M4480刀片研磨機結構設計

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I摘 要隨著生產自動化和無人化以及批量化的發(fā)展，越來越多的生產環(huán)節(jié)使用自動化機器操縱。研磨是一種重要的精密和超精密加工方法，它是利用磨具通過磨料作用于工件表面，進行微量加工的過程。研磨加工可以得到很高的尺寸精度和形狀精度，甚至可以達到加工精度的極限。本次課題是以 M4480 刀片為被加工對象進行研究，設計一款研磨機對其進行精加工，考慮的到刀片的特性，本文選用平面研磨機構，一次裝夾，可以同時對刀片的兩面進行研磨。本文主要介紹了原始刀片研磨機機械結構設計部分。包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、研磨運動軌跡等設計。關鍵詞：刀片研磨機，傳動系統(tǒng)，超精密加工IIAbstractWith the development of production automation and unmanned and development of mass production of link, more and more use of automated machines operating. Lapping is a kind of precision and ultraprecision machining method, it is the use of abrasive by abrasive on the surface of a workpiece, micro machining process. Grinding can get the size precision and the shape precision is very high, the limit can even reach to machining precision. This topic is based on the M4480 blade for processing is research object, design of a grinding machine precision machining of the blade, to consider the characteristic of the plane, this paper chooses the grinding mechanism, a clamping, can simultaneously on both sides of the blade grinding.This paper mainly introduces the design of the original mechanical structure of blade grinding machine parts. Including power system, transmission system, grinding trajectory design.Keywords: blade grinding machine, transmission system, ultra precision machiningIII目 錄摘 要 ........................................................................................................................................IAbstract...................................................................................................................................II1 緒論 .....................................................................................................................................11.1 研磨機國內外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................11.1.1 國內研究現(xiàn)狀 ..................................................................................................11.2.2 國外研究現(xiàn)狀 ..................................................................................................21.2 研磨技術的發(fā)展 ........................................................................................................21.3 課題研究的目的及意義 ...........................................................................................31.4 本文主要研究的內容 .............................................................................................42 刀片研磨機整體方案及研磨軌跡的設計 .......................................................................52.1 行星式研磨軌跡分析 .............................................................................................62.1.1 節(jié)圓及運動類型 ..............................................................................................72.1.2 軌跡分析 ..........................................................................................................93 刀片研磨機整體設計計算 .............................................................................................133.1 行星輪系的設計 ......................................................................................................133.1.1 行星輪系的類型選擇 ....................................................................................133.1.2 刀片估計行星齒輪的選擇 ...........................................................................143.1.3 太陽輪的選擇 ...............................................................................................143.1.4 內齒圈的選擇 ...............................................................................................153.1.5 刀片固定行星輪、內齒圈、太陽輪組成的輪系中各齒輪運動速度的確定 .............................................................................................................................153.2 其他齒輪的選擇 .....................................................................................................163.2.1 從動主動齒輪 2 的選擇 ...............................................................................163.2.2 