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河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 指導教師： 劉傳紹 職稱： 教授 所在院（系）： 機械與動力工程學院 教研室（系、研究所）： 機制教研室 題 目 珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu) 學生姓名 李亞敏 專業(yè)班級 機制本09-3班 學號 3209040103033 一、 進度情況說明：目前已經(jīng)完成翻譯和實習報告，整體思路已經(jīng)清楚，目前正在做整體結(jié)構(gòu)設計。 二、階段性成果： 1 開題報告已完成； 2 實習報告已完成； 3 翻譯已完成； 4 整體設計方案已定型。 三、存在的主要問題及解決方法： 1 入手點不能確定； 2 部分部件的設計不清楚，尤其是參數(shù)的選擇時，不同的參考書有不同的選擇方法，有的牽涉到計算才能選參數(shù)，有的不用計算直接選參數(shù)。。方法選擇有點亂。 四、指導教師對學生在畢業(yè)設計（論文）中的紀律及畢業(yè)設計（論文）任務的完成進展等方面的評語 指導教師： （簽名） 年 月 日 河南理工大學 出版發(fā)行 科學出版社 應用力學和材料42卷 313—316頁 瑞士代碼:10.4208/www.sciientific.net/AMM.42.313 研究橢圓超聲波振動所帶動的金剛石砂輪磨削納米陶瓷材料ZrO2的溫度 作者：薛進學， 簡介：籍貫：中國,河南科技大學機電工程學院教授，同濟大學機電工程學院兼職博士生導師； 郵箱：xjx@mail.haust.eu.cn 作者：趙波 簡介：籍貫：中國,焦作，河南理工大學機械與動力工程學院 關鍵詞：納米陶瓷，磨削溫度，橢圓修整，金剛石砂輪，超聲波振動 摘要：為了研究影響磨削溫度的加工方法,分別用傳統(tǒng)裝置和橢圓超聲波振動來驅(qū)動兩種金剛石砂輪，用來磨相同的納米陶瓷材料。通過磨削實驗,進行研究對比分析磨削溫度。結(jié)果表明,有橢圓超聲波振動驅(qū)動的金剛石砂輪可以降低磨削溫。 簡介：工程陶瓷已經(jīng)發(fā)現(xiàn)廣泛地應用磨削溫度會影響的加工精度、表面質(zhì)量和可靠性。于許多經(jīng)濟領域。因此,掌握和運用不同加工條件對磨削溫度的影響規(guī)律可以控制磨削過程和提高加工質(zhì)量。 試驗條件: 實驗選用數(shù)控系統(tǒng)的超精密平面磨床和,270 #樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪。金剛石砂輪分別有傳統(tǒng)裝置和橢圓超聲波振動來驅(qū)動傳統(tǒng)磨削和超聲磨削參數(shù)顯示在下表1。 類型 項目 參數(shù) 普通磨削參數(shù) 金剛頂角 頂尖角60度 磨削深度 5微米/轉(zhuǎn) 進給速度 0.030毫米/轉(zhuǎn) 超聲波磨削參數(shù) 研磨速度 45轉(zhuǎn)/分鐘 超聲功率 100瓦 超聲頻率 30000赫茲 冷卻液 需要 研磨深度 2-20微米/轉(zhuǎn) 研磨速度 5.3-60米/秒 工作臺轉(zhuǎn)速 12-16米/分鐘 冷卻液 不需要 橢圓超聲振動系統(tǒng): 橢圓超聲振動系統(tǒng)如圖1所示。它是根據(jù)共振機理而設計的。該系統(tǒng)包含兩個子系統(tǒng)——子換能器系統(tǒng)和振動系統(tǒng)。作為系統(tǒng)負荷的一部分，可以調(diào)整金剛石頂尖長度使其達到系統(tǒng)共振點[1].共振頻率為30000赫茲，振幅為10微米。 Diamon Grinding Wheel(金剛石砂輪) Vibration Switching Device (振動轉(zhuǎn)換器) Ajusting Device(調(diào)整裝置) Transducer(傳感器) Ultrasonic Generator(超聲波發(fā)生器) 工件的特點: 工件是用HIP的方法有納米材料ZrO2制成，HIP是一種高溫等靜力壓制的方法。工件尺寸是20X20X10(MM). 其力學性能見表2 參數(shù) 維式硬度（Gpa） 彈性模量（Gpa） 抗彎強度（MPa） 斷裂韌度（MPa.m1/2） 密度（g.cm-3） 高溫導電性（M.K） 比熱（KG/K） 泊松比 數(shù)值 12 360 700 9.3 6.2 2.1 610 0.27 磨削溫度試驗方案: 紅外熱像儀法和紅外輻射特性對環(huán)境以及其他因素都很敏感,因此我們將人工熱電偶測溫法線夾在試驗中如圖2[2-3]所示。由熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢信號來至樣品，通過屏蔽導體放大并傳遞到數(shù)據(jù)采集卡PCI6014 ，通過放大器INV-4multi-purpose anti-mixes放大。然后將獲得的信號通過虛擬軟件平臺labview展示和處理的,最后獲得表層溫度場的分布。 兩種磨削方法的磨削溫度特性: 即使磨料粒子離開磨削區(qū),磨削溫度下降仍然緩慢。這是因為陶瓷材料與金屬材料截然不同，陶瓷材料具有儲熱性和較低的導熱性。在切削接觸區(qū)存在最高切削溫度。 Fig.2 Grinding temperature testing scheme 圖2 磨削溫度試驗方案 a) Temperature Acquisition 圖A 溫度的獲得 Workpiece 工件 b)Termocouple Wire 傳感線 磨削層溫度分布: 正如圖3所示。無論是有傳統(tǒng)裝置還是橢圓超聲波振動來驅(qū)動的砂輪,離切削區(qū)距離越近,溫度越高,溫度梯度越大,反之亦然。這兩種溫度相差10至17度，并且在相同的磨削參數(shù)下，溫度梯度很類似。其原因是,在超聲波加工系統(tǒng)下用金剛石砂輪磨削所得到的菱形磨料顆粒的高度比在傳統(tǒng)磨削系統(tǒng)中所獲得的高,因此前有較大的法向前角,較小的磨削力和磨削熱，這就大大降低了磨削溫度。在相同的加工條件下加工相同的材料，溫度的梯度幾乎相同。 Fig.3 Temperature Distribution 圖三，溫度場的分布 Distance to Grinding Surfce[um] 橫坐標：離磨削表層的距離 單位：微米。 Grining Temperature T 磨削溫度 ED 超聲加工磨削 TD 傳統(tǒng)磨削 Grinding condition 超聲磨削條件，AP= 不同加工方法對磨削溫度的影響: 圖4顯示了：對由超聲波震所帶動的金剛石砂輪磨削納米陶瓷材料ZrO2時，磨削參數(shù)對磨削溫度的影響?；貧w分析結(jié)果表明：進給量和超聲功率是影響磨削溫度最重要的因素。砂輪速度和磨削深度都是次要影響因素。其原因是,進給量和超聲波功率對砂輪的形狀影響較大，并且對磨削所得到的菱形磨料顆粒的高度以及金剛石磨粒的鋒利度都有直接影響，實驗結(jié)果如圖4所示。 磨削參數(shù)對磨削溫度的影響: 從圖5可以看出：無論砂輪是由傳統(tǒng)裝置驅(qū)動還是超聲波振動來驅(qū)動，磨削溫度與磨削深度也同樣存在著非線性的關系。正如上述所分析的那樣，當用超聲波來帶動砂輪進加工時，磨削溫度較低。 當磨削深度小于某一小深度時或者稍微達到某一特定深度時，磨削溫度就會快速增加。這取決于陶瓷材料餓脆性。由于陶瓷材料的脆性，陶瓷材料的塑性加工區(qū)域非常小。當材料處于塑性加工狀態(tài)時，陶瓷就會發(fā)生微觀的結(jié)構(gòu)變形，磨削力也會變小。隨著磨削深度的不斷增加，參與磨削的磨料顆粒的數(shù)目也會增加，與此同時，接觸長度也增加，如圖5所示。結(jié)果，磨削力增加，磨削溫度很快升高。隨著脆性斷裂和塑性剪切切削機理的綜合性能餓出現(xiàn)，磨削力就會下降；隨著磨削深度的增加，脆性斷裂的程度也增加，由磨削力增加而引起的磨削溫度的變化也趨于穩(wěn)定。 當工作臺速度較高時，磨削深度越深，磨削溫度增長的越快，,磨削燒傷越容易發(fā)生。因此，在相同的加工條件下，對于避免磨削燒傷和保證磨削質(zhì)量而言，選擇合理的磨削深度、進給速率都是很有意義的。 隨著磨削速度的增加，單一磨料顆粒的最大切削厚度就會減小。磨削速度的增加可能會增加加熱功率。實驗結(jié)果表明,隨著磨削速度的增加最高溫度也增加。這兩方面的影響導致了磨削能量和特定的磨削能量保持不變或小幅的變化。因此磨削溫度的變化并不明顯。增加砂輪的轉(zhuǎn)速可以明顯降低磨削力，并且磨削溫度也不會顯著增加，因此，在一定范圍內(nèi)提高砂輪轉(zhuǎn)速對加工陶瓷材料是有益的。 隨著工作臺轉(zhuǎn)速的不斷提高，單一磨料顆粒的切削厚度就會相應的減小。磨削力和磨削能就會明顯增加，最終磨削溫度升高。 