3279 氣缸體專用平面磨床設(shè)計(jì),缸體,專用,平面磨床,設(shè)計(jì) 本科學(xué)生畢業(yè)論文氣缸體專用平面磨床設(shè)計(jì)系部名稱： 機(jī)電工程系 專業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-13 班 學(xué)生姓名： 張之陽 指導(dǎo)教師： 李洪智 職 稱： 教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二○一二年六月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告設(shè) 計(jì) 題 目 : 氣缸體專用平面磨床設(shè)計(jì) 院 系 名 稱: 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 08-13 學(xué) 生 姓 名: 張之陽 導(dǎo) 師 姓 名: 李洪智 開 題 時(shí) 間: 2012 年 3 月 13 日 1 課題研究目的和意義指導(dǎo)委員會(huì)審查意見：簽字： 年 月 日缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)零件，通過它把發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)（包括活塞、連桿、曲軸、飛輪等零件）和配氣機(jī)構(gòu)（包括缸蓋、凸輪軸等）以及供油、潤滑、冷卻等機(jī)構(gòu)連接成一個(gè)整體。它的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示,它的結(jié)構(gòu)有形狀復(fù)雜、薄壁、孔深、顯箱體等特點(diǎn)，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度，底面要具有良好的密封性等特點(diǎn)。圖 1 氣缸體結(jié)構(gòu)圖基于以上的介紹，我們知道氣缸體的加工難度較大。缸孔的傳統(tǒng)加工工藝是粗鏜→半精鏜→半精磨→精磨→珩磨。針對(duì)缸體的這一加工特點(diǎn)，在其鏜削加工之后珩磨加工之前，為了達(dá)到更高的加工精度及其更好的加工質(zhì)量，有必要加入磨削工藝，由于汽缸體種類多，精度要求高，故很有必要在基于原有機(jī)床的基礎(chǔ)上二次開發(fā)一種專用汽缸體專用磨床。2 文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）磨床是以砂輪周邊或端面對(duì)工件進(jìn)行磨削加工的精密機(jī)床。它不但能加工一般金屬材料，而且還能加工一般金屬刀具難以加工的硬材料。利用磨削加工可以獲得較高加工精度和光潔度，而且其加工余量較其他加工方法小得多，所以磨床廣泛地應(yīng)用于零件的精加工。它也是以磨具（如砂輪、輪帶、油石、研磨劑等）作為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，可加工各種表面（如內(nèi)外圓柱面和圓錐面、平面、螺旋面） ，還可以進(jìn)行切斷等。磨床的種類很多，按其工作性質(zhì)可分為：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床，工具磨床以及一些專用磨床。如螺紋磨床、球面磨床、花鍵磨床、導(dǎo)軌磨床與無心磨床等。磨削加工具有以下特點(diǎn)：1.磨削效率高，砂輪相對(duì)工件做高速旋轉(zhuǎn)一般砂輪線速度達(dá)到 35 米/秒（M/S），約為普通刀具的 20 倍以上，可獲得較高的金屬切除率。隨著磨削新工藝的開發(fā)，磨削加工的效率進(jìn)一步提高，在某些工序已取代了車、銑、刨削，直接從毛坯加工成形。 2.能獲得很高的加工精度和很細(xì)的表面粗糙度，每粒磨粒切去切屑層很薄，一般只有幾微米，因此表面可獲得高的精度和低的表面粗糙度。 3.切削功率大和消耗能量多，砂輪是由許許多多的磨粒組成的，磨粒在砂輪中的分布是雜亂無章、參差不齊的，切削時(shí)多呈負(fù)前角，并且尖端有一定的圓弧半徑，因此切削功率大，消耗能量多。 4.加工范圍廣，砂輪磨粒硬度高，熱穩(wěn)定性好，不但可以加工未淬火鋼，鑄鐵和有色金屬等材料，還可以加工淬火鋼、各種切削刀具以及硬質(zhì)合金等硬度很高的材料。 專用磨床按工藝用途可分為：1.一般專用磨床這類磨床和傳統(tǒng)的通用磨床品種一樣，有專用車、銑、鏜、鉆、磨等，而且每一類又有很多品種，例如專用銑床中就有立銑、臥銑、龍門銑等，這類磨床的工藝可能性和通用磨床相似，所不同的是它能加工復(fù)雜形狀的零件。2.專用加工中心磨床這類磨床是在一般專用磨床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是一般專用磨床上加裝一個(gè)刀庫（可容納 10～100 多把刀具）和專用換刀裝置而構(gòu)成的一種帶專用換刀裝置的專用磨床（又稱多工序?qū)Ｓ媚ゴ玻?，這使專用磨床更進(jìn)一步地向?qū)Ｓ没透咝Щ较虬l(fā)展。 它和一般專用磨床的區(qū)別是：工件經(jīng)一次裝夾后，專用裝置就能控制磨床專用地更換刀具，連續(xù)地對(duì)工件各加工面專用地完成銑、鏜、鉆、鉸及攻絲等多工序加工。這類磨床大多是以鏜銑為主，主要用來加工箱體零件。3.多坐標(biāo)專用磨床有些復(fù)雜形狀的零件，用三坐標(biāo)的專用磨床還是無法加工，如螺旋架、飛機(jī)曲面零件的加工等，需要三個(gè)以上坐標(biāo)的合成運(yùn)動(dòng)才能加工出所需的形狀，于是出現(xiàn)了多坐標(biāo)的專用磨床。其特點(diǎn)是專用裝置控制的軸數(shù)較多，磨床結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。其坐標(biāo)軸數(shù)通常取決于加工零件的工藝要求，現(xiàn)在常用的是 4～6坐標(biāo)的專用磨床，最多可達(dá) 24 坐標(biāo)。4.計(jì)算機(jī)群控計(jì)算機(jī)群控也稱為直接專用（DNC）系統(tǒng)，它是一臺(tái)大型通用計(jì)算機(jī)直接控制一群專用磨床的系統(tǒng)專用磨床比傳統(tǒng)磨床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自專用系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。1、可以加工出傳統(tǒng)磨床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。2、可以實(shí)現(xiàn)加工的專用化，而且是柔性專用化，從而效率可比傳統(tǒng)磨床提高 3～7 倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序?qū)Ｓ萌?zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)專用化。專用磨床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的專用化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以專用化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性專用化” 。3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配” 。4、可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在磨床間的頻繁搬運(yùn)。5、擁有專用報(bào)警、專用監(jiān)控、專用補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。在未來，專用磨床將會(huì)繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展 ?；赑C 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的專用系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)專用的任務(wù)。PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的專用系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍；向高速化和高精度化發(fā)展，這是適應(yīng)磨床向高速和高精度方向發(fā)展的需要；向智能化方向發(fā)展，隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，專用系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。3 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題此次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的基本內(nèi)容為：1.