畢業(yè)設計--m2120內圓磨床的改造設計

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書</p><p><b>　　一、題目及專題：</b></p><p>　　1、題目　　M2120內圓磨床的改造設計 　　 </p><p>　　2、專題　 　&l

2、t;/p><p>　　二、課題來源及選題依據</p><p>　　本課題來源于與無錫開源機床集團有限公司合作改造項目。 </p><p>　　磨床是金屬切削行業(yè)的一個重要分支，隨著工業(yè)的發(fā)展，對機械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工顯得更加重要，當前的磨削技術已無法滿足要求，所以要提高磨削技術的水平以達到現(xiàn)代工業(yè)磨削加工所要求的的精度和效率。尤其在汽車、

3、電力、船舶、冶金、軍工、航空航天等行業(yè)。數控內圓磨床對被加工零件的適應性很強，具有較高的生產率、加工精度和穩(wěn)定的加工質量。為了提高加工精度、尺寸精度，本次設計針對數控內圓磨床進給部件進行改造設計。 </p><p>　　三、本設計（論文或其他）應達到的要求：</p><p>　?、?在了解M2120磨床的基礎上，設定改造方案。完成改造后的磨床的磨頭部件改造設計，繪制磨頭裝配圖；

4、 </p><p>　?、?完成M2120內圓磨床的非標準零件圖設計，繪制三張零件圖； </p><p>　　③ 完成設計說明書一份，有方案擬定，必要的分析、計算。 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設計

5、主要針對數控磨床做部分改造，以適應加工產品時可以簡單加工、精確定位、保證尺寸，提高加工效率，減輕工人勞動強度。</p><p>　　此次改造對機床的導軌和驅動等進給部件做一定的修改，以適應產品的需要，保證在生產中的精度及效率。</p><p>　　液壓驅動對重復定位及尺寸的精度很難保證，使得在生產中很難提高效率。改用伺服電機驅動進給部件，可以保證機床的重復定位，使產品的精度不會因為操作者的

6、原因而無法得到保證。</p><p>　　導軌是數控控制精度的一個方面，數控方式對導軌要求是具有高靈敏度，低摩擦阻力，高壽命等，所以對導軌的要求也比較高。一般的磨床采用的是滾動導軌，精度較低，摩擦阻力大，壽命不高，所以本次設計導軌采用的是滾動導軌</p><p>　　絲杠是控制精度的另一個方面，以前沿用的滑動絲杠傳動效率低、導程精度低，不能滿足高精度、高效率的要求，因此該用滾珠絲杠，滾珠絲

7、杠傳動系統(tǒng)是以滾珠為媒介的滾動螺旋傳動的體系，它的傳動效率高，是傳統(tǒng)滾珠絲杠的2～4倍，運動平穩(wěn)性好，精度高，較高的耐用性，可靠性高，無間隙，剛性好。</p><p>　　對于生產時產品的尺寸能進行補償，保證產品一致性。另外對于產品的變更能及時進行調整，以適應不同的產品，盡量降低加工成本。</p><p>　　關鍵詞：內圓磨床；數控；伺服</p><p><b

8、>　　Abstract</b></p><p>　　The design focuses on CNC grinding machines to do part of the transformation to adapt to the processed products can be simple processing, precise positioning to ensure that

9、the size, improve processing efficiency, reduce labor intensity. The transformation of feed components on the the machine rails and drive to do some modifications to accommodate the needs of the product to ensure ac

10、curacy and efficiency in production. The hydraulic drive to repeat the positioning and dimensions of p</p><p>　　Keywords: Internal grinder; CNC; Servo</p><p><b>　　目 錄</b><

11、/p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　AbstractIV</p><p><b>　　目 錄V</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1本課題的研究內容和意義1</

12、p><p>　　1.2國內外的發(fā)展概況1</p><p>　　1.3本課題應達到的要求1</p><p><b>　　2 總設計方案2</b></p><p>　　2.1 主要規(guī)格與參數2</p><p>　　2.2 總設計方案分析與選定3</p><p>　　2.2

13、.1機床設計改造的基本要求3</p><p>　　2.2.2機床設計改造的研究方法3</p><p>　　2.2.3機床設計的方案分析4</p><p>　　2.3 主要結構與性能8</p><p><b>　　2.3.1床身8</b></p><p>　　2.3.2 進給箱8<

14、/p><p>　　2.3.3 磨架8</p><p>　　2.3.4 床頭8</p><p>　　2.3.5 砂輪修整器8</p><p>　　2.3.6 砂輪軸8</p><p><b>　　3 傳動系統(tǒng)9</b></p><p>　　3.1 工件傳動9</

15、p><p>　　3.2 砂輪傳動9</p><p>　　3.3 進給傳動9</p><p>　　3.4 機床所用滾動軸承明細表9</p><p>　　3.5 傳動帶明細表10</p><p>　　3.6 絲杠副明細表10</p><p>　　4 X軸進給伺服系統(tǒng)的設計與計算11</

16、p><p>　　4.1 進給伺服系統(tǒng)的控制方式的選擇11</p><p>　　4.2 伺服系統(tǒng)機械傳動結構設計特點12</p><p>　　4.3 伺服電動機的選擇計算12</p><p>　　4.3.1選擇伺服電機的三個指標及其計算12</p><p>　　4.3.2電動機轉子慣量與負載慣量匹配12</p

17、><p>　　4.3.3空載加速轉矩13</p><p>　　4.3.4電動機的選擇13</p><p>　　4.4 滾珠絲杠副14</p><p>　　4.4.1滾珠絲杠特點14</p><p>　　4.4.2滾珠絲杠的消隙和預加載荷14</p><p>　　4.4.3滾珠絲杠的支承1

18、4</p><p>　　4.4.4滾珠絲杠的選擇計算14</p><p>　　4.4.5 選擇絲杠軸承16</p><p>　　4.5 半閉環(huán)進給系統(tǒng)的精度16</p><p>　　4.5.1伺服剛度16</p><p>　　4.5.2滾珠絲杠的螺母的接觸強度17</p><p>　　

19、4.5.3 絲杠的拉壓強度17</p><p>　　4.5.4 軸承的軸向剛度17</p><p>　　4.5.5 綜合剛度17</p><p>　　4.5.6 定位精度17</p><p>　　4.6 導軌的選擇18</p><p>　　4.7 漲緊套18</p><p>　　4.

