毕业设计（论文）-球型研磨机设计

PAGE4PAGE1毕业设计（论文）球型研磨机设计系别：机电信息专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：设计(论文)题目：球型研磨机设计起迄日期:年月日—年月日设计(论文)地点:指导教师:专业教研室负责人发任务书日期:20XX年月日PAGE18摘要研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工精度和质量高。因此，研磨机是保证研磨加工的重要条件，为此人们专门研究了各种不同的研磨机。目前国内生产高速研磨机的厂家不少，但由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别。球型研磨机是精加工球型零件的专用机床，该机床可加工球型零件。为了提高加工整体质量，在对原机进行深入分析的基础上，研制了一种新型高加工精度的球型零件精加工机。该机器通过两部分动力源分别控制研具的运动。对整个传动系统进行了分析，传动采用带传动设计。在设计完各个部分的基础上，进行了总体结构布置。新机器克服了原有机器的一些缺点，成功提高了传动效率和加工精度。本次设计在原有的基础上对变速箱进行了改进，使加工更容易达到表面粗糙度的要求，有利于提高生产效率。该机床的特点：加工精度高，工艺性能稳定，生产率高。关键词：球型研磨机，球型零件，带传动AbstractGrindingisakindofprecisionandultraprecisionmachiningmethod.Itreferstotheuseofabrasivethroughtheabrasiveonthesurfaceofaworkpiece,theprocesstraceprocessing.Grindingmachiningprecisionandhighquality.Therefore,grindingmachineisensuredlappingoftheimportantcondition,thereforepeopledevotedtothestudyofdifferentkindsofgrindingmachine.Thecurrentdomesticproductionofhigh-speedgrindingmachinemanufacturers,butduetogrindingprocessingstrongpertinency,dependingontheworkpiece,thegrindingmethodalsohaveverybigdifference.Ballgrindingmachineisfinishingsphericalpartsofthemachine,themachinecanprocessofsphericalparts.Inordertoimprovethewholequalityofprocessing,intheoriginalmachinebasedonthethoroughanalysis,developedanewtypeofhighprecisionsphericalpartsfinishingmachine.Themachinethroughthetwoportionofthepowersourcesarerespectivelycontrolledmovementofthelappingtool.Onthewholetransmissionsystemareanalyzed,thedesignofthebeltdrivetransmission.Inthedesignofallparts,theoveralllayoutofthestructureof.Thenewmachineovercomessomeshortcomingsoftheoriginalmachine,successfullyimprovethetransmissionefficiencyandprecisionmachining.Thedesignonthebasisoftheoriginaltothegearboxwasimproved,whichmadetheprocesseasiertoreachtherequirementofsurfaceroughness,toimproveproductionefficiency.Themachinefeatures:highprecision,steadyperformance,highproductivity.KeyWords:Ballmill，balltypeparts，beltdrive目录摘要 2Abstract 3目录 4第1章绪论 61.1研磨机概念、研究现状及发展 61.2国内外研究情况 61.3研究目的和意义 7第2章球型研磨机设计思想及方案确定 92.1设计要求 92.2球型研磨机整体方案的确定 92.2.1球型研磨机类型分析 92.2.2球型研磨机方案比较 102.2.3综合考虑选出最佳设计方案 11第3章球型研磨机机械设计 113.1动力头的设计 113.2加、减压机构的机械设计 133.3齿轮箱的设计 143.3.1齿轮设计 143.3.2齿轮轴的设计 193.3.3丝杆的设计 213.4电机的计算选择 243.5研磨盘动力源电机的计算选择 253.6带轮的计算选择 26第4章辅具的设计 27第5章主要零件的加工工艺 285.1零件图样分析 285.2零件工序和装夹方式的确定 295.3加工顺序的确定 295.4进给路线的确定 305.5夹具的选择 305.6刀具的选择 305.7切削用量的选择 315.8加工所需工、量具 325.9加工工艺卡片 32第6章球型研磨机的设计行经济分析和环保分析 346.1经济分析 346.2环保分析 34总结 36参考文献 37致谢 38第1章绪论1.1研磨机概念、研究现状及发展研磨机是用涂上或嵌入磨料的研具对工件表面进行研磨的磨床。