【正文】 l display and control of process parameters, a set of grinding and abrasive, semi automatic polishing, has the advantages of small volume, easy to use . Key words: NC machine。 Precision。 Numerical control 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 2 引言 （ 1）在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，零件的復(fù)雜程度和精度要求快速提高，普通的傳統(tǒng)機(jī)床已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效率、一機(jī)多用，可以完成復(fù)雜型面加工的特點(diǎn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控裝置的基本功能幾乎全由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件幾乎能通用，從而使其更具加工柔性，功能更加強(qiáng)大。 拋光機(jī)也稱(chēng)研磨機(jī)，其工作原理是電機(jī)帶動(dòng)拋光盤(pán)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于拋光盤(pán)上的海綿、羊毛和拋光劑共同的作用，使其與待拋表面保持摩擦，進(jìn)而達(dá)到祛除漆面污染、氧化層、淺劃痕的目的。我 國(guó)目前仍以手工研磨拋光為主，該方法不需要特殊的設(shè)備，適應(yīng)性比較強(qiáng)，主要依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)技藝水平，不僅效率低，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，周期長(zhǎng)，工人作業(yè)環(huán)境差。模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，但手工拋光的以上缺點(diǎn)制約了我國(guó)模具加工向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光的自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。 計(jì)算機(jī)數(shù)控拋光技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)控制的精密機(jī)床將工件表面磨削成所需要的面形，然后用柔性拋光模拋光，使工件在不改變精磨面形精度的條件下達(dá)到鏡面光潔度的光學(xué)零件制造技術(shù)。數(shù)字式拋光機(jī)這 種拋光工具采用數(shù)字化控制，數(shù)字式顯示和控制工藝參數(shù)，備有整套磨頭及磨料，半自動(dòng)拋光，具有體積小、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。拋光不僅增加工件的 美觀，而且能夠改善材料表面的耐腐蝕性、耐磨性，還可以使模具擁有其它優(yōu)點(diǎn)，如使塑料 制品易于脫模，減少生產(chǎn)注塑周期等。因而拋光在零件加工過(guò)程中是很重要的一道工序。數(shù)控化的拋光機(jī)還可以解決用戶過(guò)去因工件形狀復(fù)雜難以達(dá)到拋光要求這一難題。并且縮短了拋光時(shí)間提高了工作效率。采用該工具進(jìn)行拋光，可快速對(duì)粗糙表面整形拋光，不受工件形狀、材料硬度限制，對(duì)原始表面粗糙度沒(méi)有要求，功效比較高。 （ 2）目前，美國(guó)亞里桑那大學(xué)的光學(xué)中心，已基本上用計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨拋光加工技術(shù)取代了傳統(tǒng)的手工研磨拋光加工非球面光學(xué)零件。 80 年代末，日本研制出了的超精密數(shù)控范成法研磨機(jī)，使用該研磨機(jī)加工出的光學(xué)零件，其面形精度達(dá)到了 m，表面粗糙度的均方根值為 。若用瀝青拋光模進(jìn)行加工，表面粗糙度的均方根值能達(dá)到 。最近，日本采用門(mén)型機(jī)械加工中心，使用 4000～ 8000鑄鐵絲結(jié)合金剛石砂輪，利用 ELID（在線電解修正法）磨削法，磨削 BK7光學(xué)玻璃，所獲得的非球面的面形精度為 1μ m，表面粗糙 度為 43nmRmax。 德國(guó)的計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨拋光技術(shù)很快。Loh 公司生產(chǎn)的 CNCSPM50 和 120研磨拋光機(jī)，不僅可以粗、精磨球面光學(xué)零件，而且還可以粗、精磨非球面光學(xué)零件。針對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的研磨拋光工序和高速數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，在普通立式機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控拋光機(jī)床設(shè)計(jì)。 數(shù)控拋光機(jī)的設(shè) 計(jì) 3 1 數(shù)控拋光機(jī)的總體設(shè)計(jì) 拋光機(jī)的總體設(shè)計(jì)是拋光機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)機(jī)床的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著決定性作用。拋光機(jī)的總體設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)調(diào)查研究，檢索資料，掌握拋光機(jī)設(shè)計(jì)的依據(jù)；然后進(jìn)行工藝分析，擬訂出性能先 進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性好的工藝方案；工藝分析只確定零件的加工方法，以及要獲得的零件需求應(yīng)具有的運(yùn)動(dòng)。