機械畢業(yè)設計-平面雙面研磨機構的設計

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1、好文檔 全套圖紙加QQ 695132052 西安文理學院機械電子工程系 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 平面雙面研磨機構的設計 專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化（2）班 學 號 學生姓名 指導教師 設計所在單位

2、西安文理學院 2011年 5月 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）任務書 題 目 雙面平面研磨機構設計 學生姓名 學 號 專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化（2）班 指導教師 職 稱 助教 副教授 教 研 室 機械 畢業(yè)設計（論文）任務與要求 1． 了解現代精密加工的原理及應用，學習研磨加工理論，設計雙面平面研磨機構并論證其合理性； 2． 設計參數：研磨件為圓柱體，直徑50mm，高30mm，每次研磨數量4個，研磨精度Ra0.002； 3． 開題報告一份； 4． 根據確定的方案進行結構設

3、計，用計算機或手工繪制裝配圖、主要零件圖； 5． 利用三維軟件進行三維實體建模； 6． 文獻綜述一份（另翻譯英文資料一份）； 7． 撰寫設計說明書一本。 畢業(yè)設計（論文）工作進程 起止時間 工作內容 2011.1.10-2011.2.26 2011.2.27-2011.3.20 2011.3.21-2011.4.3 2011.4.4-2011.4.24 2011.4.25-2011.5.20 分析任務書，了解所選課題，制定開題報告。 選擇相應期刊及論文資料，研究學習平面研磨的研磨軌跡規(guī)劃及研磨機理，并學習其系統(tǒng)方案和主要結構傳動方式。

4、 設計該系統(tǒng)合理的結構方案，并論證其合理性。學習Pro/E軟件的相關知識。 根據確定的方案進行結構設計，用計算機繪制裝配圖、主要零件圖。 利用三維軟件進行三維實體建模分析。完成畢業(yè)設計論文的撰寫、整理工作。 開始日期 完成日期 教研室主任（簽字） 系主任（簽字） 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題 目 雙面平面研磨機構設計 學生姓名 劉靜 學 號 081020702

5、39 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 指導教師 邊培瑩 呂榮生 開題時間 2011.2.28 班 級 機械（2）班 一、選題目的和意義： 隨著機械行業(yè)的發(fā)展，越來越多地采用不銹鋼，耐熱鋼，鈦合金，以及陶瓷等各種難加工材料來制造零件，這對機械零件的加工精度和表面質量提出了更高的要求。研磨技術作為機械加工技術中的重要技術之一，在機械加工中應用越來越廣泛。 我們通常所說的研磨技術其工作原理就是利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對運動對加工表面進行的精整加工，在加工時將被磨材料放于平整的研磨盤上，研磨盤逆時鐘轉動，修正輪帶動工件自轉，重力加

6、壓或其它方式對工件施壓，工件與研磨盤作相對運轉磨擦，來達到研磨拋光目的。通常來講，產生磨削作用的磨料顆粒有兩種來源，一種來自于不斷外加（常稱為游離磨料）；另一種方法是將磨料顆粒固定在研磨盤中（常稱為固著磨料），本項目將設計雙面平面研磨機構，它不僅解決了傳統(tǒng)研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工質量不穩(wěn)定等缺點，提高了研磨技術水平，保證研磨加工精度和加工質量，而且還顯著降低加工成本，提高加工效率，使研磨技術進一步實用化。 二、本課題在國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢： 當今時代，平面拋光機研磨技術已成為一種新技術發(fā)展的新潛能，新開發(fā)的研磨技術無論是從應用，成本，效率以及工作運輸當中，都得到

7、了很大的改善。該技術已經廣泛應用到汽車、家電、IT電子信息高技術領域和軍用、民用工業(yè)。雙面平面研磨機是在超精密磨削的基礎上發(fā)展起來的一種磨削方法，主要用于加工兩平行面。由于研磨加工正向更高的加工精度發(fā)展,而且加工質量也正在不斷提高,因此，以后研磨幾乎可以加工任何固態(tài)材料。一般來講，研磨軌跡主要有4種：（1）直線研磨運動軌跡。此種方法適用于臺階的狹長平面工件研磨，可獲得較高的幾何精度，但不易獲得較小的表面粗糙度。（2）擺動式直線研磨運動軌跡?？梢垣@得較好的平直度。（3）螺旋形研磨運動軌跡。主要用于圓片形或圓柱形工件端平面研磨，能獲得較高的平面度和較小的表面粗糙度。（4）“8”字形研磨運動軌跡。適

8、用于平板類工件的修整和小平面工件的研磨，能使相互研磨的平面介質均勻接觸，并且研具均勻地磨損。 目前,國內外研磨加工主要還是采用散粒磨料在慢速研磨機上研磨。其特點是加工精度高、加工設備簡單、投資少,但是加工精度不穩(wěn)定、加工成本高、效率低。正是由于散粒磨料研磨存在一些不足,所以許多學者在研究改進這種研磨加工技術。隨著人們對產品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工質量高而越來越受到了人們的關注。因此,超精密研磨、拋光等技術的研究,今后將更引人注目。 三、主要研究內容： 1、查閱相關資料，了解國內外研磨機構的發(fā)展現狀； 2、分析雙面平面研磨機構的工作原理及其實現方法； 3、進行

9、總體方案設計，結合實際確定可行性方案； 4、分析和擬定運動軌跡方案，初步確定各主要部件的具體結構； 5、計算運動系統(tǒng)主要參數，校核主要部件參數； 6、畫出裝配圖及其主要零部件圖； 7、畫三維圖：用Pro/E三維軟件進行三維實體建模、仿真； 8、初步撰寫畢業(yè)論文； 總結，修改并確定畢業(yè)論文。 指導教師意見及建議： 簽字： 年 月 日 教研室審核意見：

