内圆电解磨削装置设计 毕业设计

编号本科生毕业设计内圆电解磨削装置设计InternalGrindingElectrolyticDevicesDesign学生姓名专业学号指导教师学院六月毕业设计（论文）原创承诺书1．本人承诺：所呈交的毕业设计（论文）《内圆电解磨削装置设计》，是认真学习理解学校的《长春理工大学本科毕业设计（论文）工作条例》后，在教师的指导下，保质保量独立地完毕了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭他人的工作内容。2．本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参照文献形式列出，对本文的研究工作做出重要奉献的个人和集体均已在文中注明。3．在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担对应的法律责任。4．本人完全理解学校有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校规定提交论文和有关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，容许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保留毕业设计（论文），可以公布其中的所有或部分内容。以上承诺的法律成果将完全由本人承担！作者签名：年月日摘要电解磨削工件内圆时,工件作为阳极与直流电源的正极相连,导电磨轮作为阴极与直流电源的负极相连,两者之间保持一定的磨削压力,凸出于磨轮表面的非导电性磨料使工件表面与磨轮导电基体之间形成一定的电解间隙,同步向间隙中供应电解液.在直流电的作用下,工件表面金属由于电解作用生成离子化合物和阳极膜,这些电解产物不停地被旋转到达磨轮所刮除,使新的金属表面露出,继续产生电解作用,伴随工件材料不停的被清除.从而到达磨削的目的。电解磨削适合于磨削多种高强度、高硬度、热敏性、脆性等难磨削的金属材料。用电解磨削可磨削多种硬质合金刀具、塞规、轧辊、和模具平面等。电解磨削的效率一般高于机械磨削，磨轮损耗较低，加工表面不产生磨削烧伤、裂纹、残存应力、加工变质和毛刺等。在以上条件下，本次就是进行内圆电解磨削装置的设计。在整个设计过程中，重要依托老式的机械设计的措施与思绪，通过查阅大量图书资料、进行市场调研并搜集大量数据、参观某些经典内圆磨床实体与其动作原理等等，完毕机床的构造设计。最终设计出的机床为内圆电解磨削装置。关键字：电解内圆磨床AbstractElectrolyticGrindingattheInnerCircle,WorkpieceasanodeandthecathodeDCPowerLinked,GrindingWheelasacathodeandtheanodeDCPowerLinked,Mustbestruckbetweenthegrindingpressure,Wheelprotrudingfromthesurfaceofthenon-conductivesoabrasivegrindingwheelandtheworkpiecesurfaceconductivematrixbetweencertaingapelectrolysis,Meanwhileclearancetosupplyelectrolyte.TheroleoftheDC,workpiecesurfaceasmetalionsgeneratedelectrolysisrolecompoundsandanodicfilm,Theseelectrolyticproductshasbeencontinuouslyrotatinggrindingwheelreachedbycurettage,newmetalsurfaceexposed,andcontinuetoproduceelectrolysis,Withtheworkpiecematerialtoberemovedcontinuously.Soastoachievethepurposeofgrinding.Electrolysisissuitableforgrindinggrindingofhighstrength,highhardness,heat-sensitive,suchasthebrittlemetalgrindinghardmaterials.ElectrolysiscanbeusedgrindingvariousCarbideToolGrinding,theCypriotregulations,roll,andtheotherplanedie.Electrolysisgrindingefficiencyisgenerallyhigherthanthemechanicalgrinding,grindingwheelwearandtearlowersurfacenotproducegrindingburn,crack,Residualstress,processing,suchasdegenerationandBurr.Intheseconditions,thisroundwasconductedwithintheelectrolyticgrindingdevicedesign.Throughoutthedesignprocess,relyingmainlyonthetraditionalmechanicaldesignmethodsandideas,throughaccesstoalargenumberoflibrarymaterials,conductmarketresearchandtocollectlargeamountsofdata,visitstosometypicalInternalGrinderentitieswiththeactionprinciple,andsoon,Machinecompletedthestructuraldesign.ThefinaldesignforthemachinetoolgrindingInternalelectrolysisdevices.Keyword:Electrolysis;Internal;Grinder目录摘要 IAbstract II目录 I第一章序言 11.1课题研究的背景及意义 11.2国内外电解磨削加工的研究现实状况 21.2.1电解磨削加工的国外研究状况 21.2.2电解磨削加工的国内研究状况 61.3确定设计方案 8第二章内圆电解磨削装置系统设计 102.1工作台的设计及改造 102.1.1工作台的传动 102.1.2床身的绝缘 102.2磨架的传动： 112.2.1砂轮的传动 112.2.2砂轮电动机的选择 122.2.3磨床传动系统的设计规定： 122.2.4主传动系统配置方式： 132.2.3电解磨轮的选择 132.2.5砂轮轴的设计 142.2.6旋转磨轮的导电的设计 162.3工件的传动 162.3.1电动机的选择 162.3.2工件的导电 172.4电解液供应系统 172.4.1工件的阳极溶解量 172.4.2电解加工电解液 182.5导电系统的设计 222.5.1电源的选择 222.5.2重要技术参数 23毕业设计总结 24致谢 26参考文献 27附录: 28第一章序言1.1课题研究的背景及意义现代科学技术和工业的发展，使人们对机械产品及零部件使用性能的规定越来越高。例如，规定材料比强度高，热强性高，耐高温，耐腐蚀，以及能承受复杂应力等，为此，许多零件采用新型材料制造。在这些新型材料中，许多是难加工材料，例如高温合金、钦合金、超高强度钢、不锈钢等。由于它们具有一系列优良的物理机械性能，因此在航空、航天、航海、石油、化工等工业部门中得到了广泛的应用[1]。而伴伴随这些难加工材料的广泛应用，怎样高质量、高效率地对这些材料进行加工，便成了近几十年来，国内外学者和工程技术人员尤其关注的问题。加工试验表明:应用常规磨削措施加工上述难磨削材料不能获得令人满意的加工效果。由于磨削加工往往是机械加工产品的终极加工工序，其加工效果的好坏直接影响到产品的最终质量和性能，因此面对现代工业发展对金属材料面加工质量、精度、完整性和成本等提出的更高规定，老式的磨削工艺己难以应对。电解磨削加工(Electrochemicalgrinding，ECG)，最早由美国人G.F.Keelerie提出。这是一种结合电解加工与磨削，从具有导电性的工件上切除材料的一种电化学加工方式。而电解磨削加工作为一种磨削的新工艺，是由电解作用和机械磨削作用相结合而进行加工的，比电解加工具有很好的加工精度和表面粗糙度，比机械磨削有较高的生产率，发展潜力巨大[2]。工件作为阳极与直流电源的正极相连﹔导电磨轮作为阴极与直流电源的负极相连。磨削时﹐两者之间保持一定的磨削压力﹐凸出于磨轮表面的非导电性磨料使工件表面与磨轮导电基体之间形成一定的电解间隙(约0.02～0.05毫米)﹐同步向间隙中供应电解液。在直流电的作用下﹐工件表面金属由于电解作用生成离子化合物和阳极膜。这些电解产物不停地被旋转的磨轮所刮除﹐使新的金属表面露出﹐继续产生电解作用﹐工件材料遂不停地被清除﹐从而到达磨削的目的。