20、7.1 漲套的聯(lián)接特點18</p><p>　　4.7.2漲套的選用計算18</p><p><b>　　5電氣系統(tǒng)20</b></p><p><b>　　5.1概述20</b></p><p>　　5.2機床夾緊動作20</p><p>　　5.3工件夾緊20

21、</p><p>　　5.4維護檢查20</p><p><b>　　6 冷卻系統(tǒng)21</b></p><p><b>　　7 潤滑系統(tǒng)22</b></p><p>　　7.1潤滑油的選擇22</p><p>　　7.2注意事項22</p><p

22、>　　7.3使用和維修22</p><p>　　7.4其他潤滑22</p><p><b>　　8結論與展望23</b></p><p><b>　　8.1結論23</b></p><p>　　8.2不足之處與未來展望23</p><p><b>　

23、　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　附 錄26</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1本課題的研究內容和意義</p><p>

24、　　磨削技術及磨床技術在機械制造行業(yè)占有極其重要的位置，磨削技術發(fā)展很快，在機械加工中起著非常重要的作用。隨著高精度、高硬度機械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產量都在不斷的提高和增長。</p><p>　　1.2國內外的發(fā)展概況</p><p>　　由于內圓磨床應用十分廣泛，近年來，磨削技術得到了飛速發(fā)展，各種磨削新技術、新工藝和新成品層出不窮。國際上

25、有不少著名制造商，如日本的OKAMMOTO、MITSUI三井，德國的BLOHM、ELB、ABA，瑞士的MAGERLE，意大利的FAVRATO等。在發(fā)展數控內圓磨床生產數量的同時，還要努力提高數控磨床的質量和精度。由于CBN砂輪的使用，強力磨削突破傳統(tǒng)磨削的限制，生產倍率成倍提高，目前磨削線速度已高達120m/s，大吃深緩進給的強力磨削也得到了廣泛應用?，F(xiàn)代高精度磨削技術的發(fā)展，磨削尺寸精度達到0.1～0.3µm，表面粗糙度達到

26、0.2～0.05µm，磨削表面變質層的殘留應力均很小，明顯提高了加工零件的質量。數控是內圓磨床發(fā)展的重要方面。在相當長的時期里，國外磨床的數控化率遠遠低于車床和銑床。在近十年來，由于數控技術的發(fā)展，適用于磨床的數控系統(tǒng)也有了較大發(fā)展，數控系統(tǒng)的性價比大大提高。目前國內高速磨削應用面不廣，磨削速度一般不超過60m/s，與國外相差較大，磨削效率也相對較差，大吃深緩進給的強力磨削方法在我國生產中應用不多。隨著我國機械制造業(yè)迅猛發(fā)展，

27、國內對數控機床的要求也越來越高，自主</p><p>　　1.3本課題應達到的要求</p><p>　　本次設計主要針對數控磨床做部分改造，以適應加工產品時，可以簡單加工、精確定位、保證尺寸、提高加工效率、減輕工人勞動強度。此次改造對機床的導軌和驅動等進給部件做一定修改，以適應生產中精度和效率。需要采用伺服電機做驅動元件實現(xiàn)自動控制，把原來滑動絲杠螺母副，把回轉運動轉變?yōu)橹本€運動，并且采用

28、滾動導軌，以提高精度。</p><p><b>　　2 總設計方案</b></p><p>　　2.1 主要規(guī)格與參數 </p><p>　　1. 磨孔直徑 50～200mm</p><p>　　2. 磨孔最大深度 當磨孔直徑 50～80

29、mm 120mm</p><p><b>　　80～160mm</b></p><p><b>　　160～200mm</b></p><p>　　3. 工件最大旋徑 </p><p>　　在罩內

30、 400mm</p><p>　　在罩外 120mm</p><p>　　4．工作臺最大行程 600mm</p><p>　　5．床頭箱最大回轉角度 30°</p><p>　　6. 床頭箱主軸中心至床身底面距離

31、 1200mm</p><p>　　7.床頭箱最大橫向移動量 200mm </p><p>　　8.工件轉速 （無級調整） 低速 120～320r/min</p><p>　　高速 220～650r/min</p><p><b>　　9.工作臺運動速度&l

32、t;/b></p><p>　　修整速度 0.2～1m/min</p><p>　　磨削速度 1.5～6m/min</p><p>　　最高速度 7m/min</p>

33、<p><b>　　10.砂輪進給</b></p><p>　　刻度盤刻度 每格 0.001；0.01；0.1三種</p><p>　　每轉 0.1；10；100三種</p><p>　　11.砂輪最大橫向移動量 與裝配圖參數一致 </p&g

34、t;<p>　　12.砂輪轉速 110000，8000，6000，4800，4000r/min </p><p>　　13.冷卻泵流量25L/min</p><p>　　14.工件電動機 功率 1.5KW</p><p>　　15.砂輪電

35、動機功率 4KW</p><p>　　16.冷卻電動機功率 0.09KW</p><p>　　17.進給伺服電動機型號：HC-SF152(B)</p><p>　　功率比例：25.6KW/s</p><p>　　額定轉速：2650r/min</p><p>　　額定轉矩：7.16N·m</p&

36、gt;<p>　　進給速度：12m/min</p><p>　　18.靜變器容量 2.2KVA</p><p>　　19.引接電源3相380V 50HZ（或60HZ）</p><p>　　20.機床外形尺寸 3100*1464*1470mm</p&g

