1853 高速平面研磨机机械结构设计

三 江 学 院本科生毕业设计（论文） 题 目 高速平面研磨机机械结构设计 高职院 院（系） 机械设计制造及其自动化 专业 学生姓名 学号 G095152003 指导教师 职称 讲师 指导教师工作单位 三江学院 起讫日期 2012.12.272013.4.5 摘 要高 速 研 磨 技 术 是 一 种 既 能 保 证 研 磨 加 工 精 度 和 加 工 质 量 ， 又 能 显 著 提 高 研磨 加 工 效 率 ， 降 低 加 工 成 本 的 新 研 磨 加 工 先 进 技 术 。 本 设 计 是 根 据 目 前 研 磨 加工 现 状 ， 重 点 采 用 固 着 磨 料 高 速 研 磨 方 法 ， 设 计 了 平 面 高 速 研 磨 机 ， 这 大 大 地提 高 了 研 磨 加 工 精 度 、 加 工 质 量 、 加 工 效 率 及 精 度 的 稳 定 性 ， 并 且 有 效 地 降 低了 加 工 成 本 。 本 文 主 要 设 计 的 内 容 如 下 :开 发 设 计 平 面 高 速 研 磨 机 的 总 体 结构 及 其 工 作 原 理 ,进 行 系 统 的 机 械 结 构 设 计 ； 进 行 系 统 的 硬 件 设 计 和 软 件 结 构设 计 ； 平面高速研磨机固着磨料高速研磨对工件表面性能的影响分析,主要探讨固着磨料高速研磨中一些研磨参数对工件表面性能,如粗糙度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等的影响关系。通过此次设计，真正熟悉高速研磨 技 术 内部结构及其工 作 原 理 ，把所学的知识运用到生产实践中去。 关键词：高速；研磨机；机械结构ABSTRACTHigh-speed grinding technology is a kind of grinding machining precision and machining quality can be ensured, and can significantly improve the efficiency of grinding process, reduce the processing cost of the new grinding processing of advanced technology. This design is according to the current grinding processing present situation, mainly USES the fixation high-speed abrasive grinding methods, design the plane high-speed lapping machine, this greatly improves the milling machining precision and machining quality, machining efficiency and precision of stability, and effectively reduce the processing cost. This article main design content is as follows: design plane high-speed lapping machine overall structure and work principle, mechanical structure of the system design; System hardware design and software structure design; Plane fixation abrasives high-speed grinding machine grinding on the workpiece surface performance analysis of the influence of this paper mainly discusses some solid in high-speed grinding with abrasive grinding parameters on the surface properties, such as roughness, hardness, wear resistance, corrosion resistance, etc. The influence of the relationship.Through this design, familiar with real internal structure and working principle of high speed grinding technology, apply the learned knowledge into production practice.Key words: High-speed; grinding machine; mechanical structure目 录第一章 高速平面研磨机总体方案设计 .11. 1 机床的主要技术性能 .11. 2 机 床 的 总 体 布 局 .11. 3 高 速 平 面 研 磨 机 的 传 动 系 统 3第 2 章 平 面 高 速 研 磨 机 机 械 系 统 设 计 52. 1 机 械 系 统 的 功 能 及 性 能 要 求 52.1.1 机 械 系 统 的 功 能 .52.1.2 机 械 系 统 性 能 要 求 52.2 机 械 系 统 的 结 构 设 计 52.2.1 主轴的设计 52.2.2 传 动 系 统 设 计 .72.2.3 轴 承 的 选 择 与 安 装 .122.2.4 箱 体 的 设 计 122.2.5 主轴组件 .132.2.6 气动压头 .132.3 冷却系统的设计 .14第三章 平面高速研磨机磨具的设计 153. 