改造的傳統(tǒng)磨床的選型，并對(duì)其改造的總體方案進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)；2.的改造，主要包括縱向進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)及刀架的改造；3.床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)；4.床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；5.床專用刀架的選用，刀架是專用磨床的重要功能部件，刀架的合適選用對(duì) 6.磨床的加工效率發(fā)揮著很大的作用；7.床專用系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì)。依據(jù)研究的主要內(nèi)容，主要解決以下幾方面的問題：1.一種普通磨床，根據(jù)改進(jìn)的原則—經(jīng)濟(jì)型改造，確定磨床的主要改造項(xiàng)目；2.磨床的傳動(dòng)裝置是指將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)傳動(dòng)鏈及其附屬機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)包括齒輪減速器、滾珠絲杠螺母副、導(dǎo)軌、工作臺(tái)等。由于專用磨床的傳動(dòng)裝置與傳動(dòng)磨床的有較大差別，它要求具有較高的定位精度及良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，穩(wěn)定性。為了達(dá)到這些要求，需要對(duì)專用磨床用導(dǎo)軌，絲桿、電機(jī)等硬件進(jìn)行系統(tǒng)選擇；3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的縱向和橫向進(jìn)給時(shí)切削力的計(jì)算，并根據(jù)切削力計(jì)算的結(jié)果來設(shè)計(jì)滾珠絲桿，以及設(shè)計(jì)完成后的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的驗(yàn)算；4.合對(duì)比各種專用刀架的工作原理和工作過程來確定本磨床專用刀架以及其工作過程；5.系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì)及所用單片機(jī)型號(hào)的確認(rèn)。4.技術(shù)路線及研究方法1. 查閱資料了解題目，了解機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理，在方案論證的基礎(chǔ)上，擬定總體方案，完成相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算。2. 具體繪制機(jī)床總裝圖、刀架圖，PLC 控制系統(tǒng)圖，完成相關(guān)計(jì)算及校核。3. 繪制正式圖，撰寫說明書，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。5.進(jìn) 度 安 排1～2 周：1.熟悉設(shè)計(jì)題目的基本內(nèi)容；2.查閱資料；3～6 周：1.熟悉查閱的資料；2.確定改造項(xiàng)目；3.總體方案布置；7～10 周：1.全部結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)；2.計(jì)算及驗(yàn)算；11～15 周：1.繪制全部正式圖；2.編寫說明書稿；16～18 周：1.撰寫說明書；2.準(zhǔn)備畢業(yè)答辯；6.主要參考文獻(xiàn)[1]余英良.磨床專用改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1998:31 ～49.[2]張碧泉.普通磨床的數(shù)字化改造[J].機(jī)械工程師 ,1999（11）,26～30.[3]劉書華.專用磨床與編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,2005:324～40.[4]李善術(shù).專用磨床及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,2005,1～5,173～188.[5]Papadopoulos,E.Planning and model-based control for mobile manipulators. Intelligent.Robots and Systems.Takamatsu,2000,1810～1815．[6]肖愛萍.基于普通磨床的專用化改造的設(shè)計(jì)[J]. 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校,2002（2）.[7]許吉慶,劉文.C616 的專用化改造的設(shè)計(jì)[J].濟(jì)南機(jī)械職工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1999（3）.[8] 肖國紅.普通 C616 磨床的經(jīng)濟(jì)型專用化改造[J ].集美大學(xué)水利電力機(jī)械，2007（8）.[9] 張繼紅.8031 單片機(jī)在 C616 磨床改造中的應(yīng)用[J ].機(jī)械工程與專用化，2006（5）. [10]仲高艷.C616磨床的專用改造[J].機(jī)械工程師,1999（5）.[11]丁明君,宋丹.C6132普通磨床的專用化改造[J].機(jī)電一體化，2003（4）:106107.[12]陳子銀.專用磨床結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用[M].北京: 北京理工大學(xué)出社,2006:16～76. [13]劉國封.普通磨床專用化改造及其設(shè)計(jì)計(jì)算[J].機(jī)械工程師,2004（3）.[14]李洪.實(shí)用磨床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].遼寧:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 ,1999:307～340.[15]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社, 2004.[16]孫桓.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2000:186～240.[17]李盛宇.普通磨床的專用化改造[J].電氣技術(shù)與專用化 ,2005（6）:121～123.[18]張新義.經(jīng)濟(jì)型專用磨床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1994:200～214.[19]明興祖.專用磨床與系統(tǒng)[M].北京:中國人民大學(xué)出版社 ,2000:186～243.[20]張磊.磨床改裝技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社出版 ,1998:94～102.[21]Liu,K.Decentralized continuous robust controller for mobile robots.In:Robotics and Automation.Cincinnati,2000,1822～1827.[22]陳嬋娟.專用磨床設(shè)計(jì)[M].北京:化工工業(yè)出版社， 2006：138～148.畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 張之陽 系部 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)、班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化 08-13指導(dǎo)教師姓名 李洪智 職稱 教授 從事專業(yè) 機(jī)械 是否外聘 □是□否題目名稱 氣缸體專用平面磨床設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的，意義設(shè)計(jì)目的：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體對(duì)其平面度要求十分嚴(yán)格，用專用磨床加工可確保起加工質(zhì)量。設(shè)計(jì)意義：氣缸體作為重要的工藝要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)瓶頸問題，如何能使氣缸體的表面粗糙度和平面度達(dá)到技術(shù)要求，因此設(shè)計(jì)一臺(tái)用于氣缸體表面加工用的專用磨床。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容，基本參數(shù)1 根據(jù)基本技術(shù)參數(shù)，確定氣缸體專用平面磨床總體結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)方案。