关 键 词：

含CAD图纸、说明书 表面 砂带光整 加工 装置 设计 CAD 图纸 说明书

资源描述：

【温馨提示】压缩包内含CAD图有下方大图片预览，下拉即可直观呈现眼前查看、尽收眼底纵观。打包内容里dwg后缀的文件为CAD图，可编辑，无水印，高清图，压缩包内文档可直接点开预览，需要原稿请自助充值下载，所见才能所得，请见压缩包内的文件及下方预览，请细心查看有疑问可以咨询QQ：11970985或197216396

内容简介：

压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘 要近年来，国内对于砂带磨削的研究成果有很大的进展，从低质量产品到半成品以及成品的进口和不断学习，使得砂带磨削在我国有了雨后春笋般的发展。本论文主要设计外圆表面砂带光整加工装置机构，主要包括工件的驱动和夹持装置、砂带磨削装置和回转顶尖固定装置三大部分结构设计。工件驱动装置由交流电动机通过带传动直接对工件进行驱动，由变频器调节速度，满足不同尺寸工件的转速要求；采用三爪卡盘夹持工件，回转顶尖支撑，提高工件的支撑刚度。砂带磨削加工装置主要包括收放带带轮及其电机、接触轮、张紧轮、导向轮等结构；针对砂带磨削装置所占空间过大问题，论文设计了三层空间布局，可对径向和轴向进给分别控制。光整加工装备整体结构中由交流直线往复电机实现轴向进给功能，安装方式为反装，可有效减少磨削装置所占空间。装置总体结构研究得出两种方案进行对比，最终选择经济效益较好的三导柱机构方案。论文所设计光整加工装备可对直径为60-150mm，最大长度为600mm的外圆表面进行光整加工。关键词：外圆磨削装置；光整加工；砂带IABSTRACTIn recent years, the domestic research on the grinding of the belt has made great progress, from low-quality products to semi-finished products and finished products imported and continuous learning, making the belt grinding in China has mushroomed development.In this paper, we mainly design the mechanism of the belt finishing device, and make two kinds of schemes to compare and finally choose the three-pillar mechanism with better economic benefits. Then the design of the spindle form and strength check, the choice of motor and workpiece clamping device, clamping device selection of common three-jaw chuck, rotary top support, improve the support stiffness of the workpiece. Followed by the design of the tailstock tailstock fixed device, and finally the design of belt grinding device. Mainly drive motor, retractable pulley, contact wheel, tension wheel and other structures. In order to save the device space, the paper design on the middle and lower three-dimensional layout, radial and axial feed can be controlled separately.The finishing equipment can be designed for the finishing of the outer surface of the diameter of 60-150mm and the maximum length of 600mm.Key Words：Cylindrical grinding device；Finishing；BeltII目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 论文的研究背景11.2砂带磨削介绍11.3 论文的主要内容42.砂带磨削装置总体分析52.1砂带加工装置总体分析52.2加工装置运动功能分析52.3运动功能方案设计62.4总体方案的提出、比较和分析73.砂带加工装置驱动机构设计93.1 驱动机构的设计总体方案93.2主轴组件的设计94.砂带磨削加工装置设计194.1 砂带接触轮结构设计194.2砂带驱动轮结构设计204.3砂带轴向窜动机构设计214.4 砂带张紧轮设计224.5砂带支撑结构空间布局225.结论24参 考 文 献25附录1：外文翻译26附录2：外文原文33致 谢41VI外圆表面砂带光整加工装置设计1 绪论1.1 论文的研究背景目前，随着科学技术的不断发展,机械零件向着高精度、高承载力、高寿命的方向发展。因此这些零件不仅要有良好的力学性能,还要有较高的表面质量,必须有先进的加工技术以及加工装置来满足工业生产的需要。光整加工是指工件表面质量在大幅度提高的同时,保证精度的稳定甚至提高工件加工精度等级的一种加工技术1。光整加工一般作为最终的加工工序，加工后的零件大部分情况下可直接装配使用，工件经加工以后的表面质量，不仅直接影响它本身的精度和使用寿命，还会影响到工件之间的配合性质，进而影响到整套设备的力学性能及使用寿命。光整加工分为手工研磨及抛光、机械光整加工、非传统光整加工和复合非传统光整加工四部分。机械光整加工又分为磨削、研磨、抛光、超精加工。1.2砂带磨削介绍1.2.1砂带磨削的特点砂带磨削作为光整加工中的一类，他是机械零件加工的主要工艺之一，也是零件加工的终极工艺，对于零件最终的表面质量起着决定性的作用，他的主要磨削工具是砂带。