購(gòu)買設(shè)計(jì)請(qǐng)充值后下載，，資源目錄下的文件所見(jiàn)即所得，都可以點(diǎn)開(kāi)預(yù)覽，，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件。。?！咀ⅰ浚篸wg后綴為CAD圖紙，doc,docx為WORD文檔，原稿無(wú)水印，可編輯。。。具體請(qǐng)見(jiàn)文件預(yù)覽，有不明白之處，可咨詢QQ:12401814
湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 前 言
1.1 課題背景
隨著人類社會(huì)的不斷向前發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)產(chǎn)品的需求已經(jīng)提升到了質(zhì)的方面。在日常的生活中，各種電子產(chǎn)品、家用電器、交通工具等越來(lái)越精致美觀，質(zhì)量也較以往提升不少。而在國(guó)防、科研、精密制造等領(lǐng)域，對(duì)零件加工精度與表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高。正是這種現(xiàn)實(shí)需求，推動(dòng)了機(jī)械加工行業(yè)的不斷發(fā)展。精密加工技術(shù)的研究及應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造業(yè)乃到整個(gè)制造行業(yè)水平的重要依據(jù)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，精密加工技術(shù)受到極大重視，各國(guó)均大量投入人力物力對(duì)其進(jìn)行研究，來(lái)保證其尖端技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先地位，使其產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上具備更強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。
提高零件加工精度對(duì)于現(xiàn)代制造行業(yè)具有重要的意義，這也是眾多科研人員和機(jī)械工程師們致力于其中的緣由之所在。
1.提高零件的加工精度，可提升產(chǎn)品的品質(zhì)和性能，進(jìn)而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)英國(guó)Rolls-Roy公司的一份研究成果，若是將飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的加工精度由60μm提高到12μm，表面粗糙度由Ra0.5μm減少到Ra0.2μm，則發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮效率將從89%提高到94%。20世紀(jì)80年代初，前蘇聯(lián)從日本引進(jìn)了四臺(tái)精密多軸數(shù)控銑床，用于加工潛艇螺旋槳曲面，使其潛艇的水下航行噪音大幅度下降，即使用精密的聲納探測(cè)裝置也很難發(fā)現(xiàn)潛艇的行蹤，此事震驚了西方國(guó)家的國(guó)防部門。
2.提高零件的加工精度可促進(jìn)產(chǎn)品的小型化。傳動(dòng)齒輪的齒形誤差及齒距誤差影響了其傳遞扭矩的能力。若將該誤差從目前的3~6μm降低到1μm，則齒輪箱單位重量所能傳遞的扭矩將提高一倍，從而可使目前的齒輪和齒輪箱尺寸大大縮小。IBM公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的磁盤(pán)，其記憶密度由1957年的300bit/cm2提高到1982年254萬(wàn)bit/cm2，提高了近一萬(wàn)倍，這在很大程度上歸功于磁盤(pán)基片加工精度的提高和其表面粗糙度的減小。
3.提高零件的加工精度可以增強(qiáng)零件的互換性，提高裝配效率，促進(jìn)自動(dòng)化裝配應(yīng)用，推進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)。自動(dòng)化裝配是提高裝配生產(chǎn)和裝配質(zhì)量的重要手段，而自動(dòng)化裝配的前提是裝配所用零件必須實(shí)現(xiàn)完全互換，這就要求嚴(yán)格控制零件的加工公差，從而導(dǎo)致零件的加工精度要求很高。精密加工技術(shù)和裝備可以使之成為實(shí)現(xiàn)[1]。
精密加工技術(shù)理論是實(shí)現(xiàn)精密加工的前提，而精密加工裝備即精密加工機(jī)床是實(shí)現(xiàn)它的首要基礎(chǔ)條件。隨著加工精度要求的提高和精密加工技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的加工精度不斷提高，精密機(jī)床獲得了迅速的發(fā)展。
二戰(zhàn)后，為了滿足國(guó)防工業(yè)和尖端技術(shù)發(fā)展的需要，美國(guó)首先運(yùn)用了金剛石刀具精密切削技術(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了空氣軸承的高性能精密車床。50年來(lái)，美國(guó)在這
方面投入了大量人力、物力和資金，研究超精密切削理論并開(kāi)發(fā)了超精密切削機(jī)床。超精密機(jī)床是綜合性新技術(shù)的結(jié)晶，它綜合應(yīng)用多項(xiàng)現(xiàn)代新技術(shù)于精密機(jī)床，使其產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。近年來(lái)，精密和超精密加工技術(shù)也越來(lái)越廣泛應(yīng)用于民用產(chǎn)品中，如加工民用交通工具、電子芯片、通訊設(shè)備部件等等，使精密、超精密加工逐步深入到社會(huì)生活的方方面面[2]。
由于歷史等各方面因素的影響，我國(guó)在精密加工理論和精密加工裝備的研究起步較晚。經(jīng)過(guò)幾十年的研究，我國(guó)在精密、超精密領(lǐng)域取得了不少的研究成果，在制造水平上有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是，與制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，差距仍舊是很大的。由于涉及到保密及眾多因素，從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)精密機(jī)床受到限制，并且引進(jìn)的機(jī)床在國(guó)內(nèi)也無(wú)法達(dá)到國(guó)外的加工水平。這說(shuō)明我們?cè)诩夹g(shù)理論和加工工藝上還存在很大不足，我們需要更加大力研究，提高理論水平并研制性能更加優(yōu)越的超精密加工裝備，為我國(guó)國(guó)防工業(yè)、尖端技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造有利條件。
磨床，尤其是精密磨床通常是零件最后一道工序使用的裝備，擔(dān)負(fù)著保證零件最終加工質(zhì)量的作用。歐洲機(jī)床展覽會(huì)（EMO）曾經(jīng)調(diào)查：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%，其它的占8%；由此可見(jiàn)，在精密加工當(dāng)中，有許多零件部件是通過(guò)精密磨削來(lái)達(dá)到其精度要求的，而精密磨削加工需要在相應(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。而磨床在企業(yè)機(jī)床中占據(jù)的比例高達(dá)42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%。而在磨床中，有很大一部分是低端產(chǎn)品，其加工性能和效率都是比較低的，很難適應(yīng)當(dāng)下機(jī)械行業(yè)快速發(fā)展的需求。在國(guó)內(nèi)，這樣的情況就更為嚴(yán)重了，并且大多數(shù)的磨床還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)控化，加工性能和效率就更為低下了。近年來(lái)，我國(guó)的汽車行業(yè)不斷升溫，芯片行業(yè)也開(kāi)始開(kāi)始逐步成長(zhǎng)，并且隨著材料科學(xué)的發(fā)展，各種新型材料出現(xiàn)，其中有很多難加工的脆硬材料。這一系列的情況都對(duì)我國(guó)研究并開(kāi)發(fā)適合國(guó)情高精度磨床提出了要求。
1.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控平面磨床的發(fā)展?fàn)顩r
