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上海電機(jī)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)
課 題 4.4米環(huán)拋機(jī)工件環(huán)
上下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
專 業(yè) 機(jī)械電子工程
年 級 2009級
姓 名 學(xué) 號
指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 馬西沛
學(xué) 院（系）院長（簽字）
年 月 日
4.4米環(huán)拋機(jī)工件環(huán)上下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘 要
拋光機(jī)是一種重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通過磨料作用于工件表面，，進(jìn)行微量加工的過程。拋光機(jī)加工的特征是加工精度和質(zhì)量高。因此，拋光機(jī)機(jī)是保證拋光機(jī)加工的重要條件，為此人們專門研究了各種不同的拋光機(jī)機(jī)。目前國內(nèi)生產(chǎn)高速拋光機(jī)機(jī)的廠家不少，但由于拋光機(jī)加工的針對性較強(qiáng)，對不同的工件，拋光機(jī)加工的方法也有很大的差別。
環(huán)拋光機(jī)是精加工零件的專用機(jī)床，該機(jī)床可加工零件。為了提高加工整體質(zhì)量，在對原機(jī)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，研制了一種新型高加工精度的環(huán)零件精加工機(jī)。該機(jī)器通過兩部分動力源分別控制研具的運(yùn)動。對整個傳動系統(tǒng)進(jìn)行了分析，傳動采用傳動設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)完各個部分的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)布置。新機(jī)器克服了原有機(jī)器的一些缺點(diǎn)，成功提高了傳動效率和加工精度。本次設(shè)計(jì)在原有的基礎(chǔ)有利于提高生產(chǎn)效率。該機(jī)床的特點(diǎn)：加工精度高，工藝性能穩(wěn)定，生產(chǎn)率高。
關(guān)鍵詞：拋光機(jī)；機(jī)械傳動；上下料
IV
4.4米環(huán)拋機(jī)工件環(huán)上下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
Abstract
Polishing machine is a kind of precision and ultraprecision machining method. It refers to the use of tools by abrasive on the surface of a workpiece, process, micro machining. Characteristics of polishing machining is machining accuracy and high quality. Therefore, the polishing machine is the important condition to guarantee the polishing machine, so people devoted to the study of the different polishing machine. The current domestic production of high speed polishing machine manufacturers a lot, but due to the polishing machine targeted, for different workpiece, method of polishing machine to also have very big difference.
Ring polishing machine is a special machine tool precision machining parts, the machine can process parts. In order to improve the overall quality of processing, based on in-depth analysis of the original machine, developed the ring parts finishing machine is a new type of high precision. The machine control lapping tool movement through the two parts of the power source. On the whole transmission system is analyzed, the design of the transmission gear. In the design of the base of each part of the general structure of the arrangement. The new machine overcomes some shortcomings of the original machine, successfully improve transmission efficiency and precision. This design is helpful to improve the production efficiency in the original foundation. The characteristic of the machine: high precision processing technology, stable performance, high productivity.
Keywords: polishing machine; mechanical drive; loading and unloading
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒論 1
1.1拋光機(jī)概念、研究現(xiàn)狀及發(fā)展 1
1.2 國內(nèi)外研究情況 3
1.3 研究目的和意義 4
1.4 課題要求 8
2 4.4米環(huán)拋光機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 9
2.1設(shè)計(jì)要求 9
2.2 環(huán)拋光機(jī)整體方案的確定 9
2.2.1 環(huán)拋光機(jī)類型分析 9
2.2.2 環(huán)拋光機(jī)方案比較 9
2.2.3 綜合考慮選出最佳設(shè)計(jì)方案 10
3 4.4米環(huán)拋光機(jī)工件環(huán)上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.1 步進(jìn)推桿使整個工件環(huán)轉(zhuǎn)動 11
3.2 絲杠傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 12
3.2.1常見絲杠支承方式 12
3.2.2 脈沖當(dāng)量選擇 13