2 確定各個(gè)零部件的具體外形尺寸并進(jìn)行強(qiáng)度校核。3 主軸，軸承，砂輪的校核。4 根據(jù)工件所要加工的形狀及尺寸要求，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。5 總裝配圖中各個(gè)零部件的安裝問題，及零件的定位問題，完成總裝圖和各部分零件圖?；緟?shù)：電動(dòng)機(jī)功率 2.8 千瓦主軸轉(zhuǎn)速 2800 轉(zhuǎn)每分鐘磨頭行程垂直方向 260 毫米，縱向 840 毫米磨削頭砂輪直徑 250 毫米 三、設(shè)計(jì)完成后應(yīng)提交的成果）說明部分：說明書一份，字?jǐn)?shù)不少于 1.5 萬字圖紙部分：0 號(hào)圖一張，零件圖若干張，總量相當(dāng)于 3 張 0 號(hào)圖SY-025-BY-3四、進(jìn)度安排2012.2.27-3.16：查找文獻(xiàn)資料，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容，完成開題報(bào)告；3.17-3.23：擬定總體設(shè)計(jì)方案；3.24-3.30：運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算；3.31-4.20：確定各個(gè)零部件的具體外形尺寸并進(jìn)行強(qiáng)度校核； 4.21-5.4：根據(jù)工件所要加工的形狀及尺寸要求，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)； 5.5-5.18：繪制總體裝配圖；5.19-5.25：繪制零件工作圖；5.26-6.8：編寫設(shè)計(jì)說明書；6.9-6.15：完成設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯。五、參考文獻(xiàn)[1]余英良.磨床專用改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998:31～49.[2]張碧泉.普通磨床的數(shù)字化改造[J].機(jī)械工程師,1999（11）,26～30.[3]劉書華.專用磨床與編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:324～40.[4]李善術(shù).專用磨床及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005,1～5,173～188.[5]Papadopoulos,E.Planning and model-based control for mobile manipulators. Intelligent.Robots and Systems.Takamatsu,2000,1810～1815．[6]肖愛萍.基于普通磨床的專用化改造的設(shè)計(jì)[J].蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校,2002（2）.[7]李盛宇.普通磨床的專用化改造[J].電氣技術(shù)與專用化,2005（6）:121～123.[8]Liu,K.Decentralized continuous robust controller for mobile robots.In:Robotics and Automation.Cincinnati,2000,1822～1827.[9]陳嬋娟.專用磨床設(shè)計(jì)[M].北京:化工工業(yè)出版社，2006：138～148.[10]Seraji H.Motion Control of mobile manipulators[A].In:Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.California,1999,2056-2063．六、備注指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)老師簽字： 系主任簽字：年 月 日 年 月 日1氣缸體專用平面磨床設(shè)計(jì)第 1 章 緒論1.1 磨床的類型與用途1.1.1 磨床的類型及其特點(diǎn)用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料等）為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床，統(tǒng)稱為磨床（英文為 Grinding machine） ，它們是因精加工和硬表面的需要而發(fā)展起來的[1]。磨床種類很多，主要有：平面磨床、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 [2]。對(duì)平面磨床來說，又可分為普通平面磨床、萬能平面磨床、無心平面磨床、 寬砂輪平面磨床、端面平面磨床等。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(jī)床相比，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）磨床的磨具（砂輪）相對(duì)于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（一般砂輪圓周線速度在35m/s左右，目前已向 200m/s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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和自動(dòng)線，進(jìn)行高效率生產(chǎn)；（5）磨床通常是由電動(dòng)機(jī)—油泵—發(fā)動(dòng)部件、通過機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)-傳動(dòng)部件帶動(dòng)工件和砂輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)-工件等部分組成 [1]。1.1.2 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(jìn)行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以進(jìn)行各種高硬、超硬材料的加工，還可以刃磨刀具和進(jìn)行切斷等，工藝范圍十分廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)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(yīng)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(qiáng)力磨削，進(jìn)一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范圍日益擴(kuò)大。它在金屬切削機(jī)床所占的比重不斷上升。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，磨床在機(jī)床2總數(shù)中的比例已達(dá)（30-40）%。據(jù) 1997年歐洲機(jī)床展覽會(huì)(EMO)的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認(rèn)為磨削是他們應(yīng)用的最主要的加工技術(shù)，車削只占 23%， 鉆削占 22%，其它占 8%；而磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá) 42%，車床占 23%，銑床占 22%，鉆床占 14%[3]。由此可見，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過精密磨削來達(dá)到其要求的，而精密磨削加工要在相應(yīng)的精密磨床上進(jìn)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(shí)現(xiàn)精密磨削加工，所用的磨床就應(yīng)該滿足以下幾個(gè)基本要求： （1）高幾何精度。 精密磨床應(yīng)有高的幾何精度，主要有砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)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(dòng)壓軸承及動(dòng)靜壓組合軸承等。當(dāng)前采用動(dòng)壓軸承和動(dòng)靜壓軸承較多。主軸的徑向圓跳動(dòng)一般應(yīng)小于 1um，軸向圓跳動(dòng)應(yīng)限制在（2-3）um 以內(nèi)。（2）低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導(dǎo)程要求（10-15）mm/min，因此工作臺(tái)必須低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，要求無爬行和無沖擊現(xiàn)象并能平穩(wěn)工作。