數(shù)控精密平面磨床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

精品Word文檔歡迎下載精品資料Word歡迎使用XXXXXXXX畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：數(shù)控精密平面磨床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制作及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)：XXXXXXXX姓名：XXXXXXXX指導(dǎo)教師：完成日期：2012年5月17日目錄1緒論…………………11.1課題研究背景及目的……………11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r…………………21.3畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)與論文組成………52數(shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì)……………72.1磨床簡(jiǎn)介…………72.2磨床技術(shù)規(guī)格……………………72.3主要結(jié)構(gòu)及說(shuō)明…………………92.4磨床總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)………………102.5磨床總體布局設(shè)計(jì)………………103理論計(jì)算………………123.1功率計(jì)算……………123.2電動(dòng)機(jī)選用…………143.3滾珠絲桿副選用與校核……………143.4錐齒輪尺寸計(jì)算……………………184機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………204.1傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)………………………204.2導(dǎo)軌設(shè)計(jì)……………234.3機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………255硬件電路設(shè)計(jì)…………266機(jī)床設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)…………………29結(jié)論…………………………30致謝…………………………31參考文獻(xiàn)……………………32附錄…………………………33精密數(shù)控平面磨床——工作臺(tái)縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要本文對(duì)所設(shè)計(jì)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(jìn)給、縱向進(jìn)給和硬件電路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面進(jìn)行了闡述。緒論：介紹該課題研究背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，以及此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。數(shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì)：簡(jiǎn)單介紹了此次設(shè)計(jì)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(shuō)明，并說(shuō)明了磨床的總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)和總體布局設(shè)計(jì)。理論計(jì)算：包括機(jī)床功率的計(jì)算，電動(dòng)機(jī)選用，滾珠絲桿副選用與校核以及錐齒輪尺寸計(jì)算。方案設(shè)計(jì)：詳細(xì)說(shuō)明了精密數(shù)控平面磨床的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)和導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和要求，并提出縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。硬件電路設(shè)計(jì)：詳細(xì)說(shuō)明了硬件的選用和電路的連接。最后，針對(duì)本設(shè)計(jì)中不夠完美的地方的改進(jìn)想法，以及對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)和對(duì)我國(guó)超精密發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：平面磨床，數(shù)控，縱向進(jìn)給，橫向進(jìn)給PreciseNumericalControlPlaneGrindingMachineAuthor:MemgDanTutor:DengZhaohuiAbstractThispapermakesathoroughexpositionofthedesignedgrindingmachinefromtheaspectsofitsoveralldesign,horizontalandportraitgiveandhardwarecircuitdesign.Thefollowingisabriefintroductionofthecompositionofthispaper.INTRODUCTION:Itintroducesthebackgroundofthissubjectresearch,thedevelopmentinthisfieldinternalandinternational,andtheassignmentofthisgraduationproject.THEOVERALLDESIGNOFTHENUMERICALCONTROLPLANEGRINDINGMACHINE:Itgivesabriefintroductiontothedesignofthenumericalcontrolplanegrindingmachine,andprovidesitstechnicalspecification,mainstructureandexplanationofthenumericalcontrolplanegrindingmachine,andshowthedesignoftheoveralltransmissionofthegrindingmachineandthedesignoftheoverallarrangement.THETHEORETICCALCULATION:Itintroducesthecalculationofthepoweroflathe,theselectionofthemotor,theselectionandcheckoftheballpoleandthetheoreticcalculationofthesizeoftheconegearwheel.CONCEPTUALDESIGN:Itintroducesthemainpointsandrequirementsofthedesignofthedriveparts,andputsforwardthedesignofthehorizontalandportraitgiveparts.THEDESIGNOFHARDWARECIRCUIT:Theelectionofthehardwareandtheconnectionofcircuitareexplainedatlength.Inviewoftheflawsofthedesign,itputsforwardsomemeasurestomakeimpovement.Besides,aconclusionofthisgraduationprojectandprospectofthedevelopmentofprecisemachinearegiveninthispart.Keyword:planegrindingmachine,numericalcontrol,portraitgive,horizontalgive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(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門所需求的多品種、多功能、高精度、高品質(zhì)、高度自動(dòng)化的技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)和制造，促進(jìn)了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，隨著社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高，對(duì)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(duì)機(jī)床精度的要求也進(jìn)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(jìn)制造技術(shù)中的重要領(lǐng)域，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中實(shí)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(chǎng)是國(guó)家尖端技術(shù)集中的市場(chǎng)，它既是高代價(jià)、高投入的工藝技術(shù)，又是高增值、高回報(bào)的工藝技術(shù)，世界工業(yè)先進(jìn)國(guó)家都把它放在國(guó)家技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(duì)作為精密模具、機(jī)械零件、測(cè)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(kāi)發(fā)，陶瓷等作為結(jié)構(gòu)零件材料在某些特殊場(chǎng)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(jìn)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(guó)還開(kāi)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(diǎn)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(duì)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(jī)理與金屬材料不同，主要有三個(gè)特點(diǎn)：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(huì)使加工零件的強(qiáng)度發(fā)生變化。

