數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì)【說明書+7張CAD圖紙】

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數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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A2-砂輪主軸.dwg---(點(diǎn)擊預(yù)覽)

A2-工作臺(tái).dwg---(點(diǎn)擊預(yù)覽)

A1-電氣控制系統(tǒng)原理圖.dwg---(點(diǎn)擊預(yù)覽)

A1-液壓缸部裝圖.dwg---(點(diǎn)擊預(yù)覽)

A1-液壓系統(tǒng)原理圖.dwg---(點(diǎn)擊預(yù)覽)

A1-流程圖.dwg---(點(diǎn)擊預(yù)覽)

A0-數(shù)控平面磨床總成圖.dwg---(點(diǎn)擊預(yù)覽)

CAXA制圖

總成圖A0.exb

流程圖.exb

液壓系統(tǒng)圖.exb

液壓缸部裝圖A1.exb

電路圖A1.exb

零件圖（工作臺(tái)）A2.exb

零件圖（砂輪主軸）.exb

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數(shù)控磨削加工中砂輪磨損量的檢測方法課程畢業(yè)設(shè)計(jì)外文文獻(xiàn)翻譯.doc---(點(diǎn)擊預(yù)覽)

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內(nèi)容簡介：: 數(shù)控磨削加工中砂輪磨損量的檢測方法數(shù)控磨床在工件磨削過程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生砂輪的磨損現(xiàn)象，為了保證加工精度，需要及時(shí)地對砂輪的直徑變化或磨損量進(jìn)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(jìn)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(shù)控磨床上還難以實(shí)現(xiàn)砂輪磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。針對這種情況，本文結(jié)合數(shù)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(shù)的砂輪磨損測量及誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?。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(jī)床某一基準(zhǔn)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(jié)果反饋至數(shù)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)砂輪磨損的自動(dòng)補(bǔ)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(shí)現(xiàn)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(shù)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(xiàn)象之一，所謂聲發(fā)射現(xiàn)象是固體材料由于結(jié)構(gòu)變化引起應(yīng)變能的快速釋放而產(chǎn)生的彈性波，簡稱AE(Acoustic Emission)。在磨削加工中，當(dāng)磨削加工處于一種穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，AE信號(hào)并不發(fā)生變化。只有當(dāng)磨削狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)才隨之發(fā)生變化。當(dāng)砂輪與工件相靠近時(shí)，砂輪會(huì)有高頻聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生，安裝在砂輪架上的聲發(fā)射傳感器信號(hào)會(huì)明顯增強(qiáng)，通過試驗(yàn)研究可以確定一個(gè)閾值，根據(jù)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(hào)。金剛石筆作為砂輪定位的基準(zhǔn)，安裝在磨床床身的某一位置，當(dāng)需要測量砂輪的磨損量時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)控制砂輪靠近金剛石筆，當(dāng)砂輪接近金剛石筆時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)增強(qiáng)，通過試驗(yàn)研究，可以確定一個(gè)判定砂輪與金剛石筆相對位置的閾值。當(dāng)聲發(fā)射信號(hào)超過預(yù)先設(shè)置的閾值時(shí)，由聲發(fā)射信號(hào)處理裝置向數(shù)控系統(tǒng)的PLC發(fā)出開關(guān)量信號(hào)，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)則記錄下當(dāng)前砂輪的位置，并將砂輪的當(dāng)前位置與以前的位置相比較，計(jì)算出砂輪磨損量的補(bǔ)償值。進(jìn)一步通過數(shù)控軟件在數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)砂輪磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。上述方法是否可行，主要取決于能否找到一個(gè)能夠準(zhǔn)確判斷金剛石筆與砂輪相對位置的閾值，當(dāng)砂輪沒有磨損時(shí)，利用該閾值判斷的金剛石筆與砂輪相對位置不應(yīng)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(jìn)行了試驗(yàn)研究。2試驗(yàn)研究為了確定聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)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(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)時(shí)，將金剛石修整筆固定在磨床尾架上，砂輪的最小進(jìn)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(zhuǎn)速為50r/min。聲發(fā)射信號(hào)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(jī)，其聲發(fā)射信號(hào)工作頻率范圍為50kHz950kHz，響應(yīng)時(shí)間小于1ms。試驗(yàn)時(shí)，首先控制砂輪的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使其靠近金剛石修整筆，并在聲發(fā)射控制機(jī)上設(shè)置一個(gè)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(jìn)給，靠近金剛石修整筆，直到聲發(fā)射控制機(jī)監(jiān)控屏幕上顯示達(dá)到閾值，立即停止砂輪的進(jìn)給，記錄各次的進(jìn)給量。以上試驗(yàn)過程不斷重復(fù)，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(fù)測量精度。表1給出了試驗(yàn)結(jié)果。由表1可知，誤差值在-5+5m之間，其值小于允許的理論計(jì)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(yàn)次數(shù) 1234567891011121314退刀量(m)555555510101010101010進(jìn)刀量(m)567855510111210101110誤差(m)01230000120010試驗(yàn)次數(shù)1516171819202122232425262728退刀量(m)1515151515151520202020202020進(jìn)刀量(m)1315141415131420191816161717誤差(m)-20-1-10-2-10-1-2-4-4-3-33結(jié)論本文基于聲發(fā)射檢測技術(shù)，給出了數(shù)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(shí)際試驗(yàn)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 rack, used to measure the grinding wheel in the process of acoustic emission signals. Diamond grinding wheel orientation as a benchmark document, installed in the bed of a grinding position, when the need to measure wheel wear, the CNC control wheel near the diamond pen, when the wheel close to the diamond pen, acoustic emission signal enhancement, the experimental study , a judge can determine the relative position of grinding wheel with diamond document threshold. When the acoustic emission signal exceeds a pre-set threshold, the acoustic emission signal processing device to send digital control system, PLC binary signals, machine tool numerical control system is to record the current wheel position and wheel position of the current position compared with the previous comparison, calculate the value of grinding wheel wear compensation. Further through the digital software in the CNC system to achieve automatic compensation for wheel wear. The feasibility of this method depends largely on the ability to find a can accurately determine the relative position of grinding wheel diamond pen and the threshold, when the wheel is not worn, the use of the threshold to judge the relative position of grinding wheel diamond pen and should not change or have a very the location of a small measurement error. To illustrate this problem, on the grinding wheel wear on the machining error of b (position measurement in order to determine the allowable error), and the location of the proposed method accuracy were studied.2. StudyTo determine the acoustic emission technology for grinding wheel wear measurement accuracy, we in Switzerland Precision Universal Cylindrical Grinding Machine Studer were studied. Tests will be fixed in the grinding diamond dressing document the end of the shelf, the smallest wheel feed 1m, wheel size is 80, in the soft, red corundum, diameter 300mm, wheel speed is 45m / s, the first frame speed 50r / min. AE signal monitoring system used the United States Xu Schmitt Industries, Inc., L-4200-4-type acoustic emission control machine, the acoustic emission signal frequency range of 50kHz 950kHz, response time of less than 1ms. Test, the first feed control wheel movement, so close to the diamond dressing pen, and acoustic emission control plane to set a threshold value. Then the wheel respectively 5m, 10m, 15m, 20m, as the amount refunded back the knife wheel grinding wheel, and then slowly regained control of the feed wheel, near the diamond dressing pens, launch control until the sound of the monitoring and controlling the screen to reach the threshold value, stop wheel feed, record the times of the feed. Repeat the above test procedure to measure out loud emission sensor diamond grinding wheel dressing pen and the relative position of the repeated measurement accuracy. Table 1 shows the test results. Can see from Table 1, the error values between -5 +5 m, the calculated value is less than allowable error 6m. Therefore, the proposed method can be used for grinding wheel wear detection.3 ConclusionBased on acoustic emission detection technology, is given CNC crankshaft grinding wheel wear of indirect detection methods, the method is also suitable for grinding, cylindrical grinding, etc., the only difference is that the detection accuracy of different requirements. Practical experiments show that the proposed method detected the error between -5 +5 m to meet the needs of high-precision grinding.4中期檢查報(bào)告題目數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2010年5月 10 日自檢報(bào)告(要點(diǎn):1.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作任務(wù)的進(jìn)展情況 2.未按計(jì)劃完成工作任務(wù)的原因 3.工作中所遇到的問題 4.下一步工作打算)1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作任務(wù)的進(jìn)展情況（1）已經(jīng)在校內(nèi)校外實(shí)習(xí)并借閱收集了各種資料：實(shí)習(xí)地點(diǎn)有遼寧石油化工技術(shù)學(xué)院培訓(xùn)基地，遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)電控制實(shí)驗(yàn)室，遼寧工業(yè)大學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中心。借閱資料有：1余英良.機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社.1998,(05)2尹成湖.磨工.化學(xué)工業(yè)出版社.2005，（01）3孫德茂.數(shù)控機(jī)床磨削加工直接編程技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2006，（02）4張建民等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版）.高等教育出版社.2001,(03)5文懷興.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).2002,(03) 6周希章.如何正確選用電動(dòng)機(jī).機(jī)械工業(yè)出版社.2006,(01) 7嚴(yán)盈富.西門子S7-200PLC入門.人民郵電出版社. 2007,(06)8機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì). 液壓傳動(dòng)與控制.