【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（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)機床已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機床具有高精度、高效率、一機多用，可以完成復(fù)雜型面加工的特點，特別是計算機技術(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。 拋光機也稱研磨機，其工作原理是電機帶動拋光盤高速轉(zhuǎn)動，由于拋光盤上的海綿、羊毛和拋光劑共同的作用，使其與待拋表面保持摩擦，進而達到祛除漆面污染、氧化層、淺劃痕的目的。我 國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，主要依賴于操作者的經(jīng)驗技藝水平，不僅效率低，且工人勞動強度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，周期長，工人作業(yè)環(huán)境差。模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、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制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。 計算機數(shù)控拋光技術(shù)是一種由計算機控制的精密機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到鏡面光潔度的光學(xué)零件制造技術(shù)。數(shù)字式拋光機這 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，半自動拋光，具有體積小、使用方便的優(yōu)點。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，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程中是很重要的一道工序。數(shù)控化的拋光機還可以解決用戶過去因工件形狀復(fù)雜難以達到拋光要求這一難題。并且縮短了拋光時間提高了工作效率。采用該工具進行拋光，可快速對粗糙表面整形拋光，不受工件形狀、材料硬度限制，對原始表面粗糙度沒有要求，功效比較高。 （ 2）目前，美國亞里桑那大學(xué)的光學(xué)中心，已基本上用計算機數(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，使用該研磨機加工出的光學(xué)零件，其面形精度達到了 m，表面粗糙度的均方根值為 。若用瀝青拋光模進行加工，表面粗糙度的均方根值能達到 。最近，日本采用門型機械加工中心，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。 德國的計算機數(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，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。針對產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的研磨拋光工序和高速數(shù)控機床在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，在普通立式機床的基礎(chǔ)上進行數(shù)控拋光機床設(shè)計。 數(shù)控拋光機的設(shè) 計 3 1 數(shù)控拋光機的總體設(shè)計 拋光機的總體設(shè)計是拋光機設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對機床的技術(shù)性能和經(jīng)濟性能指標(biāo)起著決定性作用。拋光機的總體設(shè)計是根據(jù)設(shè)計要求，通過調(diào)查研究，檢索資料，掌握拋光機設(shè)計的依據(jù)；然后進行工藝分析，擬訂出性能先 進，經(jīng)濟性好的工藝方案；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)具有的運動。如何實現(xiàn)這些運動，有哪幾個部件產(chǎn)生運動以及怎樣產(chǎn)生所需的運動，工件是立式加工還是臥式加工，運動控制、拋光機的控制位置等，將是總體布局所要解決的問題。 工藝分析 大批量加工，零件為非球形曲面凹形工件，需要對工件的內(nèi)表面進行拋光，所需要的運動為三坐標(biāo)的相關(guān)聯(lián)運動。為了適應(yīng)機械行業(yè)的發(fā)展趨勢，提高機床的自動化程度，減少一般工廠中工人的勞動量，改善工人的工作環(huán)境。在數(shù)控拋光記的設(shè)計中特應(yīng)用簡單的數(shù)字控制系統(tǒng)。就實際情 況分析，一般的機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)，但考慮一般機械系統(tǒng)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)相對比較困難，而且實現(xiàn)起來相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)備比較龐大。然而這些問題可以在一個簡單的數(shù)控系統(tǒng)中很容易地得到很好的解決。隨著微型計算機系統(tǒng)的發(fā)展，性能的不斷提高，大范圍的應(yīng)用普及，應(yīng)用一個簡單的數(shù)控系統(tǒng)來完成一般的工作，在一般的小型工廠中足可以實現(xiàn)。所以我們采用了如下的設(shè)計方案： 進給系統(tǒng)采用步進電動機 —— 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)步進電動機具有以下優(yōu)點： 控制系統(tǒng)簡單，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、停止和反轉(zhuǎn)?？刂戚斎朊}沖頻率，電動機的轉(zhuǎn)速就隨之改變。