37、t;<p>　　21.機床重量3350Kg</p><p>　　2.2 總設計方案分析與選定</p><p>　　2.2.1機床設計改造的基本要求</p><p>　　設計改造機床時應力求達到重量輕、體積小。質量好、效率高、成本低使用維修方便。要達到上述要求，設計人員應考慮機床的技術、經濟指標，如加工范圍。加工精度、粗糙度、生產率、工藝性、成本，采用

38、新技術和“三化”程度等。各項技術、經濟指標之間的相互聯(lián)系和相互影響的，因此在設計時必須全面的加以考慮，根據具體要求確定若干指標為重點，處理好相互之間的關系。設計改造機床，除了考慮上述各項指標外，機床的“三化”是不容忽視的問題。</p><p>　　2.2.2機床設計改造的研究方法</p><p>　　機床為了加工不同形狀的和技術要求的工件的需求，因此品種很多，類型不一，但不論設計哪一類機床

39、，歸納起來大致有一個基本相似的步驟。</p><p>　?。?）工件的工藝分析：設計機床前，首先對工件進行必要的分析，了解工件的尺寸、材料、技術要求、批量，確定加工方法、余量、定位基準、裝夾方法等。</p><p>　?。?）調查研究：通過三個途徑（訪問用戶和承制單位，參閱技術資料）的調查研究和分析，為擬定初步設計方案打下基礎。</p><p>　　訪問使用單位，主

40、要了解操作人員對機床的要求，現(xiàn)有的工件加工方法，同類機床的使用情況和存在問題，使用單位的自然條件、設備條件、生產經驗等。訪問承制單位，主要了解制造部分的設備條件、技術能力及原有生產經驗。參閱有關技術材料，包括國內外有關技術文獻，同類機床的技術藍圖及總結。</p><p>　?。?）工作圖設計：包括確定機床的布局，技術參數和工作循環(huán)等，繪制機械部件裝配圖，零件圖，編制設計說明書，標準件、外購件。通用件明細表等。&l

41、t;/p><p>　?。?）現(xiàn)場服務：參加制造、裝配、試磨和鑒定總結工作，進一步修改圖紙，上述設計過程的各項工作，是不可分割的，是相互穿插同時進行的。</p><p>　　2.2.3機床設計的方案分析</p><p><b>　　圖2.1 磨架總圖</b></p><p>　　一.進給部件驅動方式的選擇</p>

42、<p><b>　　A 液壓驅動</b></p><p>　　液壓進給驅動系統(tǒng)定位由一下幾部分組成：機械部分、位置檢測部分件、液壓傳動部分件和PLC，如圖A所示。</p><p>　　其中PLC控制系統(tǒng)是整個驅動系統(tǒng)的核心。PLC依據自身程序及行程開關控制液壓系統(tǒng)油路走向及液壓缸的運動來驅動進給。</p><p>　　圖2.2 液壓

43、驅動方式</p><p>　　液壓驅動方式傳動功率大，低速、平穩(wěn)，有過載保護能力，傳動布置靈活，但是進給精度不高，效率相對較低。</p><p><b>　　B 機械傳動</b></p><p>　　機械傳動通過齒輪傳動（如圖B）將轉速通過絲杠、螺母轉換成直線運動，一般需求較高的制造精度和安裝精度。</p><p>　　

44、圖2.3 機械傳動方式</p><p>　　齒輪傳動傳動比精確，結構緊湊，工作可靠，使用壽命長，但是加工、安裝、調整的精度要求高，否則會嚴重影響加工精度。</p><p><b>　　C　伺服電機驅動</b></p><p>　　伺服進給系統(tǒng)組成（如圖C）</p><p>　　圖2.4 伺服驅動方式</p>

45、<p>　　進給伺服系統(tǒng)的要求：1穩(wěn)定性；2精度高；3快速響應性；4調速范圍大；5低速大轉矩輸出</p><p>　　進給伺服系統(tǒng)的性能主要取決于組成系統(tǒng)的機電兩部分的匹配，即機電參數配合的協(xié)調性。</p><p>　　進給伺服系統(tǒng)的控制方式分為：開環(huán)控制，半閉環(huán)控制，閉環(huán)控制。</p><p><b>　?。?）開環(huán)控制</b>&

46、lt;/p><p>　　圖2.5 開環(huán)控制方式</p><p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)圖如圖（1）</p><p>　　1）工作臺位移量的控制：數控裝置發(fā)出進給脈沖，經驅動電路放大，驅動電路，步進電動機收到伺服驅動電路的脈沖信號，開始運轉，轉換為步進電動機的角位移量，再經過減速齒輪、滾珠絲杠螺母、螺母移通過機械部件將轉動轉換為工作臺直線運動位移量。</p>&l

47、t;p>　　2）工作臺進給速度的控制：進給脈沖頻率經驅動后，就轉化為步進電動機定子繞組中電流的通斷電變化的頻率進而決定了步進電動機的轉速，步進電動機的轉速再經過減速齒輪、滾珠絲杠螺母體現(xiàn)為工作臺的進給速度。</p><p>　　3）改變步進電動機輸入脈沖信號的的循環(huán)順序，即可改變步進電動機定子繞組的電流通斷循環(huán)的順序，從而實現(xiàn)電動機正反轉，相應工作臺的運動方向也會改變。</p><p&g

48、t;　　在管理中采用開環(huán)控制具有作用時間點、控制成本低等優(yōu)點，在外界干擾較小的情況下，有一定的控制作用。但是這種控制無反饋機制，無法發(fā)現(xiàn)和糾正計劃和實施中與預定目標的偏差，缺乏抗干擾能力，不能進行誤差修正。</p><p>　　在控制X、Z 軸的進給運動時，沒有位置檢測元件、速度檢測元件，無法給予進給運動位置修正，控制精度不高，影響系統(tǒng)工作精度，從而影響到工件的磨削精度。</p><p>

49、<b>　?。?）半閉環(huán)控制</b></p><p>　　圖2.6 半閉環(huán)驅動方式</p><p>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)圖如圖（2）所示，半閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)不同，它所采用的是伺服電機，伺服電機半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機構中裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服機構的滾珠絲杠轉角，間接檢測移動部件的位移，然后反饋到數控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進行比較，用

