PAGE4PAGE1畢業設計（論文）球型研磨機設計系別：機電信息專業：機械設計制造及其自動化學生姓名：學號：設計(論文)題目：球型研磨機設計起迄日期:年月日—年月日設計(論文)地點:指導教師:專業教研室負責人發任務書日期:20XX年月日PAGE18摘要研磨是一種重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通過磨料作用于工件表面，進行微量加工的過程。研磨加工的特征是加工精度和質量高。因此，研磨機是保證研磨加工的重要條件，為此人們專門研究了各種不同的研磨機。目前國內生產高速研磨機的廠家不少，但由于研磨加工的針對性較強，對不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差別。球型研磨機是精加工球型零件的專用機床，該機床可加工球型零件。為了提高加工整體質量，在對原機進行深入分析的基礎上，研制了一種新型高加工精度的球型零件精加工機。該機器通過兩部分動力源分別控制研具的運動。對整個傳動系統進行了分析，傳動采用帶傳動設計。在設計完各個部分的基礎上，進行了總體結構布置。新機器克服了原有機器的一些缺點，成功提高了傳動效率和加工精度。本次設計在原有的基礎上對變速箱進行了改進，使加工更容易達到表面粗糙度的要求，有利于提高生產效率。該機床的特點：加工精度高，工藝性能穩定，生產率高。關鍵詞：球型研磨機，球型零件，帶傳動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目錄摘要 2Abstract 3目錄 4第1章緒論 61.1研磨機概念、研究現狀及發展 61.2國內外研究情況 61.3研究目的和意義 7第2章球型研磨機設計思想及方案確定 92.1設計要求 92.2球型研磨機整體方案的確定 92.2.1球型研磨機類型分析 92.2.2球型研磨機方案比較 102.2.3綜合考慮選出最佳設計方案 11第3章球型研磨機機械設計 113.1動力頭的設計 113.2加、減壓機構的機械設計 133.3齒輪箱的設計 143.3.1齒輪設計 143.3.2齒輪軸的設計 193.3.3絲桿的設計 213.4電機的計算選擇 243.5研磨盤動力源電機的計算選擇 253.6帶輪的計算選擇 26第4章輔具的設計 27第5章主要零件的加工工藝 285.1零件圖樣分析 285.2零件工序和裝夾方式的確定 295.3加工順序的確定 295.4進給路線的確定 305.5夾具的選擇 305.6刀具的選擇 305.7切削用量的選擇 315.8加工所需工、量具 325.9加工工藝卡片 32第6章球型研磨機的設計行經濟分析和環保分析 346.1經濟分析 346.2環保分析 34總結 36參考文獻 37致謝 38第1章緒論1.1研磨機概念、研究現狀及發展研磨機是用涂上或嵌入磨料的研具對工件表面進行研磨的磨床。主要用于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。研磨機的主要類型有圓盤式研磨機、轉軸式研磨機和各種專用研磨機。研磨機控制系統以PLC為控制核心，文本顯示器為人機對話界面的控制方式。人機對話界面可以就設備維護、運行、故障等信息與人對話；操作界面直觀方便、程序控制、操作簡單。全方位安全考慮，非正常狀態的誤操作無效。實時監控，故障、錯誤報警，維護方便。研磨是一種重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通過磨料作用于工件表面，進行微量加工的過程。研磨加工的特征是加工精度和質量高。因此，研磨機是保證研磨加工的重要條件，為此人們專門研究了各種不同的研磨機。目前國內生產高速研磨機的廠家不少，但由于研磨加工的針對性較強，對不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差別。1.2國內外研究情況隨著科學技術突飛猛進的發展，機電產品更新換代速度加快，對零件加工的精度和表面質量的要求也愈來愈高。研磨機是超精密加工中的一種重要加工方法，它是指利用磨具通過磨料作用于工件表面，進行微量加工的過程。研磨加工的特征是加工精度和質量高。并且加工材料廣，幾乎可以加工任何固態材料。近年來，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再次受到人們的關注因此國內有很多廠家設計、生產研磨機。但由于研磨加工的針對性較強，對不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差別。所以人們研究開發出了許多專用的研磨機。其優點是加工精度高，加工材料范圍廣。為滿足這個復雜多變市場的需求，當前研磨機正向高精度研磨方向發展，加工精度也在不斷地提高,可以說中國的研磨機行業已逐漸走向成熟期。通過中國知識網，了解到，目前國內對研磨機的研究主要有：2MM8470型精密雙面研磨機的研制、斜面研磨機、球面研磨機、平面研磨機、ZML系列振動研磨機、CYJ-1型氣門研磨機的設計和DF_4型機車柴油機氣門座研磨機改造探討等。