【2020-12】數(shù)控球面研磨系統(tǒng)設(shè)計【CAD圖+設(shè)計說明書】

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內(nèi)容簡介：: 開始,人機交互界面,輸入?yún)?shù),檢測裝置是否正常,輸出值,輸出,值,輸入試驗參數(shù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、運轉(zhuǎn)時間、油溫、正反轉(zhuǎn),潤滑劑潤滑,伺服驅(qū)動器驅(qū)動電機運轉(zhuǎn),報警電路是否報警,檢查故,障模式,查找故,障部位,排除故,障,開始,溫度是否不在 1的控溫精度內(nèi),潤滑劑是否正常輸入,電動機轉(zhuǎn)速是否在正常范圍內(nèi),報警停機,停止,Y,Y,Y,N,N,Y,Y,N,報警電路流程圖,結(jié)束,系統(tǒng)主程序流程圖,數(shù)控球面研磨系統(tǒng),材料,比例,1:1,數(shù)量,圖號,1,繪圖王思淮,2020/06/10,160321530,N,N 工藝要求是否達標 Y 停機,N,審核,熊家新,摘要數(shù)控球面研磨系統(tǒng)是一個利用數(shù)控程序進行球面研磨的一個系統(tǒng)，近年來精密加工技術(shù)已在國防、航空、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用,已成為衡量一個國家制造業(yè)技術(shù)水平的標志之一。研磨加工作為精密加工中的一種重要加工方法,也日益受到了重視。本文在查閱了國內(nèi)外研磨加工有關(guān)技術(shù)資料的基礎(chǔ)上,對數(shù)控球面研磨機床進行了如下內(nèi)容研究： (1)設(shè)計了可傾式回轉(zhuǎn)工作臺將三軸聯(lián)動數(shù)控機床擴展為五軸聯(lián)動數(shù)控機床,使其滿足球面研磨加工的需要。并對可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的擺臺和支架利用有限元法進行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析。 (2)為可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的 A、C 軸選擇驅(qū)動伺服電機、及圓光柵的型號。并將數(shù)控系統(tǒng) NUM POWER1060 與 A、C 軸伺服控制電機進行連接,編寫了 A、C 軸的 PLC 控制程序,并進行調(diào)試。 (3)分析了研磨理論及變位自轉(zhuǎn)研磨。分析研磨參數(shù)對被研磨工件精度的影響,即研磨速度、研磨壓力、對工件表面粗糙度、表面耐磨性、表面耐腐蝕性等的影響。為數(shù)控球面研磨系統(tǒng)提出了有效的規(guī)劃方法,并利用 Matlab 進行仿真分析。關(guān)鍵詞：數(shù)控伺服系統(tǒng) 研磨加工球面研磨The CNC spherical grinding system is a system that uses a numerical control program for spherical grinding. In recent years, precision machining technology has been widely concerned and applied in the fields of national defense, aviation, and aerospace, and has become a symbol of measuring the technical level of a countrys manufacturing One. As an important processing method in precision machining, grinding processing has also received increasing attention. In this paper, on the basis of consulting the relevant technical data of grinding processing at home and abroad, the following contents are studied on the CNC spherical grinding machine:(1) The tiltable rotary table is designed to expand the three-axis linkage CNC machine tool into a five-axis linkage CNC machine tool to meet the needs of spherical grinding. The structure and static analysis of the tilt table and the support of the tilting rotary table were carried out by the finite element method.(2) Select the servo motor and circular grating models for the A and C axes of the tiltable rotary table. The CNC system NUM POWER1060 is connected with the A and C axis servo control motors, and the PLC control programs of the A and C axes are written and debugged.