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河南理工大學(xué)2007屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
前言
畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生學(xué)完大學(xué)教學(xué)計(jì)劃所規(guī)定的全部基礎(chǔ)課和專業(yè)課后，綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，與實(shí)踐相結(jié)合的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它是大學(xué)生活最后一個(gè)里程碑，是四年大學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)，是我們結(jié)束學(xué)生時(shí)代，踏入社會(huì)，走上工作崗位的必由之路，是對(duì)我們工作能力的一次綜合性檢驗(yàn)。
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使達(dá)到以下幾個(gè)效果：
（1）鞏固、擴(kuò)大、深化學(xué)生以前所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)；
（2）培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、理論聯(lián)系實(shí)際的能力；
（3）培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、正確熟練運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)等工具書的能力；
（4）鍛煉進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件、繪圖等獨(dú)立工作能力。
總之，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，初步掌握解決本專業(yè)工程技術(shù)問題的方法和手段，從而使學(xué)生受到一次工程師的基本訓(xùn)練。
2.畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求如下：
a) 擬訂總體設(shè)計(jì)方案，根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，選擇通用部件，并繪制裝配圖和各零件的零件圖；
b) 設(shè)計(jì)零件圖形，并安排工序規(guī)程；
c) 對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行剛度校核；
d) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定液壓原理系統(tǒng)圖；
e) 分析計(jì)算和選擇液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的各個(gè)原件；
f) 計(jì)算校核液壓系統(tǒng)；
g) 編制設(shè)計(jì)技術(shù)說明書一份。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求是：
1)既要完成任務(wù)，又要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手的操作能力，而且要把對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)放在第一位。在指導(dǎo)老師的輔導(dǎo)下，根據(jù)所選定的設(shè)計(jì)課題，通過實(shí)習(xí)，結(jié)合工程實(shí)際，獨(dú)立完成設(shè)計(jì)工作，受到一次機(jī)械工程師應(yīng)該如何解決工程實(shí)際問題的一次初步訓(xùn)練。
2)通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生受到綜合運(yùn)用知識(shí)，解決實(shí)際問題的能力，提高自身技術(shù)水平，運(yùn)算能力及運(yùn)用計(jì)算機(jī)識(shí)圖、制圖和查閱手冊(cè)，使用國家標(biāo)準(zhǔn)和信息資料的能力，文字表達(dá)能力和一般組織管理能力。
3)培養(yǎng)自己獨(dú)立工作的能力，鞏固和擴(kuò)大專業(yè)知識(shí)面，有較強(qiáng)的自學(xué)能力及工作適應(yīng)能力，提高運(yùn)用科研成果和新技術(shù)的能力及對(duì)現(xiàn)有設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行技術(shù)改造的能力。
4)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)和嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍的科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生樹立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)。
在設(shè)計(jì)過程中，多次經(jīng)焦鋒老師的耐心指導(dǎo)，在此表示深深的謝意！
由于本人水平有限，時(shí)間倉促，設(shè)計(jì)中難免有不少缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇切的希望焦老師和讀者提出寶貴意見，給予批評(píng)指正！
3.程序和時(shí)間安排
畢業(yè)設(shè)計(jì)是實(shí)踐性的教學(xué)環(huán)節(jié)，由于時(shí)間的限制，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)不可能按工廠的設(shè)計(jì)程序來進(jìn)行，具體的說，可以分以下幾個(gè)階段：
（1）實(shí)習(xí)階段，通過畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)地調(diào)查、研究、收集有關(guān)資料，掌握深孔加工技術(shù)和超聲加工技術(shù)，了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計(jì)的基本要求，花兩周時(shí)間；
（2）制定方案、總體設(shè)計(jì)階段，花兩周時(shí)間；
