氣缸體專用平面磨床設(shè)計(jì),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：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化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
SY-025-BY-3
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
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化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)動機(jī)氣缸體對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。
基本參數(shù)：
電動機(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號圖一張，零件圖若干張，總量相當(dāng)于3張0號圖
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)動和動力參數(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.
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[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
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:機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化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
指導(dǎo)委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
1課題研究目的和意義
缸體是發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)零件，通過它把發(fā)動機(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)動的運(yùn)動量，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)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，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.磨床的傳動裝置是指將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運(yùn)動的整個(gè)傳動鏈及其附屬機(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、工作臺等。由于專用磨床的傳動裝置與傳動磨床的有較大差別，它要求具有較高的定位精度及良好的動態(tài)響應(yīng)性，穩(wěn)定性。為了達(dá)到這些要求，需要對專用磨床用導(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)
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The Graduation Design for Bachelor's Degree
For the Cylinder Block Surface Grinding Machine Design
Candidate: Zhang Zhiyang
Specialty: Design on Surface Grinding Machine For the Cylinder
Class:Mechanical 08-13
Supervisor: Prof. Li Hongzhi
Heilongjiang Institute of Technology
2012-06·Harbin
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）相對于工件做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（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)自動化和自動線，進(jìn)行高效率生產(chǎn)；
（5）磨床通常是由電動機(jī)—油泵—發(fā)動部件、通過機(jī)械、電氣、液壓傳動-傳動部件帶動工件和砂輪相對運(yùn)動-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)床總數(shù)中的比例已達(dá)（30-40）%。
據(jù)1997年歐洲機(jī)床展覽會(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，整體度油楔式動壓軸承及動靜壓組合軸承等。當(dāng)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(yīng)小于1um，軸向圓跳動應(yīng)限制在（2-3）um以內(nèi)。
（2）低速進(jìn)給運(yùn)動的穩(wěn)定性。 由于砂輪的修整導(dǎo)程要求（10-15）mm/min，因此工作臺必須低速進(jìn)給運(yùn)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(shí)如果產(chǎn)生振動，會對加工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響。故對于精密磨床，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)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(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。
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
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)對環(huán)保越來越高的要求。
1.3 本課題的設(shè)計(jì)目的和意義
設(shè)計(jì)目的：發(fā)動機(jī)氣缸體對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)一臺用于氣缸體表面加工用的專用磨床。
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。
第3章 磨床總體布局設(shè)計(jì)
3.1 加工零件
發(fā)動機(jī)氣缸體對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.工作臺面；c頭架；d尾架；e砂輪架；f 修整器；g 測量裝置；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(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：工作臺移動 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
