基于plc的自动金属表面抛光机设计

基于plc的自动金属表面抛光机设计摘要为了降低工件表面的粗糙度，使工件获得光亮、平整的表面，通常会利用化学、电化学或是机械作用，这用作用方法就是抛光。抛光需要利用柔性抛光工具及抛光介质如磨料颗粒等对工件的表面进行加工修饰。抛光在冶金及金属热处理等方面意义显著，还是进行金相观察与实验过程中不可缺少的一步。在一些实验中，对抛光的质量要求较高，例如金相观察。但是现在的抛光机多以抛光截面小、质量差的实验室小型较多，遇到大型截面的抛光需求就不能满足了。为了更好的引用高倍和中倍观察研究铸坯的质量，则需设计一系列不同规格的抛光机来满足抛光需求。为了解决上述需求，将设计一台适合抛光大截面的卧式抛光机作为课题。本文依次介绍了抛光机的应用、特点、原理和抛光机的发展前景。本文首先比较选择了整机的设计方案，尤其对工作台的驱动传动和主轴与抛光轮的连接进行了详尽的设计、比较和选择，接着介绍了箱体内各零部件的安排布局。为了确保抛光机床的正常运行，文章还对零部件及传动系统的设计、选择和校核作了详细的说明和大量的计算。文章最后简单介绍与设计了冷却系统。关键词：抛光；plc；方案设计；AbstractPolishingisaspecialmethodtoreducethesurfaceroughnessoftheworkpiecetoobtainabright,smoothsurface.Methodsincludetheuseofmechanical,chemicalorelectrochemicalaction.Modificationofthesurfaceoftheworkpiececanbemadeusingflexiblepolishingtoolsandabrasiveparticlesorotherpolishingmedia.Polishingisveryimportantformetallurgyandmetalheattreatment.Toobtainbettereffectofmetallographicobservationrequirementsofhighpolishingquality,Atpresent,thepolishingmachineismostlyusedinthelaboratory,andthepolishingpartissmallandthequalityispoor.Therefore,inordertomeettherequirementsofthequalityofpolishedplatetobetterstudythequalityoftheneedtodesignaseriesofnewpolishingmachine.Thistopicdesignsakindofpolishingmachinewhichissuitableforpolishinglargecrosssection.Thispaperintroducestheapplication,characteristicsandworkingprincipleofthepolishingmachine.Firstly,thedesignschemeofthewholemachineiscomparedandselected,includingthedesign,comparisonandselectionofthespindleandthewheelbetweentheconnectionofthetransmissionscheme.Inaddition,thelayoutofthepartsintheboxbodyisintroduced.Inthispaper,thedesignandselectionofthetransmissionsystemandthecomponentsaredescribedindetail.最后，对冷却系统进行了介绍和设计。