【文章內(nèi)容簡介】 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，所以磨頭運動的復(fù)雜程度越小越好，而且應(yīng)該盡可能減免磨頭電動機所散發(fā)的熱量，所以方案（2）并不適合本課題，而方案（1）中電動機所產(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）。 磨頭主軸箱的運動分配 由于磨頭采用自身回轉(zhuǎn)的運動方式，根據(jù)加工工藝方案，所以磨頭主軸箱就負責磨頭垂直方向上的直線移動。 回轉(zhuǎn)工作臺的運動分配根據(jù)加工工藝方案可知，回轉(zhuǎn)工作臺主要負責工件自身的回轉(zhuǎn)，所以其運動的形式有兩種方案：（1） 自身的回轉(zhuǎn)；（2） 自身的回轉(zhuǎn)和X方向上的直線移動。兩者的區(qū)別在于是否有X方向（水平方向）上的直線移動，由于加工工件就安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上，鑒于加工要求，對回轉(zhuǎn)工作臺自身的誤差要求就非常高，所以應(yīng)該減少其運動數(shù)目以保證其精度，所以采用方案（1）。 拖板的運動分配 由于回轉(zhuǎn)工作臺采用自身回轉(zhuǎn)的運動方式，根據(jù)加工工藝方案，拖板的運動為X方向的直線移動。 運動分配分析的結(jié)論確定磨床的運動分配如下：所有的運動由磨頭、磨頭主軸箱、回轉(zhuǎn)工作臺、拖板四個執(zhí)行件來完成。磨頭的運動是自身的回轉(zhuǎn)，磨頭主軸箱的運動是垂直方向上的直線移動，回轉(zhuǎn)工作臺的運動是自身的回轉(zhuǎn)，拖板的運動是X方向（水平方向）上的直線移動。 磨床的總體布局本項工作的基本要求：（1）保證刀具和工件間的相對位置和相對運動。（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）運動分配時應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)因素（2）磨床傳動形式的確定（3）磨床支承結(jié)構(gòu)形式的確定 結(jié)構(gòu)因素（1）把運動分配給重量輕的執(zhí)行件基于這一原則，考慮到磨頭主軸箱的重量，需要對其進行平衡。如果沒有平衡裝置的話，在其上升階段卻需要相當大的拉力才能實現(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，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，請參照下文。 磨床傳動形式（1）磨頭的驅(qū)動磨頭的運動是自身的回轉(zhuǎn)，所以磨頭的驅(qū)動有三種可以采用的方案：① 由內(nèi)置電動機直接驅(qū)動；② 由內(nèi)置電動機通過皮帶的傳動來驅(qū)動；③ 通過外置電動機來直接驅(qū)動。 結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床的磨頭設(shè)計》相關(guān)部分），決定采用第②種方案。（2）磨頭主軸箱的驅(qū)動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、進給。故在垂直立柱進給系統(tǒng)設(shè)計中主要認為有如下兩種可以采用的方案：① 用步進電機、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌來帶動磨頭主軸箱在垂直方向上的移動，并且對于步進電機與滾珠絲杠的對心采用重心驅(qū)動原理。② 用直線電機直接驅(qū)動來帶動磨頭主軸箱在垂直方向上的移動。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進給系統(tǒng)設(shè)計》相關(guān)部分），決定采用第①種方案。（3）回轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺的運動是自身的回轉(zhuǎn)，所以其驅(qū)動的方案有以下兩種選擇：① 通過外置電機驅(qū)動帶輪，通過帶輪的傳動來使回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)。② 通過內(nèi)置電動機直接驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床的回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計》相關(guān)部分），決定采用第①種方案。（4）拖板的驅(qū)動拖板通過步進電機來控制X方向上的移動，一般拖板系統(tǒng)的進給有以下兩種方案：① 用步進電機，滾珠絲杠，滾動直線導(dǎo)軌來驅(qū)動拖板實現(xiàn)粗進給，由壓電陶瓷實現(xiàn)精進給。② 用直線電動機驅(qū)動拖板來實現(xiàn)粗進給，由壓電陶瓷實現(xiàn)精進給。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床微量進給拖板系統(tǒng)設(shè)計》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)簡單的機床，所以復(fù)合式、單臂式、龍門式機床暫不考慮。而臥式機床的占地面積相對較大，所以本課題采用立式機床。 總體布局的確定綜上所述，：總體上采用立式布局，立柱部分裝有步進電動機，電動機與無間隙齒輪相結(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動，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)工作臺嵌在拖板中，砂輪休整器安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上，拖板安裝在床身的導(dǎo)軌上，夾緊裝置與測量裝置安裝在拖板上，工件安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上隨工作臺回轉(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）運動參數(shù)——執(zhí)行件的運動速度； （c）動力參數(shù)——一般指磨床電機功率。 