【正文】 other outside place the electrical engineering to drive, turn round the work pedestal to drive then through an outside place the electrical engineering to drive the leather belt round, from the leather belt round spread to move to make the turnover work pedestal revolve, drag along the knothole to drive then from tread into the electrical engineering to control. At the same time, made use of number to control the technique in the design of the grinding machine, modern test means, enter to pensate technique for software little by little, thus make precise machine the design attains the accuracy request. Key Words: Accuracy of Process， Project Design， Allotment， Parameter 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精密數(shù)控磨床的總體設(shè)計(jì) 4 精密數(shù)控磨床的總體設(shè)計(jì) 0 引言 回顧即將過去的 20 世紀(jì)，人類取得的每一項(xiàng)重大科技成果，無不與制造技術(shù)，尤其與超精密加工技術(shù)密切相關(guān)。超精密加工技術(shù)在航天運(yùn)載工具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用?？梢哉f，沒有高水平的超精密加工技術(shù)，就不會(huì)有真正強(qiáng)大的國防。基于 PC 機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理芯片（ DSP）的主從式硬件結(jié)構(gòu)是超精密數(shù)控的潮流，如美國的 NAN OPATH 和 PRECITECH39。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運(yùn)動(dòng)控制模塊（ PM AC）開發(fā)應(yīng)用越來越廣泛，使此類數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和可重構(gòu)性得到提高。 模塊化、構(gòu)件化是超精密磨床進(jìn)入市場(chǎng)的重要技術(shù)手段，如美國ANORAD 公司生產(chǎn)各種主軸、導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺(tái)，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)和磨床。超精密磨床往往與傳統(tǒng)磨床在結(jié)構(gòu)布局上有很大差別，流行的布局方式是 “T” 型布局，這種布局使磨床整體剛度較高，控制也相對(duì)容易，如 Pneumo 公司生產(chǎn)的大部分超精密磨床都采用這 一布局。 此外，一些超精密加工磨床是針對(duì)特殊零件而設(shè)計(jì)的，如大型高精度天文望遠(yuǎn)鏡采用應(yīng)力變形盤加工，一些非球面鏡的研拋加工采用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)（ CCOS）加工，這些磨床都具有和通用磨床完全不同的結(jié)構(gòu)。 為保證超精密磨床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數(shù)控系統(tǒng)必須采用全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，高精度運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是進(jìn)行全閉環(huán)控制的必要條件。但是雙頻激光干涉儀對(duì)環(huán)境要求過于苛刻，使用和調(diào)整非常困難，使用不當(dāng)會(huì)大大降低精度。 ，對(duì)環(huán)境要求低，安裝和使用方便，如 Nanoform2500 和 Opt imum2400 超精密磨床都使用了 Heidenhain光柵尺。國外有關(guān)開放性數(shù)控系統(tǒng)的研究有歐共體的 OS ACA、美國的 OMAC 和日本的 OSEC。 1 總體概述 超精密加 工機(jī)床設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵與核心問題是保證超精密加工工藝和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這些基本原則和要求，超精密加工機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常采取的一些原則措施有： （ 1） 首先是盡量不用或少用摩擦發(fā)熱量大的傳動(dòng)裝置（如機(jī)械無級(jí)調(diào)速器），并把工作過程中發(fā)熱量大的熱源（如電機(jī)、冷卻潤滑油箱等）與機(jī)床本體結(jié)構(gòu)分離或隔熱，以避免熱量 傳 入機(jī)床本體引起機(jī)床結(jié)構(gòu)的熱變形。與此同時(shí)也要盡量采用熱物理特性相同或相近的材料來制造機(jī)床的構(gòu)件和零部件。當(dāng)冷卻的尺寸范圍在 200mm～1500mm 時(shí)，風(fēng)的流量應(yīng)為（ 3～ 10） m179。176。176。對(duì)個(gè)別強(qiáng)熱源處（如主軸軸承）所產(chǎn)生的熱量，必要時(shí)可采用專門的熱管帶走。176。 （ 3） 為了避免振動(dòng)影響加工精度，除了機(jī)床必須安裝在由空氣支承、彈簧支承或其他有效的隔振器支承的地基上外，機(jī)床上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件也要嚴(yán)格進(jìn)行動(dòng)平衡，殘馀不平衡量應(yīng)小于 ～ 。 通過振源振動(dòng)頻率的調(diào)整（如改變轉(zhuǎn)速 ）或通過對(duì)機(jī)床工藝系統(tǒng)的質(zhì)量（ m）和彈簧剛度（ k）等動(dòng)力參數(shù)的選擇使振源的振動(dòng)頻率與機(jī)床工藝系統(tǒng)的固有頻率相互遠(yuǎn)離，避開共振區(qū)，減少振動(dòng)對(duì)機(jī)床工作的影響。正常情況下，鑄鐵的衰減指數(shù)為 ～ ，而天然大理石和人造大理石的衰減指數(shù)則分別為 ～ 和 ～ ；不清砂的雙層壁鑄件可以大大增加 結(jié)構(gòu)的內(nèi)阻尼，因而可大大提高衰減振動(dòng)的效果。為此，可供選擇的進(jìn)給傳動(dòng)方式有以下幾種： －滾珠絲杠副。 －摩擦傳動(dòng)。缺點(diǎn)是壽命低，不夠靈敏。僅適合在小型機(jī)床上用。移動(dòng)量可小于 5μ m，但總的行程量很小 ，只有 100～ 200μ m，故多數(shù)情況下它是與其它傳動(dòng)方式（如滾珠絲杠副）組合使用。特點(diǎn)是由于齒形角?。