除此之外，還有一些研究研磨機控制和仿真方面的。如：基于ADAMS和UG的光纖研磨機研磨軌跡仿真、基于虛擬制造技術的數控冰刀研磨機的研究和X611112K-1型數控精密研磨機等。對于國外，有關研磨冰刀的機器，已有手工和數控兩種商品化的產品。例如美國的WISSOTA公司是生產手工冰刀研磨機的著名廠家，圖1—3是該公司手工冰刀研磨機產品。圖1-3手工冰刀研磨機圖1-4數控冰刀研磨機CagOne公司也提供一系列手工和數控冰刀研磨機，其產品如圖1—4所示。另外還有日本研究的數控研磨機，日開發出兩種膠輥研磨機，德國制備微型刨花的研磨機等。目前，國外較重視磨料性能的改進，以及丸片制作技術的研究，如探討如何避免丸片的脫層及裂縫，避免丸片中混入空氣，提高磨料和結合劑的均勻性等。為了更好地改善固著磨料研磨效果，提高丸片質量，日本東京大學有人還研究了利用電泳沉積法制造高質量、細磨粒丸片。采用他們研制的丸片加工硅片，已加工表面質量得到了很大改善。國外還有人采用金剛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研究目的和意義自科技革命以來，人類開始不斷地研究、改進機械，目的就是用最先進、最方便的機械來代替人類的勞動。正如上海全鎰機電有限公司的趙長明打的這樣一個比喻：人類發明了機械交通工具后，一旦擁有了，現在離家出遠門就不再會有人愿意走路或者騎馬了。同樣的道理，一旦習慣使用研磨機來研磨鉆頭、銑刀等刀具和工件，也不會有人用手工來磨鉆頭、銑刀等工件。這樣一臺不僅可以為企業節省生產成本，也可以為老板解決頭痛的人事問題的機械，就更不會被企業所拒絕。隨著國內的生產技術及質量的提升，生產廠家使用的設備及刀具的精密度也日益提高，原本手工研磨的技術隨著時代的轉變，造成研磨技術的斷層，單價昂貴的鉆頭、銑刀等刀具重復使用率大大的下降，無形中造成刀具成本的增加。為了改變這一現象，必需從研磨機入手。而研磨機，匯集專家智能，體現出輕便、簡單、快速、精準的設計理論，基本上滿足了現在生產廠家的相關需求，也解決各企業、公司及廠家老總在成本、時間、效率、質量上的困擾。機器取代人力是工業革命的結果，也是工業現代化的必然性。現在如此，將來也會如此。研磨機的市場是不可限量的，尤其在國內這個正處于萌芽階段的發展時期，正是占有市場的大好時機。以全局看來，現在的中國市場日趨與國際接軌，整個大陸的五金制造業明顯感受到了與國外同行的差距，壓力不斷的增加，而在生產外銷方面不斷增長的同時，急需各生產廠家改走高品質的路線，因此他們不得不趨附于“精細”這一塊。動作迅速的各大廠家也已經在開始著手準備，那么根據以往習慣，將會有很多小廠家跟風而至。對于這樣的情況，國內市場中的大部分產品已經無法滿足客戶高品質、高精準度需求，而攜帶式鉆頭、銑刀等刀具和工件研磨機剛好填補了這個空缺。本文是將現有的高速研磨機進行小型化，以滿足用戶的生產實際要求。目前的高速研磨機的體積和重量較大，這些設備一般都固定安裝在加工車間里進行研磨加工。這就是說，工件只能在車間里加工，但是事實上，有些工件最好是在工件的使用現場進行加工。比如在生產設備維修時，某一工件需要研磨修復時，人們非常希望在生產設備的使用現場進行試配性的修復加工，以保證所修復的工件能與現場的生產設備相匹配。這既能有效地保證加工精度和加工尺寸的要求，又能顯著地減少修復時間、降低生產成本。特別是大企業的生產設備每年都要進行大修，在設備大修期問全部生產線都要停產。由于停產給企業帶來的損失很大，所以企業對設備大修時間控制很嚴，希望設備大修的時間短。如果能在設備現場維修有關零部件就可以顯著地減少大修時間。本文研究的研磨機就能很好地解決這一問題。高速研磨機應用范圍很廣，它既可以替代原有的普通研磨機，用于企業進行生產加工，而且由于它還具有體積小、重量輕，易于攜帶等優點，還可以直接應用到用于有關產品的維修和修復，這就使它的應用范圍擴大了很多。因為應用研磨加工的產品的用戶非常多，以往由于研磨機體積較大、價格較高，使用研磨加工產品的企業一般都不購買研磨機，對研磨加工的產品只是從外面購進，用壞后就買新的產品更換。而本文研制的高速研磨機體積小、價格低、攜帶方便，就使得企業積極購買，用于研磨加工件的修復，從而降低生產費用，為企業節約大量的資金。因此說本文研究的高速研磨機具有較好的應用前景。第2章球型研磨機設計思想及方案確定2.1設計要求球型研磨機對機械設計的要求有：精度高、運行平穩、工作可靠，具有良好的伺服性能。面對傳動機構則要求：轉動慣量小，以減小機械負載，避免對系統造成不良影響；剛度大，有利于減小動力損失，提高固有頻率，增加閉環伺服系統的穩定性；阻尼合適。球型研磨機對控制系統的要求有：能對壓力進行控制。因為試樣研磨過程要求動力頭能帶動夾具上升和下降．實現壓力增大和減小；能夠按設定壓力在夾具上產生彈性力；磨拋一定時間后能自動降低夾具上的彈性力。能對時間進行控制。研磨時間過長，試樣質量無法保證，時間過短達不到研磨質量。能對研磨速度控制。