（3）減少振動(dòng)。 精密磨削時(shí)如果產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對(duì)于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮減少振動(dòng)。（4）減少熱變形。 精密磨削中熱變形引起的加工誤差會(huì)達(dá)到總誤差的 50％，故機(jī)床和工藝系統(tǒng)的熱變形已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)精密磨削的主要障礙。1.1.3 平面磨削和端面平面磨床（1）平面磨削在平面磨削過程中，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?；镜钠矫婺ハ鞣椒ㄓ袃煞N，即橫磨法磨外圓和縱磨法磨外圓，如圖 1－1 和圖 1－2 所示。事實(shí)上，平面磨削可以通過其他以下幾種方法來實(shí)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(jìn)給都應(yīng)滿足所有的整個(gè)長度，切削的深度是由磨削砂輪到工件的縱向進(jìn)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(jìn)給和無軸向進(jìn)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(shí)，這種方法才能完成。3圖 1.1 橫磨法磨外圓圖 1.2 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(jìn)行間隙調(diào)整外，這種方法與傳遞方法很相似，同時(shí)這種方法具有代表性，除了磨削短而粗的軸。（2）端面平面磨床及其特點(diǎn)端面平面磨床是平面磨床的一種變形機(jī)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(diǎn)如下：1）這種磨床的布局形成和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系與平面磨床相似，只是砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度（通常 10°，15°，26.23°，30°，45°） ，如圖 1－3 所示，數(shù)控端面平面磨床 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(dòng)磨削循環(huán)，完成快速進(jìn)給（長切入）-粗磨-精磨-無花磨削。由定程裝置或自動(dòng)測(cè)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。4圖 1.3 砂輪架與頭架，尾架中心連線傾斜一角度1.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)隨著機(jī)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(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)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(dòng)化磨床等方向發(fā)展 [4]，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(dá)0.025μm；使用電主軸單元可使砂輪線速度高達(dá) 400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為（40－60）m/s；從精度上看，定位精度＜2μm，重復(fù)定位精度≤±1μm 的機(jī)床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2kw 主軸達(dá)60000r/min，13kw 達(dá) 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(jī)床廠引進(jìn)日本豐田工機(jī)公司先進(jìn)技術(shù)并與之合作生產(chǎn)的 GA（P）62－63 數(shù)控外圓/數(shù)控端面平面磨床，砂輪架采用原裝進(jìn)口，砂輪線速度可達(dá)60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動(dòng)靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機(jī)公司GC32－ECNC 磨床專用數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)二軸（X 和 Z）到四軸（X、Z、U 和 W）控制。此外，對(duì)磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對(duì)沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)環(huán)保越來越高的要求。51.3 本課題的設(shè)計(jì)目的和意義設(shè)計(jì)目的：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體對(duì)其平面度要求十分嚴(yán)格，用專用磨床加工可確保其加工質(zhì)量。設(shè)計(jì)意義：氣缸體作為重要的工藝要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)瓶頸問題，如何能使氣缸體的表面粗糙度和平面度達(dá)到技術(shù)要求，因此設(shè)計(jì)一臺(tái)用于氣缸體表面加工用的專用磨床。6第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 基本參數(shù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，本氣缸體專用平面磨床的設(shè)計(jì)基本參數(shù)如下。電動(dòng)機(jī)功率：2.8kW主軸轉(zhuǎn)速：2800rpm磨頭行程：垂直方向 260mm，縱向 840mm磨削頭砂輪直徑：250mm該磨床的總體設(shè)計(jì)包括如下主要內(nèi)容:（1） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含數(shù)控裝置的功能設(shè)計(jì)、元件和部件設(shè)計(jì),程序段格式設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。（2） 邏輯設(shè)計(jì)包含運(yùn)算器設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)及電路設(shè)計(jì)。（3） 機(jī)床主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2 磨床總體設(shè)計(jì)（1）加工零件的工藝分析（表面形狀，尺寸，材料，技術(shù)條件，批量，加工余量等） ；（2）調(diào)查研究和比較國內(nèi)外同類機(jī)床，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，進(jìn)行改革創(chuàng)新；（3）圖紙?jiān)O(shè)計(jì)（總圖，部件裝配圖，零件圖，工藝卡，目錄，標(biāo)準(zhǔn)件，外購件目錄，鑄件，鍛件目錄，說明書，裝箱單，合格證） ；（4）制造，裝配，調(diào)試；（5）小批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)改進(jìn)。2.3 總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)（1）保證機(jī)床滿足加工精度要求，剛性、穩(wěn)定性好；（2）傳動(dòng)系統(tǒng)力求簡短；（3）操作調(diào)整方便；（4）安全保護(hù)，冷卻液供給，回收，廢渣的排除。7第 3 章 磨床總體布局設(shè)計(jì)3.1 加工零件發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體對(duì)其平面度要求十分嚴(yán)格，用專用磨床加工可確保起加工質(zhì)量。氣缸體材料為 45#、40cr、球墨鑄鐵等；3.2 初步估計(jì)組成部分磨床的主要組成包括：a.床身；b.工作臺(tái)面；c 頭架；d 尾架；e 砂輪架；f 修整器；g 測(cè)量裝置；h 砂輪進(jìn)給電機(jī)；I 修整器進(jìn)給電機(jī)；j 電器框；k 工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)；l 工件旋轉(zhuǎn)電機(jī)；m 潤滑冷卻裝置；n 數(shù)控裝置。3.3 總體布局初步設(shè)計(jì)確定初步設(shè)計(jì)方案如下。