毕业设计(论文)珩磨机双进给主轴设计.doc
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1、学 号0610111117 毕 业 论 文(设计)课 题 : 珩磨机双进给主轴设计 学生姓名 : 系 别 : 机械工程系 专业班级 :06机械设计制造及其自动化指导教师 : 二0 一 0年 五 月目 录第一章 绪论11.1引言 11.2珩磨技术的发展状况 11.3论文研究的背景和内容 21.3.1技术背景 21.3.2研究内容 2第二章 珩磨机液压伺服系统的基本原理42.1 珩磨加工的原理与特点42.1.1 珩磨加工的原理简介 42.1.2珩磨加工的特点 42.2 液压伺服系统的工作原理 6第三章 方案设计93.1 工艺方案的拟订 93.2 主轴的直线往复运动方案设计 93.2.1 方案的提出
2、 93.2.2 方案的比较 93.2.3 方案的确定 103.3 珩磨头油石径向进给运动方案设计 103.3.1 方案的提出 103.3.2 方案比较 103.3.3 方案确定 113.4 主轴回转运动方案设计 113.4.1 方案的提出 113.4.2 方案比较 113.4.3 方案确定 123.5 变频电机原理简介及其选择 123.5.1 概述 123.5.2 异步电动机调速的原理及方法 123.5.3 变频调速的控制方式143.5.4 电机的选择 15第四章 珩磨机主轴的设计计算164.1 轴的种类和特点 164.2 轴的材料选取 164.3 轴的设计与校核计算 17第五章 珩磨机主轴往
3、复运动仿真分析205.1 仿真方法简介 205,2 速度特性分析 215.2.1 M向运动分析215.2.2 N向运动分析225.3 速度特性的补偿245.3.1 开环系统的补偿 245.3.2 闭环系统的补偿 245.3.3 结论 25第六章 双进给主轴珩磨机的应用266.1 双进给主轴珩磨机的优点 266.2 其他常见的珩磨技术 266.2.1 激光珩磨技术 266.2.2 刷珩磨 28结论 30参考文献 31致谢辞 32插图清单 图2-1 珩磨件内孔表面形状5图2-2 常见内孔加工中的缺陷6图2-3 珩磨机液压伺服系统原理图7图3-1 珩磨头简图10图3-2 推杆的运动简图11图4-1
4、二级传动轴18图4-2 一级传动轴18图5-1 主轴往复运动机构简图20图5-2 液压回路简图21图5-3 不同负载力的速度比曲线23图5-4 速度反馈补偿方框图25图 6-1气缸的磨损曲线27图6-2 珩磨前后的工件表面质量29图6-3 传统珩磨与刷珩磨的对比29珩磨机双进给主轴设计摘 要毕业设计的论文阐述的是针对珩磨头采用分体式结构的珩磨机双进给主轴系统的设计。在论文中,首先,介绍了内孔珩磨原理,珩磨油石及珩磨头结构,珩磨工艺参数的选择等;接着,详细论述了液压伺服系统的工作原理、方案设计和传动系统中二级传动轴的设计及仿真运动分析。该设计的意义在于:同道工序中不停机实现粗精磨两次进给,使粗精
5、磨两种珩磨切削性能一致,从而保证了珩磨网纹的整齐清晰,获得理想的珩磨表面微观结构。目前,珩磨普遍采用的是一次进给珩磨头,采用此类珩磨头只能在一次进给过程中实现砂条涨缩,因此,对加工像发动机汽缸套等一些表面质量要求较高的场合,需要采用两道工序(粗精磨)来实现。而本设计中的双进给珩磨头将解决由两道工序加工所引起的缺陷。这个显著优势将使它获得长足的发展和广泛的应用。关键词:分体式、双进给、液压伺服系统、二级传动轴、不停机、粗精磨A design of Dual Feed Spindle of honing machineAbstractThe thesis deal with a design of
6、 Dual Feed Spindle of honing machine whose head structure is split.The first part of the paper introduces the principles of the hole honing, the structure of honing whetstone and honing head, the selection of honing technical parameters and so on.; then discusses in detail the working principle、prog
7、ram design of hydraulic servo system , the design of two shaft and analysis of simulation exercise in transmission. The significance of this design is to ensure the neat and clear of the honing to achieve an ideal surface of honing by non-stop among the same working procedure to achieve coarse, fine
