磨床机可行性报告

1、磨床机可行性报告磨床机可行性报告 三叉轴万向节全自动外圆磨床数控 系统的研究 项目可行性报告及经费概算一、项目可行性报告（一）立项的背景和意义 随着科学技术的不断发展，磨削加 工技术作为一种先进的制造技术在国民生产、生活中占有重 要地位。随着对机械零件加工精度及其表面粗糙度的要求日益提 高，磨削加工技术得到发展，自动化成为磨削技术发展的重 要方向之一。目前磨削自动化在数控机床（CNC）技术日趋成熟和普及 基础上，正在进一步向数控化和智能化方向发展。磨削是一个复杂的多变量影响过程，对其信息的智能化处理和决策，是实现自动化和最优化的重要基础 1 o随着磨削加工技术的发展，磨床在加工机床中也占有相

2、当大的比例。磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床，是金属 切割行业的一个重要分支。据欧洲机床展览会（E MO）的调查数据表明，25%的企业认 为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占23%,钻削占22%,其它占8%;而磨床在企业中占机床的比例高达 42%,车床占23%,铳床占22%,钻床占14%2。我国从19492009年，开发生产的通用磨床有 1800多种,专用磨床有几百种，磨床的拥有量占金属切削机床总拥有量15% 左右3。磨削加工的高效化、直接驱动、在线测量与控制磨削过程、 量仪在线监控是磨床行业的发展趋势。由于磨床的工艺要求复杂，磨床的种类繁多，常见的磨床种类就包括外圆磨床、平

3、面磨床、内圆磨床、工具（刀具）磨床、无心磨床、非圆磨削机床、轧辐磨床、复合磨削加工单 元、立式磨床等。其中，外圆磨床主要用于磨削圆柱体和圆锥形的外表面， 数控多轴联动外圆磨床是外圆磨床中的一种。1864年世界第一台外圆磨床被制造由来，1964年又研制由了世界第一台数控（NC）外圆磨床。四十几年来，世界数控磨床的技术与数量在迅速发展4。万向节是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的关节”部件。万向节在机械工程和汽车工业的发展中起到了极其重要的作用。随着对万向节工作效率、强度、耐久性以及噪声性的不断改进，万向节成为一种重要的工程部件。三叉轴万向节

4、是一种适用于轴角较小的车用准等速万向节，具结构如图1图1三叉轴万向节的结构示意图三叉轴万向节经过锻造、成形后，其加工过程的最后一道环节就是磨削。由于三叉轴万向节需要与轴承套圈配合才能使用，具制造工艺对三个叉轴的外圆磨削精度的要求很高5;另外，磨削效率、磨削过程的自动化、制造成本都是其制造过程中必须 考虑的重要因素。与普通外圆磨床相比，数控外圆磨床有以下优势：（1）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；（2）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准 备时间；（3）机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工 用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）；（4）机床自动化程度高，可以减轻

5、劳动强度；（5）批量化生产，产品质量容易控制6。传统三叉轴万向节外圆磨床还处在半自动化的阶段，需 要手动分三次将三个叉轴分别放入磨削区域，效率低下，砂 轮容易误伤操作人员。三叉轴万向节全自动外圆磨床数控系统，重点研究送料机 械手、三叉轴外圆磨削装置、下料机械手、控制单元、控制 界面，同时研究磨削的控制过程，对送料机械臂、叉轴外圆 磨削装置、下料机械臂、控制单元、控制界面进行接合，实 现三叉轴万向节叉轴外圆磨削的全自动化。经项目查新，目前只有日本和泉金属工业株式会社在外圆 磨床高精度磨削技术的基础上，研制由专用的卡盘型三叉轴 外圆磨床；而在国内，磨床数控系统大多依赖进口，专用的 三叉轴全自动外圆

