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机械毕业设计论文
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机械毕业设计794珩磨机设计说明书,机械毕业设计论文
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本 科 毕 业 设 计（论文） 题目 院（系部） 专业名称 年级班级 学生姓名 指导教师 年 月 日 nts 1 nts 2 摘 要 机械系统是机械零、部件同作用的整体，是零、部件服务的目标。本次设计从分析机械系统设计的任务和目标开始，介绍机械系统的组成，各组成部分之间的配置，选择和结构匹配性设计，以及进行机械系统整体设计时应该考虑哪些问题，目的是培养学生多样性设计，结构设计创新和整体设计的能力。 本次设计主要是珩磨机的总体设计，其主要包括主轴箱，珩磨头，主轴等设计。珩磨是一种低速磨削，是机械制造业中缸孔光整加工的常用工艺手段。 在论文中首先对珩磨机做了简单介绍，接着对珩磨机的部件组成进行了尺寸 计算和校核。该设计代表了珩磨机设计的一般过程。 珩磨机床作为复杂的生产工具，最根本的是加工工艺与主机结构布局设计，而各种新工艺，新材料，新元件，新刀具，新控制系统等也将运用在珩磨机床上，未来的珩磨机床的加工精度会更高，加工效率更快，加工范围更广泛。 关键词 ： 珩磨机、主轴、珩磨 nts 3 Abstract A mechanical system is a synergistic collection of machine elements,and designing a mechanical system is the final goal in studying machine design . This paper starts with the analyses of tasks and objectives in designing a menchanical system , followed by its composition,selection and compatibility of menchanical units , and the main considerations in designing a system . The purpose of this paper is to help the undergraduates to learn skills of diversified design, creative design and systematic design . This design is honing machine aircraft design, including its headstock、 honing head, principal axis of the design. Honing is a slow grinding, mechanical manufacturing processes commonly used tanks Kongguang the processing means In the first paper machine to honing machinedone briefly, then honing machineaircraft components to the composition and size calculation accuracy. The design represents the general design processhoning machine plane Honing machine tools as complex production tools, the most fundamental thing is machining and structural layout of the mainframe, and new techniques, new materials, new components, new cutlery, the new control system will also be used in Honing machine tools, the future Honing processing precision machine tools will be higher, faster processing efficiency, a wider range of processing. Key Words: honing machine headstock honing nts 4 目录 摘 要 . 2 前 言 . 5 1 磨削技术 . 6 1.1 磨削加工的发展历史 . 