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黃河科技學(xué)院畢業(yè)（文獻(xiàn)綜述）
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生姓名
潘 其 好
指導(dǎo)教師
李 長 詩
2012年 03 月 10 日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)（論文）文獻(xiàn)綜述 第 9 頁
研磨機(jī)設(shè)計(jì)
摘要：本文介紹了研磨機(jī)的發(fā)展、研磨機(jī)的機(jī)械工作原理、類型 、特點(diǎn)及常見故障等內(nèi)容。通過這些對研磨機(jī)有一個(gè)大致的了解，為設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
關(guān)鍵詞：研磨 平面研磨機(jī) 調(diào)速
前言：
研磨是超精密加工中一種重要加工方法，其優(yōu)點(diǎn)是加工精度高，加工材料范圍廣。但傳統(tǒng)研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，這使得傳統(tǒng)研磨應(yīng)用受到了一定限制。本項(xiàng)目解決了傳統(tǒng)研磨存在的絕大部分缺點(diǎn)，提高了研磨技術(shù)水平，在保證研磨加工精度和加工質(zhì)量（達(dá)到了納米級）的同時(shí)，還顯著降低加工成本，提高加工效率，使研磨技術(shù)進(jìn)一步實(shí)用化，有利于研磨技術(shù)的推廣應(yīng)用，促進(jìn)了中國精密加工技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)步，增強(qiáng)中國在加工制造領(lǐng)域的競爭實(shí)力，特別是對振興東北老工基地具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。先進(jìn)加工制造業(yè)和光電子產(chǎn)業(yè)都是中國的特色產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，也是中國重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，研磨加工技術(shù)對這兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都具有重要作用。本項(xiàng)目開發(fā)的納米級高效研磨加工技術(shù)在加工效率、加工成本、加工質(zhì)量和加工精度上具有明顯的優(yōu)勢，具有很好的應(yīng)用前景。
研磨機(jī)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(jī)。目前國內(nèi)生產(chǎn)高速研磨機(jī)的廠家不少,但由于研磨加工的針對性較強(qiáng),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(jī)。研磨機(jī)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,例如一些鎢鋼表帶和紐扣等。這種研磨機(jī)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(nèi)，加以振動，進(jìn)行研磨拋光。還有人專門研制出相應(yīng)的振動研磨機(jī)。目前這種振動研磨機(jī)國內(nèi)外都有廠家生產(chǎn)，而且這種研磨加工技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也日趨廣泛。
1. 研磨機(jī)的發(fā)展
研磨機(jī)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(jī)。目前國內(nèi)生產(chǎn)高速研磨機(jī)的廠家不少,但由于研磨加工的針對性較強(qiáng),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(jī)。研磨機(jī)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,例如一些鎢鋼表帶和紐扣等。這種研磨機(jī)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(nèi)，加以振動，進(jìn)行研磨拋光。還有人專門研制出相應(yīng)的振動研磨機(jī)。目前這種振動研磨機(jī)國內(nèi)外都有廠家生產(chǎn)，而且這種研磨加工技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也日趨廣泛。目前國內(nèi)外生產(chǎn)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(jī)。