總結(jié): 由超聲波振動驅(qū)動的磨削其磨削溫度比由普通磨削裝置驅(qū)動的磨削溫度低了將近15度，但是溫度場幾乎相同。進給量和超聲功率是影響磨削溫度最重要的因素。砂輪速度和磨削深度都是次要影響因素。隨著磨削速度的增加，磨削溫度的變化并不明顯。隨著工作臺轉(zhuǎn)速的不斷提高，磨削溫度也升高。 參考文獻 【1】 趙波、高國富等著.金剛石與磨料（英文版）.第6版55-60頁.中國.2008. 【2】 劉傳紹、趙波、焦峰.等著刀具（英文版）.第40版6-9頁.中國.2006. 【3】 趙波、高國富等著.現(xiàn)代磨削技術.中國工業(yè)出版社.2003. 【4】 焦峰、趙波等著.智能電腦在工業(yè)中的應用.第29版130-136頁.2007. 【5】 薛進學，趙波，焦峰.金剛石與磨料（英文版）.第9版28-34頁.中國.2009. 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目名稱 珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)設計 學生姓名 李亞敏 專業(yè)班級 機制本09-3班 學號 320904010303 一、? 選題的目的和意義： 目的： 一、鍛煉自己的綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，以深化對知識的了解，并開闊眼見。 二、樹立正確的設計思想，設計構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。 三、使自己熟練使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書等工具，加強數(shù)據(jù)處理，編寫技術文件等方面的實際操作能力。 四、養(yǎng)成向老師、工人、和技術人員虛心學習的基本工作態(tài)度。 意義：隨著科學技術的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟各部門所需求的多品種、多功能、高精度、高品質(zhì)、高度自動化的技術裝備的開發(fā)和制造，促進了先進自找技術的發(fā)展。磨削加工技術是先進制造技術中大的重要領域，是現(xiàn)代機械制造業(yè)中實現(xiàn)精密加工、超緊密加工最有效、應用最有效的基本工藝技術。資料表明磨削加工約占機械加工的30%-40%。在金屬切削機床的11個大類中，磨床的品種規(guī)格是最為繁多的一的一類。 因此此作為一名即將畢業(yè)的大學生，我認為有必要深入了解這一有效的基本加工工藝，加深、鞏固專業(yè)知識，為以后的再深造作好準備。 二、? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述： 國內(nèi)：18世紀中期出現(xiàn)第一臺外圓磨床，用石英石、石榴石等天然磨料敲鑿成磨具，進而用天然磨料和粘土燒結(jié)而成，隨后又研制成功平面磨床，應用磨削技術逐漸形成。1901年以后，相繼發(fā)明人工熔煉的氧化鋁(剛玉)、碳化硅磨料。20世紀40年代末期，人造金剛石問世。1957年研制成功立方氮化硼。超硬磨料人造金剛石砂輪與立方氮化硼砂輪的應用及磨削技術的發(fā)展，使磨削加工精度及效率不斷提高，磨削加工應用范圍不斷擴大。我國對高速磨削的研究已有多年歷史，在70年代末期便進行了80mm/s、120 mm/s的磨削工藝實驗；前幾年，也計劃開展250 mm/s的磨削研究。 國外：當今高速高效磨削、超高速磨削在歐洲、美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展很快，比如德國的Aachen大學、美國的Connecticut大學等，有的在實驗室完成了速度為250 mm/s、350 mm/s、400 mm/s的實驗。據(jù)報道，德國Aachen大學正在進行目標為500mm/s的磨削試驗研究。在磨削方面，日本已有200mm/s的磨床在工業(yè)中應用。 三、畢業(yè)設計（論文）所采用的研究方法和手段： 1.查閱圖書相關資料。 2.根據(jù)相關主題通過搜索引擎取得相關資料。 3.通過工業(yè)期刊閱覽室參閱相關期刊. 4.向老師請教一些難點,疑點。 5.在設計過程中與同學們討論遇到的問題。 6.分時段分任務完成。 四、主要參考文獻與資料獲得情況： 1.李伯民，趙波編著.現(xiàn)代磨削技術.北京：機械工業(yè)出版社,2003 2.王紹俊主編.機械制造工藝設計手冊.哈爾濱工業(yè)大學出版社,1984 3.上海市金屬切削技術協(xié)會編.金屬切屑手冊（第二版）.上?？茖W技術出版社,1982 4.機械工程手冊編輯委員會、電氣工程手冊編輯委員會.機械工程手冊（第二版）.機械工業(yè)出版社，1995 5.王先逵編著.機械制造工藝學.北京；清華的大學出版社，1989 6.機械設計委員會.機械設計手冊.機械工業(yè)出版社,2007 7.劉子旭。陶瓷磨削機理.磨床與磨削.1988 五、畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明）： 第1周~第4周：查閱資料，整理有關珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)的所有資料，包括珩磨的發(fā)展、應用及現(xiàn)狀；珩磨機珩磨頭的具體結(jié)構(gòu)等，并撰寫實習報告和開題報告。 第5周~第6周：查找各種有關珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)的外文文獻，選取最接近的文獻進行翻譯，同時加深對珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)的理解。 第7周~第10周：接受計資料和手冊中期檢查，查找相關設，根據(jù)給定的設計參數(shù)，按照有關的設計要求和順序進行具體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)計算及其他有關參數(shù)的選配，繪制部分零件圖及總成草圖。 第11周~第13周：對設計草圖進行修改，進行相關校核，完成設計圖紙及說明書初稿。 第14周~第15周：檢查上交說明書和圖紙。 六、指導教師審批意見（對選題的可行性、研究方法、進度安排作出評價，對是否開題作出決定）： 指導教師： （簽名） 年 月 日 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 摘 要 珩磨加工是一種具有廣泛前途的切削技術，它不僅是一種能提高表面粗糙 度的加工方法,而且成為能夠快速可靠地去除一定的余量、提高表面粗糙度和精度 的一種半精加工和精加工的工藝方法.珩磨不需要特殊的條件就能使零件獲得精確 的尺寸、幾何精度、良好的表面質(zhì)量和高的使用壽命,因而很快地推廣應用于船舶、 軸承、軍工和工程機械等制造業(yè)中。由于近幾年對大型零件的需求不斷增加，進 而對珩磨頭的結(jié)構(gòu)設計提出了新的需求。本畢業(yè)設計正是從實際使用出發(fā)，進行 珩磨機珩磨頭的設計。 本設計是對珩磨頭的結(jié)構(gòu)設計,首先通過實習認識了解珩磨機的工作原理， 清楚其結(jié)構(gòu)組成；然后重點觀察現(xiàn)有珩磨頭的結(jié)構(gòu)，對特定型號的珩磨機掌握其 運動參數(shù)的選擇原則、油石個數(shù)的選擇及分布原理、漲錐的設計技術要求以及進 給機構(gòu)的運動裝置等；最后了解現(xiàn)有珩磨頭結(jié)構(gòu)的缺點，確定對大孔加工所用珩 磨頭的總體方案。 其次利用設珩磨頭結(jié)構(gòu)的設計原理對各個具體零件進行詳細的設計，然后對 個別零件進行校核，使設計出的結(jié)構(gòu)可確保磨削可靠運行，在此基礎上完成了本 畢業(yè)論文的寫作。最后繪制整套的裝珩磨頭結(jié)構(gòu)的裝配圖和零件圖。 通過對本課題珩磨頭的結(jié)構(gòu)設計，使書本知識和理論與實際生產(chǎn)相結(jié)合，加 強了對機械零件、機械制造工藝學以及現(xiàn)代磨削技術等相關專業(yè)知識的理解，使 自己能運用書本知識設計出基本符合生產(chǎn)要求的零部件。在論文中我充分地運用 了大學期間所學到的知識。進行了研究，鞏固和深化，達到了預期的設計意圖。 