畢業(yè)設(shè)計（論文）-雙平面高速研磨機(jī)床的設(shè)計

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1、 學(xué) 號 密 級 雙平面高速研磨機(jī)床的設(shè)計 全套圖紙加扣 3346389411或3012250582 院 （系）名 稱： 專 業(yè) 名 稱： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 年 月 雙平面高速研磨機(jī)床的設(shè)計 院 （系）： 專

2、 業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 月 雙平面高速研磨機(jī)床的設(shè)計 摘 要 研磨加工技術(shù)是將工件表面與磨具接觸，在這兩者之間加入一定數(shù)量的研磨劑，并施加一定的壓力于研磨工具，使研磨劑減少對工件表面微量切削、滑擦、擠壓等作用。研磨是一種重要的精密和超精密加工方法，而精密和超精密加工已經(jīng)成為國際競爭中取得

3、成功的關(guān)鍵技術(shù)，由于研磨加工具有加工質(zhì)量好加工精度高等優(yōu)勢受到了人們的關(guān)注。 目前普遍采用的傳統(tǒng)散粒慢速研磨，存在著工作效率低，浪費(fèi)資源等缺點(diǎn)，因此，開發(fā)更優(yōu)越的研磨技術(shù)已成為許多學(xué)者的追求。為了提高研磨加工效率，保證加工工件的平面度，本文在研究和分析了傳統(tǒng)散粒磨料雙平面研磨工藝的基礎(chǔ)上，針對散粒磨料加工效率低、磨料消耗大的缺點(diǎn)，設(shè)計了固著磨料雙平面高速研磨機(jī)及其輔助裝置。 固著磨料高速研磨是將散粒的磨料固結(jié)起來，在高速研磨機(jī)上進(jìn)行研磨的方法。本文采用則是等速研磨即保證雙平面高速研磨機(jī)的加工質(zhì)量和加工精度。 根據(jù)目前精密研磨加工技術(shù)的發(fā)展與設(shè)計的總體要求，本文完成了雙平面高速研磨機(jī)床的結(jié)

4、構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計中對主軸電機(jī)及相關(guān)部件進(jìn)行了選擇設(shè)計及校核。 關(guān)鍵詞：雙平面；高速研磨；固著磨料 III ABSTRACT ?Grinding processing is performed by the compressing contact between the grinding device and machine part with grinding agent added between so that the grinding agent can reduce the minor surface cutting，sliding friction and comp

5、ression on the two contacted surfaces. Ginding is a kind of important fine or super fine processing methods which is crucial technology to win in the international competitiion and highly appreciated by people due to good processing quality and accuracy of grinding devices. Currrently loose-part

6、icle and low-speed grinding process is widely used，whose efficiency is low and resourse-wasting，thus many scholars pursue for more advanced grinding technology. To incease grinding efficiency and assure the levelness of processing parts，this thesis focuses on the defects of loose-particle processing

7、 with large grinding material consuption and low processing efficiency，in addition to research and analysis on dual-surface plane grinding process of traditional loose-particle grinding materials，meanwhile probes on how to increase the processing accuracy and automatic level and designs the high-spe

8、ed grinding machine of adhered dual-surface grinding material and its auxiliary devices. The high speed grinding with adhered grinding material is performed with grinding materials secured on high-speed special grinding machine. This thesis deals with the problem of interaction between the acti

9、ng axis and cylinder with cylinder. According to the current ultra-precision grinding technology and the overall design requirement, a dual-plane high-speed grinding machine structure of the program is designed and chosed . In the design of the machine , the spindle motor and related agencies?fo

10、r?the design?and?checking?parts was finished. Key Words：double-sides ; high speed-abrasive ; solid abrasives ; floating-abrasive 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 精密加工技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 1 1.2 研磨加工的現(xiàn)狀 1 1.3 研磨加工的特點(diǎn) 2 1.4 研磨技術(shù)的新發(fā)展 3 1.5 固著磨料高速研磨的研究現(xiàn)狀 6 1.6 本設(shè)計的目的和內(nèi)容 8 1.6.1 本設(shè)計的目的 8 1.6.2 本設(shè)計的內(nèi)容 9 第2章

11、雙平面高速研磨機(jī)床的設(shè)計方案 10 2.1 設(shè)計的總體要求 10 2.2 總體方案的確定 10 2.3 雙平面高速研磨機(jī)床的多方案設(shè)計 10 2.3.1 研磨過程中傳動系統(tǒng)多方案設(shè)計 10 2.3.2 加工過程中工件夾具多方案設(shè)計 11 2.3.3 研磨過程中工件裝卸多方案設(shè)計 13 2.4 設(shè)計方案的選擇和確定 13 2.4.1 研磨過程中傳動系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇和確定 13 2.4.2 加工過程中工件夾具的選擇和確定 14 2.4.3 研磨過程中工件裝卸方案的選擇和確定 14 2.5 本章小結(jié) 15 第3章 機(jī)床主要部件的選取設(shè)計及校核 16

12、 3.1 機(jī)床整體設(shè)計 16 3.2 機(jī)床主軸電機(jī)選擇 17 3.3 傳動帶v帶輪的設(shè)計 19 3.4 主軸的設(shè)計及校核 20 3.4.1 主軸的設(shè)計 20 3.4.2 主軸的校核 21 3.5 下磨盤及上磨盤的設(shè)計 22 3.5.1 下磨盤的設(shè)計 22 3.5.2 上磨盤的設(shè)計 23 3.6 中心輪系的設(shè)計 23 3.7 滾動軸承的選擇與校核 24 3.7.1 滾動軸承的選擇 24 3.7.2 滾動軸承的校核 25 3.8 本章小結(jié) 26 第4章 氣動控制系統(tǒng)及主軸調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 28 4.1 氣動控制系統(tǒng)的設(shè)計 28 4.2

13、 主軸調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 28 4.3 本章小結(jié) 31 第5章 機(jī)床的三維建模與實(shí)物模型 32 5.1 概述 32 5.2 三維建模軟件的介紹 32 5.3 三維建模工作的主要內(nèi)容 33 5.4 本章小結(jié) 35 結(jié)論 36 參考文獻(xiàn) 37 致謝 38 附錄 40 第1章 緒論 1.1 精密加工技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 精密和超精密加工已經(jīng)成為國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)樵S多現(xiàn)代產(chǎn)品需要很高的制造精度。發(fā)展尖端技術(shù)，發(fā)展國防工業(yè)，發(fā)展微電子工業(yè)都需要精密和超精密零部件。當(dāng)代的精密工程、微細(xì)工程和納米技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的前沿，也是明天技術(shù)的基礎(chǔ)

14、[1]。 目前，在發(fā)達(dá)國家中，一般工廠能穩(wěn)定掌握的加工精度是1。與此相 應(yīng)，通常將加工精度在0.1~l，加工表面粗糙度在Ra0.02~0.1之間的加工方法稱為精密加工，而將加工精度高于0.1，加工表面粗糙度小于Ra0.0l的加工方法稱為超精密加工[1]。 我國現(xiàn)在的機(jī)械制造技術(shù)水平和國外相比還有相當(dāng)大的差距，主要表現(xiàn)在兩個發(fā)展方向上,一個是高度自動化技術(shù)，以FMS、CIMS和敏捷制造技術(shù)為代表；另一個是精密和超精密加工，以超精密加工為代表。 當(dāng)代多種超精密加工方法已達(dá)到納米級，而且實(shí)現(xiàn)了單個原子的移動。為了進(jìn)一步提高超精密加工技術(shù)水平，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在努力沖刺。日本的ERATO計劃中，