對不同材質的試樣，需不同的研磨速度，方可保證材料的真實組織。2.2球型研磨機整體方案的確定2.2.1球型研磨機類型分析研磨按其原理可以分為機械研磨，電解研磨，化學研磨，以及復合研磨。(1)機械研磨機械研磨是現階段應用最為廣泛的研磨方法，其正確的工藝和操作方法是在保證獲得優質的試樣和其他條件(如邊緣保留及石墨和夾雜物保留等)的情況下具有最高的研磨速率。(2)電解研磨電解研磨是對難以用機械方法研磨的金屬試樣進行研磨的重要手段，它可以克服金屬干擾層和機械巒晶假象等問題，對于用極低負荷的顯微硬度實驗的樣品或透射電鏡的薄膜試樣特別有用。但每種金屬和臺金所使用的研磨液和電解規范不同，因此需要進行相當數量的試驗工作來確定電解研磨規范。(3)化學研磨化學研磨是完全依靠化學藥劑的腐蝕作用而得到光亮的研磨表面。這種方法操作簡便，不需要復雜的機械和電解設備，只需要選擇適合的化學研磨液和試驗最佳研磨規范。化學研磨的速度低，研磨后的磨面，表面光滑但形成起伏的波形，不能達到十分平整的要求。綜合考慮各種研磨的優缺點，本系統采用機械研磨。2.2.2球型研磨機方案比較第一種設計方案：自動減加壓機械裝置的設計，利用步進電機作為此裝置的動力源，通過一個比例為1:1的齒輪箱與動力頭相接。動力頭采用滾珠螺旋傳動，即在由螺母和螺桿的近似半圓形螺旋凹槽拼合而成的滾道中裝入適量的滾珠，并用螺母上制出的通路及導向輔助件構成閉合回路，以備滾珠連續循環。當步進電機逆時針轉時，帶動齒輪轉動，齒輪轉動帶動固定在其上的螺母旋轉，從而使螺桿下移，按設定壓力在夾具上產生彈性力;壓力在一定范圍內自行調節;驅動夾具旋轉，實現對工件的加壓。當電機順時針轉時，帶動螺桿上移，實現對工件的減壓。研磨裝置的設計，因為本次設計的目的是實現研磨的完全自動化，所以選擇直流伺服電機作為研磨盤的動力源，為保持研磨質量，研磨速度不宜太快，一般為300-500r/min，而電機速度一般比較快，所以利用V帶傳動，以達到減速的目的。控制系統的控制部分采用DSP模糊控制系統：數字信號處理器DSP采樣位置傳感器信號,獲得當前位置信息,從而得到電機的當前速度,通過與給定速度值比較,得到轉速誤差值,經模糊控制器計算推理后,輸出PWM脈沖信號,經功率放大后,對直流電機進行控制。第二種設計方案：直接用步進電機與一個帶有內花鍵的絲杠相連，絲杠與主軸通過花鍵連接，使主軸能上下移動。當電機逆時針轉動時，絲杠帶動絲杠螺母轉動，只能向下運動壓縮彈簧，使主軸下降并產生彈性力，實現對工件的加壓。當電機順時針轉動時，帶動螺母上移，不再壓縮彈簧，主軸上移，從而實現對工件的減壓。研磨裝置的設計，直接用電機帶動研磨盤轉動。控制系統的控制采用模糊PID控制,模糊PID控制器由多種結構形式，但基本原理基本一致，即運用模糊數學的基本原理和方法，把規則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規則以及有關信息作為知識存入計算機的知識庫中，然后計算機根據系統的實際響應情況運用模糊推理，即可自動實現對PID參數的最佳調整，以達到自動控制的目的。2.2.3綜合考慮選出最佳設計方案參考各種形式的研磨機，為滿足設計要求本次設計的系統定為機電一體化系統。機械部分是采用步進電機為動力源，通過一個比例為1:1的齒輪箱與動力頭相接。動力頭采用滾珠螺旋傳動，當步進電機逆時針轉時，帶動齒輪轉動，齒輪轉動帶動固定在其上的螺母旋轉，從而使螺桿下移，按設定壓力在夾具上產生彈性力;壓力在一定范圍內自行調節;驅動夾具旋轉，實現對工件的加壓。當電機順時針轉時，帶動螺桿上移，實現對工件的減壓。控制部分采用PID模糊控制系統：利用此系統實現自動調壓，調速和對加工時間控制的目的。第3章球型研磨機機械設計機電一體化機械系統要求精度高、運動平穩、工作可靠，具有良好的伺服性能。球型研磨機機械制樣是采用夾具夾持試樣，夾具帶動試樣與磨盤相對摩擦，并在夾具上施加一定的壓力，夾具可以裝夾多塊試樣以提高制樣效率，在夾具上所施加的壓力可以靈活調整。機械部分主要包括動力頭、夾持盤、研磨盤、主體和外觀設計。3.1動力頭的設計在試樣研磨時，研磨運動軌跡應能保證工件加工表面和拋具表面上各點均有相同或相近的被切削條件和切削條件。對研磨運動軌跡的基本要求如下：工件相對研磨盤作平面平行運動，能使工件上各點具有相同或相近的研磨行程。工件上任一點，盡量不出現運動軌跡的周期性重復。研磨運動平穩，避免曲率過大的運動轉角。保證工件走遍整個研磨盤表面，使研磨盤均勻磨損，保證工件表面的平面度。及時變換工件的運動方向．使研磨紋路復雜多變，有利于降低表面租糙度并保證表面均勻一致。3-1動力頭示意圖因此動力頭是研磨機設計的技術關鍵，動作要求：帶動夾具上升和F降；按設定壓力在夾具上產生彈性力：壓力在一定范圍內自行譎節：驅動夾具旋轉；磨拋一定時間后能自動降低夾具上的彈性力。具體的設計如圖3-1所示：電機通過連軸器安裝在齒輪箱上，齒輪箱內兩個齒輪的大小相等，另一齒輪與絲杠相連，絲杠通過固定在齒輪上的螺母轉動上下移動從而達到增壓減壓的效果。