图1-1电解磨削原理图电解液一般采用硝酸钠﹑亚硝酸钠和硝酸钾等成分混合的水溶液﹐不一样的工件材料所用电解液的成分也不一样。导电磨轮由导电性基体(结合剂)与磨料结合而成﹐重要为金属结合剂金刚石磨轮﹑电镀金刚石磨轮﹑铜基树脂结合剂磨轮﹑陶瓷渗银磨轮和碳素结合剂磨轮等﹐按不一样用途选用。

电解磨削适合于磨削多种高强度﹑高硬度﹑热敏性﹑脆性等难磨削的金属材料﹐如硬质合金﹑高速钢﹑钛合金﹑不锈钢﹑镍基合金和磁钢等。用电解磨削可磨削多种硬质合金刀具﹑塞规﹑轧辊﹑耐磨衬套﹑模具平面和不锈钢注射针头等。电解磨削的效率一般高于机械磨削﹐磨轮损耗较低﹐加工表面不产生磨削烧伤﹑裂纹﹑残存应力﹑加工变质层和毛刺等﹐表面粗糙度一般为Ra0.63～0.16微米﹐最高可达Ra0.04～0.02微米。

采用适应控制技术﹐可深入提高电解磨削的加工稳定性和自动化程度。同步﹐为了提高加工精度﹐采用兼有纯机械磨削能力的导电磨轮﹐粗加工时靠电解磨削的高效率完毕大部分加工量﹐然后切断电解电源﹐靠纯机械磨削磨掉精加工余量﹐这样能显着提高加工精度[3]。电解磨削方式已从平面磨削扩大到内圆磨削﹑外圆磨削和成形磨削。电解加工的原理也可与珩磨和超精加工结合起来﹐成为电解珩磨和电解超精加工。1.2国内外电解磨削加工的研究现实状况1.2.1电解磨削加工的国外研究状况日本北海道大学的佐藤敏一对电解磨削在模具加工中的应用进行了研究。加工中可以采用石墨磨轮、金刚石磨轮或磨粒间加入导电物质的磨轮，其最经典的应用是对硬质合金进行成型磨削。由于电解磨削产生的热量少，加工表面无热烧伤，金相组织不发生变化，因而加工的硬质合金表面与基体组织构造相似，具有很高的耐磨性。在提高电解磨削加工的精度方面，日本和英国进行过某些对应的研究.英国曼彻斯特大学的伊朗学者A.ETehrani在电解磨削平面的过程中研究了尺寸“过切”的问题。图1-2电解磨削装置加工过程该研究认为，由于电解作用的杂散腐蚀，当磨削过程中砂轮的进给速度较慢时，工件实际的清除量要不小于名义清除量，即产生尺寸超差的现象，称为”过切”。该研究认为，要提高电解磨削的加工精度，应对应提高砂轮的切向进给速度。同步，A.ETehrani的研究还提出，采用脉冲电解磨削(PEcG)工艺，可以减小加工过程中的尺寸“过切”量，由于脉冲电解磨削可以在相似的加工电流密度下减小电解作用的实际参与时间，从而减小电解作用，提高加工精度[4]。日本为提高电解磨削的加工精度也进行了某些研究，其基本思想是提高机械磨削作用在整个加工过程中所占的比重一种措施是将电解磨削分为两个工步，粗加工采用大的切深(可达几毫米)和低的往复运动速度进行电解磨削，精加工则以较高的往复运动速度和微量切进行机械磨削，从而提高加工精度，该措施被称为SAM(SurfaceshiningAnodicMachining)法[5]。另一种措施是采用微量切削深度(0.01一0.02mm)和高往复运动速度进行电解磨削来提高加工精度，该措施被称为EMG磨削(ElectroMechanicalGrinding)。不过严格来说这两种工艺并不是新的加工措施，只是在不一样工艺条件和操作规程下所进行的“电解磨削”+“机械磨削”而已。国外还对电解磨削的加工效率、能量消耗以及加工过程的优化进行了研究。优化指标包括电解砂轮的损耗、砂轮载荷、加工表面粗糙度、金属清除率和尺寸“过切”量等方面。根据不一样的加工规定确定各单项指标的加权系数，再通过对大量试验成果的计算分析，确定获得最优加工质量的工艺条件。日本在电解研磨方面的研究相对较多，尤其是大面积光整加工。早在上世纪70年代后期，为了提高不锈钢板的表面加工质量，日立造船株式会社的田宫滕恒、前田英彦等人开发了不锈钢板的电解研磨措施，并对此进行了较多的研究。后来曙川电机制作所的釜田浩、大阪大学工学部的木本康雄、京都大学的垣野义昭等学者也参与了这方面的研究。八十年代初期，日本工业技术院机械技术研究所的清宫统一等人又采用泡沫聚氨醋做研磨介质、在电解液中直接混入微细磨料进行了游离磨料的电解研磨研究[6]。与此相对应，田宫滕恒、前田英彦等人开展的电解研磨措施称为固结磨料的电解研磨，但在加工原理上两者并没有本质的不一样。两种研磨措施比较起来，采用游离磨料的电解研磨加工表面质量更好，并且省去了制造砂布的工序，但金属清除率比采用固结磨料的研磨时要低。电解研磨加工表面的粗糙度值可以到达Ra0.005。