15、把納米技術(shù)作為其六項(xiàng)優(yōu)先技術(shù)之一。美國的VHSIC計劃正在進(jìn)行，在英國國家納米技術(shù)（NION）計劃已經(jīng)實(shí)行。令人鼓舞的是我國已把先進(jìn)制造技術(shù)作為今后重要發(fā)展的研究領(lǐng)域[2]。 1.2 研磨加工的現(xiàn)狀 研磨是一種重要的精密和超精密加工方法。研磨加工除了加工質(zhì)量和加工精度高這一特點(diǎn)外，還具有加工材料廣的特點(diǎn)，幾乎可以加工任何固態(tài)材料。正是由于這一特點(diǎn)，研磨加工方法的應(yīng)用比較早，在原始社會，人類的祖先就用研磨加工方法來加工石制工具。后來，由于切削刀具材料的發(fā)展，切削加工因效率高而逐漸受到重視，使得切削加工在機(jī)械加工領(lǐng)域中占很大比例，而研磨加工在機(jī)械加工領(lǐng)域的比例一度減少。但近幾年，隨著社會的進(jìn)

16、步，人們對產(chǎn)品性能的要求日益提高，研磨加工因其加工精度和加工質(zhì)量高而再次受到人們的關(guān)注。許多人從事研磨加工技術(shù)的研究，其宗旨都是進(jìn)一步提高研磨加工效率、加工精度，降低加工成本。 目前，國內(nèi)外研磨主要還是采用散粒磨料在慢速研磨機(jī)上研磨。其特點(diǎn)是加工設(shè)備簡單，投資少，加工精度不穩(wěn)定，加工成本高，效率低。正是由于散粒磨料研磨存在一些不足，所以許多學(xué)者在研究新的研磨加工技術(shù)[3]。 有人研究新型研磨液，以改善研磨效果。還有人研究了不同磨料和不同材料磨盤的研磨效果，以尋求對應(yīng)于不同工件的最佳磨料及磨盤。 Jeong-Du Kin、Min-Seog Choi和Takao Shinmura、To

17、shio Aiza- wa等人專門研究了圓柱面的研磨加工，杉浦修等人研究采用磁力研磨法加工圓柱面的研磨機(jī)取得了較好的效果。我國的學(xué)者，如天津大學(xué)的鄧廣敏等人專門研究了陶瓷圓柱面的研磨，周俊研究了主軸套筒的研磨[4]，朱長茂研究了高精度軸的研磨加工。 1.3 研磨加工的特點(diǎn) 研磨加工是精密零件的精密加工方法之一，同時也是一種磨削加工技術(shù)。它是利用游離的磨粒與研磨工具,去除工件表面微量金屬，使工件達(dá)到預(yù)定的幾何精度和極小的表面粗糙度值（尺寸精度可達(dá)0.025μm,表面粗糙度值Ra0.01μm）。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)控制高自動化的超精密研磨加工將提供一種可靠的和有效加工手段。它具有下列特

18、點(diǎn)： (1) 研磨加工是以微小磨粒及研磨劑在工件與研磨工具之間無強(qiáng)制性引導(dǎo)不斷改變方向的旋轉(zhuǎn)及相對滑動，形成對工件表面進(jìn)行輕微切削，這樣可達(dá)到高精度要求，包括尺寸、形狀精度和一部分相對位置精度。 (2) 研磨加工技術(shù)一般在低速、低壓條件下進(jìn)行。切削熱小、溫度低、工件表面變質(zhì)層薄、只去除微量金屬表面。這樣工件表面光潔，對塑性、脆性材料均可實(shí)現(xiàn)高精度、高平面質(zhì)量鏡面加工。 (3) 研磨加工技術(shù)不苛求設(shè)備精度條件和復(fù)雜的加工設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)工件與磨具之間的相對運(yùn)動。 (4) 研磨技術(shù)適用于金屬材料、非金屬材料加工,而且可研磨任何形狀表面的工件，因此，它是應(yīng)用最廣泛的精密加工方法之一。 1.4

19、 研磨技術(shù)的新發(fā)展 目前普遍采用的是傳統(tǒng)散粒慢速研磨，存在的缺點(diǎn)主要有： (1) 磨料散置于磨盤上，為避免磨料飛濺，磨盤轉(zhuǎn)速不能太高，因此加工效率低； (2) 磨料與從工件上磨下的碎屑混淆在一起，不能充分發(fā)揮切削作用，而且還要與這些碎屑一起被清洗掉，浪費(fèi)能源、浪費(fèi)磨料； (3) 磨料在磨盤上是隨機(jī)分布的，其分布密度不均，造成對工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制；特別是磨料與工件間的相對運(yùn)動具有隨機(jī)性，這也增加了工件面形精度的不確定因素； (4) 在研磨加工中要嚴(yán)格控制冷卻液的流量，以避免沖走磨料，這使得冷卻效果變差，容易引起工件升溫，造成加工精度下降； (5) 大顆粒磨料起主

20、要切削作用，易劃傷工件表面，所以對磨料尺寸均勻性要求高； (6) 磨料能嵌入軟材質(zhì)的工件表面，影響工件的使用性能； (7) 在研磨過程中磨料之間相互切削，浪費(fèi)磨料； (8) 磨盤磨損后修整難度加大； (9) 各道工序間清洗工件要嚴(yán)格； (10)工人勞動強(qiáng)度大，對工人操作技術(shù)水平要求高。 考慮到上述原因，人們試圖探索新的研磨方法，以解決散粒磨料研磨所存在的問題。所以出現(xiàn)了振動研磨、磁流體研磨、磁力研磨、液體結(jié)合劑砂輪研磨、電解研磨、ELID在線修整研磨、固著磨料研磨等各種新的研磨加工方法。 振動研磨就是在研磨過程中，使磨料與工件的相對運(yùn)動附加以振動。其主要目的是提高加工效率。如在

21、研磨中采用振幅12~25，頻率為2~5萬赫茲的超聲波振動，可提高加工效率15倍。 磁性流體研磨是利用磁性流體本身所具有的液體流動性和磁性材料的磁性以及外磁場作用來保持磨粒與工件之間產(chǎn)生相對運(yùn)動而達(dá)到研磨光整工件表面的精加工方法。它具有加工質(zhì)量好，表面精度高，不會在加工表面形成新的加工變質(zhì)層，適應(yīng)加工材料廣，并可適用于復(fù)雜形面的表面精加工的特點(diǎn)。南京航空學(xué)院的潘良賢等人在這方面做了許多工作，在研磨機(jī)理方面進(jìn)行了深人的研究，取得了一些成果，已加工表面粗糙度達(dá)Ra0.005。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的金沫吉等人專門研究了磁流體研磨法加工陶瓷球，得出了研磨參數(shù)與研磨效率的關(guān)系，證明這種加工方法的高效性和高質(zhì)量

22、性，取得了較好的效果[4]。 磁性磨料研磨也稱為磁力研磨，它是將工件置于磁場中，而在磁場中填充著微細(xì)且具有磁性的磨料，磨料在磁場的作用下對工件表面產(chǎn)生壓力。當(dāng)工件相對磁場存在著相對運(yùn)動時，磨料對工件產(chǎn)生研磨切削作用[5]。這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是通過控制磁場強(qiáng)度，很容易控制研磨壓力，并且因?yàn)槭侨嵝匝心ィm合研磨工件的形狀較為廣泛，另外還可以去除較小的毛刺。我國的李益民等人探討了用磁力研磨法去毛刺，取得了較好的效果[6]。 液體結(jié)合劑砂輪研磨作為一種高效研磨的方法，正在受到人們的重視。日本的河田研治等人在這方面做了許多研究工作，取得了較好的效果，采用該方法加工，工件已加工表面粗糙度達(dá)Rmax0.

