球型研磨机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 西安科技大学高新学院 毕业设计（论文） 球型研磨机 设计 系 别 ： 专 业 ： 学 生 姓 名 ： 设计 (论文 )题目 ： 起 迄 日 期 : 设计 (论文 )地点 : 指 导 教 师 : 专业教研室负责人 : 发任务书日期 : 2012 年 月 日 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 摘 要 研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工精度和质量高。因此，研磨机是保证研磨加工的重要条件，为此人们专门 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。 球型研磨机 是精加工 球型 零件 的专用机床，该机床可加工 球型 零件 。为了提高加工整体质量，在对原机进行深入分析的基础上，研制了一种新型高加工精度的 球型 零件 精加工机。该机器通过两部分动力源分别控制研具的运动。对整个传动系统进行了分析，传动采用 带传动 设计 。在设计完各个部分的基础上，进行了总体结构布置。新机器克服了原有机器的一些缺点，成功提高了传动效率和加工精度。本次设计在原有的基础上对变速 箱进行了改进，使加工更容易达到表面粗糙度的要求，有利于提高生产效率。该机床的特点：加工精度高，工艺性能稳定，生产率高。 关键词： 球型研磨机 ， 球型 零件 ，带传动 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 is a of It to of on of a is of to of of of to on is of of In to of in on a of of of On of In of of of on of to to of to 文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 目 录 摘 要 . 2 . 3 目 录 . 4 第 1 章 绪论 . 5 磨机概念、研究现状及发展 . 8 内外研究情况 . 8 究目的和意义 . 9 第 2 章 球型研磨机设计思想及方案确定 . 11 计要求 . 11 型研磨机整体方案的确定 . 11 型研磨机类型分析 . 11 型研磨机方案比较 . 12 合考虑选出最佳设计方案 . 13 第 3 章 球型研磨机机械设计 . 13 力头的设计 . 13 、减压机构的机械设计 . 15 轮箱的设计 . 16 轮设计 . 16 轮轴的设计 . 21 杆的设计 . 23 机的计算选择 . 26 磨盘动力源电机的计算选择 . 27 轮的计算选择 . 28 第 4 章 辅具的设计 . 29 第 5 章 主要零件的加工工艺 . 30 件图样分析 . 30 件工序和装夹方式的确定 . 31 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 工顺序的确定 . 31 给路线的确定 . 32 具的选择 . 32 具的选择 . 32 削用量的选择 . 33 工所需工、量具 . 34 工工艺卡片 . 34 第 6 章 球型研磨机的设计行经济分析和环保分析 . 36 济分析 . 36 保分析 . 36 总结 . 38 参考文献 . 39 致 谢 . 40 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 1章 绪论 磨机 概念、 研究现状及发展 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。研磨机的主要 类型有圆盘式研磨机、转轴式研磨 机和各种专用研磨机。研磨机控制系统以 控制核心，文本显示器为人机对话界面的控制方式。人机对话界面可以就设备维 护、运行、故障等信息与人对话；操作界面直观方便、程序控制、操作简单。全方位安全考虑，非正常状态的误操作无效。 实时监控 ，故障、错误报警，维护方便。 研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工 精度和质量高。因此，研磨机是保证研磨加工的重要条件，为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。 