（3）計(jì)算和技術(shù)設(shè)計(jì)階段，繪制圖紙，整理設(shè)計(jì)說明書，花四周時(shí)間；
（4） 答辯階段，自述設(shè)計(jì)內(nèi)容，回答問題，花半周時(shí)間
1概述
1.1珩磨加工
珩磨工藝(Honing Process)是磨削加工的一種特殊形式，又是精加工中的一種高效加工方法。這種工藝不僅能去除較大的加工余量，而且是一種提高零件尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度的有效加工方法，在汽車零部件的制造中應(yīng)用很廣泛。
1.1.1珩磨加工原理
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(jī)構(gòu)（有旋轉(zhuǎn)式和推進(jìn)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(shí)使珩磨頭旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng),零件不動(dòng);或珩磨頭只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),工件往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)珩磨。
在大多數(shù)情況下,珩磨頭與機(jī)床主軸之間或珩磨頭與工件夾具之間是浮動(dòng)的。這樣,加工時(shí)珩磨頭以工件孔壁作導(dǎo)向。因而加工精度受機(jī)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(diǎn)。所謂創(chuàng)制過程是油石和孔壁相互對(duì)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(yùn)動(dòng)的平板相互對(duì)研而形成平面的原理。
珩磨時(shí)由于珩磨頭旋轉(zhuǎn)并往復(fù)運(yùn)動(dòng)或珩磨頭旋轉(zhuǎn)工件往復(fù)運(yùn)動(dòng),使加工面形成交叉螺旋線切削軌跡,而且在每一往復(fù)行程時(shí)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(duì)工件在周向錯(cuò)開一定角度,這樣的運(yùn)動(dòng)使珩磨頭上的每一個(gè)磨粒在孔壁上的運(yùn)動(dòng)軌跡亦不會(huì)重復(fù)。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(gè)珩磨過程中,孔壁和油石面的每一點(diǎn)相互干涉的機(jī)會(huì)差不多相等。因此,隨著珩磨的進(jìn)行孔表面和油石表面不斷產(chǎn)生干涉點(diǎn),不斷將這些干涉點(diǎn)磨去并產(chǎn)生新的更多的干涉點(diǎn),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。
需要說明的一點(diǎn):由于珩磨油石采用金剛石和立方氮化硼等磨料,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。所以在用金剛石和立方氮化硼油石時(shí),珩磨前要很好地修整油石,以確保孔的精度。
1.1.2珩磨加工特點(diǎn)
（1）加工精度高
特別是一些中小型的通孔，其圓柱度可達(dá) 0.001mm 以內(nèi)。一些壁厚不均勻的零件,如連桿,其圓度能達(dá)到0.002mm。對(duì)于大孔(孔徑在200mm以上),圓度也可達(dá) 0.005mm,如果沒有環(huán)槽或徑向孔等,直線度達(dá)到0.01mm/1m以內(nèi)也是有可能的。珩磨比磨削加工精度高,因?yàn)槟ハ鲿r(shí)支撐砂輪的軸承位于被珩孔之外,會(huì)產(chǎn)生偏差,特別是小孔加工,磨削精度更差。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(面板安裝在沖程托架上,調(diào)整使它與旋轉(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(chǔ)及油膜的保持。有較高的表面支承率（孔與軸的實(shí)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(gè)磨粒的平均磨削壓力小，這樣珩磨時(shí)，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。
（3）加工范圍廣
主要加工各種圓柱形孔：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(tái)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(fù)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)圓珩磨的余量。珩磨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(yīng)用，進(jìn)一步拓展了珩磨的運(yùn)用領(lǐng)域，同時(shí)也大大提高了珩磨加工的效率。
（4）切削余量少
為達(dá)到圖紙所要求的精度，采用珩磨加工是所有加工方法中去除余量最少的一種加工方法。在珩磨加工中，珩磨工具是以工件作為導(dǎo)向來切除工件多余的余量而達(dá)到工件所需的精度。珩磨時(shí)，珩磨工具先珩工件中需去余量最大的地方，然后逐漸珩至需去除余量最少的地方。
（5）糾孔能力強(qiáng)
由于其余各種加工工藝方面存在不足，致使在加工過程中會(huì)出現(xiàn)一些加工缺陷。如：失圓、喇叭口、波紋孔、尺寸小、腰鼓形、錐度、鏜刀紋、鉸刀紋、彩虹狀、孔偏及表面粗糙度等。
1.2超聲加工技術(shù)及總體方案設(shè)計(jì)
超聲波是指頻率高于人耳聽覺上限的聲波。一般來說，正常人聽覺的頻率上限l6~20kHz之間，隨年齡、健康狀況等有所不同。值得注意的是，人們習(xí)慣上常把以工程應(yīng)用為目的，而不是以聽覺為目的的某些對(duì)聽聲的應(yīng)用亦列入超聲技術(shù)的研究范圍。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，有些超聲技術(shù)使用的頻率可能在16kHz以下。而超聲波頻率的上限是10Hz，整個(gè)頻率范圍是相當(dāng)寬廣的。
超聲波是聲波的一部分，因此它遵循聲波傳播的基本規(guī)律。但超聲波也有與可聽聲不同的一些突出特點(diǎn)。例如，超聲波由于頻率可以很高，因而傳播的方向性較強(qiáng)，同時(shí)超聲設(shè)備的幾何尺寸可以較??；超聲波傳播過程中，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的加速度非常大；在液體介質(zhì)中，當(dāng)超聲波的強(qiáng)度達(dá)到一定值以后便產(chǎn)生空化現(xiàn)象，等等。正是這些特點(diǎn)，決定了超聲波具有與可聽聲不同的、領(lǐng)域相當(dāng)廣闊的各種用途。