（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(yàn)給定）；
⑧整個(gè)床身寬度 （視覺效果）；
⑨砂輪架中心與機(jī)床床身對稱線相距
圖3.1 磨床縱向尺寸
（2）橫向尺寸
1）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、下工作臺厚度和寬度
（a）厚度：用類比法
上工作臺 中心 ?。?.1）
下工作臺 中心 （3.2）
為工作臺導(dǎo)軌的中心距，工作臺導(dǎo)軌選用8075250
取 =0.3250=75mm
=0.38250=95mm
（b）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(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]
根據(jù)工人身高，經(jīng)驗(yàn)。類比取
5）工作臺回轉(zhuǎn)中心位置B9
6）確定機(jī)床總高H
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）10090400[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
（3.4）
式中為砂輪架快速進(jìn)退的行程，一般取。此處取。
（3.5）
安全系數(shù)取0.1足夠。
（取373）
（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、下工作臺運(yùn)動時(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
②砂輪架中心距后床身頂面
③砂輪架底座安裝修整器，內(nèi)有傳動絲桿
取
④后床身進(jìn)給導(dǎo)軌內(nèi)裝絲桿
取
圖3.3 砂輪架的高度和寬度
⑤砂輪架底板長度：
∴ 取=900mm
⑥砂輪架導(dǎo)軌長度
∴取
（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）
取
3.6 頭架相關(guān)尺寸的確定
①長×寬×高：440400411mm[1]
②主軸錐孔：莫氏5#錐孔
③中心高： （3.7）
通過以上計(jì)算頭架中心高取180mm。
④主軸轉(zhuǎn)速 （3.8）
取
⑤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）
交流伺服電機(jī)通過20/38的雙楔齒輪帶傳遞給工件，即
∴合格
⑥主軸不旋轉(zhuǎn)，主軸靠撥盤帶動旋轉(zhuǎn)
3.7 尾架相關(guān)尺寸的確定
①5#莫氏錐孔
②中心高180mm，臺面傾斜10°
③直線滾動導(dǎo)軌
④液壓油缸，頂緊力
3.8 工作臺
要求上、下臺面便于調(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
V—平導(dǎo)軌
砂輪架行程
3.10 砂輪修整器
伺服電機(jī)-絲桿-修整器
直線滾動導(dǎo)軌
主軸直徑D=50mm，采用液體動壓軸承(16r/min 6.3Mpa)
修整速度=
修整器直徑 故
修整器行程為160mm
3.11 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)置自動循環(huán)電路，可手動，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
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砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，主要由傳動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，因此對砂輪架設(shè)計(jì)提出的基本要求也是針對主軸軸承部分的。
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和軸向躥動大小，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。
4.4 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）
——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（單位為MP）
—— 軸所受扭矩（單位為）
—— 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)（單位為）
—— 軸傳遞的功率（單位為KW）
—— 軸的轉(zhuǎn)速（單位為r/mm）
—— 計(jì)算界面處的直徑（單位為mm）
—— 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（單位為r/mm）
由上式可得軸的直徑為
（4.2）
mm
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。
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）
L=140+640+20+32+10=932mm
= 89.36mm
2.允許撓度
允許撓度[y]=0.0002L < 0.0002*660=0.132mm
3、計(jì)算主軸前端撓度值
[1] （4.4）
——載荷（單位為公斤）（150/9.8）
—— 軸兩端的跨距（單位為厘米）（66.00）
—— 懸伸長度（單位為厘米）（13.2）
—— 材料的彈性模數(shù)（單位為公斤/平方厘米）（21.02）
—— 截面慣性矩（平方厘米）
= 0.001cm = 0.01mm
又因?yàn)閇y]=0.135，0.01<0.135，即< [y]，由上述校核可以得知，主軸剛度符合要求。
一般存在一個(gè)使主軸前端撓度最小，即剛性最好的支承跨距L。由經(jīng)驗(yàn)得知，L為（3~6）D時(shí)，主軸前端撓度最小，D=120mm，L為360~720mm，取L為640mm。
4.6 動靜壓軸承
靜壓軸承是利用外部油源產(chǎn)生承載能力的油膜軸承，動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩著缺點(diǎn)的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動壓軸承啟動和停止時(shí)出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在主軸啟動后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
它的優(yōu)點(diǎn)如下：
1.速度和載荷范圍廣，應(yīng)用范圍廣。動靜壓軸承在零件轉(zhuǎn)速到很高的范圍內(nèi)的各種相對速度下都能承載，而且載荷范圍大，其承載能力取決于供油壓力，軸承軸頸結(jié)構(gòu)和相對大??；
2.油膜剛度高，阻尼大，抗振性好;
3.摩擦阻力，磨損小.由于總有一層油膜將相對運(yùn)動表面隔開，因此摩擦阻力小，磨損小，能長期保持很高的運(yùn)動精度，壽命長.且對軸承軸頸材料要求也較低;
4.主軸回轉(zhuǎn)精度高.動靜壓軸承中靜壓油膜具有良好的糾正軸和軸向跳動;
5.安全性好.在萬一供油受阻或切斷時(shí)，可利用軸承中動壓效應(yīng)來承載;
6.承載能力高.由于動壓效應(yīng)，使軸承轉(zhuǎn)速越高承載能力越大，同時(shí)軸承還能承受方向不斷變化的動載及瞬時(shí)過載;
7.穩(wěn)定性好.