關鍵詞：珩磨頭；漲錐；進給機構(gòu)；油石； 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 THE STRUCTURE DESIGN OF THE HEAD OF A MACHINE HONING ABSTRACT Honing processing is a kind of extensive promising cutting technology，It is not only a kind of surface roughness can improve the processing method, and be able to quickly remove certain allowance reliable, improving the surface roughness and the precision of a half finishing and finishing process method. Honing don't need special conditions can make parts get precise dimensions, geometric accuracy and good surface quality and high service life ， so quickly applied on ships, bearing, military, and engineering machinery and other manufacturing industries. Because of the large parts in recent years, and the increasing demand for honing the structure design head puts forward new requirements. The graduation design is starting from the actual use, honing head design machine honing. This design is the structure design of head honing，first ， through internships understanding the working principle of honing, clear machine and its structure is composed; Then the key observe the structure of the existing honing，and master the models of the motion parameters selection for head of honing machines principle in particular, the selection and oil-stone number distribution principle, the design technology requirements up cone and the movement to institutions into devices; Finally understand the shortcomings of existing honing , determine the head of structure of large hole processing the overall scheme of honing head used. Secondly using the design principle of the head detailed design each structure of specific parts. Then, checking the individual parts of designed structure can ensure grinding reliable operation. Based on this completed this graduation thesis writing. 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 Finally draw full sets of outfit honing the head structure of spare parts and assembly drawing. Through this project structure design of honing head, make text-book knowledge and theory combining with practical production, Strengthening the understanding of the mechanical parts, mechanical manufacturing technology and modern grinding technology and related professional knowledge understanding. Make me to use the book knowledge designed with production requirements of the basic components Make me to use the book knowledge to design the basic components with production requirements. In the paper, I fully using university period the knowledge I have learned，then Studied, strengthening and deepening, to achieve the expected design intent. KEY WORDS: Honing head; feeding institutions; Rise cone; oil-ston; 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 目錄 前言 .I 1 課題研究的目的及意義 .I 2 國內(nèi)外研究狀況 .I 3 課題研究基本設計思路和研究手段 II 4 論文結(jié)論和成果形式 IV 第一章 精整加工技術 1 1.1 精整加工的范疇和特點 .1 1.2 精整加工機理 .1 第二章 普通珩磨 3 2.1 珩磨加工原理 .3 2.2 珩磨加工的特點 .6 2.3 珩磨的切削過程 .7 2.4 珩磨頭的結(jié)構(gòu)形式 .8 第三章 珩磨頭結(jié)構(gòu)的設計 13 3.1 珩磨油石的選擇 .13 3.2 珩磨頭基體結(jié)構(gòu)設計 .20 3.3 漲錐（微調(diào)錐芯）設計 .23 3.4 導向裝置設計 .25 3.5 手動進給裝置的設計 .25 第四章 珩磨用量的選擇 28 4.1 切削速度與網(wǎng)紋交叉角 .28 4.2 珩磨油石壓力 .30 4.3 擴漲進給速度的選擇 .32 4.4 工作行程的計算與調(diào)整 .32 4.6 珩磨前工序要求 .34 4.7 珩磨液的選擇 .34 第五章 珩磨頭結(jié)構(gòu)薄弱零件的校核 37 5.1 零件 3 圓柱銷扭轉(zhuǎn)強度的校核 .37 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 5.2 零件 11 六角頭沉頭螺釘強度的校核 .38 結(jié)束語 41 致謝 42 參考文獻 43 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 前言 1 課題研究的目的及意義 本課題要求設計珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)，隨著科學技術的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟 各部門所需的多品種、多功能、高精度、高質(zhì)量、高度自動化的技術裝備的開發(fā) 與制造，促進了先進制造技術的發(fā)展。磨削尤其是珩磨加工技術是先進制造技術 的重要領域，是現(xiàn)代機械制造業(yè)中實現(xiàn)精密加工、超精密加工最有效、應用最廣 泛的工藝技術之一。 該課題的目的在于：一、鍛煉自己的綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術 問題的獨立工作能力，以深化對知識的了解，并開闊眼見。 二、樹立正確的設計思想，設計構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序 規(guī)范和方法。 三、使自己熟練使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書等工具，加強 數(shù)據(jù)處理，編寫技術文件等方面的實際操作能力。 四、養(yǎng)成向老師、工人、和技術人員虛心學習的基本工作態(tài)度。 