1 磨 料 的 选 择 .15结 束 语 18致 谢 19参考文献 20附录 211第一章 高速平面研磨机总体方案设计1. 1 机床的主要技术性能本 文 设 计 的 平 面 高 速 研 磨 机 严 格 执 行 国 家 规 程 ,可 用 于 研 磨 玻 璃 、 硬 质合 金 、 各 种 陶 瓷 和 超 硬 材 料 等 ， 因 此 根 据 国 家 规 定 规 程 的 要 求 ， 对 系 统 制 订了 如 下 技 术 指 标 ：主 轴 转 速 范 围 50r/min720r/min 连 续 可 调压 缩 空 气 压 力 0.05 0.4Mpa磨 具 材 料 金 刚 石 微 粉被 加 工 工 件 尺 寸 3平 面 度 0.03m表 面 粗 糙 度 Ra2.83nm摆 幅 调 节 范 围 300摆 臂 升 降 距 离 60压 头 最 大 升 降 距 离 50总 之 ， 系 统 应 具 有 操 作 简 单 ， 加 工 精 度 高 、 加 工 效 率 高 ， 设 置 简 便 ， 使用 方 便 等 特 点 。1. 2 机 床 的 总 体 布 局本 设 计 的 平 面 高 速 研 磨 机 主 要 用 来 精 磨 抛 光 350mm 以 下 的 工 件 ， 该机 床 主 要 用 于 研 磨 加 工 ， 在 主 轴 转 速 和 工 作 压 力 较 低 的 档 次 下 可 进 行 抛 光 加 工 。机 床 采 用 高 、 低 两 极 气 动 加 紧 ， 由 气 压 系 统 的 电 磁 阀 和 时 间 继 电 器 控 制 加 压 循环 ， 机 床 还 备 有 研 磨 液 和 抛 光 掖 的 恒 温 装 置 和 过 滤 装 置 ， 并 可 实 现 冷 却 液 或 抛光 液 的 冷 却 和 回 收 。 高 速 平 面 研 磨 机 在 考 虑 到 加 工 范 围 、 加 工 精 度 、 生 产 效 率 、 经 济 性 等 要 求的 前 提 下 ， 进 行 了 全 面 的 综 合 的 考 虑 。 同 时 很 好 地 结 合 了 人 机 学 ， 在 线 形 、 色彩 、 质 感 方 面 具 有 美 感 ， 该 机 床 各 部 件 几 何 形 体 的 比 例 尺 度 协 调 ， 机 床 的 部 件 、组 件 都 是 有 一 些 简 单 或 复 杂 的 几 何 体 组 成 ， 它 们 的 表 面 造 型 也 由 不 同 的 几 何 体构 成 ， 以 小 圆 角 代 替 了 过 去 的 大 圆 角 ， 以 直 线 和 平 面 代 替 了 过 去 的 弧 线 和 曲 面 ，该 机 床 简 洁 、 大 方 、 雅 致 、 精 细 。磨 具 是 固 着 高 速 研 磨 所 采 用 的 切 削 工 具 。 对 高 速 研 磨 来 说 磨 具 对 研 磨 加 工的 影 响 比 较 大 ， 它 直 接 影 响 着 研 磨 加 工 的 精 度 、 加 工 质 量 、 加 工 效 率 和 加 工 成本 。 一 般 情 况 下 ， 磨 具 是 根 据 被 加 工 工 件 的 具 体 要 求 以 及 研 磨 机 的 状 况 来 设 计和 制 作 。磨 具 主 要 由 切 削 部 分 、 支 撑 部 分 和 安 装 部 分 组 成 。 切 削 部 分 主 要 是 对 被2加 工 工 件 表 面 进 行 微 量 切 削 。 事 实 上 在 研 磨 加 工 过 程 中 ， 不 仅 是 磨 料 对 工 件 表面 进 行 切 削 作 用 ， 还 存 在 着 其 它 加 工 作 用 ， 但 切 削 作 用 是 研 磨 加 工 的 主 要 形 式 。对 固 着 磨 料 研 磨 ， 一 般 是 先 把 磨 料 制 成 丸 片 ， 在 将 丸 片 粘 结 在 磨 具 上 ， 形 成 磨具 的 切 削 部 分 。 磨 具 的 支 撑 部 分 一 般 是 根 据 被 加 工 工 件 的 表 面 廓 形 上 需 要 ， 尽量 按 表 面 廓 形 制 造 ， 以 避 免 修 整 磨 具 的 工 作 量 。 安 装 夹 持 部 分 是 根 据 采 用 的 机床 及 研 磨 加 工 运 动 关 系 来 决 定 。1 下床身；2皮带轮； 3上床身；4定位盘；5磨具；6压力头；7摆臂8立轴；9电动机； 10变频器； 11冷却箱。图 1.1 高速平面研磨机总体布局图图 1.1 为 高 速 平 面 研 磨 机 的 总 体 结 构 布 局 图 。 它 主 要 有 上 下 床 身 、 主 轴 组件 、 立 轴 、 摆 臂 、 压 力 头 、 电 动 机 、 变 频 器 、 皮 带 轮 、 气 压 系 统 和 冷 却 系 统 电气 系 统 等 部 分 组 成 。 主 轴 组 件 装 在 床 身 上 ， 立 轴 上 装 有 摆 臂 ， 摆 臂 上 装 有 压 力头 了 ， 立 轴 垂 直 安 装 在 主 轴 的 后 面 ， 装 用 小 型 空 气 压 缩 机 和 冷 却 箱 安 放 在 机 床的 外 侧 ， 以 减 少 对 机 床 的 震 动 。平 面 高 速 研 磨 是 采 用 固 着 磨 料 高 速 研 磨 固 着 磨 料 高 速 研 磨 是 将 散 粒 的 磨 料 固 结起 来 制 成 专 用 的 磨 具 ， 在 高 速 研 磨 机 上 进 行 研 磨 的 方 法 ， 其 结 构 功 能 框 图 如 图1.2 所 示 。 所 用 的 专 用 磨 平 面 高 速 研 磨 机 要 求 高 稳 定 的 机 床 结 构 ， 即 个 部 件 尺寸 稳 定 性 好 ， 刚 度 高 ， 变 形 小 ， 结 构 的 抗 振 减 振 性 能 好 。