8.使用較經(jīng)濟(jì).由于動靜壓軸承高速下主要靠動壓承載，故這時(shí)供油壓力可相對較小，軸承可設(shè)計(jì)成較小軸頸，軸承結(jié)構(gòu)簡單，制造精度和材料要求不高。
動靜壓軸承需要一套供油系統(tǒng)，潤滑油要經(jīng)過嚴(yán)格過濾以保持清潔。目前廣泛應(yīng)用的是定壓供油系統(tǒng)。一定壓力的壓力油，經(jīng)節(jié)流器流入兩相對運(yùn)動體間的油腔，通過油腔壓力來平衡外載荷。在定壓供油系統(tǒng)中，節(jié)流器是關(guān)鍵部分，它起著限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔壓力僅隨外載荷的變化而變化。靜壓軸承常用的固定節(jié)流器有毛細(xì)管和小孔節(jié)流器兩種。本次設(shè)計(jì)選用毛細(xì)管節(jié)流器。
動靜壓軸承廣泛用于高速精密設(shè)備中.目前，在改造舊精密磨削設(shè)備方面，用得較多的是北京中航設(shè)備改造廠的WMB型表面節(jié)流液體動靜壓混合軸承。
砂輪架主軸的軸向定位采用軸向止推靜壓軸承。軸向止推軸承由兩個(gè)相對的環(huán)形油腔構(gòu)成。軸上具有臺肩以形成承載面。軸承的間隙通過修磨調(diào)整墊圈的厚度來保證。
4.7 傳動裝置設(shè)計(jì)
為了提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度，皮帶輪不直接裝在主軸上，而是裝在單獨(dú)的支架上，并用花鍵套帶動主軸旋轉(zhuǎn)，即采用卸荷皮帶輪的方案，如圖4－2所示。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是減少了主軸的變形，同時(shí)還提高了承載能力。
圖4.2 卸荷皮帶輪
1.電動機(jī)的選擇
= （2.35~8.82）+3.8 = 12.62kw
通過以上計(jì)算，取=15kw，選擇Y100L—4型電動機(jī)
2.皮帶設(shè)計(jì)
因?yàn)槎嘈◣Ъ嬗蠽帶和平帶的優(yōu)點(diǎn)，外輪廓尺寸小，比V型帶傳動平穩(wěn)，所以皮帶采用多楔帶[5]。多楔帶以平帶為基體，內(nèi)表面有等距離縱向楔型的環(huán)形帶傳動。工作面為楔側(cè)面，有橡膠和聚氨酯兩種[5]。
1）皮帶材料的選用
皮帶材料選用聚氨酯。
2）設(shè)計(jì)計(jì)算
已知小帶輪轉(zhuǎn)速，即 =1500r/min，傳動比i=2.5；
（1）計(jì)算功率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.7查得，工作情況系數(shù)為1.1，故
（4.5）
（2）由和選擇帶型
由于=16.5kw，=1500r/min，查表后可知，取帶型為L型。
（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》表4—43，取主動輪基準(zhǔn)直徑=80mm。
，由此得。
（4）驗(yàn)算帶速
（4.6）
= 6.28 m/s < 30 m/s，所以帶速合格。
（5）初定軸向間距
由公式（4－5）
0.7（+）< < 2（+）， （4.7）
可知196< < 560，取=400。
（6）所需基準(zhǔn)帶長
（4.8）
=1248.82mm
由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》表4—5，取相近的基準(zhǔn)帶長= 1250 mm[6]。
（7）實(shí)際軸向間距
（4.9）
= 401.18mm
所以皮帶的實(shí)際軸向間距?。?01mm。
（8）多楔帶每楔的基本額定功率
由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》表4—40，可以查得＝0.34kw。
（9）小帶輪的包角
（4.10）
＝162.85°
（10）多楔帶楔數(shù)的確定
（4.11）
其中
查表得，
，代入的計(jì)算公式中，得＝0.849kw。
又已知＝0.955，＝1.00，得：
由此可以確定，取Z＝15。
3.帶輪設(shè)計(jì)
1）帶輪設(shè)計(jì)的要求：
（1）質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應(yīng)力；
（2）質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動平衡校證；
（3）槽輪工作面要經(jīng)過精細(xì)加工，以減少帶的磨損；
（4）輪槽的尺寸和角度應(yīng)有一定的精度，以使載荷分布均勻。
2）帶輪的材料選用
帶輪的材料選用HT200。
3）帶輪的結(jié)構(gòu)
（1）小帶輪直徑（d為軸的直徑），所以采用實(shí)心式。
（2）大帶輪< 300，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。
4）小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
圖4.3 小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
（4.12）
其中——帶輪的外徑，
——軸的直徑，
——基準(zhǔn)線上槽深。
（4.13）
，圓整后得＝165mm
（4.14）
， （4.15）
其中——多楔帶的楔數(shù)，
——多楔帶的槽間距，
——第一槽對稱面到端面的距離。
5）大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
圖4.4 大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
4.花鍵套的選用
由軸端直徑Φ60選用內(nèi)花鍵套：8×62H7×78H10×12H11GB1144-87，如圖
