簡易工具磨削機設計

簡易工具磨削機設計,簡易,工具,磨削,設計 ****學院****屆畢業(yè)設計說明書 1 緒論 1.1 各種磨床的加工精度 磨床是為了適應工件精密加工而出現(xiàn)的一種機床，它是精密加工機床的一種。磨床是用非金屬的磨具或磨料加工工件各種表面的機床。通常磨具旋轉為主運動，工件的旋轉與移動或磨具的移動為進給運動。通常把使用砂輪加工的機床稱為磨床，如外圓磨床，平面磨床，而把用油石、研磨料作為切削工具的機床稱為精磨機床。掌握經過一般磨削后和精密磨削后可達到的加工精度和表面粗糙度。 1.1.1 磨床的特點 (1)切削工具是由無數(shù)細小、堅硬、鋒利的非金屬磨粒粘結而成的多刃工具，并且做高速旋轉的主運動。 　　(2)萬能性強，適應性更廣，它能加工其他機床不能加工的材料和零件。 　　(3)磨床種類多，范圍廣，能適應磨削各種加工表面、工件形狀及生產批量的要求。 　　(4)磨削加工余量小，生產效率高，容易實現(xiàn)自動化和半自動化，可廣泛用于流水線和自動線中。 　　(5)磨削精度高，表面質量高，可進行一般普通精度磨削，也可以進行精密磨削和高精度級磨削加工。 1.1.2 內圓磨床 應用范圍：內圓磨床主要用于磨削內圓柱、內圓錐面及端面等。 　　分類：主要類型有普通內圓磨床、行星式內圓磨床、坐標磨床及專門用途內圓磨床等。 　　組成：床身、工作臺、頭架、尾架、砂輪架、滑臺。 　　主參數(shù)：最大磨削孔徑。 1.1.3 外圓磨床 分類：外圓磨床分為普通外圓磨床和萬能外圓磨床 　　加工范圍：在普通外圓磨床上可磨削工件的外圓柱面和外圓錐面，在萬能外圓磨床上還能磨削內圓柱面和內圓錐面和端面。 　　組成：床身、工作臺、頭架、尾架、砂輪架及液壓操縱系統(tǒng)。 　　主參數(shù)為最大磨削直徑。 1.1.4 磨床分類 磨床的種類很多，按加工性質和用途不同可分為三類： 　　(1)普通磨床。如內、外圓磨床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。 　　(2)精加工磨床。如超精加工磨床等 　　(3)專門化磨床。如曲軸磨床、花鍵軸磨床、葉片磨床等。 1.1.5 平面磨床 應用：磨削工件的平面： 　　分類：根據工作臺形狀不同，可分為矩形工作臺和圓形工作臺兩種。 　　主參數(shù)：矩形工作臺平面磨床的主參數(shù)為工作臺寬度，圓臺平面磨床的主參數(shù)為工作臺面直徑。 1.2 機床設計的目的、內容、要求 1.2.1 設計的目的 機床設計畢業(yè)設計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結構設計，使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本設的設計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。 1.2.2 設計內容 （1）運動設計 根據給定被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉速與標準的相對誤差。 （2）動力設計 根據給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)：確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內。還要驗算主軸主件的靜剛度。 （3）結構設計 進行主運動傳動軸系、變速機構、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構設計。即繪制裝配圖和零件工作圖。 （4）編寫設計說明書。 1.2.3 設計要求 設計出的磨削機構，滿足結構簡單、自身重量輕、便于運輸。 