6、磨床技术更是落后。在国内，类似三叉轴全自动外圆磨床的申请专利有很多 7-9,但是真正把该装置做成实物并投入生产的几乎没有。因此，本项目的研究意义在于研制开发具有自主知识产 权、三叉轴万向节全自动外圆磨床数控系统，解决国内三叉 轴外圆磨床自动化水平低、操作工人劳动强度大、工作效率 低和产品质量不易控制等问题；通过对叉轴外圆磨削装置和 上、下料机构的设计，解决三叉轴万向节的三个叉轴的转动 给进磨削问题，实现三叉轴万向节的自动给进和自动磨削 研究成果在机械加工自动化领域有广阔的应用前景。(2)国内外研究现状和发展趋势三叉轴万向节全自动外圆磨床数控系统需要研究送料机械手、三叉轴外圆磨削装 置、下料机械

7、手、控制单元、控制界面，以及需要研究系统 的配套和调试。以下内容将对外圆磨削技术、上下料机械手、三叉轴外圆 磨削装置的主轴单元制造技术和进给单元制造技术的发展 趋势进行介绍。2.1 磨削技术国内外研究现状和发展趋势磨削加工是一种古老而自然的制造技术，应用范围遍布世界各地，然而数千年来磨削速度一直处于低速水平O高速切削的概念源于德国切削物理学家Carl.J.Salomon博士 1929年所提由的假设，即在高速区当切削速度的死谷”区域，继续提高切削速度将会使切削温度明显下降，单位切削力也随之降低9 o20世纪后，为了获得高加工效率，世界发达国家开始尝试高 速磨削技术。在高速、超高速精密磨削加工技术

8、领域，德国及欧洲领先，日本后来居上，美国则在奋起直追。欧洲，高速磨削技术的发展起步早。最初高速磨削基础研究是在20世纪60年代末期，实验室磨削速度已达 210-230m/so意大利的法米尔（Famir）公司在1973年9月西德汉诺威国 际机床展览会上，展由了砂轮圆周速度120m/s的 RFT-C120/50R型轴承套圈外沟的高速磨床。德国的Guehring Automation公司于1992年成功制造由砂 轮线速度为140-160m/s的CBN （立方氮化硼）磨床，线速度 达180m/s的样机11 o1967年,美国的61m/s磨床投入市场，1969年生产由80m/s 的高速无心磨床。1970

9、年，本迪克斯公司曾生产了91m/s切入式高速磨床。1971年，美国Carnegie Mellon大学制造了一种可用于外圆 磨削的无中心孔的钢质轮，在其周边上镶有砂瓦，工作速度达 到 125m/s。1993年,美国的Edgetek Machine公司首次推由的超高速磨 床，采用单层 CBN砂轮，圆周速度达到了 203m/s,用以加工淬 硬的锯齿等，可以达到很高的金属切除率 12。日本高速磨削技术在近 20年来发展迅速。1976年，在凸轮磨床上开始应用CBN砂轮进行40m/s的高速磨削。1985年前后，在凸轮和曲轴磨床上，磨削速度达到了 80m/s。1990年后，开始开发160m/s以上的超高速磨

10、床。1993年前后，使用单颗粒金刚石进行了250m/s的超高速磨削试验研究。目前，实用的磨削速度已达到了200m/s。400m/s的超高速平面磨床也已研制由来。日本的丰田工机、三菱重工、冈本机床制作所等公司均能 生产应用CBN砂轮的超高速磨床。Shiniz等人，为了获得超高磨削速度，利用改造的磨床，将两 根主轴并列在一起：一根作为砂轮轴，另一根作为工件主轴，并 使其在磨削点切向速度相反，取得了相对磨削速度为u s+ U W的结果，因止匕，砂轮和工件间的磨削线速度实际接近 1000m/s13。高速磨削技术在国内也引起了高度重视。我国高速磨削起步较晚，自1958年，我国开始推广高速磨削 技术。19

11、76年，东北大学与阜新第一机床厂合作 ，研制了 F1101型 60 m/s高速半自动活塞专用外圆磨床。20世纪90年代至现在，东北大学一直在开展超高速磨削技 术的研究，并首先研制成功了我国第一台圆周速度200m/s、额定功率55kw的超高速试验磨床，最高速度达250m/s2。从2002年开始，湖南大学开始针对一台 250m/s超高速磨床 主轴系统进行高速超高速研究，并在国内首次进行了磁浮轴承设计14。2.2 工业机械手技术国内外研究现状和发展趋势机械手是按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是夹持工件（或工具）的部件，根据被抓持

