【文章內(nèi)容簡介】 單 ,加工裝配方便，使用廣泛等。M7120A、 M7130 平面磨床是國內(nèi)生產(chǎn)量最大的平面磨床，就是這種型式。國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家的公司，例如美國 Thompson 公司、西德 Abe 公司、意大利 Favretto公司都生產(chǎn)磨頭移動(dòng)式平面磨床。由于國外公司在平面磨床系列設(shè)計(jì)方面的有成果，其磨床的工作 精度相當(dāng)于我國精密級(jí)平面磨床的精度，這是值得我們學(xué)習(xí)和重視的。如今意大利生產(chǎn)磨頭移動(dòng)式平面磨床的公司最多。由于從國外進(jìn)口，國內(nèi)很多地方都已經(jīng)有了這些意大利公司的產(chǎn)品。因?yàn)闄C(jī)床規(guī)格能滿足各類用戶的需求 ,他們普遍反映有較好的質(zhì)量與性能。意大利 Favretto 公司的平面磨床系列更新設(shè)計(jì)的概況可能對我們在平面磨床的設(shè)計(jì)制造方面有所啟示。 70 年代臥軸矩臺(tái)平面磨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：總體布局有二種，一種是磨頭拖板在立柱的側(cè)面。制造工藝及裝配簡單使得這種型式使用最為廣泛，缺點(diǎn)是顛覆力矩較大，這就導(dǎo)致磨頭垂直進(jìn)給靈敏較差 , 較 難達(dá)到微量進(jìn)給；另外一種是磨頭拖板在立柱的中間。這種型式與前一種相反，它消除了拖板磨頭對立柱的顛履力矩，從而磨頭垂直進(jìn)給靈敏度較好。 這些系列平面磨床的前后床身鑄造成一體 ,后床身上面安裝立柱，后床身對稱加寬處內(nèi)部作為冷卻液池，前床身中間安裝液壓部件 , 底部作為油池貯油，這樣使床身有足夠的剛度以保持機(jī)床精度穩(wěn)定。床身較長的機(jī)床都安裝散熱器的目的是為了降低油溫和減少熱變形。 立柱是磨頭隨拖板做垂直運(yùn)動(dòng)的支撐，在負(fù)載情況下應(yīng)保證精度穩(wěn)定。立柱結(jié)構(gòu)分為單立柱和雙立柱二種。單立柱的立柱加工工藝復(fù)雜，裝配方便。雙立柱的 立柱加工方便，裝配復(fù)雜。拖板是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的鑄件 ,其上有兩組相互垂直的導(dǎo)軌。矩形導(dǎo)軌與立柱導(dǎo)軌相互配合 , 能沿著立柱導(dǎo)軌作垂直上下移動(dòng)。拖板內(nèi)安裝橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)及作橫向移動(dòng)的油缸。橫向燕尾形導(dǎo)軌與磨頭體殼導(dǎo)軌相配合 , 使磨頭能沿著拖板燕尾形導(dǎo)軌作橫向移動(dòng)。 工作臺(tái)底部有矩形及三角形導(dǎo)軌。工作臺(tái)頂面為安裝電磁吸盤和夾具的基準(zhǔn)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 面。工作臺(tái)移動(dòng)由安裝在床身上的油缸帶動(dòng)。與國內(nèi)的設(shè)計(jì)不同的是，工作臺(tái)寬度是最大磨削寬度減去砂輪寬度，而國內(nèi)的磨床是工作臺(tái)寬度與最大磨削寬度相同。 橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在拖板上部，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu) 安裝在床身前端面左面。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪通過蝸桿斜齒輪傳到絲焊螺母使磨頭上下移動(dòng)。快速升降運(yùn)動(dòng)是通過在手輪軸中間加一套蝸桿斜齒輪接上快速電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。液壓油缸推桿帶動(dòng)棘輪棘爪可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)垂直進(jìn)給 ,手動(dòng)微量垂直進(jìn)給是用手柄通過凸輪推動(dòng)棘輪棘爪實(shí)現(xiàn)。 80 年代臥軸矩臺(tái)平面磨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：機(jī)床外形整齊 , 線條美觀。立柱在床身左側(cè) , 拖板和磨頭側(cè)掛在立柱側(cè)面 , 沿著立柱的垂直導(dǎo)軌上下移動(dòng)。