数控磨床设计说明书

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第一章第一章 磨削技术的发展磨削技术的发展1.11.1 磨削技术发展概述磨削技术发展概述 随着新技术的开发应用，近年来消磨的效率、精度和加工范围显著提高。特别是对于难加工材料的高效高精度加工，磨削起着极其重要的作用，各种磨削新技术、新工艺和成品层出不穷。主要在以下几个方面的发展比较突出。1.1.11.1.1 高速和强力磨削高速和强力磨削一般来将，按砂轮的线速度 Vs 的高低，将磨削分为普通磨削（Vs45m/s） 、高速磨削（45=Vs=150m/s） 。由于 CBN 砂轮的使用，强力磨削突破传统磨削的限制，生产率成倍提高，有些零件的毛坯，不需要经过粗切

2、加工，可直接磨削成为成品。目前，磨削速度一经达到 120m/s，大切深缓进给的强力磨削也得到了广泛应用。在强力超高速磨削加工中，现有得砂轮、砂轮传统装置和磨床，限制了磨削速度，其最大值为 25m/s。为了超过该限制，某些重要系统零部件需要优化。在开发设计相应得高速磨床时，应该主要考虑动力特性、传统效率和安全测试装置，平衡系统在最大速度时必须能自动运转。开发高速砂轮时，应该考虑高得强度、材料性能的各向同性和较小的轮毂重要，时极为重要因素，开发的专用高速砂轮的轮毂应该具有最小的颈向膨胀，量好的阻尼特性和良好的导热性。适合于 CBN 高速磨削的磨床，应该具有诸如接触检测和振动监视以及平衡监视系统，这

3、样财能保证操作安全。高速、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快，如德国德 Aachen 大学、Bremm 大学、美国德 Connection 大学等，有德在实验室完成了 Vs 为 250m/s、350m/s、400m/s 德实验。拒报道，德国 Aachen 大学正在进行目标为 500m/s 德磨削实验研究，在实用磨削方面，日本丰田工机德 G250型 CBN 高速外圆磨床采用 400mm 电镀 CBN 砂轮，线速度可达 200m/s，可适用于多种工件德磨削加工16。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1.1.21.1.2 高精度磨削高精度磨削现代高精度磨削技术德发展，使磨

4、削尺寸精度达到 0.10.3m，表面粗糙度达到 0.20.05，磨削表面变质层和残余应力均很小，明显提高了加工零件的质量。同时，精密、高速进给单元的出现为高精密磨削提供了有利条件。在20 世纪 90 年代后期，国外都普遍采用了直线伺服电机驱动技术，高动态性能的直线电机结合数字控制技术，可使磨削达到相当高的精度和速度。如德国西门子公司早 CIMT97 作了直线电机 120m/min 高速进给表演，而该公司的直线电机最大进给速度可达 200m/min，其最大推力可达 6600N，最大位移为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 40

5、0 次/min，使原来的 2 倍，加工效率提高了34 倍。1.1.31.1.3 圆及椭圆等非圆表面的精密加工圆及椭圆等非圆表面的精密加工为了提高机电产品的性能质量、发展高新技术，现在越来越多零件的制造精度要求越来越高，形状也越来越复杂，如高精度轴承的滚动体圆度要求小于0.5m;液浮陀螺球表面的球度要求为 0.20.5m；激光打印机的平面反射和录像机磁头的平面度要求为 0.04m，粗糙度为 0.02m。为了提高效率，减少阻力和降低噪声，既要精密传递运动又要密封压缩做功，螺杆压缩机包括成型螺旋曲面；管平膨胀机的叶轮、飞机螺旋桨、潜水艇的推进器等都又极其复杂空间曲面；现代汽车发动机的活塞也不使圆柱型

6、而是要求具有椭圆鼓性的；为提高强度和适用寿命，机械轴也不再是圆柱形而是由几个段圆弧组成棱柱体；卫星天线馈源要求有方与圆光滑的过渡实体；而各类特殊刀具与磨具，其型面也极其复杂。所有这些，都要求数控机床具有高性能、高精度和稳定加工复杂形状零件表面的能力 。因而要求我们设计高性能、智能化、系统化、多轴联动的新型数控系统。国内外对原形表面工件的磨削加工方法已相当成熟，能够加工精度要求再响应的外圆磨床上容易的实现。而复杂形工件的精密磨削却很难实现，以往非圆截面工件的加工组要采用机械运动合成法和硬靠模仿形加工法来实现13。80精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业年代初期，国外开始研制非圆截面工件的数

