行星轮瓷砖抛光运动模拟及行星轮抛光机设计

景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）中文题目：行星轮瓷砖抛光运动模拟及行星轮抛光机主体结构设计英文题目：THE SIMULATION OF PLANETARY WHEEL CERAMIC TILE POLISHING MOVEMENT AND THE MAIN FRAME OF PLANETARY WHEEL POLISHING MACHINE DESIGN院 系：专 业：姓 名：学 号：指导教师：完成时间：本科生毕业设计（论文）- 1 -摘 要优质的瓷砖磨削效果要求瓷砖表面各点处的磨削频数尽可能地一致，才会产生满意的磨削加工效果。但在实际抛光中，磨削容易产生暗带。本文首先分析了陶瓷材料的磨削去除机理，得出瓷砖的磨削深度。然后对普通磨头磨削轨迹分析和对行星轮磨削轨迹进行分析，并通过其对比来说明行星轮磨削的优越性。用 Matlab抛光运动进行仿真分析，确定比较高质量的抛光效果，最后通过确定的抛光运动参数进行磨盘主体结构设计。关键词：磨削深度 行星轮磨削 Matlab 模拟本科生毕业设计（论文）- 2 -ABSTRACTGrinding effect of high quality ceramic tile require the frequency of the ceramic tile surface in everywhere is same as possible, then this will produce approving grinding effect. But polishing in practice, grinding will easily produce diazone. This paper firstly analyzes the mechanism of the grinding of ceramic materials, conclude the grinding depth of ceramic tile in polishing. Then through the analysis of the grinding track of ordinary grinding wheel and the grinding track of planetary wheel, and to illustrate the superiority of planetary wheel grinding by contrast the two track. Simulation analysis of polishing movement in matlab to make the high quality polishing effect. And through the known parameters of polishing motion to design the main frame of millstone design.KEYWORDS: Grinding depth Planetary wheel polishing Matlab simulation 本科生毕业设计（论文）- 3 -目 录 1 引言 5 1.1 瓷砖抛光技术现状51.2 研抛技术发展趋势61.3 目前磨削生产遇到的瓶颈问题61.4 研究内容及目标72 瓷砖切削深度的分析82.1 陶瓷材料的磨削去除机理82.2 单颗磨粒的切削深度 93 抛光机磨削过程分析 113.1 磨削过程的特点 113.2 磨削运动轨迹的基本要求124 普通磨头磨削轨迹分析134.1 磨削轨迹数学建模分析134.2 用 matlab模拟磨削运动轨迹具体过程154.2.1 主轴一把刀单点运动轨迹 154.2.2普通磨头单点 瓷砖无进给运动164.2.3普通磨头单点瓷砖有进给运动 174.2.4普通磨头的最终模拟效果 184.3对普通磨头模拟运动轨迹的分析195 行星磨头机构简图及磨削轨迹分析 215.1机构简图215.2磨削轨迹模型225.3用 matlab模拟磨削运动轨迹具体过程 245.3.1 行星轮单点无进给轨迹模拟图24本科生毕业设计（论文）- 4 -5.3.2行星轮单点轨迹模拟图255.3.3 行星轮五把刀模拟图265.3.4 行星轮五把刀模拟图275.3.5行星轮五把刀模拟图285.3.6 行星轮五把刀模拟图295.4 对行星磨头模拟运动轨迹的分析 315.4.1普通磨头与行星轮单点运动模拟轨迹的对比31 5.4.2行星轮磨头刀具数量的选择326 行星轮磨盘主体结构设计326.1行星轮主体结构336.2电动机的选择336.3 带轮的设计346.4主轴的设计377 经济性分析41致谢43参考文献44本科生毕业设计（论文）- 5 -1 引言1.1 瓷砖抛光技术现状抛光砖是通体砖坯体的表面经过打磨而成的一种光亮的砖，属通体砖的一种。我国抛光砖随着生产技术水平的不断提高，品质走在世界前列，质量处于国际先进水平。国标高于欧标，表面平整度、边直度、直角度和耐磨性等参数都比欧标高倍以上。工艺上的要求比国外小规格瓷砖更高，在无缝拼接上，对于瓷砖尺寸精确度要求也更高，品质也更优秀。