主要用于研磨工件中的高精度平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、螺纹面和其他型面。研磨机的主要类型有圆盘式研磨机、转轴式研磨机和各种专用研磨机。研磨机控制系统以PLC为控制核心，文本显示器为人机对话界面的控制方式。人机对话界面可以就设备维护、运行、故障等信息与人对话；操作界面直观方便、程序控制、操作简单。全方位安全考虑，非正常状态的误操作无效。实时监控，故障、错误报警，维护方便。研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工精度和质量高。因此，研磨机是保证研磨加工的重要条件，为此人们专门研究了各种不同的研磨机。目前国内生产高速研磨机的厂家不少，但由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别。1.2国内外研究情况随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。研磨机是超精密加工中的一种重要加工方法，它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工精度和质量高。并且加工材料广，几乎可以加工任何固态材料。近年来，随着人们对产品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工质量高再次受到人们的关注因此国内有很多厂家设计、生产研磨机。但由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别。所以人们研究开发出了许多专用的研磨机。其优点是加工精度高，加工材料范围广。为满足这个复杂多变市场的需求，当前研磨机正向高精度研磨方向发展，加工精度也在不断地提高,可以说中国的研磨机行业已逐渐走向成熟期。通过中国知识网，了解到，目前国内对研磨机的研究主要有：2MM8470型精密双面研磨机的研制、斜面研磨机、球面研磨机、平面研磨机、ZML系列振动研磨机、CYJ-1型气门研磨机的设计和DF_4型机车柴油机气门座研磨机改造探讨等。除此之外，还有一些研究研磨机控制和仿真方面的。如：基于ADAMS和UG的光纤研磨机研磨轨迹仿真、基于虚拟制造技术的数控冰刀研磨机的研究和X611112K-1型数控精密研磨机等。对于国外，有关研磨冰刀的机器，已有手工和数控两种商品化的产品。例如美国的WISSOTA公司是生产手工冰刀研磨机的著名厂家，图1—3是该公司手工冰刀研磨机产品。图1-3手工冰刀研磨机图1-4数控冰刀研磨机CagOne公司也提供一系列手工和数控冰刀研磨机，其产品如图1—4所示。另外还有日本研究的数控研磨机，日开发出两种胶辊研磨机，德国制备微型刨花的研磨机等。目前，国外较重视磨料性能的改进，以及丸片制作技术的研究，如探讨如何避免丸片的脱层及裂缝，避免丸片中混入空气，提高磨料和结合剂的均匀性等。为了更好地改善固着磨料研磨效果，提高丸片质量，日本东京大学有人还研究了利用电泳沉积法制造高质量、细磨粒丸片。采用他们研制的丸片加工硅片，已加工表面质量得到了很大改善。国外还有人采用金刚石丸片研磨加工球面和非球面，提高了加工效率，取得了很好的效果。1.3研究目的和意义自科技革命以来，人类开始不断地研究、改进机械，目的就是用最先进、最方便的机械来代替人类的劳动。正如上海全镒机电有限公司的赵长明打的这样一个比喻：人类发明了机械交通工具后，一旦拥有了，现在离家出远门就不再会有人愿意走路或者骑马了。同样的道理，一旦习惯使用研磨机来研磨钻头、铣刀等刀具和工件，也不会有人用手工来磨钻头、铣刀等工件。这样一台不仅可以为企业节省生产成本，也可以为老板解决头痛的人事问题的机械，就更不会被企业所拒绝。随着国内的生产技术及质量的提升，生产厂家使用的设备及刀具的精密度也日益提高，原本手工研磨的技术随着时代的转变，造成研磨技术的断层，单价昂贵的钻头、铣刀等刀具重复使用率大大的下降，无形中造成刀具成本的增加。为了改变这一现象，必需从研磨机入手。而研磨机，汇集专家智能，体现出轻便、简单、快速、精准的设计理论，基本上满足了现在生产厂家的相关需求，也解决各企业、公司及厂家老总在成本、时间、效率、质量上的困扰。机器取代人力是工业革命的结果，也是工业现代化的必然性。现在如此，将来也会如此。研磨机的市场是不可限量的，尤其在国内这个正处于萌芽阶段的发展时期，正是占有市场的大好时机。以全局看来，现在的中国市场日趋与国际接轨，整个大陆的五金制造业明显感受到了与国外同行的差距，压力不断的增加，而在生产外销方面不断增长的同时，急需各生产厂家改走高品质的路线，因此他们不得不趋附于“精细”这一块。动作迅速的各大厂家也已经在开始着手准备，那么根据以往习惯，将会有很多小厂家跟风而至。对于这样的情况，国内市场中的大部分产品已经无法满足客户高品质、高精准度需求，而携带式钻头、铣刀等刀具和工件研磨机刚好填补了这个空缺。