23、01以下。液體結(jié)合劑砂輪結(jié)構(gòu)與普通砂輪大體相同（如圖1.1所示）。采用液體結(jié)合劑砂輪研磨有如下特點(diǎn)： (1) 加工精度及表面質(zhì)量與普通研磨一樣時，加工效率高于普通研磨； (2) 磨料自銳性好，能長時間保持高效率研磨； (3) 砂輪成形非常容易，可適用于非球面等復(fù)雜形狀的研磨； (4) 相對加工性而言，可以制成非常寬的砂輪； (5) 由于只需要磨粒和適宜的液體就可以制作砂輪，所以加工面的質(zhì)量控制非常容易； 圖1.1 液體結(jié)合劑砂輪結(jié)構(gòu) (5) 由于結(jié)合劑可以使用酸性溶液和堿性溶液，所以可用于期待化學(xué)作用的研磨和有吸濕性的特殊工件的研磨。 電解研磨是應(yīng)用較早的電化學(xué)復(fù)

24、合加工工藝，可蝕除金屬表面大的粗糙度而使表面平整，也可蝕除金屬表面微觀不平，使其光滑成鏡面。電解研磨原理是通過電解蝕除金屬表面，但在蝕除過程中，會產(chǎn)生鈍化膜，所以再加上機(jī)械研磨，去除表面微觀高點(diǎn)的鈍化膜，使其能繼續(xù)電解蝕除，反復(fù)進(jìn)行，從而使加工表面逐漸平整光滑。這種加工方法可以消除傳統(tǒng)散粒磨料研磨加工在工件已加工表面上產(chǎn)生的加工變質(zhì)層，因此受到了人們的重視。北京理工大學(xué)的陳幼松探討了在電解研磨中應(yīng)用電火花加工技術(shù)，開發(fā)了電解電火花復(fù)合研磨加工方法。采用這一新方法，加工SiC陶瓷，加工效率提高4倍。杭州電子工業(yè)學(xué)院的文貴林利用粘彈性磨料布進(jìn)行電解復(fù)合加工鏡面，也取得了很好的效果，并研制出相應(yīng)的加

25、工裝置。 一般來說，磨粒尺寸越小，所加工的工件表面粗糙度值越小，但對于固著磨料研磨，磨粒尺寸太小，容易使磨具上的工作面被加工過程產(chǎn)生的磨屑堵塞，至使加工過程無法繼續(xù)進(jìn)行。ELID（電解在線修整）技術(shù)則很好地解決了這一問題。工件被壓在磨具上，磨具通過電刷連接到電源的正極上，電源負(fù)極則固定在工件磨具上方約0.3mm處，通過磨削液負(fù)極與磨盤之間發(fā)生電解現(xiàn)象，在機(jī)械磨削與電解的雙重作用下，可以使磨具保持有良好的自銳性，Nobuhide ITOH使用5的金剛石微粉磨具，通過ELID研磨加工Si片，得到了粗糙度值為2.8（P-V值）的已加工表面，且用ESM觀測不到脆性裂紋。 事實(shí)上，除上面介紹的一些研

26、磨方法外，還有許多其它方法，但因應(yīng)用沒有這些方法廣泛，這里就不再一一贅述。 1.5 固著磨料高速研磨的研究現(xiàn)狀 固著磨料高速研磨是將散粒的磨料固結(jié)起來，制成專用磨具，在高速研磨機(jī)上進(jìn)行研磨的方法。所用的專用磨具是根據(jù)工件的要求，用不同的磨料制成丸片，再用丸片制成不同形狀的磨具，圖1.2為平面固著磨料研磨的磨具示意圖。固著磨料高速研磨在國外是在六十年代發(fā)展起來的，我國是從七十年代開始著手研究的。固著磨料研磨很好地解決了傳統(tǒng)的散粒磨料研磨中所存在的大部分缺欠。其最大特點(diǎn)是能顯著提高研磨加工效率，而這是限制傳統(tǒng)研磨廣泛應(yīng)用的最大障礙，因此固著磨料高速研磨一出現(xiàn)就受到了人們的重視[7]。長春光機(jī)

27、學(xué)院從七十年代起開始從事固著磨料研磨加工技術(shù)的研究，并成立了專門從事這一技術(shù)研究的課題組，探討了在固著磨料研磨中，研磨壓力等對研磨效率和加工質(zhì)量的影響，有力地推動了這一新技術(shù)的推廣應(yīng)用。 進(jìn)入八十年代，我國從事固著磨料研磨研究的人逐漸增多。較早的有北京理工大學(xué)的查立豫教授，浙江大學(xué)的曹天寧教授等。他們既探討研磨機(jī)理、研磨工藝，又探討磨具與工件間的相對運(yùn)動。后來裴慶魁、林錦文、章黎明、王翠娣、王鑼、辛企明等一批專家學(xué)者都從事著固著磨料研磨加工技術(shù)的研究[8]。 由于固著磨料研磨具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此不僅國內(nèi)的專家學(xué)者從事這一技術(shù)的研究，而且國外也有人從事這一技術(shù)的研究。早在80年代David等人

28、就研究金剛石固著磨料研磨機(jī)理，固著磨料研磨加工工件已加工表面粗糙度及破壞層等的變化規(guī)律[9]。其研究的加工材料是玻璃，重點(diǎn)是探討工件已加工表面粗糙度和材料去除量隨研磨加工時間的變化規(guī)律。還比較了不同冷卻液間 圖1.2 磨具示意圖 的效果。發(fā)現(xiàn)了表面粗糙度與破壞層深度有一恒定關(guān)系，這就使人們能根據(jù)工件表面粗糙度值來確定下道工序的去除深度。目前國外較重視磨料性能的改進(jìn)，以及丸片制作技術(shù)的研究，如探討如何避免丸片的脫層及裂縫，避免丸片中混人空氣，提高磨料和結(jié)合劑的均勻性等[9]。為了更好地改善固著磨料研磨效果，提高丸片質(zhì)量，日本東京大學(xué)的JuichiIken等人還研究了利用電泳沉積法制造高質(zhì)量

