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凸轮轴去毛刺机的设计含14张CAD图,文本
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摘要：本文论述了凸轮轴去毛刺机的设计，为了能在原有的手工加工基础上提高加工效率，而设计一种半自动化的装置，并能将该装置安置于普通机床上，用以去掉凸轮端面毛刺。在文中主要介绍了去毛刺技术的发展及其趋势，凸轮轴去毛刺装置的总体方案设计，总体布局设计，机床主参数设计等。其中包括机床床身导轨设计，底座的设计，及其电机的选择等。关键词：去毛刺技术的发展，装置设计，方案，床身导轨，床腿，控制 Abstract:This paper introduced the design of device deburring machine on cam shaft , because the technical of cleaning hair was used by hand ,In the foundation of the original technic to improve the efficiency of the exaltation, design an device that semiautomatic device, and it can be put the setting on the common tool machine, throwing away the hair of the face of the .this paper mainly introduced to stab technical development and its developing direction in the future, the cam stalk goes to the hair to stab the total project design of the device, the total layout design, the tool machine main parameter design etc.Among them include the tool machine bed body to lead the track design, the design of the base, and choice of its electrical engineering.Keyword: the development of technical, design of the equip, the bed body and leads ,the bed leg, control前 言就目前来说，去毛刺技术在国内的发展还是比较落后的，其中大部分企业还一直采用原始的方法手工去毛刺，而国外大部分企业使用都使用数控机床来去毛刺。数控机床采用纯数学的模型来加工工件表面，因此具有很高的加工精度，一般的机床是无法实现的。而手工去毛刺的效率是可想而知的，即费工时，又费能源，因此设计一去毛刺专用机床十分必要。 在这种情况下，结合国内的具体情况，大部分企业选择了自主设计去毛刺专用机床以便获得较好的经济效益，以及加工精度。去毛刺技术是伴随着机加工的多样化而产生了更为丰富的内容。例如，电解去毛刺，热脉冲去毛刺，刷子精整法，积压珩磨，磁力研磨法等。总之，无论采用何种方法最终的目的就是把毛刺去掉，并达到要求。本文在现有的资料基础上，通过查阅图书馆资料，阅读专业期刊和上网等手段查找了相关的资料，并获得了一些有用的信息，结合实际情况了解了现有的去毛刺机结构、原理和凸轮轴的加工方法等 。再此，应特别感谢指导老师赵波教授，刘传绍教授，童景琳老师的耐心指导，在这里表示忠心的感谢。 目 录绪论 11、去毛刺的发展现状及其在工程中的应用 31.1 国内外去毛刺技术现状及发展趋势 31.1.1毛刺的形成和“毛刺工程”的内容 31.1.2国外去毛刺技术及发展趋势 41.1.3国内去毛刺发展与趋势 51.2 今后的发展趋势 72、总体设计 92.1 机床设计应满足的基本要求 102.1.1满足性能要求 102.1.2经济效益 122.1.3人机关系 122.2 机床的总布局及方案设计 132.2.1去毛刺机构的设计 132.2.2溜板的设计 17 2.2.3主轴箱与尾架的设计 182.2.4.总体概图 192.3、 机床主要参数的确定 20 2.3.1、尺寸参数 202.3.2、运动参数 202.3.3、动力参数 213、机床床身的设计 233.1 床身结构的选择 233.2 床身壁厚的机构 253.3 床身材料的选择 264、导轨的设计 274.1 导轨功用，分类和应满足的要求 274.2 滑动导轨 305、床腿的设计 335.1 左床腿的设计 33 5.2 右床腿的设计 34 5.3 磨屑盘的设计 346 、 控制与操纵 357 、 结论 37感谢 38参考文献 39附录：1、外文翻译 402、英文原文 50绪 论在这样一个复杂的社会里，我们需要掌握一门技术并能应用这门技术存在于这个社会。因此我们当中的大部分人上了大学，进入了一个学术研究的殿堂，并通过四年的基础课和专业课的学习，让我们了解和掌握更多的专业知识和其它相关的知识。以次来武装自己使之能更好的存在于社会的建设中，并能发挥更多的力量。在跨出校门，步入社会之前锻炼一下专业技能的使用能力是十分必要的。毕业设计无疑是一种最佳的方法。它既锻炼了机械制图能力，专业技术的使用能力和计算机绘图（CAD）能力，而且让我们掌握了科学资料的检索，以及获的更多资料的方法。因此毕业设计是我们步入社会前的一堂必不可少的步骤。毕业设计的目的和任务通过四年的学习，在了解和掌握的一些专业技术和标准的同时，从事一些机械的设计、维修、检测等，并能在设计时使用相关知识结合具体情况分析、计算，校核，绘图等步骤。 凸轮轴的制造和生产在国内的大部分企业中采用的大数是仿行加工和靠模加工，而采用数控加工的企业还是少数。因此，在加工中很容易产生毛刺，然而，这些毛刺的硬度一般都较高，所以在清除上比较困难。下面将是于中轴生产的凸轮轴。毕业设计题目： 凸轮轴去毛刺机的设计毕业设计题目来源： 河南中原轴件厂毕业设计图纸如下所示：1 去毛刺的发展现状及其在工程中的应用在金属、非金属零件的制造过程中，会不同程度地产生毛刺这些毛刺将影响到零件的检测、安装、使用性能、工作寿命等。因此 我们必须在生产中重视毛刺的去除工作。至今，去毛刺的方法很多，据统计有六十来种，尽管有这么多去毛刺的方法，但每一种方法都有其不同的加工要求，在选择去毛刺方法时应根据具体的材料，硬度，已加工表面要求等，找到一种适合的方法。对于要求精度较高的零件，不仅要完成去毛刺工作，而且还得保证加工精度。这就必须谨慎选用合适的去毛刺方法。在现代工业中，去毛刺技术和表面处理技术逐步从手工操作向机械化、自动化、精密化方向发展。近几十年来，计算机技术的广泛应用，使得去毛刺机械从机械装置式机床向数控机床发展。并带来了更广阔的天地。1.1 国内外去毛刺技术现状及发展趋势1.1.1 毛刺的形成和“毛刺工程”的内容毛刺作为一个技术问题来认识，总的来说，还只是近期的事。例如硅钢片的冲压，总有毛刺产生。又如伺服机构的阀芯与阀套的边缘要保持锐边，设计要求是合理的，但是其边缘往往容易产生毛刺，特别是阀体上的交叉孔处，加工后往往会留下毛刺。毛刺的存在是不容忽视的。面对各种产品在实际应用中因毛刺的存在而发生的种种事故，探索先进的去毛刺技术，去毛刺机理，同时应当从设计着手，研究少产生或不产生毛刺的结构设计的可能性。从而提出了“毛刺工程”，企图从系统的技术角度来对待毛刺，从每一个环节上将毛刺消除。从宏观的角度来看，毛刺的形成在各种工序中都可能产生，如铸造、注塑、冲压、钻孔、车削、铣削、磨削等机械加工。以切削为例，毛刺的高度和根部的粗细与切削刃的前角有着密切的关系，当前角大于10时，则毛刺高度和根部都迅速变小。在研究毛刺的同时，无法避免上述所谓的负毛刺，因为在近年来，硬脆材料日益增多，在边缘上往往产生崩裂，导致产品的报废，同时也可能形成微小的裂纹。在零件的使用中，部分脱落与毛刺一样会导致事故的发生。因此也必须采取措施，避免零件棱部出现崩口。1.1.2国外去毛刺技术现状及发展趋势1、去毛刺工艺方法的发展过程及工艺特点 当我们在选择去毛刺方法时，要考虑多方面因素，例如零件材料特性，结构形状、尺寸大小、精密程度及加工要求等。还应考虑去毛刺的经济性及设备状况等。对于机载设备零件来说，在选择去毛刺方法时，尤应注意表面粗糙度、尺寸公差、变形及残余应力等变化。到目前为止，在纵多的去毛刺方法中能够有效地在深孔、切槽或交叉孔处去除毛刺的方法还不多比较行之有效的方法是磨料流去毛刺，热能去毛刺电解去毛刺等。磨料是去毛刺、修圆角及表面抛光的综合加工方法，可除去0.15mm槽缝及0.13mm小孔内的毛刺。零件表面粗糙度可提高到015m，特别适用于型腔复杂、内部有交叉孔、微孔及细槽的零件，脆性零件及薄壁件。与手工抛光相比，可提高1216倍，且可避免废品，这种方法的适应性很强，国外，在航空发动机及航空枫威设备中已得到广泛的应用。 热能去毛刺可去除零件内腔及孔交叉处的毛刺。由于燃气的可达性好，所以可去除工件上任何部位上的毛刺，特别适用于形状复杂的零件，如汽化器壳体、液压阀、燃油调节器壳体及其它液压件等。 热能去毛刺不仅去毛刺能力强，而且加工质量好，钢件锐边倒圆0.05-1.25mm，铝件倒圆0.050.25mm，生产率高，适应性强，加工成本低。采用这种方法去毛刺时，在零件表面会留下氧化物，这对锌件或铝件来说影响不大，因为在以后的表面处理工序中会去除；对于铁族金属件，则应注意清洗处理。电解去毛刺适用于半精密及精密零件，可以较理想地形成圆角及去除毛刺，但不能修光表面，设备费用较高，操作可全自动，目前国外有简易及复杂的电解去毛刺设备。由于在电解去毛刺设备上只能去除精密件上的毛刺，所以去除的毛刺应限定在一定的形状及尺寸范围内。使用这种方法去毛刺时，零件必须是导电体。