數(shù)控精密平面磨床進給系統(tǒng)的設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】
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畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目：精 密 磨 床 設(shè) 計—工作臺縱向進給設(shè)計
專 業(yè)： 機械設(shè)計制作及其自動化
學(xué) 號：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題 目
精密磨床—工作臺縱向進給系統(tǒng)設(shè)計
姓 名
專 業(yè)
指導(dǎo)教師
填寫時間
年 3 月
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué)生姓名
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師
所在系
機械工程系
課題來源
橫向課題
課題性質(zhì)
應(yīng)用設(shè)計
課題名稱
精密磨床—工作臺縱向進給系統(tǒng)設(shè)計
一、選題的依據(jù)、課題的意義及國內(nèi)外基本研究情況
課題的目的、意義：
金屬切削機床的技術(shù)性能直接影響機械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟性，進而決定著國民經(jīng)濟發(fā)展水平。
畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐環(huán)節(jié)， 通過設(shè)計掌握機 械設(shè)計的一般規(guī)律，樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際 問題的能力，使學(xué)生成功的走向工作崗位。通過本次設(shè)計畢業(yè)設(shè)計對普通 機床組成、控制、結(jié)構(gòu)運動、設(shè)計加以了解；通過機床設(shè)計掌握普通 機床設(shè)計的基本方法,并且對專用機床的設(shè)計作進一步了解；通過機 床設(shè)計培養(yǎng)和鍛煉自身的工程素質(zhì)和工程實踐能力。
國內(nèi)外基本研究情況
精密磨床在工業(yè)發(fā)展過程中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，成為當(dāng)今機械行業(yè)中不可缺少的加工機器。在國外，磨床技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)高的一個水平，磨削精度越來越高已經(jīng)基本能夠達到所需精度。國內(nèi)磨床發(fā)展程度稍稍低于德美等國。一些精度較低的磨床機械依然存在于各加工車間，隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)的磨床制造業(yè)還有很大的提升空間。
二、研究內(nèi)容，完成課題的方案和主要措施
研究內(nèi)容：
精密磨床的組成結(jié)構(gòu)，運行方式。
當(dāng)前磨床的發(fā)展趨勢和應(yīng)用范圍以及磨床的主流應(yīng)用技術(shù)。
加工工件時的精度，和提高磨床精度的方法。
磨床設(shè)計方案和實用性。
預(yù)計達到的目標(biāo)：
了解磨床結(jié)構(gòu)，掌握磨床操作方法。能夠自主設(shè)計磨床。
課題的方案和主要措施：
（一）產(chǎn)品規(guī)劃階段
1、調(diào)查研究
2、預(yù)測
3、可行性分析
4、編制設(shè)計任務(wù)書
(二) 方案設(shè)計階段
1、對設(shè)計任務(wù)的抽象
2、建立功能結(jié)構(gòu)
3、尋求原理與求解方法
4、設(shè)計方案的形成
（三）技術(shù)設(shè)計階段
1、確定結(jié)構(gòu)原理方案
2、總體設(shè)計
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計
（四）工藝設(shè)計階段
1、零件圖設(shè)計
2、完善裝配圖
3 編寫技術(shù)文檔
三、工作進度
工作進度：
序號
各階段完成內(nèi)容
完成時間
1.
了解磨床結(jié)構(gòu)，查閱資料。
3月中
2.
撰寫開題報告，擬定設(shè)計方案 。
3月末
3.
開始著手設(shè)計精密磨床，對各部件初步設(shè)計。
4月初
4.
整合設(shè)計內(nèi)容，大致完成磨床總體設(shè)計。
4月中
5.
設(shè)計檢查優(yōu)化
4月中
6.
CAD畫圖，完成說明書
五月中
7.
準(zhǔn)備進行答辯。
五月末
四、主要參考文獻（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出）
[1]? 蘭雄侯，王繼先，高航磨削溫度理論研的現(xiàn)狀與進展[A]，沈陽：東北 大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院.
[2]? 徐鴻鈞，磨削溫度的測量技術(shù)磨料磨具與磨削，1986.
[3]? 王霖、秦勇等，磨削溫度場的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，濟南：山東大學(xué)， 2001.
[4]? 徐鴻鈞，高航，磨削溫度的測量技術(shù)，徐鴻鈞，高航，沈陽：東北大學(xué) 機械工程及自動化學(xué)院.
[5]? 田志勛，徐明信，崔云惠，隋金福.熱電現(xiàn)象與熱電偶理論，金屬熱處 理，1994 年第 6 期.
[6]? 錢立宗，熱電偶及應(yīng)用[J]，安慶師院學(xué)報(自然科學(xué)版)，1995 年 8 月.
[7]? 袁希光，傳感器技術(shù)手冊.國防工業(yè)出版社，1986 年 12 月.
[8]? 王西彬，任敬心，磨削溫度及熱電偶測量的動態(tài)分析[J]，中國機械工程， 1997 年第 8 卷第 6 期.
[9]? 崔亦飛，曹云乾，簡易熱電偶制作原理與標(biāo)定[J]，儀器儀表學(xué)報，1994 年 5 月第 15 卷第? 2 期.
[10 ]? 陳守仁主編，工 程檢測技術(shù)（ 下冊），北 京：中 央電視大學(xué)出版社，?1984.
[11]? 任敬心，華定安，磨削原理，西安：西北工業(yè)大學(xué)，2000.
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
系意見
系主任簽名：
年 月 日
院意見
教學(xué)院長簽名：
年 月 日
目 錄
1 緒論 …………………………………………………………………………………3
1.1課題研究背景及目的……………………………………………………………3
1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………………………4
1.3 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)與論文組成………………………………………………………5
2 精密平面磨床總體設(shè)計 …………………………………………………………… 9
2.1磨床簡介 ………………………………………………………………………… 9
2.2磨床技術(shù)規(guī)格……………………………………………………………………… 9
2.3主要結(jié)構(gòu)及說明………………………………………………………………… 11
2.4磨床總體傳動設(shè)計……………………………………………………………… 12
2.5 磨床總體布局設(shè)計……………………………………………………………… 12
3 理論計算……………………………………………………………………………… 14
3.1功率計算……………………………………………………………………………14
3.2電動機選用…………………………………………………………………………16
3.3滾珠絲桿副選用與校核……………………………………………………………16
3.4錐齒輪尺寸計算……………………………………………………………………20
4 機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………………… 22
4.1傳動部件設(shè)計………………………………………………………………………22
4.2導(dǎo)軌設(shè)計……………………………………………………………………………25
4.3機構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………………………26
5 機床設(shè)計方案的改進………………………………………………………………… 28
結(jié)論…………………………………………………………………………………………29
致謝…………………………………………………………………………………………30
參考文獻……………………………………………………………………………………31
附錄…………………………………………………………………………………………32
精密磨床——工作臺設(shè)計
摘要
本文對所設(shè)計的磨床作了詳盡的論述，分別從精密數(shù)控平面磨床的總體布局、橫向進給、縱向進給和硬件電路設(shè)計等幾個方面進行了闡述。
緒論：介紹該課題研究背景和國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，以及此次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。
數(shù)控平面磨床總體設(shè)計：簡單介紹了此次設(shè)計的數(shù)控平面磨床，給出該數(shù)控平面磨床的技術(shù)規(guī)格和主要結(jié)構(gòu)及說明，并說明了磨床的總體傳動設(shè)計和總體布局設(shè)計。
理論計算：包括機床功率的計算，電動機選用，滾珠絲桿副選用與校核以及錐齒輪尺寸計算。
方案設(shè)計：詳細說明了精密數(shù)控平面磨床的傳動部件設(shè)計和導(dǎo)軌設(shè)計的要點和要求，并提出縱向進給機構(gòu)和橫向進給機構(gòu)的設(shè)計方案。
硬件電路設(shè)計：詳細說明了硬件的選用和電路的連接。
最后，針對本設(shè)計中不夠完美的地方的改進想法，以及對本次畢業(yè)設(shè)計的總結(jié)和對我國超精密發(fā)展方向進行了展望。
關(guān)鍵詞：平面磨床，數(shù)控，縱向進給，橫向進給
Precise Numerical Control Plane Grinding Machine
Author:Memg Dan
Tutor:Deng Zhaohui
Abstract
This paper makes a thorough exposition of the designed grinding machine from the aspects of its overall design,horizontal and portrait give and hardware circuit design.The following is a brief introduction of the composition of this paper.