ㄖ挥?10176。缺點(diǎn)是保證油溫和油壓穩(wěn)定的系統(tǒng)較復(fù)雜。它是由涂有稀有材料的磁性混合物的絲杠與帶有線圈的螺母相互作用來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。 （ 5） 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)。前者的剛度可達(dá) 6KN～ 8KN/μ m，并能保證位移精度 ～ m /400mm 行程；後者的剛度為 1KN～ 2KN/μ m，當(dāng)氣膜厚度為 4181。液體靜壓和氣浮導(dǎo)軌的直線性均可高達(dá) m/100mm。此時(shí)，機(jī)床所能實(shí)現(xiàn)的精度在很大程度上取決于測(cè)量系統(tǒng)的有效性。阿貝原理要求，測(cè)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。 （ 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(tái)機(jī)床只實(shí)現(xiàn)一種加工方法，每個(gè)部件也只完成一個(gè)固定的功能運(yùn)動(dòng)。這一點(diǎn)是與目前一般機(jī)床的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì) —— 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。這是因?yàn)楹茈y保證所要求的零件制造精度，同時(shí)也很難完全消除振動(dòng)和熱因素帶來的負(fù)面影響。 調(diào)查分析 調(diào)查分析主要包括：（ 1）對(duì)加工對(duì)象的了解；（ 2）對(duì)使用要求與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精密數(shù)控磨床的總體設(shè)計(jì) 10 條件的了解；（ 3）對(duì)同類及類同設(shè)備的了解。 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(gè)同軸軸承孔的超精密加工。 磨床的制造運(yùn)用數(shù)控技術(shù)，現(xiàn)代測(cè)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(jì)達(dá)到所要求的精度。 1390179。寬179。 150mm 工作臺(tái)左右最大行程： 382mm 工作臺(tái)前后最大行程： 175mm 砂輪軸心 至工作臺(tái)面距離（加長）： 400（ 450） mm 主軸馬達(dá)（ V3 級(jí)）： ， 1HP179。寬度179。 13179。寬179。 920179。 加工工藝方案 工藝方法對(duì)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(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)、布局、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效果等方面的一系列變化。 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。 采取切入式磨削方式的加工工藝方案如圖 所示。砂輪的徑向進(jìn)給（ Fr）靠工作臺(tái)沿 X方向位移實(shí)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(dòng)，繼續(xù)加工下面的孔及下端面。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精密數(shù)控磨床的總體設(shè)計(jì) 14 圖 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。 采取單油石磨削的加工工藝方案如圖 所示。油石的徑向進(jìn)給靠拖 板的水平方向位移實(shí)現(xiàn)，以此來帶動(dòng)工作臺(tái)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(dòng)，繼續(xù)加工下面的孔及下端面。 圖 單油石磨削 多油石磨削 多油石磨削 : 將位置對(duì)稱的 4 塊油石沿軸向進(jìn)入工件被加工孔。 采取多油石磨削的加工工藝方案如圖 所示。油石的徑向進(jìn)給靠數(shù)控部件參數(shù)的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)，通過 往復(fù)振 動(dòng) 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(dòng)，繼續(xù)加工下面的孔及下端面。 圖 多油石磨削 加工工藝方案選定 切入式磨削的特點(diǎn)是：排屑和散熱相對(duì)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(duì)簡單，加工得到的精度和表面粗糙度比較高。 多油石磨削的特點(diǎn)是：內(nèi) 圓的加工條件相對(duì)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。相比另兩個(gè)方案，切入式磨削與單油石磨削。而且單油石磨削的控制相對(duì)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。 磨床運(yùn)動(dòng)的確定與分配 磨床的傳動(dòng)系統(tǒng)是由加工工藝來決定的。 磨頭的運(yùn)動(dòng)分配 磨頭是加工零件的執(zhí)行元件，其運(yùn)動(dòng)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(dòng)。綜上所述，本課題選擇方案（ 1）。 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)。 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)。 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)。 （ 2）足夠的剛性，抗振性。 （ 4）材料消耗低，占地面積小。 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。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。 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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精密數(shù)控磨床的總體設(shè)計(jì) 20 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)。 （ 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。 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)。 （ 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)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 精密數(shù)控磨床的總體設(shè)計(jì) 21 結(jié)合本課題的