自动上下料超声波研磨机文献综述.doc

毕业设计（论文）文献综述题目自动上下料研磨机结构设计专业机械设计制造及其自动化班级机083学号3080211065学生刘坤指导教师姜 明副教授二一二 年 文 献 综 述一自动上下料超声波研磨机机理研究 超声振动深孔研磨技术是超声振动加工技术在深孔研磨方面的应用，他是在普通深孔研磨的基础上附加超声振动以实现振动研磨加工的技术。本章将通过对普通研磨和超声振动研磨的对比分析，建立超声振动深孔研磨磨粒运动模型并对超声振动研磨机理进行研究，研究结果有助于揭示超声振动深孔研磨的材料去除机理。普通研磨与超声研磨研磨是一种古老而不断技术创新的精整和光整加工工艺方法。如图2-1所示，研磨是利用涂敷或压嵌游离磨料与研磨剂的混合物，在一定刚性的软质研具上(常用铸铁或黄铜)，通过研具一与下件向磨料施加一定的少、力，磨粒在研具和工件的作用下，或滚动或滑动，从被加工工件上去除一定的材料，从而提高工件的精度和降低表面粗糙度，达到研磨目的的加工方法。它已既可用加工各种金属材料又可用于加工非金属材料，可以加工的表面形状有平而、内外圆柱而、圆锥面、球面、螺纹、齿面以及其它型面，加工精度可达IT6- IT5 ,表面粗糙度Ra可达0. l um -0.008um。 研磨过程中，在研磨压力的作用下，众多的磨料磨粒进行微量切削，同时研磨表面发生微小起伏的塑性流动，并且被加入的诸如硬脂酸、油酸、脂肪酸等活性物质一与研磨表面起化学作用，随着研磨加工的进行，研具一与工件表面更趋贴近，其间充满了微屑与破碎磨料的碎渣，堵塞了研具表面，对不件表面起着滑擦的作用。所以研磨加工的实质是磨粒的微量切削 ,研磨表面微小起伏的塑性流动、表面活性物质的化学作用及研具堵塞物一与工件表面,摩擦作用的综合结果。 如图2-2所示，研磨过程可分为二个阶段。 (1)游离磨粒破碎磨圆的切削阶段。由于游离磨料磨粒的尺寸不可能完全一致，因此在研磨过程中，工件表面主要与尺寸较大的磨粒接触，尺寸较大的磨粒参与研磨加工，在接触点局部高压高温下磨粒凸峰被破碎、棱边被磨圆，使同时一参一与切削的磨粒数增多，研磨效率得以提高; （2）多磨粒均匀研磨，使被研磨表面发生微小起伏的塑性变形阶段。磨粒棱边进一步被磨圆变钝，在磨粒不断挤压下，研磨点局部温度逐渐升高，使被研磨表面材料局部软化产生塑性变形，工件表面峰谷在塑性流动中趋于“熨平”，并在反复变形中冷却硬化，最后断裂形成微切屑。 (3)研具被堵塞、活性研磨剂的化学作用阶段。微屑与磨粒的碎粒堵塞研其表面，对工件起滑擦作用，同时活性研磨剂在不件表面发生化学作用，在工件表面形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜容易被摩擦掉而不伤基体，氧化膜反复地迅速形成，又不断地很快被摩擦掉，从而加快了研磨过程，使不件表面粗糙度值降低。 研磨加工具有以下特点: (l)研磨是一种“直接创造性加下”下艺方法，即用精度较低的加下设备加下出高精度的工件。因此，研磨设备简单。在新产品开发试制中，对于一些高精度零件，在没有现成设备可利用日寸，仍要依靠高技术工人，用手工研磨下艺及技艺，来实现高精度零件的加工。 （2）机床一研磨工具一下件所构成的不艺系统处于弹性的、浮动的状态，可实现自动微量进给，获得极高的尺寸精度、几何精度和表面质量。 (3)具有较低的研磨运动速度，工件在运动中平稳，可获得良好工件形状精度与位置精度。(4)研磨时不件处于自由状态，不受强制力作用，下件不易发生弹性变形，工件精度不受弹性回复的影响。(5)研磨运动方向可以不断改变，可以获得良好的运动轨迹网纹，有利降低表而粗糙度值，容易获得镜面。(6)研磨表而的耐腐蚀性、耐磨性有明显地提高，且表而存在压应力，使工件疲劳强度得以提高。 然而，在研究发发现研具在加工过程中极易堵塞，并且由于研具一与下件之问的接触而积较大，研磨加工过程中容易产生颤振现象，对研磨效率和研磨质量产生严重的影响。此外，普通研磨还存在研磨速度低，研磨效率低，磨料浪费严重，加工成本高等缺点，因此需要对研磨技术进行了改进和发展。考虑到超声振动加工方法在难加工材料磨削加工方面的优越性，因此，我们将超声振动加工技术应用于深孔研磨加不中。 超声振动研磨是利用超声波发生器产生高频电振荡，通过换能器将高频电振荡转换为机械振荡，再通过变幅杆将机械振荡振幅进行扩人，用合适的连接杆将变幅杆与研具或工件连接起来，使研具或工件也产生高频振动。