PLC內(nèi)圓磨床的改造設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

1、編號岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書2021屆題 目 PLC內(nèi)圓磨床的改造設(shè)計系院 機電工程系 專 業(yè) 機電一體化 班 級 機電高職【3】13-2班 學(xué) 號 學(xué)生姓名 周鎂 指導(dǎo)教師 陳笑梅副教授 上交日期 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書一、題目及專題：1、題目M2120內(nèi)圓磨床的改造設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 本課題來源于與無錫開源機床集團(tuán)合作改造工程。 磨床是金屬切削行業(yè)的一個重要分支，隨著工業(yè)的開展，對機械零件的加工精度及外表粗糙度的要求日益提高，磨削加工顯得更加重要，當(dāng)前的磨削技術(shù)已無法滿足要求，所以要提高磨削技術(shù)的水平以到達(dá)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

2、、電力、船舶、冶金、軍工、航空航天等行業(yè)。數(shù)控內(nèi)圓磨床對被加工零件的適應(yīng)性很強，具有較高的生產(chǎn)率、加工精度和穩(wěn)定的加工質(zhì)量。為了提高加工精度、尺寸精度，本次設(shè)計針對數(shù)控內(nèi)圓磨床進(jìn)給部件進(jìn)行改造設(shè)計。 三、本設(shè)計論文或其他應(yīng)到達(dá)的要求： 在了解M2120磨床的根底上，設(shè)定改造方案。完成改造后的磨床的磨頭部件改造設(shè)計，繪制磨頭裝配圖； 完成M2120內(nèi)圓磨床的非標(biāo)準(zhǔn)零件圖設(shè)計，繪制三張零件圖； 完成設(shè)計說明書一份，有方案擬定，必要的分析、計算。 摘 要 本次設(shè)計主要針對數(shù)控磨床做局部改造，以適應(yīng)加工產(chǎn)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(dǎo)軌和驅(qū)動等

3、進(jìn)給部件做一定的修改，以適應(yīng)產(chǎn)品的需要，保證在生產(chǎn)中的精度及效率。液壓驅(qū)動對重復(fù)定位及尺寸的精度很難保證，使得在生產(chǎn)中很難提高效率。改用伺服電機驅(qū)動進(jìn)給部件，可以保證機床的重復(fù)定位，使產(chǎn)品的精度不會因為操作者的原因而無法得到保證。導(dǎo)軌是數(shù)控控制精度的一個方面，數(shù)控方式對導(dǎo)軌要求是具有高靈敏度，低摩擦阻力，高壽命等，所以對導(dǎo)軌的要求也比擬高。一般的磨床采用的是滾動導(dǎo)軌，精度較低，摩擦阻力大，壽命不高，所以本次設(shè)計導(dǎo)軌采用的是滾動導(dǎo)軌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(dǎo)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，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)是以滾珠為媒介的滾動螺旋傳動的體

4、系，它的傳動效率高，是傳統(tǒng)滾珠絲杠的24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。對于生產(chǎn)時產(chǎn)品的尺寸能進(jìn)行補償，保證產(chǎn)品一致性。另外對于產(chǎn)品的變更能及時進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品，盡量降低加工本錢。關(guān)鍵詞：內(nèi)圓磨床；數(shù)控；伺服AbstractThe 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 ensur

5、e that 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 accuracy and efficiency in production. The hydraulic drive to repeat the positio

6、ning and dimensions of precision is difficult to ensure, so that is difficult to improve efficiency in production. Switch to servo motor drive feed parts can guarantee repeat positioning of the machine, the accuracy of the product will not be because of the operator's reasons can not be guarante

7、ed. Rails to one aspect of the numerical control precision CNC pair of guide rails requirements having a high sensitivity and low frictional resistance, high life, etc., and so on rails requirements are relatively high. The grinder is rolling guide, low accuracy, friction, life is not high, so the d

8、esign rail is rolling guide The screw is another aspect of the control accuracy, sliding screw previously used transmission efficiency is low, the lead accuracy is low, can not meet the requirements of high precision, high efficiency, so that the ball screw, ball screw drive system is based on a bal

9、l media rolling screw drive system, the transmission efficiency is high, the traditional ball screw 2 to 4 times and good, smooth motion, high accuracy, high durability, high reliability, no gap, good rigidity. To compensate for the size of the product in the production to ensure product consistency

10、. In addition to the change of the product can be adjusted in a timely manner, in order to adapt to the type of product and to minimize processing costs. Keywords: Internal grinder; CNC; Servo目 錄摘 要IIIAbstractIV目 錄V1 緒論11112 總設(shè)計方案22.1 主要規(guī)格與參數(shù)22.2 總設(shè)計方案分析與選定33342.3 主要結(jié)構(gòu)與性能882.3.2 進(jìn)給箱82.3.3 磨架82.3.4 床

