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JS1082 材料 双面 研磨 抛光机 设计

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湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：硬脆质材料双面/研磨抛光机的设计_ 专 业： 机械设计制造及其自动化_学 号： 2010963032_ 姓 名： 王林森 _ 指导教师： 周后明_ 完成日期： 5月20_ 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 硬脆材料双面研磨抛光机的设计 学号： 2010963032 姓名： 王林森 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 周后明 系主任： 刘柏希 一、主要内容及基本要求研磨抛光是硬脆材料获得光滑和超光滑高表面质量的重要加工方法。本设计为硬脆材料双面研磨抛光机的设计，其主要技术指标与要求如下： 1、研磨盘的直径：250mm； 2、工件研具相对速度：5500m/min，连续可调； 3、运动形式：上研磨盘固定，下研磨盘与太阳齿轮、内齿轮转动 4、整机形式：立式，要求构造简单、成本低 设计要求： 1、完成硬脆材料双面研磨抛光机的方案设计和选型论证 2、硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计，绘制部件装配图和主要零件图，图纸总量折合成A0，不少于2张 3、撰写设计说明书，关键零件应进行强度和刚度计算，说明书字数不少于15万4、完成资料查阅和3000字的文献翻译 二、重点研究的问题硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计及相关强度校核。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研第1，2周2制订设计方案第3，4周3分析与计算第5，6周4绘部件装配图第7，8、9周5绘零件图第10，11周6撰写设计说明书第12，13周7准备答辩材料第14周8毕业答辩第15周四、应收集的资料及主要参考文献1、机械设计手册 2、机械传动设计手册 3、于思远，林彬. 工程陶瓷材料的加工技术及其应用M . 北京：机械工业出版社,2008. 4、袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技术-第2版M. 北京：机械工业出版社,2007. 5、袁巨龙. 功能陶瓷的超精密加工技术M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000 6、王先逵. 精密加工技术实用手册M. 北京：机械工业出版社,2007 7、相关网络资信 湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：硬脆质材料双面/研磨抛光机的设计_ 专 业： 机械设计制造及其自动化_学 号： 2010963032_ 姓 名： 王林森 _ 指导教师： 周后明_ 完成日期： 5月20_ 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 硬脆材料双面研磨抛光机的设计 学号： 2010963032 姓名： 王林森 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 周后明 系主任： 刘柏希 一、主要内容及基本要求研磨抛光是硬脆材料获得光滑和超光滑高表面质量的重要加工方法。本设计为硬脆材料双面研磨抛光机的设计，其主要技术指标与要求如下： 1、研磨盘的直径：250mm； 2、工件研具相对速度：5500m/min，连续可调； 3、运动形式：上研磨盘固定，下研磨盘与太阳齿轮、内齿轮转动 4、整机形式：立式，要求构造简单、成本低 设计要求： 1、完成硬脆材料双面研磨抛光机的方案设计和选型论证 2、硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计，绘制部件装配图和主要零件图，图纸总量折合成A0，不少于2张 3、撰写设计说明书，关键零件应进行强度和刚度计算，说明书字数不少于15万4、完成资料查阅和3000字的文献翻译 二、重点研究的问题硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计及相关强度校核。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研第1，2周2制订设计方案第3，4周3分析与计算第5，6周4绘部件装配图第7，8、9周5绘零件图第10，11周6撰写设计说明书第12，13周7准备答辩材料第14周8毕业答辩第15周四、应收集的资料及主要参考文献1、机械设计手册 2、机械传动设计手册 3、于思远，林彬. 工程陶瓷材料的加工技术及其应用M . 北京：机械工业出版社,2008. 4、袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技术-第2版M. 北京：机械工业出版社,2007. 5、袁巨龙. 功能陶瓷的超精密加工技术M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000 6、王先逵. 精密加工技术实用手册M. 北京：机械工业出版社,2007 7、相关网络资信 目录摘要.2第一章 绪论.41.1脆硬材料的一些简介.41.2国内外研磨和抛光的历史及其发展现状.4第二章 工作原理及基本要求.62.1抛光机理.62.2双面研磨机的工作原理62.3双面研磨机的主要特点72.4本次设计的主要方向.8第三章 研磨与抛光的主要工艺因素.93.1工艺因素及其选择原则.93.2研磨盘和抛光盘103.3平面研磨使用的研具133.4磨粒.133.5加工液.133.6工艺参数.13第四章 结构设计及相关强度校核.144.1工件保持架的选择.144.2小齿轮的选择.154.3内齿圈的选择.154.4保持架、内齿圈、小齿轮组成的轮系中各齿轮运动速度的确定.164.5其他齿轮的选择.174.5.1齿轮1的选择.174.5.2齿轮2的选择.174.5.3齿轮3和齿轮4的确定.184.6轴承的选择及其参数.194.7电动机的选择.204.8轴的设计及强度校核计算.21总结.23参考文献.24附录.251硬脆材料双面研磨/抛光机的设计摘要：双面平面研磨是在传统研磨机构的基础上，通过改变研磨平面的数目从而来提高研磨精度和效率的一种研磨方式。其加工原理就是利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行精整加工，从而来实现加工精度的要求。本文通过对平面研磨机构多种运动方式的分析，以及研磨精度要求，并结合现有研磨机，从而设计出一种新型的行星式双面平面研磨机构，并对其运动轨迹做了具体研究。这种研磨方式不仅解决了传统研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工质量不稳定等缺点，提高了研磨技术水平，保证研磨加工精度和加工质量，而且还可以实现在一定范围内不同直径圆柱工件的研磨，提高了加工效率，降低了加工成本，使研磨技术进一步实用化。Double-sided Grinding Of The Hard-brittle Materials/Polishing Machine DesignAbstract：Double-sided plane grinding is the traditional grinding institutions, and on the basis of the number of by changing the grinding plane to improve the grinding efficiency and precision of a kind of grinding way. Its processing principle is to use the coating or pressure with embedded in the research on the abrasive particles with and workpiece, through research in the relative movement under certain pressure of machining surface finish machining, thus to realize the machining accuracy of requirements.This thesis through to plane grinding institutions of various sports mode analysis, and grinding accuracy requirement, and combine existing grinding machine, thus designed a new double plane grinding mechanism, and to its trajectory made specific research. This kind of grinding way not only solves existing traditional grinding machining efficiency is low, the processing cost, high machining accuracy and processing quality unstable shortcomings, improves grinding technology level and guarantee of grinding accuracy and processing quality, but also can realize within the scope of certain and different cylinder workpiece, improves the grinding machining efficiency and reduce the processing cost, make grinding technology further practional utilizati4PAGE PAGE 1目录摘要.2绪论.41.1脆硬材料的一些简介.41.2国内外研磨和抛光的历史及其发展现状.4第二章 工作原理及基本要求.62.1抛光机理.62.2双面研磨机的工作原理62.3双面研磨机的主要特点72.4本次设计的主要方向.8第三章 研磨与抛光的主要工艺因素.93.1工艺因素及其选择原则.93.2研磨盘和抛光盘103.3平面研磨使用的研具133.4磨粒.133.5加工液.133.6工艺参数.13第四章 结构设计及相关强度校核.144.1工件保持架的选择.144.2小齿轮的选择.154.3内齿圈的选择.154.4保持架、内齿圈、小齿轮组成的轮系中各齿轮运动速度的确定.164.5其他齿轮的选择174.5.1齿轮1的选择.174.5.2齿轮2的选择.174.5.3齿轮3和齿轮4的确定.184.6轴承的选择及其参数.194.7电动机的选择.204.8轴的设计及强度校核计算.21总结.23参考文献.24附录.25PAGE PAGE 4硬脆材料双面研磨/抛光机的设计摘要：双面平面研磨是在传统研磨机构的基础上，通过改变研磨平面的数目从而来提高研磨精度和效率的一种研磨方式。