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摘 要設計的題目是數控平面磨床設計，主要用于加工磨削平面，使加工面達到要求的粗糙度。本設計包括機械部分設計和控制部分設計，機械部分設計主要包括：總體設計、砂輪架（磨頭）設計、垂直進給機構設計、橫向進給（工作臺進給）機構設計、縱向進給機構設計?？刂撇糠衷O計主要包括：硬件電路設計、液壓系統(tǒng)控制、單片機控制。緒論部分對精密加工的作用和地位做了介紹，闡述了精密磨削技術的發(fā)展和背景，同時還有介紹其工藝特點及國內外磨削技術的現狀?？傮w設計跟砂輪架設計做了簡要的介紹，主要是對垂直進給機構、橫向進給（工作臺進給）機構設計、縱向進給機構設計做了詳細的說明，對硬件電路也做出了研究。本設計的特點：所設計的數控平面磨床能通過電磁鐵實現自動固定工件，并且能夠實現自動磨削。關鍵詞：精密，數控，平面磨床，垂直進給機構AbstractProject 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.目 錄第1章 緒論 . 11.1 課題背景及實際意義.11.2 國內外研究狀況.21.2.1 國外數控磨削的發(fā)展.21.2.2 國內數控磨削的發(fā)展.41.3 畢業(yè)設計任務與論文組成.51.4 本課題的研究方法.6第2章 數控平面磨床總體設計 .72.1 磨床簡介 .72.2 主要結構及其說明.92.3 磨床技術規(guī)格.102.4 磨床總體布局設計.102.5 磨床總體傳動設計.12第3章 砂輪架（磨頭）設計.173.1 砂輪架設計 .173.2 砂輪架的結構特點.21第4章 垂直進給機構的設計 224.1 垂直進給機構的結構和特點.224.2 確定垂直進給機構方案.234.3 滾珠絲桿副介紹.244.4 滾珠絲杠的設計計算.274.5 垂直進給電機的功率計算.28第5章 橫向進給（工作臺進給）機構的設計.295.1 橫向進給機構的結構和特點.295.2 確定橫向進給機構方案.305.3 液壓系統(tǒng)介紹.315.4 液壓缸的設計計算.32第6章 縱向進給機構設計.366.1 縱向進給機構的結構和特點.366.2 確定縱向進給機構方案.376.3 滾珠絲杠的設計計算.386.4 縱向進給電機的功率計算.39第7章 控制系統(tǒng)設計 407.1 控制器的選擇.407.2 流程圖.417.3 硬件電路的設計.41第8章 總結.45致謝.46參考文獻.47附 錄.48IV第1章 緒論1.1 課題背景及實際意義現代工業(yè)生產中，中、小批量零件的生產占產品數量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通機床已經越來越難以適應現代化生產的要求，而數控機床具有高精度、高效率、一機多用，可以完成復雜型面加工的特點，特別是計算機技術的迅猛發(fā)展并廣泛應用于數控系統(tǒng)中，數控裝置的主要功能幾乎全由軟件來實現，硬件幾乎能通用，從而使其更具加工柔性，功能更加強大。制造業(yè)的竟爭已從早期降低勞動力成本、產品成本，提高企業(yè)整體效率和質量的竟爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產品的竟爭，將面臨知識技術產品的更新周期越來越短，產品批量越來越小，而對質量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進的制造技術將成為企業(yè)贏得竟爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術和制造自動化技術的結合越來越緊密，作為自動化柔性生產重要基礎的數控機床在生產機床中所占比例將越來越多。數控平面磨床是一種效率高、精度高的數控加工機床，它比普通磨床有很多優(yōu)勢，具體實際應用意義有以下幾點：1.大大提高生產效率。數控平面磨床即可實現加工的自動化效率可比傳統(tǒng)平面磨床提高3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產準備周期。2.數控平面磨床在機械制造中作用和地位提高。隨著磨削技術的發(fā)展，數控平面磨床的應用日益擴大，在工業(yè)發(fā)達國家磨床占機床總數的40%，在軸承制造業(yè)中多達60%，因此磨削技術在機械制造業(yè)中占重要地位，而數控平面磨床由于磨削精度高、效率高很適應工程材料不斷發(fā)展的需要。3.性能穩(wěn)定可靠。目前數控技術得到了突飛猛進，為數控平面磨床提供了可靠的數控技術保障，因此數控平面磨床的設計有適應和應用新技術的意義。1.2 國內外研究狀況平面磨床相對于車床、銑床等采用數控系統(tǒng)較晚，因為它對數控系統(tǒng)的特殊要求。近十幾年來，借助CNC技術，磨床上砂輪的連續(xù)修整，自動補償，自動交換砂輪，多工作臺，自動傳送和裝夾工件等操作功能得以實現，數控技術在平面磨床上逐步普及。在近年漢諾威、東京、芝加哥、及國內等大型機床展覽會上，CNC磨床在整個磨床展品中已占大多數，如德國BLOHM公司，ELB公司等著名磨床制造廠已經不再生產普通磨床，日本的岡本、日興等公司也成批生產全功能CNC平磨，在開發(fā)高檔數控平磨的同時，積極發(fā)展中、低檔數控平磨。 1.2.1 國外數控磨削的發(fā)展前幾年德國ELB公司生產的BRILLIANT系列二坐標CNC成型磨床，其垂直和橫向為數控軸，縱向為液壓控制，砂輪修整采用安裝在工作臺上的金剛石滾輪，適用范圍較廣；SUPER-BRILLIANT系列是三坐標CNC平面和成型磨床，床身用天然花崗巖制成，幾何精度極高，導軌用直線滾動導軌，機械驅動無反沖，從而保證工件有較好的表面光潔度；BRILLIANT-FUTURE為以上二個系列的改進產品，床身用人造花崗巖制作，縱向用靜壓導軌，齒形帶傳動，垂直和橫向導軌為預加荷直線滾動導軌，滾珠絲杠傳動，三軸CNC控制AC伺服電機，0.5m的測量分辯率。同時ELB公司開發(fā)了具有當代最新技術的磨床產品，即以機電一體化和計算機技術為基礎的CAM-MASTER系列柔性磨加工單元，CAD-MASTER系列和COMPACT-MASTER系列磨削加工中心，控制軸最多可達到24軸，另外由于全面推行模塊化設計，使專用磨床制造周期縮短，ELB公司還開發(fā)了多種高效專用磨床，如SFVG100/2專用磨床，具有可傾斜磨頭，連續(xù)修整，緩進給，斜切入磨削功能，用十一根CNC控制軸，如同一臺磨加工中心。英國JONES%26amp;SHIPMAN公司與美國A-B公司開發(fā)了A-B8600數控系統(tǒng)用于FORMAT5型數控平磨，由CNC控制液壓閥，驅動縱向可調速運動，橫向與磨頭進給用滾珠絲杠副，直流伺服電機驅動，間斷式砂輪修整，CRT圖形模擬顯示。同時還可以配用其他型號的數控系統(tǒng)，以滿足不同用戶的要求。目前，隨半導體集成度的不斷提高，新推出的系統(tǒng)在外型上越來越小，結構上越來越緊湊，功能上增加了遠程通訊，遠程診斷，多機聯(lián)網等等；操作界面向WINDOWS系統(tǒng)*近，增加鼠標，搖控器等操作件。FANUC公司今年主要推出18I、16I、20I、21I系統(tǒng)，SIEMENS是840D、810D、802D均為結構緊湊型系統(tǒng)。還有一些廠商如：臺灣精密機械研究發(fā)展中心開發(fā)的PA8000NT系列CNC控制器，就使用了WINDOWS NC操作系統(tǒng)，和NT即時多工處理核心，單節(jié)程序處理速度達2000塊/秒，單節(jié)預讀處理數可達1000塊，具有AART(預適應調節(jié)技術)及參數最佳化學習功能，可使跟隨誤差趨近于零，軟件加工路徑濾波器可降低切削過程中，因加速度變化過大所產生的機械共振，從而改善表面粗糙度；配用伺服靈活，具備+、-10V類比伺服界面，同時提供國際標準的SERCOS數字伺服通訊界面；PLC程序設計有梯形圖、結構語句、功能塊、指令碼、流程圖等五種語法，便于設計、溝通和維護；具有計算機遠程通訊，即時遠程維護功能；控制軸和主軸最多可擴展到64軸，I/O點可擴展到792/528點，采用奔騰處理器，高速PLC處理速度達到25K。世界上除有名的SIEMENS、FANUC等數控系統(tǒng)專業(yè)廠已經開發(fā)生產了許多適用于平面或成型磨削的系統(tǒng)外，一些平磨生產廠本身也積極開發(fā)了適用于其磨床的數控系統(tǒng)。主要有：西門子公司的SINUMERIK 840D系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有二十多根伺服軸，坐標連續(xù)行程控制，手動數據輸入或通過外部計算機輸入，遠程診斷，可隨砂輪直徑減小而變化行程，砂輪修整量自動補償，滾珠絲杠間隙誤差補償等。西門子3G系統(tǒng)是專為磨削加工而開發(fā)的，裝有用來人機對話的操作提示裝置，在軸線傾斜時，也可進行直線和圓弧插補，在磨削中經常出現的運行循環(huán)，如主軸擺動，用外部信號中斷執(zhí)行程序，砂輪切入，砂輪修整等專用準備功能，編制固定循環(huán)程序。其不僅能使用外部測量裝置(開關信號)，還能當連接上一個合適的測量頭時能直接去控制裝置與最終尺寸進行比較。美國ALLEY-BRANDLY公司生產的8400CNC、8600CNC數控系列，適用于車床、銑床和磨床，其8400CNC最多可控制6根伺服軸，任2軸可進行圓弧插補，任3軸可進行螺旋線插補，6軸直線插補。8600CNC系列最多能控制17個坐標，包括8個參與插補軸，8個位控制軸及1個主軸，具有圖形顯示，擴展分支程序，顯示加工時間，高速程序校驗，刀具壽命監(jiān)測等功能。日本FANUC公司開發(fā)了OG高速高性能數控系統(tǒng)，其中O-GSG適用于平面磨床，可根據磨削零件不同形狀，有四種不同的磨削方法，具有砂輪軸角度傾斜控制功能，荒磨、粗磨、精磨、無火花磨削一整套磨削循環(huán)，砂輪滾壓修整后位置補償功能，修整器相對于被修整輪法線方向控制功能，修整滾輪外緣圓弧半徑補償功能，砂輪形狀圖形顯示功能及磨削參數顯示等，系統(tǒng)最小設定單位0.1m，屬“緊湊”型數控系統(tǒng)，價格較低。