10、 簽字： 年 月 日 注：此表前三項由學生填寫后，交指導教師簽署意見，經教研室審批后，才能開題。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 題 目 雙面平面研磨機構設計 學生姓名 劉靜 學 號 08102070239 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 指導教師 邊培瑩 呂榮生 檢查時間 2011.4.14 班 級 機械（2）班 畢 業(yè) 設 計（論文） 進 展 情 況 1、基本了解雙面平面研磨機構的工作原理及其實現方法； 2、確定

11、了總體方案設計，以及傳動方案； 3、了解并掌握不同研磨方式的運動軌跡，選擇最佳軌跡路徑實現研磨精度要求，確定了各主要部件的具體結構； 4、完成了傳動系統(tǒng)的設計計算，包括電機的選擇，軸的設計，齒輪的設計，工件夾具的設計以及研磨盤的設計； 5、初步確定了論文的提綱和核心。 6、下一步的主要任務是完善結構圖的繪制與畢業(yè)論文的撰寫。 指 導 教 師 意 見 “中期檢查”主要檢查畢業(yè)設計進度，主要檢查以下內容： a. 學生是否清楚自己的工作內容和技術路線 b. 能否按進度完成設計任務 c. 能否與指導教師保持正常的師生指導關系 簽字：

12、 年 月 日 教研室意見 簽字： 年 月 日 、 平面雙面研磨機構的設計 摘要： 雙面平面研磨是在傳統(tǒng)研磨機構的基礎上，通過改變研磨平面的數目從而來提高研磨精度和效率的一種研磨方式。其加工原理就是利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對運動對加工表面進行精整加工，從而來實現加工精度的要求。 本文通過對平面研磨機構多種運動方式的分析，以及研磨精度要求，并結合現有研磨機，從而設計出一種新型的行星式雙面平面研磨機構，并對其運動軌跡做了具體研究。這種研磨方式不僅解決了傳統(tǒng)研磨存

13、在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工質量不穩(wěn)定等缺點，提高了研磨技術水平，保證研磨加工精度和加工質量，而且還可以實現在一定范圍內不同直徑圓柱工件的研磨，提高了加工效率，降低了加工成本，使研磨技術進一步實用化。 關鍵詞：雙面研磨;結構設計;軌跡曲線 Design of Plane Double-sided Grinding Institutions Abstract： Double-sided plane grinding is the traditional grinding institutions, and on th

14、e basis of the number of by changing the grinding plane to improve the grinding efficiency and precision of a kind of grinding way. Its processing principle is to use the coating or pressure with embedded in the research on the abrasive particles with and workpiece, through research in the relative

15、movement under certain pressure of machining surface finish machining, thus to realize the machining accuracy of requirements. This thesis through to plane grinding institutions of various sports mode analysis, and grinding accuracy requirement, and combine existing grinding machine, thus designed

16、a new planet type double plane grinding mechanism, and to its trajectory made specific research. This kind of grinding way not only solves existing traditional grinding machining efficiency is low, the processing cost, high machining accuracy and processing quality unstable shortcomings, improves gr

17、inding technology level and guarantee of grinding accuracy and processing quality, but also can realize within the scope of certain and different cylinder workpiece, improves the grinding machining efficiency and reduce the processing cost, make grinding technology further practional utilization.

18、 Key words：Double-sided Grinding ;Structure Design ;Path Curves 值得下載 好文檔 目錄 第一章 緒論 1 1.1 選題的目的與意義 1 1.2 研磨技術國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢 1 1.3常用研磨機 2 1.3.1圓盤式研磨機 2 1.3.2轉軸式研磨機 2 1.3.3磁力研磨機 3 1.3.4專用研磨機 3 1.4 本課題主要研究內容和設計任務 3 第二章 平面研磨軌跡分析與設計 4 2.1平面研磨的運動條件及工作原理 4 2.1.1研磨運動條件 4 2.1.2圓柱研磨機理

19、 4 2.2平面研磨軌跡的分析 5 2.2.1 研磨軌跡均勻性的研究方法 5 2.2.2單面研磨拋光 5 2.2.3雙面研磨 13 2.3采用節(jié)圓方式對行星式研磨軌跡具體分析 15 2.3.1節(jié)圓及運動類型 15 2.3.2軌跡分析 17 2.3.3計算實例 20 第三章 行星式平面研磨機構傳動系統(tǒng)的設計 21 3.1行星輪系的設計 21 3.1.1行星輪系的類型選擇 21 3.1.2齒輪有關參數的具體計算 22 3.2研磨盤的設計 24 3.3電機的選擇 25 3.3.1確定主電機的調速范圍 25 3.3.2計算上磨盤的驅動電機調速范圍 26 第四章

20、行星式研磨機構的三維實體設計 28 4.1研磨機構的零件實體圖 28 4.1.1行星輪的實體圖的繪制 28 4.1.2軸、鍵的實體圖繪制 31 4.1.3太陽輪的實體圖的繪制 32 4.1.4上下磨盤實體圖的繪制 33 4.1.4螺栓實體圖的繪制 33 4.2研磨機構的實體裝配圖 34 結束語 36 致謝 37 參考文獻 38 附錄 40 附錄1：工件裝夾部分爆炸圖 40 附錄2：裝配體爆炸圖 41 附錄3：行星輪工程圖 42 附錄4：太陽輪工程圖 42 附錄5：裝配體工程圖 42 附錄6：外文翻譯 43 值得下載 好文檔 第一章 緒論 1.1

21、選題的目的與意義 隨著機械行業(yè)的發(fā)展，越來越多地采用不銹鋼，耐熱鋼，鈦合金，以及陶瓷等各種難加工材料來制造零件，這對機械零件的加工精度和表面質量提出了更高的要求。研磨技術作為機械加工技術中的重要技術之一，在機械加工中應用越來越廣泛。 我們通常所說的研磨技術其工作原理就是利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對運動對加工表面進行的精整加工，在加工時將被磨材料放于平整的研磨盤上，研磨盤逆時鐘轉動，修正輪帶動工件自轉，重力加壓或其它方式對工件施壓，工件與研磨盤作相對運轉磨擦，來達到研磨拋光目的。通常來講，產生磨削作用的磨料顆粒有兩種來源，一種來自于不斷外加（常稱為游離磨