圖4.5 內(nèi)花鍵套的結(jié)構(gòu)尺寸
第5章 床身與導(dǎo)軌
本章進(jìn)行磨床床身與導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)。
5.1 床身設(shè)計(jì)
5.1.1 床身結(jié)構(gòu)的基本要求
機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件,一般用來放置導(dǎo)軌等重要部件。為了滿足數(shù)控機(jī)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(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有更高的靜、動剛度，更好的抗振性。數(shù)控機(jī)床床身主要在下面四個(gè)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(yùn)動部件的導(dǎo)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(shí)間保持.另外,機(jī)床在切削加工時(shí),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(fù)雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對運(yùn)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(shù)要求。
2. 應(yīng)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(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達(dá)到有較高的剛度—質(zhì)量比。
動剛度直接反映機(jī)床的運(yùn)動特性，為了保證機(jī)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(dāng)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
控機(jī)床來說，尤其是高精度數(shù)控機(jī)床，熱穩(wěn)定性已成為一個(gè)突出的問題，必須在設(shè)計(jì)上要作到使整機(jī)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(qiáng)度和耐磨性
通常床身在抵抗外負(fù)載荷而不超過允許的變形情況下，都具有足夠的強(qiáng)度。但是，對于外負(fù)載荷比較大而變形要求不大的部位，仍有注意其強(qiáng)度的情況。至于床身與運(yùn)動部件相接觸的部位，即導(dǎo)軌處，要求有良好的耐磨性。
5.1.2 床身的結(jié)構(gòu)
該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床的Z向運(yùn)動是垂直與工作臺的上下運(yùn)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(shè)計(jì)的數(shù)控磨床屬于中型機(jī)床,故采用固定立柱式。
5.1.3 床身的截面形狀
為了在較小質(zhì)量下獲得高的靜剛度和適當(dāng)?shù)墓逃蓄l率，該機(jī)床的床身采用帶有對角筋的箱體結(jié)構(gòu)。對角筋截面可明顯床身的扭轉(zhuǎn)剛度，并且便于設(shè)計(jì)成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。
5.1.4 鋼板焊接結(jié)構(gòu)
該機(jī)床的床身采用鋼板直接焊接而成。焊接結(jié)構(gòu)床身的突出優(yōu)點(diǎn)是制造周期短。一般比鑄鐵快1.7～3.5倍。省去了制作木摸和鑄造工序，不易出廢品。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，便于產(chǎn)品更新、改進(jìn)結(jié)構(gòu)。焊接件能達(dá)到與鑄件相同，甚至更好的結(jié)構(gòu)特性，可提高抗彎截面慣性矩，減小質(zhì)量。采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)能夠按剛度要求布置筋板的形式，充分發(fā)揮臂板和筋板的承載和抗變形作用。另外，焊接床身采用鋼板，其彈性摸量E為MPa，而鑄鐵的彈性摸量E為MPa，兩者幾乎相差一倍。因此采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)床身有利于提高固有頻率。
5.1.5 箱體封沙結(jié)構(gòu)
床身封沙結(jié)構(gòu)是利用筋板隔成封閉箱體結(jié)構(gòu)。對于焊接結(jié)構(gòu)的床身，在床身內(nèi)腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，當(dāng)振動時(shí)，利用相當(dāng)摩擦來耗散振動能量。利用沙粒良好的吸振性能，可以提高機(jī)構(gòu)件的阻尼比。提高床身結(jié)構(gòu)的靜剛度，有剛度和質(zhì)量關(guān)系式K=(為系統(tǒng)無阻尼振動時(shí)的固有頻率)可以看出增加質(zhì)m可以提高靜剛度.封沙結(jié)構(gòu)降低了床身的重心,有利于床身機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性,可提高床身的抗彎和抗扭剛度。
5.2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)