(3) The grinding theory and displacement rotation grinding are analyzed. Analyze the influence of grinding parameters on the precision of the workpiece to be ground, that is, the influence of grinding speed, grinding pressure, surface roughness of the workpiece, surface wear resistance, surface corrosion resistance, etc. An effective planning method is proposed for the CNC spherical grinding system, and the simulation analysis is carried out using Matlab.Keyword:CNC servo system grinding spherical surface lapping30目錄摘要3第一章緒論6第二章原理分析82.1.數(shù)控球面研磨系統(tǒng)原理分析82.1.1確定研磨方案82.1.2研磨原理82.1.3工件受力分析102.2研磨系數(shù)112.3相對研磨速度分析13第三章機電控制系統(tǒng)設(shè)計163.1總體設(shè)計16按照球面研磨系統(tǒng)我大體設(shè)計了如下流程圖的運作方式：163.2伺服驅(qū)動系統(tǒng)163.2.1伺服系統(tǒng)開環(huán)控制173.2.2伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制173.3伺服驅(qū)動電機選擇173.3.1常用伺服電機比較183.3.2 伺服電機型號選擇183.4圓光柵的選擇213.5高頻溫控系統(tǒng)223.6本章小結(jié)23第四章數(shù)控球面研磨系統(tǒng)實驗研究244.1實驗背景244.2 實驗流程244.3數(shù)據(jù)分析25第五章經(jīng)濟分析285.1數(shù)控球面研磨系統(tǒng)經(jīng)濟成本預(yù)算285.2數(shù)控球面研磨系統(tǒng)制作對環(huán)境影響及其可持續(xù)性285.2.1數(shù)控球面研磨系統(tǒng)對工作環(huán)境的影響285.2.2數(shù)控球面研磨系統(tǒng)制作中產(chǎn)生三廢的處理方法295.2.3試驗臺的設(shè)計理念的可持續(xù)性29第六章總結(jié)30參考文獻31致謝32第一章緒論由于機械加工歷史悠久，一般是通過物理手段進行加工，可以加工成納米尺寸的顆粒，同時又能精確地增加，從而降低了物體表面的粗糙度。另一方面，對軸向柱塞泵配流副和滑靴副潤滑特性測試系統(tǒng)的研究與開發(fā)，詳細闡述了其工作原理。德國partal大學(xué)的StefanBracke提出了一種聯(lián)合檢測磨削參數(shù)設(shè)置的方法，以保證磨削參數(shù)的經(jīng)濟可用性。用數(shù)學(xué)方法分析了磨削的可行性。研究了設(shè)計實驗的路線，分別從外部效應(yīng)和內(nèi)部效應(yīng)的角度，研究了利用數(shù)控磨床進行偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磨削加工方法時工藝參數(shù)對表面性能的影響操作內(nèi)部的各種骨架構(gòu)成。在測試潤滑度時，物理數(shù)值與化學(xué)結(jié)構(gòu)下進行測試得到其中的數(shù)據(jù)，從而保證誤差變得一小再小，保證研磨技術(shù)的能力。1 當前經(jīng)濟全球化的趨勢下產(chǎn)生了人工智能領(lǐng)域不斷優(yōu)化，這就是電子行業(yè)。其與電子行業(yè)聯(lián)系，密切人智能化精確化的產(chǎn)品越來越受到人們的喜愛，銷量不斷提高，而對于產(chǎn)品來說，其內(nèi)部的電子軟件及硬件是電子產(chǎn)品質(zhì)量的保證，智能化的前提是在生產(chǎn)電子軟件硬件過程當中要注意其精確度，所以在這種情況下要求企業(yè)對電子軟件電子硬件的生產(chǎn)過程中精確度提升、質(zhì)量提升，這才能受到人們的廣泛認可。與此同時，除了提升電子硬件的過程中的精確度及質(zhì)量，企業(yè)也同樣需要降低生產(chǎn)成本，提升電子硬件精確度，這就需要技術(shù)開發(fā)人員進行不斷地創(chuàng)新優(yōu)化，使當前電子硬件被企業(yè)及消費者滿意。2 ManringND等人對釔鋁石榴石晶體的機械研磨拋光工藝進行了研究，經(jīng)過單音素的實驗，最終得出了粗糙值的數(shù)據(jù)。 CrabtreeAB等人對研磨盤磨損軌跡進行研究，提出利用多參數(shù)的研磨方案，對傳統(tǒng)研磨方案進行改良，得出了更為勻速的研磨手段。中國礦業(yè)大學(xué)李同清以球磨機礦磨介質(zhì)進行研究，對介質(zhì)的各項數(shù)據(jù)進行范圍、能量聚集及物理粉碎等方面進行分析，主要目的是為了了解各項參數(shù)之間的聯(lián)系。運動學(xué)、力學(xué)等幾個方面進行內(nèi)容分析。3 南京理工大學(xué)溫貴對研磨工藝進行研究，主要目的是提高滾珠絲杠副各方面使用效果并研究專用實驗臺。河南工業(yè)大學(xué)何文平設(shè)計的超聲振動復(fù)合磨削技術(shù)滿足技術(shù)支持。這可以提升材料的利用率，提高研磨程度，使研磨物體外部細膩，這也提高了物體的使用效率，也是研磨質(zhì)量的提升。國外對一個能看出工件加工后各方面數(shù)值的方法的提出，保證研磨參數(shù)的經(jīng)濟可用性重復(fù)現(xiàn)實性重復(fù)率，據(jù)數(shù)學(xué)方法對研磨進行可行性分析，在整個過程當中提供多元化概念，計量準確，注重非參數(shù)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法。