29、、細(xì)磨粒丸片。采用他們研制的丸片加工硅片，已加工表面質(zhì)量得到了很大改善，達(dá)到8nm（P-V值）。國外還有人采用金剛石丸片研磨加工球面和非球面，提高了加工效率，取得了很好的效果[9]。 但固著磨料研磨加工技術(shù)還有一些難題沒有解決，如磨具磨損、磨具表面由于磨料分布不連續(xù)對工件產(chǎn)生撞擊等。固著磨料研磨也與傳統(tǒng)的慢速研磨一樣，當(dāng)磨具在研磨中出現(xiàn)磨損時，會導(dǎo)致被加工件面形精度下降，因此要及時修整磨具。而以往的散粒磨料研磨，其磨盤加工性較好，所以只要工人的技術(shù)水平較高，修整還比較容易，而固著磨料研磨的磨具，表面上固結(jié)著極耐磨的磨料，修整十分困難。 為解決磨具磨損問題，長春光機(jī)學(xué)院的老師們探討了磨具磨損

30、規(guī)律針對球面磨研，發(fā)現(xiàn)了磨具理想磨損的數(shù)學(xué)表達(dá)式，也稱為余弦磨耗規(guī)律，并得出根據(jù)此規(guī)律磨具磨片的分布規(guī)則。此后，王長興教授與課題組又專門研究了平面固著磨料研磨中磨具磨損，并探討了磨具設(shè)計問題。磨具磨損與研磨加工中磨具和工件間的相對運(yùn)動及運(yùn)動軌跡有著十分密切的關(guān)系，為此在70年代末80年代初，光機(jī)學(xué)院的李愚和老師與劉桂玲老師又分別探討了平面研磨和球面研磨中，磨具和工件間的相對運(yùn)動。劉紹東老師又從力學(xué)角度分析磨具磨損原因。這些研究成果都為進(jìn)一步研究浮動研磨磨具磨損規(guī)律奠定了基礎(chǔ)[10]。 為進(jìn)一步完善固著磨料研磨加工技術(shù)，長春光機(jī)學(xué)院的楊建東老師對固著磨料的浮動研磨中工件轉(zhuǎn)速進(jìn)行了研究，解決了工

31、件轉(zhuǎn)速與偏心距、研磨壓力、工件半徑、工件與磨具間的摩擦系數(shù)等加工參數(shù)之間的關(guān)系，并提出了磨具均勻磨損及工件均勻研磨理論。本文正是以這一理論為基礎(chǔ)，設(shè)計磨具及給定研磨加工的參數(shù)，從而保證在研磨加工過程中，不修整磨具，也能保持磨具及加工工件的面形精度，從而在保證研磨加工精度的同時，提高加工效率。 1.6 本設(shè)計的目的和內(nèi)容 1.6.1 本設(shè)計的目的 本設(shè)計的目的是根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)，完成雙平面高速研磨機(jī)床的設(shè)計。本課題是典型的機(jī)電一體化課題，屬于工程設(shè)計類型題目，結(jié)構(gòu)典型。通過設(shè)計可使所學(xué)機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電工學(xué)知識得到綜合應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計以及控制系統(tǒng)設(shè)計能力都能得到訓(xùn)練，可有效地提高分析問題

32、，解決問題的能力及機(jī)電一體化水平。 1.6.2 本設(shè)計的內(nèi)容 (1) 完成總體方案設(shè)計，對傳動系統(tǒng)的方案進(jìn)行驗(yàn)證選取，對相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行計算設(shè)計，對重要部件進(jìn)行設(shè)計選?。? (2) 完成電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，對重要部件進(jìn)行設(shè)計選?。? (3) 完成主要部件的三維建模。 第2章 雙平面高速研磨機(jī)床的設(shè)計方案 2.1 設(shè)計的總體要求 技術(shù)要求： (1) 加工對象：直徑30mm，長度46 mm的不銹鋼柱體； (2) 磨具直徑：600mm； (3) 主軸轉(zhuǎn)速：200~720r/min。 2.2 總體方案的確定 機(jī)床的布局形式有立式、臥式及斜置式等；其中基礎(chǔ)支撐件的形式又有底座

33、式、立柱式、龍門式等?；A(chǔ)支撐件的結(jié)構(gòu)又有一體式和分離式等。因此根據(jù)不同的設(shè)計參數(shù)，機(jī)床的整體布局有不同的選擇途徑。比如：1）滿足加工的布局，2）滿足換刀布局，3）滿足多坐標(biāo)聯(lián)動的布局，4）適合快速換刀的要求的布局，5）適合多工位加工要求的布局，6）適合可換工作臺要求的布局等。 在本次的設(shè)計中，由以上參數(shù)確定其為立式磨床。主要加工對象為不銹鋼，精度要求較高，加工并不困難，所需要的功率也不大。立式磨床主軸和工作臺垂直，主要用于加工水平面內(nèi)的形面。在雙平面高速研磨機(jī)床中，采用工作臺移動，升降的方式，這是本次設(shè)計所選用的布局形式。 2.3 雙平面高速研磨機(jī)床的多方案設(shè)計 2.3.1 研磨過

34、程中傳動系統(tǒng)多方案設(shè)計 1、電機(jī)通過減速器帶動主軸轉(zhuǎn)動方案 此方案中，電動機(jī)通過與減速器相連，使主軸達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速。可以選擇蝸輪蝸桿傳動裝置或者圓錐圓柱齒輪減速器得到旋轉(zhuǎn)方向的改變（蝸輪蝸桿傳動裝置見圖2.1，圓錐圓柱齒輪減速器見圖2.2）。 圖2.1 蝸輪蝸桿傳動裝置 圖2.2 圓錐圓柱齒輪減速器 2、電動機(jī)通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)方案 此方案中，電動機(jī)與主軸通過帶傳動連接，使主軸達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速，此種傳動方案較上一種結(jié)構(gòu)簡單，但同樣能實(shí)現(xiàn)傳動要求。 2.3.2 加工過程中工件夾具多方案設(shè)計 1、工件直接放置在兩磨盤中間 由于上下磨盤的高

35、速旋轉(zhuǎn)，加工過程中產(chǎn)生的熱量過多，這必然會引起工件和磨具的熱變形。因此，必須考慮冷卻問題，為提高冷卻效果，須使冷卻液直接澆注到磨削加工區(qū)。除此之外此種方案易出現(xiàn)工件打滑的現(xiàn)象，且工件表面研磨不均勻，不予考慮。 2、通過行星輪系使工件固定 為避免工件在加工過程中打滑，可設(shè)計行星輪系。同時在行星輪中加工出適合工件的尺寸，而使工件固定在其中。在此輪系中，中心輪通過鍵連接與主軸達(dá)到相同的轉(zhuǎn)速，而行星輪與中心輪嚙合，這樣研磨過程中工件也獲得了一個速度，為使結(jié)構(gòu)簡化，可在原齒輪的基礎(chǔ)上改良設(shè)計中心輪與行星輪（改良中心輪的三維示意圖見圖2.3，工件卡在行星輪中的三維示意圖見圖2.4）。 圖2.3