1.3 機床的設計步驟 1.3.1 調查研究 研究市場和用戶對設計機床的要求，然后檢索有關資料。其中包括情報、預測、實驗研究成果、發(fā)展趨勢、新技術應用以及相應的圖紙資料等。甚至還可以通過網絡檢索技術查閱先進國家的有關資料和專利等。通過對上述資料的分析硏究，擬訂適當?shù)姆桨福?以保證機床的質量和提高生產率，使用戶有較好的經濟效益。 1.3.2 擬定方案 通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內容有：工藝分析、主要技術參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制操作系統(tǒng)、電系統(tǒng)、主要部件的結構草圖、實驗結果及技術經濟分析等。 在制定方案時應注意以下幾個方面： (1) 當使川和制造出現(xiàn)矛盾時，應先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。 (2) 設計必須以生產實踐和科學實驗為依據，凡是未經實踐考驗的方案，必須經過實驗證明可靠后才能用于設計； （3）繼承與創(chuàng)造相結合，盡量釆用先進工藝，迅速提高生產力，為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化服務。注意吸人和國外的先進經驗，并在此基礎上有所創(chuàng)造和發(fā)展。 1.3.3 工作圖設計 首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上，進行方案圖紙的設計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產率卡， 統(tǒng)稱"三圖一卡"設計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關系，確定多軸箱的設計。然后，整理機床有關部件與主要零件的設計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術文件。 最后對相關圖紙進行工藝審查及標準化審查。 1.4 總結 本次設計要求滿足簡易磨削裝置中簡易的要求，包括結構、體積、重量、運輸?shù)确矫妫紤]到加工難易程度、生產成本等市場問題。 2 研究方向及裝置特點 2.1 研究方向 機械加工歸根到底是刀具與加工件之間通過相對運動，通過各種不同的相對運動，切削、磨削、銑削等等，從而滿足人們對各種各樣加工件的需求。 不論是切削、磨削還是銑削，刀具與加工件之間都必須產生大量的摩擦運動，然而在加工件成型的同時，刀具也不可避免的收到不同程度的磨損，以至于降低了加工效果，增加了加工能量的消耗。如果不及時修補刀具，最終的結果將會是刀具提前損壞直至被廢棄，對于這種遠沒有達到刀具正常使用壽命的做法， 無意是增加成本、減少利益，影響企業(yè)自身發(fā)展。 機械加工中用到的刀具各種各樣，種類成千上萬，其中有最常用的45°、90°切削刀、鏜孔刀，也有很罕見使用的金剛石鉆頭，刀具材料和刀具的復雜程度決定的刀具的價格，以至于那些不常見刀具的修補難以完成。甚至于鉆頭那種價格特別低廉的刀具沒有加工的必要。 常見刀具修補簡單，只需要人工持刀在砂輪機上磨削即可，因為這種刀具對加工精度要求不高，材料、復雜程度要求較低，所以刀具價格也低廉。 特殊機床專用刀具的加工因其加工精度較高，有或者因為刀具材料的緣故，常用砂輪機無法加工，所以企業(yè)只有把刀具返廠修理，特殊刀具少，所以加工市場小，導致返廠加工刀具的費用異常的昂貴。 2.2 裝置特點 本次設計的是簡易磨削裝置，正是為了解決其中一種特殊刀具的加工。 特點： （1） 結構簡單 （2） 重量輕 （3） 體積小 （4） 便于運輸 （5） 無需固定底面 （6） 操作簡單 3 加工刀具 本次加工的刀具是不常見的一種刀具——折彎刀。 