根據(jù)以上這些特點(diǎn)，各國(guó)都致力開(kāi)發(fā)了適合進(jìn)行納米磨削的超精密平面磨床，并且進(jìn)行了脆性材料的可延性磨削技術(shù)的研究。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，高效是各個(gè)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(shì)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(jì)目的是設(shè)計(jì)一臺(tái)精密數(shù)控平面磨床，精度等級(jí)為1，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺(tái)階平面。能用于機(jī)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(guó)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(xiàng)技術(shù)的極限、常規(guī)技術(shù)的突破、新技術(shù)綜合三個(gè)方面永無(wú)止境的追求的特點(diǎn)。實(shí)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(jī)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(cè)控技術(shù)等。毫無(wú)疑問(wèn)，超精密加工機(jī)床技術(shù)是最關(guān)鍵的技術(shù)，它直接代表了國(guó)家制造業(yè)的水平[1]。大學(xué)和研究所保持著對(duì)超精密機(jī)床研究的持續(xù)熱情，對(duì)高技術(shù)進(jìn)行超前研究，并使得研究型超精密試驗(yàn)機(jī)床盡可能采用高技術(shù)作產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)，對(duì)超精密機(jī)床產(chǎn)業(yè)化和商品化起著推動(dòng)作用。美國(guó)LLNL實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一系列超精密試驗(yàn)研究型機(jī)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(jī)床[2]。該機(jī)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(gè)溜板上裝有標(biāo)準(zhǔn)平尺，通過(guò)測(cè)量和修正來(lái)達(dá)到）。位移誤差不超過(guò)0.013（用氦屏蔽光路的激光干涉儀來(lái)測(cè)量和反饋控制達(dá)到）。主軸溜板運(yùn)動(dòng)偏擺小于0.001’’(通過(guò)兩路激光干涉儀測(cè)量,壓電陶瓷修正來(lái)實(shí)現(xiàn)).激光測(cè)量系統(tǒng)有單獨(dú)的花崗巖支架系統(tǒng),不與機(jī)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(dòng),推力可達(dá)1360N，運(yùn)動(dòng)分辨率達(dá)0.005。在商品化實(shí)用超精密機(jī)床方面，世界上最負(fù)盛名的是英國(guó)的Tayler/Hobson-Pneumo公司。該公司生產(chǎn)Optoform,Microform和Nanoform三個(gè)系列的超精密機(jī)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(cè)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(dá)0.2，表面粗糙度優(yōu)于0.01。美國(guó)洛切斯特大學(xué)光學(xué)中心（COM）[3]開(kāi)發(fā)了POTICAM系列的超精密光學(xué)加工機(jī)床；OPTICAM超精機(jī)床系列設(shè)備包括：OPTICAM/SM平面拋光機(jī)床，OPTICAM/AM非球面加工機(jī)床和OPTICAM/PM棱鏡加工機(jī)床。2000年開(kāi)始進(jìn)行“保形光學(xué)制造技術(shù)”的研究，開(kāi)發(fā)了Nanotech150AG非球加工機(jī)床；Q22磁流變加工機(jī)床等。英國(guó)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(jī)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(dá)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(jí)加工發(fā)展。用磨具進(jìn)行磨削和用磨粒進(jìn)行研磨和拋光是實(shí)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(shù)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(xì)磨粒的磨片，所磨削加工的集成電路板的溝槽邊沿沒(méi)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(dá)2~5nm。日本還用激光在研磨過(guò)的人造金剛石上切割出大量等高性一致的微小切削刃，對(duì)硬脆材料進(jìn)行精密加工，效果很好。對(duì)極細(xì)粒度的模具而言，砂輪鋒銳性的保持是一個(gè)大問(wèn)題。金屬基微細(xì)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(wèn)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(jī)床軸系的研究與發(fā)展氣浮主軸的最大優(yōu)點(diǎn)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(yùn)動(dòng)精度比主軸加工的圓度精度要高出3~5倍。主軸和電機(jī)采用一體化結(jié)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)與株洲的動(dòng)平衡問(wèn)題，電動(dòng)機(jī)電磁振動(dòng)消除、電動(dòng)機(jī)熱消除、主軸熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償以及新型氣浮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造等都是一直在研究改善的問(wèn)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(guó)Kugler公司EK系列氣浮軸承。為了進(jìn)一步提高回轉(zhuǎn)精度和剛度，近年來(lái)很多人研究控制節(jié)流量反饋方法來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)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(diǎn)很多，如熱效應(yīng)嚴(yán)重等，還不能達(dá)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(dòng)和電容傳感器位置測(cè)量的方法來(lái)改善氣浮主軸的精度。主動(dòng)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(shí)例并不少見(jiàn)，這種氣磁軸承和加開(kāi)真空負(fù)壓槽的真空吸附加強(qiáng)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(dòng)態(tài)特性，如增大阻尼。3．超精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)的新進(jìn)展為了獲得高的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)分辨率，超精密導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的要求很高，既要求有平穩(wěn)的超低速運(yùn)動(dòng)特性，又要又大的調(diào)速范圍，好的電磁兼容性。美國(guó)ParkerHannifin公司的DM和DR系列直接驅(qū)動(dòng)伺服執(zhí)行器，輸出力矩大，位置控制分辨率高達(dá)1/640000。主軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以采用印刷板電動(dòng)機(jī)，它的慣性小，發(fā)熱量小。精密滾珠絲桿式超精機(jī)床目前采用的驅(qū)動(dòng)方法，但絲桿的安裝誤差、伺桿本身的彎曲、滾珠的跳動(dòng)及制造上的誤差，螺母的預(yù)緊程度等都會(huì)給導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精度帶來(lái)影響。通常超精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)有特殊設(shè)計(jì)，例如絲桿螺母與氣浮平臺(tái)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(wú)約束的機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)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(jìn)一步減小滾珠絲桿的跳動(dòng)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(dòng)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(tái)聯(lián)合使用時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置的分辨率為0.01。Fanuc公司的超精密車、銑床R0B0nanoUi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(guó)超精密加工技術(shù)的發(fā)展要趕超世界先進(jìn)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(wú)窮盡的，但根據(jù)我國(guó)國(guó)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(kāi)發(fā)廉價(jià)化的超精加工技術(shù)。1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)與論文組成1.3.1畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)1．設(shè)計(jì)一臺(tái)精密數(shù)控平面磨床，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺(tái)階平面。能用于機(jī)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(tái)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)和滾珠絲桿副設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；繪制相關(guān)零件圖；4．工作臺(tái)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；5．磨床床身立柱的設(shè)計(jì)（選做）；6．磨床微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)；7．翻譯指定的英文專業(yè)文獻(xiàn)；8．撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說(shuō)明書(shū)）。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(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，以及此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。