其加工原理就是利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行精整加工，从而来实现加工精度的要求。本文通过对平面研磨机构多种运动方式的分析，以及研磨精度要求，并结合现有研磨机，从而设计出一种新型的行星式双面平面研磨机构，并对其运动轨迹做了具体研究。这种研磨方式不仅解决了传统研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工质量不稳定等缺点，提高了研磨技术水平，保证研磨加工精度和加工质量，而且还可以实现在一定范围内不同直径圆柱工件的研磨，提高了加工效率，降低了加工成本，使研磨技术进一步实用化。Double-sided Grinding Of The Hard-brittle Materials/Polishing Machine DesignAbstract：Double-sided plane grinding is the traditional grinding institutions, and on the basis of the number of by changing the grinding plane to improve the grinding efficiency and precision of a kind of grinding way. Its processing principle is to use the coating or pressure with embedded in the research on the abrasive particles with and workpiece, through research in the relative movement under certain pressure of machining surface finish machining, thus to realize the machining accuracy of requirements.This thesis through to plane grinding institutions of various sports mode analysis, and grinding accuracy requirement, and combine existing grinding machine, thus designed a new double plane grinding mechanism, and to its trajectory made specific research. This kind of grinding way not only solves existing traditional grinding machining efficiency is low, the processing cost, high machining accuracy and processing quality unstable shortcomings, improves grinding technology level and guarantee of grinding accuracy and processing quality, but also can realize within the scope of certain and different cylinder workpiece, improves the grinding machining efficiency and reduce the processing cost, make grinding technology further practional utilizati湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：硬脆质材料双面/研磨抛光机的设计_ 专 业： 机械设计制造及其自动化_学 号： 2010963032_ 姓 名： 王林森 _ 指导教师： 周后明_ 完成日期： 5月20_ 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 硬脆材料双面研磨抛光机的设计 学号： 2010963032 姓名： 王林森 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 周后明 系主任： 刘柏希 一、主要内容及基本要求研磨抛光是硬脆材料获得光滑和超光滑高表面质量的重要加工方法。本设计为硬脆材料双面研磨抛光机的设计，其主要技术指标与要求如下： 1、研磨盘的直径：250mm； 2、工件研具相对速度：5500m/min，连续可调； 3、运动形式：上研磨盘固定，下研磨盘与太阳齿轮、内齿轮转动 4、整机形式：立式，要求构造简单、成本低 设计要求： 1、完成硬脆材料双面研磨抛光机的方案设计和选型论证 2、硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计，绘制部件装配图和主要零件图，图纸总量折合成A0，不少于2张 3、撰写设计说明书，关键零件应进行强度和刚度计算，说明书字数不少于15万4、完成资料查阅和3000字的文献翻译 二、重点研究的问题硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计及相关强度校核。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研第1，2周2制订设计方案第3，4周3分析与计算第5，6周4绘部件装配图第7，8、9周5绘零件图第10，11周6撰写设计说明书第12，13周7准备答辩材料第14周8毕业答辩第15周四、应收集的资料及主要参考文献1、机械设计手册 2、机械传动设计手册 3、于思远，林彬. 工程陶瓷材料的加工技术及其应用M . 北京：机械工业出版社,2008. 4、袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技术-第2版M. 北京：机械工业出版社,2007. 5、袁巨龙. 功能陶瓷的超精密加工技术M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000 6、王先逵. 精密加工技术实用手册M. 北京：机械工业出版社,2007 7、相关网络资信 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010963032 姓名 王林森 专业 机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目： 脆硬质材料双面/研磨抛光机的设计评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价作者的毕业设计为硬脆材料双面/研磨抛光机的设计，论文选题符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计工作中较熟练运用所学知识，毕业设计技术方案可行，工作量适当，设计思路较清晰，研究内容具有一定的实际应用价值，论文质量较好，同意参加答辩评阅人： 2014年5月 日湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号：2010963032 姓名：王林森 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 30 页 图 表 5 张论文（设计）题目： 硬脆质材料双面/研磨抛光机的设计 内容提要：研磨抛光是硬脆材料获得光滑和超光滑高表面质量的重要加工方法。本设计为硬脆材料双面研磨抛光机的设计，其主要技术指标与要求如下： 1、上研磨盘的直径：630mm； 2、工件研具相对速度：5500m/min，连续可调； 3、运动形式：上研磨盘固定，下研磨盘与太阳齿轮、内齿轮转动 4、整机形式：立式，要求构造简单、成本低 设计要求： 1、完成硬脆材料双面研磨抛光机的方案设计和选型论证 2、硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计，绘制部件装配图和主要零件图，图纸总量折合成A0，不少于2张 3、撰写设计说明书，关键零件应进行强度和刚度计算，说明书字数不少于15万 4、完成资料查阅和3000字的文献翻译 指导教师评语 王林森同学在毕业设计期间态度比较认真，其毕业设计的内容为硬脆材料双面/研磨抛光机的设计，在认真阅读国内外相关参考文献基础上，基本了解相关领域的研究现状。在毕业设计期间，对硬脆材料双面/研磨抛光机的机械部分进行了结构设计及相关的设计计算。通过毕业设计王林森同学对机械设计的相关技巧、以及机械设制造相关领域的基础知识的掌握有了较大的进步，初步掌握了相关制图软件在机械设计中的应用。论文达到毕业设计要求，同意参加答辩，推荐毕业设计成绩为“中”。指导教师： 签名 2014年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长：签名 2014年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任：签名（盖章） 2014年 月 日湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：硬脆质材料双面/研磨抛光机的设计_ 专 业： 机械设计制造及其自动化_学 号： 2010963032_ 姓 名： 王林森 _ 指导教师： 周后明_ 完成日期： 5月20_ 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 硬脆材料双面研磨抛光机的设计 学号： 2010963032 姓名： 王林森 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 周后明 系主任： 刘柏希 一、主要内容及基本要求研磨抛光是硬脆材料获得光滑和超光滑高表面质量的重要加工方法。