Keywords:polishing;PLC;schemedesign;目录TOC\o"1-3"\h\u前言 31.1本文研究背景 31.2研究现状 4二抛光机设计思想及方案确定 52.1设计要求 52.2金相试样抛光机整体方案的确定 62.2.1金相试样抛光机类型分析 62.2.2金相试样抛光机方案比较 62.2.3综合考虑选出最佳设计方案 7三方案设计及电动机选用 83.1主电机与抛光轮的连接设计 83.2移动工作台与工作台电机间的连接设计 93.3电动机的选择 103.3.1主轴电机的选择 103.3.2工作台电动机选择 13四结构设计及相关强度校核 194.1工件保持架的选择 194.2小齿轮的选择 204.3内齿圈的选择 214.4保持架、内齿圈、小齿轮组成的轮系中各齿轮运动速度的确定 214.5其他齿轮的选择 224.5.1齿轮1的选择 224.5.2齿轮2的选择 234.5.3齿轮3和齿轮4的确定 234.6轴承的选择及其参数 244.7电动机的选择 254.8轴的设计及强度校核计算 25五金相试样抛光机调速部分设计 275.1显示面板的设计 275.2金相试样抛光机控制系统整体框架设计思想 285.3伺服电机的调速研究 29结论 30参考文献 31前言1.1本文研究背景随着科学技术的迅速发展，机械工业的发展方向是高速、精密、自动。机械行业与金属材料热处理的关系越来越密切，金属和材料热处理的问题也在机械产品的设计与制作中日益增加。通过实践证明得出，为了能发挥出金属材料的性能，保证材料的良好加工工艺，节省材料降低成本，获得具有理想性能和高质量的零件，合理选择金属材料安排好热处理工艺路线是十分重要的一步。实际生产过程中很多早期的变形、磨损、断裂等损坏，这都是由于选材的不合理或是热处理工艺的不妥，致使零件的性能达不到标准的技术要求。金相的观察及研究可以对金属材料的结构和性能有更好的了解，所以要想进行金属材料研究获得清晰地金相图十分重要。金属式样在经过取样、镶嵌、磨制、抛光、侵蚀等工序的精心制备后才能更好地观察到金属式样的内部结构。金相式样的制备需要切割机、镶嵌机、磨/抛光机三个机器完成，第三步抛光决定了金属式样的质量，所以抛光这一步是十分重要的。金属式样成为光滑镜面的最后工序是将经磨制产生的磨痕和变形的地方去掉。化学抛光、电解抛光、机械抛光及复合抛光，这几种方法都是常见的试样抛光方法。现阶段使用最广泛的抛光方法就是机械抛光，在工艺和操作方法正确的条件下保证试样质量和其他条件相同，机械抛光具有较高的抛光速率及可靠性，同样机械抛光机可提高式样的效率与质量，同时具有废品率低、成本低、经济效益高、质量高的优点。1.2研究现状研磨和抛光在国内外有很长的历史。玉器的雕琢，铜镜的制作，眼镜望远镜显微镜、望远镜镜片的磨制等这都证明了其历史的悠久。1360年的绘画和文艺复兴时期发明距今已经有几百年了。现在的抛光水平已经不仅仅局限在大批生产的透镜和棱镜上了，光学镜面和精密度要求很高的高形状光学平晶、平行平晶以及不同曲率的球面工件也能够完成了。在各种加工方法中，研磨和抛光是最精密的加工。在发展过程中现有的加工要求会逐渐不满足需求，所以进行技术改造和开发新型的超精密研磨抛光技术就是刻不容缓的了。现在许多技术产品都需要高精度，所以精密和超精密加工现在已经成为在国际竞争中取得成功的关键技术。精密和超精密加工制造出来的仪器设备对发展尖端的技术和发展国防工业至关重要。现代科技技术的前沿和明天技术的基础就是精密工程、微细工程和纳米技术。现代机械工业要致力加强提高加工精度的主要原因是：提高精度有很多好处比如产品的性能和质量的提高，稳定性和可靠性的提高等；促进了产品向小型化自动化发展，提高了零件生产效率。超精密加工技术如今获得的重大进展使它成为了一种内容丰富的系统工程，不再局限于之前孤立的加工方法和单纯的工艺。实现超精密加工，需要超精密的机床设备和刀具、超稳定的环境条件、需要运用计算机技术进行实时监测、需要及时反馈和补偿。实现超精密加工需要把各个领域的技术成就集结起来。根据国内外的超精密计技术发展趋势，再结合我国的实际情况，我国应开展以下五个方面的超精密加工技术基础研究：超精密切削磨削的基本理论和工艺超精密设备的精度，动特性和热稳定性超精密加工精度检测及在线检测和误差补偿超精密加工的环境条件超精密加工的材料国外在精密加工方面积累了喝多经验，对照我国实际情况来说，如果投入相当的人力物力来对精密和超精密加工技术进行研究与开发，我国将在八五和九五期间取得突破性进展，前期微米级加工技术稳定可以开始亚微米加工；后期亚微米级加工稳定并开始纳米级加工的实验研究。