4 以上可以看出，當今社會研磨技術(shù)已經(jīng)越來越成為企業(yè)生產(chǎn)能力的關(guān)鍵所在的，對于一些零部件而言，研磨效率對產(chǎn)品的壽命及體驗，具有十分重要的影響，而當今研磨記憶不斷優(yōu)化的，具有針對的研究很少。因為其也是零部件生產(chǎn)的重要所在也影響著零部件的使用壽命和實際體驗，只有采用先進的研磨運動軌跡，才能提升使用效率，當前企業(yè)對于這方面的短板很難改善，只能進行不斷地技術(shù)開發(fā)，研究相關(guān)運動參數(shù)，但是這樣的方式產(chǎn)能低下，效果不明顯造成成果浪費，而當前這種情況下，其研究內(nèi)容是應(yīng)該對廣大企業(yè)所研究開發(fā)的再應(yīng)用于企業(yè)中，這才能達到雙贏的實現(xiàn)。第二章原理分析2.1.數(shù)控球面研磨系統(tǒng)原理分析2.1.1確定研磨方案在查閱數(shù)控球面研磨研究相關(guān)的文獻后，數(shù)控球面研磨系統(tǒng)的基本原理和研究進展進行總結(jié)的基礎(chǔ)上提出了本課題的設(shè)計路線。本課題想要構(gòu)建的系統(tǒng)是通過利用數(shù)控技術(shù)操控研磨機床對工件進行特定球面研磨的系統(tǒng)?；谝陨细拍睿心シ桨傅倪x擇對于本課題就至關(guān)重要?？紤]過各種因素后本課題采用變位自轉(zhuǎn)研磨機構(gòu)作為基礎(chǔ)研磨方案。2.1.2研磨原理近年來，雖然研磨技術(shù)的不斷發(fā)展，但是最基礎(chǔ)的固著磨料研磨技術(shù)仍然廣泛的應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，研磨加工主要是將分散的磨粒固結(jié)到一起改成磨具，再再進行進一步的操作加工。這種技術(shù)方法可以避免由于磨盤的高速轉(zhuǎn)速造成的磨料損失等問題。在此基礎(chǔ)上目前最大多數(shù)研磨加工技術(shù)為行星式研磨加工?；旧鲜怯秒p軸式定偏心研磨。磨粒與工件在磨削過程中的相對運動軌跡也是磨削原理研究的重要組成部分。磨削軌跡曲線的研究可以從兩個方向開始:研究工件相對于磨削盤上一個固定點的運動軌跡或研究工件相對于磨削盤上一個固定點的運動軌跡。雖然在幾何范圍內(nèi)，但這兩條軌跡屬于同一范疇。然而,在應(yīng)用方面,兩種類型的跟蹤可以顯示不同的系統(tǒng)情況下,如工件的磨削情況可以看到的運動跟蹤工件相對于研磨盤上的不動點,加工質(zhì)量和完成情況可以更直觀的看到。而磨削盤相對于工件固定點的運動軌跡可以清晰地反映出磨削盤的磨損、紋理等情況。針對于基本的磨削方法，其軌跡方程的建立較為簡單，主要以工件與磨削盤的相對運動為坐標系。由幾何上所展示的軌跡就可以推斷出其軌跡方程。但是正如研究路線所展示的，本課題所要研究的為行星式研磨方法是研磨軌跡較復(fù)雜的研磨方式。雖然常用的推導(dǎo)軌跡方程的方法也是通過建立坐標系利用幾何上展示研磨軌跡推導(dǎo)軌跡方程。但其以行星和太陽之間的公轉(zhuǎn)的假象桿系為基礎(chǔ)構(gòu)建的坐標系就較復(fù)雜，很容易出錯。本文在推導(dǎo)軌跡方程上有技術(shù)上的提升，利用機器人領(lǐng)域普遍使用的-齊次坐標變換法，設(shè)定好初始參數(shù)就十分簡單方便。這種推導(dǎo)運動軌跡的方法利用矩陣運算使得每個步驟從坐標系的建立到研磨軌跡的展示都變得相對簡易直觀，且全機器運算不易出錯。具體有關(guān)行星式研磨方法的原理和算法如下圖所示。5圖2.1 行星式研磨運動原理圖注：首先建立坐標系，0和02和03作為原點，0和03一起，并且互相平行。O為坐標系的原點，坐標系XOY，O為與太陽輪重疊的坐標系原點圓；O2為行星輪(工件)坐標系的原點，用X2O2 Y2O2表示該坐標系；代表磨盤坐標系的O3，坐標為X3O3Y3。正反向為逆時針，太陽輪半徑設(shè)為r，旋轉(zhuǎn)角速度設(shè)為1；行星輪的半徑為R，旋轉(zhuǎn)角速度為2，旋轉(zhuǎn)角速度為h。磨盤上任意一點的P與O3的距離為rp。經(jīng)過加工時間t后，工件旋轉(zhuǎn)通過角度2，旋轉(zhuǎn)通過角度H，磨盤旋轉(zhuǎn)通過角度。根據(jù)D-H法原理，O2與O之間的坐標變換矩陣2OOT可寫為（2.1）研磨盤上任意一點P在O的齊次坐標矩陣OpT為：（2.2）則描述P點在O2中的齊次坐標矩陣2OpT：(2.3）根據(jù)輪系的知識，有：（2.4）那么，由D-H法推得的行星式研磨方法的研磨加工軌跡曲線可寫為：（2.5）2.1.3工件受力分析因為在實際生產(chǎn)加工的過程中，經(jīng)常會有磨料和工件損傷的情況。因此對于工件受力分析就顯得尤為重要。構(gòu)建一個研磨系統(tǒng)，工件的受力分析也占有一定的地位。在查閱數(shù)據(jù)之后，對磨削過程中工件上的力的分析將具有頭部的總壓力N，即磨削工具的法向反作用力，即磨削工具之間的壓力q(,)，這通常是個函數(shù)；單位面積的摩擦力F，以及頭部和工件之間的摩擦力M，這是一組使工件處于平衡狀態(tài)的空間力。我們分析的目的是確定分布和大小工件上的正壓力,N是已知的壓力,以便找到F摩擦力的分布和大小,摩擦驅(qū)動力和摩擦阻力矩M6然而，在空間中任何一個力系統(tǒng)的平衡方程都不可能解決正壓力分布的問題。我們必須假設(shè)q(,)的分布，然后用平衡方程來求其數(shù)值。我們先假定q（，）=q（），這就是說q的分布是與Z軸對稱，與角無關(guān)，當=0時，q為最大值q1。