（1）T 型床身；（2）工作臺(tái)移動(dòng)；（3）工作臺(tái)型面采用傾斜 10°的型面；（4）砂輪架主軸與床身導(dǎo)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(cè)量儀；（7）數(shù)控系統(tǒng)的四坐標(biāo)軸X軸：砂輪架進(jìn)給 Y 軸：修整器進(jìn)給Z軸：工作臺(tái)移動(dòng) W 軸：工件旋轉(zhuǎn)各軸采用交流伺服電機(jī)，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(dú)（減小熱變形，簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，便于維修） ；（9）電器框與機(jī)床采用空中走線；（10）機(jī)床前防護(hù)罩采用全封閉結(jié)構(gòu)。3.4 縱向與橫向尺寸的確定8（1）縱向尺寸①工件最大長度 ；1750lm?②頭架長度 ；24③尾架長度 ；3l④上臺(tái)面長度 ；41230(2~4)160l m???⑤下臺(tái)面長度 ；??54%l?⑥床身長度 ；615l⑦后床身長度 （考慮砂輪架和修整器大小按經(jīng)驗(yàn)給定） ；70lm?⑧整個(gè)床身寬度 （視覺效果） ；8⑨砂輪架中心與機(jī)床床身對(duì)稱線相距 02310ll??圖 3.1 磨床縱向尺寸（2）橫向尺寸91）畫出橫向尺寸床身的 V型導(dǎo)軌作為橫向尺寸的基準(zhǔn)，畫出床身的平面導(dǎo)軌作為高度尺寸的基準(zhǔn)線，根據(jù)確定的工作臺(tái)參數(shù)，導(dǎo)軌參數(shù) B1’，B2’中心畫出左視圖。2）確定上、下工作臺(tái)厚度和寬度（a）厚度：用類比法上工作臺(tái) 中心　　　　　　　　　　　　（3.1）　??20.5~.3'hl?下工作臺(tái) 中心 （3.2）14'為工作臺(tái)導(dǎo)軌的中心距，工作臺(tái)導(dǎo)軌選用 80 75 250'l ?取 =0.3 250=75mm1'h?=0.38 250=95mm2'（b）寬度（3.3）45'BlB??工 作 臺(tái)????1/2~301/27508m????∵ ∴ 46?4????71/' /6B??∵ 　 ∴57570Bm?2039工 作 臺(tái)3）確定頭，尾架頂尖中心位置頂尖中心安排在 V型導(dǎo)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(tái)不致相碰。缺點(diǎn)是使導(dǎo)軌的承載壓力較大，故常適當(dāng)加寬 V型導(dǎo)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 [1]10~H?根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。類比取 1095Hm???212/73.6hCOS???5）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心位置 B910??91/2'/*2501Blm??6）確定機(jī)床總高 H2h?頭 架 測(cè) 量 儀739.610463.55m?所以 H取 2000mm。3.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)（1）砂輪架導(dǎo)軌（V—平導(dǎo)軌）100 90 400[1]?考慮到砂輪的大小及重量與砂輪架的穩(wěn)定性，取 L`中心=500mm，從而可定出砂輪架的寬度約為 600mm，導(dǎo)軌為 0.15MPa 的卸荷導(dǎo)軌。圖 3.2 砂輪架的導(dǎo)軌（2）砂輪架橫向行程長度 l橫（3.4）??0.1~2lss???橫 絲 桿 快 速 快 速式中 為砂輪架快速進(jìn)退的行程，一般取 。此處取 ?？?速 60~15m1m（3.5）? ?max/2///2sDD??砂 砂 in絲 桿 工 件 工 件 min???7503502??11安全系數(shù)取 0.1足夠。（ 取 373）2501.372.1l????橫 l橫（3）砂輪架高度和長度砂輪架箱體導(dǎo)軌的高度 h3，砂輪底板滑臺(tái)高度 h4，砂輪中心距砂輪底面高度h5，與后床身頂面至平導(dǎo)軌的高度 h0，為避免上、下工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)與箱體相碰，安裝在后床身上的墊板頂面需低于上下工作臺(tái)的頂面，同時(shí)考慮橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)穿過床身的位置等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)① 取610~5hm?6130h?②砂輪架中心距后床身頂面 712697485Hm????③砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動(dòng)絲桿取 40hm?④后床身進(jìn)給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿取 3195734h??820175?圖 3.3 砂輪架的高度和寬度⑤砂輪架底板長度 ：9l129l??1.5~2l?中 心*07?∴ 取 =900mm9l⑥砂輪架導(dǎo)軌長度 ??10950~8ll??橫 37m?∴取 1035l?（4）砂輪架主軸電機(jī)的選擇①用類比法，砂輪架主軸電機(jī)的功率取 15kw；②計(jì)算法 （3.6）N??切電 空??*23.8.5~.ZPV?砂取 15KW?電3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定①長×寬×高：440 400 411mm[1]?②主軸錐孔：莫氏 5#錐孔③中心高： （3.7）max/2HDK????30~35189通過以上計(jì)算頭架中心高取 180mm。④主軸轉(zhuǎn)速 （3.8）??/0~6*045~2./IVVms??砂取 4ImsI716/in3axr?min20IV??13⑤交流伺服電機(jī)選擇用類比法，交流伺服電機(jī)選擇 IFT5076-DA(D1 18N-M)電機(jī)。砂輪磨削工件需要的功率（3.9）??max150*324./ZFrNms??工 件最 大 磨 削 力交流伺服電機(jī)通過 20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即 4183/2./Nsl??實(shí)∴合格⑥主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定①5#莫氏錐孔②中心高 180mm，臺(tái)面傾斜 10°③直線滾動(dòng)導(dǎo)軌④液壓油缸，頂緊力 12~5kg3.8 工作臺(tái)要求上、下臺(tái)面便于調(diào)整頭尾架，便于安裝滾珠螺母。傾斜 10°以便于頭尾架定位，冷卻液回流；及使頭尾架不等高時(shí)修刮側(cè)面。3.9 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)交流伺服電機(jī)-聯(lián)軸器-滾珠絲桿-砂輪架壓力卸荷導(dǎo)軌 壓力油 0.15Mpa 卸去 壓力60%~75V—平導(dǎo)軌 10*95砂輪架行程 37lm?橫3.10 砂輪修整器伺服電機(jī)-絲桿-修整器直線滾動(dòng)導(dǎo)軌主軸直徑 D=50mm，采用液體動(dòng)壓軸承(16r/min 6.3Mpa)修整速度= ??1/3~5V砂修整器直徑 故702?12~9/ms?線修整器行程為 160mm143.11 液壓系統(tǒng)①修整器；②尾架；③量儀（兩個(gè)） ；④潤滑油；⑤床身導(dǎo)軌；⑥砂輪架卸荷導(dǎo)軌；⑦絲桿；⑧直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；⑨間歇。3.12 電氣部分SIMENS 810G，控制五坐標(biāo)軸，砂輪架主軸。3.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)①靜壓供油系統(tǒng) 壓力繼電器 壓差發(fā)訊器 液壓控制器 電路延時(shí)②尾架伸縮油缸靜壓供油系統(tǒng)：設(shè)置自動(dòng)循環(huán)電路，可手動(dòng)，也可用于腳踏。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于互鎖裝置，使起無效。③油箱液壓控制④數(shù)控系統(tǒng)（在各坐標(biāo)軸）自診斷與保護(hù)功能如：電池電壓低 程序錯(cuò)誤⑤各坐標(biāo)軸由行程開關(guān)控制最大位移量⑥安全防護(hù)罩（砂輪罩，機(jī)床前罩）全封閉式⑦導(dǎo)軌面保護(hù)Ⅰ 工作臺(tái)導(dǎo)軌：不銹鋼可伸縮防護(hù)罩Ⅱ 砂輪架導(dǎo)軌：㈠前部：翻板式護(hù)罩+橡皮（防水） ；㈡后罩：鋼罩。Ⅲ 修整器導(dǎo)軌：折疊式15第 4 章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架）4.