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畢業(yè)設計開題報告
題目 MK7120型精密數(shù)控磨床砂輪架
及垂直進給機構和立柱設計
姓名 赫榮玉
學院 機電工程學院
專業(yè) 機械設計制造及其自動化
學號 1103010124
指導老師 鄧朝暉
二〇一五 年 三 月 十八 日
湖南科技大學 2015 屆畢業(yè)設計（論文）開題報告
題 目
MK7120型精密數(shù)控平面磨床砂輪架及垂直進給機構和立柱設計
作者姓名
赫榮玉
學號
1103010124
所學專業(yè)
機械設計制造及其自動化
1、 研究的意義，同類研究工作的國內外現(xiàn)狀
（1）國內外現(xiàn)狀：
據(jù)1997年歐洲機床展覽會（EMO）的調查數(shù)據(jù)表明，25%的企業(yè)認為磨削是他們應用的最主要的加工技術，車削只占23%，鉆削占22%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機床的比例高達42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%。由此可見，在精密加工當中，有許多零部件是通過精密磨削來達到其要求的，而精密磨削加工要在相應的精密磨床上進行，因此精密磨床在精密加工中占有舉足輕重的作用。
50年代初我國開始生產液壓傳動的平面磨床。在上海機床廠首先制造了磨頭移動式臥軸矩臺平面磨床372B后, 杭州機床廠、天津市機床廠相繼制造了平面磨床。到目前為止已有28 家工廠生產平面磨床。平面磨床的型式發(fā)展成拖板移動式、立柱移動式和磨頭移動式等三種型式。
平面磨床的類型及結構特點分析：
系號 結構形式 精度及性能 貫標情況 備注
1 拖板移動 好 容易達到 結構限制，做不了大規(guī)格機床
2 立柱移動 好 容易達到 由廠家做，產量相對較小
3 龍門式 最好 完全貫標 產量在逐年增加
4 磨頭移動 較好 不易達到 由于磨頭移動產生變形精度不易保證，但市場產量最大
國內生產的磨頭移動式平面磨床一般都是普通級精度, 規(guī)格較少, 各制造廠往往只生產一種或二種規(guī)格, 都不形成系列產品。磨頭移動式平面磨床具有工藝簡單,加工裝配方便等優(yōu)點, 使用最廣泛, 國內生產量最大的M7120A、M7130平面磨床就是這種型式。國外各工業(yè)發(fā)達國家都有磨頭移動式平面磨床的制造廠。例如美國Thompson公司、英國Snow 公司、西德Abe公司、意大利Favretto公司、Minini 主公司、Camut公司、Alpa 公司。這些公司生產的平面磨床都形成系列產品, 規(guī)格從小到大, 品種從普通平面磨床到CNC 成形磨床。許多廠商把臥軸矩臺平面磨床的設計擴大到臥軸圓臺平面磨床, 使品種規(guī)格成倍增長。磨床的工作精度相當于我國精密級平面磨床的精度。由此可見, 國外公司在平面磨床系列設計方面的效果, 值得我們重視。當前世界上意大利生產磨頭移動式平面磨床的公司最多, 各公司的技術水平不相上下。國內北京、上海、天津、寧夏等地已有這些公司的產品, 用戶普遍反映質量與性能較好, 機床規(guī)格也能滿足各類用戶的要求,意大利Favretto公司的平面磨床系列更新設計的概況如下, 可能對我們在平面磨床的設計制造方面有所啟示。
70年代臥軸矩臺平面磨床
1、總體布局
磨頭移動式臥軸矩臺平面磨床的總體布局有二種。
1）、磨頭拖板在立柱的側面。這種型式由于制造工藝及裝配簡單，使用最廣泛。我們大家熟知的M7120A、M7130 平面磨床就是這種型式。缺點是磨頭和拖板在立柱側面，顛覆力矩較大， 因此磨頭垂直進給靈敏較差, 微量進給較難達到。
2）、 磨頭拖板在立柱的中間。這種型式消除了拖板磨頭對立柱的顛履力矩，對提高磨頭垂直進給靈敏度較有利。按照立住結構的不同，又可分為單立柱和雙立柱二種。單立柱的立柱和拖板加工工藝復雜，裝配方便。雙立柱的立柱加工方便些，裝配工藝復雜。
