数控抛光机设计Word文件下载.docx

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数控化的抛光机还可以解决用户过去因工件形状复杂难以达到抛光要求这一难题。

并且缩短了抛光时间提高了工作效率。

采用该工具进行抛光，可快速对粗糙表面整形抛光，不受工件形状、材料硬度限制，对原始表面粗糙度没有要求，功效比较高。

1.2数控抛光技术的发展状况

（1）目前，美国亚里桑那大学的光学中心，已基本上用计算机数控研磨抛光加工技术取代了传统的手工研磨抛光加工非球面光学零件。

（2）80年代末，日本研制出了的超精密数控范成法研磨机，使用该研磨机加工出的光学零件，其面形精度达到了0.08μm，表面粗糙度的均方根值为0.2nm。

若用沥青抛光模进行加工，表面粗糙度的均方根值能达到0.035nm。

最近，日本采用门型机械加工中心，使用4000#～8000#铸铁丝结合金刚石砂轮，利用ELID（在线电解修正法）磨削法，磨削BK-7光学玻璃，所获得的非球面的面形精度为1μm，表面粗糙度为43nmRmax。

（3）德国的计算机数控研磨抛光技术很快。

Loh公司生产的CNCSPM50和120研磨抛光机，不仅可以粗、精磨球面光学零件，而且还可以粗、精磨非球面光学零件。

施耐德（SCHEIDER）光学机械公司90年代末制造的ALG100型计算机数控非球面磨床和ALP100型计算机数控非球面抛光机，可以高效率地进行非球面光学零件的生产。

针对产品制造中的研磨抛光工序和高速数控机床在制造业中的广泛应用，以及手工抛光的缺点和未来抛光技术发展的方向。

在指导教师房晓东老师的指导和建议下，在普通机床立式坐标镗床的基础上进行数控抛光机床设计。

第二章数控抛光机的总体设计

抛光机的总体设计是抛光机设计的关键环节，对机床的技术性能和经济性能指标起着决定性作用。

抛光机的总体设计是根据设计要求，通过调查研究，检索资料，掌握抛光机设计的依据；

然后进行工艺分析，拟订出性能先进，经济性好的工艺方案；

工艺分析只确定零件的加工方法，以及要获得的零件需求应具有的运动。

如何实现这些运动，有哪几个部件产生运动以及怎样产生所需的运动，工件是立式加工还是卧式加工，运动控制、抛光机的控制位置等，将是总体布局所要解决的问题。

2.1工艺分析

大批量加工，零件为非球形曲面凹形工件，需要对工件的内表面进行抛光，所需要的运动为三坐标的相关联运动。

（即三轴联动的数控抛光机）。

为了适应机械行业的发展趋势，提高机床的自动化程度，减少一般工厂中工人的劳动量，改善工人的工作环境。

在数控抛光记的设计中特应用简单的数字控制系统。

就实际情况分析，一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要精密的数控系统，但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难，而且实现起来相当复杂，设备比较庞大。