在工业发达的国家对去毛刺技术加工方法十分重视，目前去毛刺方法很多，这里具国外的一些应用较广的介绍一下：1、磨料流加工法：磨料流加工法是一种把半固体状的呈粘性的磨料介质加压通过被加工零件表面，从而达到去毛刺、倒圆角及表面精加工的目的。2、用磁力研磨法去除毛刺及表面精加工磁力研磨法是把磁性研磨材料充填到磁场中，由于磁场作用使磁性研磨材料形成磁力刷，由于这种磁力刷具有切削能力，所以可精加工外圆表面、平面、曲面及复杂型面等，而且可同时去除毛刺。3、电解去毛刺电解去毛刺是一种化学去毛刺方法，它可去除机械加工，磨削加工及冲压加工后的毛刺并使金属零件尖边倒圆或倒棱。4、热力去毛刺 热力去毛刺是用氢氧气体或氧与天然气混合爆燃后产生的高温将毛刺去掉。5、喷射加工去毛刺喷射加工去毛刺是一种古老的加工方法，已知有喷砂，喷丸及液体珩磨等。但最近已使用了新的喷射加工去毛刺法，例如加入磨料的高压喷射水加工法使用冰粒及干冰的低温喷射加工法。1.1.3、国内去毛刺发展及趋势 目前，全国从事光整加工去毛刺技术研究，开发工作的部门已发展到几十家，有一些技术已发展到较高水平，太原工业大学与日本同行进行了多次研讨，在科研方面取得了很大成果，并在95年3月份举办的中国专利十年成果博览会上获得金奖。除此以外我国光整加工技术的研究在传统的振动光饰、磁力研磨、电解去毛刺等方面均达到较高的水平。 但从光整技术和去毛刺技术的实际应用方面，我国还处于刚刚起步阶段，这与我国传统的工艺发展水平有关，在传统的概念中，往往认为零件的质量体现在强度、刚度、尺寸精度等方面，而不太重视零件的微观质量，但随着工业的发展，市场竞争的激烈、产品的质量越来越成为企业关注的焦点、企业成功与否的关键。因此近几年来光整加工技术愈来愈受到企业厂家的重视。目前，已应用于各个行业，从去锈、除砂、去氧化皮发展到去毛刺、倒棱、加工圆角、研磨、改善表面粗糙度，提高表面强度、改善表面应力分布等方面。 从行业上来看，近几年光整加工和去毛刺技术已广泛应用于轻工、五金、工具、电子、机械、印刷、纺织机械、汽车、发动机、仪器仪表、兵器、航天航空等行业的零件光整加工，特别对提高出口产品的内在质量和感观质量已成为必不可少的工艺环节。 在机械、汽车、发动机行业上，对曲轴、凸轮轴等轴类零件，齿轮、阀体、阀套等零件均可采用旋流式光整加工设备进行光整加工，提高表面质量。去毛刺并使配合表面的应力分布均匀，提高零件的疲劳强度，延长设备寿命。 在轻工行业上，不锈钢刀、叉、勺、工艺品。眼镜框等产品生产中，采用光整机械进行光饰处理，可大大提高劳动生产率，保证产品质量，减轻工人劳动强度，采用先进的离心式光整设备，可使劳动生产率提高70倍以上。 在五金行业上，工具行业，有大量的产品用于出口，而对于出口产品表面质量及感观质量的提高尤其重要，目前很多企业都是多品种、大批量生产，表面粗糙度要求很高，只有采用高产量的离心式大规格光整机方可满足要求。 电子行业中的小零件，如精密轴、齿轮等零件，均需要采用光整加工作为最终工序，并代替原用的车、磨、锉等，降低生产费用，提高劳动生产率达百倍以上，而且大大改善表面粗糙度。 在液压、纺织机械等行业方面，各种精密阀体等生产，将光整工艺作为最终工序在不改变原来配合精度的前提下，从提高表面质量，减少泄露，提高寿命，这是其它工艺无法代替的。 以上只是光整技术应用的几个方面，在我国各个行业，对不同的零件.只要属于加工行业都可采用光整加工工艺，光整加工技术的发展是非常广阔的。1.2 今后的发展趋势随着国内市场经济的不断深人发展，产品竞争日益激烈，提高产品质量的着眼点之一，无疑想提高零件表面质量，这对光整设备需要量就会大幅度增加。另一方面，国家机电产品出口比率要加大，出口产品更要讲究零件表面质量和产品外观质量，这就迫使生产厂加大投入，购置光整设备。国内一些有远见的企业家，为适应光整技术的发展，就要加大投资力度，筹建大型的专业化生产厂。有迹象表明，欧、美、日本、台湾、香港等国家和地区的某些企业，打算或正在我国设立光整设备生产据点和设置服务中心。光整加工和去毛刺技术作为最近十来年发展起来的新型边缘技术，已经引起全国各方面的重视，科研、生产部门的合作，已为我国进一步发展光整加工技术奠定了良好的基础，为了充分利用这一新技术，大大提高加工工业的生产效率和质量，在发展光整加工技术和应用方面应注意以下几个方面:术领域的繁荣。1、切削毛刺生成的定性或定量性预报对切削毛刺生成机理研究的目的在于科学地揭示毛刺生成及变化的基本规律，为有效地抑制或去除毛刺提供理论指导。这就迫切需要运用已确立的切削毛刺研究体系和影响切削加工的有关参数建立毛刺生成数学模型，通过理论解析和实验验证，逐步充实和完善切削毛刺的生成与控制的基本理论，实现切削毛刺生成的定性或定量性预报，促进少无毛刺切削加工技术的形成、发展及其应用。2、拓宽研究范围及应用领域实验研究所用工件材料除增加碳钢等常用工程材料外，还应扩展到难加工材料和新型工程材料。不断引入新的实验研究方法，变单因素实验为多因素综合实验。利用高速摄影机、扫描电子显微镜和其他先进测试仪器，准确地揭示切削毛刺形成的机理，提高控制毛刺的可靠性。同时，结合精密切削、FMS（柔性制造系统）和其他自动化加工的生产实际，积极开发抑制或减少毛刺的新技术、新工艺和新方法。3、开发控制切削毛刺的新途径金属切削毛刺产生于切削加工过程。影响切削加工的诸多因素也对毛刺的生成产生影响。这就要求我们以实验研究为基础，在工件结构设计、加工工艺设计、刀具结构形式的改进、刀具几何参数的调整、切削参数优化和切削加工方式的选择等方面去不断探索抑制或减少切削毛刺的新途径。4、毛刺形成中特殊现象的研究切削加工中毛刺的形成是以切屑的形成过程及切屑与工件的分离为基础的。伴随着切削毛刺的尺寸及形态变化，常常出现如毛刺撕裂、破断、剪断剥离等特殊的物理现象.探索这些物理现象的产生本质是搞清切削毛刺生成机理的关键，是实现有效地控制切削毛刺的重要组成部分。确立毛刺形态转换中的特征参数并进行在线识别对保证工件加工质量和生产效率的提高、建立切削毛刺生成理论具有重大的科学意义和实际应用价值。5、加强学科渗透，促进研究发展金属切削毛刺生成机理的研究涉及材料科学、工程塑性力学、断裂力学、机械动力学和精密加工工程学等多个学科及领域。随着其相关或交叉学科科学研究的进展，通过不断引入新的测试方法和研究手段，将促进切削毛刺生成理论的研究不断充实和迅速发展。总之，光整加工和去毛刺技术已成为产品制造过程中非常关键的工艺，它是生产高质量产品所必不可少的制造业，应积极支持这一技术的发展和应用，使我国产品的生产质量有较大的改善。2 总体设计机床设计是一种创造性的劳动，它是机床设计师根据市场的需要，现有的制造条件和新工艺的发展，运用有关的科学技术知识进行的。回顾机床设计的发展，大体上可分为以下几个阶段：经验类比阶段、以实验为基础围绕着机床性能开展研究的阶段、计算机辅助设计阶段。早期的机床设计，主要是考虑以下两点：首先，为了加工出一定形状的工件，必须保证刀具与工件之间具有一定的相对运动关系；其次是机件要有足够的强度。过一段时间以后，又提出了对机床几何精度的要求。这时的机床设计是在满足机床几何精度的前提次，主要根据经验或者用类比的办法进行的。随着科学技术的发展和工艺水平的提高，尤其是先进刀具的出现，使机床向高强、大功率的方向发展。因此，对机床的精度和生产率等各方面的要求也就越来越高。于是，又相继提出了一些设计机床时必须考虑的问题，如机床的运动精度、刚度、抗振性、低速运动平稳性、热变形、噪声和磨损等等。对于这些问题的研究主要是通过机床性能实验进行的。通过实验，发现他们的规律性，分析影响机床性能的主要原因和寻求解决问题的方法。这时的机床设计是以实物测试和模型试验为基础进行的。与此同时，把技术科学中的理论应用到机床设计中来，初步建立起机床的基础理论。将机床的刚度、抗振性、低速运动平稳性、热变形、噪声和磨损等方面的试验研究所取得的成果，应用于机床设计，显著地提高了机床的性能。例如，提高了机床的加工精度、生产率、寿命等。至此，机床的理论研究还主要是处于弄清机理、说明现象的定性阶段。近年来，既从本世纪六十年代中期以来，现代科学技术的成就，为机床设计提供了大量的测试数据，理论研究也有了新的进展，尤其是电子计算机的应用，使机床设计开始进入计算机辅助设计（CAD）和优化的阶段。将有可能利用计算机对设计所需的大量技术资料进行检索，自动地对设计方案进行分析比较，从而选出最佳方案。也可对主要零部件进行强度校核计算。有些机构可以在光屏上进行图形显示，由设计人员用光笔和通过人机对话对设计图进行修改，最后完成设计。这样，即可加快设计进程，又可得到比较理想的设计方案。2.1 机床设计应满足的基本要求评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判断的，技术先进，经济合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析讨论。2.1.1满足性能要求机床的性能，包括它所能完成的工艺范围，能达到的加工精度和能细化的表面粗糙度，所具有的生产率和自动化程度，可靠性和寿命等。 1. 工艺范围机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力。大致包括下列内容：在机床可完成的工序种类；加工零件的类型、材料和尺寸范围；毛坯的种类等。在大批大量生产中，为了提高零件的类型，工序在一台机床上完成，加工零件的尺寸范围给定的情况下，对于专用工件我们采取专用机床或专门化机床，例如，组合机床等。当零件的类型比较单一，尺寸变化的范围又不太大时，也可以在一台机床上完成多种工序的加工，例如采用多轴自动机床等。1 加工精度和表面粗糙度机床的加工精度是被加工零件在尺寸、形状和相互位置等方面所能达到的准确程度。影响机床加工精度的主要因素有机床的精度和静刚度等。 保证机床的加工精度，除对机床本身的精度要求外，还要求具有一定的刚度，即要求机床以及主要零、部件具有一定的抵抗变形的能力。在受力条件下，保证个主要零、部件相对位置的正确性。通常所说的刚度是指静刚度而言的，亦即抵抗稳定载荷所引起的变形的能力。2 生产率机床的生产率通常是指在单位时间内机床所能加工的工件数量。