连杆孔研磨装置设计.doc

连杆孔研磨装置设计6前言本次设计的课题是对柴油机连杆大小头孔的研磨装置的设计。通过我们在内江峨嵋柴油机厂连杆生产车间的实际参观和对连杆技术材料的分析，以及老师的讲解，我们对连杆有了足够的认识。连杆是柴油机中非常重要的一个部件，它连接了活塞与曲轴，把作用在活塞顶面的气体膨胀的力传给了曲轴，使活塞的往复运动变为了曲轴的旋转运动。连杆在工作中承受着剧烈变化的动载荷，承受着瞬变的旋转压力。连杆在运动中形成的惯性力和离心力相当大，在这样的工作条件下，要求连杆有强度高、重量轻、刚性好、韧性强、使用寿命长的特点。从峨柴厂的实习中我们可以发现，连杆的生产中，研磨大小头孔的工艺相当的落后。在金刚镗床上镗削后在采用手工研磨大小头孔。这种方法存在着很大的弊端。1手工研磨的研磨余量不好把握，使连杆的大小头孔的研磨余量不均匀，影响了工件的精度及使用性能。2手工研磨的生产效率低，只适应于小批量生产，不能满足大批量生产的需要，阻碍了产品生产规模的扩大。为了解决以上问题，本次设计的任务就是要设计一台可以代替手工研磨的专用装置。为了保证大小头孔的相对位置精度，专用磨床要可以实现两孔同时加工，并且具备结构简单、加工精度高、成本低、自动化程度高、操作简单等特点，以满足产品大批量生产的需要。目录摘要3abstract4课题的提出52 传动方案的拟定62.1 设计的目的分析72.2 主运动传动方案的确定72.3 进给运动传动方案的确定73设计计算104 研磨头部分的设计254.1 研具材料的选择：254.2 研磨棒的结构：254.3 研磨操作工艺参数的选取：264.4 研磨膏的配制：265 其他结构的设计275.1 主轴箱的结构设计275.2床身的设计275.3底座的设计285.4防护罩286 重点分析说明286.1 主轴支承部分结构的分析286.2 轴承的润滑297 使用及其维护说明307.1 使用说明317.2 维护说明31参考资料31附件a33附件b35附件c42摘要连杆是柴油机中非常重要的一个部件，它连接了活塞与曲轴，把作用在活塞顶面的气体膨胀的力传给了曲轴，使活塞的往复运动变为了曲轴的旋转运动。连杆在工作中承受着剧烈变化的动载荷，承受着瞬变的旋转压力。连杆在运动中形成的惯性力和离心力相当大，在这样的工作条件下，要求连杆有强度高、重量轻、刚性好、韧性强、使用寿命长的特点。连杆大小头孔在金刚镗床上加工后进行手动滚压小头孔，这种加工只适应于小批量生产，然而在大批量的生产中就没有实际的意义，因为这种加工不容易达到精度和表面粗糙度要求。为了解决这一问题，需要在加工方法上进行改进，使用能同时研磨大小头孔的专用装置，以提高生产率，减轻劳动强度，提高加工精度。所以设计了这台能同时研磨大小头孔的专用机床。关键词：连杆、强度、寿命、改进、效率。abstract connecting rod is a very important diesel engine component. it links the piston and crank, piston top face in the role of the gas expansion of the crank to enable the movement to the piston into the rotation of the crank movement. connecting rod dramatic changes in their work bear the moving load, the d-bear pressure. connecting rod in the movement of inertia and centrifugal force considerable power in the working conditions for connecting rod with high intensity, light weight, although good, strong resilience, life-long characteristics. connecting rod sizes in the first lords boring lathe processing kong after the first small hand rollers kong, which only apply to small batch processing, and