电机驱动，机床能进行手动调整和自动磨削循环选择。配有意大利马尔波斯 E9 型测量系统，二个测量头，一个测量砂轮，将砂轮磨损量反馈给控制系统，进行砂轮补偿；另一个测量头测量磨削后的工件，并将测量结果输入控制系统，由伺服电机进行补偿进给；左、右磨头用 VIOTTO 光栅作位置测量控制，实现了整机从工件上料到磨削完毕的全闭环和全自动加工。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163965HZ-050CNC 数控直线滚动导轨专用磨床，是为上海市科技结合生产重点工业项目第三次科技攻关项目而开发的专用磨床。既具有平面磨削功能又有成型磨削功能，它采用了美国 A-B 公司生产的 8400MP 数控系统，机床有 7 根数控轴，X、Y、Z 三根磨头进给轴和 U、V、W 三根砂轮修整轴由系统直接控制，另一轴Q 为卧式砂轮横向进给(磨削平面用)通过 SLC 可编程控制器加 IMC 定位模块，由系统 I/O 口输入 8400MP 主机，控制其位置，具有在磨削中连续修整砂轮或间隙式砂轮修整补偿进给等自动加工能力。HZ-KD2010 六轴数控龙门式双磨头平面磨床，采用 FANUC-0MC 数控系统，用四根 CNC 轴分别控制两个磨头的横向和垂直进给，用一根 PMC 轴控制周边磨头的砂轮修整器金刚笔进给，另一根 PMC 轴控制万能磨头的分度旋转。充分利用了系统性能，降低生产成本，提高了机床的性价比。1.3 毕业设计任务与论文组成任务内容：要求设计的数控平面磨床能够实现工件的自动夹紧及磨削。主要参数：最大磨削尺寸 7001600675 mm ，工作台速度 3-25 m/min，磨头横向进给速度 0.15-3.75 m/min ，磨头垂直给速度 0.05-3.75 m/min ，砂轮线速度 35 m/s ，最大砂轮尺寸 (外径宽内径)50075203 mm，最大磨削力 150N，磨削精度-55 。m工作量：本题目主要完成机械结构设计、传动机构设计和电控系统设计。(1) 数控平面磨床总成图 1 张 0# (2) 液压缸部装图 1 张 1# (3) 液压系统原理图 1 张 1#(4) 电气控制系统原理图 1 张 1#(5) 程序流程图及程序 1 张 1#(6) 零件图 2 张 2#(7) 撰写 15000 字毕业设计（论文）一份；(8) 完成不少于 2000 个单词的外文资料译文一份。本文由绪论、总体设计、砂轮架（磨头）设计、垂直进给机构设计、横向进给（工作台进给）机构设计、纵向进给机构设计、数控硬件设计、总结和致谢等几个部分组成。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639661.4 本课题的研究方法所设计的数控平面磨床主要包括机械部分，控制部分。机械部分设计主要包括：总体设计、砂轮架（磨头）设计、垂直进给机构设计、横向进给（工作台进给）机构设计、纵向进给机构设计。控制部分设计主要包括：硬件电路设计、液压系统控制、单片机控制。将丝杆由步进电机带动。电机和液压系统中的电磁换向阀由单片机控制，最终实现磨床的自动控制。机械结构简图如图 1-1：图 1-1 机械机构简图购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163967第 2 章 数控平面磨床总体设计2.1 磨床简介(1) 工件的装夹 在平面磨床上，采用电磁吸盘工作台吸住工件。电磁吸盘工作台的工作原理是当线圈中通过直流电时，芯体被磁化，磁力线经过盖板-工件-盖板-吸盘体而闭合，工件被吸住。电磁吸盘工作台的绝磁层有铅、铜或巴合金等非磁性材料制成、它的作用是使绝大部分磁力线都通过工件。结构如图 2-1。图 2-1 电磁吸盘的原理结构图当磨削键、垫圈、薄壁套等小的零件时，由于工件于工作台接触面积小，吸力弱、容易被磨削力弹出造成事故，所以装夹这类工件时，需要工件四周或左右两端用挡铁围住，以防工件移动。小工件装夹如图 2-1。图 2-2 装夹工件(2) 磨削的方法购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163968图 2-3 平面磨削方法 横向磨削法横向磨削法如图 2-3a 所示。