3.2.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 13
3.2.4滾珠絲杠副的載荷計(jì)算 14
3.2.5傳動效率計(jì)算 16
3.2.6 剛度驗(yàn)算 16
3.2.7 滾珠絲杠精度等級確定 16
3.3 滾動導(dǎo)軌副的防護(hù) 19
3.4 直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 19
3.5齒輪減速傳動設(shè)計(jì) 21
3.6等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算(不計(jì)傳動效率) 23
3.7 電機(jī)的計(jì)算選型 24
3.8 聯(lián)軸器選擇 25
4 數(shù)控硬件電路設(shè)計(jì) 26
4.1硬件電路設(shè)計(jì) 26
4.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 26
4.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 26
4.2關(guān)于各線路元件之間線路連接 27
4.3關(guān)于電路原理圖的一些說明 28
總結(jié)與展望 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
4.4米環(huán)拋機(jī)工件環(huán)上下料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1拋光機(jī)概念、研究現(xiàn)狀及發(fā)展
拋光機(jī)是用涂上或嵌入磨料的研具對工件表面進(jìn)行拋光的機(jī)床。主要用于拋光工件中的高精度平面、內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、螺紋面和其他型面。拋光機(jī)的主要 類型有圓盤式拋光機(jī)、轉(zhuǎn)軸式拋光機(jī)和各種專用拋光機(jī)。拋光機(jī)控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，文本顯示器為人機(jī)對話界面的控制方式。人機(jī)對話界面可以就設(shè)備維 護(hù)、運(yùn)行、故障等信息與人對話；操作界面直觀方便、程序控制、操作簡單。全方位安全考慮，非正常狀態(tài)的誤操作無效。實(shí)時監(jiān)控，故障、錯誤報警，維護(hù)方便。
定義：環(huán)拋機(jī)是上海中晶企業(yè)發(fā)展有限公司創(chuàng)新研制的大型平面高精度光學(xué)加工設(shè)備，產(chǎn)品定名為CM系列。環(huán)拋機(jī)是依據(jù)環(huán)形連續(xù)拋光法設(shè)計(jì)的設(shè)備。環(huán)形連續(xù)拋光，是 一種復(fù)制拋光，修正盤校整瀝青膠盤，瀝青膠盤再拋光被加工零件。因此，環(huán)形連續(xù)拋光的核心就是如何獲得高精度的瀝青拋光模，在元件條件恒定的狀態(tài)下拋光， 獲得高精度元件。環(huán)拋機(jī)就是基于這個目的研制的，其核心就是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行因素的可控。CM5系列智能環(huán)拋機(jī)CM5系列智能環(huán)拋機(jī)為本公司的榮譽(yù)專利產(chǎn)品，擁有10項(xiàng)實(shí)用新型專利，1項(xiàng)發(fā)明專利，1項(xiàng)軟件著作權(quán)，獲得了國家、部級和上海市的諸多榮譽(yù)。該設(shè)備具有工件盤、修正盤主動受控環(huán)拋功能、自動開槽功能、各盤坐標(biāo)定位功能、自動取放工件功能、機(jī)械手取放系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、自動加液系統(tǒng)，還有諸多結(jié)合工藝的特殊系統(tǒng)和功能。設(shè)備最主要的特點(diǎn)是加工精度高、精度高，可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)大口徑元件（400-1000mm）加工面形1/6λ的精度要求。目前該系列產(chǎn)品已經(jīng)投入國防、航天航空等國家重大型項(xiàng)目的實(shí)施過程中。
功能：環(huán)拋機(jī)具有工件盤、修正盤主動受控環(huán)拋功能、自動開槽功能、各盤坐標(biāo)定位功能、自動取放工件功能、機(jī)械手取放系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、自動加液系統(tǒng)，還有諸多結(jié)合工藝的特殊系統(tǒng)和功能。
用途：環(huán)拋機(jī)最主要的特點(diǎn)是加工精度高、效率突出，可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)大口徑元件（Φ400-1000mm）面形1/6λ的精度要求。環(huán)拋機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)投入國防、航天航空領(lǐng)域的國家重大專項(xiàng)中。
贊譽(yù)：環(huán)拋機(jī)CM系列環(huán)拋機(jī)被光學(xué)專家贊譽(yù)為“代表中國新一代環(huán)拋機(jī)的發(fā)展方向”。而上海中晶企業(yè)發(fā)展有限公司作為目前國內(nèi)大型環(huán)拋機(jī)的專業(yè)制造商，引領(lǐng)著中國環(huán)拋機(jī)的發(fā)展方向。
拋光是一種重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通過磨料作用于工件表面，進(jìn)行微量加工的過程。拋光加工的特征是加工精度和質(zhì)量高。因此，拋光機(jī)是保證拋光加工的重要條件，為此人們專門研究了各種不同的拋光機(jī)。目前國內(nèi)生產(chǎn)高速拋光機(jī)的廠家不少，但由于拋光加工的針對性較強(qiáng)，對不同的工件，拋光加工的方法也有很大的差別。
拋光機(jī)操作的關(guān)鍵是要設(shè)法得到最大的拋光速率，以便盡快除去磨光時產(chǎn)生的損傷層。同時也要使拋光損傷層不會影響最終 觀察到的組織，即不會造成假組織。前者要求使用較粗的磨料，以保證有較大的拋光速率來去除磨光的損傷層，但拋光損傷層也較深；后者要求使用最細(xì)的材料，使 拋光損傷層較淺，但拋光速率低。
解決這個矛盾的最好的辦法就是把拋光分為兩個階段進(jìn)行。粗拋目的是去除磨光損傷層，這一階段應(yīng)具有最大的拋光速率， 粗拋形成的表層損傷是次要的考慮，不過也應(yīng)當(dāng)盡可能小；其次是精拋(或稱終拋)，其目的是去除粗拋產(chǎn)生的表層損傷，使拋光損傷減到最小。拋光機(jī)拋光時，試 樣磨面與拋光盤應(yīng) 絕對平行并均勻地輕壓在拋光盤上，注意防止試樣飛出和因壓力太大而產(chǎn)生新磨痕。同時還應(yīng)使試樣自轉(zhuǎn)并沿轉(zhuǎn)盤半徑方向來回移動，以避免拋光織物局部磨損太快 在拋光過程中要不斷添加微粉懸浮液，使拋光織物保持一定濕度。濕度太大會減弱拋光的磨痕作用，使試樣中硬相呈現(xiàn)浮凸和鋼中非金 屬夾雜物及鑄鐵中石墨相產(chǎn)生“曳尾”現(xiàn)象；濕度太小時，由于摩擦生熱會使試樣升溫，潤滑作用減小，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑，輕合金則會拋傷表面。為了 達(dá)到粗拋的目的，要求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速較低，最好不要超過600r/min；拋光時間應(yīng)當(dāng)比去掉劃痕所需的時間長些，因?yàn)檫€要去掉變形層。粗拋后磨面光滑，但黯淡 無光，在顯微鏡下觀察有均勻細(xì)致的磨痕，有待精拋消除。
