M4480刀片研磨机结构设计

I摘 要随着生产自动化和无人化以及批量化的发展，越来越多的生产环节使用自动化机器操纵。研磨是一种重要的精密和超精密加工方法，它是利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工可以得到很高的尺寸精度和形状精度，甚至可以达到加工精度的极限。本次课题是以 M4480 刀片为被加工对象进行研究，设计一款研磨机对其进行精加工，考虑的到刀片的特性，本文选用平面研磨机构，一次装夹，可以同时对刀片的两面进行研磨。本文主要介绍了原始刀片研磨机机械结构设计部分。包括动力系统、传动系统、研磨运动轨迹等设计。关键词：刀片研磨机，传动系统，超精密加工IIAbstractWith the development of production automation and unmanned and development of mass production of link, more and more use of automated machines operating. Lapping is a kind of precision and ultraprecision machining method, it is the use of abrasive by abrasive on the surface of a workpiece, micro machining process. Grinding can get the size precision and the shape precision is very high, the limit can even reach to machining precision. This topic is based on the M4480 blade for processing is research object, design of a grinding machine precision machining of the blade, to consider the characteristic of the plane, this paper chooses the grinding mechanism, a clamping, can simultaneously on both sides of the blade grinding.This paper mainly introduces the design of the original mechanical structure of blade grinding machine parts. Including power system, transmission system, grinding trajectory design.Keywords: blade grinding machine, transmission system, ultra precision machiningIII目 录摘 要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 研磨机国内外研究现状 .11.1.1 国内研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .21.2 研磨技术的发展 .21.3 课题研究的目的及意义 .31.4 本文主要研究的内容 .42 刀片研磨机整体方案及研磨轨迹的设计 .52.1 行星式研磨轨迹分析 .62.1.1 节圆及运动类型 .72.1.2 轨迹分析 .93 刀片研磨机整体设计计算 .133.1 行星轮系的设计 .133.1.1 行星轮系的类型选择 .133.1.2 刀片估计行星齿轮的选择 .143.1.3 太阳轮的选择 .143.1.4 内齿圈的选择 .153.1.5 刀片固定行星轮、内齿圈、太阳轮组成的轮系中各齿轮运动速度的确定 .153.2 其他齿轮的选择 .163.2.1 从动主动齿轮 2 的选择 .163.2.2 主动齿轮主动齿轮 2 的选择 .163.2.3 主动齿轮 1 和从动齿轮 1 的确定 .163.3 轴承的选择及其参数 .173.4 轴承的选择及验算 .183.4.1 轴径 d=80mm 处的轴承 .18IV3.3.2 其它轴承的校核 .193.4 电动机的选择 .193.4.1 选择电动机的功率 .193.4.2 选择电动机的转速 .193.5 主动轴的设计及强度校核计算 .193.5.1 轴校核安全系数 .203.3.2 轴的静强度安全系数校核 .21sS3.6 从动轴的强度校核 .224 刀片研磨机机架的设计 .234.1 机架结构类型 .234.1.1 按机架外形分类 .234.1.2 按机架的制造方法和材料分类 .234.2 机架结构的选择 .234.3 机架设计计算的准则和要求 .244.3.1 机架设计的准则 .244.3.2 机架设计的一般要求 .244.4 刀片研磨机机架的确认 .255 结 论 .26致 谢 .27参 考 文 献 .2801 绪论1.1 研磨机国内外研究现状1.1.1 国内研究现状研磨机是用涂上或嵌入磨料的研具对工件表面进行研磨的磨床。主要用于研磨工件中的高精度平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、螺纹面和其他型面。研磨机是保证研磨加工的重要条件，因此人们专门研究了各种不同的研磨机。