另外還有如德國ELB公司與大學聯(lián)合研制的UNICON系統(tǒng)。日本大隈鐵工所OSP5000G-G，OSP30-NF等自行開發(fā)的平面和成型磨削數控系統(tǒng)，其OSP5000G-G最多可控制9個坐標，其中6個坐標可聯(lián)動，帶12英寸彩顯，人機對話編程，自動確定切削系數，可采用軟盤輸入，納入FMS系統(tǒng)，最小脈沖當量、移動當量和檢測當量均為0.1m，平磨上還采用了感應同步器全閉環(huán)方式。還有的平磨制造廠雖采用數控主機廠的系統(tǒng)，但自行開發(fā)軟件，使用之更適合平面和成型磨削，如德國JUNG公司以西門子SINUMERIK 810為基礎，采用該公司專用軟件，用JUNG KONTUR編程語言對砂輪進行成型修整，并有圖形輔助操作功能。日本岡本公司在FANUC公司數控系統(tǒng)硬件上，開發(fā)了OPL語言用于磨削加工，等等。當今直線電機、動平衡等技術、工藝的日益發(fā)展應有，又大大提高了機床的工效，適宜的測量技術應用對數控系統(tǒng)的開發(fā)利用，增強機床的電氣自動控制功能如虎添翼。1.2.2 國內數控磨削的發(fā)展我國從80年代開始生產數控平面磨床，各開發(fā)廠家分別走過了自行研制，與大學及科研單位合作開發(fā)至直接引進成熟數控系統(tǒng)的發(fā)展道路。例如：杭州機床廠是一家具有五十年歷史，專業(yè)生產平面磨床的制造廠，它從80年代中期開始生產數控平磨，先后開發(fā)生產了MGK7132臥軸矩臺高精度平磨，MK7130系列普通數控平磨，MLK7140數控緩進給成型磨，MGK7120、MK7163、MK7150臥軸矩臺數控平磨，MKY7760立軸數控雙端面磨，MKY7660、MKY7650/101臥軸數控雙端面磨，以及HZ-K1610，HZ-K2010，HZ-050 CNC，HZ-KD2010、HZ-K3015、HZ-K3020、HZ-K4020等專用數控龍門式平面與導軌磨床。數控系統(tǒng)的開發(fā)應用，有與大專院校及科研單位合作研制的單板機系統(tǒng)，也有自行開發(fā)的以單片機為主機的簡易控制系統(tǒng)，及采用數控主機廠生產的成熟數控系統(tǒng)等。其生產的MGK7120高精度平磨，采用了日本FANUC公司的POWER MATE-D雙軸數控系統(tǒng)，控制磨頭進給，最小進給量0.1m，具有自動完成磨削循環(huán)功能。MKY7650/101全自動數控雙端面磨床是與意大利VIOTTO公司技術合作產品，采用西門子SIMATIC S5-115U可編程控制器控制，CRT顯示，機床的左、右磨頭由二軸直流伺服電機驅動，機床能進行手動調整和自動磨削循環(huán)選擇。配有意大利馬爾波斯E9型測量系統(tǒng)，二個測量頭，一個測量砂輪，將砂輪磨損量反饋給控制系統(tǒng)，進行砂輪補償；另一個測量頭測量磨削后的工件，并將測量結果輸入控制系統(tǒng)，由伺服電機進行補償進給；左、右磨頭用VIOTTO光柵作位置測量控制，實現了整機從工件上料到磨削完畢的全閉環(huán)和全自動加工。HZ-050CNC數控直線滾動導軌專用磨床，是為上海市科技結合生產重點工業(yè)項目第三次科技攻關項目而開發(fā)的專用磨床。既具有平面磨削功能又有成型磨削功能，它采用了美國A-B公司生產的8400MP數控系統(tǒng)，機床有7根數控軸，X、Y、Z三根磨頭進給軸和U、V、W三根砂輪修整軸由系統(tǒng)直接控制，另一軸Q為臥式砂輪橫向進給(磨削平面用)通過SLC可編程控制器加IMC定位模塊，由系統(tǒng)I/O口輸入8400MP主機，控制其位置，具有在磨削中連續(xù)修整砂輪或間隙式砂輪修整補償進給等自動加工能力。HZ-KD2010六軸數控龍門式雙磨頭平面磨床，采用FANUC-0MC數控系統(tǒng)，用四根CNC軸分別控制兩個磨頭的橫向和垂直進給，用一根PMC軸控制周邊磨頭的砂輪修整器金剛筆進給，另一根PMC軸控制萬能磨頭的分度旋轉。充分利用了系統(tǒng)性能，降低生產成本，提高了機床的性價比。1.3 畢業(yè)設計任務與論文組成任務內容：要求設計的數控平面磨床能夠實現工件的自動夾緊及磨削。主要參數：最大磨削尺寸7001600675 mm，工作臺速度3-25 m/min，磨頭橫向進給速度0.15-3.75 m/min，磨頭垂直給速度 0.05-3.75 m/min，砂輪線速度35 m/s，最大砂輪尺寸 (外徑寬內徑)50075203 mm，最大磨削力150N，磨削精度-55 。工作量：本題目主要完成機械結構設計、傳動機構設計和電控系統(tǒng)設計。(1) 數控平面磨床總成圖 1張 0# (2) 液壓缸部裝圖 1張 1# (3) 液壓系統(tǒng)原理圖 1張1#(4) 電氣控制系統(tǒng)原理圖 1張1#(5) 程序流程圖及程序 1張1#(6) 零件圖 2張2#(7) 撰寫15000字畢業(yè)設計（論文）一份；(8) 完成不少于2000個單詞的外文資料譯文一份。本文由緒論、總體設計、砂輪架（磨頭）設計、垂直進給機構設計、橫向進給（工作臺進給）機構設計、縱向進給機構設計、數控硬件設計、總結和致謝等幾個部分組成。1.4 本課題的研究方法所設計的數控平面磨床主要包括機械部分，控制部分。機械部分設計主要包括：總體設計、砂輪架（磨頭）設計、垂直進給機構設計、橫向進給（工作臺進給）機構設計、縱向進給機構設計?？刂撇糠衷O計主要包括：硬件電路設計、液壓系統(tǒng)控制、單片機控制。將絲桿由步進電機帶動。電機和液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥由單片機控制，最終實現磨床的自動控制。機械結構簡圖如圖1-1： 圖 1-1 機械機構簡圖第2章 數控平面磨床總體設計2.1 磨床簡介(1) 工件的裝夾 在平面磨床上，采用電磁吸盤工作臺吸住工件。電磁吸盤工作臺的工作原理是當線圈中通過直流電時，芯體被磁化，磁力線經過蓋板-工件-蓋板-吸盤體而閉合，工件被吸住。電磁吸盤工作臺的絕磁層有鉛、銅或巴合金等非磁性材料制成、它的作用是使絕大部分磁力線都通過工件。結構如圖2-1。圖2-1 電磁吸盤的原理結構圖當磨削鍵、墊圈、薄壁套等小的零件時，由于工件于工作臺接觸面積小，吸力弱、容易被磨削力彈出造成事故，所以裝夾這類工件時，需要工件四周或左右兩端用擋鐵圍住，以防工件移動。小工件裝夾如圖2-1。圖2-2 裝夾工件(2) 磨削的方法圖2-3 平面磨削方法 橫向磨削法橫向磨削法如圖2-3a所示。這種磨削法是當工作臺每次縱向行程終了時，磨頭作一次橫向進給。等到工件表面上第一層金屬磨削完畢，砂輪按預選磨削深度作一次垂直進給，接著照上述過程逐層磨削，直至把全部余量磨去，使工件達到所需尺寸。粗磨時，應選較大垂直進給量和橫向進給量，精磨時則兩者均應選較小值。這種方法適用于磨削寬長工件，也適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圖2-3b所示。這種磨削法的縱向進給量較小，砂輪只作兩次垂直進給，第一次垂直進給量等于全部粗磨余量，當工作臺縱向行程終了時將砂輪橫向移動3445的砂輪寬度，直到將工件整個表面的粗磨余量磨完為止。第二次垂直進給量等于精磨余量。其磨削過程與橫向磨削法相同。這種方法由于垂直進給次數少，生產率較高，且加工質量也有保證。但磨削抗力大，僅適用在動力大、剛性好的磨床上磨較大的工件。階梯磨削法如圖2-3c所示，階梯磨削法是按工件余量的大小，將砂輪修整成階梯形，使其在一次垂直進給中磨去全部余量。用于粗磨的各階梯寬度和磨削深度都應相同，而其精磨階梯的寬度則應大于砂輪寬度的12，磨削深度等于精磨余量(0.030.05mm)。磨削時橫向進給量應小些。由于磨削用量分配在各段階梯的輪面上，各段輪面的磨粒受力均勻，磨損也均勻，能較多地發(fā)揮砂輪的磨削性能。但砂輪修整工作較為麻煩應用上受到一定限制。2.2 主要結構及其說明主要結構包含：立柱、砂輪箱托架、砂輪箱、工作臺、床身，如圖：2-4。 圖 2-4 結構簡圖(1) 立柱立柱主要作用在于支撐砂輪箱托架，并起到砂輪箱移動導向作用。立柱采用空心結構，不僅能節(jié)省材料，且能保證剛度要求。(2) 砂輪箱托架 砂輪箱托架作用在于托起砂輪，并對砂輪移動起導向作用，提供砂輪移動所需步進電機的安裝平臺。(3) 砂輪箱 砂輪箱里面安裝砂輪，以及砂輪主軸，異步電機，防護罩等裝置。它的作用是直接加工磨削工件。 (4) 工作臺 工作臺上面可以固定安裝電磁吸盤，并起到回收冷卻液并回流至水箱的作用。(5) 床身床身支撐工作臺，并為工作臺的移動起導向作用，為液壓缸提供安裝平臺。2.3 磨床技術規(guī)格最大磨削尺寸7001600675 mm，工作臺速度3-25 m/min，磨頭橫向進給速度0.15-3.75 m/min，磨頭垂直給速度 0.05-3.75 m/min，砂輪線速度35 m/s，最大砂輪尺寸 (外徑寬內徑)50075203 mm，最大磨削力150N，磨削精度-55 。2.4 磨床總體布局設計該磨床的總體設計包括：系統(tǒng)設計(包含數控裝置的功能設計、元件和部件設計,程序段格式設計及系統(tǒng)的總體設計)；邏輯設計(包含運算器設計、控制器設計及電路設計)；機床主機的結構設計。本次設計主要對總體結構進行設計。數控機床的功能設計和普通機床有著很大的差別。對數控機床的結構設計要求可歸納為如下幾個方面：具有很大的餓切削功率、高的靜、動態(tài)剛度和良好的抗振性能；具有較高大的幾何精度、傳動精度、定位精度和熱穩(wěn)定性；具有實現輔助操作自動化的結構部件。(1) 提高機床的結構剛度的設計機床的剛度是指切削力和其它力作用下抵抗變形的能力，該磨床要求具有高的靜剛度和動剛度。機床在切削過程當中，承受的靜態(tài)力有運動部件和被加工零件的自重；承受的動態(tài)力有砌學力、驅動力、加減速器時引起的慣性力、摩擦阻力等。