2．?dāng)?shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì)：簡(jiǎn)單介紹此次設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床，給出所要設(shè)計(jì)的數(shù)控平面磨床的技術(shù)規(guī)格和主要結(jié)構(gòu)及說(shuō)明，并說(shuō)明了磨床的總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)和總體布局設(shè)計(jì)。3．理論計(jì)算：包括機(jī)床功率的計(jì)算，電動(dòng)機(jī)選用，滾珠絲桿副選用與校核以及錐齒輪尺寸計(jì)算。4．方案設(shè)計(jì)：詳細(xì)說(shuō)明了精密數(shù)控平面磨床的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)和導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及要求，并提出縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。5．硬件電路設(shè)計(jì)：詳細(xì)說(shuō)明了硬件的選用和電路的連接。6．機(jī)床改進(jìn)：針對(duì)本設(shè)計(jì)中不夠完美的地方的改進(jìn)想法。7．結(jié)論：包括這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)，和對(duì)精密數(shù)控平面磨床的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。8．致謝9．參考文獻(xiàn)第2章數(shù)控平面磨床總體設(shè)計(jì)2.1磨床簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)是一臺(tái)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(tái)階平面，不僅適用于機(jī)械加工行業(yè)亦適用于模具行業(yè)。它采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)原理，通過(guò)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(jìn)給系統(tǒng)、工作臺(tái)縱向及橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、床身及防護(hù)罩裝置、冷卻及潤(rùn)滑系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)五大部分。該機(jī)床的磨頭為普通平面磨床磨頭，垂直進(jìn)給的高精度由絲桿副和數(shù)控系統(tǒng)來(lái)保證。該機(jī)床的橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用滾珠絲桿加交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，提高加工精度?？v向進(jìn)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(shí)出現(xiàn)爬行。該機(jī)床的冷卻系統(tǒng)包括磨削液冷卻、強(qiáng)制過(guò)濾等裝置。為減少磨削液對(duì)砂輪制功功率的損耗，冷卻壓力為2Mpa。機(jī)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(dòng)導(dǎo)軌，工件摩削平面的形成由工作臺(tái)的縱向運(yùn)動(dòng)和拖板的橫向運(yùn)動(dòng)而成，磨頭僅做垂直上下運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)帶動(dòng)，拖板橫向運(yùn)動(dòng)也有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)一對(duì)減速齒輪傳動(dòng)，滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)而使拖板橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，磨頭垂直導(dǎo)軌為立柱前后導(dǎo)軌形式的貼型滑動(dòng)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(dòng)軸承結(jié)構(gòu)。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)柔性連軸器使主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，磨頭的垂直運(yùn)動(dòng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿、渦輪傳動(dòng)與其向嚙合的螺旋齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。本級(jí)床為高精密數(shù)控機(jī)床，幾何精度、工作精度很高，性能可靠性穩(wěn)定，垂直進(jìn)給、橫向進(jìn)給、縱向進(jìn)給具有數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)給靈敏度、準(zhǔn)確度高，磨削自動(dòng)化程度高，當(dāng)每次自動(dòng)磨削循環(huán)結(jié)束，工作臺(tái)始終停止在縱向運(yùn)動(dòng)的右端2.2磨床技術(shù)規(guī)格1．工作臺(tái)面尺寸200×630mm2．加工范圍：最大磨削尺寸（寬×長(zhǎng)×高）200×630×380mm最大工件載重量（包括電磁吸盤）130KG3．工作臺(tái)：最大縱向行程750mm最大橫向行程220mmT型槽數(shù)和槽寬4×14mm4．工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)：進(jìn)給速度0.3~25m/min手動(dòng)進(jìn)給手輪每轉(zhuǎn)180mm5．拖板橫向運(yùn)動(dòng)：連續(xù)進(jìn)給0.2~1m/min手動(dòng)機(jī)給手輪每轉(zhuǎn)5mm手輪每格0.02mm微進(jìn)給手輪每大格0.005mm6．磨頭垂直運(yùn)動(dòng)：砂輪主軸中心線至工作臺(tái)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(dòng)進(jìn)給量0.001~0.02mm最小進(jìn)給量0.0001mm手動(dòng)進(jìn)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(jìn)給400mm/min7．砂輪尺寸：外徑200mm寬度25mm孔32mm8．占地空間：長(zhǎng)2405mm寬1593mm高1786mm機(jī)床重量2000kg2.3主要結(jié)構(gòu)及說(shuō)明2.3.1磨頭磨頭主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，由主軸電機(jī)通過(guò)柔性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)具有前后支承均為成對(duì)高精密滾動(dòng)向心推力球軸承而使砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)。2.3.2垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，傳動(dòng)與其相嚙合的螺旋齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)與螺旋齒輪剛性聯(lián)結(jié)的絲桿副的螺母，移動(dòng)絲桿使與其固定聯(lián)結(jié)的磨頭體垂直運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)具有數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)，進(jìn)給有自動(dòng)與手動(dòng)。1．自動(dòng)=1\*GB2⑴快速運(yùn)動(dòng)按住點(diǎn)動(dòng)式快速上升鍵，磨頭上升，當(dāng)釋放時(shí)磨頭停止上升，按住點(diǎn)動(dòng)式快速下降鍵，磨頭下降，當(dāng)釋放時(shí)，磨頭停止下降，其運(yùn)動(dòng)速度為400mm/min。=2\*GB2⑵點(diǎn)發(fā)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)點(diǎn)按點(diǎn)發(fā)進(jìn)給鍵，每次進(jìn)給量為0.001/mm。=3\*GB2⑶自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)在自動(dòng)磨削時(shí)，分粗磨、精磨和無(wú)進(jìn)給磨削，其進(jìn)給量為0.0005~0.02定量分級(jí)任意選擇，且具有預(yù)置和粗磨、精磨和無(wú)進(jìn)給磨削次數(shù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)無(wú)進(jìn)給磨削次數(shù)結(jié)束，工作臺(tái)固定的在右端停止，在磨削過(guò)程中有數(shù)字顯示。2．手動(dòng)手動(dòng)進(jìn)給由手動(dòng)脈沖發(fā)生器控制器進(jìn)給量，根據(jù)需要任意選擇既定的定量分級(jí)的進(jìn)給，其進(jìn)給量為0.0001~0.01/格。根據(jù)預(yù)先選擇的進(jìn)給量和轉(zhuǎn)動(dòng)、手動(dòng)脈沖發(fā)生器就可獲得所選擇的進(jìn)給量。調(diào)整用手動(dòng)機(jī)構(gòu)，在床身后面，在與伺服電機(jī)相聯(lián)接得蝸桿軸上裝有一直齒齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)相嚙合的另一錐齒輪軸，通過(guò)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(dòng)，在平時(shí)，錐齒輪對(duì)始終處于非嚙合狀態(tài)的拓開(kāi)位置。2.3.3橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)拖板（或工作臺(tái)）橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可分為手搖進(jìn)給、手動(dòng)微動(dòng)進(jìn)給和自動(dòng)進(jìn)給。1．手搖進(jìn)給時(shí)應(yīng)將捏手松開(kāi)，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(shí)拉桿以將齒輪副脫開(kāi)）搖動(dòng)手柄，經(jīng)手輪、軸、聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲桿，使?jié)L珠螺母移動(dòng)，帶動(dòng)拖板做橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2．手動(dòng)微動(dòng)進(jìn)給基本上與手搖進(jìn)給相同，此時(shí)應(yīng)將捏手?jǐn)Q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(dòng)蝸桿上的捏手，經(jīng)蝸桿、斜齒輪嚙合傳動(dòng)軸，其余傳動(dòng)與上面相同，微動(dòng)把手上的最小刻度值為0.005毫米。3．