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畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
題目 MK7120型精密數(shù)控磨床砂輪架
及垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)和立柱設(shè)計(jì)
姓名 赫榮玉
學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)號 1103010124
指導(dǎo)老師 鄧朝暉
二〇一五 年 三 月 十八 日
湖南科技大學(xué) 2015 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題 目
MK7120型精密數(shù)控平面磨床砂輪架及垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)和立柱設(shè)計(jì)
作者姓名
赫榮玉
學(xué)號
1103010124
所學(xué)專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
1、 研究的意義，同類研究工作的國內(nèi)外現(xiàn)狀
（1）國內(nèi)外現(xiàn)狀：
據(jù)1997年歐洲機(jī)床展覽會（EMO）的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，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%，其它占8%；而磨床在企業(yè)中占機(jī)床的比例高達(dá)42%，車床占23%，銑床占22%，鉆床占14%。由此可見，在精密加工當(dāng)中，有許多零部件是通過精密磨削來達(dá)到其要求的，而精密磨削加工要在相應(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。
50年代初我國開始生產(chǎn)液壓傳動的平面磨床。在上海機(jī)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(jī)床廠、天津市機(jī)床廠相繼制造了平面磨床。到目前為止已有28 家工廠生產(chǎn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析：
系號 結(jié)構(gòu)形式 精度及性能 貫標(biāo)情況 備注
1 拖板移動 好 容易達(dá)到 結(jié)構(gòu)限制，做不了大規(guī)格機(jī)床
2 立柱移動 好 容易達(dá)到 由廠家做，產(chǎn)量相對較小
3 龍門式 最好 完全貫標(biāo) 產(chǎn)量在逐年增加
4 磨頭移動 較好 不易達(dá)到 由于磨頭移動產(chǎn)生變形精度不易保證，但市場產(chǎn)量最大
國內(nèi)生產(chǎn)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(chǎn)一種或二種規(guī)格, 都不形成系列產(chǎn)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(diǎn), 使用最廣泛, 國內(nèi)生產(chǎn)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(dá)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(chǎn)的平面磨床都形成系列產(chǎn)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(shè)計(jì)擴(kuò)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(dāng)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(shè)計(jì)方面的效果, 值得我們重視。當(dāng)前世界上意大利生產(chǎn)磨頭移動式平面磨床的公司最多, 各公司的技術(shù)水平不相上下。國內(nèi)北京、上海、天津、寧夏等地已有這些公司的產(chǎn)品, 用戶普遍反映質(zhì)量與性能較好, 機(jī)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(shè)計(jì)的概況如下, 可能對我們在平面磨床的設(shè)計(jì)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(cè)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(diǎn)是磨頭和拖板在立柱側(cè)面，顛覆力矩較大， 因此磨頭垂直進(jìn)給靈敏較差, 微量進(jìn)給較難達(dá)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(jìn)給靈敏度較有利。按照立住結(jié)構(gòu)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(fù)雜，裝配方便。雙立柱的立柱加工方便些，裝配工藝復(fù)雜。
2、床身
為使床身有足夠的剛度以保持機(jī)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(nèi)部作為冷卻液池。利用冷卻液帶走部分油池?zé)崃? 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(jī)床都安裝散熱器。
3、 工作臺
工作臺底部有平及V形導(dǎo)軌與前床身的導(dǎo)軌配合。導(dǎo)軌都經(jīng)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(zhǔn)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(nèi)的設(shè)計(jì)完全不同。國內(nèi)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(yùn)動的基礎(chǔ)，在負(fù)載情況下應(yīng)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(cè)壁用雙層壁結(jié)構(gòu)以加強(qiáng)剛度。拖板是一個相當(dāng)復(fù)雜的鑄件,其形狀相當(dāng)于字母“T”, 其上有兩組相互垂直的導(dǎo)軌。方形導(dǎo)軌與立往導(dǎo)軌相互配合, 能沿著立柱導(dǎo)軌作垂直上下移動。橫向燕尾形導(dǎo)軌與磨頭體殼導(dǎo)軌相配合, 使磨頭能沿著拖板燕尾形導(dǎo)軌作橫向移動。這兩組導(dǎo)軌應(yīng)相互垂直。拖板內(nèi)安裝橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)及作橫向移動的油缸。拖板的燕尾形導(dǎo)軌加工工藝復(fù)雜,需要配備專用機(jī)床銑削和磨削,這種結(jié)構(gòu)加工工時(shí)長,效率低。
5、橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)
橫進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在拖板上部, 其功能是使磨頭作自動橫向連續(xù)進(jìn)給、自動橫向斷續(xù)進(jìn)給和手動橫向進(jìn)給。自動橫向進(jìn)給時(shí)由油缸傳動。
6、 垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)
垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在床身前端面左面。轉(zhuǎn)動手輪通過蝸桿斜齒輪傳到絲焊螺母使磨頭上升下降?？焖偕凳亲鳛樘厥飧郊?yīng)的。在手輪軸中間加一套蝸桿斜齒輪接上快速電機(jī)可以進(jìn)行快速升降運(yùn)動。自動垂直進(jìn)給是通過液壓油缸推桿帶動棘輪棘爪進(jìn)行的, 用手柄通過凸輪推動棘輪棘爪實(shí)現(xiàn)手動微量垂直進(jìn)給。
80年代臥軸矩臺平面磨床
從機(jī)床外形圖看, 外形整齊, 線條清晰。立柱在床身左側(cè), 拖板和磨頭側(cè)掛在立柱側(cè)面, 沿著立柱的垂直導(dǎo)軌上下移動。磨頭可沿著拖板燕尾形導(dǎo)軌作橫向移動。工作臺安裝在床身導(dǎo)軌上, 由二只柱塞式油缸拖動作縱向運(yùn)動。工作臺兩端有折疊式防護(hù)罩以保護(hù)床身導(dǎo)軌。機(jī)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(cè)面。油泵和液壓系統(tǒng)裝置安裝在獨(dú)立油箱頂部, 油箱被安放在后床身后面。