3图 1.2 高速研磨机结构功能框图1. 3 高 速 平 面 研 磨 机 的 传 动 系 统三 相 异 步 电 机 ， 结 构 简 单 ， 维 护 容 易 ， 运 行 可 靠 ， 价 格 便 宜 ， 具 有 较 好 的稳 定 性 和 动 态 特 性 ， 因 此 我 们 选 择 三 相 异 步 电 机 。齿 轮 减 速 箱 ， 结 构 紧 凑 、 效 率 高 ， 工 作 寿 命 长 ， 维 护 简 便 ， 但 传 动 不 平稳 ， 振 动 大 ， 噪 音 大 ， 所 以 我 们 不 采 用 。带 传 动 ， 结 构 简 单 ， 传 动 平 稳 ， 振 动 小 ， 噪 音 小 。 多 用 于 精 密 机 械 。使 用 变 频 器 时 具 有 以 下 优 点 ：1) 平 滑 的 加 减 速 运 行 ， 可 消 除 加 工 物 的 破 裂 、 缺 口 。2) 驱 动 部 分 小 型 化 （ 代 替 了 原 来 的 涡 流 制 动 方 式 、 直 流 电 机 ） 。3) 便 于 维 修 。4) 在 净 化 等 空 调 室 内 ， 可 提 高 运 行 效 率 。5) 对 于 不 需 要 软 启 动 的 外 围 设 备 ， 使 的 控 制 电 路 简 单 化 。平 面 高 速 研 磨 机 达 到 的 加 工 精 度 高 ， 所 以 要 求 主 轴 转 动 平 稳 、 无 冲 击 、刚 度 好 、 轴 向 及 径 向 跳 动 小 ； 同 时 为 扩 大 机 床 的 加 工 范 围 ， 主 轴 系 统 还 因 具 有控制面板电机 气阀汽缸压头工件传动部分主轴磨具4变 速 功 能 。 因 此 采 用 交 流 电 机 边 变 频 器 来 控 制 机 床 的 主 轴 转 速 。 机 床 传 动系 统 链 为 ： 电 动 机 皮 带 轮 机 床 主 轴 。 这 样 在 主 轴 传 动 环 节 上 就 减 轻了 由 于 传 动 链 零 件 机 械 加 工 精 度 低 对 主 轴 平 稳 运 转 的 影 响 。 变 频 器 具 有 调 速 范围 广 ， 可 以 无 级 调 速 、 转 速 平 稳 、 效 率 高 等 优 点 ， 而 且 还 可 以 在 运 转 中 调 速 。因 为 固 着 磨 料 在 研 磨 加 工 过 程 中 存 在 着 比 较 严 重 的 冲 击 ， 所 以 机 床 主 轴 在 启 动时 作 无 冲 击 的 缓 加 速 运 动 ， 在 停 止 时 做 缓 减 速 运 动 ， 主 轴 的 这 一 运 动 方 式 可 以通 过 调 整 变 频 器 的 有 关 参 数 来 实 现 。5第 2 章 平 面 高 速 研 磨 机 机 械 系 统 设 计平 面 高 速 研 磨 机 是 集 机 、 电 为 一 体 的 系 统 ， 其 功 能 的 实 现 ， 离 不 开 机 械 系统 。 本 系 统 的 机 械 系 统 主 要 有 气 动 部 分 、 磨 具 、 机 械 传 动 部 分 、 主 轴 组 件 和 床身 等 组 成 。2. 1 机 械 系 统 的 功 能 及 性 能 要 求2.1.1 机 械 系 统 的 功 能1) 实 现 主 轴 的 调 速 范 围 连 续 可 调主 轴 转 速 的 调 节 ， 是 由 变 频 器 控 制 三 相 异 步 电 机 ， 通 过 皮 带 轮 带 动 主 轴 转动 来 实 现 的 。2) 实 现 磨 具 的 均 匀 磨 损通 过 改 变 研 磨 参 数 ， 控 制 工 件 相 对 磨 具 的 运 动 轨 迹 密 度 分 布 ， 调 整 研 磨 参数 ， 使 得 工 件 相 对 磨 具 的 运 动 轨 迹 密 度 分 布 及 磨 具 磨 损 强 度 分 布 于 磨 具 磨 料 密度 相 适 应 ， 使 得 磨 具 达 到 均 匀 磨 损 ， 也 就 是 说 磨 具 磨 损 后 仍 能 保 持 原 有 的 面 形精 度 。 3) 实 现 工 件 的 均 匀 研 磨在 固 着 磨 料 高 速 研 磨 时 ， 通 过 适 当 的 选 择 加 工 工 艺 参 数 ， 就 可 以 实 现 工 件的 均 匀 研 磨 ， 从 而 保 证 工 件 的 面 形 精 度 。4) 实 现 对 工 件 的 加 紧工 件 在 研 磨 时 ， 主 要 受 磨 具 作 用 其 上 的 切 削 力 和 为 提 高 研 磨 加 工 效 率 压 在其 上 的 正 压 力 。 这 个 正 压 力 是 由 气 缸 带 动 压 头 通 过 压 盖 施 加 于 工 件 之 上 的 ， 工件 在 研 磨 过 程 中 只 能 绕 自 身 回 转 中 心 转 动 。2.1.2 机 械 系 统 性 能 要 求1) 高 精 度 机 械 系 统 的 精 度 直 接 影 响 着 平 面 高 速 研 磨 机 的 精 度 ， 这 就要 求 专 用 高 速 研 磨 磨 具 ， 制 造 具 有 较 高 的 精 度 ， 主 轴 的 位 置 精 度 高 ， 安 装 位 置精 度 要 高 ， 同 时 要 求 整 个 机 械 系 统 结 构 变 形 小 ， 传 动 机 构 的 传 动 环 节 少 ， 误 差要 小 。2) 良 好 的 稳 定 性 要 求 机 械 系 统 的 工 作 性 能 不 受 外 部 条 件 的 影 响 ， 具有 较 强 的 抗 干 扰 能 力 ， 这 就 要 求 高 速 研 磨 机 的 床 身 ， 主 轴 等 不 受 环 境 的 影 响 而变 形 ， 尽 量 减 少 系 统 的 振 动 ， 把 冷 却 装 置 放 在 系 统 的 外 边 ， 避 免 其 振 动 对 高 速研 磨 机 的 影 响 。