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求砂輪架是磨床上用來帶動(dòng)砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動(dòng)部件和主軸軸承部分組成，主軸與軸承是砂輪架的主要組成部分，因此對(duì)砂輪架設(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對(duì)主軸軸承部分的。砂輪架設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)基本要求 [1]：1.主軸旋轉(zhuǎn)精度高，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；2.主軸軸承系統(tǒng)剛性好；3.振動(dòng)小，發(fā)熱低，不漏油；4.裝配制造簡單，調(diào)整維修方便。4.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施1.砂輪架旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端的徑向跳動(dòng)和軸向躥動(dòng)大小，它直接影響工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面平面磨床砂輪架允許的徑向和軸向跳動(dòng)允許誤差取5μm~10μm。2.提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的措施（1）選擇合適的主軸軸承：動(dòng)靜壓軸承；（2）提高主軸的加工精度；（3）正確選擇主軸軸向止推方式：液體靜壓推力軸承。4.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性主軸軸承系統(tǒng)的剛性是指在磨削力或傳動(dòng)力作用下，主軸軸承抵抗變形的能力。通常以主軸前端的撓度來度量。過低的剛性會(huì)降低磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋線缺陷。164.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì)1. 砂輪架主軸的強(qiáng)度校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)砂輪架主軸來說，由于采用了卸荷皮帶輪裝置，砂輪架主軸主要承受扭矩，應(yīng)該按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，且在選取許用應(yīng)力時(shí)應(yīng)該選取較小值。砂輪架主軸材料采用 42MnVB，并進(jìn)行淬火，故選取許用應(yīng)力為 40MP。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為（4.1）??639.5102PnTTWd?????——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為 MP）T?—— 軸所受扭矩（單位為 ）NmA—— 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為 ）TW3—— 軸傳遞的功率（單位為 KW）p—— 軸的轉(zhuǎn)速（單位為 r/mm）n—— 計(jì)算界面處的直徑（單位為 mm）d—— 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為 r/mm）[]T?由上式可得軸的直徑為（4.2）6339.5102[]TPdn???A633.040mm1.2?由上述計(jì)算可以得知砂輪架最小直徑為 31.02mm，考慮到砂輪架的剛度等因素，取主軸的最小直徑為 60mm。砂輪架主軸的尺寸如圖 4－1 所示。17圖 4.1 砂輪架主軸尺寸示意圖4.5 主軸剛度校核1.當(dāng)量直徑因?yàn)槭请A梯軸，所以用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算當(dāng)量直徑為：（4.3）41vniLdl??L=140+640+20+32+10=932mm444932106108vd?= 89.36mm2.允許撓度允許撓度[y]=0.0002L 合格o.68.撓曲次數(shù)= =150<200合格LmvY10?9528.71?所以選高速帶的種類為薄型綿綸片復(fù)合平帶。339．帶厚　 ～ ＝（2.25～3）401(??1)d取標(biāo)準(zhǔn)，帶厚為 3mm10．帶寬 bvcifAKp???)(??? 2mv??傳遞功率Ｐ＝7.0kw工況系數(shù)　 　　　拉力計(jì)算系1.A 79.0f包角修正系數(shù) 　　傳動(dòng)布置系數(shù)950?? 1??傳動(dòng)比系數(shù)　 　　帶的質(zhì)量.Ki 33/4.cmkgm??帶的許用拉應(yīng)力 aMP6?帶的離心拉應(yīng)力 ＝2328.7104.1???vc aMP07.所以 ＝36).56(9.5.079 ????b m5.2取 b＝26mm11．作用在軸上的力帶的預(yù)緊力推薦值為 ＝2sin1??AFor? o?aMP8.1帶的截面積Ａ＝b ＝40×2.5＝90??2m＝r .160sin9018.246o??KN334第 7 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1 確定硬件電路的總體方案數(shù)控系統(tǒng)基本組成：任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都是有硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下四部分組成：主控制器 即中央處理單元 CPU；總線 包括數(shù)據(jù)總線（DB） 、地址總線（AB）和控制總線（CB） ；存儲(chǔ)器 包括可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)可讀存儲(chǔ)器；接口 即 I/O輸入/輸出接口電路。其中 CPU是系統(tǒng)的核心，其作用是發(fā)布命令以及協(xié)調(diào)各部分電路。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件以及運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù)。I/O 接口電路是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。總線則是連接 CPU、存儲(chǔ)器和 I/O接口電路的紐帶，是各部分進(jìn)行通信的線路。除此以外，還需要根據(jù)系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備和信號(hào)變換器。上圖所示的數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。信號(hào)交換電路包括 A/D交換、D/A 轉(zhuǎn)換等。7.2 主控制器 CPU 的選擇在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU 的選擇應(yīng)考慮以下三要素：時(shí)鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理速度） ；可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（ROM/RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能是否強(qiáng)（即變成的靈活性） 。I/O擴(kuò)展的能力：開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路） 。除此以外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合，選擇對(duì)象以及對(duì)各種參數(shù)要求選擇 CPU。在一般數(shù)控系統(tǒng)中，最常用 MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)作為主控制器。本次設(shè)計(jì)將選用 8031單片機(jī)。35從上述特性可知，一塊 8031的功能幾乎相當(dāng)于一塊 Z80CPU、一塊 RAM、一塊Z80CTC、兩塊 Z80PIO和一塊 Z80SIO所組成的微型機(jī)算計(jì)系統(tǒng)。7.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)1、程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片采用 EPROM芯片。其型號(hào)分別為2716、2732、2764、2756 等，其容量分別為 2K、4K、16K、32K。在選擇芯片時(shí)，要考慮 CPU與 EPROM時(shí)序的匹配。即 8031所能讀取的時(shí)間必須大于 EPROM所要求的時(shí)間。