目前国内生产高速研磨机的厂家不少，但由于研磨加工的针对性较强,对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别，所以人们研究开发出了许多专用的研磨机。研磨机从加工精度上基本分为两种：一种是加工不仅对精度要求较高并对面形精度也有所要求的工件。另外一种是加工只要求表面粗糙度的零件, 例如各种材质的机械密封环、陶瓷片、气缸活塞环、油泵叶片轴承端面及硅、锗、石英晶体、石墨、蓝宝石、光学水晶、玻璃、铌酸锂、硬质合金、不锈钢、粉灰冶金等金属材料的平面研磨。这种研磨机适合加工一些尺寸较小，而且数量较大的零件。在研磨中将工件与磨料一起置入一容器内，加以振动，进行研磨抛光。还有人专门研制出相应的振动研磨机。目前这种振动研磨机国内外都有厂家生产，而且这种研磨加工技术比较成熟，应用也日趋广泛。目前国内外生产后一种的厂家较多。我国在八十年代研究出来第一台 PJM320 型平面研磨机。曾获得国家科学大会奖。现在西安秦川发展有限公司生产的 PJM320B 就是以它为原型改进的。在光学加工中研磨又称精磨，所以研磨机也称为精磨机。目前还有南京仪机股份有限公司生产的PLM-400 精密抛光机。以及我国台湾高钰精密有限公司生产的各种精磨机。其中平面精磨机有 DL-380 和 CDL-600 和及 CDL-900 型号和双面精磨机有 CDL-4B-4L 和CDL-6B-6L 及 CDL-9B-5L 等型号。其中 CDL-380 型研磨机研磨精度高，可达到的平面度为 0.2m0.5m,表面粗糙度 Ras1.5S 22)8.091764.(3)104.567(39.满足要求。3.3.2 轴的静强度安全系数校核 sS该校核的目的在于校核轴对塑性变形的抵抗能力，轴的强度是根据轴所受的最大 瞬时载荷（包括动载荷和冲击载荷）来计算的= （3-10）sS2max2axmax3)(TsWAFMsS式中： 轴危险截面上的最大弯矩和扭矩ax作用于轴上的最大轴向载荷mW 轴危险截面的抗弯和抗扭截面系数。TA轴危险截面的面积 屈服极限为 =490ss2/mN =1.72.2 且 / =190/685=0.72 属于低塑材料sSsb= =5.354 2.2s 2)8.09176(34.105267sS也满足要求。3.6 从动轴的强度校核由于此轴主要是承受扭矩，因此按扭矩来计算轴的强度：轴的扭转强度条件是2.0953TTdnPW其中 为扭转切应力； 为轴的抗扭截面系数； 轴的转速；P 为传递的功率；T nd 为计算截面出轴的直径； 为许用扭转切应力23由上公式可得轴的直径mnPdT 726.3.2530.892.09533 所设计的轴的最小直径为 40mm37.726mm，故该轴的强度合格。4 刀片研磨机机架的设计在机器中支承或容纳零部件称为机架。如支承罐的塔架、容纳传动齿轮的减速器的壳体，机床的床身等等统称为机架。4.1 机架结构类型4.1.1 按机架外形分类按机架外形分类：网架式、框架式、梁柱式、板块式和箱壳式。4.1.2 按机架的制造方法和材料分类按制造方法，机架可分为铸造机架、焊接机架和螺栓或铆接机架。按机架材料可分为金属机架、非金属机架。非金属机架又可分为混凝土机架、素混凝土机座平台、花岗岩机架、塑料机架等。铸造机架常用材料为铸铁、铸钢和铸铝。小型设备（如仪表等）的机架则有铜制或塑料制造。4.2 机架结构的选择进行机架结构形式的选择是一个较复杂的过程，对结构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案要进行技术经济比较。24由于各种设备有不同的规范和要求，制定统一的机架结构选择方法较困难。但是，可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了节约材料在选择形式时应遵守的一般规律。1结构的内力分布情况要与材料的性能相适应，以便发挥材料的优点。轴力较弯矩能更充分地利用材料。杆件受轴力作用时，截面上的材料分布是均匀的，所有材料都能得到充分利用。但在弯矩作用下截面的应力分布是不均匀的，所以材料的应力分布不够经济。机械结构中许多构件所受的都是沿垂直于杆轴的方向作用的。弯矩沿杆变化很迅速。有垂直载荷处，弯矩曲线有曲率，且曲率与载荷集度成正比。最大的弯矩限于一小段内，在较长段内材料不能充分利用，这是弯曲构件不经济的另一原因。2.结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短，结构使用的材料愈省。3.结构的连续性可以降低内力，节省材料。4.3 机架设计计算的准则和要求4.3.1 机架设计的准则1工况要求 任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必须的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。2刚度要求 在必须保证特定外形条件下，对机架的主要要求是刚度。例如机床的刚度决定了机床的效率和加工的精度；在齿轮减速器中，箱壳的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。3强度要求 对于一般的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，机架上任何点的应力都不得大于容许应力。此外，还要满足疲劳强度的要求。4稳定性 对于细长的或薄壁的受力结构及受弯压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。255美观 目前对机器的要求不仅要求能完成特定的工作，还要使外形美观。