495202697毕业设计(论文)超细长外圆珩磨技术研究.doc
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1、超细长外圆珩磨技术研究摘要:随着科学技术的快速发展,各生产企业对加工效率以及加工质量的要求越来越高。珩磨加工作为精加工的一种有效方法,它不仅能去除较大的加工余量,而且能提高工件内孔或外圆的尺寸、形状精度和降低表面粗糙度,是一种高效的机械加工方法。在珩磨金属材料,特别是难加工材料,如何提高其磨削效率,是珩磨加工技术的一个主要研究内容。本次毕业设计的目的即是进行超细长外圆珩磨系统设计,从而对超细长外圆工件(直径为2870mm,长度可达3000mm)的外圆表面进行珩磨精加工,使其精度等级(尺寸精度等级)和表面质量(表面粗糙度)达到一定要求。本次毕业设计的主要内容包括对车床CA61635000的总体改
2、造设计,其中重点即是对车床CA6163刀架部分的改造设计,外圆珩磨头的改进设计,另外还有珩磨时润滑油路的系统设计,最后通过珩磨时力与扭矩的分析与计算以及外圆珩磨试验并数据处理来进行珩磨机床的性能校核与可行性分析。本次毕业设计遵循参照分析研究的方法,即通过分析内孔珩磨系统,其中包括如何将车床改造成为内孔珩磨机床以及内孔珩磨头的设计,内孔珩磨油路的系统设计等,以此为基础来进行外圆珩磨系统的研究与设计,重点即是对单锥面外圆珩磨头的进一步改进。本次毕业设计的成果包括由车床CA61635000改装而成的超细长外圆珩磨机床工作图(A0),工件保持架装配图(A2),外圆珩磨头装配及其零件图(A2及A4)。本
3、次毕业设计通过珩磨时力与扭矩的分析与计算可得出所改造的外圆珩磨机床动力足够,通过试验并数据处理可得出所设计的外圆珩磨系统满足毕业设计任务书中所要求加工工件的直径范围,并且加工出的工件可达到理想的精度等级与表面质量。因此可得出结论,即所设计的超细长外圆珩磨系统是可行的,能够用于该直径范围内的工件的加工生产。 关键词:外圆珩磨系统;外圆珩磨头;润滑油路;珩磨试验The Experimental Research on Superfine Cylindrical HoningAbstract: With the rapid development of science and technology,
4、 the production enterprises of processing efficiency and processing quality have become increasingly demanding. As an effective method, finishing honing can not only remove the larger allowance, but also improve the hole or cylindrical work piece size, shape accuracy and reduce the surface roughness
5、, so it is a highly efficient machining method. In the honing of metal materials, particularly difficult to machine materials, how to improve the efficiency of its grinding is one of the main research of honing technology. The purpose of this graduation project is a long cylindrical ultra-fine honin
6、g system design, a long cylindrical piece of fine (diameter of2870mm, length up to 3000mm) of the cylindrical surface honing finishing, so that the accuracy level (dimensional accuracy level) and surface quality (surface roughness) meet certain requirements. The main graduation include lathe CA6163
7、5000 for the overall transformation of the design, which focuses on CA6163 lathe tool holder that is part of the transformation of the design, cylindrical honing head of improved design, in addition to honing the system when the lubricating oil design, the final time by honing analysis of force and
8、torque calculation and experiment and data processing Cylindrical Honing machine for checking the performance and feasibility analysis. The graduation project follows the reference method of analysis, which bore honing system by the analysis, including how to be transformed into the lathe and the bo