2、床身
為使床身有足夠的剛度以保持機床精度穩(wěn)定。這些系列平面磨床的前后床身鑄造成一體,后床身居中間，上面安裝立柱前床身中間安裝液壓部件, 底部作為油池貯油。后床身對稱加寬處內部作為冷卻液池。利用冷卻液帶走部分油池熱量, 減小冷卻液和油池油液的溫差。為了減少熱變形和降低油溫, 床身較長的機床都安裝散熱器。
3、 工作臺
工作臺底部有平及V形導軌與前床身的導軌配合。導軌都經過刮削。工作臺移動由安裝在床身上的油缸帶動。工作臺頂面為安裝電磁吸盤和夾具的基準面。工作面工作臺寬度是最大磨削寬度減去砂輪寬度。這與國內的設計完全不同。國內的磨床一般的工作臺寬度與最大磨削寬度相同。
4、 立柱、拖板
立柱是磨頭隨拖板做垂直運動的基礎，在負載情況下應保證精度穩(wěn)定。TA、TB、TO、TD平面磨床的立柱采用箱型截面的鑄鐵件。兩側壁用雙層壁結構以加強剛度。拖板是一個相當復雜的鑄件,其形狀相當于字母“T”, 其上有兩組相互垂直的導軌。方形導軌與立往導軌相互配合, 能沿著立柱導軌作垂直上下移動。橫向燕尾形導軌與磨頭體殼導軌相配合, 使磨頭能沿著拖板燕尾形導軌作橫向移動。這兩組導軌應相互垂直。拖板內安裝橫進給機構及作橫向移動的油缸。拖板的燕尾形導軌加工工藝復雜,需要配備專用機床銑削和磨削,這種結構加工工時長,效率低。
5、橫進給機構
橫進給機構安裝在拖板上部, 其功能是使磨頭作自動橫向連續(xù)進給、自動橫向斷續(xù)進給和手動橫向進給。自動橫向進給時由油缸傳動。
6、 垂直進給機構
垂直進給機構安裝在床身前端面左面。轉動手輪通過蝸桿斜齒輪傳到絲焊螺母使磨頭上升下降。快速升降是作為特殊附件供應的。在手輪軸中間加一套蝸桿斜齒輪接上快速電機可以進行快速升降運動。自動垂直進給是通過液壓油缸推桿帶動棘輪棘爪進行的, 用手柄通過凸輪推動棘輪棘爪實現(xiàn)手動微量垂直進給。
80年代臥軸矩臺平面磨床
從機床外形圖看, 外形整齊, 線條清晰。立柱在床身左側, 拖板和磨頭側掛在立柱側面, 沿著立柱的垂直導軌上下移動。磨頭可沿著拖板燕尾形導軌作橫向移動。工作臺安裝在床身導軌上, 由二只柱塞式油缸拖動作縱向運動。工作臺兩端有折疊式防護罩以保護床身導軌。機床的操作手輪, 手鈕都安裝在正前方，操作很方便。床身右端安置冷卻水箱和磁性過濾裝置。床身左端安裝電磁工作臺的控制器。電氣控制柜安裝在立柱右側面。油泵和液壓系統(tǒng)裝置安裝在獨立油箱頂部, 油箱被安放在后床身后面。
床身為鑄件, 箱形結構, 形狀如“T” 字。床身頂端有一V 一平的導軌。在導軌頂面上鑄有油坑。油坑里可安裝油環(huán), 油環(huán)用耐磨塑料做成,中間以彈簧片支承, 平時油環(huán)端面高出導軌面約0.5mm, 當工作臺導軌在其端面上擦過時,使油環(huán)旋轉并把潤滑油涂到導軌面上。
立柱也為一個箱形結構, 其上的垂直導軌為矩形。其特點是立柱的導軌把拖板的導軌包圍住，而引成立柱體積大于拖板的體積，使立柱本身的剛性大大增加。立柱與拖板結合的滑動導軌位于立柱中心線的一側, 移動拖板上下滑動的絲桿也位于同一側。這種設計的優(yōu)點是當磨頭在拖板燕尾導軌上作橫向移動時, 其重心始終在立柱導軌跨距間來回移動,由于立柱剛性好，因而提高了橫向移動的精度。
拖板是磨頭移動式平面磨床的主要鑄件。其上有二組導軌, 一組作為磨頭垂直移動用, 另一組作為磨頭橫向移動用, 這二組導軌相互垂直。
另外，隨著電子信息技術的快速發(fā)展，世界磨床行業(yè)已經邁入了以數(shù)字化制造技術為一體的機電一體化時代，數(shù)控磨床就是其代表作品之一。
我國數(shù)控磨床起步較晚，起源于上世紀80年代，經過了30年的跌宕起伏式發(fā)展，已經由成長期邁入成熟期。數(shù)控磨床作為制造業(yè)的加工母機主要應用于航天工業(yè)、造船工業(yè)、汽車制造業(yè)、兵器制造業(yè)等。