此外，還需考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲(chǔ)器的容量。在滿足要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡化。本控制電路中選用 2732存儲(chǔ)芯片，74LS373地址鎖存器。2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于 8031內(nèi)部 RAM只有 128字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本控制電路選用 6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。3、譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相聯(lián)。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)地與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，故需進(jìn)行片選控制，選用 74LS138譯碼器。7.4 I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)共有四個(gè) 8位并行 I/O口，但可供用戶使用的只是一部分。因此，不可避免的要進(jìn)行 I/O口的擴(kuò)展。本電路擴(kuò)展了兩個(gè)可變成并行接口芯片 8255A。8255A 是一個(gè)適用于諸多微機(jī)系列的可編程通用 8位輸入/輸出接口芯片?？赏ㄟ^編程來改變它的工作方式。通用性強(qiáng)、靈活多變、便于和各種外設(shè)連接。鍵盤、顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用行列式鍵盤，即 I/O口的線組成行列結(jié)構(gòu)。按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。顯示器為 LED。鍵盤和顯示器共用 8255A的 PA口進(jìn)行控制。在進(jìn)行鍵盤巡回掃描時(shí)，必須先關(guān)顯示。當(dāng)然有關(guān)鍵盤和顯示器的工作必須經(jīng)過軟件協(xié)調(diào)才能達(dá)到預(yù)期的效果。7.5 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過 8255A轉(zhuǎn)向定時(shí)器 8253，用來改變其輸出的脈沖寬度。8253 發(fā)出的信號(hào)由電平轉(zhuǎn)換電路變換成雙級(jí)性脈寬調(diào)制信號(hào)，再由有源濾波電路平滑成連續(xù)的電壓信號(hào)，這個(gè)環(huán)節(jié)的作用類似于 D/A轉(zhuǎn)換，然后將此電壓信號(hào)送到36速度調(diào)節(jié)器，而后再由電流調(diào)節(jié)器送出電流指令值到內(nèi)含 PWM調(diào)制電路的 PWM功率接口。其中電流反饋和速度反饋均采用模擬電路。7.6 主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主軸電機(jī)采用交流電機(jī)，并采用單片機(jī)控制變頻器的閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。單片機(jī)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的兩級(jí)監(jiān)控管理，協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，并進(jìn)行復(fù)雜的控制決策?？刂屏拷?jīng) D/A轉(zhuǎn)換后輸出至變頻器，變頻器根據(jù)接收到的信號(hào)產(chǎn)生變壓變頻的電源信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。系統(tǒng)的開關(guān)量控制模塊可方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)、停止及加減速等功能。A/D 模塊接收整流濾波處理后的速度反饋信號(hào)。構(gòu)成調(diào)節(jié)閉環(huán)，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。因此，實(shí)現(xiàn)了一套結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全和運(yùn)行可靠的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。7.7 越界報(bào)警為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺(tái)移動(dòng)。為了報(bào)警，可以設(shè)置發(fā)光二級(jí)管。工作時(shí)綠燈亮；有越界信號(hào)時(shí)，紅燈亮，指示工作臺(tái)越過極限位置。37結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí),因此不同于以前的課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)的飛越.認(rèn)識(shí)到這點(diǎn),我對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度.在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計(jì)都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)就不同了，它是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，很多資料、數(shù)據(jù)都需要自己通過各種途徑搜集得到。在本次設(shè)計(jì)中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識(shí)已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識(shí)，因此設(shè)計(jì)之前就對(duì)大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認(rèn)真的復(fù)習(xí)了一遍，開始對(duì)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計(jì)的感覺。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機(jī)械制造方面的文獻(xiàn)，進(jìn)而對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對(duì)于專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和分析解決實(shí)際問題的能力。通過本次設(shè)計(jì)還使我更深切地感受到了團(tuán)隊(duì)的力量，在與同學(xué)們的討論中發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決問題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團(tuán)隊(duì)合作精神也得到了增強(qiáng)。可以說，畢業(yè)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了我們大學(xué)四年所學(xué)的大部分知識(shí)，也檢驗(yàn)了我們的綜合素質(zhì)和實(shí)際能力。同時(shí)也跨出了我的工程師之路的第一步。