7、控加工车床，又称为无凸轮加工车床。英国的 AE 集团投资 500 万英镑于活塞自动加工线，其中最关键的设备就是加工非圆活塞的数控车床。该车床用金刚石车刀一次成形非圆截面，其主轴转速达 2500r/min，生产率可达 80000 件/周。日本株式会社大隈铁工所研制的BLCAM 非圆数控车床，监工非圆形活塞时，主轴转速高达 3000r/min。与传统的凸轮、液压仿行等加工方法相比，加工效率提高三倍以上。再加工椭圆度为 0.3mm 的工件时，主轴转速为 3000r/min，加工精度可达+2.5um。日本泷泽铁工所研制的 TPS-3000CNC 车床采用了专用的电磁驱动伺服机构来完成非圆工件车削时的高

8、速往复进给运动，以获得微米级的进给运动控制精度和较高的响应速度。该车床可加工长短径差为 25mm 的椭圆形工件。美国的 Ingersoll 公司再研制非圆截面工件无靠模数控车床中，采用了实体造型技术，使非圆截面工件的世纪、制造实现了一体化。并采用了再线检测技术以稳定地保证产品的质量，提高生产效率。美国 CROSS 公司相继开发的 PTM-2000 型非圆工件加工数控车床，使加工变椭圆形活塞时，生产率可达 150 件/h，加工误差小于+3.8um。在我国，对于形状简单的非圆截面工件的数控车削加工，一经有较成熟的技术及响应的设备。长沙国防科技大学于 1990 年初，TP801 单机板开发了软靠模活

9、塞加工装置。利用该装置再 CA6250 普通车床上加工活塞的实验表明：当工件直径为 110mm，机床转速为 700r/min，纵进给量为 0.2mm/r，活塞的头部与裙部，可在一次装夹中，用不同的程序加工出来，椭圆度误差为+10um。可在加工之前，用户必须事先将编制好的程序，固化在 EPPOM 中，此外在1998 年，该大学开始对基于 PC 机的直接驱动微位移机构来实现非圆零件磨削技术进行了研究，并有相关论文的发表。清华大学 1993 年研制成功了 TH-50型与 TH-200 型高频响大形程微进给机构，并以 CM6140 为基础，研制出了非圆截面精密数控车削系统。利用该车削系统车削 FL91

10、2 活塞时，在主轴转速为1400r/min 的条件下，最大加工误差为+0.006mm。国内外对于非圆表面加工的研究开发大多是基于车削加工的，而磨削作为机械精密加工的重要方法之一，应该在非圆表面的加工方面加大研究力度，尽快研究开发出关于非圆表面的高速精密摩削的数控技术及加工工艺。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1.21.2 数控系统的回顾与发展趋势数控系统的回顾与发展趋势1.2.11.2.1 数控系统的发展历程数控系统的发展历程数控（Numerical Control 简称 NC）系统是一种控制系统，它能自动阅读输入载体上预先给定的数字值，并将其译码，使机床移动并加工零件。数控系统使数

11、控机床等自动加工设备的核心和重要研究内用，它综合了计算机、自动控制、电气传动、测量技术等多项技术，解决了复杂零件的制造问题，其准确、高效的加工方式，改变了以往机械工业周期长、效率低的局面：其柔性的工作 方式，能充分适应多品种、小批量的现生产方式。利用数控技术，可以大幅度缩短产品的制造周期，提高产的加工质量，加速产品的更新换代，提高产品的竞争力。数控技术的发展水平已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。自 1952 年美国麻省理工学院伺服机构实验室研制出第一台三坐标数控铣床以来，数控系统在制造工业，特别是在航天航空工业中被广泛地应用。随着微电子技术与计算机技术地发展，近 50 年来，数控系统经

12、历了而以下来两个阶段、六个时代的发展历程。第一阶段：硬件数控系统（19521970）这一阶段数控系统的各种控制功能都由硬件逻辑电路完成，它分别经历了电子管时代、晶体管时代和小规模集成电路三个时代。这一阶段的数控系统功能简单，灵活性差，设计周期长，因而限制了其进一步发展和应用。第二阶段：计算机数控系统（Computer Numerical Control 简称 CNC）（1970至今）少计算机控制的系统。到 1974 年后随着微处理器的快速发展出现了采用微型电子计算机控制的第五代数控系统。经过几年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。自 70 年代末到整个 80 年代，数控技术在全

13、世界范围内得到了大规模的发展和应用。从 90 年代开始，微电子技术和计算机技术的发展速度突飞猛进，个人计算机 PC 的发展尤为突出，在软硬件以及外围器件等各个方面的进展日暮途穷新月异，计算机所有芯片的集成化程度越来越高，功能越来越强，南昌成本却越来越低，原来在大中型机上才能实现的功能现在在微型机就可以实现。在美国首先出现了在 PC 机平台上开以的数控系统，即 PC 数控系统，也就是我们现在说的第六代数控系统。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第六代数控系统在功能软件上已取得较大进展，具备了交互式对话编程、三维图形动态显示/校验和实时软件精度补偿功能，并可以向机床制造厂提供二次开以手段，