12、物件的形 状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，有夹 持式、托持式、吸附式等15-17;运动机构，使手部完成各种 转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被 抓持物件的位置和姿势；控制系统的核心通常是由单片机或 dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手是最早由现的工业机器人，也是最早生现的现代 机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动 化。机械手研究始于 20世纪中期，计算机和自动化技术的发 展为机器人的开发奠定了基础。机械手首先是从美国开始研制的。美国于1947年开发了遥控机械手，用于在有害环境下保 护人身安全；1948年，美国又开发了机械式的

13、主从机械手； 1958年美国联合控制公司研制由第一台机械手钟接机器人； 1962 年，美国 AMF 公司推由的 “VERSTRAN 和 UNIMATION 公司推由的 “UNIMATE是机器人最早的实用 机型；90年代初，由布鲁塞尔皇家军事学院Y.bando教授领导的综合技术部开发的电子气动机械手，能在人不易进入的 危险区域进行地形侦查；2011年，美国哈弗大学研究院George M.Whitesides和同事共同研制由一种形状似海星的柔 性气动机械手臂，可活捉老鼠或握住生鸡蛋18-19 o我国与1972年开始研制自己的工业机械手。进入80年代后，我国机械手技术得到了政府的重视与支 持。工业机

14、械手经过 七五”攻关计划、 九五”攻关计划和 863 计划的支持已经取得了较大进展，但进口机械手占了绝大多 数。目前我国机械手技术相当于国外发达国家20世纪80年代，不能生产高精密、初的水平，特别是在制造工艺与装备方面 高速与高效的关键部件。近年来，国内较先进的机器人 （机械手）研究机构或单位有： 哈尔滨工业大学、中科院沈阳自动化研究所、北京自动化研 究所、清华大学、国防科技大学和北京航空航天大学等。2006年，哈尔滨工业大学研制”863重点项目一小型智能飞行机器人系统；沈阳自动化研究所的水下载人机器人项目（2001年-2005年）主要用于海洋科考、海底资源探测，其研究成果代表了我国在这一技术

15、领域的发展水平；在2010年，合肥研究院智能所和先进制造所在国家“863重点项目地震废墟搜救机器人 ”的支持下完成了单兵操作搜救仿人手，在研发过程中解决了传物简单轻巧的两节可伸缩机械臂 和三指灵巧手的设计问题；2011年山东科技大学研制由油田 钻柱操作机械手，主要用于钻井时的钻杆、钻铤等的装、卸 工作20。2.3 磨床主轴单元国内外研究现状和发展趋势主轴单元包括主轴动力源、主轴、轴承和机架几个部分，它影响加工 系统的精度、稳定性及应用范围，其动力学性能及稳定性对 高速高效磨削、精密超精密磨削起着关键的作用。提高砂轮线速度主要是提高砂轮主轴的转速，特别是在砂 轮直径受到限制的场合（如内圆磨削）。

16、因而，适应于高精度、高速及超高速磨床的主轴单元是磨 床的关键部件。国外主轴单元技术的发展很快，有些公司专门提供各种功能的主轴单元部件，这种主轴单元部件可以方便地配置到加 工中心、超高速切削机床上。近年来高速和超高速磨床越来越多地用电主轴作为其主 轴单元部件，如美国福特公司和Ingersoll公司推由的加工中心，其主轴单元就是用的电主轴，其功率为65kw,最高转速达150000r/min ,电机的响应时间很短。目前，国内主轴单元的速度大约在 10000r/min以下，且其 精度、刚性及稳定性有待于考验和提高 ，同时缺乏高速、高精 度、大功率的主轴单元（电主轴）。需要进一步研究的重点如下：大功率、