目前抛光砖在出口上占很大份额。（1）国内发展情况介绍：运动是实现研磨和抛光的充要条件，通过运动实现工件和研磨盘之间的相对摩擦，在摩擦过程中实现了磨粒切削、滑擦、化学反应等，从而达到材料的去除。研磨抛光的运动方式是多种多样的，概括起来主要有圆运动、直线运动和摆式运动等。目前国内常用磨头结构有：多头连续磨结构，行星磨头结构，摆动式磨头结构，锥滚式磨头结构。（2）国外发展情况介绍：在磨削加工发展的初期，人们已经开始探索获取砂轮表面形貌的方法，但是由十砂轮表面磨粒分布的随机性以及当时试验条件的落后，研究者只能获得一维的表面模型，采用一维的统计学方法来获得砂轮表面形貌的特征，例如:砂轮的粗糙度，有效切削刃数量。Tonshoff 将 Peklenik提出的关十磨粒切削运动的理论进行了进一步研究，他指出有效切削刃是砂轮的固有特性，对十任意的磨粒都存在多个棱角，即存在多个切削刃。随后，Verkerk指出在一定范围内，临近的两个切削刃可以看作为同一个，因为在磨削过程中，后者没有足够的切削间隙，从而不可能产生独立的切削。由此，两种不同的理论产生了，即“静态切削刃”与“动态切削刃” 。 “静态切削刃”指在静止状态下，砂轮的有效切削刃数应该是所有磨粒上的所有切削刃之和，而“动态切削刃”指在磨削运动中，有效切削刃是砂轮表面所有参与磨削的磨粒数的总和。 “并非所有的磨粒都参与切削”这一理论的确立，为欧洲国家1960中期到 1980年后期砂轮表面模型的建立打下的理论基础。本科生毕业设计（论文）- 6 -1.2 研抛技术发展趋势高效率和高精度是陶瓷材料磨削的追求两大目标，两大日标。日前国内在材料高效、精密、超精密磨削加工方面有待加强，在今后的研究中需要集中在以下几个方向:(1)实现微米一亚微米一纳米级加工技术的跃迁，为纳米陶瓷材料的加工奠定基础；(2)磨削过程的计算机控制和在线检测、诊断，以提高材料的加工精度和表面质量;(3)研究适合陶瓷材料的新的磨削加工理论和技术。影响陶瓷材料加工的囚素有很多，例如机床刚度、磨粒大小以及砂轮的结合剂类型、磨削加工量、工件材料性能、砂轮修整条件、冷却液供给状况等。陶瓷微结构、磨粒尺寸等已经被认为对陶瓷材料的材料去除方法、损伤形成以及可磨削性有相当大的影响，囚此这此结构特征在陶瓷磨削的研究中需要考虑。1.3 目前磨削生产遇到的瓶颈问题在很多的建材陶瓷公司都有抛光加工线，经过加工后的成品砖的价值比釉面砖大很多，而且利润率也大很多。因而抛光线的加工效率和加工损耗和大程度上就间接的决定了利润率。但是目前很多公司的抛光线加工线的效率和磨削质量都不是很高。另外磨削技术在材料加工中有着极其重要的地位，它不仅是大部分产品成形前的最后一道工序，而且随着磨削技术的飞速发展，磨削加工的能力和范围正口益扩大。然而磨削加工是一个相当复杂的过程，如磨削刃形状及分布处十随机的状态，而且许多参数值之间互相影响，因此要通过建模来完全重现磨削加工过程是十分困难的。磨削加工曾一度被称为是一种“黑色加工技术” 。在实际应用中，磨削加工参数往往由磨削试验决定，成本高目要花费大量的时间。此外，为了保证一定的加工质量，实际磨削往往不是在发挥机床最大潜能的基础上加工的，所以磨削加工在很大的程本科生毕业设计（论文）- 7 -度上依赖十操作者的经验。所以要解决抛光线上的磨削效率和质量就对得磨削过程进行建模仿真，找到一种实用的方法来选择最佳的加工参数，这样才可以带来巨大的利润。从磨削特点来看，都属于端而磨削，磨削而都是圆环状。因此，在磨削瓷砖时，瓷砖表而不是均匀受磨，有的地方已经磨光，有的地方还未磨光，出现光亮不匀的现象。在工厂实践中，加上一批瓷砖前，往往要经过一段时间的调试后，才能使瓷砖的抛光质量达到要求，采用较多的方法是增加抛光时间，因此造成很大的浪费。1.4 研究内容及目标这次设计在通过对磨头相对瓷砖的磨削运动分析，找出不同规格磨头相对不同规格瓷砖以及在采用不同的加上方式时，它们的运动和儿何参数的合理匹配，以提高抛光效率，减少调试时间和抛光时间，降低成本，提高抛光砖的质量。本科生毕业设计（论文）- 8 -2 瓷砖切屑深度的分析2.1 陶瓷材料的磨削去除机理陶瓷材料的磨削加工必须选择合理的工艺参数，在保证加工表面质量的前提下获得最高的材料去除率，材料去除率越高，磨削加工费用就越低。但去除率的提高又受到工件表面损伤的限制，工件表面损伤将导致材料强度降低。为获得最优的磨削参数，在设计磨削试验时，首先需要掌握工程陶瓷磨削机理，分析影响加工效果的主要因素，以正确选取材料的去除方式。多年来，对陶瓷磨削机理的研究主要集中在“压痕断裂力学模型”上。压痕断裂模型是将陶瓷磨削中磨粒与工件的相互作用视为小规模的压痕现象。图 2.1.1所示为在 Vickers压头作用下的陶瓷材料的变形与断裂。在压头的正下方为塑性变形区，从塑形变形区开始形成两个主要的裂纹系统：径向（中央）裂纹和横向裂纹。只要压头（磨粒）上所受的力 P超过某一临界Pc，就会产生横向断裂，当满足横向裂纹扩展条件时，横向断纹向前延伸并扩展至工件表面，材料以断裂方式被去除。如所受载荷低于临界值 Pc，就不会出现横向裂纹，磨粒与工件之间将产生塑性流动，材料以塑性变形的方式被去除。不同的陶瓷材料，其临界载荷值 Pc夜不同，而陶瓷材料的去除机理一般都是以脆性断裂荷塑性变形两种形式存在。