當步進電機逆時針轉時，帶動齒輪轉動，齒輪轉動帶動固定在其上的螺母旋轉，從而使螺桿下移，按設定壓力在夾具上產生彈性力;壓力在一定范圍內自行調節，實現對工件的加壓。當電機順時針轉時，帶動螺桿上移，實現對工件的減壓。使主軸下降并產生彈性力，當達到指定位置時，輸出一個信號，使主軸上的壓力得到保持。當到達設置時間的2/3時，電機順時針轉動，在脈沖信號作用下，每隔一定時間，壓力釋放一次，螺桿緩慢向上移動，逐步釋放主軸上的彈性力，當壓力低于20牛頓時停止釋放，并一直保持到設定時間到達，研磨機動力頭產生的壓力曲線如圖3—2壓力曲線圖所示。工作結束后，輸出一個信號使絲杠連續上升，到達上限后切斷電源停止運轉。3-2壓力曲線圖圖中可以看出Pl=P2=P3=P4=P5，而t<t<t<t<t，這是由于壓力鐵釋放時間是要受壓力P的影響，壓力與絲杠的位移量有關，齒輪將絲杠的位移量傳遞給傳感器，傳感器將位移量轉變成電磁鐵釋放的電信號，所以在壓力大時釋放時間短，壓力小時釋放時間間隔長。這樣則使試樣在所限制時間內有效地保持了試樣在研磨盤內摩擦，動力頭釋放壓力為1/5s·lr/8·6mm/r·2/3·100N/mm=5N，釋放壓力最小間隔為10秒鐘。3.2加、減壓機構的機械設計加減壓機構是研磨機機體的關鍵組成部分，對研磨機的性能有很大影響。加減壓回路機械結構的工作原理為：步進電機通過法蘭安裝在套筒上．電機軸上安裝一個帶有內花鍵的絲杠．與主軸通過花鍵連接，使主軸能上下移動。絲杠螺母銑出沿直徑方向的鍵槽。通常有一控制桿插入鍵槽內．當步進電機逆時針轉動時．絲杠螺母向下運動壓縮彈簧，當達到指定位置時，輸出一信號，使電磁鐵將控制桿從鍵槽中拉出，使絲杠螺母失去限制，隨絲杠一起轉動。在絲杠螺母與動力頭之間裝有彈簧以實現彈性力的加載。彈簧服從虎克定律，即它受到的壓力與壓縮重為線性關系，因此壓力的測量可以轉化為位移的測量，位移的大小與電機的轉速和壓縮時間有關，在電機轉速給定的情況下，位移與時間里正比，可通過測量時間達到位移的測量。其理論計算如下：式中:f(x)==kx；（3-1）t=f(x)/n.s.k(3-2)Z——步進電機轉子齒數;N——運行拍數;N——電機的轉速;S——絲杠的螺距;T——電機反方向轉動的時間;f(x)——研磨時所設定的壓力;由M=;Q=mf得t=;因為M與f的乘積Q可由軟件得出，Q和f(x)是程序求解t時的兩個輸入值，程序將求出的t送入微處理器處理，就可以控制研磨機的壓力。3.3齒輪箱的設計3.3.1齒輪設計摩擦力與步進電機所受力相等即：F=F=100NP===0.52W在齒輪設計中，小齒輪的轉矩為T=T==82.8Nmm轉動速度n=60r/min按設計選用直齒圓柱齒輪傳動。精度等級：由表10-8（該節中所指的表均指《機械設計》一書中的表）選6級精度。因齒輪要求較低，受力很小。所以材料選擇為塑膠：主動齒輪、從動齒輪都用，選用兩齒輪都為Z1=29,Z2=iZ1=1×29=29計算如下：關于主軸傳動齒輪齒面接觸疲勞強度計算（1）初步計算：轉矩:TI=82.8Nmm=0.0828Nm齒寬系數:φd由表10-7取φd＝1.0接觸疲勞極限：σHlim可取σHlim1=50MPaσHlim2=110MPa初步計算的許用接觸應力:[σH1]=0.9σHlim1=0.9×110=99Mpa初步計算的小齒輪直徑：d≥5.81（3-3）其中u=I=1,載荷系數K=1.3,材料的彈性影響系數Z=189.8MPa,所以，d=5.81=54mm結合齒輪箱的結構取d1＝54mm初取齒寬：b=50mm（2）校核計算：圓周速度:(3-4)齒數Z和模數m:模數取m=2則Z2=iZ1=29使用系數KA:由表10-2取KA＝1.5動載系數KV:由圖10-8取KV＝1.1齒間載荷分配系數KHα:先求端面重合度：(3-5)重合度系數:Z==1.49由此得：齒間載荷分布系數KHβ:由表10-4（非對稱支撐）=1.265載荷系數:K=KAKVKHαKHβ=1.5×1.1×1.81×1.265=3.78彈性系數ZE由表10-6查得材料的彈性影響系數取ZE＝189.8節點區域系數ZH:由圖10-30可取ZH＝2.5總工作時間：th=10×300×8×20%=4800h應力循環次數NL:估計：107<NL<109則指數：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接觸壽命系數KHN:由圖10-19可取KHN1=1.13KHN2=1.18許用接觸應力[бH]：接觸最小安全系數S:取失效概率為1%，安全系數取S＝1.05由式（10-12）得[бH1]===764Mpa(3-7)[бH2]===798MPa(3-8)驗算：бH=ZEZHZε(3-9)＝＝32.55MPa計算結果表明,接觸疲勞強度較為適合，齒輪齒寸無需調整。