意義：隨著科學技術的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟各部門所需求的多品種、多功能、 高精度、高品質(zhì)、高度自動化的技術裝備的開發(fā)和制造，促進了先進自找技術的 發(fā)展。磨削加工技術是先進制造技術中大的重要領域，是現(xiàn)代機械制造業(yè)中實現(xiàn) 精密加工、超緊密加工最有效、應用最有效的基本工藝技術。資料表明磨削加工 約占機械加工的 30%-40%。在金屬切削機床的 11 個大類中，磨床的品種規(guī)格是最 為繁多的一的一類。 因此此作為一名即將畢業(yè)的大學生，我認為有必要深入了解這一有效的基本 加工工藝，加深、鞏固專業(yè)知識，為以后的再深造作好準備。 2 國內(nèi)外研究狀況 國內(nèi)：磨削加工技術是利用磨粒去除材料的加工方法。用磨料去除材料的加工 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 I 是人類最早使用的生產(chǎn)工藝方法。18 世紀中期出現(xiàn)第一臺外圓磨床，用石英石、 石榴石等天然磨料敲鑿成磨具，進而用天然磨料和粘土燒結(jié)而成，隨后又研制成 功平面磨床，應用磨削技術逐漸形成。1901 年以后，相繼發(fā)明人工熔煉的氧化鋁 (剛玉)、碳化硅磨料。20 世紀 40 年代末期，人造金剛石問世。 1957 年研 制成功立方氮化硼。超硬磨料人造金剛石砂輪與立方氮化硼砂輪的應用及磨削技 術的發(fā)展，使磨削加工精度及效率不斷提高，磨削加工應用范圍不斷擴大。解放 前，我國磨床工業(yè)及磨料工業(yè)幾乎一片空白。上海亞中機械廠（今上海第三機床 廠）于 1944 年制造出我國第一臺外圓磨床。解放后，我國相續(xù)建立了現(xiàn)代化的磨 床、磨料、磨具制造廠及專業(yè)研究所，造就了一大批從事磨床設計制造、磨床磨 具研究、制造專業(yè)的?？茖W技術隊伍。1995 年以前，試制并生產(chǎn)了黑、綠色碳化 硅和白、棕色的剛玉，陸續(xù)開發(fā)了各種磨具。1963 年成功合成出我國第一顆人造 金剛玉，1966 年投入批量生產(chǎn)。接著 1967 年研制成功立方氮化硼，1974 年投入 批量生產(chǎn)。我國對高速磨削的研究已有多年歷史，在 70 年代末期便進行了 80mm/s、120 mm/s 的磨削工藝實驗；前幾年，也計劃開展 250mm/s 的磨削研究。 國外：當今高速高效磨削、超高速磨削在歐洲、美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達 國家發(fā)展很快，比如德國的 Aachen 大學、美國的 Connecticut 大學等，有的在實 驗室完成了速度為 250 mm/s、350 mm/s、400 mm/s 的實驗。據(jù)報道，德國 Aachen 大學正在進行目標為 500mm/s 的磨削試驗研究。在磨削方面，日本已有 200mm/s 的磨床在工業(yè)中應用。 3 課題研究基本設計思路和研究手段 1.基本設計思路 根據(jù)設計題目的要求，查閱相關資料，抓住一個月的實習機會，了解觀察現(xiàn) 有珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)，了解其不足之處并與自己的設計要求相結(jié)合，培養(yǎng)感性 認識，并整理實習筆記，為后期設計奠定基礎。充分利用學?，F(xiàn)有資源，在工程 訓練中心觀察現(xiàn)有超聲珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)，并向老師請教其工作原理及相關零 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 II 部件的性能、工作要求等。 實習后整理資料，擬定設計步驟，第一步：弄清楚設計要求，第二部：由珩 磨加工特點及原理——珩磨油石——珩磨頭的結(jié)構(gòu)形式等基本資料弄清楚之后， 再從油石的選擇珩磨基體設計——漲錐設計——導向裝置設計——油石的選擇— —油石座的設計——進給機構(gòu)的設計開始設計；第三步：選擇珩磨用量,切削用量 ——網(wǎng)紋交叉角——油石工作壓力——擴漲進給速度——加工余量及越程量等； 第四步：對設計結(jié)構(gòu)的薄弱零件進行校核。 2.擬采用的途徑（研究手段） 1.查閱圖書相關資料。 2.根據(jù)相關主題通過搜索引擎取得相關資料。 3.通過工業(yè)期刊閱覽室參閱相關期刊. 4.向老師請教一些難點,疑點。 5.在設計過程中與同學們討論遇到的問題。 6.分時段分任務完成。 第 1 周~第 4 周：查閱資料，整理有關珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)的所有資料，包括 珩磨的發(fā)展、應用及現(xiàn)狀；珩磨機珩磨頭的具體結(jié)構(gòu)等，并撰寫實習報告和開題 報告。 第 5 周~第 6 周：查找各種有關珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)的外文文獻，選取最接近 的文獻進行翻譯，同時加深對珩磨機珩磨頭的結(jié)構(gòu)的理解。 第 7 周~第 10 周：接受計資料和手冊中期檢查，查找相關設，根據(jù)給定的設 計參數(shù)，按照有關的設計要求和順序進行具體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)計算及其他有關參數(shù) 的選配，繪制部分零件圖及總成草圖。 第 11 周~第 13 周：對設計草圖進行修改，進行相關校核，完成設計圖紙及說 明書初稿。 第 14 周~第 15 周：檢查上交說明書和圖紙。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 III 4 論文結(jié)論和成果形式 1、打印文檔：設計說明書一份； 2、給定文獻的外文翻譯； 3、設計圖紙：裝配圖兩張，零件圖圖紙兩張； 4、電子文檔： 1）總裝圖和零件圖； 2）設計說明書和指定外文翻譯的電子文檔。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 0 第一章 精整加工技術 1.1 精整加工的范疇和特點 1.精整加工的范疇 精整加工是指精加工后從工件上去除極薄的材料層，以提高工件加工精度和 降低表面粗超度的加工方法，精整加工主要包括：超精加工、珩磨加工、超聲波 珩磨加工等。 2.精整加工的特點 精整加工可以獲得比一般機械加工更高的加工精度。其特點是使用高品質(zhì)微 粒磨料制成的固結(jié)磨具油石。微粒保證高的加工精度，要求磨料粒度、模具硬度 和組織保持良好的一致性，要求模具尺寸形狀保持較高的準確性。為了實現(xiàn)各切 削刃軍作微小的切削和高效的切削，要求磨具和工件有較大的接觸面積，因此精 整加工要求有良好的降溫、冷卻和排屑條件。 一般精整加工因固結(jié)磨粒磨具的接觸面積大，為了防止其發(fā)熱和變形、切屑 堵塞磨具，固切削速度遠低于磨削速度。為了不降低加工表面質(zhì)量和加工效率， 一般速度可選小于 100m/min,最高不大于 300 m/min。 精整加工具有特殊的加工形式。為了獲得良好的加工效果，模具與工件的相 對運動比較復雜。諸如交叉切削運動（如珩磨加工）和相對振動切削運動（超精 加工） 。 精整加工所需的磨具不需修整。而是通過壓力進給切削可通過各種加壓方式 進行控制，使其從粗加工到精加工得到自動周期性修銳。 超精加工、珩磨所用油石微刃切削力均勻，可以獲得低粗糙的加工表面。現(xiàn) 超聲波振動磨削及珩磨可以加工凹部及工件內(nèi)表面異形孔，多角形等表面。 1.2 精整加工機理 精整加工是一種選擇壓力作用點的加工方法。當工具與工件在一定寬度上接 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 1 觸，施加壓力后，自動的選擇局部突出的地方加工，故僅切除承受壓力處的材料， 這加工方法使工具與工件分布隨著對方引導而同時逐步提高精度，即使工件多少 存在誤差，由于加工過程中工具上的誤差點也被切除，提高了加工精度，故與一 般強制加工方法不同，可獲得較高的加工精度。由于切削層小，其加工時間需較 長的加工時間。 就起加工精度而言，用細粒度的磨條以一定的壓力壓在旋轉(zhuǎn)的工件上，并在 軸向作往復振蕩進行微量切削的光整加工方法。超精加工一般安排在精磨工序之 后進行，其加工余量很小（一般為 5～8 微米） ，常用于加工各種內(nèi)外圓柱面、圓 錐面、平面、球面等，如曲軸、軋輥、滾動軸承套圈和各種精密零件等。工件經(jīng) 超精加工后，表面粗糙度可達 R0.08～0.01 微米，表面加工紋路由波紋曲線相互 交叉形成，從而易于形成油膜，提高潤滑效果，因此耐磨性較好。由于切削區(qū)溫 度較低，表面層有輕度塑性變形，所以表面帶有低殘余壓應力。