充分的了解國(guó)內(nèi)外在磨床領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r能對(duì)本次設(shè)計(jì)有很大幫助，不僅能增加自己對(duì)本次設(shè)計(jì)的興趣，并且在了解的過(guò)程中，可以接觸到很多的各種類型平面磨床，可以了解它們結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理，能夠?yàn)樽约旱脑O(shè)計(jì)提供很有價(jià)值的參考。
1.2.1 國(guó)內(nèi)數(shù)控平面磨床的發(fā)展?fàn)顩r
中國(guó)是機(jī)床制造的大國(guó)，也是機(jī)床使用的大國(guó)，同時(shí)還是機(jī)床進(jìn)口的大國(guó)。世界四個(gè)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)中的其中一個(gè)就是在中國(guó)舉辦，中國(guó)是世界機(jī)床行業(yè)中的地位是很重要的。我國(guó)工業(yè)起步比較晚，各類基礎(chǔ)技術(shù)理論和制造工藝水平都跟國(guó)際先進(jìn)水平有較
大的差距。在磨床領(lǐng)域中，有很多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)掌握并應(yīng)用的核心技術(shù)，我們還尚未摸索清楚，需要我們花費(fèi)時(shí)間和精力去研究摸索。當(dāng)下我國(guó)磨床的生產(chǎn)是一種學(xué)習(xí)式的生
產(chǎn)模式，我們通過(guò)不斷引進(jìn)先進(jìn)的磨床設(shè)備進(jìn)行消化吸收，再來(lái)開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品。這是一種能夠很快將自身基礎(chǔ)夯實(shí)的有效方法，但是我們也要認(rèn)識(shí)到自行研究發(fā)展重要性。同時(shí)，要發(fā)展磨床不單單是只發(fā)展磨床就可以的，它是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品，可以很地代表國(guó)家機(jī)電行業(yè)的發(fā)展水平，而數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用更是國(guó)家綜合科技實(shí)力表征。
我國(guó)從80年代開(kāi)始生產(chǎn)數(shù)控平面磨床，各生產(chǎn)廠家均走過(guò)了自行研制，與大學(xué)及科研單位合作開(kāi)發(fā)到直接引進(jìn)成熟數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展道路。杭州機(jī)床廠是一家具有五十年歷史的專業(yè)生產(chǎn)平面磨床的機(jī)床制造廠，它從80年代中期開(kāi)始生產(chǎn)數(shù)控平面磨床，先后開(kāi)發(fā)出各種型號(hào)的平面磨床。同時(shí)國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了很多其他比較有實(shí)力的磨床生產(chǎn)廠家，如天津津醫(yī)數(shù)控磨床有限公司、西安第三機(jī)床廠、廣西桂北磨床廠、南通機(jī)床股份有限公司以及浙江榮德機(jī)械有限公司等。不過(guò)，最有實(shí)力還是當(dāng)屬杭州機(jī)床廠，它一直是該領(lǐng)域的領(lǐng)軍廠家，它通過(guò)不斷地引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)磨床進(jìn)行消化，在平面磨床的生產(chǎn)制造方面有了一些自己的獨(dú)到之處。它的產(chǎn)品以較高的性價(jià)比在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)很受歡迎，曾經(jīng)在北京的國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)展出了一臺(tái)MGK7350型數(shù)控高精度臥軸圓臺(tái)平面磨床，采用了中腰移動(dòng)式立柱作橫向進(jìn)給，床身機(jī)構(gòu)剛性良好，磨削工況平穩(wěn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上跟上了國(guó)際趨勢(shì)；同時(shí)其加工表面粗糙度達(dá)到了Ra0.08以下，處于一個(gè)比較高的精度等級(jí)。
相較于大陸，國(guó)內(nèi)平面磨床水平最高水平是在臺(tái)灣。由于臺(tái)灣跟國(guó)外一些先進(jìn)廠家接觸較早也較多，因此，已掌握了相當(dāng)部分的核心技術(shù)，自己的產(chǎn)品也很有自己的特色，產(chǎn)品大量出口，在國(guó)際市場(chǎng)上受到歡迎。福裕機(jī)床公司成立于1978年，是臺(tái)灣最大的高精度平面磨床生產(chǎn)廠，在國(guó)際上也是比較著名的。該公司出口的磨床占臺(tái)灣出口磨床的一半，其生產(chǎn)的“Chvalier”品牌磨床在歐美等地有比較高的知名度。福裕設(shè)計(jì)生產(chǎn)的磨床外形美觀，色彩搭配良好，令人賞心悅目，在大陸市場(chǎng)也是非常受歡迎的。它已經(jīng)在上海設(shè)立分廠生產(chǎn)，這對(duì)我國(guó)磨床業(yè)的發(fā)展和合作是很好的機(jī)會(huì)和平臺(tái)。
總體說(shuō)來(lái)，我國(guó)在磨床行業(yè)在中低端市場(chǎng)中具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力，但是在高端精密型磨床領(lǐng)域是失守的，這是一個(gè)我們必須認(rèn)清的事實(shí)。尤其是在精密磨床的核心——數(shù)控系統(tǒng)上，國(guó)內(nèi)磨床大多數(shù)是依賴于進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)。雖然，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有公司開(kāi)發(fā)出了自己的數(shù)控系統(tǒng)，但是在功能和性能上與國(guó)外著名廠商的產(chǎn)品有著很大的差距，只能應(yīng)用于控制精度要求不是很高的機(jī)床上。
1.2.2 國(guó)外數(shù)控平面磨床的發(fā)展?fàn)顩r
數(shù)控平面磨床由于對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的特殊要求而相對(duì)于數(shù)控車床、銑床等的發(fā)展較晚。近幾十年來(lái)，借助CNC技術(shù)，磨床上砂輪的連續(xù)修整，自動(dòng)補(bǔ)償，自動(dòng)交換砂輪，多工作臺(tái)，自動(dòng)傳送和裝夾工件等操作功能得以實(shí)現(xiàn)，數(shù)控技術(shù)在平面磨床上逐步普及。
前幾年德國(guó)ELB公司生產(chǎn)的BRILIANT系列二坐標(biāo)CNC成型磨床，其垂直和橫向?yàn)閿?shù)控軸，縱向?yàn)橐簤嚎刂?，砂輪修整采用安裝在工作臺(tái)上的金剛石滾輪，適用范圍較廣；同時(shí)ELB公司開(kāi)發(fā)了具有當(dāng)代最新技術(shù)的磨床產(chǎn)品，即以機(jī)電一體化和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的CAM-MASTER系列柔性磨削加工單元，CAD-MASTER系列和COMPACT
-MASTER系列磨削加工中心，控制軸最多可達(dá)到24軸。英國(guó)JONES&SHIPMAN公司與美國(guó)A-B公司開(kāi)發(fā)了A-B8600數(shù)控系統(tǒng)用于FORMAT5型數(shù)控平面磨床，由CNC控制液壓閥，驅(qū)動(dòng)縱向可調(diào)速運(yùn)動(dòng)，橫向與磨頭進(jìn)給用滾珠絲杠副，直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，間斷式砂輪修整，CRT圖形模擬顯示。美國(guó)ALLEY-BRANDLY公司生產(chǎn)的8400CNC、8600CNC數(shù)控系列，適用于車床、銑床和磨床，其8400CNC最多可控制6根伺服軸，任2軸可進(jìn)行圓弧插補(bǔ)，任3軸可進(jìn)行螺旋線插補(bǔ)，6軸直線插補(bǔ)。8600CNC系列最多能控制17個(gè)坐標(biāo)，包括8個(gè)參與插補(bǔ)軸，8個(gè)位控制軸及1個(gè)主軸，具有圖形顯示，擴(kuò)展分支程序，顯示加工時(shí)間，調(diào)整程序校驗(yàn)，刀具壽命監(jiān)測(cè)等功能。日本FANUC公司開(kāi)發(fā)了OG高速高性能數(shù)控系統(tǒng)，其中O-GSG適用于平面磨床，可根據(jù)磨削零件不同開(kāi)關(guān)，有四種不同的磨削方法，具有砂輪軸角度傾斜控制功能，荒磨、粗磨、精磨、無(wú)火花磨削整套磨削循環(huán)；砂輪滾壓修整后位置補(bǔ)償功能，修整器相對(duì)于被修整砂輪法線方向控制功能，修整滾輪外緣圓弧半徑補(bǔ)償功能，砂輪形狀圖形顯示功能及磨削參數(shù)顯示等，系統(tǒng)最小設(shè)定單位0.1μm，屬于“緊湊”型數(shù)控系統(tǒng)，價(jià)格較低。
