毕业设计（论文）气缸体专用平面磨床设计（含全套CAD图纸）

1、全套cad图纸，联系153893706第1章 绪论1.1 磨床的类型与用途1.1.1 磨床的类型及其特点用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床（英文为grinding machine），它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的1。磨床种类很多，主要有：平面磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等2。对平面磨床来说，又可分为普通平面磨床、万能平面磨床、无心平面磨床、 宽砂轮平面磨床、端面平面磨床等。以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切

2、削工具的精磨磨床等。磨床与其他机床相比，具有以下几个特点：（1）磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在35m/s左右，目前已向200m/s以上发展）；（2）它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件；（3）它能使工件表面获得很高的精度和光洁度；（4）易于实现自动化和自动线，进行高效率生产；（5）磨床通常是由电动机油泵发动部件、通过机械、电气、液压传动-传动部件带动工件和砂轮相对运动-工件等部分组成1。1.1.2 磨床的用途磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种

3、高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。随着科学技术的发展，对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。精密铸造和精密锻造工艺的发展，使得有可能将毛坯直接磨成成品。高速磨削和强力磨削，进一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范围日益扩大。它在金属切削机床所占的比重不断上升。目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达（30-40）%。据1997年欧洲机床展览会(emo)的调查数据表明，25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占23%， 钻削占22%，其它占8%；而磨床在企业中占机床的比例高达42%，车床占23%，铣床占2

4、2%，钻床占14%3。由此可见，在精密加工当中，有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的，而精密磨削加工要在相应的精密磨床上进行，因此精密磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。但是要实现精密磨削加工，所用的磨床就应该满足以下几个基本要求： （1）高几何精度。 精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。主轴轴承可采用液体静压轴承、短三块瓦或长三块瓦油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。当前采用动压轴承和动静压轴承较多。主轴的径向圆跳动一般应小于1um，轴向圆跳动应限制在（2-3）um以内。（2）低速进给运动的稳定性。 由于砂轮的修整导程要

5、求（10-15）mm/min，因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。（3）减少振动。 精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。故对于精密磨床，在结构上应考虑减少振动。（4）减少热变形。 精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的50，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。1.1.3 平面磨削和端面平面磨床（1）平面磨削在平面磨削过程中，工件是安装在两顶尖的中心之间，砂轮旋转是引起切削旋转的主要来源和原因。基本的平面磨削方法有两种，即横磨法磨外圆和纵磨法磨外圆，如图11和图12所示。事实上，平面磨削可以通过其他以下几种方法来实施。1）传

6、递方法：在这种方法中，磨削砂轮和工件旋转以及径向进给都应满足所有的整个长度，切削的深度是由磨削砂轮到工件的纵向进给来调整的。2）冲压切削方法：在这种方法中，磨削是通过砂轮的纵向进给和无轴向进给来完成的，正如我们所看到的，只有在表面成为圆柱的宽度比磨削轮磨损宽度短时，这种方法才能完成。图1.1 横磨法磨外圆图1.2 纵磨法磨外圆3）整块深度切削方法：除了在磨削过程中，要进行间隙调整外，这种方法与传递方法很相似，同时这种方法具有代表性，除了磨削短而粗的轴。（2）端面平面磨床及其特点端面平面磨床是平面磨床的一种变形机床，它宜于大批量磨削带肩的轴类工件，有较高的生产率。它的特点如下：1）这种磨床的布局

7、形成和运动联系与平面磨床相似，只是砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度（通常10，15，26.23，30，45），如图13所示，数控端面平面磨床mks1632a的砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜30。为避免砂轮架与工件或尾架相碰，砂轮安装在砂轮架的右边，从斜向切入，一次磨削工件外圆和端面。2）由于它适用于大批量生产，所以具有自动磨削循环，完成快速进给（长切入）-粗磨-精磨-无花磨削。由定程装置或自动测量控制工件尺寸。3）装有砂轮成型修整器，按样板修整出磨削工件外圆和端面的成型砂轮，为保证端面尺寸稳定及操作安全，一般具有轴向对刀装置。图1.3 砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度1.2 磨床的现状