八十年代中期日本机械技采溅玩还研制出了大垫板材的镜耐口工生产线，该生产线可以加工长度为6m、宽度为1.5m的不锈钢板材，加工表面粗糙度可达Rmax0.05。日本在电解研磨方面的研究比较多，目前应用领域已经从化学工业扩展到电子工业、半导体工业和原子能工业等领域中。八十年代后来，日本将电解研磨技术推广到大直径外圆及内孔表面的加工，其加工原理与平面加工基本相似。但该种外圆磨削措施加工出的表面磨削轨迹分布不理想，加工表面往往存在较大的波纹度。为改善这种加工缺陷，日本的木本康雄等人在八十年代后期提出了一种回转的盘形磨轮相对于工件偏置的研磨措施[7]。加工中工件与盘形磨轮同步旋转，两者的轴线在空间正交，盘形磨轮的轴线相对于工件的轴线向上偏移一定的距离Z，加工中盘形磨轮沿工件的轴线方向作往复进给运动。这种研磨措施加工出的工件具有较理想的磨削痕迹，可减少加工表面的波纹度和表面粗糙度值。电解研磨还被用于内孔、自由曲面和模具型腔的加工。日本的清宫统一等人采用聚氨醋做研磨介质，研制了手持式的电解研磨加工装置，可用于自由曲面的加工。采用尼龙不织布螺旋缠绕在金属管上做研磨工具进行了必4一6mm小孔的镜面电解研磨，加工中磨具以23rpm的转速旋转，并以7Hz的频率和8mm的振幅沿小孔轴线振动，该种加工措施可在2分钟内使加工表面的粗糙度由Rmax2~3降至Rmax0.05。图1-3电解研磨系统在线电解修整(ELID)磨削技术是一种在加工过程中使用电解修整砂轮和常规机械磨削相结合的新的磨削措施，该措施由日本物理化学研究所大森整(Hitoshiohmori)等人于1987年提出。ELID磨削技术在美国、英国、德国等国家也得到了重视和研究应用，并用于对脆性材料表面进行超精密加工。伊朗研究者通过研究复杂部件内表面的光整，通过对试验条件的改善优化了光整需要的加工时间，少于老式光整加工时间的30倍，美国曼彻斯特大学对电解磨削外圆表面加工硬化进行了研究，波兰学者对三种难加工材料的能量消耗的对比发现，机械磨削要比电解磨削的能量消耗高[8]。国外研究者通过试验研究Al2O3/Al的复合材料，对电解磨削加工与老式磨削表面的。显微图片的分析，得出电解磨削的表面质量远远忧于老式磨削的表面质量。1.2.2电解磨削加工的国内研究状况国内电解磨削技术的研究早在上世纪六十年代末期已经开始，重要的研究单位是航空工业部所属的发动机工厂。410厂、120厂、331厂和625所对耐热合金叶片纵树型精密桦齿进行电解磨削，并研制出大气孔渗银砂轮用于生产。625所还设计制造了双轮电解磨床，处理了电解磨削工艺和砂轮修整方面的关键技术。国内尚有某些单位对硬质合金刀具进行了电解磨削工艺研究，改善了刀具的磨削质量，明显地提高了刀具的寿命。对滑片式空压机转子上的8条长480mm，宽7mm，深48mm的滑片槽进行电解磨削，使槽壁平行度<=0.02mm，表面粗糙度Ra<=1.6。采用电解磨削的原理对金属管材型材进行毛刺切削试验，研制出DOJ-1型无毛刺切管机。此项技术能使切割与去毛刺一次完毕，切割端面粗糙度Ra且.6林m。用R50mm。、孔型R5.1mm导电磨轮，在外径R78mm碳化钨轧馄的外圆电解磨出半径R5.1mm、深4.4mm孔型槽，每开一种槽平均用12min，开两个槽后，磨轮外径尺寸及孔型尺寸变化小，磨出的孔型槽均符合规定。八十年代后来，国内某些高等学校和科研院所开始了更为广泛的电解研磨技术的研究。大连理工大学将电解研磨用于轧辊的光整加工。加工前先将轧辊用机械磨削加工，表面粗糙度到达Ra0.8，然后采用浮动进给的磨条作磨具进行电解研磨，加工出的轧辊表面粗糙度可到达Ra0.025，轧制出的钢带表面粗糙度可达Ra0.055左右[9]。此外，大连理工大学还对大型化工设备氯乙烯反应釜(直径为5m，高度为4.7m)的内表面进行了电解研磨加工，表面粗糙度可达Ra0.1、m[l6]。对直径为必22m、长度为4.9m的列管式换热器中的列管内表面进行电解研磨加工也得到了Ra0.1的表面，并且换热器的是试用寿命大大提高。苏州电加工机床研究所采用浮动进给的磨条对R15x50mm的不锈钢外圆表面进行了电解研磨加工。加工中选择W10一W5粒度的磨条和19%的NaNo3电解液、1一2A/cm2的精加工电流密度、1.3mm的加工间隙和3m/s的相对运动速度，经粗、中、精三道工序研磨可将Ra0.16一0.64的车削表面直接加工至Ra0.025或更高。对直径<=2mm、深径比>10且与物料接触的小孔型腔面采用电解研磨，使小孔加工的经济表面粗糙度到达Ra<=0.4。上海交通大学采用偏置的转盘工具对外圆表面进行了镜面电解研磨试验研究。在分析磨削轨迹分布规律的基础上，运用一台改装的低精度车床，采用电解磨削方式己从平面磨削扩大到内圆磨削、外圆磨削和成形磨削。塑性磨削也获得了一定的研究成果。哈尔滨工业大学的袁哲俊专家从1993年开始ELID磨削技术的研究工作，目前对硬质合金、陶瓷、光学玻璃等脆性材料实现了镜面磨削，磨削表面粗糙度与在同样机床条件下一般砂轮磨削相比有大幅度的减少，部分工件的表面粗糙度Ra己达纳米级[10]。其中，对硅微晶玻璃的磨削表面粗糙度可达Ra0.012nm这表明ELID磨削技术可以实现对脆性材料表面的超精密加工。