then in the production of large quantities of no practical significance, since it is not easy to achieve precision processing and surface roughness. to address this problem, the need for improvements in processing methods, and equipment used to the size of the first kong dedicated machine tools to increase productivity and reduce labor intensity, and enhance processing accuracy. keywords：connecting rod、intensity、 life expectancy,、improve、 efficiency。课题的提出 本次设计的课题是柴油机连杆孔研磨装置控制系统的设计。通过我们在四川内江峨嵋柴油机厂连杆生产车间的实际参观和对连杆技术资料的分析，以及老师与车间工人的现场讲解，使我对连杆有了足够的认识。连杆是柴油机中一个非常重要的部件。它连接活塞与曲轴，把活塞的往复运动转变变为曲轴的旋转运动。连杆在工作中承受着剧烈变化的动载荷，承受着瞬变的旋转压力。连杆在运动过程中形成的惯性力和离心力相当大，在这样的工作条件下，要求连杆具有有强度高、重量轻、刚性好、韧性强、使用寿命长的特点。 在实习中我们发现，在连杆的生产过程中，研磨大小头孔的工艺相当的落后。在金刚镗床上镗削后再采用手工研磨大小头孔。这种方法存在着很大的弊端：一、手工研磨的研磨余量不好把握，影响工件的形状公差和使用性能。二、手工研磨的生产效率低，只适用于小批量生产，不能满足大批量生产的需要，阻碍了产品生产规模的扩大。为了解决以上问题，本次设计的任务就是要设计一台可以代替手工研磨的研磨装置。为了保证大小头孔的相对位置精度，研磨装置要可以实现两孔同时加工，并且具备结构简单、加工精度高、成本低、自动化程度高、操作简单等特点，以满足产品大批量生产的需要。附：连杆的技术要求注：材料：45钢 热处理：调质hbs219293在研磨工序之前，连杆两端高度差，两端的厚度相等2 传动方案的拟定2.1 设计的目的分析课题的要求是设计一台研磨185型柴油机连杆的专用研磨机床，实现连杆大小头孔同时自动研磨，并且具有较高的自动化程度，生产效率高，以此来改善目前连杆加工主要靠手工研磨，加工精度差，生产效率低的现状。 在本次设计中我选用自由嵌砂研磨加工,这种加工方法加工精度可达到ra0.02-0.04um,可以满足连杆的技术要求,并且能保持较高的生产率。研磨时,研磨剂连续加注或涂于研具的表面,起滑动作用,大部分的磨料则悬浮于研具与工件表面之间,起滚动切削的作用。研磨加工中的主运动是研磨棒的旋转，进给运动是工件随工作台的来回往复运动。其中进给运动要求能够实现快进、工进、工退、快退等操作，并且既能够实现自动循环进给运动，又能够实现人工控制进给运动。2.2 主运动传动方案的确定考虑立式布局工作时工件、工作台及夹具等由于重力的因素，在传动过程中容易磨损。机床采用卧式布局。主运动采用电动机通过传动带传动。带传动具有传动平稳、噪声小、缓冲吸振、过载保护和便于张紧的优点。虽然带传动具有不能保证准确的传动比以及易于打滑的缺点，但本次设计研磨的装置中对传动比准确度要求不高，且所受工作载荷不太高，所以带传动的这些缺点对研磨的精度并不会产生大的影响。2.3 进给运动传动方案的确定2.3.1 进给系统的选择 液压系统作为一种传动技术，相对气动，机械传动，电气传动，具有以下突出优点：能产生很大的力，而且容易控制。能在大范围内实现无级调速 借助于阀或变量泵、变量马达等控制元件可以方便地进行无级调速，调速比可达2000，且可以获得较低的稳定速度。布局方便灵活 用液压传动实现直线运动比用机械传动简单。容易实现过载保护，安全性大 机械设备中如果承受许用界限以上的负载是很危险的。液压系统中通过使用安全阀（液流阀）等液压元件可以实现自动过载保护。运动平稳可靠 液压元件能自动润滑，使用寿命长。便于实现自动化和中等距离内的能量分配、传输和控制液压元件易于标准化、通用化、系列化。