數(shù)控磨床床身機結(jié)構(gòu)設計

題目數(shù)控磨床床身結(jié)構(gòu)設計摘要數(shù)控磨床作為一種重要的機械零件加工設備廣泛應用于尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高的各種平面加工。磨削技術及磨床在機械制造行業(yè)中占有極其重要的地位，磨削技術的發(fā)展很快，在機械加工中起著非常重要的作用。隨著高精度、高硬度機械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高。磨床是各類金屬切削機床中品種最多的一類，主要類型有內(nèi)圓磨床、外圓磨床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。在整個磨床的各個組成部分中,床身是磨床的重要基礎部件，床身起著支撐和連接工作臺、砂輪架、立柱等關鍵零部件的作用,并與整機性能有著密切關系。目前,國內(nèi)的普通磨床基本依靠經(jīng)驗進行設計,設計的理論依據(jù)不足,使得磨床床身結(jié)構(gòu)存在形式單一、結(jié)構(gòu)復雜、耗材多、成本高等問題,因此進行床身輕量化設計研究十分必要。關鍵詞：數(shù)控磨床、磨削技術、床身ABSTRACTCNCgrindingmachineisakindofimportantmechanicalpartsprocessingequipmentwidelyusedinvariousplanemachiningprecisionandsurfacequalityrequirementshigher.Grindingtechnologyandthemachineoccupiesanextremelyimportantpositioninthemachinerymanufacturingindustry,thedevelopmentofgrindingtechnologysoon,playsaveryimportantroleinmachining.Withtheincreasingnumberofhighprecision,highhardnessandmechanicalparts,aswellasthedevelopmentofprecisioncastingandforgingprocess,performance,varietiesandproductionareinthecontinuousimprovementofthegrindingmachine.Allkindsofmetalcuttingmachinetoolgrinderisakindofmostvarieties,themaintypesofinternalgrinder,cylindricalgrinder,surfacegrinder,centerlessgrinder,grindingmachineetc..Inthevariouspartsofthegrinder,lathebedisanimportantbasiccomponentsofgrinder,lathebedplaysasupportingandconnectingtable,thegrindingwheelrack,columnandotherkeypartsofthefunction,andhasacloserelationwiththeperformance.Atpresent,thedomesticordinarygrinderbasicallyrelyonexperiencetocarryonthedesign,thetheoreticalbasisfordesigndeficiencies,formsingle,complexstructure,muchmaterialconsumption,highcostmakesthestructureofgrinderbed,soitisnecessarytostudythelightweightbodydesign.Keywords：CNCgrinder,grinding,Grinderbed目錄第一章概論 11.1數(shù)控機床的發(fā)展與產(chǎn)生 11.2何為數(shù)控機床 11.3數(shù)控機床的應用范圍 21.4數(shù)控機床的基本組成 21.5數(shù)控機床的分類 31.6數(shù)控機床的特點 31.7數(shù)控機床的工作原理 5第二章磨床概述 62.1磨削概論 62.2磨床的類型與用途 62.2.1磨床的類型及其特點 62.2.2磨床的用途 72.2.3外圓磨削和端面外圓磨削 72.3磨床現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 9第三章數(shù)控磨床總體結(jié)構(gòu)設計 103.1磨床結(jié)構(gòu)布局設計 103.1.1加工零件 103.1.2初步估計組成部分 103.2總體布局設計 103.2.1結(jié)構(gòu)布局設計 103.2.2磨床支承結(jié)構(gòu)形式的確定 113.2.3總體布局的確定 11第四章數(shù)控磨床床身結(jié)構(gòu)的設計 134.1床身結(jié)構(gòu)的基本要求 134.2床身的結(jié)構(gòu) 134.3床身基本尺寸的確定 144.4提高機床床身的結(jié)構(gòu)剛度的設計 164.5提高機床的抗振性的措施 174.6床身的鑄造結(jié)構(gòu) 174.6.1床身的鑄造 174.7鏈接元件 17結(jié)束語 19致謝 20參考文獻 21三江學院2014屆本科生畢業(yè)設計（論文）PAGE22概論1.1數(shù)控機床的發(fā)展與產(chǎn)生1948年，美國空軍委托美國的帕森斯公司，對飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備進行研制。