22、料）；另一種方法是將磨料顆粒固定在研磨盤中（常稱為固著磨料），本項目將設計雙面平面研磨機構，它不僅解決了傳統(tǒng)研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工質量不穩(wěn)定等缺點，提高了研磨技術水平，保證研磨加工精度和加工質量，而且還顯著降低加工成本，提高加工效率，使研磨技術進一步實用化。 1.2 研磨技術國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢 當今時代，平面拋光機研磨技術已成為一種新技術發(fā)展的新潛能，新開發(fā)的研磨技術無論是從應用，成本，效率以及工作運輸當中，都得到了很大的改善。該技術已經廣泛應用到汽車、家電、IT電子信息高技術領域和軍用、民用工業(yè)。雙面平面研磨機是在超精密磨削的基礎上發(fā)展起來的一種磨削方法，

23、主要用于加工兩平行面。由于研磨加工正向更高的加工精度發(fā)展,而且加工質量也正在不斷提高,因此，以后研磨幾乎可以加工任何固態(tài)材料。一般來講，研磨軌跡[1]主要有4種：（1）直線研磨運動軌跡。此種方法適用于臺階的狹長平面工件研磨，可獲得較高的幾何精度，但不易獲得較小的表面粗糙度。（2）擺動式直線研磨運動軌跡。可以獲得較好的平直度。（3）螺旋形研磨運動軌跡。主要用于圓片形或圓柱形工件端平面研磨，能獲得較高的平面度和較小的表面粗糙度。（4）“8”字形研磨運動軌跡。適用于平板類工件的修整和小平面工件的研磨，能使相互研磨的平面介質均勻接觸，并且研具均勻地磨損。 目前,國內外研磨加工主要還是采用散粒磨料在慢

24、速研磨機上研磨。其特點是加工精度高、加工設備簡單、投資少,但是加工精度不穩(wěn)定、加工成本高、效率低。正是由于散粒磨料研磨存在一些不足,所以許多學者在研究改進這種研磨加工[1]技術。隨著人們對產品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工質量高而越來越受到了人們的關注。因此,超精密研磨、拋光等技術的研究,今后將更引人注目。 1.3常用研磨機 研磨是一種重要的精密、超精密加工技術，幾乎適合于各種材料的加工，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，早期的一些研磨機研磨裝置簡單，不需要大量復雜的機械并且不苛求設備的精度條件。 作為超精加工的一種方法，研磨機主要用于

25、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。其主要類型有圓盤式研磨機、轉軸式研磨機、磁力研磨機和各種專用研磨機。 1.3.1圓盤式研磨機 圖1.1 圓盤式研磨機 這種研磨機分單盤和雙盤兩種，以雙盤研磨機應用最為普通。在雙盤研磨機[圖1.1] [2]上，多個工件同時放入位于上、下研磨盤之間的保持架內，保持架和工件由偏心或行星機構帶動作平面平行運動。下研磨盤旋轉，與之平行的上研磨盤可以不轉，或與下研磨盤反向旋轉，并可上下移動以壓緊工件（壓力可調）。此外，上研磨盤還可隨搖臂繞立柱轉動一角度，以便裝卸工件。雙盤研磨機主要用于加工兩平行面、一個平面(需增加壓緊工件的附

26、件)、外圓柱面和球面（采用帶V形槽的研磨盤）等。加工外圓柱面時,因工件既要滑動又要滾動，須合理選擇保持架孔槽型式和排列角度。單盤研磨機只有一個下研磨盤，用于研磨工件的下平面，可使形狀和尺寸各異的工件同盤加工，研磨精度較高。有些研磨機還帶有能在研磨過程中自動校正研磨盤的機構。 1.3.2轉軸式研磨機 由正、反向旋轉的主軸帶動工件或研具（可調式研磨環(huán)或研磨棒）旋轉，結構比較簡單，用于研磨內、外圓柱面。 如圖[2]1.2所示: 圖1.2 轉軸式研磨機 1.3.3磁力研磨機 磁力研磨機是通過采用磁場力量傳導至不銹鋼磨針使工件作高頻率旋轉運動；可對精密工件內孔、死角、細小夾縫起到明顯

27、較好的拋光研磨去除毛刺的效果。 1.3.4專用研磨機 依被研磨工件的不同，有中心孔研磨機、鋼球研磨機和齒輪研磨機等。 此外，還有一種采用類似無心磨削原理的無心研磨機，用于研磨圓柱形工件。 1.4 本課題主要研究內容和設計任務 本設計通過對不同類型的研磨機的功能、運動特點的簡單分析，討論不同平面研磨機構工作原理及運動方式，并繪制出其運動軌跡圖，對不同軌跡的曲線進行對比總結，從而選擇一種最佳方案來實現平面研磨，在此基礎上設計了一種行星式平面雙面研磨機構，以達到研磨軌跡和精度要求，最后設計出該機構的傳動系統(tǒng)部分。 第二章 平面研磨軌跡分析

28、與設計 2.1平面研磨的運動條件及工作原理 2.1.1研磨運動條件 研磨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 。研磨工件表面的尺寸精度、形位精度、研磨工具的壽命及研磨效率等，在很大程度上取決于研磨運動。為使工件表面研磨均勻，從運動學角度歸納出如下的平面研磨最佳運動學條件[2]：(1)工件相對研具作平面運動，應保證工件被研磨表面上各點相對研具均有相同或相近的研磨軌跡；(2)研磨運動是由工件與研具之間的相對運動實現的，工件表面上各點的研磨運動速度應盡可能相同；(3)研磨運動方向應不斷變化，研磨紋路交錯多變，以利于工件加工表面粗糙度的降低，但應盡量避免工件被研磨表面上各點相對