所以利用在Z軸方向的平衡條件為：（2.6）于是（2.7）之后根據(jù)公式算摩擦力：（2.8）然后由根據(jù)公式求旋轉(zhuǎn)力矩，主要就是算摩擦力在Z軸上做工的代數(shù)和，由下式可得：（2.9）最后求出磨具和被加工材料所產(chǎn)生的摩擦力矩，本課題所研究的是球面研磨，力矩的計算就按照正常研磨來算，在軸由牛頓第二定律定律可得：（2.10）2.2研磨系數(shù)旋轉(zhuǎn)雙面研磨機制轉(zhuǎn)變,Z軸除了少數(shù)驅(qū)動電動機輸出轉(zhuǎn)矩用在了轉(zhuǎn)換勢能,大部分為螺桿牽引,在一定程度上克服Z軸移動部件的G,用在導(dǎo)軌摩擦的一部分。所以，磨削產(chǎn)生的功和摩擦產(chǎn)生的功可以相互轉(zhuǎn)換稱此轉(zhuǎn)換系數(shù)為研磨系數(shù)。當上、下研磨盤同心，假設(shè)工件受隔離盤限制不能沿X、Y方向移動，只能自轉(zhuǎn)?？蛰d時，Z軸電機的空載驅(qū)動功率 p （2.11）其中Qz控與Nz空對應(yīng)的牽引力；Mz空z軸驅(qū)動電機空載時的扭矩；IzZ州驅(qū)動電機與絲杠之間的傳動比；VfZ軸進給速度；L絲杠導(dǎo)程。上研磨盤回轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動效率N1空：（2.12）其中M1空上研磨盤回轉(zhuǎn)電機空載時的扭矩；Iz上研磨盤回轉(zhuǎn)電機與研磨盤間的傳動比。Z軸電機總的驅(qū)動功率Nz由下式可得（2.13）其中MzZ軸電動機輸出扭矩。將包含摩擦損耗，配重等消耗在內(nèi)的廣義效率用zh表示，則Z軸驅(qū)動電機的有效研磨功率Nz可表示為：（2.14）其中Q與Nz對應(yīng)的有效牽引力；Q值即為工件表面承受的軸向壓力Fn，研磨壓力P（Mpa）為單位面積上所受壓力，計算公式為：（2.15）其中A為工件面積；l為工件半徑。對于上研磨盤回轉(zhuǎn)軸存在：（2.16）其中N1上研磨盤電機輸出功率；N1上研磨盤電機輸出有用功率；M1上研磨盤電機輸出扭矩。上研磨盤輸出的有用功為：（2.17）研磨盤輸出的有用功與研磨力消耗的功之合應(yīng)為零，由此關(guān)系推得：（2.18）代入可得（2.19）將實驗測得的N空，N1空，M1及求出的和i1代入上式便可求得研磨系數(shù)。72.3相對研磨速度分析原理分析方面，研究工件研磨速度可以間接得到旋轉(zhuǎn)角速度。工件在研磨加工的過程中，需要不停的運動包括在磨具上的來回擺動和自身的旋轉(zhuǎn)。但是其在磨具上的來回擺動較慢，在研究研磨速度時可以忽略不計。研磨速度與磨具轉(zhuǎn)動角速度直接的函數(shù)關(guān)系如下所示：設(shè)磨具轉(zhuǎn)動角速度為，磨具與工件之間相對轉(zhuǎn)角速度為:。球面上各點的相對研磨速度為：代入之后可得（2.20）（2.21）在坐標系中,（2.22）將此結(jié)果代入式2.22可得（2.23）（2.24）于是，（2.25）代回方程2.24可得：0（2.26）推導(dǎo)出的公式便可用于計算研磨的速度分析。第三章機電控制系統(tǒng)設(shè)計3.1總體設(shè)計為了使整個機械系統(tǒng)設(shè)計的更加合理穩(wěn)定，本系統(tǒng)需要多方面的限制和設(shè)定，根據(jù)設(shè)計要求，要讓本系統(tǒng)的控溫精度設(shè)置在1，運動速度范圍03m/sec；效率要大于60%，功率大于5.5KW 按照球面研磨系統(tǒng)我大體設(shè)計了如下流程圖的運作方式：圖3.1 系統(tǒng)流程圖3.2伺服驅(qū)動系統(tǒng)在流程圖中可以看出對于工件的球面研磨都是循環(huán)重復(fù)的，且構(gòu)建本系統(tǒng)的基礎(chǔ)要求就是精確，基于這兩點，就需要提出一個新概念，即伺服驅(qū)動系統(tǒng)。通過對該系統(tǒng)的控制來對研磨進行反饋控制。伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要是接受命令并進行想應(yīng)的系統(tǒng)控制處理，如改變機械功率，對整個系統(tǒng)進行溫度調(diào)控，進而對機械的速度和位置進行更便捷高效的控制。伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要是通過檢測元件對原件進行比較和執(zhí)行等操作。對于伺服驅(qū)動系統(tǒng)的大致工作流程如下圖所示。8圖3.2 伺服驅(qū)動系統(tǒng)工作流程3.2.1伺服系統(tǒng)開環(huán)控制對于伺服系統(tǒng)的研究首先要從開環(huán)部分的系統(tǒng)進行。其中最重要的因素在于數(shù)控的回轉(zhuǎn)工作，主要包括回轉(zhuǎn)方向，角度，速度等因素?？刂七@些因素需要直接控制指令脈沖。而指令脈沖當量的設(shè)定就由加工精度和數(shù)控轉(zhuǎn)臺的直徑?jīng)Q定。加工精度越高，數(shù)控轉(zhuǎn)臺直徑越大，脈沖當量就越小。一般數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的脈沖當量范圍從0.0010/脈沖到20/脈沖。本系統(tǒng)開環(huán)控制雖然需要小數(shù)值的脈沖當量，但也應(yīng)該考慮其現(xiàn)實性。綜合各方面原因本系統(tǒng)的開環(huán)控制如下圖所示。圖3. 3伺服驅(qū)動系統(tǒng)開環(huán)控制工作流程3.2.2伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理與開環(huán)系統(tǒng)相似，同樣是利用指令脈沖當量進行控制。但是在結(jié)構(gòu)上有一定的差別。主要區(qū)別在于閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng)會有圓光柵或圓感應(yīng)同步器用來測量轉(zhuǎn)動角度進行調(diào)控。將測量的轉(zhuǎn)動角度與最開始的系統(tǒng)指令進行比較從而完成更精準的數(shù)控轉(zhuǎn)臺閉環(huán)控制。大致執(zhí)行流程圖如下。