36、 改良中心輪的三維示意圖 圖2.4 工件卡在行星輪中的三維圖 3、設(shè)計特殊夾具固定工件 可在研磨過程中設(shè)計不同形狀的夾具，用該夾具將工件固定，使工件不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。 2.3.3 研磨過程中工件裝卸多方案設(shè)計 1、電氣系統(tǒng)控制上磨盤升降裝卸工件 加工完畢卸下工件時，需通過電氣系統(tǒng)控制氣缸上升進(jìn)而使上磨盤向上移動，當(dāng)磨盤移動到裝卸工件所需高度時，便可以卸下工件。安裝上待研磨的工件后，同樣需要通過電氣系統(tǒng)控制氣缸下降而使上磨盤向下移動，當(dāng)磨盤移動到工件預(yù)訂高度時重新開始研磨工件。 2、伸出軸通過擺臂帶動上磨盤移動進(jìn)而裝卸工件 在研磨過程結(jié)束后，可以使另一根軸轉(zhuǎn)動通過擺臂帶

37、動上磨盤轉(zhuǎn)動使工件上部暴露在外，便可以裝卸工件。 3、通過升降臺升降裝卸工件 研磨過程結(jié)束后，可以通過升降臺在導(dǎo)軌方向的移動使下磨盤下降，當(dāng)下磨盤降到一定位置使工件上部暴露在外時便可以進(jìn)行工件的裝卸與更換。此種方式較為繁瑣。 2.4 設(shè)計方案的選擇和確定 2.4.1 研磨過程中傳動系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇和確定 先根據(jù)不同方式的方案進(jìn)行對比分析，通過各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評價選擇。 1、電機(jī)通過減速器帶動主軸轉(zhuǎn)動方案 此方案中，電動機(jī)通過與減速器相連，使主軸達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速。可以選擇蝸輪蝸桿減速器或者圓錐圓柱齒輪減速器得到旋轉(zhuǎn)方向的改變。但是因?yàn)槲佪單仐U減速器的傳動比一般較大，所以蝸輪

38、蝸桿減速器不合適。圓錐圓柱齒輪減速器雖然可以使傳動角度改變，但是它無法在空間上改變傳動的方向，所以圓錐圓柱齒輪減速器仍然不合適。所以摒棄此種方法。 2、電動機(jī)通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)方案 此方案中，電動機(jī)與主軸通過帶傳動連接，使主軸達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速，在電動機(jī)伸出軸通過傳送帶傳動時需加張緊裝置，此種傳動方案較上一種結(jié)構(gòu)簡單，但同樣能實(shí)現(xiàn)傳動要求。所以在傳動部分，運(yùn)用帶傳動帶動主軸的轉(zhuǎn)動。 2.4.2 加工過程中工件夾具的選擇和確定 1、工件直接放置在兩磨盤中間 由于上下磨盤的高速旋轉(zhuǎn)，加工過程中產(chǎn)生的熱量過多，這必然會引起工件和磨具的熱變形。因此，必須考慮冷卻問題，為提高冷卻效果，須使冷

39、卻液直接澆注到磨削加工區(qū)。除此之外此種方案易出現(xiàn)工件打滑的現(xiàn)象，且工件表面研磨不均勻，不予考慮。 2、通過行星輪系使工件固定 為避免工件在加工過程中打滑，可設(shè)計行星輪系。同時在行星輪中加工出適合工件的尺寸，而使工件固定在其中。在此輪系中，中心輪通過鍵連接與主軸達(dá)到相同的轉(zhuǎn)速，而行星輪與中心輪嚙合，這樣研磨過程中工件也獲得了一個速度，為使結(jié)構(gòu)簡化，可在齒輪的基礎(chǔ)上改良設(shè)計中心輪與行星輪。此種方案解決了工件固定的問題。通過對比選擇此種夾具。 3、設(shè)計特殊夾具固定工件 可在研磨過程中，用該夾具將工件固定，使工件不出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。 2.4.3 研磨過程中工件裝卸方案的選擇和確定 1、電氣系

40、統(tǒng)控制上磨盤升降裝卸工件 加工完畢卸下工件時，需通過電氣系統(tǒng)控制氣缸上升進(jìn)而使上磨盤向上移動，當(dāng)磨盤移動到裝卸工件所需高度時，便可以卸下工件。安裝上待研磨的工件后，同樣需要通過電氣系統(tǒng)控制氣缸下降而使上磨盤向下移動，當(dāng)磨盤移動到工件預(yù)訂高度時重新開始研磨工件。在此種方案中，利用氣缸帶動上磨盤的移動較簡便。 2、伸出軸通過擺臂帶動上磨盤移動進(jìn)而裝卸工件 在研磨過程結(jié)束后，可以使另一根軸轉(zhuǎn)動通過擺臂帶動上磨盤轉(zhuǎn)動使工件上部暴露在外，便可以裝卸工件，此種方案同樣具有可行性，但是利用擺臂裝卸工件會使結(jié)構(gòu)更加負(fù)責(zé)，通過對比優(yōu)先選擇利用氣缸帶動上磨盤運(yùn)動進(jìn)而裝卸工件。 3、通過升降臺升降裝卸工件

41、 研磨過程結(jié)束后，可以通過升降臺在導(dǎo)軌方向的移動使下磨盤下降，當(dāng)下磨盤降到一定位置使工件上部暴露在外時便可以進(jìn)行工件的裝卸與更換。此種方式較為繁瑣，所以摒棄此方案。 2.5 本章小結(jié) 在本章節(jié)中，對系統(tǒng)的整體方案進(jìn)行了設(shè)計，確定了其整體布局形式為立式磨床，上磨盤通過上下升降來完成工件的裝卸。傳動方案選取為主傳動系統(tǒng)采用主軸電動機(jī)通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)的方式。 本章主要完成雙平面高速研磨機(jī)床的方案提出、論證及最終的方案確定。 第3章 機(jī)床主要部件的選取設(shè)計及校核 研磨機(jī)床是實(shí)現(xiàn)研磨加工的首要基礎(chǔ)條件，一臺設(shè)計合理的研磨機(jī)床不但能保證研磨加工的質(zhì)量，還能提高加工效率，降低操作者的勞

42、動強(qiáng)度。為此，本文在保證加工精度的同時，努力做到使機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。 在這一章里，主要介紹了機(jī)床傳動原理及各主要部件的設(shè)計原理。 3.1 機(jī)床整體設(shè)計 根據(jù)加工工件尺寸、精度、材料以及工件加工的工藝性，確定本文設(shè)計的機(jī)床樣機(jī)的性能參數(shù)如下： 加工對象：直徑30mm，長度46mm的不銹鋼柱體； 磨具直徑：600mm； 主軸轉(zhuǎn)速：200~720rpm。 固著磨料雙平面研磨機(jī)床原理如圖3.1所示。電動機(jī)通過帶傳動與主軸帶動下磨盤、中心輪、上磨盤的旋轉(zhuǎn)。在研磨過程中，氣缸使上磨盤對工件施加研磨壓力。研磨過程結(jié)束后，電氣控制部分通過氣缸帶動上磨盤的移動進(jìn)而裝