在15-20年内可以达到发达国家目前的水平，某些单项技术也可以达到国家先进水平。国内目前厂家的产品多为生产效率低、安全性差的手工操作为主。多数抛光机存在着大大小小的问题，抛光盘为单盘或多盘的机型较多，冷却条件差有的只是水龙头有的甚至没有，抛光盘的转速不能改变等。在冷却方面，如果不能进行冷却，那么试样表面就会很容易发热并且变灰，因持续增厚而形变扰动层，难免影响到快抛光好的试样。金相试样在制作过程中要根据材料的不同性质来采取相应措施，抛光后的试样要满足表面光亮无磨痕的要求，在制作过程中不允许组织变形，石墨这类的软相要脱落，而碳化物这类的硬相要浮雕都是不行的。比如在抛光铸铁试样时，为了缩短抛光时间，抛光过程中要不断的旋转。抛光铝制试样时为了不出现变形层，需要采用较轻压力和400r/min的适当转速。现在有的机型可以用数字显示转速，并且可以在1000r／min～50r／min范围内进行变频无级变速，但这种机型需要手动操作，难免凭手感不能控制好压力的大小，所以这种机型的效率、准确性、再现性都不能保证。比如南京测控科学器材有限公司生产的变频调速抛光机，上海金相机械设备有限公司生产的PW-I金相试样抛光机都是这样的。二抛光机设计思想及方案确定2.1设计要求金相试样抛光机在机械设计中有着和高的要求，精确度要高，运行过程要平稳，工作必须可靠，伺服性能还要好。金相试样抛光机对传动机的要求也很多，穿的记得转动惯量要小才能更好地减小机械负载，减少对系统造成得不良影响，为了减少动力损失提高固频率增加稳定性还要有较大的刚度，另外阻尼还要合适。同样，金相试样抛光机对控制系统也有很多要求，因为试样抛光过程中需要动力头带动夹具上升和下降实现压力增大和减小所以要能对压力进行控制；能够在夹具上产生与设定压力相应弹性力；夹具上的弹性力需要在磨抛一段时间后自动降低。并且金相抛光机要对时间能进行控制，时间过长质量就不能保证，时间过短达不到质量。由于不同材质的试样需要不同的抛光速度才能保证材料的真实组织，所以抛光机需要能控制抛光速度。2.2金相试样抛光机整体方案的确定2.2.1金相试样抛光机类型分析按抛光原理可以将抛光分为机械、电解、化学、复合抛光四种。现阶段应用最广泛的抛光方法是机械抛光。机械抛光在正确工艺、操作方法下保证获得优质的试样和其他条件(如边缘保留及石墨和夹杂物保留等)的情况下与其他的抛光方法相比具有最高的抛光速率。机械抛光难以对金属试样抛光时可以用电解抛光来应对。电解抛光对极低负荷的显微硬度实验的样品或透射电镜的薄膜试样及其有用，并且它能克服金属干扰层和机械峦晶假象等问题。由于不同的金属试样所使用的抛光液和所对应的电解规范是不同的，所以电解抛光的规范需要进行多次试验工作才能确定。化学抛光方法很简单，它完全依靠化学药剂的腐蚀作用来得到光亮的抛光表面，是不需要机械和电解设备参与的，同时化学抛光液和抛光规范也是要做合适的选择的。化学抛光具有一定的缺点，比如速度低、磨面有波形不能达到平整的要求。因此，本系统适合机械抛光来操作。2.2.2金相试样抛光机方案比较第一种设计方案：对金相试样抛光机的自动减加压机械装置进行设计，首先相接的齿轮箱与动力头的比例为1:1，其次此装置的动力源采用步进电机。动力头的传动方法采用滚珠螺旋传动。滚珠螺旋传动就是将螺母和螺杆的近似半圆形螺旋凹槽拼接成滚道，并在滚道中装入一定量的滚珠，滚道需要形成闭合回路，所以要用螺母上制出的通路及导向辅助件来构成闭合，这样滚珠就能连续循环滚动了。步进电机逆时针转动就会带动齿轮转动，进而带动固定在齿轮上的螺母旋转。螺母旋转的同时螺杆下移，夹具上产生了与设定压力对应的弹性力;设定的压力在一定范围内具有自行调节的能力。夹具在压力的驱动下旋转，此时工件就会感受到压力。电动机顺时针旋转螺杆上移，工件的压力减小。抛光装置方面，针对此次实现抛光自动化的设计目的，所以将抛光盘的动力源定为直流伺服电机。一般转速为300-500r/min抛光质量比较好，速度过快不能保证抛光质量。