自動(dòng)進(jìn)給自動(dòng)機(jī)給的動(dòng)力為伺服電機(jī)，在它的輸出軸上裝有齒輪，經(jīng)與它嚙合的齒輪而傳動(dòng)軸（此時(shí)應(yīng)將齒型離合器分開(kāi)）經(jīng)聯(lián)軸器使?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做橫向自動(dòng)進(jìn)給，橫向進(jìn)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(jìn)給機(jī)構(gòu)拖板（或工作臺(tái)）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可分為手搖進(jìn)給和自動(dòng)進(jìn)給。1．手搖進(jìn)給時(shí)應(yīng)將捏手松開(kāi)，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(shí)拉桿以將齒輪副脫開(kāi)）搖動(dòng)手柄，經(jīng)手輪帶動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，圓柱齒輪和尺條捏合帶動(dòng)拖板做縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2．自動(dòng)進(jìn)給自動(dòng)機(jī)給的動(dòng)力為伺服電機(jī)，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(dòng)，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做縱向自動(dòng)進(jìn)給，縱向進(jìn)給量0.3~25m/min。2.4磨床總體傳動(dòng)設(shè)計(jì)磨床總體傳動(dòng)圖，見(jiàn)圖2.1。（詳見(jiàn)A3[3]號(hào)圖）2.5磨床總體布局設(shè)計(jì)磨床的總體布局圖，見(jiàn)圖2.2。(詳見(jiàn)A3[2]號(hào)圖)圖2.1精密數(shù)控平面磨床傳動(dòng)系統(tǒng)圖圖2.2精密數(shù)控平面磨床總體布局圖第3章理論計(jì)算3.1功率計(jì)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(jìn)給速度（m/min）；由于本機(jī)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(jì)算切削功率時(shí)分為兩種情況。（1）當(dāng)磨削普通鋼材時(shí)，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(tái)最大進(jìn)給速度；由經(jīng)驗(yàn)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(jì)?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)所受的垂直力等于砂輪所受的徑向力，由于實(shí)際中角很小，所以縱向機(jī)構(gòu)所受的軸向力約等于砂輪的切向力?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸向所受的合力為：[9](3.2)由公式（3.2）得：.加工時(shí)縱向最大進(jìn)給速度V=9.6m/min縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削功率為：當(dāng)磨削硬脆材料時(shí)，在同樣的工作條件下，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，＝1000N，/=20,=50N,縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)軸向所受的合力為：[9]（3.3）由公式(3.3)可得縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削功率為：3.2電動(dòng)機(jī)選用綜合以上兩種磨削方式，選取磨削功率＝0.11kw。由于機(jī)床設(shè)計(jì)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(jī)。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(fù)荷和等效轉(zhuǎn)速=1\*GB2⑴等效負(fù)荷計(jì)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：105NFm=500+1000+100=1605N=2\*GB2⑵等效轉(zhuǎn)速計(jì)算伺服電機(jī)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(dòng)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=1\*GB2⑴等效軸向動(dòng)負(fù)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(hào)為CMD3212-2.5，=25837N，，，螺母長(zhǎng)度L=151mm，余程為45mm[9]螺紋長(zhǎng)度支承跨踞絲桿全長(zhǎng)采用F-F式支承，絲桿一般不會(huì)受壓縮力作用，可不校核壓桿穩(wěn)定性。絲桿彎曲振動(dòng)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(zhǎng)量：[9]（3.7）由公式（3.7）得絲桿全長(zhǎng)伸長(zhǎng)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(duì)接觸角推力球軸承為固定端，軸承型號(hào)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(jì)算軸承動(dòng)負(fù)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(qiáng)度要求[9]3.4錐齒輪尺寸計(jì)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(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)4.1.1進(jìn)給傳動(dòng)系設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)床的加工性能，故對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有如下要求：1．具有足夠的靜剛度和動(dòng)剛度；2．具有良好的快速響應(yīng)性，做低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)不爬行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高；3．抗震性好，不會(huì)因摩擦自振而引起傳動(dòng)件的抖動(dòng)或齒輪傳動(dòng)的沖擊噪音；4．具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍，保證實(shí)現(xiàn)所要求的進(jìn)給量（進(jìn)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(dòng)較大的扭矩；5．進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度要高；6．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)間隙，進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)間隙（多指反向間隙）存在于各傳動(dòng)副和各聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)中，直接影響機(jī)床的加工精度。為盡量消除其影響，應(yīng)采用消隙傳動(dòng)件和消隙聯(lián)系結(jié)構(gòu)；8．速度穩(wěn)定性要好，進(jìn)給部件在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不產(chǎn)生“爬行”，高速運(yùn)動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)不發(fā)生振動(dòng)。[12]4.1.2傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)1．齒傳動(dòng)間隙的消除傳動(dòng)副為齒輪傳動(dòng)時(shí)，要消除其傳動(dòng)間隙。齒輪傳動(dòng)間隙的消除有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩類方法。=1\*GB2⑴剛性調(diào)整法時(shí)調(diào)整后的齒側(cè)間隙不能自動(dòng)補(bǔ)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)剛度較高。但要求嚴(yán)格控制齒輪的齒厚及齒距公差，否則將影響運(yùn)動(dòng)的靈活性。=2\*GB2⑵柔性調(diào)整法是指調(diào)整后的齒側(cè)間隙可以自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低些，會(huì)影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性。主要有雙片直齒輪錯(cuò)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(jìn)給機(jī)構(gòu)中采用的是錐齒輪對(duì)降速傳動(dòng)，由于縱向運(yùn)動(dòng)精度要求不高，并且受到的軸向力較大，為了使得運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以采用傳動(dòng)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度直接影響加工精度，故精度要求較高，必須消除傳動(dòng)間隙。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用的是一對(duì)直齒輪降速，所以才用柔性調(diào)整法（雙片直齒輪錯(cuò)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(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置。其具有螺旋槽的絲桿與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件——滾珠。滾珠絲桿螺母機(jī)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(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，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(dòng)的閉合通路。=1\*GB2⑴滾珠絲桿副與滑動(dòng)絲桿副或其他直線運(yùn)動(dòng)相比，有下列特點(diǎn)：=1\*GB3①摩擦損失小，傳動(dòng)效率高。一般滾珠絲桿副的傳動(dòng)效率達(dá)92%～96%，滑動(dòng)絲桿副的傳動(dòng)效率僅為20%～40%。=2\*GB3②絲桿螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度。=3\*GB3③摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好。