機(jī)械工業(yè)出版社.2007,(03)（2）已經(jīng)整理好畢業(yè)實(shí)習(xí)手冊、確定了總體方案、撰寫了開題報(bào)告并完成開題答辯。（3）完成機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)計(jì)算。（4）繪制正式機(jī)械結(jié)構(gòu)圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖。總成圖如下：零件圖1：砂輪主軸零件圖2：工作臺(tái) 液壓缸部裝圖：2.未按計(jì)劃完成工作任務(wù)的原因未完成任務(wù)有：程序流程圖。原因：對自己要求不夠嚴(yán)格，進(jìn)度未及時(shí)跟上，五一假期本想把差的進(jìn)度趕回來，可是生病了。3.工作中所遇到的問題在初期借閱資料過程中，因圖書館閉館了一段時(shí)間，造成未能查閱足夠資料，難免在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了一些問題。我通過借閱其他同學(xué)手中的資料，在一定程度上彌補(bǔ)了資料不足的缺陷。在4月末由于身體不適耽誤了一點(diǎn)進(jìn)度。4.下一步工作打算把未按時(shí)完成的任務(wù)盡早完成，開始設(shè)計(jì)程序流程圖，硬件電路圖，程序調(diào)試。并開始撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。學(xué)生簽字：年月日指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師簽字：年月日教研室意見：教研室主任簽字: 年月日備注4任務(wù)書題目數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì) 學(xué) 生姓名學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師(簽字) 設(shè)計(jì)(論文)工作自2010年3月2日至2010年 6 月26 日發(fā)任務(wù)書日期：2010 年03 月 02 日任務(wù)書填寫要求1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)教研室負(fù)責(zé)人審查、院（系）領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生；2任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)址上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及院（系）分管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；4任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“院（系）”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)，不能只寫最后2位或1位數(shù)字；5任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB 771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則的要求書寫，不能有隨意性；6有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年4月2日”或“2004-04-02”。1、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：設(shè)計(jì)題目是數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì)，它是一個(gè)機(jī)電一體化產(chǎn)品。設(shè)計(jì)過程中所涉及的內(nèi)容有機(jī)械制造、液壓傳動(dòng)和電器控制三個(gè)方面的知識(shí)，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將使學(xué)生受到一次機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)能力的鍛煉，從而使對所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)技能有機(jī)的結(jié)合起來，提高學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力和解決工程實(shí)際問題的能力。2、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求：題目內(nèi)容：要求設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床能夠?qū)崿F(xiàn)工件的自動(dòng)夾緊及磨削。主要參數(shù)：最大磨削尺寸7001600675 mm，工作臺(tái)速度3-25 m/min，磨頭橫向進(jìn)給速度(無級)0.15-3.75 m/min，磨頭垂直給速度(無級) 0.05-3.75 m/min，砂輪線速度35 m/s，最大砂輪尺寸 (外徑寬內(nèi)徑)50075203 mm，最大磨削力150N，磨削精度-5+5。工作量：本題目主要完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1）數(shù)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(shè)計(jì)（論文）一份；8）完成不少于2000個(gè)單詞的外文資料譯文一份。 3、主要參考文獻(xiàn)： 1余英良.機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社.1998,(05)2尹成湖.磨工.化學(xué)工業(yè)出版社.2005，（01）3孫德茂.數(shù)控機(jī)床磨削加工直接編程技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2006，（02）4張建民等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版）.高等教育出版社.2001,(03)5周斌.機(jī)電一體化使用技術(shù)手冊.兵器工業(yè)出版社. 1994,(03)6文懷興.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).2002,(03) 7周希章.如何正確選用電動(dòng)機(jī).機(jī)械工業(yè)出版社.2006,(01) 8嚴(yán)盈富.西門子S7-200PLC入門.人民郵電出版社. 2007,(06)9機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì). 液壓傳動(dòng)與控制.機(jī)械工業(yè)出版社.2007,(03)4、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的實(shí)習(xí)（調(diào)研）基本要求：1）遼寧石油化工技術(shù)學(xué)院培訓(xùn)中心l 了解普通平面磨床的結(jié)構(gòu)2）遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)電控制實(shí)驗(yàn)室l 了解可編程控制器使用l 運(yùn)行所編寫的程序3）遼寧工業(yè)大學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中心l 了解普通平面磨床的結(jié)構(gòu)4）遼寧工業(yè)大學(xué)液壓控制實(shí)驗(yàn)室l 了解液壓控制5、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題進(jìn)度計(jì)劃：起訖日期工作內(nèi) 容第1周第2周第3周第4、5、6周第7、8、9周第10周第11周第12周第13、14周第15、16周第17周校內(nèi)校外實(shí)習(xí)并借閱收集各種資料遼寧石油化工技術(shù)學(xué)院培訓(xùn)中心實(shí)習(xí)整理畢業(yè)實(shí)習(xí)手冊、確定總體方案、撰寫開題報(bào)告并開題；機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)計(jì)算繪制正式機(jī)械結(jié)構(gòu)圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序流程圖硬件電路圖程序調(diào)試撰寫15000字畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）打印輸出畢業(yè)設(shè)計(jì)資料，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯教研室審查意見：教研室主任簽字：年月日院（系）意見：院(系)負(fù)責(zé)人簽字：年月日3設(shè)計(jì)（論文）工作總結(jié) 題目數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師個(gè) 人總結(jié)通過整整一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中去。在緊張而充實(shí)的設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多的東西，也為自己將來參加工作打下了基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)的過程中我查閱了大量的資料，去學(xué)校數(shù)控加工中心做了一些調(diào)研。在指導(dǎo)老師的幫助和帶領(lǐng)下，還去了遼寧石油化工技術(shù)學(xué)院培訓(xùn)中心實(shí)地考察，老師的細(xì)心講解讓我了解了更多有關(guān)平面磨床的知識(shí)，對自己的設(shè)計(jì)構(gòu)想有很大幫助。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)。畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻很豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從實(shí)際應(yīng)用的角度對設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對自己提出了新的要求，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多新知識(shí)，這是很珍貴的。這一次設(shè)計(jì)讓我積累了很多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，無論是機(jī)械加工還是設(shè)計(jì)，我都采用了一些新的技術(shù)和設(shè)備，他們有著很多的優(yōu)越性但也存在一定的不足，在一定程度上限制了我們的創(chuàng)造力。比如如何保證磨削高精度這樣的國際性難題上還有空缺。本次設(shè)計(jì)是在潘靜導(dǎo)師耐心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，潘老師對我們的高度責(zé)任心，給我的學(xué)習(xí)、生活和工作有很大的影響，并將激勵(lì)我永遠(yuǎn)奮發(fā)向上。總之，我將把畢業(yè)設(shè)計(jì)中收獲的知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)際工作中。學(xué)生本人簽字：年月日指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師簽字：年月日2開題報(bào)告題目數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師開題日期：2010年3月18日開題報(bào) 告1題目來源及實(shí)際應(yīng)用意義本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì)。題目來源于生產(chǎn)實(shí)踐，在東風(fēng)朝陽柴油機(jī)有限責(zé)任公司的實(shí)習(xí)考察，了解到磨削加工是一道非常重要的工序。磨床的使用量很大，特別是數(shù)控磨床的使用已成為新的趨勢。因此設(shè)計(jì)新型的數(shù)控平面磨床也勢在必行。數(shù)控平面磨床是一種效率高、精度高的數(shù)控加工機(jī)床，它比普通磨床有很多優(yōu)勢，具體實(shí)際應(yīng)用意義有以下幾點(diǎn)：1.大大提高生產(chǎn)效率。數(shù)控平面磨床即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)平面磨床提高3至5倍。對復(fù)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(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。2.數(shù)控平面磨床在機(jī)械制造中作用和地位提高。隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控平面磨床的應(yīng)用日益擴(kuò)大，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家磨床占機(jī)床總數(shù)的40%，在軸承制造業(yè)中多達(dá)60%，因此磨削技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中占重要地位，而數(shù)控平面磨床由于磨削精度高、效率高很適應(yīng)工程材料不斷發(fā)展的需要。3.性能穩(wěn)定可靠。目前數(shù)控技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)，為數(shù)控平面磨床提供了可靠的數(shù)控技術(shù)保障，因此數(shù)控平面磨床的設(shè)計(jì)有適應(yīng)和應(yīng)用新技術(shù)的意義。2、題目主要內(nèi)容及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 本次設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì)，其要完成數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床主體兩大部分設(shè)計(jì)內(nèi)容。第一部分：數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置（包括內(nèi)置PLC）、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)等部分組成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)又由進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和位置檢測裝置組成。主軸伺服系統(tǒng)由主軸驅(qū)動(dòng)單元、主軸電動(dòng)機(jī)和主軸編碼器組成。第二部分：機(jī)床主體由機(jī)床機(jī)械部件、強(qiáng)電、液壓、潤滑、和冷卻系統(tǒng)等組成。數(shù)控平面磨床，用于加工磨削平面，或者階梯型平面。在磨削加工中，砂輪的徑向進(jìn)給由Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)砂輪徑向進(jìn)給的準(zhǔn)確位移。工作臺(tái)的移動(dòng)由一個(gè)液壓缸實(shí)現(xiàn)，能平穩(wěn)移動(dòng)，保證磨削精度。Z方向由絲桿配合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給，能精確移動(dòng)到微米級。數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床對工件的磨削運(yùn)動(dòng)，是數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行由機(jī)床用戶編寫的零件加工程序?qū)崿F(xiàn)的。（注）開題報(bào)告要點(diǎn)：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目的來源，理論或?qū)嶋H應(yīng)用意義。2、題目主要內(nèi)容及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)。3、擬采用哪些方法及手段。4、完成題目所需要的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)條件。5、完成題目的工作計(jì)劃等。（開題報(bào)告不夠用時(shí)可另附同格式A4紙）1開題報(bào) 告3、方法及手段數(shù)控平面磨床主要包括機(jī)械部分，控制部分，絲桿傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)組成。將絲桿和步進(jìn)電機(jī)結(jié)合。電機(jī)和液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥由PLC控制，最終實(shí)現(xiàn)磨床的數(shù)控。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖如下：控制部分采用PLC控制。采用可編程控制器做控制單元，可編程控制器具有響應(yīng)速度快，可靠性高，接線和維護(hù)簡單，改變控制邏輯方便等優(yōu)點(diǎn)。按照圖樣及工藝編制加工程序，有直接編程（DP）和輔助編程(AP)兩種。下圖為程序編制框圖：2開題報(bào) 告機(jī)床的磨削運(yùn)動(dòng)。程序數(shù)據(jù)經(jīng)插補(bǔ)處理，位置控制，速度控制，驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸進(jìn)給電機(jī)，使坐標(biāo)軸作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)砂輪作切削運(yùn)動(dòng)，為保證運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，要求系統(tǒng)要有強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，以保證零件的加工質(zhì)量，這是數(shù)控系統(tǒng)控制程序的重要部分。