而电机速度一般比正常转速要快，必须进行减速，所以加了一个V带来传动。设计采用ＤＳＰ模糊控制系统来完成控制系统的控制部分：DSP模糊控制系统的原理是通过数字信号处理器DSP获得位置传感器信号,传感器发送当前位置信息,电机的当前速度就是由当前位置信息获得，把这个速度与给定速度值比较,,模糊控制器将上面比较的转速误差值计算推理，得到PWM脉冲信号并输出。这个信号要经功率放大，才能对直流电机进行控制。第二种设计方案：将步进电机与丝杠相连，丝杠的内花键把丝杠和主轴连接起来，这样主轴就能上下移动了。当电机逆时针转动时，通过丝杠带动螺母转动，因此只能向下压缩弹簧丝，这样主轴产生了向上的弹性力，工件受到了压力。电机顺时针转动时与逆时针正好相反，工件的压力在这种情况下减小。抛光装置的抛光盘转动由电机直接带动。控制系统采用多种结构形式的模糊PID控制,虽然结构不同但基本原理基本一致。其原理可以解释为将规则的条件、操作通过模糊数学的基本原理和方法运算后变成了模糊集表示，然后在计算机知识库中存入这些模糊控制规则及相关信息，计算机系统会根据传来的信息进行模糊推理，PID参数这时就可以自动调整为最佳，达到自动控制的目的。2.2.3综合考虑选出最佳设计方案为了满足本次机电一体化的系统设计要求，我们需要参考各种形式的抛光机。机械部分的动力源采用步进电机，齿轮箱与动力头按照１:１的比例相接。动力头的传动方法采用滚珠螺旋传动。步进电机逆时针转动就会带动齿轮转动，进而带动固定在齿轮上的螺母旋转。螺母旋转的同时螺杆下移，夹具上产生了与设定压力对应的弹性力;设定的压力在一定范围内具有自行调节的能力。夹具在压力的驱动下旋转，此时工件就会感受到压力。电动机顺时针旋转螺杆上移，工件的压力减小。为了达到自动调压、调速控制加工时间的目的，控制部分采用PID模糊控制系统。三方案设计及电动机选用3.1主电机与抛光轮的连接设计抛光时抛光轮受到了多种外力如摩擦力、抛光切削力等。抛光轮与电机的连接有主轴连接、弹性柱销联轴器连接等多种方法。第一种方法选用的电机伸长长度有限，伸出轴只能键连接，因此不能满足要求，这种连接方法在抛光设计中不宜采取。第二种方法可以满足要求，进行弹性柱销连接后，为了使主轴更加平稳可靠，可以再使用一对角接触轴承来配合连接，抛光轮和主轴之间再用螺母和挡圈固定。弹性联轴器的功能有很多：为了避免轴端产生过大的附加载荷，对在制造和安装误差造成所联接两轴的轴向位移,径向位移和角位移进行补偿。2、可以缓和因电机工作而在轴上产生的扭转冲击。3、当出现冲击吸收功相同的情况时，可以改变轴系的共振转速。除了上述情况冲击扭矩和联轴器的惯性矩都影响共振转速。共振转速随着冲击扭矩的降低而降低。4、弹性联轴器还可以减轻轴的扭转振动。这种情况只有联轴器的中间传力件采用具有增大摩擦阻尼的结构或具有较大内阻尼的材料时才能实现。传动装置或其他机件的损坏往往是由于机器受到意外的过载造成的。为了起到安全保护作用，需要在传动轴系中采用安全联轴器，这样在联轴器中的联接元件破断、分离或打滑时，传动的力流会发生中断或发生限制力流的传递。图2-1抛光轮与轴和电机连接3.2移动工作台与工作台电机间的连接设计为了达到抛光机的设计要求，尽量遵循低成本、高质量、易装卸的原则，我们就要从抛光机的组织结构出发，使各组成成分更加精确，并进行良好的有机结合。抛光机工作台的带动是通过电动机驱动和减速系统完成的，毛毡轮在电动机的带动来抛光工件，工作台由导轨和冷却系统组成。根据毛毡轮与工件的相对位置将磨块分成了四类，分别是纵向进给外圆磨，切入磨，周边——端面磨，端面——平面磨。根据上述分类，抛光机被分成了卧式和立式两种。卧式抛光机，要根据其特点来设计传动方案，它的毛毡轮的速度较高而工作台的速度很小。卧式抛光机的工作台进行速度较低的直线移动，其设计主要为带动工作台的传动系统的设计。本方案设计是通过齿轮电机连接联轴器，然后通过联轴器与齿轮连接齿轮驱动齿条带动工作台移动连接示意图如下电机与工作台连接示意图3.3电动机的选择卧式抛光机的工作原理是用抛光轮的圆周面抛光金属试样，被抛光的工件形式如图所示。随工作台前后移动工作台上放置的试样会与抛光轮圆周面接触，两者的相对运用就是对试样面进行抛光的过程。