11、頭82.3.5 砂輪修整器82.3.6 砂輪軸83 傳動系統(tǒng)93.1 工件傳動93.2 砂輪傳動93.3 進(jìn)給傳動93.4 機床所用滾動軸承明細(xì)表93.5 傳動帶明細(xì)表103.6 絲杠副明細(xì)表104 X軸進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計與計算114.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制方式的選擇114.2 伺服系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計特點124.3 伺服電動機的選擇計算12121213134.4 滾珠絲杠4.5 選擇絲杠軸承164.5 半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的精度16 16174.5.3 絲杠的拉壓強度174.5.4 軸承的軸向剛度174.5.5 綜合剛度174.5.6 定位精度174.6 導(dǎo)軌的選擇184

12、.7 漲緊套184.7.1 漲套的聯(lián)接特點18185電氣系統(tǒng)20202020206 冷卻系統(tǒng)217 潤滑系統(tǒng)22222222228結(jié)論與展望232323致 謝24參考文獻(xiàn)25附 錄261 緒論本課題的研究內(nèi)容和意義磨削技術(shù)及磨床技術(shù)在機械制造行業(yè)占有極其重要的位置，磨削技術(shù)開展很快，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(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的開展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長。µµm，磨削外表變質(zhì)層的殘留應(yīng)力均很小，明顯提高了加工零件的質(zhì)量。數(shù)控是內(nèi)圓磨床開展的重要方面。在相當(dāng)長的時期里，國外磨床的數(shù)控化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于車床和銑

13、床。在近十年來，由于數(shù)控技術(shù)的開展，適用于磨床的數(shù)控系統(tǒng)也有了較大開展，數(shù)控系統(tǒng)的性價比大大提高。目前國內(nèi)高速磨削應(yīng)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(jìn)給的強力磨削方法在我國生產(chǎn)中應(yīng)用不多。隨著我國機械制造業(yè)迅猛開展，國內(nèi)對數(shù)控機床的要求也越來越高，自主研發(fā)了高精度機床，在控制技術(shù)方面與國外差距還很大，主要采用PLC控制為主。國內(nèi)各機床廠和機床研究所對數(shù)控磨床及磨削技術(shù)的開展投入很大，取得了一些初步進(jìn)展，如CIMT展出的上海機床廠的MKY7875、云南MIGHTY公司的SGS-618II、威海機床廠的MJ7116等。應(yīng)到達(dá)的要求本次設(shè)計主要針對

14、數(shù)控磨床做局部改造，以適應(yīng)加工產(chǎn)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(dǎo)軌和驅(qū)動等進(jìn)給部件做一定修改，以適應(yīng)生產(chǎn)中精度和效率。需要采用伺服電機做驅(qū)動元件實現(xiàn)自動控制，把原來滑動絲杠螺母副，把回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，并且采用滾動導(dǎo)軌，以提高精度。2 總設(shè)計方案2.1 主要規(guī)格與參數(shù) 1. 磨孔直徑 50200mm2. 磨孔最大深度 當(dāng)磨孔直徑 5080mm 120mm 80160mm 160200mm3. 工件最大旋徑 在罩內(nèi) 400mm在罩外 120mm4工作臺最大行程 600mm5床頭箱最大回轉(zhuǎn)角度 30°6. 床頭箱主軸中心至床身

15、底面距離 1200mm7.床頭箱最大橫向移動量 200mm 8.工件轉(zhuǎn)速 無級調(diào)整 低速 120320r/min高速 220650r/min9.工作臺運動速度修整速度 1m/min磨削速度 6m/min最高速度 7m/min10.砂輪進(jìn)給 刻度盤刻度 每格 每轉(zhuǎn) 0.1；10；100三種11.砂輪最大橫向移動量 與裝配圖參數(shù)一致 12.砂輪轉(zhuǎn)速 110000，8000，6000，4800，4000r/min 13.冷卻泵流量25L/min14.工件電動機 功率 15.砂輪電動機功率 4KW16.冷卻電動機功率 17.進(jìn)給伺服電動機型號：HC-SF152(B) 功率比例：額定轉(zhuǎn)速：2650r/m