磨頭可沿著拖板燕尾形導(dǎo)軌作橫向移動(dòng)。工作臺(tái)安裝在床身導(dǎo)軌上 , 由二只柱塞式油缸拖動(dòng)作縱向運(yùn)動(dòng)。在床身安裝有電磁工作臺(tái)的控制器，冷卻水箱和磁性 過濾裝置則在床身右端。機(jī)床的操作手輪、手鈕都安裝在正前方，操作很方便。 拖板是磨頭移動(dòng)式平面磨床的主要鑄件。其上有二組導(dǎo)軌 , 一組作為磨頭垂直移動(dòng)用 , 另一組作為磨頭橫向移動(dòng)用 , 這二組導(dǎo)軌相互垂直。 床身為箱形結(jié)構(gòu)的鑄件，矩形導(dǎo)軌和三角形導(dǎo)軌頂面上鑄有油坑，油坑里可安裝耐磨塑料的油環(huán) ,油環(huán)端面高出導(dǎo)軌面約 , 當(dāng)工作臺(tái)導(dǎo)軌在其端面上擦過時(shí) ,使油環(huán)旋轉(zhuǎn)并把潤滑油涂到導(dǎo)軌面上。 立柱為一個(gè)有著矩形導(dǎo)軌的箱形結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是立柱的導(dǎo)軌把拖板的導(dǎo)軌包圍住，這樣大大增加了立柱的剛性。立柱與拖板結(jié)合處的導(dǎo)軌位于 立柱中心的一側(cè) ,位于同一側(cè)的還有使拖板上下移動(dòng)的絲桿。這樣的好處是，當(dāng)磨頭在拖板燕尾導(dǎo)軌上作橫向移動(dòng)時(shí) , 其重心始終在立柱導(dǎo)軌跨距間來回移動(dòng) ,立柱剛性好提高了橫向移動(dòng)的精度 [3]。 課題研究方法 擬采取的研究方法（或技術(shù)路線）： ，對精密數(shù)控平面磨床的結(jié)構(gòu)有初步認(rèn)識(shí)； 、查閱各種文獻(xiàn)資料，了解數(shù)控平面磨床的整體布局及進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)行精密數(shù)控磨床整體布局的設(shè)計(jì)； ，進(jìn)行砂輪架垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)和滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算 ，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)裝配圖，繪制相關(guān)零件圖； ，翻譯、參考英文文獻(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，用 Auto CAD 軟件繪制進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖、零件圖及數(shù)控系統(tǒng)的硬件連線圖 ； 、難點(diǎn)問題通過廣泛查閱文獻(xiàn)資料或與組內(nèi)同學(xué)相互討論以及實(shí)地考察來解決。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 論文的構(gòu)成及研究內(nèi)容 論文的構(gòu)成 1. 緒論 2． 數(shù)控平面磨床總體 布局 設(shè)計(jì) 3．砂輪架設(shè)計(jì) 4. 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5． 磨床 立柱的設(shè)計(jì) 6．硬件電路設(shè)計(jì) 7．總結(jié) 8．參考文獻(xiàn) 9．致謝 設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容 本課題設(shè)計(jì) 一臺(tái)精密數(shù)控平面磨床 MK7120，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺(tái)階平面。用于機(jī)械制造業(yè)及工具模具制造行業(yè)，能加工各種難加工材料。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有： 1．磨床的總體布局設(shè)計(jì)； 2．砂輪架設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制砂輪架機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖； 3. 