8、 grinding which two cutting is the same.At present, the honing is a widely used one-time feed honing head, which can only achieve article sand rise and reduction in one course of feed. therefore, when requires high surface quality such as engine cylinder, we need to use two processes (rough 、fine gr
9、inding) to achieve。Dual Feed honing head in the design will solve the defects caused by the two machining processes. This will give it a significant advantage of rapid development and wide application.Keywords:Split; Dual feed;Hydraulic servo system;The secondary drive shaft; Non-stop; Rough and fin
10、e grinding第一章 绪论1.1 引言珩磨加工是利用可涨缩的磨头使珩磨头压向工件表面,以产生一定的接触面积和相应的压力,在适当的珩磨液压力下,珩磨条对被加工表面作旋转和往复进给的相对综合运动,从而达到改善表面质量,改善表面应力状况和提高被加工零件精度的目的,是一种多刃切削的精加工方法。近几年来,由于珩磨技术的发展,如人造金刚石和立方氮化硼等超硬磨料的应用,把珩磨技术推向一个新的阶段。现在珩磨已不仅用作高精度要求的终加工工序,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。本文所介绍的珩磨机采用的是一种双进给实时检测珩磨头,这种珩磨可以在工作过程中不停机实现粗精磨两次进给,
11、这种珩磨方法效率更高,获得珩磨表面微观网纹更合理。论文中介绍了内孔珩磨原理,珩磨油石及珩磨头结构,珩磨工艺参数的选择等,将详细论述液压伺服系统的工作原理、方案设计和传动系统中二级传动轴的设计与防真运动分析。1.2 珩磨技术的发展状况早在1992年,美国国家物理实验室的Swyt先生和东京科技大学的Taniguchi先生预测工业零部件的制造公差将进一步紧缩(实际上20世纪80年代常规加工手段所要求达到的零件精度为5Lm,而90年代的精度要求已是1Lm)这种挑战在汽车制造业表现的尤为激烈,现代制造技术要求任何一种加工手段首先必须满足批量生产的环境要求,实现CPK2,并且加工结果是可以追溯和验证的。精
12、密和超精密切削已逐渐地开始替代传统的加工方法,作为一种重要的精密加工方法,珩磨根据珩磨头结构形式的不同,分类为通用珩磨(涨缩式砂条珩磨),可调整的整体珩磨(金刚石电镀刀具珩磨)以及特殊珩磨。传统的珩磨加工利用可涨缩的磨头使珩磨砂条压向工件表面,以产生一定的接触面积和相应的压力,压力愈大,切削量愈大,同时砂条对工件表面作旋转和往复运动,珩磨砂条重复着3种变化过程,在加工初始期的磨粒脱落阶段,随着珩磨进行的磨粒破碎切削阶段,以及最终的堵塞切削阶段。金刚石镀层刀具应用于珩磨工艺是60年代发展起来的技术,随着工业金刚石的产业化发展,20世纪80年代这种整体式珩磨技术因其在竞争中的显著优势获得了长足的发
13、展和广泛的应用,尤其适用于有一定生产批量的,零件形状精度在0.5Lm以内的精密零件加工。整体式珩磨加工是由金刚石或立方氮化硼镀层的杆状刀具完成的。在最初期的刀具刃磨后,刀具仅需要偶尔的尺寸调整以补偿金刚石的磨损。刀具旋转着,一次性走刀通过工件,即完成加工,故这种加工方式又称为Singlepass。与传统的砂条珩磨加工不同,Singlepass刀具在每一个加工循环中不涨缩,这样就避免了传动误差。金刚石自身具有极高的硬度,高的耐磨性和热传导性以及与金属的低摩擦系数,当使用较高的切削速度时刀具的磨损依然甚小。这种高的尺寸耐用度是精密加工中实现超光滑的加工表面和高加工精度的保证。在整个切削过程中,沿着
14、金刚石刀具圆周方向以及长度方向的成千上万颗细小的超硬磨料同时进行切削,加工时间短,产生的加工应力和热变形最小。10年前,针对阀类零件的精加工,美国的零部件制造商多采用内孔磨削的方法,一些工厂采用涨缩式珩磨加工阀孔,而与之相对应的轴则多采取配磨的方式以保证合适的配合间隙。应用Singlepass整体式珩磨加工后,严格的阀孔尺寸控制在批量生产中就完全可以做到,配磨已不再需要,这样因为配磨产生的测量误差,工装量具和人工的耗费都不再存在,同时加工工艺的改善使得实际的机床运行成本,工人的劳动强度甚至于劳动技能要求都大大地降低了。在实际的零件加工中,大多数的应用可能需要一系列预设定的singlepass刀