16、in 額定轉(zhuǎn)矩：·m進(jìn)給速度：12m/min18.靜變器容量 19.引接電源3相380V 50HZ或60HZ20.機床外形尺寸 3100*1464*1470mm21.機床重量3350Kg2.2 總設(shè)計方案分析與選定2設(shè)計改造機床時應(yīng)力求到達(dá)重量輕、體積小。質(zhì)量好、效率高、本錢低使用維修方便。要到達(dá)上述要求，設(shè)計人員應(yīng)考慮機床的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如加工范圍。加工精度、粗糙度、生產(chǎn)率、工藝性、本錢，采用新技術(shù)和“三化程度等。各項技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間的相互聯(lián)系和相互影響的，因此在設(shè)計時必須全面的加以考慮，根據(jù)具體要求確定假設(shè)干指標(biāo)為重點，處理好相互之間的關(guān)系。設(shè)計改造機床，除了考慮上述各項指標(biāo)

17、外，機床的“三化是不容無視的問題。 2機床為了加工不同形狀的和技術(shù)要求的工件的需求，因此品種很多，類型不一，但不管設(shè)計哪一類機床，歸納起來大致有一個根本相似的步驟。1工件的工藝分析：設(shè)計機床前，首先對工件進(jìn)行必要的分析，了解工件的尺寸、材料、技術(shù)要求、批量，確定加工方法、余量、定位基準(zhǔn)、裝夾方法等。2調(diào)查研究：通過三個途徑訪問用戶和承制單位，參閱技術(shù)資料的調(diào)查研究和分析，為擬定初步設(shè)計方案打下根底。 訪問使用單位，主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(shè)備條件、生產(chǎn)經(jīng)驗等。訪問承制單位，主要了解制造局部的設(shè)備條件、技術(shù)能力及原有生產(chǎn)

18、經(jīng)驗。參閱有關(guān)技術(shù)材料，包括國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，同類機床的技術(shù)藍(lán)圖及總結(jié)。3工作圖設(shè)計：包括確定機床的布局，技術(shù)參數(shù)和工作循環(huán)等，繪制機械部件裝配圖，零件圖，編制設(shè)計說明書，標(biāo)準(zhǔn)件、外購件。通用件明細(xì)表等。4現(xiàn)場效勞：參加制造、裝配、試磨和鑒定總結(jié)工作，進(jìn)一步修改圖紙，上述設(shè)計過程的各項工作，是不可分割的，是相互穿插同時進(jìn)行的。 2圖2.1 磨架總圖 一.進(jìn)給部件驅(qū)動方式的選擇A 液壓驅(qū)動液壓進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)定位由一下幾局部組成：機械局部、位置檢測局部件、液壓傳動局部件和PLC，如圖A所示。其中PLC控制系統(tǒng)是整個驅(qū)動系統(tǒng)的核心。PLC依據(jù)自身程序及行程開關(guān)控制液壓系統(tǒng)油路走向及液壓缸的運動來驅(qū)動

19、進(jìn)給。 圖2.2 液壓驅(qū)動方式液壓驅(qū)動方式傳動功率大，低速、平穩(wěn)，有過載保護(hù)能力，傳動布置靈活，但是進(jìn)給精度不高，效率相對較低。 B 機械傳動機械傳動通過齒輪傳動如圖B將轉(zhuǎn)速通過絲杠、螺母轉(zhuǎn)換成直線運動，一般需求較高的制造精度和安裝精度。圖2.3 機械傳動方式齒輪傳動傳動比精確，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，使用壽命長，但是加工、安裝、調(diào)整的精度要求高，否那么會嚴(yán)重影響加工精度。C伺服電機驅(qū)動伺服進(jìn)給系統(tǒng)組成如圖C圖2.4 伺服驅(qū)動方式 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求：1穩(wěn)定性；2精度高；3快速響應(yīng)性；4調(diào)速范圍大；5低速大轉(zhuǎn)矩輸出進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能主要取決于組成系統(tǒng)的機電兩局部的匹配，即機電參數(shù)配合的協(xié)調(diào)性。進(jìn)給

20、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。1開環(huán)控制圖2.5 開環(huán)控制方式開環(huán)控制系統(tǒng)圖如圖11工作臺位移量的控制：數(shù)控裝置發(fā)出進(jìn)給脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大，驅(qū)動電路，步進(jìn)電動機收到伺服驅(qū)動電路的脈沖信號，開始運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電動機的角位移量，再經(jīng)過減速齒輪、滾珠絲杠螺母、螺母移通過機械部件將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為工作臺直線運動位移量。2工作臺進(jìn)給速度的控制：進(jìn)給脈沖頻率經(jīng)驅(qū)動后，就轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電動機定子繞組中電流的通斷電變化的頻率進(jìn)而決定了步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)速，步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)速再經(jīng)過減速齒輪、滾珠絲杠螺母表達(dá)為工作臺的進(jìn)給速度。3改變步進(jìn)電動機輸入脈沖信號的的循環(huán)順序，即可改變步進(jìn)電動機定子繞組的電