加工范圍的確定加工孔徑范圍：Φ145～Φ200mm最大孔長：250mm 主要結(jié)構(gòu)尺寸回轉(zhuǎn)工作臺臺面直徑：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（長寬高） 運動參數(shù)的確定 磨頭主軸箱進給速度 磨頭主軸箱的進給速度確定為：100～500mm/min。 拖板進給速度拖板的進給速度確定為：150～450mm/min。 工作臺回轉(zhuǎn)速度 由于工件是固定在回轉(zhuǎn)工作臺上，所以工作臺的回轉(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。 動力參數(shù)的確定由于本課題牽涉的動力參數(shù)全是有關(guān)電動機驅(qū)動功率的問題，所以只要確定電動機的驅(qū)動功率即可。驅(qū)動電動機功率的確定有以下三種方法：（1）實測法——選一臺傳動與結(jié)構(gòu)跟所設(shè)計相近似的機床，并選擇特定工序或典型工序，用電表測量其一定時間t內(nèi)的輸入電功W（千瓦小時），[電動機功率P=（W/t）η（Kw）]。（2）計算法——按磨削原理公式計算，也可用估算公式計算。（3）統(tǒng)計分析法 有時可查手冊上的經(jīng)驗公式。如外圓磨床，根據(jù)砂輪寬度按經(jīng)驗公式可算得電機功率。如果無經(jīng)驗公式，就需經(jīng)統(tǒng)計和分析比較同類型的機床，來確定電機功率。 磨頭的驅(qū)動電動機因為內(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)動電動機主要有：直流電機和交流變頻調(diào)速電機。直流電動機的主要特點是：調(diào)速范圍寬、低速運行平穩(wěn)；負載特性硬、過載能力強，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，動態(tài)相應(yīng)特性好。但是，直流伺服電動機體積較大，其電刷易磨損，壽命受到一定限制。交流變頻電動機的主要特點是：具有獨特的磁極形狀，使轉(zhuǎn)矩波動最?。欢ㄗ油饷鏇]有機殼，定于鐵心直接在空氣中冷卻，使電動機溫升能減到最低；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，電動機的體積小而重量輕?，F(xiàn)選用高頻交流調(diào)速電動機，在磨頭中內(nèi)置式安裝，以減少振動，進行精密定位控制（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床的磨頭設(shè)計》相關(guān)部分）。根據(jù)砂輪的轉(zhuǎn)速，（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床的磨頭設(shè)計》相關(guān)部分）。 滾珠絲杠的驅(qū)動電動機根據(jù)滾珠絲杠的進給性質(zhì)，驅(qū)動電動機的選擇方案有兩種：步進電機與伺服電機。步進電機的特點：能夠驅(qū)動的力矩范圍為中小力矩，一般在20Nm以下，轉(zhuǎn)速最高達到2000rpm，低速時有振動，但是如果使用細分型電動機可明顯改善，精度一般較低（但在細分型驅(qū)動時較高），高速時力矩下降快，過載時會失步（也可接編碼器防止失步），但只能為開環(huán)控制，耐振動，運行溫度，價格低，基本可以免維護。伺服電機的特點：能夠驅(qū)動的力矩范圍幾乎是全范圍，能夠驅(qū)動的速度范圍大，可達5000rpm，直流伺服電機更可達1～2萬轉(zhuǎn)/分，運行的平滑性好，精度高（具體要看反饋裝置的分辨率），可3～10倍過載（短時），力矩特性好，響應(yīng)速度快，耐振動性能一般，維護性較好，價格較高。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進給系統(tǒng)設(shè)計》相關(guān)部分），決定采用反應(yīng)式步進電動機。驅(qū)動電動機的功率由滾珠絲杠所要驅(qū)動的力矩來決定。由于滾珠絲杠驅(qū)動力矩計算得：T=（詳細過程請參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進給系統(tǒng)設(shè)計》相關(guān)部分）。由于絲杠的啟動力矩計算得：T0=（詳細過程請參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進給系統(tǒng)設(shè)計》相關(guān)部分）。根據(jù)選型，（詳細過程請參閱《精密數(shù)控磨床的垂直立柱進給系統(tǒng)設(shè)計》相關(guān)部分）。 拖板的驅(qū)動電動機由于拖板的進給量很小，所以可采用的電動機有以下三種：異步電動機；伺服電動機；步進電動機異步電動機的特點是：高效，節(jié)能，起動轉(zhuǎn)矩高，噪音低，振動小，運行安全可靠，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)堅固等特點。伺服電動機的特點是：良好的可控性，運行穩(wěn)定和快速響應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，它能對控制信號能作出快速的響應(yīng)。步進電動機的特點是：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行調(diào)速，能快速起動、反轉(zhuǎn)和制動。結(jié)合本課題的加工要求，經(jīng)過研究（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床微量進給拖板系統(tǒng)設(shè)計》相關(guān)部分），決定采用反應(yīng)式步進電動機。步進電動機的功率是根據(jù)拖板的進給速度得出的，（詳情請參閱《精密數(shù)控磨床微量進給拖板系統(tǒng)設(shè)計》相關(guān)部分）。 回