6 1.2 磨料磨具的简明知识 . 10 1.3 现阶段国内磨削加工科学技术新进展 . 11 1.4 磨削原理 . 17 1.5 磨削技术的发展及关键技术 . 22 1.6 磨削技术的优点 . 30 1.7 超高速磨削的发展及关键技术 . 30 2 珩磨技术 . 40 3 珩磨工艺及其应用 . 43 3.1 珩磨加工原理 . 43 3.2 珩磨的切削过程 . 44 3.3 珩磨加工特点 . 45 4.设计结构选择和设计计算 . 48 4.1 导向柱设计 . 48 4.2 底座的设计 . 48 4.3 驱动气缸设计： . 49 4.4 主轴电动机的功率确定 . 50 4.5 主轴设计 . 50 4.6 主轴的刚度校核 . 51 小 结 . 56 致 谢 . 57 参考文献 . 58 nts 5 前 言 四年的大学生活马上就要结束了，我们也进入了大学生活的最后一个阶段 毕业设计。毕业设计是对我们四年来学习知识的大总结，也是向我们今后即将从事的工作的正常过渡。 设计的正确程度也标志着我们是否具有一个工程师的基本素质。 四年来，在我系老师及领导的精心关怀和指导下，我学习了机械设计制造与设备专业的有关知识，同时也了解了一些相关学科的基本情况，为毕业设计打下了坚实的基础。 我们这次设计的题目是珩磨机设计，此题目是现场题目，实际要求很强，有一定的实用价值。图书馆中对这一方面的资料也十分有限，只有阅读大量的有关知识，触类旁通，精密构思与计算，结合老师给的要求，又参观了焦作市重型机械厂工作情况。综合以上各种材料，得出了现在比较满意的结果。在老师的辛勤指导下和同组同学的帮助下， 我的这次设计取得了基本成功，达到了厂家的基本要求。 本次设计可以说是对所学知识的综合运用，也是第一次单独面对这样庞大的设计工作。鉴于本人水平有限，经验不足，设计中难免有不足之处，请各位老师同学批评指正。 nts 6 1 磨削技术 1.1 磨削加工的发展历史 1.第一阶段 我国是采用磨削加工方法的最古老的国家之一，如在古代科学巨著天工开物中就有“切、磋、琢、磨”的成语，而其中“磨”就是指的磨削加工。 其实人类最早使用磨削要追溯到原始社会，在母系社会，人们就已经开始使用最简单的石器，而这些最简单的石器 是用简单的石头之间互相摩擦得来的。人们用这些最简单的工具捕猎，耕种。那时人们的衣着虽然简单，但仍然要有刃器的辅助，这也离不开磨削。 北魏时一个叫崔亮的创造了水磨，用来加工粮食，晋代刘景宣创造了可同时运行八盘天然岩石磨盘的石磨；唐朝时又出现了陶磨及磨碾，这些磨具均在山西长治县“王琛”墓中出土。经过专家考察在宋朝也早存在九转速的磨；十三世纪时即在元朝时候，中国人已开始用天然树胶将贝壳粉粘在羊皮纸上制成摩擦工具，这是世界上已知的最早的涂附磨具，几乎与此同时，在地中海沿岸的意大利人也开始使用简单的涂附磨具。说起指 南针，谁都知道，可谁又能想到，那也是磨削得来的产品呢！以上所叙不仅说明了我国是最早制造陶瓷材料、机械传动的古国，而且也是最早采用对金属及非金属材料进行磨削加工的国家之一，从最原始一直持续到十九世纪的初期，可视为磨削加工历史发展的第一阶段。这一阶段的特点是利用的磨料磨具及机械都较简单。 2. 磨削加工发展的第二阶段（ 1840-1900 年前后） 这一阶段出现了新的特点，即随着工业的发展、被加工材料的硬度越来越高，原来简单的磨料磨具满足不了发展的需要，于是人们就开始nts 7 寻求硬度更高的物质来做磨料，先后找到了天 然刚玉、黄宝石、天然金刚石等材料人们把这些天然材料破碎后和陶土混合后，烧成具有一定形状的磨具，以此来进行加工。 可以说，开始使用硬度较高的天然磨料是这一时期的普遍特点。 但是所有天然磨料的产量都不集中，而数量又有限质量不统一，很难保持稳定这一切局限性和飞速猛进的工业越来越不适应。 3.磨削加工历史发展的第三阶段（十九世纪的后期到二十世纪初） 这一时期的主要特点是出现并使用人造磨料。 1893 年美国卡不伦登公司的 E.G 艾奇逊利用电阻炉发明了 SiC 人造磨料这是人类历史上最早出现的人造磨料，以后又有人用 电弧炉发明了人造刚玉磨料，这些人工合成磨料的出现，意义是重大的，结束了人类只能利用天然磨料而不能利用人造磨料的历史，从此，工业方面开始到得了大批比较低廉而质量又比较稳定的、产量又稳步增加的人造磨料的磨削工具，从而推动了被磨材料加工迅速增长，当然另一方面从磨削加工的发展也促进了磨料磨具的迅速发展。本阶段又可分为以下几个时期： 1） 1900 年 -1920 年左右：这一时期，出现了除无心磨床以外的所有磨床，这促使汽车、军工、电极工业有了很大的发展。 2） 1920 年 -1949 年前后：在 20年代以后，磨床机械开始由机械传动发展到液压传动，还在磨削过程中部分的实现了自动化，在这一时期，无心磨床设计成功，开始投入使用，这一时期一个非常重要的现象就是对于磨削过程的研究，由开始的经验方法转入理论分析。即开始对磨削理论的研究。 