50、比較后的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)將移動部件的傳動絲杠螺母不包括在環(huán)內，所以傳動絲杠螺母機構的誤差仍會影響移動部件的位移精度，由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)調試維修方便，穩(wěn)定性好，目前應用比較廣泛。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機構所能達到的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機構，為大多中小型數控機床所采用。</p><p><b>　?。?）閉環(huán)控制</b>&

51、lt;/p><p>　　圖2.7 閉環(huán)驅動方式</p><p>　　閉環(huán)控制是一種自動控制系統(tǒng)，其中包括功率放大和反饋，使輸出變量的值響應輸入變量的值。數控裝置發(fā)出指令脈沖后，當指令值送到位置比較電路時，此時若工作臺沒有移動，即沒有位置反饋信號時，指令值使伺服驅動電動機轉動，經過齒輪、滾珠絲杠螺母副等傳動元件帶動機床工作臺移動。裝在機床工作臺上的位置測量元件，測出工作臺的實際位移量后，后反饋到

52、數控裝置的比較器中與指令信號進行比較，并用比較后的差值進行控制。若兩者存在差值，經放大器后放大，再控制伺服驅動電動機轉動，直至差值為零時，工作臺才停止移動。</p><p>　　在理論上，如果不考慮外部因素，全閉環(huán)控制比半閉環(huán)控制可能會提高基礎的定位精度。但如果不能很好的解決機床發(fā)熱、環(huán)境污染、溫升、振動、安裝等因素，會出現(xiàn)全閉環(huán)不如半閉環(huán)的現(xiàn)象。短時間內可能會有效果，但時間一長，灰塵、溫度變化對光柵尺的影響，將

53、嚴重影響測量反饋數據，從而失去作用。同時光柵尺出現(xiàn)問題后，會產生報警，造成機床不能工作。</p><p>　　綜上所述：本次設計中采用了半閉環(huán)控制進給驅動。</p><p><b>　　二.絲杠的的選擇</b></p><p>　　滾珠絲桿是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產品。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功

54、能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。</p><p>　　本次設計采用滾珠絲杠。</p><p><b>　　三.導軌的選擇</b></p><p>　　滾動導軌在數控機床中有廣泛的應用。相對普通機床

55、所用的滑動導軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點：1）定位精度高直線滾動導軌可使摩擦系數減小到滑動導軌的1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數相差很小，運動靈活，可使驅動扭矩減少90%，因此，可將機床定位精度設定到超微米級。2） 降低機床造價并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動導軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復進行起動、停止的往復運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。3） 可提高機床的運

56、動速度直線滾動導軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實現(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20～30%。4) 可長期維持機床的高精度對于滑動導軌面的流體潤滑由于油膜的浮動，產生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能?。疂L動面的摩擦損耗也相應減少，故能使直線滾動導軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，

57、由于使用潤滑油也很少，大多數情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系</p><p>　　本次設計采用滾動導軌。</p><p>　　2.3 主要結構與性能</p><p><b>　　2.3.1床身</b></p><p>　　床身采用整體鑄件，床身上用直線滾動導軌，采用集中潤滑滑動導軌面，在工作時必須供油潤滑。

58、工作臺的移動主要由Z軸伺服系統(tǒng)（Z軸伺服電機，漲緊套聯(lián)軸器，滾珠絲杠，組合軸承，一對角接觸球軸承螺母，螺母座，軸承座等件組成）驅動工作臺往復運動。</p><p><b>　　2.3.2 進給箱</b></p><p>　　進給是由底座、滑板、直線滾動導軌、磨頭座、X軸伺服系統(tǒng)（X軸伺服電機，漲緊套聯(lián)軸器，滾珠絲杠，角接觸球軸承，螺母座）零件組成，X軸伺服系統(tǒng)驅動進給

59、箱運動。</p><p><b>　　2.3.3 磨架</b></p><p>　　主要有底座、滑板、磨具座三大件組成，底座固定在工作的T型槽中，根據工件長度調整其縱向位置。磨具裝夾在磨具座中，由電動機通過一對皮帶輪傳動。</p><p><b>　　2.3.4 床頭</b></p><p>　　傳

60、動工件主軸由交流雙速電機經一對皮帶輪傳至工件主軸。皮帶的松緊借助皮帶壓緊調整，主軸前后支承都是成對的有預加載荷的高精度向心軸承，皮帶輪端面可外接壓力油缸或氣壓缸，用于工件的自動加緊或松開。</p><p>　　床頭箱連同底座安裝在床身上，磨削錐孔時，他們都能在水平面內繞各自的垂直軸線回轉。松開床頭箱與底座之間的三個緊固螺釘就能轉動床頭箱粗調回轉角度?；剞D角度的精調在底座和工作臺之間進行，調整時先松開工作臺左端的壓

61、板和底座前端回轉中心處的螺釘，然后轉動底座左端的方頭螺釘即可。</p><p>　　2.3.5 砂輪修整器</p><p>　　砂輪修整器固定在床身后端，磨具由X軸伺服電機驅動，快速靠近修整器，修整器固定不動。</p><p><b>　　2.3.6 砂輪軸</b></p><p>　　砂輪軸前后軸承均為高精度的向心推力

62、球軸承，前軸承由螺帽緊固，后軸承靠彈簧自行消除前后兩對軸承的間隙。</p><p>　　調換不同類別的砂輪軸按規(guī)定，相應調換皮帶輪，以得到規(guī)定的砂輪線速度。磨具旋向從砂輪軸皮帶輪端面觀測，砂輪軸按照順時針方向旋轉。</p><p><b>　　3 傳動系統(tǒng)</b></p><p><b>　　3.1 工件傳動</b><