在近年漢諾威、東京、芝加哥及國(guó)內(nèi)等大型機(jī)床展覽會(huì)上，CNC磨床在整個(gè)磨床展品中已占大多數(shù)，如德國(guó)BLOHM公司，ELB公司等著名磨床制造廠已經(jīng)不再生產(chǎn)普通磨床。日本的岡本、日興等公司也成批生產(chǎn)全功能CNC平面磨床，在開(kāi)發(fā)高檔數(shù)控平面磨床的同時(shí)，也積極發(fā)展中、低檔的數(shù)控平面磨床。而從最近幾年的在美國(guó)芝加哥舉行的國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)（IMTS）上，眾多生產(chǎn)廠以實(shí)物的形式展覽它們的產(chǎn)品。根據(jù)參展產(chǎn)品的特點(diǎn)，可以看出今后平面磨床的發(fā)展趨勢(shì)。
1. 從規(guī)格上看，參展產(chǎn)品以小型平面磨床為主。小規(guī)格機(jī)床的運(yùn)輸及布展比較便利；國(guó)外平面磨床不分普通、精密和高精密的精度等極，相對(duì)小規(guī)格的機(jī)床，精度可以做得很高；在國(guó)際市場(chǎng)上，中、小規(guī)格的平面磨床的需求更大。
2. 從控制角度上看，由于技術(shù)水平的發(fā)展導(dǎo)致功能變化，傳統(tǒng)加工型平面磨床已經(jīng)向成形磨床轉(zhuǎn)變，常規(guī)的控制已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn)加工功能要求，數(shù)控平面磨床已經(jīng)成為發(fā)展的主流。
3. 從功能上看，平面磨床不僅僅應(yīng)用于水平平面加工，轉(zhuǎn)向于成形、臺(tái)階、切入、快速抖動(dòng)、三維空間曲線等表面加工。ELB、BLM公司以平面磨床為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)而成的五軸聯(lián)動(dòng)磨削中心，可實(shí)現(xiàn)非平面型復(fù)雜曲面的磨削；Unison、Trutech公司的柔性磨削系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)成形、無(wú)心、外圓、工具、輪廓等磨削工藝；以及福裕、Parker公司等的快速抖動(dòng)磨床，反映出平面磨床是磨床中演變潛力最大的一種機(jī)型[3]。
未來(lái)平面磨床的發(fā)展根本在于設(shè)計(jì)創(chuàng)新：平面磨床是磨床類機(jī)床中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮?
機(jī)床，在完成傳統(tǒng)平面磨削加工功能基礎(chǔ)和現(xiàn)有平面磨床床身、工作臺(tái)、磨頭等大件的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，可以發(fā)展成為具備加工外圓、曲線、工具甚至更為復(fù)雜的曲面加工功能的磨削加工中心。我國(guó)在完成磨床規(guī)格系列的完善后，應(yīng)該跳出傳統(tǒng)思維車到曲線或輪廓等非平面磨削加工思路上去進(jìn)一步發(fā)展，形成具有我們自己特色的技術(shù)和產(chǎn)品。
模塊化設(shè)計(jì)將是貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過(guò)程的一條主線，無(wú)論是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的潮流還是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求；無(wú)論是降低成本的需要，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的，都要求我們?cè)诮窈蟮漠a(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，運(yùn)用好模塊化設(shè)計(jì)的理念和方法。
世界機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，根本在于設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新與新技術(shù)的結(jié)合。根據(jù)傳統(tǒng)的金屬切削原理，采用全新的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，結(jié)合先進(jìn)的控制技術(shù)，正推動(dòng)著機(jī)床技術(shù)向新的領(lǐng)域邁進(jìn)。
1.3 課題研究的意義
由前面國(guó)內(nèi)外平面磨床的現(xiàn)狀，我們可以清楚地看到我國(guó)在磨床領(lǐng)域與國(guó)外存在很大的差距。尤其是高端精密磨床，幾乎全部依賴進(jìn)口，由于復(fù)雜的因素影響，我們無(wú)法獲得國(guó)外最先進(jìn)的技術(shù)裝備，而要實(shí)現(xiàn)國(guó)家的現(xiàn)代化，這些高精尖的技術(shù)裝備是必不可少的，這就決定了我們必須走版主創(chuàng)新的道路。機(jī)床是制造的基礎(chǔ)，機(jī)床創(chuàng)新是使我國(guó)成為制造強(qiáng)國(guó)的根本。
中國(guó)工程院士周勤之曾說(shuō)：“創(chuàng)新不是腦袋一拍就可以創(chuàng)新。創(chuàng)新需要有很深的研究與實(shí)踐基礎(chǔ)，必須掌握磨削機(jī)理、關(guān)鍵功能部件的工作原理、工藝參數(shù)、磨床結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)，才能創(chuàng)造出有理論基礎(chǔ)和實(shí)用價(jià)值高的高質(zhì)量、高可靠性和精度穩(wěn)定性的高端磨床。”對(duì)于我們只掌握機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)的本科生來(lái)說(shuō)，雖然自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)一臺(tái)高精密的平面磨床無(wú)異于空中樓閣很不現(xiàn)實(shí)，但是通過(guò)參照已有的機(jī)床設(shè)備和運(yùn)用已有的計(jì)理論，進(jìn)行磨床相關(guān)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，使我們對(duì)磨床的結(jié)構(gòu)與功能有個(gè)理性的認(rèn)識(shí)，為以后從事相關(guān)的設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。甚至對(duì)于在設(shè)計(jì)中，如果遇到機(jī)床結(jié)構(gòu)中有不合理的部分，對(duì)其提出可行的改進(jìn)建議，這對(duì)培養(yǎng)我們的設(shè)計(jì)能力是有很大幫助的。
1.4 課題研究?jī)?nèi)容和方法
1.4.1 課題的研究?jī)?nèi)容
本課題為設(shè)計(jì)一臺(tái)立柱移動(dòng)式MK7125型精密數(shù)控平面磨床，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺(tái)階平面；用于機(jī)械制造業(yè)及工具模具制造行業(yè)，能加工各種難加工材料。設(shè)計(jì)需要完成的內(nèi)容有：
1.磨床的總體總局方案設(shè)計(jì)；
2.橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)和滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝
配圖和相關(guān)零件圖；
3.縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)和滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝
配圖和相關(guān)零件圖；