要提高机床的生产率，必须缩短加工一个工件的平均总时间，其中包括缩短切削加工时间、辅助时间以及分摊到每个工件上的准备和结束时间。采用先进刀具提高机床的切削速度，采用大切深、大进给、多刀多刃和成型切削，以铣代刨等都可以缩短切削加工时间以提高生产率。例如，在国外有的数控车床的切削速度已达到475m/min或更高，磨削速度也在60m/s以上，有的高速滚齿机的切削速度已达到305m/min；4. 自动化程度为了提高劳动生产率、减轻工人的劳动强度和更好地保证加工精度和精度的稳定性，机床应尽量提高自动化程度。自动化程度，可以用机床自动工作的时间与全部工作时间的比值来表示。根据自动化程度，机床大致分为自动、半自动和普通机床三类。自动机床具有完整的自动工作循环，包括自动装卸工件，能连续地自动加工出工件。半自动机床虽然也有完整的自动工作循环，但装卸工件还需要人工完成，因此不能连续地加工出工件。普通机床虽然现在也不同程度地采用了各种自动化装置，但是还没有一个完整的自动工作循环。5. 可靠性机床寿命就是机床保持它是一项重要的技术经济指标。随着自动化水平的不断提高，需要许多机床、仪表控制系统和辅助装置协同工作，例如自动线，由数控机床组成并用电子计算机控制的自动化加工系统，自动化工厂等。它们对机床可靠性指标的要求是相当高的，倘若因一台机床出故障而停车，往往会影响全线或某一部分的自动化生产。因此，对于纳入自动线、自动化加工系统或自动工厂的机床，应采取适当的措施来提高机床的可靠性。6. 机床寿命机床寿命就是机床保持它具有的加工精度的时间。随着技术设备更新的加速，对机床寿命所要求的时间也在减短。对于中、小型通用机床，它的寿命约为八年左右。对于专用机床则要求短些，因它将随所加工的产品的更新而废弃。这就要求机床在最高生产率的条件下工作，在使用期内充分地发挥机床的效能，取得最大的经济效益。对于大型机床和精密级、高精度级机床，则要求寿命长些，因为这些机床的价格高，希望能在较长的时间里保持精度，以提高经济效益。确保和提高机床的寿命，主要是提高关键性零件（如主轴轴承和导轨）的耐磨性，并使主要传动件的疲劳寿命与之相适应。机床的精度保持性好，寿命较高。2.1.2 经济效益在保持实现机床性能要求的同时，还必须使机床具有很好的经济效益。不仅要考虑机床设计和生产的经济效益，更重要的是要从用户出发，提高机床使用厂的经济效益。对于机床生产厂的经济效益，主要反映在机床成本上。机床的成本不仅包括材料、加工制造费用，而且还包括研制和管理费用。管理水平的高低是直接影响机床成本的重要因素。对于机床使用厂的经济效益，首先是机床的加工效率和可靠性，要使机床能够充分发挥其效能。减少能源消耗，提高机床的机械效率，也是十分必要的，它是各工业部门、各个国家都日益重视的一个问题。机床的机械效率就是有效功率对输入功率之比。两者的差值就是损失，主要是摩擦损失。而且，摩擦功转化为热量，将引起机床的热变形，又对机床的工作带来不良的后果。因此，必须重视提高机床的效率，特别是功率较大的机床和精加工机床，更应注意。2.1.3、人机关系机床设计人员应十分重视人机关系问题，它已发展成为一门重要的科学分支人机学或称宜人学。机床应操作方便、省力、容易掌握、不易发生操作错误和故障。这样不仅能减少工人的疲劳、保证工人和机床的安全，还能提高机床的生产率。防止机床对周围环境的污染，也是当前对机床设计和制造提出的一项主要技术。噪声要低，不仅噪声声级要达到规定的污染值以下，而且不能对人耳有强烈的不适感。渗、漏油必须避免。如果采用油雾润滑，必须保证雾不得逸散到周围的环境中去，以防止对人体的危害。机床造型要美观大方，色调和谐，使操作者感到在一个舒适的环境中工作。2.2 机床的总布局及方案设计根据前面所提到的机床应满足的基本要求，就可进行总体布局设计。在各项要求中以工艺要求最为重要。由工艺要求决定机床所需要的运动，完成每个运动又应有相应的部件。这就可以确定各部件的相对运动和相对位置关系。机床的总布局也就大体能确定下来。通用机床的布局已经形成了传统的型式，随着数控化和程序化在通用机床上的应用，机床的布局也发生改变。专用机床的布局往往灵活性较大。机床总布局的设计是带有全局性的一个重要问题，它对机床的制造和使用都有很大影响。在进行机床总布局设计时可从两方面来考虑。一方面从机床内部（本身）考虑，要处理好工件与刀具间相对关系，例如位置与运动、工件重量和形状特点等。另一方面还要考虑到机床外部的因素，也就是人机之间的关系，例如，外形、操作和维护等。2.2.1去毛刺机构的设计根据工件的尺寸、形状和相互的位置关系，我们设想在基于C6140的大体基础上进行我们的设计。由于加工凸轮轴凸轮端部的毛刺，因此，所需的转速要求不多且转速不能高，为此我们在主轴箱部分就可以比C6140的简单而尾座上则可采用一些类似的机构以此来达到尾座于主轴顶尖的一致性。而在加工和定位方面有几个方案如下：方案一：去除进给箱，把轴向进给的运动全由装在机床床身导轨上的溜板来实现，定位和加紧也全在溜板上做，然后在溜板上安装加工或磨削刀具，其具体的设计如下所示：通过主轴来传递运动而主轴的运动则由电机通过皮带传递到主轴箱经过变速后得到要求的转速该部分的设计在后面将具体讲述，主轴过来的动力不需要通过进给箱传递到溜板箱，因此可以不设计进给箱，在溜板箱上，因为没有了进给箱而带来的是丝杠和光杠也将不在存在，在导轨上安装一具有导向和定位的溜板就能完成预定的目的，之后只需在溜板上安装上设计的加工工具。这一加工工具采用弹簧压紧装置并能随凸轮的外在轮廓变化而跟着轮廓曲线来回摆动，但在设计时须注意加紧力的大小，它将控制磨削的时间和程度以及磨料的磨损程度。由于凸轮轴端面去毛刺是在精加工中的工序，其表面硬度达到55-63HRC因此，在选用磨料时，根据厂方提供的是油石。其具体设计外形如下图： 如上所式磨削装置，在两磨削头之间架设一弹簧但两磨削头不能往里运动，只能往外运动，而往外运动也被限制在一定的范围内，只不过在外力变化时两磨头能往外运动而使磨削点变化，这一点在支杆上的弹簧力变化刚好能得到弥补。其优点在于并不要求太高的精度要求，它能通过弹簧来调节。方案二：前一方案中的主轴传动部分在这方案中继续使用，不同的地方在于定位凸轮加工的工具或磨削工具。前一方案中采用油石的磨削，在此我们想到了采用上一种加工装置只不过在加工当中采用液压随动机构来满足凸轮外在曲线的加工而不会破坏表面，其具体的形态如下图所示：液压系统简图可使用如下： 该方案中可以不采用前一方案中的弹簧拉紧机构，而单独让两磨削头固定，这更有利于液压跟随系统。跟随系统被安装在溜板上，并随溜板一起运动方案三： 在采用原有尺寸参数、主运动参数和动力参数前提下设计加工工具，试采用砂轮来磨削，将砂轮沿凸轮表面按一定的角度安装，如果该机构不采用液压随动机构或仿行加工机构其加工表面将回被严重磨损，特别是凸轮突起部分其概图如下所示方案四： 在采用原有尺寸参数、主运动参数和动力参数前提下设计加工工具，试采用砂轮靠模来磨削凸轮端面毛刺，因为毛刺硬度较高故不易产生新的毛刺，但此种机构在去毛刺中，容易形成尖锐的菱边，这在加工中是不允许的，但此种机构有它的好处，这里就不详细说明，其简图如下所示：综合以上各种方案比较和实际情况的要求对于第一种方案可行，在设计时其尺寸精度要求较高，但该机构在设计上比较简单，不足之处在于加工精度不高而且控制加工磨削量不易而切削力随着凸轮而变化。第二种方案是改用液压机构具有的随动系统来达到磨削凸轮，磨削力比较均匀。但在设计安装时不太容易，并且由于时间的关系来不及设计这一机构，不过这一机构的可行行是不错的值得使用。第三种方案是使用砂轮来磨削凸轮端部的毛刺机构，从局部看此方案可行，但在考虑整个圆周运动时就出问题了，由于在设计时砂轮的运动被考虑的只是磨削其运动不是摆动的故在磨削时磨削量在不同的地方将有明显的差异。因此此方案在没有提供摆动机构时是不能用的，但把这机构放在仿行机床上也是可以的。第四种方案，该方案比较简单，机构也不复杂，在完成去毛刺上也没什么问题，但必须注意的是方法的去毛刺，虽然把毛刺去掉了但在边缘处将留下尖锐的菱边，这在设计当中是不允许的。因此，该种方案也不适合。综合以上，选择一种合适的方案可以是第一种去毛刺机构。2.2.2溜板的设计方案 根据去凸轮轴毛刺的基本要求，在上面已设计了磨削工具，而这些磨削工具还得安装在一定的位置上，因此，溜板成为了必须。为了让溜板在导轨上有确定的移动距离，在溜板上安装一可用来移位的带有刻度的手动转轮并以此作为走位机构，其简图如下：其具体的设计将由另外一个同学完成，在此就不在多作敖述。2.2.3、主轴箱与尾架的设计方案在考虑机床的转速时，满足加工要求的转速较低而且转速的级数也要求不高，因此，在主轴箱上设计的转速可以设计为一级并且此种结构还比较简单，具体的设计内容和步骤将由另外的同学完成。其大体的传动路线如下图：与主轴箱的主轴具有尺寸联系的部件是尾架，尾架的顶尖在竖直和水平上的尺寸与主轴的顶尖具有相同的位置。因此，在设计时尺寸上可以有参照之处。为了简化尾座的结构以及能加工同一系列的产品，因此，在此设计的尾架为一纯机械的装置在夹紧上采用人工扳手夹紧，其大体的简图如下面所示：2.2.4、总体概图 根据以上的各部分的设计及其简图的概要，对于总体的分布图可以简略的表示为下图：2.3 机床主要参数的确定机床的主要参数包括机床的尺寸参数、运动参数和动力参数。2.3.1尺寸参数机床尺寸参数的确定，主要是确定影响机床加工性能的一些尺寸，其中包括机床的主参数、第二主参数和其它一些尺寸参数。机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数，因此，确定大体的尺寸将有助于后面的设计。按照凸轮轴的实际尺寸我们设计这一车床的最大回转直径和最大工件长度，根据凸轮轴的长度设计床身的长度，六缸凸轮轴的总长是837mm，四缸的更短为594mm，因此，设计的床身导轨在1200mm即能满足要求。而设计回转直径时参照凸轮的最大直径是58mm为了使该机床能具有一定的余量，在此设计该机床的最大加工直径为200mm。 单位：mm工件最大长度工件最大回转直径设计机床导轨长度机床最大回转直径 837 58 1500 2002.3.2运动参数1. 