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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(dòng)化 學(xué)生姓名 潘 其 好 指導(dǎo)教師 李 長(zhǎng) 詩(shī) 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(yè) 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(guò)這些對(duì)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(jí)）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(guó)精密加工技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)步，增強(qiáng)中國(guó)在加工制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，特別是對(duì)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(guó)的特色產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，也是中國(guó)重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，研磨加工技術(shù)對(duì)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(jí)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(shì)，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(guó)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(duì)性較強(qiáng),對(duì)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(duì)精度要求較高并對(duì)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(dòng)，進(jìn)行研磨拋光。還有人專門研制出相應(yīng)的振動(dòng)研磨機(jī)。目前這種振動(dòng)研磨機(jī)國(guó)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(guó)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(duì)性較強(qiáng),對(duì)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(duì)精度要求較高并對(duì)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(dòng)，進(jìn)行研磨拋光。還有人專門研制出相應(yīng)的振動(dòng)研磨機(jī)。目前這種振動(dòng)研磨機(jī)國(guó)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(guó)內(nèi)外生產(chǎn)后一種的廠家較多。 我國(guó)在八十年代研究出來(lái)第一臺(tái)PJM320型平面研磨機(jī)。曾獲得國(guó)家科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)?，F(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(guó)臺(tái)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(hào)和雙面精磨機(jī)有CDL-4B-4L和CDL-6B-6L及CDL-9B-5L等型號(hào)。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(jí),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(guó)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(guò)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?qǐng)?bào)》2006年5月24日?qǐng)?bào)道: 納米級(jí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(guò)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(jí)高效研磨加工，從而提高我國(guó)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(jí)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(jí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(guò)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(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，工件的運(yùn)動(dòng)是輔助運(yùn)動(dòng)。在大部分情況下，工件是浮動(dòng)壓在磨具上，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律是未知的。因此，要對(duì)工件受力進(jìn)行分析，才能求出其受力狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)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(dòng)規(guī)律。一旦掌握了磨具和工件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就可以求出它們間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡密度分布。從而根據(jù)工件相對(duì)磨具的運(yùn)動(dòng)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(guò)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(duì)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(duì)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(jí)研磨加工，工件已加工表面粗糙度達(dá)0.88nm。 目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的研磨機(jī)基本上都是中大型的。對(duì)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(guó)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(dòng)化程度,以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。而對(duì)維修設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)使用的便攜式研磨機(jī)還沒(méi)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(wú)級(jí)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(guò)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(huì)自動(dòng)停機(jī)報(bào)警提示，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(guò)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(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，工件的運(yùn)動(dòng)是輔助運(yùn)動(dòng)。在大部分情況下，工件是浮動(dòng)壓在磨具上，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律是未知的。因此，要對(duì)工件受力進(jìn)行分析，才能求出其受力狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)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(dòng)規(guī)律。 研磨機(jī)主機(jī)采用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配置大功率減速系統(tǒng)，軟啟動(dòng)、軟停止，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。通過(guò)上、下研磨盤、 太陽(yáng)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(dòng)，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(dòng)太陽(yáng)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(tái)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(duì)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(duì)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(dòng)作平面平行運(yùn)動(dòng)。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(dòng)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(dòng)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(dòng)又要滾動(dòng)，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(guò)程中自動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(wú)心磨削原理的無(wú)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(dòng)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(tái)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(dòng)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(dòng)式刮刀研磨； （5）特殊研磨輪設(shè)計(jì)，研磨布帶無(wú)壓力感，刮膠不變形，無(wú)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(dòng)研磨機(jī)，高速研磨機(jī)，精密研磨機(jī)操作簡(jiǎn)便，無(wú)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(dòng)軸振動(dòng)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(dòng)軸振動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)期運(yùn)行，大齒輪齒圈受應(yīng)力沖擊變形，由原來(lái)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(guò)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(guò)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(lái)，加大緊固面，防止齒圈變形，保證主、從動(dòng)輪角速度一致，防止傳動(dòng)比變化引起的慣性力，造成疲勞折斷。 （3）傳動(dòng)軸軸承的充分潤(rùn)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(rùn)滑，但易造成潤(rùn)滑油量的過(guò)多或不足，建議采用機(jī)械定時(shí)、定量科學(xué)地補(bǔ)充潤(rùn)滑脂，從而保證軸承的適度潤(rùn)滑，降低振動(dòng)，避免軸承的磨損和保持架的破裂，延長(zhǎng)壽命。 參考文獻(xiàn) [1] 孫恒.機(jī)械原理[M]七版.北京：高等教育出版社，2006.5 [2] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]八版.北京：高等教育出版社，2006.5 [3] 王愛珍.機(jī)械工程材料[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.2 [4] 黃健求.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.11 [5] 鄭修本.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.5 [6] 吳宗澤，羅圣國(guó). 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：高等教育出版社，2006.5 [7] 孔慶華，母福生. 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008.9 [8] 沈鴻. 機(jī)械工程手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.2 [9] 王亞輝. 工程力學(xué)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009.5 [10] 袁哲俊. 精密和超精密加工技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.3 [11] 曹天寧. 光學(xué)零件制造工藝[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.9 [12] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M](第五版). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.1 [13] 談文亮. 超精加工對(duì)零件耐磨性影響的試驗(yàn)[M]. 機(jī)械制造，1985.7 [14] 周俊. 高精度精密主軸套筒的研磨[M]. 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