因為樣板形狀復雜多樣，精度要求很高，一般加工設備難以適應，因此提出計算機控制機床的設想。1949年，該公司由美國麻省理工學院（MIT）伺服機構(gòu)研究室協(xié)助，開始數(shù)控機床研究，并于1952年成功試制出第一臺由大型立式仿形銑床改裝成的三坐標數(shù)控銑床，很快便投入正式生產(chǎn)，于1957年正式開始使用。當時的數(shù)控裝置采用電子管元件，其體積龐大，價格昂貴，只在航空工業(yè)等少數(shù)有特殊要求的公司用來加工復雜型面的零件；1959年，發(fā)展為晶體管元件與印刷電路板，使數(shù)控裝置進入了第二代，它體積縮小，成本也有所下降；1960年以后，相對簡單和經(jīng)濟的點位控制的數(shù)控鉆床和直線控制的數(shù)控銑床發(fā)展迅速，使數(shù)控機床在機械制造領域逐漸得到推廣。到1965年，出現(xiàn)了第三代集成電路數(shù)控裝置，不僅體積更小，功率消耗少，并且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數(shù)控機床品種和產(chǎn)量的進一步提高。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)（簡稱DNC），又稱群控系統(tǒng)；采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC）,使數(shù)控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。1974年，成功研制出使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置（簡稱MNC），這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低3/4，可靠性也得到極大的提高。80年代初，隨著計算機軟件和硬件技術的發(fā)展，出現(xiàn)了可以進行人機對話的自動編程數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化發(fā)展，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進一步提高，具有了自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。我國是從1958年開始研發(fā)數(shù)控技術的，一直到60年代中期處于研制、開發(fā)時期。當時，一些高等院校、科研單位研制出的實驗樣機，開發(fā)也是從電子管開始。1965年國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控技術。從70年代開始，數(shù)控技術在車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工等領域全面展開，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時期，數(shù)控線切割機床由于結(jié)構(gòu)簡單、方便使用、價格低廉，在模具加工中得到了推廣。80年代我國數(shù)控機床有了全新的發(fā)展。90年代以后主要是向高檔數(shù)控機床發(fā)展。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在的數(shù)控機床早已實現(xiàn)了計算機控制并在工業(yè)領域得到廣泛應用，在模具制造行業(yè)的應用最為普及。針對車削、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開發(fā)了各種類型的數(shù)控加工機床。1.2何為數(shù)控機床數(shù)控機床是一種綜合應用了微電子技術、自動控制、計算機技術、精密測量和機床結(jié)構(gòu)等方面的最新成就而發(fā)展起來的高效自動化精密機床，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。它是機械加工自動化的核心設備。1.3數(shù)控機床的應用范圍數(shù)控機床在加工下面這些零件中更能顯示出它的優(yōu)越性：批量小（200件以下）而又多次生產(chǎn)的零件；在加工過程中必須進行多種加工的零件；幾何形狀復雜的零件；切削余量大的零件；必須控制公差（即公差范圍小）的零件；工藝設計經(jīng)常變化的零件；加工過程中的錯誤會造成嚴重浪費的貴重零件；需要全部檢測的零件。1.4數(shù)控機床的基本組成數(shù)控機床一般由輸人輸出設備、數(shù)控裝置(CNC)、伺服單元、驅(qū)動裝置(或稱執(zhí)行機構(gòu))、可編程控制器及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置組成。(1)輸入和輸出裝置。是機床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進行信息交流、實現(xiàn)人機對話的交互設備。輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應的電脈沖信號，傳送并存人數(shù)控裝置內(nèi)。目前，數(shù)控機床的輸入裝置有鍵盤、磁盤驅(qū)動器、光電閱讀機等，其相應的程序載體為磁盤、穿孔紙帶。輸出裝置是顯示器，有CRT顯示器或彩色液晶顯示器兩種。輸出裝置的作用是：數(shù)控系統(tǒng)通過顯示器為操作人員提供必要的信息。顯示的信息可以是正在編輯的程序、坐標值以及報警信號等。(2)數(shù)控裝置(CNC裝置)。