9圖3.4 伺服驅(qū)動系統(tǒng)閉環(huán)控制工作流程3.3伺服驅(qū)動電機選擇球面上各點的相對磨削速度是：數(shù)控機床中最重要的一部分就是伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其中包含進給驅(qū)動和執(zhí)行機構(gòu),命令磨具和工件的運動和其他指令。伺服驅(qū)動系統(tǒng)幾乎決定了數(shù)控機床的運行方向。例如,數(shù)控機床的最大進給速度、磨削精度、刀具進給點等重要指標取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能。因此，本系統(tǒng)對數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)有以下主要性能要求：(1)進給速度大小要比較寬泛。不僅要讓刀具可以慢速切削,還要讓刀具可以高速進給。(2)位移精度應(yīng)準確。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的位移精度是指進給機床工作臺的指令脈沖所需的位移與伺服系統(tǒng)從指令脈沖轉(zhuǎn)換到工作臺的實際位移之間的重合度。這兩個因素之間的差距越小,伺服驅(qū)動系統(tǒng)的位移精度越精準。(3)跟隨誤差越小越好,伺服驅(qū)動系統(tǒng)響應(yīng)越多。(4)伺服驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定性要越高越好,伺服驅(qū)動系統(tǒng)要抵抗其他因素的干擾,保證磨削的因素保持穩(wěn)定。3.3.1常用伺服電機比較當前時代，交流伺服電機具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性和許多優(yōu)異的功能。步進電機用于開環(huán)控制，伺服電機主要用于閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。其性能特點如下:步進電動機的特點是:一是過載能力優(yōu)異。負載的重量不會影響電力，所以步進電機對于負載來說，不用刻意控制其增減;二是控制性高。步進電機是用“步”為單位工作的，用這個單位一目了然，用計算機數(shù)控來操控就比較簡單，換句話說，數(shù)控的研發(fā)也為步進電機的使用提供了很好的空間;三是整機結(jié)構(gòu)簡單。（1）普通的電機整體結(jié)構(gòu)方面比較復(fù)雜，使用起來對于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法進行修理或更改，步進電機的優(yōu)勢就是，讓整體的結(jié)構(gòu)比較利于調(diào)整。四是運動精度較低，在速度運行數(shù)值較高的情況可以會無法使用，同時即便運行的話也會有很大的噪音。（2)直流伺服電機的特點:首先性能很平穩(wěn)。直流伺服電機具有優(yōu)秀的穩(wěn)定性，即使進給速度上下變動較大，也可以穩(wěn)定的運行。二是控制性優(yōu)秀。電機的系數(shù)可以很方便的改變，同時給予的電壓越大轉(zhuǎn)速就快;給予的電壓正負極也決定了電機轉(zhuǎn)動的方向;給予的電壓為零時，電機可以隨時停止運作。第三直流伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量小，啟動力矩大，能快速響應(yīng)起動、停止和調(diào)速信號。四是效率較高。直流伺服電機廣泛應(yīng)用于寬調(diào)速系統(tǒng)和精密位置控制系統(tǒng)中，其輸出功率一般為1- 600w，幾千瓦。第五，交流伺服電機的結(jié)構(gòu)、控制原理和算法比較復(fù)雜。交流伺服電機的調(diào)試非常困難，需要先將交流轉(zhuǎn)換為直流，再將直流轉(zhuǎn)換為交流輸出。尤其是高功率的。(3)交流伺服電機功能優(yōu)異，例如結(jié)構(gòu)簡單，操作容易同時還具有比較不錯的穩(wěn)定性，同樣條件下電機的磨損程度較小。價格便宜，技術(shù)成本低但是加工精度很高，高效便捷使其具有較高性價比。除以上兩點之外，在外觀上它體積小重量輕也便于放置，系統(tǒng)內(nèi)它慣量小，使其反應(yīng)速度快，工作環(huán)境散熱效果優(yōu)良。本系統(tǒng)需要的可傾式回轉(zhuǎn)工作臺在工作過程中要承擔較大的壓力和很高的精確度。因此它需要采用響應(yīng)速度快，承壓能力強，加工精度高和磨損程度小的驅(qū)動系統(tǒng)。綜合上文提到的交流伺服系統(tǒng)的特點，可以發(fā)現(xiàn)它的性能不僅可以滿足要求條件還具有很高的性價比。因此可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的A,C軸驅(qū)動電機選用安川E-II系列交流伺服電機直接驅(qū)動方案。103.3.2 伺服電機型號選擇 a.選擇步驟（1）伺服電機功率計算：牽引力功率N牽（W）: （3.1）P牽絲杠的牽引力（N）v工進工件的進給速度（m/sec）電機功率N電機（W）：（3.2）N牽牽引力功率（W)進給傳動系統(tǒng)效率：（3.3）（2）轉(zhuǎn)矩計算：以最大工進進給速度進給時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩T（Nm）：（3.4）N電機電機功率（W）；絲杠的角速度（s-），=125.66s-。（3）電機力矩校核：負載慣量可由以下公式求得：（3.5)Ji各個轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量（kgm）；ni、n各個轉(zhuǎn)動件和伺服電動機的轉(zhuǎn)速（r/min）；mj各個移動件的質(zhì)量（kg）；vj各個移動件的速度（m/min）。