这种磨削法是当工作台每次纵向行程终了时，磨头作一次横向进给。等到工件表面上第一层金属磨削完毕，砂轮按预选磨削深度作一次垂直进给，接着照上述过程逐层磨削，直至把全部余量磨去，使工件达到所需尺寸。粗磨时，应选较大垂直进给量和横向进给量，精磨时则两者均应选较小值。这种方法适用于磨削宽长工件，也适用于相同小件按序排列集合磨削。深度磨削法深度磨削法如图 2-3b 所示。这种磨削法的纵向进给量较小，砂轮只作两次垂直进给，第一次垂直进给量等于全部粗磨余量，当工作台纵向行程终了时将砂轮横向移动 3445 的砂轮宽度，直到将工件整个表面的粗磨余量磨完为止。第二次垂直进给量等于精磨余量。其磨削过程与横向磨削法相同。这种方法由于垂直进给次数少，生产率较高，且加工质量也有保证。但磨削抗力大，仅适用在动力大、刚性好的磨床上磨较大的工件。阶梯磨削法如图 2-3c 所示，阶梯磨削法是按工件余量的大小，将砂轮修整成阶梯形，使其在一次垂直进给中磨去全部余量。用于粗磨的各阶梯宽度和磨削深度都应相同，而其精磨阶梯的宽度则应大于砂轮宽度的 12，磨削深度等于精磨余量(0.03 0.05mm)。磨削时横向进给量应小些。由于磨削用量分配在各段阶梯的轮面上，各段轮面的磨粒受力均匀，磨损也均匀，能较多地发挥砂轮的磨削性能。但砂轮修整工作较为麻烦应用上受到一定限制。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639692.2 主要结构及其说明主要结构包含：立柱、砂轮箱托架、砂轮箱、工作台、床身，如图：2-4。图 2-4 结构简图(1) 立柱立柱主要作用在于支撑砂轮箱托架，并起到砂轮箱移动导向作用。立柱采用空心结构，不仅能节省材料，且能保证刚度要求。(2) 砂轮箱托架砂轮箱托架作用在于托起砂轮，并对砂轮移动起导向作用，提供砂轮移动所需步进电机的安装平台。(3) 砂轮箱砂轮箱里面安装砂轮，以及砂轮主轴，异步电机，防护罩等装置。它的作用是直接加工磨削工件。(4) 工作台工作台上面可以固定安装电磁吸盘，并起到回收冷却液并回流至水箱的作用。(5) 床身床身支撑工作台，并为工作台的移动起导向作用，为液压缸提供安装平台。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396102.3 磨床技术规格最大磨削尺寸 7001600675 mm ，工作台速度 3-25 m/min，磨头横向进给速度 0.15-3.75 m/min ，磨头垂直给速度 0.05-3.75 m/min ，砂轮线速度 35 m/s ，最大砂轮尺寸 (外径宽内径) 50075203 mm，最大磨削力 150N，磨削精度-55 。m2.4 磨床总体布局设计该磨床的总体设计包括：系统设计(包含数控装置的功能设计、元件和部件设计,程序段格式设计及系统的总体设计)；逻辑设计(包含运算器设计、控制器设计及电路设计)；机床主机的结构设计。本次设计主要对总体结构进行设计。数控机床的功能设计和普通机床有着很大的差别。对数控机床的结构设计要求可归纳为如下几个方面：具有很大的饿切削功率、高的静、动态刚度和良好的抗振性能；具有较高大的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性；具有实现辅助操作自动化的结构部件。(1) 提高机床的结构刚度的设计机床的刚度是指切削力和其它力作用下抵抗变形的能力，该磨床要求具有高的静刚度和动刚度。机床在切削过程当中，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重；承受的动态力有砌学力、驱动力、加减速器时引起的惯性力、摩擦阻力等。组成机床的结构部件在这些力作用下将产生变形，从而导致工件的加工误差。为了使机床达到高大结构刚度，获得符合要求的工件，进行如下结构设计：构件的结构形式的选择a. 选择截面的形状和尺寸由于形状相同的截面，当保持相同的截面积时，应减小臂厚，加大截面的轮廓尺寸，所以该机床的立柱、床身等支撑件做成型腔。圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度比方形截面小，所以立柱、床身等承受弯曲载荷的部件做成方形，而象主轴等承受扭转载荷的零件做成圆形。