2.2 机 械 系 统 的 结 构 设 计2.2.1 主轴的设计主 轴 的 材 料 选 45 钢 ， 调 质 处 理 ,使 主 轴 表 面 具 有 较 高 的 硬 度 ， 心 部 具 有较 大 的 韧 性 ， 把 主 轴 做 成 空 心 轴 ， 一 用 来 为 冷 却 液 提 供 通 道 。 二 以 保 证 轴 的 刚6度 及 扭 转 稳 定 性 。输 出 轴 上 的 功 率 P1， 转 速 n1,转 矩 T1， 皮 带 传 动 效 率 取 =0.96P1=P =30.96KW=2.88KW (2.1) (2.2)(2.3)初 步 确 定 轴 的 最 小 直 径 ： (2.4)A0= 查 表 知 取 A0=1202.TP 为 输 出 功 率 为 2.88KWn 为 主 轴 的 转 速 ， 取 主 轴 的 最 小 转 速 50r/min即 空 心 轴 的 内 径 与 外 径 之 比 ， 取 =0.3d1 nA52)3.01(582)(34340min=取 轴 的 最 小 直 径 为 6按 弯 扭 合 成 校 合 轴 的 强 度 进 行 校 合 时 ， 通 常 只 校 合 轴 上 承 受 最 大 弯 矩 和 扭矩 （ 即 危 险 截 面 ） 的 强 度(2.5)(122WTMca+=： 轴 的 计 算 应 力 ， 单 位 为 MpaM ： 轴 所 受 的 弯 矩 ， 单 位 为 NT ： 轴 所 受 的 扭 矩 ， 单 位 为 NW ： 轴 的 抗 玩 截 面 系 数 ， 单 位 为 mm3： 对 称 循 环 变 应 力 时 轴 的 许 用 弯 曲 应 力1： 折 合 系 数 ， 取6.0NdTF12503723=m51340min)1(PA7轴 的 弯 矩 图 如 图 2.1 所 示 。图 2.1 轴的弯矩图轴 的 扭 矩 如 图 2.2 所 示 。图 2.2 轴的扭矩图 MPaWTMca 8.4)3.01(.76875)( 42222 由 机 械 设 计 （ 表 151） 查 得 =70Mpa， 因 此 ， 故 安 全 。c12.2.2 传 动 系 统 设 计机 械 的 传 动 系 统 是 传 递 转 矩 和 转 矩 ， 目 的 是 使 执 行 元 件 与 负 载 之 间 在 转 矩和 转 速 方 面 得 到 最 佳 匹 配 。 传 动 机 构 采 用 皮 带 轮 减 速 ， 通 过 变 频 器 来 控 制 主 轴转 速 。（ 1） 电 动 机 的 选 择三 相 异 步 电 机 ， 结 构 简 单 ， 维 护 容 易 ， 运 行 可 靠 ， 价 格 便 宜 ， 具 有 较 好 的稳 定 性 和 动 态 特 性 ， 因 此 我 们 选 择 三 相 异 步 电 机 。电 机 所 需 输 出 的 功 率 为 ： P=3kW容 量 相 同 的 同 类 型 电 机 ， 有 不 同 的 转 速 ， 低 转 速 电 动 机 的 极 数 多 ， 外 廓尺 寸 及 质 量 都 较 大 ， 价 格 高 ， 但 可 使 传 动 转 动 比 较 小 ， 从 而 降 低 传 动 装 置 的 成本 ； 高 速 电 机 则 相 反 。 因 此 在 确 定 电 机 时 进 行 了 综 合 考 虑 。r/min (2.6)wadni=式 中 ： ： 为 电 动 机 可 选 转 速 范 围 ， 单 位 为 r/mindn8： 传 动 装 置 的 合 理 范 围ai： 为 工 作 机 转 速 ， 单 位 为 r/minwni/14072 riad=设 计 中 常 选 用 同 步 转 速 为 1000 或 1500r/min 的 电 动 机 ， 所 以 选 择1500r/min.根 据 选 定 的 电 机 类 型 及 所 需 要 的 容 量 和 转 速 ， 查 出 电 机 的 型 号 和 主 要 技术 数 据 如 表 2.1。表 2.1 2Y100L24 电 动 机 的 主 要 参 数满载时 堵转电流 堵转转矩 最大转矩类型额定功率(kW) 转速(r/min)电流(A)效率(%)功率因数额定电流额定转矩额定转矩转动惯量kgm2Y100L243.0 1430 6.82 82.5 0.81 7.0 2.2 2.2 0.0067平 面 高 速 研 磨 机 达 到 的 加 工 精 度 高 ， 所 以 要 求 主 轴 转 动 平 稳 、 无 冲 击 、 刚度 好 、 轴 向 及 径 向 跳 动 小 ； 同 时 为 扩 大 机 床 的 加 工 范 围 ， 主 轴 系 统 还 因 具 有 变速 功 能 。 因 此 采 用 交 流 电 机 边 变 频 器 来 控 制 机 床 的 主 轴 转 速 。 机 床 传 动 系统 链 为 ：电 动 机 皮 带 轮 机 床 主 轴这 样 在 主 轴 传 动 环 节 上 就 减 轻 了 由 于 传 动 链 零 件 机 械 加 工 精 度 低 对 主 轴 平稳 运 转 的 影 响 。 变 频 器 具 有 调 速 范 围 广 ， 可 以 无 级 调 速 、 转 速 平 稳 、 效 率 高 等优 点 ， 而 且 还 可 以 在 运 转 中 调 速 。 因 为 固 着 磨 料 在 研 磨 加 工 过 程 中 存 在 着 比 较严 重 的 冲 击 ， 所 以 机 床 主 轴 在 启 动 时 作 无 冲 击 的 缓 加 速 运 动 ， 在 停 止 时 做 缓 减速 运 动 ， 主 轴 的 这 一 运 动 方 式 可 以 通 过 调 整 变 频 器 的 有 关 参 数 来 实 现 。（ 2） 带 传 动 设 计带 传 动 是 由 固 联 于 主 轴 上 的 带 轮 1（ 主 带 轮 ） 、 固 联 于 从 动 轴 上 的 带 轮3（ 从 带 轮 ） 和 紧 套 在 两 带 轮 上 传 动 带 2 组 成 （ 如 图 2.3） 。 当 原 动 机 驱 动 主带 轮 转 动 时 ， 由 于 带 和 带 轮 间 摩 擦 ， 便 拖 动 从 带 轮 一 起 转 动 ， 并 传 递 一 定 的 动力 。 