逐段處理，直至完成了一個(gè)完整的加工。運(yùn)行原理框圖如下：流程圖如下：3開題報(bào) 告4、完成題目所需要的實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)條件1. 東風(fēng)朝陽柴油機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)實(shí)習(xí)。2. 遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院培訓(xùn)基地實(shí)習(xí)。3. 遼寧工業(yè)大學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中心實(shí)習(xí)。4. 在機(jī)電實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行PLC編程實(shí)驗(yàn)。5. 到機(jī)械學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)。6. 到圖書館查閱相關(guān)資料。7. 在互聯(lián)網(wǎng)上找相關(guān)的資料。4開題報(bào)告5、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題進(jìn)度計(jì)劃畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題進(jìn)度計(jì)劃：起止日期工作內(nèi) 容第一周第三周實(shí)習(xí)、調(diào)研、收集資料、整理資料原理方案設(shè)計(jì)，整理開題報(bào)告，開題第四周第九周機(jī)械結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)第十周第十三周控制部分設(shè)計(jì)、繪制氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖、控制硬件電路第十四周、第十五周寫論文等文字材料第十六周、第十七周準(zhǔn)備答辯5查閱資料、文獻(xiàn)目錄1余英良.機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社.1998,(05)2尹成湖.磨工.化學(xué)工業(yè)出版社.2005，（01）3孫德茂.數(shù)控機(jī)床磨削加工直接編程技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2006，（02）4張建民等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版）.高等教育出版社.2001,(03)5周斌.機(jī)電一體化使用技術(shù)手冊.兵器工業(yè)出版社. 1994,(03)6文懷興.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).2002,(03) 7周希章.如何正確選用電動(dòng)機(jī).機(jī)械工業(yè)出版社.2006,(01) 8嚴(yán)盈富.西門子S7-200PLC入門.人民郵電出版社. 2007,(06)9機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會(huì). 液壓傳動(dòng)與控制.機(jī)械工業(yè)出版社.2007,(03)教師意見：(對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)結(jié)果的預(yù)測)指導(dǎo)教師簽字：年月日教研室意見：教研室主任簽字：年月日7開題須知一、學(xué)生要認(rèn)真填寫開題報(bào)告。在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯時(shí)學(xué)生須向答辯委員會(huì)（或答辯小組）提交開題報(bào)告，作為答辯評分的參考材料，沒有開題報(bào)告不能參加答辯。如果丟失要及時(shí)辦理補(bǔ)交手續(xù)。學(xué)生畢業(yè)后，開題報(bào)告與學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一并存檔備案。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目一經(jīng)確定，指導(dǎo)教師要給學(xué)生下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的要求進(jìn)行開題，一般安排在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正式開始的第二周至第三周進(jìn)行。三、開題報(bào)告的審查由各專業(yè)教研室主持，每個(gè)學(xué)生的報(bào)告時(shí)間為1015分鐘。開題通過后學(xué)生才能正式獲得畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的資格。四、學(xué)生要充分理解畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目的內(nèi)容和要求，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下制定切實(shí)可行的工作計(jì)劃，并且要具備進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所要求的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)（調(diào)研）條件。五、學(xué)生要按照指導(dǎo)教師所下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書的要求，認(rèn)真進(jìn)行文獻(xiàn)資料的檢索、搜集和查閱，并做好記錄。六、開題審查不合格的學(xué)生，必須在一周內(nèi)重新進(jìn)行開題。8摘要設(shè)計(jì)的題目是數(shù)控平面磨床設(shè)計(jì)，主要用于加工磨削平面，使加工面達(dá)到要求的粗糙度。本設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分設(shè)計(jì)和控制部分設(shè)計(jì)，機(jī)械部分設(shè)計(jì)主要包括：總體設(shè)計(jì)、砂輪架（磨頭）設(shè)計(jì)、垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、橫向進(jìn)給（工作臺(tái)進(jìn)給）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)?？刂撇糠衷O(shè)計(jì)主要包括：硬件電路設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)控制、單片機(jī)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(shù)的發(fā)展和背景，同時(shí)還有介紹其工藝特點(diǎn)及國內(nèi)外磨削技術(shù)的現(xiàn)狀?？傮w設(shè)計(jì)跟砂輪架設(shè)計(jì)做了簡要的介紹，主要是對垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)、橫向進(jìn)給（工作臺(tái)進(jìn)給）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的說明，對硬件電路也做出了研究。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：所設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床能通過電磁鐵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)固定工件，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)磨削。關(guān)鍵詞：精密，數(shù)控，平面磨床，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)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(shí)際意義.11.2 國內(nèi)外研究狀況.21.2.1 國外數(shù)控磨削的發(fā)展.21.2.2 國內(nèi)數(shù)控磨削的發(fā)展.41.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)與論文組成.51.4 本課題的研究方法.6第2章數(shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì) .72.1 磨床簡介 .72.2 主要結(jié)構(gòu)及其說明.92.3 磨床技術(shù)規(guī)格.102.4 磨床總體布局設(shè)計(jì).102.5 磨床總體傳動(dòng)設(shè)計(jì).12第3章砂輪架（磨頭）設(shè)計(jì).173.1 砂輪架設(shè)計(jì) .173.2 砂輪架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).21第4章垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 224.1 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn).224.2 確定垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案.234.3 滾珠絲桿副介紹.244.4 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算.274.5 垂直進(jìn)給電機(jī)的功率計(jì)算.28第5章橫向進(jìn)給（工作臺(tái)進(jìn)給）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).295.1 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn).295.2 確定橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案.305.3 液壓系統(tǒng)介紹.315.4 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算.32第6章縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).366.1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn).366.2 確定縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案.376.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算.386.4 縱向進(jìn)給電機(jī)的功率計(jì)算.39第7章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 407.1 控制器的選擇.407.2 流程圖.417.3 硬件電路的設(shè)計(jì).41第8章總結(jié).45致謝.46參考文獻(xiàn).47附錄.48IV第1章緒論1.1 課題背景及實(shí)際意義現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通機(jī)床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效率、一機(jī)多用，可以完成復(fù)雜型面加工的特點(diǎn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展并廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控裝置的主要功能幾乎全由軟件來實(shí)現(xiàn)，硬件幾乎能通用，從而使其更具加工柔性，功能更加強(qiáng)大。制造業(yè)的竟?fàn)幰褟脑缙诮档蛣趧?dòng)力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的竟?fàn)帲l(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的竟?fàn)?，將面臨知識(shí)技術(shù)產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時(shí)社會(huì)對環(huán)境保護(hù)、綠色制造的意識(shí)不斷加強(qiáng)。因此敏捷先進(jìn)的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得竟?fàn)幒蜕?、發(fā)展的主要手段。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和制造自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，作為自動(dòng)化柔性生產(chǎn)重要基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)機(jī)床中所占比例將越來越多。數(shù)控平面磨床是一種效率高、精度高的數(shù)控加工機(jī)床，它比普通磨床有很多優(yōu)勢，具體實(shí)際應(yīng)用意義有以下幾點(diǎn)：1.大大提高生產(chǎn)效率。數(shù)控平面磨床即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)平面磨床提高3至5倍。對復(fù)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(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。2.數(shù)控平面磨床在機(jī)械制造中作用和地位提高。隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控平面磨床的應(yīng)用日益擴(kuò)大，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家磨床占機(jī)床總數(shù)的40%，在軸承制造業(yè)中多達(dá)60%，因此磨削技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中占重要地位，而數(shù)控平面磨床由于磨削精度高、效率高很適應(yīng)工程材料不斷發(fā)展的需要。3.性能穩(wěn)定可靠。目前數(shù)控技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)，為數(shù)控平面磨床提供了可靠的數(shù)控技術(shù)保障，因此數(shù)控平面磨床的設(shè)計(jì)有適應(yīng)和應(yīng)用新技術(shù)的意義。1.2 國內(nèi)外研究狀況平面磨床相對于車床、銑床等采用數(shù)控系統(tǒng)較晚，因?yàn)樗鼘?shù)控系統(tǒng)的特殊要求。近十幾年來，借助CNC技術(shù)，磨床上砂輪的連續(xù)修整，自動(dòng)補(bǔ)償，自動(dòng)交換砂輪，多工作臺(tái)，自動(dòng)傳送和裝夾工件等操作功能得以實(shí)現(xiàn)，數(shù)控技術(shù)在平面磨床上逐步普及。在近年漢諾威、東京、芝加哥、及國內(nèi)等大型機(jī)床展覽會(huì)上，CNC磨床在整個(gè)磨床展品中已占大多數(shù)，如德國BLOHM公司，ELB公司等著名磨床制造廠已經(jīng)不再生產(chǎn)普通磨床，日本的岡本、日興等公司也成批生產(chǎn)全功能CNC平磨，在開發(fā)高檔數(shù)控平磨的同時(shí)，積極發(fā)展中、低檔數(shù)控平磨。 1.2.1 國外數(shù)控磨削的發(fā)展前幾年德國ELB公司生產(chǎn)的BRILLIANT系列二坐標(biāo)CNC成型磨床，其垂直和橫向?yàn)閿?shù)控軸，縱向?yàn)橐簤嚎刂?，砂輪修整采用安裝在工作臺(tái)上的金剛石滾輪，適用范圍較廣；SUPER-BRILLIANT系列是三坐標(biāo)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(dǎo)軌用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，機(jī)械驅(qū)動(dòng)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(gè)系列的改進(jìn)產(chǎn)品，床身用人造花崗巖制作，縱向用靜壓導(dǎo)軌，齒形帶傳動(dòng)，垂直和橫向?qū)к墳轭A(yù)加荷直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，滾珠絲杠傳動(dòng)，三軸CNC控制AC伺服電機(jī)，0.5m的測量分辯率。同時(shí)ELB公司開發(fā)了具有當(dāng)代最新技術(shù)的磨床產(chǎn)品，即以機(jī)電一體化和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)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(dá)到24軸，另外由于全面推行模塊化設(shè)計(jì)，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(jìn)給，斜切入磨削功能，用十一根CNC控制軸，如同一臺(tái)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(shù)控系統(tǒng)用于FORMAT5型數(shù)控平磨，由CNC控制液壓閥，驅(qū)動(dòng)縱向可調(diào)速運(yùn)動(dòng)，橫向與磨頭進(jìn)給用滾珠絲杠副，直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，間斷式砂輪修整，CRT圖形模擬顯示。同時(shí)還可以配用其他型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)，以滿足不同用戶的要求。