数控精密平面磨床进给系统的设计

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XXXXXXXX 

毕业设计说明书

题 精密数控平面磨床——工作台纵向进给、横向进给机构设计

摘要

本文对所设计的磨床作了详尽的论述，分别从精密数控平面磨床的总体布局、横向 进给、纵向进给和硬件电路设计等几个方面进行了阐述。

绪论：介绍该课题研究背景和国内外发展状况，以及此次毕业设计的任务。 数控平面磨床总体设计：简单介绍了此次设计的数控平面磨床，给出该数控平面磨 床的技术规格和主要结构及说明，并说明了磨床的总体传动设计和总体布局设计。 理论计算：包括机床功率的计算，电动机选用，滚珠丝杆副选用与校核以及锥齿轮 尺寸计算。

方案设计：详细说明了精密数控平面磨床的传动部件设计和导轨设计的要点和要 求，并提出纵向进给机构和横向进给机构的设计方案。

硬件电路设计：详细说明了硬件的选用和电路的连接。

最后，针对本设计中不够完美的地方的改进想法，以及对本次毕业设计的总结和对 我国超精密发展方向进行了展望。

关键词：平面磨床，数控，纵向进给，横向进给

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Precise NumericalControlPlaneGrindingMachine 

Author:Memg Dan 

Tutor:Deng Zhaohui 

Abstract 

This paper makes a thorough exposition of the designed grinding machine from the aspects of its overall design,horizontal and portrait give and hardware circuit design.The following is a brief introduction of the composition of this paper.

INTRODUCTION: It introduces the background of this subject research ,the development in this field internal and international, and the assignment of this graduation project.

THE OVERALL DESIGN OF THE NUMERICAL CONTROL PLANE GRINDING MACHINE: It gives a brief introduction to the design of the numerical control plane grinding machine, and provides its technical specification , main structure and explanation of the numerical control plane grinding machine , and show the design of the overall transmission of the grinding machine and the design of the overall arrangement.

THE THEORETIC CALCULATION: It introduces the calculation of the power of

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lathe , the selection of the motor, the selection and check of the ball pole and the theoretic calculation of the size of the cone gear wheel.

CONCEPTUAL DESIGN: It introduces the main points and requirements of the design of the drive parts, and puts forward the design of the horizontal and portrait give parts.

THE DESIGN OF HARDWARE CIRCUIT: The election of the hardware and the connection of circuit are explained at length.

In view of the flaws of the design, it puts forward some measures to make impovement. Besides, a conclusion of this graduation project and prospect of the development of precise machine are given in this part.

Keyword: plane grinding machine , numerical control, portrait give, horizontal give

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第 1章 绪论 

1.1 课题研究背景及目的 

1.1.1 课题研究背景

随着科学技术的迅速发展，国民经济各部门所需求的多品种、多功能、高精度、高 品质、高度自动化的技术装备的开发和制造，促进了先进制造技术的发展。同时，随着 社会进步，人们对加工精度的要求越来越高，对精密和超精密加工的需求也日益增多， 精密加工广泛的应用于制造生产中，对机床精度的要求也进一步提高。磨削是一种重要 的精密和超精密加工方法，因此磨削的应用也愈加广泛。磨削加工技术是先进制造技术 中的重要领域，是现代机械制造业中实现精密加工、超精密加工最有效、应用最广的基 本工艺技术。

精密、超精密加工技术市场是国家尖端技术集中的市场，它既是高代价、高投入的 工艺技术，又是高增值、高回报的工艺技术，世界工业先进国家都把它放在国家技术和 经济振兴的重要位置[1]  。

当今，在光学和电子零件加工中，都力图提高精度和集成度，不仅是零件加工，而 且对作为精密模具、机械零件、测试仪器零件最终加工工序的磨削加工也提出了超精密 化的要求。此外，随着新材料的开发，陶瓷等作为结构零件材料在某些特殊场合已经得 到了应用，这些新材料均属于难切削材料，其结果不仅提高了磨削的比重，而且还促进 了磨床、磨削加工方式和工艺以及其它相关技术的发展。