8、及其发展趋势随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展4，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至4m、磨削精度高达0.025m；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达400m/s，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为（4060）m/s；从精度上看，定位精度2m，重复定位精度1m的机床已越来越多；从主轴转速来看，8.2kw主轴达60000r/min，13kw达42000r/min，高速已不是小功率

9、主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工60hrc硬度材料的加工中心。北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合作生产的ga（p）6263数控外圆/数控端面平面磨床，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达60m/s，砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机公司gc32ecnc磨床专用数控系统可实现二轴（x和z）到四轴（x、z、u和w）控制。此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。1.3 本课题的设计目的和意义设计目的：发动机气缸体对其平面度

10、要求十分严格，用专用磨床加工可确保其加工质量。设计意义：气缸体作为重要的工艺要求精密的零部件，其外表面的粗糙度一直是制约产品质量的一个瓶颈问题，如何能使气缸体的表面粗糙度和平面度达到技术要求，因此设计一台用于气缸体表面加工用的专用磨床。第2章 总体结构设计2.1 基本参数和设计内容根据设计任务书，本气缸体专用平面磨床的设计基本参数如下。电动机功率：2.8kw主轴转速：2800rpm磨头行程：垂直方向260mm，纵向840mm磨削头砂轮直径：250mm该磨床的总体设计包括如下主要内容:（1） 系统设计包含数控装置的功能设计、元件和部件设计,程序段格式设计及系统的总体设计。（2） 逻辑设计包含运算

11、器设计、控制器设计及电路设计。（3） 机床主机的结构设计。本次设计主要对总体结构进行设计。2.2 磨床总体设计（1）加工零件的工艺分析（表面形状，尺寸，材料，技术条件，批量，加工余量等）；（2）调查研究和比较国内外同类机床，经验总结，进行改革创新；（3）图纸设计（总图，部件装配图，零件图，工艺卡，目录，标准件，外购件目录，铸件，锻件目录，说明书，装箱单，合格证）；（4）制造，装配，调试；（5）小批量生产，设计改进。2.3 总体设计注意事项（1）保证机床满足加工精度要求，刚性、稳定性好；（2）传动系统力求简短；（3）操作调整方便；（4）安全保护，冷却液供给，回收，废渣的排除。第3章 磨床总体布局

12、设计3.1 加工零件发动机气缸体对其平面度要求十分严格，用专用磨床加工可确保起加工质量。气缸体材料为45#、40cr、球墨铸铁等；3.2 初步估计组成部分磨床的主要组成包括：a.床身；b.工作台面；c头架；d尾架；e砂轮架；f 修整器；g 测量装置；h 砂轮进给电机；i 修整器进给电机；j 电器框；k工作台进给电机；l 工件旋转电机；m 润滑冷却装置；n数控装置。3.3 总体布局初步设计确定初步设计方案如下。（1）t型床身；（2）工作台移动；（3）工作台型面采用倾斜10的型面；（4）砂轮架主轴与床身导轨倾斜30角； （5）头尾架中心线平行；（6）采用成型砂轮修整器（金刚石滚轮），采用marpp

13、os公司轴向，径向测量仪；（7）数控系统的四坐标轴x轴：砂轮架进给 y轴：修整器进给z轴：工作台移动 w轴：工件旋转各轴采用交流伺服电机，通过精密无间隙弹性连轴器直接与滚珠丝杆相连；（8）液压油箱单独（减小热变形，简化机床结构，易实现标准化，通用化，便于维修）；（9）电器框与机床采用空中走线；（10）机床前防护罩采用全封闭结构。3.4 纵向与横向尺寸的确定（1）纵向尺寸工件最大长度 ；头架长度 ；尾架长度 ；上台面长度 ；下台面长度 ；床身长度 ；后床身长度 （考虑砂轮架和修整器大小按经验给定）；整个床身宽度 （视觉效果）；砂轮架中心与机床床身对称线相距图3.1 磨床纵向尺寸（2）横向尺寸1）