虽然液压系统也有其自身的缺点，但是根据本次设计的专用机床进给运动为往复直线运动的特点，本次设计的机床的进给系统采用液压传动更合适。2.3.2 方案的比较和确定传动方案的拟订 根据研磨装置在工作中的工况要求及液压传动的特点，可以拟订以下的传动方案（进给运动）方案一：液压控制回路图如下。ya1ya2ya3快进+-+工进+-工退-+-快退-+停止-图21-液压缸 2-三位五通电磁阀 3-调速阀4-常闭式二位二通电磁阀 5- 液压泵电机 6-变量泵7-滤油器 8-油箱方案二：液压控制回路如下。 1-液压缸 2-三位五通液动滑阀 3-节流阀 4-液压泵电机 5-变量泵 6-滤油器 7-油箱 8三位四通电磁阀 8-油箱两种方案的比较方案一：这种油路基本能够实现快进、工进、工退、快退和停止这些工况的要求。虽然油路结构简单，成本低，但是由于直接采用行程开关来使活塞杆换向，阻力较大，换向不灵敏，且运动过程中冲击力较大，使得进给过程因液压油的冲击而运动不平稳。并且由于主油路上没有节流阀，对快进和快退无法进行速度调节。方案二：这种油路也能够实现快进、工进、工退、快退和停止这些工况的要求。由于油路中有节流阀，它可以调整快进和快退的速度；回油路上的调速阀可以调整工进和工退时的速度；采用了先导式的结构可以减少进油的冲击，活塞杆的换向较灵敏；回油路上的单向阀可以使回油平稳而不急促，从而运动平稳。这种结构有利于速度的控制，有利于减小振动，使工作台平稳进给。但是此种油路结构比较复杂，成本较高。方案的选取从以上两种方案的分析中可以看到，方案二结构比方案一复杂，成本也较高些，但是其液压冲击振动比较小，并且可以实现无级调速，易于保证加工精度，实现自动控制。参照连杆的生产纲领、加工精度，从长远的经济效益考虑，方案二是最佳选择。323设计计算3.1 计算连杆大小头内孔面积 查实用机械加工工艺手册，湿研内孔的研磨压力为0.120.28mpa,取湿研压力0.2mpa,即则切削力分别为： 3.2 计算传递效率查机械设计手册得传递效率 3.3 选择电机查实用加工工艺手册得，湿研内孔速度50100m/min，即0.831.6m/s，取湿研速度1.2m/s.由kw查机械零件设计手册选取y系列封闭三相异步电机，型号：y112m6,其额定电压380v，额定频率50hz，电机为y联结,n=940r/min.。3.4 计算大小头孔主轴的传递功率及转速3.4.1 连杆大头孔主轴传递功率 连杆大头孔主轴速度 连杆小头孔主轴传递功率连杆小头孔主轴速度3.4.2 带传动相关零件设计及计算 设计功率 查机械零件设计手册得，工况系数 则， 选定带型查机械零件设计手册图，选取普通a型v带。确定传动比确定带轮基准直径小轮直径，即装在电机轴上带轮直径，参考机械零件设计手册取，。大头孔轴带轮直径 查机械零件设计手册取小头孔轴带轮直径 查机械零件设计手册取两主轴实际转速设计带速由初定轴间距，取 mm所需基准长度查机械零件设计手册选取基准长度 查机械零件设计手册选取基准长度3.4.3 确定实际电机轴与主轴距离确定大头孔轴与电机主轴距离安装时所需最小轴间距张紧或补偿最大轴间距确定小头孔轴与电机主轴距离安装时所需最小轴间距张紧或补偿最大轴间距3.4.4 确定小带轮包角 合乎要求 合乎要求3.4.5 皮带的选择单根v带的基本额定功率 由，查机械零件设计手册得，p=0.71w。考虑传动比的影响，查机械零件设计手册表得额定功率增量:确定 v带根数1）对大头孔主轴查机械零件设计手册得=0.99，=1.09故 取3根2） 对小头孔主轴查机械零件设计手册得=1，=1.06故 取2根单根v带的预紧力由 查机械零件设计手册m=0.10kg/m则 确定作用在大头孔轴上力确定作用在小头孔轴上力3.5 主轴设计3.5.1 主轴材料两主轴均选用45钢，调质处理，达到hbs 217255, ,许用弯曲应力，。3.5.2 确定主轴的直径按轴所传递的转矩初估轴的最小直径由公式 对于大头孔轴传递的功率查机械零件设计手册，得a取值为118-107则 由于最小轴径处装有带轮，且有一键槽，轴径应增大5%则 对于小头孔轴传递的功率查机械零件设计手册，得a取值为118-107则 由于最小轴径处装有带轮，且有一键槽，轴径应增大5%则为便于主轴的设计制造，均取标准值3.5.3 主轴结构设计初估轴径，并合理安排轴上零件（皮带轮，滚动轴承，研磨杆等）轴向位置，按轴的结构设计要点，解决好轴上零件的轴向固定，轴上零件的周向连接。还应考虑轴的结构便于制造，装拆，避免造成应力集中，尽量提高轴的工作能力。 