9、re hole honing machine honing head design, bore honing oil system design, as a basis for the cylindrical honing system research and design, focusing on the single cone is the further improvement of Cylindrical Honing head. The results of graduation from the lathe CA6163 5000, include the conversion
10、into ultra-fine honing machine work long cylindrical map (A0), the work piece retainer assembly drawing (A2), cylindrical honing head assembly and parts diagram (A2 and A4). The graduation project when the force and torque by honing analysis and calculation can be drawn from the transformation of th
11、e cylindrical honing machine enough power and through the testing and data processing can be drawn from the cylindrical honing system designed to meet the graduation requirements of the task book work piece diameter range, and the work piece can be machined to achieve the desired level of accuracy a
12、nd surface quality. Therefore it can be concluded that the design of ultra long cylindrical honing system is feasible and can be used within the scope of the diameter of the work piece processing. Key words: cylindrical honing system; cylindrical honing head; lubricating oil; honing test目 录1 绪论11.1
13、研究、设计的目的及意义11.2 国内外研究现状11.3.1 珩磨加工的特点51.3.2 珩磨加工的工作原理51.3.3 珩磨加工的切削过程71.4 研究、设计方法及理论依据81.5 毕业设计的主要内容92 外圆珩磨系统结构设计102.1 外圆珩磨系统总体方案的设计102.2 车床刀架部分的详细改造设计122.3 珩磨油石142.4 珩磨头的结构形式162.5 外圆珩磨头的结构设计与改进192.5.1 珩磨头结构设计的基本原则192.5.2 两种改进方案的分析比较与优化选择212.5.3 珩磨头总体结构尺寸的确定232.5.4 珩磨头各零部件的选择与设计242.6 珩磨时润滑油路系统设计283
14、外圆珩磨系统可行性分析计算293.1 车床型号的匹配验证293.2 珩磨切削力的分析293.3 珩磨加工力与扭矩的验算303.4 强度校核324 外圆珩磨系统加工性能测试试验334.1 试验目的334.2 试验仪器334.3 试验原始数据处理334.3.1 工件尺寸精度测量334.3.2 工件表面粗糙度测量334.4 数据处理与分析344.4.1 工件尺寸精度344.4.2 工件表面粗糙度354.5 试验结论365 毕业设计小结37参考文献38致谢40附录A:文献综述41附录B:经济性分析441 绪论1.1 研究、设计的目的及意义装备制造业作为制造业的核心组成部分,为国民经济和国防建设提供生产
15、技术装备,是国民经济发展特别是工业发展的基础。建立起强大的装备制造业,是提高中国综合国力,实现工业化的根本保证。本课题即源于装备制造业的生产实际,众所周知:车工怕车杆,这句话反映出车削细长杆的难度。由于细长轴的特点和技术要求,在高速车削时,易产生振动、多棱、竹节、圆柱度差和弯曲等缺陷。因此,细长杆零件的砂带磨削,单边车削或磨削不锈钢细长杆零件,由于刚性差,若不采取相应的措施,往往不能进行加工。就是采取措施,能顺利进行单边车削或磨削加工,也会因横向切削力而使细长杆发生变形,而使被加工细长杆或多或少成为两头直径小、中间直径大的腰鼓形。为彻底改变这种由于加工工艺所带来的较大误差,故可采用一种细长圆杆