14、实现了产品的标准化和系列化。目前已经较多地用用高性能的 32们乃至 64 们 CPU，以使用足够商的运算能力以满足高速、高精度加工的需要。这代数控系统经过近 10 年的发展，已经出现了三种基于 PC 的数控系统结构：a）PC 作为人机控制开放式的实现工具，但数控的内核功能仍然由专用CNC 完成。它的典型代表是三菱电气公司的基于 PC 的 64 位 Meldas Magic64 和 Allen-Bradley 公司b）PC 作为人机控制开放的实现工具，控制核心功能通过具有一定开放性的运动控制卡实现。其典型代表是 Delta Tau 公司的 PMAC 运动控制卡。c）包括内核控制功能在内的所有功能

15、都通过软件实现。此种结构建立在通用的 PC 机平台上，和外界的通讯能过标准和接口卡实现。其典型代表产品是MDSI 公司的 OpinCNC。1.2.21.2.2 我国数控技术发展概况我国数控技术发展概况看改革开入以业,我们数控技术的开发研究有了较快的发展,尤其是经过“六五” （19811985）规划引进国外技术、 “七五” （19861990）规划对引进技术的消化吸收， “八五” （19901995）规划由国家组织科技攻关对自版权数控的七发及“九五” （19962000）规划国家组织产业化攻关等各个阶段实施,开发了具有我国自主版权的两个基本系统（即平台） ，四种数控系统用其派生产品。它们是，中华

16、型（中国朱峰公司、航天数控集团公司） 、蓝天型（中科院沈阳计算所）、华中型（华中科技大学） 。其中，中华型、华中型是基于 PC+数控卡构成硬件平台南明进行开发的。航天型号是利用 PC 机的体系结构设计与能用PC 兼容的微机、加上数控通用/专用模板构成了单机数控系统，在这个基础上再与通用 PC 机互连，构成了典型的前/后台结构的多机系统。蓝天型是在原7500 系列的高档数控的基础上，通过大规模可编程门阵芯片（EPLD）三次集成的，缩小设计后与通用 PC 互连，构成了 8500 系列多机系统。这些高档数控系统的开发成功使我们数控技术有了长中听进步，也给我国数控发展带来了新精选优质文档-倾情为你奉上

17、专心-专注-专业的机遇，如今随着芯片技术用计算机系统的高速发展，利用通用微机系统设计开入式结构的数控系统，把开发工作转到软件用算法上。上述这些数控系统，都具有多轴联动功能，联运轴数可在五轴以上，这说明我国在新一代数控系统的开发研制上，已经与国外站到了同一起跑线上，彻底的改变了我国数控机床装备的数控系统，长期以来对国外的依赖性，同进高档数控系统的开发成功，也为我国高档数控机床的发展提供了有力保障。国产数控系统不论是经济型数控，还是普用型（中档数控）用高级型（高档数控）近几年来已进入中、小批量的生产并得到广泛的应用。在我国经济型数控仍是应用面最大的系统，在 10 年的时间里，我国约有 2 万台普通

18、机床改造成经济型数控机床。用普及型和高档型号数控系统对普通机床和传统机床，或是进口机床及技术老化的机床进行改造，在近几个来有了显著的经济效益。如：蓝天高档型数控国家工程研究中心,在批量生产的基础上，已向机床行业提供了200 余套高中档为主的 CNC 产品与机床配套，不仅与国内多个机床厂家的加工中心、车削中心、数控车床、数控铣床等 20 多种数控机床配套，同进也支持完成了国家重大数控加工设备的配套及攻关。蓝天高林觉民数控系统还成功的装备了沈阳第三机床厂的“S3-FMC-01 盘套类柔性制单元” 、协同沈阳第一机床厂成功装备了我国第一台双过程曲轴铣床，协同中科院长春光机所成功装备了我国第一台数控非

19、球面光学镜片加工中心等。又如，华中数控公司利用高档数控国家工程研究中心的高档数控系统的优势，与北京凯奇数控设备成套公司的伺服系统的优势，联合开发的高档数控系统（NC-100 系统） ，已成功的向国外出口于 1998 年开始对俄罗斯出品 80 套，实现了国产数控系统由进口到出口的转折。它标志着我国高档数控系统的技术已达到参与国际市场竞争的新阶段。是我国数控系统技术发展中的质的飞跃。目前，我国数控技术在基于 PC 的新一代开放式控制系统已有相当大的转机，但就其开放性而言，与国外还有相当大的差距。国外近年来一直致力于开放式数控系统的研制和开放发，并且取得了相当的成绩。开放式数控系统是 90年代一些发

