平面高速研磨机设计开题报告.docx
《平面高速研磨机设计开题报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《平面高速研磨机设计开题报告.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
平面高速研磨机设计开题报告
毕业论文开题报告
机械设计制造及其自动化
平面高速研磨机设计
一、选题的背景和意义
制造业是我国国民的支柱产业，其增加值约占我国国内生产总值的40%以上，振兴制造业是启动我国经济新高潮的杠杆，美国和日本的经验均可资借鉴，而先进的技术是振兴制造业的重要组成部分之一。
研磨是超精密加工中的一种重要方法，其优点是加工精度高，加工材料范围广。
但传统研磨存在着加工效率低，加工成本高，加工精度和加工质量不稳定等缺点。
高速研磨技术是一种既能保证研磨加工精度和加工质量，又能显著提高研磨加工效率，降低加工成本的新研磨加工先进技术。
1.研磨加工现状
研磨是一种重要的精密和超精密加工方法，由于其不断发展完善，定义也在不断地变化。
早年德国的经济加工协会曾给研磨定义为：
研磨是一种加工方法，在工件和工具之间无强制导引，利用研磨剂，在不断变更方向的情况下相互滑动。
这个定义是较为原始的基本定义，没有体现出研磨的特征。
所以，后来有人给研磨有下了定义：
用研磨工具和研磨剂从工件表面上磨去一层极薄的金属，使工件表面达到精确的尺寸、准确的几何形状和很低的表面粗糙度值，这种精密加工的方法，叫研磨。
这个定义强调了研磨的特征，但也限制了加工工件的材料范围，仅指金属似乎不妥。
由于材料科学的进步和发展，非金属材料的大量涌现，其应用日益广泛，所以研磨加工对象也应包括非金属。
因而，研磨可以表述为：
利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。
研磨加工除了加工精度和加工质量高这一特点外，还具有加工材料广，几乎可以加工任何固态材料的特点，正是由于这一特点，研磨加工方法的应用比较早。
在原始社会，人类的祖先就用研磨方法来加工贝壳、骨制品、石器及一些器皿等。
尽管研磨加工效率低，但在当时由于切削刀具材料比较落后，研磨对于这些材料的加工常常是唯一可行的加工方法。
后来，由于切削刀具材料的发展，切削加工因加工效率高而逐渐受到重视，使得切削加工在机械加工领域中所占比例增加，而研磨加工在机械加工领域所占比例一度减少。
但近几年来，随着社会的进步，人们对产品性能的要求日益提高（影响产品性能的主要因素包括其构件的加工精度和加工质量），研磨加工以其加工精度和加工质量高而再次受到了人们的关注。
特别是最近几年信息技术、光学技术的发展，对光学零件不仅要求量增大，而且对其质量、精度都提出了很高的要求，而研磨作为光学加工中一种非常重要的加工方法，起着不可替代的作用。
因此许多人从事着研磨加工技术的研究，其宗旨都是进一步提高研磨加工效率、加工精度，降低加工成本。
目前，国内外研磨加工主要还是采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨。
其特点是加工精度高、加工设备简单、投资少，但是加工精度不稳定、加工成本高、效率底。
正是由于散粒磨料研磨存在一些不足，所以许多学者在研究改进这种研磨加工技术。
有人研究新型研磨液，以改善研磨效果；还有人研究不同磨料和不同材料磨盘的研磨效果，以寻求对应于不同工件的最佳磨料及磨盘。
研磨加工面形范围很广，几乎可以加工任何面形的工件。
对于不同面形的工件，研磨加工方式不同，于是人们针对不同面形的工件探讨了不同的加工方法。
Jeong-DuKim,Min-SeogChoi和TaleoShinmura,ToshioAizawa等人专门研究了圆柱面的研磨加工。
杉浦修等人研究采用磁力研磨法加工圆柱面的研磨机取得了较好的效果。
我国也有一些学者从事圆柱面研磨加工的研究，如天津大学的邓广敏等人专门研究了陶瓷圆柱面的研磨，周俊研究了主轴套管的研磨，朱长茂研究了高精度小轴的研磨加工。
在金属切削加工中，刀具的质量直接影响着被加工工件的质量。