超聲加工技術(shù)發(fā)展概況
超聲加工是利用超聲振動(dòng)的工具在有磨料的液體介質(zhì)中或于磨料中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來去除材料，或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)加工，或利用超聲振動(dòng)使工件相互結(jié)合的加工方法。超聲加工系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、振動(dòng)傳遞系統(tǒng)、工具、工藝裝置等構(gòu)成。超聲波發(fā)生器的作用是將220v或380v的交流電轉(zhuǎn)換成超聲頻電振蕩信號(hào)；換能器的作用是將超聲頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲頻機(jī)械振動(dòng)；變幅桿的作用是將換能器的振動(dòng)振幅放大；超聲波的機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大后傳給工具，使工具以一定的能量與工件作用，進(jìn)行加工。
超聲加工技術(shù)是超聲學(xué)的一個(gè)重要分支。超聲加工技術(shù)是伴隨著超聲學(xué)的發(fā)展而逐漸發(fā)展的。
早在1830年，為探討人耳究竟能聽到多高的頻率，F(xiàn)．Savrt曾用一個(gè)多齒的齒輪，第一次人工產(chǎn)生了2.4×10Hz的超聲波，1876年加爾頓(F.Galton)的氣哨實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的超聲波的頻率達(dá)到了3×10kHz，后改用氫氣時(shí)，其頻率達(dá)到了8×10kHz。這些實(shí)驗(yàn)使人們開始對(duì)超聲波的性質(zhì)有了一定的認(rèn)識(shí)。
對(duì)超聲學(xué)的誕生起重大推進(jìn)作用的是1912年豪華客輪泰坦尼克(Titanic)號(hào)在首航中碰撞冰山后沉沒，這個(gè)當(dāng)時(shí)震驚世界的悲劇促使科學(xué)家提出用聲學(xué)方法來探測(cè)冰山。這些活動(dòng)啟發(fā)了第一次世界大戰(zhàn)期間偵察德國潛艇的緊張研究。1916年以法國著名物理學(xué)家郎之萬(P.Langcvin)為首的科學(xué)家開始研究產(chǎn)生和運(yùn)用水下超聲作為偵察手段，并在1918年發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)可使石英板振動(dòng)，制成了可用作超聲源的石英壓電振蕩器。這就是現(xiàn)代聲學(xué)的開端。
1927年，美國物理學(xué)家伍德(R.W.Wood)和盧米斯(A.E.Loomis)最早做了超聲加工試驗(yàn)，利用強(qiáng)烈的超聲振動(dòng)對(duì)玻璃板進(jìn)行雕刻和快速鉆孔，但當(dāng)時(shí)并未應(yīng)用在工業(yè)上。1951年，美國的科思制成第一臺(tái)實(shí)用的超聲加工機(jī)，并引起廣泛關(guān)注，為超聲加工技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
日本是較早研究超聲加工技術(shù)的國家，20世紀(jì)50年代，日本已經(jīng)設(shè)立專門的振動(dòng)切削研究所，許多大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也都設(shè)有這個(gè)研究課題。日本研究超聲加工的主要代表人物有兩位：一位是中央大學(xué)的島川正高教授，《超音波工學(xué)——形論和實(shí)際》是他的代表作；另一位是宇都宮大學(xué)的隈部淳一郎教授，《精密加工、振功切削基礎(chǔ)和應(yīng)用》是他的代表作。日本研究人員不但把超聲加工用在普通設(shè)備上，而且在精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床中也引入了超聲動(dòng)系統(tǒng)。1977年日本將超聲振動(dòng)切削與磨削用于生產(chǎn)，可對(duì)大型船用柴油機(jī)缸套進(jìn)行鏜孔。
原蘇聯(lián)的超聲加工研究也比較早，20世紀(jì)50年代末60年代初已經(jīng)發(fā)表過很有價(jià)值的論文。在超聲車削、鉆孔、磨削、光整加工、復(fù)合加工等方面均有生產(chǎn)應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。為了推動(dòng)超聲加工的應(yīng)用，1973年原蘇聯(lián)召開了一次全國性的討論會(huì)，充分肯定了超聲加工的經(jīng)濟(jì)效果和實(shí)用價(jià)值，對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)在全國的推廣應(yīng)用起到了積極的作用。到80年代末期，當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)已經(jīng)生產(chǎn)系列超聲振動(dòng)鉆削裝置。
20世紀(jì)70年代中期，美國在超聲鉆中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等方面已處于生產(chǎn)應(yīng)用階段，超聲車削、鉆孔、鏜孔已經(jīng)處于試驗(yàn)性生產(chǎn)設(shè)備原型階段。1979年通用超聲振動(dòng)切削系統(tǒng)已供應(yīng)工業(yè)界應(yīng)用。
德國和英國也對(duì)超聲加工的機(jī)理和工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，并發(fā)表了許多有價(jià)值的論文，在生產(chǎn)中也得到了積極的應(yīng)用。例如，英國于1964年提出使用燒結(jié)或電鍍金剛石工具的超聲旋轉(zhuǎn)加工的方法，克服了一般超聲加工深孔時(shí)加工速度低和精度差的缺點(diǎn)，取得了較好的效果。