曾獲得國家科學(xué)大會獎(jiǎng)。現(xiàn)在西安秦川發(fā)展有限公司生產(chǎn)的PJM320B就是以它為原型改進(jìn)的。在光學(xué)加工中研磨又稱精磨,所以研磨機(jī)也稱為精磨機(jī)。目前還有南京儀機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的PLM-400精密拋光機(jī)。以及我國臺灣高鈺精密有限公司生產(chǎn)的各種精磨機(jī)。其中平面精磨機(jī)有DL-380和CDL-600和及CDL-900型號和雙面精磨機(jī)有CDL-4B-4L和CDL-6B-6L及CDL-9B-5L等型號。其中CDL-380型研磨機(jī)研磨精度高,可達(dá)到的平面度為0.2μm～0.5μm,表面粗糙度Ra<0.1μm，它可加工各種材質(zhì)。
為提高加工效率人們研制出雙面研磨機(jī)，如蘭州東勝機(jī)械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的DSL9B-5P型雙平面研磨機(jī),它加工出的產(chǎn)品精度為10微米級,平面度及平行度在千分之一毫米。還有深圳宏達(dá)公司生產(chǎn)的雙平面研磨機(jī),其平行度及平面度也為千分之一毫米。球面高速研磨機(jī)按加工工件表面的曲率半徑不同,分為大球面、中球面和小球面三種，其中Q875型高速精磨機(jī)和QJM-40小球面高速精磨機(jī)和QJM-100中球高速研機(jī)應(yīng)用較為普遍。
目前，國外高品質(zhì)的研磨機(jī)床已實(shí)現(xiàn)系列化，而且加工精度已達(dá)到很高的水平。如SPEEDFAM高速平面研磨機(jī)，具有粗研磨及精研磨的廣泛研磨能力，能以短時(shí)間和低成本獲得較高的平行度、平面度以及表面粗糙度。即使不熟練的操作人員，亦能達(dá)到尺寸公差3μm、平面度0.3μm、平行度3μm,表面粗糙度Ra0.2μm以內(nèi)的高精度加工水平。又如Takao NAKAMURA等人研制的硅片研磨機(jī)，可同時(shí)加工5片直徑為125mm的硅片，當(dāng)硅片厚度在500～515μm時(shí)，經(jīng)過24～30min的拋光，尺寸可達(dá)到480士3μm，平均材料去除率0.51～0.57μm/min。
據(jù)《科技日報(bào)》2006年5月24日報(bào)道: 納米級高效研磨加工技術(shù)主要采用固著磨料高速研磨加工方法。固著磨料高速研磨與傳統(tǒng)的散粒磨料研磨不同，其磨料的密度分布是可控的。利用固著磨料研磨的這一特點(diǎn)，根據(jù)工件磨具間的相對運(yùn)動軌跡密度分布，合理地設(shè)計(jì)磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨過程中所出現(xiàn)的磨損不影響磨具面型精度，從而顯著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻煩。
本項(xiàng)目將固著磨料高速研磨技術(shù)與磨具保型磨損理論和工件均勻研磨加工技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了納米級高效研磨加工，從而提高我國機(jī)械加工技術(shù)水平，特別是超精密加工技術(shù)水平。
納米級高效研磨加工技術(shù)主要適合應(yīng)用于單平面和雙平面的超精密研磨加工，其加工精度要求達(dá)到納米級水平。該技術(shù)主要是采用固著磨料高速研磨加工技術(shù)，固著磨料高速研磨與傳統(tǒng)的散粒磨料研磨不同，其磨料的密度分布是可控的。利用固著磨料研磨的這一特點(diǎn)，根據(jù)工件磨具間的相對運(yùn)動軌跡密度分布，合理地設(shè)計(jì)磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨過程中所出現(xiàn)的磨損不影響磨具面型精度，從而顯著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻煩。在平面固著磨料研磨中，磨具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是主運(yùn)動，工件的運(yùn)動是輔助運(yùn)動。在大部分情況下，工件是浮動壓在磨具上，其運(yùn)動規(guī)律是未知的。因此，要對工件受力進(jìn)行分析，才能求出其受力狀態(tài)及運(yùn)動規(guī)律。取工件為整個(gè)研磨系統(tǒng)的分離體，建立工件受力平衡微分方程，求解該方程就能得到工件的運(yùn)動規(guī)律。一旦掌握了磨具和工件的運(yùn)動規(guī)律，就可以求出它們間的相對運(yùn)動及相對運(yùn)動軌跡密度分布。從而根據(jù)工件相對磨具的運(yùn)動軌跡密度分布，設(shè)計(jì)磨具上磨料密度分布，使得磨具在磨損后不喪失原有的面型精度，這就保證了工件的面型精度。