其中轉(zhuǎn)動慣量Ji的計算方式如下： (3.6）電機力矩校核：快速空載啟動所需的力矩T（Nm）（3.7）b. 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺驅(qū)動電機的選擇可傾式回轉(zhuǎn)工作臺驅(qū)動電機的工作過程中，分析各種數(shù)據(jù)，研磨中的壓力多大不超過5Kpa，同時因為是球面研磨，所以受力面積也比較小，設(shè)定研磨面積為2500mm，所以能用下面的式子計算出壓力F: （3.8）看回轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行部件來說，要計算出載荷，還要考慮旋轉(zhuǎn)部件各方面的壓力以及自身重力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。當加工工件時產(chǎn)生出最大扭矩時，可傾式回轉(zhuǎn)工作臺如果可以正常工作的時候，然后按轉(zhuǎn)動慣量校核啟動扭矩。計算結(jié)果以及過程如表3.1所示：表3.1 各個系數(shù)在AC軸的數(shù)值A(chǔ)坐標軸C坐標軸最大研磨力矩3.29工件重力產(chǎn)生力矩43120轉(zhuǎn)臺重力產(chǎn)生力矩022最大牽引力距43176工件及轉(zhuǎn)臺慣量0.222.6減速比100100傳動效率0.960.96工作臺最大轉(zhuǎn)速6060驅(qū)動電機所需功率90400驅(qū)動電機所需轉(zhuǎn)速10001000驅(qū)動電機所需扭矩0.52.0驅(qū)動電機是否抱閘是否通過對各種系數(shù)的計算，選擇安川E-II系列交流伺服電機中的SGMPH型交流伺服電機，這個電機有以下幾個優(yōu)點: 1)整定時間較短，能夠精度較高，轉(zhuǎn)速較快，使用速度觀測控制，發(fā)現(xiàn)電機的速度上下浮動不大，可以轉(zhuǎn)動很自如;2)可以自動變換，伺服電機的型號可以被自動顯示出來，電機參數(shù)可以自由設(shè)定，控制電路自己控制自己，主電路自己控制自己，報警時可以隨意使用，保護電路。3)可以自如控制。性能參數(shù)如表3.2所示表3.2各個參數(shù)在AC軸的數(shù)值參數(shù)軸軸型號0860861電壓200200額定功率750750額定轉(zhuǎn)矩2.412.41瞬間最大轉(zhuǎn)矩7.227.22額定轉(zhuǎn)速30003000最高轉(zhuǎn)速50005000轉(zhuǎn)子慣量4.114.11允許負載慣量19.819.8額定功率相應(yīng)率26.226.2適用編碼器增量式13增量式133.4圓光柵的選擇在本課題所研究的數(shù)控球面研磨系統(tǒng)中，基本上都用光柵當作反饋檢測元件。光柵的工作原理為光學(xué)范圍，沒用復(fù)雜的電路，同時擁有很高的檢測精度。所以，在數(shù)控球面研磨系統(tǒng)的可傾式回轉(zhuǎn)工作臺中采用圓光柵作為A,C軸的檢測元件，實現(xiàn)閉環(huán)控制。11 根據(jù)數(shù)控球面研磨系統(tǒng)的要求以及實用性，選用RENISHAW公司的圓光柵，性能參數(shù)特點如下： (1)精度比較好控制。 (2)結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。圓光柵參數(shù)表如表3.3：表3.3 圓光柵的參數(shù)在軸的數(shù)值坐標軸軸軸公稱外徑100150外徑100.2150.2內(nèi)徑80130高度1010刻線數(shù)1574423600刻線間距2020質(zhì)量0.20.3轉(zhuǎn)動慣量4201600最大速度230160分辨率0.800.52刻度精度士2. 0士1 .3系統(tǒng)精度士2.4士1 .943.5高頻溫控系統(tǒng)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，高頻感應(yīng)加熱技術(shù)能夠更好的滿足要求，因為它具有升溫快，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，且可以通過信息技術(shù)實現(xiàn)自動控制。如果將高頻感加熱技術(shù)與PLC相結(jié)合，就可以獲得更優(yōu)良的加熱工藝。圖3.53.5.1 PLC 硬件系統(tǒng)本系統(tǒng)中PLC使用了施耐德電氣的 Modicon TSX Pre-mium。Premium結(jié)構(gòu)單，并且使用方便、調(diào)整簡單，是本課題的不二選擇。Premium有高速執(zhí)行命令的特點。Premium可以大量節(jié)約時間，提高效率。電源型號選用 PSY 2600，把輸入的220V交流電變換為24V直流電?？梢员Ｗo電路。Premium 處理器使用TSX 57103型 CPU。離散型 I/O 輸入模塊使用DEY 64D2K，共共計有64個隔離通道，把所有接口連接上PLC。離散型I/O 輸出模塊采用DSY 32T2K。計有32個通道，可以對電機和氣壓執(zhí)行構(gòu)件進行控制。模擬量 I/O 輸入模塊采用AEY420，4通道帶公共點的高電平輸入，16位A/D轉(zhuǎn)換，正負十V的上下浮動和020mA電流型模擬量信號。模擬量I/O輸出模塊采用ASY410，4通道間帶隔離輸出，正負十V的上下浮動和020mA電流型模擬量信號，響應(yīng)時間2.5ms，分辨率11位+符號位，發(fā)送420mA電流型信號來控制高頻發(fā)生器的功率輸出。12結(jié)構(gòu)流程圖如下圖所示 220 2600 57103數(shù)字量輸入 642數(shù)字量輸出 322溫度傳感器 420高頻發(fā)生器 410圖3.63.6本章小結(jié)根據(jù)查閱文獻，本章對于機械結(jié)構(gòu)即即重要部分伺服驅(qū)動系統(tǒng)進行了大致的闡述和總結(jié)，主要包括伺服系統(tǒng)的建立，電機的選擇和安裝及調(diào)試。