【文章內(nèi)容簡介】 限；制造自動化包括了產(chǎn)品設 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，而且是提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件的重要手段。兩者有著密切關系，許多精密加工需要自動化技術得以達到預期指標，而制造自動化基本賴于精密加工才能準確可靠的實現(xiàn)。兩者的全局性和決定性奠定了它們是先進制造技術的支柱。 眾多 國家都十分重視先進制造技術的水平和發(fā)展，精密加工技術顯然已經(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。 從先進制造技術的技術實質性而論 ，精密加工技術追求加工上的精度和表面質量極限；制造自動化包括了產(chǎn)品設計、制造和管理的自動化，它不僅 是快速市場需求的快速響應，而且是提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件的重要手段。兩者有著密切關系，許多精密加工需要自動化技術得以達到預期指標，而制造自動化基本賴于精密加工才能準確可靠的實現(xiàn)。兩者的全局性和決定性奠定了它們是先進制造技術的支柱。 微進給機構的研究與設計，便是精先進制造技術的集中體現(xiàn)之一。 微進給機構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。 微進給機構通常由微位移器和精密導軌兩部分組成 ，其技術研究不僅關系到超精密磨床研制，更是精密機械、微電子、生物工程等多種學科賴以發(fā)展的基礎。因此開 展微進給機構工作臺的研究與設計是非常有必要且具有更廣闊的應用前景。 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)控車床技術發(fā)展概況 發(fā)展精密加工磨床是發(fā)展精密加工技術的十分重要的內(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研究最早的國家， 20 實際 30 年代開始，在制造技術上處于世界領先地位，但在 50 年代以后，對制 造技術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)過認真總結， 80 年代后，在重要的、高速增長的技術市場上失利的一個重要原因就是沒有把自己先進的技術應用到制造產(chǎn)業(yè)上。如今，美國國家工程科學院的國家研究理事會經(jīng)過反復研究，提出不能像前些年那樣把制造歸屬于設計的地位上，而是要把注意力重新放在制造技術上。美國利用自己已有的成熟單元技術，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計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 的加工技術作為國家的關鍵技術之一，這足以說明美國對這一技術的重視 ??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二套運動裝置，往復運動由液壓驅動，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，配用 JUNG 公司開發(fā)的專用軟，一反傳統(tǒng)結構，首次采用了龍門式框架結構，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，采用了許多全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 新技術。例如采用封裝合成花崗巖作為機床基礎（總重 T48 ），永久磁鐵型 DC 力矩馬達驅動的 X 軸和 Z 軸，徑向和軸向的回轉精度為 ，空氣軸支承的旋轉工作臺，分辨率為 的 HP5501 型微光干涉儀，由 HP9826 型計算機等構成的 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，成立了納米技術戰(zhàn)略委員會。 Cranfield 理工學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，為了迅速恢復經(jīng)濟，大力開發(fā) 制造技術， 其中 精密加工技術 尤為突出 ， 先進技術的 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)控車床技術發(fā)展概況 我國對精密加工技術的研究起步并不晚。 ??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)大學研制成功 HCM1亞微米超精密加工車床，起技術性能如表 14示。 圖 技術人員在講解磨床 全套設計（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 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)控龍門式平面與導軌磨床。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)應用，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力預報、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，在世界上已有相當份額 ??9 。 近幾年來國外精密磨床技術發(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的研究工作；同時在國內(nèi)應結全套設計（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。只有這樣，才能使我國的精密磨床技術盡快趕上國外先進水平，并能做到有所發(fā)展與創(chuàng)新。 本課題的設計任務說明 畢業(yè)設計任務與論文組成 課題名稱：精密平面磨床微進給機構工作臺設計 任 務目的與要求： (1) 設計一臺精密數(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) 磨床總體設計方案確定，繪制機床總體布局圖； (3) 砂輪 修整器 設計計算，繪制磨頭 修整器 裝配圖； (4) 垂直進給機構的設計，伺服電機和滾珠絲桿副設計計算，繪制垂直進給機械結構的裝配圖； (5) 磨床微機數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計； (6) 翻譯指定的英文專業(yè)文獻； (7) 撰寫畢業(yè)設計論文（說明書）。 本課題的研究方法 此畢業(yè)設計以 廣東機械廠的 MGB6120 為原型，分析它的結構特點，然后對它進行改進。 MGB6120 的縱向進給由油泵電機驅動，通過液壓筒推動工作臺作縱向往復運動。液壓筒導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量。我們在設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構。 為了提高 MGB6120的幾何、工作精度，我們采用機電一體化設計原理，進給機構用似服電機 滾珠絲杠副驅動。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的進給靈敏度和準確度、可靠性和自動化程度。 全套設計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2 精密平面磨床的總體設計 引言 本次設計的是一臺精密數(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、準確度高，磨削自動化程度較高，當每次磨 削循環(huán)結束后，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動，經(jīng)過齒輪減速，通過滾珠絲桿副做往復運動；磨頭垂直導軌為立柱前后雙導軌形式的貼塑滑動導軌；磨頭主軸系統(tǒng)前后各位雙聯(lián)成對高精度滾動軸承結構，主軸的旋轉由電機驅動通過彈性聯(lián)軸器使主軸運轉；磨頭的垂直運動是由交流伺服電機驅動蝸桿，傳動與其相嚙合的渦輪，轉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，托板上下的橫縱導軌均為雙 V 型滑動導軌。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： 。 磨床總體布局設計 圖 磨床總體外觀圖 磨床的傳動設計 電機電機作為機床的動力來源，它的位置需要根據(jù)機床設計來確定，它將直接與 IFK6伺服電機連接，推動主軸電