17、高转速和高精度的 驱动系统的研究与开发；高刚性、高精度、高转速重负荷的 轴承或支承件的研究与开发：高速、高刚性、高精度的砂轮 主轴和工件头架主轴的制造技术 21。2.4 磨床进给单元国内外研究现状和发展趋势数控机床普遍采用旋转电机（交直流伺服电机）与滚动丝杠组合的轴向 进给方案。但随着高速高精度加工的发展，国外都普遍采用了直线伺 服电机直接驱动技术，高动态性能的直线电机结合数字控制 技术，可达到较高的调整质量，也可满足上述要求，如德国 西门子公司就在 1997年国际牵引电气设备混合委员会会议 作了直线电机120m/min高速进给的表演，而该公司的直线 电机的最大进给速度可达 200m/min其

18、最大推力可达 6600N , 最大位移距离为504mm。又如日本三井精机公司生产的高速工具磨床，主轴上下移 动(行程25mm)采用直线电机后，可达 400m/min ,是原来的 2倍，加工效率提高3-4倍。我国国产数控进给系统(特别是高速、高精度进给系统 )与 国外相比还有很大的差距，其快速进给的速度一般为 24m/min22。主要参考文献：1赵恒华，王 颖.磨削加工技术的发展及现状J.机械制造 与自动化，2007, 36(2):5-7. 2席春江.外圆磨床评述J.精密制造与自动化，2007(4):5-8. 3姚 峻.国内外数控立式复合磨床的概况和发展趋势J.精密制造与自动化，2008(4):

19、4-7. 4世界机床行业综合水平研究课题组.海外磨床行业发 展趋势及与我国水平的比较J.装备机械，2005(1):8-9. 5石宝枢.三球销式万向节三柱槽壳凹槽尺寸的设计计算J.轴承，2009(5):8-10. 6胡东红，王平江，陈吉红.外圆磨床数控系统研究J. 机床与液压，2009, 37(5):5-10. 7高天安，于姝林.一种三叉轴的加工方法及夹具P.中国专利：200710068738.1,2007-05-17. 8万向钱潮股份有限公司 .万 能磨床磁性夹具P.中国专利：200520103005.3,2005-06-16. 9天津市中马骏腾精密机械制造有限公司.新型磨床P.中国专利：20

20、1020122026.0,2010-03-03. 10林士龙，王晓燕.高速磨削技术的发展趋势及其相关技术J.沈阳航空工业学院学报，2005,22(5):40-42. 11王 波，穆东辉.CBN高速数控外圆磨床的开发与应用J.精密制造与自动化，2005(3):31-34. 12周志雄，邓朝晖，陈根余，等.磨削技术的发展及关键技术J.中国机械工程,2000(2):186-189. 13李伯名，等.现代磨削技术M.北京：机械工业由版社，2004. 14彭 浩.数控复合磨削技术的发展及研究现状J.航空制造技术，2010(10):54-57. 15宋佐时，易建强，赵冬斌.移动机械手控制研究进展J.机器人

21、，2003,25(5):465-469. 16芮执元，刘涛.码垛机器人运动学分析与仿真J.机械制造，2010,48(548):7-10. 17于传浩，章涤峰.一种气动机械手夹持机构的设计J.液压气动与密封,2003(5): 22-28. 18肖珑.液压与气动传动技术.西安:西安电子科技大学生版社，2007. 19李录锋.基于可编程控制器的机械手模型控制系统设计J.制造业自动化，2010, 33(12):45-47. 20王鹏，朱龙英，朱德帅，等.工件抓取机械手的 臂部结构改进设计J.机械研究与应用，2011(3):66-69. 21邓康一.气动机械手的结构设计及伺服控制研究D.西安：西安建筑科