目前我國正處于工業(yè)化中期，汽車、鋼鐵、機械、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎的高增長行業(yè)發(fā)展勢頭強勁，未來磨床市場特別是數(shù)控磨床市場需求旺盛。2010年，數(shù)控磨床全年產量239萬臺，同比增長56%，2005-2010年間數(shù)控磨床年均增長率為30.2%，行業(yè)增長迅速。
（2）研究意義：
行業(yè)規(guī)模不斷擴大，國產高檔數(shù)控磨床明顯進步，中高檔產品取得重大突破，我國數(shù)控磨床整體水平全面提升。產業(yè)的快速發(fā)展，問題也隨之而來：1、數(shù)控化水平較低。目前生產值數(shù)控化率不到30%，消耗值數(shù)控化率還不到50%，而發(fā)達國家則在70%左右，高檔次的數(shù)控磨床配套部件只能靠進口；2、功能部件生產發(fā)展緩慢。功能部件性能好壞直接影響著數(shù)控磨床整體的技術水平與性能，制約著主機的發(fā)展速度，其發(fā)展狀況與磨床市場競爭能力密切相關。目前我國功能部件企業(yè)發(fā)展十分滯后；3、產品結構水平偏低。從行業(yè)總體上來看，產業(yè)規(guī)模雖然很大，但產品仍處于全球產業(yè)鏈的中低端，國內市場需求與行業(yè)供給能力不適應，進口磨床大量進入國內市場。
所以本次設計研究有以下意義：(1)了解數(shù)控平面磨床的結構、特點及功能部件；(2)提高數(shù)控磨床結構性能；(3)培養(yǎng)學生的自主設計能力。
2、 研究目標、內容和擬解決的關鍵問題（根據(jù)任務要求進一步具體化）
（1）研究目標：
設計一臺精密數(shù)控平面磨床，用砂輪周邊磨削平面，也可以磨削臺階平面。用于機械制造業(yè)及工具模具制造行業(yè)，能加工各種難加工材料。
（2）研究設計的主要內容：
1、 磨床總體布局設計；
2、 砂輪架設計計算，繪制砂輪架機械結構裝配圖；
3、砂輪架垂直進給機構的設計，伺服電機和滾珠絲杠副設計計算，垂直進給機構結構裝配圖，繪制相關零件圖；
4、磨床立柱設計；
5、磨床數(shù)控系統(tǒng)設計和選用；
6、翻譯指定的英文專業(yè)文獻；
7、撰寫畢業(yè)設計論文。
（3）擬解決的關鍵問題：
MK7120精密數(shù)控平面磨床垂直進給機構的設計，其中包括進給系統(tǒng)中滾珠絲杠副及伺服電機的設計計算，進給機構裝配圖及相關零件圖的繪制以及其數(shù)控系統(tǒng)的設計、選用、硬件線路圖的繪制。
3、 擬采取的研究方法、步驟、技術路線
擬采取的研究方法（或技術路線）：
1． 在指導教師的安排下到湘潭三峰數(shù)控機床有限公司進行參觀認識實習，對精密數(shù)控平面磨床的結構有初步認識；
2． 收集、查閱各種文獻資料，了解數(shù)控平面磨床的整體布局及進給系統(tǒng)，進行精密數(shù)控磨床整體布局的設計；
3． 運動形式設計后，進行砂輪架垂直進給機構的設計，伺服電機和滾珠絲杠副設計計算，垂直進給機構結構裝配圖，繪制相關零件圖；
4． 查閱手冊，翻譯、參考英文文獻進行設計計算，用Auto CAD軟件繪制進給系統(tǒng)的裝配圖、零件圖及數(shù)控系統(tǒng)的硬件連線圖；
5． 設計中遇到的疑點、難點問題通過廣泛查閱文獻資料或與組內同學相互討論以及實地考察來解決。
4、 擬使用的主要設計、分析軟件及儀器設備
CAD、Pro/E繪圖軟件
5、參考文獻
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[2]、毛謙德 李振清、袖珍機械設計師手冊、第1版、北京、機械工業(yè)出版社、1994.09、1526
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[4]、李文建、數(shù)控平面磨床發(fā)展簡述、伺服控制、2008、07:48-52
[5]、秦慶輝、數(shù)控龍門平面、導軌磨床研發(fā)與產業(yè)化、2009海峽兩岸機械科技論壇論文集、2009:886-896