組成機床的結構部件在這些力作用下將產生變形，從而導致工件的加工誤差。為了使機床達到高大結構剛度，獲得符合要求的工件，進行如下結構設計：構件的結構形式的選擇a. 選擇截面的形狀和尺寸由于形狀相同的截面，當保持相同的截面積時，應減小臂厚，加大截面的輪廓尺寸，所以該機床的立柱、床身等支撐件做成型腔。圓形截面的抗扭剛度比方形截面的大，抗彎剛度比方形截面小，所以立柱、床身等承受彎曲載荷的部件做成方形，而象主軸等承受扭轉載荷的零件做成圓形。由于封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很多，因此該磨床采用封閉式床身。由于臂上開孔將使剛度下降，所開孔部部件對剛度要求又很高，就在孔的周邊加上凸緣，以使抗彎剛度得到恢復。b. 隔板和筋條的布置合理布置支承件的隔板和筋條，可提高構件的靜、動剛度，磨床采用叉筋板的支承件，立柱內部就是布置了交叉的筋條。c. 構件的局部剛度磨床的導軌和支承件的連接部件，往往是局部剛度最弱的部分，但是聯(lián)接方式對局部剛度影響很大。在本次設計中，由于Z軸導軌較寬，故采用雙臂聯(lián)接形式；X、Y軸導軌較窄，采用單臂聯(lián)接，但在單臂上增加垂直筋條以提高局部剛度。結構布局的設計三坐標數控磨床設計的主軸中心位于立柱的對稱面內，主軸箱的自重不再引起立柱的變形，相同的切削力所引起的立柱的彎曲變形和扭轉變形均大為減小，這相當于提高了機床的剛度。另在立柱上方安裝兩組定滑輪來平衡重力，以減小立柱的變形。(2) 提高機床的抗振性的措施機床在加工時可能產生兩種形態(tài)的振動：強迫振動和自激振動。機床的抗振性就是抵抗這兩種振動的能力。改善和提高抗振性應從以下幾個方面著手：減少機床的內部振源機床高速旋轉主軸、帶輪均應進行平衡；裝配在一起的旋轉部件，應該保證同軸，并且消除傳動間隙，采用平衡裝置和降低往復運動件的重量，以減小可能的激振力，裝在機床上的電機需隔振安裝。提高靜態(tài)剛度提高靜態(tài)剛度可以提高構件或系統(tǒng)的諧振頻率，從而避免發(fā)生共振。但為了提高情態(tài)剛度而引起的構件質量的增加，會使共振頻率發(fā)生騙移，這是不利的。因此，在結構設計時應強調提高單位質量的個剛度。增加構件和結構的阻尼該磨床對滾動軸承適當預緊以增大阻尼，將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。以減少振動。(3) 提高機床靈敏度該三坐標數控磨床通過數字信息來控制刀具與工件的相對運動，它要求在相當大的進給速度范圍內都能達到較高的精度，因而運動部件應具有較高的靈敏度。導軌部分采用貼塑滑動導軌，以減少摩擦力使其在低速時無爬行現象。工作臺、刀架等部件的移動采用支流伺服電機驅動，經滾珠絲杠傳動，減少了進給系統(tǒng)所需要的驅動扭矩，提高了運動精度和運動平穩(wěn)性。2.5 磨床總體傳動設計(1) 主傳動系統(tǒng)的設計要求數控機床的主傳動系統(tǒng)除應滿足普通機床的主傳動要求外,還提出如下要求:具有更大的調速范圍,并實現無級調速。數控機床就要為了保證加工時能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產率、加工精度和表面質量，必須具有更高的轉速和更大的調速范圍。對于自動換刀的數控機床，工序集中工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應各種工序和各種加工材質的要求，主運動的調速范圍還應進一步擴大。具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。數控機床加工精度的提高與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關。為此，應提高傳動件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。數控機床一般即要進行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進行。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力抗震性?？拐鹦杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬?。例如主軸組件的動剛度取決于主軸的當量靜剛度，阻尼比及固有頻率等參數。機床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產生變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實現。(2) 主軸組件設計對主軸組件的性能要求主軸組件是機床主要部件之一。它的性能對整機的性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉速又很大，所以對主軸組件的主要性能特提出如下要求：a.旋轉精度 主軸的旋轉精度是指裝配后，在無載荷低速轉動的條件下，主軸安裝工件或刀具部件的定心表面（如該次設計的數控磨床主軸軸端的定心短錐采用7：24錐孔）的徑向和軸向跳動。旋轉精度取決于的主要件如主軸、軸承、殼體、孔等的制造，裝配和調整精度。工件轉速下的旋轉精度還取決于主軸的轉速、軸承的性能，潤滑劑和主軸組件的平衡。b.剛度 主要反映機床或部件抵抗外載荷的能力。影響剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號、數量、預緊和配置形式，前后支撐的跨距和主軸的前懸伸，傳動件的布置方式等。數控機床即要完成粗加工，又要完成精加工，因此對其主軸組件的剛度應提出更高的要求。c.溫升 將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙的變化，降低了加工的精度；溫升也會降低潤滑劑的粘度，惡化潤滑條件。因此，對高精度機床應研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控溫等。d.可靠性 數控機床是高度自動化的機床，所以必須保證工作可靠性，可喜的地方是這方面的研究正在發(fā)展。e.精度保持性 對數控機床的主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度與高速，高速與低升溫，高速與高精度等。這就要具體問題具體分析，例如設計高效數控機床的主軸組件時，主軸應滿足高速和高剛度的要求；設計高精度機床時，主軸應滿足高剛度低溫升的要求。主軸組件的組成和軸承選型a.主軸組件 包括主軸、軸承、傳動件和相應的緊固件。主軸組件的構造，主要是支撐部分的構造。主軸端部是標準的；傳動件如聯(lián)軸器與一般機械零件相同。因此，研究主軸組件，主要是研究主軸的支撐部分。b.主軸的傳動件 可以位于前后支撐之間，也可位于后支撐之后的主軸后懸伸端。目前傳動件位于后懸伸端的越來越多。這樣做，可以實現分離傳動和模塊化設計。主軸組件（稱為主軸單元）還可以作成獨立的功能部件，又有專門的工廠集中生產，作為商品出售。主軸可用聯(lián)軸器聯(lián)結。c.主軸軸承 選深溝球軸承。這種軸承即可承受輕微徑向載荷，又可承受軸向載荷。這種球軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常采用多聯(lián)組配的辦法。運轉時，軸承的外圈的散熱條件比內圈好，因此，內圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹將使過盈減少，于是，可以補償一部分徑向膨脹?；谏鲜龇治?，主軸受到彎矩，又屬高速運轉，因此主軸軸承必須采用多件組配。本機床支撐采用2個6208軸承。d.軸承的間隙調整和預緊主軸軸承的內部間隙，必須能夠調整，多數軸承還應在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和導軌之間有一定的預變形，這就是軸承的預緊。軸承預緊后，內部無間隙，滾動體從各個方向支撐主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預緊前只有部分滾導體與滾道接觸。預緊后，滾導體和滾道都有一定的變形，參加工作的滾動體將增多，各滾動體的受力將更加均勻。這些都有利提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產生振動，則由于各個方面都有滾動體支撐，可以提高抗震性。但是，預緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且較大的預緊將使壽命下降，故預緊要適量。e.承載能力和壽命主軸軸承通常載荷相對較輕。除了這些特殊重載主軸外軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸承的壽命，主要不是取決于疲勞點蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為級，經使用磨損后跳動精度降為級，這個軸承就認為應該更換了。雖然還未達到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計。主軸組件的技術要求主軸與軸承相配合的技術要求直徑公差和形位公差。為了得到主軸組件高的回轉精度，除保證主軸及其相關零件高的加工精度及采用精密主軸軸承外，還應進行定向裝配。主軸組件的動態(tài)特性a.平移 主軸作為一個剛體（實際上略有彎曲），在彈性支撐上作平移振動，主軸各點的振動方向一致。b.搖擺 主軸在彈性支座上搖擺，左右振動方向相反。c.彎曲 主軸本身作彎曲振動，主軸中間與兩端的振動方向相反，有兩個節(jié)點。這兩個節(jié)點位于支撐點附近。每個振型都有其固有頻率。每個振型固有頻率排列的次序，稱為階。上述三個振型的固有頻率，以平移振型為最低，彎曲振型為最高，三個振型分別為第一、二、三振型，振型和固有頻率合成為模態(tài)?？