由于封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多，因此该磨床采用封闭式床身。由于臂上开孔将使刚度下降，所开孔部部件对刚度要求又很高，就在孔的周边加上凸缘，以使抗弯刚度得到恢复。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639611b. 隔板和筋条的布置合理布置支承件的隔板和筋条，可提高构件的静、动刚度，磨床采用叉筋板的支承件，立柱内部就是布置了交叉的筋条。c. 构件的局部刚度磨床的导轨和支承件的连接部件，往往是局部刚度最弱的部分，但是联接方式对局部刚度影响很大。在本次设计中，由于 Z 轴导轨较宽，故采用双臂联接形式；X、Y 轴导轨较窄，采用单臂联接，但在单臂上增加垂直筋条以提高局部刚度。结构布局的设计三坐标数控磨床设计的主轴中心位于立柱的对称面内，主轴箱的自重不再引起立柱的变形，相同的切削力所引起的立柱的弯曲变形和扭转变形均大为减小，这相当于提高了机床的刚度。另在立柱上方安装两组定滑轮来平衡重力，以减小立柱的变形。(2) 提高机床的抗振性的措施机床在加工时可能产生两种形态的振动：强迫振动和自激振动。机床的抗振性就是抵抗这两种振动的能力。改善和提高抗振性应从以下几个方面着手：减少机床的内部振源机床高速旋转主轴、带轮均应进行平衡；装配在一起的旋转部件，应该保证同轴，并且消除传动间隙，采用平衡装置和降低往复运动件的重量，以减小可能的激振力，装在机床上的电机需隔振安装。提高静态刚度提高静态刚度可以提高构件或系统的谐振频率，从而避免发生共振。但为了提高情态刚度而引起的构件质量的增加，会使共振频率发生骗移，这是不利的。因此，在结构设计时应强调提高单位质量的个刚度。增加构件和结构的阻尼该磨床对滚动轴承适当预紧以增大阻尼，将型砂或混凝土等阻尼材料填充在支承件的零部件臂中，可以提高阻尼性。以减少振动。(3) 提高机床灵敏度该三坐标数控磨床通过数字信息来控制刀具与工件的相对运动，它要求在相当大的进给速度范围内都能达到较高的精度，因而运动部件应具有较高的灵敏度。导轨部分采用贴塑滑动导轨，以减少摩擦力使其在低速时无爬行现象。工作台、刀架等部件的移动采用支流伺服电机驱动，经滚珠丝杠传动，减少了进给系统所需要的驱动扭矩，提高了运动精度和运动平稳性。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396122.5 磨床总体传动设计(1) 主传动系统的设计要求数控机床的主传动系统除应满足普通机床的主传动要求外,还提出如下要求:具有更大的调速范围,并实现无级调速。数控机床就要为了保证加工时能选用合理的切削用量，充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有更高的转速和更大的调速范围。对于自动换刀的数控机床，工序集中工件一次装夹，可完成许多工序，所以，为了适应各种工序和各种加工材质的要求，主运动的调速范围还应进一步扩大。具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。数控机床加工精度的提高与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的精度与刚度，采用高精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。良好的抗震性和热稳定性。数控机床一般即要进行粗加工，又要精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平稳以及切削过程中的自振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具或零件，使加工无法进行。因此主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力抗震性。抗震性用动刚度或动柔度来衡量。例如主轴组件的动刚度取决于主轴的当量静刚度，阻尼比及固有频率等参数。