=4\*GB3④工作壽命長(zhǎng)。滾珠絲桿螺母副摩擦表面為高硬度（HRC58—62）、高精度，具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲桿副的4—10倍以上。=5\*GB3⑤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(wú)爬行、無(wú)間隙，通過(guò)預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸的補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。=6\*GB3⑥同步性好。用幾套相同的滾珠絲桿副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。=7\*GB3⑦可靠性高。潤(rùn)滑密封裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。=8\*GB3⑧不能自鎖，有可逆性，即能將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺旋運(yùn)動(dòng)。因此絲桿立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置。=9\*GB3⑨經(jīng)濟(jì)性差成本高。由于結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，故制造成本較高。=2\*GB2⑵滾珠絲桿副軸承選用及定位方式縱向進(jìn)給機(jī)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(duì)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(jī)床，故采用角接觸推力球軸承。橫向進(jìn)給機(jī)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?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的滾珠絲桿長(zhǎng)度均較長(zhǎng)，同時(shí)轉(zhuǎn)速也較高，因此滾珠絲桿的支承方式采用兩端固定法。=3\*GB2⑶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(huì)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(shí)，螺母不會(huì)立即反向，存在死區(qū)，影響絲桿的傳動(dòng)精度。因此，同齒輪的傳動(dòng)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(méi)有間隙，提高螺母絲桿副的接觸剛度[10]。本設(shè)計(jì)中采用齒差式雙螺母結(jié)構(gòu)，可通過(guò)調(diào)整兩個(gè)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(gè)不同的側(cè)面接觸，產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，以達(dá)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(gè)外齒輪又與固定在螺母體兩側(cè)的兩個(gè)齒數(shù)相同的內(nèi)齒圈相嚙合，調(diào)整方法是兩個(gè)螺母相對(duì)其嚙合的內(nèi)齒圈同向都轉(zhuǎn)一個(gè)齒。4.2導(dǎo)軌設(shè)計(jì)4.2.1導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求機(jī)床導(dǎo)軌是用來(lái)引導(dǎo)機(jī)床上運(yùn)動(dòng)不見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)方向，使刀架、溜板和工作臺(tái)等沿一定的軌跡準(zhǔn)確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并使機(jī)床部件得到準(zhǔn)確定位。故導(dǎo)軌是機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞，將直接影響機(jī)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)基本方面的要求：1.導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度是指導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性，足夠高的導(dǎo)向精度是保證機(jī)床加工精度的前提，因此它是對(duì)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(diǎn)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(zhǎng)的均勻和不均勻磨損，都會(huì)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(jī)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(rùn)滑和防護(hù)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(jī)床的加工精度。4.低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)擋動(dòng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)，應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。影響低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的因素有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、潤(rùn)滑情況、導(dǎo)軌摩擦面的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)的差值，以及窗洞導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系剛度。5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。開(kāi)式導(dǎo)軌是指在部件自重和載荷的作用下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面始終保持接觸、貼合，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)，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(dòng)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(jìn)給傳動(dòng)和縱向進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)都選擇開(kāi)式導(dǎo)軌。4.2.3導(dǎo)軌的類型及其選擇直線運(yùn)動(dòng)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(rùn)滑油，可用于高速工作條件，但必須有可靠的防護(hù)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(jiǎn)便、檢驗(yàn)和維修方便等優(yōu)點(diǎn);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(shí)，動(dòng)導(dǎo)軌會(huì)自動(dòng)下沉，自動(dòng)補(bǔ)償磨損量，不會(huì)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(kāi)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(yàn)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(bǔ)償間隙。主要用于受軸向負(fù)荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少。4.2.4導(dǎo)軌設(shè)計(jì)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(yàn)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(shí)為了提高導(dǎo)軌耐磨性和防止撕裂，在導(dǎo)軌副中，動(dòng)導(dǎo)軌采用鑄鐵，不淬火，支承導(dǎo)軌采用淬火鋼。4.3機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖如圖4.1所示（詳見(jiàn)A0=1\*GB2⑴號(hào)圖紙）?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明：自動(dòng)進(jìn)給時(shí)，手輪向外拉，使與手輪相連的錐齒輪和帶動(dòng)滾珠絲桿的錐齒輪分開(kāi)，為了保證在自動(dòng)進(jìn)給時(shí)手輪不會(huì)因?yàn)槠渖系腻F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(dòng)手輪到一定位置時(shí)，由安裝在箱體上的一個(gè)彈簧滾珠將其定位，手輪便不會(huì)被輕易推向里而碰到大錐齒輪。同樣手動(dòng)時(shí)，把手輪往里推，到一定位置時(shí)滾珠就會(huì)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(dòng)手輪，齒輪嚙合將運(yùn)動(dòng)傳給滾珠絲桿，帶動(dòng)工作臺(tái)作縱向運(yùn)動(dòng)。圖4.1縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖4.3.2橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖詳見(jiàn)A0（8）號(hào)圖紙橫向手動(dòng)進(jìn)給時(shí)應(yīng)將捏手松開(kāi)，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(shí)拉桿以將齒輪副脫開(kāi)）搖動(dòng)手柄，經(jīng)手輪、軸、聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲桿，使?jié)L珠螺母移動(dòng)，帶動(dòng)拖板做橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)微動(dòng)進(jìn)給基本上與手搖進(jìn)給相同，此時(shí)應(yīng)將捏手?jǐn)Q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(dòng)蝸桿上的捏手，經(jīng)蝸桿、斜齒輪嚙合傳動(dòng)軸，其余傳動(dòng)與上面相同。橫向自動(dòng)進(jìn)給的動(dòng)力為伺服電機(jī)，在它的輸出軸上裝有齒輪，經(jīng)與它嚙合的齒輪而傳動(dòng)軸（此時(shí)應(yīng)將齒型離合器分開(kāi)）經(jīng)聯(lián)軸器使?jié)L珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲母是緊固在拖板上的，因此式拖板做橫向自動(dòng)進(jìn)給。