如何實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)，有哪幾個(gè)部件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)以及怎樣產(chǎn)生所需的運(yùn)動(dòng)，工件是立式加工還是臥式加工，運(yùn)動(dòng)控制、拋光機(jī)的控制位置等，將是總體布局所要解決的問(wèn)題。 工藝分析 大批量加工，零件為非球形曲面凹形工件，需要對(duì)工件的內(nèi)表面進(jìn)行拋光，所需要的運(yùn)動(dòng)為三坐標(biāo)的相關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)。為了適應(yīng)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，減少一般工廠中工人的勞動(dòng)量，改善工人的工作環(huán)境。在數(shù)控拋光記的設(shè)計(jì)中特應(yīng)用簡(jiǎn)單的數(shù)字控制系統(tǒng)。就實(shí)際情 況分析，一般的機(jī)械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要精密的數(shù)控系統(tǒng)，但考慮一般機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)相對(duì)比較困難，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)備比較龐大。然而這些問(wèn)題可以在一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)控系統(tǒng)中很容易地得到很好的解決。隨著微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，性能的不斷提高，大范圍的應(yīng)用普及，應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)控系統(tǒng)來(lái)完成一般的工作，在一般的小型工廠中足可以實(shí)現(xiàn)。所以我們采用了如下的設(shè)計(jì)方案： 進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī) —— 數(shù)字控制，滾珠絲杠，雙螺母墊片調(diào)整間隙，導(dǎo)軌副采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。 上述方案的提出，我綜合考慮了以下內(nèi)容 ： (1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低，控制性能好，在一定的頻率下，能按控制頻率的要求快速啟動(dòng)、停止和反轉(zhuǎn)。控制輸入脈沖頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨之改變。并可在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的理想元件。 (2)滾珠絲杠副傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： 傳動(dòng)效率高，摩擦損失小，其功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副。給予適當(dāng)預(yù)緊 ,可消除絲杠和螺母的螺紋間隙反向可消除空程死區(qū)，定位精度高，剛性好。啟動(dòng)力矩小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，同步性好。磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好 [1]。 (3)雙螺母 墊片調(diào) 整間隙并預(yù)緊，該方式結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。 (4)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的優(yōu)點(diǎn)： 摩擦系數(shù)小和動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近。因此，動(dòng)作輕便，摩擦力小，摩擦發(fā)熱少，磨損小，可避免出現(xiàn)爬行有較高的定位精度。如果采用滑動(dòng)導(dǎo)軌其接觸剛度較小，但是摩擦阻力大，磨損快，動(dòng)靜摩擦系數(shù)差別大，而且低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。應(yīng)此不采用滑動(dòng)導(dǎo)軌副而采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 4 總體布局 拋光機(jī)要有縱向、橫向、垂直方向的運(yùn)動(dòng)和拋光頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。各運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源均采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便于實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制?？v向、橫向和垂直方向均采用滾珠絲杠螺母將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變 為直線運(yùn)動(dòng)。 分配拋光機(jī)的運(yùn)動(dòng)：工件為中小型工件，工件的縱向、橫向運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)由滾動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)；拋光頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由主軸實(shí)現(xiàn)，這樣基本可以均勻分配運(yùn)動(dòng)，使每個(gè)運(yùn)動(dòng)件減小重量，降低慣性， 需要的驅(qū)動(dòng)力就小，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小，一般說(shuō)來(lái)制造成本就低；選用的電動(dòng)機(jī)和絲杠螺母就相對(duì)普通，便于購(gòu)置。