图1-4配有ELID磨削装置的MSG—612CNC超精密成型数控平面磨床为了处理航空产品中各类扭曲叶片整体叶轮的加工难题，南京航空航天大学在国际上首创了一项数控展成电解加工技术。它以简朴形状的工具阴极，按照计算机控制指令，进行必要的展成成型运动，以电解“切削”方式加工型腔、型面[11]。数控展成电解加工技术综合了电解加工与数控加工各自的技术长处，其工具形状简朴，可以是棒状、球状，而“切削刃”则可为点、直线或曲线;它具有数控加工的柔性，可用不一样类型的控制软件替代复杂的成型阴极设计制造，同步又具有电解加工的无工具损耗，无切削力，可以加工多种难加工材料和小刚度零件等长处[12]。因此，数控展成电解加工对于小批量甚至单件生产，以及难以实现拷贝式加工的零件具有明显优势。1.3确定设计方案内圆电解磨削装置的总体设计内容包括：内圆磨床的改造：M2110A型内圆磨床为电解磨削装置其重要尺寸规格，传动系统，动力参数（电机选择），电解磨轮的选择；电解液供应系统：是电解加工设备中不可缺乏的一种构成部分，系统的重要构成有电解液、泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀等[13]。目前生产中的电解液泵大多采用多级离心泵，这种泵密封和防腐很好，使用周期长。并且在电解加工过程中电解液中的电解产物含量会不停增长，会引起加工间隙的堵塞，故必须进行电解液的净化。目前比较广泛常用的是自然沉淀法，但尚有介质过滤法及离心过滤法等措施[14]。导电系统的设计：重要包括电源选择、轴端导电（旋转导电器的设计）；此设计重要将一般内圆磨床改造设计成用于抛光的内圆电解磨削装置。M2110A型内圆磨床。M2110A型内圆磨床是一般精度级磨床，重要用于磨削精密圆柱或圆锥孔。该机床工艺范围较宽，合用于改导致内圆电解磨削装置[15]。M2110A型内圆磨床的重要技术规格如下：圆孔直径Φ6mm~Φ100mm磨孔最大深度Φ150mm工件最大长度长度200mm砂轮转速（四级）200、300、400、600r/min床头箱线最大回转角度20°砂轮转速（三级）10000、18000、24000r/min机床总功率3.8KW机床重量3200kg图1-5M第二章内圆电解磨削装置系统设计2.1工作台的设计及改造2.1.1工作台的传动机床工作台由液压无级传动，工作台的工作进给、迅速快进及退回、休整砂轮时的进给等均能自动变换。砂轮微量横进给可以手动或液动，液动进给即工作台的每一种往复行程，砂轮作一次自动进给。修整砂轮用液压手柄操纵。如下图2-1441.进给机构2.进给机构3.绝缘材料4.丝杆图2-1机械传动图进给机构1固定在磨架前端，用于控制磨架做横向自动进给或手动进给。进给机构2用于控制工作台的纵向进给2.1.2床身的绝缘由于加工时工作台接阳极。故设计时应考虑台与床身之间要有绝缘材料隔开。使用的材料是聚四氟塑料。如图2-1中的3所示。图2-2聚四氟塑料2.2磨架的传动：2.2.1砂轮的传动传动方式由传递力矩、功率、变速比、及失速许可值确定;多种减速传动方式的特点简介如下:1.皮带传动及齿轮传动变速适合于高速,但齿轮传动变速更适合大力矩、大功率、大速比及小失速的传动规定,但造价高投入大,维护复杂,维护成本也大。2.皮带传动具构造简朴,维护简朴、建成投入及维修成本也低,适于高速、相对小力矩、小功率、失速规定相对不高的埸合,但一般仅适合于速比不大的一级变速(多级变速占用空间大).3.链传动变速具皮带传动的长处,但不太适合高速传动的场所及多级变速传动,由于链的刚度强于皮带,因此适合大力矩低速的地方.因此根据以上三者传动特点，可以做出选择:1.由于砂轮的转速很高，因此链传动被放弃。2.砂轮工作时的力矩并不大，为了抵达经济节省的效果，选择带传动即可。图2-3带传动示意图砂轮主轴的运动是由砂轮电动机，经4根V带直接传动的。2.2.2砂轮电动机的选择机床的总功率为3.8KW，为了使机床便于改造，不过多的变化电气设备。