M4480刀片研磨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

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I摘 要隨著生產(chǎn)自動化和無人化以及批量化的發(fā)展，越來越多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用自動化機(jī)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(jìn)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(dá)到加工精度的極限。本次課題是以 M4480 刀片為被加工對象進(jìn)行研究，設(shè)計一款研磨機(jī)對其進(jìn)行精加工，考慮的到刀片的特性，本文選用平面研磨機(jī)構(gòu)，一次裝夾，可以同時對刀片的兩面進(jìn)行研磨。本文主要介紹了原始刀片研磨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計部分。包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、研磨運動軌跡等設(shè)計。關(guān)鍵詞：刀片研磨機(jī)，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(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................11.1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ..................................................................................................11.2.2 國外研究現(xiàn)狀 ..................................................................................................21.2 研磨技術(shù)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(nèi)容 .............................................................................................42 刀片研磨機(jī)整體方案及研磨軌跡的設(shè)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(jī)整體設(shè)計計算 .............................................................................................133.1 行星輪系的設(shè)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(nèi)齒圈的選擇 ...............................................................................................153.1.5 刀片固定行星輪、內(nèi)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(jī)的選擇 .........................................................................................................193.4.1 選擇電動機(jī)的功率 .......................................................................................193.4.2 選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 .......................................................................................193.5 主動軸的設(shè)計及強(qiáng)度校核計算 .............................................................................193.5.1 軸校核安全系數(shù) ...........................................................................................203.3.2 軸的靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核 ........................................................................21sS3.6 從動軸的強(qiáng)度校核 .................................................................................................224 刀片研磨機(jī)機(jī)架的設(shè)計 .................................................................................................234.1 機(jī)架結(jié)構(gòu)類型 ..........................................................................................................234.1.1 按機(jī)架外形分類 ...........................................................................................234.1.2 按機(jī)架的制造方法和材料分類 ...................................................................234.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)的選擇 .....................................................................................................234.3 機(jī)架設(shè)計計算的準(zhǔn)則和要求 .................................................................................244.3.1 機(jī)架設(shè)計的準(zhǔn)則 ............................................................................................244.3.2 機(jī)架設(shè)計的一般要求 ...................................................................................244.4 刀片研磨機(jī)機(jī)架的確認(rèn) .........................................................................................255 結(jié) 論 .................................................................................................................................26致 謝 ...................................................................................................................................27參 考 文 獻(xiàn) .........................................................................................................................2801 緒論1.1 研磨機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀研磨機(jī)是用涂上或嵌入磨料的研具對工件表面進(jìn)行研磨的磨床。主要用于研磨工件中的高精度平面、內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、螺紋面和其他型面。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, 例如各種材質(zhì)的機(jī)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(lán)寶石、光學(xué)水晶、玻璃、鈮酸鋰、硬質(zhì)合金、不銹鋼、粉灰冶金等金屬材料的平面研磨。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。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[s]＝1.5S 22)8.091764.(3)104.567(39.??滿足要求。3.3.2 軸的靜強(qiáng)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(qiáng)度是根據(jù)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(qiáng)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(qiáng)度：軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件是][2.0953TTdnPW?????其中 為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力； 為軸的抗扭截面系數(shù)； 軸的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)切應(yīng)力][?23由上公式可得軸的直徑mnPdT 726.3.2530.89][2.09533 ?????所設(shè)計的軸的最小直徑為 40mm>37.726mm，故該軸的強(qiáng)度合格。4 刀片研磨機(jī)機(jī)架的設(shè)計在機(jī)器中支承或容納零部件稱為機(jī)架。