精拋時轉(zhuǎn)盤速度可適當(dāng)提高，拋光時間以拋掉粗拋的損傷層為宜。精拋后磨面明亮如鏡，在顯微鏡明視場條件下看不到劃 痕，但在相襯照明條件下則仍可見到磨痕。拋光機(jī)拋光質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響試樣的組織結(jié)構(gòu)，已逐步引起有關(guān)專家的重視。國內(nèi)外在拋光機(jī)的性能上作了大量的研究 工作，研究出不少新機(jī)型、新一代的拋光設(shè)備，正由原來的手動操作發(fā)展成為各種各樣的半自動及全自動拋光機(jī)。
下面介紹幾種常用的機(jī)械拋光機(jī)的性能和特點(diǎn)。拋機(jī)光專門針對鋼、鋁銅等金屬制品的表面和管類進(jìn)行效果處理，幾十種原廠配件滿足不同需要，輕而易舉制造出各種精度不同的雪花紋、拉絲紋、波浪紋、啞光面、鏡面等，快速修補(bǔ)深度劃痕和輕微刮花，快速打磨和拋光；焊縫、水口痕、跡氧化膜、污跡和油漆等，適用於去毛刺、形成圓角，裝飾性金屬加工，在加工過程中不會形成暗影、過渡地帶和裝飾面不均勻等，是金屬制品生產(chǎn)線的重要設(shè)備。拋光機(jī)適用于以下行業(yè)：木材、家具行業(yè)如平木板、家具金屬拉手等工件砂光拉絲；五金（金屬）材料及制品鋁型材及其制品、不銹鋼制品及器皿、銅型材及制品、水暖衛(wèi)浴器材、鎖類、燈飾制品、標(biāo)牌銘牌、五金工藝飾品、刀剪類、門的活葉、汽車自行車零配件、餐具類、韙扣類制品、鈕扣、皮帶扣、手機(jī)外殼、鐘表行業(yè)等工件砂光拉絲；電子零件、電子器材如電子零件、平板砂光拉絲等。
探討常用的拋光方法以及存在的設(shè)備缺陷
常用的拋光方法即是傳統(tǒng)的拋光方法，在前面我們都討論過了，傳統(tǒng)的拋光方法包含，機(jī)械拋光，電解拋光，化學(xué)拋光等 等。這些傳統(tǒng)的拋光設(shè)備的構(gòu)成主要是利用了磨輪高速旋轉(zhuǎn)，將夾具夾持著工件上進(jìn)行低速旋轉(zhuǎn)，拋光的外表與磨輪端面接觸，再通過施壓，工件的旋轉(zhuǎn)中部與磨輪 的接觸線固定起來，再經(jīng)過之間的摩擦，熱炭化作用從而達(dá)到被拋光處理。過去的PCD制品厚度大且被拋光的外表面積相當(dāng)小，當(dāng)然小于或者接近磨輪端 面環(huán)寬，用我們常用的傳統(tǒng)拋光設(shè)備是最適合的，但是，隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，大面積的PCD制品的出現(xiàn)，工件的厚度比過去的要薄很多，這樣，使用傳統(tǒng)的 拋光設(shè)備施行是相當(dāng)?shù)睦щy的，主要存在以下幾方面的問題：
1，本身工件旋轉(zhuǎn)中部與磨輪端面接觸線固定，那怕是被拋光外表上各處都與磨輪接觸，甚至是完全吻合，當(dāng)工件被拋光外表的寬度大于磨輪環(huán)寬時候，各部分的接觸處位置也不同，從而達(dá)不到真正的質(zhì)量效果；
2，拋光進(jìn)行時候，由于拋光加工是沿著工件被接觸的點(diǎn)與磨輪的點(diǎn)向四周擴(kuò)展的，若果初始接觸的點(diǎn)少，吻合度相對差的話，那么只有鈀這些點(diǎn)或者面去除，其它的點(diǎn)或面才能夠真正與磨輪端面得到最完善的接觸，這樣就出現(xiàn)拋光時間長，效率自然相對降低的現(xiàn)象；
3，對于比較薄的,面積較大的PCD制品，不管是用到那一種傳統(tǒng)拋光設(shè)備進(jìn)行，被拋光的工件與磨輪端面都是不會分開的，當(dāng)中部受磨擦大于周邊的時候，且熱條件差，這就容易出現(xiàn)工作變形出現(xiàn)誤差的現(xiàn)象；
4，應(yīng)力變形是隨機(jī)性的，因此，它有極有可能使得被拋光的外表平面外形不規(guī)則，也許會出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，相對吻合的范圍就會少，這只僅造成加工效率低，對大批消費(fèi)者都是不適合，增加了操作員的芝動強(qiáng)度；
5，若果用同一個傳統(tǒng)的拋光設(shè)備進(jìn)行對兩片大面積，比較薄的PCD制品，雖然也可以實(shí)現(xiàn)，但是隨著隔熱性的條件差，不但造成所需的加工時間差別很大，而且溫度的強(qiáng)度，很容易造成被燒傷的現(xiàn)象。
該機(jī)廣泛應(yīng)用于石英晶體片、硅、鍺 片、光學(xué)玻璃、光學(xué)鏡片、LED藍(lán)寶石襯底、石英基板、陶瓷片、陶瓷基板、鐘表玻璃 、手機(jī)玻璃、電磁爐微晶玻璃面板、投影儀玻璃平臺、活塞環(huán)、閥片、移印鋼板、模具鋼板（S136）、硬質(zhì)合金密封環(huán)、鉬片、銅片、鋁板、不銹鋼片推剪刀 片、塑料樹酯PPS零件、鐵氧體磁蕊、鈮酸鋰、砷化鎵晶體、PTC等各種片狀金屬、非金屬材料的平面高精度研磨及拋光。
1.2 國內(nèi)外研究情況
隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。拋光機(jī)是超精密加工中的一種重要加工方法，它是指利用磨具通過磨料作用于工件表面，進(jìn)行微量加工的過程。
拋光加工的特征是加工精度和質(zhì)量高。并且加工材料廣，幾乎可以加工任何固態(tài)材料。近年來，隨著人們對產(chǎn)品性能的要求日益提高，拋光加工以其加工精度和加工質(zhì)量高再次受到人們的關(guān)注因此國內(nèi)有很多廠家設(shè)計(jì)、生產(chǎn)拋光機(jī)。但由于拋光加工的針對性較強(qiáng)，對不同的工件，拋光加工的方法也有很大的差別。所以人們研究開發(fā)出了許多專用的拋光機(jī)。
其優(yōu)點(diǎn)是加工精度高，加工材料范圍廣。為滿足這個復(fù)雜多變市場的需求，當(dāng)前拋光機(jī)正向高精度拋光方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高,可以說中國的拋光機(jī)行業(yè)已逐漸走向成熟期。
通過中國知識網(wǎng)，了解到，目前國內(nèi)對拋光機(jī)的研究主要有：2MM8470型精密雙面拋光機(jī)的研制、斜面拋光機(jī)、球面拋光機(jī)、平面拋光機(jī)、ZML系列振動拋光機(jī)、CYJ-1型氣門拋光機(jī)的設(shè)計(jì)和DF_4型機(jī)車柴油機(jī)氣門座拋光機(jī)改造探討等。除此之外，還有一些研究拋光機(jī)控制和仿真方面的。如：基于ADAMS和UG的光纖拋光機(jī)拋光軌跡仿真、基于虛擬制造技術(shù)的數(shù)控冰刀拋光機(jī)的研究和X61 1112K-1型數(shù)控精密拋光機(jī)等。
Cag One 公司也提供一系列手工和數(shù)控冰刀拋光機(jī)，其產(chǎn)品如圖1—4所示。另外還有日本研究的數(shù)控拋光機(jī)，日開發(fā)出兩種膠輥拋光機(jī)，德國制備微型刨花的拋光機(jī)等。目前，國外較重視磨料性能的改進(jìn)，以及丸片制作技術(shù)的研究，如探討如何避免丸片的脫層及裂縫，避免丸片中混入空氣，提高磨料和結(jié)合劑的均勻性等。為了更好地改善固著磨料拋光效果，提高丸片質(zhì)量，日本東京大學(xué)有人還研究了利用電泳沉積法制造高質(zhì)量、細(xì)磨粒丸片。采用他們研制的丸片加工硅片，已加工表面質(zhì)量得到了很大改善。國外還有人采用金剛石丸片拋光加工球面和非球面，提高了加工效率，取得了很好的效果。