当 PPc时，材料是通过空隙和裂纹的成形或延展、剥落及碎裂等方式来实现脆性去除的；当P ）时，材料的去除过程为脆性断裂去除过程。gmae设计磨削试验参数时，首先根据式（2）计算出材料的临界切削厚度 ，考虑gea最大切削深度与临界切削深度的关系，再根据式（1）选择磨削深度等磨削参数值。本科生毕业设计（论文）- 11 -3 抛光机磨削过程分析3.1 磨削过程的特点抛光机位于刮平工序之后，从工艺的角度抛光机磨头分粗磨、粗抛和精抛头三组。按不同加工要求每组磨头个数可灵活配置。从结构上看，磨头有摆动式、圆柱滚动式和圆锥滚动式等形式，它们的加工方法如图 3.1.1所示。粗磨用于进一步调整瓷砖的平整度，需较大的磨削用量，多采用磨削效率较高的圆柱滚动式磨头和圆锥滚动式磨头，磨削过程中磨削量恒定。粗抛则以磨削为主，研磨为辅。粗抛磨削量较粗磨少，结构上多采用摆动式磨头，也有一些厂家在粗抛的前几个磨头上采用圆柱滚动式磨头或圆锥滚动式磨头。粗抛是以研磨为主，磨削为辅的一道工艺。与精抛相比较其模块的粒度较大，磨头结构为摆动式。粗、精抛都是恒压力磨削。抛光机的磨削过程具有以下特点：（1） 瓷砖的抛光由多个磨头共同完成，瓷砖的抛光质量不仅仅单个磨头的磨削质量有关，而且与抛光工艺安排有关。合理安排各磨头的切削用量及粗、精抛磨头的粒度梯度，以及对各磨头的运动轨迹的规划都将有效地提高瓷砖的抛光质量。（a）摆动式磨头 （b）圆柱滚动式磨头 （c）圆锥滚动式磨头图 3.1.1 磨头示意图本科生毕业设计（论文）- 12 -（2）由图 3.1.1可知无论是哪一种结构，磨头的模块都有一个绕某轴线的运动，所以从模块与被磨削表面的接触看，是以周面磨削的方式进行加工的。模块与瓷砖之间是线接触，在分析单个磨头的磨削均匀性中，该因素不应忽略。（3）与一般金属构件的平面磨削不同的是瓷砖在磨削过程中提供纵向进给vt，也即瓷砖在磨削过程中没有夹紧固定。正因为如此，瓷砖抛光的磨削质量与瓷砖在磨削过程中的运动状态有关。3.2 磨削运动轨迹的基本要求磨 抛 表 面 形 成 过 程 是 决 定 加 工 表 面 质 量 的 重 要 因 素 。 表 面 形 成 与 磨 抛 运动 、 磨 盘 直 径 、 磨 具 形 状 、 粒 度 及 磨 料 切 刃 分 布 状 态 、 工 件 材 质 等 因 素 有 关 。为 了 使 板 材 磨 抛 表 面 获 得 较 高 的 表 面 质 量 ， 必 须 合 理 选 择 磨 具 运 动 参 数 和 机构 参 数 。 根 据 磨 抛 加 工 理 论 ， 磨 具 与 瓷 砖 之 间 应 尽 可 能 具 有 较 复 杂 的 相 对 运动 ， 运 动 轨 迹 应 具 有 周 期 性 ， 轨 迹 网 纹 交 点 在 纵 横 方 向 的 间 距 大 致 相 等 ， 以保 证 在 磨 抛 过 程 中 ， 磨 具 在 各 个 方 向 都 能 均 匀 地 切 除 工 件 表 面 的 凸 峰 ， 减 少前 一 工 步 的 残 留 磨 痕 等 缺 陷 ， 以 高 效 获 得 较 高 的 表 面 光 泽 度 和 较 低 的 表 面 粗糙 度 。因 此 ， 为 了 使 被 加 工 工 件 表 面 获 得 较 高 的 表 面 质 量 ， 磨 削 运 动 的 轨 迹 应满 足 以 下 条 件 :a.磨 削 运 动 的 轨 迹 应 当 是 周 期 性 的 ， 其 方 向 在 每 一 瞬 时 都 应 该 不 断 改 变 ，以 保 证 被 加 工 表 面 获 得 均 匀 的 、 无 主 导 方 向 的 加 工 条 纹 。b.磨 削 的 每 一 个 周 期 ， 即 轨 迹 一 拱 的 曲 线 弧 长 应 尽 量 短 ， 从 而 保 证 被加 工 瓷 砖 表 面 上 同 时 均 匀 的 存 在 着 各 个 方 向 上 的 加 工 条 纹 .c.磨 削 运 动 的 轨 迹 应 当 是 不 重 复 的 ， 至 少 应 使 第 一 次 出 现 重 复 的 现 象来 得 尽 可 能 晚 。本科生毕业设计（论文）- 13 -4 普通磨头磨削轨迹分析4.1 磨削轨迹数学建模分析在多头连续磨机中，磨头作定轴旋转，仅沿垂直方向作升降运动，不作水平方向的平移运动，而待加工板材在传送带上作直线运动，如图 4.1.1 所示。图 4.1.1 普通磨头定轴磨削取磨头的旋转中心为坐标原点的直角坐标系时(图 4.1.2)，磨头上任一点 f的旋转运动方程可表示为: sincoxety式中。为磨头旋转角速度(rad/s)，t 为时间(s)，e 为点 f距中心点的距离(mm)。同时，工件的直线移动方程可表示为:本科生毕业设计（论文）- 14 -0xvty式中 v为工件直线移动速度(mm/s)，经过时间 t秒后，磨头上任一点处磨粒在板面上的合成运动为转动方程与移动方程的合成运动方程：sincoxvtety（1）图 4.1.2 普通磨头磨削坐标系为了确定（1）式所描述的运动轨迹，现设有一半径为 a圆心为 D的发生圆，沿引导直线 Ax作角速度为 的无滑动的滚动，发生圆与引导直线任意接触点 O为坐称原点，发生圆外距原点距离为 e的一点 M(x，y)的坐标方程(如图 4.1.3所示)为： ()sin cosxABOetatatyMCDaet本科生毕业设计（论文）- 15 -图 4.1.3 磨削运动轨迹从上式提出 a可化为:(/sin)1coxteaty（2）(2)式为一标准的次摆线方程，如果将(2)式换成(l)式的坐标系表示时，则可将(2)式变成(l)式，也就是说(1)式为次摆线方程。