29、研具的研磨軌跡曲率變化過大；(4)研具或拋光盤工作表面的形狀精度會反映到工件表面上，所以工件的運動軌跡應遍及整個研具表面并且分布均勻，以利于研具的均勻磨損；(5)工件相對研具在被研磨材料的去除方向上具有運動自由度，這樣可以避免因研磨機械的導向精度不高而引起誤差。 2.1.2圓柱研磨機理 研磨，是利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對運動對加工表面進行的精整加工。 圓柱面的研磨加工過程就是利用游離磨粒對圓柱兩平面進行刮削和擠壓去除材料的過程，達到減小圓柱高度，提高平面度和降低表面粗糙度的目的。這些去除作用要通過柱面與研磨盤的相對運動在磨粒的作用下來完成。磨料是研

30、磨加工的主要介質。整個研磨過程根據磨料的變化可分為三個階段。 第一階段：游離磨料的破碎階段。精研初期較大的磨粒首先參與切削，這時磨料多呈帶棱角的多面體，切削能力強。在壓力的作用下，尺寸大的磨粒被破碎使更多的磨粒得以參加切削，這時圓柱體一方面消耗尺寸及上工序的殘留表面，這個階段磨削效率較高，尺寸消耗快，圓柱表面粗糙。但該階段時間很短。 第二階段：磨粒細化和鑲嵌階段。由于壓力的作用上下研磨盤和圓柱體相互作用不斷地輾壓磨粒，使粗磨粒逐漸破碎為細磨粒且大小趨于一致，這時磨削效率達到最高，時間也最長。隨著磨料的不斷細化，各種要素也處于相對穩(wěn)定階段，在這個階段鋼球的幾何精度得以改善并基本達到相應的要求

31、，表面質量逐漸提高，粗糙度下降。這個階段是鋼球的穩(wěn)定加工階段。 第三階段：磨粒鈍化和研光階段。在這個階段磨料絕大部分細化為O．3μm以下的微細磨粒，磨粒的形狀也由原來銳利的幾何體變?yōu)闊o銳棱的圓滑球體，磨削速度大大降低。鈍化了的磨粒微粉對圓柱面只能進行更微量的研磨，研磨量大約0．2～O．3／μm／h。此階段圓柱表面粗糙度值進一步降低，最終達到標準要求。 2.2平面研磨軌跡的分析 平面研磨軌跡即加工過程中磨粒與工件的相對運動軌跡[3]．包含兩個方面：一是磨粒相對工件的運動軌跡．二是工件相對工具盤的運動軌跡。相應軌跡均勻性的意義分別體現在：保證工件表面各點有相同的材料去除概率，保證工具盤均勻磨

32、損。兩個方面都與研磨拋光質量關系密切。下面我們主要從磨粒相對工件的運動軌跡角度對平面研磨軌跡來進行研究。重點來闡述單面、雙面平面研磨軌跡。其中單面研磨包括雙軸式、直線式、軌道式、計算機控制小工具式等形式，而雙面則以行星式研磨為主，通過研磨軌跡的角度來分析上述不同研磨形式的優(yōu)缺點。 2.2.1 研磨軌跡均勻性的研究方法 研磨軌跡取決于加工設備和運動參數。運動分析是研磨軌跡均勻性研究的基礎，已有研究通常作如下假設： (1) 工件、磨粒、研磨盤均為剛體； (2)工件被加工表面、研磨盤工作面均為理想平面： (3) 磨粒固定在研磨盤工作面上； (4) 所有磨粒粒徑都相同； (5) 磨粒不

33、破碎、不脫落； (6)忽略工件、研磨盤轉動誤差。 在上述假設的基礎上，進行運動分析，計算研具相對工件的運動軌跡并用計算機離散化，將工件表面劃分成一定數量的小正方形區(qū)域，統(tǒng)計一定時間內各區(qū)域內軌跡點數量[2]，或通過軌跡密度，評價工件研磨均勻性[3]。反之，計算工件相對研具的運動軌跡． 2.2.2單面研磨拋光 單面研磨拋光設備主要有雙軸式、直線式、搖擺式、計算機控制小工具四種類型，其中前三者是用大工具盤加工小工件。 2.2.2.1雙軸式 雙軸式平面研磨設備結構如圖2.1所示，加工過程中工件和研磨盤分別繞各自中心軸旋轉。根據工件軸心與研磨盤軸心的距離在加工過程中是否發(fā)生變化，又可分為

34、定偏心和不定偏心兩類。 圖2.1單面研磨拋光機原理圖 (1) 定偏心式 定偏心研磨加工中，工件中心與研磨盤中心之間的距離始終不變，如圖2.2所示。研磨盤上任意一顆磨粒P(距研磨盤中心O為,起始轉角為θ),相對于工件的運動軌跡方程[4]如下： （式2.1） 式中： —工件轉速； —研磨盤轉速； —偏心距，即工件、研磨盤的中心距離。 一顆磨粒P在工件上的運動軌跡如圖2.3所示。 一般認為當工件轉速與研磨盤轉速相等，即時，被加工表面材

35、料去除均勻性最好。原因是，根據Preston方程RR=kPV，工件被加工表面上一點的材料去除率RR與加工載荷P和相對速度成正比。當時，工件與研磨盤的相對速度大小相等(可由式2.1計算)，在工件上各點加工載荷相同的條件下，可認為材料去除均勻。然而，在實際生產中，定偏心式研磨拋光的工件材料去除均勻性較差(一般只用于加工直徑不大于200mm 的小尺寸工件)。從運動軌跡的角度[5]對此進行的解釋，認為當時工件材料去除均勻性并非最好，而是越靠近工件中心材料去除率越低。 圖2.2定偏心平面研磨運動關系 圖2.3定偏心研磨軌跡( ） (2)不定偏心式 為改善定偏心式設備的研磨軌跡均勻

