【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 與加工零件直接接觸的部件，加工零件的加工要求很大程度上取決于磨頭自身的精度，所以磨頭運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜程度越小越好，而且應(yīng)該盡可能減免磨頭電動(dòng)機(jī)所散發(fā)的熱量，所以方案（2）并不適合本課題，而方案（1）中電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的熱量可以用散熱片得以解決。綜上所述，本課題選擇方案（1）。 磨頭主軸箱的運(yùn)動(dòng)分配 由于磨頭采用自身回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方式，根據(jù)加工工藝方案，所以磨頭主軸箱就負(fù)責(zé)磨頭垂直方向上的直線移動(dòng)。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分配根據(jù)加工工藝方案可知，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要負(fù)責(zé)工件自身的回轉(zhuǎn)，所以其運(yùn)動(dòng)的形式有兩種方案：（1） 自身的回轉(zhuǎn)；（2） 自身的回轉(zhuǎn)和X方向上的直線移動(dòng)。兩者的區(qū)別在于是否有X方向（水平方向）上的直線移動(dòng)，由于加工工件就安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，鑒于加工要求，對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自身的誤差要求就非常高，所以應(yīng)該減少其運(yùn)動(dòng)數(shù)目以保證其精度，所以采用方案（1）。 拖板的運(yùn)動(dòng)分配 由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用自身回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方式，根據(jù)加工工藝方案，拖板的運(yùn)動(dòng)為X方向的直線移動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)分配分析的結(jié)論確定磨床的運(yùn)動(dòng)分配如下：所有的運(yùn)動(dòng)由磨頭、磨頭主軸箱、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、拖板四個(gè)執(zhí)行件來完成。磨頭的運(yùn)動(dòng)是自身的回轉(zhuǎn)，磨頭主軸箱的運(yùn)動(dòng)是垂直方向上的直線移動(dòng)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是自身的回轉(zhuǎn)，拖板的運(yùn)動(dòng)是X方向（水平方向）上的直線移動(dòng)。 磨床的總體布局本項(xiàng)工作的基本要求：（1）保證刀具和工件間的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（2）足夠的剛性，抗振性。（3）便于操作、維修、排屑等。（4）材料消耗低，占地面積小。（5）造型美觀。總體布局的具體內(nèi)容：（1）運(yùn)動(dòng)分配時(shí)應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)因素（2）磨床傳動(dòng)形式的確定（3）磨床支承結(jié)構(gòu)形式的確定 結(jié)構(gòu)因素（1）把運(yùn)動(dòng)分配給重量輕的執(zhí)行件基于這一原則，考慮到磨頭主軸箱的重量，需要對(duì)其進(jìn)行平衡。如果沒有平衡裝置的話，在其上升階段卻需要相當(dāng)大的拉力才能實(shí)現(xiàn)，這都是影響到加工要求的不良要素。所以在磨頭主軸箱的另一端加以平衡，鋼絲繩的一端與磨頭主軸箱連接，而另一端吊以重物，重物的質(zhì)量與磨頭主軸箱的質(zhì)量相當(dāng)，這樣磨頭主軸箱的質(zhì)量就被平衡，這樣能使得精度等要求的保證。（2）提高加工精度提高精度的加工方法有以下兩種：刀具回轉(zhuǎn)、工具回轉(zhuǎn)。由于本課題所要達(dá)到精度要求極高，另外超精度磨削的磨削量是十分小的，所以本課題采用刀具和工件同時(shí)回轉(zhuǎn)，而且回轉(zhuǎn)方向一致，以此來提高加工精度和減少磨削量。（3）減少占地面積 此因素取決于加工工藝方案以及磨床支承結(jié)構(gòu)形式，請(qǐng)參照下文。 磨床傳動(dòng)形式（1）磨頭的驅(qū)動(dòng)磨頭的運(yùn)動(dòng)是自身的回轉(zhuǎn)，所以磨頭的驅(qū)動(dòng)有三種可以采用的方案：① 由內(nèi)置電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；② 由內(nèi)置電動(dòng)機(jī)通過皮帶的傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)；③ 通過外置電動(dòng)機(jī)來直接驅(qū)動(dòng)。 結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的磨頭設(shè)計(jì)》相關(guān)部分），決定采用第②種方案。（2）磨頭主軸箱的驅(qū)動(dòng)由于在立柱上安裝的部件主要保證磨頭主軸箱在垂直方向的上下移動(dòng)、進(jìn)給。故在垂直立柱進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要認(rèn)為有如下兩種可以采用的方案：① 用步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌來帶動(dòng)磨頭主軸箱在垂直方向上的移動(dòng)，并且對(duì)于步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠的對(duì)心采用重心驅(qū)動(dòng)原理。② 用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)來帶動(dòng)磨頭主軸箱在垂直方向上的移動(dòng)。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分），決定采用第①種方案。