INTRODUCTION: It introduces the background of this subject research ,the development in this field internal and international, and the assignment of this graduation project.
THE OVERALL DESIGN OF THE NUMERICAL CONTROL PLANE GRINDING MACHINE: It gives a brief introduction to the design of the numerical control plane grinding machine, and provides its technical specification , main structure and explanation of the numerical control plane grinding machine , and show the design of the overall transmission of the grinding machine and the design of the overall arrangement.
THE THEORETIC CALCULATION: It introduces the calculation of the power of lathe , the selection of the motor, the selection and check of the ball pole and the theoretic calculation of the size of the cone gear wheel.
CONCEPTUAL DESIGN: It introduces the main points and requirements of the design of the drive parts, and puts forward the design of the horizontal and portrait give parts.
THE DESIGN OF HARDWARE CIRCUIT: The election of the hardware and the connection of circuit are explained at length.
In view of the flaws of the design, it puts forward some measures to make impovement. Besides, a conclusion of this graduation project and prospect of the development of precise machine are given in this part.
Keyword: plane grinding machine , numerical control, portrait give, horizontal give
目 錄
1 緒論 …………………………………………………………………………………3
1.1課題研究背景及目的……………………………………………………………3
1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………………………4
1.3 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)與論文組成………………………………………………………5
2 精密平面磨床總體設(shè)計 …………………………………………………………… 9
2.1磨床簡介 ………………………………………………………………………… 9
2.2磨床技術(shù)規(guī)格……………………………………………………………………… 9
2.3主要結(jié)構(gòu)及說明………………………………………………………………… 11
2.4磨床總體傳動設(shè)計……………………………………………………………… 12
2.5 磨床總體布局設(shè)計……………………………………………………………… 12
3 理論計算……………………………………………………………………………… 14
3.1功率計算……………………………………………………………………………14
3.2電動機選用…………………………………………………………………………16
3.3滾珠絲桿副選用與校核……………………………………………………………16
3.4錐齒輪尺寸計算……………………………………………………………………20
4 機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………………… 22
4.1傳動部件設(shè)計………………………………………………………………………22
4.2導(dǎo)軌設(shè)計……………………………………………………………………………25
4.3機構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………………………26
5 機床設(shè)計方案的改進………………………………………………………………… 28
結(jié)論…………………………………………………………………………………………29
致謝…………………………………………………………………………………………30
參考文獻……………………………………………………………………………………31
附錄…………………………………………………………………………………………32
精密磨床——工作臺設(shè)計
摘要
本文對所設(shè)計的磨床作了詳盡的論述，分別從精密數(shù)控平面磨床的總體布局、橫向進給、縱向進給和硬件電路設(shè)計等幾個方面進行了闡述。
緒論：介紹該課題研究背景和國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，以及此次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。
數(shù)控平面磨床總體設(shè)計：簡單介紹了此次設(shè)計的數(shù)控平面磨床，給出該數(shù)控平面磨床的技術(shù)規(guī)格和主要結(jié)構(gòu)及說明，并說明了磨床的總體傳動設(shè)計和總體布局設(shè)計。
理論計算：包括機床功率的計算，電動機選用，滾珠絲桿副選用與校核以及錐齒輪尺寸計算。
方案設(shè)計：詳細說明了精密數(shù)控平面磨床的傳動部件設(shè)計和導(dǎo)軌設(shè)計的要點和要求，并提出縱向進給機構(gòu)和橫向進給機構(gòu)的設(shè)計方案。
硬件電路設(shè)計：詳細說明了硬件的選用和電路的連接。
最后，針對本設(shè)計中不夠完美的地方的改進想法，以及對本次畢業(yè)設(shè)計的總結(jié)和對我國超精密發(fā)展方向進行了展望。
關(guān)鍵詞：平面磨床，數(shù)控，縱向進給，橫向進給
Precise Numerical Control Plane Grinding Machine
Author:Memg Dan
Tutor:Deng Zhaohui
Abstract
This paper makes a thorough exposition of the designed grinding machine from the aspects of its overall design,horizontal and portrait give and hardware circuit design.The following is a brief introduction of the composition of this paper.
INTRODUCTION: It introduces the background of this subject research ,the development in this field internal and international, and the assignment of this graduation project.
THE OVERALL DESIGN OF THE NUMERICAL CONTROL PLANE GRINDING MACHINE: It gives a brief introduction to the design of the numerical control plane grinding machine, and provides its technical specification , main structure and explanation of the numerical control plane grinding machine , and show the design of the overall transmission of the grinding machine and the design of the overall arrangement.
THE THEORETIC CALCULATION: It introduces the calculation of the power of lathe , the selection of the motor, the selection and check of the ball pole and the theoretic calculation of the size of the cone gear wheel.
CONCEPTUAL DESIGN: It introduces the main points and requirements of the design of the drive parts, and puts forward the design of the horizontal and portrait give parts.
THE DESIGN OF HARDWARE CIRCUIT: The election of the hardware and the connection of circuit are explained at length.
In view of the flaws of the design, it puts forward some measures to make impovement. Besides, a conclusion of this graduation project and prospect of the development of precise machine are given in this part.