6其他 如散热的要求；防腐蚀及特定环境的要求；对于精密机械仪表等热变形小的要求，等等。4.3.2 机架设计的一般要求在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。1.机架的重量轻，材料选择合适，成本低。2.结构合理，便于制造。3.结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。4.结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由于温度变化引起的变形应力小。5.抗振性能好。6.耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。7.有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。4.4 刀片研磨机机架的确认铸造机架比焊接机架刚性好，但制造较困难，生产周期较长。对于单件或者小批量并不合适。由于结构复杂，生产批量大，所以本次刀片研磨机的机架部分采用铸造机架结构。265 结 论毕业设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾这次毕业设计，从选题到定稿，从理论到实践，在这段毕业设计期间里，可以说得是苦多于甜。通过本次毕业设计，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。对我来说，收获最大的是方法和能力那些分析和解决问题的方法与能力。在整个设计过程中，我发现我们这些学生最最缺少的是经验，没有感性的认识，空有理论知识，有些东西很可能与实际脱节。此次设计需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进。通过这次毕业设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重。在设计的过程中也发现了自己的不足之处：对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如电机选用的确定、轴部分的具体应该怎么设计。机架的分类等都有了详细的认识。通过这次毕业设计之后，又把以前所学过的知识重新温故。27这次毕业设计使我受益匪浅，为我今后的学习和工作打下了一个坚实而良好的基础。在此衷心感谢各位老师的帮助和指导。致 谢这次毕业设计可以圆满的完成，离不开导师XXX的悉心指导。从课题的提出和论证到设计完成，X导师渊博的学识、先进的学术思想、对待研究的严谨态度和无私的奉献精神都是学生的楷模，使我受益匪浅，在设计完成之际，谨向尊敬的X 导师致以崇高的敬意和由衷的感谢。经过这段时间的毕业设计，我感觉到掌握扎实的基础知识和学会使用必要工具的重要性，深刻体会到网络资源的巨大作用，在遇到难以解决的问题时，可以在网络中寻找所需的资料，到相关的论坛上去求得帮助；学会灵活运用电脑网络这个现代工具是我们必备的素质。同时毕业设计对我的英语水平也提出了较高的要求，通过阅读英文资料、翻译英文材料切实提高了我使用英语的水平，使我在今后的学习中不至落后现代技术发展的潮流。在进行毕业设计的过程中 ，我的感激之情无以言表，仅以此文献给他们，感谢我的朋友们，大家这四年来无论深处何地，距离多远，我始终感受的到与你们大家在一起；感谢我的老师，四年来对我的关心帮助让我在学校的生活和学习中都能有亲人般的感觉；感谢我的同学们，大家虽然来自不同的地方，但是大家始终相亲相爱，团结一致。我很庆幸能有了你们大家陪我一路走过艰难的历程。回首大学四年，往事历历在目，心绪难以平复，如此多的关心和帮助让我感到莫大的幸运，感觉充满力量，无论是身边的同学老师还是远方的亲人朋友们，他们的支持是我可以努力和坚持的最大动力，有了他们才真正让我感受到这个世界是无与伦比的美丽，这些都将支持我走向新的岗位，为社会为他人贡献我的绵薄之力。28参 考 文 献1闫雯,黄玉美,高峰,穆卫谊.变位自转式双平面研磨方法仿真研究及加工实验J.机械科学与技术,2014,10:1500-1504.2程相文,王凌霄.四轴球体研磨机研磨轨迹的研究J.制造业自动化,2013,20:98-100+107.3杨昌明,朱利,张冒.研磨机研磨运动轨迹分析J.机床与液压,2012,15:7-9.4杨湘洪,陈发全.M1420 磨床自动化研磨机的改进设计J.煤矿机械,2012,03:178-180.5柴民杰,张小丽,孟祥龙.立式对辊研磨机的设计与研究J.科技信息,2012,16:124.6张付祥,刘振宇.基于现代设计方法学的平面研磨机设计J.河北工业科技,2011,01:13-18.7郭东明,孙玉文,贾振元.高性能精密制造方法及其研究进展J.机械工程学报,2014,11:119-134.8沙琳,王永良,张登霞.一种新型平面研磨机的研制与实验J.机械设计,2007,01:57-60.9马田芳.研磨机的主要零部件的设计计算J.延安职业技术学院学报,2013,01:97-100.10许君,许世雄.YT2M-4826 双面研磨机气动控制系统的设计J.精密制造与自动化,2014,03:31-34+40.11吴南星,陈磊,陈涛.双面研磨机齿轮传动系统仿真分析J.景德镇学院学报,2014,06:4-5+17.12李文忠,张付祥.锥齿轮传动行星式平面研磨机主传动设计及分析J.机械29设计与制造,2014,09:75-77.13李存鹏.PLC 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