20、达国家针对 CNC 所面临的问题所提出 的，以设计生产开放式数控系统为目标，相继推出了各自的开放式体系结构规范，如美国的 NGC 和OMAC 计划、日本的 OSEC 计划等。我国目前所开发的数控系统还不具备开放精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业式控制系统的本质特性，各系统所采用的体系结构不一致，尚未解决开放式控制系统的平台问题，相互间缺乏兼容性互换性。显然，系统的软硬件还谈不上可移植性和互操作性，从软件开发上仅处于机构化程序设计的水平，没有进一步利用面向对象、软件复用、二次开发软件工程中的新技术，致使应用系统的开放性与开放式控制系统的要求相差甚远。现在日、德、美、法的数控系统仍占领我国

21、的绝大部分市场，其是高性能数控系统玩是我国的薄弱环节；在少量的国产数控系统的市场份额中，国产高档数控系统销售量仅占 2%以下，中档普用型系统可实现 24 轴联运，其销售台数约占 30%33%；经济型数控系统以单板机或单片机作为控制机，其市场销售台数占 65%68%。针对国内外数控系统的发展现状和问题，我国的一些高等院校对此进行了积极的研制开发工作，上海交通大学生产系统和控制研究，以能用微机作为数控平台。利用自身软件开发优势，建立以标准化的应用程序接口统一的实时通信系统，动态实时配置系统为主要内容的系统平台和以系统平台和以功能元为基础的系统参考结构。直接提高了数控系统对不同需求的适应性，规范了系

22、统的实现模式，已良好的应用在数控车床改造上；北京机床研究所已经引进了德国 PA 公司的开放式 CNC 系统 QA-800 的全套技术,对其产品进行开发应用;国内一些厂家和研究所正在对美国 KELTA TAU 公司的 PMAC 系统进行开发和应用，如大连理工大学正在进行基于 PMAC 的并行双 CPU 开放式数控系统的研究；中科院沈阳自动公研究所正在进行开放式并联机床数控系统的开发与研究；上海交通大学不上不正在进行基于 PMAC 控制器下对数控机床的高性能改造等，这些单位均有相关论文的发表。1.2.31.2.3 数控系统的发展方向数控系统的发展方向随着微电子技术和计算机技术的发展。数控系统性能日

23、臻完善，数控系统应用领域日益扩大。当前，数控系统正发生的根本性的变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开入式实时动态全闭环控制模式发展。在集成的基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化的基础上，综合了计算机、通信、人工智能多学科技术，实现了高速、高精度、高效控制；在网络基础上，精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业CAD/CAM 与数控系统集成一体，实现工厂制造网络化、异地制造等。现在代数控系统的发展就是围绕怎样提高机床的生产能力，即提高机床的加工性能、有效性和信息获取能力而展开研究的。因此，提高数控系统的控制性能，采用新的驱动技术和采用开放性的结构将是当今和未来数控系统的发展方

24、向1)提高数控机床的性能数控机床的性能除了受机床本身的结构和刀具性能影响外，数控系统的功能也起着决定性的作用，主要有两个方面：数控系统的控制能力和伺服进给系统的性能。数控系统的控制能力指系统的控制轴数，联动轴数，分辨率，程序段预处理时间插补时间用软件的其它能力。现代高档数控系统大都提供了 10 轴以处的控制能力，让用户根据需要配置；联动轴数有别于控制轴数，安地热量系统在加工的准备指系统在加工的准备指令中，可以同进控制的运动轴数，多的联轴数，多的联动轴数意味因工系统可以加工各种复杂曲面，进行多维加工；分辨率限制了数控机床的加工精度。现代数控系统中采用高精度位移传感器（高分辩率码盘，光栅尺）或在电

25、路在采用数字细分来提高采样分辨率，一般可以做到 0.1m 其至更高的分辨率.数控机床的进给驱动系统有小进电机系统、直流伺服系统、模拟交流伺服系统、混合型交流伺服系统、全数字交流伺服系统和直线伺服电机几种。伺服系统的发展方向为全数字式交流伺服和直线伺服。和传统的采用+10v模拟速度号控制的模拟伺服系统相比，全数字伺服采用通讯总路线和数控系统相连，内误取采用高速 KSP 完成位置环、速度环，甚至电环的闭环控制算法。而直线专机伺服系统是近几年来发展的新的热点，由附于床身的磁铁和附于运动部件上的包有线圈的钢条构成。由于没有机械部件的接触，实现了机床的“零传动” ，可以解决很多复杂进零件的加工。2）提高