目前，隨半導(dǎo)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(jié)構(gòu)上越來越緊湊，功能上增加了遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)等等；操作界面向WINDOWS系統(tǒng)*近，增加鼠標(biāo)，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(jié)構(gòu)緊湊型系統(tǒng)。還有一些廠商如：臺(tái)灣精密機(jī)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(shí)多工處理核心，單節(jié)程序處理速度達(dá)2000塊/秒，單節(jié)預(yù)讀處理數(shù)可達(dá)1000塊，具有AART(預(yù)適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù))及參數(shù)最佳化學(xué)習(xí)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(chǎn)生的機(jī)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(shí)提供國際標(biāo)準(zhǔn)的SERCOS數(shù)字伺服通訊界面；PLC程序設(shè)計(jì)有梯形圖、結(jié)構(gòu)語句、功能塊、指令碼、流程圖等五種語法，便于設(shè)計(jì)、溝通和維護(hù)；具有計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通訊，即時(shí)遠(yuǎn)程維護(hù)功能；控制軸和主軸最多可擴(kuò)展到64軸，I/O點(diǎn)可擴(kuò)展到792/528點(diǎn)，采用奔騰處理器，高速PLC處理速度達(dá)到25K。世界上除有名的SIEMENS、FANUC等數(shù)控系統(tǒng)專業(yè)廠已經(jīng)開發(fā)生產(chǎn)了許多適用于平面或成型磨削的系統(tǒng)外，一些平磨生產(chǎn)廠本身也積極開發(fā)了適用于其磨床的數(shù)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(biāo)連續(xù)行程控制，手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入或通過外部計(jì)算機(jī)輸入，遠(yuǎn)程診斷，可隨砂輪直徑減小而變化行程，砂輪修整量自動(dòng)補(bǔ)償，滾珠絲杠間隙誤差補(bǔ)償?shù)取Ｎ鏖T子3G系統(tǒng)是專為磨削加工而開發(fā)的，裝有用來人機(jī)對話的操作提示裝置，在軸線傾斜時(shí)，也可進(jìn)行直線和圓弧插補(bǔ)，在磨削中經(jīng)常出現(xiàn)的運(yùn)行循環(huán)，如主軸擺動(dòng)，用外部信號(hào)中斷執(zhí)行程序，砂輪切入，砂輪修整等專用準(zhǔn)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(guān)信號(hào))，還能當(dāng)連接上一個(gè)合適的測量頭時(shí)能直接去控制裝置與最終尺寸進(jìn)行比較。美國ALLEY-BRANDLY公司生產(chǎn)的8400CNC、8600CNC數(shù)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(jìn)行圓弧插補(bǔ)，任3軸可進(jìn)行螺旋線插補(bǔ)，6軸直線插補(bǔ)。8600CNC系列最多能控制17個(gè)坐標(biāo)，包括8個(gè)參與插補(bǔ)軸，8個(gè)位控制軸及1個(gè)主軸，具有圖形顯示，擴(kuò)展分支程序，顯示加工時(shí)間，高速程序校驗(yàn)，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(shù)控系統(tǒng)，其中O-GSG適用于平面磨床，可根據(jù)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(bǔ)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(bǔ)償功能，砂輪形狀圖形顯示功能及磨削參數(shù)顯示等，系統(tǒng)最小設(shè)定單位0.1m，屬“緊湊”型數(shù)控系統(tǒng)，價(jià)格較低。另外還有如德國ELB公司與大學(xué)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(shù)控系統(tǒng)，其OSP5000G-G最多可控制9個(gè)坐標(biāo)，其中6個(gè)坐標(biāo)可聯(lián)動(dòng)，帶12英寸彩顯，人機(jī)對話編程，自動(dòng)確定切削系數(shù)，可采用軟盤輸入，納入FMS系統(tǒng)，最小脈沖當(dāng)量、移動(dòng)當(dāng)量和檢測當(dāng)量均為0.1m，平磨上還采用了感應(yīng)同步器全閉環(huán)方式。還有的平磨制造廠雖采用數(shù)控主機(jī)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(chǔ)，采用該公司專用軟件，用JUNG KONTUR編程語言對砂輪進(jìn)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(shù)控系統(tǒng)硬件上，開發(fā)了OPL語言用于磨削加工，等等。當(dāng)今直線電機(jī)、動(dòng)平衡等技術(shù)、工藝的日益發(fā)展應(yīng)有，又大大提高了機(jī)床的工效，適宜的測量技術(shù)應(yīng)用對數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)利用，增強(qiáng)機(jī)床的電氣自動(dòng)控制功能如虎添翼。1.2.2 國內(nèi)數(shù)控磨削的發(fā)展我國從80年代開始生產(chǎn)數(shù)控平面磨床，各開發(fā)廠家分別走過了自行研制，與大學(xué)及科研單位合作開發(fā)至直接引進(jìn)成熟數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展道路。例如：杭州機(jī)床廠是一家具有五十年歷史，專業(yè)生產(chǎn)平面磨床的制造廠，它從80年代中期開始生產(chǎn)數(shù)控平磨，先后開發(fā)生產(chǎn)了MGK7132臥軸矩臺(tái)高精度平磨，MK7130系列普通數(shù)控平磨，MLK7140數(shù)控緩進(jìn)給成型磨，MGK7120、MK7163、MK7150臥軸矩臺(tái)數(shù)控平磨，MKY7760立軸數(shù)控雙端面磨，MKY7660、MKY7650/101臥軸數(shù)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(shù)控龍門式平面與導(dǎo)軌磨床。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，有與大專院校及科研單位合作研制的單板機(jī)系統(tǒng)，也有自行開發(fā)的以單片機(jī)為主機(jī)的簡易控制系統(tǒng)，及采用數(shù)控主機(jī)廠生產(chǎn)的成熟數(shù)控系統(tǒng)等。其生產(chǎn)的MGK7120高精度平磨，采用了日本FANUC公司的POWER MATE-D雙軸數(shù)控系統(tǒng)，控制磨頭進(jìn)給，最小進(jìn)給量0.1m，具有自動(dòng)完成磨削循環(huán)功能。MKY7650/101全自動(dòng)數(shù)控雙端面磨床是與意大利VIOTTO公司技術(shù)合作產(chǎn)品，采用西門子SIMATIC S5-115U可編程控制器控制，CRT顯示，機(jī)床的左、右磨頭由二軸直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)床能進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)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(gè)測量頭，一個(gè)測量砂輪，將砂輪磨損量反饋給控制系統(tǒng)，進(jìn)行砂輪補(bǔ)償；另一個(gè)測量頭測量磨削后的工件，并將測量結(jié)果輸入控制系統(tǒng)，由伺服電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償進(jìn)給；左、右磨頭用VIOTTO光柵作位置測量控制，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)從工件上料到磨削完畢的全閉環(huán)和全自動(dòng)加工。HZ-050CNC數(shù)控直線滾動(dòng)導(dǎo)軌專用磨床，是為上海市科技結(jié)合生產(chǎn)重點(diǎn)工業(yè)項(xiàng)目第三次科技攻關(guān)項(xiàng)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(chǎn)的8400MP數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床有7根數(shù)控軸，X、Y、Z三根磨頭進(jìn)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(jìn)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(jī)，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(bǔ)償進(jìn)給等自動(dòng)加工能力。HZ-KD2010六軸數(shù)控龍門式雙磨頭平面磨床，采用FANUC-0MC數(shù)控系統(tǒng)，用四根CNC軸分別控制兩個(gè)磨頭的橫向和垂直進(jìn)給，用一根PMC軸控制周邊磨頭的砂輪修整器金剛筆進(jìn)給，另一根PMC軸控制萬能磨頭的分度旋轉(zhuǎn)。充分利用了系統(tǒng)性能，降低生產(chǎn)成本，提高了機(jī)床的性價(jià)比。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)與論文組成任務(wù)內(nèi)容：要求設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床能夠?qū)崿F(xiàn)工件的自動(dòng)夾緊及磨削。主要參數(shù)：最大磨削尺寸7001600675 mm，工作臺(tái)速度3-25 m/min，磨頭橫向進(jìn)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(nèi)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(1) 數(shù)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(shè)計(jì)（論文）一份；(8) 完成不少于2000個(gè)單詞的外文資料譯文一份。本文由緒論、總體設(shè)計(jì)、砂輪架（磨頭）設(shè)計(jì)、垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、橫向進(jìn)給（工作臺(tái)進(jìn)給）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)控硬件設(shè)計(jì)、總結(jié)和致謝等幾個(gè)部分組成。1.4 本課題的研究方法所設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床主要包括機(jī)械部分，控制部分。機(jī)械部分設(shè)計(jì)主要包括：總體設(shè)計(jì)、砂輪架（磨頭）設(shè)計(jì)、垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、橫向進(jìn)給（工作臺(tái)進(jìn)給）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)?？刂撇糠衷O(shè)計(jì)主要包括：硬件電路設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)控制、單片機(jī)控制。將絲桿由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。電機(jī)和液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥由單片機(jī)控制，最終實(shí)現(xiàn)磨床的自動(dòng)控制。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-1：圖 1-1 機(jī)械機(jī)構(gòu)簡圖第2章數(shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì)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(tái)吸住工件。電磁吸盤工作臺(tái)的工作原理是當(dāng)線圈中通過直流電時(shí)，芯體被磁化，磁力線經(jīng)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(tái)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(jié)構(gòu)如圖2-1。圖2-1 電磁吸盤的原理結(jié)構(gòu)圖當(dāng)磨削鍵、墊圈、薄壁套等小的零件時(shí)，由于工件于工作臺(tái)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(shí)，需要工件四周或左右兩端用擋鐵圍住，以防工件移動(dòng)。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(dāng)工作臺(tái)每次縱向行程終了時(shí)，磨頭作一次橫向進(jìn)給。等到工件表面上第一層金屬磨削完畢，砂輪按預(yù)選磨削深度作一次垂直進(jìn)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(dá)到所需尺寸。粗磨時(shí)，應(yīng)選較大垂直進(jìn)給量和橫向進(jìn)給量，精磨時(shí)則兩者均應(yīng)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(jìn)給量較小，砂輪只作兩次垂直進(jìn)給，第一次垂直進(jìn)給量等于全部粗磨余量，當(dāng)工作臺(tái)縱向行程終了時(shí)將砂輪橫向移動(dòng)3445的砂輪寬度，直到將工件整個(gè)表面的粗磨余量磨完為止。第二次垂直進(jìn)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(jìn)給次數(shù)少，生產(chǎn)率較高，且加工質(zhì)量也有保證。但磨削抗力大，僅適用在動(dòng)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(jìn)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(yīng)相同，而其精磨階梯的寬度則應(yīng)大于砂輪寬度的12，磨削深度等于精磨余量(0.030.05mm)。磨削時(shí)橫向進(jìn)給量應(yīng)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(yīng)用上受到一定限制。2.2 主要結(jié)構(gòu)及其說明主要結(jié)構(gòu)包含：立柱、砂輪箱托架、砂輪箱、工作臺(tái)、床身，如圖：2-4。圖 2-4 結(jié)構(gòu)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(dòng)導(dǎo)向作用。立柱采用空心結(jié)構(gòu)，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(dòng)起導(dǎo)向作用，提供砂輪移動(dòng)所需步進(jìn)電機(jī)的安裝平臺(tái)。(3) 砂輪箱砂輪箱里面安裝砂輪，以及砂輪主軸，異步電機(jī)，防護(hù)罩等裝置。它的作用是直接加工磨削工件。 (4) 工作臺(tái) 工作臺(tái)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(tái)，并為工作臺(tái)的移動(dòng)起導(dǎo)向作用，為液壓缸提供安裝平臺(tái)。2.3 磨床技術(shù)規(guī)格最大磨削尺寸7001600675 mm，工作臺(tái)速度3-25 m/min，磨頭橫向進(jìn)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(nèi)徑)50075203 mm，最大磨削力150N，磨削精度-55 。2.4 磨床總體布局設(shè)計(jì)該磨床的總體設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)設(shè)計(jì)(包含數(shù)控裝置的功能設(shè)計(jì)、元件和部件設(shè)計(jì),程序段格式設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì))；邏輯設(shè)計(jì)(包含運(yùn)算器設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)及電路設(shè)計(jì))；機(jī)床主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)主要對總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)控機(jī)床的功能設(shè)計(jì)和普通機(jī)床有著很大的差別。對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求可歸納為如下幾個(gè)方面：具有很大的餓切削功率、高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和良好的抗振性能；具有較高大的幾何精度、傳動(dòng)精度、定位精度和熱穩(wěn)定性；具有實(shí)現(xiàn)輔助操作自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)部件。(1) 提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)機(jī)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(dòng)剛度。