装和工作在 恒温室里，而且在极高精度要求的情况下，还应考虑控制机床工作在温度 177。176。C 的油淋浴的恒温箱中，因此，机床的工作过程必须是完全自动或遥控的 。 （ 3） 为了避免振动影响加工精度，除了机床必须安装在由空气支承、弹簧支承或其他有效的隔振器支承的地基上外，机床上的旋转运动件也要严格进行动平衡，残馀不平衡量应小于 ～ 。与此同时，为了消除和减少机床本身内部振源，要尽量采用运动平稳的传动系统，如非接触的气动和液体传动，禁止或避免采用带有冲击力的传动，如有间隙的换向机构等。 通过振源振动频率的调整（如改变转速 ）或通过对机床工艺系统的质量（ m）和弹簧刚度（ k）等动力参数的选择使振源的振动频率与机床工艺系统的固有频率相互远离，避开共振区，减少振动对机床工作的影响。 选用具有高内阻尼系数的材料，如天然大理石、人造大理石、陶瓷等或采用不清砂的双层壁铸铁件作为机床的结构件，以保证高度衰减内部产生和外部传来的振动，因为振动衰减的效果正比于阻尼系数（即衰减指数）。正常情况下，铸铁的衰减指数为 ～ ，而天然大理石和人造大理石的衰减指数则分别为 ～ 和 ～ ；不清砂的双层壁铸件可以大大增加 结构的内阻尼，因而可大大提高衰减振动的效果。 （ 4） 进给传动的设计主要要求是：保证能有效进行误差动态补偿的换向精度；可实现最小 5μ m 的脉冲位移；采用修正系统後具有 2μ m 的高定位毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 8 精度。为此，可供选择的进给传动方式有以下几种： －滚珠丝杠副。特点是刚度大，可实现的增量位移为 100μ m（即） 。 －摩擦传动。传动刚度为 50N～ 100N/μ m，拉力达 100N，可实现的移动增量为 5μ m。缺点是寿命低，不够灵敏。 －条（带）传动。仅适合在小型机床上用。 －压电和磁致伸缩传动。移动量可小于 5μ m，但总的行程量很小 ，只有 100～ 200μ m，故多数情况下它是与其它传动方式（如滚珠丝杠副）组合使用。 －自定位静压丝杠副。特点是由于齿形角小（只有 10176。 ），故刚度大（达 100N～ 1000N/μ m）和可实现微小的增量位移。缺点是保证油温和油压稳定的系统较复杂。 －电磁丝杠副传动。它是由涂有稀有材料的磁性混合物的丝杠与带有线圈的螺母相互作用来实现传动。可实现微小的增量位移，但刚度过低，只有 10N/μ m。 （ 5） 导轨设计。导轨是超精密加工机床上保证实现精密微量进给的重要要素之一，虽有多种形式可供选择，但采用得最为广泛的是液体静压导 轨和气浮导轨。前者的刚度可达 6KN～ 8KN/μ m，并能保证位移精度 ～ m /400mm 行程；後者的刚度为 1KN～ 2KN/μ m，当气膜厚度为 4181。m～8μ m 时，也能保证与液体静压导轨一样的位移精度。液体静压和气浮导轨的直线） 在总体布局设计上，超精密加工机床的结构应分成承载部分和计量毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 9 部分。此时，机床所能实现的精度在很大程度上取决于测量系统的有效性。因此，一般采用像激光干涉仪这样的高精度、高分辨率的仪器作测量装置，并将其单独安装在气浮支承的计量支架上，而 且不仅安装测量装置时要遵守阿贝原理，在更广义理解上，也要遵守阿贝原理。阿贝原理要求，测量轴要接近于刀尖，以便消除按杠杆原理放大误差的可能性。从这一立场出发，导轨和测量装置应位于同一水平面上，在机床的承载系统中要避开采用悬伸和刚度不恒定的构件。 （ 7） 在机床整体和各部件所完成的功能分配方面，在多数情况下，一台机床只实现一种加工方法，每个部件也只完成一个固定的功能运动。这样做的目的是简化机床结构和更易于根据精度指标进行优化，而无需采取妥协（折衷）的办法。这一点是与目前一般机床的设计发展趋势 —— 复合化，扩大工艺可 能性是不一样的，或者说是正好相反的。 （ 8） 为了保证超精密加工的目标顺利实现，超精密加工机床设计必须考虑采用主动控制的隔振系统和在线的误差自动补偿技术。这是因为很难保证所要求的零件制造精度，同时也很难完全消除振动和热因素带来的负面影响。 2 总体方案 拟定磨床总体方案，包括以下三方面的内容：（ 1）调查分析；（ 2）工艺分析；（ 3）磨床总体布局。 调查分析 调查分析主要包括：（ 1）对加工对象的了解；（ 2）对使用要求与制造毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 10 条件的了解；（ 3）对同类及类同设备的了解。 加工对象 加工对象是 主轴 箱上两个同轴轴承孔， 主要技术指标如图 所示： 图 加工零件的主要技术指标 工件材料：孕育铸铁。 使用要求与制造条件 本课题所要解决的关键问题是主轴箱上两个同轴轴承孔的超精密加工。要求所加工的轴承孔的技术参数能达到： （ 1）圆柱度： ； （ 2）毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 11 圆度： ；（ 3）平直度： 。 磨床的制造运用数控技术，现代测试手段，微量进给软件补偿技术，从而使精密机械设计达到所要求的精度。 同类及类同设备 （ 1） 宁波市北仑倍力精密机械有限公司 的 HM1860 型内圆磨床 主要技术参数： 加工孔径范围：Φ 3～Φ 80mm 最大孔长： 250mm 主轴转速： 2503000 转 /分 变频无级调速 主机电机： ,5～ 200Hz 变频电机 冲程长度： 0～ 160mm 冲程速度： 80～ 400 次 /分 变频无极调速 冲程电机： 主轴及冲程的停机制动：变频器电子制动 油泵电机： 油箱容积： 106 升 机床重量： 620KG 外形尺寸： 1100179。 