电动机功率选择应不不小于3.8KW。由于在磨床中，与砂轮相连的电机为主电机，为了到达理想的磨削效果，砂轮电动机功率不应过小，查表选择了3KW的级别。然后由机床工作环境，不需要防爆等规定，选择原则三相异步电动机即可。最终，电动机选择Y100L-2型号电动机；电动机功率3kw，转速2860r/min。2.2.3磨床传动系统的设计规定：1)主机的概况：用途，性能，工艺流程，作业环境，总体布局等；2)系统需要完毕哪些动作；3)各动作机构的运动形式，运动速度；4)对调速范围，运动平稳性，转换精度等性能方面的规定；5)对防尘，防爆，噪声，安全可靠性的规定；6)对效率，成本等方面的规定2.2.4主传动系统配置方式：图2-4主传动系统配置方式2.2.3电解磨轮的选择硬质合金的电解磨削一般采用金刚石导电砂轮（见图2-5）,这是由于金刚石磨料形状规则,硬度高,能长期保持均匀的电解间隙,并且生产率高。在精磨削时能单独进行机械磨削。金刚石电解磨轮可分为金属粘接剂和电镀金刚石磨轮。前者用于硬质合金模具的平面和内外圆的电解磨削。后者用于单一形状大批量工件的电解成形磨削和小孔的内圆磨削。磨削压力一般采用30N/cm2左右。电解磨轮的线速度一般为1200～2100m/min,与工件接触长度不得超过19mm,这是防止电解液沸腾的临界长度。电解磨轮中的磨料在电解磨削加工中,仅起保持电解间隙和刮除氧化膜作用,减少了磨料的磨损[16]。电解磨削用金刚石磨轮的损耗为单独机械磨削用金刚石砂轮的5%～10%。图2-5金刚石导电砂轮2.2.5砂轮轴的设计电动机轴输出转矩Td=9550Pd/nm=9550×3/2860=10.02N·m砂轮轴输入转矩，见图2.4d1=250mmd2=72mmη=0.96i=d2/d1=72/250=0.29T砂=Td·i·η=10.02×0.29×0.96=2.84N·m砂轮轴切削力Ft=T砂/d砂=2.84/0.25=11.36N在电解磨削抛光过程中由于进给量非常小径向力Fr<20N,取Fr=20NⅠ画出轴的受力图，见图2-6Ⅱ计算支承反力Ft=FR1V+FR2V(2-1)Ft·(l1+l2+l3)=FR1V·(l2+l3)+FR2v·l3(2-2)由(2-1)和(2-2)得FR1V=2.06NFR2V=8.30NFr=FR1H+FR2H(2-3)Fr·(l1+l2+l3)=FR1H·(l2+l3)+FR2H·l3(2-4)由(2-3)和(2-4)得FR1H=34.62NFR2H图2-6砂轮轴受力分析Ⅲ画弯矩图在水平面上a-a剖面左侧MaH=Fr·(l1+l2+l3)=20×398=7960N·mma-a剖面右侧M’aH=FR1H·(l2+l3)=34.62×265=9174.3N·mm在垂直面上a-a剖面左侧MaV=Ft·(l1+l2+l3)=11.36×398=4521.28N·mma-a剖面右侧M’aV=FR1V·(l2+l3)=2.06×265=810.9N·mm合成弯距,a-a剖面左侧=9154.29N·mma-a剖面右侧=9209.77N·mmⅣ画转矩图转矩T=Ft·d/2=1136·37/2=21016N·mmVI判断危险截面显然，a-a剖面左侧合成弯距最大是危险截面。Ⅴ轴的弯扭合成强度校核查表10-1查得[σ]=[σ-1]b=60MPa,[σ0]b=100MPa,α=[σ-1]b/[σ0]b=0.6a-a剖面左侧W=0.1d3=0.1·253=1562.5mm3=9.97<60MPa以上计算成果表明轴的弯扭合成强度是足够的。2.2.6旋转磨轮的导电的设计设计时，要把电源接到阴极--导电磨轮上，阴极零电位，对人体没有伤害，设计了旋转导电器，接在轴端，使之导电。如下图。旋转导电器工作原理：此导电器把水银作为导电介质2.3工件的传动和砂轮传动方式理由相似，是由电动机，经4根三角皮带直接传动的。2.3.1根据加工工件的不一样，有两种型号的电动机供选择电机功率0.45kw，转速700r/min电机功率0.75kw，转速1400r/min2.3.2设计时，要把电源接到旋转的阳极--工件上，使之导电。采用了和磨架同样的旋转导电器，设计如图2-7。图2-7旋转导电器2.4电解液供应系统2.4.1工件的阳极溶解量根据法拉第电解定律，电解时电极上溶解或析出物质的量(重量M或体积V)与通过的电量Q(Q=I·t)成正比，其比例常数称为该物质的电化学当量，即:用重量计:(根据M=K·Q推出)M0=K·I·t用体积计：V0=ω·I·t式中：M0—电极上溶解或析出物质的重量(克:g)V0—电极上溶解或析出物质的体积(毫米3:mm)K—被电解物质的重量化学当量(克/安培·小时:g/A·h)Q—通过电极的电量(库仑:C)ω—被电解物质的体积电化学当量(毫米3/安培·小时)I—电解电流（电流：A）t—通电时间（小时:h）2.4.2电解加工电解液电解加工装置中第二类导体是电解质溶液。