梢钥闯觯谝?、二階模態(tài)的彈性環(huán)節(jié)主要是軸承；第三階則主要是軸承。當軸的剛度提高時，第一、二階模態(tài)的固有頻率也隨之提高，但第三階模態(tài)提高不多。主軸是一個連續(xù)體，又無窮個模態(tài)。例如還有主軸的扭矩振動、縱向振動等。但是，這些模態(tài)的固有頻率較高，工作是不可能發(fā)生共振，所以，只需研究最低幾階模態(tài)，可用有限元法或傳遞矩陣法，借助計算機計算。通常，主軸組件的固有頻率很高，但是，高速主軸，特別是帶內裝式電動機高速主軸，電動機轉子是一個集中質量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動態(tài)特性，可采取下列措施。首先使主軸組件的固有頻率避開激振力頻率。通常使固有頻率高于激振頻率的30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎上（軸承）的剛體振動的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，則應提高主軸的剛度，如加粗直徑。其次增大比尼。如前所述，降低模態(tài)，常是主軸的剛度振動。這時主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對主軸組件的抗震性影響很大。如果要求得到很大。如果要求得到很光的加工表面，滾動軸承適當預緊可以增大阻尼，但過大的預緊反而使阻尼減小，故選擇預緊時還因考慮阻尼因素。最后采用消振裝置。主軸軸承的潤滑滾動軸承在接觸區(qū)的壓強很高，在這么高的壓強下，接觸區(qū)產生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個點的接觸：潤滑劑在高壓下被壓縮，粘度升高了。因此，才能在滾動體與滾道的接觸區(qū)，形成一個厚度的油膜，把兩者隔開，滾道體與滾道的接觸面積很小，所以，滾動軸承所需的潤滑劑很少的。當然，也可用脂潤滑，還有用油氣潤滑的。a.脂潤滑滾動軸承能用脂潤滑是它的突出優(yōu)點之一。脂潤滑不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。如果脂的選擇合適、清潔、密封良好，不是灰塵、油、切削液等進入，壽命是很長的。一次沖填可用到大修，不許補充，也不要加脂孔。脂潤滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號（常用于球軸承）。b.油氣潤滑如果dmn值較大時，還需對軸承進行冷卻。如果用油兼作潤滑和冷卻，則由于油的攪拌作用，溫升反而會增加。最好用油潤滑，用空氣冷卻。油霧潤滑需能達到這個目的，但是易污染環(huán)境。比較好的方法是油氣潤滑。在吹向軸承的空氣中定期地注入油，油并不霧化，用后可回收，不污染環(huán)境。油用于潤滑。(3) 選擇主軸電機主軸轉速設計該數控磨床的磨頭選擇為圓柱頭磨頭。設計切削速度=35m/s 刀具直徑D=500mm=(m/s) （2-1）式中：-砂輪外圓線速度，m/s -砂輪直徑，mm -砂輪轉速，r/s由（2-1）導出：=22.293r/s=1337.6r/min (2-2)主軸轉速：=1337.6r/min (2-3)電機轉速 =1337.6r/min (2-4) 查機械設計手冊，所以選電機的轉速no=1440r/min電機功率選擇= = （2-5）式中： P-砂輪電機實際輸出功率,Km -電機到砂輪的傳動效率;-砂輪線速度， m/s=0.99=0.97 （2-6）由（2-5）得： P=5.41Kw (2-7)查機械設計手冊，選定電機功率為5.5Kw綜上所述，選擇三相異步電機Y132S-4 第3章 砂輪架（磨頭）設計3.1 砂輪架設計(1) 砂輪機構的設計計算砂輪的選用砂輪采用標準件，根據需要，選用金剛砂砂輪，其尺寸參數為：外徑=500mm、內徑=203mm、厚度h=75mm，在加工過程中砂輪參數為：轉速n=1440r/min，移動行程s=700mm， 磨削進給量為0.005mm。砂輪采用壓板固定，另一端與有齒牙的軸套咬合。砂輪軸的設計其外形及各部分尺寸圖如圖2-5所示：圖2-5 砂輪軸外形尺寸圖如圖2-5，軸的左側直接與電動機通過聯(lián)軸器相連，標注尺寸為100mm的軸段，它上面通過鍵與砂輪軸套相連，軸套上面固定砂輪。軸套設計其外形及各部分尺寸圖如圖2-6所示：圖2-6 軸套外形及重要尺寸(2) 砂輪架設計的基本要求砂輪架是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉的關鍵部件，主要由傳動部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對砂輪架設計提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。砂輪架設計應滿足以下幾點基本要求：a.主軸旋轉精度高，旋轉穩(wěn)定；b.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；c.振動小，發(fā)熱低，不漏油；d.裝配制造簡單，調整維修方便。(3) 主軸旋轉精度及其提高措施砂輪架旋轉精度是指主軸前端的徑向跳動和軸向躥動大小，它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般平面磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動允許誤差取-5m5m。提高主軸旋轉精度的措施a.選擇合適的主軸軸承；b.提高主軸的加工精度；c.正確選擇主軸軸向止推方式。(4) 主軸軸承系統(tǒng)的剛性主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動力作用下，主軸軸承抵抗變形的能力。通常以主軸前端的撓度來度量。過低的剛性會降低磨削生產率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線缺陷。(5) 砂輪架主軸初步設計進行軸的強度校核時，應根據軸的具體受載及應力情況采取相應的計算方法，并恰當地選取其許用應力。對砂輪架主軸來說，砂輪架主軸主要承受扭矩，應該按照扭轉強度計算，且在選取許用應力時應該選取較小值。砂輪架主軸材料采用42MnVB，并進行淬火，故選取許用應力為40MP。軸的扭轉強度條件為: （2-8）扭轉切應力（單位為MP） 軸所受扭矩（單位為） 軸的扭轉截面系數（單位為） 軸傳遞的功率（單位為KW） 軸的轉速（單位為r/mm） 計算界面處的直徑（單位為mm） 許用扭轉應力（單位為r/mm）由上式可得軸的直徑為 =13mm (2-9)由上述計算可以得知砂輪架最小直徑為13mm，考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為20mm。砂輪架主軸的尺寸如圖2-5所示。(6) 主軸剛度校核當量直徑因為是階梯軸，所以用當量直徑法作近似計算當量直徑為： L=75+56+44+100+30=305mmd=34.56mm （2-10）允許撓度允許撓度y=0.0002L 0.0002305=0.061mm計算主軸前端撓度值 （2-11）載荷（單位為公斤）（150/9.8） 軸兩端的跨距（單位為厘米）（30.5） 懸伸長度（單位為厘米）（5.5） 材料的彈性模數（單位為公斤/平方厘米）（21.02） 截面慣性矩（平方厘米） = 0.001cm = 0.01mm （2-12）又因為y=0.135，0.010.135，即 y，由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。一般存在一個使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距L。由經驗得知，L為（36）D時，主軸前端撓度最小，D=120mm，L為150300mm，取L為320mm。3.2 砂輪架的結構特點砂輪架結構簡圖如圖2-7：圖 2-7 砂輪架簡圖第4章 垂直進給機構的設計4.1 垂直進給機構的結構和特點垂直進給系統(tǒng)采用了滾珠絲杠副傳動，其結構如圖4-1：數控機床進給系統(tǒng)的特點可歸納為：定位精度要高；跟蹤指令信號的響應要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。（1） 穩(wěn)定性所謂的穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量的改變、啟動狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出量經過幾次衰減振蕩后，能迅速地穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是伺服系統(tǒng)能夠進行正常工作的基本條件。它包含絕對穩(wěn)定性和相對穩(wěn)定性。進給系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼以及系統(tǒng)增益都有關系。適當選擇系統(tǒng)的機械參數（主要有阻尼、剛度、諧振頻率和失動量等）和電氣參數，并使它們達到最佳區(qū)配，是進給系統(tǒng)的設計的目標之一。（2）精度所謂進給系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復線輸入量的精確程度，即準確性。它包含動態(tài)誤差， 即瞬態(tài)過程出現的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜態(tài)誤差，即元件誤差及干擾誤差。常用的精度指標有定位精度、重復定位精度和輪廓跟隨精度。精度用誤差來表示，定位誤差是工作臺由一點到另一點時，指令值與實際 圖 4-1 結構簡圖移動距離的最大差值。