为提高工件的质量，人们对刀具提出了较高的要求，特别是用于精密和超精密加工的金刚石刀具都要采用研磨加工。
因此国内外一些人专门从事刀具研磨加工技术研究，取得了一些进展。
为了提高研磨加工效率，在研磨中不仅一次研磨加工工件的一个表面，而且还可以同时加工工件的两个表面。
于是有人研制出双面研磨机。
日本的ToshirohKaraki-dog等人还研究可双面研磨加工工艺，为双面研磨技术的应用创造了良好的条件。
一些学者专门研究将双面研磨技术应用于加工硅片（集成电路的基片），并成功地应用于生产上。
球面是一种较为常用的曲面，特别是在光学系统中和轴承上，其研磨加工量非常大。
因此有人专门研究了球面研磨加工技术、加工机床及加工机理，取得了很好的效果。
在光学系统中应用非球面元件可以使复杂的系统结构变得较为简单。
它们可以有效地消除像差，提高系统的成像质量。
在多元件系统中，一个非球面元件可以代替两个，有时甚至是三个球面元件，这样就可以大大减小系统的尺寸及质量，提高稳定性，降低成本。
因此非球面研磨加工就显得十分重要。
许多人从事非球面研磨加工技术的研究，并将之应用于生产。
有时还需要对一些特殊曲面进行研磨加工，因此有人专门研究了适合曲面加工的研磨机，而且还有人研究了一些特殊曲面专用研磨加工技术。
由于陶瓷应用日益广泛，研磨是陶瓷精密和超精密加工的一种非常重要的加工，不仅国外有人专门研究陶瓷研磨加工技术，而且我国学者在这一领域也做了许多研究工作。
研磨机是保证研磨加工的重要条件，因此人们专门研究了各种不同的研磨机。
有人还针对不同的工件，研究开发不同的简易专用研磨装置。
为了提高研磨加工效率，人们在研磨加工自动化方面也做了许多工作，从而实现了连续研磨加工。
特别是有人将计算机引入研磨机中，以进行特殊曲面加工。
还有人将监控技术因入研磨加工中，对研磨过程进行监控。
通过这些研究，研磨加工技术水平得到了很大提高。
由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工方法也有很大差别，因此各行各业针对自己的特点，研究出不同工件的研磨加工技术。
黎明机械公司的樊宪林和周丽珠研究了研磨在航空发动机制造中的应用，王汝顺研究了螺纹刀具的研磨，杨成贞研究了小盲孔底端面的研磨，朱目成等研究了木材研磨，武汉工业大学的陈强等人研究了石材研磨加工技术。
他们的研究使研磨加工的领域更加广泛，研磨技术更加完善。
研磨加工后的工件表面精度及质量对其使用性能影响很大，因此有人研究了研磨加工对工件已加工表面精度及质量，甚至使用性能的影响，以保证研磨加工效果。
在切削加工中，刀具的几何参数及切削用量等十分明确，工件切削层的变形较为简单，人们对切削加工机理研究得比较多，因此目前对切削加工的认识也较为全面，并形成了较为完整的切削加工理论。
而对于磨削和研磨加工，由于加工过程十分复杂，从事磨削和研磨加工机理研究的人，相对来说比较少。
以往人们为研究方便，把磨削和研磨的磨粒看成是具有较大负前脚的切削刀具，磨削和研磨过程就是用大量的这种小刀具同时切削的过程。
由于磨粒的大小、形状千差万别，使得人们很难对磨削和研磨过程有一个准确的描述，也很难进行较为深入的研究。
这不仅使从事磨削和研磨加工机理研究的人少，而且使得人们对其加工过程的了解也十分有限。
近年来，磨削和研磨加工的应用日益广泛，人们对磨削和研磨加工的研究也就较为重视。
尽管磨削过程较为复杂，但磨削过程中的磨粒运动和工件运动都是已知的。
而对于普通研磨来说，不仅磨粒的运动是未知的，而且工件的运动也常常是未知的。
这说明研究研磨过程比研究磨削过程更复杂。
考虑到研磨加工量与超精密磨削相当，而且研磨与超精密磨削所用的磨料、所加工的工件材料相近，因此人们常常用超精密磨削机理代替研磨机理。
以往人们对塑性材料的加工机理研究较多，较好地掌握了其加工变形规律，建立了较为完善的加工理论。
但由于材料科学的发展，脆性材料应用日益广泛，因此最近人们较重视脆性材料的加工机理的研究。
他们都以超精密磨削为主要研究对象.特别是有人已将分子动力学,电子理论和量子力学引入超精密加工的微量切削机理研究中,用这些理论分析描述工件加工表面的微观变形规律,为深入探讨研磨机理提供了很大帮助.