14、画出横向尺寸床身的v型导轨作为横向尺寸的基准，画出床身的平面导轨作为高度尺寸的基准线，根据确定的工作台参数，导轨参数b1，b2中心画出左视图。2）确定上、下工作台厚度和宽度（a）厚度：用类比法上工作台 中心（3.1）下工作台 中心 （3.2）为工作台导轨的中心距，工作台导轨选用8075250取 =0.3250=75mm=0.38250=95mm（b）宽度 （3.3） 3）确定头，尾架顶尖中心位置顶尖中心安排在v型导轨的中心线上，这样有利于磨削最小直径工件的，砂轮架趋近于工作台不致相碰。缺点是使导轨的承载压力较大，故常适当加宽v型导轨的宽度。4）确定头尾架顶尖中心至床身底面的高度h1左右1根据工

15、人身高，经验。类比取5）工作台回转中心位置b96）确定机床总高h 所以h取2000mm。3.5 砂轮架相关尺寸设计（1）砂轮架导轨（v平导轨）100904001考虑到砂轮的大小及重量与砂轮架的稳定性，取l中心=500mm，从而可定出砂轮架的宽度约为600mm，导轨为0.15mpa 的卸荷导轨。图3.2 砂轮架的导轨（2）砂轮架横向行程长度 （3.4）式中为砂轮架快速进退的行程，一般取。此处取。 （3.5）安全系数取0.1足够。（取373）（3）砂轮架高度和长度砂轮架箱体导轨的高度h3，砂轮底板滑台高度h4，砂轮中心距砂轮底面高度h5，与后床身顶面至平导轨的高度h0，为避免上、下工作台运动时与箱

16、体相碰，安装在后床身上的垫板顶面需低于上下工作台的顶面，同时考虑横向进给机构穿过床身的位置等，根据经验 取砂轮架中心距后床身顶面砂轮架底座安装修整器，内有传动丝杆取后床身进给导轨内装丝杆取图3.3 砂轮架的高度和宽度砂轮架底板长度： 取=900mm砂轮架导轨长度取 （4）砂轮架主轴电机的选择用类比法，砂轮架主轴电机的功率取15kw；计算法 （3.6） 取3.6 头架相关尺寸的确定长宽高：440400411mm1主轴锥孔：莫氏5#锥孔中心高： （3.7）通过以上计算头架中心高取180mm。主轴转速 （3.8）取交流伺服电机选择用类比法，交流伺服电机选择ift5076-da(d1 18n-m)电机

17、。砂轮磨削工件需要的功率 （3.9）交流伺服电机通过20/38的双楔齿轮带传递给工件，即 合格主轴不旋转，主轴靠拨盘带动旋转3.7 尾架相关尺寸的确定5#莫氏锥孔中心高180mm，台面倾斜10直线滚动导轨液压油缸，顶紧力3.8 工作台要求上、下台面便于调整头尾架，便于安装滚珠螺母。倾斜10以便于头尾架定位，冷却液回流；及使头尾架不等高时修刮侧面。3.9 横向进给机构交流伺服电机-联轴器-滚珠丝杆-砂轮架压力卸荷导轨 压力油0.15mpa 卸去压力v平导轨 砂轮架行程 3.10 砂轮修整器伺服电机-丝杆-修整器直线滚动导轨主轴直径d=50mm，采用液体动压轴承(16r/min 6.3mpa)修整

18、速度=修整器直径 故修整器行程为160mm3.11 液压系统修整器；尾架；量仪（两个）；润滑油；床身导轨；砂轮架卸荷导轨；丝杆；直线滚动导轨；间歇。3.12 电气部分simens 810g，控制五坐标轴，砂轮架主轴。3.13 机床保护系统静压供油系统 压力继电器 压差发讯器 液压控制器 电路延时尾架伸缩油缸静压供油系统：设置自动循环电路，可手动，也可用于脚踏。当工件旋转时，由于互锁装置，使起无效。油箱液压控制数控系统（在各坐标轴）自诊断与保护功能如：电池电压低 程序错误各坐标轴由行程开关控制最大位移量安全防护罩（砂轮罩，机床前罩）全封闭式导轨面保护 工作台导轨：不锈钢可伸缩防护罩 砂轮架导轨：