3.1 折彎機簡介 折彎機是一種能夠對薄板進行折彎的機器，其結構主要包括支架、工作臺和夾緊板，工作臺置于支架上，工作臺由底座和壓板構成，底座通過鉸鏈與夾緊板相連，底座由座殼、線圈和蓋板組成，線圈置于座殼的凹陷內，凹陷頂部覆有蓋板。使用時由導線對線圈通電，通電后對壓板產生引力，從而實現(xiàn)對壓板和底座之間薄板的夾持。由于采用了電磁力夾持，使得壓板可以做成多種工件要求，而且可對有側壁的工件進行加工，操作上也十分簡便?！?】 折彎機 3.2 主要分類 折彎機分為手動折彎機，液壓折彎機和數(shù)控折彎機。手動折彎機又分機械手動折彎機和電動手動折彎機，液壓折彎機按同步方式又可分為：扭軸同步、機液同步，和電液同步。液壓折彎機按運動方式又可分為：上動式、下動式。【7】 3.3 結構 1、滑塊部分：采用液壓傳動，滑塊部分由滑塊、油缸及機械擋塊微調結構組成。左右油缸固定在機架上，通過液壓使活塞（桿）帶動滑塊上下運動，機械擋塊由數(shù)控系統(tǒng)控制調節(jié)數(shù)值； 2、工作臺部分：由按鈕盒操縱，使電動機帶動擋料架前后移動，并由數(shù)控系統(tǒng)控制移動的距離，其最小讀數(shù)為0.01毫米（前后位置均有行程開關限位）； 3、同步系統(tǒng)：該機由扭軸、擺臂、關節(jié)軸承等組成的機械同步機構，結構簡單，性能穩(wěn)定可靠，同步精度高。機械擋塊由電機調節(jié)，數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)值； 4、擋料機構：擋料采用電機傳動，通過鏈操帶動兩絲桿同步移動，數(shù)控系統(tǒng)控制擋料尺寸。【7】 3.4 工作原理 液壓折彎機包括支架、工作臺和夾緊板，工作臺置于支架上，工作臺由底座和壓板構成，底座通過鉸鏈與夾緊板相連，底座由座殼、線圈和蓋板組成，線圈置于座殼的凹陷內，凹陷頂部覆有蓋板。 使用時由導線對線圈通電，通電后對壓板產生引力，從而實現(xiàn)對壓板和底座之間薄板的夾持。由于采用了電磁力夾持，使得壓板可以做成多種工件要求，而且可對有側壁的工件進行加工。折彎機可以通過更換折彎機模具，從而滿足各種工件的需求?！?】 3.5 彎曲半徑 采用自由彎曲時，彎曲半徑為凹模開口距的0.156倍。在自由彎曲過程中， 凹模開口距應是金屬材料厚度的8倍。例如，使用1/2英寸(0.0127米)的開口距成形16 gauge低碳鋼時，零件的彎曲半徑約0.078英寸。 若彎曲半徑差不多小到材料厚度，須進行有底凹模成形。不過，有底凹模成形所需的壓力比自由彎曲大4倍左右。 如果彎曲半徑小于材料厚度，須采用前端圓角半徑小于材料厚度的凸模，并求助于壓印彎曲法。這樣，就需要10倍于自由彎曲的壓力。 就自由彎曲而言，凸模和凹模按85°或小于85°加工（小點兒為好）。采用這組模具時，注意凸模與凹模在沖程底端的空隙，以及足以補償回彈而使材料保持90°左右的過度彎曲。 通常，自由彎曲模在新折彎機上產生的回彈角≤2°，彎曲半徑等于凹模開口距的0.156 倍。 對于有底凹模彎曲，模具角度一般為86 ~ 90°。在行程的底端，凸凹模之間應有一個略大于材料厚度的間隙。成形角度得以改善，因為有底凹模彎曲的噸數(shù)較大（約為自由彎曲的4倍），減小了彎曲半徑范圍內通常引起回彈的應力。 壓印彎曲與有底凹模彎曲相同，只不過把凸模的前端加工成了需要的彎曲半徑，而且沖程底端的凸凹模間隙小于材料厚度。由于施加足夠的壓力（大約是自由彎曲的10倍）迫使凸模前端接觸材料，基本上避免了回彈。 為了選擇最低的噸數(shù)規(guī)格，最好為大于材料厚度的彎曲半徑作打算，并盡可能地采用自由彎曲法。彎曲半徑較大時，常常不影響成件的質量及其今后的使用。