【正文】 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。 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)電動機(jī)，電動機(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)。 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)簡單的機(jī)床，所以復(fù)合式、單臂式、龍門式機(jī)床暫不考慮。② 用直線電動機(jī)驅(qū)動拖板來實現(xiàn)粗進(jìn)給，由壓電陶瓷實現(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。（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(jī)驅(qū)動帶輪，通過帶輪的傳動來使回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)。② 用直線電機(jī)直接驅(qū)動來帶動磨頭主軸箱在垂直方向上的移動。（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(jìn)給。 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(jī)直接驅(qū)動；② 由內(nèi)置電動機(jī)通過皮帶的傳動來驅(qū)動；③ 通過外置電動機(jī)來直接驅(qū)動。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。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?？傮w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(jìn)行平衡。（4）材料消耗低，占地面積小。（2）足夠的剛性，抗振性。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。 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。 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(fù)責(zé)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。綜上所述，本課題選擇方案（1）。 磨頭的運動分配磨頭是加工零件的執(zhí)行元件，其運動的形式有兩種方案：（1）自身回轉(zhuǎn)；（2）自身的回轉(zhuǎn)和垂直方向上的直線移動。 磨床運動的確定與分配磨床的傳動系統(tǒng)是由加工工藝來決定的。而且單油石磨削的控制相對比較復(fù)雜，由于控制復(fù)雜，執(zhí)行元件也將增加，精度就更難以保證。相比另兩個方案，切入式磨削與單油石磨削。多油石磨削的特點是：內(nèi)圓的加工條件相對比較苛刻，排屑、散熱困難，磨削液不易進(jìn)入磨削區(qū)，油石易磨損，控制比較復(fù)雜，加工高精度和表面粗糙度的孔比較困難，成本也高，適合加工大尺寸類型的零件。 多油石磨削 加工工藝方案選定切入式磨削的特點是：排屑和散熱相對比較容易，磨削液較易進(jìn)入磨削區(qū)，適合加工小、中尺寸類型的零件，控制相對簡單，加工得到的精度和表面粗糙度比較高。油石的徑向進(jìn)給靠數(shù)控部件參數(shù)的設(shè)置來實現(xiàn)，通過往復(fù)振動來進(jìn)行磨削，上面的孔及上端面加工好后，多油石裝置通過垂直方向上的移動，繼續(xù)加工下面的孔及下端面。 單油石磨削 多油石磨削多油石磨削: 將位置對稱的4塊油石沿軸向進(jìn)入工件被加工孔。油石的徑向進(jìn)給靠拖板的水平方向位移實現(xiàn)，以此來帶動工作臺上的工件，上面的孔及上端面加工好后，油石通過垂直方向上的移動，繼續(xù)加工下面的孔及下端面。 切入式磨削 單油石磨削單油石磨削: 將1塊油石沿軸向進(jìn)入工件被加工孔。砂輪的徑向進(jìn)給（Fr）靠工作臺沿X方向位移實現(xiàn)，上面的孔及上端面加工好后，砂輪通過在垂直方向上的移動，繼續(xù)加工下面的孔及下端面。 切入式磨削切入式磨削: 將磨頭沿軸向進(jìn)入工件被加工孔。 加工工藝方案工藝方法對磨床的結(jié)構(gòu)和性能的影響很大，工藝方法的改變常導(dǎo)致磨床的運動、傳動、布局、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效果等方面的一系列變化。磨床的制造運用數(shù)控技術(shù)，現(xiàn)代測試手段，微量進(jìn)給軟件補(bǔ)償技術(shù)，從而使精密機(jī)械設(shè)計達(dá)到所要求的精度。 