内外研究情况 随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。研磨机是超精密加工中的一种重要加工方法， 它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。 研磨加工的特征是加工精度和质量高。并且加工材料广，几乎可以加工任何固态材料。近年来，随着人们对 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再次受到人们的关注 因此国内有很多厂家设计、生产研磨机。 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。 其优点是加工精度高，加工材料范围广。为满足这个复杂多变市场的需求，当前研磨机正向高精度研磨方向发展，加工精度也在不断地提高 ,可以说中国的研磨机行业已逐渐走向成熟期。 通过中国知识网，了解到，目前国内对研磨机的研究主要有： 2精密双面研磨机的研制 、斜面研磨机、球面研磨机、平面研磨 机、 列振动研磨机 、 机车柴油机气门座研磨机改造探讨 等。除此之外，还有买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 一些研究研磨机控制和仿真方面 的。如： 基于 基于虚拟制造技术的数控冰刀研磨机的研究 和 112数控精密研磨机 等。 对于国外，有关研磨冰刀的机器，已有手工和数控两种商品化的产品。例如美国的司是生产手工冰刀研磨机的著名厂家，图 1 3 是该公司手工冰刀研磨机产品。 图 1 图 1司也提供一系列手工和数控冰刀研磨机，其产品如图 1 4 所示。另外还有日本研究的数控研磨机， 日开发出两种胶辊研磨机 ， 德国制备微型刨花的研磨机 等。目前，国外较重视磨料性能的改进，以及丸片制作技术的研究，如探讨如何避免丸片的脱层及裂缝，避免丸片中混入空气，提高磨料和结合剂的均匀性等。为了更好地改善固着磨料研磨效果，提高丸片质量，日本东京大学有人还研究了利用电泳沉积法制造高质量、细磨粒丸片。采用他们研制的丸片加工硅片，已加工表面质量得到了很大改善。国外还有人采用金刚石丸片研磨加工球面和非球面，提高了加工效率，取得了很好的效果。 究目的和意义 自科技 革命以来，人类开始不断地研究、改进机械，目的就是用最先进、最方便的机械来代替人类的劳动。正如上海全镒机电有限公司的赵长明打的这样一个比喻：人类发明了机械交通工具后，一旦拥有了，现在离家出远门就不再会有人愿意走路或者骑马了。同样的道理，一旦习惯使用研磨机来研磨钻头、铣刀等刀具和工件，也不会有人用手工来磨钻头、铣刀等工件。这样一台不仅可以为企业节省生产成本，也可以为老板解决头痛的人事问题的机械，就更不会被企业所拒绝。 随着国内的生产技术及质量的提升，生产厂家使用的设备及刀具的精密度也日益提买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 高，原本手工研磨的技术 随着时代的转变，造成研磨技术的断层，单价昂贵的钻头、铣刀等刀具重复使用率大大的下降，无形中造成刀具成本的增加。 为了改变这一现象，必需从研磨机入手。而研磨机，汇集专家智能，体现出轻便、简单、快速、精准的设计理论，基本上满足了现在生产厂家的相关需求，也解决各企业、公司及厂家老总在成本、时间、效率、质量上的困扰。机器取代人力是工业革命的结果，也是工业现代化的必然性。现在如此，将来也会如此。 研磨机的市场是不可限量的，尤其在国内这个正处于萌芽阶段的发展时期，正是占有市场的大好时机。以全局看来，现在的中国市场日趋与 国际接轨，整个大陆的五金制造业明显感受到了与国外同行的差距，压力不断的增加，而在生产外销方面不断增长的同时，急需各生产厂家改走高品质的路线，因此他们不得不趋附于“精细”这一块。动作迅速的各大厂家也已经在开始着手准备，那么根据以往习惯，将会有很多小厂家跟风而至。对于这样的情况，国内市场中的大部分产品已经无法满足客户高品质、高精准度需求，而携带式钻头、铣刀等刀具和工件研磨机刚好填补了这个空缺。 本文是将现有的高速研磨机进行小型化，以满足用户的生产实际要求。目前的高速研磨机的体积和重量较大，这些设备一般都固定安装 在加工车间里进行研磨加工。这就是说，工件只能在车间里加工，但是事实上，有些工件最好是在工件的使用现场进行加工。比如在生产设备维修时，某一工件需要研磨修复时，人们非常希望在生产设备的使用现场进行试配性的修复加工，以保证所修复的工件能与现场的生产设备相匹配。