主运动参数对于主运动是回转运动的机床，它的主运动是主轴转速，它与切削速度的关系是： 式中 n转速（r/min）； v切削速度（m/min）； d工件（或刀具）直径（mm）。对于不同的机床，主运动参数有不同的要求。专用机床和组合机床是为某一种特定工序设计制造的，每根主轴一般只有一个转速，根据最有利的切削速度而定，故没有变速要求。2. 进给运动参数大部分机床的进给量用工件或刀具每转的位移表示，即单位为mm/r，如车床、钻床、镗床、滚齿机等；直线往复运动的机床，如刨床、插床，以每一往复的位移表示。铣床和磨床，由于使用的是多刃刀具，进给量常以每分钟的位移表示，即单位为mm/min。2.3.3动力参数动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵引力、液压马达或步进电机的额定力矩。各传动件的参数都是根据动力参数设计计算。计算的办法现阶段只能做参考因为：（1） 通用机床的使用情况相当复杂，切削用量的变化较大；（2） 对某些加工过程中切削力和进给力的规律还没有很好地掌握；（3） 机床传动系统中的摩擦损失，尤其是高速下的损失，研究的不够。1 主传动功率的确定机床主传动空转时，要消耗电机的一部分功率，这部分消耗称为空转功率损失，用N空表示。机床的空转功率损失只随主轴和其它各轴转速的变化而改变。引起空转损失的主要因素是：各传动件在空转时的摩擦，由于加工和装配误差而加大的摩擦以及搅油，空气阻力和其它动载荷等。中型机床主传动链的空转功率损失可用下列的实验公式进行估算：式中 da主传动链中除主轴外所有传动轴的轴颈的平均直径； d主主轴前后轴颈的平均值； 当主轴转速为n主时，传动链内除主轴外各传动轴的转速之和。n主 主轴转速（r/min）； c 系数。 k 润滑油粘度影响的修正系数。进行切削加工时，要消耗切削功率N切。它与刀具材料、工件材料和所选用的切削用量的大小有关。如果是专用机床，则工作条件比较固定，也就是刀具与工件的材料和切削用量的大小变化范围较小。综上所述，主电机功率为： 式中 主传动中各传动副的机械效率，传动效率的概略值：类别效率类别效率直齿传动0.99滚动轴承0.99带传动0.96根据该公式大概计算功率为： 根据经验可以直接预取电机功率：da=35（mm）时选取电机功率为： 2.5 N7.5(kw)在期间预取4kw、750r/min的电机。其基本满足使用要求，主轴转速只有一种且转速为200r/min。 传动设计将由其它两位同学完成，在此不在多作敖述。3 床身的设计车床床身是机床的基础部件。机床的各个主要部件和零件都装在床身上或在床身导轨上作相对运动。在磨削中，刀具与工件间相互作用力传递到床身上而使床身产生变形，床身的变形和振动直接影响到被加工零件的精度和表面光洁度。因此，床身是机床上极为重要的构件。对车床床身，除了要求有足够的强度、制造方便、节省金属材料和降低成本外，在机床工作时，机床的形状应保持不变。为此，对床身还有如下的几点要求：（1）应有足够的刚度，即床身在规定的最大载荷作用下，变形不得超过其许用值，以便保证刀具和工件间的相对位移不超过加工精度的允差。（2）应有足够的抗振性，即在机床工作时，由于切削力所产生振动的振幅应不超过许用值，在给定的切削条件下保证切削的稳定性，这有利于被加工零件的表面质量和刀具的耐用度。（3）一般应具有较小的热变形和热应力，否则会降低部件之间的相对位置精度和运动部件的运动精度，以致影响机床的加工精度。（4）应该排屑顺畅，吊运安全，并具有良好的工艺性，以便于制造和装配。用磨削的办法精加工导轨而能达到较高的精度和较小的表面粗糙度，生产率高，而且是加工淬硬层导轨的唯一方法。；磨削最初只用于精加工支承导轨，与其配合的动导轨则采用配刮，近年来动导轨以能配磨，甚至已在试验互换。导轨的磨削和端面磨削两中。周遍磨削与端磨相比，质量好，生产率高，表面纹理美观，因而正逐步取代端磨。刮研可以达到最高的精度，同时还具有变形小、接触好、表面可以存油的优点。它的缺点是劳动强度大、生产率低，而且不能加工淬硬层导轨。这种加工方式至今还被应用于高精度机床导轨的精加工上。3.1、床身的选择卧式床身有三种构造形式：有的是安装在床腿上的，如中，小型车床床身；有的是直接安装在基础上的，如大型卧式车床、镗床、龙门刨床、龙门铣床等的床身；某些卧式床身是框架式的，如某些仿行和数控车床。所受的载荷，有的主要是在切削力的作用下受两个方向的弯曲和扭转载荷，如车床床身；有的主要是在重力的作用下受竖直面内的弯曲载荷，如龙门刨床和龙门铣床的床身。床身截面形状决定于刚度要求，导轨的位置，内部需安装的零、部件，排屑等。基本截形见下图：截面的宽度由工件的大小，刚度要求和刀架或工作台的导向要求决定。受有空间力，并有扭转载荷的床身，如车床和镗床的床身，宽度有刚度要求而定。刚度约与宽度的平方成正比，故这类床身应在机构允许的条件下尽量地宽些。截面高度是根据下列原则定的。装在床腿上的床身，高度由刚度要求决定。车床床身高比宽为1：1。无床腿，直接支承在基础上的床身，其高度决定于工件的高度，应使工件处于最便于观察的位置。因此，大型床身的高度往往小于宽度。这时刚度靠机床和基础联合保证。在这种情况下，必须充分注意基础的设计问题。特别是有些大型机床，床身是几段接起来的，如大型龙门刨床和大型龙门铣床，这时基础起的作用就更大。如果床身靠三点支承在基础上，例如坐标镗床床身，则靠加宽床身，加隔板，加厚水平壁的办法来提高刚度。导轨部分的局部刚度与过渡壁关系很大。可用适当加厚过渡壁并加筋来提高刚度。3.2 壁厚的选择支承件的壁厚应根据工艺上的可能性选择的薄一些。按照目前的工艺水平，砂模铸造铸铁件的壁厚可根据当量尺寸C按下表选择，表中推荐的是最薄尺寸。凸台、与导轨的连接处等应适当加厚。当量尺寸 式中 L、B、H铸件的长、宽和高， m 铸铁件的推荐壁厚当量尺寸（m）0.751.02.533.54.5壁厚（mm）81012141618202225中型机床的焊接支承件如用薄壁结构，可用型钢和壁厚为3至6mm的钢板焊接而成。靠采用封闭截形，正确地布置隔板、筋等来保证刚度和防止薄壁振动。如用厚壁结构，则可用厚度为10mm左右的钢板。这时焊接支承件的内部结构与铸铁件差不多。按上面公式计算机床床身的壁厚得到的数值比较小因此在此基础上在加上一些则预取壁厚为：25mm。3.3 机床床身的材料选择支承件的材料，主要为铸铁和钢。铸铁支承件，如果导轨与支承件铸为一体，则铸铁的牌号根据导轨的要求选择。在铸造或焊接中的残余应力，将使支承件产生蠕变。因此，必须进行时效处理（Seasoning）。时效最好在粗加工后进行。铸铁在450以上在内应力的作用下开始变形，超过550则硬度将降低。因此热时效处理应在530550的范围内进行。这就即能消除内应力，又不致降低硬度。钢质焊接件的时效处理温度较高，约为600650。普通精度机床的支承件进行一次时效处理就可以了，精密机床最好进行两次，即粗加工前、后各一次。有的高精度机床在进行热时效处理后，还进行天然时效处理把铸件堆放在露天一年左右，让它们充分的变形。在材料上选取HT300号灰铸铁床身的前、后壁之间用“”行截面的筋板相连接，在“”行截面筋板之间有空隙，用以排除切屑。“”行截面筋板因有一定的宽度，它的抗弯、抗扭刚度都较高，尤其以抗弯刚度有很大的提高，铸造工艺性也好。铸铁床身还具有较好的消振能力，同时价格便宜，工艺性能好，易于机械加工。4 导轨的设计4.1 导轨的功用、分类和应满足的要求4.1.1导轨的功用和分类导轨（Guideways）的功用是导向和承载。在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫支承导轨。动导轨相对于支承导轨的运动为直线运动。导轨可按下列性质进行分类：1 运动性质 （1） 主运动导轨动导轨作主运动，支承导轨间相对的速度较高。（2） 进给运动导轨动导轨作进给运动，与支承导轨间相对运动的速度较低，机床中，多数导轨属于进给导轨。（3） 移置导轨这种导轨只用于调整部件之间的相对位置，在加工是没有相对运动。2 摩擦性质（1） 滑动导轨按两导轨面间的摩擦状态可分为：1） 液体静压导轨；2）液体动压导轨；3）混合摩擦导轨；4）边界摩擦导轨等。（2） 滚动导轨两导轨面间装有球、滚子和滚针等滚动元件，具有滚动摩擦的性质。广泛地应用于进给运动和旋转主运动导轨。3 开式和闭式导轨如果导轨所承受的颠覆力矩不大，在部件自重和外载作用下，导轨面在导轨全长上可以始终贴合的称为开式导轨。当部件承受较大颠覆力矩时，就必须增加压板以形成辅助导轨，才能使主导轨面都良好地接触，称为闭式导轨。如图所示：4.1.2导轨应满足的要求1.导向精度导轨在空载运动和在切削条件下运动时，都应具有足够的导向精度。保持动导轨运动的准确性，是保证导轨工作质量的前提。影响导向精度的主要因素有：导轨的结构型式，导轨的几何精度和接触精度，导轨和基础件的刚度，导轨的油膜厚度和油膜刚度，导轨和基础件的热变形等。（1） 几何精度直线运动导轨的几何精度一般包括：导轨在竖直面内的直线度，导轨在水平面内的直线度，两导轨面间的平行度，其精度的具体数值可参照机床精度检验标准。（2） 接触精度精刨、磨削和刮研的导轨表面，接触精度可采用色法进行检验。2 精度保持性精度保持性主要是导轨的耐磨性决定的，它的导轨的摩擦性质、导轨材料、工艺方法以及受力情况等有关。另外，导轨和基础件上的残余应力，也会使导轨发生蠕变而影响导轨的精度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损，提高耐模性以保持精度，是提高机床质量的主要内容之一，也是科学研究的一大课题。导轨常见的磨损情况有以下几种，应在应用时得以注意，（1） 磨料磨损这种磨损经常发生在边界摩擦和混合摩擦状态。相对滑动的摩擦副之间的磨料（硬粒）主要来源于：微观不平的摩擦表面的高点，在相对运动中被剪切下来留在摩擦面之间；随润滑油进入导轨面间的硬颗粒；由于防护不好，使落在导轨上的切屑沿摩擦副之间。在摩擦副之间的磨粒，它的受力可分解为垂直于摩擦面和沿摩擦面运动方向的两个分力。垂直分力将磨粒压向金属表面，力越大和磨粒越硬时，被压入得越深；沿摩擦面的分力，将使磨粒与金属表面产生相对滑动，“切削”导轨面。