4.床身設(shè)計(jì)，繪制床身零件圖；
5.磨床數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選用，繪制硬件連線圖
6.翻譯指定的英文專業(yè)文獻(xiàn)
設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于磨床砂輪架的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及垂直進(jìn)給滾珠絲杠和伺服電機(jī)
的設(shè)計(jì)計(jì)算。這也是能使我學(xué)到更多專業(yè)知識(shí)，鍛煉我專業(yè)技能和設(shè)計(jì)能力的部分。
相應(yīng)地，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)主要部分為：總體總局設(shè)計(jì)、砂輪架設(shè)計(jì)及計(jì)算、垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算、立柱的設(shè)計(jì)和數(shù)控系統(tǒng)的選用五大部分。其中，砂輪架設(shè)計(jì)包括了主軸的設(shè)計(jì)，軸承、聯(lián)軸器的選用以及主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用；垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括了傳動(dòng)部件滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算，軸承、聯(lián)軸器的選用和伺服電機(jī)的選用。在說(shuō)明書(shū)最后有自己對(duì)這次設(shè)計(jì)的總結(jié)和展望，以及對(duì)指導(dǎo)老師和同組同學(xué)的致謝辭，然后就是設(shè)計(jì)中的主要參考文獻(xiàn)。
1.4.2 完成設(shè)計(jì)課題的方法
畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的在于通過(guò)一系列的設(shè)計(jì)及計(jì)算，使我們?cè)诖髮W(xué)四年所學(xué)到的知識(shí)有一個(gè)綜合的復(fù)習(xí)和運(yùn)用的機(jī)會(huì)，同時(shí)提高我們?cè)O(shè)計(jì)能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。完成本設(shè)計(jì)課題的主要方法是運(yùn)用自己所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行校核計(jì)算以確定設(shè)計(jì)滿足要求。通過(guò)查閱磨削相關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解到磨床的工作原理，以及設(shè)計(jì)中要滿足的各項(xiàng)條件。文獻(xiàn)資料也包括一些對(duì)現(xiàn)代磨床所采用結(jié)構(gòu)的介紹和論述，其中所采用的結(jié)構(gòu)對(duì)我們的設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)和啟發(fā)作用。
除了從書(shū)本及互聯(lián)網(wǎng)上找資料外，指導(dǎo)老師也要求我們?nèi)?shí)地參觀，更加深入地了解磨床的外形以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。學(xué)校高效精密實(shí)驗(yàn)室有一臺(tái)數(shù)控平面磨床，我去參觀并仔細(xì)觀察了它的外形及部件分布；雖然，無(wú)法看到它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，卻對(duì)我完成磨床總體布局設(shè)計(jì)提供了很好的現(xiàn)實(shí)材料。另外，更重要的是，我和同組同學(xué)一起去了湘潭三峰數(shù)控機(jī)床廠參觀，該廠就是以生產(chǎn)平面磨床為主。在那里我了解了更多的平面磨床的結(jié)構(gòu)布局，一臺(tái)平面磨床是如何從零件在一道道工序中變成了一個(gè)整體，更清楚地了解到了磨床部件的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)它們的借鑒，使我最終能夠完成這個(gè)設(shè)計(jì)課題。
1.5 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)
1. 磨床的主要規(guī)格
工作臺(tái)臺(tái)面尺寸（寬×長(zhǎng)）：250×500（630）mm
2. 加工范圍
可磨削加工的最大工件尺寸（寬×長(zhǎng)×高）：250×500（630）×360mm
3..工作臺(tái)
工作臺(tái)縱向移動(dòng)速度（無(wú)級(jí)）：0.03-25m/min
工作臺(tái)橫向自動(dòng)進(jìn)給：連續(xù)（無(wú)級(jí)）0.1-1m/min
斷續(xù)（無(wú)級(jí)）0.5-12mm/工作臺(tái)一行程
4. 砂輪架
砂輪架垂直快速升降速度400mm/min；
垂直自動(dòng)進(jìn)給0.001-0.02mm，最小進(jìn)給量0.0001mm；
砂輪尺寸（外徑×寬×內(nèi)徑）φ200×20×φ32
砂輪轉(zhuǎn)速3000r/min
5. 加工指標(biāo)
磨削表面粗糙度Ra0.03μm，加工后表面對(duì)基面的平行度300：0.002
第二章 總體布局設(shè)計(jì)
總體布局設(shè)計(jì)對(duì)于一臺(tái)機(jī)床的設(shè)計(jì)是一件很重要的事情，一個(gè)合適的總體布局不僅可以很好地節(jié)約有限的加工車間空間，能使機(jī)床具有很好的美學(xué)效果，還能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。更重要地，合適的總體布局對(duì)機(jī)床的性能有重要的影響，各主要部件的組合方式不同，機(jī)床的整體剛性就不一樣，機(jī)床的加工性能就不一樣。磨床的總體布局與加工運(yùn)動(dòng)的形式有關(guān)。
2.1 運(yùn)動(dòng)形式的設(shè)計(jì)
精密數(shù)控平面磨床的磨削加工成形運(yùn)動(dòng)，除了主運(yùn)動(dòng)——砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)外，還包括三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。而這個(gè)三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以由不同的部件來(lái)完成，有多種選擇：（1）工作臺(tái)完成橫向和縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由砂輪架沿立柱作垂直運(yùn)動(dòng)完成垂直進(jìn)給；（2）砂輪架既完成垂直進(jìn)給又完成橫向進(jìn)給，工作臺(tái)來(lái)完成縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；（3）工作臺(tái)不作任何運(yùn)動(dòng)與床身固定，由砂輪架完成垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，橫、縱向進(jìn)給由立柱作橫、縱向運(yùn)動(dòng)完成；（4）縱向進(jìn)給由工作臺(tái)完成，垂直進(jìn)給由砂輪架完成，同時(shí)立柱可以作橫向運(yùn)動(dòng)完成橫向進(jìn)給，這種進(jìn)給運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式又稱為中腰立柱移動(dòng)式[4]。這幾種運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。第一種是最常見(jiàn)的平面磨床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式，技術(shù)比較成熟，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，設(shè)計(jì)中不存在太大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，并且有較多的可以供參考的信息，設(shè)計(jì)周期相對(duì)較短。相對(duì)應(yīng)的布局方式稱為臥軸矩臺(tái)式。這種布局方式也存在不足的地方，這種形式的磨床的整體剛性不是很優(yōu)良，因而限制了零件加工精度提升，對(duì)于精度要求特別高的平面磨床選擇這種布局方式是不合適的。