ELID超声珩磨机设计【7张CAD图纸】【优秀】

ELID超声珩磨机设计

65页 29000字数+说明书+中期报告+开题报告+7张CAD图纸

A0总装配图.dwg

A1主轴.dwg

A1电解修锐系统.dwg

A1阴极.dwg

A1阴极座.dwg

A2绝缘套.dwg

A2胀锥.dwg

ELID超声珩磨机设计开题报告.doc

ELID超声珩磨机设计论文.doc

中期报告.doc

摘 要

　　 珩磨头上的油石容易堵塞和磨粒磨损变钝是影响珩磨质量和加工效率的主要原因，所以采用有效的珩磨头修整方法，使珩磨头保持良好的锋利状态和磨削性能是解决工程上一些硬脆材料磨削加工的关键技术之一。本文介绍了在线电解修锐(ELID)技术，对金属结合剂的珩磨头进行电解修锐。并在一定程度上介绍了一般珩磨的特点, 珩磨是一种固结磨粒压力进给切削的精整加工方法，不仅能切除较大的加工余量而且能有效的提高工件的尺寸精度和形状精度、降低工件表面的粗糙度。珩磨主要加工内孔，在一定条件下也可以加工外圆、平面、球面、齿面。珩磨轨迹是交叉网纹，珩磨加工变质层很小能提高工件的使用寿命。珩磨与主轴一般采用浮动连接，符合广整加工的浮动加工原理。

   在对ELID磨削原理进行深入分析总结的基础上，本文首先对ELID磨削必备的阴极、阳极电刷等装置进行设计开发，分析了修锐珩磨头ELID专用磨削液，并对其电解成膜特性进行了分析。　

关键词: ELID﹑ 珩磨头﹑ 珩磨﹑油石

Abstract

　　The main reason affecting the honing quality and machining efficiency is that the rock of honing first is jammed and the grain is wore to obtuse easily. So adopting an Effectual truing method, maintaining the required sharpness of abrasive grits for honing first during grinding is one of the key technologies to realize the grinding of hard and brittle material . In this paper, we introduce the skill craft of ELID. studies on combining electrical discharge and mechanical truing for honing first and ELID grinding. Introducing the characteristic of the honing in the sometime, It is a kind of solid knot that honing whet is to process the method when a pressure enter to slice, not only can it cut off bigger process but the amount of remaining and size accuracy and shape accuracy of the ability valid exaltation work piece, lower rough degree of a surface of work. The honing whets to mainly process inside the bore, can also process the outside circle, flat surface, surface of sphere under the condition of certain. The honing whets are to adopt the conjunction with principal axis generally, matching the light processed float.

　　Firstly, based on analyzing and summarizing the theory of ELID, the cathode And anode brush of the ELID system are designed and developed. By studying on the electrolytic Characteristics and the oxides film growing characteristics of the metallic bonded honing first, the ELID grinding fluid is developed.

Key Words: Electrolytic In-process dressing, honing first, honing, rock

目录

前言1

1.毕业设计的目的1

2.毕业设计的主要内容和要求1

3.程序和时间安排2

第一章 绪论3

1.1课题的来源及研究背景3

1.1.1课题来源及研究意义3

1.1.2珩磨加工的特点4

1.2珩磨头修整技术的发展现状5

1.2.1 珩磨头现有的修整方法5

1.2.2在线电解修锐技术的发展及研究现状7

1.3论文研究的主要内容10

第二章 珩磨头的设计11

2.1珩磨头设计因素及要求11

2.1.1珩磨头设计时应考虑的因素11

2.1.2对珩磨头结构的基本要求12

2.2珩磨头的结构形式13

2.2.1通用珩磨头15

2.2.2小孔珩磨头16

2.2.3大孔珩磨头20

2.2.4平项珩磨头21

2.2.5特殊珩磨头22

2.3珩磨油石24

2.3.1珩磨油石的性能24

2.3.2珩磨油石的规格及数量29

2.3.3珩磨油石的连接方式30

2.4小结31

第三章 珩磨头在线电解修锐原理32

3.1 ELID磨削的基本原理32

3.2 ELID磨削的特点34

3.3 ELID修锐的电化学反应原理36

3.4 ELID修锐中氧化膜的作用机理39

3.5小结42

第四章 ELID珩磨装置系统42

4.1  ELID珩磨装置42

4.2 ELID珩磨装置及方法44

4.2.1背景技术44

4.2.2  ELID珩磨装置专用电源49

4.2.3 阴极的设计50

4.2.4阳极电刷的设计52

4.2.5 ELID高速磨削专用磨削液的研制53

4.2.6 ELID磨削液的性能要求及成分选择53

4.3小结54

结束语55

致       谢57

参考文献58

前 言

　　毕业设计是学生学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后，综合运用所学的知识，与实践相结合的重要实践性教学环节。它是大学生活最后一个里程碑，是四年大学学习的一个总结，是我们结束学生时代，踏入社会，走上工作岗位的必由之路，是对我们工作能力的一次综合性检验。