我國超聲加工技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代末，60年代末開始了超聲振動(dòng)車削的研究，1973年上海超聲波電子儀器廠研制成功CNM-2型超聲研磨機(jī)。1982年，上海鋼管廠、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所及上海超聲波儀器廠研制成功超聲拉管設(shè)備，為我國超聲加工在金屬塑性加工中的應(yīng)用填補(bǔ)了空白。1983年10月，機(jī)械電子工業(yè)部科技司委托《機(jī)械工藝師》雜志編輯部在西安召開了我國第一次“振動(dòng)切削專題討論會(huì)”，會(huì)議充分肯定了振動(dòng)切削在金屬切削中的重要作用，交流了研究和應(yīng)用成果，促進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)在我國的深入研究和推廣應(yīng)用。1985年，廣西大學(xué)、南京電影機(jī)械廠和南京刀具廠聯(lián)合開發(fā)了我國第一套“CZQ—250A型”超聲振動(dòng)切削系統(tǒng)。同年，機(jī)械電子工業(yè)部第11研究所研制成功超聲旋轉(zhuǎn)加工機(jī)，在玻璃、陶瓷、YAG激光晶體等硬脆材料的鉆孔、套料、端銑、內(nèi)外圓磨削及螺紋加工中，取得了良好的工藝效果。1987年，北京市電加工研究所在國際上首次提出了超聲頻調(diào)制電火花與超聲波復(fù)合的研磨、拋光加工技術(shù)，并成功應(yīng)用于聚晶金剛石拉絲模的研磨和拋光。1989年，我國研制成功超聲珩磨裝置。1991年研制成功變截面細(xì)長桿超聲車削裝置。
20世紀(jì)末到本世紀(jì)初的十幾年間，我國的超聲加工技術(shù)發(fā)展迅速，在超聲振動(dòng)系統(tǒng)、深小孔加工、拉絲模具型腔模具研磨拋光、超聲復(fù)合加工領(lǐng)域均有較廣泛的研究，尤其是在金剛石、陶瓷、瑪瑙、玉石、淬火鋼、模具鋼、花崗巖、大理石、石英、玻璃和燒結(jié)永磁體等難加工材料領(lǐng)域解決了許多關(guān)鍵性問題，取得了良好的效果。
1.2.1超聲加工技術(shù)的概況
超聲加工技術(shù)已經(jīng)涉及到許多領(lǐng)域，在各行各業(yè)發(fā)揮了突出的作用，但有關(guān)工藝與設(shè)備的相關(guān)技術(shù)有待于進(jìn)一步研究開發(fā)。
(1)超聲振動(dòng)切削技術(shù)
隨著傳統(tǒng)加工技術(shù)和高新技術(shù)的發(fā)展，超聲振動(dòng)切削技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，振動(dòng)切削研究日趨深入，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
①研制和采用新的刀具材料。在現(xiàn)代產(chǎn)品中，難加工材料所占的比例越來越大，對(duì)機(jī)械零件加工質(zhì)量的要求越來越高。為了更好地發(fā)揮刀具的效能，除了選用合適的刀具幾何參數(shù)外，在振動(dòng)切削中，人們將更多的注意力轉(zhuǎn)為對(duì)刀具材料的開發(fā)與使用上，其中天然金剛石、人造金剛石和超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金材料的研究和應(yīng)用為主要方向。
對(duì)振動(dòng)切削機(jī)理深入研究。當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期對(duì)振動(dòng)切削機(jī)理的研究將主要集中在對(duì)振動(dòng)切削中刀具與工件相互作用的力學(xué)分析和振動(dòng)切削機(jī)理的微觀研究及數(shù)學(xué)描述兩個(gè)方面。
超聲橢圓振動(dòng)切削的研究與推廣。超聲橢圓振動(dòng)切削已受到國際學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的重視。美國、英國、德國和新加坡等國的大學(xué)以及國內(nèi)的北京航空航天大學(xué)和上海交通大學(xué)已開始這方面的研究工作。日本企業(yè)界如日立、多賀和Towa公司等已開始這方面的實(shí)用化研究工作。但是，超聲橢圓振動(dòng)切削在理論和應(yīng)用方面還有許多工作要做。尤其是對(duì)硬脆性材料的超精密切削加工、微細(xì)部品和微細(xì)模具的超精密切削加工等方面還需要進(jìn)一步研究。
超聲銑削加工技術(shù)?；诜謱尤コ夹g(shù)思想的超聲銑削加工技術(shù)正在被更多的學(xué)者所關(guān)注。大連理工大學(xué)研制了超聲數(shù)控銑削機(jī)床，提出了一種新的利用超聲銑削加工技術(shù)數(shù)控加工工程陶瓷零件的途徑?；诜謱尤コ枷氲某曘娤鲾?shù)控加工技術(shù)解決了傳統(tǒng)超聲加工中工具損耗嚴(yán)重且不能在線補(bǔ)償?shù)碾y題，使加工帶有尖角和銳邊的復(fù)雜型面三維工程陶瓷零件成為可能，為工程陶瓷和其他超硬材料的廣泛應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。
(2)超聲復(fù)合加工技術(shù)
目前，超聲電火花機(jī)械三元復(fù)合加工技術(shù)已經(jīng)得到較快的發(fā)展。哈爾濱工業(yè)大學(xué)利用超聲電火花磨料三元復(fù)合加工技術(shù)對(duì)不銹鋼進(jìn)行加工，解決了電火花小孔加工中生產(chǎn)率和表面質(zhì)量不能兼顧的矛盾，具有較好的應(yīng)用前景。
針對(duì)現(xiàn)代模具手動(dòng)光整加工的弊端，華南理工大學(xué)采用超聲電解磨粒復(fù)合加工技術(shù)對(duì)形狀復(fù)雜的模具型腔光整加工進(jìn)行了研究，并利用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)加工表面粗糙度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，取得了良好的效果。超聲電解磨粒復(fù)合加工技術(shù)是一項(xiàng)新的復(fù)合加工技術(shù)，能較好地用于形狀復(fù)雜的模具型腔光整加工。但包括材料去除機(jī)理的許多方面的內(nèi)容有待進(jìn)一步研究。
近年來，日本東京農(nóng)工大學(xué)對(duì)氣體介質(zhì)中的電火花脈沖放電加工技術(shù)進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，為電火花脈沖放電加工技術(shù)開辟了一條新的途徑。但該技術(shù)在加工過程中短路頻繁，山東大學(xué)的研究人員將超聲振動(dòng)引入氣中放電加工技術(shù)，并對(duì)工程陶瓷進(jìn)行了加工實(shí)驗(yàn)研究，加工效率提高了近3倍。但該工藝的加工機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。