26、机床的有效性机床的有效性由机床的可靠性和维修的快捷方便性决定。现代数控系统从以下几方面来达到上述要求：抽调系统部件和元器件的可靠性，现代数控系统除了利用最新电子技术提高自身的可靠性外，还利用其它技术提高机床整体的精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业可靠性；系统的结构化和部件的通用性，现代数控系统多采用模块分、结构分的系统结构，各种部件之间的连接采用标准的接头和电气协议，使同一产品的不同系列或不同产品之间的相同功能部件件有可替换性。3）提高加工信息的获取能力现代开放理工数控系统特别是基于和个人 PC 兼容的计算机平台的数控系统具有良好的信息获取能力，主要表现在以下几个方面：良好的人机操戈作

27、界面，现代数控系统多采用和个人电脑相近的图形操作界面和触摸屏操作功能，大大方便了操作。同时许多开放式数控系统还提供了客户定制操作界面的功能，使用户可根据需要设计自己喜欢的人机界面；良好的可集成性，现代数控系统提供了多种可供用户选择的串行通讯协议和网络协议，可以方便地与各种网络或系统相连，共享信息和交换数据；内置的 CAD/CAM 系统，现代数控系统配以多用户实时图形操作系统，因上 CPU 功能的不断增强，使得有可能在数控系统中配以图形程序输入系统或简单的 CAD/CAM 系统，在不影响加工的情况下进行设计工作，改变了老式数控的单调呆板的纯指令输入方法。4）基于 PC 的开放式数控系统需解决的问

28、题显然，利用现有的 PC 软件和硬件的研究是达到上述要求的有效手段。其关键有以下几个方面的工作要深入研究：运动控制卡标准化工喉舌；Windows NT 操作系统的实时化和精简化；控制软件和接口软件的标准化和芯片化。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第二章第二章 机械部分设计机械部分设计2.12.1 主运动机构设计主运动机构设计本章共含两部分，床头箱的设计用理论核销核，进给系统的设计。该磨床是在 CA6140 普通机床的基础上进行数控改造完成的。CA6140 是一种普通精度级的万能型卧式车床，属于应用范围极广的通用机床。它能够加工轴形、盘形及筒型工件上的种旋转表面，如四下削内外圆锥面及成

29、型旋转表面车削端面、切槽及切断，车削公制、英制、模数制及径节制磥纹，还可进行钻孔、扩孔、绞孔及滚花加工。这种车床的性能及质量较好，但是结构复杂，自动公程度较低，适用单件、小批量生产及修配车间。根据工件各种謥表面的加工要求，车床采用的是车削的工艺方法，即工件旋转运动，以及主要使用车床类刀具等。这种书写了车床的整体布局和车床的主要技术参数。1. 床的总体布局1） 床头箱，该部分是本设计的主要设计对象。内部装有主轴等主要零件，它即有支撑主轴装卡工件，以实现工件旋转的主运动的功能，又兼有变速切的功能，是车床在中最重要的部件之一。 2） 进给箱，装有进给变换机构的箱形部件，有挂轮机构输出到的运动精选优质

30、文档-倾情为你奉上专心-专注-专业经过进给箱变换以后驱动光杠和丝杠，使溜板箱完成纵向移动，从而使刀具完成纵向动动。3） 溜板箱，它的作用是驱动刀架移动。它的停车在床鞍的底部，固定在宁鞍上有光杠或丝杠带动纵向运动。4） 床鞍和刀架，可以在导轨上移动，刀架用于装卡刀具，是实现进给运动的工作部件。5） 尾座，安装在尾座导轨上，可用手推动调整位置，可用于安装顶尖也可以安装钻头、绞刀等孔加工刀具。2.车床的技术参数 车床的技术参数是进行分析的重要依据直接反映了该车床的加工能力和使用性能方面的指标。CA6140 车床的主要技术参数如下： 车身上最大回转直径 D=400mm 刀架上最大回转直径 2000mm

31、 最大车削长度 1900mm 中心高 h=210mm 主轴转速 正转 24 级 10-1400r/min 反转 12 级 14-1600r/min 主电动机 75Kw, 1450r/min3、车床的传动分析 传动分析是指对传动联系进行分析，以便对运动参数进行计算、确定和调整。介于本设计只涉及床头箱部分而不涉及其余，故车床整体的传动不进行分析，而是只在下一节进行床头箱的传动分析。本设计采用变频器控制电机转速，通过带轮直接传递给主轴，实现了机床的无级变速。原机床中的传动链尽数拆除，横向进给采用进步电机和滚珠丝枉副，纵向进给采用直线电机，因此床头箱中的挂轮部分也须拆除。为了实现主轴转速的反馈，床头箱