也有人考虑到研磨与超精密磨削的区别,在研究超精密磨削的同时,又研究了研磨.还有人专门研究研磨加工过程.这些研究成果为进一步认识研磨机理,更好地利用研磨加工造福于人类奠定了一定的理论基础.
2.研磨技术的新发展
2.1传统研磨特点
目前普遍采用的传统散粒磨料慢速研磨主要优点是加工精度高,但也存在着一些缺点,如:
1）磨料散置于磨盘上,磨盘转速不能太高,以避免磨料飞溅,浪费磨料,因此加工效率低.
2）磨料与从工件上磨下的碎屑混淆在一起,磨料不能充分发挥切削作用,而且为提高加工效率还要经常将磨料与这些碎屑一起清洗掉,这既浪费了能源、又浪费了磨料。
3）磨料在磨盘上是随机分布的，其分布密度不均，造成对工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制；特别是磨料与工件间的相对运动具有随机性，这也增加了工件面形精度的不确定因素，降低了加工精度的稳定性。
4）在研磨加工过程中，磨料相互间既有作用力，又有相对运动，这造成了磨料之间产生切削作用，即磨料磨磨料，加重了磨料和能源的浪费。
5）在研磨过程中，大尺寸的磨料承受较大的压力，而小尺寸的磨料所受到的压力小，甚至不受压力，这使得大颗粒磨料切削深度大，产生的划痕深，影响表面质量，因此为提高工件表面质量，散粒研磨对磨料的尺寸均匀性要求较高。
6）在研磨加工中要严格控制冷却液的流量，以避免冲走磨料，这使得冷却效果变差，容易引起工件升温，造成加工精度下降。
7）在研磨过程中，磨盘产生的磨损影响加工工件的面形精度，这就要求经常修整磨盘，而修整磨盘要求三个磨盘相互对研，既费事麻烦，又对工人操作技术水平要求高。
8）为避免粗研中所用的大颗粒磨料被带到下道精研加工中，影响精研加工质量，要求各研磨工序间要对工件进行严格清洗。
9）污染环境。
10）工人劳动强度大，对工人技术水平要求高。
11）较硬的磨料容易嵌入较软的工件表面内，影响工件的使用性能。
传统的散粒磨料研磨正是因为存在着上述这些缺点，使得其应用受到了一定的限制。
2．2新研磨加工技术
考虑到传统散粒磨料慢速研磨存在的上述诸多缺点，人们努力探索新的研磨加工方法，以解决散粒磨料研磨所存在的问题。
新的研磨加工方法，主要有施加特殊研磨力的研磨，用微粒子冲击去除材料研磨，采用特殊研磨工具研磨，复合研磨等，其分类如下图所示。
振动研磨（含超声波振动研磨）
施加特殊研磨力研磨流体研磨
磁力研磨
弹性发射加工
采用微粒子冲击去除材料研磨非接触研磨
利用电泳动研磨
新研磨加工方法
沙带研磨
液体结合剂砂轮研磨
用特殊研磨工具研磨采用研磨膜研磨
固着磨料研磨
机械化学研磨
复合研磨
电解研磨
新研磨加工方法分类
1）施加特殊研磨力的研磨
（1）振动研磨
振动研磨就是在研磨过程中，使磨料与铬镍钢件的相对运动附加以振动。
其主要目的是提高加工效率。
如在研磨中采用振幅（12-25）µm，频率为（20-50）kHz的超声波振动，可提高加工效率15倍。
目前振动研磨加工技术较为成熟。
另外，对于一些尺寸较小，而数量又较大的零件，有人将其与磨料一起置入一容器内，加以振动，进行研磨抛光。
这种振动研磨机较为简单，而且对只有表面粗糙度要求，而没有面形精度要求的工件非常适合，应用也很广泛。
（2）磁性流体研磨
磁性流体研磨是利用磁性流体本身具有的液体的流动性和磁性材料的磁性以及磁场作用来保持磨粒与工件之间产生相对运动而达到研磨光整工件表面的精加工方法。
其特点：
加工质量好、表面精度高不会在加工表面形成新的加工变质层，适应加工料广，并可用于复杂形面的表面精加工
（3）磁力研磨
磁力研磨也称为磁性磨料研磨，它是将工件置于磁场中，而在磁场中填充着具有磁性的微细磨料，磨料在磁场作用下对工件表面产生压力。
当工件相对磁场存在着相对运动时，磨料对工件表面产生研磨切削作用。
这种加工方法的特点是通过控制磁场强度，而容易控制研磨压力；并且因为是柔性研磨，适合加工工件的形状较为广泛；另外还可以去处较小的毛刺，有利于提高零部件生产加工自动化程度。