随着以工程陶瓷为主体的非金属材料逐渐成为工程技术重要材料，各国还开发了适

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应加工这类工程陶瓷的超精密平面磨床。陶瓷材料的特点是硬而脆，其硬度是碳钢的1O 至 20 倍，而断裂韧性仅为碳钢的几十分之一。陶瓷材科的性能对粗糙度、破损度、平 面度等平面参数十分敏感。陶瓷材料的磨削机理与金属材料不同，主要有三个特点：砂 轮损耗大，磨削比低3磨削力大，磨削效率低 3由于磨削条件不同，会使加工零件的强 度发生变化。

根据以上这些特点，各国都致力开发了适合进行纳米磨削的超精密平面磨床，并且 进行了脆性材料的可延性磨削技术的研究。

随着社会的不断发展，高效是各个生产商不断追求的目标，数控技术得到推崇。 当今，磨削加工技术的发展趋势是向着采用超硬磨料磨具，发展高速、高效、高精 度磨削新工艺，装备CNC数控磨床的方向发展。 

1.1.2 课题研究目的

本次设计目的是设计一台精密数控平面磨床，精度等级为 1 m m ，用砂轮周边磨削 平面，也可以磨削台阶平面。能用于机械制造业及工具模具制造业，能加工各种难加工 材料(如陶瓷材料)。 

1.2 国内外发展状况

超精密加工技术是以高精度为目标的技术，它具有单项技术的极限、常规技术的突 破、新技术综合三个方面永无止境的追求的特点。

实现超精密加工的主要条件应包括以下诸方面的高新技术：超精密加工机床与装、 夹具；超精密刀具和磨料，刀具刃磨技术；超精密加工工艺；超精密加工环境控制（包 括恒温、隔振、洁净控制等）；超精密加工的测控技术等。毫无疑问，超精密加工机床 技术是最关键的技术，它直接代表了国家制造业的水平 [1] 。

大学和研究所保持着对超精密机床研究的持续热情，对高技术进行超前研究，并使 得研究型超精密试验机床尽可能采用高技术作产业的先导，对超精密机床产业化和商品 化起着推动作用。

美国 LLNL 实验室开发了一系列超精密试验研究型机床，1984 年研制成功的大型 光学金刚石车床LODTM是至今为止精度最高的大型超精密机床[2]  。该机床可加工直径 为2.1m质量4.5t 的工件。 采用高压液体静压导轨在1.07m×1.12m范围内直线度误差小

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于 0.025 m m （在每个溜板上装有标准平尺，通过测量和修正来达到）。位移误差不超过 0.013 m m （用氦屏蔽光路的激光干涉仪来测量和反馈控制达到）。主轴溜板运动偏摆小 于 0.001’’ (通过两路激光干涉仪测量,压电陶瓷修正来实现).激光测量系统有单独的花岗 岩支架系统,不与机床联结,油喷淋冷却系统可将油温控制在20 o C ±0.0025 o C .采用摩擦 驱动,推力可达1360N，运动分辨率达0.005 m m 。

在商品化实用超精密机床方面，世界上最负盛名的是英国的 Tayler/Hobson­Pneumo 公司。该公司生产 Optoform,Microform和 Nanoform三个系列的超精密机床。典型产品 Nanoform250车床采用空气静压主轴，其径向、轴向刚度分别为88MN/m和 62MN/m， 径向和轴向精度£0.05 m m ，采用液体静压捣鬼，水平和垂直线度分别为 0.2 /250mm和 0.5 /250mm，定位精度为0.3 /250mm，数控系统采用Nanopath，分辨率为0.001 m m 。测 量系统采用光栅迟或激光干涉仪，分辨率分别为 8.6nm 和 1.25nm。加工型面精度达 0.2 m m ，表面粗糙度 R m 。 a 优于0.01 m

美国洛切斯特大学光学中心（COM）[3]  开发了 POTICAM系列的超精密光学加工机 床；OPTICAM 超精机床系列设备包括：OPTICAM/SM 平面抛光机床，OPTICAM/AM 非球面加工机床和OPTICAM/PM棱镜加工机床。2000 年开始进行 “保形光学制造技术” 的研究，开发了Nanotech 150AG非球加工机床；Q22磁流变加工机床等。

英国的 Granfield 大学的精密工程研究所研究的 OAGM2500 六轴 CNC 超精密磨 床[4]  、Nanocenter250、600 非球面光学零件车窗和大型超精密金刚石镜面磨床，是超精 密机床研究的先锋。 