Keyword: plane grinding machine , numerical control, portrait give, horizontal give
第1章 緒論
1.1 課題研究背景及目的
1.1.1 課題研究背景
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟各部門所需求的多品種、多功能、高精度、高品質(zhì)、高度自動化的技術(shù)裝備的開發(fā)和制造，促進了先進制造技術(shù)的發(fā)展。同時，隨著社會進步，人們對加工精度的要求越來越高，對精密和超精密加工的需求也日益增多，精密加工廣泛的應(yīng)用于制造生產(chǎn)中，對機床精度的要求也進一步提高。磨削是一種重要的精密和超精密加工方法，因此磨削的應(yīng)用也愈加廣泛。磨削加工技術(shù)是先進制造技術(shù)中的重要領(lǐng)域，是現(xiàn)代機械制造業(yè)中實現(xiàn)精密加工、超精密加工最有效、應(yīng)用最廣的基本工藝技術(shù)。
精密、超精密加工技術(shù)市場是國家尖端技術(shù)集中的市場，它既是高代價、高投入的工藝技術(shù)，又是高增值、高回報的工藝技術(shù)，世界工業(yè)先進國家都把它放在國家技術(shù)和經(jīng)濟振興的重要位置[1]。
當(dāng)今，在光學(xué)和電子零件加工中，都力圖提高精度和集成度，不僅是零件加工，而且對作為精密模具、機械零件、測試儀器零件最終加工工序的磨削加工也提出了超精密化的要求。此外，隨著新材料的開發(fā)，陶瓷等作為結(jié)構(gòu)零件材料在某些特殊場合已經(jīng)得到了應(yīng)用，這些新材料均屬于難切削材料，其結(jié)果不僅提高了磨削的比重，而且還促進了磨床、磨削加工方式和工藝以及其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
隨著以工程陶瓷為主體的非金屬材料逐漸成為工程技術(shù)重要材料，各國還開發(fā)了適應(yīng)加工這類工程陶瓷的超精密平面磨床。陶瓷材料的特點是硬而脆，其硬度是碳鋼的1O至20倍，而斷裂韌性僅為碳鋼的幾十分之一。陶瓷材科的性能對粗糙度、破損度、平面度等平面參數(shù)十分敏感。陶瓷材料的磨削機理與金屬材料不同，主要有三個特點：砂輪損耗大，磨削比低3磨削力大，磨削效率低3由于磨削條件不同，會使加工零件的強度發(fā)生變化。
根據(jù)以上這些特點，各國都致力開發(fā)了適合進行納米磨削的超精密平面磨床，并且進行了脆性材料的可延性磨削技術(shù)的研究。
隨著社會的不斷發(fā)展，高效是各個生產(chǎn)商不斷追求的目標(biāo)，數(shù)控技術(shù)得到推崇。
當(dāng)今，磨削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢是向著采用超硬磨料磨具，發(fā)展高速、高效、高精度磨削新工藝，裝備CNC數(shù)控磨床的方向發(fā)展。
1.1.2 課題研究目的
本次設(shè)計目的是設(shè)計一臺精密數(shù)控平面磨床，精度等級為1，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺階平面。能用于機械制造業(yè)及工具模具制造業(yè)，能加工各種難加工材料(如陶瓷材料)。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
超精密加工技術(shù)是以高精度為目標(biāo)的技術(shù)，它具有單項技術(shù)的極限、常規(guī)技術(shù)的突破、新技術(shù)綜合三個方面永無止境的追求的特點。
實現(xiàn)超精密加工的主要條件應(yīng)包括以下諸方面的高新技術(shù)：超精密加工機床與裝、夾具；超精密刀具和磨料，刀具刃磨技術(shù)；超精密加工工藝；超精密加工環(huán)境控制（包括恒溫、隔振、潔凈控制等）；超精密加工的測控技術(shù)等。毫無疑問，超精密加工機床技術(shù)是最關(guān)鍵的技術(shù)，它直接代表了國家制造業(yè)的水平 [1]。
大學(xué)和研究所保持著對超精密機床研究的持續(xù)熱情，對高技術(shù)進行超前研究，并使得研究型超精密試驗機床盡可能采用高技術(shù)作產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)，對超精密機床產(chǎn)業(yè)化和商品化起著推動作用。
美國LLNL實驗室開發(fā)了一系列超精密試驗研究型機床，1984年研制成功的大型光學(xué)金剛石車床LODTM是至今為止精度最高的大型超精密機床 [2]。該機床可加工直徑為2.1m質(zhì)量4.5t的工件。采用高壓液體靜壓導(dǎo)軌在1.07m×1.12m范圍內(nèi)直線度誤差小于0.025（在每個溜板上裝有標(biāo)準(zhǔn)平尺，通過測量和修正來達到）。位移誤差不超過0.013（用氦屏蔽光路的激光干涉儀來測量和反饋控制達到）。主軸溜板運動偏擺小于0.001’’ (通過兩路激光干涉儀測量,壓電陶瓷修正來實現(xiàn)).激光測量系統(tǒng)有單獨的花崗巖支架系統(tǒng),不與機床聯(lián)結(jié),油噴淋冷卻系統(tǒng)可將油溫控制在200.0025 .采用摩擦驅(qū)動,推力可達1360N，運動分辨率達0.005。
在商品化實用超精密機床方面，世界上最負盛名的是英國的Tayler/Hobson-Pneumo公司。該公司生產(chǎn)Optoform,Microform和Nanoform三個系列的超精密機床。典型產(chǎn)品Nanoform250車床采用空氣靜壓主軸，其徑向、軸向剛度分別為88MN/m和62MN/m，徑向和軸向精度0.05，采用液體靜壓搗鬼，水平和垂直線度分別為0.2 /250mm和0.5 /250mm，定位精度為0.3 /250mm，數(shù)控系統(tǒng)采用Nanopath，分辨率為0.001。測量系統(tǒng)采用光柵遲或激光干涉儀，分辨率分別為8.6nm和1.25nm。加工型面精度達0.2，表面粗糙度優(yōu)于0.01。
美國洛切斯特大學(xué)光學(xué)中心（COM）[3]開發(fā)了POTICAM系列的超精密光學(xué)加工機床；OPTICAM超精機床系列設(shè)備包括：OPTICAM/SM平面拋光機床，OPTICAM/AM非球面加工機床和OPTICAM/PM棱鏡加工機床。2000年開始進行“保形光學(xué)制造技術(shù)”的研究，開發(fā)了Nanotech 150AG非球加工機床；Q22磁流變加工機床等。
英國的Granfield 大學(xué)的精密工程研究所研究的OAGM2500 六軸CNC 超精密磨床[4]、Nanocenter250、600非球面光學(xué)零件車窗和大型超精密金剛石鏡面磨床，是超精密機床研究的先鋒。
1．超精密磨削及磨粒加工工藝技術(shù)
當(dāng)前精密磨削是指被加工零件的加工精度達1~0.1，表面粗糙度為0.2~0.01的加工技術(shù)。超精密磨削的加工精度小于0.1，表面粗糙度，磨床定位精度的分辨率和重復(fù)精度小于0.01。現(xiàn)在超精密磨削正從微米、亞微米（1~0.1）的加工向納米級加工發(fā)展。用磨具進行磨削和用磨粒進行研磨和拋光是實現(xiàn)精密及超精密加工的主要途徑。用于超精密鏡面磨削的樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的磨料平均粒徑可小至4，使用20nm的超微細磨粒的磨片，所磨削加工的集成電路板的溝槽邊沿沒有崩角現(xiàn)象；用鑄鐵結(jié)合劑粒度為的、金剛石砂輪精磨SiC鏡面，表面粗糙度可達2~5nm。日本還用激光在研磨過的人造金剛石上切割出大量等高性一致的微小切削刃，對硬脆材料進行精密加工，效果很好。對極細粒度的模具而言，砂輪鋒銳性的保持是一個大問題。金屬基微細超硬磨料砂輪在線電解修整（ELID）技術(shù)，很好地解決了這一問題。用6000~8000目粒度的鋼結(jié)合劑金剛石砂輪和ELID技術(shù)精磨硅片，去除率為，平面度為[5]。