砂带是指用粘结剂将磨料粘结在柔软基体上的特殊磨具，属于一种单层磨料的磨具，是砂带磨削的主体，它由磨料、粘结剂、基体材料三要素组成，它是一种特殊形态的多刀、多刃的切削工具，如图1.1所示。1-磨料； 2-复胶； 3-底胶； 4-基底图1.1 砂带组成断面图其切削功能主要由粘附在基底上的磨粒来完成2。并且可以满足不同的工件材料在不同的加工条件下进行磨削加工的要求。由于砂带磨削摩擦生热少，磨粒散热时间间隔长，可有效地减少工件变形、烧伤。且因砂带磨削与工件是柔性接触，具有较好的抛光作用，经磨削的工件表面残余应力和表面硬化深度均大大低于砂轮磨削。作为工件表面的光整加工，砂带磨削加工精度一般可达到IT7-IT6，表面粗糙度值可达Ra=0.80.2mm。砂带磨削的主要特点：（1）砂带磨削过程是一个弹性磨削过程，具有抛光、磨削、研磨等多种作用；（2）砂带上的磨粒比砂轮磨粒具有更强的切削力，砂带磨削的效率非常高；（3）砂带磨削后工件表面质量高；砂带磨削过程中磨削温度较低，工件表面不易出现磨削烧伤等现象；磨削速度稳定，砂带接触轮不会像砂轮一样越磨直径越小而导致速度下降；（4）砂带磨削精度高。随着砂带制作质量的提高，砂带磨削可达到精密或超精密加工等级，最高精度可达到0.1m。(5) 砂带磨削成本低。砂带磨削操作简便，辅助时间少；砂带磨削设备简单；砂带磨削比大，切削效率高。（6）砂带磨削安全，噪音和粉尘小，且易于控制，环境效益好，砂带磨削工艺灵活性大、适应性强。砂带磨削可加工平面、内外圆和复杂曲面；对同一种工件，砂带磨削可采用各种不同的磨削方式进行加工。1.2.2砂带磨削的研究现状（1）砂带磨削国外研究现状自上世纪静电砂植技术成熟以来，欧美国家就对砂带磨削技术进行了大量的研究开发，至今已经发展几十年，已经达到了强力、高效、自动化磨削的新阶段。欧、美及日本等工业发达国家，从事磨削技术研究、开发的机构以及砂带制造、磨床制造等厂家很多，而且实力雄厚，其成果和产品代表了当今世界砂带磨削技术的最高水平。美国在砂带磨削领域做了大量的研发，有了很多创造性产品，一直处于世界领先地位。著名的美国3M公司，以铝氧化物合成物作为磨料发明了Cubicut砂带；生产了一种安装在直径为1.73m的回转台及四个工作主轴的砂带平面磨床；美国Metabo公司，研制了 6 轴5 联动数控磨床；西屋电气公司，用无心砂带磨床加工 60 马力的电机转子，每小时高达 1000 件；卢森机床公司生产电机转子同心度要求 0.005mm，尺寸误差要求为正负 0.012mm，用无心砂带磨床加工，一小时可加工 200 件3。2006年，美国QED工艺技术公司M.Tricard等人采用稳态磁流体喷射抛光光学零件表面成功解决等角自由曲面峭壁内凹形状的光学零件难光整加工的问题。2010 年美国国际制造技术展览会上，克林贝格( KELLENBERGER) 公司展出新产品KEL-VERA RS250/400型数控磨床，主要用于大尺寸零件卡盘装夹下的切入磨削4。日本在砂带磨床和砂带研制方面做了较深入的研究，并获得了众多成果。现已研制出两种新型磨料涂附砂带，即球形复合磨粒砂带和软木复合磨料砂带；近20年来，日本在高速、超高速砂带磨削领域也有了突出成果。成功研制出磨削速度为400m/s的超高速平面磨床，最高线速度达395m/s。Shinizu等人为了获得超高速磨削速度改制了磨床，使工件和砂轮间的实际磨削线速度接近1000m/s。2006年在第56届CIRP大会上，日本慈城大学工程系的周力波等人研究出单晶硅底层无缺陷化学机械磨削新工艺，此工艺方法比化学机械抛光(CMP) 更容易得到好的表面品质。2010年，日本YASDA公司、SODICK公司、MAKINO公司展出亚微米级超精密机床。在机理研究方面，日本研究者通过不断试验，利用模糊理论获得了磨削条件和影响平面度因素相对关系的表达式，既能精确地表达磨削过程，又能够满意地改善工件表面精度，为定量分析磨削参数变化对平面精度的影响供了科学依据5。英国着重发展输送带式砂带磨床、内圆砂带磨床及涡轮叶片砂带磨床。布鲁克生产的内圆砂带磨床能对长达 15m，直径为 25-250mm 的长管件内孔进行加工；施丽亚当斯生产的窄涡轮叶片砂带磨床和罗尔罗伊斯公司生产的涡轮叶片宽砂带型面砂带磨床处于领先地位。德国知名的砂带品牌有Hermes、VSM等，研发了具有多过专利的空心球复合磨料，其制作的砂带使用寿命长，切削效率高，成本低。(2) 砂带磨削国内研究现状我国砂带磨削是五十年代末期开始应用由航空工业部门引进国外仿型窄砂带磨床加工发动机叶片开始的。虽然起步晚，各方面技术落后，但是近几年来我国的砂带磨削技术也在不断发展。在加工设备研发方面，应恒晶研究自制了可进行大轴颈、大孔径、大平面和大曲面工件表面中加工多使用的新型高效砂带磨头，在普通机床（卧车、立车和龙门刨床等）上就可以进行磨削。解决了国内对大尺寸大轴径工件难加工、耗时多、质量低等问题。其结构简单，适用性强，加工效率高。张萍6，李家春设计了旋转砂带磨削机，该装备可实现砂带的“公转”和“自转”，外加气动张紧装置，可对生锈及有明显表面缺陷的钢丝进行打磨抛光。开发出针对盘条磨削加工的环保型砂带磨削设备，对促进我国的拉丝制造业发展具有重要意义。吉林大学王听、母焰7等研究了具有接触轮库的砂带磨削加工装置，可实现磨削平面、回转体、自由曲面零件,且能实现同一工位多工序的集中加工，包括底座、立柱、五自由度工作台、动力装置、砂带支撑张紧装置、磨头装置、接触轮库、自动换轮装置。五自由度工作台,既可以磨削平面零件和回转体零件,也可以磨削自由曲面,其加工产品范围广,稳定性好。此磨削加工中心既能适应大批量产品生产,也能适应零件比较复杂,产品更换频繁的中小批量生产。朱俊生8发明了一种能够快速并有效的去除深窄槽中毛刺的深窄槽去毛刺用砂带装置。可以方便的利用机床轴的旋转,完成对金属件深窄槽的去毛边工作,提高了具有深窄槽金属件的产品合格度,又可保证深窄槽内壁的光滑度,直接提高工件表面质量。在关键技术方面，2006年，国家高效磨削工程技术研究中心研制出非圆截面轮廓精密磨削技术，主要用于轴类零件加工，广泛应用于汽车发动机、航天航空、印刷、纺织机械及其他精密机械制造业。2006年汉江机床公司开发研制了国内第一台SK722数控丝锥磨床，主要加工直槽磨牙丝锥，可采用单线或多线砂轮磨削，可直接在淬火后没有螺纹的丝锥坯体上磨出螺纹9。