32、中主轴上连接编著码器。床头箱的结构如图 1.1 所示，下面对部分结构进行概要的分析。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 1.1 图 床头箱的结构1）如图所示电动机的旋转运动通过皮带传动传送给 I 轴，I 轴再通过皮带带动主轴转动，从而实现顶尖转动。2）主轴组件主轴零件是床头箱的关键组件，其功能是夹挂持工件进行切削，传递动力和运动，承受切削力，从而保证工件有准确、稳定的运动轨迹。主轴组件主要有主轴、支承和传动件组成。（1）主轴是一个空心的阶梯轴。主轴的结构比较复杂，材料是 45 号钢，采用整体锻造毛坯，内孔的作用是加工长的棒料和穿过钢棒打出顶尖，前端莫氏 6号锥孔具有自锁作用，后端的锥孔

33、是为了因工主轴而加工的工艺孔。主轴的外圆表面上有圆柱面、圆锥面、磥纹、平键槽、磥纹孔等,装轴承的部分需要精磨,前端锥孔需要淬火.为了满足装卡工件的需要,主轴的形状大致知是前大后小.另外,前端轴壁最厚可承受较大载荷,后端支承较小,轴壁薄,有利于减轻重量。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业（2）主轴支承 主轴组件采用两支承，前支承选用 K 型双列圆柱滚子轴承承受径向力，两个推力球轴承承受轴向力；后支承选用 D 型双列圆柱滚子轴承，承受径向力。可以看出主轴采用的是前端固定，后端可以窜动的工作方式。这样的受热变形时，主轴可以窜动，对工件位置和轴向精度的影响较小。主轴轴承都有调整的空隙，否则会影

34、响加工精度。由于两个滚子轴承与主由是锥面配合，可通过转动调整螺母，改变轴承内圈位置，从而使内圈产生弹性变形，改变了间隙。（3）I 轴组件I 轴是实心阶梯轴，材料是 45 号钢，轴左端有一皮带轮，与把电机的运动传递给 II 轴。I 组件同样采用两支承，由于轴向力很小。前后两端都采用深沟球轴承。（4）箱体2.2.12.2.1 皮带传动的设计及校核皮带传动的设计及校核 (所用公式数据来自第二版)所设计磨床转速 20-2000r/min选用电动机型号 Y132S2-2 电动机功率:7.5kw 额定转速:2900r/min1)I 轴与电动机间传动 V 带的设计及校核:(1)确定设计功率:该机床工作载荷变

35、动小,日常工作时间小于 10 小时,由表 3.1-5 查行工况系数 KA=101 pd=KA*p=101*7.5=8.25kw(2)选 V 带型号:根据 pd=8.25kw,n1=2900r/min,由图 3.1-3 选用 A 型带(3)确定带轮基准径 dd1,dd2a:选择小带轮基准径 dd1(参考表 3.1-3,表 3.1-17)一般面言,为了节省空间和减轻重量,dd1应该小一些,但 dd1太小会使弯曲应力太大,综合双方面考虑,应使 dd1dmin,取标准值 dd1=125mm精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业b:验算带速:V=T1dd1n1/60*1000=18.98m/sV 在

36、 5-25m/s 之内,故符合设计要求。c 定从动轮基准直径 dd2dd2=(n1/n2)*dd1=181.25查表 3.-17 取标准值 dd2=180mmd:实际从动轮速 n2和实际伟动比 ii=dd2/dd1=180/125=1.44n2=n1/i=2013.9r/min误差 0.7%,符合小于 5%的设计要求(4)确定中心,距 a 和带的基准长度 ld。A:初定中心距 a由 0.7(dd1+dd2)ao (dd1+dd2) 取 ao=600mmB:确定带的计算基准长度 ldo21212422oooaddddddddaLd =1680.4mmC:取标准 ld=1600mm 表 3.1-1

37、3 选取相近的标准值。D:确定中心距 ammldldaaoo8 .5592/E:确定 a 的调整范围 mmldaammldaamas8 .535015. 08 .60703. 0min(5)验算包角符合要求ooooadddd1201 .17460*18012（6）确定带的根数 Zkvnkpb1111精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业由表 3.1-9.表 3.1-10.表 3.1-11 得 310*0275. 1bk0959. 1vkladlkkpppZkwp126075. 0由表 3.1-12,表 3.1-13 得 98. 0ak99. 0lk 取 Z=343. 2Z2)为便于控制 I

38、I 轴的转速,有利于改装磨床的动作,取 II 轴上的带轮与 I 轴带轮直径相同。由于 I，II 两轴已固定，所以：a=283mm,选用 A 型带，代数 Z=1校核略单根 V 带的紧力的计算215 . 2500vzvpkFldao带的线质量 kg/m 见表 3.1-59vl0 . 1akNFo6 .365计算轴压力 QNNZFQo2 .7312sin21电主轴 n=24000r/min 砂轮直径 270mm 加工工件最大径 60mm 顶尖转数 2014r/min计算得: smvs/2 .339smvw/65.12 (华中理工大学 陈日曜主编金属切削原理)NafVCFFsWFt067 . 07 .