第5章硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件。數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更重要的要求，超高速切削、超精密加工技術(shù)等的應(yīng)用，要求數(shù)控機(jī)床的各個(gè)組成部分具有更高的性能指標(biāo)。當(dāng)今的數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，隨著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。本機(jī)床采用的是西門子數(shù)控系統(tǒng)，西門系數(shù)控系統(tǒng)，以較好的穩(wěn)定性和較優(yōu)的性能價(jià)格比，在我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)被廣泛應(yīng)用。802D數(shù)控系統(tǒng)是西門子數(shù)控系統(tǒng)中的一款高性能、低價(jià)位的數(shù)控系統(tǒng)。它可以控制四個(gè)數(shù)字進(jìn)給軸和一個(gè)主軸，能實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。它不僅廣泛用于企業(yè)中的數(shù)控銑床和數(shù)控車床，而且對(duì)于學(xué)校數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建也是較佳的選擇。1．西門子802D數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)成802D由PCU（PanelControlUnit）、一塊水平安裝或垂直安裝的鍵盤（CNCKEYBOARD）、一塊或兩塊輸入、輸出模塊（I/OMODULE）、驅(qū)動(dòng)器（SIMODRIVE611universalE）、1FK6系列的數(shù)字伺服電機(jī)（1FK6FEEDMOTORS）和1PH7系列的數(shù)字主軸電機(jī)（1PH7SPINDLE）組成，外加一個(gè)24V電源。另外，802D數(shù)控系統(tǒng)也有一些選，如電子手輪（HANDWHEEL）、機(jī)床控制面板（MCP）等。2．802D數(shù)控系統(tǒng)的連接802D系統(tǒng)的各個(gè)不見(jiàn)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS連接。其中PCU繼承了PROFIBUS接口、鍵盤、三個(gè)手輪接口以及PCMCIA接口（用語(yǔ)數(shù)據(jù)備份）。PLC繼承于PCU中。802D系統(tǒng)各部件的連接如下：首先確保24V直流電源為PCU和I/O接口提供電源。機(jī)床控制面板通過(guò)50芯扁平電纜直接與PCU連接。將I/O模塊和驅(qū)動(dòng)模塊分別通過(guò)PROFIBUS總線與PCU線連；驅(qū)動(dòng)模塊為伺服惦記和主軸惦記提供電源，同時(shí)伺服電機(jī)和主軸電機(jī)通過(guò)反饋電纜將信號(hào)反饋驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而通過(guò)PROFIBUS總線反饋給PCU[13]。檢查系統(tǒng)接線是否正確，可以通過(guò)按MCP的按件，查看數(shù)控系統(tǒng)PLC的狀態(tài)表，如果狀態(tài)表中的地址發(fā)生變化，則說(shuō)明接線基本正確。802D型數(shù)控系統(tǒng)的組成主要有以下幾個(gè)部分：=1\*GB2⑴面板控制單元和全數(shù)控的鍵盤（OP）—這是SINUMERIX802D數(shù)控系統(tǒng)（CNC）的主體部分，其中包括有CNC的CPU（稱之PCU）、面板控制單元和全數(shù)控的鍵盤；=2\*GB2⑵I/O模塊PP72/48為PLC部分，其提供了72點(diǎn)數(shù)字輸入河48點(diǎn)數(shù)字輸出。通過(guò)三個(gè)連接器河扁平電纜與外界信號(hào)連接。與OP通過(guò)PRFOBUS連接。=3\*GB2⑶機(jī)床控制面板（MCP）—為機(jī)床操作控制用，其中包括有機(jī)床操作所需要的全部按鈕，如果工作墨臺(tái)選擇選鈕、倍率開(kāi)關(guān)、NC啟動(dòng)和進(jìn)給保持按鈕、各軸正、負(fù)點(diǎn)動(dòng)鈕、電子手輪、相應(yīng)機(jī)床動(dòng)作的控制鈕等等。通過(guò)兩根扁平電纜與PP72/48I/O模塊相連接。=4\*GB2⑷SIMODRIVE611驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)—為CN的執(zhí)行單元。利用SIMODRIVE611，西門子公司提供了數(shù)字化的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)滿足機(jī)床在動(dòng)態(tài)響應(yīng)，伺度調(diào)整范圍和旋轉(zhuǎn)精度等特性等反面的要求。其與PCU的連接也是通過(guò)PROFIBUS接口完成的。所需的模塊，如電源模塊和功率模塊，要根據(jù)點(diǎn)的大小來(lái)選擇。進(jìn)給軸推薦選用1FK5電機(jī)，而主軸推薦用IPH7電機(jī)。=5\*GB2⑸SITOP電源—以上CNC的組成部分均需要直流電源供電，而且要求電源應(yīng)保證在惡劣的電網(wǎng)波動(dòng)下能保持精確穩(wěn)定的輸出。。802DPCU的功耗為24VDC50W，PP72/48I/O模塊外部輸出信號(hào)的24VDC電源的功耗需要根據(jù)機(jī)床實(shí)際使用的輸出位數(shù)從及同時(shí)系數(shù)計(jì)算得出。=6\*GB2⑹根據(jù)SIMENS公司的建議：系統(tǒng)應(yīng)使用兩個(gè)獨(dú)立的支流電源，一個(gè)用于802D的PCU、PP72/48和輸入信號(hào)的公共端，而另一個(gè)則為PP72/48的輸出信號(hào)供電[14]。依上所述，根據(jù)SINUMERIK802D數(shù)控機(jī)構(gòu)連線圖5.1所示。（詳見(jiàn)A3（6）號(hào)圖紙）圖5.1硬件電路圖第6章機(jī)床設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)首先在機(jī)床的總體布局和外觀上應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。隨著人性化生產(chǎn)、安全生產(chǎn)以及環(huán)保要求越來(lái)越高，現(xiàn)在國(guó)外很多的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對(duì)沒(méi)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(jì)的要求外，也應(yīng)再考慮外觀設(shè)計(jì)。其次是縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，此次設(shè)計(jì)由于兩個(gè)錐齒輪直徑較大，使得變速箱外形較大，后來(lái)加導(dǎo)軌和拖板時(shí)有點(diǎn)困難，使得工作臺(tái)很厚，浪費(fèi)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(tái)靠變速箱的一側(cè)，可能會(huì)引起偏斜。所以應(yīng)改進(jìn)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(wèn)題沒(méi)有很好的解決，應(yīng)將結(jié)構(gòu)改進(jìn)，不然會(huì)使軸承磨損較大，影響工作精度。由于本次設(shè)計(jì)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(dòng)軸承及V型導(dǎo)軌就能實(shí)現(xiàn)其精度，所以在傳動(dòng)部件上并沒(méi)有做突破性的改進(jìn)。希望在以后的精密數(shù)控平面磨床的設(shè)計(jì)中，可以進(jìn)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(dòng)部件。結(jié)論本次設(shè)計(jì)為一臺(tái)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(jìn)給靈敏度，準(zhǔn)確度高，磨削自動(dòng)化程度高。經(jīng)過(guò)三個(gè)月的設(shè)計(jì)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在這次設(shè)計(jì)中，我認(rèn)為我國(guó)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(kāi)發(fā)廉價(jià)化的超精密加工技術(shù)。例如：加強(qiáng)基礎(chǔ)部件的研究；規(guī)劃模塊化設(shè)計(jì)；重視系統(tǒng)化工藝與技術(shù)的開(kāi)發(fā)等措施；開(kāi)發(fā)具有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超精加工技術(shù)是超精加工廉價(jià)化的基礎(chǔ)。模塊化設(shè)計(jì)方的探究應(yīng)該包括如下：=1\*GB2⑴模塊化分類化、編碼系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)化的研究；=2\*GB2⑵標(biāo)準(zhǔn)基本元件的定義與分類；=3\*GB2⑶概念設(shè)計(jì)與模塊化分解和聯(lián)接的原則與方法；=4\*GB2⑷設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)支持系統(tǒng)和精度分析決策系統(tǒng)；=5\*GB2⑸單元模塊設(shè)計(jì)技術(shù)等。同時(shí)我國(guó)也應(yīng)加強(qiáng)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(jì)參考精密磨床MGK7120×6，我所設(shè)計(jì)的是磨床的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，精密磨床MGK7120×6縱向進(jìn)給采用的是液壓驅(qū)動(dòng)，這使得設(shè)計(jì)在一開(kāi)始顯得有些困難，感覺(jué)無(wú)從下手。于是參考了橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的基本形式，但是為了手動(dòng)時(shí)將和電動(dòng)機(jī)嚙合的錐齒輪推開(kāi)，在和電動(dòng)機(jī)相連的錐齒輪和手輪之間用拉桿連接，手動(dòng)時(shí)將手輪向里推，使錐齒輪對(duì)分開(kāi)，同時(shí)首輪上的直齒輪和拖板上的齒條嚙合，搖動(dòng)手輪，帶動(dòng)工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)。但是這樣并沒(méi)有考慮到，當(dāng)用手動(dòng)時(shí)絲桿螺母副的工作狀態(tài)是螺母帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣是很難運(yùn)動(dòng)的，雖然絲桿螺母副沒(méi)有自鎖現(xiàn)象，但摩擦也很大，在實(shí)際中，很難實(shí)現(xiàn)手動(dòng)進(jìn)給。