，当研具或工件附加上超声振动时，研具与工件之间的磨料将被产生高频振动冲击工件表面，除去或改造工件表面的上道加工工序遗留的变质层，使工件表面形成新的变质层，从而实现对工件表面进行研磨。 超声振动研磨的基本原理是在不改变普通研磨加下中研磨头基本结构的基础上，再浮动连接上一个超声振动研磨的声振系统，使研磨条附加上一个超声振动，从而实现研磨条带动磨粒对工件进行脉冲研磨，基本原理图如图2-3所示。 在超声振动深孔研磨过程中，超声波发生器1输出的超声频电信号通过换能器2转化为机械振动信号，再通过变幅杆3将换能器2输出的超声频轴向振动放人后传给锥形心轴4，锥形心轴4带动在研磨套5中的磨粒以预定的频率轴向振动，从而实现对工件的超声振动研磨。 与普通研磨相比，超声振动研磨由于附加了超声振动，使得不件在磨过程中的研磨机理发生了变化，囚此，有必要对超声振动深孔研磨机理进行研究。二自动上下料超声波研磨机结构设计 1. “工欲善其事，必先利其器”，为了研究自动上下料超声波研磨机机理及其表面加工质量，自动上下料超声波研磨机装置的设计与研制必然十分重要。根据研磨及超声振动加下的特点，其设计应满足以下要求: (1)超声振动研磨装置.要能进行超声加工，研磨工具的振幅必须达到一定值以上，变幅杆大端的直径必须与换能器的端面直径相匹配。 (2)超声振动研磨装置的研磨工具应设计合理，方便研磨膏的粘附和外径大小的调节。 (3)超声振动研磨装置在使用过程中，由于负载发生变化其固有频率也随之发生变化，因此，为了使声振系统处于谐振状态，所选用的超声波发生器应当具有频率自动跟踪功能。2. 超声振动研磨装置声振系统的设计 超声振动研磨效果的好坏主要取决于声振系统能否将由超声波发生器输出的超声振动通过齐个环节有效地传递到锥形心轴上，并且传递过程中达到能量损失最小，使锥形心轴在脉冲力的作用下带动研磨套进行振动研磨。超声振动研磨装置的声振系统一般由超声波发生器、换能器、超声变幅杆、弯曲振动盘、挠性杆一研磨条底座等组成。但是这样的声振系统传声路线比较长，并且在传递过程中能量损失较大。因此，需要设制一个结构简单、能量传递效率高的声振系统。 (1) 超声波发生器和换能器的选用一与匹配 超声波发生器又叫超声频发生器或功率超声电源，它的主要作用是将220 V或380V的交流电变成具有一定功率输出的超声频电振荡，以提供超声振动加工中的振动能量。如图3-1所示，超声波发生器主要由电源、振荡级、放大级和功率级组成。超声波发生器的工作原理是:振荡级由三极管连接成电感回授振荡回路，调节电路中的电容器可以改变输出的频率，振荡级的输出经祸合至电压放大器放大，控制电压放人级的增益一可以改变超声波发生器的输出功率，放人后的信号利用变压器倒相送至末级功率放大管，经输出变压器输出至超声波换能器口就超声波发生器的激励方式而言，超声波发生器主要有两种:自激式和他激式。 自激式超声波发生器把振荡级、功放级、输出变压器及换能器作为一个整体，形成一个闭合回路，使之满足幅度、相位反馈的自激振荡，组成谐振于换能器的机械共振频率上的振荡器。他激式超声波发生器由振荡器、驱动放大器和功率放大器组成，通过输出变压器祸合，把超声能量附加到换能器上。为了使超声波发生器和换能器相匹配，超声波发生器效率最高超声变幅杆振幅最大，超声波发生器应满足以下要求:输出功率应达到技术指标;频率稳定，并能在所需范围内连续调节;超声波发生器的输出阻抗应一与换能器阻抗相匹配。此外，在超声振动加下过程中，由于负载变化、工具磨损、换能器发热等一系列因素的影响会使声振系统的共振频率产生较人的偏移，致使声振系统无法正常工作，严重时可能造成超声波发生器和换能器的损坏，所以超声波发生器还要具有适应负载变化的自动频率跟踪能力和稳定输出振幅的能力，以确保超声振动系统工作在最佳稳定状态。超声波发生器和换能器的匹配包括两方面的内容：一是超声波发生器的输出阻抗与换能器的动态阻抗一致;一是在额定输入电功率条件下，换能器输出的声功率最大。超声波发生器与换能器的匹配方法:首先准确测量换能器的动态阻抗及其变化范围，然后合理选择超声波发生器输出阻抗和匹配回路的元件值，用逐步逼近的方法，通过反复调试，即可实现超声波发生器与换能器之间的匹配。(2)研磨工具的设计研磨工具在研磨过程中起着重要作用，对研磨加工质量和效率均有较大的影响。研磨不具的主要作用是把研磨工具的几何形状传递给被研磨工件及涂敷或嵌入磨粒。