第二中運(yùn)動(dòng)形式在結(jié)構(gòu)上相對(duì)于第一種有了一定的改變，布局方式稱為托板內(nèi)存式，在實(shí)際也有較多的應(yīng)用，湘潭三峰機(jī)床廠生產(chǎn)的平面磨床就是這種類型。這種類型機(jī)床會(huì)由于砂輪和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)引起的振動(dòng)，對(duì)機(jī)床的加工精度有一定的影響，也適合高精度要求的機(jī)床設(shè)計(jì)。第三種和第四種運(yùn)動(dòng)形式對(duì)應(yīng)的布局方式，都可以稱為立柱移動(dòng)式布局。第三種立柱可以作橫、縱向運(yùn)動(dòng)的方式，雖然提高了磨床的整體剛性和運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，但是運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量很大，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，不僅會(huì)浪費(fèi)能源，并且機(jī)床響應(yīng)速度會(huì)大降低，這樣一來(lái)提高機(jī)床精度的成本就會(huì)很高，不是很實(shí)用。而第四種運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式卻很好地綜合第二種和第三種形式的優(yōu)點(diǎn)，既有剛性和穩(wěn)定性良好的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)床響應(yīng)速率也符合要求，因而第四種布局在現(xiàn)代高精度磨床中應(yīng)用較多。另外，第四種運(yùn)動(dòng)方式使運(yùn)動(dòng)能在較小運(yùn)動(dòng)范圍完成，有效地減少了機(jī)床的占地面積，這一優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代加工中是很重要的，不僅利于生產(chǎn)布局，而在對(duì)加工物流也有很大好處。
一般地，進(jìn)給傳動(dòng)的方式通常有兩種：一是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)-滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)；二是通過(guò)液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。在本次設(shè)計(jì)中，三個(gè)方向的進(jìn)給傳動(dòng)方式均采用滾珠絲杠副傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)方式是當(dāng)前普通磨床應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)方式，但是由于液壓系統(tǒng)存在爬行的現(xiàn)象，所以運(yùn)用在精密度要求高的平面磨床上是不合適的。用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠替代了液壓驅(qū)動(dòng)后，不僅能消除爬行再低，并且可以使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)得到很大的簡(jiǎn)化，使磨床結(jié)構(gòu)更加緊湊。滾珠絲杠的加工精度很高，雖然會(huì)存在回程誤差，但是在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)有了很多種消除誤差的巧妙方法，因此采用滾珠杠副傳動(dòng)可以很好地提高磨床的精度。在現(xiàn)在的高精度平面磨床設(shè)計(jì)中，一般都是采用滾珠絲杠副來(lái)作伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的。另外，滾珠絲杠已經(jīng)形成規(guī)格化，設(shè)計(jì)時(shí)只需要根據(jù)計(jì)算所得參數(shù)選擇合適的絲杠即可，不需要自行再設(shè)計(jì)，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。不過(guò)，由機(jī)械原理的知識(shí)可知，滾珠絲杠是不能自鎖的，當(dāng)用于垂直傳動(dòng)時(shí)，需要考慮添加自鎖裝置，來(lái)保證定位精度，這在后面的設(shè)計(jì)中會(huì)有論述。
2.2 機(jī)床的布局方案
在上面已經(jīng)講到，中腰立柱移動(dòng)式是最合適的磨床布局形式，本來(lái)應(yīng)該是采用這種布局形式的。但是，指導(dǎo)老師考慮到分組的需要，在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已經(jīng)將我們各組的設(shè)計(jì)布局指定了。我的設(shè)計(jì)布局是第一種臥軸矩臺(tái)式，具體布局見(jiàn)圖2.1總體布局圖。
圖2.1 總體布局圖
第三章 縱向及橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1 進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求
高精度，好的快速響應(yīng)性，調(diào)速范圍大，系統(tǒng)可靠性好
3.2 磨削力的計(jì)算
磨削力起源于工件與砂輪接觸后引起的彈性變形、塑性變形、切屑形成以及磨粒和結(jié)合劑與工件表面之間的摩擦作用。磨削力可分解為相互垂直的三個(gè)力，即沿砂輪切向的切向磨削力，沿砂輪徑向的法向磨削力以及沿砂輪軸向的軸向磨削力。一般磨削中，軸向磨削力較小，通常忽略不計(jì)，只考慮砂輪切向的切向摩擦力和砂輪徑向的法向磨削力。由于砂輪磨粒具有較大的負(fù)前角，法向磨削力通常大于切向磨削力，所以把/稱為磨削力比。磨削力比不僅與砂輪的銳利程度有關(guān)，且隨被磨材料的特性不同而不同，還與磨削方式等有關(guān)。而磨削力與砂輪的耐用度、磨削表面粗糙度、磨削比能等均有直接關(guān)系[1]。
3.2.1 磨削力力學(xué)模型的建立
圖3.1 磨削力的力學(xué)模型
對(duì)于本次所設(shè)計(jì)機(jī)床：
vw——工件速度，vw＝(0.03～25)m/min；
n——砂輪轉(zhuǎn)速，n =3000r/min；
vs——砂輪線速度，vs=31.4m/s；
ap——磨削深度取垂直方向最大進(jìn)給量，ap＝0.02mm；
3.2.2 磨削力經(jīng)驗(yàn)公式的建立
1. 砂輪切向磨削力的公式建立如下[1]：
（3.1）
Fp—單位面積磨削力，是磨削工件時(shí)作用在單位切削面積上的主切削力（即切向切削力）(N)；
b—砂輪的磨削寬度(mm)，b＝20mm；
其它各變量意義如上所示。
2. 單位磨削力經(jīng)驗(yàn)公式[1]：
Fp＝K[] δ (0<δ<0.5) （3.2）
K—傳遞系數(shù)，K值的大小不僅與材料本身特性有關(guān)，而且與磨削參數(shù)有關(guān)。K值的大小反映磨粒磨除材料的難易程度。K值越大，單位面積磨削力越大。
ap—磨削深度(mm)；
3.2.3 磨削力的計(jì)算
由于該機(jī)床可以加工普通鋼材和各種難加工材料，所以對(duì)普通鋼材和難加工材料的磨削力分別計(jì)算如下：
1. 普通鋼材：根據(jù)北京工業(yè)大學(xué)的角正回歸法建立磨削普通鋼材的經(jīng)驗(yàn)公式[1]：
Ft=28282ap0.86vw0.44vs-0.16 （3.3）
＝28282×0.020.86×250.4431.4-0.16
=104.41(N)
因?yàn)樵谀ハ髌胀ㄤ摬艜r(shí)，磨削比Fn/Ft=1.6~1.8，取Fn/Ft=1.8，則法向磨削力Fn＝1.8 Ft＝1.8×104.41＝187.94(N)
2. 難加工材料（以Al2O3陶瓷為例）：?jiǎn)挝荒ハ髁?jīng)驗(yàn)公式建立如下[10]：
Fp=405.592ap1.207vw0.509vs-0.826 （3.4）
＝405.592×0.020.86250.4431.4-0.16
=1.09(N/mm)
Ft＝Fp×b=1.09×20=21.8(N)
因?yàn)樵诩庸るy加工材料時(shí)，磨削比較大，F(xiàn)n/Ft=3.5～22，取Fn/Ft=20，則Fn=20Ft＝20×21.8＝436(N)
3.3滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)步驟圖
滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如圖3.2所示[11]。
3.4 縱向滾珠絲杠的計(jì)算及伺服電機(jī)的選擇
