【文章內(nèi)容簡介】 限；制造自動化包括了產(chǎn)品設(shè) 計、制造和管理的自動化，它不僅是快速市場需求的快速響應(yīng)，而且是提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件的重要手段。兩者有著密切關(guān)系，許多精密加工需要自動化技術(shù)得以達到預(yù)期指標(biāo)，而制造自動化基本賴于精密加工才能準(zhǔn)確可靠的實現(xiàn)。兩者的全局性和決定性奠定了它們是先進制造技術(shù)的支柱。 眾多 國家都十分重視先進制造技術(shù)的水平和發(fā)展，精密加工技術(shù)顯然已經(jīng)是一個國家進行產(chǎn)品革新、擴大生產(chǎn)和提高國際經(jīng)濟競爭能力。 從先進制造技術(shù)的技術(shù)實質(zhì)性而論 ，精密加工技術(shù)追求加工上的精度和表面質(zhì)量極限；制造自動化包括了產(chǎn)品設(shè)計、制造和管理的自動化，它不僅 是快速市場需求的快速響應(yīng)，而且是提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件的重要手段。兩者有著密切關(guān)系，許多精密加工需要自動化技術(shù)得以達到預(yù)期指標(biāo)，而制造自動化基本賴于精密加工才能準(zhǔn)確可靠的實現(xiàn)。兩者的全局性和決定性奠定了它們是先進制造技術(shù)的支柱。 微進給機構(gòu)的研究與設(shè)計，便是精先進制造技術(shù)的集中體現(xiàn)之一。 微進給機構(gòu)一般指行程范圍為毫米級：位移分辨率及定位精度達到納米級的位移機構(gòu)。 微進給機構(gòu)通常由微位移器和精密導(dǎo)軌兩部分組成 ，其技術(shù)研究不僅關(guān)系到超精密磨床研制，更是精密機械、微電子、生物工程等多種學(xué)科賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。因此開 展微進給機構(gòu)工作臺的研究與設(shè)計是非常有必要且具有更廣闊的應(yīng)用前景。 國內(nèi)外精密平面磨床的發(fā)展概況 國內(nèi)外都采用超精密磨削、精密修整、微細(xì)磨料磨具進行亞微米級以下切深磨削的研究，以獲得亞微米級的尺寸精度。 國外 精密加工數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展概況 發(fā)展精密加工磨床是發(fā)展精密加工技術(shù)的十分重要的內(nèi)容，歌發(fā)達國家都發(fā)展了很多種精密機床。精密加工磨床也向著高精度、多功能和高效專用方向發(fā)展。 美國是開展精密加工技術(shù)研究最早的國家， 20 實際 30 年代開始，在制造技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位，但在 50 年代以后，對制 造技術(shù)沒有給予足夠的重視，在經(jīng)濟競爭上感受到巨大的威脅，經(jīng)過認(rèn)真總結(jié)， 80 年代后，在重要的、高速增長的技術(shù)市場上失利的一個重要原因就是沒有把自己先進的技術(shù)應(yīng)用到制造產(chǎn)業(yè)上。如今，美國國家工程科學(xué)院的國家研究理事會經(jīng)過反復(fù)研究，提出不能像前些年那樣把制造歸屬于設(shè)計的地位上，而是要把注意力重新放在制造技術(shù)上。美國利用自己已有的成熟單元技術(shù)，只用兩周的時間便組裝成了一臺小型的超精密加工車床（ BODTM 型），用刀尖半徑為 nm10~5 的單晶金剛石刀具，實現(xiàn)切削厚度為 nm1 的加工。盡管如此，最近美國政府還是繼續(xù)把微米級和納米級全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 的加工技術(shù)作為國家的關(guān)鍵技術(shù)之一，這足以說明美國對這一技術(shù)的重視 ??2 。 德國 JUNG 公司是國際上知名較高的平面磨床生產(chǎn)廠商，在 40 余年的生產(chǎn)過程中，該公司的平面和成型磨床以精度高、使用壽命長而著稱。 JUNG 公司的主要平面磨床產(chǎn)品均采用立柱升降式，外形小巧，磨削精度高。