3) 1950 年至 1980 年前后：在国际上，英、法、美、德、意以及前苏联对人造磨料进行了普遍的研究，并进行了工业性生产，因而磨料nts 8 及磨具较前一时期有了很大的提高，工业发达国家磨床所占的比重已达机床总量的 10%，而且还在不断的上升。 在国内，一批具有影响力的重要项目的建成投产，如第二砂轮厂、第三砂轮厂、第四 砂轮厂、第五砂轮厂、第六砂轮厂、第七砂轮厂的建成投产。说明了我国的磨料磨具行业也在不断的发展壮大。 4)改革开放前后：我国的磨料磨具为了和世界同步，在以下几个方面进行了研究或改进 : 提高磨床的精度，提高磨削的自动化程度，高速研磨，高精度和高光洁度，强力磨削，宽砂轮和多砂轮的磨削，提高磨床的加工生产率，试制发展了特殊磨削或成型磨削，超硬磨料磨具。超硬材料如人造金刚石和立方氮化硼目前被称为世界上最硬的物质，莫氏硬度为 10。金刚石的用量，每加工百万吨钢铁所用的金刚石的量来表示这个国家的工业发展 水平，美日及主要西方国家的用量均超过了 18-20 万克拉每百万吨钢，美国是世界上金刚石用量最大的国家。而我国则是 2.4 万克拉每百万吨钢，这差距是显而易见的。 六十年代天然金刚石约 2500 万克拉，数量不是很大，这是因为金刚石的生产成本太大，一般的金刚石矿中，须处理 6-8 吨矿石才能得到一克拉的金刚石，有的甚至 250 吨的矿石才能得到一克拉的金刚石，可见金刚石为什么如此的昂贵。天然金刚石的低产量及高成本促使人们走上了发展人造金刚石之路。 我国是在六十年代中期开始试制与发展人造金刚石。六十年代世界人造金刚石的产量为 1000 万克拉，今天，中国人造金刚石的产量就已达5000 万克拉（约合 1 万吨），而全世界人造金刚石的产量就无法估计了，这些人造金刚石主要用于工业。人造金刚石及其制品的发展大大地促进了特殊用途的磨削加工的要求，人造金刚石不受资源限制，制造成本从发明的那天起就不断下降，品种在逐渐增多，质量在不断的提高，这样nts 9 就极大的开辟了人造金刚石磨料的使用前景。不仅在固结磨具上，而且普遍地使用在涂附磨具上，如牙科用金刚石砂带，精密仪器上用金刚石砂带等等。 立方氮化硼是超硬磨料另一种类型，其性能与人造金刚石磨料相似，还具有比人造 金刚石一些独特的优点，如耐热方面优于人造金刚石。立方氮化硼比人造金刚石发展稍后，系 70 年代前后试制研究的，也可以说后起之秀。立方氮化硼到九十年代初期全世界工业生产大国有了较大的发展，如前苏联立方氮化硼的产量已发展到 5000 多万克拉。我国立方氮化硼也是在八十年代末期或九十年代初期试制和发展的新型产品，但速度较慢，其原因在于工艺与技术还远远落后于其它工业发达的国家，因而它的推广和使用还受到一定的限制。 人造金刚石和立方氮化硼的磨具。在发展人造金刚石磨具和立方氮化硼超硬磨料的同时，这两种超硬磨料的磨具也得到相应 的发展，人造金刚石磨具发展更快。到目前，人造金刚石磨具发展成为一个较为完整、成熟和自成体系的加工技术领域。人造金刚石磨具制品如电镀金刚石内圆切割锯片、什锦锉、磨头，人造金刚石圆锯片、框架锯片，人造金刚石修整笔，石材用金刚石磨具，金刚石筒形砂轮，加工铁氧使用金刚石磨具，金刚石修整滚轮和金刚石或立方氮化硼与硬质合金复合片磨具等等品种系列，而且继续完善补充与提高。 4.磨削加工发展的第四阶段（九十年代后期） 进入九十年代，磨料磨具行业的生产与销售、科研都起着很大很大的变化，主要表现为品种日趋多样化，专业化，竞争也 前所未有的日趋激烈，科研与销售成为每个厂家的重中之重，而我们做为砂带的专业生产厂家，也是如此。，但与国际上涂附磨具尤其是砂带产品，无论是品种或者是质量上差距是很大的。因此，当务之急加大科技力量投入迅速提高nts 10 我国涂附磨具尤其是砂带高档产品的品种及质量水平，以面临高品质、多品种需求的浪潮。如果目前全国高档次的涂附磨具产量在 400 万平方米左右，予计到 2000 年初期将达到 700 万至 1000 万平方米用量的需求。这就希望我们共同努力去开拓这个有广阔前途的市场。 1.2 磨料磨具的简明知识 磨料磨具素有工业牙齿的美称。在 磨削时常用磨料或磨具作为磨削工具对需加工的零件进行机械加工，而达到一定的技术要求。 1、 磨料 磨削材料简称磨料，即一种具有一定硬度及一定磨削能力可作磨削用途的磨削材料。磨料分天然和人造两大类。 （ A） 天然磨料 天然磨料是自然矿物开采经过加工而制成的磨料。用于磨削加工先后已有如下种类： 1） 燧石：化学成分主要是 SiO2，莫氏硬度 7。燧石易断裂，韧性差，莫氏硬度不高，主要用来制造张页式砂纸，主要用来加工皮革、毛毡等的抛光加工。 2） 石英砂：类似燧石，比燧石的纯度又高了一层，主要化学成分为 SiO2，莫氏硬度 7，理化性能如燧石。石英砂来源于石英矿或从河砂中筛选加工，其用途类似燧石，迄今国内有些小砂布砂纸厂还在用石英砂作为生产的原料进行生产，其目的在于生产的砂布或砂纸以低于用人造磨料所生产的砂布或砂纸的价格，销售于广大农村、乡镇企业加工使用，质量下乘，但也有一定的市场。 