本设计为硬脆材料双面研磨抛光机的设计，其主要技术指标与要求如下： 1、研磨盘的直径：250mm； 2、工件研具相对速度：5500m/min，连续可调； 3、运动形式：上研磨盘固定，下研磨盘与太阳齿轮、内齿轮转动 4、整机形式：立式，要求构造简单、成本低 设计要求： 1、完成硬脆材料双面研磨抛光机的方案设计和选型论证 2、硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计，绘制部件装配图和主要零件图，图纸总量折合成A0，不少于2张 3、撰写设计说明书，关键零件应进行强度和刚度计算，说明书字数不少于15万4、完成资料查阅和3000字的文献翻译 二、重点研究的问题硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计及相关强度校核。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅资料、调研第1，2周2制订设计方案第3，4周3分析与计算第5，6周4绘部件装配图第7，8、9周5绘零件图第10，11周6撰写设计说明书第12，13周7准备答辩材料第14周8毕业答辩第15周四、应收集的资料及主要参考文献1、机械设计手册 2、机械传动设计手册 3、于思远，林彬. 工程陶瓷材料的加工技术及其应用M . 北京：机械工业出版社,2008. 4、袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技术-第2版M. 北京：机械工业出版社,2007. 5、袁巨龙. 功能陶瓷的超精密加工技术M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000 6、王先逵. 精密加工技术实用手册M. 北京：机械工业出版社,2007 7、相关网络资信 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010963032 姓名 王林森 专业 机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目： 脆硬质材料双面/研磨抛光机的设计评价项目评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价作者的毕业设计为硬脆材料双面/研磨抛光机的设计，论文选题符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计工作中较熟练运用所学知识，毕业设计技术方案可行，工作量适当，设计思路较清晰，研究内容具有一定的实际应用价值，论文质量较好，同意参加答辩评阅人： 2014年5月 日湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号：2010963032 姓名：王林森 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 30 页 图 表 5 张论文（设计）题目： 硬脆质材料双面/研磨抛光机的设计 内容提要：研磨抛光是硬脆材料获得光滑和超光滑高表面质量的重要加工方法。本设计为硬脆材料双面研磨抛光机的设计，其主要技术指标与要求如下： 1、上研磨盘的直径：630mm； 2、工件研具相对速度：5500m/min，连续可调； 3、运动形式：上研磨盘固定，下研磨盘与太阳齿轮、内齿轮转动 4、整机形式：立式，要求构造简单、成本低 设计要求： 1、完成硬脆材料双面研磨抛光机的方案设计和选型论证 2、硬脆材料双面研磨抛光机的结构设计，绘制部件装配图和主要零件图，图纸总量折合成A0，不少于2张 3、撰写设计说明书，关键零件应进行强度和刚度计算，说明书字数不少于15万 4、完成资料查阅和3000字的文献翻译 指导教师评语 王林森同学在毕业设计期间态度比较认真，其毕业设计的内容为硬脆材料双面/研磨抛光机的设计，在认真阅读国内外相关参考文献基础上，基本了解相关领域的研究现状。在毕业设计期间，对硬脆材料双面/研磨抛光机的机械部分进行了结构设计及相关的设计计算。通过毕业设计王林森同学对机械设计的相关技巧、以及机械设制造相关领域的基础知识的掌握有了较大的进步，初步掌握了相关制图软件在机械设计中的应用。论文达到毕业设计要求，同意参加答辩，推荐毕业设计成绩为“中”。指导教师： 签名 2014年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长：签名 2014年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任：签名（盖章） 2014年 月 日目录摘要.2第一章 绪论.41.1脆硬材料的一些简介.41.2国内外研磨和抛光的历史及其发展现状.4第二章 工作原理及基本要求.62.1抛光机理.62.2双面研磨机的工作原理62.3双面研磨机的主要特点72.4本次设计的主要方向.8第三章 研磨与抛光的主要工艺因素.93.1工艺因素及其选择原则.93.2研磨盘和抛光盘103.3平面研磨使用的研具133.4磨粒.133.5加工液.133.6工艺参数.13第四章 结构设计及相关强度校核.144.1工件保持架的选择.144.2小齿轮的选择.154.3内齿圈的选择.154.4保持架、内齿圈、小齿轮组成的轮系中各齿轮运动速度的确定.164.5其他齿轮的选择.174.5.1齿轮1的选择.174.5.2齿轮2的选择.174.5.3齿轮3和齿轮4的确定.184.6轴承的选择及其参数.194.7电动机的选择.204.8轴的设计及强度校核计算.21总结.23参考文献.24附录.2549硬脆材料双面研磨/抛光机的设计摘要：双面平面研磨是在传统研磨机构的基础上，通过改变研磨平面的数目从而来提高研磨精度和效率的一种研磨方式。其加工原理就是利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行精整加工，从而来实现加工精度的要求。本文通过对平面研磨机构多种运动方式的分析，以及研磨精度要求，并结合现有研磨机，从而设计出一种新型的行星式双面平面研磨机构，并对其运动轨迹做了具体研究。这种研磨方式不仅解决了传统研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工质量不稳定等缺点，提高了研磨技术水平，保证研磨加工精度和加工质量，而且还可以实现在一定范围内不同直径圆柱工件的研磨，提高了加工效率，降低了加工成本，使研磨技术进一步实用化。Double-sided Grinding Of The Hard-brittle Materials/Polishing Machine DesignAbstract：Double-sided plane grinding is the traditional grinding institutions, and on the basis of the number of by changing the grinding plane to improve the grinding efficiency and precision of a kind of grinding way. Its processing principle is to use the coating or pressure with embedded in the research on the abrasive particles with and workpiece, through research in the relative movement under certain pressure of machining surface finish machining, thus to realize the machining accuracy of requirements.This thesis through to plane grinding institutions of various sports mode analysis, and grinding accuracy requirement, and combine existing grinding machine, thus designed a new double plane grinding mechanism, and to its trajectory made specific research. This kind of grinding way not only solves existing traditional grinding machining efficiency is low, the processing cost, high machining accuracy and processing quality unstable shortcomings, improves grinding technology level and guarantee of grinding accuracy and processing quality, but also can realize within the scope of certain and different cylinder workpiece, improves the grinding machining efficiency and reduce the processing cost, make grinding technology further practional utilizati第一章 绪论1.1 硬脆材料的一些简介硬脆材料例如陶瓷、白宝石单晶、微晶玻璃等以优良特性得到广泛的应用。微晶玻璃用于天文望远镜、光学透镜、火箭和卫星的结构材料等，而且同时可以作标准米尺；白宝石因为其良好的透光性和耐磨性等特点用于激光器的反射镜和窗口、异质外延生长的半导体材料或金属材料的基片等。对硬脆材料进行超精密加工方法的研究，将其进一步扩大应用范围并且提高其使用性能。 由于微晶玻璃中无数微小品粒的存在、白宝石硬度高，大都认为很难得到超光滑高平面度的表面。通常的光学抛光机都是动摆式的，即工件相对于磨盘既转动，又沿一定的弧线摆动：工件在抛光的同时也不断地进行修整抛光模。但是，当抛光参数设定时，工件和抛光模的那个面形始终处于非收敛的变化中，即面形朝凹或凸的方向单调改变，不断检查面形，修改抛光参数，对操作员的技术水平要求很高。我们一般使用中国航空精密机械研究所研制的超精密研磨机CJY500进行实验。其上下主轴均为液体静压主轴，并且还能够实现研磨盘的超精密车削，平面度小于lm/500，用高精度的研磨盘来保证高精度的工件，不需要抛光中工件对其修整。当工件与锡磨盘定偏心、同方向、同转速运动时工件表面的材料除去相同，而且工件每个点在研磨盘周光滑高平面度的表面奠定了基础。研磨和抛光基本都是利用研磨剂使工件与研具进行单纯的对研而获得的高质量、高精度的加工方法。1.2 国内外研磨和抛光的历史及其发展现状在国内外研磨和抛光的历史很悠长，比如：玉器和铜镜的制作；眼镜的应用、1360年的绘画上就有发现、在文艺复兴时期的望远镜和显微镜发明。 现在，除了已经实现大批量生产透镜和棱镜外，其加工水平已能够完成光学镜面和保证高形状精度的光学平晶、平行平晶以及具有特定曲率的球面等标准件的加工。