43、卸工件。由該圖可知，上下磨盤轉(zhuǎn)速同為720rpm。 本機(jī)床與傳統(tǒng)的慢速研磨機(jī)顯著的區(qū)別是，機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速高（最高轉(zhuǎn)速720rpm，而傳統(tǒng)的慢速研磨機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速一般為40~60rpm）。同時磨具與工件間的摩擦系數(shù)比較大，這導(dǎo)致的一個問題是，加工中產(chǎn)生的熱量多，這會引起工件和磨具的熱變形。因此，必須考慮冷卻問題，為提高冷卻效果，須使冷卻液直接澆注到磨削加工區(qū)。并借助離心力作用向外飛濺，這不僅可以起到冷卻作用，而且還可以沖走磨削下來的工件碎屑及磨具上磨掉的磨料，這樣可以防止它們阻礙磨削及劃傷工件已加工表面。 因?yàn)闄C(jī)床要求達(dá)到的加工質(zhì)量和加工精度高（表面粗糙度為Ra0.005~0.03，平面度為

44、0.9），所以要求主軸傳動平穩(wěn)、無沖擊，剛度好，軸向及徑向跳動小。 圖3.1 雙平面高速研磨機(jī)床原理圖 3.2 機(jī)床主軸電機(jī)選擇 電動機(jī)的容量（額定功率）應(yīng)根據(jù)主軸的負(fù)載決定，容量小于工作要求則不能保證機(jī)床正常工作，且會使電動機(jī)長期過載，發(fā)熱，使其過早損壞；容量過大，則電動機(jī)價格高，能量不能充分利用，且由于經(jīng)常不在額定負(fù)荷下運(yùn)行，效率和功率因此都較低，造成很大浪費(fèi)。我們參照平面高速研磨中工件作用在主軸上的阻力矩選擇適當(dāng)?shù)碾妱訖C(jī)容量。 取作用在工件上的正壓力N=660N，所以工件與磨具間的摩擦力F為 F=N 其中為工件與磨具間的摩擦系數(shù)。 制作磨具所用磨料粒度對摩擦系

45、數(shù)F影響最大。當(dāng)磨料較粗時，摩擦系數(shù)隨磨料粒度增加而增大。這是因?yàn)槟チ狭６刃〉揭欢ǔ潭葧r，磨具與工件接觸面上的部分接觸點(diǎn)上產(chǎn)生了純凈表面接觸和真空接觸，隨著磨料逐漸變細(xì)，這兩種接觸所占比例也逐漸增大，而這兩種接觸的摩擦系數(shù)都很大，這必然引起整個接觸面上的總摩擦系數(shù)增大，我們選摩擦系數(shù)的最大值0.5來計算工件與磨具間的摩擦力，計算得F=330N。 設(shè)計工件距中心輪軸線的最遠(yuǎn)距離e=200mm，則工件對機(jī)床主軸最大的阻力矩T T=Fe=66000Nmm 由此可算出電機(jī)功率 P電 =kW 式中：——主軸傳動系統(tǒng)的效率，本文通過計算取η為0.846 ——主軸的轉(zhuǎn)速，本文機(jī)床最高轉(zhuǎn)速取為7

46、20r/min 因本機(jī)床是面向工廠設(shè)計的，所以機(jī)床電源選擇用三相交流電源，故選擇我國生產(chǎn)的Y系列三相異步電機(jī)，型號為Y132M-4。其額定功率為P=7.5kW，n=1440r/min（各參數(shù)見表3.1，表3.2及圖3.2）。 表3.1 電機(jī)性能參數(shù) 型 號 滿載時 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量 /（㎏㎡） 額定功率/kW 轉(zhuǎn)速/(r/min) 滿載電流/A 額定電流效率/％ 功率因數(shù)/cos Y132M-4 7.5 1440 15.4 87 0.85 2.2 2.0 2.2 0.0095

47、 表3.2 電機(jī)的外形及安裝尺寸 機(jī)座 號 尺寸 D E F G M P N n-s T AC AD 132M 44 80 10 33 265 300 230 4-15 4 275 210 圖3.2 電機(jī)的安裝尺寸圖 3.3 傳動帶v帶輪的設(shè)計[11] 1、設(shè)計功率 根據(jù)工作情況查得工況系數(shù) 所需傳遞的功率=7.5kw 小帶輪轉(zhuǎn)速 則設(shè)計功率 2、選擇帶型 根據(jù)和，選B型 3、 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并計算帶速 （1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑=160mm （2）計算帶速 m/s （3）計算大帶輪的基

48、準(zhǔn)直徑mm，圓整為315mm 4、初定中心距 根據(jù)計算確定 取=240mm 5、確定帶所需的基準(zhǔn)長度 選帶的基準(zhǔn)長度mm 6、 計算實(shí)際中心距 7、 驗(yàn)證小帶輪上的包角 8、計算帶的根數(shù)z ，， 9、計算單根v帶初拉力的最小值 10、計算壓軸力 3.4 主軸的設(shè)計及校核 3.4.1 主軸的設(shè)計[12] 由上文可知，主軸傳遞的最大扭矩為37.5Nmm 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算，主軸最小直徑 d≧A() 主軸材料為45號鋼，A取114，則可求得: d≧114()=20.84mm 考慮到帶輪、下磨盤主軸、中心輪及上磨盤的通孔對強(qiáng)度的

49、削弱作用，同時考慮到機(jī)床主軸的剛度比較高，所以d應(yīng)有所增加，取主軸最小軸徑處為36mm，其余部分按加工及裝配工藝性設(shè)計（主軸結(jié)構(gòu)簡圖見圖3.3）。 圖3.3 主軸結(jié)構(gòu)簡圖 3.4.2 主軸的校核 1、確定齒輪受力 圓周力N 徑向力N 軸向力N 2、計算支承反力 水平面反力 =1593.53N =384.50N 垂直面反力 =1898.69N =3350.63N 3、計算軸彎矩 合成彎矩=752836 N·mm 4、計算軸轉(zhuǎn)矩 軸受轉(zhuǎn)矩為T=461940. 4 N·mm 5、許用應(yīng)力 由表9-4查得=102.5MPa，

50、=60MPa，得 ==0.59 6、當(dāng)量彎矩 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩=461940.3，當(dāng)量彎矩 7、軸的校核 因?yàn)檩S頸d小于主軸的最小軸徑36mm，所以此軸符合要求。 3.5 下磨盤及上磨盤的設(shè)計 3.5.1 下磨盤的設(shè)計 由設(shè)計要求可知上下磨盤直徑均為600mm，選取磨盤材料為45號鋼（下磨盤結(jié)構(gòu)簡圖見圖3.4）。 圖3.4 下磨盤結(jié)構(gòu)簡圖 3.5.2 上磨盤的設(shè)計 由設(shè)計要求可知上磨盤直徑為600mm，選取上磨盤材料為45號鋼，由機(jī)床整體設(shè)計可知上磨盤由氣缸帶動升降，所以相較于下磨盤，上磨盤厚度有所降低[12]（上磨盤結(jié)構(gòu)簡圖見圖3.5）。 圖3.5