工作臺縱向運動一般都設(shè)二套運動裝置，往復(fù)運動由液壓驅(qū)動，緩進給成型磨削采用機電傳動。其中水平較高的是 JF520CNC B 型四坐標(biāo)數(shù)控平面和成型磨床 ??3 。 該機采用高精度連續(xù)軌跡控制以圖形輔助操作，控制系統(tǒng)是以西門子 SINUMERIK810為基礎(chǔ)，配用 JUNG 公司開發(fā)的專用軟，一反傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，首次采用了龍門式框架結(jié)構(gòu)，可以滿足大尺寸工件和新型工程材料的精密磨削加工需要。圖 和圖 分別為大型磨床和手動數(shù)控磨床。 圖 大型龍門磨床 圖 手動數(shù)控磨床 英國是較早從事精密加工技術(shù)研究的國家之一。從 1979 年起，開發(fā)用于制造 X 射線望遠鏡的金屬反射鏡的立式超精密金剛石刀具車床。 該機床為保證精密加工，采用了許多全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 新技術(shù)。例如采用封裝合成花崗巖作為機床基礎(chǔ)（總重 T48 ），永久磁鐵型 DC 力矩馬達驅(qū)動的 X 軸和 Z 軸，徑向和軸向的回轉(zhuǎn)精度為 ，空氣軸支承的旋轉(zhuǎn)工作臺，分辨率為 的 HP5501 型微光干涉儀，由 HP9826 型計算機等構(gòu)成的 X 軸， Z 軸工件尺寸及形狀精度的測量補償系統(tǒng)，壓電式刀具微進給裝置， 16 位 CNC 控制系統(tǒng)等。 要求反射鏡的精度在 nm30 范圍內(nèi)的表面凹凸達到 mm6 以下，整個鏡面的形狀精度 μm1 以下。英國在 80年代初就已開始實施納米計劃，成立了納米技術(shù)戰(zhàn)略委員會。 Cranfield 理工學(xué)院是世界上第二個能制造出用于大型超精密加工機床的高剛度 ? ?μmkN/2 氣浮精密軸承和主軸系數(shù)的單位 ??3 。 日本在第二次世界大戰(zhàn)后，為了迅速恢復(fù)經(jīng)濟，大力開發(fā) 制造技術(shù)， 其中 精密加工技術(shù) 尤為突出 ， 先進技術(shù)的 引進和開發(fā) 使 得 機械制造業(yè)的水平有了很大的提高， 并且在其他大型工業(yè)產(chǎn)業(yè)中起到了巨大的作用。 在短短的 40 年中，從一個戰(zhàn)敗國發(fā)展成為世界上的經(jīng)濟強國。 國 內(nèi) 精密加工數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展概況 我國對精密加工技術(shù)的研究起步并不晚。 ??2 圖 。 基本發(fā)展過程與日本有著類似之處 。 1965年前后研制出鏡面外圓磨床，加工圓度優(yōu)于 ，表面粗糙度 μmRa 以下。 70年代后期制成了 ST186高精度磁盤車床。進入 80年代，研制了回轉(zhuǎn)精度達 的精密軸系，單晶金剛石刀切削的超精密車床和超精銑床，最高分辨率為 的 CNC數(shù)控超精密車床等 產(chǎn)品 。最近哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功 HCM1亞微米超精密加工車床，起技術(shù)性能如表 14示。 圖 技術(shù)人員在講解磨床 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 表 14 國內(nèi)外典型超精密車床性能指標(biāo) 型號（生產(chǎn)廠家） HCM1 （中國哈工大） M18AG （美國 MOORE SPECIAL TOOL CO.) 主軸 徑向跳動 ? ?μm ? 軸向跳動 ? ?μm ? 徑向剛度 ? ?μmN/ 200 軸向剛度 ? ?μmN/ 160 Z 向（主軸）直線度 mmμm 100/? mmμm 230/? X 向（刀架）直線度 mmμm 100/? mmμm 230/? X、 Z 向垂直度（〞） 1? 1 重復(fù)定位精度 ? ?μm 1（全程） ? ? 加工工件精度 形面精度 ? ?μm 圓度： 平面度： 表面粗糙度 ? ?μm (PV 值 ) 位置反饋系統(tǒng)分辨率 ? ?μm 25 溫控精度 ? ?C? ? ? 隔振系統(tǒng)固有頻率 ? ?Hz 2? 