带 传 动 具 有 结 构 简 单 ， 传 动 平 稳 ， 造 价 低 以 及 缓 冲 吸 振 等 特 点 。9图 2.3 带 抡 传 动 示 意 图1) 确 定 计 算 功 率 Pca计 算 功 率 Pca 是 根 据 传 递 的 功 率 P， 并 考 虑 到 载 荷 性 质 和 每 天 运 行 时 间长 短 等 因 素 的 影 响 而 确 定 的 。 即Pca = KAP (2.7)式 中 ： Pca ： 计 算 功 率 ， 单 位 为 kW P=3kWP ： 传 递 额 定 功 率 ， 单 位 为 kWKA ： 工 作 情 况 系 数KA 由 表 知 取 KA = 1.2Pca = KAP = 1.23kW = 3.6 kW2) 选 择 带 型由 计 算 功 率 Pca =3.6 kW 和 小 带 轮 转 速 n = 1500r/min,根 据 表 知 选 普 通A 型 V 带 。3) 确 定 带 轮 的 基 准 直 径 dd1 和 dd2 初 步 确 定 小 带 轮 的 基 准 直 径 dd1 根 据 V 带 截 型 ， 参 考 表 选 取 dd1 ddmin 为 了 提 高 V 带 的 寿 命 ， 宜 选 取 较 大 的 直 径 ， 故 取dd1 =110 计 算 带 的 速 度 (2.8)式 中 ： ： 分 别 为 主 、 从 动 轮 的 圆 周 速 度 ， 单 位 为 m/s21、n1、 n2 ： 分 别 为 主 从 动 轮 的 转 速 ， 单 位 为 r/mindp1 、 dp2 ： 主 动 轮 和 从 动 轮 的 节 圆 直 径 ， 可 用 dd1、 dd2 近 似 代 替 ，单 位 为 。10611ndp022=dp10对 于 普 通 带 =25 30m/smaxax1max2 确 定 中 心 距 a 和 带 的 基 准 长 度 Ld初 定 中 心 距 a0 取0. 7(dd1+dd2) a0 2(dd1+dd2) 取 a0 =600计 算 所 需 带 的 基 准 长 度 LdLd = 2 a0 + （ dd1+dd2） + (2.9)由 表 , Ld= 1250由 于 V 带 的 中 心 距 一 般 是 可 以 调 整 的 ， 故 可 采 用 下 式 作 近 似 计 算(2.10)考 虑 安 装 调 整 和 补 偿 预 紧 力 （ 如 带 深 长 而 松 弛 后 的 张 力 ） 的 需 要 ， 中 心 距的 变 动 范 围 为 ：( 2.11)(2.12) 验 算 主 轮 上 的 包 角 1 smndp /6.810642.3106011 = sddp /3.7.2210214)(adm36)(4.6mLad5.632130=+0001215.75.7.6348.=admLaLadd702503.6.11250563.xmin=+=11(2.13) 确 定 带 的 条 数 z(2.14)式 中 ： Ka ： 考 虑 包 角 不 同 时 的 影 响 系 数 ， 简 称 包 角 系 数KL ： 考 虑 带 长 度 不 同 时 的 影 响 系 数 ， 简 称 长 度 系 数P0 ： 单 根 V 带 的 基 本 额 定 功 率P ： 计 入 传 动 比 的 影 响 时 ， 单 根 V 带 额 定 功 率 的 增 量参 考 设 计 手 册 表 知 ， Ka = 0.98， KL =0.93， P0 =1.62, P=0.17(2.15).8)17.62()(0 +=Lacdz取 z=3 确 定 带 的 预 紧 力(2.16)式 中 ： Pca ： 计 算 功 率 ， 单 位 为 Kwz ： 带 的 条 数： 带 的 线 速 度 ， 单 位 为 m/sKa ： 包 角 系 数q ： 传 动 带 单 位 质 量 ， 单 位 为 /m参 考 表 ， q=0.12由 于 新 带 容 易 松 弛 ， 所 以 对 非 自 动 张 紧 的 带 传 动 ， 安 装 新 带 时 预 紧 力 为 上述 预 紧 力 的 1.5 倍 。2.2.3 轴 承 的 选 择 与 安 装LacdKP)(0+=20)15.(qzPFacNzPFac7 6.8120)98.52(6350)5(0= +12轴 承 所 承 载 的 大 小 ， 方 向 和 性 质 ， 是 选 择 轴 承 类 型 的 主 要 依 据 。 对 于 纯 轴向 载 荷 ， 一 般 选 用 推 力 轴 承 。 较 小 的 纯 轴 向 载 荷 ， 可 选 用 推 力 球 轴 承 ； 较 大 的纯 轴 向 力 载 荷 ， 可 选 用 推 力 滚 子 轴 承 。 对 于 纯 径 想 载 荷 ， 一 般 选 用 深 沟 球 轴 承 、圆 柱 滚 子 轴 承 或 滚 针 轴 承 。 当 轴 承 在 承 受 径 向 载 荷 的 同 时 ， 还 有 不 大 的 轴 向 载荷 时 ， 可 选 用 深 沟 球 轴 承 或 接 触 角 不 大 的 角 接 触 球 轴 承 或 圆 锥 滚 子 轴 承 ； 当 轴向 载 荷 较 大 时 ， 可 选 用 角 接 触 较 大 的 角 接 触 球 轴 承 或 圆 锥 滚 子 轴 承 ， 或 选 用 向心 轴 承 和 推 力 轴 承 组 合 在 一 起 的 结 构 ， 分 别 承 受 径 向 载 荷 和 轴 向 载 荷 。由 于 主 轴 组 件 要 保 证 一 定 的 加 工 精 度 并 承 受 工 作 压 力 和 工 作 台 的 重 力 ， 因此 要 求 有 较 高 的 精 度 、 刚 度 和 承 载 能 力 。 