51、 上磨盤結(jié)構(gòu)簡圖 3.6 中心輪系的設(shè)計 圖3.6 行星輪結(jié)構(gòu)簡圖 圖3.7 中心輪結(jié)構(gòu)簡圖 由雙平面研磨原理可知，中心輪的作用是帶動行星輪完成行星運(yùn)動，從而帶動工件完成行星運(yùn)動[13]（行星輪結(jié)構(gòu)簡圖見圖3.6，中心輪結(jié)構(gòu)見圖3.7）。 取模數(shù)mn=3； 各齒輪的齒數(shù)分別為：=44，=84，=212[14]。 3.7 滾動軸承的選擇與校核 3.7.1 滾動軸承的選擇 滾動軸承在一般的機(jī)器中有著廣泛的應(yīng)用。滾動軸承的特點(diǎn)是摩擦阻力小、啟動及運(yùn)轉(zhuǎn)力矩小、啟動靈敏、功率損耗小，缺點(diǎn)是徑向輪廓尺寸大，接觸應(yīng)力高，高速軸下軸承壽命低，抗沖擊能力比較差。在選擇滾動軸承

52、時，主要是正確選擇軸承的類型和尺寸，并進(jìn)行軸承的壽命校核。 在本文中選擇圓錐滾子軸承型號32011，雙平面推力球軸承的型號為38210[15]。 3.7.2 滾動軸承的校核 軸承壽命公式為： 式中 P當(dāng)量動載荷； C基本額定動載荷； 壽命指數(shù)； 溫度系數(shù)； 載荷系數(shù)； 軸承轉(zhuǎn)速。 根據(jù)已選定的軸承型號，查得基本額定動載荷N，，，。 1、計算內(nèi)部軸向力 由圖3.8得 N 又因?yàn)?，所? N，N。 2、計算單個軸承的軸向載荷 由圖3.8和上面的計算知且方向相反，故兩個軸承處于平衡的狀態(tài)。N。

53、 3、計算當(dāng)量動載荷 ，， ，， 則 N。 圖3.8 圓錐滾子軸承受力分析 4、計算壽命 查文獻(xiàn)[8，230]，表10-8，表10-9知，溫度系數(shù)，載荷系數(shù)，則 h 按照設(shè)計要求該軸承的最小壽命為h，故所選的軸承符合要求。 3.8 本章小結(jié) 在本章節(jié)中，對機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計及確定，對電動機(jī)進(jìn)行了選擇，對傳送帶帶輪進(jìn)行了設(shè)計，同時也完成了對主軸、上下磨盤、中心輪系等主要零部件的設(shè)計。 本章節(jié)主要完成的是雙平面高速研磨機(jī)床主要零部件的選擇和確定，并且對主軸、軸承進(jìn)行了校核。下一章節(jié)將要進(jìn)行的是氣動控制系統(tǒng)的設(shè)計及對主軸調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計。 第4章

54、 氣動控制系統(tǒng)及主軸調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 氣動控制系統(tǒng)的設(shè)計 本機(jī)床的氣動控制系統(tǒng)是用來控制帶動上磨盤運(yùn)動的氣缸的運(yùn)動。氣動系統(tǒng)氣源由小型空壓機(jī)提供，壓縮空氣經(jīng)空氣濾清器、油霧器供給系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力由減壓閥調(diào)定。調(diào)整研磨時壓力的減壓閥選擇精密減壓閥，保證研磨過程壓力平穩(wěn)，壓力波動很小。氣動系統(tǒng)中設(shè)置了氣控單向閥，保證系統(tǒng)在突然斷電、斷氣情況下氣缸處于原始位置，保證系統(tǒng)可靠安全。 在加工開始時，由于工件表面不平整。如果直接以工作壓力加到工件上，則工件凸起處與磨具間的局部壓強(qiáng)特別大，摩擦阻力大，造成工件自轉(zhuǎn)不靈活，使工件把磨具上的固著磨料撞變形甚至打落，有時工件還會被甩脫，造成危險。因此我

55、們在機(jī)床剛開始加工時，使二位三通換向閥及二位五通換向閥右側(cè)電磁鐵得電，壓縮空氣經(jīng)高壓減壓閥及低壓減壓閥到氣缸無桿腔，使加壓工件上的壓力較小，當(dāng)加工一段時間后，工件磨得較平整，二位三通換向閥斷電，壓縮空氣只通過高壓減壓閥，使加在工件上的壓力加大，以提高研磨加工效率，在研磨加工快結(jié)束時，再一次接通低壓回路，使工件在較低的加工壓力下進(jìn)行研磨，這有利于降低工件的表面粗糙度值。在磨料粒度較粗時，這種采用高低壓加工的方法對降低工件表面粗糙值的辦法尤為有效。 4.2 主軸調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 本機(jī)床選用的變速系統(tǒng)是PLC變頻調(diào)速電動機(jī)正轉(zhuǎn)控制電路實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)。 變頻器具有節(jié)約能源、提高電路控制質(zhì)量、易于

56、調(diào)速等特點(diǎn)，變頻調(diào)速是變頻器應(yīng)用于交流電動機(jī)控制的重要組成部分，它是在交流電動機(jī)變級調(diào)速、串阻調(diào)速、串級調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、電磁調(diào)速、液力調(diào)速等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)是利用電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性，通過改變電動機(jī)的工作電源頻率進(jìn)行調(diào)速的方法。而PLC成為可編程控制器，是一種把數(shù)字運(yùn)算與控制操作融為一體的電子控制系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程存儲器，在其內(nèi)存儲程序，執(zhí)行邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式輸入、輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 主軸調(diào)速系統(tǒng)的電路構(gòu)成：PLC控制變頻調(diào)速電動機(jī)正轉(zhuǎn)電路由主電路和控制電路兩部分組成

57、。主電路包括電源開關(guān)QF、交流接觸器KM的主觸頭、變頻器內(nèi)置的AC/DC/AC轉(zhuǎn)換電路以及三相交流電動機(jī)M等。控制電路包括PLC、控制按鈕SB1～SB3、SA1、SA2、交流接觸器KM的線圈以及信號指示燈HL1～HL3等。 電路工作原理： （1）啟動過程：合上SA1，按下啟動開關(guān)SB1，X0動作，Y0動作并自鎖，接觸器KM動作，變頻器輸入端R、S、T得電。Y0的“輔助”接點(diǎn)閉合，Y1動作，HL1點(diǎn)亮，Y0的另一個“輔助”接點(diǎn)也閉合。合上SA2，X2動作，Y2也動作，HL2點(diǎn)亮。與此同時，Y4動作，變頻器的FWD端與COM端接通，電動機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）停機(jī)過程：斷開SA2，按下停

58、止開關(guān)SB2，X1動作，Y0動作，接觸器KM釋放，變頻器輸入端失電，電動機(jī)停止運(yùn)行。如果開關(guān)SA2接通，則說明變頻器在工作，不能斷電。 （3）過載保護(hù)：如果在電動機(jī)運(yùn)行過程中變頻器保護(hù)動作，則X3得到信號并動作，Y0復(fù)位，接觸器KM的線圈失電復(fù)位，變頻器斷電，HL3點(diǎn)亮發(fā)出報警。處理后按下SB3，變頻器復(fù)位。 GTJ3-60A型靜態(tài)繼電器控制三相交流電動機(jī)電路（如圖4.1所示）由以下兩部分組成：一是將交流電源供給負(fù)載的電路；二是用來控制電子開關(guān)導(dǎo)通與截止的直流電源控制電路。主電路包括三向交流電源自動空氣開關(guān)QF，靜態(tài)繼電器電子開關(guān)Ⅰ、Ⅱ以及三相交流電動機(jī)M等。直流電源控制電路包括24V直流