3） 紫红铁粉即氧化铁：多用于天然的、也可以经过人工制造的。由于质地比较柔和，主要用于工件的清理和抛光的目的加工，如部分光学玻璃的研磨或抛光也用紫红铁粉进行加工。 nts 11 4） 柘榴石：系一种天然矿物材料，如采用这种柘榴石在高温条件下进 行热处理，可使这种材料的硬度和韧性增强。柘榴石容易沿其材料的结晶体的断裂面而断裂，这样可使柘榴石具有较好的切削刃提高磨削效率。用柘榴石制成的涂附磨具可用于材料如木材或金属材料进行磨削加工，在国内或国外已不多用于生产涂附磨具，更极少用于制造固结磨具，已趋于淘汰的局面。 5）金刚砂（ Emery）： 系自然界中刚玉（ Al2O3）氧化铁的混合物。这种矿物原料在世界上许 多地方的蕴藏量都很丰富，矿石的质地与晶位各异，这种矿物材料的切削性能较差，一般只作为抛光使用。现在用这种天然矿物制造磨具已经不多，属于淘汰的趋势。 6）氧化锶（ Sr2O3）：抛光性能甚好，适用于作抛光材料，并制成氧化锶粉加磨削剂直接做为抛光材料，在国内一些光学玻璃厂还在使用如上海光学仪器厂等。 7）金刚石：天然金刚石又称金刚钻，系自然界最硬的物质，莫氏硬度为 10，天然金刚石产于南非、刚果，中国也有，价格十分昂贵，常用于作手饰及装饰品，自人类发明人造金刚石之后，在制造磨具上就多用人造金刚石作磨具，在极个别的应用范围内才采用天然金刚石。 总之，天然矿石的磨料已趋于淘汰之势。 1.3 现阶段国内磨削加工科学技术新进展 1. 继续提高磨削效率 进一步发 展高速磨削，不仅在普通外圆、内圆、轴承磨床上提高速度，而且也在诸如轧辊磨床 (险峰机床厂 )上也由 35m/s 提高到 45m/s 以上。在采用动压轴承主轴条件下实现了高效高速低粗糙度磨削 (广西大学、湖南大学 )。在一汽早已将高速磨削定为许多工艺的必行工序。 发展缓进给强力磨削工艺及机床，例如北京机床研究所与北京第四nts 12 机床厂在国内最早发展此种机床，近年又在杭州机床厂等单位发展了 HZ 029 型液压缓进给成型磨床， MLK7140 型数控缓进深切成形强力磨床。电机功率后者已达 32kW。在生产中的应用除了加工汽轮机及燃气轮机叶片根部 外，在游标卡尺零件，三爪卡盘零件， 50mm 以上深沟槽磨削，均有很大进步，天津机床厂还发展了 MKL7132 型数控缓进给强力磨削机床。 迅速发展高效砂带磨削工艺，例如对汽油机叶片工作面加工，镍材及钛材的磨削， 190 发动机气缸盖磨削，合金钢线材、带材磨削，大型宽钢板表面磨削专用尤门式磨床的开发等 (东北工学院、湖南大学、华中理工大学等 )。由于郑州第二砂轮厂成功地引进了宽砂带静电植砂全套设备，并且年产量达数百万平方米，因而为今后在国内更广泛应用砂带磨削创造了很好的条件。沈阳地区的矿山机器厂，重型机器厂对砂带磨削均有不 同的开拓应用。重庆大学青年工学硕士黄云同志和重大机械厂在科研和生产相结合方面，成功地闯出了一条新路，研制成功并取得了多种型号有自己专利的砂简易磨床，现已达到年产数百台规模。 发展重负荷磨削、磨削速度已达 80m/s 及压力250500kgf(2500N5000N)以上使金属去除率大大提高。冶金行业近年自国外引进不少高效钢坯磨床外，由冶金部组织东北工学院，苏州冶金机械厂等单位开发了 YLM 1型双面立式半自动修磨生产线，填补了当时的国内空白。重庆特殊钢厂发展的钢坯磨削技术在生产中经过多年考验证明是成功的。在这方 面第三砂轮厂已拥有大批量生产高速重负荷砂轮的技术能力及生产能力，第三砂轮厂不仅已对 63m/s 250500kgf 砂轮进行了鉴定，而且也已试制了 80m/s 重负荷砂轮，在磨料方面已采用了粗粒度刚玉，烧结刚玉及二者混合压制烧结产品，得到了用户欢迎。从磨削科技进展看，在高速重负荷磨削方面由于宝山钢厂、大冶、大连、长城、齐齐哈尔诸钢厂引进国外许多钢坯磨床，而促进了重负荷磨削的发展。 nts 13 发展了其它各种形式的磨削。如磁力研磨 (哈工大 )、砂页轮抛光磨削 (河北煤建学院），磨料流加工工艺 (一汽 )，立轴平磨的强力磨削 (东工 )。为 了提高磨削效率而积极研究各种磨削液，如对钛材的加工 (西北工大 )， SM 2 化学合成磨削液 (东工 )，发展 GL1 系列重力式纸带过滤机(上海磨研所 )。而大连组合机床所研制的多种型号半自动离心式净化装置及全自动纸带过滤机可广泛应用于各种精密磨床，珩磨抛光等。在高效磨齿工艺方面，上海磨床所发展了用球面蜗杠砂轮磨，重庆大学在高效磨齿工艺上做了很多工作。 2. 继续提高磨削精度、质量、发展超精密磨削 在高精度磨削所需要的磨庆方面，经过长期努力，已批量生产供应市场。上海机床厂已有多年生产。北京第二机床厂的 MG1420E， MG1432E属于部优产品，上海第三机床厂生产的 MGBA1420 为远销国外的产品，汉江机床厂的 SGK7303 型为数控高精度千分尺丝杠磨床， MMB8612 型半自动花鍵轴磨床。此外还有丝杠磨床及内螺纹磨床及蜗杠磨床等。 