【正文】 、最前沿的制造生產(chǎn)技術(shù)。采用數(shù)控工具磨床對(duì)刀具進(jìn)行磨削加工必須依靠刀具磨削加工技術(shù)和編程技術(shù)，而各種復(fù)雜形狀刀具的磨削加工技術(shù)和編程軟件，目前在國外也屬于專利技術(shù)或保密技術(shù)。在國內(nèi)，數(shù)控工具磨床的發(fā)展基本上還停留在對(duì)普通工具磨床或原有的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造來滿足特定刀具的制造刃磨的水平上。最近幾年國內(nèi)也有一些廠家研制開發(fā)了數(shù)控工具磨床，但由于采用的是主機(jī)自行制造、數(shù)控系統(tǒng)靠引進(jìn)，這種數(shù)控工具磨床產(chǎn)品不但成本很高，而且由于通用的CNC系統(tǒng)沒有集成刀具磨削加工技術(shù)和編程軟件，難以實(shí)現(xiàn)刀具(特別是復(fù)雜刀具)的磨削加工。如在第九屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)(CIMT2005)上，中國武漢機(jī)床廠還展出了MK6030五軸數(shù)控工具磨床，可用于生產(chǎn)和修磨各種金屬切削刀具，以上所述的刀具刃磨機(jī)床均是萬能型的，其實(shí)刀具刃磨機(jī)床發(fā)展過程中還有另一重要分支，那就是專用刀具刃磨機(jī)床。這些機(jī)床通用性雖然沒有萬能型刀具刃磨機(jī)床好，但它具有效率高、適用于大批量生產(chǎn)、能有效降低刀具制造生產(chǎn)成本等特點(diǎn)，適用于專業(yè)刀具生產(chǎn)廠特定刀具的大批量生產(chǎn)，也是刀具刃磨機(jī)床的重要組成部分和發(fā)展方向。隨著電主軸技術(shù)、直線電機(jī)技術(shù)、大導(dǎo)程高速精密滾珠絲杠副和新型高精度導(dǎo)軌的發(fā)展，高速和超高速數(shù)控工具磨床也是未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。高精密微細(xì)刀具的生產(chǎn)制造是微細(xì)切削加工技術(shù)得以發(fā)展的重要保證。3)砂輪是工具磨床制造生產(chǎn)和修磨刀具的“刀具”，是工具磨床的關(guān)鍵部分。4)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及模擬技術(shù)，開發(fā)能對(duì)刀具刃磨過程、排屑過程、磨削力變化、磨削區(qū)溫度、磨削精度和磨削表面質(zhì)量進(jìn)行仿真的數(shù)控工具磨床軟件，也是未來數(shù)控工具磨床很好的一個(gè)發(fā)展方向。設(shè)計(jì)時(shí)要求電機(jī)與絲杠采用柔性連接，電機(jī)選用伺服電機(jī)對(duì)電機(jī)的大小選擇進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核。設(shè)計(jì)應(yīng)遵循先易后難、先局部后全局的規(guī)律，確定設(shè)計(jì)步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè)數(shù)控工具磨床Z向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，待各系統(tǒng)基本合理后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液。第 5頁 共 47 頁2. Z向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案的確定 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及其原理數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵組成部分。進(jìn)給傳動(dòng)部件一般認(rèn)為是從電機(jī)到工作臺(tái)之間的傳動(dòng)鏈。進(jìn)給傳動(dòng)部件的振動(dòng)會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床日益向著高速、高效率、高精度方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，與普通機(jī)床不同。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，決定了數(shù)控機(jī)床的檔次，因此，在數(shù)控技術(shù)發(fā)展的歷程中，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制和發(fā)展總是放在首要的位置。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是一種位置隨動(dòng)與定位系統(tǒng)，它的作用是快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)命令，精確地控制機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。 :這類數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)不帶檢測(cè)裝置，也無反饋電路，轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各定子繞組依此通電／斷電的電流脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(齒輪箱，絲杠等)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。第 6頁 共 47 頁 開環(huán)控制系統(tǒng) :位置檢測(cè)元件被安裝在電動(dòng)機(jī)軸端或絲杠軸端，通過角位移的測(cè)量間接計(jì)算出機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行位置(直線位移)，并將其與CNC裝置計(jì)算出的指令位置(或位移)相比較，用差值進(jìn)行控制，其控制框圖如圖4所示。用的最多。這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它將絲杠、螺母副及機(jī)床工作臺(tái)這些大慣性環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，調(diào)試時(shí)，其系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)調(diào)試比較麻煩。 數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床組成機(jī)床本體的各機(jī)械部件組成。根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟(jì)的效益，故選擇半閉環(huán)控制系統(tǒng)。它可分為步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三類。