数控导轨磨床

吉林大学本科毕业设计说明书1中文摘要数控导轨磨床MM52160整体采用双柱式龙门框架结构，由床身、工作台、立柱、横梁、滑板、磨头等主要部件组成。M52160的主运动是周边磨头、万能磨头带动砂轮的旋转运动。机床的纵向进给由液压系统驱动工作台运动来实现，床身、工作台为双V型自定位导轨，提高了工作台运动的直线性。其中一条导轨体是横向可浮动的，补偿了由于导轨副运动摩擦发热而引起的导轨中心距的变化。水平和垂直方向的进给均由伺服电机通过滚珠丝杠螺母副驱动执行元件（横滑板和垂直滑板）运动来完成。该机床的控制系统采用主从式模块化控制结构，微机作为中央控制器，实现对进给系统控制模块、主运动速度控制模块、以及辅助系统的集中控制管理。进给系统的控制由PLC来完成。关键词数控导轨磨床整体结构控制系统外文摘要TitleThedesignofNumericalcontrolguidewaygrinderAbstractNumericalcontrolguidewaygrinderMM52160isformedofbodysection,workbench,uprightcolumn,beam,slidingplateandgrindinghead.The外文摘要2rotationalmovementoftheperipherygrindingheadandtheuniversalgrindingheadistheprimarymotionofthisnumericalcontrolguidewaygrinder.Thelongitudinalfeedisrealizedbythehydraulicssystem.Theworkbenchisdrivenbyahydraulicscylinder.TherearetwoV-modepieceofguidewayontheworkbench,oneofwhichisrelocatable.Sothestraightnessofthelongitudinalfeedisgreatlyadvanced.Andthesametime,itcancompensatethevariationoftheguideway’scenterdistancecausedbyfrictionfever.ThefeedmovementonbothhorizonandverticaldirectioniscompletedbyslidingplateandballscrewdrivenbyA.Cservo-actuator.Thecontrolsystemofthisnumericalcontrolguidewaygrinderadoptsmaster-slavemodeandmodularcontrolstructure.Asacentralcontrolunit,themicrocomputercentralizedcontrolandsupervisetheinputsystemcontrolmodule,theprimarymotionvelocitycontrolmodule,aswellasthesubsystem.Theinputsystemcontrolmoduleiscontrolledbyaprogrammablelogiccontroller.Thevelocityofprimarymotionischangedbytransducer.Keywordsnumericalcontrolguidewaygrinderstructurecontrolsystem吉林大学本科毕业设计说明书3目录1引言……………………………………………………………………42机床总体方案及主要参数确定………………………………………52.1机床总体方案………………………………………………………52.2机床主要参数确定…………………………………………………73周边磨头部件设计……………………………………………………73.1运动和动力参数计算………………………………………………73.2周边磨头主轴部件设计计算………………………………………83.3周边磨头垂直滑板设计计算………………………………………184床身工作台设计………………………………………………………204.1床身工作台总体尺寸确定…………………………………………204.2床身工作台导轨设计………………………………………………205控制系统设计…………………………………………………………225.1控制对象的描述……………………………………………………225.2总体控制方案确定…………………………………………………235.3电气控制系统硬件的选择…………………………………………245.4控制系统程序设计…………………………………………………26毕业设计总结………………………………………………………………33致谢…………………………………………………………………………34参考文献……………………………………………………………………34附录A………………………………………………………………………36第一章引言41引言近些年来，随着机械工业在我国的迅猛发展，被称为工作“母机”的金属切削机床也有了前所未有的进步。2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。磨床是机械加工后道工序的关键设备。车、铣、刨、镗床等金切机床上难以加工的淬硬材料和难加工材料或达不到精度要求的机械零件都在磨床上加工。随着科学技术的发展和社会进步，机械产品的加工精度越来越高，表面粗糙度越来越低，使得磨床在国民经济各部门的作用越来越大。因而专用于导轨和平面加工的导轨磨床的需求量越来越大。而且，国内外实践证明，用磨削方法加工的导轨表面，在工作中能很好形成油膜，耐磨性亦比刮研的导轨面高，况且磨削加工机床导轨面比刮研的方法生产率要高。