1.3 研究目的和意義
自科技革命以來，人類開始不斷地研究、改進(jìn)機(jī)械，目的就是用最先進(jìn)、最方便的機(jī)械來代替人類的勞動。正如上海全鎰機(jī)電有限公司的趙長明打的這樣一個比喻：人類發(fā)明了機(jī)械交通工具后，一旦擁有了，現(xiàn)在離家出遠(yuǎn)門就不再會有人愿意走路或者騎馬了。同樣的道理，一旦習(xí)慣使用拋光機(jī)來拋光鉆頭、銑刀等刀具和工件，也不會有人用手工來磨鉆頭、銑刀等工件。這樣一臺不僅可以為企業(yè)節(jié)省生產(chǎn)成本，也可以為老板解決頭痛的人事問題的機(jī)械，就更不會被企業(yè)所拒絕。
隨著國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)及質(zhì)量的提升，生產(chǎn)廠家使用的設(shè)備及刀具的精密度也日益提高，原本手工拋光的技術(shù)隨著時代的轉(zhuǎn)變，造成拋光技術(shù)的斷層，單價昂貴的鉆頭、銑刀等刀具重復(fù)使用率大大的下降，無形中造成刀具成本的增加。
為了改變這一現(xiàn)象，必需從拋光機(jī)入手。而拋光機(jī)，匯集專家智能，體現(xiàn)出輕便、簡單、快速、精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)理論，基本上滿足了現(xiàn)在生產(chǎn)廠家的相關(guān)需求，也解決各企業(yè)、公司及廠家老總在成本、時間、效率、質(zhì)量上的困擾。機(jī)器取代人力是工業(yè)革命的結(jié)果，也是工業(yè)現(xiàn)代化的必然性?，F(xiàn)在如此，將來也會如此。
拋光機(jī)的市場是不可限量的，尤其在國內(nèi)這個正處于萌芽階段的發(fā)展時期，正是占有市場的大好時機(jī)。以全局看來，現(xiàn)在的中國市場日趨與國際接軌，整個大陸的五金制造業(yè)明顯感受到了與國外同行的差距，壓力不斷的增加，而在生產(chǎn)外銷方面不斷增長的同時，急需各生產(chǎn)廠家改走高品質(zhì)的路線，因此他們不得不趨附于“精細(xì)”這一塊。動作迅速的各大廠家也已經(jīng)在開始著手準(zhǔn)備，那么根據(jù)以往習(xí)慣，將會有很多小廠家跟風(fēng)而至。對于這樣的情況，國內(nèi)市場中的大部分產(chǎn)品已經(jīng)無法滿足客戶高品質(zhì)、高精準(zhǔn)度需求，而攜帶式鉆頭、銑刀等刀具和工件拋光機(jī)剛好填補(bǔ)了這個空缺。
本文是將現(xiàn)有的高速拋光機(jī)進(jìn)行小型化，以滿足用戶的生產(chǎn)實(shí)際要求。目前的高速拋光機(jī)的體積和重量較大，這些設(shè)備一般都固定安裝在加工車間里進(jìn)行拋光加工。這就是說，工件只能在車間里加工，但是事實(shí)上，有些工件最好是在工件的使用現(xiàn)場進(jìn)行加工。比如在生產(chǎn)設(shè)備維修時，某一工件需要拋光修復(fù)時，人們非常希望在生產(chǎn)設(shè)備的使用現(xiàn)場進(jìn)行試配性的修復(fù)加工，以保證所修復(fù)的工件能與現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備相匹配。這既能有效地保證加工精度和加工尺寸的要求，又能顯著地減少修復(fù)時間、降低生產(chǎn)成本。特別是大企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備每年都要進(jìn)行大修，在設(shè)備大修期問全部生產(chǎn)線都要停產(chǎn)。由于停產(chǎn)給企業(yè)帶來的損失很大，所以企業(yè)對設(shè)備大修時間控制很嚴(yán)，希望設(shè)備大修的時間短。如果能在設(shè)備現(xiàn)場維修有關(guān)零部件就可以顯著地減少大修時間。本文研究的拋光機(jī)就能很好地解決這一問題。
高速拋光機(jī)應(yīng)用范圍很廣，它既可以替代原有的普通拋光機(jī)，用于企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)加工，而且由于它還具有體積小、重量輕，易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，還可以直接應(yīng)用到用于有關(guān)產(chǎn)品的維修和修復(fù)，這就使它的應(yīng)用范圍擴(kuò)大了很多。因?yàn)閼?yīng)用拋光加工的產(chǎn)品的用戶非常多，以往由于拋光機(jī)體積較大、價格較高，使用拋光加工產(chǎn)品的企業(yè)一般都不購買拋光機(jī)，對拋光加工的產(chǎn)品只是從外面購進(jìn)，用壞后就買新的產(chǎn)品更換。而本文研制的高速拋光機(jī)體積小、價格低、攜帶方便，就使得企業(yè)積極購買，用于拋光加工件的修復(fù)，從而降低生產(chǎn)費(fèi)用，為企業(yè)節(jié)約大量的資金。因此說本文研究的高速拋光機(jī)具有較好的應(yīng)用前景。
在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域里，材料的搬運(yùn)、機(jī)床的上下料、整機(jī)的裝配等是十分重要的工作環(huán)節(jié)，而實(shí)現(xiàn)這些環(huán)節(jié)的自動化將大大提高生產(chǎn)效率，減少成本。用自動化機(jī)械代替人的工作可以減少事故的發(fā)生。工業(yè)環(huán)拋光機(jī)就是為了實(shí)現(xiàn)這些環(huán)節(jié)的自動化而設(shè)計(jì)的。
自動化上下料裝置是散亂的中小型工件毛坯經(jīng)過定向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定向排列，然后順次地由上、下料機(jī)構(gòu)把它送到機(jī)床或工作位置去，并把工件取走。如工件教大，形狀復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)自動定向，則往往通過人工定位后，再有上下料機(jī)構(gòu)送到工作地點(diǎn)去。
在成批大量生產(chǎn)中，尤其要求在生產(chǎn)率很高，機(jī)動工時很短的情況下，單純的上下料裝置很難滿足要求，環(huán)拋光機(jī)就是在上下料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種機(jī)械裝置。開始主要用來實(shí)現(xiàn)自動上下料和搬運(yùn)工件，完成單機(jī)自動化和生產(chǎn)線自動化。隨著應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已用來操作工具和完成一定工作，減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率。
目前我國研制使用的工業(yè)環(huán)拋光機(jī)大多數(shù)是屬于專用環(huán)拋光機(jī)，僅有少量的通用環(huán)拋光機(jī)。由于通用環(huán)拋光機(jī)改變工作程序比較方便，特別適用于多品種、小批量的生產(chǎn)。
通用環(huán)拋光機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用只有二十來年的歷史。這些裝置在國外得到相當(dāng)重視，到七十年代，其品種和數(shù)量都有很大的發(fā)展，并且研制出了各種具有感覺器官的工業(yè)機(jī)器人。