就实施超精密加工而言，在各种各样的加工方法中，研磨和抛光方法最为有力。为适应零件加工的要求，应该不断进行技术改造和开发新加工原理的超精密研磨和抛光技术。精密和超精密加工现在已经成为在国际竞争中取得成功的关键技术，许多现代技术产品需要高精度制造。发展尖端的技术和发展国防工业，发展微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。当代的精密工程、微细工程和纳米技术是现代科技技术的前沿，也是明天技术的基础。现代机械工业之所以要致力加强提高加工精度，其主要的原因在于：提高制造精度后可有效的提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。超精密加工技术发展至今天，已经获得重大的进展，超精密切削加工已不再是一种孤立的加工方法和单纯的工艺问题，而是成为一项包含内容极其广泛的系统工程。实现超精密加工，不仅需要超精密的机床设备和刀具，也需要超稳定的环境条件，还需要运用计算机技术进行实时监测，反馈和补偿。只有把各个领域的技术成就集结起来，才有可能实现超精密加工。根据我国的当前实际情况，参考国外的发展趋势，我国应开展超精密加工技术基础的研究，其主要内容包括以下五个方面：1. 超精密切削磨削的基本理论和工艺2. 超精密设备的精度，动特性和热稳定性3. 超精密加工精度检测及在线检测和误差补偿4. 超精密加工的环境条件5. 超精密加工的材料参考国外精密加工技术的经验和我国实际情况，如果能够对精密和超精密加工技术给予足够的重视，投入相当的人力和物力进行研究与开发，在八五期间生产中稳定微米级加工技术的基础上，开始亚微米加工；九五期间在生产中稳定亚微米级加工并开始纳米级加工的实验研究。即将在15-20年内达到美国等发达国家目前的水平，并在某些主要单项技术上达到国家先进水平。第二章 工作原理及基本要求2.1抛光机理由于抛光过程的复杂性和不可视性，往往是在通过特定的实验条件下获得的实验结果来说明抛光的机理。对于硬脆性材料的抛光机理，归纳一下主要有如下解释：抛光是一磨粒的微削塑性切削生产切屑为主体而进行的。在材料切除过程中都会由于局部高温、高压而使工件与磨粒、加工液及抛光盘之间存在着直接的化学作用，并且在工作表面产生反应生成物。由于这些作用的重叠，以及抛光液、磨粒及抛光盘的力学作用，使工件表面的生成物不断被去除而使表面平滑化。采用工件、磨粒、抛光盘和加工液等的不同组合，可实现不一样的抛光效果。工件与抛光液、磨料及抛光盘间的化学反应有助于抛光加工。2.2双面研磨机的工作原理在进行高质量平行平面研磨时需要使用双面研磨，该双面研磨抛光机的工作原理示意图如下：图2-1 双面研磨抛光机工作原理图如图所示，研磨的工件放在工件保持架内，上，下均有研磨盘。下研磨盘有电动机带动旋转，为了在工件上得到均匀而不重复的研磨轨迹，工件保持架制成行星轮的形式，外面和内齿轮啮合，里面和小齿轮啮合。所以工作时工件将同时有自转和公转，作行星运动。上研磨盘一般情况不转动（有时也转动），上面可加载并有一定的浮动以避免两研磨盘不平行造成工件两研磨面不平行。由工件与研具的相对运动轨迹对工件面形精度有都重要影响，对其基本要求如下：1） 工件相对研具做平面平行运动，能使工件上各点具有相同或相近的研磨行程。2） 工件上任意一点，尽量不要出现运动轨迹的周期性重复。3） 研磨运动平稳，避免曲率过大的运动转角。4） 保证工件走遍整个研具表面，使研磨盘得到均匀磨损，进而保证工件表面的平面度。5） 及时变更工件的运动方向，使研磨纹路复杂多变，有利于降低表面粗糙度，并保证表面均匀一致。常用的运动轨迹有：次摆线、外摆线和内摆线轨迹等。2.3双面研磨机的主要特点双面研磨机主要用于两面平行的晶体或其它机械零件进行双面研磨，特别是薄脆性材料的加工。适用于各种材质的机械密封环、陶瓷片、气缸活塞环、油泵叶片轴承端面及硅、锗、石英晶体、石墨、蓝宝石、光学水晶、玻璃、铌酸锂、硬质合金、不锈钢、粉灰冶金等金属材料的平面研磨和抛光。其主要特点有：1、采用无级调速系统控制，可以轻易调整出适合研磨各种部件的研磨速度。采用电气比例阀闭环反馈压力控制，可以独立调控压力装置。上盘设置的缓降功能，有效的防止薄脆工件的破碎。 2、通过一个时间继电器与一个研磨计数器，可以按加工要求准确设置和控制研磨时间和研磨圈数。工作时可调整压力模式，达到研磨设定的时间或圈速的时候就会自动停机报警提示，实现半自动化的操作。通过增加厚度光栅尺形成闭环控制，达到设定的厚度会自动停机，实现在线控制生产。 3、主机一般采用调速电机驱动，配置大功率减速系统，软启动、软停止，运转平稳。 4、通过上、下研磨盘、太阳轮、游星轮在加工时形成四个方向、速度相互协调的研磨运动，达到上下表面同时研磨的高效运作。 5、下研磨盘可升降，方便工件的装卸。气动太阳轮变向装置，精确控制工件两面研磨精度和速度。 6、随机配有修正轮，用于修正上下研磨盘的平行误差。 7、工件研磨的效率与磨料密切相关，目前主要两种磨料方式加入研磨过程，一种是外加磨料，也称为游离磨料，它的缺点是上磨盘磨料供应不足，研磨盘上磨料分布不均匀，大部分研磨料未参与研磨，成本较高，工艺稳定性较差。另一种是Laptech 将磨料固定在研磨盘中，也称为固着磨料，成功解决了上磨盘磨料供应不足，研磨盘上磨料分布不均匀的工艺问题，研磨成本大幅度下降。2.4本次设计的主要方向本设计为2方向型运动方式的双面加工机，由一台电动机带动两根驱动轴进行研磨工作。上下研磨盘不动，太阳齿轮和内齿轮转动。主要用于晶体、金属和陶瓷等工件的研磨和抛光。1、上研磨盘的直径：630mm； 2、工件研具相对速度：5500m/min，连续可调； 3、运动形式：上研磨盘固定，下研磨盘与太阳齿轮、内齿轮转动 4、整机形式：立式，要求构造简单、成本低 第三章 研磨与抛光的主要工艺因素3.1工艺因素及其选择原则精密研磨与抛光加工的主要工艺因素包括加工设备、研具、磨粒、加工液、工艺参数和加工环境等，见表3-1。这些因素决定了最终加工精度和表面质量。在保证加工环境的前提下，各工艺因素的选择原则如图3-1所示。表3-1 精密研磨抛光的主要工艺因素工艺因素实例加工设备加工方式运动方式驱动方式单面研磨、双面研磨旋转、往复摆动手动、机械驱动、强制驱动、从动研具材料形状表面状态硬质、软质（弹性、粘弹性）平面、球面、非球面、圆柱面有槽、有孔、无孔磨粒种类材质、形状粒径金属氧化物、金属碳化物、氮化物、硼化物硬度、韧性、形状几分之一微米几十微米加工液水性油性酸性碱性、表面活性剂表面活性剂加工参数工件、研具相对速度加工压力加工时间1100m/min0.1300kPa约10h加工环境温度尘埃室温变化-0.10.1度利用清洁室、净化工作台图3-1 工艺因素的选择原则3.2 研磨盘和抛光盘常用的研磨盘、抛光盘材料及部分使用实例见表3-2。常用的研磨盘材料有铸铁、玻璃、陶瓷等。研磨盘是用于涂敷或嵌入磨料的载体，是磨粒发挥切削作用，同时又是研磨表面的成形工具。研磨盘本身在研磨工程中与工件是相互修整的，研磨盘本身的几何精度按一定程度“复印”到工件上，故要求研磨盘的加工面又高的几何精度。对研具的要求主要有：1） 材料硬度一般比工件材料低，组织均匀致密、无杂质、异物、裂纹和缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性。2） 结构合理，有良好的刚性、精度保持性喝耐磨性。其工作表面应具有较高的几何精度。3） 排屑性喝散热性好。表3-2 研磨盘、抛光盘材料及部分使用实例分类对象材料部分使用实例硬质材料金属铸铁、碳钢、工具钢一般材料研磨、金刚石抛光非金属玻璃、陶瓷化合物半导体材料研磨软质材料软质金属Sn、Pb、Cu焊料陶瓷抛光天然树脂松脂、焦油、蜜蜡、树脂光学玻璃抛光、光学结晶抛光合成树脂硬质发泡聚氨酯、PMMA、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯橡胶光学玻璃抛光、一般材料抛光天然皮革麂皮金属抛光人工皮革软质发泡聚氨酯、氟碳树脂发泡体硅晶片抛光、化合物半导体抛光纤维非织布、织布纸金属材料抛光、一般材料抛光木材桐、杉、柳金属模抛光为了获得良好的研磨表面，有时需在研具表面上开槽。槽的形状有放射状、网格状、同心圆状和螺旋状等，如图4-2所示。槽的形状、宽度、深度和间距等根据工件材料质量、形状及研磨面的加工精度来选择。在研具表面开槽有如下的效果：1） 可在槽内存储多余的磨粒，防止磨料堆积而损伤工件表面。2） 在加工中作为向工件供给磨粒的通道。3） 作为及时排屑的通道，防止研磨表面被划伤。图3-2 常用研磨盘的开槽形式实体图3.3 平面研磨使用的研具 在研磨、抛光中，通过研磨使研具的平面状态复印到工件上，这涉及到如何保证几何形状精度问题。特别是研磨小面积的高精度平面工件时要使用弹性变形小的研具，并始终使用能保证平面度的研具。符合上述要求的研具，除用特种玻璃外，也可以用工作加工成平面的金属板上涂一层四氟乙烯或镀铅和铟，都可以实现研磨与抛光，并能得到高精度的平面加工结果，但其缺点是薄的研具层寿命短。为获得高的研磨表面质量，在工件材料较软时，如加工光学玻璃时，有时使用半软质研磨盘（如锡盘）或软质研磨盘（如沥青盘）。使用这种研磨盘最主要的问题是研磨盘不易保持平面度，因而影响加工件的平面度。使用软质研磨盘的优点是研磨出的表面变质层很小，表面粗糙度也很小。3.4 磨粒磨粒按硬度可分为硬磨粒和软磨粒两类。研磨用磨粒具有下列性能：1） 磨粒形状、尺寸均匀一致。2） 磨粒能适当的破碎，使切刃锋利。3） 磨粒熔点要比工件熔点高。4） 磨粒在加工液中容易分散。3.5 加工液研磨抛光加工液通常由基液（水性或油性）、磨粒、添加剂三部分组成，作用是供给磨粒、排屑、冷却和润滑。对加工液有以下要求：1） 能有效地散热，以避免研具和工件表面热变形。2） 粘性低，以提高磨料的流动性。3） 不会污染工件。4） 化学物理性能稳定，不因放置或温升而分解变质。5） 能较好地分散磨粒。研磨抛光时，伴随有发热，除了工件和研具因温度上升而发生形变。难以进行高精度研磨外，在局部的磨粒作用点上也会产生相当高的温度，使加工变质层深度增加。适当地供给加工液，可以保证研具有良好的耐磨性和工件的形状精度及较小的加工变质层。添加剂的作用是放置或延缓磨料沉淀，并对工件发挥化学作用以提高研磨抛光加工效率和质量。3.6 工艺参数加工速度、加工压力、加工时间以及研磨液和抛光液的浓度是研磨与抛光加工的主要工艺参数。在研磨抛光设备、研具和磨料选定的条件下，这些工艺参数的合理选择是保证加工质量和加工效率的关键。加工速度是指工件与研具的相对运动速度。加工速度增大使加工效率提高，但当速度过高时，由于离心力作用，使加工液甩出工作区，加工平稳性降低，研具磨损加快，从而影响研磨抛光加工精度。一般粗加工多用较低速、较高压力；精加工多用低速、较低压力。第四章 结构设计及相关强度校核4-1 工件保持架的选择根据以上工艺因素以及设计任务的要求：采用齿数z=115 模数m=2 压力角=的齿轮分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径顶隙总体轮厚h=12mm 为了保证工件能充分接触到研磨盘在游轮上下两面设有2mm后的凸台，因此实际轮厚为8mm游轮上对称分布有12个的圆孔，用于放置工件此外，游轮的工件孔可以根据工件的形状、尺寸而设计，可设计多种样式。参考图样如图4-2。.图4-3 工件保持架的多种形式4-2小齿轮的选择根据游轮的尺寸参数而定模数m=2 压力角= 选择分度圆半径为r=88mm的圆柱齿轮可得：齿数z=d/m=176/2=88 齿顶圆直径齿根圆直径顶隙齿轮厚h=20mm，可于游轮充分接触 为节省材料，中间开有凹槽选择齿轮内径d=40mm，根据此尺寸选择宽、高分别为：12mm、8mm的平键连接，键长L=16mm。4-3 内齿圈的选择由之前确定的游轮和外齿轮的尺寸可以确定内齿圈的齿根圆半径由，m=2，可得：z=318齿顶圆直径分度圆直径d=mz=2*318=636mm顶隙选择齿圈外部边缘直径为d=700mm 从而可保证齿圈宽度在40mm左右 便于安装螺纹。在齿圈半径为335mm的圆周上均匀分布6个的螺纹孔，将齿圈固定在可转动的支座上。根据需要，齿圈厚度选择h=15mm4-4 保持架、内齿圈、小齿轮组成的轮系中各齿轮运动速度的确定选择原则：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具表面，使研磨盘得到均匀磨损，进而保证工件表面的平面度。及时变更工件的运动方向，使研磨纹路复杂多变，有利于降低表面粗糙度，并保证表面均匀一致。考虑以上因素：选择游轮速度60r/min，外齿轮运动速度40r/min运动方向如图所示：图4-4 工作台运动示意图计算内齿圈速度： 得： 4-5 其他齿轮的选择4.5.1 齿轮1的选择取分度圆直径d=160mm 模数m=2 压力角=的圆柱齿轮得：齿数齿顶圆直径齿根圆直径顶隙根据齿轮内径尺寸d=56mm选择键宽b、键高h分别为：16mm、10mm的平键连接，键长L=28mm。齿轮厚度选择h=30mm4.5.2 齿轮2的选择取分度圆直径d=250mm 模数m=2 压力角=的圆柱齿轮得：齿数齿顶圆直径齿根圆直径顶隙根据齿轮内径尺寸d=46mm选择键宽b、键高h分别为：14mm、9mm的平键连接，键长L=32mm。齿轮厚度选择h=35mm由以上齿轮1、齿轮2的选择可确定主动轴的转速： 4.5.3 齿轮3和齿轮4的确定选定齿轮1和齿轮2时，齿轮3和齿轮4此时已经确定了，可计算出来：n内=10.629r/min n2=25.6r/min 求得得：齿轮3的参数：分度圆直径d=mz=2*60=120mm齿顶圆直径齿根圆直径顶隙根据齿轮内径尺寸d=30mm选择键宽b、键高h分别为：10mm、8mm的平键连接，键长L=20mm。齿轮厚度选择h=25mm齿轮4的参数：分度圆直径d=mz=2*145=290mm齿顶圆直径齿根圆直径顶隙4-6 轴承的选择及其参数根据所设计的驱动轴的尺寸，选用的的轴承及其参数如下：滚动轴承6016 d=80mm D=125mm B=22mm 87mm 118mm滚动轴承6010 d=50mm D=80mm B=16mm 56mm 74mm滚动轴承6011 d=55mm D=90mm B=18mm 62mm 83mm滚动轴承6008 d=40mm D=68mm B=15mm 46mm 62mm止推轴承51307 d=35mm 37mm D=68mm 68mm T=24mm B=10mm 48mm止推轴承51217 d=85mm 88mm D=125mm 125mm T=31mm B=12mm 101mm4-7电动机的选择根据工作环境选择立式三相交流异步电动机。1， 选择电动机的功率所需电动机的功率可用如下公式计算： Pd为工作机的实际电动机输出功率KW，Pw为工作机所需要的输入功率KW，n为电动机只工作机之间的总效率。 因此，选择额定功率为4kw的电动机2， 选择电动机的转速 电动机的转速可选范围：因此选择同步转速为1500r/min的电动机 综上，选择型号为Y112M-4的电动机。4-8轴的设计及强度校核计算主动轴 由于此轴主要是承受扭矩，因此按扭矩来计算轴的强度：轴的扭转强度条件是 其中为扭转切应力；为轴的抗扭截面系数；轴的转速；P为传递的功率；d为计算截面出轴的直径；为许用扭转切应力由上公式可得轴的直径 所设计的轴的最小直径为30mm29.3179mm，故 该轴的强度合格。从动轴 由于此轴主要是承受扭矩，因此按扭矩来计算轴的强度：轴的扭转强度条件是 其中为扭转切应力；为轴的抗扭截面系数；轴的转速；P为传递的功率；d为计算截面出轴的直径；为许用扭转切应力由上公式可得轴的直径 所设计的轴的最小直径为40mm37.726mm，故 该轴的强度合格。 总结通过本次毕业设计大体掌握了脆硬材料双面研磨抛光机的工作原理及其结构设计，非常感谢周后明老师的细心指导，通过本次毕业设计，了解到他是一个非常认真负责的好老师。现将获得高质量平面研磨抛光的工艺规律总结如下：1） 研磨运动轨迹应能达到研磨痕迹均匀分布并且不重叠。这主要由研磨机的行星运动达到。2） 硬质研磨盘在精研修形后，可以获得平面度很高的研磨表面，但要求很严格的工艺条件。硬质研磨盘要求材质极均匀，并有微孔容纳微粉磨料。3） 软质（半软质）研磨盘容易获得表面粗糙度值极小和表面质变层甚小的研磨抛光表面，但不易获得很高的平面度。4） 使用金刚石微粉等超硬磨料可以获得很高的要命抛光效率。在最后精研硅片、光学玻璃和石英晶体片是，使用SiO2，氧化铈微粉和软质研磨盘容易得到表面质变层和表面粗糙度值极小的优质表面，但不易获得很高的平面度。5） 研磨平行度要求很高的零件时，可采用：1，上研磨盘浮动以消除上下研磨盘不平行误差；2，小研磨零件实行定期180度方位对换研磨，以消除因研磨零件厚度不等造成上研磨盘倾斜而研磨表面不平行；3，对各晶向硬质不等的晶片研磨时，加偏心载荷修正不平行度。6） 为提高研磨抛光的效率和研磨表面质量，可以在研磨剂中加入一定量的化学活性物质，实践证明这是极有效的。7） 高质量研磨时必须避免粗的磨粒和空气中的灰尘混入，否则将使研磨表面划伤，达不到高质量研磨要求。致谢经过半年的时间，本次毕业设计已经接近尾声，这次设计，也是大学阶段的最后一次设计,眼看毕设就要结束了，在这里我感谢所有那些在我们遇到困难时给予我帮助的老师和同学们。我在设计时有许多考虑不周全的地方，如果没有指导教师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的，在这里首先要感谢在整个设计过程中给予我建议和指导的周后明老师，他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从题目理解到查阅资料、设计草案的确定和修改、中期检查、后期详细设计等整个过程中都给予了我耐心的指导。特别是周老师渊博的学识、严谨的治学态度、踏实进取的工作作风，让我受益匪浅，给我今后的工作和学习等都树立了良好的榜样。在这期间周后明老师的不断鼓励和帮助，让我最终克服重重困难，完成此次设计任务。这次设计不仅仅是一次毕业设计，更为我的人生上了很好的一课，让我明白了许多道理，我会在以后的工作和学习中，要不怕困难、踏实认真。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我打下坚实的专业知识基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了大家的相互支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢湘潭大学兴湘学院在大学四年来对我的大力栽培。参考文献1 成大先，机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004.2 于思远，林彬. 工程陶瓷材料的加工技术及其应用M . 北京：机械工业出版社,2008.3 袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技术-第2版M. 北京：机械工业出版社,2007.4 袁巨龙. 功能陶瓷的超精密加工技术M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.5 王先逵. 精密加工技术实用手册M. 北京：机械工业出版社,2007.6 濮良贵，纪名刚.机械设计.第8版.北京：高等教育出版社.2006.7 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.第3版.北京：高等教育出版社.2006.8 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.第7版.北京：高等教育出版社.2006.9 周良德，朱泗芳.现代工程图学.湖南：湖南科学技术出版社.2002.10 冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械工业出版社.2004.11 罗迎社.材料力学.武汉：武汉理工大学出版社.2004.附录外文翻译：Material Removing Mechanism for MechanicalLapping of Diamond Cutting ToolsLI Zeng-qiang，ZONG Wen-jun，SUN Tao，DONG Shen（Center for Precision Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China）Abstract：The material removing mechanism for mechanical lapping of diamond cutting tools was illuminated at the atomistic scale. In lapping process，phase transformation of the lapping region was the main reason for the material removal. Thus a three-dimensional model of a specimen of the diamond monocrystal and rigid diamond grit was built with the aid ofthe molecular dynamics（MD）simulation. The force between all of the atoms was calculated by the Tersoff potential. Afterthat，lapping with a certain cutting depth of 1.5 lattice constants was simulated. By monitoring the positions of atoms within the model，the microstructure in the lapping region changes as diamond transformed from its diamond cubic structure to amorphous carbon were identified. The change of structure