大头孔主轴的设计计算大头孔轴结构见图轴上尺寸有 oa=30mm,ab=120mm,bc=200mm,cd=60mm1） 求支反力知 则 对于h面2）计算弯矩3）计算扭矩轴传递的扭矩则 4）当量弯矩计算5）校核危险截面强度知危险截面发生在b面出综上知符合强度要求 小头孔主轴设计计算小头孔轴结构见图轴上尺寸有 oa=30mm,ab=120mm,bc=200mm,cd=60mm1）求支反力知 则 对于h面2）计算弯矩3）计算扭矩轴传递的扭矩则 4）当量弯矩的计算5）校核危险截面强度知危险截面发生在b面处综上知符合强度要求3.6 键的选择查机械零件设计手册，选取平头a型普通键，型号： 查机械零件设计手册中，键联结的许用应力强度校核：对于大头孔轴键：对于小头孔轴键：综上，说明键符合强度要求3.7 轴承的选择轴承的选择查机械零件设计手册，选向心角接触球轴承，均选用7007c(gb/t 2921994)型。相关参数为：3.7.1 大头孔轴承寿命计算其受力分析如图 则 1）当工件工进时 知轴承1、2被压紧，轴承3松开。为求出轴承极限寿命，假定轴承1被压紧，2、3松开。则 2）当工件工退时 故 轴承3压紧，轴承1、2松开 求轴承当量载荷1）当工件工进时 取 查机械零件设计手册， 查表取冲击载荷系数（中等冲击） 查机械零件设计手册 同理求出2） 当工件工退时 查机械零件设计手册 查机械零件设计手册 得 查机械零件设计手册 得 3）确定大头孔轴承寿命由查机械零件设计手册表 取温度系数，转速相同均为413r/min，选用来计算轴承的极限寿命3.7.2 小头孔轴承寿命计算 其受力分析如图则 1）当工件工进时 知轴承1、2被压紧，轴承3松开。为求出轴承极限寿命，假定轴承1被压紧，2、3松开。则 2）当工件工退时 故 轴承3压紧，轴承1、2松开 求轴承当量载荷1）当工件工进时 取 查机械零件设计手册，查表取冲击载荷系数（中等冲击） 查机械零件设计手册 同理求出 2）当工件工退时 查机械零件设计手册 查机械零件设计手册 得 查机械零件设计手册 得 （3） 确定小头孔轴承寿命由查机械零件设计手册表 取温度系数，转速相同均为413r/min，选用来计算轴承的极限寿命4 研磨头部分的设计4.1 研具材料的选择：研具在一定程度上会把本身的集几何形状复映给工件，因此，要求研具要有一定的几何形状精度，足够的刚性。良好的耐磨性和精度保持性，材质均匀，组织细密。研具材料应比工件软，而连杆工件材料为45#，硬度为hb217293，查询机械加工技术手册可选用铸铁为研具材料。4.2 研磨棒的结构：由于是湿研研具，要考虑到及时排屑。存储多余的磨料及散热等，所以采用在研具上开直槽和螺旋槽的措施。研具外径口比工件内径小0.01-0.25mm，则大头孔研具直径53 小头孔直径28 。研具与锥柄心轴的配合锥度选用1：50锥柄心轴与主轴的配合锥选用莫氏3号锥角，取其精度等级为5级，锥度c=1：19，锥角，锥角角度公差大头为，小头为。4.3 研磨操作工艺参数的选取：2.3.1、研磨工艺参数的选取，查实用机械加工工艺手册湿研内孔的研磨压力为0.120.28mpa,取湿研压力0.2mpa,即2x105pa。研磨速度由查实用加工工艺手册得，湿研内孔速度50100m/min，即0.831.6m/s，取湿研速度1.2m/s.2.3.2、研磨孔的加工余量查表1518余量为0.070.04mm，取0.02mm（单边余量）。4.4 研磨膏的配制：4.4.1 研磨液的选取研磨的材料不同，研磨液也有所不同，大头为45#，小头铜衬套，查表1540知 研磨大头用的研磨液配方为：10号机油一份 + 煤油三份 + 锭子油少量 + 矿物油（适量） 研磨小头用的研磨液配方为：动物油（猪油加磨料拌成糊状） + 30倍煤油 + 锭子油（少量） + 植物油4.4.2 磨料的选取原则：研磨软钢、有色金属采用氧化系刚玉，研磨淬硬钢、铸铁用sic。其中研磨液起调和磨粒和冷却润滑的作用，研磨越细，则精度越高。根据查表153选用白刚玉类磨料。由表154磨料粒度选择w20。4.4.3 混合脂的配方由表1541选取：硬脂酸颗粒44%、石蜡28%、工业用蜡油20%、蜂蜡8%，使用温度80c250c。4.4.4 配制方法 先按配方配制好研磨液和混合脂，再将它们加热到1000c，搅拌成混合液，待冷却到600c-800c时逐渐加入磨料，并不断搅拌直至成半软膏状，经自然冷却即可使用。