是計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心，是由硬件和軟件兩部分組成的。它接收的是輸入裝置送來的脈沖信號，信號經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路的編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床的各個部分，使其進行規(guī)定的、有序的動作。這些控制信號中最基本的信號是各坐標軸(即作進給運動的各執(zhí)行部件)的進給速度、進給方向和位移量指令(送到伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動)，還有主軸的變速、換向和啟停信號，選擇和交換刀具的刀具指令信號，控制冷卻液、潤滑油啟停。控制工件和機床部件松開、夾緊，控制分度工作臺轉(zhuǎn)位的輔助指令信號等。數(shù)控裝置主要包括微處理器(CPU)、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)他組成部分聯(lián)系的接口等。(3)可編程邏輯控制器(PIC)。數(shù)控機床通過CNC和PLC共同完成控制功能，其中，CNC主要完成與數(shù)字運算和管理等有關的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、刀具運動的位置伺服控制等。而PLC主要完成與邏輯運算有關的一些動作。它接收CNC的控制代碼M(輔助功能)、s(主軸轉(zhuǎn)速)、T(選刀、換刀)等開關量動作信息，對開關量動作信息進行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開關等一些輔助動作。它還接收機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作(如手動操作機床)，另一方面將一部分指令送往數(shù)控裝置，用于加工過程的控制。(4)伺服單元。伺服單元接收來自數(shù)控裝置的速度和位移指令。這些指令經(jīng)伺服單元變換和放大后，通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成機床進給運動的速度、方向和位移。因此，伺服單元是數(shù)控裝置與機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數(shù)控裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。伺服單元分為主軸單元和進給單元等，伺服單元就其系統(tǒng)而言又有開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分。(5)驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置把經(jīng)過伺服單元放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過機械連接部件驅(qū)動機床工作臺，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。目前常用的驅(qū)動裝置有直流伺服電機和交流伺服電機，交流伺服電機正逐漸取代直流伺服電機。伺服單元和驅(qū)動裝置合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，計算機數(shù)控裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，伺服驅(qū)動裝置包括主軸驅(qū)動單元(主要控制主軸的速度)、進給驅(qū)動單元(主要控制進給系統(tǒng)的速度和位置)。伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數(shù)控機床的功能主要取決于數(shù)控裝置，而數(shù)控機床的性能主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。(6)機床本體。即數(shù)控機床的機械部件，包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件(工作臺、拖板及其傳動部件)和支承部件(床身、立柱等)，還包括具有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功能的輔助裝置。加工中心類的數(shù)控機床還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機械手等部件，數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似。由于數(shù)控機床高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工的要求，其機械部件在精度、剛度、抗振性等方面要求更高。此外，為保證數(shù)控機床功能的充分發(fā)揮。還有一些輔助系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、液壓(或氣動)系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、防護系統(tǒng)等。1.5數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的種類很多，主要分類如下：按工藝用途分類。按工藝用途，數(shù)控機床可分類如下：普通數(shù)控機床，這種分類方式與普通機床分類方法一樣，銑床、數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床等。