【7】 3.6 彎曲度 彎曲精度要求是一個需要慎重考慮的因素，正是這個因素，決定了需要考慮一臺CNC折彎機還是手控折彎機。如果彎曲精度要求±1°而且不能變，必須著眼于CNC機。 CNC折彎機滑塊重復精度是±0.0004英寸，成形精確的角度須采用這樣的精度和良好的模具。手控折彎機滑塊重復精度為±0.002英寸，而且在采用合適的模具的條件下一般會產生±2~3°的偏差。此外，CNC折彎機為快速裝模作好準備，當需要彎制許多小批量零件時，這是一個不容置疑的考慮理由。【7】 3.7 模具 即使有滿架子的模具，勿以為這些模具適合于新買的機器。必須檢查每件模具的磨損，方法是測量凸模前端至臺肩的長度和凹模臺肩之間的長度。 對于常規(guī)模具，每英尺偏差應在±0.001英寸左右，而且總長度偏差不大于±0.005英寸。至于精磨模具，每英尺精度應該是±0.0004英寸，總精度不得大于±0.002 英寸。最好把精磨模具用于CNC 折彎機，常規(guī)模具用于手動折彎機?！?】 3.8 刀具材料 折彎刀的材料主要有有9CrSi、42CrMo、T10、Cr12MoV等，工業(yè)中一般采用的是42CrMo，42CrMo刀具整體全身熱處理，HRC 47°，表面精磨后發(fā)亮，且耐磨、耐用、壽命長、不易變形，但是價格高。 4 砂輪選擇 4.1 磨削速度對42CrMo鋼磨削強化層的影響 在精密模式磨床M7132A上，研究磨削速度對42CrMo鋼進行磨削淬火強化層硬度與組織的影響。 結果表明：完全強化層的顯微硬度值在724~824HV，與基體相比提高3~4倍，且隨著磨削速度的提高，在工作表面的顯微硬度也相應增加；完全強化層是混合型的馬氏體組織，其中以條片馬氏體居多，且隨著磨削速度的增加，強化層的組織細化；完全強化層的深度也隨著磨削速度的增加而增加。 常規(guī)磨削速度為：30~40M/s，超高磨削速度為：150M/s，高速磨削的優(yōu)點是大幅提高生產率，提高加工質量，特別是改善已加工表面質量?！?】 4.2 砂輪 砂輪是磨削加工中最主要的一類磨具。砂輪是在磨料中加入結合劑,經壓坯、干燥和焙燒而制成的多孔體。由于磨料、結合劑及制造工藝不同，砂輪的特性差別很大，因此對磨削的加工質量、生產率和經濟性有著重要影響。砂輪的特性主要是由磨料、粒度、結合劑、硬度、組織、形狀和尺寸等因素決定。【6】 4.2.1 磨料種類 磨料是砂輪的主要成分，直接擔負切削工作。磨料在磨削過程中承受著強烈的擠壓力及高溫的的作用，所以必須具有很高的硬度、強度、耐熱性和相當?shù)捻g性。 采用磨料： 系列：氧化物系； 名稱：白剛玉； 代號WA； 主要成分：氧化鋁97%~99%； 顯微硬度（HV）：2200~2300； 顏色：白色； 特性：硬度高于棕剛玉，磨粒鋒利，韌性差。【6】 4.2.2 磨料粒度 粒度是指磨料顆粒的尺寸大小，即粗細程度。顆粒上的最大尺寸大于40um的磨粒，用機械篩選法分類，其粒度號數(shù)值就是該種顆粒能通過的篩子每英寸(25.4mm)長度上的孔眼數(shù)。粒度號數(shù)越大，磨粒尺寸越細。直徑很小(小于40um)的磨粒稱為微粉，微粉用顯微測量法測量，以實測到的最大尺寸來表示，其粒度號數(shù)即該顆粒最大尺寸的微米數(shù)，并在前面冠以“W”的符號來表示。粒度號越小，則微粉的顆粒越小。 砂輪粒度選擇的原則是：粗磨時以高生產率為主要目標,應選小的粒度號；精磨時以表面粗糙度小為主要目標，應選大的粒度號。工件材料塑性大或磨削接觸面積大時，為避免磨削溫度過高，使工件表面燒傷，宜選小粒度號；工件材料軟時，為避免砂輪氣孔堵塞，也應選小粒度號；反之，則選大粒度號。成形磨削，為保持砂輪輪廓的精度，宜用大粒度號。 這里采用的粒度： 組別：磨粉； 粒度號數(shù)：150； 顆粒尺寸：100~80/μm【6】 4.2.3 結合劑 結合劑將磨粒黏結在一起，并使砂輪具有一定的形狀。