电解质（electrolyte）是指溶于溶剂时能形成离子从而能导电的物质。最常见的溶剂是水，最常见的电解质量溶液是以水为溶剂的溶液。电解加工电解液是以水为溶剂的电解质溶液。与一般电化学装置同样，电解液起着导电介质、反应介质的作用，同步又以高速流动及时带走反应产物和热量。因此电解加工电解液的成分、浓度、温度、压力、流速对电解加工过程有重要影响。电解加工的电解液应具有如下性质：应选用溶解度大的强电解质，以具有高的导电率，获得高生产率。阴极反应不能是电解液中的阳离子在阴极的沉积，而应是气体的析出，以免变化阴极尺寸和形状，碱金属阳离子具有很负的析出电位，因此选用碱金属盐的水溶液。电解液中的阴离子应当有较高的放电电位，以保证阳极工件的正常溶解，电解液成分中所含阴离子可考虑元素周期表中第7族元素或含氧酸根。反应产物应可与电解液分离，以便电解液循环使用。考虑到对机床的腐蚀性，pH值以中性为宜；为适应高速流动的规定，黏度宜小。价廉易得，安全稳定。因此，最先考虑采用的电解加工电解液是碱金属的中性盐水溶液，如NaCl水溶液，由于NaCl电解液活性高，杂散腐蚀严重，轻易导致非加工面的再加工。因此采用NaClO3,NaNO3惰性电解液，Fe在此类电解液中的极化曲线（E～i）表明，当阳极电位处在某范围时，由于金属表面生成一层钝化膜使电流密度降的很低，因此电流效率是伴随电流密度变化而变化的。对Fe在20%NaClO3电解液，工作电压12V，电解液温度40℃，电流效率数据如表2-1所列。而Fe在NaCl电解液中表面一直处在活化状态。将Fe在NaClO3和NaCl电解液中的极化曲线和电流效率曲线同绘于图2-8，图2-9。将极化曲线和电流效率曲线联络起来看，正是由于Fe在NaClO3表2-1Fe在电解液中的电流效率电流密度/A·cm-214．529．545．468．176．3电流效率/（%）26．644．554．259．770．71-NaCl电解液2-NaClO3电解液图2-8极化曲线曲线表明，一种电解液性能的好坏，与工件表面生成的氧化物和金属盐与否轻易溶解也有很大关系。例如，用加工钢料的电解液来加工铝合金，其效果不甚满意，这是由于在工件表面生成的铝盐不易溶解，因而在工件表面生成一层较为牢固的阳极膜。假如采用含5%～10%醋酸的电解液，则效果有所改善，所生成的铝盐很轻易溶解，从而被电解液带走。又如，用加工钢料的电解液来加工硬质合金也不合适，这是由于在硬质合金的电解过程中，在其表面生成的氧化物WO3不轻易溶于酸性和中性溶液，而易溶于碱性溶液，因此，在加工硬质合金的电解液中，NaOH往往是其中的一种重要成分。同理，加工含碳量较高的工程材料时，也往往在电解液中加入NaOH，以增强碳化物相的化学溶解能力。综上所述，选择电解液的原则是所选择的电解液应可以将工件材料中的金属元素和碳化物及其在表面所生成的氧化物和金属盐溶解掉，溶解的过程可以是化学过程，也可以是电化学过程。由于单一成分的盐类溶液较难满足多种不一样金属1-NaCl电解液；2-NaClO3电解液图2-9电流效率曲线材料的加工规定，考虑加添加剂和研制多成分的复合电解液是处理问题的一条途径。将上述三种常用电解液的配方及其重要工艺参数如表2-2所列。表2-2常用电解液的配方及其重要工艺参数被加工材料电解液配方电压/V电流密度/A·cm-2铁基合金碳钢合金刚7%～8%NaCl4%～20%NaNO315%～35%NaClO310%NaCl+10%NaNO39%NaCl+1%NaClO314%NaCl+3%Na2SiO33～158～1810～1212～1410～1412～1530～2520～2530～10020～6020～6010～40硬质合金YGYTNaOH(30g/～60g/L)+NaCl(50g/L～68g/L)+酒石酸钾钠113g/～168g/L12～1540～60含Co量少的硬质合金18%NaCl+5%NaOH12～1540～60镍基合金1%～18%NaCl7%～20%NaNO312～1530～40续表2-2被加工材料电解液配方电压/V电流密度/A·cm-2钴基合金18%～25%NaCl+2%～5%NaF12～1520～40铝合金锻铝15%～20%NaNO312～1520～50铸铝5%NH4Cl+5%醋酸钠10～14铜合金20%NaNO3+5%NaCl15%～35%NaClO310%Na2SO416～1820～8020～100<20由于在试验中使用的材料为40Cr，并且NaClO3强氧化剂，并且价格是NaNO3的4倍。