超精加工常用的 磨條粒度一般為 W0.5～W28；常用的切削液為 80％左右的煤油加 20％左右的機油， 并經(jīng)嚴格過濾；磨條壓力一般為 0.05～0.3 兆帕；磨條振幅一般為 1～6 毫米；工 件圓周速度一般不超過 700 米／分。若需要提高零件的形狀精度及去掉磨削變質(zhì) 層，必須去掉余量 0.03 毫米左右，此時采取將超精加工分為粗精兩階段，粗加工 時用較粗粒度的磨條、較大轉(zhuǎn)速和磨條壓力，精加工時取較小的值。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 2 第二章 普通珩磨 珩磨是指用鑲嵌在珩磨頭上的油石（又稱珩磨條）對精加工表面進行的精 整加工。又稱鏜磨。主要加工直徑 5～500 毫米甚至更大的各種圓柱孔，孔深與孔 徑之比可達 10 或更大。在一定條件下，也可加工平面、外圓面、球面、齒面等。 珩磨頭外周鑲有 2～10 根長度約為孔長 1／3～3／4 的油石，在珩孔時既旋轉(zhuǎn)運 動又往返運動，同時通過珩磨頭中的彈簧或液壓控制而均勻外漲，所以與孔表面 的接觸面積較大，加工效率較高。珩磨后 孔的尺寸精度為 IT7～4 級，表面 粗 糙 度可達 Ra0.32～0.04 微米。珩磨余量的大小，取決于孔徑和工件材料，一般 鑄鐵件為 0.02～0.15 毫米，鋼件為 0.01～0.05 毫米 。珩磨頭的轉(zhuǎn)速一般為 100～200 轉(zhuǎn)／分，往返運動的速度一般為 15～20 米／分。為沖去切屑和磨粒， 改善表面粗糙度和降低切削區(qū)溫度，操作時常需用大量切削液，如煤油或內(nèi)加少 量錠子油，有時也用極壓乳化液。 珩磨加工是有一種珩磨頭，具有一帶一通道并沿其長度方向延伸的細長體，它 至少包括一側(cè)面開口部分，一可作徑向運動的磨具組件位于側(cè)面開口的通道部分， 它具有一有磨粒制成的徑向外表面和一具有相對于珩磨體軸線成銳角取向的各隔 開表面的徑向內(nèi)側(cè)部分。在磨具組件和珩磨體上的相互可嚙合表面阻止之間產(chǎn)生 相對軸向運動但不阻止之間的相對徑向運動，操作器元件位于通道中可以在其中 作軸向運動，該操作元件具有相對珩磨體軸線成銳角取向的表面部分，其位置可 與磨組件上的內(nèi)表面中的相應表面產(chǎn)生面與面間的滑配合，從而操作器元件相對 磨具組件在一個方向的軸向運動將產(chǎn)生該磨具組件徑向向外的運動。 2.1 珩磨加工原理 1. 珩磨是利用安裝于珩磨頭圓周上的一條或多條油石, 由漲開機構(gòu)（有旋轉(zhuǎn) 式和推進式兩種）將油石沿徑向漲開, 使其壓向工件孔壁, 以便產(chǎn)生一定的面接 觸。同時使珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復運動, 零件不動; 或珩磨頭只作旋轉(zhuǎn)運動, 工件往 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 3 復運動, 從而實現(xiàn)珩磨。圖一珩磨運動及其切削軌跡。 2. 在大多數(shù)情況下, 珩磨頭與機床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動 的 。這樣 , 加工時珩磨頭以工件孔壁作導向。因而加工精度受機床本身精度的影 響較小, 孔表面的形成基本上具有創(chuàng)制過程的特點。所謂創(chuàng)制過程是油石和孔壁 相互對研、互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理類似兩塊平面運動的平板相 互對研而形成平面的原理。 珩磨時由于珩磨頭旋轉(zhuǎn)并往復運動或珩磨頭旋轉(zhuǎn)工件往復運動, 使加工面形 成交叉螺旋線切削軌跡, 而且在每一往復行程時間內(nèi)珩磨頭的轉(zhuǎn)數(shù)不是整數(shù), 因 而兩次行程間, 珩磨頭相對工件在周向錯開一定角度, 這樣的運動使衡磨頭上的 每一個磨粒在孔壁上的運動軌跡不會重復。此外, 珩磨頭每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn), 油石與前一 轉(zhuǎn)的切削軌跡在軸向上有一段重疊長度, 使前后磨削軌跡的銜接更平滑均勻。這 樣, 在整個珩磨過程中, 孔壁和油石面的每一點相互干涉的機會差不多相等。因 此, 隨著珩磨的進行孔表面和油石表面不斷產(chǎn)生干涉點, 不斷將這些干涉點磨去 并產(chǎn)生新的更多的干涉點, 又不斷磨去, 使孔和油石表面接觸面積不斷增加, 相 互干涉的程度和切削作用不斷減弱, 孔和油石的圓度和圓柱度也不斷提高, 最后 完成孔表面的創(chuàng)制過程。為了得到更好的圓柱度,在可能的情況下,珩磨中經(jīng)常使 零件掉頭, 或改變珩磨頭與工件軸向的相互位置。 需要說明的是: 由于珩磨油石采用金剛石和立方氮化硼磨料, 加工中油石磨 損很小, 即油石受工件修整量很小。因此, 孔的精度在一定程度上取決于珩磨頭 上油石的原始精度。所以我們用金剛石和立方氮化硼油石時, 珩磨前要很好地修 整油石, 以確?？椎木取?河南理工大學畢業(yè)設計說明書 4 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 5 2.2 珩磨加工的特點 1.加工精度高：特別是一些中小型的光通孔，其圓柱度可達 0.001mm 以內(nèi)。 一些壁厚不均勻的零件,如連桿,其圓度能達 0.002mm。對于大孔(孔徑在 200mm 以 內(nèi)),圓度也可達 0.005mm, 如果沒有環(huán)槽或徑向孔等,直線度在 0.01mm 以內(nèi)也是 有可能的。珩磨比磨削加工精度高, 磨削時支撐砂輪的軸承位于被珩孔之外, 會 產(chǎn)生偏差, 特別是小孔加工, 磨削比珩磨精度更差。珩磨一般只能提高被加工件 的形狀精度, 要想提高零件的位置精度, 需要采取一些必要的措施。如用面板改 善零件端面與軸線的垂直度 (面板安裝在沖程臂上, 調(diào)它與旋轉(zhuǎn)主軸垂直, 零件 靠在面板上加工即可)。 2. 表面質(zhì)量好：表面為交叉網(wǎng)紋，有利于潤滑油的存儲及油膜的保持。有 較高的表面支承率（孔與軸的實際接觸面積與兩者之間配合面積之比） ，因而能承 受較大載荷，耐磨損，從而提高了產(chǎn)品的使用壽命。珩磨速度低（是磨削速度的 幾十分之一） ，且油石與孔是面接觸，因此每一個磨粒的平均磨削壓力小，這樣工 件的發(fā)熱量很小，工件表面幾乎無熱損傷和變質(zhì)層，變形小。珩磨加工面幾乎無 嵌砂和擠壓硬質(zhì)層。 磨削比珩磨切削壓力大, 磨具和工件是線接觸, 有較高的相 對速度。因而會在局部區(qū)域產(chǎn)生高溫, 會導致零件表面結(jié)構(gòu)的永久性破壞。 3. 加工范圍廣：主要加工各種圓柱形孔：光通孔。軸向和徑向有間斷的孔， 如有徑向孔或槽的孔、鍵槽孔、花鍵孔。盲孔。多臺階孔等。另外, 用專用珩磨 頭, 還可加工圓錐孔, 橢圓孔等, 但由于珩磨頭結(jié)構(gòu)復雜, 一般不用。用外圓珩 磨工具可以珩磨圓柱體, 但其去除的余量遠遠小于內(nèi)圓珩磨的余量。幾乎可以加 工任何材料，特別是金剛石和立方氮化硼磨料的應用。同時也提高了珩磨加工的 效率。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 6 2.3 珩磨的切削過程 1. 定壓進給珩磨:定壓進給中, 進給機構(gòu)以恒定的壓力壓向孔壁, 分三個 階段。 第一個階段是脫落切削階段, 這種定壓珩磨, 開始時由于孔壁粗糙, 油石與孔 壁接觸面積很小, 接觸壓力大, 孔壁的凸出部分很快被磨去。而油石表面因接觸 壓力大, 加上切屑對油石粘結(jié)劑的磨耗, 使磨粒與粘結(jié)劑的結(jié)合強度下降, 因而 有的磨粒在切削壓力的作用下自行脫落, 油石面即露出新磨粒, 此即油石自銳。 第二階段是破碎切削階段, 隨著珩磨的進行, 孔表面越來越光 ,與油石接觸面 積越來越大, 單位面積的接觸壓力下降, 切削效率降低。同時切下的切屑小而細, 這些切屑對粘結(jié)劑的磨耗也很小。因此, 油石磨粒脫落很少, 此時磨削不是靠新 磨粒, 而是由磨粒尖端切削。因而磨粒尖端負荷很大, 磨粒易破裂、崩碎而形成 新的切削刃。 第三階段為堵塞切削階段, 繼續(xù)珩磨時油石和孔表面的接觸面積越來越大, 極 細的切屑堆積于油石與孔壁之間不易排除, 造成油石堵塞, 變得很光滑。因此油 石切削能力極低, 相當于拋光。若繼續(xù)珩磨, 油石堵塞嚴重而產(chǎn)生粘結(jié)性堵塞時, 油石完全失去切削能力并嚴重發(fā)熱, 孔的精度和表面粗糙度均會受到影響。此時 應盡快結(jié)束珩磨。 2. 定量進給珩磨: 定量進給珩磨時, 進給機構(gòu)以恒定的速度擴張進給, 使 磨粒強制性地切入工件。