【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 菏澤學院本科畢業(yè)設計（論文 ） 2 引言 （ 1）在現代工業(yè)生產中，零件的復雜程度和精度要求快速提高，普通的傳統機床已經很難適應現代化生產的要求，而數控機床具有高精度、高效率、一機多用，可以完成復雜型面加工的特點，特別是計算機技術廣泛應用于數控系統中，數控裝置的基本功能幾乎全由軟件來實現，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備，適應性比較強，主要依賴于操作者的經驗技藝水平，不僅效率低，且工人勞動強度大，質量不穩(wěn)定，周期長，工人作業(yè)環(huán)境差。模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質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。 計算機數控拋光技術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零件制造技術。數字式拋光機這 種拋光工具采用數字化控制，數字式顯示和控制工藝參數，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。數控化的拋光機還可以解決用戶過去因工件形狀復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，美國亞里桑那大學的光學中心，已基本上用計算機數控研磨拋光加工技術取代了傳統的手工研磨拋光加工非球面光學零件。 80 年代末，日本研制出了的超精密數控范成法研磨機，使用該研磨機加工出的光學零件，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鑄鐵絲結合金剛石砂輪，利用 ELID（在線電解修正法）磨削法，磨削 BK7光學玻璃，所獲得的非球面的面形精度為 1μ m，表面粗糙 度為 43nmRmax。 德國的計算機數控研磨拋光技術很快。Loh 公司生產的 CNCSPM50 和 120研磨拋光機，不僅可以粗、精磨球面光學零件，而且還可以粗、精磨非球面光學零件。針對產品生產過程中的研磨拋光工序和高速數控機床在制造業(yè)中的廣泛應用，在普通立式機床的基礎上進行數控拋光機床設計。 數控拋光機的設 計 3 1 數控拋光機的總體設計 拋光機的總體設計是拋光機設計的關鍵環(huán)節(jié)，對機床的技術性能和經濟性能指標起著決定性作用。拋光機的總體設計是根據設計要求，通過調查研究，檢索資料，掌握拋光機設計的依據；然后進行工藝分析，擬訂出性能先 進，經濟性好的工藝方案；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具有的運動。如何實現這些運動，有哪幾個部件產生運動以及怎樣產生所需的運動，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，需要對工件的內表面進行拋光，所需要的運動為三坐標的相關聯運動。為了適應機械行業(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。在數控拋光記的設計中特應用簡單的數字控制系統。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，不需要精密的數控系統，但考慮一般機械系統實現自動化生產相對比較困難，而且實現起來相當復雜，設備比較龐大。然而這些問題可以在一個簡單的數控系統中很容易地得到很好的解決。隨著微型計算機系統的發(fā)展，性能的不斷提高，大范圍的應用普及，應用一個簡單的數控系統來完成一般的工作，在一般的小型工廠中足可以實現。所以我們采用了如下的設計方案： 進給系統采用步進電動機 —— 數字控制，滾珠絲杠，雙螺母墊片調整間隙，導軌副采用直線滾動導軌副。 上述方案的提出，我綜合考慮了以下內容 ： (1)步進電動機具有以下優(yōu)點： 控制系統簡單，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。控制輸入脈沖頻率，電動機的轉速就隨之改變。并可在很寬的范圍內平滑調節(jié)，是開環(huán)控制系統的理想元件。 (2)滾珠絲杠副傳動的優(yōu)點： 傳動效率高，摩擦損失小，其功率消耗只相當于常規(guī)絲杠螺母副。給予適當預緊 ,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 整間隙并預緊，該方式結構緊湊，調整方便。 (4)直線滾動導軌副的優(yōu)點： 摩擦系數小和動、靜摩擦系數很接近。因此，動作輕便，摩擦力小，摩擦發(fā)熱少，磨損小，可避免出現爬行有較高的定位精度。如果采用滑動導軌其接觸剛度較小，但是摩擦阻力大，磨損快，動靜摩擦系數差別大，而且低速時易產生爬行現象。應此不采用滑動導軌副而采用直線滾動導軌副。 菏澤學院本科畢業(yè)設計（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運動。各運動的動力源均采用步進電動機驅動，以便于實現聯動控制?？v向、橫向和垂直方向均采用滾珠絲杠螺母將旋轉運動轉變 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軌帶動工作臺實現；拋光頭的旋轉運動由主軸實現，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， 需要的驅動力就小，傳動機構體積小，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。工作臺的結構簡單，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。數控拋光機采用立式機床形式和立式支撐形式。這種結構占地面積小，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。單立柱式結構簡單，制造較方便，便于操作。 圖 1－ 1 單立柱式形式 數控拋光機的設 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均隨主軸箱上下運動，無相對移動環(huán)節(jié)，傳動機構布置較方便，并易于實現主軸箱機動上下移動。立柱導軌位于立柱中間，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、生產率、加工精度和經濟性等多方面因素，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，且產生的熱量不 同 [2]。自然會導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，造成機床各部分變形不一，產生機床熱變形。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。在拋光機結構設計 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）電動機風扇、轉子旋轉攪動空氣形成的空氣噪音。（ 3）電動機定子內磁滯伸縮產生的電磁噪音 [3]。 在數控拋光機設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，選用的電機合理，盡量減少電動機因驅動載荷的變化代來的噪音。 造型設計 機床的造型必須和功能相適應，功能決定造型，造型表現功能。數控拋光機造型 總的原則是經濟實用，自動化程度高，美觀大方。 數控拋光機外觀造型整體統一，均衡穩(wěn)定，比例協調。部件的形體采用小圓角過渡的棱柱體造型。 主要技術參數的確定 菏澤學院本科畢業(yè)設計（論文 ） 6 尺寸參數 拋光機主要技術參數包括主參數和基本參數。主參數是機床參數中最主要的。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）決定其他基本參數值的大??；（ 3）作為機床設計的出發(fā)點；（ 4）作為用戶選用機床的主要依據 。 (1)主要尺寸參數（主參數）的確定 拋光機的主參數主要決定于加工工件的尺寸。依據設計任務和設計要求確定 拋光機的主參數為：工作臺工作面尺寸 300X480mm。 (2)其他尺寸參數的確定 其他尺寸為拋光機的第二主參數，它是與工、夾、量具標準化和機床結構的相關參數，它根據主參數來確定。工作臺最大移動距離 x向 600 mm, y 向 400mm,主軸箱移動 z向 230mm。導軌長度 Lx： 1000mm， Ly： 560mm,Lz:360mm。 2 數控拋光機的設計計算 X 向移動系統的設計計算已知條件： 移動部件的重量： G=800kg=8kN，時間常數： T=25ms，滾珠絲杠基本導程： L0 =5mm，行程： S=500mm，脈沖當量 ：δ p=，步距角： ???