重復定位誤差是指工作臺進行一次循環(huán)動作之后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標連動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之間的最大偏差值。影響精度的參數很多，關系也很復雜，采用數字調節(jié)技術可以提高驅動系統(tǒng)的精度。（3）快速響應特性所謂的快速響應特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應速度及瞬態(tài)過程結束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機床的加工精度和生產率。系統(tǒng)的響應速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度越高。但響應速度過快會造成系統(tǒng)的超調，甚至會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，應適當選擇快速響應特性。4.2 確定垂直進給機構方案(1) 進給系統(tǒng)的設計要求機床的位置調節(jié)對進給系統(tǒng)提出很高的要求。其中在靜態(tài)設計方面有：能夠克服摩擦力和負載：a.很小的進給位移量；b.高的靜態(tài)扭轉剛度；c.足夠的調速范圍；進給速度均勻，在速度很低時無爬行現象；在動態(tài)設計方面的要求有：a.具有足夠的加速和制動轉矩，以便完成啟動制動過程；b.具有良好的動態(tài)傳遞性能以保證在獲得高的軌跡精度和滿意的表面質量；c.負載引起的軌跡誤差盡可能的?。粰C械傳動部件的設計要求有：a.被加速的運動部件具有小的慣量；b.高的剛度；c.良好的阻尼；d.傳動部件在拉壓剛度、扭轉剛度、摩擦阻尼特性和間隙方面盡可能小的非線性；為了滿足以上要求，本設計采用滾珠絲桿副進給系統(tǒng)。將絲桿與步進電機直接相連，螺母機構與砂輪箱托架直接相連。4.3 滾珠絲桿副介紹滾珠絲杠螺母副是數控機床中回轉運動轉換為直線運動常用的傳動裝置。它以滾珠的滾動代替絲桿螺母副中的滑動，摩擦力小，具有良好的性能。(1) 組成及工作原理：圖 4-2 滾珠絲杠螺母副的結構原理圖組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）、螺母座等組成。工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成螺旋滾道，并在滾道內裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經回珠管作周而復始的循環(huán)運動。回珠管兩端還起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。(2) 特點：傳動效率高：機械效率可高達92%98%。摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動代替了普通絲桿螺母副的滑動。軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經預緊后可消除間隙。使用壽命長、制造成本高：主要采用優(yōu)質合金材料，表面經熱處理后獲得高的硬度。(3) 滾珠絲桿螺母副的消隙雙螺母墊片調隙：圖 4-3雙螺母墊片調隙修磨墊片厚度消隙滾珠絲桿螺母副采用雙螺母結構（類似于齒輪副中的雙薄片齒輪結構）。通過改變墊片的厚度使螺母產生軸向位移，從而使兩個螺母分別與絲桿的兩側面貼合。當工作臺反向時，由于消除了側隙，工作臺會跟隨CNC的運動指令反向而不會出現滯后。用鎖緊螺母消隙： 圖 4-4用鎖緊螺母消隙圖4-4為利用兩個鎖緊螺母調整預緊力的結構。兩個工作螺母以平鍵與外套相聯(lián)，其中右邊的一個螺母外伸部分有螺紋。當兩個鎖緊螺母轉動時，正是由于平鍵限制了工作螺母的轉動，才使得帶外螺紋的工作螺母能相對于鎖緊螺母軸向移動。間隙調整好后，對擰兩鎖緊螺母即可。結構緊湊，工作可靠，應用較廣。雙螺母齒差調隙：圖 4-5 差齒式調整法兩個工作螺母的凸緣上分別切出齒數為Z1、Z2的齒輪，且Z1、Z2相差一個齒，即： Z2-Z1=1，兩個齒輪分別與兩端相應的內齒圈相嚙合，內齒圈緊固在螺母座上。設其中的一個螺母Z1轉過一個齒時，絲桿的軸向移動量為S1，則有：Z1:1=T:S1 則S1=T/Z1如果兩個齒輪同方向各轉過一個齒，則絲桿的軸向位移為：S=S1-S2=T/Z1-T/Z2=T/Z1Z2例：當Z1=99，Z2=100時，S1?？梢赃_到很高的調整精度。(4) 滾珠絲桿螺母副的安裝滾珠絲桿螺母副所承受的主要是軸向載荷。它的徑向載荷主要是臥式絲桿的自重。安裝時，要保證螺母座的孔與工作螺母之間的良好配合，并保證孔與端面的垂直度等。這時主要是根據載荷的大小和方向選擇軸承。另外安裝和配置的形式還與絲桿的長短有關，當絲桿較長時，采用兩支撐結構；當絲桿較短時，采用單支撐結構。圖4-6 滾珠絲杠兩端支撐形式圖4-6a：一端固定，一端自由：適用于短絲桿及垂直絲桿。圖4-6b：一端固定，一端浮動：一端同時承受軸向力和徑向力，另一端徑向力，當絲桿受熱伸長時，可以通過一端做微量的軸向浮動。圖4-6c：兩端固定的支撐形式：通常在它的一端裝有碟形彈簧和調整螺母，這樣既能對滾珠絲桿施加預緊力，又能在絲桿熱變形后保持不變的預緊力。4.4 滾珠絲杠的設計計算(1) 絲杠螺母機構的設計絲杠的選擇確定砂輪的垂直進給速度V=0.05mm/s，砂輪垂直方向行程為675mm，則可得出絲杠的長度應大于675mm。根據以上的應用條件，可以查標準選用絲杠，由于要求傳動的精度較高，經對照選用滾珠絲杠，其技術參數為：公稱直徑=50mm，導程=5mm，采用的滾珠直徑為3.969mm，絲杠的底徑為27.2mm，外徑為31.2mm。螺母的選擇螺母采用雙螺母墊片調隙預緊調整式，如圖4-3所示，調整墊片的厚度，可使兩螺母產生相對位移，以達到消除間隙產生預緊拉力之目的。(2) 絲杠傳動的設計由于絲杠的進給較慢，并且要求精確，因此采用步進電機傳動，以滿足進給的需要。電機與絲桿之間采用軸套連接形式。4.5 垂直進給電機的功率計算由絲杠的工作情況選擇電機，選用110BYG5-03型永磁式步進電機，相數為5相，步距角為0.36，電壓為120130V，電流為3A，最大靜轉矩為12000Nmm，空載起動頻率為3000Hz，空載運行頻率為5000Hz。根據設計要求：垂直進給最小位移量=0.005mm絲桿導程：5mm因此所選擇電機步距角= (4-1)第5章 橫向進給（工作臺進給）機構的設計5.1 橫向進給機構的結構和特點橫向進給結構如圖5-1：圖 5-1 橫向進給機構橫向進給系統(tǒng)建立在床身上的，為了在磨削過程中，工件移動平穩(wěn)，采用液壓傳動。工作臺在床身導軌上平穩(wěn)移動。機床的床身是整個機床的基礎支承件,一般用來放置導軌等重要部件。為了滿足數控機床高速度、高精度、高生產率、高可靠性和高自動化的要求，與普通機床相比，數控機床應有更高的靜、動剛度，更好的抗振性。數控機床床身主要在下面四個方面提出了更高的要求。a.很高的精度和精度保持性在床身上有很多安裝部件的加工面和運動部件的導軌面,這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高,而且要能長時間保持.另外,機床在切削加工時,所有動、靜載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身上的受力很復雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運動精度，處滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還要滿足靜、動剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和工藝等方面的技術要求。b.應具有足夠的靜、動剛度靜剛度包括：床身的自身結構剛度、局部剛度和接觸剛度，都應該采取相應的措施，最后達到有較高的剛度質量比。動剛度直接反映機床的運動特性，為了保證機床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振動的能力，可以通過適當增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄臂振動而產身的噪聲。c.較好的熱穩(wěn)定性控機床來說，尤其是高精度數控機床，熱穩(wěn)定性已成為一個突出的問題，必須在設計上要作到使整機的熱變形較小，或使熱變形對加工精度的影響較小。d.高的強度和耐磨性通常床身在抵抗外負載荷而不超過允許的變形情況下，都具有足夠的強度。但是，對于外負載荷比較大而變形要求不大的部位，仍有注意其強度的情況。至于床身與運動部件相接觸的部位，即導軌處，要求有良好的耐磨性。5.2 確定橫向進給機構方案在工件磨削加工的時候，工件勻速運動往往能提高加工質量，在加工的時候，工作臺將長時間往復運動，根據國內外現行的加工設計經驗，本設計采用雙出桿活塞液壓缸。選用液壓缸如圖5-2。圖 5-2 液壓缸5.3 液壓系統(tǒng)介紹工作原理如圖5-3：圖 5-3 液壓控制原理系統(tǒng)圖圖5-3是油路控制原理系統(tǒng)圖。工作時，當1YA首先打開時，液壓缸左邊油腔進油，右腔出油，活塞桿有向右移動趨勢，但是活塞桿固定在床身上，液壓缸缸體固定在活動的工作臺上，因此工作臺隨缸體向左移動。當固定在工作臺上的左極限行程開關被觸及時，1YA斷電，2YA通電，液壓缸右邊油腔進油，左腔出油，活塞桿有向左移動趨勢，但是活塞桿固定在床身上，液壓缸缸體固定在活動的工作臺上，因此工作臺隨缸體向右移動，當觸及右極限行程開關時，2YA斷電，1YA通電，如此反復，工作臺即可左右移動。