2008 年由湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心、浙江工业大学超精密加工研究中心、宁波凯泰智邦机械有限公司、杭州智邦纳米技术有限公司、湖大海捷制造技术有限公司共同开发的Olymball-E600精密球体高效研磨机和Olymball-D600精密球体研磨机项目在杭州市通过了中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定和宁波市经济委员会组织的新产品及投产鉴定10。2011年险峰机床厂在轧辊磨床上采用德国的DITTELDE的M6000型机电式平衡模块，此款主要针对高精度磨床研发而成，可以对不平衡进行监测和评估，可以完成快速精确的不平衡补偿。同年，甘肃天水星火机床有限责任公司在轧辊磨床上采用带箱磨削装置，磨削过程中不需要再拆卸箱架，只需找正带箱滚径上的母线和侧母线，完成带箱滚径直线度调节后，即可拖动磨削，避免拆卸或安装过程中的零破坏、精度降低，同时缩短了磨削辅助时间，大大提高了生产效率11。1.3 论文的主要内容论文旨在进行轴类零件外圆表面电化学砂带复合光整加工装备设计。论文中将重点设计整套光整加工装备的机械结构。具体工作如下：（1）整体结构设计：包括整体结构的固定支撑，各组成单元的空间布置，加工部分轴向进给结构等。（2）工件驱动与夹持装置设计：包括主轴结构、轴承支撑结构、工件的驱动方式、装夹固定结构等。（3）工件加工装置：砂带磨削装置设计接触轮结构及快换结构、驱、动轮结构、轴向窜动结构、张紧结构和砂带支撑结构空间布局等。2.砂带磨削装置总体分析2.1砂带加工装置总体分析（1）加工精度加工精度是指被加工的工件轮廓的形状位置、尺寸的精确度、表面粗糙度程度。本砂带磨削装置的加工精度等级应为IT6级12。（2）工艺范围工艺范围是指加工装置能够满足包括可加工的零件类型、形状和尺寸范围，能完成的工序种类等不同生产需求的能力13。砂带光整加工装置的在本设计主要是针对于外圆表面零件的加工，其中加工零件的具体数据中直径范围为60-150mm；长度范围为最大600mm。2.2加工装置运动功能分析依据本次砂带加工装置整体结构设计要求和砂带磨削加工的特点，可知该装置所应具备的下述三种运动：（1）工件的回转运动：工件的回转运动是在一定程度上满足下面的基本要求且是加工过程主运动。（2）砂带磨削装置轴向进给:砂带磨削装置的轴向进给目的是确保机构在工件的长度方向上持续、均匀地进行加工，保证轴向运动的平稳性及工件表面的一致性。这就要求进给系统设计应满足如下的基本要求：足够的静刚度和动刚度.快速响应性要求。预防低速或微量进给运动时出现不爬行的状况，使其运动平稳；灵敏度高；抗振性要求要好，避免因摩擦自振引起齿轮传动的冲击噪声或传动件的抖动；拥有足够宽的调速范围，确保能够达到实现所要求的进给量，来满足不同的加工尺寸，以达到能传动较大的扭矩的作用；高传动精度和定位精度。希望达到最佳精准度；简洁进给要求，加工和装配的工艺性让调整维修方便，操纵轻便灵活。 (3)砂带磨削机构的径向进给。径向进给是用来说明工作台每一个行程内工件相对于砂带接触轮径向移动的距离，其特征量是磨削深度ap,，单位为mm/行程。砂带磨削装置需满足下列运动功能： （1）砂带的进给运动。主要通过各支撑件的相互作用，保证磨削区域时刻都有砂带，并保证成品的表面质量。（2）砂带接触轮的径向进给（精进给）。接触轮的径向进给属于精进给，但是接触轮径向进给量小，位置保持性要好。（3）砂带磨削装置的轴向窜动。该运动是本设计装置特有的运动，其主要功用就是为了提高被加工件的尺寸精度和表面粗糙度，避免砂带磨削不均匀或者过度磨削造成被加工工件表面质量参差不齐的现象出现。本次设计的光整加工装备不仅要求在运动功能方面须得满足上述要求，还要求工件操作便捷、夹持牢固、定位精准、易于操作等。上述分析后，下面进行总体方案设计。2.3运动功能方案设计 本此设计中选择参照机床坐标系和直角坐标系。沿X、Y、Z轴的直线运动和运运动量仍用X、Y、Z来表示；绕X、Y、Z轴的回转运动用A、B、C表示，运动量用、表示。运动功能式包含机床的运动个数、形式、功能及排列顺序。形式是指直线运动和回转运动，功能是指主运动、进给运动、非成形运动，且分别使用下标p、f、a表示。在其左侧写工件，用W表示；右侧写刀具，用T表示；中间以运动顺序排列方式来写运动，并使用“/”来分开工件。本设计中的砂带光整加工装置的运动功能式如下：W/Cp，Zf，Yf/T (2.1)运动功能图如图2.1所示，在砂带光整加工装的运动功方式只可以看出包含工件与刀具之间的相对运动，但相对地”来讲组件支撑部件安放在哪个地还不明确，因此哪些运动是由工件一侧完成，哪些运动由刀具一侧完成依旧处于未知状态，故此必须明确运动功能的分配问题。图2.1 运动功能图运动功能分配式的作用就是用来确定功能式中接地”的位置设计，符号用“”表达。依据设计要求，在“”符号左侧的运动由工件来去完成，而右侧的运动由刀具来完成。由于符号“”的不确定位置，所以上面的运动功能式改为运动分配式后有以下几种设计方案：（1） W/Cp,Zf,Yf/T（2） W/Cp, Zf,Yf/T（3） W/Cp,Zf, Yf/T在此对以上的三种方案进行分析对比之后，比较得出方案（2）更容易实现，相对于其他五种方案来说在结构上显得更加合理。2.4总体方案的提出、比较和分析根据上面提出的运动分配式（2）提出下面两种总体方案。(1)车床改装方案根据对运动功能分配式W/Cp， Zf,cf/T的分析可知，主运动（即对工件的驱动）和进给运动同车床的运动是相似的。而在车床上的主运动是工件在三爪卡盘夹持下由电机驱动，并且在进给运动方面，两者同样都是沿轴向的直线运动。所以，在车床改装方案中，可以由砂带磨削机构来完成后面的三个运动，将砂带磨削机构整体安装到车床的刀架位置，用来代替车刀刀架的结构，通过单独设计，使得砂带在这套光整加工装置中成为它的切削刀具。（2）三导柱结构在三导柱机床结构中，由三根导柱做支撑结构来完成机床床身的整体框架支撑，而砂带磨削部分按照上面的分析安装到机床的进给机构上，并且单独设计成为一个整体。下面对两种方案进行分析、比较。选择(1)号方案“车床改装方案”的好处是：车床的结构的成熟化，使得设计部分只涉及到砂带磨削机构的整体安装，而在轴驱动和进给运动方面，大部分满足设计要求，设计的内容较少；而缺点在于：车床刀架和三爪卡盘的回转中心高度是固定值，在这种设定下设计砂带磨削机构时高度方向上会受到很大的限制，可能会造成类似干涉等问题的出现；但由于砂带磨削对刚性要求不高，从而会遭成其大部分结构在砂带光整加工中并未发挥作用，使得出现材具浪费的问题，这就使得成本提高且浪费。