故普通磨头作定轴磨削时，磨头上任一磨料在板面上的磨削轨迹为次摆线曲线。4.2 用 matlab 模拟磨削运动轨迹具体过程4.2.1 主轴一把刀单点运动轨迹程序如下t=0:0.01:10; %普通磨头单点轨迹w=pi/2;本科生毕业设计（论文）- 16 -e=3;a=1.5;v=10;k=0;for i=0:100x=a*w*(t+i*k)-e*sin(w*(t+i*k);y=a-e*cos(w*(t+i*k);plot(x,y),holdend所得出的图形如刚刚我们分析的一样图 4.2.1.1 单点模拟图4.2.2 普通磨头单点瓷砖无进给运动程序如下t=0:0.01:10 %普通磨头 无进给运动w=6*pi ;e= 0.3 ;v=0 ;for i=0.3:0.1:1;x=v*t-e*i*sin(w*t);本科生毕业设计（论文）- 17 -y=-e*i*cos(w*t);x1=v*t-e*i*sin(2*pi/5+(w*t);y1=-e*i*cos(2*pi/5+(w*t);x2=v*t-e*i*sin(4*pi/5+(w*t);y2=-e*i*cos(4*pi/5+(w*t);x3=v*t-e*i*sin(6*pi/5+(w*t);y3=-e*i*cos(6*pi/5+(w*t);x4=v*t-e*i*sin(8*pi/5+(w*t);y4=-e*i*cos(8*pi/5+(w*t);plot(x,y,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4); hold onend所得图形：图 4.2.2.1 单点瓷砖无进给运动模拟图4.2.3 普通磨头单点瓷砖有进给运动程序如下t=0:0.001:1 %普通磨头五把刀 单点w=6*pi;e=2;本科生毕业设计（论文）- 18 -v=192.9;x=v*t-e*sin(w*t); y=-e*cos(w*t);x1=v*t-e*sin(2*pi/5+w*t); y1=-e*cos(2*pi/5+w*t);x2=v*t-e*sin(4*pi/5+w*t); y2=-e*cos(4*pi/5+w*t);x3=v*t-e*sin(6*pi/5+w*t); y3=-e*cos(6*pi/5+w*t);x4=v*t-e*sin(8*pi/5+w*t); y4=-e*cos(8*pi/5+w*t);plot(x,y,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)所得图形如下图 4.2.3.1 单点瓷砖有进给运动模拟图4.2.4 普通磨头的最终模拟效果程序如下t=0:0.005:5; %普通磨头五把刀w=6*pi;e=40;本科生毕业设计（论文）- 19 -v=192.9;for i=0.3:0.1:1x=v*t-e*i*sin(w*t);y=-e*i*cos(w*t);x1=v*t-e*i*sin(2*pi/5+(w*t);y1=-e*i*cos(2*pi/5+(w*t);x2=v*t-e*i*sin(4*pi/5+(w*t);y2=-e*i*cos(4*pi/5+(w*t);x3=v*t-e*i*sin(6*pi/5+(w*t);y3=-e*i*cos(6*pi/5+(w*t);x4=v*t-e*i*sin(8*pi/5+(w*t);y4=-e*i*cos(8*pi/5+(w*t);plot(x,y,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)hold onend所得模拟图：图 4.2.4.1 最终模拟图4.3 对普通磨头模拟运动轨迹的分析由于普通磨头上任一磨粒在工件板面上的磨削轨迹是磨粒的旋转运动与工件的直线运动组成的合成运动，工件直线运动缓慢，而磨头高速旋转。为方便研究磨粒磨削轨迹的重复性，假定在某一瞬间，相对于磨头的高速旋转运动，本科生毕业设计（论文）- 20 -工件缓慢的直线运动可视为其处于一短暂的静止状态，则磨粒在每一个整数圈时，后一道磨削轨迹均与前一道磨削轨迹相重复，重复性是很高的，且磨削轨迹每一拱的弧长均为圆周长度，即 S=2 e。由上面的模拟图可以得出磨削轨迹在中间位置磨削密集，而在两侧相对稀疏。这样可能导致的结果是瓷砖中间磨削较多，而两侧磨削较少，从而造成磨削在整个瓷砖上的不均匀。所以需要设法改变主轴磨头运动方程或瓷砖进给运动使得模拟运动轨迹图形在整个图像上都比较均匀。由此我们提出用行星磨头的设想。本科生毕业设计（论文）- 21 -5 行星磨头机构简图及磨削轨迹分析5.1 机构简图行星磨头机构 HBM一 450型多头连续磨机上磨头结构为例，其简图如图 5.1.1所示。图 5.1.1 行星磨头机构简图1.电机 2.皮带 3.带轮 4.主轴 5.磨头 6.系杆 7.太阳轮 8.行星轮 9.行星轴该磨头系用外啮合行星齿轮传动，电机经皮带传动 2、3 带动主轴 4传动，主轴 4带动原杆 6转动。