本文是将现有的高速研磨机进行小型化，以满足用户的生产实际要求。目前的高速研磨机的体积和重量较大，这些设备一般都固定安装在加工车间里进行研磨加工。这就是说，工件只能在车间里加工，但是事实上，有些工件最好是在工件的使用现场进行加工。比如在生产设备维修时，某一工件需要研磨修复时，人们非常希望在生产设备的使用现场进行试配性的修复加工，以保证所修复的工件能与现场的生产设备相匹配。这既能有效地保证加工精度和加工尺寸的要求，又能显著地减少修复时间、降低生产成本。特别是大企业的生产设备每年都要进行大修，在设备大修期问全部生产线都要停产。由于停产给企业带来的损失很大，所以企业对设备大修时间控制很严，希望设备大修的时间短。如果能在设备现场维修有关零部件就可以显著地减少大修时间。本文研究的研磨机就能很好地解决这一问题。高速研磨机应用范围很广，它既可以替代原有的普通研磨机，用于企业进行生产加工，而且由于它还具有体积小、重量轻，易于携带等优点，还可以直接应用到用于有关产品的维修和修复，这就使它的应用范围扩大了很多。因为应用研磨加工的产品的用户非常多，以往由于研磨机体积较大、价格较高，使用研磨加工产品的企业一般都不购买研磨机，对研磨加工的产品只是从外面购进，用坏后就买新的产品更换。而本文研制的高速研磨机体积小、价格低、携带方便，就使得企业积极购买，用于研磨加工件的修复，从而降低生产费用，为企业节约大量的资金。因此说本文研究的高速研磨机具有较好的应用前景。第2章球型研磨机设计思想及方案确定2.1设计要求球型研磨机对机械设计的要求有：精度高、运行平稳、工作可靠，具有良好的伺服性能。面对传动机构则要求：转动惯量小，以减小机械负载，避免对系统造成不良影响；刚度大，有利于减小动力损失，提高固有频率，增加闭环伺服系统的稳定性；阻尼合适。球型研磨机对控制系统的要求有：能对压力进行控制。因为试样研磨过程要求动力头能带动夹具上升和下降．实现压力增大和减小；能够按设定压力在夹具上产生弹性力；磨抛一定时间后能自动降低夹具上的弹性力。能对时间进行控制。研磨时间过长，试样质量无法保证，时间过短达不到研磨质量。能对研磨速度控制。对不同材质的试样，需不同的研磨速度，方可保证材料的真实组织。2.2球型研磨机整体方案的确定2.2.1球型研磨机类型分析研磨按其原理可以分为机械研磨，电解研磨，化学研磨，以及复合研磨。(1)机械研磨机械研磨是现阶段应用最为广泛的研磨方法，其正确的工艺和操作方法是在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)的情况下具有最高的研磨速率。(2)电解研磨电解研磨是对难以用机械方法研磨的金属试样进行研磨的重要手段，它可以克服金属干扰层和机械峦晶假象等问题，对于用极低负荷的显微硬度实验的样品或透射电镜的薄膜试样特别有用。但每种金属和台金所使用的研磨液和电解规范不同，因此需要进行相当数量的试验工作来确定电解研磨规范。(3)化学研磨化学研磨是完全依靠化学药剂的腐蚀作用而得到光亮的研磨表面。这种方法操作简便，不需要复杂的机械和电解设备，只需要选择适合的化学研磨液和试验最佳研磨规范。化学研磨的速度低，研磨后的磨面，表面光滑但形成起伏的波形，不能达到十分平整的要求。综合考虑各种研磨的优缺点，本系统采用机械研磨。2.2.2球型研磨机方案比较第一种设计方案：自动减加压机械装置的设计，利用步进电机作为此装置的动力源，通过一个比例为1:1的齿轮箱与动力头相接。动力头采用滚珠螺旋传动，即在由螺母和螺杆的近似半圆形螺旋凹槽拼合而成的滚道中装入适量的滚珠，并用螺母上制出的通路及导向辅助件构成闭合回路，以备滚珠连续循环。当步进电机逆时针转时，带动齿轮转动，齿轮转动带动固定在其上的螺母旋转，从而使螺杆下移，按设定压力在夹具上产生弹性力;压力在一定范围内自行调节;驱动夹具旋转，实现对工件的加压。当电机顺时针转时，带动螺杆上移，实现对工件的减压。研磨装置的设计，因为本次设计的目的是实现研磨的完全自动化，所以选择直流伺服电机作为研磨盘的动力源，为保持研磨质量，研磨速度不宜太快，一般为300-500r/min，而电机速度一般比较快，所以利用V带传动，以达到减速的目的。控制系统的控制部分采用DSP模糊控制系统：数字信号处理器DSP采样位置传感器信号,获得当前位置信息,从而得到电机的当前速度,通过与给定速度值比较,得到转速误差值,经模糊控制器计算推理后,输出PWM脉冲信号,经功率放大后,对直流电机进行控制。第二种设计方案：直接用步进电机与一个带有内花键的丝杠相连，丝杠与主轴通过花键连接，使主轴能上下移动。当电机逆时针转动时，丝杠带动丝杠螺母转动，只能向下运动压缩弹簧，使主轴下降并产生弹性力，实现对工件的加压。当电机顺时针转动时，带动螺母上移，不再压缩弹簧，主轴上移，从而实现对工件的减压。研磨装置的设计，直接用电机带动研磨盘转动。控制系统的控制采用模糊PID控制,模糊PID控制器由多种结构形式，但基本原理基本一致，即运用模糊数学的基本原理和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信息作为知识存入计算机的知识库中，然后计算机根据系统的实际响应情况运用模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳调整，以达到自动控制的目的。2.2.3综合考虑选出最佳设计方案参考各种形式的研磨机，为满足设计要求本次设计的系统定为机电一体化系统。