1．超精密磨削及磨粒加工工艺技术

当前精密磨削是指被加工零件的加工精度达 1~0.1 m m ，表面粗糙度 R a 为 0.2~0.01 m m 的加工技术。 超精密磨削的加工精度小于0.1 m m ， 表面粗糙度 R . 025 m m ， a £ 0

磨床定位精度的分辨率和重复精度小于 0.01 m m 。现在超精密磨削正从微米、亚微米

) 加工发展。用磨具进行磨削和用磨粒进行 （1~0.1 m m ）的加工向纳米级( 10 - 2 ~ 10 - 3 m m

研磨和抛光是实现精密及超精密加工的主要途径。用于超精密镜面磨削的树脂结合剂金

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刚石砂轮的磨料平均粒径可小至4 m m ，使用20nm的超微细磨粒的磨片，所磨削加工的 集成电路板的沟槽边沿没有崩角现象；用铸铁结合剂粒度为 8000 # 的、金刚石砂轮精磨 SiC镜面，表面粗糙度可达 R a 2~5nm。日本还用激光在研磨过的人造金刚石上切割出大 量等高性一致的微小切削刃，对硬脆材料进行精密加工，效果很好。对极细粒度的模具 而言， 砂轮锋锐性的保持是一个大问题。 金属基微细超硬磨料砂轮在线电解修整 （ELID） 技术，很好地解决了这一问题。用6000~8000 目粒度的钢结合剂金刚石砂轮和ELID技 术精磨 f 100 mm f ( 4 in ) 硅片，去除率为 3 ~ 5 m m / min ，平面度为 l / 6 [5] 。 

2．超精密机床轴系的研究与发展

气浮主轴的最大优点是回转精度高。由于气浮误差均化效应，通常主轴回转运动精 度比主轴加工的圆度精度要高出3~5倍。主轴和电机采用一体化结构直接驱动。电动机 与株洲的动平衡问题，电动机电磁振动消除、电动机热消除、主轴热伸长补偿以及新型 气浮结构设计与制造等都是一直在研究改善的问题。为了提高主轴的径向和轴向刚度， 采用半球型气浮主轴如德国 Kugler公司EK系列气浮轴承。 为了进一步提高回转精度和 刚度，近年来很多人研究控制节流量反馈方法来实现运动的主动控制。

最近，用电磁技术和气浮结合的控制方法也在研究之中。但电磁技术的缺点很多， 如热效应严重等，还不能达到很高精度。日本学者[6]  研究了一种用永磁体加压电陶瓷微 位移驱动和电容传感器位置测量的方法来改善气浮主轴的精度。主动控制增加了系统的 复杂程度和降低了可靠性，目前尚不到使用的程度。但使用永磁体增加止推气垫的刚度 的成功实例并不少见，这种气磁轴承和加开真空负压槽的真空吸附加强型气浮轴承相 似。这种综合轴承在一定程度上可改善气浮轴承的动态特性，如增大阻尼。 

3．超精密驱动技术的新进展

为了获得高的运动精度和运动分辨率，超精密导轨直线运动的驱动对伺服电动机的 要求很高，既要求有平稳的超低速运动特性，又要又大的调速范围，好的电磁兼容性。 美国Parker Hannifin公司的DM 和DR系列直接驱动伺服执行器，输出力矩大，位置控 制分辨率高达1/640 000。主轴驱动电动机可以采用印刷板电动机，它的惯性小，发热量 小。

精密滚珠丝杆式超精机床目前采用的驱动方法，但丝杆的安装误差、伺杆本身的弯 曲、滚珠的跳动及制造上的误差，螺母的预紧程度等都会给导轨运动精度带来影响。通

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常超精密传动机构应有特殊设计，例如丝杆螺母与气浮平台的联结器应保证轴向和滚转 刚度高，而水平、垂直、俯仰和偏转四自由度为无约束的机构，电动机预丝杆的联结器 也应采用纯扭矩无反转间隙的联轴器。

气浮丝杆和磁浮丝杆可进一步减小滚珠丝杆的跳动误差和因摩擦和反向间隙引入 控制系统的非线性环节。俄罗斯研制的气浮/磁浮丝杆[7][8]  其电磁丝杆的传动主要指标如 下：丝杆直径 62mm，螺距和螺纹齿高 4mm，丝扣宽度 1mm，间隙d =0.1mm，承载能 力和静刚度分别为 700N 和 75MN/m 和气浮平台联合使用时驱动装置的分辨率为 0.01 m m 。Fanuc公司的超精密车、铣床 R0B0nano Ui就采用了面节流式空气静压丝杆螺 母副。