磨头箱内有一个太阳轮 7和五个行星轮 8，太阳轮通本科生毕业设计（论文）- 22 -过与主轴下轴承盖相固定的磨头盖联接，保持相对静止，五根装有行星齿轮的行星轴 9安装在磨头箱上，由磨头箱带动，使五个行星轮绕太阳轮公转并绕自身的行星轴自转，从而带动安装在行星轴下端的行星磨头旋转，以完成磨削运动。行星磨头只作垂直方向的升降运动，水平方向无运动。5.2 磨削轨迹模型首先建立磨头上任一磨粒的运动方程，图 5.2.1 行星磨头运动轨迹如图 5.2.1所示，设太阳轮中心为 ，圆半径为 (mm)，行星磨头中心为1O1R，半径为 (mm)，磨头内任一点 M(x，y)与圆心 距离为 R(mm)，当行星轮2O2R2公转转过角 t时，自转刚好过角 t（ ， 为角速度 rad/s，t 为时间 s)，121则 M(x，y)的坐标为:本科生毕业设计（论文）- 23 -12122221 2cossinicosxOCBMOtMOByDtM221221()()2tttt因为行星轮绕太阳轮作无滑动的纯滚动，所以有: 12122OGtFtRtt由此可得： 1 1221 12()()2RRMOBt t代入（3）式： 121212 11212112122 1121221cossin()()cosins()()iinRxOtMtRttyt tRtRt 本科生毕业设计（论文）- 24 -此方程为短幅外摆线运动轨迹方程。因为磨粒在工件板面上的磨削轨迹是由磨粒的运动与工件的直线运动的合成运动，故磨粒在工件板面上的磨削轨迹方程为: 12121 112121 1()coscos()ininRxvtRt tyt t式中 v为工件直线运动速度(mm/s)。5.3 用 matlab 模拟磨削运动轨迹具体过程5.3.1 行星轮单点无进给轨迹模拟图程序如下：t=0:0.01:5 %行星 1w=pi;v=0;R1=0.5;R2=0.1;R=0.08x=(v*t)+(R1+R2)*cos(w*t)-R*cos(R1+R2)/R2)*w*t);y=(R1+R2)*sin(w*t)-R*sin(R1+R2)/R2)*w*t);plot(x,y)hold on所得图像如下：本科生毕业设计（论文）- 25 -图 5.3.1.1 行星轮单点无进给运动模拟图5.3.2 行星轮单点轨迹模拟图程序如下：t=0:0.01:5 %行星 1w=pi;v=10;R1=0.5;R2=0.1;R=0.08x=(v*t)+(R1+R2)*cos(w*t)-R*cos(R1+R2)/R2)*w*t);y=(R1+R2)*sin(w*t)-R*sin(R1+R2)/R2)*w*t);plot(x,y)hold on所得图像如下：本科生毕业设计（论文）- 26 -图 5.3.2.1 行星轮单点有进给运动模拟图5.3.3 行星轮五把刀模拟图程序如下：t=0:0.01:2; %行星五把刀w=12*pi;v=193;R1=200;R2=50;R=R2*i;for i=0.3:0.05:1x=(v*t)+(R1+R2)*cos(w*t)-R*cos(R1+R2)/R2)*w*t);y=(R1+R2)*sin(w*t)-R*sin(R1+R2)/R2)*w*t);x1=(v*t)+(R1+R2)*cos(2*pi/5+(w*t)-R*cos(2*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y1=(R1+R2)*sin(2*pi/5+(w*t)-R*sin(2*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x2=(v*t)+(R1+R2)*cos(4*pi/5+(w*t)-R*cos(4*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y2=(R1+R2)*sin(4*pi/5+(w*t)-R*sin(4*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x3=(v*t)+(R1+R2)*cos(6*pi/5+(w*t)-R*cos(6*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y3=(R1+R2)*sin(6*pi/5+(w*t)-R*sin(6*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x4=(v*t)+(R1+R2)*cos(8*pi/5+(w*t)-R*cos(8*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y4=(R1+R2)*sin(8*pi/5+(w*t)-R*sin(8*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t); plot(x,y,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4),hold on本科生毕业设计（论文）- 27 -endclear所得图形如下：图 5.3.3.1 行星轮模拟图5.3.4 行星轮五把刀模拟图程序如下：t=0:0.01:10; %行星五把刀w=12*pi;v=19.3;R1=200;R2=50;R=R2*i;for