（3）齒根彎曲疲勞強度驗算：重合度系數Yε：齒間載荷分配系數KFɑ:由表12.10KF===1.49齒向載荷分布系數KFβ:==7.4由表10-3KFɑ=1.25載荷系數K:K=KAKVKFαKFβ=1.5×1.1×1.49×1.25=3.07齒形系數YFɑ:由表10-5YF1=2.62YF2=2.62應力校正系數YSa:由表10-5Ysa1=1.59Ysa2=1.59彎曲疲勞強度極限σFE:由圖10-20cσFE1=380MpaσFE2=380MPa彎曲最小安全系數S:取S＝1.25應力循環次數NL:估計3×106<NL<1010則指數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原估計應力循環次數正確。彎曲疲勞壽命系數KFN:由圖10-18KFN1=0.90KFN2=0.90許用彎曲應力[σF]:驗算：σF1===0.39Mpa≦[σF1]σF2===0.39MPa傳動無過載，故不作靜強度校核。（4）確定傳動主要尺寸：計算實際分度圓直徑dd1=mZ1=2×29=58mmd2=mZ2=2×29=58mm計算中心距a===58mm計算齒輪寬度b=φbd1=1×58=58mm由表10-3先求：Ft===3.1N==0.1N/mm＜100N/mm合適3.3.2齒輪軸的設計（1）輸入功率P=0.52 W轉速n=60r/min轉矩T=82.8Nmm（2）求作用在齒輪上的力齒輪1的分度圓直徑d=58mmFt===2.9N（3-11）Fr=Fttan20°=2.9×tan20°=1.06N（3）初步確定軸的最小直徑選軸的材料為45#鋼，調質處理，取A=112dA=101.5112×=4.3mm(3-12)取為d=10mm（4）軸的機構設計1）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度3-3齒輪軸簡圖齒輪軸材料45鋼，調質處理L1處為軸的最小直徑處，為10mm，L1=L2L3處安放軸承，初選為d2=2）軸承選擇及校核L2L3尺寸d×D×B=20mm×42mm基本額定載荷Cr=19.5kN軸承校核主動齒輪軸受力情況如圖3-2。3-4主動齒輪軸受力情況根據受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為F===3.09NF===5.75NF=F-F=5.75–3.09=2.66N因軸承在運轉中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按《機械設計》表10-5查得為1.2到1.8，取，則有：NN軸承的壽命因為，所以按軸承1的受力大小計算：h(3-13)故該軸承能滿足要求。在此裝備中齒輪潤滑用塑料潤滑劑，其軸采用潤滑油潤滑。3.3.3絲桿的設計本次設計選擇的絲杠為梯形螺紋，作為傳導螺旋，它以導向為主承受較小的軸向載荷。又因為齒輪分度圓為58mm,取直徑為24mm。則所設計的螺母在齒輪中的寬度為24，直徑為13mm,為保證齒輪在齒輪箱中的定位，規定其長為74mm。在傳導過成中，齒輪受力較小，絲杠所受力最大為100N，在傳動中滾珠與螺文牙相摩擦，而滾珠強度一般高于螺紋牙。所以，只要校核螺紋牙強度即可。P=F/A=F/=100/（3.14）=0.11w，故滿足耐磨條件。式中——螺紋中徑（mm）h——螺紋牙工作高度(mm)，梯形螺紋h=0.5Pz——螺紋旋合圈數螺母螺紋牙的強度計算螺紋牙多發生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。抗剪切強度條件計算：(3-14)式中：b——螺紋牙根的厚度，單位為mm，對于矩形螺紋，b=0.5P，對于梯形螺紋，b=0.65P，對于30鋸齒形螺紋，b=0.75P，P為螺紋距；l——彎曲力臂，單位為mm[——螺母材料的許用切應力，單位為MPa所以；100=0.16[=0.6[=0.6/3~5[——為螺母算選材料的許應力，單位為MPa——螺母所選材料的屈服極限，單位為MPa查《機械設計》表5-8知，取=240則[=28.8所以：故滿足此條件抗彎曲強度計算：(3-15)L===0.772==1.12[=（1.0~1.2）[=（1.0~1.2）/3~5所以：48[[滿足條件適合。絲杠的穩定性計算：在工作過程中，絲杠受到的軸向力F大于某一臨界值時，可能會突然發生側向彎曲而喪失其穩定性。因此，在正常情況下，絲杠承受的軸向力F（單位為N）必須小于臨界載F。則絲杠的穩定性條件為：S=(3-16)式中：S——絲杠穩定性的計算安全系數。S——絲杠穩定性安全系數，對于傳力螺旋，S=3.5~5：對于傳導螺旋，S=2.5~4.0；對于精密活水平的，S〉4。F——為臨界載荷，單位為N;根據柔度值的大小選用不同的公式計算，=。在此處，為絲杠長度系數，見《機械設計》表5-14：l為絲杠長度，單位為mm：i為危險界面的慣性半徑，單位為mm；因截面半徑為圓A=，則i==。所以，臨界載荷F可按歐拉公式計算，即F=(3-17)式中：E——材料的拉壓彈性模量，單位為MPa,E=2.06MPa；I——危險截面的慣性矩，I=,單位為mm。當<40時，可以不必進行穩定性校核。所以：==10.2<40滿足條件合適，穩定條件較好。