21、流通斷循環(huán)的順序，從而實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)，相應(yīng)工作臺的運動方向也會改變。在管理中采用開環(huán)控制具有作用時間點、控制本錢低等優(yōu)點，在外界干擾較小的情況下，有一定的控制作用。但是這種控制無反應(yīng)機制，無法發(fā)現(xiàn)和糾正方案和實施中與預(yù)定目標(biāo)的偏差，缺乏抗干擾能力，不能進(jìn)行誤差修正。在控制X、Z 軸的進(jìn)給運動時，沒有位置檢測元件、速度檢測元件，無法給予進(jìn)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。2半閉環(huán)控制圖2.6 半閉環(huán)驅(qū)動方式半閉環(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(gòu)中裝有角位移檢測裝置，通過

22、檢測伺服機構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角，間接檢測移動部件的位移，然后反應(yīng)到數(shù)控裝置的比擬器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比擬，用比擬后的差值進(jìn)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(nèi)，所以傳動絲杠螺母機構(gòu)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(diào)試維修方便，穩(wěn)定性好，目前應(yīng)用比擬廣泛。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機構(gòu)所能到達(dá)的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機構(gòu)，為大多中小型數(shù)控機床所采用。3閉環(huán)控制圖2.7 閉環(huán)驅(qū)動方式 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應(yīng)，使輸出變量的值響應(yīng)輸入變量的值。數(shù)控裝置發(fā)出指令脈沖后，當(dāng)指令

23、值送到位置比擬電路時，此時假設(shè)工作臺沒有移動，即沒有位置反應(yīng)信號時，指令值使伺服驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，經(jīng)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，后反應(yīng)到數(shù)控裝置的比擬器中與指令信號進(jìn)行比擬，并用比擬后的差值進(jìn)行控制。假設(shè)兩者存在差值，經(jīng)放大器后放大，再控制伺服驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至差值為零時，工作臺才停止移動。 在理論上，如果不考慮外部因素，全閉環(huán)控制比半閉環(huán)控制可能會提高根底的定位精度。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(nèi)可能會有效果，但時間一長，灰塵、溫度變化對光

24、柵尺的影響，將嚴(yán)重影響測量反應(yīng)數(shù)據(jù)，從而失去作用。同時光柵尺出現(xiàn)問題后，會產(chǎn)生報警，造成機床不能工作。 綜上所述：本次設(shè)計中采用了半閉環(huán)控制進(jìn)給驅(qū)動。 二.絲杠的的選擇 滾珠絲桿是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲桿由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和開展，這項開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(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 本次設(shè)計采用滾珠絲杠。 三.導(dǎo)軌的選擇 滾動導(dǎo)軌在數(shù)控機床中有廣泛的應(yīng)用。相對普通機床所用的滑動導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點：1定

25、位精度高直線滾動導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導(dǎo)軌的1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運動靈活，可使驅(qū)動扭矩減少90%，因此，可將機床定位精度設(shè)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(dǎo)軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動、停止的往復(fù)運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)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 可提高機床的運動速度直線滾動導(dǎo)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2030%。4) 可長期維持機床的高精度對于滑動導(dǎo)軌面的流體潤滑由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度的誤差是無法防止的。在絕大多數(shù)情

26、況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法防止的，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小滾動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。 本次設(shè)計采用滾動導(dǎo)軌。2.3 主要結(jié)構(gòu)與性能2. 床身采用整體鑄件，床身上用直線滾動導(dǎo)軌，采用集中潤滑滑動導(dǎo)軌面，在工作時必須供油潤滑。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(qū)開

27、工作臺往復(fù)運動。2. 進(jìn)給箱進(jìn)給是由底座、滑板、直線滾動導(dǎo)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(qū)動進(jìn)給箱運動。2. 磨架主要有底座、滑板、磨具座三大件組成，底座固定在工作的T型槽中，根據(jù)工件長度調(diào)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。2. 床頭傳開工件主軸由交流雙速電機經(jīng)一對皮帶輪傳至工件主軸。皮帶的松緊借助皮帶壓緊調(diào)整，主軸前后支承都是成對的有預(yù)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。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(nèi)繞各自的垂直軸線