本項(xiàng)目在原有的單平面磨具保型磨損理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)出工件均勻研磨技術(shù)，從而進(jìn)一步提高了工件的面型精度，同時(shí)還建立了固著磨料雙平面高速研磨磨具保型磨損理論，研制了雙平面高速研磨機(jī)，并進(jìn)行了固著磨料雙平面高速研磨加工實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)完善了有關(guān)加工工藝和研磨機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對工件的兩個(gè)平行表面同時(shí)進(jìn)行高速研磨加工。本項(xiàng)目還研究了固著磨料高速研磨中工件加工表面的形成規(guī)律，探討了有關(guān)研磨參數(shù)對工件加工表面的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了工件的表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的納米級研磨加工，工件已加工表面粗糙度達(dá)0.88nm。
目前國內(nèi)外生產(chǎn)的研磨機(jī)基本上都是中大型的。對于小型便攜式高速研磨機(jī)的研究有限。而目前便攜式的研磨機(jī)只有專門維修閥門的維修機(jī)具。目前國內(nèi)外的高速研磨機(jī)的發(fā)展方向主要是進(jìn)一步提高研磨加工質(zhì)量和加工效率,提高研磨機(jī)的自動化程度,以減輕操作者的勞動強(qiáng)度。而對維修設(shè)備現(xiàn)場使用的便攜式研磨機(jī)還沒有人進(jìn)行研究和開發(fā)。
2. 研磨機(jī)的機(jī)械工作原理
研磨機(jī)采用無級調(diào)速系統(tǒng)控制，可輕易調(diào)整出適合研磨各種部件的研磨速度。采用電—?dú)獗壤y閉環(huán)反饋
壓力控制，可獨(dú)立調(diào)控壓力裝置。上盤設(shè)置緩降功能，有效的防止薄脆工件的破碎。通過一個(gè)時(shí)間繼電器和一個(gè)研磨計(jì)數(shù)器，可按加工要求準(zhǔn)確設(shè)置和控制研磨時(shí)間和研磨圈數(shù)。工作時(shí)可調(diào)整壓力模式，達(dá)到研磨設(shè)定的時(shí)間或圈速時(shí)就會自動停機(jī)報(bào)警提示，實(shí)現(xiàn)半自動化操作。
研磨機(jī)變速控制方法，研磨加工有三個(gè)階段，即開始階段、正式階段和結(jié)束階段，開始階段磨具升速旋轉(zhuǎn)，正式階段磨具恒速旋轉(zhuǎn)，結(jié)束階段磨具降速旋轉(zhuǎn)，其特征在于，在研磨加工開始階段，人為控制磨具轉(zhuǎn)速的加速度從零由慢到快地增大，當(dāng)磨具轉(zhuǎn)速升到正式研磨速度的一半時(shí)，加速度的變化出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，控制磨具轉(zhuǎn)速的加速度由最大值由快到慢地減小，直到磨具轉(zhuǎn)速達(dá)到正式的研磨速度，磨具轉(zhuǎn)速的加速度降為零。
利用固著磨料研磨的這一特點(diǎn)，根據(jù)工件磨具間的相對運(yùn)動軌跡密度分布，合理地設(shè)計(jì)磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨過程中所出現(xiàn)的磨損不影響磨具面型精度，從而顯著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻煩。在平面固著磨料研磨中，磨具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是主運(yùn)動，工件的運(yùn)動是輔助運(yùn)動。在大部分情況下，工件是浮動壓在磨具上，其運(yùn)動規(guī)律是未知的。因此，要對工件受力進(jìn)行分析，才能求出其受力狀態(tài)及運(yùn)動規(guī)律。取工件為整個(gè)研磨系統(tǒng)的分離體，建立工件受力平衡微分方程，求解該方程就能得到工件的運(yùn)動規(guī)律。
研磨機(jī)主機(jī)采用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，配置大功率減速系統(tǒng)，軟啟動、軟停止，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。通過上、下研磨盤、
太陽輪、游星輪在加工時(shí)形成四個(gè)方向、速度相互協(xié)調(diào)的研磨運(yùn)動，達(dá)到上下表面同時(shí)研磨的高效運(yùn)作。下研磨盤可升降，方便工件裝卸。氣動太陽輪變向裝置，精確控制工件兩面研磨精度和速度。隨機(jī)配有修正輪，用于修正上下研磨盤的平行誤差。