22、技大学，2008. 22胡东红，王平江，陈吉红.外 圆磨床数控系统研究J.机床与液压，2009, 37(5):5-10. (3)项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点3.1项目主要研究开发内容本项目以三叉轴万向节全自动外圆磨床数控系统为研究对象，通过系统控制单元对机械 手、三叉轴外圆磨削装置的主轴单元和进给单元、磨床支承 单元构件这几个部分控制，实现三叉轴万向节在该外圆磨床 数控系统上的全自动磨削，主要研究内容为：(1)确定机械手的方案并对其进行设计。根据本系统中机械手的特点，确定其总体设计方案，设计 机械手的气动伺服系统、执行机构和控制部分。(2)磨床系统主轴单元制造技术。研究决定高速主

23、轴单元性能的因素，包括设计方法、材料、结构、轴承、润滑冷却、动平衡、噪声等多项相关技术。(3)磨床系统进给单元制造技术。参照三叉轴万向节形状的特点，以实现三个叉轴的外圆磨 削为目的，确定进给磨削单元的结构设计。(4)系统控制单元对整套集成系统的控制。拟采用可编制程序控制器(PLC)对系统进行控制。1 .2项目技术关键(1)结构合理、经济并能满足工作需要的机械手的设计。(2)磨床系统进给单元的研究：三叉轴万向节进给的路径、磨削加工范围和磨削完成时间。(3)机械手、主轴单元和进给单元系统各部分规格的配 套，并选择合适的结构参数。2 .3项目主要创新点1.与三叉轴万向节形状和磨削运动路径相匹配的机械

24、手的设计。3 .与整个全自动磨床系统相匹配的控制系统的软硬件设 计。4 .与传统的半自动三叉轴万向节外圆磨床相比，能系统实现三叉轴磨削的全自动化、节约劳动成本和时间，保障操作 人员的工作安全。(4)项目预期目标(主要技术经济指标、社会效益、技术应用和产业化前景以及获取自主知识产权的情况)4.1主要技术指标以下是该系统的各主要技术指标。项目 参数 磨削加工范围 外径 16mm-25mm宽度 10mm-25mm 加工余量 0.3mm MAX 电源 动力源 AC400V± 10%、50Hz、总功率 16KW 控制电压 AC100V、 50Hz、DC24V 相数 3相床头主轴转速 0-300

25、0r.p.m选用交流永磁伺服电机控制轴方向移动量 50mm半径方向移动量25mm工件夹持方式采用油缸连杆方式加紧，单支承 主轴角度调整 支0上下料方式 龙门式上下料 双机械手双 工位方式 电机型号10 Nm伺服电机 直线行程1700mm加 紧方式120。等分，三爪气动夹紧 4.2主要经济指标 预计本 项目研制的产品，第一年产量100套，每套成本8万元，每套售价20万元，销售额2000万元，利润128万元，利税100 万元。以后产品根据市场情况逐年增加。项目的间接效益非常巨大，随着本项目的普遍实施，将大 量普及专用的三叉轴万向节全自动外圆磨床，节约了劳动成 本，提高了生产的效率，有效地保障操作工

26、人的工作环境。4.3 知识产权申请情况 国内尚无自主研发和生产的三叉 轴万向节全自动外圆磨床数控系统的。对该课题进行完全自主的深入研究，相关的关键技术、创新发明都将通过申请专利加以保护，申请专利2-3项，其中实用专利2项。4.4 应用前景2010年，世界28个主要机床生产国家和 地区产值达663亿美元，较2009年增长了 21%。其中，中国机床占全球机床产值的31%。中国为世界机床第一大生产国，日本居第二位，德国位列 第三，之后依次是意大利、韩国、中国台湾、瑞士和美国。无论从国家产业政策与宏观经济形势层面上看，还是从主 要用户行业需求层面上看，数控机床市场均看好。数控外圆磨床主要用于汽车、军工

27、、机械工业等行业不同 零件的外圆柱面，轴肩面的批量精加工，要求可靠，稳定， 耐用，高效，自动化。目前我国金切机床拥有量的构成中，车床占42%以上，磨床仅占2%左右，而美，德，日等发达国家则是各占 17-20% 左右，随着我国工业化进程的逐步实现，磨床的构成比也必 将逐步上升。从产量来看，目前外圆磨床占我国磨床总产量的比例大约 为30%左右，而数控外圆磨床仅占数控机床产量的6%左右，反映了数控磨床具有的市场潜力。因此，研究三叉轴万向节全自动外圆磨床数控系统将产生 巨大的经济效益和社会效益。加之我们拥有自主知识产权，产品的应用市场前景非常光 明。（五）项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解 5