使摩擦面产生“划伤”或出现“沟痕”。磨料的硬度越高，相对滑动速度越大，压强越大，对摩擦副的危害也越大。磨料磨损是难以避免的只能尽量设法减少。因此，设计时应尽量提高支承导轨的硬度，并限制pv值（压强与速度的乘积）不超过材料的许用值。（2） 粘着磨损或咬焊粘着磨损也称为分子机械磨损。当两个摩擦表面相互接触时，在高压强下材料产生塑性变形，相对运动时的摩擦，又使表面层的氧化膜破坏，在新暴露出来的金属表面之间，就会产生分子之间的相互吸引和渗透，使接触点粘结而发生咬焊接触面的相对运动又要将咬焊点拉开，就造成撕裂破坏。咬焊是不允许发生的。为了避免这种现象，设计时除应正确选择材料、硬度和控制最大压强外，还必须正确规定滑动面的平面度误差、表面粗糙度或接触点的数量。（3） 接触疲劳磨损接触疲劳发生在滚动摩擦副如滚动导轨、滚动轴承、滚动丝杠和齿轮等零件中。接触疲劳是因为表层受接触应力而产生弹性变形，脱离接触时则弹性恢复，这个过程多次反复发生，使表层产生疲劳破坏点蚀。如果接触应力过大，则会产生压溃，使表面产生塑性变形而压出坑来。由于坑的边缘凸起，使应力集中，又加速了点蚀过程。滚动摩擦副的疲劳磨损是难以避免的而压溃则是不允许发生的。为了降低接触疲劳磨损并防止压溃，应控制接触压强、提高导轨面的硬度和减小表面粗糙度的数值。3低速运动的平稳性当动导轨作低速运动或微量位移时，应保证导轨运动的平稳性，即不出现爬行现象。低速运动平稳性与导轨的机构和润滑，动、静摩擦系数的差值，以及传动导轨运动的传动系统的刚度等有关。4 机构简单、工艺性好设计时要注意使导轨的制造和维护方便，刮研量少。如果是镶装导轨，则应尽量做到更换容易。导轨精加工的方法有精刨、磨削和刮研等几种。精刨可以满足不淬火的普通精度机床导轨的几何精度要求，并能达到较小的表面粗糙度，而且成本低、生产率高。由于现在普通精度机床的导轨也要求淬硬，故精刨工艺已趋于淘汰。用磨削的方法精加工导轨面能够达到较高的精度和较小的表面粗糙度，生产率高，而且是加工淬硬导轨的唯一办法。磨削最初只用于精加工支承导轨，与其配合的动导轨则采用配刮，近年来动导轨已能配磨，甚至已在试验互换。导轨的磨削方式有周边磨削和端面磨削两种。周边磨削与端磨相比，质量好，生产率高，表面纹理美观，因而正逐步取代端磨。4.2 滑动导轨一、 导轨的材料1 对导轨材料的要求导轨的材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等，但在导轨材料上选择和床身相同，因为导轨和床身是一整体。其材料是HT300。二、 导轨的结构1 直线运动导轨直线运动导轨截面的基本形状主要有四种：三角形、矩形、燕尾形和圆柱形，每种之中还有凸凹之分，如图：图a是三角形导轨，它的导向性能随顶角的大小而不同，越小导向性越好。但是当减小时导轨面的当量摩擦系数加大。通常取三角形导轨的顶角为90。对于大型或重型机床，由于载荷大，常取较大的顶角如=110120。精密机床和滚齿机，可取90当导轨面有了磨损时，三角形导轨的工作台会自动下沉，补偿磨损量。支承导轨为凸三角形时，不易积存较大的切屑，但也不易存留润滑油。因此，适当于不易防护、速度较低的进给运动导轨。图b是矩形导轨，具有刚度高，加工、检验和维修都较方便的优点。但是矩形导轨不可避免地存在侧面间隙，因而导向性差。矩形导轨适用于载荷较大的导向性要求低的机床。燕尾形导轨的高度较小、间隙调整方便，可以承受颠覆力矩；但刚度较差，加工、检验和维修都不大方便。角通常取为55。这种导轨适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的地方。圆柱形导轨制造方便，不易积存较大的切屑，但磨损后很难调整和补偿间隙。与上述几种形状相比，应用最少。根据以上的说明，在去毛刺机床上可以设计为三角形和矩形导轨的组合，其导向性好且磨损后易补偿，制造方便和刚度高的优点，应用最广。为了简化期间，在设计时采用了单三角形和矩形导轨的组合，因此，在加工、检验和维修上较双导轨优良。下图所显示的床身和导轨的结构简图：5 床腿的设计根据机床的床身机构设计支承床身的床腿，在此设计的床腿为分离式的分别为左右床腿根据要求床腿只起支承的作用故在设计是可以不用考虑其它的安装问题。下面是具体的设计内容。5.1 左床腿的设计根据机床床身的结构及机床整体的重量可以选择床身的具体结构，在C6140的基础上，参照其床腿的结构而设计的，只在尺寸上有不同之处。因此，在床身的基础上选择下面的床腿结构，如下图所示的为床腿的结构简图：在其尺寸在具体的零件图上显示在此不在多作说明。5.2 右床腿的设计右床腿的设计与左床腿的类似，故其设计简图如下图所示：其具体的尺寸设计在图纸中以标出。5.3 切屑盘的设计 在床腿之间设计一托盘用来接磨屑，如上图中两突起部分就是用俩安放这托盘的，它的简图如下所示：以上的设计只是在结构上的设计，其尺寸在零件图上实际的表示了。6 控制与操纵机床各工作部件的运动是通过传动系统完成的这些运动的变速、换向、启动、停止和动作的先后次序以及运动轨迹、距离、换刀、测量等，则由控制系统控制。在自动化程度不高的普通机床上，大部分的控制是手动的；自动化程度较高的机床，则大部分或全部的控制由机床的自动控制系统来完成。此机床的控制系统较为简单，在设计时就考虑到要求实现的控制。其具体的控制是机床的开启和关闭以及离合等。在实现启动和关闭上可使用电器控制来完成。下面将是设计具体情况：机床启动和关闭电器控制图：启动电动机 合上刀闸开关S，按启动按钮SB2，接触器KM的吸引线圈带电，其主触点KM吸合，电机启动。由于接触器的辅助触点KM并接于启动按钮，因此当松手断开启动后，吸引线圈KM通过其辅助触点可以继续保持通电，维持其吸合状态。使电机停转按SB1，接触器KM的吸引线圈失电，其主触点断开电动机失电停转。线路保护环节：短路保护 短路时通过熔断器FU的熔体熔断切断主电路；过载保护 通过热继电器K实现。当负载过载或电动机单相运行时，K动作，其常闭触点将控制电路切断，吸引线圈KM失电，切断电动机主电路；零压保护 通过接触器KM的自锁触点来实现。当电网电压消失而又重新恢复时，要求电动机及其拖动的运动机构不能自动运行启动，以确保操作人员和设备的安全。其它的控制大部分还是采用手动，例如尾架的夹紧，溜板的移动采用手动控制，其具体的控制装置安装位置在装配图上得以表示。7 结论本次设计的主要内容是去毛刺机构的设计，因此，在此就该机构的存在的优缺点在所知范围内由以指出：磨削装置在加工中具有自动调节磨削点的功用，既磨削能达到较均匀的效果，所以在磨削中能节省大量的油石，而该机构能达到该能力完全归结为其上的弹簧压紧机构。因为该磨削机构随着凸轮作摆动，在不同的地方有不同的磨削力，正因为此变化的磨削力才使磨削头能有一定的摆动，这一摆动使得磨削头张开一定的角度，而使油石上的磨削点变化。其缺点在于溜板处过于笨重，而去毛刺中要手工来调节，但比纯手工去毛刺要更高的效率。其中还有不足之处希望得到老师、同学的指正，并在今后的工作、学习中多加注意。感谢本次设计是在赵波教授、刘传绍教授、童景林老师的细心指导下完成的，他们严谨的治学态度、高深的学术水平使我受益非浅他们对于本人在学习、工作和生活等方面的关心和帮助使我终生难忘。在此谨向赵波教授、刘传绍教授、潼景林老师表示忠心的感谢和诚挚的敬意！最后 感谢机械与动力工程学院领导、老师和同学在我学习期间的关心，支持和帮助！参考文献1 曹 桄 高学满主编. 金属切削机床挂图. 上海交通大学出版社，19842 华东纺织工学院机制教研室组编. 机床课程设计图册. 1982.93 机床设计手册编写组. 机床设计手册.机械工业出版社. 1986.124 陈榕林 张 磊主编. 巧改机床. 北京.中国农业机械出版社.1985.35 李 仁主编. 电器控制. 北京.机械工业出版社. 2003.36 吴敏镜 毛刺工程的产生和展望. 航天工业公司230厂.新技术新工艺 .2000.7期7 李铁祥 国内去毛刺及表面光整加工技术状况. 大连组合机床研究所.组合机床与自动化加工技术.1996. 4期8 杨世春 李恒芳. 我国精密表面光整加工及去毛刺技术的应用和发展. 北京超普有限公司、太原工业大学. 新技术新工艺 .1995 . 3期9 任敬心 陈景蕙. 国外去毛刺技术现状及发展趋势. 西安.西北工业大学.10 戴 曙主编.金属切削机床设计.机械工业出版社.1985.1211 中国纺织大学工程图学教研室编.画法几何及工程制图.上海科学技术出版社.2001.312 任嘉卉主编. 公差与配合手册.机械工业出版社.2002.9附录：英文翻译激光清洗及其应用W.D.Song#, M.H.Hong,B.Lukyanchuk and T.C.Chong Data Storage Institute,Agency of Science,Technolgy and Research,DSI Buliding, No5, Engineering Drive1, Singapore 117608, REPUBLIC OF SINGAPORE摘要：干激光清洗，蒸汽激光清洗及湿激光清洗的机械装置、特性及其应用将在本文中论述。在干激光清洗中，粒子被像盘形一样粒子及或 基体的感应激光快速热膨胀能从基体中逃逸出来，这些物体要承受大范围的清洗力，这一清洗力能克服粒子与物体表面的分子力或在接近激光束的影响区对于球形粒子的效应。对于蒸汽激光清洗，粒子能被通过激光束在物体表面上形成的液体幕上的快速热膨胀的爆炸力所移除，相比之下，在湿激光清洗中，粒子能被通过激光束在液体中产生的液体射流和振荡波所清除。激光清洗在半导体和磁盘机工业也得到应用。介绍然而在俄国，美国，德国的三个组织同时在1987年发现了激光清结效果，激光清洗已引起越来越多的科学家和工程师的注意，激光清洗可以分为三类，干激光清洗，水蒸气激光清洗以及湿激光清洗。在干激光清洗中，粒子能被移动在的感应激光快速热膨胀下的物体或盘型零件/ 或移动基片或感应激光在影响区的附近球形的粒子影响。在蒸气的激光清洗中，粒子被一个由于以在液体和基片表面之间的界面过热的液体薄膜在感应激光的爆发汽化下移动。