63、;/p><p>　　工件電機安裝在床頭箱背部，由交流變頻器提供電源，電動機經過一對皮帶輪降速后驅動主軸，主軸轉速可在120～650r/min范圍內作無級調速。</p><p><b>　　3.2 砂輪傳動</b></p><p>　　安裝在進給滑板上的電動機，經一對皮帶輪傳遞至砂輪軸，皮帶的松緊可通過移動電動機的底板來進行調節(jié)。</p>

64、<p><b>　　3.3 進給傳動</b></p><p>　　采用伺服電機經漲緊套直接驅動滾珠絲杠帶動工作臺或進給滑板運動。</p><p>　　圖3.1 磨床進給部件</p><p>　　1 工件電機 2.壓緊輪 3.活塞 4.回轉板 5.工作臺 &l

65、t;/p><p>　　6 Z軸伺服電機 7.床身 8.絲杠 9.滑板 10.X軸伺服電機 </p><p>　　11 砂輪軸 12 修整器 13 主軸</p><p>　　3.4 機床所用滾動軸承明細表</p><p>　　表3-1

66、滾動軸承明細表 </p><p>　　3.5 傳動帶明細表</p><p>　　表3-2 傳動帶明細表</p><p>　　3.6 絲杠副明細表</p><p>　　表3-3 絲杠副明細表</p><p>　　4 X軸進給伺服系統(tǒng)的設計與計算</p><p>　　4.1 進給伺服系統(tǒng)的控制方式的

67、選擇</p><p>　　磨床是精密機床，對于普通內圓磨床M2120的進給系統(tǒng)進行數控改造，選取半閉環(huán)控制。</p><p>　　半閉環(huán)控制的進給系統(tǒng)見下圖</p><p>　　圖4.1 半閉環(huán)控制的近給系統(tǒng)</p><p>　　1.檢測裝置； 2.伺服電機； 3滾珠絲杠； 4.運動部件</p><p>　　圖（a）中

68、，伺服電機2經減速器3（齒輪式或同步齒帶穿動）、滾珠絲杠4帶動運動部件5。檢測裝置1與電動機相連，并發(fā)出檢測反饋信號。</p><p>　　圖（b）與圖（a）的差別僅在于檢測裝置1安裝在絲杠4的端部，但由此減速器3的傳動誤差可由半閉環(huán)伺服系統(tǒng)予以校正。</p><p>　　圖（c）無減速器，只有伺服電動機與直聯(lián)絲杠，構造最簡單。</p><p>　　圖（a）和圖（b

69、）的優(yōu)點是可以把反饋裝置（如旋轉變壓器、測速發(fā)電機、脈沖編碼器等）裝在伺服電動機內，成為一個部件。圖（b）的優(yōu)點是齒輪等傳動副3處于半閉環(huán)之內，其傳動誤差可由反饋校正。</p><p>　　本機床采用圖（b）所示的半閉環(huán)控制的進給系統(tǒng)。</p><p><b>　　反饋裝置有兩種：</b></p><p>　?。?）用旋轉變壓器作為位置反饋，用

70、測速發(fā)電機作為速度反饋；</p><p>　?。?）用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋。</p><p>　　本機床采用第二種反饋裝置。</p><p>　　4.2 伺服系統(tǒng)機械傳動結構設計特點</p><p>　　為確保伺服系統(tǒng)的定位精度和工作穩(wěn)定性，在機械傳動結構設計要求無間隙、低摩擦、低慣量、高精度、高諧振以及高的阻尼比。為達到這些要求，設

71、計中應盡量采用低摩擦傳動副，如滾動導軌、靜壓導軌、滾珠絲杠等，通過選用最佳降速比來降低慣量，采用預緊的辦法來提高傳動剛度，采用消隙方法減少反向死區(qū)誤差等，其中最重要的是提高傳動剛度和降低慣量。</p><p>　　4.3 伺服電動機的選擇計算</p><p>　　4.3.1選擇伺服電機的三個指標及其計算</p><p>　　(1) 最大切削負載轉矩下不得超過電動機的

72、額定轉矩，折算到電動機軸的最大切削負載 為，</p><p>　　式中——絲杠上最大的軸向載荷，等于軸向進給力加導軌的摩擦力</p><p><b>　　——絲杠導程（m）</b></p><p>　　——滾珠絲杠的機械效率1、2、3級=0.9，4級以下=0.9</p><p>　　——因滾珠絲杠螺母預加載荷引起的附

73、加摩擦轉矩</p><p>　　——滾珠絲杠軸承的摩擦轉矩</p><p><b>　　——傳動比</b></p><p>　　最大載荷，絲杠導程=6mm=0.006m。查看絲杠樣本，絲杠螺母副的摩擦系數=0.9，摩擦力。查軸承樣本，單個7206C型的軸承摩擦力矩為，故一對軸承為。絲杠與伺服電機直聯(lián)，故=1。則最大切削負載轉矩為</p&g

74、t;<p>　　4.3.2電動機轉子慣量與負載慣量匹配</p><p>　　慣量J由兩部分組成：電動機伺服轉子慣量和負載慣量，+。</p><p>　　負載慣量為磨架部分、工件的質量、滾珠絲杠、聯(lián)軸器的慣量折合到電動機上的當量值。</p><p>　　匹配條件：0.25<<1</p><p>　?。?）磨架部分總重量

75、400Kg，則磨架部分慣量為</p><p>　　（2）絲杠直徑d=40mm=0.04m ,l=0.65m,則絲杠慣量為</p><p>　　(3) 漲緊套聯(lián)軸器慣量</p><p><b>　　則負載慣量為</b></p><p>　　電動機慣量應符合<<4，即</p><p>　　

76、16.4<<65.6</p><p>　　根據以上計算，可初選伺服電動機。選用交流伺服電動機為三菱公司生產的，型號為。它的額定轉矩為，大于最大負載轉矩，它的轉子慣量，大于負載慣量，滿足匹配條件。</p><p>　　4.3.3空載加速轉矩</p><p>　　空載加速轉矩，這個輸出轉矩發(fā)生在階躍指令加速時，要求的加速時間為</p><