39、 0精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 （轴向进给量）-0。03mm （背吃刀量）-0.025mm21FcSfFa NFFFNFntnt95.3315 . 2/78.132高速磨削时很小，略去不计。rF2.2.22.2.2 床头箱中主轴床头箱中主轴 IIII 的校核的校核（公式与数据取自机械设计东北大学 孙志礼主编）1）主轴 II 为原机床的主轴 VI，共机械性能如下： aBMP637aSMP353aMP2681 aMP155. 12 . 01 . 0（1） 画出轴的力学模型 FnQ tF 100 606 140 轴所受的转距mmNRFTt.1991760*95.331*（2） 计算支

40、承反力 Qsin7o Ft水平面支承反力 RaH RbH NRaH64.59NRbH75.148垂直面支承反力 Qcos7o Fn精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 Rav Rbv Rav=790N Rbv=288.88N(3)画弯矩图，转矩图，计算弯矩图水平面弯矩图*100=8911N.mmoHQM7sin1 mmNFMtH.2 .18589140*2 MH1 MH2垂直面弯矩图mmNMVmmNMV.46473.9 .7257421 MV2 MV1合成弯距图mmNMmmNM.1 .191613.9 .7311921 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 M2 M1 转距图mmN

41、T.8 .796660*78.134 T 计算弯矩图；转距按脉动循环变化处理。6 . 0 mmNMmmNMmmNMMcacaca.4780.9 .73275.1 .1916133221 Mca2 Mca1 (4)校核轴的强度 由主轴零件图知，整个轴直径相差不大，而靠近顶尖处弯距最大，就校核该截面。 acacaMPwdM7 . 131按表 8-3 查得=59MPa 1b 安全 17 . 1bca精确校核轴的疲劳强度，校核截面同上。 Ko=1.60 K1=2.45产生的扭应力，应力幅，平均应力为： amaaTMPMPWT75. 15 . 3max 由表查：（绝对尺寸影响系数）81. 0;88. 0

42、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 （表面质量系数）92. 0;92. 0 7 . 9SS 取S=1.51.8 SS 所以安全2.2.32.2.3 床头箱中轴承的有关问题床头箱中轴承的有关问题 磨床是在原 CA6140 机床基础上改造的,床头箱中齿轮传动都不在了.所以轴承所受的力要比以前小的多.另外经过上面的计算得知,两轴所受的磨削力也很小,所以,轴承可以符合新的磨床对轴承的要求。2.32.3 进给机构设计进给机构设计2.3.12.3.1、纵向进给机构设计、纵向进给机构设计纵向进给采用“步进电机+滚珠丝枉副”的进给方式。步进电机在不失步的正常进行地进，其转角严格地与控制脉冲的个数成正比

43、，转速与控制脉冲的频率成正比。可以方便地实现正反转控制用调速和定位吊于步进电机和平演变负载的惯性，它们不能正确地跟踪指令脉冲的启动和停止运动，指令脉冲使步进电机可能发生丢步或失步甚至无法运行。因此必须实现步进电机的自动生、降速功能。为了实现速度的变化。输入法的住移脉冲指令相应地要生频、稳频和降频这些序列，可以有脉冲源加专用逻辑电路产生，也可以有微型计算机产生。对于脉冲源加逻辑电路构成的控制器来说，控制逻辑是因定的，即控制电路互固定，其控制逻辑也就固定了，如果要改变控制逻辑和控制方案，必须改变电路结构和无件参数。而使用计算机控制不必改动硬件电路，只要修改程序就可以改变控制方案。利用计算机控制的形

44、式，很多，亮里使用的是 PLC 位控单元对步进电机的控制。滚珠丝枉副是一种新型螺旋传动机构，其具有螺旋槽的丝与螺母的之间传动无元件-滚珠。当丝杠传动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出来，在螺母的旋转槽两端滚珠回引导装置构成滚珠的循环返回通道从而形成滚珠滚动的闭合通路。与滑动丝杠副相比，滚珠丝杠副具有轴向刚度精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业高、运动平稳、传动精度高；不易磨损，使用寿命长的优点。2.3.22.3.2、横向进给机构设计、横向进给机构设计在传统的“旋转电机+滚珠丝杠副”伺服进给方式中，电动机输出的旋转运动，要经过联轴器、滚珠丝杠、滚珠螺母的一系列中间传动的变