一个与这二技术有关的问题是由于直接的激光辐射在基片表面之上感应的高温。因为基片那些对高的温度上升是敏感的, 最好的方法是一个激光间接地照射在基片上。 最近，我们试着使用一个激光在液体里清洗基片。当一激光束被聚焦于液体中时它能在聚焦点产生大量的气泡，这些泡沫向基体移动而去清洗。由于气泡-基体或气泡自由表面的相互作用，高速的液流能在气泡爆破的瞬间形成震荡波，其震动波是在靠近基体表面的气泡爆破瞬间产生。基于这些感应激光的液流和震动波，基体粒子能有效的移动而不会引起基体表面的高温抬升。于干激光清洗和蒸汽激光清洗相比我们称这种方法为“湿激光清洗”，接下来，我们将讨论这三中清洗技术以及应用。干激光清洗盘型粒子的干激光清洗和电子显微图片的概要线图在图.1.中显示。当激光束照射在盘型粒子上时基体或粒子将吸收激光能。当激光能被一个基体强烈地吸收，清洗力正在藉着基片的快速膨胀而做出感应如Fig.1（a）显示。对比一下，激光能被一个盘型粒子强烈的吸收，清洗力藉着基片的快速膨胀而做出感应如Fig.1（b）所示，这些清洁力藉着基片及或 粒子的快速热膨胀能克服在粒子和基片表面之间的黏着力而逐步释放来自表面的粒子。 （a）基体膨胀 （b）零件膨胀（c）盘形粒子的俯视图 （d）盘形粒子的组合视图Fig.1 基体感应激光快速热膨胀（a）和盘形粒子（b）对于干激光清洗的俯视图（c）和盘形粒子的组合视图（d）图片2显示了球形粒子和球形粒子组合视图的干激光清洗的概要线图，当一束激光照射在一个和激光波长相当的球型粒子上时，在接触区域光的强度要比临近区域的强度高出许多倍。球形粒子扮演了一个焦点透镜的角色，在基体表面以下的粒子产生了高强度的能量。这一增强的能量可能引起强烈的热膨胀甚至在基体表面以下的粒子也将脱离零件表面这些应归临近区域效应。Fig.2 干激光激光感应临近区域效应（a）和球型粒子的组合视图（b）.例如，图3显示以248纳米，23纳秒脉冲，激光辐射为150mJ/cm2和100脉冲数的干激光，清洗带有磁性的表面的零件前后的原子显微镜图片，在比较原始轮廓的原子力显微图片和清洗区域后，清晰的显示了激光辐射能有效的移除带有磁性的表面的粒子，小于0.2微米的粒子被激光辐射所移动在AFM（原子力显微镜）观察下的轮廓。图3.盘型粒子表面在干激光清洗前后的AFM图象蒸汽激光清洗蒸汽激光清洗概要线图在图4中显示，在激光清洗之前，一个薄的液体薄膜存在于流动的并携带蒸汽或者热流中产生的蒸汽的基体表面并通过一个喷嘴到达表面。正如一短激光脉冲诸如激光照射在基体上。基体强烈地吸收由液体薄膜在接触处开始的过热和爆破蒸发激起的激光能，强烈的爆破蒸发能导致产生大的并能克服分子之间的黏着力的力而引起粒子的逃逸。Fig 4 蒸汽激光清洗中感应激光在液体薄膜中的过热和爆破性蒸发图5 中显示了MR头滑件在激光清洗前后的光学显微图，清洗的条件是在130mJ/cm2，20个循环的清洗，3个激光脉冲的蒸汽激光清洗中滑件表面存在一薄的液体薄膜，在蒸汽激光清洗中能发现MR滑头的粒子被移动。Fig.5 MR 滑头零件在蒸汽激光清洗前后的光学显微图Fig.6 在干激光清洗（左）和蒸汽激光清洗（右）中MR滑头清洗前 （a和b）后（c和d）的光学显微图同干激光清洗比较，蒸气激光清洗的薄液体薄膜的出现重要地提高清洗效率。图6显示了干激光清洗和蒸汽激光清洗在使用248纳米波长，23纳秒持续脉冲，130mJ/cm2的激光强度和60个激光脉冲的情况下对MR滑头的清洗对照图。唯一不同点在于蒸汽激光清洗中在滑头上存在一液体薄膜。它也被发现在蒸汽激光清洗中保持更高效率的原因。这是因为在蒸汽激光清洗中的清洗力来源于爆发性蒸发而比干激光清洗中快速热膨胀产生的力更为大。湿激光清洗湿激光清洗概要线图如图7.一束激光就像感应激光被当着光源使用在湿激光清洗中。激光束通过镜子和透镜组成的光学系统把光聚焦于液体中，在液体中基体清洗发生于激光束焦点之外的特定距离里。一个机械装置被使用来在液体中移动基体到合适的位置以便在液体容器中清洗和伸入伸出。当一高强度的激光束被聚焦于液体中时，通过大量液体中的光将在聚焦区产生大量的气泡。插入一硬物块到液体中并使之在激光束聚焦点区域，气泡将受Bjerknes吸引力而向基体表面移动。在气泡-基体和/或气泡-自由-基体的相互作用下，一高速液流将在气泡崩裂是产生并与之同步的在基体表面附近的气泡崩裂时产生震动波。这一高速液流和震动波在固体表面产生大的清洗力，诸如在激光束聚焦点和基体之间的距离和光强是工件表面的粒子通过激光感应液流射和震动波去除的合适的清洗零件选择。一旦激光不再照射到集体表面上，表面的损坏将可以得到避免相比与干激光清洗和蒸汽激光清洗的激光直接照射在基体表面而引起的膨胀效应。Fig.7 湿激光清洗中液体由于激光感应引起的液流和震动波在物体附近形成例如，Si晶片作为基体被清洗。零件PS粒子的尺寸在110纳米。基体表面在清洗前后通过SEM观察。图8显示了在水和乙醇的混合液里湿激光清洗前后110纳米的硅粒子的SEM图片，波长248纳米脉冲持续数为23纳秒，激光强度为13.3J/cm2和200脉冲数。激光束被聚焦与水面下0.1米 和硅晶体边2毫米处。在原始区域，110纳米的粒子能被观察到在硅晶片上如图8所示。激光清洗之后，硅晶体上的110纳米粒子将被移除从基体上如图8（b）。Fig.8 在Si基体上的nano粒子在湿激光清洗前后的SEM图形结论总结，激光清洗对于移除固体表面的粒子是一种有效的清洗工具。在干激光清洗中感应激光能激发盘型粒子快速膨胀和/或基体或感应激光附近区域的球型粒子，在蒸汽激光清洗中，粒子能被存在于基体表面和液体之间的一层过热的液幕而导致的爆炸性蒸发所牵引的被移除，然而蒸汽激光清洗产生的爆炸性蒸汽比干激光清洗产生的快速热膨胀力清洗里力要更为大，并具有更高的清洗效率。对于高温敏感的基体，湿激光清洗能通过在液体中的感应激光产生的液流和震动波来清除基体表面的粒子。然而在湿激光清洗中激光不用直接照射到基体表面上，因此表面的损伤能得以避免而不像干激光清洗和蒸汽激光清洗直接照射到基体表面所造成的损伤。参考文献：1. B.Lukyanchuk,Laser cleaning,World Scientific (Singapore,2002) ,pp.1-464.2. J.D.Kelley 和 F.E.Hovis，“A thermal detachment mechanism for particle removal from surfaces by pulsed laser irradiation”Microelectronic Engineering, Vol.20(1993). pp. 159-170.3. Y.F.Lu,W.D.Song,M.H.Hong,B.S.Teo,T.C.Chong and T.S.Low,”Laser-induced removal of particles from magnetic head sliders”, J . Appl. Phys, Vol.80,No.1(1996),pp 499-504.4. Y.F.Lu,Y.W.Zheng,W.D.Song,”An energy approach to the modeling of particle removal by pulsed laser irradiation”, Appl . Phys. A, Vol. 68(1999),pp.569-572.5. J.M.Lee,K.G.Watkins,W.M.Steen,”Angular laser cleaning for effective removal of particles from a solid surface”, Appl. Phys. A, Vol. 71 (2000),pp.671-674.6. W.D.Song,M.H.Hong,H.L.Koh,W.J.Wang,Y.W.Zheng,Y.F.Lu and T.C.Chong, ”Laser-induced removal of plate-like particle from solid surfaces”, Appl. Surf. 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In dry laser cleaning, particles can be removed from substrate surfaces by laser-induced fast thermal expansion of plate-like particles and substrates,which induces large cleaning force to overcome adhesion forces between the particles and substrate surface or laser-induced near field effect for removing spherical particles.for steam laser cleaning,particles are removed by laser-induced explosive vaporization of the liquid film on the substrate surfaces in constrast,particles are removed by laser-induced liquid jet and shock wave for wet laser cleaning.laser cleaning application in semiconductor and disk drive industry will be also addressed.IntroductionSince three groups in Russia,USA and Germany discovered the laser cleaning effect simultaneously and independently in 1987,laser cleaning has attracted more