根據(jù)本系統(tǒng)所要構(gòu)建的研磨機械選擇了相應(yīng)的電機型號圓光柵的型號和對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的開閉環(huán)控制系統(tǒng)，并利用程序和系統(tǒng)有效的實現(xiàn)了其安裝和調(diào)控過程，完成了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。第四章數(shù)控球面研磨系統(tǒng)實驗研究4.1實驗背景雖然數(shù)控球面系統(tǒng)在理論上有一定的可行性，但是對于其實際應(yīng)用還需要通過實驗論證，對于一個研磨系統(tǒng)的評定主要依據(jù)是其加工的工件的表面精度。本章則通過設(shè)計實驗來探討不同研磨條件下的工件加工精度和工件質(zhì)量，進而選擇一個最優(yōu)質(zhì)的條件作為本系統(tǒng)參數(shù)。加工后工件的質(zhì)量和精度有很多的描述方式，只是根據(jù)不同的需求有不同的分類方式，如宏觀特性、微觀特性；外部效應(yīng)、內(nèi)部效應(yīng)等。本系統(tǒng)的基礎(chǔ)研磨工藝屬于對工件表面進行加工，實質(zhì)是對工件進行微量切削。為了探討以上內(nèi)容就需要研究接觸零件結(jié)合面的表面特性研究路線為設(shè)計實驗分別從外部效應(yīng)和內(nèi)部效應(yīng)入手，利用數(shù)控研磨機研究變位自轉(zhuǎn)研磨加工方法中工藝參數(shù)對表面特性的影響。本課題主要是對數(shù)控球面研磨的方法展開研究，因此只需要探討應(yīng)用于系統(tǒng)的工件的質(zhì)量和精度。工件生產(chǎn)成型以后，在工件的表面都會反映其系統(tǒng)的加工工藝和工藝下的加工紋理。這些紋理與零件之間的相互摩擦有著一定的關(guān)系?；谝陨显?，實驗結(jié)果需要呈現(xiàn)的是由不同機械參數(shù)或工藝方法造成的表面粗糙度。但是工藝因素如磨具使用時間長留下的磨損印記等無法呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，就會造成很多不同的表面結(jié)構(gòu)，如撕裂，斷裂，磨損等。表面粗糙度直接影響零件的各種性能，如接觸剛度、導(dǎo)熱系數(shù)、接觸電阻、反射能力、輻射性能等。它直接影響工件的生產(chǎn)，因此表面粗糙度是判斷工件質(zhì)量的重要因素。表面粗糙度評價參數(shù)是世界上大多數(shù)國家首先提出并采用的。為等差均值偏差Ra(Roughnessaverage)，為采樣長度L內(nèi)輪廓偏差Z(從表面輪廓上的點到參考線的距離)絕對值的算術(shù)平均值。4.2 實驗流程實驗主要對不同壓力，不同轉(zhuǎn)速下的工件完成精度和不同研磨壓力下相應(yīng)的工件殘余力形式和大小進行研究。首先是研究工件在不同壓力下的精度。本實驗采用控制變量的方法，就是固定一些因素的數(shù)值，只改變磨削過程中施加在工件表面的磨削壓力P。選擇1-5個樣品進行研磨實驗。試件材料為Cr12，熱處理后表面硬度為hrc50-55，上下研磨盤轉(zhuǎn)速分別為31.5RPM和-51RPM，研磨壓力0.1mpa施加于工件。將0.1mpa的磨削壓力施加于在2-5工件壓力的基礎(chǔ)上對前一工件進行實驗。由于被加工表面的微觀粗糙度非常接近，不利于總結(jié)和分析磨削壓力對表面粗糙度影響的趨勢，因此采用cmy-3102金相顯微鏡對加工結(jié)果進行加工增大采樣長度進行測量，采樣長度為 639.375繪制工件表面粗糙度表格如下：表4.1 不同研磨壓力下的工件12345壓力0.10.20.30.40.5Ra(mm)0.230.200.170.250.28第二個實驗是研究不同轉(zhuǎn)速下的工件完成精度，同樣是采用控制變量的方法，選取5個樣本編號6-10，保持其他機械參數(shù)相同，只改變上下研磨盤的轉(zhuǎn)速比進行研磨加工。研磨壓力均為0.3Mpa，6號工件采用轉(zhuǎn)速100r/min的研磨機主軸轉(zhuǎn)速，7號工件采取150r/min的研磨機主軸轉(zhuǎn)速，8號工件的研磨機主軸轉(zhuǎn)速為200r/min，9號工件的研磨機主軸轉(zhuǎn)速為250r/min，10 號工件采用研磨機主軸轉(zhuǎn)速300r/min 進行實驗，得到6-10號工件的表面粗糙度Ra值隨主軸轉(zhuǎn)速變化的表格。表4.2 不同轉(zhuǎn)速下的Ra工件678910轉(zhuǎn)速100r/min150r/min200r/min250r/min300r/minRa（mm）0.230.180.100.070.08對于研磨壓力對工件表面殘余應(yīng)力的表現(xiàn)形式和大小的實驗也是采用控制變量的方法，保持其它機械參數(shù)一致，并在不同磨削壓力下進行分析。固定磨削盤轉(zhuǎn)速為31.5/-51rpm，通過改變電機在轉(zhuǎn)矩模式下的輸出轉(zhuǎn)矩，磨削壓力分別為0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa和0.5MPa。實驗結(jié)果采用MSF-3Mx射線應(yīng)力計測量，表4.3 壓力對工件表面殘余應(yīng)力的影響工件1112131415壓力0.10.20.30.40.5殘余應(yīng)力2002505506508004.3數(shù)據(jù)分析由以上實驗結(jié)果可以看出本系統(tǒng)操作的試件在不一樣的研磨速度和壓力等影響下都可以進行加工。實驗結(jié)果還表明球形的磨料是可以保型等結(jié)論，磨具的保形在機械的運作中是很重要的考慮因素。這些結(jié)果都說明了在理論上球面研磨系統(tǒng)可以應(yīng)用于實際操作中。