2．超精密機床軸系的研究與發(fā)展
氣浮主軸的最大優(yōu)點是回轉(zhuǎn)精度高。由于氣浮誤差均化效應(yīng)，通常主軸回轉(zhuǎn)運動精度比主軸加工的圓度精度要高出3~5倍。主軸和電機采用一體化結(jié)構(gòu)直接驅(qū)動。電動機與株洲的動平衡問題，電動機電磁振動消除、電動機熱消除、主軸熱伸長補償以及新型氣浮結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造等都是一直在研究改善的問題。為了提高主軸的徑向和軸向剛度，采用半球型氣浮主軸如德國Kugler公司EK系列氣浮軸承。為了進一步提高回轉(zhuǎn)精度和剛度，近年來很多人研究控制節(jié)流量反饋方法來實現(xiàn)運動的主動控制。
最近，用電磁技術(shù)和氣浮結(jié)合的控制方法也在研究之中。但電磁技術(shù)的缺點很多，如熱效應(yīng)嚴重等，還不能達到很高精度。日本學(xué)者[6]研究了一種用永磁體加壓電陶瓷微位移驅(qū)動和電容傳感器位置測量的方法來改善氣浮主軸的精度。主動控制增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和降低了可靠性，目前尚不到使用的程度。但使用永磁體增加止推氣墊的剛度的成功實例并不少見，這種氣磁軸承和加開真空負壓槽的真空吸附加強型氣浮軸承相似。這種綜合軸承在一定程度上可改善氣浮軸承的動態(tài)特性，如增大阻尼。
3．超精密驅(qū)動技術(shù)的新進展
為了獲得高的運動精度和運動分辨率，超精密導(dǎo)軌直線運動的驅(qū)動對伺服電動機的要求很高，既要求有平穩(wěn)的超低速運動特性，又要又大的調(diào)速范圍，好的電磁兼容性。美國Parker Hannifin公司的DM和DR系列直接驅(qū)動伺服執(zhí)行器，輸出力矩大，位置控制分辨率高達1/640 000。主軸驅(qū)動電動機可以采用印刷板電動機，它的慣性小，發(fā)熱量小。
精密滾珠絲桿式超精機床目前采用的驅(qū)動方法，但絲桿的安裝誤差、伺桿本身的彎曲、滾珠的跳動及制造上的誤差，螺母的預(yù)緊程度等都會給導(dǎo)軌運動精度帶來影響。通常超精密傳動機構(gòu)應(yīng)有特殊設(shè)計，例如絲桿螺母與氣浮平臺的聯(lián)結(jié)器應(yīng)保證軸向和滾轉(zhuǎn)剛度高，而水平、垂直、俯仰和偏轉(zhuǎn)四自由度為無約束的機構(gòu)，電動機預(yù)絲桿的聯(lián)結(jié)器也應(yīng)采用純扭矩?zé)o反轉(zhuǎn)間隙的聯(lián)軸器。
氣浮絲桿和磁浮絲桿可進一步減小滾珠絲桿的跳動誤差和因摩擦和反向間隙引入控制系統(tǒng)的非線性環(huán)節(jié)。俄羅斯研制的氣浮/磁浮絲桿[7][8]其電磁絲桿的傳動主要指標(biāo)如下：絲桿直徑62mm，螺距和螺紋齒高4mm，絲扣寬度1mm，間隙=0.1mm，承載能力和靜剛度分別為700N和75MN/m和氣浮平臺聯(lián)合使用時驅(qū)動裝置的分辨率為0.01。Fanuc公司的超精密車、銑床R0B0nano Ui就采用了面節(jié)流式空氣靜壓絲桿螺母副。
超精密加工的意義重大，我國超精密加工技術(shù)的發(fā)展要趕超世界先進水平，就應(yīng)優(yōu)先考慮適度、穩(wěn)定高精度的戰(zhàn)略。最求高精度從理論上是無窮盡的，但根據(jù)我國國情，選擇適當(dāng)?shù)耐度?精度比，追求適度、穩(wěn)定高精度，依靠自己的力量開發(fā)廉價化的超精加工技術(shù)。
1.3 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)與論文組成
1.3.1 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)
1．設(shè)計一臺精密數(shù)控平面磨床，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺階平面。能用于機械制造業(yè)及工具模具制造行業(yè)，能加工各種難加工材料；
2．確定磨床的總體方案
3．工作臺縱向進給機構(gòu)的設(shè)計，伺服電機和滾珠絲桿副設(shè)計計算，繪制縱向進給機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)裝配圖；繪制相關(guān)零件圖；
4．工作臺橫向進給機構(gòu)設(shè)計，繪制橫向進給機構(gòu)機械結(jié)構(gòu)裝配圖；
5．翻譯指定的英文專業(yè)文獻；
6．撰寫畢業(yè)設(shè)計論文（說明書）。
1.3.2 論文組成
論文由以下幾章組成
1．緒論：介紹課題研究背景和國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，以及此次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。
2．精密平面磨床總體設(shè)計：簡單介紹此次設(shè)計的精密平面磨床，給出所要設(shè)計的精密平面磨床的技術(shù)規(guī)格和主要結(jié)構(gòu)及說明，并說明了磨床的總體傳動設(shè)計和總體布局設(shè)計。
3．理論計算：包括機床功率的計算，電動機選用，滾珠絲桿副選用與校核以及錐齒輪尺寸計算。
4．方案設(shè)計：詳細說明了精密數(shù)控平面磨床的傳動部件設(shè)計和導(dǎo)軌設(shè)計的要點及要求，并提出縱向進給機構(gòu)和橫向進給機構(gòu)的設(shè)計方案。
5．機床改進：針對本設(shè)計中不夠完美的地方的改進想法。
6．結(jié)論：包括這次畢業(yè)設(shè)計的總結(jié)，和對精密數(shù)控平面磨床的發(fā)展方向進行了展望。
7．致謝
8．參考文獻
第2章 精密平面磨床總體設(shè)計
2.1 磨床簡介
本次設(shè)計是一臺精密數(shù)控平面磨床，它除了可以磨削平面外，還可以磨削臺階平面，不僅適用于機械加工行業(yè)亦適用于模具行業(yè)。它采用機電一體化設(shè)計原理，通過采用CBN砂輪，滾珠絲桿副，數(shù)控系統(tǒng)等措施保證加工精度。
該精密數(shù)控平面磨床主要包括磨頭及垂直進給系統(tǒng)、工作臺縱向及橫向驅(qū)動系統(tǒng)、床身及防護罩裝置、冷卻及潤滑系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)五大部分。該機床的磨頭為普通平面磨床磨頭，垂直進給的高精度由絲桿副和數(shù)控系統(tǒng)來保證。該機床的橫向驅(qū)動系統(tǒng)及縱向進給機構(gòu)采用滾珠絲桿加交流伺服電機驅(qū)動，提高加工精度?？v向進給導(dǎo)軌鑲裝塑料，以降低摩擦系數(shù)，提高耐磨性和抗撕傷能力，并防止低速時出現(xiàn)爬行。該機床的冷卻系統(tǒng)包括磨削液冷卻、強制過濾等裝置。為減少磨削液對砂輪制功功率的損耗，冷卻壓力為2Mpa。
機床的總體布局分為十字拖板型，拖板上下縱橫導(dǎo)軌均為雙V型滑動導(dǎo)軌，工件摩削平面的形成由工作臺的縱向運動和拖板的橫向運動而成，磨頭僅做垂直上下運動。