5.4 液壓缸的設計計算(1) 液壓缸缸參數缸的內徑:=59.3mm (5-1)查機械手冊取整：D=60mm活塞桿直徑 d=0.4D=0.760=24mm (5-2)查機械手冊取整：d=24mm缸實際壓力:= =48.85KN (5-3)泵的流量: A=0.00237 m/s (5-4)(2) 液壓缸的設計計算表 5.1 缸鋼筒所選材料型號MPaMPa%4561050014 筒壁厚計算假設16 =26.25 =0.007875 (5-5) =7.62 (5-6)與假設不符合，所以不成立假設 =26.25 =7.73mm (5-7) =7.762 (5-8)與假設不符合，所以不成立假設時 =26.25mm (5-9) 取壁厚 假設成立。-為缸筒材料強度要求的最小，M -為腐蝕余量，M 試驗壓力，16M時，取=1.25P P管內最大工作壓力為21M -鋼筒材料的許用應力，M =/n-鋼筒材料的抗拉強度，M n安全系數，通常取n=5筒壁厚校核因為 所以 因為 所以=8.853 (5-10) 8.853 所以缸筒厚度滿足條件。缸筒完全塑性的變形壓力校核 為外徑 D為內徑 = =55.432 (5-11) = (5-12) 所以缸筒厚度滿足塑性的變形壓力校核。缸筒的爆裂壓力校核 (5-13) 所以缸筒厚度滿足爆裂壓力校核。缸筒底厚度計算 = (5-14)缸筒法蘭厚度的計算 (5-15) 取整得h=缸筒法蘭連接螺釘螺栓處的拉應力 (5-16)z-螺栓數8根; k-擰緊螺紋的系數變載荷 取k=4; -螺紋底徑螺紋處的剪應力 (5-17) (5-18)-屈服極限 -安全系數; 5合成應力 = (5-19)活塞桿直徑d的校核： 表 5-2 活塞桿所選材料型號MPaMPa%4561050014 =23.5d (5-20) 所以活塞桿d滿足要求。F活塞桿上的作用力 活塞桿材料的許用應力 (3) 液壓元件選擇：溢流閥：具有壓力高、調壓性能平穩(wěn)、最低調節(jié)壓力低和調壓范圍大等特點。在本次設計中，起到過載保護的作用。節(jié)流閥：它的作用是通過改變閥的通流面積來調節(jié)流量。在本次設計中，起到限制流量的作用。電磁換向閥：設計中采用三位四通電磁換向閥。選擇DSG系列，該系列電磁換向閥配有強吸力、高性能的濕式電磁鐵，具有高壓、大流量、壓力損失低等特點。本次設計通過改變電磁換向閥的通電方式，改變液壓缸的運動方向。液壓泵：采用葉片定量泵第6章 縱向進給機構設計6.1 縱向進給機構的結構和特點(1) 縱向進給系統(tǒng)采用了滾珠絲杠副傳動，其結構如圖6-1：圖 6-1 進給系統(tǒng)數控機床進給系統(tǒng)的特點可歸納為：定位精度要高；跟蹤指令信號的響應要快；系統(tǒng)的穩(wěn)定性要好。穩(wěn)定性所謂的穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量的改變、啟動狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出量經過幾次衰減振蕩后，能迅速地穩(wěn)定在新的或原有的平衡狀態(tài)下。它是伺服系統(tǒng)能夠進行正常工作的基本條件。它包含絕對穩(wěn)定性和相對穩(wěn)定性。進給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼以及系統(tǒng)增益都有關系。適當選擇系統(tǒng)的機械參數（主要有阻尼、剛度、諧振頻率和失動量等）和電氣參數，并使它們達到最佳區(qū)配，是進給伺服系統(tǒng)的設計的目標之一。精度所謂進給伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復線輸入量的精確程度，即準確性。它包含動態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結束后，系統(tǒng)存在的偏差；靜態(tài)誤差，即元件誤差及干擾誤差。常用的精度指標有定位精度、重復定位精度和輪廓跟隨精度。精度用誤差來表示，定位誤差是工作臺由一點到另一點時，指令值與實際移動距離的最大差值。重復定位誤差是指工作臺進行一次循環(huán)動作之后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標連動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之間的最大偏差值。影響精度的參數很多，關系也很復雜，采用數字調節(jié)技術可以提高伺服驅動系統(tǒng)的精度?？焖夙憫匦运^的快速響應特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號的響應速度及瞬態(tài)過程結束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應時間，傳動裝置的加速能力。它直接影響機床的加工精度和生產率。系統(tǒng)的響應速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度越高。但響應速度過快會造成系統(tǒng)的超調，甚至會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，應適當選擇快速響應特性。6.2 確定縱向進給機構方案(1) 進給系統(tǒng)的設計要求機床的位置調節(jié)對進給系統(tǒng)提出很高的要求。其中在靜態(tài)設計方面有：能夠克服摩擦力和負載：a.很小的進給位移量；b.高的靜態(tài)扭轉剛度；c.足夠的調速范圍；進給速度均勻，在速度很低時無爬行現象；在動態(tài)設計方面的要求有：a.具有足夠的加速和制動轉矩，以便完成啟動制動過程；b.具有良好的動態(tài)傳遞性能以保證在獲得高的軌跡精度和滿意的表面質量；c.負載引起的軌跡誤差盡可能的小；機械傳動部件的設計要求有：a.被加速的運動部件具有小的慣量；b.高的剛度；c.良好的阻尼；d.傳動部件在拉壓剛度、扭轉剛度、摩擦阻尼特性和間隙方面盡可能小的非線性；為了滿足以上要求，本設計采用滾珠絲桿副進給系統(tǒng)。將絲桿與步進電機直接相連，螺母機構與砂輪箱托架直接相連。6.3 滾珠絲杠的設計計算(1) 絲杠螺母機構的設計絲杠的選擇確定砂輪的垂直進給速度V=0.15mm/s，砂輪垂直方向行程為625mm，則可得出絲杠的長度應大于625mm。根據以上的應用條件，可以查標準選用絲杠，由于要求傳動的精度較高，經對照選用滾珠絲杠，其技術參數為：公稱直徑=50mm，導程=5mm，采用的滾珠直徑為3.969mm，絲杠的底徑為27.2mm，外徑為31.2mm。螺母的選擇螺母采用雙螺母墊片調隙預緊調整式，如圖6-2所示，調整墊片的厚度，可使兩螺母產生相對位移，以達到消除間隙產生預緊拉力之目的。圖 6-2 雙螺母墊片調隙預緊調整式 (2) 絲杠傳動的設計由于絲杠的進給較慢，并且要求精確，因此采用步進電機傳動，以滿足進給的需要。電機與絲桿之間采用軸套連接形式。6.4 縱向進給電機的功率計算由絲杠的工作情況選擇電機，選用110BYG5-03型永磁式步進電機，相數為5相，步距角為0.36，電壓為120130V，電流為3A，最大靜轉矩為12000Nmm，空載起動頻率為3000Hz，空載運行頻率為5000Hz。根據設計要求：垂直進給最小位移量=0.005mm絲桿導程=5mm因此所選擇電機步距角= (6-1)第7章 控制系統(tǒng)設計7.1 控制器的選擇在微機應用系統(tǒng)中，CPU的選擇應考慮以下三要素：時鐘頻率和字長（控制數據處理速度）；可擴展存儲器（ROM/RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能是否強（即變成的靈活性）。I/O擴展的能力：開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。除此以外，還應根據系統(tǒng)應用場合，選擇對象以及對各種參數要求選擇CPU。在一般數控系統(tǒng)中，最常用MCS-51系統(tǒng)單片機作為主控制器。本次設計將選用80C51單片機。從上述特性可知，一塊8051的功能幾乎相當于一塊Z80CPU、一塊RAM、一塊Z80CTC、兩塊Z80PIO和一塊Z80SIO所組成的微型機算計系統(tǒng)。在一般二坐標聯(lián)動的數控系統(tǒng)中，推薦采用MCS-51系列單片機作為主控制器。MCS-51系列單片機中常用的是80C51。該系列產品是集中CPU，I/O端口及部分RAM為一體的功能性很強的控制器。目前，工業(yè)控制中應用最多的是8C51單片機。本設計中也采用80C51單片機。它是一個具有40根引腳的雙列直插式器件，其基本特征有：1. 具有8位中央處理單元CPU2. 片內有時鐘發(fā)生電路3. 具有128個字節(jié)的RAM4. 具有21個特殊功能寄存器5. 可尋址64K字節(jié)的外部數據存儲器和64K字節(jié)的外部程序存儲器6. 具有4個I/O接口，32根I/O線7. 具有兩個16位定時器/計數器8. 具有5個中斷源，配備兩個優(yōu)先級別9. 具有一個全雙功能串行接口10.具有位尋址能力，適用邏輯運算7.2 流程圖控制流程圖如圖7-1：圖7-1 控制流程圖7.3 硬件電路的設計(1) 存儲器擴展電路設計程序存儲器擴展單片機應用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片采用EPROM芯片。其型號分別為2716、2732、2764、2756等，其容量分別為2K、4K、16K、32K。在選擇芯片時，要考慮CPU與EPROM時序的匹配。即80C51所能讀取的時間必須大于EPROM所要求的時間。此外，還需考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲器的容量。在滿足要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數量，使系統(tǒng)簡化。本控制電路中選用2764存儲芯片，74LS373地址鎖存器。