因此珩磨過程只存在脫落切削和破碎切削, 不可能產(chǎn)生 堵塞切削現(xiàn)象。因為當油石產(chǎn)生堵塞切削力下降時, 進給量大于實際磨削量, 此 時珩磨壓力增高, 從而使磨粒脫落、破碎, 切削作用增強。用此種方法珩磨時, 為了提高孔精度和表面粗糙度,最后可用不進給珩磨一定時間。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 7 3. 定壓--定量進給珩磨: 開始時以定壓進給珩磨,當油石進入堵塞切削階 段時,轉(zhuǎn)換為定量進給珩磨,以提高效率。最后可用不進給珩磨, 提高孔的精度和 表面粗糙度。 2.4 珩磨頭的結(jié)構(gòu)形式 珩磨頭的結(jié)構(gòu)對加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大的影響。對珩磨頭的要求是：油 石能在徑向均勻的漲縮，對加工表面的壓力能調(diào)整并保持在一定的調(diào)整范圍；油 石座具有一定的剛度，當被加工孔的形狀誤差（如圓度圓柱度誤差）使油石的壓 力增加時，油石在半徑方向上不至于發(fā)生位移和歪斜；珩磨到最后尺寸時，油石 能迅速縮回，以便珩磨頭從孔內(nèi)退出。 1.通用珩磨頭 通珩磨頭通常用來加工中等孔徑，由磨頭體、油石、油石座、導向條、彈簧、 錐體漲芯組成。當漲芯錐體移動時，油石便可漲開或收縮。珩磨頭為棱圓柱體， 珩磨油石條數(shù)一般為奇數(shù)。油石座直接與進給漲錐接觸，中間不用定銷與過渡板， 結(jié)構(gòu)簡單，進給系統(tǒng)剛性好。 磨頭的外徑尺寸應以被加工孔徑為準，當油石處于收縮狀態(tài)時，磨頭外徑比 被加工孔徑小，以便磨頭進入或退出工件孔；當油石處于最大漲開位置時，磨頭 的外徑至少應等于被加工孔的最終要求尺寸加上油石的極限磨耗量。 有時在磨頭體圓周上嵌有導向條，它與油石相間排列。當磨頭進入工件孔時 起定心作用。此外，它還能防止油石因磨耗不均而導致磨頭偏心。導向條在圓周 上的外徑應比被加工孔的尺寸小 0.1-0.5mm，但比油石收縮時的外徑大，并與油 石圓周同軸。 2.小孔珩磨頭 珩磨直徑為 2-30mm 的小孔時，磨頭與油石座成為一體，使?jié)q芯與磨頭體在整個長 度上為接觸面，以增強剛度。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 8 1).油石珩磨頭適用于加工直線度要求較高、孔徑為 2-30mm 的珩磨頭由兩根 導向條與一根切削油石組成。兩根導向條非對稱分布，寬度大的導向條用來承受 油石產(chǎn)生的徑向力和切向力的合力（合力通過它的支撐面中間）, 防止珩磨頭變 形。窄導向條起輔助支撐的作用，使珩磨頭與孔的接觸狀態(tài)穩(wěn)定，以提高加工精 度。導向條的材料用硬質(zhì)合金或人造金剛石。根據(jù)孔徑大小，導 向條可以做成鑲嵌式或用電鍍法將金剛石微粉鍍在磨頭體上，也可鍍上粗粒 度的金剛石，然后用立方氮化硼砂輪或油石將其磨鈍，使其失去切削能力。 2） ．開軸瓦式珩磨頭。 由兩個半圓性軸瓦構(gòu)成，適用于加工直線度要求較高、有間斷表面的孔。珩 磨頭的徑向擴漲進給是通過楔形漲芯作用于兩個半圓軸瓦的斜面上，縮回是靠軸 向兩端的兩個 o 形彈簧圈的彈力。它可用普通磨料油石粘接于磨頭表面，也可以 用幾根金剛石油石用低熔點的焊條焊接于磨頭表面。油石長度為一般珩磨頭所選 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 9 用油石長度的兩倍。此磨頭用于在磨床上修磨它的切削表面，加工精度穩(wěn)定，切 削效率比單油石珩磨孔高 10％左右，使用壽命長。 3）.可調(diào)整的整體珩磨頭， 在大量生產(chǎn)中用著這種準珩磨頭來加工高精度的孔?？椎男螤钫`差可達 0.5 微米以下，尺寸誤差可控制在 2-3 微米內(nèi)，表面粗超度 Ra 達 0.2 微米。 磨頭體為一整體套筒，兩邊對稱開倆不兩條軸向槽，在其表面上鍍上 0.3- 0.5mm 厚度的金剛石磨粒，磨頭內(nèi)孔為 1:50 錐孔。利用錐孔中的錐形漲芯使整個 磨頭體長生彈性變形而調(diào)整到預定的尺寸。早加工過程中沒有漲縮運動，因此可 以看作是一種成型工具。 使用這種珩磨頭的機床，一般多為立式多軸多工位珩磨機。珩磨頭與主軸間 是剛性聯(lián)接，工件夾具設計成浮動形式。 珩磨頭的運動與一般珩磨頭運動不同，磨頭一方面作旋轉(zhuǎn)運動，一方面徑向 快速接近工件，軸向工作進給（進給速度為 1-1.5m/min）,快速退回。一個工作 循環(huán)即可完成。 3.大孔珩磨頭 主要用于大孔徑的珩磨加工，圖二為大孔條式珩磨頭，凸環(huán) 圖二：大孔條式珩磨頭 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 10 的外徑接近珩磨孔徑。以支撐油石座和承受珩磨切削力，具有較好的剛性。 4.特殊珩磨頭 1).盲孔珩磨頭（如圖三） 盲孔式珩磨頭是珩磨加工工藝中必須使用的一種工具，與珩磨油石配合使用，能 大大提高零件的加工精度和生產(chǎn)效率，具有精度高、可測量等特點?？赏瓿梢话?珩磨工藝和平臺網(wǎng)紋珩磨技術等工作，產(chǎn)品規(guī)格有 φ8 到 φ400 不等，也可根據(jù) 用戶要求制作各種非標準規(guī)格。 超硬材料珩磨油石是機械制造業(yè)中裝在特種磨床---珩磨機上加工各種發(fā)動機 缸體孔、缸套（含薄壁缸套） 、連桿孔以及其它高精密孔等工件的一種先進工具， 它是采用超硬材料（人造金剛石或立方氮化硼）和金屬結(jié)合劑，混合、壓制、燒 結(jié)而成，具有磨消效率高、磨耗小、使用方便、經(jīng)濟效益好等特點，可以滿足高 精度珩磨工藝和平臺網(wǎng)紋珩磨技術的要求，已在汽車、拖拉機、冰箱壓縮機、 縫 紉機、氣動液壓件等行業(yè)廣泛使用。 2）.錐孔珩磨頭 如圖四) 錐形軸 5 與磨頭體 4 通過鍵 2 帶動而一起旋轉(zhuǎn)，同時磨頭體又帶動油石座與 油石作旋轉(zhuǎn)往復運動（錐形心軸不作往復運動） 。因油石座與油石是沿錐形心軸的 錐面上移動的，并且要求錐形心軸在軸向無竄動，因此，工件孔的錐度精度取決 于錐形心軸的錐度。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 11 圖三 盲孔珩磨頭 1-油石；2-導向條；3-擴漲錐心； 4-磨頭體；5-彈簧; 圖四 錐孔珩磨頭 1-彈簧；2-鍵；3-油石和油石座； 4-磨頭體；5-錐形芯； 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 12 第三章 珩磨頭結(jié)構(gòu)的設計 3.1 珩磨油石的選擇 珩磨油石需根據(jù)工件的材質(zhì)、硬度、珩磨孔徑的尺寸、珩磨精度和表面粗超 度、油石的工作壓力及切削效率等選用。珩磨油石必須保證粒度、硬度均勻，不 允許混入粗磨料和雜質(zhì)，并且要求具有一定的彈性和抗壓性能。 珩磨油石的性能及選用也根據(jù)磨料、硬度、粒度、結(jié)合劑、組織及濃度等因 素考慮。 1）.磨料的選用。 磨料是銳利、堅硬的材料，用以磨削較軟的材料表面。磨料有天然磨料和人 造磨料兩大類。按硬度分類有超硬磨料和普通靡磨料兩大類。磨料的范圍很廣， 從較軟的家用去垢劑、寶石磨料到最硬的材料金剛石。磨料是制造每一種精密產(chǎn) 品所必不可少的材料。許多天然磨料，已被人造磨料所代替。 除 金剛石外，天然磨料的性能都不太穩(wěn)定，不過仍有其使用價值。金剛石是硬度最 高的磨料，產(chǎn)地以南非為主，占世界總產(chǎn)量的 95％，其馀為巴西、澳大利亞、圭 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 13 亞那和委內(nèi)瑞拉等地。工業(yè)用金剛石從灰白色到黑色不等，經(jīng)碾碎後可制砂輪、 砂帶、拋光輪和研磨粉等。 磨料的重要性能之一是它的硬度，它必須比待加工材料更硬，常用摩氏硬度 計測定各種磨料的硬度。磨料的另一重要性能是韌性或體積強度?？筛淖冊?磨 料 工 件 材 質(zhì) 剛玉 系列 棕剛玉（A）白剛玉（WA） 單晶剛玉（SA）微晶剛玉 （MA） 碳素鋼、合金鋼、高速鋼、不銹鋼、 滲碳鋼、淬火鋼、鍍鉻鋼、鍍鎳鋼、 碳氮共滲鋼 碳化 硅系 列 綠碳化硅(GC) 黑碳化硅(C) 灰鑄鐵、硼鑄鐵、高磷鑄鐵、球墨 鑄鐵、鋁合金、黃銅、青銅、硬質(zhì) 合金、陶瓷材料及其它非金屬材料 的混合量、純度、粒度和晶體結(jié)構(gòu)等來控制這一性能，以適合于各種應用。 因此要求所選磨料應具有以下基本性質(zhì)：①較高的硬度，一般應高于被加工 材料；②適當?shù)膹姸?