加工中心機床，數(shù)控加工中心是在普通數(shù)控機床上加裝一個刀庫和自動換刀裝置而構(gòu)成的數(shù)控機床，它可在一次裝夾后進行多種工序加工。按運動方式分類。按運動方式，數(shù)控機床可分類如下：點位控制數(shù)控機床。數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具從要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標銑床、數(shù)控沖剪床等。直線控制數(shù)控機床：數(shù)控系統(tǒng)除了控制點與點之間的準確位置以外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進行控制。這類機床主要有簡易數(shù)控車床、數(shù)控鉆、銑床等。輪廓控制數(shù)控機床：數(shù)控系統(tǒng)能對兩個或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，使合成的運動軌跡能滿足加工的要求。這類機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。按伺服系統(tǒng)的控制方式分類。按伺服系統(tǒng)的控制方式，數(shù)控機床可分類如下：開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床、閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床、半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床。1.6數(shù)控機床的特點(1)加工對象改型的適應性強利用數(shù)控機床加工改型零件，只需要重新編制程序就能實現(xiàn)對零件的加工。它不同于傳統(tǒng)的機床，不需要制造、更換許多工具、夾具和量具，更不需要重新調(diào)整機床。因此，數(shù)控機床可以快速地從加工一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ち硪环N零件，這就為單件、小批量以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。它不僅縮短了生產(chǎn)準備周期，而且節(jié)省了大量工藝裝備費用。(2)加工精度高數(shù)控機床是以數(shù)字形式給出指令進行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當量(即每輸出一個脈沖后數(shù)控機床移動部件相應的移動量)一般達到了0.001mm也就是1μm。而進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù)控機床能達到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。這是由數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設計采用了必要的措施以及具有機電結(jié)合的特點決定的。首先是在結(jié)構(gòu)上引入了滾珠絲杠螺母機構(gòu)、各種消除間隙結(jié)構(gòu)等，使機械傳動的誤差盡可能小；其次是采用了軟件精度補償技術，使機械誤差進一步減??；第三是用程序控制加工，減少了人為因素對加工精度的影響。這些措施不僅保證了較高的加工精度，同時還保持了較高的質(zhì)量穩(wěn)定性。在采用點位控制系統(tǒng)的鉆孔加工中，由于不需要使用鉆模板與鉆套，鉆模板的坐標誤差造成的影響也不復存在。又由于加工中排除切屑的條件得以改善，可以進行有效地冷卻，被加工孔的精度及表面質(zhì)量都有所提高。對于復雜零件的輪廓加工，在編制程序時已考慮到對進給速度的控制，可以做到在曲率變化時，刀具沿輪廓的切向進給速度基本不變，被加工表面就可獲得較高的精度和表面質(zhì)量。(3)生產(chǎn)效率高零件加工所需要的時間包括在線加工時間與輔助時間兩部分。數(shù)控機床能夠有效地減少這兩部分時間，因而加工生產(chǎn)率比一般機床高得多。數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速和進給量的范圍比普通機床的范圍大，每一道工序都能選用最有利的切削用量，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控機床進行大切削用量的強力切削，有效地節(jié)省了在線加工時間。數(shù)控機床移動部件的快速移動和定位均采用了加速與減速措施，由于選用了很高的空行程運動速度，因而消耗在快進、快退和定位的時間要比一般機床少得多。數(shù)控機床在更換被加工零件時幾乎不需要重新調(diào)整機床，而零件又都安裝在簡單的定位夾緊裝置中，可以節(jié)省用于停機進行零件安裝調(diào)整的時間。數(shù)控機床的加工精度比較穩(wěn)定，一般只做首件檢驗或工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗，因而可以減少停機檢驗的時間。在使用帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控加工中心時，在一臺機床上實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的周轉(zhuǎn)時間，生產(chǎn)效率的提高就更為明顯。