工作臺縱向運動由伺服電機帶動，拖板橫向運動也有伺服電機驅(qū)動。通過一對減速齒輪傳動，滾珠絲桿轉(zhuǎn)動而使拖板橫向往復(fù)運動，磨頭垂直導(dǎo)軌為立柱前后導(dǎo)軌形式的貼型滑動導(dǎo)軌，磨頭主軸系統(tǒng)為前后各為雙聯(lián)成堆高精度滾動軸承結(jié)構(gòu)。主軸的旋轉(zhuǎn)運動由伺服電機驅(qū)動，通過柔性連軸器使主軸運轉(zhuǎn)，磨頭的垂直運動是由伺服電機驅(qū)動蝸桿、渦輪傳動與其向嚙合的螺旋齒輪，轉(zhuǎn)動與螺旋齒輪剛性連接的絲桿副的螺母而使與絲桿固定聯(lián)結(jié)的磨頭做垂直運動。
本級床為高精密數(shù)控機床，幾何精度、工作精度很高，性能可靠性穩(wěn)定，垂直進給、橫向進給、縱向進給具有數(shù)控系統(tǒng)，進給靈敏度、準(zhǔn)確度高，磨削自動化程度高，當(dāng)每次自動磨削循環(huán)結(jié)束，工作臺始終停止在縱向運動的右端
2.2 磨床技術(shù)規(guī)格
1．工作臺面尺寸 200×630mm
2．加工范圍：
最大磨削尺寸（寬×長×高） 200×630×380mm
最大工件載重量（包括電磁吸盤） 130KG
3．工作臺：
最大縱向行程 750mm
最大橫向行程 220mm
T型槽數(shù)和槽寬 4×14mm
4．工作臺縱向運動：
進給速度 0.3~25m/min
手動進給手輪每轉(zhuǎn) 180mm
5．拖板橫向運動：
連續(xù)進給 0.2~1m/min
手動機給手輪每轉(zhuǎn) 5mm
手輪每格 0.02mm
微進給手輪每大格 0.005mm
6．磨頭垂直運動：
砂輪主軸中心線至工作臺面之距 160~480mm
砂輪轉(zhuǎn)速 3000r/min
磨頭垂直快速升降速度 400mm/min。
磨頭垂直自動進給量 0.001~0.02mm
最小進給量 0.0001mm
手動進給旋鈕每轉(zhuǎn)（×1/×10/×100） 0.01/0.1/1mm
旋鈕刻度（×1/×10/×100） 0.0001/0.001/0.01mm
快速進給 400mm/min
7．砂輪尺寸：
外徑 200mm
寬度 25mm
孔 32mm
8．占地空間：
長 2405mm
寬 1593mm
高 1786mm
機床重量 2000kg
2.3 主要結(jié)構(gòu)及說明
2.3.1 磨頭
磨頭主軸的轉(zhuǎn)動，由主軸電機通過柔性聯(lián)軸器驅(qū)動具有前后支承均為成對高精密滾動向心推力球軸承而使砂輪轉(zhuǎn)動。
2.3.2 垂直進給機構(gòu)
由伺服電機驅(qū)動蝸桿，傳動與其相嚙合的螺旋齒輪，轉(zhuǎn)動與螺旋齒輪剛性聯(lián)結(jié)的絲桿副的螺母，移動絲桿使與其固定聯(lián)結(jié)的磨頭體垂直運動。
垂直運動具有數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)，進給有自動與手動。
1．自動
⑴快速運動 按住點動式快速上升鍵，磨頭上升，當(dāng)釋放時磨頭停止上升，按住點動式快速下降鍵，磨頭下降，當(dāng)釋放時，磨頭停止下降，其運動速度為400mm/min。
⑵點發(fā)進給運動 點按點發(fā)進給鍵，每次進給量為0.001/mm。
⑶自動進給運動 在自動磨削時，分粗磨、精磨和無進給磨削，其進給量為0.0005~0.02定量分級任意選擇，且具有預(yù)置和粗磨、精磨和無進給磨削次數(shù)的自動轉(zhuǎn)換，當(dāng)無進給磨削次數(shù)結(jié)束，工作臺固定的在右端停止，在磨削過程中有數(shù)字顯示。
2．手動
手動進給由手動脈沖發(fā)生器控制器進給量，根據(jù)需要任意選擇既定的定量分級的進給，其進給量為0.0001~0.01/格。根據(jù)預(yù)先選擇的進給量和轉(zhuǎn)動、手動脈沖發(fā)生器就可獲得所選擇的進給量。
調(diào)整用手動機構(gòu)，在床身后面，在與伺服電機相聯(lián)接得蝸桿軸上裝有一直齒齒輪，轉(zhuǎn)動相嚙合的另一錐齒輪軸，通過蝸桿螺旋齒輪副和垂直絲桿副可獲得磨頭上下調(diào)整已動，在平時，錐齒輪對始終處于非嚙合狀態(tài)的拓開位置。
2.3.3 橫向進給機構(gòu)
拖板（或工作臺）橫向進給運動可分為手搖進給、手動微動進給和自動進給。
1．手搖進給時應(yīng)將捏手松開，使斜齒輪與手輪空轉(zhuǎn)，然后將手輪向前推，使齒型離合器相接合（此時拉桿以將齒輪副脫開）搖動手柄，經(jīng)手輪、軸、聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)動滾珠絲桿，使?jié)L珠螺母移動，帶動拖板做橫向進給運動。
2．手動微動進給 基本上與手搖進給相同，此時應(yīng)將捏手擰緊，使斜齒輪與手輪結(jié)合在一起，然后使齒型離合器接合，轉(zhuǎn)動蝸桿上的捏手，經(jīng)蝸桿、斜齒輪嚙合傳動軸，其余傳動與上面相同，微動把手上的最小刻度值為0.005毫米。
3．自動進給 自動機給的動力為伺服電機，在它的輸出軸上裝有齒輪，經(jīng)與它嚙合的齒輪而傳動軸（此時應(yīng)將齒型離合器分開）經(jīng)聯(lián)軸器使?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做橫向自動進給，橫向進給量：斷續(xù)為0.5~12毫米/次，連續(xù)為0.2~1米/分。
2.3.4 縱向進給機構(gòu)
拖板（或工作臺）縱向進給運動可分為手搖進給和自動進給。
1．手搖進給時應(yīng)將捏手松開，使斜齒輪與手輪空轉(zhuǎn)，然后將手輪向前推，使圓柱齒輪和托板上的齒條相捏合（此時拉桿以將齒輪副脫開）搖動手柄，經(jīng)手輪帶動圓柱齒輪轉(zhuǎn)動，圓柱齒輪和尺條捏合帶動拖板做縱向進給運動。
2．自動進給 自動機給的動力為伺服電機，在它的輸出軸上裝有齒輪，經(jīng)與它嚙合的齒輪而使?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做縱向自動進給，縱向進給量0.3~25m/min。
2.4 磨床總體傳動設(shè)計
磨床總體傳動圖，見圖2.1。（詳見A3[3]號圖）
2.5 磨床總體布局設(shè)計
磨床的總體布局圖，見圖2.2。(詳見A3[2]號圖)
圖2.1 精密數(shù)控平面磨床傳動系統(tǒng)圖
圖2.2 精密數(shù)控平面磨床總體布
第3章 理論計算
3.1 功率計算
如下圖3.1所示：
圖3.1 磨削力示意圖
——切向磨削力(N)；
吃刀量(mm)；
砂輪線速度（m/s）；
工件縱向進給速度（m/min）；
由于本機床既要求能加工普通鋼材，又要能加工硬脆陶瓷材料；所以計算切削功率時分為兩種情況。
（1）當(dāng)磨削普通鋼材時，平面磨削力的公式為：
＝ [9] （3.1）
由公式（3.1）得：
＝
＝
＝105N
其中 =0.02為磨床加工的最大磨削量；
＝25為磨床工作臺最大進給速度；
由經(jīng)驗公式[9]可知：徑向力=1000N
砂輪所受的的軸向力很小，在這里忽略不計。
縱向進給機構(gòu)所受的垂直力等于砂輪所受的徑向力，由于實際中角很小，所以縱向機構(gòu)所受的軸向力約等于砂輪的切向力。
縱向進給機構(gòu)軸向所受的合力為：
[9] (3.2)
由公式（3.2）得：
.加工時縱向最大進給速度V=9.6m/min
縱向進給機構(gòu)的切削功率為：
當(dāng)磨削硬脆材料時，在同樣的工作條件下，根據(jù)以往的經(jīng)驗，＝1000N，/=20, =50N,
縱向進給機構(gòu)軸向所受的合力為：
[9] （3.3）
由公式(3.3)可得
縱向進給機構(gòu)的切削功率為：
3.2 電動機選用
綜合以上兩種磨削方式，選取磨削功率＝0.11kw。由于機床設(shè)計選擇的數(shù)控系統(tǒng)是西門子SINUMERIK802D型，所以選擇與選擇與西門子數(shù)控系統(tǒng)相匹配的IKF6伺服電機。
3.3 滾珠絲桿副選用與校核
1．工作壽命選擇
查表取Th=15000h[9]
2．等效負荷和等效轉(zhuǎn)速
⑴等效負荷計算
導(dǎo)軌摩擦力：