超精密加工的意义重大，我国超精密加工技术的发展要赶超世界先进水平，就应优 先考虑适度、稳定高精度的战略。最求高精度从理论上是无穷尽的，但根据我国国情， 选择适当的投入/精度比，追求适度、稳定高精度，依靠自己的力量开发廉价化的超精加 工技术。 

1.3 毕业设计任务与论文组成 

1.3.1 毕业设计任务 

1．设计一台精密数控平面磨床，用砂轮周边磨削平面，也可以磨削台阶平面。能用于 机械制造业及工具模具制造行业，能加工各种难加工材料； 

2．确定磨床的总体方案 

3．工作台纵向进给机构的设计，伺服电机和滚珠丝杆副设计计算，绘制纵向进给机构 的机械结构装配图；绘制相关零件图； 

4．工作台横向进给机构设计，绘制横向进给机构机械结构装配图； 

5．磨床床身立柱的设计（选做）； 

6．磨床微机数控系统的硬件电路设计； 

7．翻译指定的英文专业文献； 

8．撰写毕业设计论文（说明书）。 

1.3.2 论文组成

论文由以下几章组成

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1．绪论：介绍课题研究背景和国内外发展状况，以及此次毕业设计的任务。 

2．数控平面磨床总体设计：简单介绍此次设计的数控平面磨床，给出所要设计的数控 平面磨床的技术规格和主要结构及说明，并说明了磨床的总体传动设计和总体布局 设计。 

3．理论计算：包括机床功率的计算，电动机选用，滚珠丝杆副选用与校核以及锥齿轮 尺寸计算。 

4．方案设计：详细说明了精密数控平面磨床的传动部件设计和导轨设计的要点及要求， 并提出纵向进给机构和横向进给机构的设计方案。 

5．硬件电路设计：详细说明了硬件的选用和电路的连接。 

6．机床改进：针对本设计中不够完美的地方的改进想法。 

7．结论：包括这次毕业设计的总结，和对精密数控平面磨床的发展方向进行了展望。 

8．致谢 

9．参考文献

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第 2章 数控平面磨床总体设计

2.1 磨床简介

本次设计是一台精密数控平面磨床，它除了可以磨削平面外，还可以磨削台阶平面， 不仅适用于机械加工行业亦适用于模具行业。 它采用机电一体化设计原理， 通过采用CBN 砂轮，滚珠丝杆副，数控系统等措施保证加工精度。

该精密数控平面磨床主要包括磨头及垂直进给系统、工作台纵向及横向驱动系统、 床身及防护罩装置、冷却及润滑系统和数控系统五大部分。该机床的磨头为普通平面磨 床磨头，垂直进给的高精度由丝杆副和数控系统来保证。该机床的横向驱动系统及纵向 进给机构采用滚珠丝杆加交流伺服电机驱动，提高加工精度。纵向进给导轨镶装塑料， 以降低摩擦系数，提高耐磨性和抗撕伤能力，并防止低速时出现爬行。该机床的冷却系 统包括磨削液冷却、强制过滤等装置。为减少磨削液对砂轮制功功率的损耗，冷却压力 为2Mpa。

机床的总体布局分为十字拖板型，拖板上下纵横导轨均为双V型滑动导轨，工件摩 削平面的形成由工作台的纵向运动和拖板的横向运动而成，磨头仅做垂直上下运动。 工作台纵向运动由伺服电机带动，拖板横向运动也有伺服电机驱动。通过一对减速 齿轮传动，滚珠丝杆转动而使拖板横向往复运动，磨头垂直导轨为立柱前后导轨形式的 贴型滑动导轨，磨头主轴系统为前后各为双联成堆高精度滚动轴承结构。主轴的旋转运 动由伺服电机驱动，通过柔性连轴器使主轴运转，磨头的垂直运动是由伺服电机驱动蜗 杆、涡轮传动与其向啮合的螺旋齿轮，转动与螺旋齿轮刚性连接的丝杆副的螺母而使与