28、回轉(zhuǎn)。松開床頭箱與底座之間的三個緊固螺釘就能轉(zhuǎn)動床頭箱粗調(diào)回轉(zhuǎn)角度?；剞D(zhuǎn)角度的精調(diào)在底座和工作臺之間進(jìn)行，調(diào)整時先松開工作臺左端的壓板和底座前端回轉(zhuǎn)中心處的螺釘，然后轉(zhuǎn)動底座左端的方頭螺釘即可。2. 砂輪修整器砂輪修整器固定在床身后端，磨具由X軸伺服電機驅(qū)動，快速靠近修整器，修整器固定不動。2 砂輪軸砂輪軸前后軸承均為高精度的向心推力球軸承，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。調(diào)換不同類別的砂輪軸按規(guī)定，相應(yīng)調(diào)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(zhuǎn)。3 傳動系統(tǒng)3.1 工件傳動工件電機安裝在床頭箱背部，由交流變頻器提供電

29、源，電動機經(jīng)過一對皮帶輪降速后驅(qū)動主軸，主軸轉(zhuǎn)速可在120650r/min范圍內(nèi)作無級調(diào)速。3.2 砂輪傳動安裝在進(jìn)給滑板上的電動機，經(jīng)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(jìn)行調(diào)節(jié)。3.3 進(jìn)給傳動采用伺服電機經(jīng)漲緊套直接驅(qū)動滾珠絲杠帶開工作臺或進(jìn)給滑板運動。 圖3.1 磨床進(jìn)給部件1 工件電機 2.壓緊輪 3.活塞 4.回轉(zhuǎn)板 5.工作臺 6 Z軸伺服電機 7.床身 8.絲杠 9.滑板 10.X軸伺服電機 11 砂輪軸 12 修整器 13 主軸3.4 機床所用滾動軸承明細(xì)表表3-1 滾動軸承明細(xì)表 序號型號名稱數(shù)量安裝部位16204深溝球軸承2床頭前壓緊輪26205深溝

30、球軸承2床頭后壓緊輪36208深溝球軸承4床頭第一、二傳動軸前軸承46209深溝球軸承2床頭第一、二傳動軸后軸承56203深溝球軸承2砂輪修整器67206C角接觸球軸承4進(jìn)給機構(gòu)7ZARN2557N組合軸承1床身87206C角接觸球軸承1床身938205推力球軸承1床頭第一傳動軸后支承1032214E圓柱滾子軸承2床頭主軸1132120圓柱滾子軸承1床頭主軸12K303517滾針軸承2夾具氣缸3.5 傳動帶明細(xì)表表3-2 傳動帶明細(xì)表名稱型號規(guī)格數(shù)量安裝部位三角帶A16002床頭箱部位3.6 絲杠副明細(xì)表表3-3 絲杠副明細(xì)表名稱主參數(shù)數(shù)量安裝部位滾珠絲杠GQ40X6-P31X軸伺服電機滾珠絲

31、杠GQ50X101Z軸伺服電機4 X軸進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計與計算4.1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制方式的選擇磨床是精密機床，對于普通內(nèi)圓磨床M2120的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造，選取半閉環(huán)控制。半閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)見下列圖圖 半閉環(huán)控制的近給系統(tǒng)圖a中，伺服電機2經(jīng)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)出檢測反應(yīng)信號。圖b與圖a的差異僅在于檢測裝置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。圖c無減速器，只有伺服電動機與直聯(lián)絲杠，構(gòu)造最簡單。圖a和圖b的優(yōu)點是可以把反應(yīng)裝置如旋轉(zhuǎn)變壓器、測速發(fā)電機、脈沖編碼器等裝在伺服電動機內(nèi)，成為

32、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(nèi)，其傳動誤差可由反應(yīng)校正。本機床采用圖b所示的半閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)。反應(yīng)裝置有兩種：1用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置反應(yīng)，用測速發(fā)電機作為速度反應(yīng)； 2用脈沖編碼器兼作位置和速度反應(yīng)。本機床采用第二種反應(yīng)裝置。 伺服系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計特點為確保伺服系統(tǒng)的定位精度和工作穩(wěn)定性，在機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)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。為到達(dá)這些要求，設(shè)計中應(yīng)盡量采用低摩擦傳動副，如滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、滾珠絲杠等，通過選用最正確降速比來降低慣量，采用預(yù)緊的方法來提高傳動剛度，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

33、慣量。 伺服電動機的選擇計算(1) 最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩下不得超過電動機的額定轉(zhuǎn)矩，折算到電動機軸的最大切削負(fù)載 為，式中絲杠上最大的軸向載荷，等于軸向進(jìn)給力加導(dǎo)軌的摩擦力 絲杠導(dǎo)程m 滾珠絲杠的機械效率1、2、3級=0.9，4級以下因滾珠絲杠螺母預(yù)加載荷引起的附加摩擦轉(zhuǎn)矩滾珠絲杠軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩傳動比最大載荷，絲杠導(dǎo)程=6mm=0.006m。查看絲杠樣本，絲杠螺母副的摩擦系數(shù)=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。那么最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩為4.3.2電動機轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量匹配慣量J由兩局部組成：電動機伺服轉(zhuǎn)子慣量和負(fù)載慣量，+。負(fù)載慣