1.毕业设计的目的

  通过本次毕业设计，使达到以下几个效果：

　（1）巩固、扩大、深化学生以前所学的基础和专业知识；

　（2）培养学生综合分析、理论联系实际的能力；

　（3）培养学生调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能力；

　（4）锻炼进行设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立工作能力。

  总之，通过毕业设计使学生建立正确的设计思想，初步掌握解决本专业工程技术问题的方法和手段，从而使学生受到一次工程师的基本训练。

2.毕业设计的主要内容和要求

　　本次设计的主要内容是珩磨头的ELID的修锐装置。具体设计内容和要求如下:

  （1） 调查使用部门对珩磨的具体要求，现在对珩磨头修锐的方法；收集并分析国内外同类型的先进技术、发展趋势以及有关的科技动向；调查一些工厂的设备、技术能力和生产经验等。

  （2） 珩磨头的ELID的修锐装置的设计主要是设计珩磨装置、ELID装置所用的电极，确定各部分的相互关系；拟订总体设计方案，根据总体设计方案，选择通用部件，并绘制装配图和各零件的零件图；

  （3） 其他零部件的设计和选择；

  （4） 编制设计技术说明书一份。

3.程序和时间安排

　　毕业设计是实践性的教学环节，由于时间的限制，本次毕业设计不可能按工厂的设计程序来进行，具体的说，可以分以下几个阶段：

　　（1）实习阶段，通过毕业实习实地调查、研究、收集有关资料，掌握ELID磨削加工技术，了解珩磨头的ELID修锐装置结构、工作原理和设计的基本要求，花两周时间；

　　(2) 制定方案、总体设计阶段，花两周时间；

　　(3) 计算和技术设计阶段，绘制图纸，整理设计说明书，花四周时间；

　　(4) 答辩阶段，自述设计内容，回答问题，花半周时间。1.1 课题的来源及研究背景

 1.1.1 课题来源及研究意义

  珩磨时容易发生粘附、变钝、堵塞的现象，是影响硬脆材料珩磨质量和效率的因素之一，磨损和堵塞后的珩磨头磨削性能变差，无法继续对工件材料进行珩磨加工，这既影响了工件的加工质量，又影响加工效率，所以，采用一种有效的珩磨头修整方法，实现工程材料的高速高效磨削加工，对工程材料的加工的推广应用有十分重要的意义。

   在线电解修锐技术(ElectrolyticIn-processDressing，简称ELID)利用金属结合剂的溶解去除和油石表层生成的氧化物绝缘层对电解抑制作用所构成的动态平衡，对珩磨头上的油石进行连续非线性修锐，使油石磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削过程，可以很好的解决一些材料的难加工问题。国内外的一些高校和学者己经对该项技术进行了一定的理论和试验研究工作，取得一定的成果，ELID磨削可以明显的降低磨削力和工件表面粗糙度，但是目前珩磨头在线电解修锐技术主要应用于低速、精密和超精密镜面珩磨中,研究对珩磨头的ELID修锐机理，对提高材料的珩磨效率、改善表面加工质量以及拓宽珩磨头在线电解修锐技术的应用领域都具有重要的意义。

   珩磨头ELID修锐原理是利用金属结合剂超硬磨料珩磨头与电源正极相接做阳极，工具电极做阴极，在珩磨头和电极的间隙中通过电解磨削液，利用电解过程中的阳极溶解效应，对珩磨头表层的金属基体进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对珩磨头的修整作用：同时形成一层钝化膜附着于珩磨头表面，抑制珩磨头过度电解，从而使珩磨头始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工。所以该技术将珩磨头修整与磨削过程结合在一起，利用金属基珩磨头进行磨削加工的同时利用电解方法对珩磨头进行修整，从而实现对硬脆材料的连续超精密镜面磨削。ELID修锐是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用和金属结合剂超硬磨料珩磨头表层氧化物绝缘层对电解抑制作用的动态平衡，对珩磨头进行连续修锐修整，使珩磨头磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削过程，它适用于硬脆材料进行超精密镜面磨削。 ELID修锐技术是对金属结合剂超硬磨料珩磨头在线修整、修锐的复合磨削技术，在精密加工领域独树一帜，具有自身的一些显著特点。 磨削过程具有良好的稳定性和可控性，易于实现磨削过程的最优化：加工精度高，表面裂纹少，表面质量好：适应性广泛，磨削效率高：装置简单1.2 珩磨头修整技术的发展现状