并可在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，是開環(huán)控制系統(tǒng)的理想元件。 (2)滾珠絲杠副傳動的優(yōu)點： 傳動效率高，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。啟動力矩小，運動平穩(wěn)，傳動精度高，同步性好。磨損小，使用壽命長，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)直線滾動導(dǎo)軌副的優(yōu)點： 摩擦系數(shù)小和動、靜摩擦系數(shù)很接近。因此，動作輕便，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。如果采用滑動導(dǎo)軌其接觸剛度較小，但是摩擦阻力大，磨損快，動靜摩擦系數(shù)差別大，而且低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。應(yīng)此不采用滑動導(dǎo)軌副而采用直線滾動導(dǎo)軌副。 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 4 總體布局 拋光機要有縱向、橫向、垂直方向的運動和拋光頭的旋轉(zhuǎn)運動。各運動的動力源均采用步進電動機驅(qū)動，以便于實現(xiàn)聯(lián)動控制?？v向、橫向和垂直方向均采用滾珠絲杠螺母將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變 為直線運動。 分配拋光機的運動：工件為中小型工件，工件的縱向、橫向運動和垂直運動由滾動導(dǎo)軌帶動工作臺實現(xiàn)；拋光頭的旋轉(zhuǎn)運動由主軸實現(xiàn)，這樣基本可以均勻分配運動，使每個運動件減小重量，降低慣性， 需要的驅(qū)動力就小，傳動機構(gòu)體積小，一般說來制造成本就低；選用的電動機和絲杠螺母就相對普通，便于購置。工作臺的結(jié)構(gòu)簡單，有利于提高運動精度、剛度和加工工件的精度。 機床形式：機床形式是指主運動執(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度方向尺寸時稱為臥式支撐；支撐件的高度方向尺寸大于長度方向尺 寸時稱為立式支撐。數(shù)控拋光機采用立式機床形式和立式支撐形式。這種結(jié)構(gòu)占地面積小，機床的操作比較靈活。適用于加工箱形零件。 圖 11 布局：僅主軸箱上下移動，移動部件輕視用于較大尺寸的機床。單立柱式結(jié)構(gòu)簡單，制造較方便，便于操作。 圖 1－ 1 單立柱式形式 數(shù)控拋光機的設(shè) 計 5 圖 1－ 2 立式機床形式 圖 1－ 2 布局：主電動機和主軸部分傳動機構(gòu)均隨主軸箱上下運動，無相對移動環(huán)節(jié)，傳動機構(gòu)布置較方便，并易于實現(xiàn)主軸箱機動上下移動。立柱導(dǎo)軌位于立柱中間，加工較困難。主軸箱和主電動機等較重，上下移動不便 ?？紤]到機床的加工范圍、生產(chǎn)率、加工精度和經(jīng)濟性等多方面因素，選用圖 11布局。 提高拋光機動剛度 減小熱變形 拋光機工作時受到外部熱源的影響，如：電動機和環(huán)境溫度等，以及內(nèi)部熱源的影響， 如：摩擦熱、切削熱等，使機床各部分溫度發(fā)生變化。熱源在機床上分布不均，且產(chǎn)生的熱量不 同 [2]。自然會導(dǎo)致機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)，造成機床各部分變形不一，產(chǎn)生機床熱變形。使機床機工精度降低，運動部件磨損加快。 減少熱變形最簡單有效的方法是隔離熱源。在拋光機結(jié)構(gòu)設(shè)計 時，將電動機和主機分離主軸電機位于主體上方，利于散熱，加強空氣流通，改善環(huán)境溫度等。 降低噪音 機床振動時噪音源，主要是：（ 1）滾動軸承及其他傳動零件的振動、摩擦等造成的機械噪聲。（ 2）電動機風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)攪動空氣形成的空氣噪音。（ 3）電動機定子內(nèi)磁滯伸縮產(chǎn)生的電磁噪音 [3]。 在數(shù)控拋光機設(shè)計中采用的降低噪音的措施：縮短傳動鏈，減少傳動件的個數(shù)，選用的電機合理，盡量減少電動機因驅(qū)動載荷的變化代來的噪音。 造型設(shè)計 機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)控拋光機造型 總的原則是經(jīng)濟實用，自動化程度高，美觀大方。 數(shù)控拋光機外觀造型整體統(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（論文 ） 6 尺寸參數(shù) 拋光機主要技術(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）直接反映出拋光機的加工能力和特性；（ 2）決定其他基本參數(shù)值的大??；（ 3）作為機床設(shè)計的出發(fā)點；（ 4）作為用戶選用機床的主要依據(jù) 。 (1)主要尺寸參數(shù)（主參數(shù)）的確定 拋光機的主參數(shù)主要決定于加工工件的尺寸。依據(jù)設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求確定 拋光機的主參數(shù)為：工作臺工作面尺寸 300X480mm。 (2)其他尺寸參數(shù)的確定 其他尺寸為拋光機的第二主參數(shù)，它是與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化和機床結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)，它根據(jù)主參數(shù)來確定。工作臺最大移動距離 x向 600 mm, y 向 400mm,主軸箱移動 z向 230mm。導(dǎo)軌長度 Lx： 1000mm， Ly： 560mm,Lz:360mm。 2 數(shù)控拋光機的設(shè)計計算 X 向移動系統(tǒng)的設(shè)計計算已知條件： 移動部件的重量： G=800kg=8kN，時間常數(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： ???