主動齒輪主動齒輪 2 的選擇 .......................................................................163.2.3 主動齒輪 1 和從動齒輪 1 的確定 ...............................................................163.3 軸承的選擇及其參數(shù) ..............................................................................................173.4 軸承的選擇及驗算 .................................................................................................183.4.1 軸徑 d=80mm 處的軸承 ..............................................................................18IV3.3.2 其它軸承的校核 ...........................................................................................193.4 電動機的選擇 .........................................................................................................193.4.1 選擇電動機的功率 .......................................................................................193.4.2 選擇電動機的轉速 .......................................................................................193.5 主動軸的設計及強度校核計算 .............................................................................193.5.1 軸校核安全系數(shù) ...........................................................................................203.3.2 軸的靜強度安全系數(shù)校核 ........................................................................21sS3.6 從動軸的強度校核 .................................................................................................224 刀片研磨機機架的設計 .................................................................................................234.1 機架結構類型 ..........................................................................................................234.1.1 按機架外形分類 ...........................................................................................234.1.2 按機架的制造方法和材料分類 ...................................................................234.2 機架結構的選擇 .....................................................................................................234.3 機架設計計算的準則和要求 .................................................................................244.3.1 機架設計的準則 ............................................................................................244.3.2 機架設計的一般要求 ...................................................................................244.4 刀片研磨機機架的確認 .........................................................................................255 結 論 .................................................................................................................................26致 謝 ...................................................................................................................................27參 考 文 獻 .........................................................................................................................2801 緒論1.1 研磨機國內外研究現(xiàn)狀1.1.1 國內研究現(xiàn)狀研磨機是用涂上或嵌入磨料的研具對工件表面進行研磨的磨床。主要用于研磨工件中的高精度平面、內外圓柱面、圓錐面、球面、螺紋面和其他型面。研磨機是保證研磨加工的重要條件，因此人們專門研究了各種不同的研磨機。目前國內生產高速研磨機的廠家不少，但由于研磨加工的針對性較強,對不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差別，所以人們研究開發(fā)出了許多專用的研磨機。研磨機從加工精度上基本分為兩種：一種是加工不僅對精度要求較高并對面形精度也有所要求的工件。另外一種是加工只要求表面粗糙度的零件, 例如各種材質的機械密封環(huán)、陶瓷片、氣缸活塞環(huán)、油泵葉片軸承端面及硅、鍺、石英晶體、石墨、藍寶石、光學水晶、玻璃、鈮酸鋰、硬質合金、不銹鋼、粉灰冶金等金屬材料的平面研磨。這種研磨機適合加工一些尺寸較小，而且數(shù)量較大的零件。在研磨中將工件與磨料一起置入一容器內，加以振動，進行研磨拋光。還有人專門研制出相應的振動研磨機。目前這種振動研磨機國內外都有廠家生產，而且這種研磨加工技術比較成熟，應用也日趨廣泛。目前國內外生產后一種的廠家較多。我國在八十年代研究出來第一臺 PJM320 型平面研磨機。曾獲得國家科學大會獎?，F(xiàn)在西安秦川發(fā)展有限公司生產的 PJM320B 就是以它為原型改進的。在光學加工中研磨又稱精磨，所以研磨機也稱為精磨機。目前還有南京儀機股份有限公司生產的PLM-400 精密拋光機。以及我國臺灣高鈺精密有限公司生產的各種精磨機。其中平面精磨機有 DL-380 和 CDL-600 和及 CDL-900 型號和雙面精磨機有 CDL-4B-4L 和CDL-6B-6L 及 CDL-9B-5L 等型號。其中 CDL-380 型研磨機研磨精度高，可達到的平面度為 0.2μm～0.5μm,表面粗糙度 Ra[s]＝1.5S 22)8.091764.(3)104.567(39.??滿足要求。3.3.2 軸的靜強度安全系數(shù)校核 sS該校核的目的在于校核軸對塑性變形的抵抗能力，軸的強度是根據軸所受的最大 瞬時載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的= [ ] （3-10）sS????????2max2axmax3)(TsWAFM?sS式中： ——軸危險截面上的最大彎矩和扭矩ax——作用于軸上的最大軸向載荷mW ——軸危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)。