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開 題 報 告
一、 課題介紹
近些年來，隨著機械工業(yè)在我國的迅猛發(fā)展，被稱為工作“母機”的金屬切削機床也有了前所未有的進步。2003年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數(shù)控機床進口國。磨床是機械加工后道工序的關(guān)鍵設(shè)備。車、銑、刨、鏜床等金切機床上難以加工的淬硬材料和難加工材料或達不到精度要求的機械零件都在磨床上加工。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會進步，機械產(chǎn)品的加工精度越來越高，表面粗糙度越來越低， 使得磨床在國民經(jīng)濟各部門的作用越來越大。因而專用于導(dǎo)軌和平面加工的導(dǎo)軌磨床的需求量越來越大。而且， 國內(nèi)外實踐證明，用磨削方法加工的導(dǎo)軌表面，在工作中能很好形成油膜，耐磨性亦比刮研的導(dǎo)軌面高， 況且磨削加工機床導(dǎo)軌面比刮研的方法生產(chǎn)率要高。盡管近年來國內(nèi)的導(dǎo)軌磨床有了較大的發(fā)展，但與國外設(shè)計、生產(chǎn)的先進的導(dǎo)軌磨床相比尚有很大的差距，特別是在精度和自動化方面，從而導(dǎo)致每年必須進口相當(dāng)數(shù)量的數(shù)控導(dǎo)軌磨床。由此可見，加大力度設(shè)計和研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控導(dǎo)軌磨床是必要的也是必須的。下面首先簡單介紹一下國內(nèi)外數(shù)控導(dǎo)軌磨床的發(fā)展情況。
課題名稱：數(shù)控導(dǎo)軌磨床設(shè)計
課題背景：
目前，在國際上德國、日本和瑞典的機床制造水平最高。其中德國、瑞典在制造精度方面處于領(lǐng)先地位，日本則在產(chǎn)量和自動化方面占有優(yōu)勢。在諸多龍門導(dǎo)軌磨床制造廠之中， 以德國瓦德利希·柯堡(Waldrich Coburg)公司水平最高。該公司從70年代開始發(fā)展數(shù)控導(dǎo)軌磨床。近年來在S系列的基礎(chǔ)上， 相繼開發(fā)了SPS系列部分自動華化龍門導(dǎo)軌磨床、SNC系列全自動導(dǎo)軌磨床和SZ系列超級自動化的磨削中心。SPS 系列磨床采用Siemens 810M 數(shù)控系統(tǒng)， 控制萬能磨頭垂直(z軸)和水平(y軸)運動， 以及萬能磨頭在垂直平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)運動( 軸)； 控制周邊磨頭的垂直( 軸)和水平軸 軸)的運動。SNC系列壘自動導(dǎo)軌磨床采用Siemens 850M或880M 的數(shù)控系統(tǒng)。除少數(shù)監(jiān)督功能外， 自動完成全部磨削加工， 開發(fā)了導(dǎo)軌磨床的專用軟件， 其最多控制軸可達l1軸。SZ系列超級自動他磨削中心，采用Siemens 850或880M 數(shù)控系統(tǒng)， 橫粱固定， 用一個萬能磨頭， 其功率可達l 8．5kW 和22kW。垂直拖板的行程可達l250mm。裝備有砂輪庫， 可自動換砂輪和砂輪罩殼， 具有雙工作臺驅(qū)動， 以提高機床的生產(chǎn)效率。除裝卸工件外， 機床自動完成全部磨削加工。包括砂輪的自動修正和補償， 按NC要求進行砂輪的動平衡， 磨頭主軸的自動定位，按NC要求實現(xiàn)機床的磨削自動工作循環(huán)。
盡管近年來國內(nèi)的導(dǎo)軌磨床有了較大的發(fā)展，但與國外設(shè)計、生產(chǎn)的先進的導(dǎo)軌磨床相比尚有很大的差距。主要體現(xiàn)在下列幾個方面：1．裝備方面機床精度，切削效率，自動化程度， 吸塵防護以及操作性能與國外有關(guān)資料介紹的還有很大差距。另外， 機床的一些基礎(chǔ)件， 如各種液壓、氣動聞，電子元件等可靠性不好， 從而影響了整機的性能。特別是：機床關(guān)鍵零部件，如導(dǎo)軌，箱體件，齒輪副，絲杠，軸等的加工工藝與國外相比還很落后，不能滿足高精密機床的要求。2．加工方面國內(nèi)生產(chǎn)的導(dǎo)軌磨床的磨削精度， 表面粗糙度， 表面波紋度等與國外先進水平相比尚存在一定差距。特別是：對于導(dǎo)軌磨床這種精密機床來說， 加工工件表面的波紋度越來越引起有關(guān)人士的關(guān)注。盡管近年來國內(nèi)許多專家，學(xué)者進行了這方面的研究， 但至今還沒有一個統(tǒng)一的評價波紋度的標準及相應(yīng)的測試手段和測試議器、3．測量方面：與國外先進水平相比， 國內(nèi)在對用導(dǎo)軌磨床加工好的導(dǎo)軌副的測量技術(shù)也是落后的。國外普遍在生產(chǎn)車間直接采用精密測量設(shè)備來測量機床導(dǎo)軌，如激光測最儀，電子水平儀， 電子千分尺 三坐標測量機等。而國內(nèi)對于導(dǎo)軌副的測量還沒有普遍采用自動測量。目前國內(nèi)數(shù)控導(dǎo)軌磨床的主要生產(chǎn)廠家有：上海重型機床廠、杭州機床集團、長春第一機床廠等。
工作內(nèi)容和要求：
主要內(nèi)容:
設(shè)計數(shù)控導(dǎo)軌磨床MM5216的總布置圖、周邊磨頭部件圖、關(guān)鍵零件圖、電氣控制原理圖。
設(shè)計工作量
1. 設(shè)計圖量：A0 4張，其中
總布置圖 A0 1張
周邊磨頭部件圖 A0 1張
關(guān)鍵零件圖折合 A0 1張
電氣控制原理圖 A01張
2．設(shè)計說明書2.5萬字以上
3．英文翻譯5000漢字
4．編程語句100句以上
課題的重點和難點：
結(jié)構(gòu)設(shè)計:
導(dǎo)軌磨床整體采用雙柱式龍門框架結(jié)構(gòu)，由床身、工作臺、立柱、橫梁、滑板、磨頭等主要部件組成。床身浮置于地基之上，磨削受熱之后，可以在水平方向內(nèi)自由伸縮，從而提高了工件在垂直方向的直線度。
其次，工作臺與立柱之間采用分離型結(jié)構(gòu)，以減小工作臺由于熱變形而對立柱、橫梁的影響，提高了磨頭的運動精度。
另外，床身、工作臺為雙V型自定位導(dǎo)軌，使工作臺在運動中受到對稱摩擦力，消除了一V一平導(dǎo)軌由于摩擦不對稱而產(chǎn)生的彎曲和震動，提高了工作臺運動的直線性，工作臺導(dǎo)軌表面貼塑。其特點是摩擦因數(shù)小，耗能低；動靜摩擦因數(shù)接近，低速運動平穩(wěn)性好；阻尼特性好，能吸收振動，抗陣性好，有自身潤滑作用，沒有潤滑油也能正常工作，使用壽命長；結(jié)構(gòu)簡單，維護修理方便，磨損后容易更換，經(jīng)濟性好。工作臺上的一條V型導(dǎo)軌體與其底部用螺釘緊固，另一條V型導(dǎo)軌體2用橫向鍵1與其保持橫向滑動定位，稱為自位導(dǎo)軌，由于這一條V型導(dǎo)軌體是橫向可浮動的，工作臺和床身配合的二個V型導(dǎo)軌中心距能自動修正，補償由導(dǎo)軌副運動摩擦發(fā)熱而引起的中心距變化。工作臺的縱向進給由液壓系統(tǒng)來控制。
MM52160的橫梁固定在立柱上，磨頭的橫向進給由橫梁絲杠帶動水平滑板運動來完成；磨頭的垂直進給則由垂直滑板與水平滑板之間的絲杠螺母副來傳遞運動。磨頭的水平及垂直運動均采用滾動導(dǎo)軌，以消除爬行， 導(dǎo)軌體為淬硬鋼條，提高壽命和精度保持性。周邊磨頭主軸只在水平位置上工作，特點是功率大，精度高，能獲得較高的表面光潔度。主軸軸承結(jié)構(gòu)采用液體靜壓軸承，具有較高的主軸回轉(zhuǎn)精度。
控制系統(tǒng)設(shè)計：
導(dǎo)軌磨床的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計是一個很復(fù)雜的工程，這里僅對其兩個磨頭的水平和垂直進給控制系統(tǒng)進行簡單原理設(shè)計。根據(jù)加工工藝需要，周邊磨頭有五種進給方式：快速移動、慢速移動、周期進給、連續(xù)進給以及微量進給；萬能磨頭有三種進給方式快速移動、慢速移動和微量進給。但周邊磨頭和萬能磨頭不能夠同時工作，因此可以只用一個步進電機，通過電磁離合器來選擇需要控制的磨頭，用單片機控制步進電機，同時通過位移和速度傳感器將磨頭的工作狀態(tài)反饋給單片機，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
周邊和萬能磨頭的主電機選用可變頻調(diào)速的三項異步電機，通過變頻器來實現(xiàn)速度變化的調(diào)節(jié)。液體靜壓導(dǎo)軌、液體靜壓潤滑軸承及工作臺縱向移動均采用液壓系統(tǒng)來控制。
可能用到的主要知識和技能：
磨削原理及磨削變形對加工精度的影響，零件、材料強度、剛度、穩(wěn)定性的計算，液壓原理及相關(guān)計算，機床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、機床進給系統(tǒng)設(shè)計、機械零部件設(shè)計以及機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計等。同時，需要有一定的計算機繪圖能力。
需要自學(xué)的知識和技能：
單片機原理及接口技術(shù)；伺服電機、步進電機的技術(shù)參數(shù)及選擇方法；機械精度設(shè)計以及導(dǎo)軌磨床常用結(jié)構(gòu)等。
二、 工作計劃
2005.9-2006.2 學(xué)習(xí)指定的選修課程，查閱文獻資料，翻譯外文資料。
2006.3.20-2006.3.27 畢業(yè)實習(xí)，理解課題的關(guān)鍵技術(shù)，查閱相關(guān)資料。
2006.3.28-2006.4.18 總布置圖設(shè)計，確定各關(guān)鍵參數(shù)。
2006.4.19-2006.5.19 周邊磨頭部件裝配圖設(shè)計
2006.5.20-2006.6.10 電氣控制原理圖設(shè)計，零件圖設(shè)計。
2006.6.11-2006.6.20 撰寫設(shè)計說明書，準備答辯，答辯。
三、 參考文獻
1．磨床設(shè)計
2．機床設(shè)計手冊
3．?dāng)?shù)控機床
4．機電一體化設(shè)計手冊
5．機電傳動與控制
6．單片機原理及應(yīng)用
7．步進電機、伺服電機產(chǎn)品說明書
8．液壓傳動與控制
9. 機械零件設(shè)計手冊
10．導(dǎo)軌磨床機體結(jié)構(gòu)設(shè)計
11. 龍門導(dǎo)軌磨床的結(jié)構(gòu)特點
12. 淺述我國導(dǎo)軌磨床的發(fā)展途徑