砂輪的強度、耐熱性、耐沖擊性及耐腐蝕性等性能都取決于結合劑的性能。 這里采用的是陶瓷結合劑： 種類：陶瓷； 代號：V； 性能：耐熱性、耐腐蝕性好、氣孔率大、易保持輪廓、彈性差； 用途：應用廣泛，適用于v＜35m/s的各種成型磨削、磨齒輪、磨螺紋等?！?】 4.2.4 硬度 砂輪硬度不是指磨料的硬度，而是指砂輪上磨粒受力后自砂輪表層脫落的難易程度，也反映結合劑對磨粒黏結的牢固程度。磨粒易脫落，則砂輪的硬度低；磨粒不易脫落，則砂輪的硬度高。 磨削時，應根據工件材料的特性和加工要求來選擇砂輪的硬度。砂輪硬度的選用原則如下。 （1）工件材料越硬，應選用越軟的砂輪。這是因為硬材料易使磨粒磨損，需用較軟的砂輪以使磨鈍的磨粒及時脫落。同時，軟砂輪孔隙較多較大，容屑性能較好。但是，磨削有色金屬(鋁、黃銅、青銅等)、橡皮、樹脂等軟材料，由于這些材料易使砂輪糊塞；選用軟些的砂輪可使糊塞處較易脫落，較易露出鋒銳新鮮的磨粒來。 （2）砂輪與工件磨削接觸面積大時，磨粒參加切削的時間較長，較易磨損，應選用較軟的砂輪。薄壁零件及導熱性差的零件，也應選軟砂輪。 （3）粗磨時,應選用較軟砂輪；而精磨、成形磨削時，應選用硬一些的砂輪，以保持砂輪的必要形狀精度。 （4）砂輪氣孔率較低時，為防止砂輪糊塞,應選用較軟的砂輪。 （5）一般情況下，磨削較硬材料應選擇軟砂輪，可使磨鈍的磨粒及時脫落，及時露出具有尖銳棱角的新磨粒，有利于切削順利進行，同時防止磨削溫度過高“燒傷”工件。 在機械加工中，常用的砂輪硬度等級是軟2至中2；荒磨鋼錠及鑄件時常用至中硬2。 這里選用的砂輪硬度為： 硬度等級：中軟1 代號K；【6】 4.2.5 砂輪形狀 為了磨削各種形狀和尺寸的工件，砂輪可制成各種形狀和尺寸。 這里選用平行砂輪，代號：1，主要用于磨外圓、內圓、平面、螺紋及無心磨等?！?】 4.2.6 組織 砂輪的組織表示磨粒、結合劑和氣孔三者之間的比例。砂輪的組織號以磨粒所占砂輪體積的百分比來確定。組織號分15級，以阿拉伯數(shù)字0~14表示，組織號越大，磨粒所占砂輪體積的百分比越小，砂輪組織越松。同一號組織的砂輪，根據粒度不同，其結合劑與氣孔的體積百分比稍有差別。 同一硬度級的砂輪，存在由較松到較密的幾種組織。由它所確定的氣孔大小，相當于銑刀的容屑槽。磨粒在磨削區(qū)切削時，處于封閉狀態(tài)，需要有足夠的容屑空間，氣孔太小會引起堵塞，使砂輪喪失切削功能。一般磨削加工使用中等組織的砂輪,精密磨削應采用緊密組織砂輪,磨削較軟的材料應選用疏松組織的砂輪。 這里選用的組織： 組織號：6； 磨粒率：50%； 類別：中等； 適用范圍：外圓、內院、無心磨及工具磨，淬火鋼工件及刀具刃磨等?！?】 5 電動機 5.1 轉速 磨削速度取22m/s，砂輪直徑取150mm/s，故得電動機轉速約為2800r/min。 5.2 電動機選擇 5.2.1 電動機初選 由工廠常用磨削機構初選電動機功率P=2KW左右，普通三相異步籠型電動機，電壓380V?！?】 5.2.2 系列 Y系列（IP44）封閉式三相異步電動機。 5.2.3 性能特點 效率高，耗電少，性能好，噪聲小，振動小，體積小，重量輕，運行可靠，維修方便。B級絕緣。結構為全封閉，自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑、雜物侵入電動機內部。冷卻方式IC411。【6】 5.2.4 用途 適用于灰塵多、土揚水濺的場合，如農業(yè)機械、礦山機械、攪拌機、碾米機、磨粉機等，為一般用途電動機?！?】 5.2.5 容量 0.8~315KW（連續(xù)工作制S1的容量） 5.2.6 工作條件 （1）還把海拔不超過1000m； （2）環(huán)境溫度不超過40℃，最低溫度為-15℃，軸承允許溫度不超過95℃； （3）最濕月月平均最高相對濕度為90%，同時該月月平均最低溫度不高于25℃； （4）額定電壓為380V，額定功率為50Hz； （5）3KW以下為Y接法，4KW以上為△接法。