機(jī)床在切削過程當(dāng)中，承受的靜態(tài)力有運(yùn)動(dòng)部件和被加工零件的自重；承受的動(dòng)態(tài)力有砌學(xué)力、驅(qū)動(dòng)力、加減速器時(shí)引起的慣性力、摩擦阻力等。組成機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件在這些力作用下將產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致工件的加工誤差。為了使機(jī)床達(dá)到高大結(jié)構(gòu)剛度，獲得符合要求的工件，進(jìn)行如下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：構(gòu)件的結(jié)構(gòu)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(dāng)保持相同的截面積時(shí)，應(yīng)減小臂厚，加大截面的輪廓尺寸，所以該機(jī)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(zhuǎn)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(fù)。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(gòu)件的靜、動(dòng)剛度，磨床采用叉筋板的支承件，立柱內(nèi)部就是布置了交叉的筋條。c. 構(gòu)件的局部剛度磨床的導(dǎo)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(shè)計(jì)中，由于Z軸導(dǎo)軌較寬，故采用雙臂聯(lián)接形式；X、Y軸導(dǎo)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(jié)構(gòu)布局的設(shè)計(jì)三坐標(biāo)數(shù)控磨床設(shè)計(jì)的主軸中心位于立柱的對稱面內(nèi)，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(zhuǎn)變形均大為減小，這相當(dāng)于提高了機(jī)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(jī)床的抗振性的措施機(jī)床在加工時(shí)可能產(chǎn)生兩種形態(tài)的振動(dòng)：強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。機(jī)床的抗振性就是抵抗這兩種振動(dòng)的能力。改善和提高抗振性應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：減少機(jī)床的內(nèi)部振源機(jī)床高速旋轉(zhuǎn)主軸、帶輪均應(yīng)進(jìn)行平衡；裝配在一起的旋轉(zhuǎn)部件，應(yīng)該保證同軸，并且消除傳動(dòng)間隙，采用平衡裝置和降低往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的重量，以減小可能的激振力，裝在機(jī)床上的電機(jī)需隔振安裝。提高靜態(tài)剛度提高靜態(tài)剛度可以提高構(gòu)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(gòu)件質(zhì)量的增加，會(huì)使共振頻率發(fā)生騙移，這是不利的。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)提高單位質(zhì)量的個(gè)剛度。增加構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的阻尼該磨床對滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)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(dòng)。(3) 提高機(jī)床靈敏度該三坐標(biāo)數(shù)控磨床通過數(shù)字信息來控制刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)，它要求在相當(dāng)大的進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能達(dá)到較高的精度，因而運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)具有較高的靈敏度。導(dǎo)軌部分采用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌，以減少摩擦力使其在低速時(shí)無爬行現(xiàn)象。工作臺(tái)、刀架等部件的移動(dòng)采用支流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)滾珠絲杠傳動(dòng)，減少了進(jìn)給系統(tǒng)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩，提高了運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。2.5 磨床總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)(1) 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床的主傳動(dòng)要求外,還提出如下要求:具有更大的調(diào)速范圍,并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。數(shù)控機(jī)床就要為了保證加工時(shí)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(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對于自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，工序集中工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)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(shù)控機(jī)床一般即要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此主傳動(dòng)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(dòng)的能力抗震性?？拐鹦杂脛?dòng)剛度或動(dòng)柔度來衡量。例如主軸組件的動(dòng)剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度，阻尼比及固有頻率等參數(shù)。機(jī)床在切削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運(yùn)動(dòng)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(dòng)效率，影響到生產(chǎn)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(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實(shí)現(xiàn)。(2) 主軸組件設(shè)計(jì)對主軸組件的性能要求主軸組件是機(jī)床主要部件之一。它的性能對整機(jī)的性能有很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷低速轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，主軸安裝工件或刀具部件的定心表面（如該次設(shè)計(jì)的數(shù)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(dòng)。旋轉(zhuǎn)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(diào)整精度。工件轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)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(jī)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(dòng)軸承的型號(hào)、數(shù)量、預(yù)緊和配置形式，前后支撐的跨距和主軸的前懸伸，傳動(dòng)件的布置方式等。數(shù)控機(jī)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(yīng)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(huì)降低潤滑劑的粘度，惡化潤滑條件。因此，對高精度機(jī)床應(yīng)研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控溫等。d.可靠性數(shù)控機(jī)床是高度自動(dòng)化的機(jī)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(shù)控機(jī)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(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)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(dòng)件和相應(yīng)的緊固件。主軸組件的構(gòu)造，主要是支撐部分的構(gòu)造。主軸端部是標(biāo)準(zhǔn)的；傳動(dòng)件如聯(lián)軸器與一般機(jī)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(dòng)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(dòng)件位于后懸伸端的越來越多。這樣做，可以實(shí)現(xiàn)分離傳動(dòng)和模塊化設(shè)計(jì)。主軸組件（稱為主軸單元）還可以作成獨(dú)立的功能部件，又有專門的工廠集中生產(chǎn)，作為商品出售。主軸可用聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)。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(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承的外圈的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結(jié)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(bǔ)償一部分徑向膨脹?；谏鲜龇治?，主軸受到彎矩，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用多件組配。本機(jī)床支撐采用2個(gè)6208軸承。d.軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整，多數(shù)軸承還應(yīng)在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動(dòng)體和導(dǎo)軌之間有一定的預(yù)變形，這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支撐主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。滾動(dòng)體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾導(dǎo)體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾導(dǎo)體和滾道都有一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將增多，各滾動(dòng)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(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方面都有滾動(dòng)體支撐，可以提高抗震性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且較大的預(yù)緊將使壽命下降，故預(yù)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(diǎn)蝕，而是由于磨損而降低精度。通常，如軸承精度為級，經(jīng)使用磨損后跳動(dòng)精度降為級，這個(gè)軸承就認(rèn)為應(yīng)該更換了。雖然還未達(dá)到其疲勞壽命，但這種“精度壽命”目前還難以估計(jì)。主軸組件的技術(shù)要求主軸與軸承相配合的技術(shù)要求直徑公差和形位公差。為了得到主軸組件高的回轉(zhuǎn)精度，除保證主軸及其相關(guān)零件高的加工精度及采用精密主軸軸承外，還應(yīng)進(jìn)行定向裝配。主軸組件的動(dòng)態(tài)特性a.平移主軸作為一個(gè)剛體（實(shí)際上略有彎曲），在彈性支撐上作平移振動(dòng)，主軸各點(diǎn)的振動(dòng)方向一致。b.搖擺主軸在彈性支座上搖擺，左右振動(dòng)方向相反。c.彎曲主軸本身作彎曲振動(dòng)，主軸中間與兩端的振動(dòng)方向相反，有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)位于支撐點(diǎn)附近。每個(gè)振型都有其固有頻率。每個(gè)振型固有頻率排列的次序，稱為階。上述三個(gè)振型的固有頻率，以平移振型為最低，彎曲振型為最高，三個(gè)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?，第一、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(dāng)軸的剛度提高時(shí)，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(gè)連續(xù)體，又無窮個(gè)模態(tài)。例如還有主軸的扭矩振動(dòng)、縱向振動(dòng)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(jì)算機(jī)計(jì)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(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)高速主軸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)集中質(zhì)量，將使固有頻率下降，有可能發(fā)生共振。改善動(dòng)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(chǔ)上（軸承）的剛體振動(dòng)的第一階（平移）和第二階（搖擺）模態(tài)，則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動(dòng)，則應(yīng)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(dòng)。這時(shí)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(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻尼減小，故選擇預(yù)緊時(shí)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(dòng)軸承在接觸區(qū)的壓強(qiáng)很高，在這么高的壓強(qiáng)下，接觸區(qū)產(chǎn)生變形，是一塊小面積的接觸而不是一條線或一個(gè)點(diǎn)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(dòng)體與滾道的接觸區(qū)，形成一個(gè)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(dòng)軸承所需的潤滑劑很少的。當(dāng)然，也可用脂潤滑，還有用油氣潤滑的。a.脂潤滑滾動(dòng)軸承能用脂潤滑是它的突出優(yōu)點(diǎn)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(jìn)入，壽命是很長的。一次沖填可用到大修，不許補(bǔ)充，也不要加脂孔。脂潤滑可選用鋰基脂，如SKFLGLT2號(hào)（常用于球軸承）。b.油氣潤滑如果dmn值較大時(shí)，還需對軸承進(jìn)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(huì)增加。最好用油潤滑，用空氣冷卻。油霧潤滑需能達(dá)到這個(gè)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(jī)主軸轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)該數(shù)控磨床的磨頭選擇為圓柱頭磨頭。