，在磨粒切刃還鋒利時能承受切削力而不碎裂，當切刃磨鈍 到一定程度時能局部碎裂而露出新的鋒利刃口；③高溫穩(wěn)定性，在磨削溫度下能 保持其固有的硬度和強度；④化學惰性，與被加工材料不易產(chǎn)生化學反應。 查《金屬切削手冊》第二冊 P12-137 頁，表 12-88 知應選用人造金剛石。 2）.粒度的選用。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 14 顆粒的大小。通常球體顆粒的粒度用直徑表示，立方體顆粒的粒度用邊長表 示。對不規(guī)則的礦物顆粒，可將與礦物顆粒有相同行為的某一球體直徑作為該顆 粒的等效直徑。實驗室常用的測定物料粒度組成的方法有篩析法、水析法和顯微 鏡法。①篩析法，用于測定 250～0.038mm 的物料粒度。實驗室標準套篩的測定 范圍為 6～0.038mm；②水析法,以顆粒在水中的沉降速度確定顆粒的粒度,用于測 定小于 0.074mm 物料的粒度；③顯微鏡法，能逐個測定顆粒的投影面積，以確定 顆粒的粒度，光學顯微鏡的測定范圍為 150～0.4μm，電子顯微鏡的測定下限粒 度可達 0.001μm 或更小。 磨料粒度對加工表面質(zhì)量和加工效率影響很大，選擇時應先考慮在滿足加工 表面質(zhì)量的要求(如表面粗糙度、網(wǎng)紋等)前提下，盡量選取粗的粒度。以提高珩 磨加工效率。對于珩磨加工，一般珩選用 100#～180#，半精珩(或粗精合一)選用 180#～280#，精珩(或拋光)選用 w40 以下。 查機械工程手冊》第二冊 P2-168 頁，表 2.7-3 粒度號及對應工稱尺寸和適 用范圍（GB2477-83）及《金屬切削手冊》第二冊 P12-137 表 12-83，油石粒度選 擇原則，綜合得出選用 粒度號 公稱尺寸 表面光潔度 適用范圍 W20 20-14 11 以上 精磨、螺紋磨、 珩磨、超精加工、 超精密磨削、高精 密磨削、精密磨削、 制造研磨膏、研磨 劑等。 3）.硬度的選用。 油石的硬度是指表層磨粒受外力作用下從磨具表面脫落的難易程度，它與金 屬材料的硬度概念有本質(zhì)的區(qū)別。油石的硬度是磨粒和結(jié)合劑橋受外力的綜合反 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 15 應。在磨削過程中，磨粒逐漸磨損變鈍，磨削力增加，使結(jié)合劑橋形變、裂紋以 至斷裂，被磨鈍的磨粒自動脫落，露出新的鋒利的磨粒，這也叫做油石的自銳。 油石自銳和鈍化，是通過一定硬度級的油石與特定的工件材料在即定的工藝條件 下進行磨削時所表現(xiàn)出來的磨削現(xiàn)象。 當珩磨硬度較高的材料時，油石磨粒容易磨鈍，需要被磨鈍的磨粒較快地自 動脫落，以油石自銳，所以應采用較軟硬度油石。反之，珩磨硬度較低的材料時， 磨粒不易磨鈍，把持磨粒的結(jié)合劑不易過早的破裂，所以就要采用較硬的油石， 使磨粒一直堅持到磨鈍為止。如果油石硬度選擇過硬，在磨削過程中會出現(xiàn)堵塞 和粘屑現(xiàn)象。如果油石選擇的過軟，則磨粒未能發(fā)生磨削作用時，結(jié)合劑橋就斷 裂或破碎，造成油石使用壽命降低。 油石硬度選擇應根據(jù)被加工零件的硬度、珩磨效率和珩磨余量等條件合理選 用，同時應考慮油石的自銳性和使用壽命。一般加工材料硬度高，珩磨余量大或 大孔徑珩磨時應選用較軟的油石，而材料硬度低，表面粗糙度值低時，應選用較 硬的油石。精油石中夾雜有粗顆粒磨料或夾有鐵雜質(zhì)而經(jīng)高溫燒成出現(xiàn)低熔點鐵 斑時,實質(zhì)已產(chǎn)生了高硬度點. 這是一種特殊的硬度不均勻的表現(xiàn),用它來加工時 ,工件易產(chǎn)生劃痕 ,降低表面光潔度,超精油石要求結(jié)構(gòu)比較松,以減少加工中發(fā)熱 和粘鐵屑。而松組織必須帶來低硬度和低強度硬度過高 加工時油石易發(fā)生斷裂組 織過松 不但強度降低 且加工效率和耐用度也會降低再則硬度越低,硬度的均勻性 也越差.顯然與超精油石要求有較高的硬度均勻性相矛盾.雖然國家從二十世紀六 十年代以來投資數(shù)千萬元來攻克超精油石的質(zhì)量和硬度均勻性等關鍵技術 使具有 適應性強、超精性能穩(wěn)定、耐磨率高、自銳性好、加工后工件波紋度穩(wěn)定、粗糙 度極低等優(yōu)良特性,但至今仍未見到任何成功報導。對于超精油石的硬度均勻性 絕大多數(shù)人認為 同一塊油石理想的洛氏硬度最大值與最小值之差為 3---5 度。 這個要求確實是很高的 據(jù)了解 日本廠商生產(chǎn)的超精油石洛氏硬度之差最好的則 在 5 --7 度 一般說 硬度均勻性控制在 10 度左右是可能的 3---5 度不易達到 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 16 差值過大對加工質(zhì)量有顯著影響。 工件材質(zhì) 粗珩磨油石硬度 精珩磨油石硬度 結(jié)合劑類型 K～M D～J 樹脂淬硬合金鋼 F～H D～G 陶瓷 N～Y D～L 樹脂未淬硬合金鋼 H～M D～H 陶瓷 鑄鐵類 M～R J～N 陶瓷 在保證自銳條件下，要求有較高的耐用度。硬度應準確、均一，在一組油石內(nèi) 各點硬度偏差要求在一小級內(nèi)。精密珩磨用油石則要求小于 半小級。如果硬度過 頭，則使用壽命低，表面粗糙度高。一般硬度選用 J-N 為宜。珩磨軟材料應選用 高硬度油石；珩磨韌性大的材料宜選用軟一些；珩磨孔有槽、橫向孔、空刀時， 為保證孔的正確幾何形狀，油石可選硬一些。珩磨油石硬度選擇表。 查《機械工程手冊》第二冊，表 2.8-3 珩磨油石硬度選擇：選取硬度為 ZY2。. 4).結(jié)合劑。 結(jié)合劑主要依據(jù)其自身的性能而定。超硬磨料磨具結(jié)合劑主要有：樹脂結(jié)合 劑、陶瓷結(jié)合劑及金屬結(jié)合劑。樹脂結(jié)合劑（B）結(jié)合劑本身彈性好，有拋光作用， 高溫下結(jié)合劑易燒毀。樹脂磨具自銳性能良好，不易堵塞；一次修整后很少再修 整，磨削效率高，磨削粗糙度低，磨削溫度低，由于樹脂結(jié)合劑磨具的優(yōu)越性能， 其在超硬磨料磨具中使用廣泛。樹脂金剛石磨具用于硬質(zhì)合金刀具及鋼結(jié)硬質(zhì)合 金工件及部分非金屬材料的半精磨、精磨。樹脂立方氮化硼磨具主要用于高釩高 速鋼刀具的刃磨，工具鋼、模具鋼，不銹鋼，耐熱合金剛工件的半精磨、精磨等。 陶瓷結(jié)合劑（V）陶瓷結(jié)合劑強度較高，耐熱性能好，切削鋒利，磨削效率高，磨 削過程中不易發(fā)熱和堵塞，熱膨脹量小，易控制加工精度，且容易修整。陶瓷結(jié) 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 17 合劑磨具一般用于粗磨、半精磨，接觸面積較大的成型磨削，超硬磨料燒結(jié)體的 磨削等。金屬結(jié)合劑（M）金屬結(jié)合劑分青銅結(jié)合劑和電鍍結(jié)合劑兩種。青銅結(jié)合 劑剛性好、強度高，耐磨性好、使用壽命長、形狀保持性好，能承受較大的負荷。 但其自銳性差，容易堵塞發(fā)熱、修整困難。青銅結(jié)合劑金剛石磨具主要用于玻璃、 陶瓷、石材、混凝土、半導體材料和超硬材料等金屬材料的粗、精磨和切割，少 量用于硬質(zhì)合金的粗磨和成形磨削及各種材料的珩磨。CBN 磨具可用于金屬材料 的成型磨削和各種合金剛的珩磨。 珩磨油石的結(jié)合劑主要有四種：陶瓷（A） 、樹脂（S） 、青銅（QT） 、電鍍金屬 （D） 。 陶瓷結(jié)合劑性能穩(wěn)定、不受溫度的影響，但脆性大。普通磨料均可采用這種 結(jié)合劑。 青銅的結(jié)合強度較高，可承受大負荷，壽命長，但只適合磨脆性材料，一般 用于人造金剛石磨料的結(jié)合劑。 電鍍金屬接合劑與青銅結(jié)合性能相似。 因此選擇青銅作為結(jié)合劑。 5）.組織和密度的選擇。 珩磨油石的組織不作特殊要求，按砂輪廠規(guī)定制造。金剛石和立方氮化硼磨 料作的油石，要規(guī)定其濃度。常用 150%、100%、75%、50%四種濃度。高濃度的油 石形狀保持性好。 6）. 珩磨油石的數(shù)量和寬度。 （1）油石數(shù)量的選擇。 珩磨頭上油石的數(shù)量，應根據(jù)工件的孔徑、孔的結(jié)構(gòu)形式和油石在孔的珩磨 過程中能否正常工作來確定。在保證珩磨頭剛性的情況下，油石數(shù)量增多，可以 避免工件形狀對加工精度的影響，還能提高珩磨效率。但也要考慮切削液能否充 分注入和切屑是否易于排除。當工件孔中有鍵槽或有徑向孔時，這時的油石寬度 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 18 必須大于鍵槽寬度和徑向孔的直徑，在此時珩磨頭的油石數(shù)量就應相應減少。 (2)珩磨油石的規(guī)格的選擇 珩磨油石的規(guī)格主要是指油石的形狀和尺寸(長 x 寬 x 高)，一般情況為了使 油石安裝穩(wěn)定選用截斷面為長方形的油石，當珩磨大直徑孔時，可選用截面為正 方形的油石，以便延長油石使用壽命。