3.3.1主轴电机的选择抛光力可以根据上面卧式外圆磨床磨削力大小的计算方法来进行对抛光所需力的大小计算，估算结果如下：外圆磨削的切向力计算经验公式：（2-1）外圆磨削主磨削力的经验公式的指数和系数值材料αβC淬硬钢0.6—0.7-22未淬硬钢0.521铸铁0.880.760.760.3820-0.450.450.45----0.430.430.43-取=0.5=0.52.具体参数选择拟定主轴电动机转速为，工作台速度为抛光轮速度由于抛光轮抛光工件尺寸为mm，选取直径为的抛光轮，则：抛光轮速度为工件速度工件速度一般选择6m/min—10m/min这里我们选择10m/min查阅文献知取204）抛光力大小根据上面公式得到的参数与公式（2-1）得：=33.86N5)抛光功率主运动消耗的功率为6)抛光轮电机功率电动机与砂轮的连接通过联轴器与轴承，查阅《机械设计手册》取则因此抛光轮电机功率选择电动机为了减少存在的未知摩擦，可以选择Y系列（IP44）三相异步电动机（JB/T9616—1999），技术数据详情见下表：主电动机技术数据表型号额定功率/kw电动机转速r/min效率/%功率因数重量/kg同步转速满载转速Y100L-61.5100094077.50.74332.02.2电动机主要外形和尺寸以及示意图中心高H外形尺寸底角安装尺寸地脚螺栓孔直径K轴身尺寸装键部位尺寸1003.3.2工作台电动机选择在抛光的过程中，已知体积V，根据公式，我们需要先求得F的值。由抛光轮的功率N=Frn式中F是抛光轮与工件的摩擦力，通过抛光轮的半径r和抛光轮的转速n，将数值代入以下公式：F=则工件进给的功率为P=分析：运动传递在电动机驱动工作台前后移动过程中产生大量损失，所以所以在计算电机的输出功率要考虑一下。轴承效率取，联轴器效率，齿轮齿条传动效率，取在工作中要考虑到15％20％的导轨摩擦损失（一般情况下）和在带动工作台运动时其他的带动作用如导轨、电机和电磁吸盘等，所以实际用于工件的效率很小，在条件下减去15％20％得到，然后减去其他带动作用最终取为，因此电机的输出功率可以由下式计算得出：现实情况下的电机转速都很高，功率也没这么小，要想通过多极减速的方式来获得较小的工件速度是不划算的，并且也会加大公建结构的复杂度，分析如下：[1]依靠直线电机带动工作台：直线电机具有直线传输运动、高速响应的特点，在系统取消了像丝杠这类响应时间常数大的机械动件后，闭环控制系统的动态响应能力和反应速度大幅度提高。为了减少由于丝杠等机械机构和在插补运动时因系统滞后带来传动间隙以及误差和跟踪误差，更要采取直线驱动系统。机床的定位精度也通过直线位置检测反馈装置的控制而大大提高。在启动过程中跳过启动采取了“直接驱动”，因此可能会因中间环节的摩擦磨损而造成变速换向的运动滞后现象，提高了直线电机运动刚度使直线电机刚度高。直线电机还具有较宽的选择速度和较短的加速过程。由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦和使用无机械接触的滚动导轨和磁电悬浮导轨，大大降低了直线电机运动时的噪音。没有中间环节，没有机械摩擦时的能量损耗，因此直线电机的的效率远远高于其他电机。但是直线电机的性价比不高，本设计对抛光精度的要求没有这么高，使用这种造价的电机不能再社会上大规模推广，所以这个设计方案被否决了。[2]选择伺服电机驱动滚珠丝杠带动工作台：伺服系统机械元件运动时的发电机可以补助马达进行间接变速，这就是伺服电机。伺服电机具有速度控制、准确定位、通过将电压信号转化成转矩和转速来控制对象的功能。伺服电机的时间机电常数小、线速度高、能使动电压还能将所受信号按电动机轴上的角位移或角速度输出，因此在控制系统中被用作执行元件，其转子受输入信号控制，具有极快的反应速度。伺服电机在电压信号为零的情况下是不能自转的，其转速随着转矩的增加而匀速下降。由一个亿滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系就是滚珠丝杠传动系统，滚珠丝杠可以将简单的直线运动转换为回转运动。