选择(2)号方案“三导柱机床结构”的好处是：在自己设计的机床结构中，可以充分考虑到性价比以及砂带磨削的特点，设计符合自己运用的机床。在整体设计机床本身的时候由于砂带是弹性磨削过程，在加工过程中砂带跟工件间没有太大的刚性联系，不需要很高的刚性要求，由此可以在设计砂磨机床身结构时避免车床功能上的浪费；同时，在成本方面，购买一台车床的费用会远远高于五导柱结构的床身设计后的费用，极大地节约了成本；砂带磨削部分的尺寸设计的时候在高度的方向上将不再受到限制，可以保证更佳的加工质量，提高了效率，变相的降低了成本；缺点也是显而易见的：前期的设计工作量较大，设计的周期加长，人工成本提高。经过分析前后两者的优缺点之后，从成本性价比的角度出发，选择砂带光整加工装置的总体方案为(2)号方案“三导柱结构”。总装配图如图2.2所示：外圆表面磨削装置由驱动夹持装置、回转顶尖装置、砂带磨削装置三大部分构成。1)砂带磨削装置；2）三爪卡盘；3）主轴；4）机床底座；5）机床导柱；6）回转顶尖；7）砂带图2.2 外圆表面砂带磨削装置设计总装配图3.砂带加工装置驱动机构设计3.1 驱动机构的设计总体方案驱动机是用来实现本装置砂带磨削的主运动，他的设计是十分重要的，作为动力的输入端，不仅要求具有足够的功率来传动所需要的扭矩，况且其精确度的大小可以直接影响加工的精度。驱动机构的设计包括电动机的选型，主轴的设计，主轴的支撑布置，电机到主轴的带传动设计。如图3.1所示为驱动机构装配图，由主轴组件、驱动带轮、三抓卡盘构成。主要作用是为工件驱动提供动力和对工件进行夹紧定位。1）三爪卡盘；2)主轴；3）主轴支承件；4）带轮图3.1 驱动机构装配图3.2主轴组件的设计主轴主要组件是由主轴和其支承轴承、传动件、定位元件等组成。主轴和组件完成加工过程的主运动是，机床的重要组成部分。主轴主要承载切削力和传送扭矩，运动形式由主轴组件传送给加工件，缩小传动误差。主轴组件直接参与磨削，故主轴的机能会直接影响加工的精度和生产率，是确定机床经济性指标和总体性能的重要参数。主轴组件的设计满足以下基本要求：（1）静刚度：简称刚度，指主轴组件在静载荷作用下，防止机床变形的能力。一般以主轴端部发生单位弹性变形时，在位移方向施加的力表示。（2）动刚度：指机床处于额定动载荷下做切削运动时，主轴部件抵抗变形的能力。在不同硬度、多刃切削、尺寸误差、连续切削等不利环境下，切削力是一个变量。(3)旋转精度：主轴旋转精度是机床的一种几何精度。旋转精度指主轴组件完成装配后，保持静止或低速空载情况，刀具或工件安装基面上的全跳动值。它由主轴，支承轴承，箱体孔等部分的制造精度，调整精度和安装精度共同决定。(4)温升和热变形：主轴组件运动的时候，切削，轴与轴承间的摩擦，齿轮间的啮合，都会产生一定的热量，导致周围出现升温现象，发生热变形。主轴热变形会产生很多负面影响，如轴承间隙变化，轴心位置偏移，使定位基面的形状和位置尺寸改变。温升也会加热润滑油，使其粘度下降，阻尼减小，润滑效果降低。3.2.1驱动电机的选型驱动电机的选择依据是功率大小和转速范围。查阅文献14知：平均相对线速度v=1m/s。论文开篇设计的加工的外圆表面的直径D=60-150mm。线速度和转速间的换算关系如下： v=dn6000(rmin) (3.1)其中，v为线速度，m/s；d为工件直径，mm；n为工件转速，r/min。将上述数据代入公式数中，得到工件的极限转速：Nmax=6000vdmin=60001/(60)=318.31(r/min) (3.2)Nmin=60000v/(dmin）=600001/(150)=127.32(r/min) (3.3)综上，工件转速范围n=127.32-318.31（r/min）。为满足不同尺寸工件的加工要求，在实际选取电机转速时，其范围应该宽于范围应大于计算结果。驱动工件和轴承和轴回回转运动消耗了许多的功率上。工件材料选取45钢，取其密度=7850kg/m3，得出最大尺寸工件的质量：mmax=14d2lmax=140.15278500.6=82.23kg （3.4）由于还没有确定主轴及轴承的配置，考虑到不可避免的能量损失，另外消耗功率部分的质量估计为m=200kg. 功率消耗计算公式如下:P=12JZW2 （3.5）其中，P为刚体绕定轴回转时消耗的功率，w；W为刚体对轴的转动惯量刚体，kg/m2；W为刚体的角速度，rad/s。把计算数值代入式（3.5）中便可得驱动电机所消耗功为：P=12JZW2=1212mr2w2=14mv2=1482.23+20012=70.56(w) （3.6）根据所求出的电机转速范围和功率大小，进行驱动电机的选型。通过查阅机械设计手册，选取的电机型号为Y90S-6，该类的电动机为三相异步电动机，有高效率、性能稳定、运转稳妥可靠、维护快捷等益处。表3-1 Y90S-6 电动机技术参数型号 额定 转速 同步 电流 功率 额定 最大 质量功率 r/min 转速 /A 因数 转矩 转矩 /kg/kw r/min Nmm NmmY90S-6 0.75 910 1000 2.3 0.7 2.0 2.2 233.2.2主轴结构设计主轴构造布局正常要按照下列基本原则设计：轴的最终设计结构应该使得安装在轴上的零件拆卸方便，定位要可靠，轴受力须均匀；并且具备优良的结构工艺，保证加工精度和加工制造；在尺寸设计方面，先求的最小轴径，然后按跟轴配合的零件设计阶梯轴的尺寸。另外要注意退刀槽、越程槽以及轴肩的设计。下面首先计算轴径最小允许尺寸。根据扭转强度计算轴的最小轴径尺寸的公式：d35T131-r4=A3Pn11-r4(mm) (3.7)其中，d为轴的直径，mm；T为轴传递转矩，Nmm；P是轴传递的额定功率，kw；n为轴的转速，r/min；为轴材料的许用切应力，Mpa ；A为系数：r为空心轴的内径d0和外径d之比，r=d0/d。工件的动力输入经过带传动最后输入到主轴的功率p为：P=P额=0.750.980.7=0.52（kw) (3.8)把轴最低的转速代入公式中，得到在保证强度前提下的轴的最小尺寸。本次设计A值取较大值A=112。把主轴设计前端部分空心后半部分实心的设计理念。原因是：前段空心结构可以用来增加光整加工装备的工艺范围。