為保證絲杠運行時精確度高，對其進行剛度計算：絲杠在工作過程中受到軸向載荷力F和伺服電機的力矩M的作用，所以，變形量：=+式中E、G分別為與絲杠材料有關的彈性模量和切變模量，E=206GPa,G=79.4GPa查《機械設計師手冊》表1-8得。因為動力頭作用在工件上的力最高被定位100牛，所以取最大值T=100=2330N根據研磨機的選擇滾動螺旋傳動的標準，知，[取得最大值為11.16故=+=0.0004+0.011=0.0114<[3.4電機的計算選擇動力頭驅動電機的計算選擇本機對電機的要求：動力頭的動力源提供電機選擇步進電機，因為步進電機是一種把脈沖信號轉換成與脈沖數成正比的角位移或直線位移的執行元件。其轉速具有三個特點：（1）轉速與脈沖頻率成正比；(2)在負載能力允許的范圍內，不因電源電壓,負載，環境條件的波動而變化；（3）速度可調，能夠快速起動，制動和反轉。同時，步進電機還具有定位精度高，同步運行特性好的特點，廣泛應用于數控機床，繪圖機，衛星天線，自動記錄儀及數一模轉換器等設備上。功率計算因為步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。因為步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：P=

Ω·MΩ=P=P=所以求得：f==400s其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n=60r/min為每分鐘轉速，M為力矩單位為牛頓·米，f為每秒脈沖數（簡稱PPS)。首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩Mmax大的電機，負載力矩大。其次應使步距角和機械系統匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

最后還應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續工作頻率能滿足機床快速移動的需要。運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時，電機特性的輸出力矩應能驅動負載，并留有足夠的余量。所以，查《機械設計師手冊》表31-61知，55BYG4電機參數如表3-1，選擇55BYG4電機可以滿足金相研磨研磨機的要求。表3-155BYG4電機參數表電壓相數靜態電流步距角保持轉矩空載起動頻率空載轉動頻率步距角誤差12V41.2A1.8/0.9360Nm400s2500s3.5研磨盤動力源電機的計算選擇伺服電動機又稱執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降，伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）。經對現在市面上大量的金相研磨機研磨盤轉速調查，選擇直流伺服電機轉速。選擇計算;因動力頭對研磨盤產生的最大壓力是100牛，研磨盤摩擦系數最大取=0.1所以，轉矩T=100110=1100N，轉速參數n=300~500r/min由公式：T=，所以P==0.058kW，查《機械設計師手冊》表31-59，選擇90SZ51電機表3-4-1轉矩轉速功率電壓電流電樞電流勵磁允許正反轉速差5200Nm1500r/min80W110V1.1A0.23A100r/min所以，電機和研磨盤之間采用三角橡膠帶傳送，傳送比為1：3，在主軸周圍設計了一個方形承槽，上端用防水擋板與外殼固定在一起，水槽底部安裝有排水管道，以排除研磨時的污水。3.6帶輪的計算選擇電機和研磨盤之間用窄V帶傳動，電機P=80W,查表8-6的工作情況系數K=1.1,故P=KP=88W根據P，n(電機轉速1500r/min)由圖8-9確定選擇Y型由表8-3和8-7取主動帶輪的基準直徑為d=26mm.則從帶輪的基準直徑d=id=3=78mm查表8-7，取d=80mm確定V帶的基準長度和傳動中心距：根據0.7（d+d）<<2（d+d），初步確定中心距a=53mm計算帶所需的基準長度L=2a+（d+d）+(3-18)=[2]=220mm查《機械設計師手冊》表8-1-29得L=200實際中心距aa=a+=(53+200-220)=33mm計算V帶的根數zZ=(3-19)由n=1500r/min,d=26mm,i=3,查《機械設計師手冊》表8-1-33得P=0.04kw,,,K=0.96則Z==2.06取Z=3根第4章輔具的設計(b)(c)4-1夾持盤夾具(夾持盤)在保證研磨質量中起著十分重要的作用。夾持盤中試樣安裝槽是根據試樣形狀和尺寸設計，常規試樣以圓柱形，柱形和片狀為主，因此設計了3種形狀如圖4-1所示。圖b主要用于裝卡圓試樣，試樣大小為6-24，數量可有3～9塊標準試樣。圖c主要用于夾持薄片狀試樣，每一夾板內可以夾一組薄片狀試樣。不規則試樣，尺寸極小的試樣和帶滲層的試樣，由于占比例不大，可采用鑲嵌方法。