工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度、剛度和加工工件的精度。 機(jī)床形式：機(jī)床形式是指主運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件的狀態(tài)，支撐形式是指支撐件的形狀，支撐件高度方向尺寸小于長(zhǎng)度方向尺寸時(shí)稱(chēng)為臥式支撐；支撐件的高度方向尺寸大于長(zhǎng)度方向尺 寸時(shí)稱(chēng)為立式支撐。數(shù)控拋光機(jī)采用立式機(jī)床形式和立式支撐形式。這種結(jié)構(gòu)占地面積小，機(jī)床的操作比較靈活。適用于加工箱形零件。 圖 11 布局：僅主軸箱上下移動(dòng)，移動(dòng)部件輕視用于較大尺寸的機(jī)床。單立柱式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造較方便，便于操作。 圖 1－ 1 單立柱式形式 數(shù)控拋光機(jī)的設(shè) 計(jì) 5 圖 1－ 2 立式機(jī)床形式 圖 1－ 2 布局：主電動(dòng)機(jī)和主軸部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均隨主軸箱上下運(yùn)動(dòng)，無(wú)相對(duì)移動(dòng)環(huán)節(jié)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置較方便，并易于實(shí)現(xiàn)主軸箱機(jī)動(dòng)上下移動(dòng)。立柱導(dǎo)軌位于立柱中間，加工較困難。主軸箱和主電動(dòng)機(jī)等較重，上下移動(dòng)不便 。考慮到機(jī)床的加工范圍、生產(chǎn)率、加工精度和經(jīng)濟(jì)性等多方面因素，選用圖 11布局。 提高拋光機(jī)動(dòng)剛度 減小熱變形 拋光機(jī)工作時(shí)受到外部熱源的影響，如：電動(dòng)機(jī)和環(huán)境溫度等，以及內(nèi)部熱源的影響， 如：摩擦熱、切削熱等，使機(jī)床各部分溫度發(fā)生變化。熱源在機(jī)床上分布不均，且產(chǎn)生的熱量不 同 [2]。自然會(huì)導(dǎo)致機(jī)床各部分不同的溫升。由于不同的金屬材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，造成機(jī)床各部分變形不一，產(chǎn)生機(jī)床熱變形。使機(jī)床機(jī)工精度降低，運(yùn)動(dòng)部件磨損加快。 減少熱變形最簡(jiǎn)單有效的方法是隔離熱源。在拋光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 時(shí)，將電動(dòng)機(jī)和主機(jī)分離主軸電機(jī)位于主體上方，利于散熱，加強(qiáng)空氣流通，改善環(huán)境溫度等。 降低噪音 機(jī)床振動(dòng)時(shí)噪音源，主要是：（ 1）滾動(dòng)軸承及其他傳動(dòng)零件的振動(dòng)、摩擦等造成的機(jī)械噪聲。（ 2）電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)空氣形成的空氣噪音。（ 3）電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)磁滯伸縮產(chǎn)生的電磁噪音 [3]。 在數(shù)控拋光機(jī)設(shè)計(jì)中采用的降低噪音的措施：縮短傳動(dòng)鏈，減少傳動(dòng)件的個(gè)數(shù)，選用的電機(jī)合理，盡量減少電動(dòng)機(jī)因驅(qū)動(dòng)載荷的變化代來(lái)的噪音。 造型設(shè)計(jì) 機(jī)床的造型必須和功能相適應(yīng)，功能決定造型，造型表現(xiàn)功能。數(shù)控拋光機(jī)造型 總的原則是經(jīng)濟(jì)實(shí)用，自動(dòng)化程度高，美觀大方。 數(shù)控拋光機(jī)外觀造型整體統(tǒng)一，均衡穩(wěn)定，比例協(xié)調(diào)。部件的形體采用小圓角過(guò)渡的棱柱體造型。 主要技術(shù)參數(shù)的確定 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 6 尺寸參數(shù) 拋光機(jī)主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是機(jī)床參數(shù)中最主要的。它必須滿足以下要求：（ 1）直接反映出拋光機(jī)的加工能力和特性；（ 2）決定其他基本參數(shù)值的大小；（ 3）作為機(jī)床設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)；（ 4）作為用戶選用機(jī)床的主要依據(jù) 。 (1)主要尺寸參數(shù)（主參數(shù)）的確定 拋光機(jī)的主參數(shù)主要決定于加工工件的尺寸。依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求確定 拋光機(jī)的主參數(shù)為：工作臺(tái)工作面尺寸 300X480mm。 (2)其他尺寸參數(shù)的確定 其他尺寸為拋光機(jī)的第二主參數(shù)，它是與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化和機(jī)床結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)，它根據(jù)主參數(shù)來(lái)確定。工作臺(tái)最大移動(dòng)距離 x向 600 mm, y 向 400mm,主軸箱移動(dòng) z向 230mm。導(dǎo)軌長(zhǎng)度 Lx： 1000mm， Ly： 560mm,Lz:360mm。 2 數(shù)控拋光機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 X 向移動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件： 移動(dòng)部件的重量： G=800kg=8kN，時(shí)間常數(shù)： T=25ms，滾珠絲杠基本導(dǎo)程： L0 =5mm，行程： S=500mm，脈沖當(dāng)量 ：δ p=，步距角： ???