这既能有效地保证加工精度和加工尺寸的要求，又能显著地减少修复时间、降低生产成本。特别是大企业的生产设备每年都要进行大修，在设备大修期问全部生产线都要停产。由于停产给企业带来的损失很大，所以企业对设备大修时间控制很严，希望设备大修的时间短。如果能在设备现场维修 有关零部件就可以显著地减少大修时间。本文研究的研磨机就能很好地解决这一问题。 高速研磨机应用范围很广，它既可以替代原有的普通研磨机，用于企业进行生产加工，而且由于它还具有体积小、重量轻，易于携带等优点，还可以直接应用到用于有关产品的维修和修复，这就使它的应用范围扩大了很多。因为应用研磨加工的产品的用户非常多，以往由于研磨机体积较大、价格较高，使用研磨加工产品的企业一般都不购买研磨机，对研磨加工的产品只是从外面购进，用坏后就买新的产品更换。而本文研制的高速研磨机体积小、价格低、携带方便，就使得企业积极购买，用 于研磨加工件的修复，买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 从而降低生产费用，为企业节约大量的资金。因此说本文研究的高速研磨机具有较好的应用前景。 第 2 章 球型研磨机 设计思想及方案确定 计要求 球型研磨机 对机械设计的要求有：精度高、运行平稳、工作可靠，具有良好的伺服性能。面对传动机构则要求：转动惯量小，以减小机械负载，避免对系统造成不良影响；刚度大，有利于减小动力损失，提高固有频率，增加闭环伺服系统的稳定性；阻尼合适 。 球型研磨机 对控制系统的要求有：能对压力进行控制。因为试样 研磨 过程要求动力头能带动夹具上升和下降实现压力增大和减小；能够 按设定压力 在 夹具上产生 弹 性力；磨抛一定时间后能自动降低夹具上的弹性力。能对时间进行控制。 研磨 时间过 长 ，试样质量无法保证，时间过短达不到 研磨 质量。能对 研磨 速度控制。对不同材质的试样，需不同的 研磨 速度，方可保证材料的真实组织。 型研磨机 整体方案的确定 型研磨机 类型分析 研磨 按其原理可以分为机械 研磨 ，电解 研磨 ，化学 研磨 ，以及复合 研磨 。 (1)机械 研磨 机械 研磨 是现阶段应用最为广泛的 研磨 方法，其正确的工艺和操作方法是在保证获得优质的试样和其他条件 (如边缘保留及石墨和夹杂物保留等 )的情况下具有 最高的 研磨 速率。 (2)电解 研磨 电解 研磨 是对难以用机械方法 研磨 的金属试样进行 研磨 的重要手段，它可以克服金属干扰层和机械峦晶假象等问题，对于用极低负荷的显微硬度实验的样品或透射电镜的薄膜试样特别有用。但每种金属和台金所使用的 研磨 液和电解规范不同，因此需要进行相当数量的试验工作来确定电解 研磨 规范。 (3)化学 研磨 化学 研磨 是完全依靠化学药剂的腐蚀作用而得到光亮的 研磨 表面。这种方法操作简便，不需要复杂的机械和电解设备，只需要选择适合的化学 研磨 液和试验最佳 研磨 规范。买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 化学 研磨 的速度低， 研磨 后的磨面，表面光滑但形成起 伏的波形，不能达到十分平整的要求。 综合考虑各种 研磨 的优缺点，本系统采用机械 研磨 。 型研磨机 方案比较 第一种设计方案：自动减加压机械装置的设计，利用步进电机作为此装置的动力源，通过一个比例为 1:1的齿轮箱与动力头相接。动力头采用滚珠螺旋传动，即在由螺母和螺杆的近似半圆形螺旋凹槽拼合而成的滚道中装入适量的滚珠，并用螺母上制出的通路及导向辅助件构成闭合回路，以备滚珠连续循环。当步进电机逆时针转时，带动齿轮转动，齿轮转动带动固定在其上的螺母旋转，从而使螺杆下移，按设定压力在夹具上产生弹性力 ;压力在一 定范围内自行调节 ;驱动夹具旋转，实现对工件的加压。当电机顺时针转时，带动螺杆上移，实现对工件的减压。 研磨 装置的设计，因为本次设计的目的是实现 研磨 的完全自动化，所以选择直流伺服电机作为 研磨 盘的动力源，为保持 研磨 质量， 研磨 速度不宜太快，一般为300电机速度一般比较快，所以利用 达到减速的目的。 控制系统的控制部分采用 糊控制系统：数字信号处理器 样位置传感器信号 ,获得当前位置信息 ,从而得到电机的当前速度 ,通过与给定速度值比较 ,得到转速误差值 ,经模糊控制器 计算推理后 ,输出 冲信号 ,经功率放大后 ,对直流电机进行控制。 第二种设计方案：直接用步进电机与一个带有内花键的丝杠相连，丝杠与主轴通过花键连接，使主轴能上下移动。