5 其他结构的设计5.1 主轴箱的结构设计考虑到该机床的装配以及拆卸、轴承的润滑，采用了分割式箱体，其上还设有窥视孔观察其内部，通气口、油塞（便于倒油）使结果更加得合理化。箱盖与箱底采用锥销定位方式，有利于位置度的保证，并用6个螺栓锁紧。5.2床身的设计 由于该机床属于专用机床，采用的是液压系统进给，为了有利于机床的合理化，为此床身采用铸铁，并且床身高度受到一定的限制，床身筋板上的工作面只能用龙门刨或龙门铣来完成。5.3底座的设计 机床底座主要采用出铸造和焊接相结合的方法，同时增加筋板有利于提高机床的刚度。5.4防护罩 机床的设计也应该考虑其加工时的安全性，为此我们设计防护罩，它可以防止人与皮带等传动件的接触，从而避免人身安全受到威胁可防止异物与皮带等接触，避免事故的发生 6 重点分析说明6.1 主轴支承部分结构的分析6.1.1 从工作要求来看： 从机床工作对主轴传动部分要求来看，要求限制主轴的径向跳动（摆动）和主轴的轴向移动。 从主轴传动支承件的寿命影响因素来看，则要求对轴承润滑，则相应也就要求对油的密封。 从主轴的定位来看，要求主轴能够被限制轴向移动和径向摆动。6.1.2 从设计结构来看： 轴上台阶a，b可以限制轴承在轴向方向的移动。 因为研磨时，对于轴的轴向力比径向力大得多，故用向心角接触球轴承合理。当工作轴向力向左时，此时轴承8、9被压紧，轴承3被放松，轴承8、9因为被压紧而产生向右的抗力即轴承支承力，以平衡轴向力。同样当轴向工作力向右时，则轴承8、9被放松，轴承3被压紧，则此时轴承3也会产生一个向左的抗力，以平衡轴向力。由此可见轴承3、8、9可以起平衡轴向力的作用（注：轴承只能提供较小的轴向支反力） 轴承挡圈4的作用是保证轴承3和9能够调整（自动），避免了3和9相靠而不能起到应有的向心推力作用。 轴承3、8、9在轴承端盖的作用下，被限制定位，通过7（调整垫片）来调整轴承间隙。 轴承端盖上的密封圈可以防止润滑油的外泄，从而减少了润滑油的浪费。 轴承3、9的组合，并在一定的预紧作用下，可以减少轴承的径向跳动（摆动）。综上：主轴的支承结构较为合理。6.2 轴承的润滑主轴在旋转时，轴上的几个轴承始终处于高速旋转状态，如果长期处于这种旋转状态，轴承的寿命将会很短，既影响加工又浪费资源。故考虑到轴承的寿命问题，在设计时特在其中小头孔主轴上加上了一个甩油盘，其作用是在轴旋转的过程中，将油槽内的油甩起来，油四溅到主轴箱内壁，在主轴箱下箱体的上边沿特意设计了回油沟，从上箱壁流下来的油都汇聚在回油沟里，回油沟的终端即是轴承，于是所有的油又流经轴承再回到油槽内，如此循环，轴承就得到了很好的润滑。同时，为了防止油的外泄，所以在轴承端盖和主轴之间特意加上了密封圈，防止油外泄，以减少经济损失。在轴承端盖和箱体接触的部分也加上了调整垫片，它也可以起到部分防止漏油的作用。7 使用及其维护说明7.1 使用说明（1）使用前，应根据生产纲领对调速阀和节流阀的流量作较小的调整，从而满足生产纲领的要求。注意调试过程中应尽量不使研磨进给速度很大。（2）使用前，应将电磁调速电机（主电机）的速度调定到288rpm。（3）使用前应检查各个零部件固定处是否固定妥当，并加入润滑油，检查油的密封是否良好。禁止固定件没有固定妥当和无润滑油而运行机床。（4）检查拉杆是否对研磨体定位良好，防止因松动而影响加工质量和出现事故的发生。（5）机床导轨在工作前要涂上润滑油，以减小摩擦。（6）使用过程中要严格按照操作规程进行。7.2 维护说明（1）主轴轴承采用32号机油润滑，为此我们要定期检查箱内的油面高度是否在规定的高度或者以上，如果在规定的高度以下了则应立即加入润滑油，润滑油用到一定的期限时，应更换新的润滑油。（2）导轨在工作过程中应保持其上随时都有润滑油，以减小摩擦，提高导轨的工作精度和寿命（使用寿命）。（3） 检查密封件密封的是否完好，如果密封效果差则应采取相应的措施对其完善。（4） 夹具体上的假销应保持良好的润滑，以提高其工作使用寿命。参考资料1上海市机械工程学会编写.简明实用机械手册第二版.北京：机械工业出版社，1993年.2机械设计手册联合编写组.机械设计手册上册.北京：化学工业出版社，1978年.3东北工学院机械零件设计手册编写组.机械零件设计手册 第二版 上册.沈阳：冶金工业出版社，1979年.4汪恺.机械设计标准应用手册第二卷.北京： 机械工业出版社，1996年.5成大先.机械设计手册第四版. 北京：化学工业出版，2001年.6杨黎明.机床夹具设计手册.