5.2.1 對導(dǎo)軌的要求
對導(dǎo)軌的要求,納起來有下列幾點(diǎn):
1. 要有一定的導(dǎo)向精度 2.要有良好的耐磨性
3.要有足夠的剛度 4.要減少熱變形影響
5.要使運(yùn)動輕便平穩(wěn) 6.要有一定的工藝性
5.2.2 滑動導(dǎo)軌
導(dǎo)軌按照接觸面的摩擦情況而言.可分為:滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等三大類型。該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床采用滑動導(dǎo)軌。
滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單制造方便，承載面積大，接觸剛度好，抗振性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)?；瑒訉?dǎo)軌一般用于定位精度要求不高的開環(huán)系統(tǒng)中，本次設(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)橛辛朔答佅到y(tǒng)，導(dǎo)軌的定位精度，由于誤差進(jìn)行補(bǔ)償而不受影響，故采用滑動導(dǎo)軌。
5.2.3 貼塑滑動導(dǎo)軌
滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，接觸剛度大的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。因此，采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的新型塑料滑動導(dǎo)軌。
本次設(shè)計(jì)采用的塑料導(dǎo)軌是聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。
1. 聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn)
摩擦性好:鑄鐵淬火導(dǎo)軌副的靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)相差較大,幾乎是相差一倍.而金屬聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的靜、動摩擦系數(shù)基本不變。這種良好的摩擦性能可防止低速爬行，是運(yùn)動平穩(wěn)并獲得較高的定位精度。
耐磨性好：處摩擦系數(shù)低外，聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶材質(zhì)中含有青二硫化鉬和石墨，因此，本身即具有潤滑作用，對潤滑油的供油量要求不高，采用間歇式供油即可。此外，塑料質(zhì)地較軟，即便是嵌入金屬碎屑、灰塵等，也不至損傷金屬導(dǎo)軌面和軟帶本身，可延長導(dǎo)軌副的使用壽命。
減振性好：塑料有很好的阻尼性，其減振消聲的性能對提高摩擦副的相對運(yùn)動速度有很大的意義。
工藝性好：可降低對粘貼塑料的金屬導(dǎo)軌基體的硬度和表面質(zhì)量要求，而且塑料易于加工，使導(dǎo)軌副接觸面獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量。
此外，還有化學(xué)穩(wěn)定性好，維修方便，經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。
2. 導(dǎo)軌軟帶使用工藝
首先將導(dǎo)軌粘貼面加工至表面粗糙度Ra3.2～1.6，有時(shí)為了起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面加工成0.5mm到1mm深的凹槽.用汽油或金屬清洗或丙酮清洗導(dǎo)軌粘貼面后,用膠粘劑粘合導(dǎo)軌軟帶,加壓初固化1～2h后再合攏到配對的固定導(dǎo)軌上施加一定的壓力,并在室溫固化24h,取下清除余膠,即可開油槽和進(jìn)行精加工,由于這類導(dǎo)軌用粘貼方法,習(xí)慣上稱為“貼塑導(dǎo)軌”。
5.2.4 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)
該機(jī)床的X方向和Z方向?qū)к壘捎镁匦螌?dǎo)軌，以為這種導(dǎo)軌制造維修方便，承載能力大，新導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，使用一段時(shí)間后可通過鑲條調(diào)節(jié)，以滿足導(dǎo)向精度。Y方向采用V形導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，導(dǎo)軌磨損后靠自重下沉自動補(bǔ)償。下導(dǎo)軌采用凹型的，可以便于存油，頂角采用90。
5.2.5 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)
該磨床作用在運(yùn)動件上的推力平行與運(yùn)動件的軸線。為了運(yùn)動件不被卡死，且保證運(yùn)動靈活，矩形導(dǎo)軌需h/L<2,V形導(dǎo)軌需h/L<1. 其中h和L分別為推力F到軸線的距離和導(dǎo)軌的寬度。該次設(shè)計(jì)中，矩形導(dǎo)軌，h=75mm，L=470mm，
h/L=0.16＜2 滿足要求。V 形導(dǎo)軌，h=115mm，L=440mm，
h/L=0.26＜1，滿足要求。
5.2.6 導(dǎo)軌的材料
塑料導(dǎo)軌用在導(dǎo)軌副的動導(dǎo)軌上,與其相配的導(dǎo)軌采用鑄鐵,組成鑄鐵－塑料導(dǎo)軌副.鑄鐵采用耐磨鑄鐵,牌號是HT3054,表面淬火硬度為HRC45～55,淬火層深度規(guī)定經(jīng)摩削后保留1.0～1.5mm.