滚珠丝杠的传动效率是传统滑动丝杠的2到4倍，其传动效率最高可达90%到98%。在高效率的的传动下，由回转运动转化为直线运动也可以用于较小的扭矩，这种高效率的传动会增加推力。滚动丝杠传动具有传动平稳、灵敏度高、工作摩擦阻力小、无震颤现象、低速时无爬行等优点，因此在控制微量进给时可更加精密。为了更好地获得较高的定为和重复定位精度，滚珠丝杠的高精确度可以符合这点，并且系统传动中滚珠丝杠的温升较小，除此之外滚珠丝杠可以消除不必要的轴向间隙，通过预拉伸来补偿丝杠的热拉伸。滚珠丝杠耐性高，寿命也比较长，在精确度的保持和同步性也更胜一筹，这都是因为精密磨削的钢球之间的接触处经过了硬化处理（hrc58~63），在循环中相对磨碎的情况较少。一般都是滚动。滚珠丝杠的可靠性也远高于其他机械，一般情况下很难出现故障，平时的维修保养只需进行简单的润滑和防尘，在特殊环境下即使没有进行润滑也可工作。为了使滚珠丝杠传动系统的钢珠与沟槽能达到最佳的接触并使钢珠能轻易走转，所以采用了歌德式（Gothicarch）沟槽形状。如果想达到最高的精确度消除轴向间隙，让滚珠的刚性更高，使滚珠和螺母丝杠之间弹性变形减少，可以考虑适当的加入一些预紧力。使用伺服电机与直线电机的困难度差不多，造价高、难推广、抛光精度过高有点大材小用，所以这个方案也被否决了。[3]通过普通的三相电动机依靠减速来带动齿轮齿条从而带动工作台的方法：这个想法是通过三级齿轮或标准减速器来带动轴和齿轮齿条减速。齿轮传动的原理是利用双齿轮之间的相互啮合来进行传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置来划分齿轮传动可以分为三种：平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆柱齿轮传动、交错轴螺旋齿轮传动。齿轮传动优点有结构紧凑、寿命长、效率高、速度和尺寸范围大等。但是经过数据计算得出要想让齿轮达到理想速度大约需要三级或四级齿轮的减速才行，但是庞大的齿轮系统占用较大的空间并且生产很不方便，所以这第三种方案也被否决了。[4]另一种通过驱动齿轮齿条来带动工作台的方法就是使用ICJ系列齿轮减速三相异步电动机：利用各级齿轮的相互带动来达到减速的目的就是齿轮减速电机这类动力传递机械的原理。齿轮减速机里的速度转换器可以将回转数减速到需求速度来获得较大转矩，因此齿轮减速机适用于转速低转矩大的环境。齿轮减速机是不能能超出额定扭矩的，因为减速与提高转矩同时进行，而齿轮的减速机的扭矩是按电机输出乘上其减速比所得。此外，为了确定齿轮减速机在运转过程中是否有异常现象，并能及时确定无异常现象可以使用，在使用前务必要进行负荷试运转以及空载运转。齿轮减速电机简单讲就是减速机和电机的集成。像齿轮减速机这样的集成体也被称为齿轮马达或齿轮电机。齿轮齿条传动具有很多优点，首先可以把旋转运动直接转化为直线运动，传动的精确高、承载力大，最大精确度可达0.1mm，另外在传动速度的选择上有很大的选择范围，并可以随意改变对接长度。齿轮减速机在加工和安装上都不需要那么大的精确度，磨损率较小即使磨损了对性能的影响也不大，齿条是由标准外齿轮齿数到无穷多时构成的，此时无论是齿轮式的基圆还是其他的圆都变成一条条相互平行的直线，同侧渐开线齿廓也有所改变，成为相互平行的斜直线齿廓。由以上方案陈述可以总结得出：最终的方案可以通过YJC系列的齿轮减速三相异步电动机使联轴再连接器与轴连接，再把轴上安装好齿轮、齿条，将齿条焊接在工作台上，再用螺栓和螺母把接头上固定好。这种设计方案从功能角度上讲可以完成抛光机所需的功能，并且其粗糙度达到要求。这个方案的造价不高，大规模生产推广难度不大。YJC系列的减速电机是一种标准的驱动系统，它没有减速器部分但是速度可以达到要求，其结构紧凑占用的空间可刚好合适，除此之外还有几个特点：结构紧凑、空间占用小、造型美观大方、承载力高。传动比分级精细、广转速型谱宽两者的范围较广，后者的范围在2-28800之间。3、性能好、耗能低、振动小、噪音低、减速器效率最高可达96%。4、适用范围广维护方便且成本低、生产线备用器件少。5、对环境的适应能力强，具有较好的保护性能，不怕腐蚀、潮湿等环境。