59、電源、直流電源開關(guān)SA和靜態(tài)繼電器內(nèi)置光電耦合器等。其工作原理為：合上開關(guān)QF，電路進(jìn)入熱備用狀態(tài)。合上直流電源開關(guān)SA后，Ⅰ號、Ⅱ號GTJ3-60A型靜態(tài)繼電器內(nèi)置的電子開關(guān)同時導(dǎo)通，電動機(jī)M獲得三相交流電壓而啟動運(yùn)行。需要停機(jī)時，斷開直流電源開關(guān)SA, Ⅰ號、Ⅱ號GTJ3-60A型靜態(tài)繼電器內(nèi)置的電子開關(guān)同時截止，電動機(jī)M因失去兩相交流電壓而停止工作。 GTJ3-60A型靜態(tài)繼電器的輸入?yún)?shù)如下： 直流控制電壓：DC3～32V； 開啟電流：5mA； 控制電

60、流：＜25Ma； 關(guān)斷電壓：DC1.2V。 GTJ3-60A型靜態(tài)繼電器的輸出參數(shù)如下： 交流工作電壓：AC24～380V（還有AC24～240V、AC24～48V規(guī)格的）； 額定輸出電流：5～100A； 通態(tài)壓降：≤1.1V； 泄露電流：≤10mA； 通斷時間：≤11ms； 絕緣耐壓：≥AC2500V； 冷卻條件：額定輸出電流為5～30A的配散熱器，40～100A的就加風(fēng)扇強(qiáng)冷； 工作安全系數(shù)：阻性負(fù)載為60％，感性負(fù)載40％。 4.3 本章小結(jié) 本章節(jié)中，在雙平面高速研磨機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計確定，主要零部件進(jìn)行了設(shè)計選取及校核的基礎(chǔ)上，對機(jī)床的氣動

61、控制系統(tǒng)及主軸調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。 本機(jī)床的氣動控制系統(tǒng)是用來控制帶動上磨盤運(yùn)動的氣缸的運(yùn)動。氣動系統(tǒng)中設(shè)置了氣控單向閥，保證系統(tǒng)在突然斷電、斷氣情況下氣缸處于原始位置，保證系統(tǒng)可靠安全。在主軸調(diào)速系統(tǒng)的部分，本機(jī)床選用的變速系統(tǒng)是PLC變頻調(diào)速電動機(jī)正轉(zhuǎn)控制電路實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)在氣動控制系統(tǒng)部分，變頻器具有節(jié)約能源、提高電路控制質(zhì)量、易于調(diào)速等特點(diǎn)。 下一章節(jié)將要進(jìn)行的主要內(nèi)容是雙平面高速研磨機(jī)床的三維建模與實(shí)物模型。 圖4.1 GTJ3-60A型靜態(tài)繼電器控制三相交流電動機(jī)電路 第5章 機(jī)床的三維建模與實(shí)物模型 5.1 概述 對于雙平面高速研磨機(jī)床的仿真工作，在本設(shè)計中

62、，主要是應(yīng)用Pro/E軟件對機(jī)床的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，通過三維建?？梢院芎玫恼故境鰴C(jī)床各個部件間的連接情況。 5.2 三維建模軟件的介紹 在本設(shè)計中應(yīng)用到的三維建模軟件為Pro/Engineer，下面對其主要情況作相應(yīng)的介紹。 Pro/E（操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。 Pro/E第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決

63、特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。 Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 應(yīng)用Pro/E進(jìn)行三維實(shí)體建模的基本步驟是：（1）在草繪環(huán)境下，進(jìn)行2D基本草圖的繪制。（2）進(jìn)行基本特征的創(chuàng)建，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本特征量。（3）進(jìn)行實(shí)體的修剪工作。（4）進(jìn)行基準(zhǔn)特征的創(chuàng)建，如基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)坐標(biāo)等。（5

64、）根據(jù)總體的裝配設(shè)計進(jìn)行實(shí)體零件的裝配工作。（6）完成三維建模工作。 5.3 三維建模工作的主要內(nèi)容 應(yīng)用Pro/E三維建模軟件，對雙平面高速研磨機(jī)床的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型的建造。通過對雙平面高速研磨機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體建?？梢栽诮５倪^程中深化各個部件的裝配設(shè)計，很好的解決了機(jī)構(gòu)部件間存在的運(yùn)動及裝配干涉問題。同時在三維建模過程中為使結(jié)構(gòu)簡單，對部分零部件采取了簡化處理（下磨盤三維圖見圖5.1，中心輪三維圖見圖5.2，行星輪的三維圖見圖5.3，雙平面研磨的三維圖見圖5.4，雙平面研磨的分解圖見圖5.5）。 圖5.1　下磨盤三維圖 圖5.2 中心輪三維圖 圖5.3

65、 工件卡在行星輪中的三維圖 圖5.4 雙平面研磨三維圖 5.4 本章小結(jié) 本章主要是對三維建模與動畫仿真軟件的主要情況及建模和動畫仿真的主要流程做了相應(yīng)的介紹，并將建模與仿真的結(jié)構(gòu)以圖片的形式進(jìn)行了展示。通過三維模型的建立，可以對雙平面研磨過程更為明確。 圖5.5 雙平面研磨分解圖 結(jié) 論 本設(shè)計依據(jù)設(shè)計的要求，基于功能多樣、易拆易換等原則，設(shè)計了雙平面高速研磨機(jī)床結(jié)構(gòu)，并對主要部件進(jìn)行了校核計算；在整體結(jié)構(gòu)完成的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Pro/E建立雙平面研磨過程的三維實(shí)體模型。 （1）通過研究現(xiàn)有國內(nèi)外對于雙平面高速研磨機(jī)床的研究，

66、對其進(jìn)行了原理方案設(shè)計。通過多方案的評價與選擇，最后確定了具體的設(shè)計方案。 （2）在設(shè)計方案確定之后，首先對電動機(jī)進(jìn)行了選擇，對傳送帶帶輪進(jìn)行了設(shè)計，其次對于主軸、上下磨盤、中心輪系進(jìn)行了設(shè)計并完成了雙平面高速研磨機(jī)床的主要部件的校核。 （3）完成了雙平面高速研磨機(jī)床的各部分的理論計算后，對本設(shè)計的氣動控制系統(tǒng)及主軸調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。 （4）應(yīng)用Pro/E完成部分機(jī)構(gòu)的三維建模，其中主要內(nèi)容包括：機(jī)床上下磨盤、中心輪系的三維建模?；诒驹O(shè)計的結(jié)構(gòu)制作模型，驗(yàn)證本設(shè)計結(jié)構(gòu)較為合理。 本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了雙平面高速研磨機(jī)床的基本要求；但本設(shè)計也存在不足之處，例如裝配較困難，軸的加工安裝精度要求高，這也為以后的設(shè)計工作提出了要求，在很好的利用雙平面高速研磨機(jī)床的設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計更簡單可靠。 參考文獻(xiàn) [1] 何雅全、昊明根.超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)[M].航空航天部第303研究所.1993 [2] 袁哲俊等主編.精密和超精密加工技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1999 [3] 李伯民、趙波.實(shí)用磨削技術(shù)[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1996；226~241