為了使?jié)L珠絲杠副滿足相應(yīng)的定位精度和進(jìn)給要求，需對(duì)其剛度、精度、載荷等進(jìn)行精確計(jì)算[12,13]。
3.4.1 滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定
（3.5）
P類
使用條件，負(fù)載，速度，加速度，最大行程，位置精度，壽命
T類
確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程Ph
滾珠絲杠副當(dāng)量載荷和當(dāng)量轉(zhuǎn)速的計(jì)算
確定滾珠絲杠的預(yù)期額定動(dòng)載荷
按精度要求確定滾珠絲杠的最小螺紋底徑
按強(qiáng)度要求確定滾珠絲杠的最小螺紋底徑
確定滾珠絲杠副螺母型號(hào)及規(guī)格代號(hào)
基本額定靜載荷驗(yàn)算
確定預(yù)緊力Fp
計(jì)算預(yù)拉伸滾珠絲杠的行程補(bǔ)償值C和預(yù)拉伸力Ft
確定滾珠絲杠副支承所用軸承的規(guī)格和型號(hào)
滾珠絲杠副工作圖的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的計(jì)算
傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的校核及滾珠絲杠副精度的選擇
滾珠絲杠副臨界壓縮載荷Fc的校驗(yàn)
滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速nc校驗(yàn)
滾珠絲杠副Dn值校驗(yàn)
按精度選擇滾珠絲杠副的精度
基本軸向額定靜載荷Coa校核
滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇
圖3.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算步驟
—滾珠絲杠導(dǎo)程mm；
—電機(jī)最大轉(zhuǎn)速r/min，擬取＝3000r/min；
—工作臺(tái)最大進(jìn)給速度m/min，在本次設(shè)計(jì)中取＝20m/min；
—傳動(dòng)比，因電機(jī)直接與絲杠相連，所以＝1；
所以滾珠絲杠的導(dǎo)程為：＝＝6.7mm
將滾珠絲杠的導(dǎo)程優(yōu)化取整為Ph＝10mm
3.4.2 滾珠絲杠副軸向力的計(jì)算
對(duì)工作臺(tái)、吸盤(pán)及工件質(zhì)量進(jìn)行估算：最大工件的質(zhì)量為150㎏，工作臺(tái)及吸盤(pán)的質(zhì)量為550㎏，總質(zhì)量為700㎏，重7000N；擬采用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌，動(dòng)摩擦系數(shù)范圍在0.03～0.05之間，取最大值。
1. 計(jì)算最大軸向力，在磨削工件時(shí)滾珠絲杠所受軸向力最大
普通鋼材： =Ft＋μ(mg+Fn) （3.6）
=104.41+0.05×(700×10+187.94)
=463.8(N)
難加工材料： =Ft＋μ(mg+Fn)
＝21.8＋0.05×(700×10+436)
＝393.6(N)
2. 計(jì)算最小軸向力，機(jī)床在空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠絲杠所受的軸向力最小，只受到運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)摩擦力：
＝μmg （3.7）
＝0.05×550×10
＝275(N)
根據(jù)上述計(jì)算，機(jī)床在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的轉(zhuǎn)速及所受的載荷如表3.1所示。
3.4.3 滾珠絲杠副當(dāng)量載荷及當(dāng)量轉(zhuǎn)速的計(jì)算
1. 當(dāng)量轉(zhuǎn)速可由下式算出：
nm=(n1/t1+n2/ t2+n3/t3+... ni/ti)/( t1+t2+ t3 +… + ti) （3.8）
nm ——當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min)；
ni——滾珠絲杠在各種條件下的工作轉(zhuǎn)速(r/min)；
ti——相應(yīng)轉(zhuǎn)速工作時(shí)間與總工作時(shí)間之比（％）；
根據(jù)表3.1，所以 nm=(n1/t1+n2/ t2+n3/t3+... ni/ti)/( t1+t2+ t3 +… + ti)
=2000×10%+1000×45%+500×35%+50×10%
=830(r/min)
表3.1 滾珠絲杠軸向載荷分析表
加工情況
空運(yùn)轉(zhuǎn)
一般加工
難加工材料加工
調(diào)整
工作臺(tái)與吸盤(pán)重量(N)
5500
5500
5500
5500
工作臺(tái)、吸盤(pán)及工件重量(N)
5500
7000
7000
5500
水平切削分力Ft(N)
0
104.41
21.8
0
法向切削分力Fn(N)
0
187.94
436
0
所占比例（％）
10％
45％
35％
10％
工作臺(tái)進(jìn)給速度（m/min）
20
10
5
0.5
滾珠絲杠副轉(zhuǎn)速（r/min）
nj=vi/ph
2000
1000
500
50
滾珠絲杠副所受軸向載荷(N)
275
463.8
393.6
275
2. 當(dāng)量載荷可由下式算出：
Fm= （3.9）
Fm——當(dāng)量載荷(N)；
——各種工作條件下所受軸向力(N)；
nm ——當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min)；
ni——滾珠絲杠在各種條件下的工作轉(zhuǎn)速(r/min)；
ti——相應(yīng)轉(zhuǎn)速工作時(shí)間與總工作時(shí)間之比（％）；
所以，根據(jù)表3.1，
Fm=
=
=416.2(N)
3.4.4 確定滾珠絲杠副的預(yù)期額定動(dòng)載荷
1. 滾珠絲杠副在預(yù)期工作時(shí)間下最大軸向動(dòng)載荷的計(jì)算：
Car＝ （3.10）
nm—當(dāng)量轉(zhuǎn)速；
Fm—當(dāng)量載荷；
Th—根據(jù)所設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床,初選滾珠絲杠壽命為Th=15000h；
fW—載荷系數(shù)，機(jī)床的工作條件為無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，取fW＝1.2；
fh—硬度系數(shù)，滾珠絲杠的硬度HRC58，取fh＝1；
fa—精度系數(shù)，初選滾珠絲杠的精度為3級(jí)，則fa＝1.0；
ft—溫度系數(shù)，滾珠絲杠的工作溫度在125℃以下，取ft＝0.95；
fk—可靠性系數(shù)，滾珠絲杠的可靠性選擇為97％，則fk＝0.44；
將各項(xiàng)參數(shù)帶入式中，則
Car===10841.3(N)
2. 滾珠絲杠在預(yù)期行程下最大軸向動(dòng)載荷的計(jì)算
Car= （3.11）
Ls—期望工作行程，通常取Ls=250Km；
—滾珠絲杠導(dǎo)程，=10mm；
其它參數(shù)與上述相同，＝1.0，＝0.44，＝1.2，則
Car===3319(N)
3. 有預(yù)加載荷的滾珠絲桿副按最大軸向載荷計(jì)算最大軸向動(dòng)載荷
（3.12）
—滾珠絲杠所受最大軸向力，=463.8(N)；
fe—預(yù)加載荷系數(shù)，滾珠絲杠采用中等預(yù)加載荷，則fe=4.5；
所以，=4.5×463.8=2087.1(N)
滾珠絲杠的預(yù)期額定動(dòng)載荷取這三者當(dāng)中的最大值，則Car=10841.3(N)
3.4.5 按精度要求確定滾珠絲杠副的最小螺紋底徑
由于縱向滾珠絲杠為P類定位滾珠絲杠，所以按位置精度來(lái)估算最小螺紋底徑。因?yàn)闈L珠絲杠采用兩端固定的支承方式，所以滾珠絲杠的最小螺紋底徑可由下式確定：
（3.13）
F0—機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾珠絲杠的軸向載荷，F(xiàn)0＝275(N)；
δm—滾珠絲杠所允許的最大變形量，由()×重復(fù)定位精度與()×定位精度中的較小值來(lái)確定。定位精度與重復(fù)定位精度分別為±0.012mm和±0.04mm，所以，
δm1＝×8=2μm，δm2＝×24=4.8μm，取δm＝2μm；
E—彈性模量，E=2.1×105 N/mm2；
Lz—兩固定支承間的距離，Lz(1.1~1.2)Lk+(10~14)Ph，Lk為最大行程，Lk＝750mm ，導(dǎo)程Ph=10mm，所以，Lz=1.2Lk+14Ph＝1.2×750+14×10=1040mm，
最小螺紋底徑為：==14.7mm
3.4.6 確定滾珠絲杠副的螺母代號(hào)及規(guī)格代號(hào)