砂輪架垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)和滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算，垂直進(jìn)給機(jī)械機(jī)構(gòu)裝配圖；繪制相關(guān)零件圖； 3．磨床立柱設(shè)計(jì)，繪制立柱零件圖； 4．磨床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選用； 5．翻譯指定的英文專業(yè)文獻(xiàn)； 6．撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（說明書）。 設(shè)計(jì)基本要求：圖紙總工作量折合 A0 圖紙 3 張以上，畢業(yè) 設(shè)計(jì)論文字?jǐn)?shù)不少于 萬字，參考文獻(xiàn)至少 15 篇以上 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù) 主要參考參數(shù)： 工作臺(tái)面尺寸（寬 ?長）： 200?500（ 630） mm 可磨削最大工件尺寸（寬 ?長 ?高）： 200?500（ 630） ?360 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 3. 工作臺(tái) 工作臺(tái)縱向移動(dòng)速度（無級(jí)）： 工作臺(tái)橫向自動(dòng)進(jìn)給：連續(xù)（無級(jí)）： 斷續(xù)（無級(jí)）： /工作臺(tái)一行程 4. 砂輪架 砂輪架垂直快速升降速度： 400mm/min ，垂直自動(dòng)進(jìn)給： ，最小進(jìn)給量： ，砂輪尺寸（外徑 ?寬 ?內(nèi)徑） Φ 200?20?Φ 32，砂輪轉(zhuǎn)速 3000r/min 5. 加工指標(biāo) 磨削表面粗糙度 Ra= mμ ，加工后表面對基面的平行度為 300： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二章 磨床總體布局設(shè)計(jì) 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 砂輪架的設(shè)計(jì) 砂輪架的設(shè)計(jì)在磨床的設(shè)計(jì)中是非常重要的一部分，尤其是磨頭的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，主軸的剛性以及主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)平衡都會(huì)對磨削的精度有很大影響。因此合理地設(shè)計(jì)砂輪架對達(dá)到磨削精度有很大的意義，尤其是主軸的設(shè)計(jì)和電機(jī)的合理選擇，具體的設(shè)計(jì)過程如下： 主軸的設(shè)計(jì)及校核 主軸是磨床中非常重要的零件，它對磨削的精度 質(zhì)量和 平穩(wěn)性都有較大的影湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 響，因此要對它的剛度有較高的要求。 主軸的設(shè)計(jì) 1. 磨削力的計(jì)算 （ 1）由一個(gè)平面磨削力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式得： 8 2 8 2 ????? swpt vvaF （ ） 其中： maxtF —— 磨削過程中的最大切向磨削力 (N)； pa —— 垂直方向的進(jìn)給量 (mm)； wv —— 縱向進(jìn)給量 (mm/min)； sv —— 砂輪轉(zhuǎn)速 (m/s)。 m a x m a x m a x m in0 . 8 6 0 . 4 4 1 . 0 628282t p w sF a v v ?? ? ? ? （ ） 由設(shè)計(jì)的參數(shù)要求可知：maxpa=，maxwv=25m/min；由于電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，砂輪尺寸 (外徑╳寬╳內(nèi)徑 )φ 200╳ 20╳φ 32，因此 v s不變，minsv=v s 60 1000s NDv ?? ? （ ） 其中： sv —— 砂輪線速度 (m/s)； N —— 電機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min)； D —— 砂輪外圓直徑 (mm)。 30 00 20 060 10 00sv ???? ? ? m/s minsv =v s ，即 minsv = m/s 所以 0. 86 0. 44 1. 