【6】 5.2.7 安裝形式 B3 B5 B35 5.3 選定電動機 綜上，選定Y2-90L-2電動機，P=2.2KW，I=4.9A，n=2840r/min，ψ=81%，m=25kg。【6】 6 夾具及其工作臺 6.1 夾具 機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。 由于折彎刀薄且長，長度20~800mm，所以設計時按照最大長度800mm來設計夾具。由于折彎刀特別的長，所以一般虎頭鉗無法穩(wěn)定的加持刀具，所以需設計一種專門用于加持折彎刀的夾具，要求保證刀具在加工是的穩(wěn)定度，從而保證加工精度。【5】 6.2 夾具工作臺 這里夾具工作臺采用Q235加工而成，并在工作臺上銑削M14的T型槽，用于固定安裝設計的專用夾具。 7 橫梁、立柱 7.1 橫梁 橫梁采用Q235加工而成，橫梁分為兩部分，第一部分用于連接立柱，從而固定電動機；第二部分，電動機安裝在上面，并且在中心有一個孔，用銷連接第一部分，并且可以繞中心轉動，轉動范圍85°。 這樣實現(xiàn)了砂輪通過電動機的繞轉，可以在不拆卸再安裝刀具的基礎上，實現(xiàn)加工刀刃兩側。 7.2 立柱 立柱采用Q235圓柱棒料切削而成，并且經過淬火加工后成為直徑為50mm圓柱體，用于連接，支撐橫梁，并且能使橫梁在Z軸方向運動，移動范圍160mm。 8 Y軸方向工作臺 仿照切削機床C6410刀具工作臺?！?】 該工作臺采用Q235銑削而成，用于承載立柱并且完成Y軸方向的運動，移動范圍190mm。 9 X軸方向工作臺 仿照切削機床C6410刀具工作臺。【3】 該工作臺采用Q235銑削而成，用于承載立柱并且完成X軸方向的運動，移動范圍900mm。 10 導軌 該簡易磨削裝置導軌采用臺灣HIWIN線性滑軌。 線性滑軌為一種滾動導引，借由鋼柱在滑塊與滑軌之間做無限滾動循環(huán)，負載平臺能沿著滑軌輕易地以高精度做線性運動。與傳統(tǒng)的滑動導引相較，滾動導引的摩擦系數(shù)可降低至原來的1/50，由于啟動的摩擦力大大減小，相對的較少無效運動發(fā)生，故能輕易達到μm級進給定位。再加上滑塊與滑軌間的束制單元設計，使得線性滑軌可同時承受上下左右等個方向的負荷。 優(yōu)點： （1）定位精度高 使用線性滑軌做為線性引導時，由于滑軌的摩擦方式為滾動摩擦，不僅摩擦系數(shù)降低至滑動導引的1/50，動摩擦力與靜摩擦力的差距也變得很小。因此當床臺運行時，不會有打滑現(xiàn)象發(fā)生，可以達到μm級的定位精度。 （2）磨耗少能長時間維持精度 傳統(tǒng)的滑動導引，無可避免的會因油膜逆流作用造成平臺運動精度不良，且因運動時潤滑不充分，導致運行軌道接觸面的磨損，嚴重影響精度。而滾動導引的磨耗非常小，故機臺能長時間維持精度。 （3）適用告訴運動且大幅降低機臺所需驅動馬力 由于線性滑軌移動是摩擦力非常小，只需較小動力就能讓床臺運行，尤其是在床臺的工作方式為經常性的往返運行時，更能明顯降低機臺店里損耗量。因其摩擦產生的熱較小，可用于告訴運行。 （4）可同時承受上下左右方向的載荷 由于線性滑軌特殊的束制結構設計，可同時承受上、下、左、右方向的負荷，不像滑動導引在平行接觸面方向可承受的側向負荷較輕，易造成機臺運行精度不良。 （5）組裝容易并具互換性 組裝是只需銑削或者研磨床臺上滑軌的裝配面，并且依照簡易的步驟將滑軌、滑塊分別以特定扭力固定與機臺上，既能重現(xiàn)加工時的高精密度。傳統(tǒng)的滑動導引，則需對運行導軌加以鏟花，既費事又費時，且一旦機臺精度不良，又需再鏟花一次。線性滑軌具有互換性，可分別更換滑塊或滑軌甚至是線性滑軌組，機臺即可重新獲得高精度的導引。 （6）滑塊構造簡單 滑動導引若是潤滑不足，將會造成金屬接觸面直接磨擦損耗機臺，而滑動導引要潤滑充足并不容易，需要在機臺適當?shù)奈恢勉@孔供油。線性滑軌則以在滑塊上裝置油嘴，可直接以油槍打入油脂，亦可換上專用油管接頭連接供油油管，以自動供油潤滑。 這里選用了兩組滾動導軌，一組安裝在底座與X方向工作臺之間，第二組安裝在X方向工作臺與Y方向工作臺之間。【2】 底座與X方向工作臺之間選用 LGH45CA2R1200ZFC X方向工作臺與Y方向工作臺之間選用 LGH25CA2R391ZFC 11 絲杠 采用臺灣HIWIN滾珠絲杠。 滾珠絲杠亦稱為螺桿，導螺桿等，其包含螺桿、螺帽、循環(huán)系統(tǒng)及鋼珠。滾珠螺桿為工具機和IT光電、半導體、醫(yī)療等精密設備上最常用的傳動元件，其主要功能為將旋轉運動轉化為線性運動，或將扭矩轉化為軸向反復作用力；同時兼具高精度、可逆性和高效率的特色。 HIWIN優(yōu)點： （1） 高效率及可逆性 由于滾動螺桿的螺桿軸及螺帽均是點接觸的滾動運動，所以其效率可高達90%以上。因此其傳動扭矩僅由傳統(tǒng)螺桿的1/3，滾動螺桿的機械效率遠高于傳統(tǒng)螺桿。 HIWIN滾動螺桿在牙型面擬以超精密加工，以降低珠槽與鋼珠間的接觸摩擦；又鋼珠與珠槽間為點接觸的滾動運動，有低摩擦力及高運轉效率的優(yōu)點。故可降低馬達驅動力的要求，進而降低成本。 HIWIN以高精度測試儀器并依循標準測試步驟以確保滾動螺桿的效率。 （2） 零背隙及高剛性 CNC工具機、IT及半導體設備對傳動螺桿的要求為零背隙、最小彈性變形（高剛性）及高順暢感，經過該品牌特別設計可達成此要求。滾動螺桿采用施加預壓力，來達到CNC機臺的重現(xiàn)性及全行程的高剛性。但過大的預壓力，會增加操作扭矩。如此增加的摩擦扭矩會產生熱及降低預期壽命。通過該廠家特殊設計及制程，實現(xiàn)零背隙和低熱損失。 （3） 高導程精度 HIWIN滾動螺桿精度等級依循ISO、JIS及DIN 標準制造，亦可依照顧客要求生產所需精度等級。采用精密鐳射量測儀器來保證滾珠絲杠精度并隨每支研磨級滾珠螺桿均附上導程精度表， （4） 壽命預測 不同于傳統(tǒng)螺桿的壽命取決于接觸面的磨耗；HIWIN滾珠螺桿則取決于材料的疲勞破壞。為確保HIWIN滾珠螺桿在預期內壽命的可靠度，不管設計、材質、熱處理及制程等皆采用最嚴格的的專業(yè)考量。滾珠螺桿的預期壽命必須考慮設計品質及制程等幾項的安全因子，但最主要移動負荷為依據。 而影響動負荷的基本因素為——牙型精度、材料特性及表面硬度。高品質的滾珠螺桿，滾珠螺桿必須達到統(tǒng)計學上的B級壽命，有50%的滾珠螺桿壽命超過設計壽命的2~4倍。 （5）低啟動扭矩及順暢度 傳統(tǒng)導螺桿因為是金屬與金屬間的面接觸，所以為克服啟動摩擦力，則必須采以較高的啟動扭力。然而滾珠螺桿是由鋼珠滾動接觸，只需很小的啟動扭力就可克服摩擦力。 HIWIN采用最佳的牙型設計技術及專業(yè)制造技術達成最佳真實牙型。且HIWIN使用牙型測量設備，來監(jiān)測每一制程中的牙型，如此可確保符合設定的扭力范圍。 HIWIN亦使用電腦量測， 以精確量測出滾珠螺桿的摩擦扭矩。 下圖為典型的“位置——扭矩”測量圖形 （6）靜音 高品質機械設備于快速進給及重負荷操作下，依然必須要求降低噪音。 HIWIN嚴格控管循環(huán)系統(tǒng)及牙型設計，組裝技術，并嚴密檢測表面精密加工及尺寸，以達到低噪音的目標。 （7） 短交期 HIWIN以最快速的制造安排及庫存滾珠螺桿以達到短交期的目標。 （8） 優(yōu)于氣、液壓致動器的優(yōu)點 若致動器中采用滾珠螺桿取代傳統(tǒng)的氣壓或液壓驅動可得到許多的優(yōu)點：不會滲漏，不須過濾，省能源及重現(xiàn)性高。 