38參考文獻(xiàn)[1] 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With mechanical precision, reliability and lifetime requirements of continuous improvement and increased application of new materials, grinding technology is moving in the ultra-hardness of abrasives, the development of sophisticated and ultra-precision grinding (grinding to micron, submicron nano-grinding development) and the development of high accuracy, high stiffness, and multi-axis automation grinder direction [4], such as for ultra-precision grinding resin combined with the average radius of the diamond grit grinding wheel can be as small as 4μm, grinding accuracy of up to 0.025μm.This topic is a special grinder, with the surface finish of the design of a cylinder block and cylinder block as an important process requirements of precision parts, the outer surface roughness has been a bottleneck restricting the quality of products, how to make the cylinder block. surface roughness and flatness of the technical requirements.Key words: grinder; surface grinder; special grinder; grinding; cylinder blockIII目 錄摘 要 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????IABSTRACT???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II第 1 章 緒論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 磨床的類型與用途 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.1 磨床的類型及其特點(diǎn) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.2 磨床的用途 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1.3 平面磨削和端面平面磨床 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????21.2 磨床的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.1 基本參數(shù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.2 磨床總體設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????62.3 總體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6第 3 章 磨床總體布局設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.1 加工零件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.2 初步估計(jì)組成部分 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.3 總體布局初步設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.4 縱向與橫向尺寸的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.5 砂輪架相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????103.6 頭架相關(guān)尺寸的確定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????123.7 尾架相關(guān)尺寸的確定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.8 工作臺(tái) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.9 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.10 砂輪修整器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.11 液壓系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.12 電氣部分 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133.13 機(jī)床保護(hù)系統(tǒng) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14第 4 章 部件設(shè)計(jì)（砂輪架） ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15IV4.1 砂輪架設(shè)計(jì)的基本要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.2 主軸旋轉(zhuǎn)精度及其提高措施 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.3 主軸軸承系統(tǒng)的剛性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.4 砂輪架主軸初步設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????154.5 主軸剛度校核 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????164.6 動(dòng)靜壓軸承 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174.7 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18第 5 章 床身與導(dǎo)軌 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1 床身設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.1 床身結(jié)構(gòu)的基本要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.2 床身的結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????255.1.3 床身的截面形狀 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.1.4 鋼板焊接結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.1.5 箱體封沙結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.1 對(duì)導(dǎo)軌的要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265.2.3 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275.2.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275.2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????285.2.6 導(dǎo)軌的材料 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28第 6 章 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.2 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????296.3 選擇主軸電機(jī) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????306.4 高速帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31第 7 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.1 確定硬件電路的總體方案 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.2 主控制器 CPU 的選擇 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????347.4 I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35V7.5 交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ??????????????????????????????????????????????????????