机械部分是采用步进电机为动力源，通过一个比例为1:1的齿轮箱与动力头相接。动力头采用滚珠螺旋传动，当步进电机逆时针转时，带动齿轮转动，齿轮转动带动固定在其上的螺母旋转，从而使螺杆下移，按设定压力在夹具上产生弹性力;压力在一定范围内自行调节;驱动夹具旋转，实现对工件的加压。当电机顺时针转时，带动螺杆上移，实现对工件的减压。控制部分采用PID模糊控制系统：利用此系统实现自动调压，调速和对加工时间控制的目的。第3章球型研磨机机械设计机电一体化机械系统要求精度高、运动平稳、工作可靠，具有良好的伺服性能。球型研磨机机械制样是采用夹具夹持试样，夹具带动试样与磨盘相对摩擦，并在夹具上施加一定的压力，夹具可以装夹多块试样以提高制样效率，在夹具上所施加的压力可以灵活调整。机械部分主要包括动力头、夹持盘、研磨盘、主体和外观设计。3.1动力头的设计在试样研磨时，研磨运动轨迹应能保证工件加工表面和抛具表面上各点均有相同或相近的被切削条件和切削条件。对研磨运动轨迹的基本要求如下：工件相对研磨盘作平面平行运动，能使工件上各点具有相同或相近的研磨行程。工件上任一点，尽量不出现运动轨迹的周期性重复。研磨运动平稳，避免曲率过大的运动转角。保证工件走遍整个研磨盘表面，使研磨盘均匀磨损，保证工件表面的平面度。及时变换工件的运动方向．使研磨纹路复杂多变，有利于降低表面租糙度并保证表面均匀一致。3-1动力头示意图因此动力头是研磨机设计的技术关键，动作要求：带动夹具上升和F降；按设定压力在夹具上产生弹性力：压力在一定范围内自行谲节：驱动夹具旋转；磨抛一定时间后能自动降低夹具上的弹性力。具体的设计如图3-1所示：电机通过连轴器安装在齿轮箱上，齿轮箱内两个齿轮的大小相等，另一齿轮与丝杠相连，丝杠通过固定在齿轮上的螺母转动上下移动从而达到增压减压的效果。当步进电机逆时针转时，带动齿轮转动，齿轮转动带动固定在其上的螺母旋转，从而使螺杆下移，按设定压力在夹具上产生弹性力;压力在一定范围内自行调节，实现对工件的加压。当电机顺时针转时，带动螺杆上移，实现对工件的减压。使主轴下降并产生弹性力，当达到指定位置时，输出一个信号，使主轴上的压力得到保持。当到达设置时间的2/3时，电机顺时针转动，在脉冲信号作用下，每隔一定时间，压力释放一次，螺杆缓慢向上移动，逐步释放主轴上的弹性力，当压力低于20牛顿时停止释放，并一直保持到设定时间到达，研磨机动力头产生的压力曲线如图3—2压力曲线图所示。工作结束后，输出一个信号使丝杠连续上升，到达上限后切断电源停止运转。3-2压力曲线图图中可以看出Pl=P2=P3=P4=P5，而t<t<t<t<t，这是由于压力铁释放时间是要受压力P的影响，压力与丝杠的位移量有关，齿轮将丝杠的位移量传递给传感器，传感器将位移量转变成电磁铁释放的电信号，所以在压力大时释放时间短，压力小时释放时间间隔长。这样则使试样在所限制时间内有效地保持了试样在研磨盘内摩擦，动力头释放压力为1/5s·lr/8·6mm/r·2/3·100N/mm=5N，释放压力最小间隔为10秒钟。3.2加、减压机构的机械设计加减压机构是研磨机机体的关键组成部分，对研磨机的性能有很大影响。加减压回路机械结构的工作原理为：步进电机通过法兰安装在套筒上．电机轴上安装一个带有内花键的丝杠．与主轴通过花键连接，使主轴能上下移动。丝杠螺母铣出沿直径方向的键槽。通常有一控制杆插入键槽内．当步进电机逆时针转动时．丝杠螺母向下运动压缩弹簧，当达到指定位置时，输出一信号，使电磁铁将控制杆从键槽中拉出，使丝杠螺母失去限制，随丝杠一起转动。在丝杠螺母与动力头之间装有弹簧以实现弹性力的加载。弹簧服从虎克定律，即它受到的压力与压缩重为线性关系，因此压力的测量可以转化为位移的测量，位移的大小与电机的转速和压缩时间有关，在电机转速给定的情况下，位移与时间里正比，可通过测量时间达到位移的测量。其理论计算如下：式中:f(x)==kx；（3-1）t=f(x)/n.s.k(3-2)Z——步进电机转子齿数;N——运行拍数;N——电机的转速;S——丝杠的螺距;T——电机反方向转动的时间;f(x)——研磨时所设定的压力;由M=;Q=mf得t=;因为M与f的乘积Q可由软件得出，Q和f(x)是程序求解t时的两个输入值，程序将求出的t送入微处理器处理，就可以控制研磨机的压力。3.3齿轮箱的设计3.3.1齿轮设计摩擦力与步进电机所受力相等即：F=F=100NP===0.52W在齿轮设计中，小齿轮的转矩为T=T==82.8Nmm转动速度n=60r/min按设计选用直齿圆柱齿轮传动。精度等级：由表10-8（该节中所指的表均指《机械设计》一书中的表）选6级精度。因齿轮要求较低，受力很小。所以材料选择为塑胶：主动齿轮、从动齿轮都用，选用两齿轮都为Z1=29,Z2=iZ1=1×29=29计算如下：关于主轴传动齿轮齿面接触疲劳强度计算（1）初步计算：转矩:TI=82.8Nmm=0.0828Nm齿宽系数:φd由表10-7取φd＝1.0接触疲劳极限：σHlim可取σHlim1=50MPaσHlim2=110MPa初步计算的许用接触应力:[σH1]=0.9σHlim1=0.9×110=99Mpa初步计算的小齿轮直径：d≥5.81（3-3）其中u=I=1,载荷系数K=1.3,材料的弹性影响系数Z=189.8MPa,所以，d=5.81=54mm结合齿轮箱的结构取d1＝54mm初取齿宽：b=50mm（2）校核计算：圆周速度:(3-4)齿数Z和模数m:模数取m=2则Z2=iZ1=29使用系数KA:由表10-2取KA＝1.5动载系数KV:由图