（3）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是自身的回轉(zhuǎn)，所以其驅(qū)動(dòng)的方案有以下兩種選擇：① 通過外置電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶輪，通過帶輪的傳動(dòng)來使回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。② 通過內(nèi)置電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分），決定采用第①種方案。（4）拖板的驅(qū)動(dòng)拖板通過步進(jìn)電機(jī)來控制X方向上的移動(dòng)，一般拖板系統(tǒng)的進(jìn)給有以下兩種方案：① 用步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲杠，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌來驅(qū)動(dòng)拖板實(shí)現(xiàn)粗進(jìn)給，由壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)精進(jìn)給。② 用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖板來實(shí)現(xiàn)粗進(jìn)給，由壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)精進(jìn)給。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床微量進(jìn)給拖板系統(tǒng)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分），決定采用第①種方案。 磨床支承結(jié)構(gòu)形式的確定： 機(jī)床支承結(jié)構(gòu)形式根據(jù)本課題加工要求，為了避免不必要的精度損失，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)床，所以復(fù)合式、單臂式、龍門式機(jī)床暫不考慮。而臥式機(jī)床的占地面積相對(duì)較大，所以本課題采用立式機(jī)床。 總體布局的確定綜上所述，：總體上采用立式布局，立柱部分裝有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)與無間隙齒輪相結(jié)合，箱形立柱上裝有滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌，保證磨頭主軸箱的上下運(yùn)動(dòng)，立柱內(nèi)部與外部磨頭主軸箱裝置通過兩根掛有與磨頭主軸箱同等重量鐵塊的鋼絲，為了與磨頭裝置自重保持平衡、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)嵌在拖板中，砂輪休整器安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，拖板安裝在床身的導(dǎo)軌上，夾緊裝置與測(cè)量裝置安裝在拖板上，工件安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上隨工作臺(tái)回轉(zhuǎn)。 精密數(shù)控磨床的總體布局3 磨床主要技術(shù)參數(shù)的確定主要技術(shù)參數(shù)包括：（1）主參數(shù)：指磨床的加工范圍；（2）基本參數(shù)： （a）尺寸參數(shù)——主要結(jié)構(gòu)尺寸； （b）運(yùn)動(dòng)參數(shù)——執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)速度； （c）動(dòng)力參數(shù)——一般指磨床電機(jī)功率。 加工范圍的確定加工孔徑范圍：Φ145～Φ200mm最大孔長(zhǎng)：250mm 主要結(jié)構(gòu)尺寸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)臺(tái)面直徑：直徑應(yīng)大于加工零件、刀具和砂輪休整器的和，考慮到其泛用性，所以取800mm。磨頭直徑：根據(jù)被加工零件的性質(zhì)以及泛用性，取140mm。磨床總體尺寸定為188516703002（長(zhǎng)寬高） 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定 磨頭主軸箱進(jìn)給速度 磨頭主軸箱的進(jìn)給速度確定為：100～500mm/min。 拖板進(jìn)給速度拖板的進(jìn)給速度確定為：150～450mm/min。 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度 由于工件是固定在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，所以工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度即工件的回轉(zhuǎn)速度，為30r/min。 磨頭回轉(zhuǎn)速度 磨頭回轉(zhuǎn)速度即此精密數(shù)控磨床的主軸速度：根據(jù)要求將主軸回轉(zhuǎn)速度定為n=10000r/min。 動(dòng)力參數(shù)的確定由于本課題牽涉的動(dòng)力參數(shù)全是有關(guān)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的問題，所以只要確定電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率即可。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定有以下三種方法：（1）實(shí)測(cè)法——選一臺(tái)傳動(dòng)與結(jié)構(gòu)跟所設(shè)計(jì)相近似的機(jī)床，并選擇特定工序或典型工序，用電表測(cè)量其一定時(shí)間t內(nèi)的輸入電功W（千瓦小時(shí)），[電動(dòng)機(jī)功率P=（W/t）η（Kw）]。（2）計(jì)算法——按磨削原理公式計(jì)算，也可用估算公式計(jì)算。（3）統(tǒng)計(jì)分析法 有時(shí)可查手冊(cè)上的經(jīng)驗(yàn)公式。如外圓磨床，根據(jù)砂輪寬度按經(jīng)驗(yàn)公式可算得電機(jī)功率。如果無經(jīng)驗(yàn)公式，就需經(jīng)統(tǒng)計(jì)和分析比較同類型的機(jī)床，來確定電機(jī)功率。 