然而这些问题可以在一个简单的数控系统中很容易地得到很好的解决。

随着微型计算机系统的发展，性能的不断提高，大范围的应用普及，应用一个简单的数控系统来完成一般的工作，在一般的小型工厂中足可以实现。

所以我们采用了如下的设计方案：

进给系统采用步进电动机——数字控制，滚珠丝杠，双螺母垫片调整间隙，导轨副采用直线滚动导轨副。

上述方案的提出，我综合考虑了以下内容：

1.步进电动机具有以下优点：

控制系统简单，工作可靠，成本低，控制性能好，在一定的频率下，能按控制频率的要求快速启动、停止和反转。

控制输入脉冲频率，电动机的转速就随之改变。

并可在很宽的范围内平滑调节，是开环控制系统的理想元件。

2.滚珠丝杠副传动的优点：

传动效率高，摩擦损失小，其功率消耗只相当于常规丝杠螺母副。

给予适当预紧,可消除丝杠和螺母的螺纹间隙反向可消除空程死区，定位精度高，刚性好。

启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。

磨损小，使用寿命长，精度保持性好。

3．双螺母-垫片调整间隙并预紧，该方式结构紧凑，调整方便。

4．直线滚动导轨副的优点：

摩擦系数小和动、静摩擦系数很接近。

因此，动作轻便，摩擦力小，摩擦发热少，磨损小，可避免出现爬行有较高的定位精度。

如果采用滑动导轨其接触刚度较小，但是摩擦阻力大，磨损快，动静摩擦系数差别大，而且低速时易产生爬行现象。

应此不采用滑动导轨副而采用直线滚动导轨副。

2.2总体布局

抛光机要有纵向、横向、垂直方向的运动和抛光头的旋转运动。

各运动的动力源均采用步进电动机驱动，以便于实现联动控制。

纵向、横向和垂直方向均采用滚珠丝杠螺母将旋转运动转变为直线运动。

分配抛光机的运动：

工件为中小型工件，工件的纵向、横向运动和垂直运动由滚动导轨带动工作台实现；

抛光头的旋转运动由主轴实现，这样基本可以均匀分配运动，使每个运动件减小重量，降低惯性，需要的驱动力就小，传动机构体积小，一般说来制造成本就低；

选用的电动机和丝杠螺母就相对普通，便于购置。

工作台的结构简单，有利于提高运动精度、刚度和加工工件的精度。

机床形式：

机床形式是指主运动执行件的状态，支撑形式是指支撑件的形状，支撑件高度方向尺寸小于长度方向尺寸时称为卧式支撑；

支撑件的高度方向尺寸大于长度方向尺寸时称为立式支撑。

数控抛光机采用立式机床形式和立式支撑形式。

这种结构占地面积小，机床的操作比较灵活。

适用于加工箱形零件。

抛光机的总体布局：

图2-1.抛光机布局形式

图2-2.抛光机布局形式

图2-1布局：

主电动机和主轴部分传动机构均随主轴箱上下运动，无相对移动环节，传动机构布置较方便，并易于实现主轴箱机动上下移动。

立柱导轨位于立柱中间，加工较困难。

主轴箱和主电动机等较重，上下移动不便。

图2-2布局：

仅主轴箱上下移动，移动部件轻视用于较大尺寸的机床。

单立柱式结构简单，制造较方便，便于操作。

考虑到机床的加工范围、生产率、加工精度和经济性等多方面因素，选用图2-1布局。

2.3提高抛光机动刚度

2.3.1减小热变形

抛光机工作时受到外部热源的影响，如：

电动机和环境温度等，以及内部热源的影响，如：

摩擦热、切削热等，使机床各部分温度发生变化。

热源在机床上分布不均，且产生的热量不同。

自然会导致机床各部分不同的温升。

由于不同的金属材料具有不同的热膨胀系数，造成机床各部分变形不一，产生机床热变形。

使机床机工精度降低，运动部件磨损加快。

减少热变形最简单有效的方法是隔离热源。

在抛光机结构设计时，将电动机和主机分离主轴电机位于主体上方，利于散热，加强空气流通，改善环境温度等。

2.3.2降低噪音

机床振动时噪音源，主要是：

（1）滚动轴承及其他传动零件的振动、摩擦等造成的机械噪声。

（2）电动机风扇、转子旋转搅动空气形成的空气噪音。

（3）电动机定子内磁滞伸缩产生的电磁噪音。

在数控抛光机设计中采用的降低噪音的措施：

缩短传动链，减少传动件的个数，选用的电机合理，尽量减少电动机因驱动载荷的变化代来的噪音。

2.4造型设计

机床的造型必须和功能相适应，功能决定造型，造型表现功能。

数控抛光机造型总的原则是经济实用，自动化程度高，美观大方。

数控抛光机外观造型整体统一，均衡稳定，比例协调。

部件的形体采用小圆角过渡的棱柱体造型。

2.5主要技术参数的确定

2.5.1尺寸参数

抛光机主要技术参数包括主参数和基本参数。

主参数是机床参数中最主要的。

它必须满足以下要求：

（1）直接反映出抛光机的加工能力和特性；

（2）决定其他基本参数值的大小；

（3）作为机床设计的出发点；

（4）作为用户选用机床的主要依据。

2.5.1.1主要尺寸参数（主参数）的确定

抛光机的主参数主要决定于加工工件的尺寸。

依据设计任务和设计要求确定抛光机的主参数为：

工作台工作面尺寸300X480mm。

2.5.1.2其他尺寸参数的确定

其他尺寸为抛光机的第二主参数，它是与工、夹、量具标准化和机床结构的相关参数，它根据主参数来确定。

工作台最大移动距离x向600mm,y向400mm,主轴箱移动（z向）230mm。

导轨长度Lx：

1000mm，Ly：

560mm,Lz:

360mm。

第三章数控抛光机的设计计算

X向移动系统的设计计算已知条件：

移动部件的重量：

G=800kg=8kN，时间常数：

T=25ms，滚珠丝杠基本导程：

L0=5mm，行程：

S=500mm，脉冲当量：

δp=0.0125mm/step，步距角：

/step快速进给速度：

=5m/min。

3.1步进电动机的选择

3.1.1步进电动机的工作原理及特点

步进电机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。

每接受一个电脉冲，在驱动电源的作用下，步进电动机转子就转过一个相应的步距角。

转子角位移的大小及速度分别与输入的控制电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向，所以用微机很容易实现步进电机的开环数字控制。

步进电机的工作原理为：

假定转子具有均匀分布的四个齿，尺宽及间距一致，故齿距为3600/4=900，三对磁极上的齿（亦即齿距）亦为900均布，但在圆周方向一次错过1/3齿距。

如果先将电脉冲夹道U相励磁绕组，定子U相磁极就产生磁通，并对转子产生磁吸力，使转子离U相磁极最近的两个齿与定子的U相磁极对齐，V磁极上的齿相对于转子齿在逆时针方向错过了300，W磁极上的齿将错过600。

当U相断电，在将电脉冲电流通入V相励磁绕组，在磁吸力的作用下，使转子与V相磁极靠的最近的另两个齿与定子的V相磁极对齐，转子眼逆时针方向转过300角，这个角度就叫步距角。

步进电动机的步距角越小，意味着所能达到的位置控制精度越高。

根据上述工作原理，步进电动机有下列特点：

1．步进电动机受数字脉冲信号控制，输出角位移与输入脉冲数成正比，即θ=N

式中θ电动机转过的角度（0）

N控制脉冲数

　　　步距角（0）。

2．步进电动机的转速与输入脉冲数成正比。

3．步进电动机的转向可以通过改变通电顺序来改变。

4．步进电动机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电，电动机就可以保持在该固定位置。

5．步进电动机工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流大小与波形的变化、温度等）影响，只要干扰未引起步进电动机产生“丢步”，就不会影响其正常工作。

6．步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现积累误差，但转子转过一转以后，其积累误差为“零”，不会长期积累。

7．易于直接与微机