選擇南京工藝裝備制造廠生產(chǎn)的FFZD3210—3型滾珠絲杠螺母，采用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)反向器，法蘭直筒組合，雙螺母墊片預(yù)緊。
滾珠絲杠的螺紋底徑：d2=27.3 >14.7mm
滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷：=25700>10841.3(N)
3.4.7 滾珠絲杠副預(yù)緊力的計(jì)算
預(yù)緊就是在滾珠絲杠副內(nèi)預(yù)先施加軸向載荷Fp。預(yù)緊的目的是：消除滾珠絲杠副
的軸向間隙，提高滾珠絲杠副的軸向接觸剛度，并且在外加軸向載荷小于3倍預(yù)緊力的情況下，軸向剛性是常數(shù)。所以，預(yù)緊力為：
（3.14）
—滾珠絲杠所受的最大軸向力；
所以， (N)
3.4.8 對(duì)預(yù)拉伸滾珠絲杠行程補(bǔ)償值C和預(yù)拉伸力Ft的計(jì)算
滾珠絲杠的熱變形將導(dǎo)致長(zhǎng)度、定位精度變化，熱變形：
δk＝α×t×Lu （3.15）
α—熱膨脹系數(shù)(11.8×10-6)；
t—溫升(一般取2～4℃)，取t＝2.5℃；
Ln—螺母長(zhǎng)度, Ln＝146mm；
La—安全行程，La＝(1～2)Ph＝2×10＝20mm；
Lu—有效行程，Lu＝Lk+Ln+2La＝750+146+20＝936mm
所以，δk＝α×t×Lu＝11.8×10－6×2.5×936＝27.6mm
為了補(bǔ)償熱變形的影響，行程偏差C＝δk＝27.6mm
由于滾珠絲杠選擇的是兩端固定的安裝方式，需要采用絲杠預(yù)拉伸的方法來(lái)進(jìn)一步補(bǔ)償熱變形，預(yù)拉伸力，
Ft＝＝＝ （3.16）
各變量意義如上所示，則：Ft＝＝1.95×2.5×27.32＝3633.3(N)
3.4.9 滾珠絲杠副軸承規(guī)格型號(hào)的選擇
在精密磨床上通常選用角接觸軸承，并把2個(gè)以上的軸承組合起來(lái)施加預(yù)緊力來(lái)使用。本次設(shè)計(jì)選用NSK生產(chǎn)的絲杠支承專用角接觸軸承，為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，采用正面組合的DF型組合形式[14]。
軸承特點(diǎn)：采用特殊設(shè)計(jì)的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為，軸
承軸向剛性大，與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，啟動(dòng)力矩較小。
軸承型號(hào)的選擇：滾珠絲杠左端的軸承內(nèi)徑需小于絲杠的外徑＝32.5mm,所以左端軸承內(nèi)徑選擇＝25mm；在選用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠時(shí)，右端軸承內(nèi)徑需小于絲杠的螺紋底徑＝27.3,所以右端軸承的內(nèi)徑選擇＝20mm，所以滾珠絲杠左端選用軸承25TAC62A，右端選用軸承20TAC47A。
軸承最大軸向載荷的計(jì)算： ＝Ft+ （3.17）
Ft—滾珠絲杠預(yù)拉伸力，F(xiàn)t＝3633.3(N)；
—滾珠絲杠最大軸向載荷，＝(N)；
所以，＝Ft+＝3633.3+463.8＝4097.1(N)
又因?yàn)檩S承的預(yù)緊力需大于最大軸向載荷的三分之一，即：
>＝ （3.18）
因?yàn)?＝＝×4097.1＝1365.7(N)，滾珠絲杠副兩端軸承的預(yù)緊力分別為3040N和2160N，均大于＝1365.7(N)，所以所選擇的軸承滿足要求。
3.4.10 滾珠絲杠副工作圖的設(shè)計(jì)
1. 滾珠絲杠螺紋長(zhǎng)度： （3.19）
Lu—有效行程，根據(jù)前面計(jì)算，Lu＝936mm
Le—余程，根據(jù)滾珠絲杠的導(dǎo)程查表得，Le＝40mm；
所以，＝936+2×40＝1016mm
2. 兩支承間距離： ＝ （3.20）
—左支承至左螺紋之間的距離，＝50mm；
—右支承至右螺紋之間的距離，＝37mm；
所以，＝＝1016+50+37＝1103mm
圖3.3 縱向滾珠絲杠副工作圖
3.4.11 滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇
1. 功率的計(jì)算：
（1）磨削功率：
=×V （3.21）
—最大磨削力，取=463.8N；
V—最大進(jìn)給速度，取V＝10m/min；
則 =463.8×10/60=0.08(kw)
（2）空載功率：
（3.22）
—空載狀態(tài)下滾珠絲杠所受的軸向力，＝275N；
—空載時(shí)進(jìn)給速度，＝20m/min;
則 ＝275×20/60＝0.09(kw)
（3）載荷附加功率：
（3.23）
—磨削功率；
—各級(jí)傳動(dòng)效率之積，考慮聯(lián)軸器、軸承與滾珠絲杠的傳動(dòng)效率，由于滾珠絲杠選擇三級(jí)精度，效率為0.9；滾動(dòng)軸承的效率為0.98；聯(lián)軸器的效率取0.92，所以，＝0.9×0.98×0.92＝0.81；
則 ＝＝0.02(kw)
電機(jī)總功率：＝0.08+0.09+0.02＝0.19(kw)
2. 電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
（1）最大動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩：
（3.24）
—理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩，即有預(yù)加載荷但沒(méi)有外載荷時(shí)，滾珠絲杠與螺母相對(duì)連續(xù)傳動(dòng)所需要的力矩，；
—?jiǎng)討B(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩公差；
所以，
（2）驅(qū)動(dòng)最大負(fù)載所需的扭矩：
（3.25）
F—滾珠絲杠所受的最大軸向力；
—滾珠絲杠導(dǎo)程；
—無(wú)預(yù)加載荷滾珠絲杠的效率，取＝0.9；
所以，
（3）支承軸承所需的啟動(dòng)扭矩：
（3.26）
、—滾珠絲杠兩端軸承的啟動(dòng)扭矩，＝0.15，＝0.2；
所以，
所以，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠所需的扭矩：
（3.27）
—傳動(dòng)比，由于電機(jī)直接與滾珠絲杠相連，1；
所以，；
，即
3. 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：
（1）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
（3.28）
m—工作臺(tái)、電磁吸盤(pán)及負(fù)載質(zhì)量；
—滾珠絲杠導(dǎo)程；
所以，＝＝0.002()
（2）滾珠絲杠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
（3.29）
—滾珠絲杠密度，＝；
—滾珠絲杠長(zhǎng)度，L=1.223(m)；
—滾珠絲杠公稱直徑，＝(m)；
所以，＝＝0.001
（3）聯(lián)軸器及鎖緊螺母等產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：查表可得
（4）驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠所需要的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[15]：
電機(jī)的額定扭矩簡(jiǎn)單估算符合公式：
（3.30）
即，
4. 電機(jī)的選擇：
選擇FANUC 4 /4000i電機(jī)[16]，電機(jī)各參數(shù)如下：
輸出功率：>0.19kw，符合要求；
扭矩：>3.11，符號(hào)要求；
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：，滿足0.0013<<0.0052，符合要求。
圖3.4 縱向進(jìn)給伺服電機(jī)
5. 伺服系統(tǒng)增益
本次設(shè)計(jì)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)系統(tǒng) 。交流伺服電機(jī)具備調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)緊湊、以及能在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)矩等良好的技術(shù)性能。與直流伺服電機(jī)相比有輸出功率高、重量輕、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、運(yùn)行平穩(wěn)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。并且電機(jī)軸上裝有高精度的脈沖編碼器作為檢測(cè)元件對(duì)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件進(jìn)行精密位置控制。由于系統(tǒng)只能補(bǔ)償反饋回路中的系統(tǒng)誤差，其定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便[15]。