設(shè)計(jì)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(zhuǎn)速，r/s由（2-1）導(dǎo)出：=22.293r/s=1337.6r/min (2-2)主軸轉(zhuǎn)速：=1337.6r/min (2-3)電機(jī)轉(zhuǎn)速 =1337.6r/min (2-4) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，所以選電機(jī)的轉(zhuǎn)速no=1440r/min電機(jī)功率選擇= = （2-5）式中： P-砂輪電機(jī)實(shí)際輸出功率,Km -電機(jī)到砂輪的傳動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選定電機(jī)功率為5.5Kw綜上所述，選擇三相異步電機(jī)Y132S-4 第3章砂輪架（磨頭）設(shè)計(jì)3.1 砂輪架設(shè)計(jì)(1) 砂輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算砂輪的選用砂輪采用標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)需要，選用金剛砂砂輪，其尺寸參數(shù)為：外徑=500mm、內(nèi)徑=203mm、厚度h=75mm，在加工過程中砂輪參數(shù)為：轉(zhuǎn)速n=1440r/min，移動(dòng)行程s=700mm，磨削進(jìn)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(shè)計(jì)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(cè)直接與電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器相連，標(biāo)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的基本要求砂輪架是磨床上用來帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)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(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。砂輪架設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)基本要求：a.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；b.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；c.振動(dòng)小，發(fā)熱低，不漏油；d.裝配制造簡單，調(diào)整維修方便。(3) 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動(dòng)和軸向躥動(dòng)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(dòng)允許誤差取-5m5m。提高主軸旋轉(zhuǎn)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(dòng)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(huì)降低磨削生產(chǎn)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(shè)計(jì)進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對砂輪架主軸來說，砂輪架主軸主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，且在選取許用應(yīng)力時(shí)應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用42MnVB，并進(jìn)行淬火，故選取許用應(yīng)力為40MP。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為: （2-8）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為MP）軸所受扭矩（單位為）軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為）軸傳遞的功率（單位為KW）軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm）計(jì)算界面處的直徑（單位為mm）許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為r/mm）由上式可得軸的直徑為 =13mm (2-9)由上述計(jì)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(dāng)量直徑因?yàn)槭请A梯軸，所以用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算當(dāng)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(jì)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(shù)（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?yàn)閥=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(gè)使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距L。由經(jīng)驗(yàn)得知，L為（36）D時(shí)，主軸前端撓度最小，D=120mm，L為150300mm，取L為320mm。3.2 砂輪架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)砂輪架結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-7：圖 2-7 砂輪架簡圖第4章垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)垂直進(jìn)給系統(tǒng)采用了滾珠絲杠副傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖4-1：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的特點(diǎn)可歸納為：定位精度要高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)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(dòng)狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出量經(jīng)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(jìn)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(jìn)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(guān)系。適當(dāng)選擇系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)（主要有阻尼、剛度、諧振頻率和失動(dòng)量等）和電氣參數(shù)，并使它們達(dá)到最佳區(qū)配，是進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。（2）精度所謂進(jìn)給系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)線輸入量的精確程度，即準(zhǔn)確性。它包含動(dòng)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結(jié)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(biāo)有定位精度、重復(fù)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(tái)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)時(shí)，指令值與實(shí)際圖 4-1 結(jié)構(gòu)簡圖移動(dòng)距離的最大差值。重復(fù)定位誤差是指工作臺(tái)進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作之后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標(biāo)連動(dòng)時(shí)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給定運(yùn)動(dòng)軌跡之間的最大偏差值。影響精度的參數(shù)很多，關(guān)系也很復(fù)雜，采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度。（3）快速響應(yīng)特性所謂的快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，傳動(dòng)裝置的加速能力。它直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度越高。但響應(yīng)速度過快會(huì)造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，應(yīng)適當(dāng)選擇快速響應(yīng)特性。4.2 確定垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案(1) 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求機(jī)床的位置調(diào)節(jié)對進(jìn)給系統(tǒng)提出很高的要求。其中在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面有：能夠克服摩擦力和負(fù)載：a.很小的進(jìn)給位移量；b.高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；c.足夠的調(diào)速范圍；進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無爬行現(xiàn)象；在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有：a.具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以便完成啟動(dòng)制動(dòng)過程；b.具有良好的動(dòng)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(zhì)量；c.負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能的??；機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)要求有：a.被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有小的慣量；b.高的剛度；c.良好的阻尼；d.傳動(dòng)部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)采用滾珠絲桿副進(jìn)給系統(tǒng)。將絲桿與步進(jìn)電機(jī)直接相連，螺母機(jī)構(gòu)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(shù)控機(jī)床中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)常用的傳動(dòng)裝置。它以滾珠的滾動(dòng)代替絲桿螺母副中的滑動(dòng)，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(jié)構(gòu)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(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。回珠管兩端還起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。(2) 特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高：機(jī)械效率可高達(dá)92%98%。摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動(dòng)代替了普通絲桿螺母副的滑動(dòng)。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(jīng)預(yù)緊后可消除間隙。使用壽命長、制造成本高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，表面經(jīng)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(diào)隙：圖 4-3雙螺母墊片調(diào)隙修磨墊片厚度消隙滾珠絲桿螺母副采用雙螺母結(jié)構(gòu)（類似于齒輪副中的雙薄片齒輪結(jié)構(gòu)）。通過改變墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，從而使兩個(gè)螺母分別與絲桿的兩側(cè)面貼合。當(dāng)工作臺(tái)反向時(shí)，由于消除了側(cè)隙，工作臺(tái)會(huì)跟隨CNC的運(yùn)動(dòng)指令反向而不會(huì)出現(xiàn)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(gè)鎖緊螺母調(diào)整預(yù)緊力的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)工作螺母以平鍵與外套相聯(lián)，其中右邊的一個(gè)螺母外伸部分有螺紋。當(dāng)兩個(gè)鎖緊螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，正是由于平鍵限制了工作螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，才使得帶外螺紋的工作螺母能相對于鎖緊螺母軸向移動(dòng)。間隙調(diào)整好后，對擰兩鎖緊螺母即可。結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，應(yīng)用較廣。雙螺母齒差調(diào)隙：圖 4-5 差齒式調(diào)整法兩個(gè)工作螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)為Z1、Z2的齒輪，且Z1、Z2相差一個(gè)齒，即： Z2-Z1=1，兩個(gè)齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合，內(nèi)齒圈緊固在螺母座上。設(shè)其中的一個(gè)螺母Z1轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，絲桿的軸向移動(dòng)量為S1，則有：Z1:1=T:S1 則S1=T/Z1如果兩個(gè)齒輪同方向各轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，則絲桿的軸向位移為：S=S1-S2=T/Z1-T/Z2=T/Z1Z2例：當(dāng)Z1=99，Z2=100時(shí)，S1?？梢赃_(dá)到很高的調(diào)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(shí)，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(shí)主要是根據(jù)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(guān)，當(dāng)絲桿較長時(shí)，采用兩支撐結(jié)構(gòu)；當(dāng)絲桿較短時(shí)，采用單支撐結(jié)構(gòu)。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(dòng)：一端同時(shí)承受軸向力和徑向力，另一端徑向力，當(dāng)絲桿受熱伸長時(shí)，可以通過一端做微量的軸向浮動(dòng)。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(diào)整螺母，這樣既能對滾珠絲桿施加預(yù)緊力，又能在絲桿熱變形后保持不變的預(yù)緊力。4.4 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)絲杠的選擇確定砂輪的垂直進(jìn)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(yīng)大于675mm。根據(jù)以上的應(yīng)用條件，可以查標(biāo)準(zhǔn)選用絲杠，由于要求傳動(dòng)的精度較高，經(jīng)對照選用滾珠絲杠，其技術(shù)參數(shù)為：公稱直徑=50mm，導(dǎo)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(diào)隙預(yù)緊調(diào)整式，如圖4-3所示，調(diào)整墊片的厚度，可使兩螺母產(chǎn)生相對位移，以達(dá)到消除間隙產(chǎn)生預(yù)緊拉力之目的。(2) 絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)由于絲杠的進(jìn)給較慢，并且要求精確，因此采用步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)，以滿足進(jìn)給的需要。電機(jī)與絲桿之間采用軸套連接形式。4.5 垂直進(jìn)給電機(jī)的功率計(jì)算由絲杠的工作情況選擇電機(jī)，選用110BYG5-03型永磁式步進(jìn)電機(jī)，相數(shù)為5相，步距角為0.36，電壓為120130V，電流為3A，最大靜轉(zhuǎn)矩為12000Nmm，空載起動(dòng)頻率為3000Hz，空載運(yùn)行頻率為5000Hz。根據(jù)設(shè)計(jì)要求：垂直進(jìn)給最小位移量=0.005mm絲桿導(dǎo)程：5mm因此所選擇電機(jī)步距角= (4-1)第5章橫向進(jìn)給（工作臺(tái)進(jìn)給）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)橫向進(jìn)給結(jié)構(gòu)如圖5-1：圖 5-1 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)橫向進(jìn)給系統(tǒng)建立在床身上的，為了在磨削過程中，工件移動(dòng)平穩(wěn)，采用液壓傳動(dòng)。工作臺(tái)在床身導(dǎo)軌上平穩(wěn)移動(dòng)。機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件,一般用來放置導(dǎo)軌等重要部件。為了滿足數(shù)控機(jī)床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動(dòng)化的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。