(4)自動化程度高數(shù)控機床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的，操作者除了操作面板、裝卸零件、關鍵工序的中間測量以及觀察機床的運行之外，其他的機床動作直至加工完畢，都是自動連續(xù)完成、不需要進行繁重的重復性手工操作，勞動強度與緊張程度均可大為減輕，勞動條件也得到相應的改善。(5)良好的經(jīng)濟效益使用數(shù)控機床加工零件時，分攤在每個零件上的設備費用是較昂貴的。但在單件、小批生產(chǎn)情況下，可以節(jié)省工藝裝備費用、輔助生產(chǎn)工時、生產(chǎn)管理費用及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟效益。(6)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化用數(shù)控機床加工零件，能準確地計算零件的加工工時，并有效地簡化了檢驗和工夾具、半成品的管理工作。這些特點都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。數(shù)控機床在應用中也有不利的一面，如提高了起始階段的投資，對設備維護的要求較高，對操作人員的技術水平要求較高等。1.7數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床是用數(shù)字信息進行控制的機床。凡是用代碼化的數(shù)字信息將刀具移動軌跡信息記錄在程序介質(zhì)上，然后送人數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼和運算，控制機床刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的一類機床即為數(shù)控機床。數(shù)控加工的基本過程。在數(shù)控機床加工工件前，要分析零件圖，擬定零件加工工藝方案，明確加工工藝參數(shù)，然后按編程規(guī)則編制數(shù)控加工程序。當加工零件的幾何信息和工藝信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信息后，可以用不同方法輸入到機床的數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)檢查無誤即可啟動機床，運行數(shù)控加工程序數(shù)控裝置會自動完成數(shù)控加工程序發(fā)出的各種控制指令。如果不出現(xiàn)故障，直到加工程序運行結(jié)束，零件加工完畢為止。數(shù)控加工的控制過程與計算機控制打印機的打印過程，特別是與計算機控制繪圖機的繪圖過程非常相似。數(shù)字控制是相對于模擬控制而言的。數(shù)字控制系統(tǒng)或計算機數(shù)字控制系統(tǒng)用字長來表示不同精度信息，可進行復雜的算術運算、邏輯運算和信息處理，通過改變軟件(而非電路或機械機構(gòu))實現(xiàn)信息處理方式和過程的轉(zhuǎn)換，具有很好的柔性功能。CNC系統(tǒng)方便、可靠、精度高，廣泛應用于機械運動的軌跡、檢測和輔助運動控制等各方面，其中，軌跡控制是機床和工業(yè)機器人的主要控制內(nèi)容。第二章磨床概述2.1磨削概論利用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪等磨具加工工件表面的切削加工。磨削用于加工各種工件的內(nèi)外圓柱面、圓錐面和平面,以及螺紋、齒輪和花鍵等特殊、復雜的成形表面。由于磨粒的硬度很高,磨具具有自銳性,磨削可以用于加工各種材料，包括淬硬鋼、高強度合金鋼、硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金屬和非金屬材料。磨削速度是指砂輪線速度,一般為30～35米/秒,超過45米/秒時稱為高速磨削。磨削通常用于半精加工和精加工,精度可達IT8～5甚至更高，表面粗糙度一般磨削為Ra1.25～0.16微米，精密磨削為Ra0.16～0.04微米，超精密磨削為Ra0.04～0.01微米,鏡面磨削可達Ra0.01微米以下。磨削的比功率（或稱比能耗，即切除單位體積工件材料所消耗的能量）比一般切削大，金屬切除率比一般切削小，故在磨削之前工件通常都先經(jīng)過其他切削方法去除大部分加工余量，僅留0.1～1毫米或更小的磨削余量。隨著緩進給磨削、高速磨削等高效率磨削的發(fā)展，已能從毛坯直接把零件磨削成形。也有用磨削作為荒加工的，如磨除鑄件的澆冒口、鍛件的飛邊和鋼錠的外皮等。2.2磨床的類型與用途2.2.1磨床的類型及其特點用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進行切削加工的機床，統(tǒng)稱為磨床（英文為Grindingmachine），它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的。磨床種類很多，主要有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和用來磨削特定表面和工件的專門化磨床，如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床等。對外圓磨床來說，又可分為普通外圓磨床、萬能外圓磨床、無心外圓磨床、寬砂輪外圓磨床、端面外圓磨床等以上均為使用砂輪作切削工具的磨床。此外，還有以柔性砂帶為切削工具的砂帶磨床，以油石和研磨劑為切削工具的精磨磨床等。磨床與其他機床相比，具有以下幾個特點：1、磨床的磨具（砂輪）相對于工件做高速旋轉(zhuǎn)運動（一般砂輪圓周線速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上發(fā)展）；2、它能加工表面硬度很高的金屬和非金屬材料的工件；3、它能使工件表面獲得很高的精度和光潔度；4、易于實現(xiàn)自動化和自動線，進行高效率生產(chǎn)；5、磨床通常是電動機油泵發(fā)動部件，通過機械，電氣，液壓傳動傳動部件帶動工件和砂輪相對運動工件部分組成。