19、前部：翻板式护罩+橡皮（防水）；后罩：钢罩。 修整器导轨：折叠式第4章 部件设计（砂轮架）4.1 砂轮架设计的基本要求砂轮架是磨床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件，主要由传动部件和主轴轴承部分组成，主轴与轴承是砂轮架的主要组成部分，因此对砂轮架设计提出的基本要求也是针对主轴轴承部分的。砂轮架设计应满足以下几点基本要求1：1.主轴旋转精度高，旋转稳定；2.主轴轴承系统刚性好；3.振动小，发热低，不漏油；4.装配制造简单，调整维修方便。4.2 主轴旋转精度及其提高措施1.砂轮架旋转精度是指主轴前端的径向跳动和轴向蹿动大小，它直接影响工件的表面粗糙度和表面缺陷。一般端面平面磨床砂轮架允许的径向和轴

20、向跳动允许误差取5m10m。2.提高主轴旋转精度的措施（1）选择合适的主轴轴承：动静压轴承；（2）提高主轴的加工精度；（3）正确选择主轴轴向止推方式：液体静压推力轴承。4.3 主轴轴承系统的刚性主轴轴承系统的刚性是指在磨削力或传动力作用下，主轴轴承抵抗变形的能力。通常以主轴前端的挠度来度量。过低的刚性会降低磨削生产率、加工精度和工件表面的粗糙度，引起直波形和螺旋线缺陷。4.4 砂轮架主轴初步设计1. 砂轮架主轴的强度校核进行轴的强度校核时，应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对砂轮架主轴来说，由于采用了卸荷皮带轮装置，砂轮架主轴主要承受扭矩，应该按照扭转强度

21、计算，且在选取许用应力时应该选取较小值。砂轮架主轴材料采用42mnvb，并进行淬火，故选取许用应力为40mp。轴的扭转强度条件为 （4.1）扭转切应力（单位为mp） 轴所受扭矩（单位为） 轴的扭转截面系数（单位为） 轴传递的功率（单位为kw） 轴的转速（单位为r/mm） 计算界面处的直径（单位为mm） 许用扭转应力（单位为r/mm）由上式可得轴的直径为 （4.2） mm由上述计算可以得知砂轮架最小直径为31.02mm，考虑到砂轮架的刚度等因素，取主轴的最小直径为60mm。砂轮架主轴的尺寸如图41所示。图4.1 砂轮架主轴尺寸示意图4.5 主轴刚度校核1.当量直径因为是阶梯轴，所以用当量直径法作

22、近似计算当量直径为： （4.3）l=140+640+20+32+10=932mm= 89.36mm2.允许挠度允许挠度y=0.0002l 0.0002*660=0.132mm3、计算主轴前端挠度值1 （4.4）载荷（单位为公斤）（150/9.8） 轴两端的跨距（单位为厘米）（66.00） 悬伸长度（单位为厘米）（13.2） 材料的弹性模数（单位为公斤/平方厘米）（21.02） 截面惯性矩（平方厘米） = 0.001cm = 0.01mm又因为y=0.135，0.010.135，即 y，由上述校核可以得知，主轴刚度符合要求。一般存在一个使主轴前端挠度最小，即刚性最好的支承跨距l。由经验得知，l为

23、（36）d时，主轴前端挠度最小，d=120mm，l为360720mm，取l为640mm。4.6 动静压轴承静压轴承是利用外部油源产生承载能力的油膜轴承，动静压混合轴承是一种既综合了液体动压和静压轴承的优点，又克服了两着缺点的新型多油楔油膜轴承。它利用静压轴承的节流原理，使压力油腔中产生足够大的静压轴承载力，从而克服了液体动压轴承启动和停止时出现的干摩擦造成主轴与轴承磨损现象，提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性；轴承油腔大多采用浅腔结构，在主轴启动后，依靠浅腔阶梯效应形成的动压承载力和静压承载力叠加，大大地提高了主轴承载能力，而多腔对置结构又极大地增加了主轴刚度；高压油膜的均化作用和良好的抗