下面分两种不同的情况，分别进行计算：当轴为空心，r=0.5带入公式：d135T131-r4=A3Pn11-r4=19.31mm (3.9)当主轴是实心结构时，r=0时,带入公式：d235T131-r4=A3Pn11-r4=18.90mm (3.10)经过圆整之后得到的最小轴径尺寸是：d1=24mm；d2=26mm。支撑跨距较小时，虽然可以减小主轴的弯曲形变，但是由支撑形变导致的主轴前端位移量增大过多；当支撑跨距过大，支撑形式引起的主轴前端位移虽然有所下降，但是主轴弯曲形变过大，同样会引起主轴前端的大位移。主轴前端伸缩量a即主轴前端面到前轴承径向支反力作用中点的距离。他主要由前端部的结构所决定其大小、前支撑轴承配置和密封装置的型式以及尺寸，都是在结构设计后分析得到。尽可能在满足功能要求下对伸缩量进行缩短处理。通过以上可知存在最佳跨距。主轴的设计方案和具体尺寸如下图3.2所示：由前文知主轴基本结构是前端为空心后端为实心。在力学范畴上属于简支梁结构，主轴前端受力大并且有较大的直径，向尾部呈阶梯状逐渐递减，尾部的径向尺寸也是最小的同时受力也是最小的。主轴的力学模型为外伸梁结构。通常情况下，主轴所受载荷相对不大，产生的应力远小于钢材的屈服极限。所以，强度不做为主轴材料选择的主要依据。当主轴的惯性矩为定值时，设计尺寸参数已确定不变时，弹性模量越大，主轴的刚度越小，但是钢材之间弹性模量值基本相近，所以刚度也不对主轴材料的挑选产生大影响。加工尺寸精度受耐磨性、热处理方法及热变形的影响较大，依次选择主轴材料。综上所述，选用40Cr作为主轴材料，调质后硬度为241-286HBS。图3.2 主轴结构图主轴为阶段空心轴，以方便卸下顶尖，穿过长棒料、管道和导线等。主轴前端定位基准为短锥面和端面，为了夹持工件用法兰固定三爪卡盘。V带作为动力的输入端放后面，V带轮用平键固定。3.2.3主轴轴承配置设计由机床主轴粗大且主轴轴承的直径较大决定了，轴承所承受的载荷比起其额定动载荷要小很多，所以，通常情况下，选择主轴轴承就不会依靠承载能力和疲劳寿命来作决定。需要凭借刚度、旋转精度和极限转速来决定主轴轴承。主轴采用滚动轴承支承，以前后支承做为支承方式，前端使用径向承载能力较强的圆锥滚子轴承是基于受力较大的原因，背靠背放置；后端则用到角接触球轴承，面对面放置。由于主轴的低转速，轴承的润滑以脂润滑为主，在装配时既需要加入大量的润滑脂，从而确保轴承稳定持久的得到润滑。主轴的回转精度受到轴承的影响非常大，尤其是前轴承对其的影响最为突出，从而需要选取轴承需要遵循前轴承的精度要大于后轴承的原则，指定轴承精度的时候，通常前轴承选择P3级，后轴承则为P4级。经过和轴径尺寸配合分析得：圆锥滚子轴承选取型号为30212，角接触球轴承选取型号为7208C。图3.3即为轴承的配置方式：圆锥滚子轴承置于轴前端，背靠背安装；角接触球轴承置于轴后端，面对面安装。图3.3 主轴轴承配置图3.4 主轴力学模型图3.5 主轴载荷分析图3.2.4主轴强度校核主轴受力情况：工件的重力作用于其前端，径向为砂带磨削力；后端承受扭矩作用。受力分析如图3.4所示。通过此处做一些简单描述，作为弹性磨削的磨具的砂带，它的切削力不大，相比于工件的重力作用基本上可以忽略不计。主轴载荷图如图3.5所示。输入到轴上的功率是：P1=P(kw) (3.11)其中，是传动带的传动效率。代入数值计算得：p1=110.88=9.68(kw)主轴传递扭矩：T=9.55106Pn（nmm) (3.12)代入数值计算得：T=9.55106P106052127.33=39001.12（nmm) (3.13)根据力矩平衡，可以求出轴处的支反力：F2=Fl1l2=554.9168177.5=525.2N (3.14) F1=F+F2=554.9+525.2=1080.1N (3.15) 主轴受到的最大弯矩:M=FL1=554.9168=93223.2N （3.16） 主轴截面抗弯系数： W=d3321-4mm3 (3.17)代入数值得：W=d3321-4=1103321-0.54=13839(mm3 ) (3.18) 抗弯扭强度校核： ca=M2+T2WMPa (3.19)其中，ca为轴的计算应力，MPa；M为轴所受的弯矩，Nmm；T为轴所受的扭矩，Nmm；W为轴的抗弯截面系数，mm3。代入数值计算：ca=M2+T2W=93223.22+0.63900.113938=4.24MPa （3.20）因为主轴选用的材料为40Cr，调制处理，许用弯曲应力-1=60Mpa。因为ca-1，所以主轴安全。3.2.5带传动选型通过前述设计得知：驱动电机的额定功率为P=7.5kw;同步转速n=1000r/min,所以传递功率P=0.75kw。而小带轮转速为n1=1000r/min。设计的工作时间每天要数少于10h。(1)确定计算功率：Pca=KAP=1.07.5=7.5kw （3.21）其中，Pca为计算功率，KA为工作情况系数（2）选择V带的带型根据前面的计算功率Pca及其小带轮的转速n1，查阅机械设计手册普通V带选型图，最后确定出V带的类型是B系列，即Z带。（3）确定带轮的基本直径dd并验算带速v根据B系列V带类型，它的小带轮的最小基准直径是50mm。在基准系列中选择比该数值大的直径，初选确定为dd=71mm。如图3.6所示。验算带速：v=dn60000=71100060000=3.72ms （3.22）正常的带速取值范围是5-25m/s，故基准直径的选取符合要求。图3.6 带轮结构图（4）确定中心距中心距的确定依据于机床整体结构的设计，在此初选a=1600mm。(5)确定带数V带根数的确定公式为：z=PdP1KKL 其中，Pd为设计功率，KW;P1为单根带的基本额定功率，KW; KL为带长修正系数。查表可得K=1.0，KL=1.02。带入上面的公式计算得到：z=PdP1KKL=0.750.23711.02=3.1。数据圆整，带的根数设计为4根。（6）确定带的初拉力：F0=5002.5K-1Pdzv+mv2N (3.23)其中，F0为单根V带所需的最小初拉力,N；K为小带轮包角修正系数：Pd是设计的带轮功率，kw；v为带速，m/s；m为带长质量，kg/m；又m=0.060kg/m：将数据代入公式中可得：F0=5002.5K-1Pdzv+mv2=5002.51-10.7543.72+0.063.722=38.6（N） （3.24）如图3.4所示设计的带轮结构图。实心结构可装载4跟V带。带轮的具体技术要求：表面粗糙Ra=3.2,轮毂和轮缘处不可有缩孔、裂缝、砂眼和气泡等。3.2.6工件夹持装置设计 工件夹持装置设计选择常用的三爪卡盘夹持，回转顶尖辅助支撑。