6、匹配度高，普通Y系列、Y2系列、起重电机、变频电机、制动电机、直流电机、防暴电机、户外型专用电机等各种电机都可以进行匹配。在这里我们选择Y系列电机示意图如下因此齿轮减速电机是本设计选择的最优方案，我们选取YJC系列三相异步电动机（JB/T8680.1_1998），此电动机的各项参数符合实验要求，其技术数据如下表（来源为机械设计手册）：机座号电动机功率输出转速输出转矩电动机代号1321.1KW35r/min487NmYCJ32/Y90SF2-4DEFGM1100.43512265NPRSTmax3000154凸缘孔数HFLJ规格代号4M12310355810-4端盖号ADHMLMF3155无吊环螺钉140305齿轮减速电机结构示意图四结构设计及相关强度校核4.1工件保持架的选择以上的工艺因素和任务要求给了我们一个确定的选择：采用齿数z=115模数m=2压力角=的齿轮分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径顶隙在游轮上下两面设有2mm厚的凸台可以保证工件能充分接触到研磨盘，所以要在总体轮厚h=12mm情况下减去4mm，因此实际轮厚为8mm。游轮上对称分布有12个的圆孔，用于放置工件此外，游轮的工件孔可以设计多种样式具体情况可根据可以根据工件的形状、尺寸而定。参考图样如图4-2。.图4-3工件保持架的多种形式4.2小齿轮的选择根据游轮的尺寸参数而定模数m=2压力角=选择分度圆半径为r=88mm的圆柱齿轮可得：齿数z=d/m=176/2=88齿顶圆直径齿根圆直径顶隙齿轮厚h=20mm，可于游轮充分接触为节省材料，中间开有凹槽齿轮内径尺寸d’为40mm，所以选择键宽b=12mm、键高h=8mm、键长L=16mm的平键进行连接。4.3内齿圈的选择由之前确定的游轮和外齿轮的尺寸可以确定内齿圈的齿根圆半径由，m=2，可得：z=318齿顶圆直径分度圆直径d=mz=2*318=636mm顶隙选择齿圈外部边缘直径为d’=700mm从而可保证齿圈宽度在40mm左右便于安装螺纹。为了将齿圈固定在可转动的支座上，需要将6个的螺纹孔均匀分布在齿圈半径为335mm的圆周上。根据需要，齿圈厚度选择h=15mm4.4保持架、内齿圈、小齿轮组成的轮系中各齿轮运动速度的确定在齿轮的选择上有以下几个原则：为了保证工件表面的平面度，齿轮需要研磨运动平稳，运动转角曲率小，工件能走遍整个研具表面，研磨盘可以得到均匀磨损。为了降低粗糙度保证工件表面均匀一致，需要变更工件运动方向，使研磨纹路更为复杂。考虑以上因素：选择游轮速度60r/min ，外齿轮运动速度40r/min运动方向如图所示：图4-4工作台运动示意图计算内齿圈速度：得：4.5其他齿轮的选择4.5.1齿轮1的选择取分度圆直径d=160mm模数m=2压力角=的圆柱齿轮得：齿数齿顶圆直径齿根圆直径顶隙齿轮内径尺寸d’为56mm，所以选择键宽b=16mm、键高h=10mm、键长L=28mm的平键进行连接。齿轮厚度选择h=30mm4.5.2齿轮2的选择取分度圆直径d=250mm模数m=2压力角=的圆柱齿轮得：齿数齿顶圆直径齿根圆直径顶隙此齿轮内径尺寸d’为46mm，所以选择键宽b=14mm、键高h=9mm、键长L=32mm的平键进行连接。齿轮厚度选择h=35mm通过以上齿轮1、齿轮2的数据可以算出主动轴的转速：4.5.3齿轮3和齿轮4的确定选定齿轮1和齿轮2时，齿轮3和齿轮4此时已经确定了，可计算出来：n内=10.629r/minn2=25.6r/min求得得：齿轮3的参数：分度圆直径d=mz=2*60=120mm齿顶圆直径齿根圆直径顶隙齿轮内径尺寸d’为30mm，所以选择键宽b=10mm、键高h=8mm、键长=20mm的平键进行连接。