16、状外圆珩磨机,它有狭长的床身,床身纵向有导轨。另外,其主轴箱有输出旋转动力的轴,轴上有可卡住细长圆杆件一端的卡具,床身上固定有珩磨主机,珩磨主机上有圆管形导向套,细长圆杆件被主轴箱上的卡具卡住一端后,另一端可从导向套中穿入,导向套管壁有油石座孔,孔中安置有可径向活动的油石座,导向套外有圆筒形内导轨套,内导轨套轴向运动可带动油石座径向活动。使油石贴紧导向套内的圆杆件,以进行珩磨加工。并且,随着科学技术的快速发展,珩磨技术已在制造业的诸多领域得到了应用。例如,珩磨技术在汽车制造业中的应用,尤其是在先进的精密孔加工中的应用。比较典型的应用有发动机缸体、缸套、连杆、齿轮、油泵油嘴、刹车泵、刹车鼓、油缸
17、、转向器、增压器等。珩磨在油泵油嘴行业的应用,生产出来的善能KGM5000系列珩磨机是针对油泵油嘴行业的柱塞而开发的高精度珩磨机,去除量为0.01mm,加工总周期为30秒;圆度0.0005mm;直线度0.0007mm;表面粗糙度Ra 0.06mm,从而实现了完全以珩代磨的目标,从而大大延长了提高了油泵油嘴的性能和寿命,完全达到国家的相关标准。珩磨在齿轮内孔中的应用,现在广泛使用珩磨工艺的汽车齿轮有行星轮、太阳轮、双联齿轮等。此外,珩磨在增压器零件上的应用,根据增压器中间壳的材料和内孔的特殊结构形式,可采用电镀金刚石磨粒套作为珩磨工具,多立轴式结构型式,可以实现在一个循环过程中完成粗加工、半精加
18、工、精加工和去毛刺等多个加工部序,多工位转台可以实现加工过程的自动化,提高工作效率。1.2 国内外研究现状珩磨技术早在20年代初期就在汽车、拖拉机行业得到应用。早期的珩磨,主要用来提高工件的表面粗糙度,效率低,应用范围小。但在生产实践中,人们发现珩磨加工有许多独特的优点,是一种具有广泛前途的切削技术,因而很快地推广应用于船舶、轴承、军工和工程机械等制造业中。如今,珩磨已不再是一种只能提高表面粗糙度的加工方法,而成为能够快速可靠地去除一定的余量、提高表面粗糙度和精度的一种半精加工和精加工的工艺方法。珩磨不需要特殊的条件就能使零件获得精确的尺寸、几何精度、良好的表面质量和高的使用寿命,因而在国外机
19、械制造业的各个领域中被广泛应用,甚至成为某些领域中必不可少的加工手段。近年来,珩磨已成为发动机气缸套、气缸体孔以及工程机械中重要的液压缸等精密偶件孔加工必不可少的工艺技术,通过良好的珩磨,在发动机方面,大大缩短了跑合时间,减少了燃料消耗,避免了孔的拉毛划伤;在液压偶件孔方面,它通过工作表面均匀的油膜,大大提高了偶件间的配合精度,增强密封性能,提高液压系统的稳定性与功率增长。珩磨工艺质量直接影响气缸套、气缸体、液压缸等关键基础件的使用寿命,决定了发动机的大修时间、油耗和尾气排放以及液压系统的稳定性与可靠性。随着工程技术领域对发动机运行机理的深入研究,对珩磨工艺技术提出了更高的要求,由70年代以前
20、单纯追求珩磨工艺获得内壁尺寸高精度的尺寸公差和形位公差,发展到当今,在控制尺寸精度和形位公差的同时,更注重控制珩磨网纹的微观结构(如网纹石墨裸露率、表面金属折皱、波峰与波谷形态等),研究不同珩磨类型的适用性(如镜面和平台网纹等),其中平台网纹以其理想的网纹结构,在大功率、重载、高速类汽车发动机和中、低速船柴发动机中得到普遍重视。在国内发动机气缸套、气缸体以及工程机械液压系统制造业,现普遍采用珩磨技术,但珩磨水平较低,对珩磨工艺参数研究较为松散,珩磨国家标准仅相当于国际70年代水平,对珩磨控制的参数仅有Ra、Rz、tp、Sk等少数几组,而国际先进标准及一些发达的发动机主机厂家根据气缸摩擦副机理研
21、究,提出控制珩磨石墨裸露率等技术要求,现在国际先进的珩磨技术需求石墨裸露率达40,而我国的珩磨技术水平已远远不能满足现代工业,尤其是汽车工业的技术需求。表面粗糙度检测仪器的研究,主要是为适应精密偶件珩磨技术的发展而发展,根据珩磨网纹微观结构,国际先进的检测仪器可检测70种以上参数。通过对这些参数的检测,操作人员或技术人员对珩磨切削参数进行调整,从而获得较为理想的珩磨网纹。著名的检测系统有英国泰勒、德国霍梅尔、德国马尔、日本精工等。这些工艺、检测技术的研发,大大改善了发动机运行性能,延长了发动机的使用寿命,但均存在各自利弊:通过激光珩磨技术,可以获得理想的近似矩形的交叉网纹沟槽,对发动机气缸套、
22、缸体使用寿命、耐磨性、配副性、储油性等大大提高,为目前最理想的加工表面,但工效太低,难以适应发动机大批量生产需求。当前,在发达国家,对珩磨技术方面的研究主要侧重于新型珩磨技术研发,如德国拉格尔公司研制的双向双进给平顶珩磨,德国格林公司最新研制的激光珩磨,美国善能公司新开发的刷珩技术。涮珩为当前国际最新研制的珩磨技术,使表面轮廓的顶部变成圆形,这就意味着表面的储油性能高、切削深度小,与平顶结构相似,但该技术对机床性能有较高要求,且涮磨头的材质还处于试验研究阶段,目前很难获得普及;处于世界领先水平的德国拉格尔公司近几年开发研制出的一种新型珩磨技术,主要对传统珩磨工艺中存在的金属折皱、石墨裸露率低等
23、问题进行了有针对性的技术改进,该技术很好地解决了发动机对气缸套、气缸体孔表面高精度的要求,目前已成为国际先进发动机制造业普遍认可的最为成熟的珩磨技术,并成为今后珩磨技术发展的主流。其存在的缺点是对珩磨操作人员的技能要求较高,高精度的网纹参数工艺设计与诊断完全由操作人员掌握和控制调节,珩磨网纹的加工质量很大程度上取决于操作人员技能高低。如何减少人为影响因素,实现珩磨工艺设计优化、工艺过程智能诊断成为当前发动机制造业科技发展的重要研究课题。珩磨加工是内孔精加工的一种有效方法,现在珩磨已不仅用作高精度要求的最终加工工序,并且还可作为切除较大余量的中间工序,是一种高效、优质的加工方法。在精密深孔珩磨加
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