本次设计的砂带磨削光整加工设备加工工件的最大直径为60-150mm，故他为三爪卡盘的选用依据。三爪卡盘的型号为K11-165。详细结构和尺寸如图3.7和表3.1所示。K11-165可以夹持的工件直径范围为3-160mm。回转顶尖和工件之动态支撑的关系，他能够围绕自己做轴线旋转运动。可绕自身轴线回转，有很高的回转精度，是本次设计的首选固定装置。图3.7 三爪自定心卡盘结构 表3.1 三爪自定心卡盘尺寸 (mm)规格 D1 D2 D3 H H1 h Z-dK11-165 130 145 40 96.5 66.5 4.5 3-M8K11-165可夹持工件直径范围为3-160mm，满足加工工件的尺寸要求，在强度和刚度方面同样满足要求。三爪卡盘安装在主轴前端，内圆表面同主轴前端的小圆锥表面配合，起到定位的作用，可保证装配后的三爪卡盘的回转精度。圆周上均布三个的螺纹孔，用来安装三爪卡盘。3.2.7其他装置的设计(1)回转顶尖轴向窜动设计如图3.8所示，由于顶尖套有直线运动导向沟槽，所以丝杠螺母结构可将后端手轮的回转运动转化为轴向的直线运动。逆时针方向旋转手轮，顶尖套在内螺纹圆柱销和导向作用和螺母的前推作用下带动回转顶尖一起向前运动，实现进给运动。当顺时针方向旋转手轮到底时，回转顶尖会被丝杠顶出，需更换顶尖时，操作方便。1）顶尖套；2）锁紧手柄；3）圆柱销；4）进给螺母；5）螺母固定端盖；6）螺栓；7）单向推力球轴承；8）螺栓；9）圆头普通平键；10）回转顶尖；11）外轴套；12）丝杠；13）外端盖；14）手轮；15)螺钉图3.8 回转顶尖轴向进给结构图（2）尾座支撑结构设计前文已经设计了回转顶尖机构，下面设计他在三导柱机床上的支撑结构。其主体使用焊接结构。焊接结构在形式上灵活多变，可焊接成多种简单便捷轻巧的支撑件。相比铸造件来说，焊接件经济实惠，环境保护能力强，加工简单，工艺工序少，节约资源。如图3.9所示为尾座支撑结构的三维图。它的上面一层用来安装回转锁紧机构和回转顶尖，通过紧定螺钉相连；下面一层安装直线轴承，在下平板上开垫片槽和通孔，左右两侧加装肋板提高支撑强度。图3.9 尾架焊接结构4.砂带磨削加工装置设计根据绪论中对砂带磨削技术的简介可知，砂带磨削的主要“刀具”是砂带。本次设计中利用的砂带为静电植砂、布基材，磨料材料使用到棕刚玉（代号A，主要成分Al2O3）。在磨削抗张强度高的金属，如各种碳素钢、可锻铸铁、合金钢、有色金属、硬青铜等工件时可发挥最大作用。硬度在HRC55以下，抗拉强度低于70kg/mm2。砂带宽度为100mm。砂带磨削装置的设计主要包括接触轮结构、驱动轮、轴向窜动结构、张紧结构、导向轮和砂带支撑结构和空间布局等。如图4.1所示为砂带磨削加工装置总体示意图。1）导向轮；2）驱动轮；3）张紧轮；4）砂带轴向窜动机构；5）接触轮；6）支撑底座图4.1 砂带磨削装置总装配图4.1 砂带接触轮结构设计砂带接触轮主要起到支撑砂带、将砂带支撑至被加工工件上的作用。接触轮前端正常来讲会镀上一层就能地柔软的材料，通常镀上橡胶。这样就可以增大砂带与工件的有有效接触面积，设计中由于砂带进给速度相对较慢，接触轮不绕其轴心回转。如图4.2，接触轮由金属基体和橡胶材料组成。其中金属基体可满足接触轮强度和刚度的要求，其前端做成半圆状，方便加工，又适合砂带进给。橡胶为设计要求。定位方式设计为一面两孔。在长期的磨削加工过程中砂带磨损严重，故此需定期更换接触轮，保证加工精度。为此设计了接触轮快换机构，在接触轮两边打成通孔，使用紧定螺钉进行固定，通孔直径大于螺钉直径，在这里使用大直径的开口垫片进行紧固。中未画出。需要更换接触轮的时候，只需拧出一半螺钉，取出开口垫片，再将接触轮取出更换即可。1）橡胶；2）金属基体图4.2 接触轮结构图如图4.3所示为接触轮安装布局。安装气缸的目的是为了让接触轮始终与工件表面紧贴而提供压力，从而提高加工质量。气缸左右两边为直线滑动轴承，实现接触轮的径向进给。1）圆形导柱；2）直线轴承；3）气压缸；4）接触轮支撑板；5)接触轮图4.3 接触轮安装结构图4.2砂带驱动轮结构设计砂带磨削据其基本结构，可分为闭式和开式两种。如图4.4和4.5所示，由于闭式结构砂带呈封闭状反复进给，造成砂带磨损加剧，需要经常更换砂带，提高加工成本和资源浪费率，而且加工的工件表面质量就会下降，效率低下，并不适用于精加工过程；图4.5所示开式结构砂带呈开放式布置，收带轮电机工作时，放带轮电机不工作。另外还有张紧轮和导向轮作为辅助。砂带成卷使用。砂带的使用效率提高，工件表面质量较闭式结构一致性要好。图4.4 闭式砂带磨削形式 图4.5 开式砂带磨削形式如图4.6所示，开槽长圆柱端紧定螺钉将动力输入电机轴和轴套连接起来，最外面的那层是带轮结构，带轮和轴套用紧定螺钉连接。将键插入带轮和轴套即可工作，实现砂带进给。放带带轮工作。把键插入放带轮和轴之间，取出插入收带轮的键，让其自动旋转，完成收带工作。1）紧定螺钉；2）电机轴；3）轴套；4）带轮；5）紧定螺钉；6）圆头普通平键图4.6 驱动带轮结构图4.3砂带轴向窜动机构设计为了提高被加工件的尺寸精度和粗糙度，消除砂带磨削不均的现象，提高高砂带的使寿命和耐度，需设计砂带轴向窜动，即按砂带宽度方向来回摆动。如图4.7所示：整个轴向窜动结构就相当于曲柄滑块结构。其中，直线轴承座和接触轮以及他的支撑组件构成滑块；连杆机构由中间位置的三个方向块构成，连杆两端分别用阶梯轴连接。配置角接触球轴承；曲柄机构由右边的两个方形块构成，其中一个方向块上设长槽。通过两个方形块的偏心作用来回摆动形成曲柄。后面依次为电机轴、电机支架和驱动电机。1） 连杆结构；2）支撑板；3）曲柄结构；4）直线轴承座；5）阶梯轴；6）电机支架；7）直流电机图4.7 轴向窜动结构图4.4 砂带张紧轮设计由于砂带质地较为柔软，在加工过程砂带必须保持紧绷状态，故此，我们需要为砂带提供一定的张紧力。如图4.8，底座支撑杆装在支撑底板上，导向支撑杆安装在支撑杆上。导向杆套可以上下移动调节张紧轮的位置从而达到张紧砂带的目的。通过螺钉可将杆套固定。在支撑板上还另外加装了两个弹簧挂钩，用来辅助砂带张紧。 1） 弹簧挂钩；2）底座；3）张紧轮支撑杆；4)圆头普通平键；5)螺钉；6)杆套7)导向杆套：8)螺母；9)导向杆图4.8 砂带张紧结构结构图4.5砂带支撑结构空间布局为了节省空间，避免各组成组件之间发生干涉，本次设计的砂带磨削装置空间布局设计为前后两部分，每部分各上中下三层的布局。