77、p>　　的時間常數，，說明這種電機具有足夠的加速能力。</p><p>　　4.3.4電動機的選擇</p><p>　　選擇電動機HC-SD152（B）的主要性能參數</p><p>　　最高轉速3000r/min</p><p>　　額定轉速2000r/min</p><p>　　順勢容許旋轉速度3450

78、r/min</p><p>　　額定轉矩 </p><p>　　最大轉矩 </p><p>　　功率比率 </p><p>　　慣性矩 </p&

79、gt;<p>　　重量 </p><p><b>　　4.4 滾珠絲杠副</b></p><p>　　4.4.1滾珠絲杠特點</p><p>　　滾珠絲杠式數控機床伺服驅動的重要部件之一。它的優(yōu)點有：</p><p>　?。?）傳動效率高，一般可達95

80、%以上；</p><p>　?。?）運動平穩(wěn)，摩擦力小，靈敏度高，低速無爬行；</p><p>　?。?）可以預緊，消除絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度；</p><p>　?。?）定位精度和重復定位精度高；</p><p><b>　?。?）使用壽命長；</b></p><p>　?。?）同步性好

81、，用幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或裝置時，可獲得較好的同步性；</p><p>　?。?）使用可靠，潤滑簡單，維修方便；</p><p>　?。?）不自鎖，可逆向傳動；</p><p>　　4.4.2滾珠絲杠的消隙和預加載荷</p><p>　　消除間隙和預加載荷有多種方法。在機床上采用的是雙螺母法。</p>&l

82、t;p>　　預緊應根據以下原則：滾注絲杠副的預加載荷F，應不低于絲杠最大軸向載荷的1/3。</p><p>　　4.4.3滾珠絲杠的支承</p><p>　　滾珠絲杠常用的支撐方式有：</p><p>　　一端軸向固定一段自由，常用于短絲杠和豎直安裝的的絲杠；</p><p>　　一端固定一端簡支，常用于較長的臥式安裝的絲杠；</

83、p><p>　　兩端固定，常用于長絲杠或高轉速要求、高精度、高剛度的場合。</p><p>　　本機床采用的是(1)方式。</p><p>　　4.4.4滾珠絲杠的選擇計算</p><p>　　由設計要求知：伺服電機的最高轉速 </p><p>　　根據機床的脈沖當量常取為a=0.001mm每脈沖。則電動機每轉應發(fā)

84、出的脈沖數為</p><p>　　位置反饋器本機床用的脈沖編碼。脈沖編碼器現(xiàn)有的產品為每轉2000，2500，5000脈沖等樹種。如取每轉2000脈沖，則編碼器后應有一個倍頻器，倍頻數為2。</p><p>　　速度反饋裝置也用脈沖編碼器，在變頻器后加一個頻率—電壓（F/V）轉換器。其轉化比例為沒脈沖/分，輸出電壓（V）。</p><p><b>　　圖4

85、.2 位置反饋</b></p><p>　　1.頻率/電壓/(F/V)轉換器 2.倍頻器 3.脈沖編碼器 </p><p>　　4.伺服電動機 5.聯(lián)軸器 6.砂輪箱 7.滾珠絲杠</p><p>　　滾珠絲杠的直徑，滾珠的列數和圈數，應按當量動載

86、荷選擇。</p><p>　　由設計條件可知：砂輪轉速 ，主電動機功率，則切向磨削力</p><p>　　取法向磨削力與切向磨削力之比為</p><p><b>　　因此，</b></p><p><b>　　絲杠平均速度</b></p><p>　　絲杠平均壽命取為150

87、0h， </p><p><b>　　則</b></p><p>　　因此當量動載荷Cm為</p><p>　　查滾珠絲杠樣本，選擇內循環(huán)FFZD4006X6-P3絲杠。額定動載荷。，符合要求。絲杠直徑40mm，導程6mm，浮動反向器內循環(huán)。每個螺母滾珠有5列，雙螺母墊片式預緊。預加載荷為，即4125N，遠大于最大載荷的1/3。絲杠副精度為

88、2級。剛度為。</p><p>　　4.4.5 選擇絲杠軸承</p><p>　　絲杠采用一端軸向固定，一端自由方式。固定端采用一對角接觸球軸承，背對背組配，型號為7206C。</p><p><b>　　軸承壽命：</b></p><p><b>　　該絲杠能滿足要求。</b></p>

89、<p>　　4.5 半閉環(huán)進給系統(tǒng)的精度</p><p><b>　　4.5.1伺服剛度</b></p><p><b>　　通常取，取</b></p><p><b>　　轉矩系數</b></p><p>　　為伺服電機反電動勢系數，</p>&l

90、t;p>　　速度環(huán)的開環(huán)增益，即取</p><p><b>　　電樞直流電阻</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　4.5.2滾珠絲杠的螺母的接觸強度</p><p><b>　　根據樣本手冊，</b></p><p>

91、;　　4.5.3 絲杠的拉壓強度 </p><p><b>　　絲杠的拉壓強度</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　楊氏彈性模量</b></p><p>　　螺母座至固定端最大距離</p><p><

92、b>　　則 </b></p><p>　　4.5.4 軸承的軸向剛度</p><p><b>　　因無軸承樣本，現(xiàn)取</b></p><p>　　4.5.5 綜合剛度</p><p>　　4.5.6 定位精度</p><p>　　這個誤差，加上絲杠任意300mm的導程公差

93、，絲杠軸承的軸向跳動，為，滿足定位精度的要求。</p><p><b>　　4.6 導軌的選擇</b></p><p>　　導軌運動性質可分為主運動導軌、進給運動導軌和移置導軌。主運動導軌的動導軌和支承</p><p>　　軌之間，相對運動速度較高。進給運動導軌的動導軌與支承導軌之間相對運動速度較低。移置導軌只用于調整部件之間的相對位置，移置后

94、固定，在加工中沒有相對運動。</p><p>　　按摩擦性質可分為滑動導軌和滾動導軌。</p><p>　　按受力狀況可分為開式導軌和閉式導軌。</p><p>　　按磨床設計要求選擇滾動導軌。選用直線滾動導軌副。 </p><p><b>　　4.7 漲緊套</b></p><p>　　4.