机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件有较高的热稳定性，通过保持合适的配合精度，并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。(2) 主轴组件设计对主轴组件的性能要求主轴组件是机床主要部件之一。它的性能对整机的性能有很大的影响。主轴直接承受切削力，转速又很大，所以对主轴组件的主要性能特提出如下要求：a.旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部件的定心表面（如该次设计的数控磨床主轴轴端的定心短锥购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639613采用 7：24 锥孔）的径向和轴向跳动。旋转精度取决于的主要件如主轴、轴承、壳体、孔等的制造，装配和调整精度。工件转速下的旋转精度还取决于主轴的转速、轴承的性能，润滑剂和主轴组件的平衡。b.刚度 主要反映机床或部件抵抗外载荷的能力。影响刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号、数量、预紧和配置形式，前后支撑的跨距和主轴的前悬伸，传动件的布置方式等。数控机床即要完成粗加工，又要完成精加工，因此对其主轴组件的刚度应提出更高的要求。c.温升 将引起热变形使主轴伸长，轴承间隙的变化，降低了加工的精度；温升也会降低润滑剂的粘度，恶化润滑条件。因此，对高精度机床应研究如何减少主轴组件的发热，如何控温等。d.可靠性 数控机床是高度自动化的机床，所以必须保证工作可靠性，可喜的地方是这方面的研究正在发展。e.精度保持性 对数控机床的主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度。以上这些要求，有的还是矛盾的。例如高刚度与高速，高速与低升温，高速与高精度等。这就要具体问题具体分析，例如设计高效数控机床的主轴组件时，主轴应满足高速和高刚度的要求；设计高精度机床时，主轴应满足高刚度低温升的要求。主轴组件的组成和轴承选型a.主轴组件 包括主轴、轴承、传动件和相应的紧固件。主轴组件的构造，主要是支撑部分的构造。主轴端部是标准的；传动件如联轴器与一般机械零件相同。因此，研究主轴组件，主要是研究主轴的支撑部分。b.主轴的传动件 可以位于前后支撑之间，也可位于后支撑之后的主轴后悬伸端。目前传动件位于后悬伸端的越来越多。这样做，可以实现分离传动和模块化设计。主轴组件（称为主轴单元）还可以作成独立的功能部件，又有专门的工厂集中生产，作为商品出售。主轴可用联轴器联结。c.主轴轴承 选深沟球轴承。这种轴承即可承受轻微径向载荷，又可承受轴向载荷。这种球轴承为点接触，刚度较低。为了提高刚度和承载能力，常采用多联组配的办法。运转时，轴承的外圈的散热条件比内圈好，因此，内圈的温度将高于外圈，径向膨胀的结果将使轴承的过盈加大。轴向膨胀将使过盈减少，于是，可以补偿一部分径向膨胀。基于上述分析，主轴受到弯矩，又属高速运转，因此主轴轴承必须采用多件组配。本机床支撑采用 2 个 6208 轴承。d.轴承的间隙调整和预紧主轴轴承的内部间隙，必须能够调整，多数轴承还应在过盈状态下工作，使滚动体和导轨之间有一定的预变形，这就是轴承的预紧。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639614轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支撑主轴，有利于提高运动精度。滚动体的直径不可能绝对相等，滚道也不可能绝对正圆，因而预紧前只有部分滚导体与滚道接触。预紧后，滚导体和滚道都有一定的变形，参加工作的滚动体将增多，各滚动体的受力将更加均匀。这些都有利提高轴承的精度、刚度和寿命。如主轴产生振动，则由于各个方面都有滚动体支撑，可以提高抗震性。但是，预紧后发热较多，温升较高；且较大的预紧将使寿命下降，故预紧要适量。e.承载能力和寿命主轴轴承通常载荷相对较轻。除了这些特殊重载主轴外轴承的承载能力是没有问题的。主轴轴承的寿命，主要不是取决于疲劳点蚀，而是由于磨损而降低精度。