2）用微粒子冲击去除材料研磨
（2）弹性发射加工
弹性发射加工是利用微粒子在材料上滑动去除材料。
微粒子以接近水平的角度与材料碰撞，在接近材料表面处产生最大剪断力，既不使其体内的位错、缺陷等发生移动（塑性变形），又能产生微量的“弹性破坏”以进行去除加工。
其去除量可控制在几个至几十个原子级。
表面粗糙度达1nm（RMS,均方根），平面度达λ/20（λ为光带波长）。
（3）非接触研磨
非接触研磨是以弹性发射加工为理论基础的一种加工方法。
顾名思义，就是在研磨中，研磨盘不接触工件。
一般来说，研磨盘在下面，其上是研磨液，而工件是浮在研磨液之上。
当研磨盘转动时，带动研磨液运动，研磨液中的微细磨粒就冲击工件表面，产生研磨作用。
其特点与弹性发射加工相似。
（4）利用电泳动研磨
两个相互不同材料的物体接触时，通常在其界面上引起正负电荷的分离，是两个物体之间产生电位差。
这种正负电荷相对存在的现象叫作界面双电荷层。
分散在研磨液中的磨粒周围也存在这种双电荷层。
当对这个界面施加平行电场时，界面两侧的电荷变向，静电力就改变方向，使电荷产生运动，这叫作界面电动现象。
如对胶态粒子加电场时，所产生的粒子运动现象就叫电泳。
磨粒也存在电泳现象，因此可利用电泳现象进行研磨加工。
上面所介绍的各种新的研磨技术，主要是提高研磨加工质量和加工精度，但绝大部分都没能有效地提高加工效率，特别是降低加工成本方面几乎都没有效果。
这些新的研磨加工方法，仍不能改变传统研磨在人们心中的加工精度高，加工效率低，加工成本高的印象。
本设计是根据目前研磨加工现状，重点采用固着磨料高速研磨方法，设计了平面高速研磨机，这大大地提高了研磨加工精度、加工质量、加工效率及精度的稳定性，并且有效地降低了加工成本。
二、研究目标与主要内容（含论文提纲）
研究目标：
主要内容（含论文提纲）：
本文主要设计的内容如下:
1）开发设计平面高速研磨机的总体结构及其工作原理,进行系统的机械结构设计;
2）平面高速研磨机的传动系统设计;
3）平面高速研磨机的调速系统设计;
4）平面高速研磨机的气动系统设计;
5）平面高速研磨机的控制系统设计,进行系统的硬件设计和软件结构设计;
6）平面高速研磨机固着磨料高速研磨对工件表面性能的影响分析,主要探讨固着磨料高速研磨中一些研磨参数对工件表面性能,如粗糙度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等的影响关系。
7）对平面高速研磨机磨具均匀磨损和工件均匀研磨进行分析。
前言1
第1章高速平面研磨机总体方案设计4
1.1机床的主要技术性能4
1.2机床的总体布局4
1.3高速平面研磨机的传动系统6
1.4气动系统的确定7
1.5控制系统的确定7
第2章平面高速研磨机机械系统设计9
2.1机械系统的功能及性能要求9
2.1.1机械系统的功能9
2.1.2机械系统性能要求9
2.2机械系统的结构设计10
2.2.1主轴的设计10
2.2.2传动系统设计11
2.2.3轴承的选择与安装16
2.2.4箱体的设计17
2.2.5主轴组件17
2.2.6气动压头18
2.3冷却系统的设计19
第3章平面高速研磨机磨具的设计20
3.1磨料的选择20
3.2丸片及其制作22
3.3磨具的制作25
第4章控制系统设计28
4.1对主轴的调速控制28
4.2气动系统的控制32
4.3平面高速研磨机的PLC控制34
第5章磨具均匀磨损理论与工件均匀研磨分析40
5.1磨具均匀磨损理论分析40
5.2工件均匀研磨原理分析43
总结47
致谢48
参考文献49
三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等
研究方法、研究手段、技术路线、实验方案：
平面高速研磨机是研磨中应用最为广泛的研磨机，目前企业中使用的研磨机主要是传统的慢速研磨机，平面高速研磨机还没有广泛地应用，但平面高速研磨发展很快，其应用也日益广泛。