油石長度的選擇。油石長度 z 的選擇與工 件孔的長度 L 有關，油石過短會降低珩磨效率，油石過長則影響孔的圓柱度。油 石長度選擇可參考公式 Z=(1／3～ 3／4)L。 在不影響珩磨頭剛性的條件下，盡可能采用多根油石，并適當減少油石寬度， 如果能保持油石寬度占孔周長的 0.15-0.28，可獲得較高的珩磨效率，并能減少 孔的變形。當工件孔有幾處薄壁時，應避免各條油石同時處于各局部薄壁位置。 當工件有單、雙槽或橫向孔時，油石的根數(shù)最好采用 5 根以上的奇數(shù)，或油石的 寬度遠大于槽寬，為槽寬或徑向孔徑的兩倍以上。金剛石和立方氮化硼油石的寬 度為普通油石寬度的 1／3--1／2， 查《機械工程手冊》第二冊，表 2.8-6 珩磨油石的數(shù)量和寬度的選擇如下圖 珩磨頭直徑 油石數(shù)量 油石寬度 ＜20 1-4 1-6 20-50 2-6 3-10 50-150 3-8 5-15 150-250 5-10 9-20 ＞250 ＞8 ＞12 綜合考慮各種因素最終選擇:油石數(shù)量為 9；油石寬度為 15mm；油石長度為 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 19 275mm。 3.2 珩磨頭基體結(jié)構(gòu)設計 它是珩磨頭的主體或基礎件，應具有足夠的強度和珩磨油石的利用率，并要 求澆珩磨液容易進入工件。 1).基體的外徑尺寸。 應根據(jù)被加工工件孔徑的大小來確定，被加工孔徑小于 25mm 時，基體外徑應 比被加工孔的基體尺寸小 0.2-0.8mm；被加工孔徑小于 25mm 時，有導向條的珩磨 頭外徑可略小一些。若珩磨頭基體外形做成棱圓柱形，其基體直徑可略大一些。 所以珩磨頭基體的外徑尺寸選取 350mm 2). 珩磨頭基體工作部分長度。 取決于加工孔的長度。深孔珩磨油石長度一般大于 150mm，宜采用二、三節(jié) 漲錐。 綜合考慮后選取珩磨頭基體工作部分長度為 338mm。 3） ．油石槽數(shù) n。 槽數(shù)太多會降低基體強度，槽數(shù)太少，會降低生產(chǎn)效率，且孔的尺寸精度將 受到一定影響。一般按下表選擇。 基體油石槽數(shù)的選擇 摘至《現(xiàn)代磨削技術》 被加工 孔徑 (mm) ＜8 8-16 16-25 25-75 75-200 200-500 基體上 槽數(shù)，n 2 2-3 3-4 4-6 6-12 12-36 結(jié)合第二章所需油石條數(shù)知油石槽數(shù)為 9。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 20 4）.油石槽的長度 L 和寬度 B。 基體上油石的長度和寬度主要取決于油石長度和寬度。油石長度 L 不宜太長 太短，它受工件精度和珩磨效率的限制，油石寬度一般取決被加工孔的大小，以 及孔表面性質(zhì)的影響。 5）.小直徑珩磨頭基體的油水槽圓弧半徑 R 為了便于油石安裝、基體的加工 以及珩磨頭基體的強度，在油石槽兩頭設計兩個圓弧，其圓弧半徑應等于槽寬 B 的一半，即 R=B/2. 6).基體上的冷卻槽。 為了便于小直徑珩磨頭珩磨液的流通和油石的充分冷卻，在基體上銑有軸向 弧形槽，也可在珩磨桿上安裝油石的那一段加工出開角為 40°—50°的方牙螺紋 槽。 由以上的綜合設計出珩磨頭基體的結(jié)構(gòu)如下。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 21 由于加工材料是陶瓷，且珩磨基體已經(jīng)確定，上有制成板，即可做油水槽， 又可做冷卻槽。故油水槽和冷卻槽都無需再開。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 22 3.3 漲錐（微調(diào)錐芯）設計 漲錐是用于支撐珩磨油石座或珩磨油石的，通過它的軸向移動來擴漲或收縮 油石。因此，漲錐必須具有足夠的剛度。珩磨油石收縮至極限時，油石外徑應小 于被加工孔珩磨前的孔徑，以便于進入和退出。珩磨油石極限擴漲量應大于油石 有效磨料厚度。即油石座漲開后的外徑加上油石使用后的報廢尺寸（普通油石 1- 2mm，金剛石油石小于 0.1mm）應等于或略大于珩磨孔徑。 大孔珩磨頭的擴漲或收縮是通過錐芯相對于珩磨油石座下部的錐面或錐體作 軸向調(diào)節(jié)完成的。小孔珩磨頭上的油石或油石座的擴漲或收縮，是依靠錐芯相對 于珩磨油石基體的斜面作軸向運動來進行調(diào)節(jié)完成的。錐芯上的支撐油石的斜面 數(shù)量，應與珩磨頭上基體上的槽數(shù)相等，其等分也應與槽上的等分相吻合，以保 證油石可以順利的裝入珩磨頭基體。斜面角度的一致性，可以確保所有油石擴漲 的一致，對提高珩孔精度，特別是孔的幾何尺寸是大有好處的。 大孔珩磨頭所使用的錐芯斜面角度,除要求錐芯有足夠的強度外，還要保證珩 磨油石在擴漲或收縮至極限時，錐芯仍保留一半油石長度在錐芯錐面上支撐著， 其值可通過計算得出。 錐芯斜面角度的大小，應控制在 2°-3°30′范圍內(nèi)。加工直徑 10mm 以下的 孔時，錐芯斜面角應在 2°-2°30，加工直徑在 10-20mm 孔徑時，錐芯斜面角應 在 3°或 3°30′。 錐芯斜角過小，影響油石快速進給或縮回，影響微量進給，且加工效率低， 油石利用率低。斜角過大時會使油石進給時擴漲過猛，雖能提高效率，但會使擠 壓力、切削熱增多，油石表面容易堵塞切屑，影響正常切削。 綜合考慮后漲錐的結(jié)構(gòu)圖如下。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 23 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 24 3.4 導向裝置設計 為了防止珩磨油進出孔時被破壞，避免絎磨頭上其他零件與被加工表面接觸， 絎磨頭上一般都裝有前導向頭、導向條、后導向套等。 小直徑通孔珩磨，采用前導向頭。 導向條及導向頭外徑應大于或者等于絎磨油石收縮至極限位置時的外徑，小 于被加工孔在珩磨前的最小直徑。 導向的數(shù)量與油石數(shù)量相等，導向條長度每端超出油石 8-10mm，導向條兩端 應有 10X15°倒錐，導向條外徑圓柱度應小于 0.01mm，與工件已加工表面接觸的 導向件材料，采用夾布膠木，與工件待加工表面接觸的導向材料，采用碳鋼，合 金鋼或青銅，導向條采用硬質(zhì)合金。 珩磨頭基本、漲錐等主要零件的材料。珩磨頭基本、漲錐等主要零件要求較 高的強度和硬度，選用 CrWMn、CrMn、9SiCr 或 T8A 材料，要求硬度達到 62HRC。 3.5 手動進給裝置的設計 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 25 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 26 手動進給裝置的工作原理：轉(zhuǎn)動手柄 16，在手柄的帶動下螺紋調(diào)整軸套 17 開始轉(zhuǎn)動，此時有兩種運動的可能：其一，軸承座一移動，然后帶動軸承 25、緊 定螺釘 23、連接板 1 移動，但是由于軸承擋圈 22 和支持軸 20 的存在(與機床床 身相連，在機床運動過程中是相對固定的零件，不會發(fā)生移動)，使得這種運動不 可能發(fā)生。其二，螺紋軸套 17 自身移動，由于緊定螺釘?shù)拇嬖?，使得端蓋 17 和 螺紋軸套 17 連接在一起，一起移動，同時軸承也向下移動，軸承的移動使得傳動 軸 13 也向相同的方向運動，由于傳動軸 13 是穿在連接軸 28 內(nèi)的，所以帶動連接 軸 28 一起移動，而連接軸 28 又是通過螺紋與零件 30 連接桿相連的，所以可將運 動傳遞給零件 30 連接桿，同時連接桿 30 的另一端與漲錐 6 通過螺紋連接，于是 運動就可有連接桿 30 傳遞給漲錐 6，漲錐 6 的移動帶動圓柱銷 3 徑向移動，從而 實現(xiàn)油石的擴漲。 在連接桿 30 靠近漲錐處裝有有彈簧 34，是為了使?jié)q錐的受力面積大，從而 在一定程度上保證油石擴漲或收縮的穩(wěn)定性。珩磨頭的浮動是有 31 滾子實現(xiàn)的， 在進給量，壓力轉(zhuǎn)速等都選定以后，主軸帶動安裝體 12 轉(zhuǎn)動，通過六角頭沉頭螺 釘將運動傳遞給 30 傳動架，由于傳動架 30 與 9 調(diào)整安裝周是通過滾子 31 連接的， 從而實現(xiàn)了珩磨頭的浮動加工。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 27 第四章 珩磨用量的選擇 4.1 切削速度與網(wǎng)紋交叉角 切削速度二是由磨珩頭旋轉(zhuǎn)圓周速度和往復速度二動合成的。它影響到工件 表面質(zhì)量和加工生產(chǎn)率,但是對表面粗糙度