24、振性能，保证了主轴具有很高旋转精度和运转平稳性。它的优点如下：1.速度和载荷范围广，应用范围广。动静压轴承在零件转速到很高的范围内的各种相对速度下都能承载，而且载荷范围大，其承载能力取决于供油压力，轴承轴颈结构和相对大小；2.油膜刚度高，阻尼大，抗振性好;3.摩擦阻力，磨损小.由于总有一层油膜将相对运动表面隔开，因此摩擦阻力小，磨损小，能长期保持很高的运动精度，寿命长.且对轴承轴颈材料要求也较低;4.主轴回转精度高.动静压轴承中静压油膜具有良好的纠正轴和轴向跳动;5.安全性好.在万一供油受阻或切断时，可利用轴承中动压效应来承载;6.承载能力高.由于动压效应，使轴承转速越高承载能力越大，同时轴承

25、还能承受方向不断变化的动载及瞬时过载;7.稳定性好.8.使用较经济.由于动静压轴承高速下主要靠动压承载，故这时供油压力可相对较小，轴承可设计成较小轴颈，轴承结构简单，制造精度和材料要求不高。动静压轴承需要一套供油系统，润滑油要经过严格过滤以保持清洁。目前广泛应用的是定压供油系统。一定压力的压力油，经节流器流入两相对运动体间的油腔，通过油腔压力来平衡外载荷。在定压供油系统中，节流器是关键部分，它起着限制流入油腔流量的阻尼作用，使油腔压力仅随外载荷的变化而变化。静压轴承常用的固定节流器有毛细管和小孔节流器两种。本次设计选用毛细管节流器。动静压轴承广泛用于高速精密设备中.目前，在改造旧精密磨削设备方

26、面，用得较多的是北京中航设备改造厂的wmb型表面节流液体动静压混合轴承。砂轮架主轴的轴向定位采用轴向止推静压轴承。轴向止推轴承由两个相对的环形油腔构成。轴上具有台肩以形成承载面。轴承的间隙通过修磨调整垫圈的厚度来保证。4.7 传动装置设计为了提高主轴的旋转精度，皮带轮不直接装在主轴上，而是装在单独的支架上，并用花键套带动主轴旋转，即采用卸荷皮带轮的方案，如图42所示。这个方案的优点是减少了主轴的变形，同时还提高了承载能力。图4.2 卸荷皮带轮1.电动机的选择= （2.358.82）+3.8 = 12.62kw通过以上计算，取=15kw，选择y100l4型电动机2.皮带设计因为多楔带兼有v带和平

27、带的优点，外轮廓尺寸小，比v型带传动平稳，所以皮带采用多楔带5。多楔带以平带为基体，内表面有等距离纵向楔型的环形带传动。工作面为楔侧面，有橡胶和聚氨酯两种5。1）皮带材料的选用皮带材料选用聚氨酯。2）设计计算已知小带轮转速，即 =1500r/min，传动比i=2.5；（1）计算功率由机械设计表8.7查得，工作情况系数为1.1，故 （4.5）（2）由和选择带型由于=16.5kw，=1500r/min，查表后可知，取带型为l型。（3）确定带轮基准直径由金属切削机床设计简明手册表443，取主动轮基准直径=80mm。，由此得。（4）验算带速 （4.6）= 6.28 m/s 30 m/s，所以带速合格。

28、（5）初定轴向间距由公式（45）0.7（+） 2（+）， （4.7）可知196 560，取=400。（6）所需基准带长 （4.8）=1248.82mm由金属切削机床设计简明手册表45，取相近的基准带长= 1250 mm6。（7）实际轴向间距 （4.9）= 401.18mm所以皮带的实际轴向间距取401mm。（8）多楔带每楔的基本额定功率由金属切削机床设计简明手册表440，可以查得0.34kw。（9）小带轮的包角 （4.10）162.85（10）多楔带楔数的确定 （4.11）其中查表得，代入的计算公式中，得0.849kw。又已知0.955，1.00，得：由此可以确定，取z15。3.带轮设计1）带

29、轮设计的要求：（1）质量小，结构工艺性好，无过大的铸造应力；（2）质量分布均匀，转速高时要经过动平衡校证；（3）槽轮工作面要经过精细加工，以减少带的磨损；（4）轮槽的尺寸和角度应有一定的精度，以使载荷分布均匀。2）带轮的材料选用带轮的材料选用ht200。 3）带轮的结构（1）小带轮直径（d为轴的直径），所以采用实心式。（2）大带轮 300，所以采用腹板式结构。4）小带轮的结构尺寸图4.3 小带轮的结构尺寸 （4.12）其中带轮的外径， 轴的直径， 基准线上槽深。 （4.13），圆整后得165mm （4.14）， （4.15）其中多楔带的楔数，多楔带的槽间距，第一槽对称面到端面的距离。5）大带轮