本设计的平面高速研磨机主要用来精磨抛光Φ350mm以下的工件，该机床主要用于研磨加工，在主轴转速和工作压力较低的档次下可进行抛光加工。
机床采用高、低两极气动加紧，由气压系统的电磁阀和时间继电器控制加压循环，机床还备有研磨液和抛光掖的恒温装置和过滤装置，并可实现内、外冷却液或抛光液。
平面高速研磨机示意图
1—下床身；2—主轴组件；3—控制面板；4—上床身；5—压力头；6—摆臂；
7—立轴；8—电动机；9—回水管；10—塑料管；11—冷却泵；12—冷却箱
上图为高速平面研磨机的总体结构布局图。
它主要有上下床身1、4、主轴组件2、立轴7、摆臂6、压力头5、电动机8和变频器、皮带轮、气压系统和冷却系统电气系统等部分组成。
主轴组件装在床身上，立轴上装有摆臂，摆臂上装有压力头了，立轴垂直安装在主轴的后面，装用小型空气压缩机和冷却箱安放在机床的外侧，以减少对机床的震动。
平面高速研磨是采用固着磨料高速研磨固着磨料高速研磨是将散粒的磨料固结起来制成专用的磨具，在高速研磨机上进行研磨的方法。
所用的专用磨平面高速研磨机要求高稳定的机床结构，即个部件尺寸稳定性好，刚度高，变形小，结构的抗振减振性能好。
4、参考文献
[1]杨建东，田春林等．高速研磨技术．北京：
国防工业出版社，2003．
[2]张建民等．机电一体化系统设计．北京：
北京理工大学出版社，2002．
[3]邓星钟．机电传动控制．武汉：
华中科技大学出版社，2003．
[4]杨黎明，王智相等．机电一体化系统设计手册．北京：
国防工业出版社，1997．
[5]李福生．数控机床技术设计手册．北京：
北京出版社，1996．
[6]王忠茂．常用调速设备技术手册．北京：
机械工业出版社，1994．
[7]毛谦德，李振清等．机械设计师手册．北京：
机械工业出版社，1994．
[8]金令诚．研磨．北京：
机械工业出版社，1985．
[9]杨建东等．超精密加工技术．长春光机学院学报，1998Vol．21101~1．3
[10]袁哲俊等．精密和超精密加工技术．北京：
机械工业出版社，1999．
[11]杨建东．不等磨料密度固结磨料磨具研磨．机械制造与机床，1998．1
[12]庞滔等．超精密加工技术．北京：
国防工业出版社，2000．
[13]孙家枢．金属的磨损．北京：
冶金工业出版社，1992．
[14]N．JBrown．SomeSpeculationontheMechanismsofAbrasiveGrindinganPolishing,precisionEngineering．1987．Vol1．9,No．3
[15]Y．Mori．MechanismofAtomicRemovalinEmissionMachining,PrecisionEngineering．1998．Vol．10,No．1
五、研究的整体方案与工作进度安排（内容、步骤、时间）
首先查阅各类中外文资料，通过大量的阅读，并且加入自己的理解和研究，完成外文翻译、文献综述和开题报告这些论文的前期工作。
然后在其他人的分析和研制的基础上，再加以改进和研究，从而完成轮式装载机及其运动模拟设计等工作并进行性能校核，最后进行整理和不断修改完善，完成论文的整体工作。
具体的工作进度时间安排如下：
12月选题
12月中旬老师下达毕业生论文任务书
12月下旬明确论文写作要求，安排写作时间进度，开始资料的查阅。
2月到4月中旬实习期间：
1、与指导老师保持联系，多次与指导老师见面，指导2-3次。
2、3月份初期完成开题报告，外文翻译，文献综述。
3、撰写论文初稿和修改。
5月底回校，继续撰写毕业论文，指导老师指导2-3次。
六、研究的预期目标及主要特点及创新点
本平面高速研磨机就属于高性能的研磨机，采用变频器进行调速，采用PLC对系统进行控制，实现自动化和智能化。
设计研磨磨具充分利用研磨中工件的运动，在研磨加工的同时，借助工件对磨具产生的磨损，主动控制模具磨损，使磨具磨损后不丧失原有的面形精度，从而避免修整磨具的麻烦。
要求具有高精度、高效率、操作灵活、使用方便、绿色无污染等特点。
升级会员 