2.2.2磨床的用途磨床可以加工各種表面，如內(nèi)、外圓柱面和圓錐面、平面、漸開線齒廓面、螺旋面以及各種成形表面。磨床可進行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進行切斷等，工藝范圍十分廣泛。隨著科學技術的發(fā)展，對機械零件的精度和表面質(zhì)量要求越來越高，各種高硬度材料的應用日益增多。精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，使得有可能將毛坯直接磨成成品。高速磨削和強力磨削，進一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴大。它在金屬切削機床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達的國家中，磨床在機床總數(shù)中的比例已達30%40%。據(jù)1997年歐洲機床展覽會(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占23%，鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%。由此可見，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工會要在相應的精密磨床上進行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。但是要實現(xiàn)精密磨削加工，則所用的磨床就應該滿足以下幾個基本要求：1.高幾何精度。精密磨床應有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和導軌的直線度以保證工件的幾何形狀精度。主軸軸承可采用液體靜壓軸承、短三塊瓦或長三塊瓦油膜軸承，整體度油楔式動壓軸承及動靜壓組合軸承等。當前采用動壓軸承和動靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動一般應小于1um，軸向圓跳動應限制在2—3um以內(nèi)。2.低速進給運動的穩(wěn)定性。由于砂輪的修整導程要求10—15mm/min，因此工作臺必須低速進給運動，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。3.減少振動。精密磨削時如果產(chǎn)生振動，會對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重不良影響。故對于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應考慮減少振動。4.減少熱變形。精密磨削中熱變形引起的加工誤差會達到總誤差50％，故機床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實現(xiàn)精密磨削的主要障礙。2.2.3外圓磨削和端面外圓磨削1.外圓磨削在外圓磨削過程中，工件是安裝在兩頂尖的中心之間，砂輪旋轉(zhuǎn)是引起切削旋轉(zhuǎn)的主要來源和原因。基本得外圓磨削方法有兩種，即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓，如圖2－1和圖2－2所示。事實上，外圓磨削可以通過其他以下幾種方法來實施：（1）傳遞方法：在這種方法中，磨削砂輪和工件旋轉(zhuǎn)以及徑向進給都應滿足所有的整個長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進給來調(diào)整的。（2）沖壓切削方法：在這種方法中，磨削是通過砂輪的縱向進給和無軸向進給來完成的，正如我們所看到的，只有在表面成為圓柱的寬度比磨削輪磨損寬度短時，這種方法才能完成。圖2－1橫磨法磨外圓圖2－2縱磨法磨外圓（3）整塊深度切削方法：除了在磨削過程中，要進行間隙調(diào)整外，這種方法與傳遞方法很相似，同時這種方法具有代表性，可以磨削短而粗的軸。2.端面外圓磨床及其特點端面外圓磨床是外圓磨床的一種變形機床，它宜于大批量磨削帶肩的軸類工件，有較高的生產(chǎn)率。它的特點如下：（1）這種磨床的布局形成和運動聯(lián)系與外圓磨床相似，只是砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常10°，15°，23°，26°，30°，45°），如圖2－3所示，數(shù)控端面外圓磨床MKS1632A的砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜30°。為避免砂輪架與工件或尾架相碰，砂輪安裝在砂輪架的右邊，從斜向切入，一次磨削工件外圓和端面。（2）由于它適用于大批量生產(chǎn)，所以具有自動磨削循環(huán)，完成快速進給（長切入）粗磨精磨—無花磨削。由定程裝置或自動測量控制工件尺寸。（3）裝有砂輪成型修整器，按樣板修整出磨削工件外圓和端面的成型砂輪，為保證端面尺寸穩(wěn)定及操作安全，一般具有軸向?qū)Φ堆b置。