數據存儲器的擴展由于80C51內部RAM只有128字節(jié)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴展片外的數據存儲器。本控制電路選用6264靜態(tài)數據存儲器。譯碼電路在單片機應用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機相聯(lián)。單片機數據總線分時地與各個外圍芯片進行數據傳送，故需進行片選控制，選用74LS138譯碼器。(2) 機床數控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成，如圖7-2所示。主控制器，即中央處理單元CPU?？偩€，包括數據總線（DB），地址總線（AB）和控制總線（CB）。儲存器，包括只讀可編程程序儲存器（ROM）和隨機讀寫數據儲存器（RAM）。接口，即I/O 輸入/輸出接口電路。圖 7-2 數控系統(tǒng)硬件框圖(3) 程序存儲器擴展單片機應用系統(tǒng)擴展的芯片大多采用EPROM芯片。在選擇芯片時，要考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲器的容量。在滿足容量要求的同時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數量，使系統(tǒng)簡化。所以本設計中選用2764EPROM芯片，它是雙列直插式28腳芯片。單片機規(guī)定口分時輸出低8位地址和數據的通道口。為了把地址信息分離出來保存，需要地址鎖存器。本設計中采用74LS373作為地址鎖存器。 (4) 數據存儲器的擴展由于80C51內部RAM只有128字節(jié)，不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴展片外的數據存儲器。單片機應用系統(tǒng)數據存儲器擴展電路一般采用6/16和6264表態(tài)RAM數據存儲器，其選用規(guī)則與EPROM程序存儲器的要求相同。在本設計中選用8255A為數據存儲器的擴展芯片。容量為8K。(5) I/O口擴展電路設計8051單片機共有四個八位并行I/O口，但可供用戶使用的只有口及口。因此要進行I/O接口的擴展。本設計中采用通用的可編程接口芯片8255A。它是有A，B。C三個可編程功能的8位I/O接口，有40個引腳的雙列直插式RAM/IO/CTC擴展器。由8255A自單片機接受地址址信息，控制信息，在數據總線與端口間傳送數據狀態(tài)控制信號。由于一塊8255A可提供24個I/O口，而本設計中經過分析，使用要求須四十幾個口，所以本設計中采用三片8255A芯片，其中一塊芯片作為鍵盤，顯示接口電路。 (6) 總線連接數據總線（DB） 口為數據I/O口，數據總線由它連接各芯片數據I/O口。地址總線（AB） 設計中一共使用了一片TAM（8K），一片TOM（8K），三片8255A。必須對這些擴展部分實行統(tǒng)一編址。2764EPROM 8K= 需13條地址線6264RAM 8K= 需13條地址線但由于訪問片外TOM與訪問片外RAM所以用控制線不同，且與，不會同時有效，所以兩者地址可以完全重疊。用口八位地位地址。五位高地址。2764EPROM與三片8255A I/O接口芯片可用2-4譯碼器74LS32進行片選。(7) 顯示器使用的顯示器為16段米字管和LED（發(fā)光二極管顯示器）。 (8) 鍵盤本數控系統(tǒng)采用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行列結構，按鍵設置在行列的交點上。(7) 步進電機驅動電路步進電機驅動電路如圖7-5所示，由四部分組成。在步進電機驅動中，一般在接口電路與功率放大器之間要加上隔離電路，實現電氣隔離。圖 7-5步進電機驅動電路助(8) 元件的選擇 選用元件如表7.1： 表 7.1 元件選擇元件名稱數量80C51174LS138174LS373127641626418255A2MC14131第8章 總結我設計的是數控平面磨床，在設計中有很多收獲。本設計包括機械部分設計和控制部分設計，機械部分設計主要包括：總體設計、砂輪架（磨頭）設計、垂直進給機構設計、橫向進給（工作臺進給）機構設計、縱向進給機構設計?？刂撇糠衷O計主要包括：硬件電路設計、液壓系統(tǒng)控制、單片機控制。我設計的數控平面磨床是一種效率高、精度高的數控加工機床，它比普通磨床有很多優(yōu)勢，具體實際應用意義有以下幾點：1.大大提高生產效率。數控平面磨床即可實現加工的自動化效率可比傳統(tǒng)平面磨床提高3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產準備周期。2.數控平面磨床在機械制造中作用和地位提高。隨著磨削技術的發(fā)展，數控平面磨床的應用日益擴大，在工業(yè)發(fā)達國家磨床占機床總數的40%，在軸承制造業(yè)中多達60%，因此磨削技術在機械制造業(yè)中占重要地位，而數控平面磨床由于磨削精度高、效率高很適應工程材料不斷發(fā)展的需要。3.性能穩(wěn)定可靠。目前數控技術得到了突飛猛進，為數控平面磨床提供了可靠的數控技術保障，因此數控平面磨床的設計有適應和應用新技術的意義。我所設計的數控平面磨床具有以上特點，并且從節(jié)約材料和實用性都有考慮。所選用控制為單片機控制。致謝整整一個學期的畢業(yè)設計即將接近尾聲，在指導老師的親切指導和同學的幫助下，此次設計才得以完成。首先，向本設計的指導老師表示最誠摯的謝意。她在自己繁忙的教學工作中，仍然盡力抽出時間對我們進行指導，時刻關心我們的進展狀況，督促我們抓緊時間設計。老師給予的幫助貫串于整個設計過程，從實習現場的細心講解，到開題選題，她都給予了重要指導，使我們懂得了如何把握設計重點，如何合理安排時間和設計繪圖，同時在畢業(yè)設計過程中，她和我們在一起共同解決了各種問題。其次，要向給予此次畢業(yè)設計幫助的老師們，以及同學們以誠摯的謝意，在整個設計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關懷。還有那些為我們提供不少技術方面的資料和實習實地考察機會的老師，在此感謝他們。最后，本次設計是在老師的指導下和同學的幫助下共同完成的，在設計的幾個月里，我們相處非常愉快，我也學到許多人生道理，這是我人生的一筆財富，我將永遠銘記這段美好時光。我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示感謝。參考文獻1余英良.機床數控改造設計與實例.機械工業(yè)出版社.1998,(05)2尹成湖.磨工.化學工業(yè)出版社.2005，（01）3孫德茂.數控機床磨削加工直接編程技術.機械工業(yè)出版社.2006，（02）4張建民等.機電一體化系統(tǒng)設計（第二版）.高等教育出版社.2001,(03)5周斌.機電一體化使用技術手冊.兵器工業(yè)出版社. 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June,28 No13,1956附 錄單片機控制輸入鍵盤掃描程序（匯編）ORG0000HSTART:MOVR0,#00H; DJNZR0,$ LOOP: MOVSP,#60HCALLKEYDISPLAY: MOV A,R4 MOV DPTR,#TABLE ;MOVC A,A+DPTR ;MOV P2,A SJMPLOOPKEY: PUSHPSW PUSHACC MOVP1,#0F0H ; MOVR7,#0FFH; KEY1:DJNZR7,KEY1MOVA,P1; ANLA,#0F0H; ORLA,#0FH / CPLA;JZEKEY; LCALLDEL20ms ; SKEY:MOVA,#00H MOVR0,A ;R0 MOVR1,A ;R1 MOVR2,#0FEH ;R2SKEY2:MOVA,R2 MOVP1,A ; NOP NOP MOVA,P1 ; MOVR1,A ; ANLA,#0F0H ; ORLA,#0FH ; CPLABIAOZHI:JNZSKEY3;INCR0; SETBC; MOVA,R2RLCA; MOVR2,A MOVA,R0; CJNEA,#04H,SKEY2 ; AJMPEKEY ; SKEY3:MOVA,R1 ; JNBACC.4,SKEY5 ; JNBACC.5,SKEY6 JNBACC.6,SKEY7 JNBACC.7,SKEY8AJMPEKEY / SKEY5:MOVA,#00H ;MOVR3,A AJMPDKEYSKEY6:MOVA,#01H ; MOVR3,A AJMPDKEYSKEY7:MOVA,#02H ;MOVR3,A AJMPDKEYSKEY8:MOVA,#03H ; MOVR3,A AJMPDKEYDKEY:/MOVR4,#00H MOVA,R0MOVB,#04H MULAB; ADDA,R3; MOVR4,AEKEY:POPACCPOPPSW RET ; DEL20ms:MOVR7,#2DL2: MOVR6,#18DL1: MOVR5,#255 DJNZR5,$ DJNZR6,DL1DJNZR7,DL2 RETTABLE: DB 3FH ;0DB 06H ;1DB 5BH ;2 DB 4FH ;3 DB 66H ;4DB 6DH ;5 DB 7DH ;6 DB 27H ;7 DB 7FH ;8DB 6FH ;9 DB77H DB7CH DB39H DB5EH DB79H DB71H END數控磨削加工中砂輪磨損量的檢測方法數控磨床在工件磨削過程中，不可避免的會產生砂輪的磨損現象，為了保證加工精度，需要及時地對砂輪的直徑變化或磨損量進行檢測。由于磨削加工是一種高精度的加工方法，限于較高測量精度的要求，目前還難以直接對砂輪的直徑進行精密的在線測量。同樣，由于砂輪表面砂粒的影響，對于砂輪磨損量的高精度檢測也是一件困難的事情。因此，目前在數控磨床上還難以實現砂輪磨損的自動補償。