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的考慮和改進(jìn)，把拉桿去掉，在手輪一側(cè)再裝一個(gè)錐齒輪，這樣，自動(dòng)進(jìn)給時(shí)，手輪向后拉將齒輪脫開(kāi)，由電機(jī)帶動(dòng)，手動(dòng)時(shí)，將手輪向里推，使兩錐齒輪嚙合，手搖手輪，絲桿運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)螺母做直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中使設(shè)計(jì)更加完善，但這個(gè)設(shè)計(jì)還存在很多不足之處有待改進(jìn)。本次設(shè)計(jì)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(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開(kāi)拓進(jìn)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(jǐn)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(duì)我的合作和支持。參考文獻(xiàn)[1]李圣怡，戴一帆.超精密加工機(jī)床的新進(jìn)展[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39(8)：7-14.[2]DonaldsonRR,PattersonSR.Designandconstructionofalarge,verticalaxisdiamondturningmachine.In:SPIE’s27thAnn.Int.Tech.Symp.Instrum.Display,1983:62~67.[3]JeffRuckman,EdFess,DennisVanGee.Recentadvancedinasphericandconformalgrindingatthecenterforopticsmanufacturing.SPIE,3784,1999.[4]LeadbeaterPB.Auniquemachineforgrindinglargeoff-axisopticalcomponents:theOAGM2500.J.ofPrecisonEngineering.1989,11(4):191~196[5]李伯民趙波.現(xiàn)代磨削技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.[6]XinC,Tetsuya.ACombinationofair-spindleandpermanentmagneticbearingforimprovedmotionaccuracyandstiffness.In:MECHATRONICS’98,Japan,1998:111~113.[7]嵇鈞生.X射線光刻機(jī)中應(yīng)用的精密定位工作臺(tái)[A].超精密加工技術(shù)學(xué)術(shù)交流論文集[C].超精密加工國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，1997.[8]北京機(jī)床研究所行業(yè)信息部.直線電機(jī)透析.機(jī)床信息，1997（4）：18~19.[9]趙松年，張奇鵬.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社；2002.[10]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（中）[M].北京，化學(xué)工業(yè)出版社；1983：476~479，975~984.[11]馮辛安黃玉美杜君文.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社；2002：105~158.[12]趙永成.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].北京，中國(guó)鐵道出版社；2002：81～132.[13]雷保珍.802D數(shù)控系統(tǒng)的安裝與調(diào)試[J].數(shù)控加工技術(shù)，2003（8增）：21~22.[14]方涌奎，王玥，詹果生.802D型數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用點(diǎn)滴[J]，精密制造與自動(dòng)化2003（2）：8~11.[15]王昆何小柏汪信遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1995.附錄英文翻譯資料精密設(shè)計(jì)：發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)DesignforPrecision:CurrentStatusandTrendsP.Schellenkens(2),N.RosielleH.Vermeulen,M.Vermeulen,S.Wetzels,W.PrilSectionPrecisionEngineering,EindhovenUnversityofTechnology,TheNetherlands摘要回顧精密設(shè)計(jì)的狀況，包括現(xiàn)在的精密設(shè)計(jì)人員，都把可重復(fù)性放在首位。這里多位編者引用的各種設(shè)計(jì)規(guī)則、模式或者原則，對(duì)于在超精密機(jī)床和儀器中得到能再現(xiàn)的結(jié)果都是正確的。不同概念、系統(tǒng)和元件的建模和分析需要采用高級(jí)的設(shè)計(jì)，或者使它充分有效。在分析上的花費(fèi)是值得的，這樣避免了制造出不完整的設(shè)計(jì)。但是，創(chuàng)造力在保證降低成本上更重要，它可以找出更好的辦法。在世界范圍內(nèi)，精密設(shè)計(jì)人員遵守設(shè)計(jì)原則，但是他們以他們的創(chuàng)造力進(jìn)行挑戰(zhàn)，以獲得思慮周到的設(shè)計(jì)。當(dāng)今，大部分精密機(jī)床、高級(jí)技術(shù)都用到補(bǔ)償，例如幾何誤差，有機(jī)床運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的誤差或者熱引起的誤差。精密設(shè)計(jì)今后的發(fā)展要求納米甚至是亞納米位置戶測(cè)量精度，要求采用完整的控制和誤差補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念。關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)原則和特征，預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)，精度，可再現(xiàn)性，重復(fù)性致謝作者要感謝以下的編者K.BlaedelH.VanBrusselJ.BryanD.DeBraJ.VanEijkC.EvansG.GochR.HockenP.McKeownV.PortmanS.SartoriH.SpaanC.TeagueE.ThwaitrA.vanToorenD.TrumperR.WeillG.X.Zhang介紹：目前，在工業(yè)領(lǐng)域和研究中，都采用了各種方法來(lái)制造高精產(chǎn)品或融入了高精加工環(huán)節(jié)。這類產(chǎn)品的制造依賴于一種高專化的科學(xué)，叫做超精加工，超精加工以以下學(xué)科為基礎(chǔ)精密設(shè)計(jì)光學(xué)和機(jī)械測(cè)量學(xué)精密加工這里所說(shuō)的精密設(shè)計(jì)是指包括材料、機(jī)械、電子、控制、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和軟件在內(nèi)的所有設(shè)計(jì)。也可以說(shuō)成是高精密機(jī)電設(shè)計(jì)。隨著機(jī)械儀器和產(chǎn)品高精度要求的迅速增長(zhǎng)，高精度的設(shè)計(jì)也變得越來(lái)越重要的,如今，這種發(fā)展趨勢(shì)受到了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的影響。這種加工方法始于1958年，集成電路剛問(wèn)世的時(shí)候。由于需要在一塊芯片上放置越來(lái)越多的晶體管[]所以要使用低至幾個(gè)納米的定位誤差的機(jī)器。例如，一種在一片矽板上用來(lái)定位內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)點(diǎn)的晶體分布器。這樣一種機(jī)器只有靠高度發(fā)展的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。同樣，高密度的光學(xué)記錄系統(tǒng)（DVD）的迅速發(fā)展是應(yīng)光盤控制系統(tǒng)的發(fā)展需要，這要求機(jī)床的誤差等級(jí)控制在納米范圍內(nèi)。機(jī)床中的軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)和卷抽成型光學(xué)部件的制造精度維亞微米。為了適應(yīng)生產(chǎn)要求，應(yīng)大力發(fā)展亞微米精度甚至納米精度的機(jī)床。在度量衡學(xué)，高精度的測(cè)量已經(jīng)得到了發(fā)展，例如測(cè)量軟件、誤差建模、測(cè)量技巧和測(cè)量方法。為了測(cè)量零件和產(chǎn)品有足夠的精度，就要有精度維亞微米到納米的機(jī)床，既然現(xiàn)有的高精度的設(shè)計(jì)模型很難達(dá)到這種水平，就要求有新的設(shè)計(jì)技術(shù)。由于精密的可調(diào)測(cè)量機(jī)床、激光干涉儀和納米靈敏件STM和AFM的出現(xiàn)，度量衡學(xué)作為一種基礎(chǔ)規(guī)律將面臨著非常大的發(fā)展，而且，很多分析軟件和誤差補(bǔ)償軟件業(yè)正在發(fā)展和實(shí)行。精密加工用以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高形狀精度和高的表面質(zhì)量。該精度可達(dá)到納米等級(jí)，所以，機(jī)械的設(shè)計(jì)和加工步驟都必須確定，包括加工步驟和機(jī)械的相互作用及刀具和工件間相互作用。用以實(shí)現(xiàn)精密加工的幾種技術(shù)有：鉆、磨、拉、，磨孔、拋光、離子和電子放射加工和化學(xué)加工。在[Gardner,1991]、[Nakazawa,1994]和[Taniguchi,1996]里可找到關(guān)于機(jī)床和機(jī)械技術(shù)的主要概況。這個(gè)領(lǐng)域的新發(fā)展則應(yīng)在納米范圍內(nèi)[Stix,1996]。盡管在精密度量衡學(xué)和制造領(lǐng)域有很多有趣的例子，這篇論文已經(jīng)迷制造為主題。這個(gè)規(guī)律有著重要的歷史和幾種起源。盡管如此，有一點(diǎn)很清楚，在早期，天文學(xué)和度量衡學(xué)的發(fā)展對(duì)精密設(shè)計(jì)有著重要的影響。有關(guān)于以前的精密加工的發(fā)展在[Evans,1989]中有記載。19世紀(jì)出現(xiàn)了很多發(fā)明，特別是在設(shè)計(jì)方面。通過(guò)直線和圓弧加工機(jī)床獲得了很多相關(guān)的理論。許多精密機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造都采用了運(yùn)動(dòng)性設(shè)計(jì)和人性化設(shè)計(jì)原則等先進(jìn)的設(shè)計(jì)原則。在20世紀(jì)，由于各種測(cè)量?jī)x器和精密機(jī)床發(fā)展的刺激，設(shè)計(jì)的發(fā)展有了進(jìn)一步的上升。