我所設(shè)計(jì)的是生產(chǎn)線用上料環(huán)拋光機(jī)。是為精鍛機(jī)設(shè)計(jì)的配套自動送取鍛料設(shè)備。屬于圓柱坐標(biāo)式，全液壓驅(qū)動環(huán)拋光機(jī)，具有手臂升降，收縮，回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)4個自由度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手部,手腕，手臂伸縮機(jī)構(gòu)，手臂升降機(jī)構(gòu)，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。它開始工作是被加熱的坯料由運(yùn)輸車送2到上料位置后，自動上料環(huán)拋光機(jī)3將熱坯料搬運(yùn)到立式精鍛機(jī)1上鍛打，其成品鍛件由下料環(huán)拋光機(jī)4從立式精鍛機(jī)上取下并送到轉(zhuǎn)換環(huán)拋光機(jī)5上，轉(zhuǎn)換環(huán)拋光機(jī)先把鍛件翻轉(zhuǎn)成水平位置，由炳烷切割裝置6將兩端切齊，切割完畢，轉(zhuǎn)換環(huán)拋光機(jī)的手臂再水平回轉(zhuǎn)，將鍛件水平放置到下料運(yùn)輸裝置7上，運(yùn)送到車間外面的料倉庫進(jìn)行冷卻。自動上料環(huán)拋光機(jī)3在此精鍛生產(chǎn)線上可以完成取料、喂料和變換工位等動作。
拋光機(jī)分類：
振動拋光機(jī)
振動拋光機(jī)具 有高頻率的振動，使工作物與研磨石或鋼珠、研磨劑等密切均勻混合，呈螺旋渦流狀滾動，以研磨切削或拋光工作物表面，尤其是那些易受變形或外形復(fù)雜，孔內(nèi)死 角之工作物使用本機(jī)研磨均能得到均勻之質(zhì)量，而且在加工運(yùn)轉(zhuǎn)中可隨時抽驗(yàn)，節(jié)省時間，提高質(zhì)量；選料區(qū)設(shè)有轉(zhuǎn)換開閘門、過濾網(wǎng)等可把磨物與被研磨物分離， 易于選料，操作簡單。
振動拋光機(jī)的特點(diǎn)：
1、振動拋光機(jī)采用世界上先進(jìn)的螺旋翻滾流動、三元次振動的原理，使零件與滾拋磨具互相研磨達(dá)到拋光的效果.
2、振動拋光機(jī)適用大批量中、小、尺寸零件的研磨拋光加工，提高工效6~10倍,節(jié)省成本大約1/3.
3、振動拋光機(jī)在振動研磨拋光加工過程不破壞零件的原有尺寸、形狀。
4、振動拋光機(jī)能實(shí)現(xiàn)自動化、無人化作業(yè)，操作方便，在工作過程中，可隨時抽查零件的加工情況。
5、A型號的振動拋光機(jī)可以自動將磨料與工件分開，實(shí)現(xiàn)自動選料，節(jié)省人工開銷。
滾桶拋光機(jī)
產(chǎn)品說明：
采用水平式回轉(zhuǎn)桶，桶內(nèi)分有無披覆內(nèi)襯，其功能就不同，內(nèi)桶覆PU膠，可耐酸堿、耐磨，又可防工件碰撞；桶內(nèi)無披覆內(nèi)襯，適合鋼珠或鋼鐵制品，因可加強(qiáng)切削力，促使更大效果；桶身可任意回轉(zhuǎn)，有適當(dāng)?shù)男倍龋韵铝戏奖恪?
滾桶研磨拋光機(jī)的特點(diǎn)：
為研磨拋光機(jī)系列中，最簡單，方便的機(jī)型，最經(jīng)濟(jì)的拋光機(jī)。
本機(jī)適合用于鍛造，鑄造，翻砂之工作物有強(qiáng)大切削力；研磨工作針對于去黑膜，黑頭及細(xì)磨，倒角拋光之用.
圓管拋光機(jī)
多圓管拋光機(jī)是采用無心磨原理，由拋磨和送進(jìn)兩大機(jī)構(gòu)組成，通過調(diào)節(jié)磨頭進(jìn)給量，可對工件進(jìn)行大余量磨削或精細(xì)磨拋，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪間距，可對不同規(guī)格的工件
進(jìn) 行加工，該機(jī)送進(jìn)機(jī)構(gòu)采用無級變速裝置，可以通過改變加工件的進(jìn)給速度，使工件達(dá)到理想的磨拋效果。并可根據(jù)工件的不同材質(zhì)及拋光要求靈活選用砂布頁輪、 麻輪、布輪、尼龍輪等多種拋光工具對工件進(jìn)行拋磨。工件托板采用耐磨材料制作，可不必經(jīng)常調(diào)整。工件規(guī)格改變調(diào)整時，本機(jī)采用“單向移動雙向到位”的結(jié) 構(gòu)，使托板調(diào)整工作大為簡化。全套生產(chǎn)線由拋光機(jī)，給料裝置，出料裝置三部分組成。并有標(biāo)準(zhǔn)型、自動型、環(huán)保型及經(jīng)濟(jì)型等多種型號供用戶選擇。主機(jī)磨頭數(shù) 量可根據(jù)工件表面的原始狀況及對成品表面的光潔度要求，在訂貨時具體制定。
圓盤拋光機(jī)
圓盤拋光機(jī)主要由一個圓盤、拋光立柱（拋光立柱的數(shù)量根據(jù)產(chǎn)品的加工工藝來定）、電控箱及研磨劑供給系統(tǒng)組成。
圓盤式多功能自動拋光機(jī)是一種適應(yīng)面比較廣泛的拋光機(jī)機(jī)型，對于產(chǎn)品材質(zhì)為銅、鐵、鋅、不銹鋼的工件均可進(jìn)行表面處理。圓盤的運(yùn)動可根據(jù)加工產(chǎn)品的不同，作間歇運(yùn)轉(zhuǎn)或連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并配有變頻器控制圓盤轉(zhuǎn)速；拋 光立柱上的拋光輪可作多軸定位來滿足產(chǎn)品不同側(cè)面的拋光；視產(chǎn)品的工藝要求，可對產(chǎn)品進(jìn)行砂光、粗拋、細(xì)拋、精拋等流水型作業(yè)，并可對拋光立柱作適當(dāng)?shù)娜?舍；麻輪、布輪耗損時可作自動補(bǔ)償；裝有自動打液體蠟裝置；治具方面具有自動裝卸工件裝置的設(shè)計(jì)（須治具設(shè)計(jì)配合），操作起來非常方便。機(jī)器還設(shè)有故障報 警功能，能自動顯示故障原因。
數(shù)控拋光機(jī)
數(shù)控拋光機(jī)又稱數(shù)控磨鋒機(jī)、數(shù)控磨刀磨鋒機(jī)、CNC拋光機(jī)。
數(shù)控拋光機(jī)DMSQ-KE型系列是根據(jù)DMSQ-E型系列磨刀機(jī)工作原理，研制而成的具備PLC自動控制系統(tǒng)的
新一代產(chǎn)品，是一種集磨刀與拋光（去刀花）于一體的新型雙磨頭磨刀機(jī)，特別適用于中小型書刊印刷廠。
數(shù)控拋光機(jī)DMSQ-KE型系列磨刀磨頭采用步進(jìn)電機(jī)，PLC編程控制系統(tǒng)；可自動調(diào)節(jié)粗磨、精磨次數(shù)，磨刀精度高；砂輪自動進(jìn)給、可記憶、儲存、可動態(tài)跟蹤，操作便捷，自動化程度高，在同類磨刀機(jī)中自動化程度最高，大大提高了工作效率。
1.4 課題要求
為了滿足大型光學(xué)系統(tǒng)對大口徑高精度平面光學(xué)元部件的需要，環(huán)行拋光技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用到實(shí)際光學(xué)元部件的生產(chǎn)中。采用環(huán)行拋光技術(shù)加工的光學(xué)元部件可以獲得較高的面形精度。
傳統(tǒng)的但校正盤和工件的調(diào)整比較煩瑣，在調(diào)整過程中臟東西容易掉在拋光膠盤上，使被加工件出現(xiàn)劃痕。在光學(xué)加工中尤其是精拋光時最忌諱被加工件出現(xiàn)劃痕，這將直接影響加工質(zhì)量、效率及產(chǎn)品的成品率。該大型環(huán)拋機(jī)采用大型機(jī)械臂上下和調(diào)整校正盤，避免了傳統(tǒng)橫梁支撐結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。