=μW[9] （3.4）
由公式（3.4）可得
=μW
=0.1×5000
=500N
軸向力：1000N
切向力：105N
Fm=500+1000+100=1605N
⑵等效轉(zhuǎn)速計算
伺服電機最高轉(zhuǎn)速 =3000r/min
絲桿轉(zhuǎn)速 =3000×=2143r/min
絲桿導(dǎo)程 ，取
絲桿轉(zhuǎn)速 快速移動 2143r/min
一般加工 800r/min
精密加工 400r/min
調(diào)整 50r/min
等效轉(zhuǎn)速
3．絲桿選擇
⑴等效軸向動負荷
查表得
[9] （3.5）
由公式（3.5）得
查表選擇插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副，型號為CMD3212-2.5，=25837N，，，螺母長度L=151mm，余程為45mm[9]
螺紋長度
支承跨踞
絲桿全長
采用F-F式支承，絲桿一般不會受壓縮力作用，可不校核壓桿穩(wěn)定性。
絲桿彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速：
[9] （3.6）
查表得
由公式（3.6）得
預(yù)拉伸量：取溫升為；
螺紋伸長量：
[9] （3.7）
由公式（3.7）得
絲桿全長伸長量：
[9] （3.8）
由公式（3.8）得
取預(yù)拉伸量
預(yù)拉伸力：
[9] （3.9）
由公式（3.9）得
4．軸承選擇
采用成對接觸角推力球軸承為固定端，軸承型號7304C。其尺寸參數(shù)為：d=20mm，D=52mm，Z=13，=7.144mm。技術(shù)參數(shù)為：C=29200N =28000N
計算軸承動負荷C：
（3.10）
式中 ——壽命系數(shù)
——轉(zhuǎn)速系數(shù)
[9] （3.11）
由公式（3.11）得
[9] （3.12）
由公式（3.12）得
把、代入，由公式（3.10）得
=24947N
<28000N
滿足強度要求[9]
3.4 錐齒輪尺寸計算[10]
分錐角°
°
大端分度圓直徑 =30×3=90mm
=52×3=156mm
外錐距 =90/2sin19.983=90.046mm
齒寬系數(shù) =1/3
齒寬 b==(1/3)×90.046=30mm
大端齒頂高 =1×3=3mm =3㎜
大端齒根高 =（1+0.2-0）×3=3.6㎜
=（1+0.2-0）×3=3.6㎜
全齒高 =（2+0.2）×3=6.6㎜
齒根角
齒頂角
頂錐角
根錐角
大端齒頂圓直徑 90+2×3×cos29.983=95.197㎜
156+2×3×cos60.017=159.000㎜
第4章 縱向進給機構(gòu)設(shè)計
4.1 傳動部件設(shè)計
4.1.1進給傳動系設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求
進給運動的傳動質(zhì)量直接關(guān)系到機床的加工性能，故對進給運動有如下要求：
1．具有足夠的靜剛度和動剛度；
2．具有良好的快速響應(yīng)性，做低速進給運動或微量進給時不爬行，運動平穩(wěn)，靈敏度高；
3．抗震性好，不會因摩擦自振而引起傳動件的抖動或齒輪傳動的沖擊噪音；
4．具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍，保證實現(xiàn)所要求的進給量（進給范圍、數(shù)列），以適應(yīng)不同的加工材料，使用不同刀具，滿足不同的零件加工要求，能傳動較大的扭矩；
5．進給系統(tǒng)的傳動精度和定位精度要高；
6．結(jié)構(gòu)簡單，加工和裝配工藝性好。調(diào)整維修方便，操縱輕便靈活。[11]
7．消除傳動間隙，進給系統(tǒng)的傳動間隙（多指反向間隙）存在于各傳動副和各聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)中，直接影響機床的加工精度。為盡量消除其影響，應(yīng)采用消隙傳動件和消隙聯(lián)系結(jié)構(gòu)；
8．速度穩(wěn)定性要好，進給部件在低速運動時，不產(chǎn)生“爬行”，高速運動或負載變化時不發(fā)生振動。[12]
4.1.2 傳動部件設(shè)計
1．齒傳動間隙的消除
傳動副為齒輪傳動時，要消除其傳動間隙。齒輪傳動間隙的消除有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩類方法。
⑴剛性調(diào)整法時調(diào)整后的齒側(cè)間隙不能自動補償，如偏心軸套調(diào)整法、變齒厚調(diào)整法、斜齒輪軸向墊片調(diào)整法等。特點是結(jié)構(gòu)簡單，傳動剛度較高。但要求嚴格控制齒輪的齒厚及齒距公差，否則將影響運動的靈活性。
⑵柔性調(diào)整法是指調(diào)整后的齒側(cè)間隙可以自動進行補償，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動剛度低些，會影響傳動的平穩(wěn)性。主要有雙片直齒輪錯齒調(diào)整法，薄片斜齒輪軸向壓簧調(diào)整法，雙齒輪彈簧調(diào)整法等。
縱向進給機構(gòu)中采用的是錐齒輪對降速傳動，由于縱向運動精度要求不高，并且受到的軸向力較大，為了使得運動穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單，所以采用傳動剛度高的剛性調(diào)整法——輪軸箱墊片調(diào)整法——消除錐齒輪間隙。
由于橫向進給運動精度直接影響加工精度，故精度要求較高，必須消除傳動間隙。橫向進給機構(gòu)采用的是一對直齒輪降速，所以才用柔性調(diào)整法（雙片直齒輪錯齒調(diào)整法）消除齒側(cè)間隙。
2．滾珠絲桿螺母副及其支承
滾珠絲桿螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置。其具有螺旋槽的絲桿與螺母之間裝有中間傳動元件——滾珠。滾珠絲桿螺母機構(gòu)由絲桿、螺母、滾珠和反向器等四部分組成。當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)反向通道，從而形成滾珠流動的閉合通路。
⑴滾珠絲桿副與滑動絲桿副或其他直線運動相比，有下列特點：
①摩擦損失小，傳動效率高。一般滾珠絲桿副的傳動效率達92%～96%，滑動絲桿副的傳動效率僅為20%～40%。
②絲桿螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動剛度。
③摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關(guān)，動靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)。磨損小，壽命長，精度保持性好。
④工作壽命長。滾珠絲桿螺母副摩擦表面為高硬度（HRC58—62）、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲桿副的4—10倍以上。
⑤定位精度和重復(fù)定位精度高。由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升少、無爬行、無間隙，通過預(yù)緊進行預(yù)拉伸的補償熱膨脹。因此可達到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。
⑥同步性好。用幾套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的運動部件，可得到較好的同步運動。
⑦可靠性高。潤滑密封裝置機構(gòu)簡單，維修方便。