was accomplished by the flattening of the tetrahedron structure in diamond. This was verified by comparing the radial distribution functions of atoms in the lapping and un-lapping regions.Meanwhile，the debris produced in lapping experiment was analyzed by XRD（X-ray diffraction）. The results show that the phase transformation happens indeed.Keywords：diamond cutting tools；mechanical lapping；material removing mechanism；molecular dynamics simulationIt is an important way to turn the optical surface with natural diamond cutting tools to obtain high accuracy. The processed work-pieces surface has lower surface roughness and residual stress，and smaller metamorphic region than those machined in usual ways.Diamond is the most important material to make cutting tools in the ultra-precision machining，for it is an ideal brittle solid with the greatest hardness and resistance to plastic deformation of any material and has very high dimensional homogeneity. The sharpening method of diamond cutting tools is the key technology to obtain sharp cutting radius，good surface quality and small geometric tolerance1. There are many sharpening methods such as lapping，ion beam sputtering，thermal chemistry polishing，plasma polishing，oxide etching and laser erosion，etc. The most common and effective method is lapping2. The mechanism of the material removal in lapping has a lot of statements such as the micro-cleavage theory3，the thermal abrasion theory4， electro-abrasion theory5 and theory of fracture taking place in the hard direction6，etc. However，these explanations are only satisfactory in the particular situation. The explanation accepted by most people is that the hybridized orbit of the carbon converts from sp3 to sp2 in lapping，as demonstrated by van Bouwelen7，Grillo8，Hird and Field9. As yet，few man has verified it at the atomistic level.The extremely powerful technique of molecular dynamics（MD）simulation involves solving the classical many-body problem in contexts relating to the study of matter at the atomistic level. Since there is no alternative approach capable of handling this broad range of problems at the required level of detail，molecular dynamics methods have been proved indispensable in both pure and applied research，as demonstrated by Rapaport10. Molecular dynamics analysis is an effective method in studying indentation，adhesion，wear and friction，surface defects and nano-cutting at the atomistic scale. Nowadays，MD analysis has already been employed to investigate the AFM-based nanolithography process using an AFM tool11 and atomic surface modification in monocrystalline silicon12. Therefore，it is an efficient way to approach the mechanism of the material removal in lapping using molecular dynamics simulation.From all the above，this study will focus on the material removing mechanism in diamond mechanical lapping using three-dimensional MD simulation. And the microcosmic phenomena in mechanical lapping will be presented and discussed.1 Methods1.1 Simulation modelingAt the beginning，the mechanical lapping process of diamond cutting tools is introduced. The scaife used was made from a grey cast iron and was medium “striped”（radial grooves to hold diamond grit）.It wasprepared for use by applying a film of olive oil to the surface，before a few carats of graded diamond grits were rubbed evenly into it. With the scaife running at a high speed，a diamond cutting tool was lapped by applying a load. In this process，the diamond grit was fixed in the scaife. So，the process belongs to the fixed abrasive polishing category13. Therefore，a model of a specimen of the diamond monocrystal and rigid diamond grit was built，as shown in Fig.1.Fig.1 Molecular dynamics simulation model of mechanical lapping of diamond cutting toolsThe crystal lattice of the specimen and the grit belonged to the diamond cubic system. The lattice constant of this system was 0.356 67 nm，which was represented as a. The control volume of the specimen must be large enough to eliminate boundary effects.Taking this into consideration，an optimum control volume was chosen based on an iterative process of increasing the control volume size until further increases did not affect the displacements and velocities of the atoms due to lapping. An optimum size of 50a15a30a was obtained， consisting of 183,930 atoms. Moreover，the periodic boundary condition was used in the z-direction to reduce the effects of the simulation scale. The specimen included three kinds of atoms ，namely ：boundary atoms，thermostat atoms and Newtonian atoms.To restrict the rigid-body motion of the specimen，the boundary atoms in the left and bottom layers of the specimen that were fixed in space were used to contain the Newtonian atoms.Thermostat atoms were also used to ensure