針對這種情況，本文結合數控曲軸磨削加工的研究，提出了一種基于聲發(fā)射檢測技術的砂輪磨損測量及誤差補償的方法。即利用安裝在砂輪架上的聲發(fā)射傳感器，測量砂輪相對于機床某一基準的相對位置，通過測量該相對位置的變化，間接地檢測砂輪的磨損量,并將測量結果反饋至數控系統(tǒng)，從而實現砂輪磨損的自動補償。1砂輪磨損量的檢測方法考慮到砂輪表面砂粒的影響以及加工環(huán)境的影響，采用激光測量等方法均難以實現砂輪磨損量的在線檢測。近幾年在磨削狀態(tài)監(jiān)控中，聲發(fā)射技術已成為廣泛采用的一種方法1。切削過程中的聲發(fā)射是重要的切削現象之一，所謂聲發(fā)射現象是固體材料由于結構變化引起應變能的快速釋放而產生的彈性波，簡稱AE(Acoustic Emission)。在磨削加工中，當磨削加工處于一種穩(wěn)定狀態(tài)時，AE信號并不發(fā)生變化。只有當磨削狀態(tài)發(fā)生變化時，聲發(fā)射信號才隨之發(fā)生變化。當砂輪與工件相靠近時，砂輪會有高頻聲發(fā)射信號產生，安裝在砂輪架上的聲發(fā)射傳感器信號會明顯增強，通過試驗研究可以確定一個閾值，根據該閾值可以確定砂輪與工件的相對位置?；谠撛恚紤]將聲發(fā)射傳感器安裝在砂輪架上，用于測量砂輪磨削過程中的聲發(fā)射信號。金剛石筆作為砂輪定位的基準，安裝在磨床床身的某一位置，當需要測量砂輪的磨損量時，數控系統(tǒng)控制砂輪靠近金剛石筆，當砂輪接近金剛石筆時，聲發(fā)射信號增強，通過試驗研究，可以確定一個判定砂輪與金剛石筆相對位置的閾值。當聲發(fā)射信號超過預先設置的閾值時，由聲發(fā)射信號處理裝置向數控系統(tǒng)的PLC發(fā)出開關量信號，機床數控系統(tǒng)則記錄下當前砂輪的位置，并將砂輪的當前位置與以前的位置相比較，計算出砂輪磨損量的補償值。進一步通過數控軟件在數控系統(tǒng)中實現砂輪磨損的自動補償。上述方法是否可行，主要取決于能否找到一個能夠準確判斷金剛石筆與砂輪相對位置的閾值，當砂輪沒有磨損時，利用該閾值判斷的金剛石筆與砂輪相對位置不應發(fā)生變化或具有很小的位置測量誤差。為了說明這一問題，對砂輪磨損量對加工誤差的影響b(以此確定位置測量的允許誤差)以及所提出方法的位置測量精度進行了試驗研究。2試驗研究為了確定聲發(fā)射技術應用于砂輪磨損量測量的測量精度，我們在瑞士Studer精密萬能外圓磨床上進行了試驗研究。試驗時，將金剛石修整筆固定在磨床尾架上，砂輪的最小進給量1m，砂輪粒度為80、中軟、紅剛玉、直徑300mm，砂輪線速度為45m/s，頭架轉速為50r/min。聲發(fā)射信號監(jiān)測系統(tǒng)選用美國許密特工業(yè)公司的L42004型聲發(fā)射控制機，其聲發(fā)射信號工作頻率范圍為50kHz950kHz，響應時間小于1ms。試驗時，首先控制砂輪的進給運動，使其靠近金剛石修整筆，并在聲發(fā)射控制機上設置一個閾值。然后將砂輪分別以5m、10m、15m、20m作為砂輪退刀量退回砂輪，再重新控制砂輪緩慢進給，靠近金剛石修整筆，直到聲發(fā)射控制機監(jiān)控屏幕上顯示達到閾值，立即停止砂輪的進給，記錄各次的進給量。以上試驗過程不斷重復，從而測量出聲發(fā)射傳感器測量金剛石修整筆與砂輪相對位置的重復測量精度。表1給出了試驗結果。由表1可知，誤差值在-5+5m之間，其值小于允許的理論計算誤差值6m。因此，本文所提出的方法可以用于砂輪磨損量的檢測。表1金剛石修整筆與砂輪相對位置的測量誤差試驗次數 1234567891011121314退刀量(m)555555510101010101010進刀量(m)567855510111210101110誤差(m)01230000120010試驗次數1516171819202122232425262728退刀量(m)1515151515151520202020202020進刀量(m)1315141415131420191816161717誤差(m)-20-1-10-2-10-1-2-4-4-3-33結論本文基于聲發(fā)射檢測技術，給出了數控曲軸磨削砂輪磨損的間接檢測方法，該方法同樣適于平面磨削、外圓磨削等情況，其區(qū)別僅在于要求的檢測精度不同。實際試驗表明，所提出的方法檢測誤差在-5+5m之間，可以滿足高精度磨削加工的需要。Test Method of Grinding Wheel Wear in CNC GrindingCNC grinding machine in grinding process of workpiece, which is caused by abrasion wheel, in order to ensure the precision needed in a timely manner the diameter of the wheel to detect changes or wear. Since grinding is a precision machining method, limited to the requirements of high precision, it is hard to direct the diameter of the wheel-line measurement precision. Similarly, the impact of sand surface grinding wheel, grinding wheel wear for high-precision detection is a difficult task. Therefore, it is still difficult in the CNC grinding machine to achieve automatic compensation for wheel wear. In response, this paper studies CNC Crankshaft Grinding, a technique based on acoustic emission measurement of grinding wheel wear and error compensation method. That is installed on the wheel rack using acoustic emission sensors, measuring wheel with a benchmark for the relative position of machine tools by measuring changes in the relative position of the indirect detection of grinding wheel wear, and measuring the results fed back to the control system, which achieve automatic compensation for wheel wear.1. A grinding wheel wear detection methods.Taking into account the impact of grinding wheel surface grit and processing environment, using laser measurement methods are difficult to achieve on-line detection of grinding wheel wear. In recent years, the grinding condition monitoring, acoustic emission technology has become a widely used method 1. Cutting process of cutting acoustic emission is an important phenomenon of the so-called acoustic emission phenomenon is caused by structural changes of solid materials due to the rapid release of strain caused by elastic waves, referred to as AE (Acoustic Emission). In the grinding process, when the grinding process in a steady state, AE signal does not change. Only when the grinding conditions change, the acoustic emission signal was changed with it. When the grinding wheel and workpiece with close, the wheel will produce high-frequency acoustic emission signals, install the shelves in the wheel acoustic emission sensor signals will be significantly enhanced through the pilot study determine a threshold, according to the threshold value can determine the grinding wheel and workpiece relative position. Based on this principle, consider the acoustic emission sensors installed in the wheel
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