根据下件的表面几何形状不同，所使用的研磨工具有各种各样的几何形状。圆柱孔研磨工具有研磨林和可调研磨器。为了保证研磨质量，提高研磨效率，所采用的研磨下具应满足以下要求：研磨不具的儿何形状应和被研磨下件的儿何形状相适应，以保证被研磨工件的精确的几何形状。为了保证研磨工具具有稳定的精确几何形状，要求研磨工具具有良好的耐磨性。常用的研磨工具材料有铸铁、软钢、青铜，紫铜，铝合金、玻璃、沥青等。由于铸铁的耐磨性好，成本低，所以选铸铁为研磨下具的材料。研磨不具应具有足够的刚性，避免弹性变形。在连续使用中应具有热变形小尺寸稳定的性能。干摩擦的研磨下具应具有良好的嵌砂性能一良好的磨粒嵌入性、嵌固性和嵌沙的均匀性。嵌入性使磨粒嵌入研磨工具表面的难易程度;嵌固性是压嵌在研磨工具表面上的磨料，在研磨中的抵抗切削力而不脱落的能力；嵌沙均匀性是磨粒嵌入平板各处的均匀程度。在研磨工具表面制造微小的孔来增加研磨工具的嵌砂性能。3.自动上下料装置设计自动上下料装置采用气动取代电机作为驱动源,采用直线型滚动导轨。 气缸一般由缸筒，前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件组成。气缸被活塞分成有杆腔和无杆腔。当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，压缩空气作用在活塞右端面上的力克服各种反作用力，推动活塞杆前进，使活塞杆伸出；当活塞杆排气时，有杆腔进气时，活塞杆缩回到处始位置。两腔交替进气，排气，活塞杆实现往复直线运动。滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成（见下图）。当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入返向孔后再进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。 4.小结 根据深孔研磨和超声振动加工的特点确定了超声振动深孔研磨装置的设计原则;在设计原则的指导下，根据试验要求，对超声振动深孔研磨装置声振系统的各个组成部件(超声波发生器、换能器、超声变幅杆、套筒、锥形心轴、研磨套)进行了选择或设计;并将通过试验的方法得到了声振系统的振动特性，使研磨套雾化效果较好，与设计基本一致，满足设计的基本原则:同时还对超声振动深孔研磨装置的整体结构进行了研制，其结构设计满足了以下要求:声振系统的超声振动不会传递和扩散到整个加下装置上，研磨套可以良好地进行超声振动;研磨套能在径向均匀地涨缩，对加工表面的压力能调整并保持一定的调节范围。三自动上下料超声波研磨机加工的国内外研究现状及趋势 超声振动加工技术是近40年来逐步发展和完善的一种新型加工技术，该技术横跨机械学、电学和声学三个学科，是典型的边缘学科。由于超声振动加下技术具有许多优点，一与其它加工技术相比，常常能够人幅度地提高加工效率，提高加下质量并且还能够完成一般加工方法难以完成的加工工作。因此，在工业、农业、国防和医药卫生、环境保护等部门得到越来越广泛地应用。大量的研究和实践已表明:超声振动加工技术应用于加工各种复合材料、难加工材料时能获得良好的下艺效果，具有广泛的理论价值与应用前景。超声振动加工由于其所产生的特殊的加工工艺效果而受到日本、英国、美国等工业发达国家的普遍重视，国内外许多专一家学者从不同的方面对其进行了人量的研究。我国对超声振动切削技术的研究始于上个世纪50年代末期，由于当时对超声波发生器、换能器、声振系统的研究都不成熟，并且缺乏合理的组织和持续的研究工作，该技术未能得到重视。60年代末，哈尔滨工业大学应用超声振动车削加工了一批飞机用铝制细长杆零件，取得了良好的切削效果。1953年机械工业部委托机械工艺师杂志编辑部在西安召开了我国第一次“振动切削专一题讨论会”，讨论了振动切削技术在我国的研究与应用，保讲了该项新技术在我国的深入研究和推广应用。20世纪末到本世纪初的十几年时问，我国的超声振动加工技术发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、超声复合加工领域均有较广泛的研究，尤其是在金刚石、陶瓷、玻璃和烧结永磁体等难加工材料领域解决了许多关键性问题，取得了良好的效果。四参考文献1王爱玲，祝锡i晶，吴秀玲。功率超声振动加工技术M.北京:国防工业出版社，2007: 105一13