 1.2.1 珩磨头现有的修整方法

   珩磨加工过程中，珩磨头上的油石表层的磨粒会逐渐磨钝，磨钝后的油石摩擦力增大，磨削温度上升，容易发生颤振和烧伤，使被加工工件的表面完整性受到极大的影响，同时磨钝的油石也会使油石工作表面丧失正确的几何形状从而使加工精度降低。为了使珩磨头在使用中能始终保持正确的形状和锐利性，需要定期对珩磨头进行修整。修整实质上就是对珩磨头进行整形和修锐，整形是指对砂轮工作表面进行微量“切削”，使珩磨头达到所要求的几何形状精度，并使磨粒尖端微细破碎，形成锋利磨刃的过程;修锐是指除去磨粒间的部分结合剂(降低结合剂的高度)，使磨粒凸出结合剂之外，形成切削刃，同时产生足够的容屑空间的过程。

   1.软弹性修整法

   软弹性法修整珩磨头时，超硬磨料珩磨头以一定的速度旋转，而卷带轮则缓慢地转动，带动砂带缓慢移动，利用珩磨头的旋转而使砂带弹性变形不能完全恢复来实现去除珩磨头上油石上高点的目的。采用软弹性修整法修整砂轮时，被修整的砂轮与砂带之间能自动选择合适的挤压力，能保持修整过程稳定;砂带低速进给，与油石表面接触的砂带上的磨粒基本上没有磨损，因而可获得较强的修整能力;砂带是弹性的，因而它能去除砂轮表面磨粒间的结合剂，同时不损害磨粒的切削刃。

   2.激光修整法

   激光修整法是利用光学系统把激光束聚焦成极小的光斑作用于油石表面，在极短的时间内使油石局部表面的金属结合剂材料以蒸发、气化和熔融溅射的形式被去除，而不损伤超硬磨粒，从而达到修整的目的。激光修整珩磨头时，激光照射区域小，节省油石材料;修整过程中珩磨头上的油石不受机械力，适于磨削过程中在线修整;通过焦距的改变，可以有选择地除去油石上阻塞的工件材料:不存在修整工具磨损报废的情况，可重复利用性强;修整速度快、工效高、易实现自动化。

   3.超声振动游离磨粒珩磨头修整法

   超声振动珩磨头修整的机理是由超声波发生器发出的超声频电信号传给换能器，变换成超声频的机械振动，由变幅杆放大后带动修整器

1.3论文研究的主要内容

   珩磨头在线电解修锐技术很好的解决了一些材料的珩磨中难加工问题，成功的实现了硬脆材料的精密、镜面珩磨，本文在基于ELID磨削原理的基础上，提出珩磨头的ELID珩磨装置.论文研究的主要内容包括以下四个方面:

  (1)对一般的珩磨头进行设计。

  (2)介绍ELID磨削原理及特点，并从电化学反应原理的角度对ELID磨削的实现机理进行研究，分析氧化膜在ELID磨削中的作用。

  (3)对ELID磨削所必需的珩磨头、阴极、阳极电刷、电源等装置在珩磨中的要求进行分析，分析能进行在线的ELID珩磨装置.选择应用于珩磨头ELID装置的专用磨削液。

  (4)对ELID磨削中电源参数(电解电压、脉冲电流频率、脉冲电流占空比)对磨削力和工件表面粗糙度的影响，从而选择最优化的ELID磨削电源电解参数。2 珩磨头的设计

2.1珩磨头设计因素及要求

   在珩磨孔加工中分内孔珩磨和小孔珩磨两个方面。内孔珩磨一般指加工直径为25～500mm的圆柱通孔。对不通孔和内表面不连续的孔，也可珩磨，但较困难。小孔珩磨则指加工直径为25mm以下的孔。

   珩磨头的作用是装置珩磨油石（亦称珩磨条或珩条），并由珩磨机主轴带动实现旋转、往复运动，还可通过调整机构，使珩磨油石作径向扩张或收缩。珩磨机的主要动作，都是通过它反映出来，以取得加工效果。