前面部分为砂带磨削装置的执行部分，即接触轮部分，包括接触轮支撑及其在轴向和径向的进给装置：上面一层为气压缸和曲柄滑块结构，中间为直线轴承支撑机构，下面一层为张紧轮；后部分主要为整个装置辅助部分，包括收放带轮和张紧轮，亦呈上中下三层布局，如图4.9所示即为整体布局示意图。图4.9 砂带支撑结构空间布局5.结论本论文主要进行了轴类零件外圆表面砂带磨削光整加工装备的具体结构设计，关键对其进行机械结构的设计。本装备适用于直径为60-150mm，最大长度为600mm的轴类零件外圆表面磨削加工。本论文完成了加工的整体结构的设计，其中包括加工装置的轴向和径向进给机构、每个加工单元在空间的位置。没有选用机床结构而是选择了自行设计的三导柱结构，最底下的两根负责导向及尾架支撑固定，而上面的一根导柱主要为了加强整体结构的刚度；设计初期先对驱动主轴进行计算设计，确定了主轴的结构和尺寸，随之选择了轴承，以及电动机型号；动力输入方式为带传动；工件夹持装置选择三爪卡盘；回转顶尖的设计目的是为了提高加工质量、改善加工后工件的表面质量。回转顶尖通过尾架固定装置安装在下面两根导柱上，选用直线轴承实现进给运动。砂带磨削装置空间三层布局，前后两大部分；包括张紧轮、收放带轮、驱动轮及其电机、导向轮、接触轮及支撑组件。另外为了保证接触轮始终与工件保持接触，设计气压缸作为辅助机构，用直线轴承座为主的曲柄滑块实现加工装置的轴向窜动。论文最终设计完成全部机械结构，并绘制相关图纸辅助说明。参 考 文 献1徐晶.轴类零件光整加工装置设计D.大连理工大学.2012,45-49.2陈囿兆.一种行星式砂带磨削装置的研究J.湖南大学.2007,91-95.3黄云,黄智.砂带磨削的发展及关键技J.机械工程.2007,18(18):5-8.4周鹏.砂带磨削参数采集实验装置的研制J.重庆大学.2003,50-55.5 V. A. Stankevich, Device for grinding shaped camprofiles. Chemical and Petroleum Engineering, 1969, Vol.5 (2), pp.154-154.6张萍,李家春. 旋转砂带磨削机设计J.贵州科学.2012,30(4):57-59.7王听,母焰,曲兴,田杨旭等.具有接触轮库的砂带磨削加工装置J.国家知识产局.2015,25.8朱俊生. 深窄槽去毛刺用砂带装置J.国家知识产权局.2015,4.9张磊.12Cr1MoVG 合金钢管砂带磨削试验及工艺研究J.钢管.2011,4(40-2):29-34.10黄云.30不锈钢砂带磨削试验研究J.中国机械工程.2011,2(22-3):291-294.11 沈栋栋.带箱磨削装置在轧辊磨床上的应用J.机械制造.2011,50(537):2.12杨洪波,赵恒华,刘伟锐. 磨削技术的现状和未来发展趋势J.机械制造.2014,43(6):7-9.13 Changhe Li, Sheng Wang, Qiang Zhang, Dongzhou Jia Evaluation of Minimum Quantity Lubrication Grinding with Nano-particles and Recent Related Patents Recent Patents on Nanotechnology, 2013, Vol.7 (2), pp.167-181.14 陶彬,徐文骥，王续跃等电化学砂带超精加工表面质量预测与加工参数确定大连理工大学学报.2010,50(4):497-510.15 吴宗泽.机械设计实用手册（第三版）M.北京：化学工业出版社,2010.16 濮良贵,纪名刚.机械设计（第八版）M.北京：高等教育出版社,2007. - 49 -附录1：外文翻译脆性固体的加工和表面处理S CHANDRASEKAR和T N FARRIS普渡大学工程学院，West Lafayette，IN 47907-1282，美国电子邮件：chandy 摘要：陶瓷材料主要通过磨削加工完成工艺如研磨，研磨和抛光。在研磨中，磨料通常在研磨轮中结合并与其接触陶瓷表面以相对高的滑动速度。在研磨和抛光，陶瓷压在抛光块上，研磨剂悬浮在抛光块中在它们之间以浆料的形式。这里的材料去除过程sembles三身穿。在所有这些过程中，机械作用的研磨剂可以认为是重复应用相对尖锐滑动压印陶瓷表面。在这些条件下，少数的机制主导材料去除过程。这些是脆脆的由于裂纹系统定向为平行（横向）和垂直（径向/中间）到自由表面，延性切削形成薄带状芯片，以及在反应物存在下的化学辅助磨损其通过机械作用（摩擦化学反应）增强。关系每个这些机制的作用在一个特定的整理过程中可以与施加到磨料颗粒的载荷，滑动速度有关颗粒，以及化学反应物的存在。这些磨损机构也导致以微裂纹形式损坏陶瓷表面附近的残余物应力，塑性变形和表面粗糙度共同决定强度和成品的性能。一个完整的理解导致材料去除的磨损机构的允许允许设计用于生产高陶瓷表面的高效加工工艺质量。关键词陶瓷表面; 磨削加工工艺; 表面处理; 磨损机制。1.介绍对可靠的元件制造的先进陶瓷材料的开发。的这些材料的使用在1990年达到约每年140亿美元的销售额并继续下去以每年4的速度增长（Jahanmir等1992）。先进的优点陶瓷与其它材料的组合包括在高温下的高硬度和强度，化学稳定性，低摩擦和高耐磨性。但是，那些属性赋予陶瓷优异的耐磨性也使其难以加工。此外，这些陶瓷的有限延展性使得形成方法依赖于广泛塑性变形仅用于处于生坯状态的陶瓷。因此，广泛的加工是制造具有高质量表面的复杂形状所需要的。加工成本可以高达制造部件成本的80。详细了解陶瓷加工的磨损机理它们留下的损伤应该允许更经济的制造可靠高级陶瓷元件。最近的作者回顾了包括Braza在内的陶瓷磨损的几个方面等人（1989）概述了其与接触疲劳的关系，Larsen-Basse（1994）比较和对比了陶瓷的磨损与已知的关于胶结的碳化物和金属陶瓷，以及JahanmirDong（1994），他们给出了磨损图相关接触压力和温度的制度。 以下评论机械与加工相关的磨损方面。2材料去除过程虽然车削和铣削广泛用于金属的加工，但是由于快速刀具磨损和大量表面，它们对于完全致密陶瓷不是有效的损伤。金刚石车削可用于加工生坯状态的陶瓷，但可以加工完成在致密陶瓷上仍需要加工。因此，陶瓷的表面精加工主要通过磨料精加工，例如金刚石研磨，研磨，和抛光。这些过程需要满足严格的公差和表面结构和电子陶瓷的完成要求（例如0.05m rms的磁性记录头，硅晶片，面密封件和轴承）。