i=0.3:0.05:1x=(v*t)+(R1+R2)*cos(w*t)-R*cos(R1+R2)/R2)*w*t);y=(R1+R2)*sin(w*t)-R*sin(R1+R2)/R2)*w*t);x1=(v*t)+(R1+R2)*cos(2*pi/5+(w*t)-R*cos(2*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y1=(R1+R2)*sin(2*pi/5+(w*t)-R*sin(2*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x2=(v*t)+(R1+R2)*cos(4*pi/5+(w*t)-R*cos(4*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);本科生毕业设计（论文）- 28 -y2=(R1+R2)*sin(4*pi/5+(w*t)-R*sin(4*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x3=(v*t)+(R1+R2)*cos(6*pi/5+(w*t)-R*cos(6*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y3=(R1+R2)*sin(6*pi/5+(w*t)-R*sin(6*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x4=(v*t)+(R1+R2)*cos(8*pi/5+(w*t)-R*cos(8*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y4=(R1+R2)*sin(8*pi/5+(w*t)-R*sin(8*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t); plot(x,y,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4),hold onendclear所得图形如下：图 5.3.4.1 行星轮模拟图5.3.5 行星轮五把刀模拟图程序如下：t=0:0.01:10; %行星五把刀w=12*pi;v=100;R1=200;R2=50;R=R2*i;for i=0.3:0.05:1本科生毕业设计（论文）- 29 -x=(v*t)+(R1+R2)*cos(w*t)-R*cos(R1+R2)/R2)*w*t);y=(R1+R2)*sin(w*t)-R*sin(R1+R2)/R2)*w*t);x1=(v*t)+(R1+R2)*cos(2*pi/5+(w*t)-R*cos(2*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y1=(R1+R2)*sin(2*pi/5+(w*t)-R*sin(2*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x2=(v*t)+(R1+R2)*cos(4*pi/5+(w*t)-R*cos(4*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y2=(R1+R2)*sin(4*pi/5+(w*t)-R*sin(4*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x3=(v*t)+(R1+R2)*cos(6*pi/5+(w*t)-R*cos(6*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y3=(R1+R2)*sin(6*pi/5+(w*t)-R*sin(6*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x4=(v*t)+(R1+R2)*cos(8*pi/5+(w*t)-R*cos(8*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y4=(R1+R2)*sin(8*pi/5+(w*t)-R*sin(8*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t); plot(x,y,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4),hold onendclear所得图形：图 5.3.5.1 行星轮模拟图5.3.6 行星轮五把刀模拟图程序如下：t=0:0.01:20; %行星五把刀w=12*pi;v=193;本科生毕业设计（论文）- 30 -R1=200;R2=50;R=R2*i;for