提高磨削精度仍是工艺的主要方面，在高精度平面磨削中为了降低由于砂轮不平衡而造成的波纹，已开展试用 CBN 砂轮磨削。立轴平面磨床砂轮对精度及波纹的影响的研究 (杭州机床厂 )，滚珠螺母内滚边的磨削精度的研究 (西安交大 )等。 提高表面质量与改善磨削表面质量情况是重要方面。这方面研究工作进行较多的如预应力磨削 表面残余力研究 (华南理工大学 )，磨削烧伤用模糊数学法加以预测 (吉林工大 )或用模糊数学方法评定磨削表面质量等 (北方工大 )。 随着集成电路等工业部门的兴起，硅片内孔切割用的金钢石薄片砂轮已成功生产，表面超精密加工的科技工作已在一些研究院所及高校进行。 nts 14 1991 年 5 月沈阳第一机床厂等单位成功地研制了小径定心花键侧面磨床磨削工艺，为贯彻国家标准 GB 1144 87矩形花键连接标准提供了重要技术依据，并且在 1991 年 9月的第二届中国国际机床展览会上展出了据此工艺而研制成功的 MB8712 型立式矩形花键孔键侧磨床，为今后 机床行业滑动花键副及相应齿轮副配合质量的进一步提高创造了有利条件。 3. 继续为提高磨削加工过程的自动化程度、发展数控磨床、附加数显装置及自动测量等 我国目前磨床品种虽已达 400 种左右，但对于数控生产型及自动化生产型的产品还感不足，上海重型机床厂与德国合作生产的 30 158 精密尤门导轨磨床，配有自行开发的数控系统，具有 NC设定选择粗精磨削量，凹凸形状的磨削功能，已向国内外提供了数台产品。险峰机床厂与德国瓦德里希 .济根厂合作生产 MK84125， MQK84315 型数控轧辊磨床，提供给武钢等大型企业。武汉机床厂发 展了 MK6430 数控滚刀刃磨床，精度可达 AA 级，无锡机床厂为满足喷油嘴大批量、高精度生产而开发了 WX 042A 喷油咀中孔座面自动磨床。北京第二机床厂开发了 MG1320 数控外圆磨床和 MGB1420E 高精度半自动万能外圆磨床， MBS1320E 半自动高速外圆磨床。此海第三机床厂的 MGBA 高精度半自动万能外圆磨床，MK1320 数控外圆磨床， MK2945 数控立式单柱座标磨都为磨加工高度自动化增添了新设备。沙市机床工业公司的生产的 3MZ306 全自动轴承沟道超精研机不仅实现全自动而且粗糙度可达 Ra0.160.02um。 上海机床厂、济南第四机床厂分别制造了 H194 数控端面外圆磨床和J4 026 型高精度数控外圆磨床，还开发了 MK9020 数控光学曲线磨床。在自动化轴承环内外圆磨床方面开发并生产的型号有 3MZK203B，3MA1410S， MZ208C 等等。在磨床用数控系统开发方面，有北京机床研究nts 15 所承担、北京机械工业自动化所参加研制的产品，测量范围为 5180mm，重复性 和固结修锐 工具修锐法(如油石法、刚玉块切人法、砂轮对磨法等 )两大类，此外还有电解在线修整法、电火花修锐法、高压水喷射修锐法和激光修锐等。 对于新型修整方法，应加快实用化研究。修整系统的发展应优先考虑通用的高效修整系统的研究 磨削的成拟化与智能化 超高速磨削的实验研究需要耗费大量人力物力因而随着计算机技术的发展，利用计算机进行磨削过程的仿真是一个重要的研究课题 CIRP 磨削科技委员会已把“虚拟实验室”作为一个重要的合作项目，虚拟磨床可以建立一个逼真的虚拟磨削环境，可用于评估、预测磨削加工过程和产品质量以及培训等一利用计算 机仿真可模拟磨削过程，对磨削区温度场、磨削力变化等进行仿真，分析预测不同条件下磨削精度和磨削表面质量。 磨削过程是一个多变量的复杂过程随着人工智能技术和传感器技术的发展，智能磨削也成为个重要的研究方向。智能加工的基本目的就是要解决加工过程中众多的不确定性的，要有人干预才能解决的问题。由计算机取代或延伸加工过程中人的部分脑力劳动。实现加工过程中的决策、监测与控制的自动化其中关键是决策自动化。 机床智能磨削系统的基本框架由以下二部分组成 :过程模型和传感器集成模块。利用多传感器信息融合技nts 39 术，对加工过程信息进行处 理，为决策与控制提供更加准确可靠的信息。多传感器信息融合的实现方法有加权平均法、卡尔曼滤波、贝叶斯估计、统计决策理论、 Shafer-Dempster 证据推理、具有置信因子的产生式规则、模糊逻辑、神经网络等；决策规划与控制模块，根据传感器模块提供的加工过程信息，作出决策规划，确定合适的控制方法，产生控制信息，通过 NC 控制器作用于加工过程，以达到最优控制，实现要求的加工任务。知识库与数据库，存放有关加工过程的先验知识，提高加工精度的各种先验模型以及可知的影响加工精度的因素，加工精度与加 I过程有关参数之间的关 系等。此外，应能自动学习与自动维护。华中科技大学、清华大学、西安交通大学、南京航空航天大学、天津大学、国防科技大学和东北大学等都先后进行过智能制造技术或智能制造系统等的研究工作。华中科技大学与汉江机床厂曾合作进行过螺纹智能磨削的研究。