36、性，引入工件的平移運動，使工件中心與研磨盤中心的相對距離隨時間變化，構成不定偏心式研磨設備(如圖2.4所示)。研磨盤上任意一顆磨粒P相對于工件的運動軌跡方程可由式2.1改寫為[6]: （式2.2） 式中：—工件移動速度 磨粒P在工件上的運動軌跡如圖2.5所示： 圖2.4不定偏心平面研磨運動關系 圖2.5不定偏心研磨軌跡 不定偏心式設備的研磨軌跡均勻性明顯好于定偏心式設備，更有利于工件面形精度的提高，適合于加工大尺寸(直徑大于200mm)的工件。 2.2.2.2直線

37、式 如圖2.2所示，研磨盤某直徑上固定兩點A、B，其相對速度差定義為 可見，研磨盤尺寸足夠大時，增加偏心距e，與工件接觸的研磨盤上徑向各點的線速度差越小，兩點與工件相對速度的差越?。ぜ患庸け砻娌牧先コ泳鶆?。工件尺寸一定時，偏心距增加至一定值即可近似認為研磨盤不是在作回轉運動而是直線運動。此時，雙軸式研磨設備即成為直線式研磨設備(如圖2.6所示)。實際上，直線式研磨使用的不是研磨盤，而是具有柔性的砂帶(磨粒涂覆在履帶上)，工件做單純的回轉運動或在做回轉運動的同時，附加一個垂直于砂帶運動方向橫向運動或是繞固定點的擺動。假設研磨帶上任意一磨粒P．則P點相對于工件的相對運動軌跡方程如下[7

38、]： （式2.3） 式中： —P到工件中心距離； — 研磨帶線速度； — 工件旋轉角速度。 P點在工件上的運動軌跡如圖2.7所示。 圖2.6 直線式研磨機原理圖 圖2.7 直線式研磨軌跡 此種研磨機構運動形式簡單，如將研磨帶加長可以形成批量生產，生產效率高。因此．此種研磨機構是今后生產應用中的主流機床。 2.2.2.3搖擺式研磨 搖擺式研磨設備可以是定偏心雙軸式或直線式設備的改進形式，工件除回轉運動外還附加一個繞固定點的擺動。典型的搖擺式設備的研

39、磨盤以一定轉速旋轉，工件夾頭裝在搖臂上，借著搖臂的往復擺動而產生扇形搖擺。同時夾頭本身自轉。如圖2.8所示。搖擺式設備的運動軌跡方程如式2.4所示[8]： 圖2.8 搖臂式研磨機構示意圖 （式2.4） 式中：—搖臂搖動的角速度； —工件轉速； — 研磨盤轉速； — 研磨頭圓心與搖臂固定點之間的距離； —和工件等大小的研磨頭的半徑； —研磨盤的半徑； — 研磨盤圓心與搖臂固定點之間的距離； — 工件上一點P到工件中心之間的距離。 P點在工件上不同轉速比下的運動軌跡如圖2.

40、9、2.10所示。研磨軌跡在加工面上的均勻程度與工件和拋光盤之間的轉速比()有著密切的關系，其大致趨勢為：當轉速比越不規(guī)則或越接近除不盡時，研磨軌跡的分布越致密。其中，又以接近整除且除不盡的轉速比，得到的研磨軌跡最致密；不管所選取的轉速比為何值，軌跡都一定會通過加工面的中心，而且隨著軌跡致密程度的提升，軌跡在加工面中心呈集中的趨勢，使工件加工面中心處有凹陷的現象[9] 。 圖2.9 當時，研磨軌跡圖 圖2.10 當時，研磨軌跡圖 2.2.2.4計算機控制小工具式 雙軸式、直線式、搖擺式研磨設備有一個共同的特點：工件的被加工面是隨時被研磨盤所覆蓋著的，屬于大研磨盤小工件加工方式

41、，其優(yōu)點是工件加工時不至于有未加工到的死角，研磨加工狀態(tài)穩(wěn)定；缺點是隨著工件尺寸的增加，則設備的尺寸也需大幅增加，巨大的工作臺不僅耗資甚巨，主軸的精度和研磨盤、拋光墊的面形精度也將因面積的增大而受到考驗。 計算機控制小工具式研磨恰可克服上述問題，如圖2.11所示，工件面積遠大于研磨盤面積，工件可以固定不動。也可以回轉運動或平移運動，小研磨盤在計算機控制下按一定的路徑歷經整個工件表面。研磨軌跡的均勻性對工件面形精度尤為重要。 圖2.11 新型加工方式 典型的研磨軌跡有兩種形式，一種是傳統(tǒng)往復式，如圖2.12所示。所加工出來的工件軌跡重復性強，研磨條紋易深化，不易獲得良好的粗糙度。因

42、此，此種加工方式主要用于粗研磨。 圖2.12 傳統(tǒng)往復式加工 另一種是分形軌跡。實際上，理想的平面研磨軌跡應具有如下特征:(1)軌跡線必須是自回避的(或稱非自交的)，否則會出現局部去除過多；(2)軌跡線必須均勻分布滿整個平面。不允許有不規(guī)則的空洞存在；(3)在XY方向上經過的次數要盡可能接近；(4)軌跡線應盡可能簡單、控制上易于實現。理論上講，分形維數為1的曲線是不可能規(guī)則地鋪滿平面的，必然存在交叉點或空隙，而分形維數為2的Peano曲線(或稱Hilbert曲線)具有這樣的優(yōu)勢。 分形曲線中的能夠滿足上述要求。假設分形維數用D表示，滿足條件1