34、量為磨架局部、工件的質(zhì)量、滾珠絲杠、聯(lián)軸器的慣量折合到電動機上的當(dāng)量值。匹配條件：0.25<<11磨架局部總重量400Kg，那么磨架局部慣量為 2絲杠直徑d=40mm=0.04m ,l=0.65m,那么絲杠慣量為(3) 漲緊套聯(lián)軸器慣量那么負(fù)載慣量為電動機慣量應(yīng)符合<<4，即 16.4<根據(jù)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(chǎn)的，型號為。它的額定轉(zhuǎn)矩為，大于最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，它的轉(zhuǎn)子慣量，大于負(fù)載慣量，滿足匹配條件。4.3.3空載加速轉(zhuǎn)矩空載加速轉(zhuǎn)矩，這個輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生在階躍指令加速時，要求的加速時間為 的時間常數(shù)，說明這種電機具有足夠的加速能力

35、。4.3.4電動機的選擇選擇電動機HC-SD152B的主要性能參數(shù)最高轉(zhuǎn)速3000r/min額定轉(zhuǎn)速2000r/min順勢容許旋轉(zhuǎn)速度3450r/min額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 功率比率 慣性矩 重量 滾珠絲杠副滾珠絲杠式數(shù)控機床伺服驅(qū)動的重要部件之一。它的優(yōu)點有：1傳動效率高，一般可達(dá)95%以上；2運動平穩(wěn)，摩擦力小，靈敏度高，低速無爬行；3可以預(yù)緊，消除絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度；4定位精度和重復(fù)定位精度高；5使用壽命長；6同步性好，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；7使用可靠，潤滑簡單，維修方便；8不自鎖，可逆向傳動； 消除間隙和預(yù)加載荷有多種方法。

36、在機床上采用的是雙螺母法。 預(yù)緊應(yīng)根據(jù)以下原那么：滾注絲杠副的預(yù)加載荷F，應(yīng)不低于絲杠最大軸向載荷的1/3。 滾珠絲杠常用的支撐方式有：（1） 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；（2） 一端固定一端簡支，常用于較長的臥式安裝的絲杠；（3） 兩端固定，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速要求、高精度、高剛度的場合。 本機床采用的是(1)方式。 由設(shè)計要求知：伺服電機的最高轉(zhuǎn)速 根據(jù)機床的脈沖當(dāng)量常取為a=0.001mm每脈沖。那么電動機每轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)為位置反應(yīng)器本機床用的脈沖編碼。脈沖編碼器現(xiàn)有的產(chǎn)品為每轉(zhuǎn)2000，2500，5000脈沖等樹種。如取每轉(zhuǎn)2000脈沖，那么編碼器后應(yīng)有一個

37、倍頻器，倍頻數(shù)為2。速度反應(yīng)裝置也用脈沖編碼器，在變頻器后加一個頻率電壓F/V轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)化比例為沒脈沖/分，輸出電壓V。圖4.2 位置反應(yīng)1.頻率/電壓/(F/V)轉(zhuǎn)換器 2.倍頻器 3.脈沖編碼器 滾珠絲杠的直徑，滾珠的列數(shù)和圈數(shù)，應(yīng)按當(dāng)量動載荷選擇。由設(shè)計條件可知：砂輪轉(zhuǎn)速 ，主電動機功率，那么切向磨削力 取法向磨削力與切向磨削力之比為 因此，絲杠平均速度絲杠平均壽命取為1500h， 那么因此當(dāng)量動載荷Cm為查滾珠絲杠樣本，選擇內(nèi)循環(huán)FFZD4006X6-P3絲杠。額定動載荷。，符合要求。絲杠直徑40mm，導(dǎo)程6mm，浮動反向器內(nèi)循環(huán)。每個螺母滾珠有5列，雙螺母墊片式預(yù)緊。預(yù)加載荷為，即

38、4125N，遠(yuǎn)大于最大載荷的1/3。絲杠副精度為2級。剛度為。 選擇絲杠軸承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。軸承壽命：該絲杠能滿足要求。 半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的精度 4.5.1伺服剛度通常取，取轉(zhuǎn)矩系數(shù)為伺服電機反電動勢系數(shù)，速度環(huán)的開環(huán)增益，即取電樞直流電阻那么4.5.2滾珠絲杠的螺母的接觸強度根據(jù)樣本手冊， 4.5.3 絲杠的拉壓強度 絲杠的拉壓強度其中 楊氏彈性模量 螺母座至固定端最大距離那么 4.5.4 軸承的軸向剛度 因無軸承樣本，現(xiàn)取 4.5.5 綜合剛度 4.5.6 定位精度這個誤差，加上絲杠任意300mm的導(dǎo)程公差，絲杠軸