28、.1 研究方案 三叉轴万向节全自动外圆磨床数控系统的框图如 图2所示：输料道上料机械手三销轴磨削装置下料机械手由料道 图2磨削系统总框架具体研究方案如下：5.1.1上下料机械手技术的研究 设计气动机械手的原则是：充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作 业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的 结构形状和材料特性，满足定位精度要求及抓取、搬运时的 受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结 构及运行控制的要求；尽量选用的标准组件，简化设计制造过 程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。机械手技术研究可以分为以下阶段：(1)研究机械手的驱动方式及

29、其各自优劣机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、 气动式、电动式、机械式机械手。液压式机械手的驱动主要由夹紧缸、伸缩缸、升降缸、回转缸组成，具特点是：结构紧凑，动作平稳，耐冲击，乃振动，防爆性好，输由力 和力矩大；但是液压原件要求较高的密封性，否则易造成污 染，而且运动精度比电动驱动低。液压驱动一般使用与大型重负荷码垛机器人。气动式机械手的驱动通常由各种气缸、气阀和气马达组成。目前，先进的气压驱动常采用可编程逻辑控制技术来实现 气动自动化。其特点是：动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便；但同时进行速 度精确控制较难，由于气压不能太高，故大多用于中低负荷的机械系统中电动式机械手是目前使用最多的

30、一种驱动方法，其特点 是电源方便，响应快，驱动力大，信号检测、处理方便，并 可采用多种灵活的控制方式，一般采用步进电机或伺服电 机；但是其造价高，控制也较为复杂。机械式机械手节省能源，可做动作单一，不能满足复杂 制品的要求。综合各机械手驱动方式的优缺点，针对本系统的实施对 象（三叉轴万向节），并考虑产品的成本，本项目选择的机 械手驱动方式为气动式。气动机械手能够快速准确地上下料，有一定的承载能力和 灵活的自由度，能自动定位到指定位置。（2）研究机械手的坐标形式和自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其坐标形式可分为直角坐标 式、圆柱坐标式、球坐标式和多关节坐标式。根据三叉轴万向节上、下

31、料的特点（如图 3）,选择三自由 度的圆柱坐标式机械手。图3三叉轴万向节运动路径 机械手结构示意图如图 4, 机械手手臂的左右运动（水平方向）由伸缩步进电机控制，上 下运动（垂直方向）由升降步进电机控制，逆时针和顺时针旋 转运动则由底盘直流电机的正反转控制。机械手的夹紧装置采用三爪气动夹紧结构，具夹紧与松开用气压驱动，并由电磁阀控制图4机械手示意图 （3）研究机械手伺服系统技术 机械 手能实现伸缩、回转、升降的动作，每一个动作都由电气 一 气压伺服系统驱动。图5是机械手伸缩运动电气 一气压伺服系统原理图。它主要由放大器、电气伺服阀、气缸、机械手手臂、齿轮 齿条机构、电位器和步进电机等元件组成，

32、它是一个电气 一 气压伺服系统。1放大器；2电气伺服阀；3气缸;4机械手手臂；5 齿轮齿条机构；6电位器；7一步进电机 图5机械手伸缩运 动电气一气压伺服系统原理图当电位器的触头处于中位时，触头上没有电压输生。当它偏离这个位置时，由于产生了偏差就会输由相应的电 压。电位器触头产生的微弱电压，经放大器放大后对电气伺服 阀进行控制。电位器触头由步进电动机带动旋转，步进电动机的偏转方 向以及角位移和角速度由数字控制装置发生的脉冲数和脉 冲频率控制。齿条固定在机械手臂上，电位器壳体固定在齿轮上，所以 当手臂带动齿轮转动时，电位器壳体同齿轮一起转动，形成 负反馈。(4)研究手部结构的设计 手部就是与物件