i=0.3:0.05:1x=(v*t)+(R1+R2)*cos(w*t)-R*cos(R1+R2)/R2)*w*t);y=(R1+R2)*sin(w*t)-R*sin(R1+R2)/R2)*w*t);x1=(v*t)+(R1+R2)*cos(2*pi/5+(w*t)-R*cos(2*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y1=(R1+R2)*sin(2*pi/5+(w*t)-R*sin(2*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x2=(v*t)+(R1+R2)*cos(4*pi/5+(w*t)-R*cos(4*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y2=(R1+R2)*sin(4*pi/5+(w*t)-R*sin(4*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x3=(v*t)+(R1+R2)*cos(6*pi/5+(w*t)-R*cos(6*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y3=(R1+R2)*sin(6*pi/5+(w*t)-R*sin(6*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);x4=(v*t)+(R1+R2)*cos(8*pi/5+(w*t)-R*cos(8*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t);y4=(R1+R2)*sin(8*pi/5+(w*t)-R*sin(8*pi/5+(R1+R2)/R2)*w*t); plot(x,y,x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4),hold onendclear所得图形：图 5.3.6.1 行星轮模拟图本科生毕业设计（论文）- 31 -5.4 对行星磨头模拟运动轨迹的分析5.4.1 普通磨头与行星轮单点运动模拟轨迹的对比图 a 普通磨头单点运动轨迹 图 b 行星轮磨头单点运动轨迹图 5.4.1.1 普通磨头与行星轮单点运动模拟轨迹的对比通过图 5.4.1.1普通磨头与行星轮单点运动模拟轨迹对比可以知道普通磨头与行星轮运动轨迹都具有周期性，但行星轮运动轨迹图形更复杂，即磨头运动时其方向在每一瞬间都在不断改变，这样使得加工表面更加均匀，而普通磨头运动则可能出现有主导方向的加工条纹。图 a 普通磨多头模拟轨迹 图 b 行星轮多头模拟轨迹图 5.4.1.2 普通磨头与行星轮运动模拟轨迹的对比通过图 5.4.1.2 普通磨头与行星轮运动模拟轨迹对比可以知道图 a普通磨多头磨削轨迹在中间位置磨削密集，而在两侧相对稀疏。这样可能导致的结果是瓷砖中间磨削较多，而两侧磨削较少，从而造成磨削在整个瓷砖上的不均匀。而图 b行星轮多头模拟轨迹图形在整个图像上都比较均匀。从普通磨头与行星磨头的运行轨迹来看，当处于同一设定条件下(工件在某一时刻处于短暂静止状态)，两者的运行轨迹均具有周期性，但后者的周期性变本科生毕业设计（论文）- 32 -化频率更高。对于轨迹的每一拱曲线弧长，行星磨头比普通磨头大为缩短，从而使加工条纹的均匀性大大提高。而对于运动轨迹的重复性，行星磨头远比普通磨头要低，从而使加工条纹不易深化，能获得较好的表面粗糙度。通过对多头连续磨机所采用的普通磨头和行星磨头磨削轨迹的分析对比，可知行星磨头磨削瓷砖时，能给后续的加工工序留下较小的加工余量，使最终的加工表面获得更均匀且高光泽的加工质量，其加工效果远优于普通磨头。5.4.2 行星轮磨头刀具数量的选择图 a 一把刀模拟轨迹 图 b 三把刀模拟轨迹 图 c 五把刀模拟轨迹图 5.4.2.1 行星轮磨头刀具数量不同时的运动模拟轨迹图通过图 5.4.2.1 对比行星轮磨头刀具数量不同时的运动模拟轨迹图可以得出，刀具数量越多，轨迹越密，且均匀性更好。从效率上考虑，刀具数量越多越好。但是刀具数量过多会占据大量空间，且加重主轴转动时的负荷。综合考虑，行星轮磨头刀具数量我们选择了五把刀。本科生毕业设计（论文）- 33 -6 行星轮抛光机主体结构设计6.1 行星轮主体结构行星轮机构简图如下，由图可知，其结构包括有：电动机、皮带、带轮、主轴、太阳轮、系杆、行星轮、磨头及其它部件。图 6.1.1 行星轮机构简图6.2 电动机的选择1) 确定公转电动机功率2) 从动轮输出功率为 P w= 10Fv式中：F 为公转盘公转阻力，有资料查得 F=1950，公转速度 V由以上模拟所得参数，v=0.96m/s本科生毕业设计（论文）- 34 -电动机输出功率为 Pd= = w10Fv由电动机至从动轮输出之间的总效率为= 1 2式中： 1， 2分别为带传动和摆针式减速器的效率。查设计手册可取 1=0.96、 1=0.92，则=0.96*0.92=0.88所以 Pd= = =2.1Kw10Fv8.0*9653) 确定电动机转速从前面的模拟结果可以确定公转盘的工作转 nw=36r/min因为有手册可查得，带传动的传动比为 i1=24，满足条件的摆针式减速器的传动比为 i2=613，则总传动比 i的合理范围为i=i1i2=1252因此，电动机转速的可选范围为n=i*n=(1262)*36r/min=(4321872)r/min综合考虑电动机和转动装置的尺寸、质量以及带传动和减速器的传动比。