【正文】 軸單元技術(shù)的發(fā)展很快，有些公司專門提 6 供各種功能的主軸單元部件，這種主軸單元部件可以方便地配置到加工中心、超高速切削機床上。又如日本三井精機公司生產(chǎn)的高速工具磨床，主軸上下移動 (行程 25mm)采用直線電機后，可達 400m/min，是原來的 2 倍，加工效率提高 34 倍。 （ 4） 系統(tǒng)控制單元對整套集成系統(tǒng)的控制。 10 （四） 項目預(yù)期目標(biāo)（主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)、社會效益、技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化前景以及獲取自主知識產(chǎn)權(quán)的情況） 主要技術(shù)指標(biāo) 以下 是該 系統(tǒng)的各主要技術(shù)指標(biāo)。 知識產(chǎn)權(quán)申請情況 國內(nèi)尚無 自主研發(fā)和 生產(chǎn) 的 三叉軸萬向節(jié)全自動外圓磨床數(shù)控系統(tǒng)的。從產(chǎn)量來看， 目前 外圓磨床占我國磨床總產(chǎn)量的比例大約為 30%左右 ，而數(shù)控外圓磨床 僅占數(shù)控機床產(chǎn)量的 6%左右 ， 反映了數(shù)控磨床具有的市場潛力 。液壓驅(qū)動一般使用與大型重負荷碼垛機器人。 （ 2）研究機械手的 坐標(biāo)形式和自由度 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其坐標(biāo)形式可分為直角坐標(biāo)式、圓 柱坐 標(biāo)式、球坐標(biāo)式和多關(guān)節(jié)坐標(biāo)式 。2— 電氣伺服閥 。電位器觸頭由步進電動機帶動旋轉(zhuǎn)，步進電動機的偏轉(zhuǎn)方向以及角位移和角速度由數(shù)字控制裝置發(fā)出的脈沖數(shù)和脈沖頻率控制。 圖 6 分度卡盤示意圖 三叉軸萬向節(jié)的運動過程如下：三叉軸萬向節(jié)按一定方向放置在分度盤上，當(dāng)磨床工作臺啟動時， 上蓋下壓 ， 三叉軸萬向節(jié)被上蓋、 分度盤、工作臺面夾緊，同心聯(lián)動軸與 三叉軸萬向節(jié)待磨削的軸在同一軸心上， 同心聯(lián)動軸的轉(zhuǎn)動 帶動待磨削的 第一 軸進行自轉(zhuǎn)， 同時砂輪啟動，并且按規(guī)定的背吃刀量作往復(fù)的橫向給進運動， 配合 砂輪的轉(zhuǎn)動， 360176。 PLC 程序設(shè)計流程如下 圖 7： 16 圖 7 PLC程序設(shè)計流程 采用 PLC 控制具有如下的優(yōu)點： 編程簡單，可以在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序 ,達到對生產(chǎn)要求的隨時改變 ； 維修方便，采用插入式模塊結(jié)構(gòu)，可以計數(shù)旋轉(zhuǎn)編碼器以及 其他各種傳感設(shè)備的脈沖而給予相應(yīng)的輸出，是傳統(tǒng)繼電器所達不到的；可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)、 體積小于繼電器控制系統(tǒng)；能利用組態(tài)軟件與管理中心計算機系統(tǒng)進行通信；系統(tǒng)擴展時，原系統(tǒng)只需做很小的改動；與變頻器進行通訊，是機械手動作平穩(wěn)。 第二階段 設(shè)計機械手的手部結(jié)構(gòu)、手臂結(jié)構(gòu)和基座結(jié)構(gòu)。 (3) 成立專家技術(shù)組：項目實行課題負責(zé)制，課題負責(zé)人對課題負有全面責(zé)任。 開發(fā)控制系統(tǒng) ，包括系統(tǒng)的硬件和 軟件 20200101至 20200630 對 該套安全控制系統(tǒng)進行調(diào)試運行。 22 （二） 經(jīng)費概算說明。 本課題研究階段 ， 10人次，人次均需要約 ,依據(jù)國家差旅費相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，差旅費概算合計約 1萬元。 [9] 人員勞務(wù)費： 3萬元 本項目研究開發(fā)過程中支付給課題組成員中沒有工資性收入的相關(guān)人員和課題組臨時聘用人員等的勞務(wù)性費用。 [11] 管理費： 1萬元 本項目研究開發(fā)過程中對使用本單位現(xiàn)有儀器設(shè)備及房屋，以及其他有關(guān)管理費用。以通訊形式組織的咨詢，專家咨詢費的開支一般參照高級專業(yè)技術(shù)職稱人員 100 元 /人次、其他專業(yè)技術(shù)人員 80元 /人次的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 本項目擬申請國家專利 23項，并及時進行文獻查新了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 [5] 差旅費： 1萬元 本項目研究開發(fā)過程中開展科學(xué)實驗（試驗）、業(yè)務(wù)調(diào)研、學(xué)術(shù)交流等所發(fā)生的外埠差旅費、市內(nèi)交通費用等。 項目可行性 報告 及經(jīng)費概算 編寫應(yīng)當(dāng)回避項目申報單位和項目負責(zé)人、成員相關(guān)的信息，否則作無效申報處置。設(shè)計機械手的手部結(jié)構(gòu)、手臂結(jié)構(gòu)和基座結(jié)構(gòu)。