39、承的軸向跳動，為，滿足定位精度的要求。 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌運動性質(zhì)可分為主運動導(dǎo)軌、進(jìn)給運動導(dǎo)軌和移置導(dǎo)軌。主運動導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌和支承軌之間，相對運動速度較高。進(jìn)給運動導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌與支承導(dǎo)軌之間相對運動速度較低。移置導(dǎo)軌只用于調(diào)整部件之間的相對位置，移置后固定，在加工中沒有相對運動。 按摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。按受力狀況可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。 按磨床設(shè)計要求選擇滾動導(dǎo)軌。選用直線滾動導(dǎo)軌副。 漲緊套4.7.1 漲套的聯(lián)接特點1定心性好2可調(diào)性好3裝卸維修方便4軸孔不用加工鍵槽，無應(yīng)力集中源，承載能力的疲勞強度高5軸孔和孔徑的精度及配合精度要求不高6具有過載平安保護(hù)作用7漲套已標(biāo)準(zhǔn)化，類

40、型較多，選用計算方便 4. 選擇漲套時應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)和承載能力的要求。 承載能力應(yīng)滿足：（1） 傳遞轉(zhuǎn)矩時：；（2） 承受軸向力時：；（3） 傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力聯(lián)合作用時：;（4） 承受徑向力時： 式中 傳遞轉(zhuǎn)矩 一個漲緊套的額定轉(zhuǎn)矩 承受的軸向力 一個漲緊套的額定軸向力 一個漲緊套與結(jié)合面上的壓強 漲套內(nèi)徑 漲套內(nèi)環(huán)寬度查有關(guān)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。5電氣系統(tǒng)5.1概述，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。5.2機床夾緊動作本機床夾緊動作由氣動系統(tǒng)采

41、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(jìn)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(jù)用戶特殊要求而設(shè)定。5.3工件夾緊工件夾緊，松開動作由電磁換向閥YV1控制，YV1斷電夾緊，通電是斷開。5.4維護(hù)檢查 1.要定期檢查空氣過濾器，油霧器的標(biāo)準(zhǔn)樹脂杯及油霧器的滴油窗上是否有裂紋，傷痕或其他缺陷，假設(shè)有上述現(xiàn)象，應(yīng)更換新的杯子和滴油窗或使用金屬杯。假設(shè)污濁，應(yīng)更換新的杯子和滴油窗。2要定期確認(rèn)空氣過濾器，油霧器的標(biāo)準(zhǔn)樹脂杯及油霧器的滴油窗是否被污濁。假設(shè)污濁，應(yīng)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

42、其他洗滌劑會損壞。3.空氣過濾器內(nèi)的冷凝水位超過上限水位時應(yīng)該排放，以免冷凝水流入兩側(cè)，造成元件動作不良。4油霧器應(yīng)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。圖5.1 電氣系統(tǒng)6 冷卻系統(tǒng) 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(jīng)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。 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(hù)在無液循環(huán)，模具是不會工作的。 工作冷卻液一局部從床頭箱尾部進(jìn)入工件主軸孔內(nèi)的噴管提供冷卻，另一局部通往固定在工件防護(hù)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。兩局部回路均有單獨的開關(guān)控

43、制流量。冷卻液從床身前方的出水口回流到冷卻箱上的磁性別離器，經(jīng)過紙質(zhì)過濾器再過濾和沉淀后繼續(xù)循環(huán)使用。 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。7 潤滑系統(tǒng)本機床平導(dǎo)軌，V型導(dǎo)軌，滾珠絲杠螺母，絲杠支承潤滑采用集中潤滑系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行控制。電動柱塞式油泵油微型同步電動機與齒輪減速機構(gòu)驅(qū)動，組成不同見習(xí)的周期潤滑泵，其手動拉桿可以調(diào)節(jié)油量。7.1潤滑油的選擇。潤滑油一般可采用YA-NB2G液壓導(dǎo)軌油。注意選擇清潔的潤滑油7.2考前須知1經(jīng)常檢查床身導(dǎo)軌的潤滑情況，以便調(diào)整潤滑油的供給量。床身導(dǎo)軌利用液壓系統(tǒng)的壓力油潤滑，

