全套毕业设计精密平面磨床微进给及微位移工作台设计

全套毕业设计精密平面磨床微进给及微位移工作台设计内容摘要：

限；制造自动化包括了产品设 计、制造和管理的自动化，它不仅是快速市场需求的快速响应，而且是提高生产效率，改善劳动条件的重要手段。 两者有着密切关系，许多精密加工需要自动化技术得以达到预期指标，而制造自动化基本赖于精密加工才能准确可靠的实现。 两者的全局性和决定性奠定了它们是先进制造技术的支柱。 众多 国家都十分重视先进制造技术的水平和发展，精密加工技术显然已经是一个国家进行产品革新、扩大生产和提高国际经济竞争能力。 从先进制造技术的技术实质性而论 ，精密加工技术追求加工上的精度和表面质量极限；制造自动化包括了产品设计、制造和管理的自动化，它不仅 是快速市场需求的快速响应，而且是提高生产效率，改善劳动条件的重要手段。 两者有着密切关系，许多精密加工需要自动化技术得以达到预期指标，而制造自动化基本赖于精密加工才能准确可靠的实现。 两者的全局性和决定性奠定了它们是先进制造技术的支柱。 微进给机构的研究与设计，便是精先进制造技术的集中体现之一。 微进给机构一般指行程范围为毫米级：位移分辨率及定位精度达到纳米级的位移机构。 微进给机构通常由微位移器和精密导轨两部分组成 ，其技术研究不仅关系到超精密磨床研制，更是精密机械、微电子、生物工程等多种学科赖以发展的基础。 因此开 展微进给机构工作台的研究与设计是非常有必要且具有更广阔的应用前景。 国内外精密平面磨床的发展概况 国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。 国外 精密加工数控车床技术发展概况 发展精密加工磨床是发展精密加工技术的十分重要的内容，歌发达国家都发展了很多种精密机床。 精密加工磨床也向着高精度、多功能和高效专用方向发展。 美国是开展精密加工技术研究最早的国家， 20 实际 30 年代开始，在制造技术上处于世界领先地位，但在 50 年代以后，对制 造技术没有给予足够的重视，在经济竞争上感受到巨大的威胁，经过认真总结， 80 年代后，在重要的、高速增长的技术市场上失利的一个重要原因就是没有把自己先进的技术应用到制造产业上。 如今，美国国家工程科学院的国家研究理事会经过反复研究，提出不能像前些年那样把制造归属于设计的地位上，而是要把注意力重新放在制造技术上。 美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床（ BODTM 型），用刀尖半径为 nm10~5 的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为 nm1 的加工。 尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视 2。 德国 JUNG 公司是国际上知名较高的平面磨床生产厂商，在 40 余年的生产过程中，该公司的平面和成型磨床以精度高、使用寿命长而著称。 JUNG 公司的主要平面磨床产品均采用立柱升降式，外形小巧，磨削精度高。 工作台纵向运动一般都设二套运动装置，往复运动由液压驱动，缓进给成型磨削采用机电传动。 其中水平较高的是 JF520CNC B 型四坐标数控平面和成型磨床 3。 该机采用高精度连续轨迹控制以图形辅助操作，控制系统是以西门子 SINUMERIK810为基础，配用 JUNG 公司开发的专用软，一反传统结构，首次采用了龙门式框架结构，可以满足大尺寸工件和新型工程材料的精密磨削加工需要。 图 和图 分别为大型磨床和手动数控磨床。 图 大型龙门磨床 图 手动数控磨床 英国是较早从事精密加工技术研究的国家之一。 从 1979 年起，开发用于制造 X 射线望远镜的金属反射镜的立式超精密金刚石刀具车床。 该机床为保证精密加工，采用了许多全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 新技术。 例如采用封装合成花岗岩作为机床基础（总重 T48 ），永久磁铁型 DC 力矩马达驱动的 X 轴和 Z 轴，径向和轴向的回转精度为 ，空气轴支承的旋转工作台，分辨率为 的 HP5501 型微光干涉仪，由 HP9826 型计算机等构成的 X 轴， Z 轴工件尺寸及形状精度的测量补偿系统，压电式刀具微进给装置， 16 位 CNC 控制系统等。 