and more attention from scientists and engineering .Laser cleaning may be divided into three categories, dry laser cleaning steam laser cleaning and wet laser cleaning . In dry laser cleaning particles can be removed from a substrate by laser-induced fast thermal expansion of plate-like particles can/or the substrate or laser-induced near field effect for removing spherical particles.In steam laser cleaning,particle are removed by laser-induced explosive vaporization of a liquid film deposited on a substrate due to superheating at the interface between the liquid and substrate surface .One problem associated with these two techniques is the high temperature induced due to the direct laser irradiation onto the substrates surface.For substrates those are sensitive to high temperature rise,the best way is that laser indirectly irradiates the substrates.Recently,we tried to use a laser to clean substrates in liquid.When a laser beam is focused into liquid ,it creates a lot of bubbles there.The bubbles migrate towards a substrate to be cleaned. Due to bubble-substrate and/or bubble-free-surface interaction, a high-speed liquid jet is formed during bubble collapse and a shock wave is generated at the moment of bubble collapse near the surface .By these laser-induced liquid jet and shock wave .particles on a substrate can be effectively removed without resulting in high temperature rise of the substrate surface.We call this method as wet laser cleaningas compared to dry laser cleaning and steam laser cleaning .Following,we will discuss these three cleaning techiques and their applications .Dry laser cleaningThe schematic diagram of dry laser cleaning of plate-like particles and SEM(scanning electronic microscope )images of plate-like particles are shown in Fig1.When a laser irradiates a substrate with plate-like particles on it the substrate and /or particles will absorb laser enery.as laser energy is strongly absorbed by a substrate,.1(a).In contrast,as laser energy is strongly absorbed by plate-like particles ,the cleaning force is induced by fast particle expansion as shown in Fig.1(b).These cleaning forces induced by fast thermal expansion of the substrate and/or particle can overcome adhesion forces between particle and substrate surface to eject particles from the surface.(a)Substrate expansion (b) Particle expansion (c) Top view of plate-like particle (d)Cross-sectional view of plate-like particleFig.1 Laser-induced fast thermal expansion of substrate(a)and plate-like particle (b)for dry laser cleaning as well as top(c)and cross-sectional(d)view of plate-like particles Figure 2 shows the schematic diagram of dry laser cleaning of spherical particles and cross-sectional view of spherical particles .When a laser irradiates a spherical particle on a substrate with particle size comparable with laser wavelength,the intensity of light at the contact area is many times greater than the incident intensity due to near-field effect.A spherical particle plays a role of focus lens， producing high intensities on the substrate surface under the particle.This enhancement intensity may induce strong thermal expansion even nano-ablation of the substrate surface under the particle due to near-field effect, which will eject particles from the substrate surface.Fig.2 Laser-induced near field effect for dry laser cleaning (a)and cross-sectional View of spherical particles(b).As an example,Fig.3 shows AFM(Atomic Force Microscope)images before and after dry laser cleaning of particles on magnetic disk surfaces at a wavelength of 248nm,pulse duration of 23ns,laser fluence of 150mJ/cm2 and pulse number of 100.Comparing both the AFM profiles at the original and the cleaned areas,it is clear that laser irradiation can efficiently remove particles from the magnetic disk surface.The particles with a minimum size of 0.2um in radius observed from the AFM profile have been removed by laser irradiation. Fig.3 AFM images before and after dry laser cleaning of particles on disk surfacesSteam laser cleaning The schematic diagram of steam laser cleaning is shown in Fig 4.Before laser cleaning , a thin liquid film is deposited on a substrate surface by a flow gas carrying vapor or steam generated from the hot liquid and passing through a nozzle onto the