因此，选用NaNO34%～20%的电解液，其重要工艺参数：电压8～18V,电流密度20～25A·cm-2。2.4.3泵的选择由于电解液具有明显酸碱性，因此，选用的泵必须可以抗酸碱的腐蚀。因此选用CQB系列磁力泵，型号为（CQB25-20-110F）。CQB系列磁力泵体、叶轮、隔离套等过流部件所有采用氟塑料制造，传动方式为磁力偶合传动,取消了机械密封，合用输送易燃易爆、宝贵液体及除融熔碱金属外的任何强腐蚀性介质是制酸制碱、稀土分离、医药、酸洗、染料、电镀、农药等行业的理想输送设备。性能描述：合用输送易燃易爆、宝贵液体及除融熔碱金属外的任何强腐蚀性介质是制酸制碱、稀土分离、医药、酸洗、染料、电镀、农药等行业的理想输送设备[16]。其重要参数：型号规格流量m3/h扬程m气蚀余量m口径进口mm出口mmCQB25-20-110F511.562520使用温度℃电机功率kw重量kg转速r/min<800.55202900图2-10CQB25-20-110F磁力泵2.5导电系统的设计2.5.1电源的选择采用高频脉冲开关电源，其工作原理简介：单相220V市电经整流、滤波，加至全桥移相谐振软开关构成的高频逆变单元，通过变压器降压、超快恢复二极管整流，转换成为输出电压可调的直流电源。再通过高频脉冲宽调制，有功率MOSFET输出至负载。移相触发控制电路可以对支流输出做出迅速反应，保证输出具有良好的动态和静态特性。整机具有过热、输出过压、输出过流以及短路保护功能。图2-11高频脉冲开关电源图2-12高频脉冲开关电源原理图2.5.2重要技术参数输入电压：交流220V±15%；直流输出电压：8V~24V；额定输出电流：50A；输出脉冲频率：500Hz~18kHz；输出占空比：25%~75%；逆变频率：60kHz；输出过压保护：36V；输出过流保护：100A；冷却方式：内置风冷；有关占空比的阐明（％）图2-13脉冲电流波形示意图毕业设计总结长达三个月的毕业设计不知不觉中已经到了尾声，在这段时间的学习中，不免一番感慨！这学期刚开学，我们接到了毕业设计课题，我的课题是内圆电解磨削装置。接到课题的那一刻，我就傻了眼，首先的感觉是迷茫。电解这个词在高中化学中接触过，没有详细的认识。在李老师的讲解中，我懂得我的课题任务和目的：就是在内圆磨床的基础上进行改造，把它由本来的物理加工改导致化学和物理混合加工，也就是电解磨削。进行毕业设计的路艰苦的，首先对内圆磨床就接触的很少，另一方面对电解也不太懂。在刚开始的时间里，我首先要先学电解这项知识，在李老师的讲解下，在翻阅了许多书籍后，我的毕业设计才慢慢的开始了。在这次毕业设计，我懂得了某些先进的技术在实际中的运用以及机械设计中的某些经典构造，某些经验取值等等，在指导老师的带领下我们参观了诸多机床，让我们接触理解到了实际的机电产品从设计、科研、开发、生产这一整套的过程。同步由于采用计算机绘图设计，使我的计算机操作能力得到了很大的提高，尤其是学会了运用网络搜集自己所需要的资料，如在本次设计中的导轨、电动机等都是通过网络搜集大量的资料，对我的设计起了和大的协助，并且这对我后来的工作也是大有裨益的。通过这次毕业设计，不仅重温和巩固了此前学过的专业理论知识，如材料力学，理论力学，机械设计等，愈加锻炼了我的综合性学习能力、发明性能力、独自设计能力，使诸多方面有了更多的理解与提高。也从中体验到了学习的乐趣。通过毕业设计，我获得了诸多收获，出了知识上的，也有精神上的。我懂得了学习是要通过一辈子去学的，由于知识就象大海同样浩瀚，而我，做为一名常工院的毕业生，才仅仅在通向大海的路上，在后来的日子中，我还要继续学习，不停的充电。同步，我也懂得了，学习决不是一件简朴的事情，会碰到许多困难，碰到问题，要学会处理，自己先想，不会的话，再请教同学，请教老师。这次设计锻炼了我的意志，在后来的学习道路中无论碰到什么问题，我都会已这次毕业设计为鉴，再艰苦、再麻烦，我也会咬牙坚持住，我坚信风雨之后才会见彩虹，只有通过自己的努力获得的东西，才会故意义。通过这次综合性的毕业设计，不仅重温了学过的知识，愈加锻炼了自我的综合性学习能力、发明性能力、独自设计能力，使自己在电解技术、磨床系统设计等诸多方面有了更多的理解与提高。总之，我从这次毕业设计中获益非浅。在后来的日子中，在后来的学习中，在后来的工作中，这次历程都会起上关键的作用