通常，如轴承精度为 级，经使用磨损后跳动精度降为 级，这个轴承就认4P5P为应该更换了。虽然还未达到其疲劳寿命，但这种“精度寿命”目前还难以估计。主轴组件的技术要求主轴与轴承相配合的技术要求直径公差和形位公差。为了得到主轴组件高的回转精度，除保证主轴及其相关零件高的加工精度及采用精密主轴轴承外，还应进行定向装配。主轴组件的动态特性a.平移 主轴作为一个刚体（实际上略有弯曲） ，在弹性支撑上作平移振动，主轴各点的振动方向一致。b.摇摆 主轴在弹性支座上摇摆，左右振动方向相反。c.弯曲 主轴本身作弯曲振动，主轴中间与两端的振动方向相反，有两个节点。这两个节点位于支撑点附近。每个振型都有其固有频率。每个振型固有频率排列的次序，称为阶。上述三个振型的固有频率，以平移振型为最低，弯曲振型为最高，三个振型分别为第一、二、三振型，振型和固有频率合成为模态。可以看出，第一、二阶模态的弹性环节主要是轴承；第三阶则主要是轴承。当轴的刚度提高时，第一、二阶模态的固有频率也随之提高，但第三阶模态提高不多。主轴是一个连续体，又无穷个模态。例如还有主轴的扭矩振动、纵向振动等。但是，这些模态的固有频率较高，工作是不可能发生共振，所以，只需研究最低几阶模态，可用有限元法或传递矩阵法，借助计算机计算。通常，主轴组件的固有频率很高，但是，高速主轴，特别是带内装式电动机高速主轴，电动机转子是一个集中质量，将使固有频率下降，有可能发生共振。改善动态特性，可采取下列措施。首先使主轴组件的固有频率避开激振力频率。通常使固有频率高于激振频率的 30%以上。如果发生共振的那阶模态属于主轴在弹性基础上（轴承）的刚体振购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639615动的第一阶（平移）和第二阶（摇摆）模态，则应提高轴承的刚度。如果属于主轴的弯曲振动，则应提高主轴的刚度，如加粗直径。其次增大比尼。如前所述，降低模态，常是主轴的刚度振动。这时主轴轴承，特别是前轴承的阻尼对主轴组件的抗震性影响很大。如果要求得到很大。如果要求得到很光的加工表面，滚动轴承适当预紧可以增大阻尼，但过大的预紧反而使阻尼减小，故选择预紧时还因考虑阻尼因素。最后采用消振装置。主轴轴承的润滑滚动轴承在接触区的压强很高，在这么高的压强下，接触区产生变形，是一块小面积的接触而不是一条线或一个点的接触：润滑剂在高压下被压缩，粘度升高了。因此，才能在滚动体与滚道的接触区，形成一个厚度的油膜，把两者隔开，滚道体与滚道的接触面积很小，所以，滚动轴承所需的润滑剂很少的。当然，也可用脂润滑，还有用油气润滑的。a.脂润滑滚动轴承能用脂润滑是它的突出优点之一。脂润滑不需要供油管路和系统，没有漏油问题。如果脂的选择合适、清洁、密封良好，不是灰尘、油、切削液等进入，寿命是很长的。一次冲填可用到大修，不许补充，也不要加脂孔。脂润滑可选用锂基脂，如 SKFLGLT2 号（常用于球轴承） 。b.油气润滑如果 dmn 值较大时，还需对轴承进行冷却。如果用油兼作润滑和冷却，则由于油的搅拌作用，温升反而会增加。最好用油润滑，用空气冷却。油雾润滑需能达到这个目的，但是易污染环境。比较好的方法是油气润滑。在吹向轴承的空气中定期地注入油，油并不雾化，用后可回收，不污染环境。油用于润滑。(3) 选择主轴电机主轴转速设计该数控磨床的磨头选择为圆柱头磨头。设计切削速度 =35m/s 刀具直径 D=500mmsv= (m/s) （2-sv10snd1）式中： -砂轮外圆线速度，m/ss-砂轮直径，mmsd购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639616-砂轮转速，r/ssn由（2-1）导出： = = =22.293r/s=1337.6r/min (2-ssdv10ms504.3/2)主轴转速：= =1337.6r/min (2-3)1ns电机转速 = =1337.6r/min (2-4)01查机械设计手册，所以选电机的转速 no=1440r/min电机功率选择= = （2-mP scvFcsmvP105）式中： P-砂轮电机实际输出功率,Km-电机到砂轮的传动效率;m-砂轮线速度， m/ssv= =0.99 =0.97 （2-m 