surface.As a short pulse laser such as excimer laser irradiates the substrate, the substrate strongly absorbs laser energy , which produces superheating and explosive evaporation of the liquid film initiating at the interface.the strong explosive evaporation can result in the production of large transient forces that can overcome adhesion forces,causing particle ejection . Fig.4 Laser-induced superheating at liquid-silid interface and explosive evaporation of liquid film for steam laser cleaning Figure 5 shows optical micrographs of MR head sliders before and after steam laser cleaning.The cleaning conditions are 1 second for deposition of liquid thin film on the slider surface following 3 laser pulses for steam laser cleaning with 20 cleaning circles at 130mJ/cm2.It is found that particles have been removed from MR head sliders by steam laser cleaning.Fig.5 The optical micrographs before and after steam laser cleaning of particles on MR head sliderFig.6 The optical micrographs of MR head sliders before(a and b) and after(c and d)Dry (left) and steam (right ) laser cleaningComparing with dry laser cleaning, it was recognized that presence of the thin liquid flim in steam laser cleaning enhances the cleaning efficiency significantly .Figure 6 shows a comparison between dry and steam laser cleaning of MR head sliders at a wavelength of 248nm,pulse duration of 23 ns, laser fluence of 130 mJ/cm2 and pluse number of 60.Only difference is an existence of liquid film deposited on the sliders in steam laser cleaning. It was found that higher cleaning efficiency had been obtained in steam laser cleaning.This is because larger cleaning force induced by explosion evaporation in steam laser cleaning than fast thermal expansion in dry laser cleaning.Wet laser cleaning The schematic diagram of wet laser cleaning is shown in Fig.7.A laser such as excimer laser is used as a light source for wet laser cleaning .Laser beam is focused into liquid by an optical system including mirrors and lens.The substrate to be cleaned was placed in liquid at a certain distance away from laser beam focus point.A stage is used to move the substrate to an appropriate position in liquid for cleaning and carrying it in and out of liquid container.When a high power laser beam is focused into liquid,a lot of bubbles are generated in the focus zone by the optical breakdown in the bulk of the liquid.As inserting a rigid substrate into the liquid close to laser beam focus point,the bubbles migrate towards the substrate surface due to the Bjerknes attractive force.With bubble-substrate and/or bubble-free-surface interaction,a high-speed liquid jet is formed during bubble collapse and a shock wave is generated at the moment of bubble collapse near the substrate surface.This high-speed liquid jet and shock wave near the solid surface induce large cleaning forces acting on the surface.With an appropriate choice of cleaning parameters such as laser fluence and distance between laser beam focus point and substrate,particles on a substrate can be removed by laser-induced liquid jet and shock wave.Since the laser does not irradiate onto the substrate surface, the surface damage due to the thermal effect induced by laser irradiation directly onto the surface in dry and steam laser cleaning can be avoided.Fig.7 Laser-induced liquid jet and shock wave near a substrate in liquid for wet laser cleaning As an example,Si wafers were selected as substrates to be cleaned.The particles were polystyrene(PS)particles with a size of 110nm.The substrate surface before and after cleaning was observed by a SEM.Figure 8 shows SEM images of Si substrate with 110nm polystyrene particle before and after wet laser cleaning in the mixture of water and ethanol.The wavelength is 248 nm and the pulse duration is 23 ns.The laser fluence is 13.3J/cm2 and pulse number is 200.the laser beam is focused into water at a depth of 0.1mm from the water surface and a distance of 2 mm from the Si substrate.At the original area,110 nm particles can be observed on Si substrates as shown in Fig.8(a).After laser cleaning ,the 110 nm particles on Si substrate have been removed from the substrates as showm in Fig.8(b). Fig .8 SEM images before(a)and aft
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