在微小三維型面的加工中，利用簡(jiǎn)單形狀電極、基于分層制造原理的微細(xì)電火花銑削技術(shù)正在受到重視，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究了超聲輔助分層去除微細(xì)電火花加工技術(shù)，對(duì)電極軸向施加的小幅超聲振動(dòng)對(duì)活化極間狀態(tài)、拉大極間間隙、增加排屑能力、提高有效脈沖利用率和放電穩(wěn)定性等方面起到了重要的作用．但是該工藝尚有待于進(jìn)一步完善以達(dá)到實(shí)用化。
由于新材料(尤其是難加工材料)的涌現(xiàn)和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效益的要求不斷提高，新的加工方法也不斷出現(xiàn)。可以預(yù)見，超聲復(fù)合加工將日益顯現(xiàn)出其獨(dú)特的魅力，并將拓展其更加廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
(3)微細(xì)超聲加工技術(shù)
隨著以微機(jī)械為代表的工業(yè)制品的日益小型化及微細(xì)化，特別是隨著晶體硅、光學(xué)玻璃、工程陶瓷等硬脆材料在微機(jī)械中的廣泛應(yīng)用，硬脆材料的高精度三維微細(xì)加上技術(shù)己成為世界各國制造業(yè)的一個(gè)重要研究課題。目前可適用于硬脆材料加工的手段主要有光刻加工、電火花加工、激光加工、超聲加工等特種加工技術(shù)。超聲加工與電火花加工、電解加工、激光加工等技術(shù)相比，既不依賴于材料的導(dǎo)電性又沒有熱物理作用，與光刻加工相比又可加工高深寬比三維形狀，這決定于超聲加工技術(shù)在陶瓷、半導(dǎo)體硅等非金屬硬脆材料加工方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所對(duì)微細(xì)工具的成功制作及微細(xì)工具裝夾、工具回轉(zhuǎn)精度等問題的合理解決，采用工件加振的工作方式在工程陶瓷材料上加工出了直徑最小為5m的微孔，從而使超聲加工作為微細(xì)加工技術(shù)成為可能。
同其他特種加工技術(shù)一樣，超聲加工技術(shù)在不斷完善之中，正向著高精度、微細(xì)化發(fā)展，微細(xì)超聲加工技術(shù)有望成為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的有力補(bǔ)充。
此外，超聲加工技術(shù)在迅猛發(fā)展的汽車工業(yè)中已有非常廣泛的應(yīng)用，目前超聲加工技術(shù)主要用于精密模具的型孔、型腔加工，難加工材料的超聲電火花和超聲電解復(fù)合加工，塑料件的焊接，以及對(duì)具有小孔窄縫而清潔度要求較高的零件的清洗?？梢灶A(yù)測(cè)，超聲加工技術(shù)在世界汽車工業(yè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。
綜上所述，超聲加工技術(shù)的發(fā)展及其取得的應(yīng)用成果是可喜的。一方面，材料加工的客觀需要推動(dòng)和促進(jìn)了超聲加工技術(shù)的發(fā)展；另一方面，超聲加工技術(shù)的發(fā)展又為材料的加工提供了一種強(qiáng)有力的加工手段，而促進(jìn)了材料加工的發(fā)展。材料加工中的許多課題需要我們共同去探討。展望未來，超聲加工技術(shù)的發(fā)展前景是美好的。
1.2.2超聲加工的特點(diǎn)和用途
（1） 超聲加工的特點(diǎn)
①適合加工各種硬脆材料，不受材料是否導(dǎo)電的限制。既可加工玻璃、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨、金剛石、大理石等不導(dǎo)電的非金屬材料，又可加工淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鐵合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材料。
②由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時(shí)局部的沖擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，不會(huì)產(chǎn)生變形及燒傷，表面粗糙度也較低，可達(dá)Ru0.63一0.08mm，尺寸度可達(dá)0.03mm，也適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。
③工具可用較軟的材料做成較復(fù)雜的形狀，且不需要工具和工件作比較復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，便可加工各種復(fù)雜的型腔和型面。一般地，超聲加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，操作、維修也比較方便。
④可以與其他多種加工方法結(jié)合應(yīng)用，如超聲電火花加工和超聲電解加工等。
⑤ 超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大、故生產(chǎn)率較低。
⑥利用超聲焊接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)同種或異種材料的焊接，不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒有殘余應(yīng)力，對(duì)焊件表面的焊接處理要求不高。
（2）超聲加工的用途
超聲加工與其他加工方法相結(jié)合，逐漸形成了多種多樣的超聲加工方法和方式．在生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著超聲加工研究的不斷深入，它的應(yīng)用范圍還將繼續(xù)擴(kuò)大。
1.2.3超聲珩磨技術(shù)
普通珩磨時(shí)，油石易堵塞，加工效率低，尤其是在珩磨鋼、鋁、鈦合金等韌件材料管件時(shí)，油石極易堵塞，從而導(dǎo)致油石壽命的過早結(jié)束，零件已加工表面質(zhì)量差，加工效率很低。使用超硬磨料制作的油石進(jìn)行普通珩磨時(shí)，由于價(jià)格昂貴，若發(fā)生油石嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，使其性能不能充分發(fā)揮．會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)。
超聲珩磨具有珩磨力小、珩磨溫度低、油石不易堵塞、加工效率高、加工質(zhì)量好、零件滑動(dòng)面耐磨性高等許多優(yōu)點(diǎn)，完全能夠解決普通珩磨存在的問題．尤其是銅、鋁、鈦合金等韌性材料管件以及陶瓷、淬火鋼等硬脆材料管件的珩磨問題。