尽管近年来国内的导轨磨床有了较大的发展，但与国外设计、生产的先进的导轨磨床相比尚有很大的差距，特别是在精度和自动化方面，从而导致每年必须进口相当数量的数控导轨磨床。由此可见，加大力度设计和研制具有自主知识产权的数控导轨磨床是必要的也是必须的。下面首先简单介绍一下国内外数控导轨磨床的发展情况。目前，在国际上德国、日本和瑞典的机床制造水平最高。其中德国、瑞典在制造精度方面处于领先地位，日本则产量和自动化方面占有优势。在诸多龙门导轨磨床制造厂之中，以德国瓦德利希·柯堡(WaldrichCoburg)公司水平最高。该公司从70年代开始发展数控导轨磨床。近年来在S系列的基础上，相继开发了SPS系列部分自动华化龙门导轨磨床、SNC系列全自动导轨磨床和SZ系列超级自动化的磨削中心。SPS系列磨床采用Siemens810M数控系统，控制万能磨头垂直(z轴)和水平(y轴)运动，以及万能磨头在垂直平面内的回转运动(轴)；控制周边磨头的垂直(轴)和水平轴轴)的运动。SNC系列垒自动导轨磨床采用Siemens850M或880M吉林大学本科毕业设计说明书5的数控系统。除少数监督功能外，自动完成全部磨削加工，开发了导轨磨床的专用软件，其最多控制轴可达l1轴。SZ系列超级自动磨削中心，采用Siemens850或880M数控系统，横梁固定，用一个万能磨头，其功率可达l8．5kW和22kW。垂直拖板的行程可达l250mm。装备有砂轮库，可自动换砂轮和砂轮罩壳，具有双工作台驱动，以提高机床的生产效率。除装卸工件外，机床自动完成全部磨削加工。包括砂轮的自动修正和补偿，按NC要求进行砂轮的动平衡，磨头主轴的自动定位，按NC要求实现机床的磨削自动工作循环。尽管近年来国内的导轨磨床有了较大的发展，但与国外设计、生产的先进的导轨磨床相比尚有很大的差距。主要体现在下列几个方面：1．装备方面机床精度，切削效率，自动化程度，吸尘防护以及操作性能与国外有关资料介绍的还有很大差距。另外，机床的一些基础件，如各种液压、气动、电子元件等可靠性不好，从而影响了整机的性能。特别是：机床关键零部件，如导轨，箱体件，齿轮副，丝杠，轴等的加工工艺与国外相比还很落后，不能满足高精密机床的要求。2．加工方面国内生产的导轨磨床的磨削精度，表面粗糙度，表面波纹度等与国外先进水平相比尚存在一定差距。3．测量方面：与国外先进水平相比，国内在对用导轨磨床加工好的导轨副的测量技术也是落后的。国外普遍在生产车间直接采用精密测量设备来测量机床导轨，如激光测量仪，电子水平仪，电子千分尺三坐标测量机等。而国内对于导轨副的测量还没有普遍采用自动测量。目前国内数控导轨磨床的主要生产厂家有：上海重型机床厂、杭州机床集团、长春第一机床厂等。2机床总体方案及主要参数的确定2．1机床总体方案数控导轨磨床M52160整体采用双柱式龙门框架结构，由床身、工作台、第二章机床总体方案及主要参数的确定6立柱、横梁、滑板、磨头等主要部件组成。其总体布局如图1所示。1.横梁2.周边磨头横滑板3.周边磨头垂直滑板4.周边磨头5.万能磨头垂直滑板6.万能磨头7.万能磨头横滑板8.立柱9.床身10.工作台图2-1机床总布局图M52160的主运动是周边磨头、万能磨头带动砂轮的旋转运动。周边磨头砂轮直径大，磨削功率大，效率高，精度高，适合于磨削水平导轨以及大平面。万能磨头可以绕中心回转90度，能够磨削不同角度的导轨面。机床的纵向进给由双活塞杆液压缸驱动工作台运动来实现，横向进给由伺服电机通过滚珠丝杠螺母丝杠螺母副带动横滑板沿横梁导轨作水平运动来实现。由于两个磨头不可以同时工作，因此用同一台伺服电机来控制两个磨头的横向运动，通过横向进给箱中的电磁离合器来选通需运动的磨头。垂直方向的进给由伺服电机、滚珠丝杠螺母副来实现垂直滑板与横滑板之间的相对运动。磨头的水平及垂直运动均采用滚动导轨，以消除爬行，导轨体为淬硬钢条，提高寿命和精度保持性。机床床身浮置于地基之上，磨削受热之后，可以在水平方向内自由伸缩，从而提高了工件在垂直方向的直线度。其次，工作台与立柱之间采用分离型结构，以减小床身工作台由于导轨之间的摩擦及液压进给系统发热变形而对立柱、横梁造成的影响，提高了磨头的横向运动精度。立柱与工作台均有垫铁支承，便于调整横梁与工作台的精度。另外，床身、工作台为双V型自定位导轨，使工作台在运动中受到对称摩擦力，消除了一V一平导轨由于摩擦不对称而产生的弯曲和震动，提吉林大学本科毕业设计说明书7高了工作台运动的直线性，工作台导轨表面贴塑，减小了滑动摩擦系数，从而减小了所需的驱动力和爬行现象，磨损小，寿命长并有良好的抗震性。可以降低对导轨材质的要求，而且由于液体有吸震性，且刚性好，因而导轨有良好的抗震性及较大的承载能力。此外这种导轨有低速不爬行，运动均匀性好，以及驱动力小等优点。工作台上的一条V型导轨与工作台作为一体，另一条V型导轨体用横向键与其保持横向滑动定位，称为自位导轨，由于这一条V型导轨体是横向可浮动的，工作台和床身配合的二个V型导轨中心距能自动调整正，补偿由导轨副运动摩擦发热而引起的中心距变化。2．2机床主要参数确定根据导轨磨床的现有标准，参考其它普通导轨磨床的尺寸参数，数控导轨磨床M52160的基本参数确定如下最大磨削宽度1600mm立柱间距2000mm最大磨削长度6000mm最大磨削高度1000mm工件最大重量9000Kg工作台最大行程6500mm工作台速度5～30m/min水平方向快速移动速度2000mm/min垂直方向快速移动速度2000mm/min砂轮尺寸周边磨头平面砂轮600×100×305万能磨头平面形400×63×127杯形400×63×127碗形400×63×127加工精度为满足一般机床的要求，导轨要达到如下精度：在水平面内的直线度小于0．01mm／lOOOmm，在垂直平面内的直线度小于0．Olmm／lOOOmm，导轨平行度小于0．O2mm／lOOOmm，导轨表面粗糙度R0．4。3周边磨头部件设计3．1运动参数和动力参数设计计算3.1.1主轴极限转速和转速范围（周边磨头）由