15、具。加工余量的去除和表面粗糙度能力取决于特定刀具的超硬磨料的尺寸。当每把刀具被设定分别去除总加工余量的一部分时,较粗粒度的刀具用于最初的余量去除,较细粒度的刀具完成所要求的表面粗糙度,以此实现最大的效率Singlepass珩磨加工技术从最初的铸铁零件加工发展至今,已成功地应用于几乎各种工件材料的盲孔,通孔和台阶孔的加工。并可实现多种的表面纹理,如交叉网纹,螺旋线或正弦曲线。如今越来越多的元器件制造商采用了这种加工工艺,从而实现了更高的产品质量并极大地降低了生产成本。Singlepass超硬磨料加工技术的发展使得珩磨已不仅用作高精度要求的终加工工序,并且还可作为切除较大余量的中间工序。在不远的将
16、来,随着Singlepass加工技术更多的发展,必将取代传统的加工方式。1.3 论文研究的背景和内容1.3.1 技术背景目前,珩磨普遍采用的一次进给珩磨头,采用这种珩磨头只能在一次进给过程中实现砂条一次涨缩,因此,通常在发动机气缸套等一些表面加工质量要求较高的场合,均采用两道珩磨工序来实现,先进行粗珩磨,主要用于去除加工余量,修整圆柱度以及拉网,之后再安排一道精珩磨,主要用于抛光,以及有特殊要求的去除粗珩磨表面尖角。但这样的工序方案缺点有三个:一是工效低,设备占地面积大;二是由于两台珩磨设备的性能、磨削参数存在差异以及装夹状况改变,无法保证珩磨网纹的切削参数一致,易造成网纹紊乱;三是这种珩磨头
17、无法实现珩磨过程中实时掌握加工尺寸,只能通过操作人员的操作经验与技能,珩磨质量严重受到人为因素制约,内孔尺寸及网纹质量不稳定。1.3.2 研究内容为解决单进给珩磨头存在缺陷,本珩磨头采用分体式结构,获得一种双进给实时检测珩磨头,这种珩磨头可以在珩磨加工过程中不停机实现粗精磨两次进给,同时根据气动测量原理,在珩磨头本体上设置了气动检测头,从而实现珩磨过程的实时检测。本珩磨头解决其技术问题所采用的技术方案是:将珩磨头本体上的砂条磨槽分别设置成粗、精磨两组,且粗精磨砂条磨槽两两相隔,控制砂条涨缩的砂条座斜面在轴向位置上粗精磨两两错对,再将珩磨头锥芯采用分体式结构,分别与粗精磨斜面相配。珩磨动作通过珩
18、磨头主轴内进给油缸的复合顶杆连接,其中粗磨与外杆连接,精磨与内杆连接,从而通过油缸控制复合顶杆,最终实现珩磨双进给;在实时测量装置方面,在珩磨头的本体上设置护板,护板采用硬质合金焊接,在本体中部设置气动测量头喷嘴,由珩磨颈部通过轴向细长孔与之贯穿,上接气动测量气路,通过严格控制珩磨头本体上的喷嘴径向尺寸,通过喷嘴与工件壁间的间隙变化,实现实时精确检测。本珩磨头的有益效果是,可以在同道工序中不停机实现粗精磨两次进给,使粗精磨两种珩磨切削性能一致,从而保证了珩磨网纹的整齐清晰,获得理想的珩磨表面微观结构。本论文正是对这种结构的珩磨机双进给主轴系统的设计。第二章 珩磨机液压伺服系统的基本原理2.1
19、珩磨加工的原理与特点2.1.1 珩磨加工的原理简介珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石,由胀开机构(有旋转式和推进式两种)将油石沿径向胀开,使其压向工件孔壁, 以便产生一定的面接触。与此同时,使珩磨头作旋转运动和直线往复运动,对孔进行低速磨削和摩擦抛光。由于珩磨头的旋转及往复运动的结果,油石上的磨粒在孔的表面上的切削轨迹成交叉而不重复的网纹,因而获得表面粗糙度较小的加工表面。径向加压运动是油石的进给运动,加压压力愈大,进给量就愈大。在大多数情况下,珩磨头与机床主轴之间或珩磨头与工件夹具之间是浮动的。这样,加工时珩磨头以工件孔壁作导向。因而加工精度受机床本身精度的影响较小,孔表面的形成基
20、本上具有创制过程的特点。所谓创制过程是油石和孔壁相互对研、互相修整而形成孔壁和油石表面。其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面的原理。珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件住复运动,使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹,而且在每一往复行程时间内珩磨头的转数不是整数,因而两次行程间,珩磨头相对工件在周向错开一定角度,这样的运动使珩磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹亦不会重复。此外,珩磨头每转一转,油石与前一转的切削轨迹在轴向上有一段重叠长度,使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。这样,在整个珩磨过程中,孔壁和油石面的每一点相互干涉的机会差不多相等。因此,随着珩磨的进行孔表面和油石表面不断产
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