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丝杆固定联结的磨头做垂直运动。

本级床为高精密数控机床，几何精度、工作精度很高，性能可靠性稳定，垂直进给、 横向进给、纵向进给具有数控系统，进给灵敏度、准确度高，磨削自动化程度高，当每 次自动磨削循环结束，工作台始终停止在纵向运动的右端 

2.2 磨床技术规格 

1．工作台面尺寸 

2．加工范围：

最大磨削尺寸（宽×长×高） 200×630×380mm 200×630mm 

最大工件载重量（包括电磁吸盘） 130KG 

3．工作台：

最大纵向行程 

最大横向行程 

T型槽数和槽宽 

4．工作台纵向运动：

进给速度 0.3~25m/min 750mm 220mm 4×14mm 

手动进给手轮每转 180mm 

5．拖板横向运动：

连续进给 

手动机给手轮每转 

手轮每格 

微进给手轮每大格 

6．磨头垂直运动：

砂轮主轴中心线至工作台面之距 

砂轮转速 

磨头垂直快速升降速度 

磨头垂直自动进给量 

最小进给量 

手动进给旋钮每转（×1/×10/×100） 160~480mm 3000r/min 400mm/min。 0.001~0.02mm 0.0001mm 0.01/0.1/1mm0.2~1m/min 5mm 0.02mm 0.005mm 

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旋钮刻度（×1/×10/×100） 

快速进给 

7．砂轮尺寸：

外径 

宽度 

孔 200mm 25mm 32mm 0.0001/0.001/0.01mm 400mm/min 

8．占地空间：

长 

宽 

高 

机床重量 2405mm 1593mm 1786mm 2000kg 

2.3 主要结构及说明 

2.3.1 磨头

磨头主轴的转动，由主轴电机通过柔性联轴器驱动具有前后支承均为成对高精密滚 动向心推力球轴承而使砂轮转动。 

2.3.2 垂直进给机构

由伺服电机驱动蜗杆，传动与其相啮合的螺旋齿轮，转动与螺旋齿轮刚性联结的丝 杆副的螺母，移动丝杆使与其固定联结的磨头体垂直运动。

垂直运动具有数控系统基础，进给有自动与手动。 

1．自动

⑴快速运动 按住点动式快速上升键，磨头上升，当释放时磨头停止上升，按住点 动式快速下降键， 磨头下降， 当释放时， 磨头停止下降， 其运动速度为400mm/min。 ⑵点发进给运动 点按点发进给键，每次进给量为0.001/mm。

⑶自动进给运动 在自动磨削时，分粗磨、精磨和无进给磨削，其进给量为 0.0005~0.02定量分级任意选择，且具有预置和粗磨、精磨和无进给磨削次数的自 动转换，当无进给磨削次数结束，工作台固定的在右端停止，在磨削过程中有数 字显示。 

2．手动

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手动进给由手动脉冲发生器控制器进给量，根据需要任意选择既定的定量分级

的进给，其进给量为 0.0001~0.01/格。根据预先选择的进给量和转动、手动脉冲发 生器就可获得所选择的进给量。

调整用手动机构，在床身后面，在与伺服电机相联接得蜗杆轴上装有一直齿齿

轮，转动相啮合的另一锥齿轮轴，通过蜗杆螺旋齿轮副和垂直丝杆副可获得磨头上 下调整已动，在平时，锥齿轮对始终处于非啮合状态的拓开位置。 

2.3.3 横向进给机构

拖板（或工作台）横向进给运动可分为手摇进给、手动微动进给和自动进给。 

1．手摇进给时应将捏手松开，使斜齿轮与手轮空转，然后将手轮向前推，使齿型 离合器相接合（此时拉杆以将齿轮副脱开）摇动手柄，经手轮、轴、联轴器，转动滚珠 丝杆，使滚珠螺母移动，带动拖板做横向进给运动。 

2．手动微动进给 基本上与手摇进给相同，此时应将捏手拧紧，使斜齿轮与手轮 结合在一起，然后使齿型离合器接合，转动蜗杆上的捏手，经蜗杆、斜齿轮啮合传动轴， 其余传动与上面相同，微动把手上的最小刻度值为0.005毫米。 

3．自动进给 自动机给的动力为伺服电机，在它的输出轴上装有齿轮，经与它啮 合的齿轮而传动轴（此时应将齿型离合器分开）经联轴器使滚珠丝杆转动，滚珠丝母是 紧固在拖板上的，因此式拖板做横向自动进给，横向进给量：断续为 0.5~12 毫米/次， 连续为0.2~1米/分。 