062 8 2 8 2 0 .0 2 2 5 3 1 .4tF ?? ? ? ?? ? N? m 磨削經(jīng)驗(yàn)表明，法向磨削力跟 切向磨削力的大小存在一個(gè)比值 k（ /ntFF? k ）的關(guān)系 ,磨削普通鋼料時(shí) k 的取值范圍為 ~，磨削陶瓷時(shí) k的取值范圍 為 3~22。綜合考慮各方面的因素，磨削普通鋼料時(shí)取 k =，磨削陶瓷時(shí)取 k =20。則磨削普通鋼料時(shí)的法向磨削力的最大值為： max ? 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 m a x ? ? ? N （ 2）由陶瓷磨削力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式（該公式應(yīng)用了最小二乘 法線性回歸求出的各種陶瓷的單位磨削力的經(jīng)驗(yàn)公式）得： 對于 2rzo 陶瓷： 0 . 4 6 9 0 . 4 6 8 0 . 7 4 216 6. 86n s w pF v v a??? ? ? ? 0 . 7 7 9 0 . 7 0 1 0 . 9 2 760 .7 89t s w pF v v a??? ? ? ? ? 0. 46 9 0. 46 8 0. 74 216 6. 86 31 .4 25 0. 02nF ??? ? ? ?= N/mm 0. 77 9 0. 70 1 0. 92 760 .7 89 31 .4 25 0. 02tF ??? ? ? ?= N/mm 20nnFF ???= N 20ttFF ??? = N 對于 23AlO 陶瓷： 0 . 4 9 8 0 . 6 1 7 0 . 9 1 82 1 6 .8 4 3n s w pF v v a??? ? ? ? 0 . 8 2 6 0 . 5 0 9 1 . 2 0 74 0 5 .5 9 2t s w pF v v a??? ? ? ? ? 0. 49 8 0. 61 7 0. 91 821 43 31 .4 25 2nF ?? ? ? ? ?= N/mm 0. 82 6 0. 50 9 1. 20 740 5. 59 2 31 .4 25 0. 02tF ??? ? ? ?= N/mm 20nnFF ???= N 20ttFF ??? = N 綜上所述得： maxtF? N max ? N 故 m a xm a x 10 4. 41 0. 1 10 .4 1tT F r? ? ? ? N? m 了解各個(gè)方向最大磨削力的大小是進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提條件，也是各個(gè)零件尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在磨削過程中對磨削精度的影響也較大是縱向和垂直方向的磨削力。為了合理的選擇主軸電機(jī)，首先也得計(jì)算出磨削情況下可能的最大磨削力 [6]。 由于該磨床主軸轉(zhuǎn)速為 3000 r/min ， 由以上計(jì)算可知砂輪線 速度為 v s ? m/s，由此可計(jì)算出磨削的最大功率為： nPT 9550? （ ） ? ????? nTP kW 考慮到傳動(dòng)效率和安全系數(shù)等因素，可以先暫定電機(jī)的額定功率為 4kw 來湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 進(jìn)行下面的設(shè)計(jì)。 根據(jù)一個(gè)關(guān)于軸直徑大小的估算公式： 30 pDAN? （ ） 式中： D — — 設(shè)計(jì)軸的直徑（ mm） ； 0A —— 一個(gè)參考系數(shù)，跟材料有關(guān)，可查表得 0A =115； p —— 傳動(dòng)的最大功率（ kW），取 4kw 進(jìn)行設(shè)計(jì)； N —— 主軸的轉(zhuǎn)速（ r/min） 。 3 4115 3000D ?= mm 考慮到一定的安全系數(shù)和剛度的要求，取 D =20 mm。 主軸的剛度校核 一般來說，如主軸的剛度達(dá)到設(shè)計(jì)要求則其強(qiáng)度一般來說都是滿足要求的，故磨床主軸只進(jìn)行彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的校核。 1. 主軸的彎曲剛度校核 由于主軸是階梯軸，不便于計(jì)算，為了簡化計(jì)算，可以把階梯軸看成是當(dāng)量直徑的光軸，然后在按照材料力學(xué)計(jì)算公式計(jì)算，以下主軸的設(shè)計(jì)和校核主要參考文獻(xiàn)。