通常系統(tǒng)增益k＝8～25，本次設(shè)計(jì)中取k＝20。伺服系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)t==s。
工作臺(tái)達(dá)到的最大加速度可由下式算出：
（3.31）
—電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，＝4；
—電機(jī)加速時(shí)需克服的總慣量，＝=0.0013+0.0014=0.0027；
—滾珠絲杠導(dǎo)程，＝10mm＝0.01m；
所以，＝23.6
伺服系統(tǒng)要求達(dá)到的最大加速度發(fā)生在系統(tǒng)處于時(shí)間常數(shù)t內(nèi)，工作臺(tái)的速度由最小增加到最大時(shí)：
（3.32）
—工作臺(tái)最大進(jìn)給速度，＝20m/s；
—系統(tǒng)增益，＝20；
所以，＝13.3，a>，因而按照加速能力選擇k＝20是合適的[17]。
3.4.12傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的計(jì)算
（3.33）
—拉壓剛度；
—軸向剛度；
—接觸剛度。
1. 拉伸剛度
（1）最小拉伸剛度：
（3.34）
—滾珠絲杠最小螺紋底徑，＝27.3mm；
—滾珠絲杠兩支承間的距離，＝1116mm；
所以，＝＝440.8
（2）最大拉伸剛度：
（3.35）
—滾珠絲杠最小螺紋底徑；
—滾珠絲杠兩支承間的距離；
—＝85+20+40+750+＝968；
所以，＝＝958
2. 軸向剛度
（3.36）
、—支承軸承的剛度，根據(jù)所選擇的軸承查表得＝1080，
＝760
所以，＝1080+760＝1840
3. 接觸剛度
（3.37）
—滾珠絲杠預(yù)緊力，＝154.6N；
—滾珠絲杠額定動(dòng)載荷，＝25700N；
—滾珠絲杠剛度，＝772；
所以，＝＝302.5
3.4.13 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的校核及滾珠絲杠副精度的選擇
1. 系統(tǒng)剛度的計(jì)算
根據(jù)公式（3.31）
2. 系統(tǒng)軸向剛度引起的誤差
（1）滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)軸向剛性引起的最大行程范圍內(nèi)的定位誤差：
（3.38）
—空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向載荷，＝275(N)；
、—最小系統(tǒng)剛度和最大系統(tǒng)剛度；
所以，＝0.3
（2） 滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)軸向剛性引起的正反向間隙：
（3.39）
—空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向載荷，＝275(N)；
—最小系統(tǒng)剛度；
所以，＝3.8
3. 滾珠絲杠精度的選擇
（3.40）
—滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)軸向剛性引起的最大行程范圍內(nèi)的定位誤差，＝0.3；
定位精度—機(jī)床全程定位精度為；
—滾珠絲杠任意300行程內(nèi)的行程變動(dòng)量，；
則，
所以，可以選擇3級(jí)精度
4. 滾珠絲杠副型號(hào)及具體尺寸的確定
滾珠絲杠類型：FFZD；基本導(dǎo)程：10mm；滾珠直徑：7.144mm；列數(shù)：3；
最小螺紋底徑：27.3mm；滾珠絲杠外徑：32.5mm；公稱直徑：32mm；
額定動(dòng)載荷：25.7KN；額定靜載荷：50.2KN；剛度：772；
所選擇的滾珠絲杠為：FFZD3210-3-P3/1016×1194
3.4.14 滾珠絲杠副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)
（3.41）
——滾珠絲杠副的最大受壓長(zhǎng)度，=968mm；
——安全系數(shù)，水平安裝 =；
——支承系數(shù)，=4；
所以，=4 =(N)=463.8(N)
3.4.15 滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速校驗(yàn)
滾珠絲杠副轉(zhuǎn)速過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生共振，影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，損壞機(jī)器，為確保不發(fā)生共振，應(yīng)計(jì)算所允許的最高轉(zhuǎn)速：
= （3.42）
——與支承有關(guān)的系數(shù)，取21.9；
——與支承有關(guān)的系數(shù)，取4.730；
——臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度，＝968；
——螺紋底徑，＝27.9；
所以，＝＝6380.5(r/min)
因?qū)嶋H最大轉(zhuǎn)速為2000，小于滾珠絲杠的極限轉(zhuǎn)速，因此符合要求。
3.4.16 滾珠絲杠副值校驗(yàn)
（3.43）
—滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑，＝34.444；
—滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速，本次設(shè)計(jì)式中所選用的值為：2000；
則： 34.444200068888
因此所選用的絲杠符合要求。
3.4.17 基本軸向額定靜載荷校核
（3.44）
—滾珠絲杠副的基本軸向額定載荷（N）；
—靜態(tài)安全系數(shù)，普通載荷，?。?；
—最大軸向載荷（N）；
本次設(shè)計(jì)式中所選用的值為：
=2×463.8=927.6（N）＝50200（N）
3.4.18 聯(lián)軸器的選擇
1. 聯(lián)軸器的選擇
由于縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)在加工中正反轉(zhuǎn)變化較多，啟動(dòng)頻繁，所以選用撓性聯(lián)軸器中的彈性套柱銷聯(lián)軸器。彈性套柱銷聯(lián)軸器還具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移和一般減振、緩沖、電絕緣性能等，且外形尺寸小，重量較輕，承載能力大，所要求的安裝精度也較高。
所選擇的聯(lián)軸器型號(hào)為L(zhǎng)T2 GB/T4323-1984，如圖3.5所示[18]。
主動(dòng)端：J型軸孔，C型鍵槽，，；
從動(dòng)端：Y型軸孔，B型鍵槽，，。
圖3.5 縱向聯(lián)軸器
2. 聯(lián)軸器的校核
（1）校核最大轉(zhuǎn)速
n≤ （3.45）
n—被聯(lián)接軸即滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速，n=2000r/min；
—聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速，＝5500r/min；
n<，所以所選的聯(lián)軸器符合轉(zhuǎn)速要求
（2）校核聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩
（3.46）
—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)動(dòng)載荷和運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過(guò)載現(xiàn)象，一般按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩；
—聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩，=16；
（3.47）
—工作情況系數(shù)，因轉(zhuǎn)矩變化相對(duì)較小，所以=1.5；
—公稱轉(zhuǎn)矩，且，P為電機(jī)功率為0.19KW，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速2000 r/min，所以==0.9；