TA——軸危險截面的面積 ——屈服極限為 =490s?s?2/mN[ ]=1.7~2.2 且 / =190/685=0.72 屬于低塑材料sSsb= =5.354 [ ]＝2.2s 2)8.09176(34.105267????sS也滿足要求。3.6 從動軸的強度校核由于此軸主要是承受扭矩，因此按扭矩來計算軸的強度：軸的扭轉強度條件是][2.0953TTdnPW?????其中 為扭轉切應力； 為軸的抗扭截面系數(shù)； 軸的轉速；P 為傳遞的功率；T nd 為計算截面出軸的直徑； 為許用扭轉切應力][?23由上公式可得軸的直徑mnPdT 726.3.2530.89][2.09533 ?????所設計的軸的最小直徑為 40mm>37.726mm，故該軸的強度合格。4 刀片研磨機機架的設計在機器中支承或容納零部件稱為機架。如支承罐的塔架、容納傳動齒輪的減速器的殼體，機床的床身等等統(tǒng)稱為機架。4.1 機架結構類型4.1.1 按機架外形分類按機架外形分類：網架式、框架式、梁柱式、板塊式和箱殼式。4.1.2 按機架的制造方法和材料分類按制造方法，機架可分為鑄造機架、焊接機架和螺栓或鉚接機架。按機架材料可分為金屬機架、非金屬機架。非金屬機架又可分為混凝土機架、素混凝土機座平臺、花崗巖機架、塑料機架等。鑄造機架常用材料為鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。小型設備（如儀表等）的機架則有銅制或塑料制造。4.2 機架結構的選擇進行機架結構形式的選擇是一個較復雜的過程，對結構形式、構件截面和結點構造等均需要結合具體的情況進行仔細的分析。對結構方案要進行技術經濟比較。24由于各種設備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的機架結構選擇方法較困難。但是，可以利用結構力學的知識提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形式時應遵守的一般規(guī)律。1．結構的內力分布情況要與材料的性能相適應，以便發(fā)揮材料的優(yōu)點。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時，截面上的材料分布是均勻的，所有材料都能得到充分利用。但在彎矩作用下截面的應力分布是不均勻的，所以材料的應力分布不夠經濟。機械結構中許多構件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的。彎矩沿桿變化很迅速。有垂直載荷處，彎矩曲線有曲率，且曲率與載荷集度成正比。最大的彎矩限于一小段內，在較長段內材料不能充分利用，這是彎曲構件不經濟的另一原因。2.結構的作用在于把載荷由施力點傳到基礎。載荷傳遞的路程愈短，結構使用的材料愈省。3.結構的連續(xù)性可以降低內力，節(jié)省材料。4.3 機架設計計算的準則和要求4.3.1 機架設計的準則1．工況要求 任何機架的設計首先必須保證機器的特定工作要求。例如，保證機架上安裝的零部件能順利運轉，機架的外形或內部結構不致有阻礙運動件通過的突起；設置執(zhí)行某一工況所必須的平臺；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。2．剛度要求 在必須保證特定外形條件下，對機架的主要要求是剛度。例如機床的剛度決定了機床的效率和加工的精度；在齒輪減速器中，箱殼的剛度決定了齒輪的嚙合性及運轉性能。3．強度要求 對于一般的機架，剛度達到要求，同時也能滿足強度的要求。但對于重載設備的強度要求必須引起足夠的重視。其準則是在機器運轉中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機架上任何點的應力都不得大于容許應力。此外，還要滿足疲勞強度的要求。4．穩(wěn)定性 對于細長的或薄壁的受力結構及受彎—壓結構存在失穩(wěn)問題，某些板殼結構也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結構會產生很大的破壞，設計時必須校核。255．美觀 目前對機器的要求不僅要求能完成特定的工作，還要使外形美觀。6．其他 如散熱的要求；防腐蝕及特定環(huán)境的要求；對于精密機械儀表等熱變形小的要求，等等。4.3.2 機架設計的一般要求在滿足機架設計準則的前提下，必須根據機架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項要求，并有所偏重。1.機架的重量輕，材料選擇合適，成本低。2.結構合理，便于制造。3.結構應使機架上的零部件安裝、調整、修理和更換都方便。4.結構設計合理，工藝性好，還應使機架本身的內應力小，由于溫度變化引起的變形應力小。5.抗振性能好。6.耐腐蝕，使機架結構在服務期限內盡量少修理。7.有導軌的機架要求導軌面受力合理，耐磨性良好。4.4 刀片研磨機機架的確認鑄造機架比焊接機架剛性好，但制造較困難，生產周期較長。對于單件或者小批量并不合適。由于結構復雜，生產批量大，所以本次刀片研磨機的機架部分采用鑄造機架結構。265 結 論畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程?；仡欉@次畢業(yè)設計，從選題到定稿，從理論到實踐，在這段畢業(yè)設計期間里，可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設計，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。對我來說，收獲最大的是方法和能力——那些分析和解決問題的方法與能力。在整個設計過程中，我發(fā)現(xiàn)我們這些學生最最缺少的是經驗，沒有感性的認識，空有理論知識，有些東西很可能與實際脫節(jié)。此次設計需要我們將學過的相關知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來，從中暴露出自身的不足，以待改進。通過這次畢業(yè)設計，我懂得了理論與實際相結合是很重要的——只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重。在設計的過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處：對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如電機選用的確定、軸部分的具體應該怎么設計。機架的分類等都有了詳細的認識。通過這次畢業(yè)設計之后，又把以前所學過的知識重新溫故。27這次畢業(yè)設計使我受益匪淺，為我今后的學習和工作打下了一個堅實而良好的基礎。在此衷心感謝各位老師的幫助和指導。致 謝這次畢業(yè)設計可以圓滿的完成，離不開導師XXX的悉心指導。從課題的提出和論證到設計完成，X導師淵博的學識、先進的學術思想、對待研究的嚴謹態(tài)度和無私的奉獻精神都是學生的楷模，使我受益匪淺，在設計完成之際，謹向尊敬的X 導師致以崇高的敬意和由衷的感謝。經過這段時間的畢業(yè)設計，我感覺到掌握扎實的基礎知識和學會使用必要工具的重要性，深刻體會到網絡資源的巨大作用，在遇到難以解決的問題時，可以在網絡中尋找所需的資料，到相關的論壇上去求得幫助；學會靈活運用電腦網絡這個現(xiàn)代工具是我們必備的素質。同時畢業(yè)設計對我的英語水平也提出了較高的要求，通過閱讀英文資料、翻譯英文材料切實提高了我使用英語的水平，使我在今后的學習中不至落后現(xiàn)代技術發(fā)展的潮流。在進行畢業(yè)設計的過程中 ，我的感激之情無以言表，僅以此文獻給他們，感謝我的朋友們，大家這四年來無論深處何地，距離多遠，我始終感受的到與你們大家在一起；感謝我的老師，四年來對我的關心幫助讓我在學校的生活和學習中都能有親人般的感覺；感謝我的同學們，大家雖然來自不同的地方，但是大家始終相親相愛，團結一致。我很慶幸能有了你們大家陪我一路走過艱難的歷程?；厥状髮W四年，往事歷歷在目，心緒難以平復，如此多的關心和幫助讓我感到莫大的幸運，感覺充滿力量，無論是身邊的同學老師還是遠方的親人朋友們，他們的支持是我可以努力和堅持的最大動力，有了他們才真正讓我感受到這個世界是無與倫比的美麗，這些都將支持我走向新的崗位，為社會為他人貢獻我的綿薄之力。28參 考 文 獻[1]閆雯,黃玉美,高峰,穆衛(wèi)誼.變位自轉式雙平面研磨方法仿真研究及加工實驗[J].機械科學與技術,2014,10:1500-1504.[2]程相文,王凌霄.四軸球體研磨機研磨軌跡的研究[J].制造業(yè)自動化,2013,20:98-100+107.[3]楊昌明,朱利,張冒.研磨機研磨運動軌跡分析[J].機床與液壓,2012,15:7-9.[4]楊湘洪,陳發(fā)全.M1420 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