為了使多塊試樣便于裝卡在同一平面上，設計了一個裝樣平臺，使試樣裝卡時凸出試樣夾持盤平面3mm，裝卡時選用了內六角螺絲作為緊固螺釘，以防試樣在裝卡時松動。第5章主要零件的加工工藝選取皮帶輪作為研究對象5.1零件圖樣分析皮帶輪如下圖4-1：圖5-1皮帶輪圖紙中所選的材料為HT200。經分析：該零件圖結構合理；輪廓幾何要素所給定的條件充分；精度及各項技術要求齊全、合理；由圖紙得出，該零件的加工精度要求不是很高，加工方法也就根據所生產批量的不同而有所不同，當然，要考慮到經濟性時，用普通機床就可以加工出來，要是考慮到時間及中批量方面的話，可以選用車床。在這里我選用加工。其位置精度有三處，基準都是A基準，加工時要考慮它們跟孔一起進行加工；中心孔的尺寸公差等級為六級公差帶，在車床上加工難達到此種精度，需要進行精磨，精磨的時候要以右端面為定位基準，這樣才能保證位置度的正確性，關于磨床著方面，就不做介紹了。磨削時要以右端面為定位基準。對于內孔槽的加工是：在本設計中，我選用插床加工的方法來加工內孔槽，方便。5.2零件工序和裝夾方式的確定對皮帶輪的加工工序，可以分為五個。裝夾是指將工件在機床上或夾具中定位、夾緊的過程，可采用三角卡盤等方式裝夾。在確定定位基準與夾緊方案時應注意如下3點：（1）力求設計、工藝與編程計算的基準統一。（2）盡量減少裝夾次數，盡可能做到在一次裝夾定位后就能加工出全部待加工的部位。（3）夾具要開暢，其定位、夾緊機構不能影響加工中的走刀，避免刀具與夾緊機構碰撞。遇到此類情況時，可采用用虎鉗或加底板抽螺絲的方式裝夾。5.3加工順序的確定在分析了零件圖樣和確定了工序、裝夾方式之后，接下來即要確定零件的加工順序。制定零件車削加工順序一般遵循下列原則：（1）先粗后精按照粗車半精車精車的順序進行，逐步提高加工精度。粗車將在較短的時間內將工件表面上的大部分加工余量切掉，一方面提高金屬切削率，另一方面滿足精車的余量均勻性要求。若粗車后所留余量的均勻性滿足不了精加工的要求時，則要安排半精車，以此為精車做準備。精車要保證加工精度，按圖樣尺寸，一刀切出零件輪廓。（2）先近后遠這里所說的遠與近，是按加工部位相對于對到的距離大小而言的。在一般情況下，離對刀點遠的部位后加工，以便縮短刀具移動距離，減少空行程時間。對于車削而言，先近后遠還有利于保持坯件或半成品的剛性，改善其切削條件。（3）內外交叉對既有內表面，又有外表面需要加工的零件，安排加工順序時，應先進行內外表面粗加工，后進行內外表面精加工。切不可將零件上一部分表面加工完后，再加工其它表面。5.4進給路線的確定在加工中，刀具好刀位點相對于工件運動軌跡稱為加工路線。編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：（1）加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使數值計算簡單，以減少編程工作量；（3）應使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空行程時間。（4）確定加路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定一次走刀，還是多次走刀來完成所有加工表面，具體綜合上面進給線的特點再根據具體零件具體分析確定進給路線的工作重點，主要在于確定粗加工及空行程的進給路線，因精加工切削過程的進給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的。對于銑削加工時，當工件表面無硬皮，機床進給機構無間隙時，應選用順銑，按照順銑安排進給路線。當工件表面有硬皮，機床的進給機構有間隙時，應選用逆銑，按照逆銑安排進給路線。因為逆銑時，刀齒是從已加工表面切入，不會崩刃。對該方案，粗加工時用逆銑，精加工時用順銑。銑削封閉的內輪廓表面時，刀具不能沿輪廓曲線的法向切入和切出。此時刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。5.5夾具的選擇由圖紙可得出，該零件的尺寸精度及粗糙度都屬于IT8∽IT10公差等級，夾具的選擇都采用機床通用的夾具就可以達到圖紙要求了。5.6刀具的選擇刀具的選擇是加工工藝設計中的重要內容之一。刀具選擇合理與否不僅影響機床的加工效率，而且還直接影響加工質量。選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內容、工件材料等因素。與傳統的車削方法相比，車削對刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好耐用度高、而且要求尺寸穩定、安裝調整方便。這就要求采用新型優質材料制造加工刀具，并優選刀具參數。車刀和刀片的種類有焊接式與機械夾固式兩大類。焊接式車刀將硬質合金刀片用焊接的方法固定在刀體上稱為焊接式車刀。這種車刀的優點是結構簡單，制造方便，剛性較好。缺點是由于存在焊接應力，是刀具材料的使用性能受到影響，甚至出現裂紋。