注重技術(shù)的集成和配套；組織多學(xué)科跨領(lǐng)域聯(lián)合研究團隊，形成產(chǎn)學(xué)研緊密聯(lián)合機制。 整個課題分六個階段完成。 PLC 控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設(shè)計上，也就是程序設(shè)計上。 三叉軸萬向節(jié)磨削進給技術(shù)的研究 三叉軸萬向節(jié)的三個叉軸需要分別對其進行磨削，因此設(shè)計了一種特殊的進給結(jié)構(gòu)， 主要 包括工作臺面、上蓋、同心聯(lián)動軸、分度卡盤 等。 當(dāng)它偏 離這個位置時，由于產(chǎn)生了偏差就會輸出相應(yīng)的電壓。它主要由放大器、電氣伺服閥、氣缸、機械手手臂、齒輪齒條機構(gòu)、電位器和步進電機 等元件組成，它是一個電氣 — 氣壓伺服系統(tǒng)。 綜合各機械手驅(qū)動方式的優(yōu)缺點，針對本系統(tǒng)的實施對象（三叉軸萬向節(jié)），并考慮產(chǎn)品的成本 ，本項目選擇的機械手驅(qū)動方式為氣動式。 機械手技術(shù) 研究可以分為以下階段： （ 1）研究機械手的驅(qū)動方式及其各自優(yōu)劣 機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手 。數(shù)控外圓磨床主 要用于汽車、軍工、 機械工業(yè)等行業(yè)不同零件的外圓柱面，軸肩面的 批量 精加工，要求可靠，穩(wěn)定，耐用，高效，自動化。 以后產(chǎn)品根據(jù)市場情況逐年增加。 。 （ 3） 磨床系統(tǒng) 進給單元 制造技術(shù)。 磨床 進給 單元 國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 數(shù)控機床普遍采用旋轉(zhuǎn)電機 (交直流伺服電機 )與滾動絲杠組合的軸向進給方案。 提高砂輪線速度主要是提高砂輪主軸的轉(zhuǎn)速，特別是在砂輪直徑受到限制的場合 (如內(nèi)圓磨削 )。美國于 1947 年開發(fā)了遙控機械手 ，用于在 有害環(huán)境下保護人身安全 ； 1948 年 ，美國 又開發(fā)了機械式的主從機械手 ； 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人； 1962年 ， 美國 AMF 公司推出的“ VERSTRAN”和 UNIMATION 公司推出的“ UNIMATE” 是機器人最早的 實用機型 ； 90 年代初，由布魯塞爾皇家軍事學(xué)院 教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開發(fā)的電子氣動機械手，能在人不易進入的危 險區(qū)域進行地形偵查； 2020 年，美國哈弗大學(xué)研究院 Gee 和同事共同研制出一種形狀似海星的柔性氣動機械手臂，可活捉老鼠或握住生雞蛋 [1819]。 工業(yè) 機械手技術(shù)國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 機械手是按固定程 序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。 400m/s 的超高速平面磨床也已研制出來 。 1971 年 ,美國 Carnegie Mellon大學(xué)制 造了一種 可用于外圓磨削的 無中心孔的鋼質(zhì)輪 ,在其周邊上鑲有砂瓦 ,工作速度達到 125m/s。 20世紀(jì)后 ,為了獲得高加工效率 ,世界發(fā)達國家開始嘗試高速磨削技術(shù)。經(jīng)項 目查新， 目前只有 日本 和泉金屬工業(yè)株式會社 在 外圓磨床高精度磨削技術(shù)的基礎(chǔ)上 ，研制出專用的卡盤型 三叉軸 外圓磨床；而在國內(nèi)，磨床數(shù)控系統(tǒng)大多依賴進口，專用的 三叉軸 全自動外圓磨床技術(shù)更是落后。 萬向節(jié)在機械工程和汽車工業(yè)的發(fā)展中起到了極其重要的作用。 據(jù)歐洲機床展覽會 (E MO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明， 25%的企業(yè)認為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車削只占 23%，鉆削占 22%，其它占 8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達 42%，車床占 23%，銑床占 22%，鉆床占 14%[2]。 隨著對機械零件加工精度及其表面粗糙度的要求日益提高 ，磨削加工技術(shù)得到發(fā)展， 自動化成為磨削技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。 由于磨床的工藝要求復(fù)雜，磨床的種類繁多， 常見的磨床種類就 包括外圓磨床、平面磨床、內(nèi)圓磨床、工具(刀具 )磨床、無心磨床、非圓磨削機床、軋輥磨床、復(fù)合磨削加工單元、立式磨床等。 圖 1 三叉軸萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖 三叉軸萬向節(jié)經(jīng)過鍛造、成形后 ， 其 加工 過程 的最后 一道環(huán)節(jié)就 是磨削 。研究成果在 機械加工自動化 領(lǐng)域 有廣闊的應(yīng)用前景。最初高