研磨过程去除材料机械地并且在陶瓷的表面上引入损伤（Marshall et al1983）。这种损坏通常以残余应力和裂纹的形式存在主要影响机械性能和加工陶瓷表面的完整性。此外，塑性变形和随后由表面引起的残余应力精加工改变电磁性能，例如磁导率，电阻率和折射率电子陶瓷表面的指数（Stokes 1972）引起它们的劣化性能在电子设备。通常，研磨中的材料去除速率（MRR）高于MRR in研磨和抛光。 在初始粗磨操作中的较高MRR导致表面损伤以微裂缝的形式，可能延伸到100 im深表面。 粗磨后依次是细磨，研磨和抛光这种损坏被不同程度地消除。 此外，研磨和抛光操作也可能以残余应力的形式在表面上留下损伤和严重塑性变形层。陶瓷的研磨主要由含有金刚石磨料的砂轮完成（Subramanian 1988）。钻石被固定在车轮上相对柔顺的树脂粘结或刚化的粘结。砂粒是统计分布的在一系列尺寸范围内，平均尺寸为100 pmin的轮子被指定为粗糙和5m在车轮指定为罚款。在研磨中使用的典型工艺参数包括轮表面速度为25至50m / s，切削深度为0.5至30m，以及工作台横移速度20mm / s。这些参数导致订单的每单位车轮宽度的MRR为0.1至imm 3 / mm / s，每单位轮宽度的正常研磨力为5至100N / ram。对于给定的切削深度，磨削力通常随着磨料颗粒尺寸而增加在车轮减少。这里，切削深度是指在a中去除的材料的深度单个横过陶瓷表面的轮。但是，深度去除单个颗粒远小于此并且在其间的接触长度上变化轮和工件。接触长度为1 =（忽略车轮偏转）其中R是车轮的半径，d是切削深度;典型接触长度为范围12 mm。施加到砂轮的力产生车轮和机器偏转，使得实际的接触长度与使用几何学计算的接触长度不同（Hucker等人11994）。轮偏转是由于刚性金刚石磨料之间的局部接触颗粒（嵌入顺应性粘结）和工件以及全局偏转由于与通过的总接触力的传输相关联的应力分布车轮。活性磨料颗粒数量的确定计算，即数量实际与切削动作的颗粒以及对这些颗粒的力分布粒子仍然不可用。然而，颗粒在轮上的统计分布表面表明许多颗粒具有远远小于但小于的深度磨削深度的顺序。此外，单一的接触压力颗粒和陶瓷表面非常高并且近似等于陶瓷硬度。这与车轮 - 陶瓷上的平均压力形成对比界面从力测量估计，这是在弹性范围内。大的相对滑动速度在磨料工件处产生高温接口。 对于典型的磨削条件，红外辐射测量的峰值温度显示它们高达1300（Hebbar等人1992）。 这些值与单点研磨中的温度的测量和分析一致在类似的研磨条件下。 高研磨温度的进一步证据是提供由球磨粒存在于磨屑中同时磨削硬化钢（Lu et al 1992）。 研磨温度局限在表面附近所产生的热梯度产生热应力，这在理解研磨过程中也是重要的。磨削期间接触应力和温度的局部性质（即局部于单个磨料颗粒 - 陶瓷接触）以及与变形和应力在加工表面，强烈建议理解陶瓷研磨过程中的材料去除机制，将有助于分析滑动在切削和滑动速度的深度下由硬颗粒压印陶瓷表面发生在研磨。实际上，这种观点是下面许多讨论的基础。通过液压或机械施加的压力将块装载到工件上并以低速旋转。颗粒滚动并滑过陶瓷表面，使得磨损类似于三体磨损，而不是磨削中的两体磨损，抛光通常在使用初始磨削产生工件形状之后进行;其主要目的是产生光滑的表面。使用硬研磨块当需要对工件的平直度有严格的公差时，抛光产生更光滑的表面，因为许多磨料颗粒嵌入在软的研磨块。金刚石颗粒广泛使用，但是较软的磨料如Al 2 O 3，SiC和氧化铈也被广泛使用。如在研磨中，颗粒是统计学上的分布在尺寸范围内，平均粒度范围为0.05-70m。在研磨和抛光中磨料和陶瓷之间的平均滑动速度为0.5m / s或更小的量级，比研磨中的量级小两个数量级。与研磨相反，滑动诱导温度被认为是微不足道的研磨和抛光。单个磨料颗粒上的力随总力变化应用于作为过程变量的块或垫。通常，表面粗糙度（Ra）的成品表面随着研磨压力的增加而增加。典型去除速率在研磨和抛光的范围为0.001-1mm 3 / s，这小于观察到的研磨宽度为5mm的典型砂轮。较小的MRR建议与研磨相比，由研磨和抛光留在表面上的损伤更少。如在研磨中，材料去除可以被视为由于滑动压痕滑动的颗粒，以及由于滚动的颗粒的准静态压痕。这个理想化与重叠和抛光表面的显微观察一致，和由这些方法形成的磨损颗粒（Chauhan等人1993）。最近，在研磨基础上研究磨粒力的分布模型已经开发了颗粒的统计尺寸分布（Chauhan等人11993）。在那里纸，通过假设计算粒子工件接触所需的柔量与具有锥形压头的压痕相同。一个有趣的结果从计算中可以看出，大约只有1个105颗粒被有效地接合在给定时间的材料去除。此外，通过假设表面粗糙度成品表面与由颗粒产生的塑性区域的深度有关表面粗糙度可以从磨料颗粒的性质预测工件和研磨压力。发现平均表面粗糙度Ra是相关的平均粒子力，而峰 - 谷表面粗糙度Rt与之相关由颗粒施加的最大力。在大多数情况下，这种模型的预测是与Al203的研磨和抛光的实验观察结果非常一致，钠钙玻璃和使用不同粒度的SiC研磨浆料的Ni-Zn铁氧体。由于困难，部分地没有进行类似的计算用于研磨与砂轮的表面轮廓的测量和缺少相关联表征轮表面上的颗粒尺寸的统计分布。3材料去除机制表面和加工屑。这种显微镜观察已经显示材料去除作为以下一种或多种的结果发生：侧向裂纹断裂打开到表面上;由于谷物拉出造成的总断裂;中间/径向裂纹相互交叉;和塑料微切割通过形成芯片单点车削金属。这些观察结果也已经通过电子显微镜研究了通过机械加工形成的芯片和磨损颗粒来确认。优势的给定机制与由单独的磨料施加的载荷密切相关陶瓷表面。通常，当外部施加的载荷传递时由磨料小，塑性微切或压痕（有向上位移的材料周围的缩进）机制被发现支配。这是特别的当在低负荷和/或用柔性，柔软的抛光布（抛光块）或在所谓的“延性体系”研磨方式。这些模式产生的表面的材料去除/位移的特征在于它们的极端光滑度。而且，材料去除的塑性微切割作用导致形成甚至在加工诸如玻璃，铁氧体或MgO的脆性固体时也可以形成薄带状层。图1示出了在钠钙玻璃的抛光期间形成的这种芯片。加工陶瓷如Ni-Zn铁氧体，钠钙玻璃，Si3N4和氧化锆的表面通过这种去除的塑性机制包含大约20-50MPa的残余应力（Chandrasekar等1991）。此外，在地面上的位错蚀刻点蚀实验并且抛光的单晶MgO块显示存在强烈变形表面层具有高位错密度。这两个观察结果 图1 来自钠 - 钙玻璃的SEM微雕刻带状抛