30、的结构尺寸图4.4 大带轮的结构尺寸4.花键套的选用由轴端直径60选用内花键套：862h778h1012h11gb1144-87，如图图4.5 内花键套的结构尺寸第5章 床身与导轨 本章进行磨床床身与导轨的设计。5.1 床身设计5.1.1 床身结构的基本要求 机床的床身是整个机床的基础支承件,一般用来放置导轨等重要部件。为了满足数控机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化的要求，与普通机床相比，数控机床应有更高的静、动刚度，更好的抗振性。数控机床床身主要在下面四个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装部件的加工面和运动部件的导轨面,这些面本身的精度和相互位置

31、精度要求都很高,而且要能长时间保持.另外,机床在切削加工时,所有动、静载荷最后往往都传到床身上，所以，床身上的受力很复杂。为此，为保证零部件之间的相互位置或相对运动精度，处满足几何尺寸位置等精度要求外，还要满足静、动刚度、抗振性、热稳定性和工艺等方面的技术要求。2. 应具有足够的静、动刚度静刚度包括：床身的自身结构刚度、局部刚度和接触刚度，都应该采取相应的措施，最后达到有较高的刚度质量比。动刚度直接反映机床的运动特性，为了保证机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力和抵抗受迫振动及自激振动的能力，可以通过适当增加阻尼，提高固有频率等措施避免共振及因薄臂振动而产身的噪声。3. 较好的热稳定性

32、 控机床来说，尤其是高精度数控机床，热稳定性已成为一个突出的问题，必须在设计上要作到使整机的热变形较小，或使热变形对加工精度的影响较小。4.高的强度和耐磨性 通常床身在抵抗外负载荷而不超过允许的变形情况下，都具有足够的强度。但是，对于外负载荷比较大而变形要求不大的部位，仍有注意其强度的情况。至于床身与运动部件相接触的部位，即导轨处，要求有良好的耐磨性。5.1.2 床身的结构 该次设计的数控磨床的z向运动是垂直与工作台的上下运动.这种结构的床身有固定立柱和移动立柱两种方式由于后者加工制造不方便,加上本次设计的数控磨床属于中型机床,故采用固定立柱式。5.1.3 床身的截面形状 为了在较小质量下获得

33、高的静刚度和适当的固有频率，该机床的床身采用带有对角筋的箱体结构。对角筋截面可明显床身的扭转刚度，并且便于设计成全封闭的箱形结构。5.1.4 钢板焊接结构 该机床的床身采用钢板直接焊接而成。焊接结构床身的突出优点是制造周期短。一般比铸铁快1.73.5倍。省去了制作木摸和铸造工序，不易出废品。焊接结构设计灵活，便于产品更新、改进结构。焊接件能达到与铸件相同，甚至更好的结构特性，可提高抗弯截面惯性矩，减小质量。采用钢板焊接结构能够按刚度要求布置筋板的形式，充分发挥臂板和筋板的承载和抗变形作用。另外，焊接床身采用钢板，其弹性摸量e为mpa，而铸铁的弹性摸量e为mpa，两者几乎相差一倍。因此采用钢板焊

34、接结构床身有利于提高固有频率。5.1.5 箱体封沙结构 床身封沙结构是利用筋板隔成封闭箱体结构。对于焊接结构的床身，在床身内腔填充泥芯和混凝土等阻尼材料，当振动时，利用相当摩擦来耗散振动能量。利用沙粒良好的吸振性能，可以提高机构件的阻尼比。提高床身结构的静刚度，有刚度和质量关系式k=(为系统无阻尼振动时的固有频率)可以看出增加质m可以提高静刚度.封沙结构降低了床身的重心,有利于床身机构的稳定性,可提高床身的抗弯和抗扭刚度。5.2 导轨设计5.2.1 对导轨的要求 对导轨的要求,纳起来有下列几点:1. 要有一定的导向精度 2.要有良好的耐磨性3.要有足够的刚度 4.要减少热变形影响5.要使运动轻