10-8取KV＝1.1齿间载荷分配系数KHα:先求端面重合度：(3-5)重合度系数:Z==1.49由此得：齿间载荷分布系数KHβ:由表10-4（非对称支撑）=1.265载荷系数:K=KAKVKHαKHβ=1.5×1.1×1.81×1.265=3.78弹性系数ZE由表10-6查得材料的弹性影响系数取ZE＝189.8节点区域系数ZH:由图10-30可取ZH＝2.5总工作时间：th=10×300×8×20%=4800h应力循环次数NL:估计：107<NL<109则指数：m=8.78NL1=NV1=60γithi(Ti/Tmax)(3-6)=60×1×631×4800×(18.78×0.2+0.58.78×0.5+0.28.78×0.3)=3.65×107接触寿命系数KHN:由图10-19可取KHN1=1.13KHN2=1.18许用接触应力[бH]：接触最小安全系数S:取失效概率为1%，安全系数取S＝1.05由式（10-12）得[бH1]===764Mpa(3-7)[бH2]===798MPa(3-8)验算：бH=ZEZHZε(3-9)＝＝32.55MPa计算结果表明,接触疲劳强度较为适合，齿轮齿寸无需调整。（3）齿根弯曲疲劳强度验算：重合度系数Yε：齿间载荷分配系数KFɑ:由表12.10KF===1.49齿向载荷分布系数KFβ:==7.4由表10-3KFɑ=1.25载荷系数K:K=KAKVKFαKFβ=1.5×1.1×1.49×1.25=3.07齿形系数YFɑ:由表10-5YF1=2.62YF2=2.62应力校正系数YSa:由表10-5Ysa1=1.59Ysa2=1.59弯曲疲劳强度极限σFE:由图10-20cσFE1=380MpaσFE2=380MPa弯曲最小安全系数S:取S＝1.25应力循环次数NL:估计3×106<NL<1010则指数m=49.91NL1=NV=(3-10)=60×1×300×4800×(149.91×0.2+0.549.91×0.5+0.249.91×0.3)=3.63×107原估计应力循环次数正确。弯曲疲劳寿命系数KFN:由图10-18KFN1=0.90KFN2=0.90许用弯曲应力[σF]:验算：σF1===0.39Mpa≦[σF1]σF2===0.39MPa传动无过载，故不作静强度校核。（4）确定传动主要尺寸：计算实际分度圆直径dd1=mZ1=2×29=58mmd2=mZ2=2×29=58mm计算中心距a===58mm计算齿轮宽度b=φbd1=1×58=58mm由表10-3先求：Ft===3.1N==0.1N/mm＜100N/mm合适3.3.2齿轮轴的设计（1）输入功率P=0.52 W转速n=60r/min转矩T=82.8Nmm（2）求作用在齿轮上的力齿轮1的分度圆直径d=58mmFt===2.9N（3-11）Fr=Fttan20°=2.9×tan20°=1.06N（3）初步确定轴的最小直径选轴的材料为45#钢，调质处理，取A=112dA=101.5112×=4.3mm(3-12)取为d=10mm（4）轴的机构设计1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度3-3齿轮轴简图齿轮轴材料45钢，调质处理L1处为轴的最小直径处，为10mm，L1=L2L3处安放轴承，初选为d2=2）轴承选择及校核L2L3尺寸d×D×B=20mm×42mm基本额定载荷Cr=19.5kN轴承校核主动齿轮轴受力情况如图3-2。3-4主动齿轮轴受力情况根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为F===3.09NF===5.75NF=F-F=5.75–3.09=2.66N因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，按《机械设计》表10-5查得为1.2到1.8，取，则有：NN轴承的寿命因为，所以按轴承1的受力大小计算：h(3-13)故该轴承能满足要求。在此装备中齿轮润滑用塑料润滑剂，其轴采用润滑油润滑。3.3.3丝杆的设计本次设计选择的丝杠为梯形螺纹，作为传导螺旋，它以导向为主承受较小的轴向载荷。又因为齿轮分度圆为58mm,取直径为24mm。则所设计的螺母在齿轮中的宽度为24，直径为13mm,为保证齿轮在齿轮箱中的定位，规定其长为74mm。在传导过成中，齿轮受力较小，丝杠所受力最大为100N，在传动中滚珠与螺文牙相摩擦，而滚珠强度一般高于螺纹牙。所以，只要校核螺纹牙强度即可。P=F/A=F/=100/（3.14）=0.11w，故满足耐磨条件。式中——螺纹中径（mm）h——螺纹牙工作高度(mm)，梯形螺纹h=0.5Pz——螺纹旋合圈数螺母螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。抗剪切强度条件计算：(3-14)式中：b——螺纹牙根的厚度，单位为mm，对于矩形螺纹，b=0.5P，对于梯形螺纹，b=0.65P，对于30锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺纹距；l——弯曲力臂，单位为mm[——螺母材料的许用切应力，单位为MPa所以；100=0.16[=0.6[=0.6/3~5[——为螺母算选材料的许应力，单位为MPa——螺母所选材料的屈服极限，单位为MPa查《机械设计》表5-8知，取=240则[=28.8所以：故满足此条件抗弯曲强度计算：(3-15)L===0.772==1.12[=（1.0~1.2）[=（1.0~1.2）/3~5所以：48[[满足条件适合。