要求反射镜的精度在 nm30 范围内的表面凹凸达到 mm6 以下，整个镜面的形状精度 μm1 以下。 英国在 80年代初就已开始实施纳米计划，成立了纳米技术战略委员会。 Cranfield 理工学院是世界上第二个能制造出用于大型超精密加工机床的高刚度  μmkN/2 气浮精密轴承和主轴系数的单位 3。 日本在第二次世界大战后，为了迅速恢复经济，大力开发 制造技术， 其中 精密加工技术 尤为突出 ， 先进技术的 引进和开发 使 得 机械制造业的水平有了很大的提高， 并且在其他大型工业产业中起到了巨大的作用。 在短短的 40 年中，从一个战败国发展成为世界上的经济强国。 国 内 精密加工数控车床技术发展概况 我国对精密加工技术的研究起步并不晚。 2 图。 基本发展过程与日本有着类似之处。 1965年前后研制出镜面外圆磨床，加工圆度优于 ，表面粗糙度 μmRa 以下。 70年代后期制成了 ST186高精度磁盘车床。 进入 80年代，研制了回转精度达 的精密轴系，单晶金刚石刀切削的超精密车床和超精铣床，最高分辨率为 的 CNC数控超精密车床等 产品。 最近哈尔滨工业大学研制成功 HCM1亚微米超精密加工车床，起技术性能如表 14示。 图 技术人员在讲解磨床 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 表 14 国内外典型超精密车床性能指标 型号（生产厂家） HCM1 （中国哈工大） M18AG （美国 MOORE SPECIAL TOOL CO.) 主轴 径向跳动  μm  轴向跳动  μm  径向刚度  μmN/ 200 轴向刚度  μmN/ 160 Z 向（主轴）直线度 mmμm 100/ mmμm 230/ X 向（刀架）直线度 mmμm 100/ mmμm 230/ X、 Z 向垂直度（〞） 1 1 重复定位精度  μm 1（全程）   加工工件精度 形面精度  μm 圆度： 平面度： 表面粗糙度  μm (PV 值 ) 位置反馈系统分辨率  μm 25 温控精度  C   隔振系统固有频率  Hz 2 2 加工范围  mm φ 320 φ 356 80 年代 ，我国开始 生产数控平面磨床，各开发厂 家分别 做过了 自行研制，与大学及科研单位合作开发至直接引进成熟数控系统的发展道路。 8 例如：广东机械厂是一家具有五十年历史，专业生产平面磨床的制造厂，它从 80 年代中期开始生产数控平磨，先后开发生产了 MGB7132 卧轴 矩 台高精度平磨， MG7130 系列普通数控平磨， MLK7140 数控缓进给成型磨， MGB71 ML716 ML7150 卧 轴距 台数控平磨， MKL7760 立轴数控双端面磨， MKY7660、 MKY7650/101卧轴数控双端面磨，以及 HZK1610， HZK2020， HZ050 CNC，HZKD20 HZK301 HZK30 HZK4020 等专用数控龙门式平面与导轨磨床。 数控系统的开发应用，有与大专院校及科研单位合作研制的单板机系统，也有自行开发的以单片机为主机的简易控制系统，及采用数控主机厂生产的成熟数控系统等。 我国 在磨削过程建模与模拟、声发射过程监测与识别、工件表面烧伤及残余应力预报、磨削加工误差在线检测、评价与补偿等方面都有许多成果，并已开发出了新型磨削机器人。 我国人造磨料生产虽然起步较晚，但发展很快，在世界上已有相当份额 9。 近几年来国外精密磨床技术发展迅速，例如对硬 脆材料 磨削机理及工艺的研究，利用于磨削热量同时进行工件热处理，以及不使用磨削液的无污染磨削等方面，我国均有一定差距。 为此，我们一方面要积极开展引进国外先进磨削技术的研究工作；同时在国内应结全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 合生产，系统地开展和推广各种先进与实用的精密磨削技术。 只有这样，才能使我国的精密磨床技术尽快赶上国外先进水平，并能做到有所发展与创新。 