33、接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式、托持式和吸 附式。本项目中采用夹持式机械手，并且根据工件的特点将其设 计为120°等分的三爪式。1.1.2 三叉轴万向节磨削进给技术的研究三叉轴万向节的三个叉轴需要分别对其进行磨削，因此设计了一种特殊的 进给结构，主要包括工作台面、上盖、同心联动轴、分度卡 盘等。分度卡盘示意图如图 6。图6分度卡盘示意图 三叉轴万向节的运动过程如下： 三叉轴万向节按一定方向放置在分度盘上，当磨床工作台启 动时，上盖下压，三叉轴万向节被上盖、分度盘、工作台面 夹紧，同心联动轴与三叉轴万向节待磨削的轴在同一轴心 上，同心联动轴的转动带动待磨削的第一轴进

34、行自转，同时 砂轮启动，并且按规定的背吃刀量作往复的横向给进运动， 配合砂轮的转动，360°旋转磨削该轴；第一轴磨削完成后，同心联动轴停止转动，砂轮停止工作并向后收缩，上盖上升 恢复到初始位置；将分度盘转动1200,再次将三叉轴万向节夹紧，转动同心联动轴，启动并推进砂轮，磨削第二轴；第 二轴磨削完成后，同心联动轴停止转动，砂轮停止工作并向 后收缩，上盖上升恢复到初始位置； 将分度盘再次转动120。, 将三叉轴万向节夹紧，采用与第二轴磨削相同的工序来磨削第三轴；第三轴磨削完成后，同心联动轴停止转动，砂轮停 止工作并向后收缩，上盖上升恢复到初始位置。1.1.3 控制系统的研究根据机械手的

35、工作要求和运动规律，选用PLC作为控制系统的控制器。PLC具有编程简单、可靠性高、通用性好、功能强和使用 方便的特点。PLC控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，大量的工作时间将用在软件设计上，也就是程序设计上。由于PLC内部继电器数量大，其接点在内存允许的情况下 可重复使用，具有存储数量大、执行速度快等特点。PLC程序设计流程如下图 7:确定被控制系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序分配输入输由设备 设计PLC程序画由梯形图 实现用计算机对PLC的梯形图直接编程 对程序进行调试 图7 PLC程序 设计流程采用PLC控制具有如下的优点：编程简单，可以在现场修改和调试程序，达到对生产要求的随

36、 时改变； 维修方便，采用插入式模块结构，可以计数旋转 编码器以及其他各种传感设备的脉冲而给予相应的输生，是 传统继电器所达不到的；可靠性高于继电器控制系统、体积 小于继电器控制系统；能利用组态软件与管理中心计算机系 统进行通信；系统扩展时，原系统只需做很小的改动；与变频器进行通讯，是机械手动作平稳1.1.4 基座结构的设计 基座是机械手的基础部分， 机械手 执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，是支撑机械 手全部重量的构件。对其结构的要求是刚性好、占地面积小、操作维修方便和 造型美观。基座结构从形式上可分为落地式和悬桂式，工作时基座都应给予以固定。根据总体设计中的设计要求，本项目中机械手

37、的基座采用 落地固定式。5.2 技术路线整个课题的研发技术途径采用调研分析 产品试制-技术攻关-产品改进的方式，从易到难，从简到繁， 在重点攻破关键技术的基础上不断完善整个方案。整个课题分六个阶段完成。第一阶段研究机械手的总体设计方案，包括机械手驱动 方式、坐标形式和自由度、机械手的工作过程和工步时间分 配、伺服系统技术等。第二阶段设计机械手的手部结构、手臂结构和基座结构。第三阶段研究与三叉轴万向节外圆磨削相匹配的自动磨削装置，包括主轴单元和进给单元。第四阶段开发控制系统，包括系统的硬件和软件。第五阶段对该套安全控制系统进行调试运行。第六阶段研究该三叉轴万向节全自动外圆磨床数控系统 的性能和响