reasonable outward heat conduction away from the control volume.Thermostat atoms and the Newtonian atoms obey the Newtons second law.The top surface of the specimen was（100）surface，which was exposed to the grit.The spherical diamond grit had a radius of 8a，consisting of 17,116 atoms.And it slid on the specimen with the depth of h.Before carrying out the molecular dynamics simulation on the lapping of diamond，it is important to ensure that the chosen potential function gives a reliable result for the simulation. Tersoff potential was used in the present simulation to dictate the interaction among the diamond atoms in this simulation14. The parameters in Tersoff potential for carbon were as follows ：A=1,393.6 eV，B=347.6 eV，=34.879 nm.1， =22.119nm.1 ，=1.572,410.7 ，n=0.727,51 ，c=380,49 ，d=4.384，h=.0.570 58，R=0.18 nm，and S=0.21 nm. Positions and velocities of the atoms were determined by the Verlet method as demonstrated by Maekawa and Itoh15.To simulate lapping under room-temperature conditions，the diamond atoms were arranged in a perfectdiamond cubic structure with the lattice parameters equal to their equilibrium values at an ambient temperature of 293 K. The ambient temperature was maintained by scaling the velocities of the thermostat atoms at every special time step.In this simulation，the 0.5 fs was selected as the time step to obtain a high accuracy.This simulation was calculated by the Lammps software16，and visualized by the VMD software17. The velocity of the lapping was 100a with 1.5a in cutting depth and 40a in lapping length. Before the simulation，the specimen had been relaxed for 10 000 time steps in order to maintain the thermal balance.1.2 ExperimentThe test apparatus of lapping experiment is shown in Fig.2.The abrasive used was diamond grit with an average radius of 0.1 m.They were coated on the scaife in a ring with a radius of 120 mm.The diamond cutting tool was fixed on the arm by a special fixture.Then，thetool was lapped with the scaife running at 3 000r/min(ca.38 m/s)，under a load of 5 N which was obtained by adjusting the place of the weight. The debris was collected after 30 min lapping.Thereafter，the XRD studies were carried out by SHIMADZU XRD-6000.Fig.2 Schematic diagram of the lapping apparatus2 Results and discussions2.1 Molecular dynamics analysisThe 3D view and cross-section view of the simulation are shown in Fig.3. The crystal lattices near the diamond grit are distorted when the diamond grit cuts into the specimen.The region including these crystal lattices is half-ellipse in shape.The region is under the diamond grit and a bit left to the center o. And the major axis of the ellipse is in the same direction as the composition of forces. Furthermore，this region moves left as the diamond grit slides.As shown in Fig.4 ， A1+A2A3 ， where O1O2 represents the surface of the workpiece.It shows that the removal materials do not pole up on both sides of the groove completely.Some materials are removed and form chips. It is a cutting process. Whereas，the existing A1 and A2 show that ploughing also occurs.So this state is the cutting state accompanied by ploughing. Fig.3 Microstructure of specimen after the grit slidingFig.4 Section of the grooves in the longitudinal directionThere are three key points in lapping，as shown in Fig.5. Firstly，atoms near the diamond grit are forced to make some displacement from their initial position.The crystal lattices including these atoms distort a little.The boundary between the distorted lattices and the perfect lattices is along the diamond（111）surface（the black lines）as shown in Fig.5（a）.The displacements of the atoms become bigger and bigger along with the diamond grit sliding left.More and more atoms deviate from their initial position.The lattices including these atoms distort seriously.The phase transformation that the diamond cubic diamond transforms into amorphous graphite starts on a few atoms （ in the dark circles）at the end of this moment.That is to say that the hybridized orbit converts from sp3 to sp2. Secondly，the lattices below the diamond grit have the worst distortion and the boundary faceting along the（111）surface extend to the deeper layer，as shown in Fig.5（b）. More atoms transform from diamond cubic diamond to amorphous graphite ， especially those in the dark circle. Besides，some atoms are taken away by the diamond grit.Thirdly，some lattices revert a little with the force minimizing，as shown in Fig.5（c）. However，the atoms which have the phase transformation cannot revert to their initial phase，especially those in the dark circle. Therefore，the groove is to the left on the surface of the diamond specimen.Fig.5 Scattergrams of atoms in longitudinal sectionA in different states2.2 Bond formationFrom the simulation，it