⑧不能自鎖，有可逆性，即能將螺旋運動轉(zhuǎn)換為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)換為螺旋運動。因此絲桿立式使用時，應(yīng)增加制動裝置。
⑨經(jīng)濟性差成本高。由于結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，故制造成本較高。
⑵滾珠絲桿副軸承選用及定位方式
縱向進給機構(gòu)中的滾珠絲桿承受的軸向載荷和徑向載荷均較大，因此對絲桿軸承的軸向和徑向的精度和剛度要求都較高。由于該磨床為小型數(shù)控機床，故采用角接觸推力球軸承。
橫向進給機構(gòu)中的滾珠絲桿主要承受徑向力，因此采用推力軸承和滾子軸承的配合。
縱向進給機構(gòu)和橫向進給機構(gòu)中的滾珠絲桿長度均較長，同時轉(zhuǎn)速也較高，因此滾珠絲桿的支承方式采用兩端固定法。
⑶滾珠絲桿螺母副間隙消除和預(yù)緊
滾珠絲桿在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區(qū)會產(chǎn)生接觸變形，接觸剛度與接觸表面預(yù)緊力成正比。如果滾珠絲桿螺母副間存在間隙，接觸剛度較??；當(dāng)滾珠絲桿反向旋轉(zhuǎn)時，螺母不會立即反向，存在死區(qū)，影響絲桿的傳動精度。因此，同齒輪的傳動副一樣，滾珠絲桿螺母副必須消除間隙，并施加預(yù)緊力，以保證絲桿、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高螺母絲桿副的接觸剛度[10]。
本設(shè)計中采用齒差式雙螺母結(jié)構(gòu)，可通過調(diào)整兩個螺母之間的軸向位置，使兩螺母的滾珠在承受工作載荷前，分別與絲桿的兩個不同的側(cè)面接觸，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，以達到提高軸向剛度的目的。
齒差式調(diào)整法：作用螺母法蘭外圓上制有外齒輪，齒數(shù)常相差1。這兩個外齒輪又與固定在螺母體兩側(cè)的兩個齒數(shù)相同的內(nèi)齒圈相嚙合，調(diào)整方法是兩個螺母相對其嚙合的內(nèi)齒圈同向都轉(zhuǎn)一個齒。
4.2 導(dǎo)軌設(shè)計
4.2.1 導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求
機床導(dǎo)軌是用來引導(dǎo)機床上運動不見的運動方向，使刀架、溜板和工作臺等沿一定的軌跡準(zhǔn)確的相對運動，并使機床部件得到準(zhǔn)確定位。故導(dǎo)軌是機床的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞，將直接影響機床的加工精度、承載能力和使用壽命。
導(dǎo)軌應(yīng)滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，便于加工、裝配、調(diào)整和維修、成本低等要求。其中下面為幾個基本方面的要求：
1. 導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是指導(dǎo)軌運動軌跡的準(zhǔn)確性，足夠高的導(dǎo)向精度是保證機床加工精度的前提，因此它是對導(dǎo)軌的最基本要求。影響導(dǎo)向精度的因素很多，如導(dǎo)軌幾何精度和接觸精度，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)型式，導(dǎo)軌和支承件的剛度，導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度，導(dǎo)軌和支承件的熱變形等等。
直線運動導(dǎo)軌的幾何精度一般包括導(dǎo)軌在豎直平面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度和導(dǎo)軌面之間的平行度。
接觸精度指導(dǎo)軌副間磨擦面實際接觸面積占理論接觸面積的百分比，或用著色法檢查25×25mm面積內(nèi)的接觸點數(shù)。不同加工方法所生成的導(dǎo)軌表面，檢查的標(biāo)準(zhǔn)是不同的。
2．耐磨性好，導(dǎo)軌原有精度喪失的主要原因就是磨損，沿導(dǎo)軌全長的均勻和不均勻磨損，都會直接影響其導(dǎo)向精度。因此導(dǎo)軌的耐磨性是決定導(dǎo)向精度保持性的關(guān)鍵，也是衡量機床質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，應(yīng)盡可能提高導(dǎo)軌的耐磨性。影響導(dǎo)軌的耐磨性的主要因素有：導(dǎo)軌的摩擦性質(zhì)、材料、熱處理及加工的工藝方法、受力情況、潤滑和防護等。
3. 承載能力大，剛度好 根據(jù)導(dǎo)軌承受載荷的性質(zhì)、方向和大小，合理的選擇導(dǎo)軌的截面形狀和尺寸，使導(dǎo)軌具有足夠的剛度，保證機床的加工精度。
4.低速運動平穩(wěn) 擋動導(dǎo)軌作低速運動或微量進給時，應(yīng)保證運動始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。影響低速運動平穩(wěn)性的因素有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、潤滑情況、導(dǎo)軌摩擦面的靜、動摩擦系數(shù)的差值，以及窗洞導(dǎo)軌運動的傳動系剛度。
5.結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)簡單，易于加工[11]。
4.2.2 導(dǎo)軌的作用及分類
導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)方式可分為兩類：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。
開式導(dǎo)軌是指在部件自重和載荷的作用下，運動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面始終保持接觸、貼合，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，但不能承受較大的顛覆力矩的作用。
閉式導(dǎo)軌當(dāng)顛覆力矩作用在導(dǎo)軌上時，僅靠自重不能使主導(dǎo)軌面始終接觸，借助于壓板形成輔助導(dǎo)軌面，導(dǎo)軌才能承受較大的顛覆力矩作用，并保證支承導(dǎo)軌與動導(dǎo)軌的工作面始終保持可靠的接觸。
根據(jù)結(jié)構(gòu)需要橫向進給傳動和縱向進給傳動結(jié)構(gòu)都選擇開式導(dǎo)軌。
4.2.3 導(dǎo)軌的類型及其選擇
直線運動導(dǎo)軌的截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓形，并都是凸、凹之分。水平放置的凸形導(dǎo)軌不易積存切屑，但也不易存油，多用于低速工作條件；凹形導(dǎo)軌易存潤滑油，可用于高速工作條件，但必須有可靠的防護裝置，以免切屑等物落在導(dǎo)軌面上。
矩形導(dǎo)軌：矩形導(dǎo)軌具有承載能力大、剛度高、制造簡便、檢驗和維修方便等優(yōu)點;但有著側(cè)向間隙，要用鑲條調(diào)整，導(dǎo)向性差。
三角形導(dǎo)軌：三角形導(dǎo)軌面磨損時，動導(dǎo)軌會自動下沉，自動補償磨損量，不會產(chǎn)生間隙。三角形導(dǎo)軌的頂角α一般在90°~120°范圍內(nèi)變化，α角越小，導(dǎo)向性越好，但摩擦力也越大。