当电机逆时针转动时，丝杠带动丝杠螺母转动，只能向下运动压缩弹簧，使主轴下降并产生弹性力，实现对工件的加压。当电机顺时针转动时，带动螺母上移，不再压缩弹簧，主轴上移，从而实现对工件的减压。 研磨 装置的设计，直接用电机带动 研磨 盘转动。 控制系统的控制采用模糊 模糊 基本原理基本一致，即运用模糊数学的 基本原理和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信息作为知识存入计算机的知识库中，然后计算机根据系统的实际响应情况运用模糊推理，即可自动实现对 达到自动控制的目的。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 合考虑选出最佳设计方案 参考各种形式的 研磨 机，为满足设计要求本次设计的系统定为机电一体化系统。机械部分是采 用步进电机为动力源，通过一个比例为 1:1的齿轮箱与动力头相接。动力头采用滚珠螺旋传动，当步进电机逆时针转时，带动齿轮转动，齿轮转动带动固定在其上的螺母旋转，从而使螺杆下移，按 设 定压力在 夹 具上产生弹性力 ;压力在一定范围内自行调节 ;驱动夹具旋转 ，实现对工件的加压。当电机顺时针转时，带动螺杆上移，实现对工件的减压。 控制部分采用 糊控制系统 ：利用此系统实现自动调压，调速和对加工时间控制的目的。 第 3 章 球型研磨机 机械设计 机电一体化机械系统要求精度高、运动平稳、工作可靠，具有良好的伺服性能 。 球型研磨机 机械制样是采用夹具夹持试样，夹具带动试样与磨盘相对摩擦，并在夹具上施加一定的压力，夹具可以装夹多块 试样以提高制样效率，在夹具 上所施加的压力可以灵活调整。 机械部分主要包括动力头、夹 持盘、 研磨 盘、主体和外观设计。 力头的设计 在试样 研磨 时， 研磨 运动轨迹应能保证工件加 工 表面和抛具表 面 上各点均有相同或相近的被切削条件和切削条件。对 研磨 运动轨迹的基本要求如 下 ： 工件相对 研磨 盘作平面平行运动，能使工件上各点具有相同或相近的 研磨 行程。 工 件上任一点，尽量不出现运动轨迹的周期性重复。 研磨 运动平稳，避免曲率过大的运动转角。 保证 工 件走遍整个 研磨 盘表面，使 研磨 盘均匀磨损，保证工件表面的平面度。及时变换工件的运动方向使 研磨 纹路复杂多变，有利于降低表面租糙度并保证表面 均匀一致。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 步进电机轴承联轴器齿轮轴丝杠螺母键图 1 - 13因此动力头是 研磨 机设计的技术关键，动作要求：带动夹具上升和 F 降；按设定压力在夹具上产生弹性力：压力在一定范围内自行谲节：驱动夹具旋转；磨抛一定时间后能自动降低夹具上的弹性力。具体的设计如图 3电机通过连轴器安装在齿轮箱上，齿轮箱内两个齿轮的大小相等，另一齿轮与丝杠相连，丝杠通过固定在齿轮上的螺母转动上下移动从而达到增压减压的效果。当步进电机逆时针转时，带动齿轮转动，齿轮转动带动固定在其上的螺母旋转，从而使螺杆下 移，按设定压力在夹具上产生弹性力 ;压力在一定范围内自行调节，实现对工件的加压。当电机顺时针转时，带动螺杆上移，实现对工件的减压。使主轴下降并产生弹性力，当达到指定位置时，输出一个信号，使主轴上的压力得到保持。当到达设置时间的 2/3 时，电机顺时针转动，在脉冲信号作用下，每隔一定时间，压力释放一次，螺杆缓慢向上移动，逐步释放主轴上的弹性力，当压力低于 20 牛顿时停止释放，并一直保持到设定时间到达， 研磨 机动力头产生的压力曲线如图 3 2 压力曲线图所示。工作结束后，输出一个信号使丝杠连续上升，到达上限后切断电源停止运转 。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 图1图中可以看出 2=4= t3是由于压力铁释放时间是要受压力 力与丝杠的位移量有关，齿轮将丝杠的位移量传递给传感器，传感器将位移量转变成电磁铁释放的电信号，所以在压力大时释放时间短，压力小时释放时间间隔长。这样 则使试样在所限制时间内有效地保持了试样在 研磨 盘内摩擦，动力头释放压力为 1/5s 6mm/r 2/3 100N/N，释放压力最小间隔为 10秒钟。 、减压机构的机械设计 加减压机构是 研磨 机机体的关键组成部分，对 研磨 机的性能有很大影响。加减压回路机械结构的工作原理为：步进电机通过法兰安装在套筒上电机轴上安装一个带有内花键的丝杠与主轴通过花键连接，使主轴能上下移动。