43、。里面也存在很不規(guī)則的空洞或間隙。如海岸線，其分形維數滿足條件I

44、跡 圖2.13 方形分形軌跡及研磨軌跡 (a)分形軌跡 (b)研磨軌跡 圖2.14 圓弧分形軌跡及研磨軌跡 (a)分形軌跡 (b)研磨軌跡 圖2.15 方形分形軌跡及研磨軌跡 2.2.3雙面研磨 行星式平面研磨運動機構是最常見的用于雙面研磨的機構，如圖2.16所示，被加工件放在行星輪孔內，行星輪除繞太陽輪中心公轉外，還繞自己中心旋轉。行星輪的自轉使由于工件中心與研磨盤中心之間的距離隨時間周期性變化，故該行星室研磨機構也是一種不定偏心式研磨方式。表2.1中列出了各運動構件的絕對角速度和相對角速度。 表2.1 行星式研磨中各運動構件的絕對

45、運動與相對運動 假設為研磨盤上的任意一顆磨粒，L為與之間的距離，則在磨粒P工件上的軌跡方程[10]為: （式2.5） 則P在工件上的研磨軌跡如圖2.17所示。 對于特定的行星式研磨設備，可調節(jié)的研磨運動參量是研磨盤的轉速和太陽輪的轉速 。有文獻認為：(1) 通過改變研磨盤的轉速和太陽輪的轉速之比可以改變研磨盤與工件之間相對運動的軌跡，使軌跡彎曲程度變的平緩，降低磨具的異形磨損，提高工作效率；(2)當取太陽輪轉速與研磨盤轉速之比很大，且為負時，可以使研磨過程中，工件表面的平均相對速度的分布均勻性得到改善，從而改善了材料去除率的均

46、勻性，提高了工件的表面質量。但是，會降低工件表面相對研磨盤運動的平均速度，從而降低了材料的去除率。 圖2.16 行星式平面研磨機運動原理圖 1．太陽輪2．行星輪3．研磨盤4．假想系桿 5．齒圈6．工件7．負載 圖2.17 行星式研磨軌跡 2.3采用節(jié)圓方式對行星式研磨軌跡具體分析 前面我們對行星式研磨原理及軌跡做了簡單介紹，下面我們將對其進行如下具體分析： 2.3.1節(jié)圓及運動類型 圖2.16是行星式平面研磨機運動原理圖，圖中齒圈5固定不動, 則該系統(tǒng)具有兩個獨立的自由度. 其一是太陽輪的回轉, 其角速度為，太陽輪帶動行星輪繞其中心回轉, 其絕對角速度

47、 （式2.6） 式中: 、 分別為太陽輪、行星輪的齒數, 行星輪同時繞太陽輪的中心公轉(即假想系桿4 的回轉) , 其絕對角速度 （式2.7） 其二是研磨盤的獨立運動, 設研磨盤的回轉角速度為，方向如圖2.16 所示. 為了下面討論行星輪(或工件) 與研磨盤之間的相對運動關系, 選假想系桿4 作為參照坐標, 即置身于系桿之上, 觀測研磨盤與行星輪的回轉運動, 設其角速度分別為于是有

48、 （式2.8） 上述操作將復雜的研磨運動轉化為在定中心距條件下的兩個繞定軸的回轉運動.由運動學原理可知: 在這兩個回轉運動之間可以確定一對相互純滾動的圓稱為節(jié)圓(瞬心軌跡圓)，它們在中心距上的切點P稱為節(jié)點(瞬心) ; 此外, 這兩個回轉運動的角速度之比稱為速比： （式2.9） 式中： 分別為研磨盤與行星輪的節(jié)圓半徑，將式2.6—式2.8代入式2.9可得：

49、 （式2.10） 由式2.10可知,當給定時, 只與太陽輪與研磨盤的回轉角速度的比值有關,又由中心距與節(jié)圓半徑的關系,便可求得節(jié)圓半徑的表達式: （式2.11） 上面已經將具有兩個自由度的行星式平面研磨運動歸結為兩個回轉運動, 若定義I 為正表示與異向回轉, I 為負表示與同向回轉,由式2.10、2.11可知, 如果改變太陽輪與研磨盤的回轉角速度的比值, 將直接引起節(jié)圓半徑的變化, 并由此演化出各種復雜的運動形式[10] （1

50、）A型 ，節(jié)點P處于連線之間，運動簡圖如圖2.18（a）所示： （2）B型 ，由于I的取值不同, 還可將此類分為如下兩類:節(jié)點P處于連線之間，運動簡圖如圖所示: 型 ，且,節(jié)點P處在的延長線上，運動簡圖如圖2.18（b）所示； 型 ，且,節(jié)點P處在的延長線上，運動簡圖如圖2.18（c）所示； （3）C型 ，節(jié)點P處于連線之間，運動簡圖如圖2.18（a）所示； 圖2.18運動類型簡圖 2.3.2軌跡分析 平面研拋軌跡曲線直接影響研拋的質量與效率, 是深入認識研拋過程機理的基礎問題, 一直受到工程界的關注. 可以把研拋過程的軌跡曲線分為兩類[11]: 工件上一定點

51、相對于研磨盤的運動軌跡，以及研磨盤上一定點相對于工件的運動軌跡, 由于后者直接關聯著研磨表面的形貌特征、紋理分布, 因而研究較多, 其實前者對于揭示平面研拋的機理將發(fā)揮重要作用, 也是將要討論的重點之一. 從幾何學的角度來看, 上述兩類軌跡曲線均屬泛擺線類型, 只要討論其中一類, 另一類也就迎刃而解了.下面就以為例討論其形成過程與幾何特征. 如圖2-19所示, 從 的發(fā)生原理可知, 此時研磨盤的節(jié)圓(母圓) 靜止不動, 行星輪的節(jié)圓 (滾圓) 在其上作純滾動, 行星輪上定點所在的圓稱為發(fā)生圓, 半徑為, 初始相角為于是在研磨盤坐標系中, 曲線的方程可寫為 圖2.19軌跡曲線的發(fā)生原理圖

52、 （式2.12） 式中: 為圓矢量函數[12] , 表達式為 （式2.13） 其中分別為沿軸的單位矢量， 將圓矢量函數的表達式代入式(1.12)式 , 尚可求得的坐標表達式: （式2.14） 當中心距一定,發(fā)生點的位置已知時, 速比的變化將引起運動類型的變化, 上式將描述出各種不同類型的擺線, 具體可見表2-2. 由表1可見, 對兩種運動類型而言, 軌跡曲線必為上述2類6組擺線之一，而對于類運動形式,