东北大学目前也正在国家教委的资助下进行智能磨削的研究。 nts 40 2 珩磨技术 缸孔平台珩磨技术作为内燃机缸孔或缸套精加工的一种新工艺，初期主要用于高压缩比的柴油机，近几年有了进一步的发展，在汽油机上也得到了广泛的应用。平台珩磨技术可在缸孔或缸套表面形成一种特殊的结构， 这种结构由具有储油功能的深槽及深槽之间的微小支承平台表面组成。这种表面结构具有以下优点： 良好的表面耐磨性； 良好的油膜储存性，可使用低摩擦力的活塞环； 降低机油消耗； 减少磨合时间（几乎可省掉）。 2.1 缸孔平台珩磨的工艺过程 为形成平台珩磨表面，在大批量生产时一般需要进行粗珩、精珩、平台珩磨三次珩磨，其作用分别是： 粗珩：预珩阶段，主要是要形成几何形状正确的圆柱形孔和适合后续加工的基本表面粗糙度。 精珩：基础平台珩磨阶段，形成均匀的交叉网纹。 平台 珩：平台珩磨阶段，形成平台断面。 要想获得理想的表面平台网纹结构，对精珩和平台珩的同轴度要求很高，因此将两个阶段合并成一次加工更为合理，通过设计成有双进给装置和装有精珩、平台珩两种珩磨条的珩磨头，能够实现一次装夹即可完成精珩和平台珩，消除了重复定位误差的影响，可以减轻前加工的压力和对机床过高精度的要求。 2.2 平台珩磨表面质量的评定方法 nts 41 由于采用国际标准中的 Ra、 Rz 等参数不足以精确表示并测量平台珩磨表面，因此，发动机制造商纷纷制定了自己的平台珩磨表面标准。经过几年的实践和发展 *趋完善，但至今没有统一的平台珩磨技术规范，由于一汽大众公司及一汽轿车公司均采用德国设备和德国标准，这里主要介绍德国用于评定平台珩磨表面质量的几个参数及相应标准。 1） 均峰谷高度 Rz（ DIN） (Mean peak-to-valley height) 在滤波后轮廓的 5个彼此相连的取样长度范围内局部峰谷高度 Zi的算术平均值。 局部峰谷高度 Z则是两条平行于中线的，在取样长度范围内通过轮廓的最高点和最低点的平行线之间的距离。值得注意的是， Rz（ DIN）与国际标准中的 Rz(微观不平度十点高度 )是不同的。 2）波度 Wt(Total waviness height) 如图 3所示，波度为经过滤波轮廓的水平方向上的最大峰谷高度。 3）核心剖面深度 RK(Core roughness depth)系列参数 核心剖面深度 RK(Core roughness depth)系列参数包括核心剖面深度 RK、尖峰高度 Rpk(Reduced peak height)、沟痕深度 Rvk（ Reduced valley depth）、尖峰材料比率 Mr1（ Peak material ratio）、沟痕材 料比率 Mr2(Valley material ratio)等。 2.3 平台珩磨工艺中的几个关键问题 1）表面质量参数的确定 缸孔的表面质量参数通常是在产品设计过程中由设计人员给出的，过去由于一般仅采用表面粗糙度 Ra 评价表面质量，产品对工艺的要求比较少。采用平台珩磨标准后，表面参数和评价标准将决定工艺方法，包括设备结构、珩磨条类型、检测设备等，如：德国大众公司采用Rk 系列参数，英国 Perkins 公司采用 R3z、 Skew 等参数，并对检测设备nts 42 有明确的要求。因此可以讲，缸孔平台表面质量参数的确定 是产品与工艺相结合的过程，尤其是对老产品的改造。 2）两次珩磨还是三次珩磨 过去一般认为两次珩磨和三次珩磨均可实现平台网纹的表面结构。随着工艺水平的提高，现在一般认为只有采用三次珩磨，且精珩磨与平台珩磨在同一工位上一次定位完成，才能获得精确的平台网纹表面结构。 三次珩磨过程中，粗珩磨去除的余量为 30 50mm，精珩磨去除的余量为 20 30mm，平台珩磨去除的余量为 3 5mm。粗珩磨时主要去除余量，消除精镗加工的刀痕，为珩磨网纹创造条件；精珩磨形成网纹深沟；平台珩磨珩出平台。 nts 43 3 珩磨工艺及其应用 珩磨工艺 (Honing Process)是磨削加工的一种特殊形式，又是精加工中的一种高效加工方法。这种工艺不仅能去除较大的加工余量，而且是一种提高零件尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度的有效加工方法，在汽车零部件的制造中应用很广泛。 3.1 珩磨加工原理 珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石 ,由涨开机构（有旋转式和推进式两种）将油石沿径向涨开 , 使其压向工件孔壁 ,以便产生一定的面接触。同时使珩磨头旋转和往复运动 ,零件不动 ;或珩磨头只作旋转运动 ,工件往复运动 ,从而 实现珩磨。 在大多数情况下 ,珩磨头与机床主轴之间或珩磨头与工件夹具之间是浮动的。这样 ,加工时珩磨头以工件孔壁作导向。因而加工精度受机床本身精度的影响较小 ,孔表面的形成基本上具有创制过程的特点。所谓创制过程是油石和孔壁相互对研、互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面的原理。 珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动 ,使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹 ,而且在每一往复行程时间内珩磨头的转数不是整数 , 因而两次行程间 ,珩磨头相对工件在周向错开一定角度 ,这样的运动 使珩磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹亦不会重复。此外 ,珩磨头每转一转 ,油石与前一转的切削轨迹在轴向上有一段重叠长度 ,使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。这样 ,在整个珩磨过程中 ,孔壁和油石面的每一点相互干涉的机会差不多相等。因此 ,随着珩磨的进行孔表面和油石表面不断产生干涉点 ,不断将这些干涉点磨去并产生新的更多nts 44 的干涉点 ,又不断磨去 ,使孔和油石表面接触面积不断增加 ,相互干涉的程度和切削作用不断减弱 ,孔和油石的圆度和圆柱度也不断提高 ,最后完成孔表面的创制过程。为了得到更好的圆柱度 ,在可能的情况下 ,珩磨中经常使零件掉 头 ,或改变珩磨头与工件轴向的相互位置。 需要说明的一点 :由于珩磨油石采用金刚石和立方氮化硼等磨料 ,加工中油石磨损很小 ,即油石受工件修整量很小。因此 ,孔的精度在一定程度上取决于珩磨头上油石的原始精度。所以在用金刚石和立方氮化硼油石时 ,珩磨前要很好地修整油石 ,以确保孔的精度。 3.2 珩磨的切削过程 1)定压进给珩磨 定压进给中进给机构以恒定的压力压向孔壁 ,共分三个阶段。 第一个阶段是脱落切削阶段 ,这种定压珩磨 ,开始时由于孔壁粗糙 ,油石与孔壁接触面积很小 ,接触压力大 ,孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表面 因接触压力大 ,加上切屑对油石粘结剂的磨耗 ,使磨粒与粘结剂的结合强度下降 ,因而有的磨粒在切削压力的作用下自行脱落 ,油石面即露出新磨粒 ,此即油石自锐。 第二阶段是破碎切削阶段 ,随着珩磨的进行 ,孔表面越来越光 ,与油石接触面积越来越大 ,单位面积的接触压力下降 ,切削效率降低。同时切下的切屑小而细 ,这些切屑对粘结剂的磨耗也很小。因此 ,油石磨粒脱落很少 ,此时磨削不是靠新磨粒 ,而是由磨粒尖端切削。因而磨粒尖端负荷很大 ,磨粒易破裂、崩碎而形成新的切削刃。 第三阶段为堵塞切削阶段 ,继续珩磨时油石和孔表面的接触面积越来越大 ,极细的切屑堆积于油石与孔壁之间不易排除 ,造成油石堵塞 , 变得很光滑。因此油石切削能力极低 , 相当于抛光。若继续珩磨 ,油石堵塞严重而产生粘结性堵塞时 ,油石完全失去切削能力并严重发热 ,孔的精度nts 45 和表面粗糙度均会受到影响。此时应尽快结束珩磨。 2)定量进给珩磨 定量进给珩磨时 ,进给机构以恒定的速度扩张进给 ,使磨粒强制性地切入工件。因此珩磨过程只存在脱落切削和破碎切削 ,不可能产生堵塞切削现象。因为当油石产生堵塞切削力下降时 ,进给量大于实际磨削量 ,此时珩磨压力增高 ,从而使磨粒脱落、破碎 ,切削作用增强。用此种方法珩磨 时 ,为了提高孔精度和表面粗糙度 ,最后可用不进给珩磨一定时间。 3)定压 -定量进给珩磨 开始时以定压进给珩磨 ,当油石进入堵塞切削阶段时 ,转换为定量进给珩磨 ,以提高效率。最后可用不进给珩磨 ,提高孔的精度和表面粗糙度。 3.3 珩磨加工特点 1）加工精度高 特别是一些中小型的通孔，其圆柱度可达 0.001mm 以内。一些壁厚不均匀的零件 ,如连杆 ,其圆度能达到 0.002mm。对于大孔 (孔径在 200mm以上 ),圆度也可达 0.005mm,如果没有环槽或径向孔等 ,直线度达到0.01mm/1m 以内也是有可能的 。珩磨比磨削加工精度高 ,因为磨削时支撑砂轮的轴承位于被珩孔之外 ,会产生偏差 ,特别是小孔加工 ,磨削精度更差。珩磨一般只能提高被加工件的形状精度 ,要想提高零件的位置精度 ,需要采取一些必要的措施。如用面板改善零件端面与轴线的垂直度 (面板安装在冲程托架上 ,调整使它与旋转主轴垂直 ,零件靠在面板上加工即可 )。 2)表面质量好 表面为交叉网纹，有利于润滑油的存储及油膜的保持。有较高的表面支承率（孔与轴的实际接触面积与两者之间配合面积之比），因而能承受较大载荷，耐磨损，从而提高了产品的使用寿命。珩磨速度低（是磨nts 46 削速度的 几十分之一），且油石与孔是面接触，因此每一个磨粒的平均磨削压力小，这样珩磨时，工件的发热量很小，工件表面几乎无热损伤和变质层，变形小。珩磨加工面几乎无嵌砂和挤压硬质层。 3）加工范围广 主要加工各种圆柱形孔：通孔、轴向和径向有间断的孔，如有径向孔或槽的孔、键槽孔、花键孔、盲孔、多台阶孔等。