因 此 在 主 轴 前 端 应 选 用 精 度 高 、 刚 度好 的 D 级 3182112 双 列 短 圆 柱 滚 子 轴 承 ， 和 两 个 D 级 8112 推 力 球 轴 承 ， 后轴 承 装 一 对 背 对 背 放 置 的 D 级 36212 单 列 推 力 球 轴 承 ， 这 样 两 个 方 向 的 轴 向力 和 径 向 力 都 能 承 载 ， 保 证 了 一 定 的 旋 转 精 度 和 刚 度 。 为 了 防 止 制 造 、 装 配 时推 力 轴 承 与 主 轴 不 同 轴 ， 在 止 推 轴 承 处 装 有 球 面 自 动 调 心 垫 圈 ， 以 保 证 有 较 好的 同 轴 度 。为 了 提 高 轴 承 的 旋 转 精 度 ， 增 加 轴 承 装 置 的 刚 度 ， 减 小 机 器 工 作 时 轴 的 震动 ， 采 用 预 紧 的 滚 动 轴 承 ， 机 床 的 主 轴 轴 承 ， 采 用 预 紧 来 提 高 其 旋 转 精 度 与 轴向 刚 度 ， 同 时 减 少 工 作 时 轴 的 震 动 。 两 轴 承 之 间 的 隔 套 是 为 了 施 加 预 紧 力 ， 消除 轴 向 间 隙 ， 两 后 轴 承 外 圈 不 固 定 是 为 了 补 偿 主 轴 受 热 深 长 。润 滑 对 于 滚 动 轴 承 具 有 很 重 要 的 意 义 ， 轴 承 中 的 润 滑 剂 不 仅 可 以 降 低 摩 擦阻 力 ， 还 可 以 起 着 散 热 、 减 小 接 触 应 力 、 吸 收 振 动 、 防 止 锈 蚀 作 用 。 轴 承 常 采用 的 润 滑 方 式 有 油 润 滑 和 脂 润 滑 两 类 。 此 外 也 有 采 用 固 体 润 滑 剂 润 滑 的 。 选 用哪 一 类 润 滑 方 式 ， 这 与 轴 承 的 速 度 有 关 ， 一 般 用 滚 动 轴 承 的 dn 值 （ d 为 滚动 轴 承 的 内 径 ， 单 位 为 ； n 为 轴 承 的 转 速 ， 单 位 为 r/min） 表 示 轴 承 的 速度 大 小 。d=60mm n=50r/min 720r/mindn=60200=12000dn=60720=43200dn=12000 43200故 选 用 脂 润 滑 ,润 滑 脂 的 润 滑 膜 强 度 高 ， 能 承 受 较 大 的 载 荷 ， 不 易 流 失 ，一 次 加 脂 可 以 维 持 相 当 长 的 时 间 。2.2.4 箱 体 的 设 计箱 体 在 各 种 机 械 中 的 主 要 功 能 是 支 承 固 定 联 接 或 做 相 对 运 动 的 部 件 或 零 件 ，放 置 各 部 件 ， 以 保 证 零 部 件 之 间 的 相 互 位 置 或 相 对 运 动 的 精 度 。 本 系 统 的 箱 体就 是 支 承 其 他 零 部 件 的 基 础 部 件 ， 在 其 上 有 很 多 安 装 零 部 件 的 加 工面 ， 起 到 保 证 个 零 部 件 相 对 位 置 的 基 准 作 用 ， 同 时 不 论 是 静 载 荷 还 是 交 变 载 荷 ，都 要 传 给 箱 体 ， 导 致 其 受 力 复 杂 ， 这 样 在 设 计 时 就 需 要 满 足 静 刚 度 、 抗 振 性 、13热 温 性 和 工 艺 性 等 技 术 要 求 。 因 此 ， 设 计 的 结 构 如 图 2.4 所 示 。 材 料 为HT200,这 样 结 构 具 用 足 够 的 刚 度 ， 变 形 小 ， 其 几 何 精 度 和 位 置 精 度 较 高 ， 机械 加 工 工 艺 性 好 等 。2.2.5 主轴组件由于主轴组件要保证一定的加工精度并承受工作压力和工作台的重力，因此要求有较好的精度、刚度和承载能力。在主轴前端装有精度高、刚度好的 D 级3182112 双列短圆柱滚子轴承和两个 D 级 8112 单向推力球轴承。后轴装有一对背对背放置的 D 级 36212 单列向心推力球轴承，这样两个方向的轴向力和径向了都能承受，保证有一定的旋转精度和刚度。为了防止制造、装配时推力轴承与主轴不同轴，在止推轴承处装有球面自动调心垫圈 3，以保证有较好的同轴度。两轴承之间的隔套是为了施加预紧力，消除轴向间隙。两后轴承外全部固定是为了补偿主轴受热伸长。主轴前端装有较大的圆柱面，可以作为圆盘 2 定位的基准面。主轴下端装有内喷接头 6，冷却液有主轴中心通孔喷出，冷却加工表面。其主轴组件结构如图 2.4 所示。 1磨具；2联接圆盘； 3球面垫圈； 4主轴； 5皮带轮； 6接头。图 2.4 平面高速研磨机主轴组件结构2.2.6 气动压头图 2.5 为平面高速研磨机气动压头结构。气动压头是利用高压空气的压力 来实现加压的。高压空气由气管 1 进入汽缸 4 的上室，推动活塞 3 带动压力头 5向下移动，从而实现加工过程中所需的各种压力。高压空气由气管 2 进入汽缸的下室，同时气管 1 接通大气，从而推动活塞 3 带动压力头 5 向上移动。气动压头的工作压力调节，是气压系统中的调压阀来实现的。141进气口； 2进气口； 3活塞; 4气缸：5压力头图 2.5 平面高速研磨机气动压头结构 2.3 冷却系统的设计平 面 高 速 研 磨 机 由 于 采 用 高 速 研 磨 ， 这 是 高 速 研 磨 速 度 带 来 生 热 多 的 一 个问 题 ， 这 容 易 引 起 工 件 和 磨 具 的 热 变 形 ， 因 此 必 须 考 虑 到 冷 却 问 题 ， 为 了 提 高冷 却 效 果 ， 平 面 高 速 研 磨 机 的 主 轴 设 计 为 空 心 轴 ， 冷 却 液 通 过 主 轴 和 磨 具 中 心的 圆 孔 进 入 磨 具 表 面 ， 并 借 助 离 心 力 作 用 向外 飞 溅 ， 这 不 仅 可 以 起 到 冷 却 作 用 ， 而 却 还 可 以 冲 走 研 磨 下 来 的 工 件 切 屑 ， 以免 他 们 划 伤 工 件 表 面 ， 其 结 构 示 意 图 如 图 2.6。 