95、7.1 漲套的聯(lián)接特點</p><p><b>　?。?）定心性好</b></p><p><b>　　（2）可調性好</b></p><p><b>　?。?）裝卸維修方便</b></p><p>　?。?）軸孔不用加工鍵槽，無應力集中源，承載能力的疲勞強度高</p&g

96、t;<p>　?。?）軸孔和孔徑的精度及配合精度要求不高</p><p>　?。?）具有過載安全保護作用</p><p>　?。?）漲套已標準化，類型較多，選用計算方便</p><p>　　4.7.2漲套的選用計算</p><p>　　選擇漲套時應滿足結構和承載能力的要求。</p><p><b&g

97、t;　　承載能力應滿足：</b></p><p><b>　　傳遞轉矩時：；</b></p><p><b>　　承受軸向力時：；</b></p><p>　　傳遞轉矩和軸向力聯(lián)合作用時：;</p><p><b>　　承受徑向力時：</b></p>

98、<p>　　式中 ——傳遞轉矩（）</p><p>　　——一個漲緊套的額定轉矩（）</p><p>　　——承受的軸向力（）</p><p>　　——一個漲緊套的額定軸向力（）</p><p>　　——一個漲緊套與結合面上的壓強（）</p><p><b>　　——漲套內徑（）<

99、;/b></p><p>　　——漲套內環(huán)寬度（）</p><p>　　查有關漲緊套樣本，現(xiàn)選擇型號為的漲套串聯(lián)，其用于聯(lián)接電動機伸出端與滾珠絲杠副的一軸端。</p><p><b>　　5電氣系統(tǒng)</b></p><p><b>　　5.1概述</b></p><p>

100、;　　本機床使用電源為：三相交流電380V，50HZ（60HZ），機床總容量7.09KW，滿載電流15.7A，機床電源開關的斷流脫扣電流200A，機床內電源引線為2.5，建議用戶使用50A熔斷器和4的電源線引入機床。本機床控制電壓，照明及信號燈由單獨的變壓器供電電壓分別為交流110V，24V，6V。</p><p><b>　　5.2機床夾緊動作</b></p><p&g

101、t;　　本機床夾緊動作由氣動系統(tǒng)采用三件套（分水濾氣器、減壓閥，油霧器）組成一空氣過濾組合，對氣源處接來的高壓氣體進行充分過濾、潤滑，減壓，再通過一殘壓釋放閥通向電磁換向閥YV1，控制工件夾緊、松開動作（根據用戶特殊要求而設定）。</p><p><b>　　5.3工件夾緊</b></p><p>　　工件夾緊，松開動作由電磁換向閥YV1控制，YV1斷電夾緊，通電是斷

102、開。</p><p><b>　　5.4維護檢查</b></p><p>　　1.要定期檢查空氣過濾器，油霧器的標準樹脂杯及油霧器的滴油窗上是否有裂紋，傷痕或其他缺陷，若有上述現(xiàn)象，應更換新的杯子和滴油窗或使用金屬杯。若污濁，應更換新的杯子和滴油窗。</p><p>　　2．要定期確認空氣過濾器，油霧器的標準樹脂杯及油霧器的滴油窗是否被污濁。若

103、污濁，應更換新的杯子和滴油窗。洗凈可使用家庭用的中性洗滌劑，用其他洗滌劑會損壞。</p><p>　　3.空氣過濾器內的冷凝水位超過上限水位時應該排放，以免冷凝水流入兩側，造成元件動作不良。</p><p>　　4．油霧器應使用透平油1號（氣添加劑）ZS0VG32，使用除此以外的油會造成元件損壞或動作不良。</p><p><b>　　圖5.1 電氣系統(tǒng)&

104、lt;/b></p><p><b>　　6 冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　　工件冷卻、電動砂輪軸冷卻和金剛筆冷卻均由冷卻系統(tǒng)三只冷卻離心泵經電氣系統(tǒng)m指令控制，所以冷卻液的開和停均可由程序控制。</p><p>　　電動砂輪軸冷卻液循環(huán)確保砂輪軸正常工作，通過電氣保護在無液循環(huán)，模具是不會工作的。</p><p

105、>　　工作冷卻液一部分從床頭箱尾部進入工件主軸孔內的噴管提供冷卻，另一部分通往固定在工件防護罩上的噴嘴。前者在磨削通孔時使用，后者在磨削盲孔是使用。兩部分回路均有單獨的開關控制流量。冷卻液從床身后方的出水口回流到冷卻箱上的磁性分離器，經過紙質過濾器再過濾和沉淀后繼續(xù)循環(huán)使用。</p><p>　　本機床使用的冷卻液無特殊要求，通常為乳化液。存儲冷卻液容積為170升。</p><p>

106、<b>　　7 潤滑系統(tǒng)</b></p><p>　　本機床平導軌，V型導軌，滾珠絲杠螺母，絲杠支承潤滑采用集中潤滑系統(tǒng)進行自動間歇潤滑，該系統(tǒng)由電動柱塞式油泵和抵抗式供油量進行控制。</p><p>　　電動柱塞式油泵油微型同步電動機與齒輪減速機構驅動，組成不同見習的周期潤滑泵，其手動拉桿可以調節(jié)油量。</p><p><b>　　

107、7.1潤滑油的選擇</b></p><p>　　。潤滑油一般可采用YA-NB2G液壓導軌油。注意選擇清潔的潤滑油</p><p><b>　　7.2注意事項</b></p><p>　?。?）經常檢查床身導軌的潤滑情況，以便調整潤滑油的供應量。床身導軌利用液壓系統(tǒng)的壓力油潤滑，潤滑油經過減壓，兩導軌的潤滑油量可分別用節(jié)流螺釘調整。&