丝杠的稳定性计算：在工作过程中，丝杠受到的轴向力F大于某一临界值时，可能会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，丝杠承受的轴向力F（单位为N）必须小于临界载F。则丝杠的稳定性条件为：S=(3-16)式中：S——丝杠稳定性的计算安全系数。S——丝杠稳定性安全系数，对于传力螺旋，S=3.5~5：对于传导螺旋，S=2.5~4.0；对于精密活水平的，S〉4。F——为临界载荷，单位为N;根据柔度值的大小选用不同的公式计算，=。在此处，为丝杠长度系数，见《机械设计》表5-14：l为丝杠长度，单位为mm：i为危险界面的惯性半径，单位为mm；因截面半径为圆A=，则i==。所以，临界载荷F可按欧拉公式计算，即F=(3-17)式中：E——材料的拉压弹性模量，单位为MPa,E=2.06MPa；I——危险截面的惯性矩，I=,单位为mm。当<40时，可以不必进行稳定性校核。所以：==10.2<40满足条件合适，稳定条件较好。为保证丝杠运行时精确度高，对其进行刚度计算：丝杠在工作过程中受到轴向载荷力F和伺服电机的力矩M的作用，所以，变形量：=+式中E、G分别为与丝杠材料有关的弹性模量和切变模量，E=206GPa,G=79.4GPa查《机械设计师手册》表1-8得。因为动力头作用在工件上的力最高被定位100牛，所以取最大值T=100=2330N根据研磨机的选择滚动螺旋传动的标准，知，[取得最大值为11.16故=+=0.0004+0.011=0.0114<[3.4电机的计算选择动力头驱动电机的计算选择本机对电机的要求：动力头的动力源提供电机选择步进电机，因为步进电机是一种把脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行元件。其转速具有三个特点：（1）转速与脉冲频率成正比；(2)在负载能力允许的范围内，不因电源电压,负载，环境条件的波动而变化；（3）速度可调，能够快速起动，制动和反转。同时，步进电机还具有定位精度高，同步运行特性好的特点，广泛应用于数控机床，绘图机，卫星天线，自动记录仪及数一模转换器等设备上。功率计算因为步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。因为步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：P=

Ω·MΩ=P=P=所以求得：f==400s其P为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n=60r/min为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米，f为每秒脉冲数（简称PPS)。首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mmax大的电机，负载力矩大。其次应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。

最后还应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率时，电机特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。所以，查《机械设计师手册》表31-61知，55BYG4电机参数如表3-1，选择55BYG4电机可以满足金相研磨研磨机的要求。表3-155BYG4电机参数表电压相数静态电流步距角保持转矩空载起动频率空载转动频率步距角误差12V41.2A1.8/0.9360Nm400s2500s3.5研磨盘动力源电机的计算选择伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。经对现在市面上大量的金相研磨机研磨盘转速调查，选择直流伺服电机转速。选择计算;因动力头对研磨盘产生的最大压力是100牛，研磨盘摩擦系数最大取=0.1所以，转矩T=100110=1100N，转速参数n=300~500r/min由公式：T=，所以P==0.058kW，查《机械设计师手册》表31-59，选择90SZ51电机表3-4-1转矩转速功率电压电流电枢电流励磁允许正反转速差5200Nm1500r/min80W110V1.1A0.23A100r/min所以，电机和研磨盘之间采用三角橡胶带传送，传送比为1：3，在主轴周围设计了一个方形承槽，上端用防水挡板与外壳固定在一起，水槽底部安装有排水管道，以排除研磨时的污水。3.6带轮的计算选择电机和研磨盘之间用窄V带传动，电机P=80W,查表8-6的工作情况系数K=1.1,故P=KP=88W根据P，n(电机转速1500r/min)由图8-9确定选择Y型由表8-3和8-7取主动带轮的基准直径为d=26mm.则从带轮的基准直径d=id=3=78mm查表8-7，取d=80mm确定V带的基准长度和传动中心距：根据0.7（d+d）<<2（d+d），初步确定中心距a=53mm计算带所需的基准长度L=2a+（d+d）+(3-18)=[2]=220mm查《机械设计师手册》表8-1-29得L=200实际中心距aa=a+=(53+200-220)=33mm计算V带的根数zZ=(3-19)由n=1500r/min,d=26mm,i=3,查《机械设计师手册》表8-1-33得P=0.04kw,,,K=0.96则Z==2.06取Z=3根第4章辅具的设计(b)(c)4-1夹持盘夹具(夹持盘)在保证研磨质量中起着十分重要的作用。