因此选定电动机型号为 Y100L1-4,即电动机的额定功率 Ped=2.2Kw，满载转速n=1430.6.3 带轮的设计1) 带轮的选择根据带传动原理不同，带传动可分为摩擦型和拟合型两大类，前者过载可以打滑，但传动比不准确（滑动率在 2%以下） ；后者可保证同步传动。根据环流抛光机的工作要求，选择摩擦型带传动。根据带的形状，摩擦型传动，可分为平带传动、V 带传动、特殊带传动。平带传动结构简单，传动效率高，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多；V 带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出了轮槽。传动时，V 带传动允许的传动比大；多楔带兼有平带柔性好和 V带摩擦力大的优点，并解决了多根 V带长短不一而使各带受力不均的问题。多楔带常应用于结构紧凑的传动，特别是要求轮轴垂直地面的传动，而且可以在粉尘条件下工作。综上所述，我们选择了多楔带传动本科生毕业设计（论文）- 35 -2) 确定设计功率 dP由机械设计手册查得工作情况系数 =1.1.设计功率AK= P =1.1*2.2kW*93%=2.25kW.dAK式中 为减速器传动效率。3) 选择带型查手册根据选择多楔带型图，选择 PL性多挈带4) 计算传动比 i= =100/86=1.1721n5) 确定小皮带轮有效直径 应使 由设计手册查得 =140mm。1ed1emind1ed6) 确定大带轮有效直径由手册查的公式=i（ +2 ） （1- -22ed1e)由手册查得 =3= mm2e3*2)0.)(3*240(7. =164mm参见手册得 =160mm2ed7) 计算初定带的有效长度 和中心距eoLoa根据 0.7（ + ） 2（ + ）,初定中心距 =3001e2oa1d2o初定带的有效长度 =2 + （ + ）+eoL1e2o1e24a)(=2*300+ (140+160)+ mm30*)6(2=1540mm由手册查得标准带长 =1500mmeL8) 计算实际中心距 a20eoa=（300+ ）mm1540本科生毕业设计（论文）- 36 -=280mm9) 确定中心距调整量，由设计手册查得， 16mm， =22mm。中心minmin距尺寸范围为：（ -a)()=（280-22）（280+16）mm=258296mm10) 计算小带轮包角 ，确定包角系数1K=13.57802ade= .146=175.9查设计手册得 =0.986K11) 确定带长修正系数 ，由手册查得L=0.88L12)确定每楔传递的基本额定功率 和传动比引起的功率增量 ，由手册1P1P查得 =0.221P=01每楔传递能的功率 + =（0.19+0）=0.22Kw113)确定带的楔数z= LdKP) (1= 8.096.205=11.7 取 z=1214)确定压轴力 QF带速 106ndve本科生毕业设计（论文）- 37 -= 1064=0.73m/s由此得带传动有效拉力=tFvPd= N73.0125=3082N 2sin1trQFK=（1.53 N)9.75si308=4712N6.4 主轴的设计1、选择轴的材料、热处理方式，确定许用应力轴名 材料 热处理 硬度 抗拉强度 许用弯曲应力主动轴 45 rC调制 241286 750MPa 70MPa2、画出轴的结构示意图和轴上的零件装配法案图：结构示意图本科生毕业设计（论文）- 38 -3、 计 箅 轴 各 段 直 径计 算 项目计 算 内 容 计 算 结 果初 步 确 定轴 的 最 小直 径 mind1、 计 算 d12、 计 算 d23、 计 算 d34、 计 算 d45、 计 算 d56、计算d6由 手 册 得 ： =112 97， 取 =112(取 较 大 值 ) 0A0A= =63mmin0Pd1 轴 段 上 有 一 个 键 槽 ， 故 轴 径 增 大 in1Ld1=d1”（ 1+5%） 64.05 按 根 据 与 碳 刷 箱 的配 合 取 圆 整 dl=65为 了 满 足 带 轮 的 轴 向 定 位 ， 且 轴 端 上 有 一 个 键2L槽 。 因 取 d2=70。d3=d2 （ 1 5） mm 75， d3必 须 与 轴 承 的 内 径一 致 ， 圆 整 d3 75。 所 选 轴 承 型 号 为 7215C， d4=d3+(1-5)mm=7175， 为 装 配 方 便 且 尺 寸 较 大 传4L递 扭 矩 较 大 而 加 大 直 径 ， 应 圆 整 为 标 准 直 径 ； 一 般 取0,2,5,8为 尾 数 。 取 d4=83d5=d3=75， 同 一 轴 上 的 轴 承 选 用 同 一 型 号 ， 以 便于轴 承 座 孔 镗 制 和 减 少 轴 承 类 型 。， 轴段 上有一个键槽，故轴径增大6dmin6L5%，= （ 1+5%） 64.05， 应 圆 整 为 标 准 直66径 ；因 此 取 d =65=61.1mmindd1=65d2=70d3=75d4=83d5=75d6=65本科生毕业设计（论文）- 39 -4、 计 算 轴 各 段 长 度计 算 项 目 计 算