意義：
1 m、2 m、2.5 m的環(huán)形平面拋光機(jī),技術(shù)已經(jīng)比較成熟，以上設(shè)備主要加工φ800 mm以內(nèi)平面光學(xué)元件，φ800 mm以上的光學(xué)元部件目前國內(nèi)還不能加工，該課題設(shè)計(jì)的大型環(huán)拋機(jī)直徑為4.4m，能夠加工φ1600 mm以內(nèi)的平面光學(xué)元件，大大提高了國內(nèi)可加工的光學(xué)元件的尺寸。
課題的主要技術(shù)要求：
1、環(huán)拋機(jī)蠟盤直徑4.4m，高度1.5m，蠟盤轉(zhuǎn)速0~4 r/min；
2、工件環(huán)內(nèi)徑1.8m，外徑2m，材質(zhì)大理石，工件環(huán)轉(zhuǎn)速0~8r/min；
3、上下料機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)角度0-120°；
4、上下料小車高度1.5m。
5、完成工件的半自動上下料工作。
課題工作量要求：
1、機(jī)器總裝配圖、部件裝配圖 不少于A0 2 張，1張電氣控制圖；
2、設(shè)計(jì)說明書 1 份，設(shè)計(jì)說明書2萬字以上，分析、計(jì)算準(zhǔn)確詳盡，格式符合“畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫規(guī)范” ；
3、參考文獻(xiàn)（不包括教科書）15篇以上，含一篇外文文獻(xiàn)并譯成中文（3千字）。
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2 4.4米環(huán)拋光機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)要求
拋光機(jī)對機(jī)械設(shè)計(jì)的要求有：精度高、運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠，具有良好的伺服性能。面對傳動機(jī)構(gòu)則要求：轉(zhuǎn)動慣量小，以減小機(jī)械負(fù)載，避免對系統(tǒng)造成不良影響；剛度大，有利于減小動力損失，提高固有頻率，增加閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性；阻尼合適。
拋光機(jī)對控制系統(tǒng)的要求有：能對壓力進(jìn)行控制。因?yàn)樵嚇訏伖膺^程要求動力頭能帶動夾具上升和下降．實(shí)現(xiàn)壓力增大和減?。荒軌虬丛O(shè)定壓力在夾具上產(chǎn)生彈性力；磨拋一定時間后能自動降低夾具上的彈性力。能對時間進(jìn)行控制。拋光時間過長，試樣質(zhì)量無法保證，時間過短達(dá)不到拋光質(zhì)量。能對拋光速度控制。對不同材質(zhì)的試樣，需不同的拋光速度，方可保證材料的真實(shí)組織。
2.2 環(huán)拋光機(jī)整體方案的確定
2.2.1 環(huán)拋光機(jī)類型分析
拋光按其原理可以分為機(jī)械拋光，電解拋光，化學(xué)拋光，以及復(fù)合拋光。
(1)機(jī)械拋光
機(jī)械拋光是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的拋光方法，其正確的工藝和操作方法是在保證獲得優(yōu)質(zhì)的試樣和其他條件(如邊緣保留及石墨和夾雜物保留等)的情況下具有最高的拋光速率。
(2)電解拋光
電解拋光是對難以用機(jī)械方法拋光的金屬試樣進(jìn)行拋光的重要手段，它可以克服金屬干擾層和機(jī)械巒晶假象等問題，對于用極低負(fù)荷的顯微硬度實(shí)驗(yàn)的樣品或透射電鏡的薄膜試樣特別有用。但每種金屬和臺金所使用的拋光液和電解規(guī)范不同，因此需要進(jìn)行相當(dāng)數(shù)量的試驗(yàn)工作來確定電解拋光規(guī)范。
(3)化學(xué)拋光
化學(xué)拋光是完全依靠化學(xué)藥劑的腐蝕作用而得到光亮的拋光表面。這種方法操作簡便，不需要復(fù)雜的機(jī)械和電解設(shè)備，只需要選擇適合的化學(xué)拋光液和試驗(yàn)最佳拋光規(guī)范。化學(xué)拋光的速度低，拋光后的磨面，表面光滑但形成起伏的波形，不能達(dá)到十分平整的要求。
綜合考慮各種拋光的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用機(jī)械拋光。
2.2.2 環(huán)拋光機(jī)方案比較
第一種設(shè)計(jì)方案：自動減加壓機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)，利用步進(jìn)電機(jī)作為此裝置的動力源，通過一個比例為1:1的齒輪箱與動力頭相接。動力頭采用滾珠螺旋傳動，即在由螺母和螺桿的近似半圓形螺旋凹槽拼合而成的滾道中裝入適量的滾珠，并用螺母上制出的通路及導(dǎo)向輔助件構(gòu)成閉合回路，以備滾珠連續(xù)循環(huán)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)時，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動帶動固定在其上的螺母旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿下移，按設(shè)定壓力在夾具上產(chǎn)生彈性力;壓力在一定范圍內(nèi)自行調(diào)節(jié);驅(qū)動夾具旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對工件的加壓。當(dāng)電機(jī)順時針轉(zhuǎn)時，帶動螺桿上移，實(shí)現(xiàn)對工件的減壓。
拋光裝置的設(shè)計(jì)，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)拋光的完全自動化，所以選擇直流伺服電機(jī)作為拋光盤的動力源，為保持拋光質(zhì)量，拋光速度不宜太快，一般為300-500r/min，而電機(jī)速度一般比較快，所以利用V帶傳動，以達(dá)到減速的目的。
控制系統(tǒng)的控制部分采用DSP模糊控制系統(tǒng)：數(shù)字信號處理器 DSP 采樣位置傳感器信號,獲得當(dāng)前位置信息 ,從而得到電機(jī)的當(dāng)前速度 ,通過與給定速度值比較 ,得到轉(zhuǎn)速誤差值 ,經(jīng)模糊控制器計(jì)算推理后 ,輸出 PWM脈沖信號 ,經(jīng)功率放大后 ,對直流電機(jī)進(jìn)行控制。
第二種設(shè)計(jì)方案：直接用步進(jìn)電機(jī)與一個帶有內(nèi)花鍵的絲杠相連，絲杠與主軸通過花鍵連接，使主軸能上下移動。當(dāng)電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動時，絲杠帶動絲杠螺母轉(zhuǎn)動，只能向下運(yùn)動壓縮彈簧，使主軸下降并產(chǎn)生彈性力，實(shí)現(xiàn)對工件的加壓。當(dāng)電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動時，帶動螺母上移，不再壓縮彈簧，主軸上移，從而實(shí)現(xiàn)對工件的減壓。