超聲技術(shù)用于珩磨是功率超聲應(yīng)用的新發(fā)展，超聲技術(shù)用于珩磨加工的技術(shù)難度比用于切削大，原因在于超聲能量從換能器傳輸?shù)接褪先サ穆窂介L，能量傳遞元件多，需要轉(zhuǎn)換振動(dòng)方向，需要有較大功率的超聲設(shè)備，并且對(duì)超聲的傳輸效率要求也高，否則不但在加工區(qū)得不到足夠的聲能使效果變差，而且容易損壞超聲振動(dòng)系統(tǒng)。因此．研制超聲珩磨裝置，開展超聲珩磨工藝及其應(yīng)用的研究，是非常必要的。
1.3珩磨機(jī)床的應(yīng)用
珩磨是一種常用的精加工工藝，可獲得高尺寸精度、高形狀精度和低粗糙度（可達(dá)Ra 0.05），并且內(nèi)孔表面有交叉網(wǎng)紋。珩磨機(jī)床的種類有平面珩磨機(jī)床、外圓珩磨機(jī)床、內(nèi)圓珩磨機(jī)床等。目前，世界上應(yīng)用最多的是內(nèi)圓珩磨機(jī)床。
1.3.1內(nèi)圓珩磨與內(nèi)圓磨的比較：
內(nèi)圓珩磨可加工出高精度的內(nèi)孔表面。內(nèi)圓珩磨的工作原理如下：珩磨油石相對(duì)于被加工工件內(nèi)孔既作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，珩磨油石在孔內(nèi)作徑向的漲縮，從而加工出有網(wǎng)紋的內(nèi)孔表面。
珩磨加工要求工件或者裝夾油石的主軸之一必須處于相對(duì)浮動(dòng)狀態(tài),而內(nèi)圓磨加工時(shí)，工件必須剛性夾緊，砂輪在孔內(nèi)作徑向漲縮，同時(shí)砂輪在孔內(nèi)作單一方向運(yùn)動(dòng)。由此可以看出，珩磨與內(nèi)圓磨最大的差別是相對(duì)浮動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。正是這種差別造成了珩磨與內(nèi)圓磨在加工后能提高的精度參數(shù)不一樣：珩磨加工能提高內(nèi)圓的幾何形狀精度，比如直線度、圓度、錐度及表面粗糙度，珩磨后內(nèi)孔表面有交叉網(wǎng)紋；內(nèi)圓磨不僅能提高內(nèi)圓的幾何形狀精度，而且能提高內(nèi)孔對(duì)外圓的同軸度，對(duì)端面的垂直度等位置精度，內(nèi)圓磨后孔內(nèi)沒有交叉網(wǎng)紋，只有螺旋線或累積同軸圓環(huán)。
從理論分析結(jié)果來看，內(nèi)圓磨完全可以替代內(nèi)孔珩磨；但是，從90年代以來，國內(nèi)珩磨機(jī)床的應(yīng)用卻越來越廣泛，大有替代內(nèi)圓磨的趨勢(shì)。
兩種加工方法的應(yīng)用范圍如下：
（1） 要求有珩磨網(wǎng)紋的零件必須運(yùn)用珩磨機(jī)床加工，如汽車缸體缸套，摩托車缸體等。珩磨后的交叉網(wǎng)紋能儲(chǔ)油，形成一層油膜，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)具有極其重要的作用。
（2）一部分沒有位置精度要求，只要求內(nèi)孔高精度的零件，如模具導(dǎo)套等。在同等條件下，珩磨機(jī)床加工所達(dá)到的內(nèi)孔幾何形狀精度要比內(nèi)圓磨高。
（3）有位置精度要求的一部分零件如連桿，軸套等，采用珩磨工藝，由于工件或裝夾油石的主軸之一處于相對(duì)浮動(dòng)狀態(tài)，則絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)破壞位置精度的情況。只要珩磨后能提高內(nèi)孔的幾何形狀精度，就達(dá)到了加工的效果。
（4） 必須通過內(nèi)圓磨來提高位置精度的零件則無法運(yùn)用珩磨工藝加工。只有超高精度的內(nèi)圓磨和優(yōu)良的工夾具才能充分保證加工的精度。
1.3.2內(nèi)圓珩磨機(jī)床的類型
世界上珩磨機(jī)床的制造廠家很多，國外的專業(yè)生產(chǎn)廠家有：德國的GERHING（格林）公司，KADIA（卡地亞）公司，美國的SUNNEN(善能)公司等；日本的AOBA(青葉)公司，三菱(MITSUBISHI)公司等。國內(nèi)也有近20余個(gè)廠家生產(chǎn)各種珩磨機(jī)床，山東德州機(jī)床廠生產(chǎn)臥式強(qiáng)力大孔珩磨機(jī)；寧夏大河機(jī)床廠生產(chǎn)立式珩磨機(jī)床；北京第三機(jī)床廠，大連機(jī)床廠等也能根據(jù)用戶的要求生產(chǎn)各種類型的立式珩磨機(jī)床。
1.3.3軸立式珩磨機(jī)床
珩磨機(jī)床的分類方法有很多種，如單軸，多軸的不同；如數(shù)控的，機(jī)械的差別；根據(jù)珩磨主軸的安裝方式可分為二種：
立式珩磨機(jī)床，其珩磨主軸是垂直于工作臺(tái)面?？梢宰鞒蓡晤^，雙頭及多頭，珩磨工位可以作成2個(gè)、4個(gè)及多個(gè)；主軸的排列可以為圓形或直線式。立式珩磨機(jī)床可以增加在線測(cè)量和全閉環(huán)控制，保證加工零件的尺寸一致性；立式珩磨機(jī)床結(jié)構(gòu)有利于冷卻液快速帶走珩磨后的切削微粒，完全避免了工件本身(或主軸)的重量因素在珩磨中的不良影響。立式珩磨機(jī)床受到廠房空間的限制及本身占地面積較小的原因，不大可能加工超長工件，如油缸。
臥式珩磨機(jī)床，其主軸是平行于工作臺(tái)面。一般設(shè)計(jì)為單頭，在生產(chǎn)線上也可設(shè)計(jì)成直線式排列。單頭臥式珩磨機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可分小型臥式珩磨機(jī)床和大型臥式珩磨機(jī)床。
小型臥式珩磨機(jī)床的最大特點(diǎn)是機(jī)床制造成本較低，機(jī)床的可靠性很高。其加工特點(diǎn)是工件處于相對(duì)浮動(dòng)狀態(tài)，工件的自重?zé)o法完全消除。所以，小型臥式珩磨機(jī)床一般不能加工超過15Kg的工件。
大型臥式珩磨機(jī)床是專門為加工各種油缸而設(shè)計(jì)的；其加工特點(diǎn)是珩磨主軸處于相對(duì)浮動(dòng)狀態(tài)，珩磨主軸自重對(duì)精度仍然有一定的影響。
從立式和臥式珩磨機(jī)床的分類我們可以大致劃分珩磨機(jī)床的應(yīng)用范圍：
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)及摩托車壓縮機(jī)缸體類零件的內(nèi)孔精度高，有網(wǎng)紋角度要求，其重量較大，最好選用立式珩磨機(jī)床加工。
連桿、撥叉、齒輪、軸套、轉(zhuǎn)向器等通孔徑零件(直徑φ≤30)，重量要求不超過3Kg，圓柱度要求不超過 0.0025mm，則選擇臥式珩磨機(jī)床，這樣既能降低投資成本和加工成本，又能達(dá)到精度要求。
最終的精度要求超過了圓柱度0.0025mm的小孔徑零件，可以運(yùn)用臥式珩磨機(jī)床作為粗珩設(shè)備，選取立式珩磨機(jī)床作為最終精度保證設(shè)備。