第6章 主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床的主傳動要求外,還提出如下要求:
1.具有更大的調(diào)速范圍,并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。
數(shù)控機(jī)床就要為了保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有更高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。對于自動換刀的數(shù)控機(jī)床，工序集中工件一次裝夾，可完成許多工序，所以，為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運(yùn)動的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。
2.具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。
數(shù)控機(jī)床加工精度的提高與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的精度與剛度，采用高精度軸承及合理的支撐跨距等，以提高主軸組件的剛性。
3.良好的抗震性和熱穩(wěn)定性。
數(shù)控機(jī)床一般即要進(jìn)行粗加工，又要精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動部件不平穩(wěn)以及切削過程中的自振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要具有一定的剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力抗震性?？拐鹦杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬俊＠缰鬏S組件的動剛度取決于主軸的當(dāng)量靜剛度，阻尼比及固有頻率等參數(shù)。
機(jī)床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運(yùn)動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合精度，并進(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實(shí)現(xiàn)。
6.2 主傳動變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
該平面磨床需要自動變速，且在切削階梯軸的不同直徑，切削曲線旋轉(zhuǎn)面和端面時(shí)，需隨切削直徑的變化而自動變速，以維持切削速度基本恒定。這些自動變速又是無級變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又利于提高切削效率。無級調(diào)速有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨床采用交流調(diào)速電機(jī)作為驅(qū)動源的電氣無級調(diào)速。電機(jī)通過一級高速帶帶動主軸旋轉(zhuǎn)，完成切削運(yùn)動。
6.3 選擇主軸電機(jī)
1. 主軸轉(zhuǎn)速范圍
該數(shù)控磨床的磨頭選擇為圓頭錐磨頭和碟形磨頭。
當(dāng)選用碟形磨頭時(shí)，
切削速度v=（25～30）m/s 刀具直徑D=（75～120）mm
主軸轉(zhuǎn)速：
n1===3980r/min
n2===8913r/min
當(dāng)選用圓頭錐磨頭時(shí)，
切削速度v=（10～12.5）m/s 刀具直徑D=（16～35）mm
主軸轉(zhuǎn)速：n1===5457r/min
n1===14920r/min
所以主軸轉(zhuǎn)速范圍n=（3980～14920）r/min
2.傳動比i
主軸與電動機(jī)通過一級高速帶傳動,傳動比i=0.5
3.電機(jī)轉(zhuǎn)速 no=in=(1990～7460)r/min
所以選電機(jī)的轉(zhuǎn)速no=2000r/min
4.切削功率pc
工作臺單行程的磨削深度進(jìn)給量
S===0.08mm/行程
v—工件的運(yùn)動速度 v=5m/min
K=1.0 (尺寸精度為0.03mm,加工余量h=0.35mm)
K=1.0 (工件材料為淬火鋼,磨頭直徑D≤500mm)
==120mm
—工件磨削表面的實(shí)際總面積(36000mm)
L—工作臺的行程長度(300mm)
根據(jù)上述數(shù)據(jù),查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》可得:
切削功率pc=6.15kw
5. 主傳動功率 ===7.2kw
—主傳動系統(tǒng)的總效率(0.75～0.85)
6.電機(jī)額定功率 P=/K=7.2/1.1=6.5kw
K—工況系數(shù) 取1.1 查表得額定功率P=7.0kw
7.結(jié)果：
交流
主軸
電機(jī)
型號
連續(xù)
負(fù)載
P/kw
間隙負(fù)載(60%)
/kw
短時(shí)
負(fù)載
(30min)/kw
額定轉(zhuǎn)速
r/min
最大轉(zhuǎn)速 r/min
額定轉(zhuǎn)矩M
N.m
慣性矩J
Kg/m
晶體管PWM變頻器型號
1HP6
103-
4CG4
7.0
8.6
8.8
2000
9000
33
0.017
6SC6503
-4AA02
1HP6系列交流主軸電機(jī)是四籠型感應(yīng)電動機(jī),這類電動機(jī)與SIMODRIVE6500晶體管PWM變頻器配套開發(fā),電動機(jī)的損耗和噪音都明顯減低。主軸電機(jī)有安裝在非驅(qū)動端的風(fēng)扇電獨(dú)冷卻，由于單獨(dú)冷卻的結(jié)果，電動機(jī)即使在靜止時(shí)。也能提供全轉(zhuǎn)矩，標(biāo)準(zhǔn)型的電動機(jī)的冷卻空氣是從驅(qū)動端流向非驅(qū)動端。由SIMODRIBVE6500晶體管PWM變頻器與1HP6交流主軸電機(jī)組成的交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)，提供一個(gè)適合與不受限制的四象限操作，帶有反饋制動的驅(qū)動系統(tǒng)。
6.4 高速帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
主軸電機(jī)與主軸之間采用高速帶直接聯(lián)接。
1.選擇帶型
由于要求傳動可靠,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),并有一定的壽命,所以都采用重量輕、厚度薄而均勻、曲撓性好的環(huán)形平帶作為高速帶。根據(jù)和n選擇A型帶(3槽)。