53、將代入式(2.12)可得： （式2.15） 上式表示半徑為的圓方程, 式右邊的第二項為常矢量, 表示圓心所在的位置， 偏心量為、方位由確定, 表明此時的軌跡曲線蛻變?yōu)槠膱A, 如圖2.19所示： 現在可以將表2.2 所給出的各類泛擺線[13]的幾何性質作一個歸納： 表2.2　運動類型與軌跡類型 （1）當為有理數時, 各種泛擺線為周期性函數, 由式(2.12)可以看出,周期為其中分別為行星輪公轉、自轉的周數. （2）當一定時, 僅僅改變就可以使軌跡曲線呈現出十分復雜的情形, 可按工程

54、的需求擇優(yōu)選取. 另外, 當一定時, 的變化, 不影響的形狀, 只影響其周相的初始位置. （3）軌跡曲線上任一點的法線必過該瞬時的節(jié)點,如圖2.19所示, 為曲線在點的法線, 這是內、外泛擺線的共同性質. （4）普通內、外擺線在母圓上的點必為奇點(尖點) ; 長幅內、外擺線在行星輪公轉一周內存在有自交點; 短幅內、外擺線存在有拐點(曲率為零的點) , 呈現出凸凹相連的形狀特征. 至于研磨盤上一定點相對于工件的軌跡, 盡管其發(fā)生方法與有所不同, 但其基本原理是一致的, 只要將設定在行星輪之上, 令母圓為, 滾圓為確定研磨盤上一定點所在發(fā)生圓半徑、相位角將式2.12置于坐標系之中, 式中的改

55、變?yōu)?便可給出曲線的方程. 并且與表1所給的分類以及軌跡曲線的性質均相同. 還需討論的是在研磨過程中, 兩類軌跡之間的相互關系. 圖2-21表示了滾圓在母圓上純滾動發(fā)生曲線的某瞬時, 滾圓、母圓及發(fā)生點的相對位置關系. 將這一位置作為發(fā)生曲線的初始位置, 令靜止不動為母圓, 在其上純滾動為滾圓, 處于研磨盤上的點為發(fā)生點, 為發(fā)生圓半徑, 為初始相角, 于是點隨滾圓滾動時, 在該瞬時的工件上, 即該瞬時的坐標系中將發(fā)生出曲線. 由上面討論的幾何性質(c) 可知, 必為的公法線, 表明這兩條曲線在發(fā)生點處相切. 重復這一操作, 便可確定曲線上任一點處所對應的曲線, 形成了的線族, 顯然, 必為

56、這一線族的包絡線. 這里所給出的曲線的內在聯系將有助于深化對平面研磨過程的認識. 2.3.3計算實例 設太陽輪與行星輪之間的中心距, 齒數,發(fā)生圓半徑, 初始相位角, 由前面的公式可計算得到速比取不同值時, 工件上定點相對于研磨盤的軌跡曲線,圖2.20為部分軌跡[14]曲線圖. 圖2.20　軌跡曲線圖 由計算結果可以看出, 的取值不同, 將改變軌跡曲線的類型、形狀及位置, 顯示出軌跡變化的復雜性, 這正是平面研磨拋光可以獲得較高精度的主要原因. 經分析可得，在單面研磨中，雙軸式、直線式、搖擺式研磨設備有一個共同的特點：工件的被加工面是隨時被研磨盤所覆蓋著的，屬于大研磨盤小工件加工

57、方式，其優(yōu)點是工件加工時不至于有未加工到的死角，研磨加工狀態(tài)穩(wěn)定；缺點是隨著工件尺寸的增加，則設備的尺寸也需大幅增加，主軸的精度和研磨盤、拋光墊的面形精度也將因面積的增大而使得設計比較復雜。具體來講，雙軸式不定偏心設備的研磨軌跡均勻性較好，但適合于加工大尺寸()的工件；直線式研磨機構運動形式簡單，但其研磨盤尺寸形狀較大，不便于加工；由于搖擺式研磨軌跡在加工面上的均勻程度與工件和拋光盤之間的轉速比()有著密切的關系，因此如何控制好轉速比()就成了研磨軌跡曲線的關鍵。計算機控制小工具式研磨雖然解決了上述問題，其分形軌跡比定偏心和不定偏心軌跡更有利于獲得更高的平面度，但是設備復雜，花費高，投資大。

58、而行星式研磨恰可克服以上問題，不僅設備簡單，操作方便，而且可以通過改變研磨盤的轉速和太陽輪的轉速之比來改變研磨盤與工件之間相對運動的軌跡，形狀及位置,使軌跡彎曲程度變的平緩,降低磨具的異形磨損，提高工作效率；且當取太陽輪轉速與研磨盤轉速之比很大，且為負時，可以使研磨過程中，工件表面的平均相對速度的分布均勻性得到改善，顯示出軌跡變化的復雜性，從而改善了材料去除率的均勻性，提高了工件的表面質量。 經以上對各種研磨軌跡的分析與論證，綜合考慮，本次設計最終選擇行星式研磨即往復螺旋線式軌跡對工件進行研磨加工。 第三章 行星式平面研磨機構傳動系統(tǒng)的設計 通過前面對不同研磨方式軌跡分

59、析的結果，為了達到研磨精度的要并考慮到設計簡單方便易行、雙面研磨、往復式螺旋線軌跡、及設計任務要求的研磨件參數，最終研磨機構選擇行星式研磨方式來進行該研磨盤的設計。 3.1行星輪系的設計 3.1.1行星輪系的類型選擇 選擇輪系的類型時，首先要考慮能否滿足傳動比的要求 下圖3.1是本次設計的傳動簡圖： 圖3.1 傳動簡圖 由于此行星輪系的實用傳動比范圍是[15] 經計算分析，初選傳動比，根據研磨所要求的研磨工件數目為4，則行星輪數，采用標準直齒圓柱齒輪傳動 （1）確定各輪齒數 ①由傳動比條件得 (式3.1)