北京:国防工业出版社，1999年.7冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社，1999年.8黄天铭.机械制造工艺学.重庆：重庆大学出版社，1994年.9张银喜.精密与特种加工.武汉：武汉理工大学出版社，2001年.10袁乾绩 李文贵.机械制造技术基础 .北京：机械工业出版社，2001年.11龙振宇.机械设计.北京：机械工业出版社，2002年.12刘晋春 赵家齐 赵万生.特种加工.北京：机械工业出版社，1999年.13四川内燃机厂.180185柴油机连杆加工工序卡片.四川内江，1991年.14王志忠.精密研磨.中国计量出版社.北京，1989年.15秦川机床厂.磨床设计.北京：机械工业出版社，1974年.16祖业发.现代机械制图.北京：机械工业出版社，2002年.17李文贵.精密及特种加工技术.重庆：重庆大学出版社，2006年.附件a：任务书设计（论文）中文题目： 连杆孔研磨装置设计 设计（论文）的主要内容与要求： 针对柴油机厂180185小型柴油机连杆孔的最后精加工采用的是手工在一个铸铁研磨盘上将连杆小头孔用一研磨棒穿过并绕大头孔（中的研轴）旋转的研磨方式，提出了设计一台机械研磨装置，同时对不同直径的大小头孔进行自动研磨的工作任务。考虑由一个电机带动双主轴磨头对大小头孔同时研磨并能自动进给。设计内容包括：研磨头结构及床身总体设计，进给装置设计，夹具设计，电控设计，并编写设计说明书，使其使用效果比原手动研磨装置效率高（满足年生产纲领22万台的要求），加工质量好（圆柱度有显著提高）。进 度 安 排序号设计（论文）工作内容时间（起止周数）1收集资料、查阅、整理并消化相关文献、写文献综述1 周至 3 周2方案比较，讨论并开题4 周至 6周3外文翻译7 周至 8周4设计计算，总体设计、主要部件及零件设计9 周至 15 周5编写设计说明书16周至17 周6毕业答辩准备及毕业答辩18周7周至 周8周至 周主要参考文献：机械制造装备设计 冯辛安 主编 机械工业出版社 1999年金属切削机床 代曙 主编 机械工业出版社 1994年机床夹具设计 徐发仁 主编 重庆大学出版社 1993年磨床设计 秦川机床厂 机械工业出版社 1974年精密研磨 王忠志 编著 中国计量出版社 1989年切削用量手册 肖诗纲 编著 机械工业出版社 1990年机械制造技术基础 袁绩乾 李文贵 主编 机械工业出版社 2001年机械工程师进修大学第17篇 内部资料 1989年指导教师签字：年 月 日系（教研室）负责人审查意见：签字： 年 月 日学生签字：年 月 日说明：1、任务书由指导教师填写，于第七学期（五年制第九学期）期末前下达给学生。2、学生签字时间就是任务下达时间（学生接受任务时间）。附件b：开题报告开题报告1、课题的目的及其意义（含国内外的研究现状）本次设计针对柴油机180185型小型柴油机连杆孔的最后加工采用机器研磨装置来取代手工研磨，以提高连杆的使用效率和加工质量，增加连杆大小头内孔的表面质量，延长柴油机的使用寿命，提高柴油机厂的生产效率和加工成本。 研磨几乎可以对任何固体材料进行加工，但是目前国内外研磨加工主要还是采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨。其特点是加工精度高、加工设备简单、投资少，但是很多缺点不容忽视，如加工精度不稳定、加工成本低、效率低、磨料浪费大、工人劳动强度大、对工人技术水平要求高等。随着社会的进步，人们对产品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工质量高而再次受到人们的关注。随着现代工业的发展，研磨加工在各个领域中的应用越来越广泛。特别是近几年信息技术、光学技术的发展，研磨作为一种非常重要的加工方法，在机械制造行业中起着不可替代的作用，因此许多人从事着研磨加工技术的研究，其宗旨都是进一步提高研磨加工效率、加工精度，降低加工成本。 考虑到传统散粒磨料慢速研磨存在的上诉诸多缺点，人们努力探索新的研磨加工方法，如施加特殊研磨力研磨、采用微粒子冲击去除材料研磨、用特殊研磨工具研磨、复合研磨等。有人研究新的研磨液，以改善研磨效果；有人研究不同磨料和不同材料磨盘的研磨；还有人研究对不同面形采用不同加工方式的方法。我国有很多学者从事着研磨加工的研究，如天津大学的邓广敏教授等人专门研究可陶瓷圆柱面的研磨；武汉工业大学的陈强等人烟具石材研磨加工；王汝顺研究了螺纹刀具的研磨；杨成贞研究了小盲孔底端面的研磨。