在美國(guó)，一個(gè)精密機(jī)床設(shè)計(jì)的特別例子就是：一臺(tái)高精光學(xué)鉆床（LODTM）[Donaldson,1983],這里要特別提到的是設(shè)計(jì)者布賴恩，他設(shè)計(jì)了幾種機(jī)床，包括84英尺的（LDTM）[Teague,1989,1997].最近的新發(fā)展則是分子測(cè)量機(jī)床，如圖1.1所示。圖1.1：分子測(cè)量機(jī)床在歐洲，二十世紀(jì)50年代，飛利浦研究所（荷蘭）為國(guó)內(nèi)發(fā)展研制了幾種高精機(jī)床。那時(shí)，Granfield精密加工組織和RankTaylorHobson發(fā)展了一種寬帶的高精機(jī)床，包括“納米”。在德國(guó)和瑞士，最早追溯到1875年，Zeiss和GSIP就制造了高精測(cè)量和制造機(jī)床。日本也有很長(zhǎng)的高精機(jī)床和儀器的發(fā)展史。如今，日本在該領(lǐng)域扮演著主要角色，關(guān)于“日本的設(shè)計(jì)”在Taniguchi的書(shū)“Nanotechnology”[Taniguchi,1996]中有詳細(xì)介紹。例如，該書(shū)中可能提到CSSP。所以我們可以得出一個(gè)結(jié)論：對(duì)于高精密度的機(jī)床和產(chǎn)品的需求在增長(zhǎng)。在[]中介紹了向高精度的發(fā)展趨勢(shì)，在[Taniguchi,1983]和[Taniguchi,1996]中更特別介紹了機(jī)床精度。他著名的預(yù)測(cè)機(jī)床精度圖表如圖1.2所示。圖1.2：Tanicuchi預(yù)測(cè)的精密加工的趨勢(shì)這張圖表很好的預(yù)測(cè)了現(xiàn)在的趨勢(shì)。精密工程的未來(lái)趨勢(shì)主要由IC技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)決定，產(chǎn)生儲(chǔ)藏量、生物工程學(xué)、MEMS和用戶產(chǎn)品需要的信息。將會(huì)持續(xù)平穩(wěn)發(fā)展，所以精密機(jī)器的需要在將來(lái)會(huì)上升。精密設(shè)計(jì)在未來(lái)的高精產(chǎn)品和機(jī)械的發(fā)展中扮演主要角色。利用總體設(shè)計(jì)方法在多種科學(xué)的設(shè)計(jì)組中可以實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)。由于高精設(shè)計(jì)的費(fèi)用上升，設(shè)計(jì)必須放在首位。因此預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)是必要的。這片設(shè)計(jì)總結(jié)了精密設(shè)計(jì)的基本信息，說(shuō)明了在精密加工這個(gè)重要領(lǐng)域中技術(shù)和將來(lái)的趨勢(shì)。2.精密設(shè)計(jì)的元素在精密儀器和機(jī)床的很多部分，要經(jīng)過(guò)反復(fù)的祥和作用來(lái)達(dá)到最后的精度。由于誤差會(huì)產(chǎn)生幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的影響，每一個(gè)部分都會(huì)影響到整體的精度。盡管實(shí)行了這些影響因素的相互作用在整個(gè)系統(tǒng)活動(dòng)中有重要作用，但這里主要是分離的介紹這些因素。整篇論文的術(shù)語(yǔ)：儀器和機(jī)器都用來(lái)表示一種儀器。度量衡學(xué)的術(shù)語(yǔ)根據(jù)“國(guó)際大眾度量衡學(xué)術(shù)語(yǔ)詞匯表”定義的。在精密設(shè)計(jì)中，相對(duì)于純粹的度量衡學(xué)、精密定位和機(jī)床刀具路徑，有關(guān)機(jī)器和儀器的更是關(guān)鍵信息。因此，下列給出的定義，是從上面提到的國(guó)際詞匯表的擴(kuò)大。.加工精度：加工的實(shí)際數(shù)量等級(jí)的理想等級(jí)之間的差別，描述了質(zhì)量上的精度。.加工誤差：與加工結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，描述可以合理的歸因于數(shù)量的等級(jí)的離中趨勢(shì)。.精度：可以從只是裝置中讀出的指示度數(shù)的最小刻度。.（加工結(jié)果的）重復(fù)性：在相同條件下成功加工相同量的結(jié)果間的差值。.重現(xiàn)性：在不同條件下加工結(jié)果間的差別。其他關(guān)于測(cè)量和制造機(jī)器的定義在[]和[]中分別給出，ISO準(zhǔn)則中給出了定量的描述。在布賴恩有關(guān)于“軸的旋度”的個(gè)別指導(dǎo)中描述了從20年代30年代末到現(xiàn)在的實(shí)際精密汽車轉(zhuǎn)向節(jié)和周的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ絒Bryan,1996]。2.2幾何圖在最初的機(jī)器和儀器設(shè)計(jì)中，幾何圖是設(shè)計(jì)者對(duì)于及其所應(yīng)具有的結(jié)構(gòu)的意向。在最初階段，幾何圖通常包括一些基本形狀。例如，用圓柱體或管子表示軸，用梁或者封閉的盒子結(jié)構(gòu)標(biāo)志支撐物，用平面或柱狀表示導(dǎo)向部分。但是，在實(shí)際中，這些理想的形狀不能被復(fù)制，由于受機(jī)床精度限制，直線永遠(yuǎn)不可能完全直，而且元也不可能完全圓。這里，仔細(xì)選擇加工工序是應(yīng)特別注意提高零件的精度。在加工過(guò)程中，越多運(yùn)動(dòng)的軸將導(dǎo)致更多的錯(cuò)誤，盡管額外的軸的微小運(yùn)動(dòng)可能會(huì)對(duì)幾何誤差有一定的補(bǔ)償。精度不僅僅受肉眼的形狀誤差影響，也受肉眼偏差影響，例如表面光潔度。在整體加工中，這是很多應(yīng)用中的必須因素。在接觸關(guān)系中，磨對(duì)于表面光潔度的影響是明顯的。夾住的部分間的聯(lián)系對(duì)表面光潔度的影響就不太明顯，但是當(dāng)剛度、阻尼、磁滯和熱傳導(dǎo)率和熱擴(kuò)散型等性質(zhì)相關(guān)時(shí)就是必需的了。幾何圖不僅在加工過(guò)程中修改，如果沒(méi)有足夠的隔離（例如隔振、隔熱），幾何圖就會(huì)受環(huán)境影響，例如，大部分材料的元件，在溫度變化影響下的膨脹和變形，對(duì)于未加封的的自然花崗巖，它結(jié)構(gòu)的形狀取決于水汽的進(jìn)入。其他一些影響幾何圖的因素有：振動(dòng)、電器和磁場(chǎng)。很多材料的使用壽命取決于空間的變化。同樣介紹了非理想的形狀，因?yàn)閷?shí)際上機(jī)器時(shí)有很多零部件裝配而成的。這里，對(duì)形式和力的接近的解釋和單塊結(jié)構(gòu)和用螺釘或膠合的裝配結(jié)構(gòu)間的選擇的考慮是必要的。在裝配時(shí)，零部件可以用非常精確的特殊機(jī)床加工[]，盡管在接觸面的滯后作用可以會(huì)對(duì)整個(gè)在現(xiàn)性產(chǎn)生消極影響。在傳統(tǒng)形式中，對(duì)于閉環(huán)裝配部件要有窄的公差，否則會(huì)產(chǎn)生反接力，在錯(cuò)誤測(cè)量情況下，就會(huì)在裝配時(shí)引入搞得不明確的壓力。力的封閉結(jié)構(gòu)從另一方面解決了這個(gè)問(wèn)題，它采用靜態(tài)聯(lián)系方法，例如運(yùn)動(dòng)學(xué)的、半運(yùn)動(dòng)學(xué)的[]或者未運(yùn)動(dòng)學(xué)的[]設(shè)計(jì)聯(lián)系，因此，大大減小了幾何形狀誤差，甚至在力封閉結(jié)構(gòu)中，一些幾何誤差，例如：導(dǎo)向軸方形誤差和平面誤差將會(huì)影響整個(gè)精度。但是這些誤差都是可以減小的，而且有可能采用軟件補(bǔ)償來(lái)減少。由于機(jī)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度有限，所以幾何位置在有載荷的情況下就會(huì)發(fā)生變化。特別是黨在和產(chǎn)生的位置和尺寸的變化時(shí)，將嚴(yán)重的影響機(jī)器的工作。當(dāng)有了正確的模型，這些誤差都可以預(yù)測(cè)和彌補(bǔ)[]。另一個(gè)關(guān)系到幾何圖的問(wèn)題是：工件的定位。對(duì)于加工和測(cè)量機(jī)床，工件的定位必須保證在夾具內(nèi)不產(chǎn)生變形。同時(shí)，工件必須牢固的固定在機(jī)床的框架或工作臺(tái)上，而且，特別提到的是：在加工時(shí)，工件的熱膨脹不能產(chǎn)生過(guò)大的壓力。關(guān)系到定位問(wèn)題的是：在高精密儀器重要是應(yīng)傳感器的襯墊物。這就是運(yùn)動(dòng)的和半運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。2.3運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)床往往不是靜止的，用運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系來(lái)描述就是：不同的部分有不同的運(yùn)動(dòng)。這些結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)描述之描繪了理論發(fā)生什么，只基于理論長(zhǎng)度、理論位置和理論圓弧的。但是，在實(shí)際中，這些因素都是在一定精度下保證的，因此，在實(shí)際的形式、速度和加速度等細(xì)節(jié)方面與理想的形式有所不同。在現(xiàn)代機(jī)床中，位置是由多個(gè)機(jī)械部分聯(lián)合產(chǎn)生的，例如，侍服控制系統(tǒng)中的促動(dòng)器和傳感器。促動(dòng)器的公路和速度、傳感器分析、控制方法和機(jī)械重現(xiàn)性等因素共同決定了規(guī)定方法的精度。在多于一根軸被控制的情況下，軸的同步性是影響精度的另一因素。例如，在銑圓弧外形時(shí)，要同時(shí)控制兩個(gè)正交軸。2.4動(dòng)力學(xué)事實(shí)上，機(jī)床不是靜止的，包含有多個(gè)加速部分，意味著在加工過(guò)程中動(dòng)力學(xué)效應(yīng)將起到重要的作用。一個(gè)將相對(duì)位置不確定的加速度影響減到最小的方法是選擇合適的輪廓，例如，在第二引出物中不包含突漲的曲率，例如，用傾斜的正弦來(lái)代替拋物線。防止振動(dòng)和錯(cuò)誤運(yùn)動(dòng)同樣可以有效的減少動(dòng)力位置誤差。零部件本身就可以按最小受力設(shè)計(jì)。若零部件是旋轉(zhuǎn)的，對(duì)稱結(jié)構(gòu)就有利于減少不平衡，同時(shí)全部的慣性的都可以減小，直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)保持質(zhì)量小，并且應(yīng)盡可能靠近軸驅(qū)動(dòng)。另外一個(gè)決定機(jī)床對(duì)動(dòng)力影響的因素是剛度。一般為了減小受力、增大剛度，不僅跟材料的質(zhì)量和種類有關(guān)，而且和分布也有關(guān)系。通常動(dòng)力障礙有外部產(chǎn)生，例如地板和聲音的振動(dòng)。這些情況下，剛度、質(zhì)量比對(duì)于減小輸入相應(yīng)是必需的。是機(jī)床和障礙隔離可以直接減小輸入。3.設(shè)計(jì)原則高精度機(jī)床的設(shè)計(jì)要經(jīng)過(guò)很多人的分析。Pollard在他的“Cantor沿江”中描述了科學(xué)儀器的機(jī)械設(shè)計(jì)[Pollard,1922]。Loewen列出了主要的原理[Loewen,1980]。McKeown在[McKeown,1986,1987,1997]中定義了“十一條原理和技術(shù)”。Teague和Evans說(shuō)明了基本概念，發(fā)表了12個(gè)“精密儀器模型”[Teague,1989-1997]。基于這些調(diào)查，總結(jié)了第三和第五部