床身為鑄件, 箱形結(jié)構(gòu), 形狀如“T” 字。床身頂端有一V 一平的導(dǎo)軌。在導(dǎo)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(shí)油環(huán)端面高出導(dǎo)軌面約0.5mm, 當(dāng)工作臺導(dǎo)軌在其端面上擦過時(shí),使油環(huán)旋轉(zhuǎn)并把潤滑油涂到導(dǎo)軌面上。
立柱也為一個箱形結(jié)構(gòu), 其上的垂直導(dǎo)軌為矩形。其特點(diǎn)是立柱的導(dǎo)軌把拖板的導(dǎo)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(jié)合的滑動導(dǎo)軌位于立柱中心線的一側(cè), 移動拖板上下滑動的絲桿也位于同一側(cè)。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)磨頭在拖板燕尾導(dǎo)軌上作橫向移動時(shí), 其重心始終在立柱導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)軌相互垂直。
另外，隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，世界磨床行業(yè)已經(jīng)邁入了以數(shù)字化制造技術(shù)為一體的機(jī)電一體化時(shí)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(jì)80年代，經(jīng)過了30年的跌宕起伏式發(fā)展，已經(jīng)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(jī)主要應(yīng)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(jī)械、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎(chǔ)的高增長行業(yè)發(fā)展勢頭強(qiáng)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(chǎn)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(kuò)大，國產(chǎn)高檔數(shù)控磨床明顯進(jìn)步，中高檔產(chǎn)品取得重大突破，我國數(shù)控磨床整體水平全面提升。產(chǎn)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(chǎn)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(dá)國家則在70%左右，高檔次的數(shù)控磨床配套部件只能靠進(jìn)口；2、功能部件生產(chǎn)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(shù)水平與性能，制約著主機(jī)的發(fā)展速度，其發(fā)展?fàn)顩r與磨床市場競爭能力密切相關(guān)。目前我國功能部件企業(yè)發(fā)展十分滯后；3、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)水平偏低。從行業(yè)總體上來看，產(chǎn)業(yè)規(guī)模雖然很大，但產(chǎn)品仍處于全球產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，國內(nèi)市場需求與行業(yè)供給能力不適應(yīng)，進(jìn)口磨床大量進(jìn)入國內(nèi)市場。
所以本次設(shè)計(jì)研究有以下意義：(1)了解數(shù)控平面磨床的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及功能部件；(2)提高數(shù)控磨床結(jié)構(gòu)性能；(3)培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力。
2、 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題（根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化）
（1）研究目標(biāo)：
設(shè)計(jì)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(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。
（2）研究設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：
1、 磨床總體布局設(shè)計(jì)；
2、 砂輪架設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制砂輪架機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；
3、砂輪架垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)和滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)裝配圖，繪制相關(guān)零件圖；
4、磨床立柱設(shè)計(jì)；
5、磨床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選用；
6、翻譯指定的英文專業(yè)文獻(xiàn)；
7、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
（3）擬解決的關(guān)鍵問題：
MK7120精密數(shù)控平面磨床垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中包括進(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠副及伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝配圖及相關(guān)零件圖的繪制以及其數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選用、硬件線路圖的繪制。
3、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
擬采取的研究方法（或技術(shù)路線）：
1． 在指導(dǎo)教師的安排下到湘潭三峰數(shù)控機(jī)床有限公司進(jìn)行參觀認(rèn)識實(shí)習(xí)，對精密數(shù)控平面磨床的結(jié)構(gòu)有初步認(rèn)識；
2． 收集、查閱各種文獻(xiàn)資料，了解數(shù)控平面磨床的整體布局及進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)行精密數(shù)控磨床整體布局的設(shè)計(jì)；
3． 運(yùn)動形式設(shè)計(jì)后，進(jìn)行砂輪架垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)和滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)裝配圖，繪制相關(guān)零件圖；
4． 查閱手冊，翻譯、參考英文文獻(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，用Auto CAD軟件繪制進(jìn)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(shè)計(jì)中遇到的疑點(diǎn)、難點(diǎn)問題通過廣泛查閱文獻(xiàn)資料或與組內(nèi)同學(xué)相互討論以及實(shí)地考察來解決。
4、 擬使用的主要設(shè)計(jì)、分析軟件及儀器設(shè)備
CAD、Pro/E繪圖軟件
5、參考文獻(xiàn)
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[4]、姚峻、近幾年國際平面磨床發(fā)展動態(tài)、精密制造與自動化、2001、04:3-6
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