2.3.4 纵向进给机构

拖板（或工作台）纵向进给运动可分为手摇进给和自动进给。 

1．手摇进给时应将捏手松开，使斜齿轮与手轮空转，然后将手轮向前推，使圆柱 齿轮和托板上的齿条相捏合（此时拉杆以将齿轮副脱开）摇动手柄，经手轮带动圆柱齿 轮转动，圆柱齿轮和尺条捏合带动拖板做纵向进给运动。 

2．自动进给 自动机给的动力为伺服电机，在它的输出轴上装有齿轮，经与它啮 合的齿轮而使滚珠丝杆转动， 滚珠丝母是紧固在拖板上的， 因此式拖板做纵向自动进给， 纵向进给量0.3~25m/min。

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2.4 磨床总体传动设计

磨床总体传动图，见图2.1。（详见A3[3]号图） 

2.5 磨床总体布局设计

磨床的总体布局图，见图2.2。(详见A3[2]号图) 

图2.1 精密数控平面磨床传动系统图

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图 2.2 精密数控平面磨床总体布局图

第 3章 理论计算 

3.1 功率计算

如下图3.1所示：

图 3.1 磨削力示意图 

F t ——切向磨削力(N)； 

a p 吃刀量(mm)； 

V ； s 砂轮线速度（m/s）

V ； w 工件纵向进给速度（m/min）

由于本机床既要求能加工普通钢材，又要能加工硬脆陶瓷材料；所以计算切削功率 时分为两种情况。

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（1）当磨削普通钢材时，平面磨削力的公式为： 

0.860.44- 1.06 F t ＝28282 apvwv s [9] （3.1）

由公式（3.1）得： 

0.860.44- 1.06 F t ＝28282 apvwv s 

- 1.06 ＝ 28282´0.020.86´250.44´ 31.4

＝105N 

其中 a p =0.02为磨床加工的最大磨削量； 

V w ＝25为磨床工作台最大进给速度；

由经验公式[9]  可知：径向力 Fn  =1000N 

砂轮所受的的轴向力很小，在这里忽略不计。

纵向进给机构所受的垂直力 F 由于实际中q 角很小，所以 1 等于砂轮所受的径向力，

纵向机构所受的轴向力 F 2 约等于砂轮的切向力。

纵向进给机构轴向所受的合力为： 

[9] F = m ( F ) + F 1 + mg 2 (3.2) 

由公式（3.2）得： 

F = m ( F ) + F 1 + mg 2 

= m ( Fn  + mg ) + F t 

= 0 . 1 ´ ( 1000 + 10 ´ 500 ) + 105 

= 705 N 

.加工时纵向最大进给速度V=9.6m/min 

纵向进给机构的切削功率为： 

p = F ´ V = 705 ´ 9 . 6 / 60 = 0 . 11 kw 

当磨削硬脆材料时， 在同样的工作条件下， 根据以往的经验，F  n ＝1000N，F n  / Ft  =20, 

Ft  =50N,

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纵向进给机构轴向所受的合力为： 

[9] F = m ( F + mg ) + F 1 2 （3.3）

由公式(3.3)可得 

F = m ( F ) + F 1 + mg 2 

= m ( F ) + F n + mg t 

= 0 . 1 ´ ( 1000 + 10 ´ 500 ) + 50 

= 650 N 

纵向进给机构的切削功率为： 

p = F ´ v = 650 ´ 9 . 6 / 60 = 0 . 10 kw 

3.2 电动机选用

综合以上两种磨削方式，选取磨削功率 p 由于机床设计选择的数控系统 t ＝0.11kw。

是西门子SINUMERIK802D型，所以选择与选择与西门子数控系统相匹配的IKF6伺服 电机。 

3.3 滚珠丝杆副选用与校核 

1．工作寿命选择

[9] 查表取Th=15000h 

2．等效负荷和等效转速

⑴等效负荷计算

导轨摩擦力： 

F f =µW[9]  （3.4）

由公式（3.4）可得 

F f =µW

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=0.1×5000 

=500N 

轴向力：1000N 

切向力：105N 

Fm=500+1000+100=1605N 

⑵等效转速计算

伺服电机最高转速 n max =3000r/min 

30 丝杆转速 n =3000×=2143r/min s 52 

25 ´ 1000 丝杆导程 P = = 11 . 66 mm ，取 P mm h h = 12 2143 

丝杆转速 快速移动 2143r/min 

一般加工 800r/min 

精密加工 400r/min 

调整 50r/min 5 30 40 25 等效转速 n + 800 + 400 + 50 = 520 r / min m = 2143 100 100 100 100 