如支承罐的塔架、容納傳動齒輪的減速器的殼體，機(jī)床的床身等等統(tǒng)稱為機(jī)架。4.1 機(jī)架結(jié)構(gòu)類型4.1.1 按機(jī)架外形分類按機(jī)架外形分類：網(wǎng)架式、框架式、梁柱式、板塊式和箱殼式。4.1.2 按機(jī)架的制造方法和材料分類按制造方法，機(jī)架可分為鑄造機(jī)架、焊接機(jī)架和螺栓或鉚接機(jī)架。按機(jī)架材料可分為金屬機(jī)架、非金屬機(jī)架。非金屬機(jī)架又可分為混凝土機(jī)架、素混凝土機(jī)座平臺、花崗巖機(jī)架、塑料機(jī)架等。鑄造機(jī)架常用材料為鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。小型設(shè)備（如儀表等）的機(jī)架則有銅制或塑料制造。4.2 機(jī)架結(jié)構(gòu)的選擇進(jìn)行機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇是一個較復(fù)雜的過程，對結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件截面和結(jié)點構(gòu)造等均需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行仔細(xì)的分析。對結(jié)構(gòu)方案要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。24由于各種設(shè)備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的機(jī)架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難。但是，可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)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(yīng)遵守的一般規(guī)律。1．結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng)，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(yīng)力分布是不均勻的，所以材料的應(yīng)力分布不夠經(jīng)濟(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)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(nèi)，在較長段內(nèi)材料不能充分利用，這是彎曲構(gòu)件不經(jīng)濟(jì)的另一原因。2.結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點傳到基礎(chǔ)。載荷傳遞的路程愈短，結(jié)構(gòu)使用的材料愈省。3.結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力，節(jié)省材料。4.3 機(jī)架設(shè)計計算的準(zhǔn)則和要求4.3.1 機(jī)架設(shè)計的準(zhǔn)則1．工況要求 任何機(jī)架的設(shè)計首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如，保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運動件通過的突起；設(shè)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(jī)架的主要要求是剛度。例如機(jī)床的剛度決定了機(jī)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(zhuǎn)性能。3．強(qiáng)度要求 對于一般的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時也能滿足強(qiáng)度的要求。但對于重載設(shè)備的強(qiáng)度要求必須引起足夠的重視。其準(zhǔn)則是在機(jī)器運轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機(jī)架上任何點的應(yīng)力都不得大于容許應(yīng)力。此外，還要滿足疲勞強(qiáng)度的要求。4．穩(wěn)定性 對于細(xì)長的或薄壁的受力結(jié)構(gòu)及受彎—壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計時必須校核。255．美觀 目前對機(jī)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(jī)械儀表等熱變形小的要求，等等。4.3.2 機(jī)架設(shè)計的一般要求在滿足機(jī)架設(shè)計準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)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(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。2.結(jié)構(gòu)合理，便于制造。3.結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。4.結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由于溫度變化引起的變形應(yīng)力小。5.抗振性能好。6.耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。7.有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。4.4 刀片研磨機(jī)機(jī)架的確認(rèn)鑄造機(jī)架比焊接機(jī)架剛性好，但制造較困難，生產(chǎn)周期較長。對于單件或者小批量并不合適。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)批量大，所以本次刀片研磨機(jī)的機(jī)架部分采用鑄造機(jī)架結(jié)構(gòu)。265 結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)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(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。回顧這次畢業(yè)設(shè)計，從選題到定稿，從理論到實踐，在這段畢業(yè)設(shè)計期間里，可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)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(shè)計過程中，我發(fā)現(xiàn)我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗，沒有感性的認(rèn)識，空有理論知識，有些東西很可能與實際脫節(jié)。此次設(shè)計需要我們將學(xué)過的相關(guān)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(jìn)。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的——只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重。在設(shè)計的過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處：對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如電機(jī)選用的確定、軸部分的具體應(yīng)該怎么設(shè)計。機(jī)架的分類等都有了詳細(xì)的認(rèn)識。通過這次畢業(yè)設(shè)計之后，又把以前所學(xué)過的知識重新溫故。27這次畢業(yè)設(shè)計使我受益匪淺，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了一個堅實而良好的基礎(chǔ)。在此衷心感謝各位老師的幫助和指導(dǎo)。致 謝這次畢業(yè)設(shè)計可以圓滿的完成，離不開導(dǎo)師XXX的悉心指導(dǎo)。從課題的提出和論證到設(shè)計完成，X導(dǎo)師淵博的學(xué)識、先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想、對待研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和無私的奉獻(xiàn)精神都是學(xué)生的楷模，使我受益匪淺，在設(shè)計完成之際，謹(jǐn)向尊敬的X 導(dǎo)師致以崇高的敬意和由衷的感謝。經(jīng)過這段時間的畢業(yè)設(shè)計，我感覺到掌握扎實的基礎(chǔ)知識和學(xué)會使用必要工具的重要性，深刻體會到網(wǎng)絡(luò)資源的巨大作用，在遇到難以解決的問題時，可以在網(wǎng)絡(luò)中尋找所需的資料，到相關(guān)的論壇上去求得幫助；學(xué)會靈活運用電腦網(wǎng)絡(luò)這個現(xiàn)代工具是我們必備的素質(zhì)。同時畢業(yè)設(shè)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(xué)習(xí)中不至落后現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的潮流。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的過程中 ，我的感激之情無以言表，僅以此文獻(xiàn)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(yuǎn)，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(guān)心幫助讓我在學(xué)校的生活和學(xué)習(xí)中都能有親人般的感覺；感謝我的同學(xué)們，大家雖然來自不同的地方，但是大家始終相親相愛，團(tuán)結(jié)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(xué)四年，往事歷歷在目，心緒難以平復(fù)，如此多的關(guān)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(xué)老師還是遠(yuǎn)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(xiàn)我的綿薄之力。28參 考 文 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