35、便平稳 6.要有一定的工艺性5.2.2 滑动导轨导轨按照接触面的摩擦情况而言.可分为:滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等三大类型。该次设计的数控磨床采用滑动导轨。滑动导轨结构简单制造方便，承载面积大，接触刚度好，抗振性能好等一系列优点。滑动导轨一般用于定位精度要求不高的开环系统中，本次设计的伺服系统是闭环系统，因为有了反馈系统，导轨的定位精度，由于误差进行补偿而不受影响，故采用滑动导轨。5.2.3 贴塑滑动导轨 滑动导轨具有结构简单，制造方便，接触刚度大的优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。因此，采用带有耐磨粘贴带覆盖层的新型塑料滑动导轨。 本次设计采

36、用的塑料导轨是聚四氟乙烯导轨软带。1. 聚四氟乙烯导轨软带的特点 摩擦性好:铸铁淬火导轨副的静摩擦系数与动摩擦系数相差较大,几乎是相差一倍.而金属聚四氟乙烯导轨软带的静、动摩擦系数基本不变。这种良好的摩擦性能可防止低速爬行，是运动平稳并获得较高的定位精度。 耐磨性好：处摩擦系数低外，聚四氟乙烯导轨软带材质中含有青二硫化钼和石墨，因此，本身即具有润滑作用，对润滑油的供油量要求不高，采用间歇式供油即可。此外，塑料质地较软，即便是嵌入金属碎屑、灰尘等，也不至损伤金属导轨面和软带本身，可延长导轨副的使用寿命。 减振性好：塑料有很好的阻尼性，其减振消声的性能对提高摩擦副的相对运动速度有很大的意义。 工艺

37、性好：可降低对粘贴塑料的金属导轨基体的硬度和表面质量要求，而且塑料易于加工，使导轨副接触面获得优良的表面质量。 此外，还有化学稳定性好，维修方便，经济性好等优点。2. 导轨软带使用工艺 首先将导轨粘贴面加工至表面粗糙度ra3.21.6，有时为了起定位作用，导轨粘贴面加工成0.5mm到1mm深的凹槽.用汽油或金属清洗或丙酮清洗导轨粘贴面后,用胶粘剂粘合导轨软带,加压初固化12h后再合拢到配对的固定导轨上施加一定的压力,并在室温固化24h,取下清除余胶,即可开油槽和进行精加工,由于这类导轨用粘贴方法,习惯上称为“贴塑导轨”。5.2.4 导轨结构 该机床的x方向和z方向导轨均采用矩形导轨，以为这种导

38、轨制造维修方便，承载能力大，新导轨导向精度高，使用一段时间后可通过镶条调节，以满足导向精度。y方向采用v形导轨，这种导轨导向精度高，导轨磨损后靠自重下沉自动补偿。下导轨采用凹型的，可以便于存油，顶角采用90。5.2.5 导轨设计 该磨床作用在运动件上的推力平行与运动件的轴线。为了运动件不被卡死，且保证运动灵活，矩形导轨需h/l2,v形导轨需h/l 合格8.挠曲次数=150200合格所以选高速带的种类为薄型绵纶片复合平带。9带厚（2.253） 取标准，带厚为3mm10带宽b传递功率7.0kw工况系数拉力计算系包角修正系数传动布置系数传动比系数带的质量带的许用拉应力带的离心拉应力所以取b26mm1

39、1作用在轴上的力带的预紧力推荐值为带的截面积b402.590第7章 控制系统设计7.1 确定硬件电路的总体方案 数控系统基本组成：任何一个数控系统都是有硬件和软件两部分组成。硬件是组成系统的基础，有了硬件软件才能有效地运行。硬件电路的可靠性直接影响数控系统的性能指标。数控系统的硬件电路概括起来有以下四部分组成：主控制器 即中央处理单元cpu；总线 包括数据总线（db）、地址总线（ab）和控制总线（cb）；存储器 包括可编程存储器和随机可读存储器；接口 即i/o输入/输出接口电路。 其中cpu是系统的核心，其作用是发布命令以及协调各部分电路。存储器用于存放系统软件以及运行过程中的各种数据。i/o