为便于冷却液的循环使用，冷却液由冷却泵，从冷却液箱中吸出，经塑料管送到机床前面冷却液控制旋钮，由塑料管穿过上、下床身，进入主轴下端管接头，由主轴内孔及磨盘中心的圆孔喷出。回液从水盆底部出口管和回水管流回冷却液箱。1进水管；2控制按钮；3回水管；4进水管：5冷却泵；6冷却箱图 2.6 冷却系统结构示意图第三章 平面高速研磨机磨具的设计15磨 具 是 固 着 高 速 研 磨 所 采 用 的 切 削 工 具 。 对 高 速 研 磨 来 说 磨 具 对 研 磨 加 工的 影 响 比 较 大 ， 它 直 接 影 响 着 研 磨 加 工 的 精 度 、 加 工 质 量 、 加 工 效 率 和 加 工 成本 。 一 般 情 况 下 ， 磨 具 是 根 据 被 加 工 工 件 的 具 体 要 求 以 及 研 磨 机 的 状 况 来 设 计和 制 作 。磨 具 主 要 由 切 削 部 分 、 支 撑 部 分 和 安 装 部 分 组 成 。 切 削 部 分 主 要 是 对 被 加工 工 件 表 面 进 行 微 量 切 削 。 事 实 上 在 研 磨 加 工 过 程 中 ， 不 仅 是 磨 料 对 工 件 表 面进 行 切 削 作 用 ， 还 存 在 着 其 它 加 工 作 用 ， 但 切 削 作 用 是 研 磨 加 工 的 主 要 形 式 。对 固 着 磨 料 研 磨 ， 一 般 是 先 把 磨 料 制 成 丸 片 ， 在 将 丸 片 粘 结 在 磨 具 上 ， 形 成 磨具 的 切 削 部 分 。 磨 具 的 支 撑 部 分 一 般 是 根 据 被 加 工 工 件 的 表 面 廓 形 上 需 要 ， 尽量 按 表 面 廓 形 制 造 ， 以 减 小 修 整 磨 具 的 工 作 量 。 安 装 夹 持 部 分 是 根 据 采 用 的 机床 及 研 磨 加 工 运 动 关 系 来 决 定 。 3. 1 磨 料 的 选 择磨 料 是 用 于 切 削 部 分 的 材 料 。 它 具 有 棱 角 、 一 定 的 硬 度 和 韧 性 的 粉 状 或 粒状 物 质 。 由 于 磨 料 在 加 工 时 直 接 作 用 于 工 件 表 面 ， 起 切 削 加 工 作 用 ， 因 此 对 磨料 有 一 定 的 要 求 。1） 硬 度 是 磨 料 的 最 基 本 要 求 ， 它 应 比 被 加 工 材 料 硬 ， 因 为 磨 料 硬 度 高 ，才 能 够 切 入 被 加 工 物 体 内 。 使 低 硬 度 的 物 体 表 面 受 到 加 工 。2） 韧 性 要 高 ， 不 应 因 为 研 磨 压 力 ， 而 引 起 破 坏 ， 且 不 宜 磨 损 。3） 应 有 适 当 的 自 锐 性 。 随 研 磨 压 力 而 产 生 响 应 的 小 碎 屑 ， 应 成 贝 壳 状 断口 的 多 角 性 。4） 熔 点 或 软 化 点 应 比 被 加 工 物 高 ， 研 磨 发 热 时 ， 磨 料 的 尖 端 不 应 融 化 或变 软 。5） 化 学 稳 定 性 要 好 ， 以 避 免 在 加 工 过 程 中 ， 与 其 它 物 质 引 起 化 学 反 应 。6） 形 状 和 粒 度 应 均 匀 一 致 ， 每 号 磨 料 的 尺 寸 应 限 制 在 一 定 的 范 围 内 。磨 料 的 种 类 :常 用 的 磨 料 有 氧 化 物 系 、 碳 化 物 系 、 高 硬 度 磨 料 系 及 软 磨 料 系 等 四 类 。氧 化 物 系 末 了 的 主 要 成 分 是 Al2O3,由 于 他 们 的 纯 度 不 同 、 结 晶 工 艺 不 同 ，而 分 成 不 同 的 品 种 。 氧 化 物 戏 磨 料 因 其 强 度 、 韧 性 大 ， 与 钢 铁 不 发 生 反 应 ， 主要 用 于 研 磨 钢 类 零 件 。碳 化 物 系 磨 料 主 要 以 碳 化 硅 、 碳 化 硼 等 为 基 体 。 由 于 它 硬 度 高 、 强 度 低 、韧 性 低 ， 与 钢 铁 发 生 化 学 反 应 ， 主 要 用 于 研 磨 铸 铁 、 硬 质 合 金 、 宝 石 等 硬 而 脆的 材 料 。高 硬 度 磨 料 系 主 要 有 金 刚 石 及 立 方 晶 氮 化 硼 。 金 刚 石 是 硬 度 最 高 的 磨 料 ，适 用 于 研 磨 除 钢 铁 材 料 以 外 的 所 有 材 料 ， 特 别 适 用 于 研 磨 硬 而 脆 的 硬 质 合 金 、宝 石 、 光 学 玻 璃 等 。 立 方 晶 氮 化 硼 是 硬 度 仅 次 于 金 刚 石 的 人 造 材 料 ， 它 因 耐 热性 （ 14000C） 高 于 金 刚 石 （ 8000C） ， 对 铁 族 金 属 的 化 学 惰 性 高 ， 特 别 适 合 于16研 磨 硬 而 韧 的 钢 材 。立 方 晶 氮 化 硼 磨 料 在 高 温 时 与 水 容 易 产 生 化 学 变 化 ， 使 磨 料 消 耗 增 大 ，故 用 立 方 晶 氮 化 硼 磨 料 时 不 宜 用 水 质 切 削 液 。软 磨 料 主 要 是 用 于 抛 光 ， 而 不 适 合 高 速 研 磨 。本 设 计 选 用 金 刚 石 作 为 磨 具 的 磨 料 ， 金 刚 石 是 自 然 界 中 硬 度 最 高 的 物 质 ，莫 氏 硬 度 为 10， 显 微 硬 度 达 100Gpa。 金 刚 石 、 磨 料 和 几 种 矿 物 质 的 硬 度 比较 如 表 3.1 所 示 。