下圖為描述典型四滾珠螺桿同步運動的機械，若采用氣壓或液壓將更復雜。 這里選用的滾珠螺桿為： 底座與X方向工作臺之間選用 1R2510B2PSSWE1107512200.0035M X方向工作臺與Y方向工作臺之間選用 1R164B2PSSWE14123280.0035M ??? 12 伺服電機 12.1 伺服電機簡介 伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現(xiàn)象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。 12.2 工作原理 1、伺服系統(tǒng)（servomechanism）是使物體的位置、方位、 伺服電機（圖1）[1] 狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），產生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝碗s，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 2、交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。 3、伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 交流伺服電機和無刷直流伺服電機在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉矩脈動小。直流伺服是梯形波。但是直流伺服比較簡單，便宜。【1】 12.3 確認選擇 這里伺服電機采用臺灣HIWIN FRAC10052238型伺服電機 安裝在底座的滾動絲杠上。 13 底座 底座采用Q235鑄造加工而成 14 墊腳 墊腳為可調節(jié)高度橡膠底墊腳。 橡膠底可減少機床振動，可調節(jié)高度能使裝置保持水平。 15 底架 用于支撐裝置，用于提升裝置高度，適應操作人員工作高度。 16 總結 本次次設計經過龐學慧老師精心指導，時常交流各自對設計的想法，為求得更好的設計效果，多次更改設計思路，從不同思路中取其精華，雖然還有瑕疵，但經過本次設計，對眾多相關科目都有了更深的認識，在設計中汲取自身不足，最終完成設計方案，收貨很大，再次感謝龐學慧老師精心指導。 參考文獻 1 http://baike.baidu.com/view/515079.htm 2 LGAGMGIG線性滑軌優(yōu)點特點，《HIWIN線性化歸技術手冊》，G99TC06-0202 3 戴曙.金屬切削機床.北京：機械工業(yè)出版社，1993.5 4 武文革，辛志杰.金屬切削原理及道具.北京：國防工業(yè)出版社，2009.9 5 王先奎.機械制造工藝學.北京：機械工業(yè)出版社，2006.1 6 吳宗澤，羅圣國.北京：高等教育出版社，2006.5 7 http://baike.baidu.com/view/1119687.htm 致 謝 這次我的畢業(yè)設計能順利的按時完成，首先要感謝邢紅麗老師。邢老師在我設計的過程中給予了很大的幫助，不僅教會我解決設計上出現(xiàn)的問題，還教會了我一種認真治學的態(tài)度，教會我一些做人的道理。當然，我也非常感謝過程裝備與控制工程專業(yè)教研室的全體教師，感謝他們一直以來對我的支持與幫助，是他們毫無保留的把專業(yè)知識傳授給我，并鼓勵我、幫助我。從中，我學到了不少的知識，受益非淺，受用終生！ 當然，我亦非常感謝所有教過我的老師以及和我一起探討專業(yè)問題的同學，是他們教會我設計的本領，使我有了更多解決問題的方法，在設計及畫圖上更為得心應手。 最后，再一次的感謝所有關心我和支持我的人！謝謝你們！ 第 21 頁 共 21 頁