2.小帶輪直徑 +2=75+2×4=83mm
取標(biāo)準(zhǔn),=90mm
3.帶速
==71.8m/s
==19.2m/s
4.大帶輪直徑
==180mm
5.中心距
得 189≤a≤540
取a=255mm
6.帶長
L==
=932mm
7.小帶輪包角 =
=> 合格
8.撓曲次數(shù)
==150<200合格
所以選高速帶的種類為薄型綿綸片復(fù)合平帶。
9．帶厚 ～＝（2.25～3）
取標(biāo)準(zhǔn)，帶厚為3mm
10．帶寬b
傳遞功率Ｐ＝7.0kw
工況系數(shù) 拉力計(jì)算系
包角修正系數(shù) 傳動布置系數(shù)
傳動比系數(shù) 帶的質(zhì)量
帶的許用拉應(yīng)力
帶的離心拉應(yīng)力＝
所以＝
取b＝26mm
11．作用在軸上的力
帶的預(yù)緊力推薦值為＝
帶的截面積Ａ＝b＝40×2.5＝90
＝
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）；存儲器 包括可編程存儲器和隨機(jī)可讀存儲器；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?？偩€則是連接CPU、存儲器和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)備和信號變換器。上圖所示的數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。信號交換電路包括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)用場合，選擇對象以及對各種參數(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)。
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 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)
1、程序存儲器擴(kuò)展
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲器芯片采用EPROM芯片。其型號分別為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存儲芯片，74LS373地址鎖存器。
2、數(shù)據(jù)存儲器的擴(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)存儲器。本控制電路選用6264靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。
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)動電路
單片機(jī)發(fā)出的驅(qū)動信號通過8255A轉(zhuǎn)向定時(shí)器8253，用來改變其輸出的脈沖寬度。8253發(fā)出的信號由電平轉(zhuǎn)換電路變換成雙級性脈寬調(diào)制信號，再由有源濾波電路平滑成連續(xù)的電壓信號，這個(gè)環(huán)節(jié)的作用類似于D/A轉(zhuǎn)換，然后將此電壓信號送到速度調(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)完成對整個(gè)系統(tǒng)的兩級監(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。控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出至變頻器，變頻器根據(jù)接收到的信號產(chǎn)生變壓變頻的電源信號，以驅(qū)動交流電機(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、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。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)立即停止工作臺移動。為了報(bào)警，可以設(shè)置發(fā)光二級管。工作時(shí)綠燈亮；有越界信號時(shí)，紅燈亮，指示工作臺越過極限位置。
結(jié) 論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識的一個(gè)考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識,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)識到這點(diǎn),我對待畢業(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，由于有些知識已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識，因此設(shè)計(jì)之前就對大學(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)而對這些文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對于專業(yè)知識的綜合運(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)?？梢哉f，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，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。
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致 謝
為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，我也順利的完成了我的課題設(shè)計(jì)，在此之際我要衷心的感謝在設(shè)計(jì)過程中一直幫助我支持我的老師。
我要感謝指導(dǎo)老師老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中對我的影響很大，設(shè)計(jì)過程中的很多個(gè)難點(diǎn)都是在老師的悉心指導(dǎo)下才克服的，還有老師親切和善也是我在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中感受最深的。也因?yàn)?/div>
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