另外，刀桿不能重復使用，硬質合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的浪費。我們在實習期間就是用的這種刀具，所以對這種刀具還是比較了解的，在本設計中，用到的就是該類刀具。機夾可轉位刀具機械夾固式可轉為車刀由刀桿、刀片、刀墊以及夾緊元件組成。刀片每邊都有切削刃，當某切削刃磨損鈍化后，只需松開夾緊元件，將刀片轉一個位置便可繼續使用。經分析圖紙得出加工該零件時要用到外端面90°車刀內孔刀以及如下圖4-2所示的成型刀1和如圖4-3所示的成型刀2。銑刀要一把底角半徑為3mm長度大于43mm直徑為12mm的銑刀。直徑為12mm平底銑刀長度為30mm左右。Φ40mm的磨刀，精磨內孔。圖4-2成刀型1圖4-3成刀型25.7切削用量的選擇車床加工中的切削用量包括：背吃刀量、主軸轉速或切削速度（用于恒線速切削）、進給速度或進給量。上述切削用量應在機床說明書給定的允許范圍內選取。實習中背吃刀量為1mm主軸轉速選擇車每分鐘600轉，進給速度為80mm/min。銑床的刀具選用高速鋼鉆頭，其切削用量包括：切削速度、進給速度、背吃刀量和側吃到量，從刀具耐用度出發，切削用量的選擇方法是：先選取背吃刀量或側吃刀量，其次確定進給速度，最后確定切削速度。由于圖紙上工件表面粗糙度值要求是6.3，則需分粗銑和半精銑兩步進行。粗銑是背吃刀量或側吃刀量選取同前。粗銑后留0.6的余量，在半精銑時切除。進給速度是單位時間內工件與銑刀沿進給方向的相對位移，單位為mm/min。它與轉速n、銑刀齒數Z及每齒進給量f（單位為mm/z）的關系為：V=f·Z·n刀具是硬質合金銑刀，查表得出粗銑時f取0.18，精銑時f取0.13切削速度經查表得取Vc為80m/min。5.8加工所需工、量具種類序號名稱規格精度單位數量工具1三爪自定心卡盤個12卡盤扳手副13刀架扳手副14墊刀片塊若干量具1游標卡尺0~250mm0.02mm把12內孔千分尺50mm~150mm0.01mm把15.9加工工藝卡片球型研磨機設計XX大學機械加工工藝過程卡片產品型號零（部）件圖號共1頁產品名稱皮帶輪零（部）件名稱皮帶輪第1頁材料牌號HT200毛坯種類鑄造毛坯外形尺寸Ф每毛坯件數1每臺件數1備注序號工序名稱工序內容車間設備工藝裝備工時準終單件1檢查檢查毛坯是否有裂紋檢目測2車端面夾毛坯外圓，車端面金車床三爪自定心卡盤3粗車夾毛坯外圓，粗車圓，留1mm加工余量金車床三爪自定心卡盤4精車精車外圓，達到圖紙尺寸公差要求金車床三爪自定心卡盤5車端面掉頭，夾外圓，車另一端面金車床三爪自定心卡盤6鉆孔鉆中心孔金鉆床專用夾具7鉆孔預鉆中心孔的底孔金鉆床專用夾具8擴孔擴中心孔的底孔至金鉆床專用夾具9車內孔車內孔到尺寸金車床專用夾具10粗車粗車皮帶輪V形槽金車床專用夾具11精車精車皮帶輪V形槽金車床專用夾具12檢驗檢驗檢游標卡尺編制日期更改文件號第6章球型研磨機的設計行經濟分析和環保分析6.1經濟分析制造技術這個概念的提出為機械制造業的發展指明了方向。雖然這個名詞沒有確定的定義，但目前公認的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。它具有如下一些特點：1．從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要。2．從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮。3．從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節。4．從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量。5．從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。6.機械制造技術的發展趨勢可以概括為：（1）機械制造自動化。（2）精密工程。（3）傳統加工方法的改進與非傳統加工方法的發展。機械制造自動化技術始終是機械制造中最活躍的一個研究領域。也是制造企業提高生產率和贏得市場競爭的主要手段。機械制造自動化技術自本世紀20年代出現以來，經歷了三個階段，即剛性自動化、柔性自動化和綜合自動化。綜合自動化常常與計算機輔助制造、計算集成制造等概念相聯系，它是制造技術、控制技術、現代管理技術和信息技術的綜合，旨在全面提高制造企業的勞動生產率和對市場的響應速度。機械行業是典型的制造業，主要為國民經濟發展提供所需的各種機械裝備或設備。根據國家統計局口徑，其包括六個一級子行業：金屬制品業、通用設備制造業、專用設備制造業、儀器儀表業、交運設備制造業和電氣機械制造業，典型的機械產品如汽車、船舶、發電機組、機床、工程機械、礦山機械、集裝箱等。6.2環保分析1、產品的可回收性設計可回收性設計是在產品設計初期充分考慮其零件材料的回收可能性、回收價值大小、回收處理方法以及回收處理結構工藝性等一系列問題，最終達到零件材料資源和能源的利用程度最高、對環境的污染程度最低的一種設計。例如，在機械中常