60、 (式3.2) ②由安裝條件知 (式3.3) 即 (式3.4) (式3.5) 取 ，則故取 ③由同軸條件得 (式3.6) ④檢查傳動比誤差 ，由于誤差很小，可以采用。 ⑤鄰接條件 該齒輪傳動比應滿足，計算結果合適 3.1.2

61、齒輪有關參數的具體計算 如圖3.2所示，根據行星輪均載分布情況 圖3.2 運動原理簡圖 研磨盤直徑（內徑）約為中心距3倍，設中心距,由公式[16] 得，. 取，重新確定中心距（輪1與輪2）， 由圖3-1可得，輪2和輪3為內嚙合，為滿足嚙合條件，，所以輪3的分度圓直徑為： ，即下研磨盤內徑為927. 因為行星輪個數為4，且均布分載， 即 兩輪分度圓的直徑分別為： 太陽輪1 行星輪2 兩輪的齒頂圓直徑分別為： 兩輪的齒根圓直徑分別為： 取壓力角直齒傳動，由于研磨工件的最小高度為30，又考慮到有上研磨盤力的作用，取行星輪和

62、太陽輪的齒輪厚度均為50，則有，經上述計算可得出齒輪有關設計參數具體如下表3.1： 表3.1齒輪的設計參數 太陽輪1 行星輪2 下磨盤輪3 3.2研磨盤的設計 附注：文中未注單位均為() 由于此設計可以實現直徑范圍在的圓柱工件的研磨，而且考慮到簡單夾具的設計空間，按照研磨工件的最大直徑，初設上研磨盤[17]的直徑為750，厚度為35，開槽寬為80，下研磨盤的直徑為1000，厚度50. 根據上述計算草繪出其傳動簡圖，如圖3.3所示： 圖3.3 設計簡圖

63、 1.太陽輪2.行星輪3.下磨盤4.太陽輪軸5.上磨盤6.工件7.可調螺釘 根據齒輪的具體參數,綜合計算出上、下磨盤的具體尺寸，其設計草圖如下3.4和3.5所示： 圖3.4 上研磨盤簡圖 圖3.5下研磨盤簡圖 根據下磨盤的結構，設計出安裝在太陽輪上的軸，其基本尺寸如下圖3.6所示： 圖3.6 太陽軸 3.3電機的選擇 3.3.1確定主電機的調速范圍 研磨機主要采用調速電機驅動，配置大功率減速系統(tǒng)，上下研磨盤的轉動由變頻電機帶動。 查有關資料選擇型號為的主電機（驅動太陽輪），其同步轉速為，額定功率為，驅動上、下研磨盤的電機型號均選為，其同步轉速為，額定功率為。

64、由于研磨速度一般較低，通常采用變頻調速的方式使研磨速度在一定范圍內。其中下研磨盤的轉速為， 中心輪轉速為， 3.3.2計算上磨盤的驅動電機調速范圍 圖3.7 研磨機構速度示意圖 由圖3.7可得： （1）假設下研磨盤以的速度順時針方向旋轉，上研磨盤以的速度逆時針方向旋轉，它們在圖3-7上研磨盤外緣的線速度為 （2）行星輪的公轉速度為，與下研磨盤同向。 （3）行星輪的相對自轉速度為，與下研磨盤反向，而與上研磨盤同向。 由以上可知 根據公式[15]， 則行星輪的最大公轉速度為（） 行星輪的最小公轉速度為（） 所以行星輪的公轉速度為 設行星輪的自轉速度為，則有 [

65、15] 其最大自轉速度為，（） 其最小自轉速度為，（） 因此行星輪的自轉速度為 為了使研磨機構平穩(wěn)運動，則上研磨盤的轉速應該和行星輪的自轉速度近似相等，綜合考慮得出上研磨盤的轉速范圍為。 第四章 行星式研磨機構的三維實體設計 4.1研磨機構的零件實體圖 根據前面一章節(jié)草圖及有關設計參數繪制研磨機構傳動實體圖 4.1.1行星輪的實體圖的繪制 具體過程如下： 首先根據前一章節(jié)的齒輪的設計參數按照齒輪的一般畫法畫出行星輪，見圖4.1；而工件是放在行星輪上的，其最大直

66、徑為，由于此次設計要實現不同直徑圓柱面（在一定范圍內）的研磨，考慮到工件的裝夾，在行星輪上開一個直徑為，深為的槽，如圖4.2；參照機床主軸三爪卡盤的設計，在槽的側面通過拉伸的方式繪制如圖4.3所示的圓柱孔，其長度為22.5；生成實體圖如4.4；再采用陣列的方式實現三角對稱形式，最后采用螺旋掃描的命令完成內螺紋（螺紋長度為20）的繪制，如圖4.5；為了減輕齒輪重量再用拉伸—切除命令，繪制如4.6、4.7所示草圖，最終的實體圖如4.8所示，行星輪的設計完成。 圖4.1 行星齒輪 圖4.2 拉伸切除 圖4.3圓柱孔草繪圖 圖4.4 拉伸切除 圖4.5螺旋掃描-內螺紋 圖4.6拉伸切除—孔 圖4.7拉伸—切除 圖4.8 行星輪 4.1.2軸、鍵的實體圖繪制 先根據上一章節(jié)軸的基本尺寸繪制圖如4.9所示，由于需在軸上設置的鍵，軸的的直徑為70，根據軸的尺寸選擇鍵的型號為：鍵 其草圖如4.10；選用拉伸切除命令完成鍵槽的繪制，如圖4.11，軸的設計完成。 圖4.9 軸 圖4.10鍵的草繪圖 圖4.11太陽軸 根據上