2 加工范圍 ? ?mm φ 320 φ 356 80 年代 ，我國開始 生產(chǎn)數(shù)控平面磨床，各開發(fā)廠 家分別 做過了 自行研制，與大學(xué)及科研單位合作開發(fā)至直接引進成熟數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展道路。 ??8 例如：廣東機械廠是一家具有五十年歷史，專業(yè)生產(chǎn)平面磨床的制造廠，它從 80 年代中期開始生產(chǎn)數(shù)控平磨，先后開發(fā)生產(chǎn)了 MGB7132 臥軸 矩 臺高精度平磨， MG7130 系列普通數(shù)控平磨， MLK7140 數(shù)控緩進給成型磨， MGB71 ML716 ML7150 臥 軸距 臺數(shù)控平磨， MKL7760 立軸數(shù)控雙端面磨， MKY7660、 MKY7650/101臥軸數(shù)控雙端面磨，以及 HZK1610， HZK2020， HZ050 CNC，HZKD20 HZK301 HZK30 HZK4020 等專用數(shù)控龍門式平面與導(dǎo)軌磨床。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，有與大專院校及科研單位合作研制的單板機系統(tǒng)，也有自行開發(fā)的以單片機為主機的簡易控制系統(tǒng)，及采用數(shù)控主機廠生產(chǎn)的成熟數(shù)控系統(tǒng)等。 我國 在磨削過程建模與模擬、聲發(fā)射過程監(jiān)測與識別、工件表面燒傷及殘余應(yīng)力預(yù)報、磨削加工誤差在線檢測、評價與補償?shù)确矫娑加性S多成果，并已開發(fā)出了新型磨削機器人。我國人造磨料生產(chǎn)雖然起步較晚，但發(fā)展很快，在世界上已有相當(dāng)份額 ??9 。 近幾年來國外精密磨床技術(shù)發(fā)展迅速，例如對硬 脆材料 磨削機理及工藝的研究，利用于磨削熱量同時進行工件熱處理，以及不使用磨削液的無污染磨削等方面，我國均有一定差距。為此，我們一方面要積極開展引進國外先進磨削技術(shù)的研究工作；同時在國內(nèi)應(yīng)結(jié)全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 合生產(chǎn)，系統(tǒng)地開展和推廣各種先進與實用的精密磨削技術(shù)。只有這樣，才能使我國的精密磨床技術(shù)盡快趕上國外先進水平，并能做到有所發(fā)展與創(chuàng)新。 本課題的設(shè)計任務(wù)說明 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)與論文組成 課題名稱：精密平面磨床微進給機構(gòu)工作臺設(shè)計 任 務(wù)目的與要求： (1) 設(shè)計一臺精密數(shù)控平面磨床，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺階平面，能用于機械制造業(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 )； (2) 磨床總體設(shè)計方案確定，繪制機床總體布局圖； (3) 砂輪 修整器 設(shè)計計算，繪制磨頭 修整器 裝配圖； (4) 垂直進給機構(gòu)的設(shè)計，伺服電機和滾珠絲桿副設(shè)計計算，繪制垂直進給機械結(jié)構(gòu)的裝配圖； (5) 磨床微機數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計； (6) 翻譯指定的英文專業(yè)文獻； (7) 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文（說明書）。 本課題的研究方法 此畢業(yè)設(shè)計以 廣東機械廠的 MGB6120 為原型，分析它的結(jié)構(gòu)特點，然后對它進行改進。 MGB6120 的縱向進給由油泵電機驅(qū)動，通過液壓筒推動工作臺作縱向往復(fù)運動。液壓筒導(dǎo)致工作臺在低速進給時產(chǎn)生“爬行”，大大地降低了工件表面的磨削質(zhì)量。我們在設(shè)計中用伺服電機代替油泵電機，不僅很好的解決了這個問題，而且還簡化了機床的結(jié)構(gòu)。 為了提高 MGB6120的幾何、工作精度，我們采用機電一體化設(shè)計原理，進給機構(gòu)用似服電機 滾珠絲杠副驅(qū)動。