對(duì)于任何孔徑的盲孔類零件加工，在投資允許的情況下，最好的選擇是立式珩磨機(jī)床。
1.3珩磨機(jī)床的未來發(fā)展方向
小型臥式珩磨機(jī)床向復(fù)雜化、數(shù)控化方向發(fā)展。臥式珩磨機(jī)床目前很少做到閉環(huán)控制，無法嚴(yán)格保證大批量生產(chǎn)的超高加工精度。未來的小型臥式珩磨機(jī)床通過NC控制，主動(dòng)測(cè)量，應(yīng)當(dāng)能提高加工零件的尺寸一致性。目前，大型臥式珩磨機(jī)床的發(fā)展很迅速，已經(jīng)作到NC控制，遠(yuǎn)程測(cè)量反饋，半閉環(huán)控制。立式珩磨機(jī)床將在目前完全閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展超高速主軸系統(tǒng)，進(jìn)給頻率更快，進(jìn)給小的進(jìn)給系統(tǒng)，能夠自我修整珩磨油石的珩磨系統(tǒng)或者珩磨中心，各種人為因素的影響。目前，珩磨機(jī)床能實(shí)現(xiàn)平面、外圓、內(nèi)圓的珩磨加工；通過珩磨工具的改進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)橢圓內(nèi)孔和曲面的珩磨。在珩磨外圓領(lǐng)域，將取得突破性發(fā)展，能夠在大多數(shù)外圓加工中取代外圓磨。
珩磨機(jī)床作為復(fù)雜的生產(chǎn)工具，最根本的是加工工藝與主機(jī)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，而各種新工藝，新材料，新元件，新刀具，新控制系統(tǒng)等也將運(yùn)用在珩磨機(jī)床上，未來的珩磨機(jī)床的加工精度會(huì)更高，加工效率更快，加工范圍更廣泛。
2機(jī)床的總體設(shè)計(jì)
機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，就是針對(duì)具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案和圖紙的設(shè)計(jì)。
機(jī)床的總體布局要求：
（1）保證給定的工藝過程要求，最大限度地考慮機(jī)床部件的通用化。
（2）保證機(jī)床的剛度，精度，抗振性和穩(wěn)定性，力求減輕機(jī)床的重量。
（3）保證機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且盡量采用教短的傳動(dòng)鏈，以提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率。
（4）保證良好的加工工藝性，以便于機(jī)床的加工和裝配。
（5）保證生產(chǎn)安全，便于操作，調(diào)整和維修。
（6）對(duì)于生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度較高的機(jī)床和專用機(jī)床，應(yīng)力求便于自動(dòng)上。下料或納入自動(dòng)線，并便于排除鐵屑。
（7）盡可能減少機(jī)床的占地面積。
（8）機(jī)床外形美觀大方；
（9）其他特殊要求。
由于這次的臥式珩磨機(jī)床的設(shè)計(jì)主要是對(duì)CA6140車床的改造，將其改造成一個(gè)臥式的珩磨機(jī)床。因此，此次設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的對(duì)象是對(duì)其進(jìn)給裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算以及布局。
機(jī)床改造的可行性分析：
原有機(jī)床的性能：CA6140型普通車床是一種通用性能好的典型機(jī)床，它除用作車內(nèi)外圓柱及圓錐表面、車端面、切槽、切斷外，還可車削公制、英制、模數(shù)制、徑節(jié)等四種螺紋。如在尾架錐孔內(nèi)安裝鉆頭或鉸刀、則可以進(jìn)行鉆孔及鉸孔。
CA6140型普通車床主要技術(shù)性能:
床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 400mm
最大工件長度（四種規(guī)格） 750、1000、1500、2000 mm
最大車削長度（四種規(guī)格） 650、900、1400、1900 mm
刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 210 mm
主軸中心高 205 mm
主軸內(nèi)孔直徑 48 mm
主軸內(nèi)孔前端錐度 莫氏6號(hào)
主軸轉(zhuǎn)速范圍 正轉(zhuǎn)（24級(jí)）10 ～1400r/min
反轉(zhuǎn)（12級(jí)）14～1500 r/min
進(jìn)給量范圍 縱向（64種）0.028～6.33mm/r
橫向（64種）0.014～3.16 mm/r
刀架快速移動(dòng)速度： 縱向 4.9m/min
橫向 2.45 m/min
主電機(jī) 7.5KW ，1450 r/min
而珩磨機(jī)床的主要要求是：
主軸轉(zhuǎn)速：10～50r/min
床身最大回轉(zhuǎn)直徑：300mm
加工工件的最大長度為：300mm
根據(jù)以上的性能比較和分析可知：該機(jī)床已具備了珩磨機(jī)床的前兩個(gè)要求，至于第三個(gè)要求可通過對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來得到滿足。
其總體的布局圖如下：
1——工件 2——珩磨頭 3——尾座 4——液壓缸 5——液壓泵站
3 珩磨頭端部支撐座設(shè)計(jì)
由于臥式珩磨機(jī)床的設(shè)計(jì)主要是在導(dǎo)軌上進(jìn)行往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，那么，根據(jù)同組同學(xué)所設(shè)計(jì)的珩磨頭形狀尺寸，可設(shè)計(jì)端部支撐座圖形如下：
3.1確定加工工藝
3.1.1材料的選擇
由于該零件的主要作用是承載珩磨頭進(jìn)行往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其受力都很小。那么，將重點(diǎn)考慮其在導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)的因素。因此，將選擇25號(hào)灰鑄鐵。
3.1.2熱處理
該零件除了在導(dǎo)軌面接觸處有嚴(yán)格要求外，其他并沒什么特殊的要求。因此，只需進(jìn)行正火處理就行了。
3.1.3工藝方案的制定
在生產(chǎn)中用機(jī)械加工方法直接改變毛坯的形狀，尺寸和材料性能，使之成為零件的過程，叫做機(jī)械加工工藝過程。設(shè)計(jì)時(shí)，工藝方案的制定是否合理，對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著極大的影響。