使用要求與制造條件本課題所要解決的關(guān)鍵問題是主軸箱上兩個同軸軸承孔的超精密加工。 調(diào)查分析調(diào)查分析主要包括：（1）對加工對象的了解；（2）對使用要求與制造條件的了解；（3）對同類及類同設(shè)備的了解。這是因為很難保證所要求的零件制造精度，同時也很難完全消除振動和熱因素帶來的負(fù)面影響。這一點是與目前一般機(jī)床的設(shè)計發(fā)展趨勢——復(fù)合化，擴(kuò)大工藝可能性是不一樣的，或者說是正好相反的。（7）在機(jī)床整體和各部件所完成的功能分配方面，在多數(shù)情況下，一臺機(jī)床只實現(xiàn)一種加工方法，每個部件也只完成一個固定的功能運動。阿貝原理要求，測量軸要接近于刀尖，以便消除按杠桿原理放大誤差的可能性。此時，機(jī)床所能實現(xiàn)的精度在很大程度上取決于測量系統(tǒng)的有效性。m～8μm時，也能保證與液體靜壓導(dǎo)軌一樣的位移精度。導(dǎo)軌是超精密加工機(jī)床上保證實現(xiàn)精密微量進(jìn)給的重要要素之一，雖有多種形式可供選擇，但采用得最為廣泛的是液體靜壓導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌?？蓪崿F(xiàn)微小的增量位移，但剛度過低，只有10N/μm。－電磁絲杠副傳動。），故剛度大（達(dá)100N～1000N/μm）和可實現(xiàn)微小的增量位移。－自定位靜壓絲杠副。－壓電和磁致伸縮傳動。－條（帶）傳動。傳動剛度為50N～100N/μm，拉力達(dá)100N，可實現(xiàn)的移動增量為5μm。特點是剛度大，可實現(xiàn)的增量位移為100μm（）。（4）進(jìn)給傳動的設(shè)計主要要求是：保證能有效進(jìn)行誤差動態(tài)補(bǔ)償?shù)膿Q向精度；可實現(xiàn)最小5μm的脈沖位移；采用修正系統(tǒng)後具有2μm的高定位精度。選用具有高內(nèi)阻尼系數(shù)的材料，如天然大理石、人造大理石、陶瓷等或采用不清砂的雙層壁鑄鐵件作為機(jī)床的結(jié)構(gòu)件，以保證高度衰減內(nèi)部產(chǎn)生和外部傳來的振動，因為振動衰減的效果正比于阻尼系數(shù)（即衰減指數(shù)）。與此同時，為了消除和減少機(jī)床本身內(nèi)部振源，要盡量采用運動平穩(wěn)的傳動系統(tǒng)，如非接觸的氣動和液體傳動，禁止或避免采用帶有沖擊力的傳動，如有間隙的換向機(jī)構(gòu)等。C的油淋浴的恒溫箱中，因此，機(jī)床的工作過程必須是完全自動或遙控的。 （2）超精密加工機(jī)床不僅要考慮安裝和工作在恒溫室里，而且在極高精度要求的情況下，還應(yīng)考慮控制機(jī)床工作在溫度177。C。C和177。/s或液體的通量為（1～10）L/s，從而可分別保持溫度波動為177。零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計力求熱對稱，而且應(yīng)考慮采取強(qiáng)迫的風(fēng)冷或液體冷卻并預(yù)留相應(yīng)的冷卻液循環(huán)流動通道。選用熱脹系數(shù)α和導(dǎo)熱系數(shù)λ值低的材料作機(jī)床的重要零部件材料。因此，超精密加工機(jī)床的設(shè)計和制造的基本原則和要求是：消除或減少機(jī)床上的熱源和振源；提高機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度和幾何精度；減少機(jī)床的變形（含溫度變形和力變形）對機(jī)床加工精度的影響等。我國國防科技大學(xué)在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)件化多自由度運動控制軟件，可根據(jù)磨床成形系統(tǒng)的布局任意組裝軟件，符合磨床模塊化發(fā)展的方向。在數(shù)控軟件方面，開放性是一個發(fā)展方向。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗，德國Heidenhain公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密磨床運動檢測，如該公司LI P401,材料長度220mm，分辨率為2nm，采用Zerodur材料制成幾乎達(dá)到零膨脹系數(shù)（），177。雙頻激光干涉儀具有高分辨率（如ZYGO AX10MTM 2/）與高穩(wěn)定性，測量范圍大，適合作磨床運動線位移傳感器使用。由此可見，超精密磨床的結(jié)構(gòu)有其鮮明的個性，需要特殊的設(shè)計考慮和設(shè)計手段。模塊化使磨床布局更加靈活多變，如日本超硅晶體研究株式會社研制的超精密磨床，用于磨削超大硅晶片,采用三角菱形五面體結(jié)構(gòu)，用于提高剛度；德國蔡司公司研制了4軸精密磨床AS100，用于加工自由形式表面，該磨床除了X、Z和C軸外，附加了A軸，用于加工自由表面時控制砂輪的磨削點。研制超精