3．丝杆选择

⑴等效轴向动负荷

查表得 f t = 0 . 8 f a = 0 . 7 f w = 1 . 35 f h = 1 f k = 0 . 62 

F  h n æ 60T m f m m ö C ae = ÷ f t f h f a f k è 10 6 ø [9] （3.5）

由公式（3.5）得 

F  n æ 60T m f m C ae = h 

6 m ÷ f t f h f a f k è 10 ø 1600 ´ 1 . 35 æ 60 ´ 15000 ´ 520 ö = ÷ 0 . 8 ´ 0 . 7 ´ 1 ´ 0 . 62 è 10 6 ø

= 6215 . 96 N 查表选择插管埋入式双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，型号为 CMD3212­2.5， 

[9]C a =25837N， C N ， K c = 951 N ，螺母长度L=151mm，余程为45mm oa = 56808

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螺纹长度 L u = 750 + 151 + 2 ´ 45 = 991 » 990 mm 

支承跨踞 L1  = 1100 mm 

丝杆全长 L = 1200 mm 

采用F­F式支承，丝杆一般不会受压缩力作用，可不校核压杆稳定性。

丝杆弯曲振动临界转速： 

n = 9910 f 2 d 2 [9] 

cr 2 L 2 

c 

查表得 f 2 = 4 . 730 

d 2 = d 0 - 1 . 2 ´ D w = 32 - 1 . 2 ´ 6 . 35 = 24 . 38 mm 

L c = 750 151 

2 + 45 + 1200 - 990 

2 = 975 . 5 mm = 0 . 976 m 

由公式（3.6）得 

n cr = 9910 ´ 4 . 730 2 0 . 02438 

0 . 976 2 = 5674 r / min > 2143 r / min 

预拉伸量：取温升为 3 . 5 o C ；

螺纹伸长量： 

d =a D tL [9] 

Lu 1 

由公式（3.7）得 

d Lu =a D tL 1 

= 11 ´ 10 - 6 ´ 3 . 5 ´ 0 . 99 

= 38 . 11 mm 

丝杆全长伸长量： 

d tL [9] 

l =a D 1 

由公式（3.8）得 

dl =a D tL 1 3.6） （3.7） （3.8） （

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= 11 ´ 10 - 6 ´ 3 . 5 ´ 1 . 1 

= 42 . 35 mm 

取预拉伸量 d l'  = 0 . 045 mm 

预拉伸力： 

F l = 

由公式（3.9）得 

F l = dt  ' AE Lu [9] （3.9） dt  ' AE 

Lu 

p 11 45 ´ 10 - 6 ´ 0 . 02438 2 ´ 2 . 1 ´ 10 = 0 . 99 

= 4412 N 

1600 ³ N 3 

4．轴承选择

o 采用成对 60 接触角推力球轴承为固定端， 轴承型号7304C。 其尺寸参数为：d=20mm ， 

D=52mm，Z=13， D w =7.144mm。技术参数为：C=29200N C 0 =28000N 

计算轴承动负荷C： 

C =

式中 f h ——寿命系数 

f a ——转速系数 

f h = 由公式（3.11）得 

f h =L 10 h 

500 L 10 h [9] 500 （3.11） f h F t f a （3.10）

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500 

= 3 . 11 = 

1 33f n = 3 3 [9] 

n m （3.12）

由公式（3.12）得 

1 33f n = 3 n m 

1  = 520 

= 0 . 55 

把 f h 、 f a 代入，由公式（3.10）得 

C = 

= f h F t f a 3 . 11 ´ 4412 0 . 55 

=24947N 

<28000N 

满足强度要求[9]  

3.4 锥齿轮尺寸计算[10]  

30 分锥角 d 1 = = 29 . 983 ° 52 

52 d 2 = = 60 . 017 ° 30 

大端分度圆直径 d m e 1 = z 1 e =30×3=90mm

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3bh4.html