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入肘步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖信號(hào)，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。在沒有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。如果在線圈中通以直流電，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)A、B、C三個(gè)磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對(duì)磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。交流伺服電動(dòng)機(jī)：輸出或輸入為交流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為交流電機(jī)，它實(shí)際上就是兩相異步電動(dòng)機(jī)，所以有時(shí)也叫兩相伺服電動(dòng)機(jī)。機(jī)械特性很軟，低速段更軟，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化對(duì)轉(zhuǎn)速影響很大，而且機(jī)械特性軟會(huì)使阻尼系數(shù)減小，時(shí)間常數(shù)增大。若交流伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不當(dāng)，或制造工藝不良，在單相狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”而失控，而且其電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻相當(dāng)大，所以損耗大，效率低，電動(dòng)機(jī)的利用程度差。伺服電機(jī)是根據(jù)負(fù)載條件來選取的。負(fù)載扭矩應(yīng)小于所選擇電機(jī)的額定第 8頁 共 47 頁扭矩，負(fù)載扭矩與加速扭矩之和應(yīng)等于所選擇電機(jī)的最大扭矩。這樣可使電機(jī)在機(jī)床的伺服系統(tǒng)中工作性能得以充分發(fā)揮。所以在刀具刃磨中心Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)中使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。為此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)必須滿足:（1）傳動(dòng)精度高；（2）摩擦阻力??；（3）運(yùn)動(dòng)部件慣量小。 其特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，；平穩(wěn)性高；反向間隙??；但是，靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對(duì)有的清潔度要求高，如果在運(yùn)動(dòng)中供油忽然中斷，將造成不良后果。 一．概述在數(shù)控機(jī)床上，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。因此，在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用，是目前中、小型數(shù)控機(jī)床的常見的傳動(dòng)方式。圖中絲杠和螺母上都加工有圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們對(duì)合起來就形成了螺旋滾道。 三．常用的循環(huán)方式有兩種：（1）外循環(huán)滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后，通過螺母外表面上的螺旋槽或插管返回絲杠間重新進(jìn)入循環(huán)。）所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種形式的結(jié)構(gòu)比插管式結(jié)構(gòu)徑向尺寸小，但制造較復(fù)雜。一般一個(gè)螺母上裝有2～4個(gè)反向器，反向器沿螺母圓周等分分布。缺點(diǎn)是反向器加工困難。為了保證反向傳動(dòng)精度和絲杠的剛度，必須消除軸向間隙。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，預(yù)緊力過大會(huì)使空載力矩增加，從而降低傳動(dòng)效率，縮短使用壽命。常用的螺母絲杠消除間隙方法有：墊片調(diào)隙式。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，調(diào)整時(shí)需要卸下調(diào)整墊圈修磨，滾道有磨損時(shí)不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊。滾珠絲杠左右兩螺母副以平鍵與外套相聯(lián)，用平鍵限制螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，但預(yù)緊量不很準(zhǔn)確。在兩個(gè)螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與固緊在套筒兩端的內(nèi)齒圈相嚙合，其齒數(shù)分別為z1和z2，并相差一個(gè)齒。例如，z1=81，z2=80，滾珠絲杠的導(dǎo)程為t=6mm時(shí)，s=6/6480≈。 齒差調(diào)隙式 。這種調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)簡單，但負(fù)荷量須預(yù)先設(shè)定且不能改變。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。 　　 高精度的保證 　　滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 　　 無側(cè)隙、剛性高 　　滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。由以上比較，根據(jù)要求，Z向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)方式。聯(lián)軸器采用撓性聯(lián)軸器，它能補(bǔ)償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”，不僅可以簡化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，而且可以消除傳動(dòng)間隙，能減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動(dòng)誤差,提高傳動(dòng)剛度。第 13頁 共 47 頁 同步齒輪帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn),與齒輪傳動(dòng)相比它結(jié)構(gòu)更簡單,制造成本更低,安裝調(diào)整更方便。