夹持盘中试样安装槽是根据试样形状和尺寸设计，常规试样以圆柱形，柱形和片状为主，因此设计了3种形状如图4-1所示。图b主要用于装卡圆试样，试样大小为6-24，数量可有3～9块标准试样。图c主要用于夹持薄片状试样，每一夹板内可以夹一组薄片状试样。不规则试样，尺寸极小的试样和带渗层的试样，由于占比例不大，可采用镶嵌方法。为了使多块试样便于装卡在同一平面上，设计了一个装样平台，使试样装卡时凸出试样夹持盘平面3mm，装卡时选用了内六角螺丝作为紧固螺钉，以防试样在装卡时松动。第5章主要零件的加工工艺选取皮带轮作为研究对象5.1零件图样分析皮带轮如下图4-1：图5-1皮带轮图纸中所选的材料为HT200。经分析：该零件图结构合理；轮廓几何要素所给定的条件充分；精度及各项技术要求齐全、合理；由图纸得出，该零件的加工精度要求不是很高，加工方法也就根据所生产批量的不同而有所不同，当然，要考虑到经济性时，用普通机床就可以加工出来，要是考虑到时间及中批量方面的话，可以选用车床。在这里我选用加工。其位置精度有三处，基准都是A基准，加工时要考虑它们跟孔一起进行加工；中心孔的尺寸公差等级为六级公差带，在车床上加工难达到此种精度，需要进行精磨，精磨的时候要以右端面为定位基准，这样才能保证位置度的正确性，关于磨床着方面，就不做介绍了。磨削时要以右端面为定位基准。对于内孔槽的加工是：在本设计中，我选用插床加工的方法来加工内孔槽，方便。5.2零件工序和装夹方式的确定对皮带轮的加工工序，可以分为五个。装夹是指将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程，可采用三角卡盘等方式装夹。在确定定位基准与夹紧方案时应注意如下3点：（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。（2）尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹定位后就能加工出全部待加工的部位。（3）夹具要开畅，其定位、夹紧机构不能影响加工中的走刀，避免刀具与夹紧机构碰撞。遇到此类情况时，可采用用虎钳或加底板抽螺丝的方式装夹。5.3加工顺序的确定在分析了零件图样和确定了工序、装夹方式之后，接下来即要确定零件的加工顺序。制定零件车削加工顺序一般遵循下列原则：（1）先粗后精按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高加工精度。粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量切掉，一方面提高金属切削率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。精车要保证加工精度，按图样尺寸，一刀切出零件轮廓。（2）先近后远这里所说的远与近，是按加工部位相对于对到的距离大小而言的。在一般情况下，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。（3）内外交叉对既有内表面，又有外表面需要加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。切不可将零件上一部分表面加工完后，再加工其它表面。5.4进给路线的确定在加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。对于铣削加工时，当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刃。对该方案，粗加工时用逆铣，精加工时用顺铣。铣削封闭的内轮廓表面时，刀具不能沿轮廓曲线的法向切入和切出。此时刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出工件轮廓。5.5夹具的选择由图纸可得出，该零件的尺寸精度及粗糙度都属于IT8∽IT10公差等级，夹具的选择都采用机床通用的夹具就可以达到图纸要求了。5.6刀具的选择刀具的选择是加工工艺设计中的重要内容之一。刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率，而且还直接影响加工质量。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的车削方法相比，车削对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造加工刀具，并优选刀具参数。车刀和刀片的种类有焊接式与机械夹固式两大类。焊接式车刀将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上称为焊接式车刀。这种车刀的优点是结构简单，制造方便，刚性较好。缺点是由于存在焊接应力，是刀具材料的使用性能受到影响，甚至出现裂纹。另外，刀杆不能重复使用，硬质合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的浪费。我们在实习期间就是用的这种刀具，所以对这种刀具还是比较了解的，在本设计中，用到的就是该类刀具。