表 3.1 金 刚 石 、 磨 料 和 几 种 矿 物 质 的 硬 度 比 较 表显微硬度名称 莫氏硬度维氏 努氏金刚石 10 10060 5500 6950烧结碳化硼 9 4900 2250 2260黄玉 8 1427 1250硬质合金 1650 1050 1500石英 7 1120 710 790金 刚 石 的 耐 磨 性 很 好 ， 它 的 耐 磨 性 是 刚 玉 耐 磨 性 的 140 倍 ， 是 石 英 的1000 倍 ， 是 硬 质 合 金 的 100 倍 ， 是 钢 的 9000 倍 。金 刚 石 的 弹 性 模 量 是 900Gpa， 远 远 高 于 硬 质 合 金 和 自 然 界 中 所 有 其 它 矿物 。 弹 性 模 量 表 示 材 料 的 强 度 及 其 在 加 工 过 程 中 发 生 变 形 的 特 性 。 材 料 的 弹 性模 量 越 大 ， 它 的 变 形 就 越 小 。 所 以 用 金 刚 石 做 磨 具 ， 可 以 减 少 被 加 工 工 件 的 内应 力 ， 避 免 产 生 内 部 裂 隙 和 其 它 缺 陷 。 金 刚 石 与 其 它 几 种 磨 料 的 弹 性 模 量 和 抗弯 、 抗 压 强 度 如 表 3.2.金 刚 石 具 有 较 大 的 热 容 量 、 良 好 的 导 热 性 能 和 很 小 的 线 膨 胀 系 数 ， 这 就 是使 用 金 刚 石 磨 具 能 加 工 出 较 高 表 面 质 量 的 一 个 重 要 因 素 。 几 种 材 料 的 导 热 系 数 、比 热 容 和 线 膨 胀 系 数 如 表 3.3表 3.2 金 刚 石 与 其 它 几 种 磨 料 的 弹 性 模 量 和 抗 弯 、 抗 压 强 度材料 弹性模量/TPa 抗弯强度极限/GPa 抗压强度极限/GPa天然金刚石 0.9 210 490 2人造金刚石 0.74 1.05 300 2碳化硅 0.394 155 1.5碳化硼 0.296 300 1.8刚玉 0.3 0.2 87.2 7.57硬质合金 0.3 1350 2380 3.2 6.4表 3.3 几 种 材 料 的 导 热 系 数 、 比 热 容 和 线 膨 胀 系 数材料 导热系数/Wm -1K-1 比热容/Jkg -1K-1 线膨胀系数/K -117金刚石 146.5 502.4 (0.9 1.18)10-6碳化硼 16.7 251.2碳化硅 8.4 954.6刚玉 30.1 1172.3 7.810-6陶瓷 3.8 837.4硬质合金 79.5 167.5 (5 7)10-6金刚石的主要化学成分试碳，含有少量的杂质，天然金刚石主要杂质元素为氮、铝、硅、钙、镁等，金刚石不溶于酸和碱，但能溶于硝酸钾、硝酸钠及碳化钠等盐类的熔融体。18结 束 语平 面 高 速 研 磨 机 是 机 、 电 一 体 化 的 智 能 高 科 技 机 床 ， 采 用 具 有 较 高 稳 定性 和 较 宽 调 速 范 围 的 变 频 器 对 主 轴 进 行 转 速 的 控 制 ， 实 现 了 无 级 调 速 ， 对 压 力头 采 用 气 动 系 统 控 制 ， 整 个 系 统 采 用 了 先 进 的 PLC 进 行 控 制 ， 从 而 使 平 面高 速 研 磨 机 的 研 磨 加 工 实 现 了 自 动 化 和 智 能 化 。 使 高 速 平 面 研 磨 机 具 有 高 精 度 、高 效 率 、 操 作 灵 活 、 使 用 方 便 、 绿 色 无 污 染 等 特 点 。 由于平面高速研磨机具有高精度、高效率、自动化程度高等特点，从而使平面高速研磨机具有很好的发展前景和经济效益。俗话说“万事开头难” ，刚开始接到毕业设计题目的时候一头雾水，无从下手，只能盲目地去网上搜索资料，结果一个周过去了仍然没有一点收获。当时真是焦头烂额，一点办法都没有。只好去求助沈仙法老师，在他的一番讲解之后，稍微有点头绪了。怀揣着那仅有的一点头绪我又开始研究我的论文，几天下来，经过我的一番折腾，终于经过两个星期的努力，终于写出了一篇合格的开题报告，虽然花掉的时间比预期的多了点，但还是很欣慰，毕竟是自己努力的成果。我想只要开了头，后面的工作也就不是很难了吧。一步一步按照老师的知道慢慢的完成、修改，直到没有错误、瑕疵。 通过这次毕业设计，使我对平 面 高 速 研 磨 机 有了进一步的认识，对其结构设计有了更进一步的了解，也加深了对大学所学的基础知识的学习和理解。毕业设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑，所设计的机构是否合理在实际运用中能否正常工作。毕业设计使我学会了从实际出发设计产品，而不仅仅考虑理论上的可行性。 19致 谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师沈仙法老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进，是你悉心的指导、关心和鼓励下，才使得我养成科学严谨的治学态度，也让我学会了如何去解决所遇到的问题。感谢你们让我懂得了探索的奥秘在于永远保持一个乐观积极向上的心态以及脚踏实地勤勉的务实作风，这是获得胜利的无敌通关密码。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！参考文献1 杨 建 东 ， 田 春 林 等 . 高 速 研 磨 技 术 . 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社 . 2003.102张 建 民 等 . 机 电 一 体 化 系 统 设 计 . 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社 . 2002.7203 邓 星 钟 . 机 电 传 动 控 制 . 武 昌 : 华 中 科 技 大 学 出 版 社 . 2003.74 杨 黎 明 ,王 智 相 等 . 机 电 一 体 化 系