機(jī)床主要用機(jī)械聯(lián)軸器連接，機(jī)械聯(lián)軸器分剛性與彈性，剛性又分固定式剛性聯(lián)軸器與可移式聯(lián)軸器，如套筒聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器等。 在滿足機(jī)床要求的前提下，通過對(duì)比本課題采用通過聯(lián)軸器聯(lián)接電機(jī)與絲杠副，這是一種簡單的聯(lián)接形式具有大的扭轉(zhuǎn)剛度，制造成本低，傳動(dòng)精度高，而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護(hù)，密封圈裝在螺母的兩端。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。另外對(duì)滾珠絲杠安裝處應(yīng)進(jìn)行削邊。現(xiàn)在具體對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算和選型。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。 因此可滿足較高精度零件加工要求。滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。 滾珠絲杠支承方式的確定 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。通常都適當(dāng)加大和機(jī)床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強(qiáng)度，新設(shè)計(jì)的機(jī)床在工藝條件允許時(shí)常常把螺母座或支承座與機(jī)床本體做成整體來增大剛度。國內(nèi)目前主要采用兩種組合方式。另一種是把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。固定端軸承同時(shí)承受軸向力和徑向力，這種支承方式用于行程小的短絲杠或者用于全閉環(huán)的機(jī)床，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的機(jī)械定位精度是最不可靠的，特別是對(duì)于長徑比大的絲杠(滾珠絲杠相對(duì)細(xì)長)，熱變性是很明顯的，、~。一端固定——另一端支承 絲杠一端固定，另一端支承。支承端只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動(dòng)，可以減少或避免因絲杠自重而出現(xiàn)的彎曲，同時(shí)絲杠熱變形可以自由的向一端伸長。兩端固定絲杠兩端均固定。絲杠軸承的載荷主要是軸向的，徑向除臥式絲杠的自重外，一般無載荷，因此對(duì)絲杠軸承軸向精度和剛度要求較高。絲杠軸承種類很多，但從目前的情況來看，占優(yōu)勢(shì)的兩種是：接觸角為60度的推理角接觸球軸承和滾針一雙推理滾子組合軸承，：在設(shè)計(jì)中，我采用雙列接觸角為60度的角接觸球軸承組合使用。工作給速度為18000mm/min?？傮w估計(jì)質(zhì)量：50kg。磨削系數(shù)300；；材料選為：HT200； 導(dǎo)程就是絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周,滑塊的位移.因此導(dǎo)程越小,同樣軸徑的情況下扭矩就可以越大,當(dāng)然滑塊的位移則較慢,在一定軸徑的情況下,導(dǎo)程越小,可以驅(qū)動(dòng)的工件越大 就是轉(zhuǎn)速一定,滑塊位移速度不一樣,導(dǎo)程小的扭矩大 。F為磨削力(N)為切削系數(shù) ；為工件圓周進(jìn)給速度m/min ；為磨削深度mm； 軸向進(jìn)給量mm/r； 在一般磨削中；Fx=(~)Fc Fy=(~)Fc 導(dǎo)軌受到移動(dòng)部件的全部質(zhì)量（包括機(jī)床夾具和工件的質(zhì)量）m=50kg所受重力W=500N)，查表知緊固件的重力為f=1000N,取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù)，則: 計(jì)算在不磨削削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和 計(jì)算最大軸向負(fù)載力計(jì)算最小軸向負(fù)載力絲杠的平均載荷Fm —負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)（查表可知，當(dāng)一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， ， 。)—硬度系數(shù)（查表滾到實(shí)際硬度》。）—等效負(fù)載荷（N）—精度系數(shù)（。 滾珠絲杠螺母的安裝方式擬采用兩端固定支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個(gè)固定支承之間的距離為： L=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支承 ≈（～）行程+（25～30）Ph取L=(200+306)mm=460mm 根據(jù)以上計(jì)算所得的Ph、Cat、dm和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇型號(hào)為FF32065，其公稱直徑、基本導(dǎo)程P0、： 偏心距 R/r= 已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑，已知滾珠絲杠螺母副的最大受壓長度，絲杠豎直安裝時(shí)，取，查表得，則有 本機(jī)床Z向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的最大軸向壓縮載荷為Fmax=1694N，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷的值，故滿足要求。 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校核,滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷，已知其軸向載荷Fmax=1694N，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速nmax=，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)fw=，則有 本機(jī)床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命Lh=61411h15000，故滿足要求。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度 當(dāng)時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度 已知滾動(dòng)體直徑dq=，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=。則滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度為： 查表得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