 2.1.1珩磨头设计时应考虑的因素

  （1）用于通孔还是不通孔，深孔还是浅孔，以及孔径大小。

  （2）加工特性、工件材料与热处理状态。

  （3）使用珩磨机床的型号、规格、主轴与工作台行程距离。

  （4）工件定位对家具的要求，以便确定夹具的结构形式。

  （5）工件的精度与粗糙度，确定珩磨加工方法。（即强制式珩磨或自由式珩磨）。

   (6) 油石的结合剂应该用金属结合剂。

 2.1.2对珩磨头结构的基本要求

  （1）保证被加工孔的精度。

  （2）遇到被加工表面上的硬点时，珩条不会被压退。

  （3）当孔的轴线和主轴轴线不重合时，强制式珩杆能修整轴线的不垂直、不重合精度。自由式珩杆能自动找正工件中心。

  （4）对较大孔珩磨时，珩磨油石应能自动调整，以保证与孔在全长范围接触，从而纠正孔形误差，补偿珩磨油石自身磨损的不均匀性。

  （5）珩磨头在进孔及出孔时，能自动收缩。

  （6）能精确而方便地调整珩磨油石的径向扩张量，并应有足够的扩张量，以保证最大限度地使用珩磨油石。

  （7）能够避免各种工作状态下产生的各种振动因素。

  （8）有足够的强度和刚性。

2.2珩磨头的结构形式

   珩磨加工中，工件能够得到多高的几何形状精度和切削效率，在很大程度上取决于珩磨头的结构形式及设计的合理性。珩磨头的结构形式取决于被加工孔的尺寸、形状和精度要求，以及所用机床的进给方式、油石的种类及夹具的结构等。

   珩磨头的结构对加工质量和生产率都有很大的影响。对珩磨头的一般要求是：油石能在径向均匀的胀缩，对加工表面的压力能调整并保持在一定的调节范围内；油石应具有一定的刚度，当被加工孔的形状误差使油石的压力增加时，油石在半径方向不致发生位移和歪斜；珩磨到最后尺寸时，油石能迅速缩回，以便于珩磨头从孔内退出。

   珩磨头的形式有：通用珩磨头（珩磨Φ20-Φ150mm孔）、小孔珩磨头（Φ5-Φ20mm孔）、大孔珩磨头（Φ150-Φ300mm孔）、平顶珩磨头、特殊珩磨头（组合式珩磨头、盲孔珩磨头、锥孔珩磨头、带气动喷嘴的自动测量珩磨头、减少噪声的珩磨头等）等形式。设计珩磨头时，根据所加工的孔径的大小来选择珩磨头的形式。

   珩磨头一端连接机床主轴接头，杆部镶嵌或连接珩磨油石。在加工过程中，珩磨头的杆部与珩磨油石进入工件的被加工孔内，并承受切削转矩；在机床进给结构的作用下，驱动珩磨油石做径向扩张，实现珩磨的切削进给，使工件孔获得所需的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度。不论那一种珩磨头，它必须具备以下几个基本条件：

  （1）珩磨头上的油石对加工工件表面的压力能自由调整，并能保持在一定范围内。

  （2）珩磨过程中，油石在轴的半径方向上可以自由均匀地胀缩，并具有一定刚度。

  （3）珩磨过程中，工件孔的尺寸在达到要求后珩磨头上的油石能迅速缩回，以便于珩磨头从孔内退出。

  （4）油石工作时无冲击、位移和歪斜。

   图2-1所示的珩磨头，是靠液压控制油石胀缩。它主要由两个部分组成：上部一调节头，下部一工作头。工作头是由钢质壳体1和壳体上嵌装六块油石座2所组成．油石座2的两端用弹簧5来固定，使它们紧紧靠在壳体1上。在壳体1内部有一根长心棒7，通过中间传递杆6和两个锥体3铰接起来。当液体压力传到心棒7上时，心棒7便向下推动中间传递杆6，使两个锥体3同时往下移动，从上面推动垫块4，使油石座2徐徐向外胀开。此时，珩磨头上的油石以固定的压力磨削金属。当珩磨过程结束时，即零件孔尺寸达到要求之后，操纵机床，压力消失，心棒7便向上退回，弹簧压缩油石座2，油石就向内收缩。

   为了防止油石在珩磨头从零件孔内进出时碰伤零件的加工表面，在壳体1的周围，专门镶有夹布胶木板．调节头作调节工作头胀缩用。当拧动珩磨头上的刻度盘时，可以直接控制两个锥体3的移动，通过它来操纵油石的胀缩尺寸。在珩磨过程中，调整油石的胀缩尺寸和补镗油石的磨损量等，都是用调节头来实现的。

　  2.2.1通用珩磨头

   图2-2是中等孔径(Ф20～Ф150 mm)通用珩磨头。采用的是后进给方式，它由磨头体、油石、油石座、导向条、弹簧、锥体涨芯组成。当锥体涨芯移动时，油石便可涨开或收缩。珩磨头为棱圆柱体，珩磨油石条数一般为奇数。油石座直接与进给涨芯接触，中间不用顶销与过渡板．结构简单。进给系统刚性好。同时在珩磨深孔时，还可根据需要在孔的中间部位或孔底进行必要的进给，以保证孔尺寸全长上的一致性。

参考文献

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