圖2－3砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度2.3磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢隨著機械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應用增多，磨削加工技術正朝著超硬度磨料磨具、開發(fā)精密及超精密磨削（從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展）和研制高精度、高剛度、多軸的自動化磨床等方向發(fā)展，如用于超精密磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至4μm、磨削精度高達0.025μm；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實驗室，實際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為40－60m/s；從精度上看，定位精度＜2μm，重復定位精度≤±1μm的機床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2kw主軸達60000r/min，13kw達42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心。北京第二機床廠引進日本豐田工機公司先進技術并與之合作生產(chǎn)的GA（P）62－63數(shù)控外圓/數(shù)控端面外圓磨床，砂輪架采用原裝進口，砂輪線速度可達60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機公司GC32－ECNC磨床專用數(shù)控系統(tǒng)可實現(xiàn)二軸（X和Z）到四軸（X、Z、U和W）控制。此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機和切削液處理機系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。第三章數(shù)控磨床總體結(jié)構(gòu)設計3.1磨床結(jié)構(gòu)布局設計3.1.1加工零件帶軸肩的多臺階軸，精度IT7以下，Ra1.6Ra0.4，材料45#，40cr，球墨鑄鐵等；3.1.2初步估計組成部分a.床身；b.工作臺面；c頭架；d尾架；e砂輪架；f修整器；g測量裝置；h砂輪進給電機；I修整器進給電機；j電器框；k工作臺進給電機；l工件旋轉(zhuǎn)電機；m潤滑冷卻裝置；n數(shù)控裝置；3.2總體布局設計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3.2.1結(jié)構(gòu)布局的設計數(shù)控磨床床身設計的主軸中心位于立柱的對稱面內(nèi)，主軸箱的自重不再引起立柱的變形，相同的切削力所引起的立柱的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形均大為減小，這相當于提高了機床的剛度。另在立柱上方安裝兩組定滑輪來平衡重力，以減小立柱的變形。如圖3-1：3-1立柱裝配示意圖3.2.2磨床支承結(jié)構(gòu)形式的確定機床支承結(jié)構(gòu)形式如圖3-2所示主要有以下幾種：圖3-2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。3.2.3總體布局的確定綜上所述，數(shù)控磨床總體布局如圖3-3所示：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)。圖3-3數(shù)控磨床的總體布局第四章數(shù)控磨床床身結(jié)構(gòu)設計該磨床的床身總體設計包括:底座設計(包含底座支撐設計、工、臺位置設計及床身的總體設計);立柱設計(包含擰緊設計設計、工作臺位置設計)機床床身主體的結(jié)構(gòu)設計。本次設計主要對總體結(jié)構(gòu)進行設計。4.1床身結(jié)構(gòu)的基本要求機床的床身是整個機床的基礎支承件,一般用來放置導軌等重要部件。為了滿足數(shù)控機床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動化的要求，與普通機床相比，數(shù)控機床應有更高的靜、動剛度，更好的抗振性。數(shù)控機床床身主要在下面四個方面提出了更高的要求。1.很高的精度和精度保持性在床身上有很多安裝部件的加工面和運動部件的導軌面,這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高,而且要能長時間保持。另外,機床在切削加工時,所有動、靜載荷最后往往都傳到床身上，所以，床身上的受力很復雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運動精度，處滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還要滿足靜、動剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性和工藝等方面的技術要求。2.應具有足夠的靜、動剛度靜剛度包括：床身的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應該采取相應的措施，最后達到有較高的剛度—質(zhì)量比。動剛度直接反映機床的運動特性，為了保證機床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動及自激振動的能力，可以通過適當增加阻尼，提高固有頻率等措施避免共振及因薄臂振動而產(chǎn)身的噪聲。3.較好的熱穩(wěn)定性數(shù)控機床來說，尤其是高精度數(shù)控機床，熱穩(wěn)定性已成為一個突出的問題，必須在設計上要作到使整機的熱變形較小，或使熱變形對加工精度的影響較小。4.高的強度和耐磨性通常床身在抵抗外負載荷而不超過允許的變形情況下，都具有足夠的強度。但是，對于外負載荷比較大而變形要求不大的部位，仍有注意其強度的情況。4.2床身的結(jié)構(gòu)該次設計的數(shù)控磨床的Z向運動是垂直與工作臺的上下運動。