拋光裝置的設(shè)計(jì)，直接用電機(jī)帶動拋光盤轉(zhuǎn)動。
控制系統(tǒng)的控制采用模糊PID控制, 模糊PID控制器由多種結(jié)構(gòu)形式，但基本原理基本一致，即運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本原理和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規(guī)則以及有關(guān)信息作為知識存入計(jì)算機(jī)的知識庫中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況運(yùn)用模糊推理，即可自動實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)的最佳調(diào)整，以達(dá)到自動控制的目的。
2.2.3 綜合考慮選出最佳設(shè)計(jì)方案
參考各種形式的拋光機(jī)，為滿足設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)定為機(jī)電一體化系統(tǒng)。機(jī)械部分是采用步進(jìn)電機(jī)為動力源，通過一個比例為1:1的齒輪箱與動力頭相接。動力頭采用滾珠螺旋傳動，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)時，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動帶動固定在其上的螺母旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿下移，按設(shè)定壓力在夾具上產(chǎn)生彈性力;壓力在一定范圍內(nèi)自行調(diào)節(jié);驅(qū)動夾具旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對工件的加壓。當(dāng)電機(jī)順時針轉(zhuǎn)時，帶動螺桿上移，實(shí)現(xiàn)對工件的減壓。
控制部分采用PID模糊控制系統(tǒng)：利用此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動調(diào)壓，調(diào)速和對加工時間控制的目的。
3 4.4米環(huán)拋光機(jī)工件環(huán)上下料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 步進(jìn)推桿使整個工件環(huán)轉(zhuǎn)動
電動推桿是一種將電能轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動機(jī)械能的通用機(jī)械手，適用于各種復(fù)雜或簡單的工藝流程，具有結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，使用可靠，維修簡單，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。與液壓氣動系統(tǒng)相比，不但省掉了繁雜的系統(tǒng)和減輕了重量，而且不受氣候及環(huán)境的限制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離集中或自動控制，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、電力、煤炭、交通、糧食、化工、建材等部門。
二、電動推桿結(jié)構(gòu)與性能：
1、結(jié)構(gòu)電動推桿由電動機(jī)、減速齒輪、絲桿、銅螺母、導(dǎo)向套、活塞桿、軸承座、軸承座、彈簧、缸筒座、聯(lián)接叉及光電接近開關(guān)裝置（用戶選購）等部件所組成。
2、工作原理：
????電動機(jī)通過一級或二級齒輪減速后，帶動絲杠螺母付，把電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，利 用電動機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)推桿往復(fù)動作。輸出推拉力相等。通過各種杠桿力臂長度，可以增長行程。
3、過載自動保護(hù)功能：
????電動推桿內(nèi)過載自動保護(hù)裝置，當(dāng)推桿行程到極限位置或負(fù)載超過額定推力一定數(shù)值時，推桿將自動切斷電源，起到保護(hù)作用，使電動機(jī)及其它構(gòu)件不致?lián)p壞，但不得以此作為正常運(yùn)行時的限 位開關(guān)使用。因此要求在本機(jī)上另行配置外行程限位開關(guān)裝置，本廠可為用戶配置光電接近開關(guān)裝 置，以控制推桿正常起停。
由于步進(jìn)電機(jī)具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際情況我們選擇步進(jìn)電機(jī)，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速等。擬采用的57系列兩相混和式步進(jìn)電機(jī)使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進(jìn)電機(jī)的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關(guān)，主要由板料的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關(guān)，但由于滑動摩擦系數(shù)很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計(jì)。計(jì)算過程如下:
則由曲線可得:當(dāng)n=30r/min時，f=100HZ。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們選擇電機(jī)型號為：57BYJ250C
3.2 絲杠傳動設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1常見絲杠支承方式
表 3-1滾珠絲桿副支承
支承方式
簡圖
特點(diǎn)
一端固定一端自由
結(jié)構(gòu)簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計(jì)時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。
一端固定一端游動
需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定
只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。
3.2.2 脈沖當(dāng)量選擇
由已知設(shè)計(jì)參數(shù)：進(jìn)給量f=0.2mm/r、切削速度v=18m/min功率 0.28KW
初選三相電機(jī)，按三相六拍工作時，步矩角α=0.75°,初定脈沖當(dāng)量
δ=0.005mm/p
3.2.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）.滾珠循環(huán)方式
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式
（2）.軸向間隙預(yù)緊方式
預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動精度.