燕尾形導(dǎo)軌：燕尾開導(dǎo)軌可以承受較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌的高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便。但是，剛度較差，加工、檢驗不方便。
圓柱形導(dǎo)軌：圓柱形導(dǎo)軌制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補償間隙。主要用于受軸向負荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少。
4.2.4導(dǎo)軌設(shè)計
根據(jù)以上要求，縱向?qū)к壊捎秒p三角導(dǎo)軌，雙三角導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好，但是工藝性差，加工、檢驗和維修不方便。
由于鑄鐵導(dǎo)軌有良好的抗振性、工藝性和耐磨性，因此采用鑄鐵導(dǎo)軌。同時為了提高導(dǎo)軌耐磨性和防止撕裂，在導(dǎo)軌副中，動導(dǎo)軌采用鑄鐵，不淬火，支承導(dǎo)軌采用淬火鋼。
4.3 機構(gòu)設(shè)計
4.3.1 縱向進給機構(gòu)設(shè)計
縱向進給機構(gòu)圖如圖4.1所示（詳見A0⑴號圖紙）。
縱向進給機構(gòu)運動說明：自動進給時，手輪向外拉，使與手輪相連的錐齒輪和帶動滾珠絲桿的錐齒輪分開，為了保證在自動進給時手輪不會因為其上的錐齒輪不小心和大錐齒輪相碰而影響安全操作，在手輪軸上有兩條相距為16.5mm的溝槽，往后拉動手輪到一定位置時，由安裝在箱體上的一個彈簧滾珠將其定位，手輪便不會被輕易推向里而碰到大錐齒輪。同樣手動時，把手輪往里推，到一定位置時滾珠就會定在后面的溝槽內(nèi)，起到限位作用，只是手輪上的錐齒輪和大錐齒輪嚙合，搖動手輪，齒輪嚙合將運動傳給滾珠絲桿，帶動工作臺作縱向運動。
圖4.1 縱向進給機構(gòu)圖
4.3.2 橫向進給機構(gòu)設(shè)計
橫向手動進給時應(yīng)將捏手松開，使斜齒輪與手輪空轉(zhuǎn)，然后將手輪向前推，使齒型離合器相接合（此時拉桿以將齒輪副脫開）搖動手柄，經(jīng)手輪、軸、聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)動滾珠絲桿，使?jié)L珠螺母移動，帶動拖板做橫向進給運動。手動微動進給基本上與手搖進給相同，此時應(yīng)將捏手擰緊，使斜齒輪與手輪結(jié)合在一起，然后使齒型離合器接合，轉(zhuǎn)動蝸桿上的捏手，經(jīng)蝸桿、斜齒輪嚙合傳動軸，其余傳動與上面相同。橫向自動進給的動力為伺服電機，在它的輸出軸上裝有齒輪，經(jīng)與它嚙合的齒輪而傳動軸（此時應(yīng)將齒型離合器分開）經(jīng)聯(lián)軸器使?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做橫向自動進給。
第5章 機床設(shè)計方案的改進
首先在機床的總體布局和外觀上應(yīng)該進行進一步的改進。隨著人性化生產(chǎn)、安全生產(chǎn)以及環(huán)保要求越來越高，現(xiàn)在國外很多的機床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象，而且全封閉式樣式也比較美觀，操作安全。所以，在保證了功能設(shè)計的要求外，也應(yīng)再考慮外觀設(shè)計。
其次是縱向進給機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，此次設(shè)計由于兩個錐齒輪直徑較大，使得變速箱外形較大，后來加導(dǎo)軌和拖板時有點困難，使得工作臺很厚，浪費了材料。而且由于變速箱高度較大，螺母座必須安裝在工作臺靠變速箱的一側(cè)，可能會引起偏斜。所以應(yīng)改進齒輪大小，在保證同樣的降速比的情況下，可將齒輪齒數(shù)改為25/43。
第三是靠近變速箱一端的軸承密封問題沒有很好的解決，應(yīng)將結(jié)構(gòu)改進，不然會使軸承磨損較大，影響工作精度。
由于本次設(shè)計的精密數(shù)控平面磨床的精度要求不是很高，用普通的滾動軸承及V型導(dǎo)軌就能實現(xiàn)其精度，所以在傳動部件上并沒有做突破性的改進。希望在以后的精密數(shù)控平面磨床的設(shè)計中，可以進一步提高精度，采用液體靜壓軸承、液體靜壓導(dǎo)軌或氣浮導(dǎo)軌等高精密傳動部件。
結(jié)論
本次設(shè)計為一臺精密數(shù)控平面磨床，要求其幾何精度、工作精度高，性能可靠穩(wěn)定，具有數(shù)控系統(tǒng)，進給靈敏度，準(zhǔn)確度高，磨削自動化程度高。經(jīng)過三個月的設(shè)計，基本達到設(shè)計要求。
在這次設(shè)計中，我認為我國的超精密加工技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)是：依靠自己的力量開發(fā)廉價化的超精密加工技術(shù)。例如：加強基礎(chǔ)部件的研究；規(guī)劃模塊化設(shè)計；重視系統(tǒng)化工藝與技術(shù)的開發(fā)等措施；開發(fā)具有我國知識產(chǎn)權(quán)的超精加工技術(shù)是超精加工廉價化的基礎(chǔ)。模塊化設(shè)計方的探究應(yīng)該包括如下：
⑴模塊化分類化、編碼系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)化的研究；
⑵標(biāo)準(zhǔn)基本元件的定義與分類；
⑶概念設(shè)計與模塊化分解和聯(lián)接的原則與方法；
⑷設(shè)計知識庫支持系統(tǒng)和精度分析決策系統(tǒng)；
⑸單元模塊設(shè)計技術(shù)等。
同時我國也應(yīng)加強超精密部件的研究，例如，液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮主軸等。
致謝
本次設(shè)計參考精密磨床MGK7120×6，我所設(shè)計的是磨床的縱向進給機構(gòu)，精密磨床MGK7120×6縱向進給采用的是液壓驅(qū)動，這使得設(shè)計在一開始顯得有些困難，感覺無從下手。于是參考了橫向進給機構(gòu)的基本形式，但是為了手動時將和電動機嚙合的錐齒輪推開，在和電動機相連的錐齒輪和手輪之間用拉桿連接，手動時將手輪向里推，使錐齒輪對分開，同時首輪上的直齒輪和拖板上的齒條嚙合，搖動手輪，帶動工作臺縱向運動。但是這樣并沒有考慮到，當(dāng)用手動時絲桿螺母副的工作狀態(tài)是螺母帶動絲桿轉(zhuǎn)動，這樣是很難運動的，雖然絲桿螺母副沒有自鎖現(xiàn)象，但摩擦也很大，在實際中，很難實現(xiàn)手動進給。經(jīng)過一段時間的考慮和改進，把拉桿去掉，在手輪一側(cè)再裝一個錐齒輪，這樣，自動進給時，手輪向后拉將齒輪脫開，由電機帶動，手動時，將手輪向里推，使兩錐齒輪嚙合，手搖手輪，絲桿運動帶動螺母做直線運動。
設(shè)計是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的過程，在這個過程中使設(shè)計更加完善，但這個設(shè)計還存在很多不足之處有待改進。
本次設(shè)計是在尊敬的老師張高峰精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。他以其淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開拓進取精神和高度的責(zé)任心,給我的學(xué)習(xí)、工作、生活以很大的影響,使我受益終生。值此論文完成之際,謹向老師表示衷心的感謝,并致以崇高的敬意!并感謝同組同學(xué)對我的合作和支持。
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