齿轮厚度选择h=25mm齿轮4的参数：分度圆直径d=mz=2*145=290mm齿顶圆直径齿根圆直径顶隙4.6轴承的选择及其参数下列参数是根据所设计的驱动轴尺寸选用的轴承，如下：滚动轴承6016d=80mmD=125mmB=22mm87mm118mm滚动轴承6010d=50mmD=80mmB=16mm56mm74mm滚动轴承6011d=55mmD=90mmB=18mm62mm83mm滚动轴承6008d=40mmD=68mmB=15mm46mm62mm止推轴承51307d=35mm37mmD=68mm68mmT=24mmB=10mm48mm止推轴承51217d=85mm88mmD=125mm125mmT=31mmB=12mm101mm4.7电动机的选择本设计的工作环境适用立式三相交流异步电动机。选择电动机的功率通过下列公式可以得出所需电动机的额功率：工作机的实际电动机输出功率、工作机所需要的输入功率、电动机与工作机之间的总效率等参数分别用Pd、Pw、n表示。因此，选择额定功率为4kw的电动机选择电动机的转速电动机的转速可选范围：因此选择同步转速为1500r/min的电动机综上计算，Y112M-4型号的电机为适用电机。4.8轴的设计及强度校核计算主动轴受承受扭矩的影响，此处按扭矩来计算轴强度：轴的扭转强度条件是扭转切应力、轴的抗扭截面系数、轴的转速、传递的功率、截面出轴的直径、许用扭转切应力等参数分别用、、、P、d、等符号表示由上公式可得轴的直径所设计的轴的最小直径为30mm>29.3179mm，故该轴的强度合格。五金相试样抛光机调速部分设计5.1显示面板的设计

5-1输入与显示面板图5-1说明了一些内容，液晶显示屏上实时显示着时间、压力、转速三个抛光参数。其中，时间显示的是分钟和秒，冒号前面两位是分钟，后面两位是秒；压力和转速两个参数用000～999的三位数显示。实验开始前光标停留在时间参数的分钟部位，每按一次“参数设定”键时，光标就会闪烁，并且将移动一位。因此调整各个参数值只需要通过按“+”或“-”键，方便了根据实际需要对不同抛光参数的设定，。正确的设定完各参数后，只要按下“启动”键，就可以开始抛光了。为了方便的在抛光过程中对抛光盘进行手动控制和可以及时停止处理意外状况，本设计设定了“抛光盘转向”、“停止”等按键。5.2金相试样抛光机控制系统整体框架设计思想5-2控制系统整体设计图由上图可知，该控制系统由液晶显示模块、按键输入模块、监测系统模块、抛光机驱动模块四个模块构成。操作人员可通过按键输入模块来设置不同的参数，如抛光时间、抛光盘转速、抛光压力等，它是人机交互的输入端。输入工作参数后就要由核心处理器进行处理，整个抛光过程受抛光机驱动模块来控制。抛光机工作过程中的抛光压力、转速等参数要由抛光机监测系统监测，另外这些参数要及时传递给MCU分析。液晶显示模块可以显示当前的转速、压力和抛光剩余时间这几个内容使工作人员的工作更加方便，是人机交互的输出端。所以，该控制系统可以在实时监控的条件下，使抛光机按照抛光参数自动完成抛光作业，要实现抛光参数界面设置。动力头上升和下降需要驱动系统来控制，压力、抛光盘电机转速等数据传回MCU的过程分别由压力监测系统和转速监测系统完成，这就是完整的闭环控制系统。5.3伺服电机的调速研究调速系统用来研究直流伺服电机，是基本的拖动控制系统。调速系统的转速与其相关的参数可以用如下公式表示：N=（5-1）式中，N一一转速，r/minU一一电枢电压，VI——电枢电流，AR——电枢回路总电阻，Q——励磁磁通，WbK——电机结构决定的电动势常数从上面的公式可以得出，调节电动机速度有三钟方法：(1)调节电枢供电电压U；(2)减弱励磁磁通；(3)改变电枢回路电阻R；调节电枢供电电压是使系统在一定范围内无级平滑调速的最好方式。有些部分职能进行有级调速如改变电阻，有些调速范围小，只能配合调压方案，做小范围的升速，减弱磁进行的平滑调速就是这样。所以，减压调速是自动控制的直流调速系统的主要方式。5-3系统结构框图模拟调速系统一般是由速度闭环和电流闭环构成。在系统中为两个闭环分别设置调节器用来调节转速和电流就能使两者相互协调更好的发挥作用。为了使系统具有较快的动态感应和较强的抗干扰能力，一般使双闭环调速系统得两个反馈闭环在结构上采取嵌套结构，即两个反馈闭环一环套一环，这种方法也是广泛应用于生产生活实验中。图5-3表示的是系统的结构框图，速度调节器和电流调节器分别用ASR和ACR表示，其中PI或PID构成了模拟运放；反馈信号的滤波、放大依靠信号调理进行调节。调速系统进行动态传递函数可以建立直