圖4.1 不同研磨壓力下的Ra圖4.2 不同研磨轉(zhuǎn)速下的Ra圖4.3 不同研磨壓力表面殘余應(yīng)力的大小工件在不同研磨的壓力下的殘余應(yīng)力的大小和表現(xiàn)形式也做了相應(yīng)的實驗，數(shù)據(jù)彰顯出在操作后工件表面剩余的力顯示為應(yīng)壓力，研磨壓力越大，應(yīng)壓力越大。分析原因可能是由于本系統(tǒng)對工件的研磨加工較平穩(wěn)，且加工過程屬于微量多次，機械的熱量和工件的熱量也相應(yīng)微量。冷加工使工件表面為冷塑性變形。加工力越大，磨粒數(shù)量越多，磨具對于工件的切削深度就越深自然其應(yīng)壓力越大。第五章經(jīng)濟分析5.1數(shù)控球面研磨系統(tǒng)經(jīng)濟成本預(yù)算預(yù)算配額中使用的原材料數(shù)量包括需求和機械設(shè)備制造中立即消耗的浪費率。如果特定規(guī)格低于此規(guī)格型號，則損失率為3。使用量不使用預(yù)算額度，名稱和使用量中不包括對基準價危害較小的零散原料。它們被合并到其他人工成本中，基本價格用“元”表示。預(yù)算配額不包括外包零件，其用途是根據(jù)設(shè)計圖紙計算的，價格是根據(jù)采購或合作合同的價格計算的，數(shù)控球面研磨系統(tǒng)明細如表5.1表5.1 數(shù)控球面研磨系統(tǒng)明細序號名稱數(shù)量/件費用/元1工作臺34502齒條1103電機14504電機齒輪1605電機軸3456隔離板1507磨盤2808磨盤電機25509聯(lián)軸器138010研磨機機體110005.2數(shù)控球面研磨系統(tǒng)制作對環(huán)境影響及其可持續(xù)性5.2.1數(shù)控球面研磨系統(tǒng)對工作環(huán)境的影響數(shù)控球面研磨系統(tǒng)生產(chǎn)項目制造業(yè)側(cè)重于公司的綠色發(fā)展，產(chǎn)業(yè)生態(tài)聯(lián)系以及整體的系統(tǒng)建成，共同促進翠綠色工業(yè)區(qū)的綠色發(fā)展。改善工業(yè)用地的合理布局和結(jié)構(gòu)，節(jié)約耕地流失，節(jié)約集聚利用。積極利用余熱回收靜壓設(shè)備的溫度資源，實施熱電聯(lián)產(chǎn)項目，分布式發(fā)電和光伏儲能集成系統(tǒng)應(yīng)用，基本建設(shè)僅具有分布式電源的工業(yè)園區(qū)，提高可再生資源比例，完成所有工業(yè)園區(qū)電力能源梯級應(yīng)用。改善水源循環(huán)系統(tǒng)的利用，促進供電，廢水等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的綠色基礎(chǔ)設(shè)施改造，提高廢水處理和循環(huán)系統(tǒng)的回用率。提高工業(yè)園區(qū)企業(yè)中間廢物資源的交換利用率。推進資源和自然環(huán)境統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)建設(shè)，檢驗擠壓力，發(fā)展工業(yè)園區(qū)信息內(nèi)容，技術(shù)性，經(jīng)濟貿(mào)易等公共文化服務(wù)平臺。5.2.2數(shù)控球面研磨系統(tǒng)制作中產(chǎn)生三廢的處理方法圍繞場地，土壤層，植物群落和其他地理環(huán)境的新項目場地穩(wěn)步增長，沒有自然環(huán)境敏感區(qū)，例如飲用水源，保護區(qū)，古園和景觀；該建設(shè)項目已全面對“三大工業(yè)廢物”造成的過程進行了環(huán)境整治，將污水排盡。各種“廢料”將包括在工藝技術(shù)，基礎(chǔ)設(shè)施項目和商品生產(chǎn)計劃中，并實施“第一產(chǎn)業(yè)，獨立運作”。5.2.3試驗臺的設(shè)計理念的可持續(xù)性新項目使用了中國優(yōu)良的制造，自然環(huán)境，國內(nèi)外先進的自動化技術(shù)，以模塊化、部分化的設(shè)計在提供了可靠方便的試驗基礎(chǔ)性能外為升級改造留足了空間。它可以獲得強大的支持點與適應(yīng)性。完美的生產(chǎn)技術(shù)和優(yōu)秀的生產(chǎn)線設(shè)備對于新項目的實施，提出了超強的技術(shù)保證。該生產(chǎn)項目計劃表如圖5-1。第六章總結(jié)綜合現(xiàn)有資料和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀等知識，對實驗進行了總結(jié)。對數(shù)控球面系統(tǒng)進行了下面的結(jié)論：本課題主要研究的核心為機械設(shè)計。在機械設(shè)計方面建立了伺服驅(qū)動系統(tǒng)，電機的選擇和安裝及調(diào)試。根據(jù)本系統(tǒng)所要構(gòu)建的研磨機械選擇了相應(yīng)的電機型號圓光柵的型號和對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的開閉環(huán)控制系統(tǒng)，并利用程序和系統(tǒng)有效的實現(xiàn)了其安裝和調(diào)控過程。實驗部分實驗主要對不同壓力，不同轉(zhuǎn)速下的工件完成精度和不同研磨壓力下相應(yīng)的工件殘余力形式和大小進行研究。實驗結(jié)果表明由本系統(tǒng)操作出來的工件在不一樣的研磨速度和壓力等系數(shù)下券可以達到標準，即工件金相等。球形的磨料是可以保型。工件在不一樣操作的下的殘余應(yīng)力的數(shù)值和如何彰顯也做了對應(yīng)的解釋，最終彰顯出在操作加工后工件表面殘余應(yīng)力表現(xiàn)為壓應(yīng)力，研磨壓力越大，應(yīng)壓力越大。數(shù)控球面研磨系統(tǒng)有很大的發(fā)展前景和空間。希望以上

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