本课题的设计任务说明 毕业设计任务与论文组成 课题名称：精密平面磨床微进给机构工作台设计 任 务目的与要求： (1) 设计一台精密数控平面磨床，用砂轮周边磨削平面，也可以磨削台阶平面，能用于机械制造业及工具模具制造业，能加工各种难加工材料 (如陶瓷材料 )； (2) 磨床总体设计方案确定，绘制机床总体布局图； (3) 砂轮 修整器 设计计算，绘制磨头 修整器 装配图； (4) 垂直进给机构的设计，伺服电机和滚珠丝杆副设计计算，绘制垂直进给机械结构的装配图； (5) 磨床微机数控系统的硬件电路设计； (6) 翻译指定的英文专业文献； (7) 撰写毕业设计论文（说明书）。 本课题的研究方法 此毕业设计以 广东机械厂的 MGB6120 为原型，分析它的结构特点，然后对它进行改进。 MGB6120 的纵向进给由油泵电机驱动，通过液压筒推动工作台作纵向往复运动。 液压筒导致工作台在低速进给时产生“爬行”，大大地降低了工件表面的磨削质量。 我们在设计中用伺服电机代替油泵电机，不仅很好的解决了这个问题，而且还简化了机床的结构。 为了提高 MGB6120的几何、工作精度，我们采用机电一体化设计原理，进给机构用似服电机 滚珠丝杠副驱动。 西门子 SINUMERIK840D数控系统是西门子数控系统中的一款高性能、低价位的数控系统。 它可以控 制四个数字进给轴和一个主轴，能实现三轴联动。 就本机床而言，它控制三个似服电机和一个主轴电机。 使用西门子 SINUMERIK840D型数控系统极大提高了 MGB6120的进给灵敏度和准确度、可靠性和自动化程度。 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 2 精密平面磨床的总体设计 引言 本次设计的是一台精密数控平面磨床，通过采用金刚石砂轮和滚珠丝杆副，并依据机电一体化设计原理通过数控系统等措施来保证加工精度。 本机床为高精度机床。 几何精度、工作精度都很高，性能可靠稳定，垂直进给具有数控系统。 进给灵敏度、准确度高，磨削自动化程度较高，当每次磨 削循环结束后，工作台停止在纵向运动的右端。 该精密数控平面磨床主要包括磨头及垂直进给系统、工作台纵向及横向驱动系统、床身及防护罩装置、冷却及润滑系统和数控系统五大部分。 工作台的纵向运动和托板的横向运动都由西门子伺服电机驱动，经过齿轮减速，通过滚珠丝杆副做往复运动；磨头垂直导轨为立柱前后双导轨形式的贴塑滑动导轨；磨头主轴系统前后各位双联成对高精度滚动轴承结构，主轴的旋转由电机驱动通过弹性联轴器使主轴运转；磨头的垂直运动是由交流伺服电机驱动蜗杆，传动与其相啮合的涡轮，转动与涡轮刚性连接的丝杆副的螺母而使与丝杆固 定连接的磨头作垂直运动。 本机床总布局为十字托版型，托板上下的横纵导轨均为双 V 型滑动导轨。 工件磨削平面的形成由工作台的纵向运动和托板的横向运动而形成，磨头仅作垂直上下运动。 机床用砂轮周边磨削平面，还可以磨削台阶平面。 能用于机械制造业及工具模具制造业，能加工各种难加工材料（如陶瓷材料）。 为了适应磨削各种加工表面，工件形状及生产批量要求，磨床的种类很多，其中主要类型有以下几种： (1) 外圆磨床（包括外能外圆磨床、外圆磨床、无心外圆磨床等） (2) 内圆磨床（包括普通内圆磨床、无心内圆磨床等） (3) 平面磨床（包括卧轴距台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等） (4) 工具磨床（包括工具曲线磨床、钻头沟槽磨床、丝锥沟槽磨床等） (5) 刀具刃磨磨床（包括万能工具磨床、拉刀刃磨床、滚刀刃磨床等） 磨床技术规格 (1) 主要规格 工作台面（长宽）„„ mm202030 ； (2) 加工范围 最大磨削工件尺寸（长宽高）„„ mm360202030  ； (3) 工作台 工作台纵向移动速度（无级）： min/ m ； 工作台横向自动进给速度： 连续（无级）： min/ m ； 断续（无级）： / mm 工作行程； (4) 磨头 a) 砂轮轴中心线至工作台面距离： mm480160 ； b) 磨头垂直自动进给量：  ； c) 最小进给量： ； 全套设计（图纸）请联系 174320523 各专业都有 d) 磨头垂直快速升降速度： min/400mm ； e) 砂轮尺寸（ 外径宽度内径）砂轮： 3220200  ； f) 砂轮转速： min/3000r ； (5) 工作精度 a) 磨削表面粗糙度： mRa  ； b) 加工后表面对基面的平行度：。 磨床总体布局设计 图 磨床总体外观图 磨床的传动设计 电机电机作为机床的动力来源，它的位置需要根据机床设计来确定，它将直接与 IFK6伺服电机连接，推动主轴电。