西門子 SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)是西門子數(shù)控系統(tǒng)中的一款高性能、低價位的數(shù)控系統(tǒng)。它可以控 制四個數(shù)字進給軸和一個主軸，能實現(xiàn)三軸聯(lián)動。就本機床而言，它控制三個似服電機和一個主軸電機。使用西門子 SINUMERIK840D型數(shù)控系統(tǒng)極大提高了 MGB6120的進給靈敏度和準(zhǔn)確度、可靠性和自動化程度。 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2 精密平面磨床的總體設(shè)計 引言 本次設(shè)計的是一臺精密數(shù)控平面磨床，通過采用金剛石砂輪和滾珠絲桿副，并依據(jù)機電一體化設(shè)計原理通過數(shù)控系統(tǒng)等措施來保證加工精度。本機床為高精度機床。幾何精度、工作精度都很高，性能可靠穩(wěn)定，垂直進給具有數(shù)控系統(tǒng)。進給靈敏度、準(zhǔn)確度高，磨削自動化程度較高，當(dāng)每次磨 削循環(huán)結(jié)束后，工作臺停止在縱向運動的右端。 該精密數(shù)控平面磨床主要包括磨頭及垂直進給系統(tǒng)、工作臺縱向及橫向驅(qū)動系統(tǒng)、床身及防護罩裝置、冷卻及潤滑系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)五大部分。工作臺的縱向運動和托板的橫向運動都由西門子伺服電機驅(qū)動，經(jīng)過齒輪減速，通過滾珠絲桿副做往復(fù)運動；磨頭垂直導(dǎo)軌為立柱前后雙導(dǎo)軌形式的貼塑滑動導(dǎo)軌；磨頭主軸系統(tǒng)前后各位雙聯(lián)成對高精度滾動軸承結(jié)構(gòu)，主軸的旋轉(zhuǎn)由電機驅(qū)動通過彈性聯(lián)軸器使主軸運轉(zhuǎn)；磨頭的垂直運動是由交流伺服電機驅(qū)動蝸桿，傳動與其相嚙合的渦輪，轉(zhuǎn)動與渦輪剛性連接的絲桿副的螺母而使與絲桿固 定連接的磨頭作垂直運動。 本機床總布局為十字托版型，托板上下的橫縱導(dǎo)軌均為雙 V 型滑動導(dǎo)軌。工件磨削平面的形成由工作臺的縱向運動和托板的橫向運動而形成，磨頭僅作垂直上下運動。機床用砂輪周邊磨削平面，還可以磨削臺階平面。能用于機械制造業(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）。 為了適應(yīng)磨削各種加工表面，工件形狀及生產(chǎn)批量要求，磨床的種類很多，其中主要類型有以下幾種： (1) 外圓磨床（包括外能外圓磨床、外圓磨床、無心外圓磨床等） (2) 內(nèi)圓磨床（包括普通內(nèi)圓磨床、無心內(nèi)圓磨床等） (3) 平面磨床（包括臥軸距臺平面磨床、立軸矩臺平面磨床、臥軸圓臺平面磨床、立軸圓臺平面磨床等） (4) 工具磨床（包括工具曲線磨床、鉆頭溝槽磨床、絲錐溝槽磨床等） (5) 刀具刃磨磨床（包括萬能工具磨床、拉刀刃磨床、滾刀刃磨床等） 磨床技術(shù)規(guī)格 (1) 主要規(guī)格 工作臺面（長寬）?? mm202030? ； (2) 加工范圍 最大磨削工件尺寸（長寬高）?? mm360202030 ?? ； (3) 工作臺 工作臺縱向移動速度（無級）： min/ m? ； 工作臺橫向自動進給速度： 連續(xù)（無級）： min/ m? ； 斷續(xù)（無級）： / mm? 工作行程； (4) 磨頭 a) 砂輪軸中心線至工作臺面距離： mm480160? ； b) 磨頭垂直自動進給量： ? ； c) 最小進給量： ； 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 d) 磨頭垂直快速升降速度： min/400mm ； e) 砂輪尺寸（ 外徑寬度內(nèi)徑）砂輪： 3220200 ?? ； f) 砂輪轉(zhuǎn)速： min/3000r ； (5) 工作精度 a) 磨削表面粗糙度： mRa ? ； b) 加工后表面對基面的平行度： 。 磨床總體布局設(shè)計 圖 磨床總體外觀圖 磨床的傳動設(shè)計 電機電機作為機床的動力來源，它的位置需要根據(jù)機床設(shè)計來確定，它將直接與 IFK6伺服電機連接，推動主軸電