1390179。 1400（长179。宽179。高） 电源： 380V， 50Hz，三相 本机床特点： （Φ 3～Φ 80mm） SKF 主轴承，使加工工件圆度可达 1μ m 以内，直线毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 12 μ m 以内 LG 双变频器，调速，制动易匹配调整珩磨网纹 ，保证了高可靠性与稳定性 ，具有“手动”“自动”“时间”等尺寸控制功能 ，进口机的性能，性价比最高的卧式珩磨机 （ 2）广州众舜机械五金有限公司的精密内圆磨床 TK614 最大研磨长度： 350mm 最大研磨宽度： 150mm 工作台面积： 365179。 150mm 工作台左右最大行程： 382mm 工作台前后最大行程： 175mm 砂轮轴心 至工作台面距离（加长）： 400（ 450） mm 主轴马达（ V3 级）： ， 1HP179。 2P 砂轮尺寸（外径179。宽度179。孔径）： 180179。 13179。 升降手轮进刀量：每转一圈 1mm（ ） 每一刻度： （ ） 上下微调进刀量：每转一圈 （ ） 每一刻度： （ ） 前后手轮进刀量：每转一圈 5mm（ ） 每一刻度： （ ） 前后微调进刀量：每转一圈 每一刻度： 毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 13 机器尺寸（长179。宽179。高） ： 1340179。 920179。 1850mm 机器重量（约）： 620kg 其他类同机床可参阅有关资料。 加工工艺方案 工艺方法对磨床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致磨床的运动、传动、布局、结构、经济效果等方面的一系列变化。 常用的内孔加工方法主要有 :切入式磨削、 单油石 磨削、 多油石 磨削。 切入式磨削 切入式磨削 : 将磨头沿轴向进入工件被加工孔。一般数控加工机床是采用轴向加工方式，直接切入工件的表面。 采取切入式磨削方式的加工工艺方案如图 所示。砂轮回转，工件安装在工作台上，在加工时回转 。砂轮的径向进给（ Fr）靠工作台沿 X方向位移实现，上面的孔及上端面加工好后，砂轮通过在垂直方向上的移动，继续加工下面的孔及下端面。工件一次安装，以保证精度。 毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 14 图 切入式磨削 单油石磨削 单油石磨削 : 将 1 块油石沿轴向进入工件被加工孔。数控加工机床是毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 15 采用轴向加工方式，油石与工件内孔相接触，通过数控系统控制磨削部件内孔表面的质量。 采取单油石磨削的加工工艺方案如图 所示。油石并不回转，而是做往复直线运动，工件安装在工作台上，在加工时随工作台一起回转。油石的径向进给靠拖 板的水平方向位移实现，以此来带动工作台上的工件，上面的孔及上端面加工好后，油石通过垂直方向上的移动，继续加工下面的孔及下端面。工件一次安装，以保证精度。 图 单油石磨削 多油石磨削 多油石磨削 : 将位置对称的 4 块油石沿轴向进入工件被加工孔。一般数控加工机床是用轴向方式加工，油石与工件内孔相接触，通过数控系统控制磨削部件内孔表面的质量。 采取多油石磨削的加工工艺方案如图 所示。油石回转，工件安装在工作台上，在加工时工件并不回转。油石的径向进给靠数控部件参数的设置来实现，通过 往复振 动 来进行磨削， 上面的孔及上端面加工好后，多油石装置通过垂直方向上的移动，继续加工下面的孔及下端面。工件一次毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 16 安装，以保证精度。 图 多油石磨削 加工工艺方案选定 切入式磨削的特点是：排屑和散热相对比较容易，磨削液较易进入磨削区，适合加工小、中尺寸类型的零件，控制相对简单，加工得到的精度和表面粗糙度比较高。 单油石磨削的特点是：排屑和散热相对比较容易，磨削液较易进入磨削区，适合加工中尺寸类型的零件，但是控制相对复杂，加工得到的精度和表面粗糙度一般，油石较易磨损。 多油石磨削的特点是：内 圆的加工条件相对比较苛刻，排屑、散热困难，磨削液不易进入磨削区，油石易磨损，控制比较复杂，加工高精度和表面粗糙度的孔比较困难，成本也高，适合加工大尺寸类型的零件。 综上所述，多油石磨削的散热比较困难，容易引起热变形，一般用于加工大尺寸类型的零件，由于本课题所加工的零件属于中小尺寸，而且要求要求达到的精度比较苛刻，所以应避免 排屑和散热较为困难的工艺，毕业设计（论文） 精密数控磨床的总体设计 17 而且应该尽可能减少磨具本身由于磨损所带来的误差，所以多油石磨削并不适合本课题。相比另两个方案，切入式磨削与单油石磨削。一般单油石磨削的磨削量较大，由于本课题是精密 加工，所以磨削量极小，所以并不十分合适。而且单油石磨削的控制相对比较复杂，由于控制复杂，执行元件也将增加，精度就更难以保证。所以本课题选择砂轮 切入式磨削，砂轮与工件同向回转的加工方式。 磨床运动的确定与分配 磨床的传动系统是由加工工艺来决定的。 确定磨床的运动时，应当在满足工作要求的前提下，尽可能减少运动数目，特别是减少要求高的运动数目（例如分度运动等），并尽可能简化运动装置和传动装置的结构，尽可能用一个执行件完成多个运动。 磨头的运动分配 磨头是加工零件的

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