數(shù)控機(jī)床床身主要在下面四個(gè)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(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)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(shí)間保持.另外,機(jī)床在切削加工時(shí),所有動(dòng)、靜載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身上的受力很復(fù)雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運(yùn)動(dòng)精度，處滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還要滿足靜、動(dòng)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和工藝等方面的技術(shù)要求。b.應(yīng)具有足夠的靜、動(dòng)剛度靜剛度包括：床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達(dá)到有較高的剛度質(zhì)量比。動(dòng)剛度直接反映機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性，為了保證機(jī)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(dòng)及自激振動(dòng)的能力，可以通過適當(dāng)增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄臂振動(dòng)而產(chǎn)身的噪聲。c.較好的熱穩(wěn)定性控機(jī)床來說，尤其是高精度數(shù)控機(jī)床，熱穩(wěn)定性已成為一個(gè)突出的問題，必須在設(shè)計(jì)上要作到使整機(jī)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(qiáng)度和耐磨性通常床身在抵抗外負(fù)載荷而不超過允許的變形情況下，都具有足夠的強(qiáng)度。但是，對于外負(fù)載荷比較大而變形要求不大的部位，仍有注意其強(qiáng)度的情況。至于床身與運(yùn)動(dòng)部件相接觸的部位，即導(dǎo)軌處，要求有良好的耐磨性。5.2 確定橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案在工件磨削加工的時(shí)候，工件勻速運(yùn)動(dòng)往往能提高加工質(zhì)量，在加工的時(shí)候，工作臺(tái)將長時(shí)間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)行的加工設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)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(shí)，當(dāng)1YA首先打開時(shí)，液壓缸左邊油腔進(jìn)油，右腔出油，活塞桿有向右移動(dòng)趨勢，但是活塞桿固定在床身上，液壓缸缸體固定在活動(dòng)的工作臺(tái)上，因此工作臺(tái)隨缸體向左移動(dòng)。當(dāng)固定在工作臺(tái)上的左極限行程開關(guān)被觸及時(shí)，1YA斷電，2YA通電，液壓缸右邊油腔進(jìn)油，左腔出油，活塞桿有向左移動(dòng)趨勢，但是活塞桿固定在床身上，液壓缸缸體固定在活動(dòng)的工作臺(tái)上，因此工作臺(tái)隨缸體向右移動(dòng)，當(dāng)觸及右極限行程開關(guān)時(shí)，2YA斷電，1YA通電，如此反復(fù)，工作臺(tái)即可左右移動(dòng)。5.4 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 液壓缸缸參數(shù)缸的內(nèi)徑:=59.3mm (5-1)查機(jī)械手冊取整：D=60mm活塞桿直徑 d=0.4D=0.760=24mm (5-2)查機(jī)械手冊取整：d=24mm缸實(shí)際壓力:= =48.85KN (5-3)泵的流量: A=0.00237 m/s (5-4)(2) 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算表 5.1 缸鋼筒所選材料型號(hào)MPaMPa%4561050014 筒壁厚計(jì)算假設(shè)16 =26.25 =0.007875 (5-5) =7.62 (5-6)與假設(shè)不符合，所以不成立假設(shè) =26.25 =7.73mm (5-7) =7.762 (5-8)與假設(shè)不符合，所以不成立假設(shè)時(shí) =26.25mm (5-9) 取壁厚假設(shè)成立。-為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小，M -為腐蝕余量，M 試驗(yàn)壓力，16M時(shí)，取=1.25P P管內(nèi)最大工作壓力為21M -鋼筒材料的許用應(yīng)力，M =/n-鋼筒材料的抗拉強(qiáng)度，M n安全系數(shù)，通常取n=5筒壁厚校核因?yàn)?所以因?yàn)?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(nèi)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(jì)算 = (5-14)缸筒法蘭厚度的計(jì)算 (5-15) 取整得h=缸筒法蘭連接螺釘螺栓處的拉應(yīng)力 (5-16)z-螺栓數(shù)8根; k-擰緊螺紋的系數(shù)變載荷取k=4; -螺紋底徑螺紋處的剪應(yīng)力 (5-17) (5-18)-屈服極限 -安全系數(shù); 5合成應(yīng)力 = (5-19)活塞桿直徑d的校核：表 5-2 活塞桿所選材料型號(hào)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(yīng)力 (3) 液壓元件選擇：溢流閥：具有壓力高、調(diào)壓性能平穩(wěn)、最低調(diào)節(jié)壓力低和調(diào)壓范圍大等特點(diǎn)。在本次設(shè)計(jì)中，起到過載保護(hù)的作用。節(jié)流閥：它的作用是通過改變閥的通流面積來調(diào)節(jié)流量。在本次設(shè)計(jì)中，起到限制流量的作用。電磁換向閥：設(shè)計(jì)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(qiáng)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(diǎn)。本次設(shè)計(jì)通過改變電磁換向閥的通電方式，改變液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向。液壓泵：采用葉片定量泵第6章縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)(1) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用了滾珠絲杠副傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖6-1：圖 6-1 進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的特點(diǎn)可歸納為：定位精度要高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)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(dòng)狀態(tài)或外界干擾作用下，其輸出量經(jīng)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(jìn)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(jìn)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(guān)系。適當(dāng)選擇系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)（主要有阻尼、剛度、諧振頻率和失動(dòng)量等）和電氣參數(shù)，并使它們達(dá)到最佳區(qū)配，是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。精度所謂進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)線輸入量的精確程度，即準(zhǔn)確性。它包含動(dòng)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程出現(xiàn)的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過程結(jié)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(biāo)有定位精度、重復(fù)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(tái)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)時(shí)，指令值與實(shí)際移動(dòng)距離的最大差值。重復(fù)定位誤差是指工作臺(tái)進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作之后，回到初始位置的偏差值。輪廓跟隨誤差是指多坐標(biāo)連動(dòng)時(shí)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給定運(yùn)動(dòng)軌跡之間的最大偏差值。影響精度的參數(shù)很多，關(guān)系也很復(fù)雜，采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)可以提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度?？焖夙憫?yīng)特性所謂的快速響應(yīng)特性是指系統(tǒng)對指令輸入信號(hào)的響應(yīng)速度及瞬態(tài)過程結(jié)束的迅速程度。它包含系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，傳動(dòng)裝置的加速能力。它直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，則加工效率越高，軌跡跟隨精度越高。但響應(yīng)速度過快會(huì)造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，應(yīng)適當(dāng)選擇快速響應(yīng)特性。6.2 確定縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案(1) 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求機(jī)床的位置調(diào)節(jié)對進(jìn)給系統(tǒng)提出很高的要求。其中在靜態(tài)設(shè)計(jì)方面有：能夠克服摩擦力和負(fù)載：a.很小的進(jìn)給位移量；b.高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度；c.足夠的調(diào)速范圍；進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí)無爬行現(xiàn)象；在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有：a.具有足夠的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以便完成啟動(dòng)制動(dòng)過程；b.具有良好的動(dòng)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(zhì)量；c.負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能的小；機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)要求有：a.被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有小的慣量；b.高的剛度；c.良好的阻尼；d.傳動(dòng)部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)采用滾珠絲桿副進(jìn)給系統(tǒng)。將絲桿與步進(jìn)電機(jī)直接相連，螺母機(jī)構(gòu)與砂輪箱托架直接相連。6.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)絲杠的選擇確定砂輪的垂直進(jìn)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(yīng)大于625mm。根據(jù)以上的應(yīng)用條件，可以查標(biāo)準(zhǔn)選用絲杠，由于要求傳動(dòng)的精度較高，經(jīng)對照選用滾珠絲杠，其技術(shù)參數(shù)為：公稱直徑=50mm，導(dǎo)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(diào)隙預(yù)緊調(diào)整式，如圖6-2所示，調(diào)整墊片的厚度，可使兩螺母產(chǎn)生相對位移，以達(dá)到消除間隙產(chǎn)生預(yù)緊拉力之目的。圖 6-2 雙螺母墊片調(diào)隙預(yù)緊調(diào)整式 (2) 絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)由于絲杠的進(jìn)給較慢，并且要求精確，因此采用步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)，以滿足進(jìn)給的需要。電機(jī)與絲桿之間采用軸套連接形式。6.4 縱向進(jìn)給電機(jī)的功率計(jì)算由絲杠的工作情況選擇電機(jī)，選用110BYG5-03型永磁式步進(jìn)電機(jī)，相數(shù)為5相，步距角為0.36，電壓為120130V，電流為3A，最大靜轉(zhuǎn)矩為12000Nmm，空載起動(dòng)頻率為3000Hz，空載運(yùn)行頻率為5000Hz。根據(jù)設(shè)計(jì)要求：垂直進(jìn)給最小位移量=0.005mm絲桿導(dǎo)程=5mm因此所選擇電機(jī)步距角= (6-1)第7章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1 控制器的選擇在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下三要素：時(shí)鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理速度）；可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（ROM/RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能是否強(qiáng)（即變成的靈活性）。I/O擴(kuò)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(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場合，選擇對象以及對各種參數(shù)要求選擇CPU。在一般數(shù)控系統(tǒng)中，最常用MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)作為主控制器。本次設(shè)計(jì)將選用80C51單片機(jī)。從上述特性可知，一塊8051的功能幾乎相當(dāng)于一塊Z80CPU、一塊RAM、一塊Z80CTC、兩塊Z80PIO和一塊Z80SIO所組成的微型機(jī)算計(jì)系統(tǒng)。在一般二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)中，推薦采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。MCS-51系列單片機(jī)中常用的是80C51。該系列產(chǎn)品是集中CPU，I/O端口及部分RAM為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。目前，工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8C51單片機(jī)。本設(shè)計(jì)中也采用80C51單片機(jī)。它是一個(gè)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(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路3. 具有128個(gè)字節(jié)的RAM4. 具有21個(gè)特殊功能寄存器5. 可尋址64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器6. 具有4個(gè)I/O接口，32根I/O線7. 具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8. 具有5個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級別9. 具有一個(gè)全雙功能串行接口10.具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)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(shè)計(jì)(1) 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片采用EPROM芯片。其型號(hào)分別為2716、2732、2764、2756等，其容量分別為2K、4K、16K、32K。在選擇芯片時(shí)，要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配。即80C51所能讀取的時(shí)間必須大于EPROM所要求的時(shí)間。