2承联 29.06）由（2-5）得： P= = =5.41Kw (2-mscvF17./351smN7)查机械设计手册，选定电机功率为 5.5Kw综上所述，选择三相异步电机 Y132S-4 购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639617第 3 章 砂轮架（磨头）设计3.1 砂轮架设计(1) 砂轮机构的设计计算砂轮的选用砂轮采用标准件，根据需要，选用金刚砂砂轮，其尺寸参数为：外径=500mm、内径 =203mm、厚度 h=75mm，在加工过程中砂轮参数为：转速外d内dn=1440r/min，移动行程 s=700mm， 磨削进给量为 0.005mm。砂轮采用压板固定，另一端与有齿牙的轴套咬合。砂轮轴的设计其外形及各部分尺寸图如图 2-5 所示：图 2-5 砂轮轴外形尺寸图如图 2-5，轴的左侧直接与电动机通过联轴器相连，标注尺寸为 100mm 的轴段，它上面通过键与砂轮轴套相连，轴套上面固定砂轮。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639618轴套设计其外形及各部分尺寸图如图 2-6 所示：图 2-6 轴套外形及重要尺寸(2) 砂轮架设计的基本要求砂轮架是磨床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件，主要由传动部件和主轴轴承部分组成，主轴与轴承是砂轮架的主要组成部分，因此对砂轮架设计提出的基本要求也是针对主轴轴承部分的。砂轮架设计应满足以下几点基本要求：a.主轴旋转精度高，旋转稳定；b.主轴轴承系统刚性好；c.振动小，发热低，不漏油；d.装配制造简单，调整维修方便。(3) 主轴旋转精度及其提高措施砂轮架旋转精度是指主轴前端的径向跳动和轴向蹿动大小，它直接影响工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般平面磨床砂轮架允许的径向和轴向跳动允许误差取-5m5m 。提高主轴旋转精度的措施a.选择合适的主轴轴承；b.提高主轴的加工精度；c.正确选择主轴轴向止推方式。购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 19721639619(4) 主轴轴承系统的刚性主轴轴承系统的刚性是指在磨削力或传动力作用下，主轴轴承抵抗变形的能力。通常以主轴前端的挠度来度量。过低的刚性会降低磨削生产率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋线缺陷。(5) 砂轮架主轴初步设计进行轴的强度校核时，应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对砂轮架主轴来说，砂轮架主轴主要承受扭矩，应该按照扭转强度计算，且在选取许用应力时应该选取较小值。砂轮架主轴材料采用42MnVB，并进行淬火，故选取许用应力为 40MP。轴的扭转强度条件为:（2-639.5102PnTTWd8）扭转切应力（单位为 MP）T 轴所受扭矩（单位为 ）Nm: 轴的扭转截面系数（单位为 ）T 3 轴传递的功率（单位为 KW）p 轴的转速（单位为 r/mm）n 计算界面处的直径（单位为 mm）d 许用扭转应力（单位为 r/mm）T由上式可得轴的直径为6339.5102TPdn:= 364.35.=13mm (2-9)由上述计算可以得知砂轮架最小直径为 13mm，考虑到砂轮架的刚度等因素，取主轴的最小直径为 20mm。砂轮架主轴的尺寸如图 2-5 所示。(6) 主轴刚度校核当量直径因为是阶梯轴，所以用当量直径法作近似计算当量直径为：购买后包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 1972163962041vniLdlL=75+56+44+100+30=305mmd =v4 4420313605367=34.56mm （2-10）允许挠度允许挠度y=0.0002L 0.0002
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