磨頭的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)因?yàn)閮?nèi)圓磨床砂輪主軸的轉(zhuǎn)速很高，又需調(diào)速，所以一般可采用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要有：直流電機(jī)和交流變頻調(diào)速電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是：調(diào)速范圍寬、低速運(yùn)行平穩(wěn)；負(fù)載特性硬、過載能力強(qiáng)，在一定的速度范圍內(nèi)可以做到恒力矩輸出，反應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)相應(yīng)特性好。但是，直流伺服電動(dòng)機(jī)體積較大，其電刷易磨損，壽命受到一定限制。交流變頻電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是：具有獨(dú)特的磁極形狀，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最?。欢ㄗ油饷鏇]有機(jī)殼，定于鐵心直接在空氣中冷卻，使電動(dòng)機(jī)溫升能減到最低；具有高的轉(zhuǎn)矩/慣量比，能承受高的加減速；采取集中磁力線結(jié)構(gòu)，在保證高輸出轉(zhuǎn)矩的情況下，電動(dòng)機(jī)的體積小而重量輕?，F(xiàn)選用高頻交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，在磨頭中內(nèi)置式安裝，以減少振動(dòng)，進(jìn)行精密定位控制（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的磨頭設(shè)計(jì)》相關(guān)部分）。根據(jù)砂輪的轉(zhuǎn)速，（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的磨頭設(shè)計(jì)》相關(guān)部分）。 滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)根據(jù)滾珠絲杠的進(jìn)給性質(zhì)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇方案有兩種：步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)：能夠驅(qū)動(dòng)的力矩范圍為中小力矩，一般在20Nm以下，轉(zhuǎn)速最高達(dá)到2000rpm，低速時(shí)有振動(dòng)，但是如果使用細(xì)分型電動(dòng)機(jī)可明顯改善，精度一般較低（但在細(xì)分型驅(qū)動(dòng)時(shí)較高），高速時(shí)力矩下降快，過載時(shí)會(huì)失步（也可接編碼器防止失步），但只能為開環(huán)控制，耐振動(dòng)，運(yùn)行溫度，價(jià)格低，基本可以免維護(hù)。伺服電機(jī)的特點(diǎn)：能夠驅(qū)動(dòng)的力矩范圍幾乎是全范圍，能夠驅(qū)動(dòng)的速度范圍大，可達(dá)5000rpm，直流伺服電機(jī)更可達(dá)1～2萬轉(zhuǎn)/分，運(yùn)行的平滑性好，精度高（具體要看反饋裝置的分辨率），可3～10倍過載（短時(shí)），力矩特性好，響應(yīng)速度快，耐振動(dòng)性能一般，維護(hù)性較好，價(jià)格較高。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分），決定采用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率由滾珠絲杠所要驅(qū)動(dòng)的力矩來決定。由于滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算得：T=（詳細(xì)過程請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分）。由于絲杠的啟動(dòng)力矩計(jì)算得：T0=（詳細(xì)過程請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分）。根據(jù)選型，（詳細(xì)過程請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分）。 拖板的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)由于拖板的進(jìn)給量很小，所以可采用的電動(dòng)機(jī)有以下三種：異步電動(dòng)機(jī)；伺服電動(dòng)機(jī)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：高效，節(jié)能，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高，噪音低，振動(dòng)小，運(yùn)行安全可靠，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固等特點(diǎn)。伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：良好的可控性，運(yùn)行穩(wěn)定和快速響應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，它能對(duì)控制信號(hào)能作出快速的響應(yīng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：位移或角位移量與脈沖數(shù)成正比，它的線速度或轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率進(jìn)行調(diào)速，能快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床微量進(jìn)給拖板系統(tǒng)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分），決定采用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率是根據(jù)拖板的進(jìn)給速度得出的，（詳情請(qǐng)參閱《精密數(shù)控磨床微量進(jìn)給拖板系統(tǒng)設(shè)計(jì)》相關(guān)部分）。 回