此外，還需考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲(chǔ)器的容量。在滿足要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡化。本控制電路中選用2764存儲(chǔ)芯片，74LS373地址鎖存器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于80C51內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本控制電路選用6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相聯(lián)。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)地與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，故需進(jìn)行片選控制，選用74LS138譯碼器。(2) 機(jī)床數(shù)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。總線，包括數(shù)據(jù)總線（DB），地址總線（AB）和控制總線（CB）。儲(chǔ)存器，包括只讀可編程程序儲(chǔ)存器（ROM）和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器（RAM）。接口，即I/O 輸入/輸出接口電路。圖 7-2 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖(3) 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的芯片大多采用EPROM芯片。在選擇芯片時(shí)，要考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲(chǔ)器的容量。在滿足容量要求的同時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡化。所以本設(shè)計(jì)中選用2764EPROM芯片，它是雙列直插式28腳芯片。單片機(jī)規(guī)定口分時(shí)輸出低8位地址和數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)中采用74LS373作為地址鎖存器。 (4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于80C51內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6/16和6264表態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其選用規(guī)則與EPROM程序存儲(chǔ)器的要求相同。在本設(shè)計(jì)中選用8255A為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展芯片。容量為8K。(5) I/O口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8051單片機(jī)共有四個(gè)八位并行I/O口，但可供用戶使用的只有口及口。因此要進(jìn)行I/O接口的擴(kuò)展。本設(shè)計(jì)中采用通用的可編程接口芯片8255A。它是有A，B。C三個(gè)可編程功能的8位I/O接口，有40個(gè)引腳的雙列直插式RAM/IO/CTC擴(kuò)展器。由8255A自單片機(jī)接受地址址信息，控制信息，在數(shù)據(jù)總線與端口間傳送數(shù)據(jù)狀態(tài)控制信號(hào)。由于一塊8255A可提供24個(gè)I/O口，而本設(shè)計(jì)中經(jīng)過分析，使用要求須四十幾個(gè)口，所以本設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)總線（DB）口為數(shù)據(jù)I/O口，數(shù)據(jù)總線由它連接各芯片數(shù)據(jù)I/O口。地址總線（AB）設(shè)計(jì)中一共使用了一片TAM（8K），一片TOM（8K），三片8255A。必須對這些擴(kuò)展部分實(shí)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(huì)同時(shí)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(jìn)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(shù)控系統(tǒng)采用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。(7) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖7-5所示，由四部分組成。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，一般在接口電路與功率放大器之間要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。圖 7-5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shù)量80C51174LS138174LS373127641626418255A2MC14131第8章總結(jié)我設(shè)計(jì)的是數(shù)控平面磨床，在設(shè)計(jì)中有很多收獲。本設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分設(shè)計(jì)和控制部分設(shè)計(jì)，機(jī)械部分設(shè)計(jì)主要包括：總體設(shè)計(jì)、砂輪架（磨頭）設(shè)計(jì)、垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、橫向進(jìn)給（工作臺(tái)進(jìn)給）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)?？刂撇糠衷O(shè)計(jì)主要包括：硬件電路設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)控制、單片機(jī)控制。我設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床是一種效率高、精度高的數(shù)控加工機(jī)床，它比普通磨床有很多優(yōu)勢，具體實(shí)際應(yīng)用意義有以下幾點(diǎn)：1.大大提高生產(chǎn)效率。數(shù)控平面磨床即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)平面磨床提高3至5倍。對復(fù)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(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。2.數(shù)控平面磨床在機(jī)械制造中作用和地位提高。隨著磨削技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控平面磨床的應(yīng)用日益擴(kuò)大，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家磨床占機(jī)床總數(shù)的40%，在軸承制造業(yè)中多達(dá)60%，因此磨削技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中占重要地位，而數(shù)控平面磨床由于磨削精度高、效率高很適應(yīng)工程材料不斷發(fā)展的需要。3.性能穩(wěn)定可靠。目前數(shù)控技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)，為數(shù)控平面磨床提供了可靠的數(shù)控技術(shù)保障，因此數(shù)控平面磨床的設(shè)計(jì)有適應(yīng)和應(yīng)用新技術(shù)的意義。我所設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床具有以上特點(diǎn)，并且從節(jié)約材料和實(shí)用性都有考慮。所選用控制為單片機(jī)控制。致謝整整一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將接近尾聲，在指導(dǎo)老師的親切指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，此次設(shè)計(jì)才得以完成。首先，向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示最誠摯的謝意。她在自己繁忙的教學(xué)工作中，仍然盡力抽出時(shí)間對我們進(jìn)行指導(dǎo)，時(shí)刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r，督促我們抓緊時(shí)間設(shè)計(jì)。老師給予的幫助貫串于整個(gè)設(shè)計(jì)過程，從實(shí)習(xí)現(xiàn)場的細(xì)心講解，到開題選題，她都給予了重要指導(dǎo)，使我們懂得了如何把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，如何合理安排時(shí)間和設(shè)計(jì)繪圖，同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠摯的謝意，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷。還有那些為我們提供不少技術(shù)方面的資料和實(shí)習(xí)實(shí)地考察機(jī)會(huì)的老師，在此感謝他們。最后，本次設(shè)計(jì)是在老師的指導(dǎo)下和同學(xué)的幫助下共同完成的，在設(shè)計(jì)的幾個(gè)月里，我們相處非常愉快，我也學(xué)到許多人生道理，這是我人生的一筆財(cái)富，我將永遠(yuǎn)銘記這段美好時(shí)光。我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝。參考文獻(xiàn)1余英良.機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社.1998,(05)2尹成湖.磨工.化學(xué)工業(yè)出版社.2005，（01）3孫德茂.數(shù)控機(jī)床磨削加工直接編程技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2006，（02）4張建民等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版）.高等教育出版社.2001,(03)5周斌.機(jī)電一體化使用技術(shù)手冊.兵器工業(yè)出版社. 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June,28 No13,1956附錄單片機(jī)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(shù)控磨削加工中砂輪磨損量的檢測方法數(shù)控磨床在工件磨削過程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生砂輪的磨損現(xiàn)象，為了保證加工精度，需要及時(shí)地對砂輪的直徑變化或磨損量進(jìn)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(jìn)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(shù)控磨床上還難以實(shí)現(xiàn)砂輪磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。針對這種情況，本文結(jié)合數(shù)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(shù)的砂輪磨損測量及誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?。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(jī)床某一基準(zhǔn)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(jié)果反饋至數(shù)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)砂輪磨損的自動(dòng)補(bǔ)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(shí)現(xiàn)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(shù)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(xiàn)象之一，所謂聲發(fā)射現(xiàn)象是固體材料由于結(jié)構(gòu)變化引起應(yīng)變能的快速釋放而產(chǎn)生的彈性波，簡稱AE(Acoustic Emission)。在磨削加工中，當(dāng)磨削加工處于一種穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，AE信號(hào)并不發(fā)生變化。只有當(dāng)磨削狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)才隨之發(fā)生變化。當(dāng)砂輪與工件相靠近時(shí)，砂輪會(huì)有高頻聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生，安裝在砂輪架上的聲發(fā)射傳感器信號(hào)會(huì)明顯增強(qiáng)，通過試驗(yàn)研究可以確定一個(gè)閾值，根據(jù)該閾值可以確定砂輪與工件的相對位置?；谠撛?，考慮將聲發(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(hào)。金剛石筆作為砂輪定位的基準(zhǔn)，安裝在磨床床身的某一位置，當(dāng)需要測量砂輪的磨損量時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)控制砂輪靠近金剛石筆，當(dāng)砂輪接近金剛石筆時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)增強(qiáng)，通過試驗(yàn)研究，可以確定一個(gè)判定砂輪與金剛石筆相對位置的閾值。當(dāng)聲發(fā)射信號(hào)超過預(yù)先設(shè)置的閾值時(shí)，由聲發(fā)射信號(hào)處理裝置向數(shù)控系統(tǒng)的PLC發(fā)出開關(guān)量信號(hào)，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)則記錄下當(dāng)前砂輪的位置，并將砂輪的當(dāng)前位置與以前的位置相比較，計(jì)算出砂輪磨損量的補(bǔ)償值。進(jìn)一步通過數(shù)控軟件在數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)砂輪磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。上述方法是否可行，主要取決于能否找到一個(gè)能夠準(zhǔn)確判斷金剛石筆與砂輪相對位置的閾值，當(dāng)砂輪沒有磨損時(shí)，利用該閾值判斷的金剛石筆與砂輪相對位置不應(yīng)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(jìn)行了試驗(yàn)研究。2試驗(yàn)研究為了確定聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)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(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)時(shí)，將金剛石修整筆固定在磨床尾架上，砂輪的最小進(jìn)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(zhuǎn)速為50r/min。聲發(fā)射信號(hào)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(jī)，其聲發(fā)射信號(hào)工作頻率范圍為50kHz950kHz，響應(yīng)時(shí)間小于1ms。試驗(yàn)時(shí)，首先控制砂輪的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使其靠近金剛石修整筆，并在聲發(fā)射控制機(jī)上設(shè)置一個(gè)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(jìn)給，靠近金剛石修整筆，直到聲發(fā)射控制機(jī)監(jiān)控屏幕上顯示達(dá)到閾值，立即停止砂輪的進(jìn)給，記錄各次的進(jìn)給量。以上試驗(yàn)過程不斷重復(fù)，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(fù)測量精度。表1給出了試驗(yàn)結(jié)果。由表1可知，誤差值在-5+5m之間，其值小于允許的理論計(jì)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(yàn)次數(shù) 1234567891011121314退刀量(m)555555510101010101010進(jìn)刀量(m)567855510111210101110誤差(m)01230000120010試驗(yàn)次數(shù)1516171819202122232425262728退刀量(m)1515151515151520202020202020進(jìn)刀量(m)1315141415131420191816161717誤差(m)-20-1-10-2-10-1-2-4-4-3-33結(jié)論本文基于聲發(fā)射檢測技術(shù)，給出了數(shù)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(shí)際試驗(yàn)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 grindin

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