机夹可转位刀具机械夹固式可转为车刀由刀杆、刀片、刀垫以及夹紧元件组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。经分析图纸得出加工该零件时要用到外端面90°车刀内孔刀以及如下图4-2所示的成型刀1和如图4-3所示的成型刀2。铣刀要一把底角半径为3mm长度大于43mm直径为12mm的铣刀。直径为12mm平底铣刀长度为30mm左右。Φ40mm的磨刀，精磨内孔。图4-2成刀型1图4-3成刀型25.7切削用量的选择车床加工中的切削用量包括：背吃刀量、主轴转速或切削速度（用于恒线速切削）、进给速度或进给量。上述切削用量应在机床说明书给定的允许范围内选取。实习中背吃刀量为1mm主轴转速选择车每分钟600转，进给速度为80mm/min。铣床的刀具选用高速钢钻头，其切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃到量，从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。由于图纸上工件表面粗糙度值要求是6.3，则需分粗铣和半精铣两步进行。粗铣是背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.6的余量，在半精铣时切除。进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。它与转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量f（单位为mm/z）的关系为：V=f·Z·n刀具是硬质合金铣刀，查表得出粗铣时f取0.18，精铣时f取0.13切削速度经查表得取Vc为80m/min。5.8加工所需工、量具种类序号名称规格精度单位数量工具1三爪自定心卡盘个12卡盘扳手副13刀架扳手副14垫刀片块若干量具1游标卡尺0~250mm0.02mm把12内孔千分尺50mm~150mm0.01mm把15.9加工工艺卡片球型研磨机设计XX大学机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号共1页产品名称皮带轮零（部）件名称皮带轮第1页材料牌号HT200毛坯种类铸造毛坯外形尺寸Ф每毛坯件数1每台件数1备注序号工序名称工序内容车间设备工艺装备工时准终单件1检查检查毛坯是否有裂纹检目测2车端面夹毛坯外圆，车端面金车床三爪自定心卡盘3粗车夹毛坯外圆，粗车圆，留1mm加工余量金车床三爪自定心卡盘4精车精车外圆，达到图纸尺寸公差要求金车床三爪自定心卡盘5车端面掉头，夹外圆，车另一端面金车床三爪自定心卡盘6钻孔钻中心孔金钻床专用夹具7钻孔预钻中心孔的底孔金钻床专用夹具8扩孔扩中心孔的底孔至金钻床专用夹具9车内孔车内孔到尺寸金车床专用夹具10粗车粗车皮带轮V形槽金车床专用夹具11精车精车皮带轮V形槽金车床专用夹具12检验检验检游标卡尺编制日期更改文件号第6章球型研磨机的设计行经济分析和环保分析6.1经济分析制造技术这个概念的提出为机械制造业的发展指明了方向。虽然这个名词没有确定的定义，但目前公认的认识是：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。它具有如下一些特点：1．从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要。2．从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变，使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥。3．从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变，减少层次和中间环节。4．从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，缩短工作周期，提高工作质量。5．从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。6.机械制造技术的发展趋势可以概括为：（1）机械制造自动化。（2）精密工程。（3）传统加工方法的改进与非传统加工方法的发展。机械制造自动化技术始终是机械制造中最活跃的一个研究领域。也是制造企业提高生产率和赢得市场竞争的主要手段。机械制造自动化技术自本世纪20年代出现以来，经历了三个阶段，即刚性自动化、柔性自动化和综合自动化。综合自动化常常与计算机辅助制造、计算集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动生产率和对市场的响应速度。机械行业是典型的制造业，主要为国民经济发展提供所需的各种机械装备或设备。根据国家统计局口径，其包括六个一级子行业：金属制品业、通用设备制造业、专用设备制造业、仪器仪表业、交运设备制造业和电气机械制造业，典型的机械产品如汽车、船舶、发电机组、机床、工程机械、矿山机械、集装箱等。6.2环保分析1、产品的可回收性设计可回收性设计是在产品设计初期充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法以及回收处理结构工艺性等一系列问题，最终达到零件材料资源和能源的利用程度最高、对环境的污染程度最低的一种设计。例如，在机械中常