38、应参数。5.3 组织方式与课题分解(1)建立项目领导小组：负责各课题的分工总体协调、经费预算和实施进度。注重技术的集成和配套；组织多学科跨领域联合研究团 队，形成产学研紧密联合机制。(2)建立课题组工作例会制度：每月举办一次课题进展情况通报会，交流研究成果，协商解 决存在的问题，不定期地进行沟通和交流，保证课题组的正 常进行。(3)成立专家技术组：项目实行课题负责制，课题负责人对课题负有全面责任。课题每年均应按规定的内容向管理部门提交年度总结报 告，课题结束时呈报课题研究工作总报告及技术报告。提高项目管理的透明度，请第三方中介机构或监察督查部 门介入项目全过程管理。(4)课题将严格按照国家、省

39、科技厅的有关项目管理办 法，认真组织实施，项目专款专用，按预算支由，项目组将 每月定期检查研究进度，按期提交年度进度报告，保证项目 内容与目标的按期完成。研究内容 责任人(课题分解)参加人员 整体设计，组织协调，验收，成果推广应用项目负责人 其他项目组成员机械手的研制第二成员 第六成员 控制系统软硬件的编程第三成员 第七成员自动磨削装置的设计第四成员 整套系统的调试及运行项目负责人 第二成员、第三成员第六成员、第七成员 系统性能的研究 第五成员 项目负责人（6） 进度安排 起始年月 进度目标要求（每栏限80字） 2011-06-01至2011-12-31市场调研，分析研究，确定最终的 技术方案

40、。2012-01-01至2012-06-30研究机械手驱动方式、坐标形 式和自由度、机械手的工作过程和工步时间分配、伺服系统 技术。设计机械手的手部结构、手臂结构和基座结构。2012-07-01至2012-12-31研究与三叉轴万向节外圆磨削 相匹配的自动磨削装置，包括主轴单元和进给单元。开发控制系统，包括系统的硬件和软件2013-01-01至2013-06-30对该套安全控制系统进行调试运行。2012-07-01至2012-12-31相关技术文件的整理、总结和 归档；研制样机送检。组织小批量试生产，组织产品的鉴定和验收（七）现有工作基础和条件二、经费概算 凡申请财政分期补助的项目，均应当编制

41、科研项目经费概算。经费概算包括两部分：一是经费概算列表，二是经费概算说明。经费概算列表的表式见该提纲附表省级科技计划项目经 费概算表工经费概算说明包括：对承担单位和相关部门承诺提供的支撑条件进行说明；对 各科目支由的主要用途、与项目研究的相关性、概算方法、 概算依据进行分析说明；对其他来源经费进行说明。项目可行性报告及经费概算编写应当回避项目申报单位和项目负责人、成员相关的信息，否则作无效申报处置。附表：省级科技计划项目经费概算表项目名称：三叉轴万向节全自动外圆磨床数控系统的研究金额单位：万元序号概算科目名称 合计省财政拨款 经费地方部 门配套经费 自筹经费 (1)(2)(3)(4)(5) 1

42、 一、经费支由(合计) 50 20 30 2 1、设备费 30 0 30 3 (1)购 置设备费30 0 30 4(2)试制设备费 0 0 0 5(3)设备租赁费0 0 0 6 2、材料费 3 3 0 7 3、测试化验力口工费 2 2 0 8 4、 燃料动力费 1 1 0 9 5、差旅费1 1 0 10 6、会议费1.5 1.5 0 11 7、合作、协作研究与交流费3 3 0 12 8、曲版/文献/信息传播/知识产权事务费 2.5 2.5 0 13 9、人员劳务费 3 3 0 14 10、 专家咨询费 2 2 0 15 11、管理费1 1 0 16 12、其他开支 0 0 0 1二、经费来源(合计)50 2 1、申请省财政经费 20 3 2、地方、部门配套拨款 4 3、自筹经费30 5 (1)单位自有货币资金30 6 (2)其他资金 省财政科技经费拨付进度申请第1年第2年第3年金额12 8比例()60 40注:支由概算按照经费开支范围确定的