另外 ,用专用珩磨头 ,还可加工圆锥孔、椭圆孔等 ,但由于珩磨头结构复杂 ,一般不用。用外圆珩磨工具可以珩磨圆柱体 ,但其去除的余量远远小于内圆珩磨的余量。珩磨几乎可以加工任何材料，特别是金刚石和立方氮化硼磨料的应用，进一步拓展 了珩磨的运用领域，同时也大大提高了珩磨加工的效率。 4）切削余量少 为达到图纸所要求的精度，采用珩磨加工是所有加工方法中去除余量最少的一种加工方法。在珩磨加工中，珩磨工具是以工件作为导向来切除工件多余的余量而达到工件所需的精度。珩磨时，珩磨工具先珩工件中需去余量最大的地方，然后逐渐珩至需去除余量最少的地方。 5）纠孔能力强 由于其余各种加工工艺方面存在不足，致使在加工过程中会出现一些加工缺陷。如：失圆、喇叭口、波纹孔、尺寸小、腰鼓形、锥度、镗刀纹、铰刀纹、彩虹状、孔偏及表面粗糙度等 (见图 3-2)。 nts 47 图 3 1 加工工件内壁 图 3 2可用珩磨进行修孔的工件 采用珩磨工艺加工可以通过去除最少加工余量而极大地改善孔和外圆的尺寸精度、圆度、直线度、圆柱度和表面粗糙度。 nts 48 4.设计结构选择和设计计算 4.1 导向柱设计 导向柱是为了保证珩磨头能够高精度的上下运动，保证其和被珩磨孔的垂直度，也能保证其较好的刚度，选用 4根直径 150 2000L 的导柱对其导向，加工锡青铜套与导柱配合，采用酯润滑。既能抱着较小的间隙和较高的刚度，又能保证其能够产生较小的摩擦系数，是一个比较成熟的设计，此结构在各压力机上均有使用，是一个比较可靠的结构；结构图如下图： 图 4 1 导向柱示意图 上图支撑平台采用焊接结构，焊接后人工实效处理，实效处理后加工各配合面，保证它的结构稳定性。 4.2 底座的设计 下部架体采用 20mm 厚的钢板焊接而成，焊接后人工实效处理，由于设备在工作过程中需要珩磨液，且设备的底部架体为中空的设计，为了节省空间使设计更加紧凑，于是将珩磨液箱设计在架体中间，如图所示： nts 49 图 4 2 珩磨机床底座 4.3 驱动气缸设计： 驱动气缸采用 76 1285 的气缸驱动，气缸带动珩磨头上下运动来进行珩磨，气缸的力量计算； 系统压力采用 50MPa， 活塞直径 D 74mm，活塞杆直径为 d 30mm， 则活塞的有杆腔的面积 S（ D2-d2） /4 3.14（ 74 74-30 30） /4 3.14（ 5476-900） /4 =3592.16cm2 则气缸的拉力 F 3592.16 50MPa 1/100 1796.08N nts 50 4.4 主轴电动机的功率确定 根据所加工的零件的材料的条件，确定主电动机的功率，查机械加工工艺手册得计算公式 120eFCNvEcF f APcf= COS2=0.3*COS452=0.26 P珩磨油石工作压力 网纹交叉角 泊松比 0.27 0.30 A油石面积 EcF f AP 0.26*100*20 520N 120eFCNv 520*25/ 120=2.2KW eP=P切床=2.2/0.7=3.02 机床的机械效率 床取 0.7 所以主电动级的功率为选 4Kw 故选用 YVP112M-2-4KW 型号变频电机 4.5 主轴设计 主轴的滑动采用滑动平键，长轴通过两端的圆锥滚子轴承，安装在移动平台上，上端采用滑动平键连接皮带轮。 如下图所示： nts 51 图 4 3电动机及主轴部分 图 4-3传动主轴设计 4.6 主轴的刚度校核 轴的刚度分为弯曲刚度与扭转刚度两种。弯曲刚度用轴在受力时产生的挠度（ y）与倾角（ ）来量度；扭转刚度用轴在受力时每 1m长度上产生的扭转角（ ）来度量。 轴受力时如产生过大的弯曲或扭转变形，在回转中容易引起震动和噪声，影响机床的正常工作；对于连续切削的机床，这种现象更明显。机床变速箱内的轴，如发生过大的弯曲变形，则周上齿轮的啮合正确性及 平稳行将受到影响；滚动体和滚道的接触寿命；如装在滑动轴承中，则所受的压力将集中于轴承的一端，引起轴承和轴径的加速度磨损；如轴装有滑移齿轮或离合器，则将影响其移动的灵活性。在进给系统中，如轴发生过大的扭转变形，则运动部件在运动中将发生爬行，破坏均匀进给。nts 52 对传动精度有严格要求的的机床，如轴发生过大的扭转变形，则会严重影响机床的工作精度。对两根轴有同步传动要求的机床，如轴在不等载受力情况下发生过大扭转变形，则将造成主轴箱的倾斜。因此，对机床上的轴，一般应进行弯曲刚度核算。对可能产生爬行的轴，还应进行扭转刚度的核算 。 1、 确定皮带以及皮带轮 电动机的功率为 4Kw 由表 8-7查的工作情况 Ak =1.3 故计算得cap=1.3 4=5.2Kw 根据工作需求定皮带轮的中心距喂 500mm 两皮带轮直径为 200mm 皮带选用 A 型 V形带 两个皮带轮大小相同 包角为 180 计算根数 Z 由 d=200 n=2800 查表 8-4a 得
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