108、lt;/p><p>　　(2) 砂輪軸的軸承采用精密主軸潤滑脂，裝入量為軸承軌道間隙的三分之一。在使用該潤滑脂時不要加入其他油劑，否則會使?jié)櫥瑮l件惡化，影響機床的磨削性能和使用壽命。</p><p><b>　　7.3使用和維修</b></p><p>　　1.油箱儲油量應保持在液面指示器下限以上，油箱內設有油面報警裝置，使用時情撥通電源。<

109、/p><p>　　2.發(fā)現(xiàn)油泵有雜音時，應先檢查吸油濾油器是否堵塞，并清洗濾油器。</p><p>　　3.油泵工作壓力在出廠前已調整好，用戶注意不可將壓力調高于額定壓力。</p><p><b>　　7.4其他潤滑</b></p><p>　　本機床床頭主軸前后軸承用2號鈣基潤滑脂，每月加油脂一次。X軸進給導軌和滾珠絲杠潤

110、滑用精密主軸潤滑脂。每年做一次定期清洗和補充。</p><p><b>　　8結論與展望</b></p><p><b>　　8.1結論</b></p><p>　　由于現(xiàn)代機械產品對機械零件的尺寸精度和表面質量的要求愈來愈高，各種高硬度材料的應用日益增多，以及精密毛坯制造工藝的發(fā)展，使很多零件可以不經其它切削加工而直接由

111、磨削加工制成成品。</p><p>　　本次設計對數控磨床的進給部件做了改造，為了提高磨削精度，尺寸精度，形位精度，降低粗糙度，主要做了三個部分的改造：采用伺服電機做驅動元件；把滑動絲杠螺母改為滾動絲杠；使用滾動導軌。</p><p>　　針對本次設計我們事先做了有序的計劃，聯(lián)系好無錫開源機床廠相關領導，到無錫開源機床實地考察，了解內圓磨床各部件結構，針對要改造的部件著重分析，確定進給部件

112、需要改進的部分，作測繪畫出部件、零件草圖，根據主要參數、結構性能確定總設計方案，計算分析，選定材料和標準件，定出尺寸，并確定各部件尺寸，使用畫圖軟件Auto CAD畫出裝配圖及零件圖，整理好材料。在機修車間把把設計成果運用到實踐中，取得了不錯的效果，提高了零件的尺寸精度，降低了零件粗糙度，驗證了此次設計的實際可行性。</p><p>　　8.2不足之處與未來展望</p><p>　　未來工

113、業(yè)生產中，中、小批量零件的生產占產品數量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速越高，傳統(tǒng)的磨床已經越來月難以適應現(xiàn)代化生產的要求。使得我們要更加幾級地改進機床，此次改造只小幅度的提高了進度，遠遠達不到未來工業(yè)生產的要求，此次改造對零件加工效率也沒有太大提升，這些都是這次改造中的不足之處。</p><p>　　在未來的數控磨床加工，計算機技術將廣泛應用于其中，數控裝置的主要功能幾乎全由軟件來實現(xiàn)，硬件幾乎能通用

114、，從而使其更具加工柔性，功能更加強大。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設計接近尾聲了，意味著我的大學生涯就要結束了，四年一晃過去了，回想過去的日子，感慨萬千，這四年學到了很多東西，感謝每一個曾經給我們授課的老師，感謝給過我?guī)椭呐笥选?lt;/p><p>　　經過幾個月的忙碌和工作，畢業(yè)設計即將出成果了，作為

115、一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，有很多考慮的不周到的地方。如果沒有導師的督促指導，以及同學的幫幫助，完成這個設計是難以想象的。在這里要感謝我的指導老師許菊若教授。徐老師平日里工作繁忙，但在我們做畢業(yè)設計的這段時間，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期設計分析，裝配圖及零件圖制作，整個過程*老師給予了悉心指導。設計過程中的一個小錯誤，螺釘的粗實線細實線畫錯了，細線張老師都給我指出來了，她教導我們做設計一定要認真嚴謹，不然

116、以后會出大問題。除了敬佩**老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神使我們永遠學習的榜樣，并將積極影響到我今后的學習工作。其次還要感謝我的同學們對我無私的幫助，特別是AutoCAD軟件的使用，因此我才能順利完成設計。我還要感謝我的母?！?*，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境。</p><p>　　為完成此次畢業(yè)設計，參考了**多機械類相關文獻，運用了當中的成果，所以在此要感謝這些文獻的編著人員。</

117、p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 戴曙．金屬切削機床[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1999：1923-1927．</p><p>　　[2] M.K. Tsai. A predicted modelling of tool life of high-speed milling for SKD61 tool ste

118、el. [J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2005,26(7)</p><p>　　[3] 卓迪任．數控技術及應用[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1997：15-18 ，31．</p><p>　　[4] 趙崧年，戴志義．機電一體化數控系統(tǒng)設計[M]．機械工業(yè)出版社，1994：739-740．

119、</p><p>　　[5] Md. Golam Mostofa. Tooling device design for vibration-assisted high speed shaping of PMMA. [J].Journal of Mechanical Science and Technology,2010,24(8)</p><p>　　[6] 李福生．實用數控機床技術手冊[

120、M] ．北京：北京出版社，1993．</p><p>　　[7] 李紅．實用機床設計手冊[M] ．遼寧：遼寧科學技術出版社，1997．</p><p>　　[8] 丘宣懷．機械設計[M] ．北京：高等教育出版社，1983：08-12．</p><p>　　[9] GB/T 16159—1996，漢語拼音正詞法基本規(guī)則[S] ．北京：中國標準出版社，1996．<

121、/p><p>　　[10] 王昆．機械設計課程設計[N]．北京：高等教育出版社，2000：4-17(B1)．</p><p>　　[11] 工廠標準零件手冊．無錫：無錫機床廠，1992</p><p>　　[12] 孫拱壽．磨床精化與改造[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1986</p><p>　　[13] 蔡春園．機械零部件設計手冊[M]．北京：