這種結(jié)構(gòu)的床身有固定立柱和移動立柱兩種方式由于后者加工制造不方便,加上本次設計的數(shù)控磨床屬于中型機床,結(jié)合第三章所述，故采用固定立柱式。根據(jù)以上所述床身設計基本如下：1.T型床身；2.工作臺移動；3.工作臺型面采用傾斜10°的型面；4.砂輪架主軸與床身導軌傾斜30°角；5.頭尾架中心線平行；6.采用成型砂輪修整器（金剛石滾輪），采用MARPPOS公司軸向，徑向測量儀，配用該公司E5數(shù)控框（如圖4－1所示）來控制軸向尺寸，徑向尺寸，測量儀布置在橫梁上；圖4－1E5數(shù)控框7.數(shù)控系統(tǒng)的四坐標軸X軸：砂輪架進給Y軸：修整器進給Z軸：工作臺移動W軸：工件旋轉(zhuǎn)各軸采用交流伺服電機，通過精密無間隙彈性連軸器直接與滾珠絲桿相連；8.液壓油箱單獨（減小熱變形，簡化機床結(jié)構(gòu)，易實現(xiàn)標準化，通用化，便于維修）；9.電器框與機床采用空中走線；10.機床前防護罩采用全封閉結(jié)構(gòu)；4.3床身基本尺寸的確定圖4－2磨床縱向尺寸1.縱向尺寸①工件最大長度；②頭架長度；③尾架長度；④上臺面長度；⑤下臺面長度；⑥床身長度；⑦后床身長度（考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗給定）；⑧整個床身寬度（視覺效果）；⑨砂輪架中心與機床床身對稱線相距2.橫向尺寸1）畫出橫向尺寸床身的V型導軌作為橫向尺寸的基準，畫出床身的平面導軌作為高度尺寸的基準線，根據(jù)確定的工作臺參數(shù)，導軌參數(shù)B1，B2中心畫出左視圖2）確定上，下工作臺厚度和寬度（1）厚度：用類比法上工作臺中心（3－1）下工作臺中心（3－2）為工作臺導軌的中心距，工作臺導軌選用8075250取=0.3250=75mm=0.38250=95mm（2）寬度（3－3）∵∴∵∴3）確定頭，尾架頂尖中心位置頂尖中心安排在V型導軌的中心線上，這樣有利于磨削最小直徑工件的，砂輪架趨近于工作臺不致相碰。缺點是使導軌的承載壓力較大，故常適當加寬V型導軌的寬度。4）確定頭尾架頂尖中心至床身底面的高度H1左右根據(jù)工人身高，經(jīng)驗。類比取5）工作臺回轉(zhuǎn)中心位置B96）確定機床總高H所以H取2000mm。4.4提高機床床身的結(jié)構(gòu)剛度的設計機床床身的剛度是指切削力和其它力作用下,抵抗變形的能力。該磨床床身要求具有高的靜剛度和動剛度。機床在切削過程當中，承受的靜態(tài)力有運動部件和被加工零件的自重；承受的動態(tài)力有切屑力、驅(qū)動力、加減速器時引起的慣性力、摩擦阻力等。組成機床的結(jié)構(gòu)部件在這些力作用下將產(chǎn)生變形，從而導致工件的加工誤差。為了使機床達到高大結(jié)構(gòu)剛度，獲得符合要求的工件，進行如下結(jié)構(gòu)設計：構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式的選擇：(1)選擇截面的形狀和尺寸由于形狀相同的截面，當保持相同的截面積時，應減小臂厚，加大截面的輪廓尺寸，所以該機床的立柱、床身等支撐件做成型腔。由于封閉式截面的剛度比不封閉式截面的剛度大很多，因此該磨床采用封閉式床身。由于臂上開孔將使剛度下降，所開孔部部件對剛度要求又很高，就在孔的周邊加上凸緣，以使抗彎剛度得到恢復。(2)隔板和筋條的布置合理布置支承件的隔板和，可提高構(gòu)件的靜、動剛度，磨床立柱在內(nèi)部設置了隔板，提高立柱的剛性磨床的導軌和支承件的連接部件，往往是局部剛度最弱的部分，但是聯(lián)接方式對局部剛度影響很大。在本次設計中，采用螺釘連接，在連接邊上采用凸緣設計，提高連接部分的剛性恢復能力。(3)采用鑄造結(jié)構(gòu)的構(gòu)件：機床的床身、立柱等支承件，采用鑄件組成，具有成型方便，持久保證精度的顯著特點。采用鑄件而不采用鋼板和型鋼的原因：①鑄鐵件吸振性能大大優(yōu)于碳鋼件，因為鑄鐵的內(nèi)阻尼比碳鋼平均高出3.2倍。②一般來說鑄鐵件的內(nèi)應力比焊接件的內(nèi)應力要小，經(jīng)過時效處理的鑄鐵件的殘余應力就更小了，所以鑄鐵件的床身、立柱等大件能長期保持良好的精度。③耐磨性與消震性好。由于鑄鐵中石墨有利于潤滑及貯油，所以耐磨性好。同樣，由于石墨的存在，灰口鑄鐵的消震性優(yōu)于鋼。④工藝性能好。由于灰口鑄鐵含碳量高，接近于共晶成分，故熔點比較低，流動性良好，收縮率小，因此適宜于鑄造結(jié)構(gòu)復雜或薄壁鑄件。另外，由于石墨使切削加工時易于形成斷屑，所以灰口鑄鐵的可切削加工性優(yōu)于鋼。4.5提高機床的抗振性的措施機床在加工時可能產(chǎn)生兩種形態(tài)的振動：強迫振動和自激振動。機床的抗振性就是抵抗這兩種振動的能力。改善和提高抗振性應從床身設計的以下幾個方面著手：(1)減少機床的內(nèi)部振源采用平衡裝置和降低往復運動件的重量，可以在立柱的后面裝上配重塊，與前面的部件重量和運動時產(chǎn)生的力產(chǎn)生一個平衡的作用，以減小可能的激振力，裝在機床上的電機需隔振安裝。(2)提高靜態(tài)剛度提高靜態(tài)剛度可以提高構(gòu)件或系統(tǒng)的諧振頻率，從而避免發(fā)生共振。但為了提高情態(tài)剛度而引起的構(gòu)件質(zhì)量的增加，會使共振頻率發(fā)生騙移，這是不利的。因此，在結(jié)構(gòu)設計時應強調(diào)提高單位質(zhì)量的個剛度。(3)增加構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的阻尼該磨床床身選擇鑄件，鑄件的內(nèi)阻尼高，床身選擇鑄件組成可以提高阻尼性。以減少振動。4.6床身的鑄造結(jié)構(gòu)該機床的床身采用鑄件直接鑄造而成。鑄造結(jié)構(gòu)床身的突出優(yōu)點是加工方便。一般比焊接簡便。4.6.1床身的鑄造1.采