is found that the phase transformation is due to the flattening of the tetrahedron structure in diamond cubic diamond，as shown in Fig.6.The position transformation at progressive time steps is demonstrated in Fig.7.Fig.6 Crystal cell of the diamond crystal lattice taken outfrom the circular region in Fig.5（a）As shown in Fig.7（a），the tetrahedron is deformed when the grit slides close. And the deformation is serious when the grit cuts into section A，as shown in Fig.7（b）. The tetrahedron is flattened a little.Soon after，the tetrahedron deforms badly，as shown in Fig.7（c）.Its four vertexes are almost on a plane and some bonds are broken. At the same time the phase transformation is accomplished.Fig.7 Change of the tetrahedron marked in Fig.6when the grit slides2.3 Pair correlation functionThe pair correlation functions of the specimen and the chip are shown in Fig.8 and Fig.9 respectively.The curve in Fig.8 is syllabified to a lot of clear peaks，which are the same as the diamonds radial distribution fuction(RDF). However，there are only two peaks in Fig.9, and the peaks are continued, which illuminates that amorphous exists in debris atoms. Therefore，it is sure that the phase transformation takes place in lapping.Fig.8 Pair correlation function of specimen atomsFig.9 Pair correlation function of debris atoms2.4 XRDFig.10 shows the X-ray diffraction（XRD） analysis of the debris produced in the lapping experiment. It demonstrates that the amorphous carbon，small diamond particles or chips and Fe-C compositions（like Fe7C3 and Fe5C2）exist together in the debris. Consequently，the amorphous carbon is produced in lapping，which corresponds to the simulation result.Fig.10 XRD analysis of the debris produced in theexperiment3 Conclusions（1）A three-dimensional MD model about the atoms of diamond cutting tools and diamond grit is built by using the molecular dynamics. Lapping at a special cutting depth is simulated.（2）The boundary of the transformation zone is regular ，faceting along （ 111 ） surface. The microcleavage only occurs inside this boundary.（3）Interaction between the diamond grit and diamond specimen leads to a phase transformation event.An amorphous transformation appears as the grit slides.And it is expounded from the comparison between the bond formatting and pair correlation function. Moreover，it has also been proved in the lapping experiment.References：1 Yuan Z J，Yao Y X，Zhou M，et al. Lapping of single crystal diamond toolsJCIRP Annals-Manufacturing Technology，2003，52（1）：285-288.2 Uegami K ，Tamamura K ，Jang K K. Lapping and frictional properties of diamond，and characteristics of diamond cutting toolJJournal of Mechanical Working Technology，1988，17（8）：147-155.3 Tolkowsky M. Research on the Abrading，Grinding or Polishing of DiamondDLondon：City and Guilds College，University of London，1920.4 Bowden F P，Tabor D. Physical Properties of DiamondMOxford：Clarendon Press，1965.5 Brezoczky B ，Seki H. 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VMD：Visual molecular dynamicsJ J Molec Graphics，1996，14：33-38. 金刚石刀具机械研磨过程中材料的去除机理李增强，宗文俊，孙 涛，董 申（哈尔滨工业大学精密工程研究所，哈尔滨 150001）摘要：该材料，移除为的钻石切割工具的机械研磨的机制被照亮在的原子论的的的的规模。在研磨过程中研磨区，相转变材料去除的主要原因。因此，金刚石单晶和刚性金刚石磨粒的标本的三维模型的建立与援助的分子动力学（MD）模拟。所有的原子之间的力量计算Tersoff潜力。后认为，与一个1.5晶格常数的的一定的的切削深度研磨进行了数值模拟。通过监测模型内的原子的位置，在金刚石研磨地区的钻石立方结构转变为无定形碳的微观结构进行了鉴定。完成在钻石的四面体结构的扁平化结构的变化。这验证了原子的径向分布函数的研磨和联合国研磨regions.Meanwhile的，研磨试验产生的碎片，通过XRD（X射线衍射）分析比较。的结果表明，的相位转型会发生确实。 这是一个重要途径，把光学表面与天然金刚石刀具获得高的精度。处理工作件表面具有较低的表面粗糙度和残余应力，小于常规方法加工的变质地区。 钻石是最重要的物质，在超精密加工的切削工具，它是一种理想的最大的硬度和耐磨性的任何材料的塑性变形的脆性固体，具有非常高的维同质。金刚石刀具刃磨方法的关键技术，获得锋利的切削半径，良好的表面质量和几何公差小1。有许多方法，如研磨，离子束溅射，热化学抛光，等离子抛光，氧化腐蚀和激光侵蚀等锐化最常见和最有效的方法是研磨2。在研磨材料去除机制有一个报表很多，如微切割理论3，热磨损理论4，电磨损理论5和断裂理论的努力方向 6，等等。然而，这些解释是只有在特殊情况令人满意。大多数人所接受的解释是，从SP3杂化轨道的碳转换到SP2作为由面包车Bouwelen证明，在研磨7，格里洛8，本手册所有提及和现场9。到目前为止，一些人已证实它在原子水平。 极其强大的技术分子动力学（MD）模拟涉及解决有关的物质在原子水平的研究背景的经典多体问题。由于没有替代方法能够在所需水平的细节处理这个问题的广泛，分子动力学方法已被证明是不可或缺的纯粹与应用研究，由Rapaport表明10。分子动力学分析是一个有效的方法，在学习压痕，附着力，耐磨损和摩擦，表面缺陷，并在原子尺度的纳米切割。如今，医师分析已经被调查基于AFM的纳米光刻过程中使用的原子力显微镜工具11和硅原子在单晶硅表面改性12。因此，它是一种有效的方式来处理的材料去除机制，研磨使用分子动力学模拟。 所有上述，本研究将集中在材料，消除金刚石机械研磨使用三维的MD模拟的机制。和机械研磨的微观现象，将介绍和讨论。1研究方法1.1仿真建模在开始时，介绍了金刚石刀具机械研磨过程。斯凯夫使用了从灰铸铁中的“条纹”（径向槽举行金刚石磨粒）。通过膜表面的橄榄油，之前几克拉分级金刚石颗粒均匀揉入准备使用。斯凯夫在高速运行，钻石刀具研磨应用负载。在这个过程中，金刚石磨粒固定在斯凯夫。所以，这个过程属于固定研磨抛光类13。因此，始建金刚石单晶和刚性金刚石磨粒的标本模型，如图1所示。图7-1 关于金刚石切割工具机械研磨的分子动力学仿真模型晶格的标本和砂砾属于钻石的立方系统。该系统的晶格常数为0.356 67纳米，这是作为一个代表。试样的控制量必须足够大，消除边界effects.Taking考虑到这一点的，被选为最佳控制量的基础上增加控制音量大小，直到进一步增加并不影响原子的位移和速度的迭代过程由于研磨。一个最佳规模为50A15A30A，183930原子组成的。此外，周期性的边界条件是在z方向，以减少仿真规模的影响。标本包括原子3种，即：边界原子，恒温原子和牛顿atoms.To的限制的刚体运动的标本，在标本固定在空间的左侧和底部层的边界原子包含牛顿atoms.Thermostat原子也被用来确保合理向外热传导远离控制volume.Thermostat原子和牛顿原子服从牛顿第二law.The排在前面的标本（100）表面，这是暴露球形金刚石磨粒grit.The了一个8A的半径，它与深度h的标本下滑17,116 atoms.And组成。开展对金刚石研磨的分子动力学模拟之前，重要的是要确保所选择的潜在功能提供了一个可靠的