研磨籃式研磨機(jī)繼承了籃式研磨機(jī)分散研磨兩道工序在一臺機(jī)器、一道工序上實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，同時(shí)還可以作為分散機(jī)單獨(dú)使用(當(dāng)分散盤在工作位置，研磨籃未下降時(shí))。對于需要研磨的物料，又可以實(shí)現(xiàn)先分散后研磨的功能(當(dāng)研磨籃下降到工作位時(shí)，可對物料進(jìn)行高效率的精研磨)。
3. 研磨機(jī)類型
研磨機(jī)的主要類型有圓盤式研磨機(jī)、轉(zhuǎn)軸式研磨機(jī)和各種專用研磨機(jī)。
3.1 圓盤式研磨機(jī)
分單盤和雙盤兩種，以雙盤研磨機(jī)應(yīng)用最為普通。在雙盤研磨機(jī)上，多個(gè)工件同時(shí)放入位于上、下研磨盤之間的保持架內(nèi)，保持架和工件由偏心或行星機(jī)構(gòu)帶動作平面平行運(yùn)動。下研磨盤旋轉(zhuǎn)，與之平行的上研磨盤可以不轉(zhuǎn)，或與下研磨盤反向旋轉(zhuǎn)，并可上下移動以壓緊工件（壓力可調(diào)）。此外，上研磨盤還可隨搖臂繞立柱轉(zhuǎn)動一角度，以便裝卸工件。雙盤研磨機(jī)主要用于加工兩平行面、一個(gè)平面(需增加壓緊工件的附件)、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(shí),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(jī)只有一個(gè)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(jī)還帶有能在研磨過程中自動校正研磨盤的機(jī)構(gòu)。
3.2 轉(zhuǎn)軸式研磨機(jī)
由正、反向旋轉(zhuǎn)的主軸帶動工件或研具（可調(diào)式研磨環(huán)或研磨棒）旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)比較簡單，用于研磨內(nèi)、外圓柱面。
3.3 專用研磨機(jī)
依被研磨工件的不同，有中心孔研磨機(jī)、鋼球研磨機(jī)和齒輪研磨機(jī)等。
此外，還有一種采用類似無心磨削原理的無心研磨機(jī)，用于研磨圓柱形工件。
4. 研磨機(jī)的特點(diǎn)
（1）自動研磨機(jī)又為高速研磨機(jī)，精密研磨機(jī)。采用砂布帶，電器采用日本和泉、富士、整機(jī)噴塑,顏色為微機(jī)色；
（2）導(dǎo)軌為臺灣直線導(dǎo)軌；
（3）刮膠采取卡式鎖設(shè)計(jì)，能使變形刮膠調(diào)正，確保研磨品質(zhì)；
（4）此自動研磨機(jī)，高速研磨機(jī)，精密研磨機(jī)可用于機(jī)械式刮刀與手動式刮刀研磨；
（5）特殊研磨輪設(shè)計(jì)，研磨布帶無壓力感，刮膠不變形，無波紋狀現(xiàn)象，確保研磨精度。
（6）研磨角度度以配合各種特殊印刷的效能；
（7）研磨機(jī)裝有洗塵裝置，可減少工業(yè)污染，有利于工作人員的身體健康及設(shè)備的保養(yǎng)；
（8）自動研磨機(jī)，高速研磨機(jī)，精密研磨機(jī)操作簡便，無需專業(yè)技術(shù)即可操作。
5. 研磨機(jī)的小牙齒斷齒的故障
研磨機(jī)在火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用，但其傳動軸振動及小牙輪斷齒一直困擾著系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，前一時(shí)期我廠制粉系統(tǒng)也倍受這兩個(gè)缺陷的困擾，甚至影響到了機(jī)組燃料的供應(yīng)，經(jīng)檢修人員多次調(diào)整，效果顯著，傳動軸振動低于0.08mm。近一時(shí)期，研磨機(jī)小牙輪斷齒的故障也鮮有耳聞了，現(xiàn)將經(jīng)驗(yàn)予以總結(jié)。
具體措施：
（1）齒頂間隙是齒輪傳動裝置的重要裝配參數(shù)之一，規(guī)程中規(guī)定大、小牙輪間隙為7.5-8.5mm，實(shí)際生產(chǎn)中，設(shè)備經(jīng)長期運(yùn)行，大齒輪齒圈受應(yīng)力沖擊變形，由原來的圓形漸變?yōu)闄E圓形，所以其齒頂間隙局部甚至低于6mm，在實(shí)際調(diào)整過程中應(yīng)將齒頂間隙調(diào)為8.5-10mm，以減少因齒頂間隙引起的沖擊，造成輪齒過載折斷。
（2）大齒圈的緊力不夠也是引起其變形的重要原因之一。在實(shí)際操作中，除加大螺栓緊力外，用10mm厚鋼板將大齒圈接合面連接起來，加大緊固面，防止齒圈變形，保證主、從動輪角速度一致，防止傳動比變化引起的慣性力，造成疲勞折斷。
（3）傳動軸軸承的充分潤滑也是保證其平穩(wěn)運(yùn)行的主要原因，目前采用傳統(tǒng)的定期、手工加油，此舉雖也能夠保證軸承得到足夠的潤滑，但易造成潤滑油量的過多或不足，建議采用機(jī)械定時(shí)、定量科學(xué)地補(bǔ)充潤滑脂，從而保證軸承的適度潤滑，降低振動，避免軸承的磨損和保持架的破裂，延長壽命。
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