国外日本关西大学的北岛弘一研究特殊材料的研磨加工技术；杉浦修等人研究采用用磁力研磨法加工圆柱面的研磨机取得了较好的效果。他们的研究使研磨加工的领域更加广泛，研磨技术更加完善。2、研磨工艺的应用及发展趋势研磨是一种重要的精密和超精密加工方法，其原理是将磨料及其附加剂涂于或嵌在研磨工具的表面上，在一定的压力的作用下，借助于研磨工具和被研磨工件之间的相对运动，从被研磨工件表面上除去极薄的金属层从而使工件获得极高精度的一种工艺方法。由此可见，被研磨工件的质量主要决定于所选用的研磨方法、磨料、附加剂、研磨工具，研磨时的压力、研磨运动和工件研磨前的预加工等方面的因素。其中研磨剂的选取很大程度上影响着被加工工件的尺寸精度和表面粗糙度，所谓研磨剂是研磨粉（磨料）、研磨液及其它起辅助作用的材料等制成的混合剂。在研磨工作中，常用的研磨粉有以下几种：（一）棕刚玉粉（gz）al2o3棕刚玉是用铝矾土和无烟煤为主要原料。在电炉中经高温冶炼而成的一种人造磨料。其质量决定于主要矿物成分刚玉的含量和晶体的大小，以及与刚玉伴生的矿物和合金的成分。各种不同粒度的棕刚玉粉是由刚玉结晶块经过粉碎、选别并按粒度标准分别制成的产品。其可用于制造磨具、研磨材料及高级耐火材料等。 这种研磨粉的颜色为棕褐色，比重不小于3.90，显微硬度为18002200kgf/mm2，莫氏硬度为8.9。（二）白刚玉粉，俗称金刚砂（gb）al2o3 白刚玉是用工业铝氧粉，在电弧炉内冶炼制得的人造磨料，其特点是氧化铝含量高。各种不同粒度的白刚玉粉是由白刚玉结晶块，经过粉碎、选别并按粒度标准分别制成的产品，其可用于制造磨具及研磨材料等。其化学成分见下表： 粘度范围 重量 %化学成分 al2o3 不 少 于 na2o 不 多 于 24# 至 80# 98.50 0.60 100# 至 280# 98.50 0.80 w63 至 w14 98.00 0.80 w10 至 w5 97.00 0.80 这种研磨粉 的颜色为白色到浅玫瑰色。比重不小于3.00，显微硬度为22002300kgf/mm2，莫氏硬度为9.0。白刚玉质纯，硬度高，更适合做研磨材料。 上述两种刚玉，主要用于研磨淬硬钢件、铸铁等，并且用作研磨材料以白刚玉为优，特别是在高精度的研磨中，白刚玉应用最为广泛。 （三）碳化硅粉sic 碳化硅粉是由石英砂和石油焦碳等材料的电阻炉中加热而得到的结晶块，经过粉碎、选别亦按粒度标准分别制成的产品，可用于制造磨具、研磨材料等。 碳化硅的比重不小于3.10，其显微硬度为31003400kgf/mm2，莫氏硬度为9.13。按其化学成分不同可分为黑色碳化硅（th）和绿色碳化硅（tl）两种。 碳化硅的特点是较刚玉硬，颗粒锋利，多用于研磨淬硬钢件、铸铁、青铜、黄铜等。绿色碳化硅也用于研磨硬质合金、玻璃、玛瑙等。其化学成分见下表： 粒度范围 重量 %化学成分sic不少于游离碳不多于 fe2o3不多于黑碳化硅12# 至 80#98.500.200.60100# 至 180#98.000.300.80240# 至 280#97.000.301.20绿碳化硅20# 至 80#99.000.200.20100# 至 180#98.500.250.50240# 至 280#97.500.250.70w10 至 w597.000.300.70w10 至 w595.500.300.70w10 至 w594.000.500.70 （四）碳化硼（tp）b4c 碳化硼是利用硼酸和还原剂（低灰分石油焦炭）在电炉内相互反应的方法炼制而成的。其比重为2.482.52，显微硬度为4500kgf/mm2，莫氏硬度为9.35，颜色为从灰色到黑色。 由于碳化硼的硬度高，仅次于金刚石，因此它被广泛地用来作磨料使用，其可加工硬质合金、人造刚玉、玻璃及宝石等。 （五）金刚石粉c（结 晶） 金刚石粉的颜色是由灰色到黄色，比重为3.5，其显微硬度为10001100kgf/mm2。天然金刚石（jt）的莫氏硬度为10，人造金刚石（jr）的莫氏硬度为9.92，它们是目前已知的最硬物质。其主要用于硬质合金、玻璃、陶瓷、玛瑙、宝石、半导体材料的研磨。由于它的价格昂贵，一般在可以用碳化硼代用的地方尽量代用。 （六）氧化铬cr2o3 氧化铬是将重铬酸钾与硫加以焙烧制成的。其可分为粗、中、细三种，颜色为深绿色。主要用于精密表面的最后加工，特别是淬硬钢件的最后精研磨。氧化铬常制造成研磨膏，使用方便。 （七）氧化铁 fe2o3 氧化铁的颜色是红色到深红色，是一种极细的抛光剂。氧化铁比氧化铬软，常用来抛光硬脆性材料，如玻璃、水晶及淬硬钢件等。 （八）氧化镁mgo 氧化镁是白色粉末，是一种软而细的抛光剂。主要用于抛光硬脆材料，如玻璃，单晶硅的硅片等。 （九）氧化铈 ce2o3 氧化铈的颜色为大黄的，是一种良好的抛光剂，主要用以抛光硬脆材料，如玻璃、单晶硅等，其抛光质量比氧化铁好，切削性能是氧化铁的1.52倍。 上面介绍的是研磨和抛光中应用比较广泛的磨料。 此外，近年来又出现一些新型的，硬度较高的磨料，如铬刚玉（gg）、锆刚玉（ga）、单晶刚玉（gd）、微晶刚玉（gw）、镨钕刚玉（gp）、立方碳化硼（tf）、立方氮化硼（dl）等，但这些磨料目前应用尚不广泛。 3、课题任务、重点研究内容、实现途径课题的任务：针对柴油机厂180185型小型柴油机连杆孔的最后精加工采用的是手工在一个研磨盘上将连杆小头孔用一研磨棒穿着并绕大头孔(心轴)旋转的研磨方式，这种加工方式不仅加工精度低，生产效率不高，而且对工人的技术要求也较高，工人的劳动强度大，影响了企业的经济效益，成为企业发展的瓶颈。因此，企业提出了设计一台机械装置，同时对大小头孔进行自动研磨，提高生产效率和工件质量，以满足年产22万台柴油机的工作任务。重点研究内容：研磨头结构设计，要满足速度和加工精度的要求在设计磨头时应该考虑到根据工件的材料选择合适的磨料，以及磨具的形状大小的设计，在选择磨料的时候要充分考虑到研磨棒在大小头孔内的转动速度，因为研磨速度不但影响着工作的效率而且对研磨工件的质量也有极大的影响。床身支承件的设计。考虑到由电机带动双主轴磨头，分别对大小头孔同时研磨，且纵向进给要自动控制，还要对进给装置进行设计，是运用丝杆传动还是液压传动。工件夹具设计。电机的选择，电机的工作环境，工作时间，以及功率大小。考虑编制设计说明书，使其使用效率比手动的研磨方式效率高，加工质量好(圆柱度能控制在0.005以内)。实现途径：在四川内江峨柴厂生产实习的过程中，有机床是电机带动两镗刀同时对连杆大小头孔进行镗削，利用其原理的相似性，结合在柴油机厂的实习经验和以前做过类似的课程设计的经验，参考连杆加工的工艺卡片，进行装配图的绘制，进给系统的设计，电气原理图的设计和绘制，以及编写设计说明书。翻查相关资料，研究所需解决的问题，分析图册，通过老师的指导和带领，同学的配合下，利用所学的知识，在合理的时间安排下，按部就班地完成任务。4、进度计划序号起止周次工 作 内 容113周收集资料、查阅、整理并消化相关文献、写文献综述246周方案比较、讨论并开题378周外文翻译4915周设计计算、总体设计、主要部及零件件设计51617周编写设计说明书618周毕业答辩准备及毕业答辩78学生签名： 年 月 日5、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日说明：1、开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计（论文）开始后两周内完成。2、本页不够，请加页。 42a附件c：外文翻译英文原文:high-speed grinding -applications and future technologyabstractthe basic mechanisms and the applications for the technology of high-speed grinding with cbn grinding wheels are presented. in addition to developments in process technology associated with high-speed machining, the grinding machine, coolant system, and the grinding tool also need to adapt to high-speed machining. work piece-related factors inurning the results of machining are also discussed. the paper concludes with a presentation of current research and future developments in the area of high-speed gri