40、接口电路是系统与外界进行信息交换的桥梁。总线则是连接cpu、存储器和i/o接口电路的纽带，是各部分进行通信的线路。 除此以外，还需要根据系统的要求配备一些外围设备和信号变换器。上图所示的数控系统硬件结构框图。信号交换电路包括a/d交换、d/a转换等。7.2 主控制器cpu的选择在微机应用系统中，cpu的选择应考虑以下三要素： 时钟频率和字长（控制数据处理速度）；可扩展存储器（rom/ram）的容量；指令系统功能是否强（即变成的灵活性）。i/o扩展的能力：开发手段（包括支持开发的软件和硬件电路）。 除此以外，还应根据系统应用场合，选择对象以及对各种参数要求选择cpu。在一般数控系统中，最常用mc

41、s-51系统单片机作为主控制器。本次设计将选用8031单片机。 从上述特性可知，一块8031的功能几乎相当于一块z80cpu、一块ram、一块z80ctc、两块z80pio和一块z80sio所组成的微型机算计系统。7.3 存储器扩展电路设计 1、程序存储器扩展 单片机应用系统中扩展用的程序存储器芯片采用eprom芯片。其型号分别为2716、2732、2764、2756等，其容量分别为2k、4k、16k、32k。在选择芯片时，要考虑cpu与eprom时序的匹配。即8031所能读取的时间必须大于eprom所要求的时间。此外，还需考虑最大读出速度，工作温度及存储器的容量。在满足要求时，尽量选择大容量

42、芯片，以减少芯片数量，使系统简化。本控制电路中选用2732存储芯片，74ls373地址锁存器。 2、数据存储器的扩展 由于8031内部ram只有128字节，远远不能满足系统的要求，需扩展片外的数据存储器。本控制电路选用6264静态数据存储器。 3、译码电路 在单片机应用系统中，所有外围芯片都通过总线与单片机相联。单片机数据总线分时地与各个外围芯片进行数据传送，故需进行片选控制，选用74ls138译码器。7.4 i/o口扩展电路设计 8031单片机共有四个8位并行i/o口，但可供用户使用的只是一部分。因此，不可避免的要进行i/o口的扩展。 本电路扩展了两个可变成并行接口芯片8255a。8255a

43、是一个适用于诸多微机系列的可编程通用8位输入/输出接口芯片。可通过编程来改变它的工作方式。通用性强、灵活多变、便于和各种外设连接。 键盘、显示器是数控系统常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显示。数据系统采用行列式键盘，即i/o口的线组成行列结构。按键设置在行列的交点上。显示器为led。键盘和显示器共用8255a的pa口进行控制。在进行键盘巡回扫描时，必须先关显示。当然有关键盘和显示器的工作必须经过软件协调才能达到预期的效果。7.5 交流伺服电机驱动电路 单片机发出的驱动信号通过8255a转向定时器8253，用来改变其输出的脉冲宽度。8253发出的信号由电平转换电

44、路变换成双级性脉宽调制信号，再由有源滤波电路平滑成连续的电压信号，这个环节的作用类似于d/a转换，然后将此电压信号送到速度调节器，而后再由电流调节器送出电流指令值到内含pwm调制电路的pwm功率接口。其中电流反馈和速度反馈均采用模拟电路。7.6 主轴电机驱动电路 主轴电机采用交流电机，并采用单片机控制变频器的闭环交流调速系统。 单片机完成对整个系统的两级监控管理，协调各模块之间的工作，并进行复杂的控制决策。控制量经d/a转换后输出至变频器，变频器根据接收到的信号产生变压变频的电源信号，以驱动交流电机实现调速。系统的开关量控制模块可方便地实现电机启动、停止及加减速等功能。a/d模块接收整流滤波处理后的速度反馈信号。构成调节闭环，使系统稳定工作。因此，实现了一套结构简单、功能齐全和运行可靠的交流变频调速系统。7.7 越界报警 为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。一旦某一方向越界，应立即停止工作台移动。为了报警，可以设置发光二级管。工作时绿灯亮；有越界信号时，红灯亮，指示工作台越过极限位置。结 论毕业设计是大学四年所学知识的一个考察,它兼顾了四年中所学