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式。
2）滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-3查得,
3.2.4滾珠絲杠副的載荷計(jì)算
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時，實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
其等效載荷按下式計(jì)算（式中取，）
fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負(fù)載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計(jì)算得Car=17300N
采用絲杠直徑40mm,導(dǎo)程為5mm
計(jì)算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
公稱直徑Ph=12mm
則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD4010—3。
滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表
名稱
計(jì)算公式
結(jié)果
公稱直徑
――
40mm
螺距
――
５mm
接觸角
――
鋼球直徑
――
4.175mm
螺紋滾道法向半徑
1.651mm
偏心距
0.04489mm
螺紋升角
螺桿外徑
39.365mm
螺桿內(nèi)徑
34.788mm
螺桿接觸直徑
37.755mm
螺母螺紋外徑
34.212mm
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
30.7mm
3.2.5傳動效率計(jì)算
絲杠螺母副的傳動效率為：
式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。
3.2.6 剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)
Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算
絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為
E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。
3.2.7 滾珠絲杠精度等級確定
（1）.絲杠有效行程 由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-4查得le=20 mm
導(dǎo)軌總長Lu =210+120+20=350mm 所以絲杠總長Lv =350-20=330mm
（2）.精度等級 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差
ep=0.01/300×350×103=11.7查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表5-5得
精度等級為T3
4）滾珠絲杠副支承形式選擇
滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動,其次才是徑向約束。
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表5-6查得,采用一端固定一端游動(F-S)支承形式.
5）滾珠絲杠副的選擇
高速或較高轉(zhuǎn)速情況 按額定動負(fù)荷Cα≥Cαj選擇滾珠絲杠副
Cαj=[(Fefw)/(fhftfafk)]×[(60Lhne)/(106)]1/3
式中 Cαj--滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動負(fù)荷(N)
Fe--絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N)，取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06×120)/2=63.6N
ne--絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min). ne=250r/min.
Lh--絲杠工作壽命(h). 查考樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-7得Lh=15000 h.
ft--溫度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-8,得ft=0.70.
fa--精度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-9得fa=1.0
fw--負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查[2]表5-10得fw=0.95
fh--硬度系數(shù).查[2]表5-11得fh=1.0
fk--可靠性系數(shù).查[2]表5-12得fk=0.21.
計(jì)算得Caj=2.5N
表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時間Lh
表3-1-2精度系數(shù)fa
表3-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw
6）滾珠絲杠副校核
（1）.臨界壓縮負(fù)荷 對于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計(jì)算.
不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示
Fn=3.4×1010(f1d24)÷(L02) ×K1
式中 L0–--最長受壓長度.取400 mm
f1--絲杠支承方式系數(shù), F-S取2
d2--絲杠螺紋底徑,查[4]3-32取17.6 mm
k1 安全系數(shù)，取1/3
Fn=13593N>Fmax
（2）.臨界轉(zhuǎn)速
ncr=9910(f22d2)/Lc2
式中 f2--絲杠支承方式系數(shù),F-S取3.927.
Lc --臨時轉(zhuǎn)速計(jì)算長度. Lc =0.5m. d2--絲杠螺紋底徑,取17.6mm
ncr= 10758.9r/min > nmax取,同時驗(yàn)算絲杠另一個臨界值d0n=20×833=7500 < 70000
（3）.軸承選擇校核
由[2]表6-1選擇深溝球軸承6201,由[2]表6-6選角接觸球軸承7001AC.
校核(略)
3.3 滾動導(dǎo)軌副的防護(hù)
（1）.滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管。
（2）.滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動而產(chǎn)生附加阻力。
（3）.滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑用鋰基潤滑劑。
3.4 直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇
根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動時受沖擊、振動）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：
（1）選BR直線滾動導(dǎo)軌導(dǎo)軌,E級精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,fα=1,fw=1.
（2）壽命按每年工作300天,每天兩班,每班8h,開機(jī)率0.8計(jì),額定壽命為:
Lh=10×300×2×8×0.8=38400 h ,每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8
L=(2lsnz60Lh)/(103)=(2×0.31×8×60×38400)/ (103)=11428Km
計(jì)算四滑塊的載荷,工作臺及其物重約為110N
計(jì)算需要的動載荷Cα
P=110/4=27.5N
Cα=( fwP)÷(fh ft fc fα)×(L/50)1/3=208N
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3-20中選用LY15AL直線滾動導(dǎo)軌副,其Cα=606N, C0α=745N.
基本參數(shù)如下:
導(dǎo)軌的額定動載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：
額定行程長度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
（3）滾動導(dǎo)軌間隙調(diào)整
預(yù)緊可以明顯提高滾動導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過盈配合,裝配時,滾動體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過盈量。
（4）潤滑與防護(hù)
潤滑:采用脂潤滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵。
防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命。
防護(hù)方式用蓋板式。
3.5齒輪減速傳動設(shè)計(jì)
絲杠導(dǎo)程tsP=5 mm,中間齒輪傳動比i為:
i=(αtsP)／(360δ)=0.75×5／(360×0.005)=2.1
由i確定齒輪齒數(shù)為Z1=52,Z2=62,模數(shù)m=2mm,大齒輪齒寬b2=26mm ，則b1=32mm
(1）.選精度為7級
(2）.選小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）,硬度為240HBS，兩者硬度差為40HBS
(3）.選擇齒數(shù)Z1=52,Z2＝62
齒輪強(qiáng)度計(jì)算
（1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)d1t>={2Kt×T1×（u＋1）×(ZHZE)2/[Φd×εa×u×[σH]2]}(1/3)
1).試選Kt=1.6, 查表可得材料彈性影響系數(shù)ZE＝189.8MPa
2).查機(jī)械設(shè)計(jì)教材，選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433, 選取齒寬系數(shù)Φd＝0.3，
3). 查表得εa1＝0.78，εa2 ＝0.85，則εa＝εa1+εa2 ＝1.63
4).應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取j=1， 所以：
N1=60n2jLh=60×1500×1×(2×8×300×15)＝4.480×109
N2=N1/u=4.480×109/2.1＝3.08×109
5）.查表得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.85,KHN2=0.89,
6).查表得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550MPa,
7).計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力：取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1,
[σH]1＝KHN1×σHlim1/S=0.85×600/1＝510MPa
[σH]2＝KHN2×σHlim2/S=0.87×550/1＝489.5MPa
[σH]=[σH]1+[σH]2)/2=499.75 MPa
8) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
T1=95.5×105Px/nx=95.5×105×0.00594/1500=37.82N.mm
（2） 計(jì)算
1）.試算小齒輪分度圓直徑
d1t≥{2×1.6×44.121×3.083/（0.3×1.630×1.25）×（2.433×189.8/494.25）2）}（1/3）＝4.94mm ，取d1t=7.0mm
2).計(jì)算圓周速度 v=лd1tn1/(60×1000)＝0.55m/s
3).計(jì)算齒數(shù)b及模數(shù)mnt： b=Φdd1t=0.3×7＝2.1mm
mnt=d1tcosβ/Z1=7×/20=0.34
h=2.25mnt=2.25×0.34mm =0.76 mm
b/h=2.1/0.