44、潤滑油經(jīng)過減壓，兩導(dǎo)軌的潤滑油量可分別用節(jié)流螺釘調(diào)整。(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參加其他油劑，否那么會使?jié)櫥瑮l件惡化，影響機床的磨削性能和使用壽命。7.3使用和維修1.油箱儲油量應(yīng)保持在液面指示器下限以上，油箱內(nèi)設(shè)有油面報警裝置，使用時情撥通電源。2.發(fā)現(xiàn)油泵有雜音時，應(yīng)先檢查吸油濾油器是否堵塞，并清洗濾油器。3.油泵工作壓力在出廠前已調(diào)整好，用戶注意不可將壓力調(diào)高于額定壓力。7.4其他潤滑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(jìn)給導(dǎo)軌和滾珠絲杠潤滑用精密主軸潤滑脂。每年做一次定期清洗和補充。8結(jié)論與展望8

45、.1結(jié)論由于現(xiàn)代機械產(chǎn)品對機械零件的尺寸精度和外表質(zhì)量的要求愈來愈高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多，以及精密毛坯制造工藝的開展，使很多零件可以不經(jīng)其它切削加工而直接由磨削加工制成成品。本次設(shè)計對數(shù)控磨床的進(jìn)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，主要做了三個局部的改造：采用伺服電機做驅(qū)動元件；把滑動絲杠螺母改為滾動絲杠；使用滾動導(dǎo)軌。針對本次設(shè)計我們事先做了有序的方案，聯(lián)系好無錫開源機床廠相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，到無錫開源機床實地考察，了解內(nèi)圓磨床各部件結(jié)構(gòu)，針對要改造的部件著重分析，確定進(jìn)給部件需要改良的局部，作測繪畫出部件、零件草圖，根據(jù)主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)性能確定總設(shè)計方案，計算分

46、析，選定材料和標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(shè)計的實際可行性。8.2缺乏之處與未來展望未來工業(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越高，傳統(tǒng)的磨床已經(jīng)越來月難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。使得我們要更加幾級地改良機床，此次改造只小幅度的提高了進(jìn)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到未來工業(yè)生產(chǎn)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缺乏之處。在未來的數(shù)控磨床加工，計算機技術(shù)將廣泛應(yīng)用于其

47、中，數(shù)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，從而使其更具加工柔性，功能更加強大。致 謝畢業(yè)設(shè)計接近尾聲了，意味著我的大學(xué)生涯就要結(jié)束了，四年一晃過去了，回想過去的日子，感慨萬千，這四年學(xué)到了很多東西，感謝每一個曾經(jīng)給我們授課的老師，感謝給過我?guī)椭呐笥选?經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，畢業(yè)設(shè)計即將出成果了，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，有很多考慮的不周到的地方。如果沒有導(dǎo)師的催促指導(dǎo)，以及同學(xué)的幫幫助，完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里要感謝我的指導(dǎo)老師許菊假設(shè)教授。徐老師平日里工作繁忙，但在我們做畢業(yè)設(shè)計的這段時間，從查閱資料到設(shè)計草案確實定和修改，中期檢查，后期設(shè)計分析，

48、裝配圖及零件圖制作，整個過程許老師給予了悉心指導(dǎo)。設(shè)計過程中的一個小錯誤，螺釘?shù)拇謱嵕€細(xì)實線畫錯了，細(xì)線張老師都給我指出來了，她教導(dǎo)我們做設(shè)計一定要認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，不然以后會出大問題。除了敬佩許老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神使我們永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的典范，并將積極影響到我今后的學(xué)習(xí)工作。其次還要感謝我的同學(xué)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(shè)計。我還要感謝我的母校無錫太湖學(xué)院，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境。為完成此次畢業(yè)設(shè)計，參考了許多機械類相關(guān)文獻(xiàn)，運用了當(dāng)中的成果，所以在此要感謝這些文獻(xiàn)的編著人員。參考文獻(xiàn)1 戴曙金屬切削機床M北京：機械工業(yè)出版社，1

49、999：1923-19272 M.K. Tsai. A predicted modelling of tool life of high-speed milling for SKD61 tool steel. J.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2005,26(7)3 卓迪任數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用M北京：國防工業(yè)出版社，1997：15-18 ，314 趙崧年，戴志義機電一體化數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計M機械工業(yè)出版社，1994：739-7405 Md. Golam Mostofa. Tooling device design for vibration-assisted high speed shaping of PMMA. J.Journal of Mechanical Science and Technology,2021,24(8)6 李福生實用數(shù)控機床技術(shù)手冊M 北京：北京出版社，19937 李紅實用機床設(shè)計手冊M 遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，19978 丘宣懷機械設(shè)計M 北京：高等教育出版社，1983：08-129 GB/T 1615