45、换环节以及相应的支撑，才变为被控对象溜板和刀具的直线运动。由于中间存在运动形式的变换，导致了一系列不良后果。首先使传动系统的刚度降低，启动和制动初期的能量都消耗在克服上，述中间环节的习性变形上，尤其是细长的滚珠丝杠是刚度的薄弱环节，弹性变形更是数控机床产生机械谐振的根源；中间传动环节的存在增加了运动体的惯量；由于制造精度的限制，中间环节不可辟免地受到间隙死区、摩擦以及弹性影响，全系统非线性因素增加，使进一步提高系统的精度变得困难。签于上述原因，选用直线电机作为砂轮的横向进给装置。其特点如下：（1）直线电机最大的优点就是具有比传统旋转电机大得多的加、减速度。由于数控机床的直线进给行给行程较短，一

46、般不超过几百毫米，在很高的进给速度下，只有在瞬间达到设定的高速状态和高速下瞬时准确停止运动，高速直线伺服电机才有实际应用的意义。（2）加、减速过程的缩短，可改变加工表面质量，提高刀具使用寿命。（3）传动刚度的提高了传动精度的定们精度，不存在中间环节的磨损问题，维护简单，提高了可靠性。（4）进给的行程长度不受限制。旋转电动机的实现长行程式传动时，滚珠线杠长度的增加，钢度大幅下降，伺服品质恶化。（5）运动安静，噪声低。2.3.32.3.3、砂轮主运动设计、砂轮主运动设计选用电主轴带动砂轮作旋转运动 （1）电主轴的基本结构和工作原理 现代机械制造工业向高精度、高速度、高效率的方向飞速发展，对加工机床

47、提出了更高要求。这就需要可以高速运转的主轴部件系统高速主轴单元。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业电主轴有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪音低、响应快等优点，可以减少齿轮传动，简化机床外形设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中一种理想结构。现代的高速电主轴是一种功能型功能部件，它的种类多。应用范围日益广泛。对电主轴的要求，来自以下几方面：其一，是没前最盛行的工艺高速切削的要求；其二，是竞争日益剧烈的机床市场的需求，这要求电主轴的模块化和结构简单化；其三，是加工复杂曲面的要求，这也要求有电主轴这样结构紧凑、占空间小的主轴部件。高速主轴单元是高速加工机床最为关键的部件高速主轴单元的类

48、型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴。不同类型输出功率相差较大，高速加工机床主轴需要在极短的时间内实现升降速，并在指定位置快速准停。这就需要主轴有很高的角减速度和角加速度。如果通过皮带等中间环节，不仅会在高速状态下打滑、产生振动和噪音，而且增加转动惯量，给机床快速准停造成很大困难。目前，多数高速机床主轴采用内装式主轴电机一体化的主轴单元，即所谓内装式电机主轴(Build-in Motor Spindle)，简称“民主轴” 。它采用无外壳电机，将带有冷套的电机定子装配在主轴单元的壳体内，转子和机床主轴的旋转部件做成一体，主轴的变速范围完钱由变频交流电机控制，使变频电机和机床主轴合二为一。 所用电主

49、轴型号： DZ24 脂润滑 最高转速： 24000r/min 电机：4.5KW（1）高速电主轴结构特点高速电主轴要获得好的动态性能和使用寿命，必须对高速电主轴各个部分进行精心设计的制造。轴壳 轴壳是高速电主轴的主要部分。轴壳的尺寸精度和位置精度直接影响主轴的综合精度，所以轴承座孔直接设计在了轴壳上。转轴 高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。因电主轴的最高转速取决于轴承的功能、大小、布置和润滑的方法所以这种轴承必须具有高速性能好、动负荷成承载能力高、润滑性好、发热量小等优点。混合陶瓷球轴承可满精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业足这一需求。定子与转子 高速电主轴的定子由具有高导磁率的优

50、质矽钢片跌压而成，跌压的定子内腔带有冲制嵌线槽，转子是中频电机的旋转部分，它的功能是将定子的电磁场能量转换成机械能。转子由转子铁芯鼠、转轴三部分组成。（2）工作原理高速电主轴的绕组位互 120 度，通过三相交流电后，三相绕组的自形成一个正弦交变磁场，磁场转速就是由电主轴的同步转速。异步电动机的同步转速n 由输入电机定子绕组电流的频率和激磁电压来获得各种转速。在加速和制动过程中，通过改变频率进行加减速，以免机电温升过高。由于电机旋转磁场的方向取决于输入定子三相交电的相序，故改变电主轴输入电流的相序，便可改变主轴的旋转方向。2）高速电主轴的驱动高速电主轴由静止升速至每分钟数万转乃十万转是相当困难的，电主轴为保证正常工作，必须施加一定量的预负荷，这又增加了电主轴的阻力矩。为使电主轴能顺利地完成启动过程，应选取