丝杠螺母铣出沿直径方向的键槽。通常有一控 制杆 插入键槽内当步 进电机 逆时针转动时丝杠螺母向 下 运动压 缩 弹簧，当达 到 指定位置 时，输出一信号，使电磁铁将控制杆从键槽中拉出，使丝杠螺母失去限制，随丝杠一起转动 。 在丝杠螺母与动力头之间装有弹簧以实现弹性力的加 载 。弹簧服从虎克定律，即它受到的压力与压缩重为线性关系，因此压力的测量可以转化为位移的测量，位移的大小与电机的转速和压缩时间有关，在电机转速给定的情况下，位移与时间里正比，可通过测量时间达到位移的测量。 其理论计算如下： 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 式中 : f(x)= （ 3 t=f(x)/ ( 3Z 步进电机转子齿数 ; N 运行拍数 ; N 电机的转速 ; S 丝杠的螺距 ; T 电机反方向转动的时间 ; f(x) 研磨 时所设定的压力 ; 由 M= 60; Q=m f 得 t= ;因为 M 与 f 的乘积 Q 可由软件得出， Q和 f(x) 是程序求解 t 时的两个输入值，程序将求出的 t 送入微处理器处理，就可以控制 研磨 机的压力 。 轮箱的设计 轮设计 摩擦力与步进电机所受力相等即： =100 N =齿轮设计中，小齿轮的转矩为 T1= 010 35 =动速度 n=60r/设计选用直齿圆柱齿轮传动。 精度等级：由表 10该节中所指的表均指机械设计一书中的表 ） 选 6 级精度 。 因齿轮要求较低，受力很小。所以材料选择为塑胶：主动齿轮、从动齿轮都用，选用两齿轮都为 29, 1 29 =29 计算如下： 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 关于主轴传动齿轮齿 面接触疲劳强度计算 （ 1）初步计算： 转矩 :宽系数 : d 由表 10 d 触疲劳极限： 0 10步计算的许用接触应力 : 110=99 初步计算的小齿轮直径： 211 )(1( （ 3 其中 u=I=1,载荷系数 料的弹性影响系数 所以， 1(=54合齿轮箱的结构取 54 初取齿宽： b=50 2）校核计算： 圆周速度 : 1 (3齿数 m: 模数 m=2 则 2911 9 使用系数 由表 10A 载系数 由图 10V 间载荷分配系数 先求 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 端面重合度： c o 重合度系数 : Z= 2/) =此得： 齿间载荷分布系数 由表 10对称支撑） 32110 32 =荷系数 : K=性系数 表 10取 节点区域系数 由图 10取 工作时间： 0 300 8 20%=4800h 应力循环次数 估计： 10709 则指数： m= 60 i/ (3 =60 1 631 4800 (8 8 =107 接触寿命系数 图 10 用接触应力 H： 接触最小安全系数 S: 取失效概率为 1%，安全系数取 S （ 10 =764 (3买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 =798 (3验算： H=1(2 (3 算结果表明 ,接触疲劳强度较为适合，齿轮齿寸无需调整。 （ 3）齿根弯曲疲劳强度验算： 重合度系数 Y 齿间载荷分配系数 由表 = = 向载荷分布系数 0=表 10 荷系数 K:K=形系数 由表 10 力校正系数 由表 10 曲疲劳强度极限 由图 10 380 380 曲最小安全系数 S:取 S 力循环次数 估计 3 106010 则指数 m= ni a = 60 1 300 4800 (1 1 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 = 107 原估计应力循环次数正确。 77112 L 弯曲疲劳寿命系数 由图 10 用弯曲应力 F: M P M P 验算： 1112 =25450 = 11221Y =动无过载，故不作静强度校核。 （ 4）确定传动主要尺寸： 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 计算实际分度圆直径 d = = 2 29 =58 mm = = 2 29 =58 算中心距 a = 2 21 = 25858= 58 算齿轮宽度 b = = 1 58 = 58 表 10 11254 A= 50 = 100 N/适 轮轴的设计 （ 1）