制定工藝方案時(shí)，應(yīng)首先分析生產(chǎn)類型。生產(chǎn)類型是衡量生產(chǎn)規(guī)模的標(biāo)志。
生產(chǎn)類型不同，生產(chǎn)組織，生產(chǎn)管理，車間布置以及毛坯、設(shè)備、工具、加工方法和工人熟練程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生產(chǎn)下，每個(gè)工序任務(wù)比較穩(wěn)定，因此，有條件采用高效率專用機(jī)床和工裝夾具，勞動(dòng)效率可以大大提高，產(chǎn)品成本也可降低。但產(chǎn)量小的情況下，如果仍使用這些高效率的專用機(jī)床和工裝夾具，由于加工對(duì)象經(jīng)常改變，勢(shì)比造成機(jī)床調(diào)整的復(fù)雜化，降低機(jī)床利用率，提高加工成本。所以制定的工藝過程應(yīng)與生產(chǎn)類型相適應(yīng)，以取得合理的經(jīng)濟(jì)效果。
3.1.4制定工藝方案的原始條件分析
在制定工藝方案時(shí)，首先對(duì)產(chǎn)品的裝配圖進(jìn)行研究分析，熟悉該產(chǎn)品的用途性能及工作條件，明確該工件在產(chǎn)品中的地位和作用，然后對(duì)工件的工作圖進(jìn)行分析和工藝審查。
3.1.5繪制工序簡(jiǎn)圖
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺(tái)機(jī)床上或一條流水線上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸及精度，技術(shù)要求，加工用定位基準(zhǔn)，夾壓部位，以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前毛坯形狀的圖紙。它是在原有的工件圖基礎(chǔ)上，以突出本機(jī)或自動(dòng)線加工內(nèi)容，加上必要說明繪制的。它是機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造使用時(shí)調(diào)整機(jī)床，檢查精度的重要文件。
3.2工藝規(guī)程的制定
工藝路線：
工序1.對(duì)各個(gè)毛胚進(jìn)行正火處理
工序2.刨削工件2上端面
工序3.刨削工件2下端面（以上端面為基準(zhǔn)）
工序4去毛刺
工序5.熱處理導(dǎo)軌面
工序6. 磨削導(dǎo)軌面
工序7. 刨削工件1底面
工序8.倒角
工序9.將工件1與工件2一起鉆底孔
工序10.攻絲
工序11鉆上大孔a
工序12.鉆中間孔b
工序13.鉆銷孔
工序14.鏜孔a
工序15.檢驗(yàn)
4導(dǎo)軌的剛度計(jì)算
滑動(dòng)導(dǎo)軌的比壓計(jì)算
導(dǎo)軌的損壞形式主要是磨損，而導(dǎo)軌的磨損有與導(dǎo)軌的表面的比壓?jiǎn)挝幻娣e上的壓力有密切的關(guān)系，隨著比壓的增加，導(dǎo)軌的磨損也增加。此外，導(dǎo)軌面的接觸編寫又與比壓近似地成正比。在初步選定導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)尺寸后，應(yīng)核算導(dǎo)軌面的比壓使其限制在應(yīng)許的范圍內(nèi)。
通過導(dǎo)軌的受力計(jì)算，可以求出牽引力的大小。判斷其配置是否合理，得知是必須設(shè)置壓板。分析導(dǎo)軌面上比壓的分布情況，還可以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理。
由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得：
對(duì)于CA6140車床的導(dǎo)軌是HT20-40的灰鑄鐵，其摩擦系數(shù)為0.05主導(dǎo)軌的平均比壓為4-5MPa。
根據(jù)對(duì)夾具的設(shè)計(jì)可知：該夾具的質(zhì)量為50Kg。
那么：F=500N 。
又公式：
在需用的范圍內(nèi)。因此該設(shè)計(jì)的夾具在導(dǎo)軌強(qiáng)度要求，符合要求。
另外，對(duì)于導(dǎo)軌的牽引力計(jì)算，由于珩磨頭在加工的時(shí)候，所受的周向摩擦力所引起的力矩很小，可忽略不計(jì)。那么：
對(duì)于計(jì)算公式：
符合要求，
故：可以不設(shè)計(jì)壓板和鑲條。
5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
5.1.1概述
根據(jù)主機(jī)的工作情況，主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境以及成本、經(jīng)濟(jì)性、供貨情況等諸多因素，進(jìn)行全面綜合設(shè)計(jì)，從而擬訂出一套各方面比較合理的可實(shí)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)的方案。其內(nèi)容包括：油路循環(huán)方式的分析與選擇，油源形式的分析與選擇，液壓回路的分析選擇與合成，液壓系統(tǒng)原理圖的擬訂，設(shè)計(jì)與分析。
5.1.2工況分析與初定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
為了使設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)合理、實(shí)用，必須對(duì)其進(jìn)行工況分析，以明確機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中的規(guī)律和負(fù)載大小及其變化規(guī)律。臥式珩磨機(jī)床的液壓系統(tǒng)主要是通過液壓力來推動(dòng)活塞桿的前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在其運(yùn)動(dòng)的過程中，主要受到工作臺(tái)與導(dǎo)軌之間的摩擦力和珩磨頭在加工過程中與工件之間的摩擦力。下面將對(duì)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析和負(fù)載的分析以便確定所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。
5.1.3負(fù)載計(jì)算
（1）啟動(dòng)階段：
主要所受的負(fù)載有：工作臺(tái)與導(dǎo)軌之間的摩擦力，慣性力
那么：
（2）快進(jìn)階段：
主要所受的負(fù)載有：工作臺(tái)與導(dǎo)軌之間的摩擦力
（3）工進(jìn)階段：
主要所受的負(fù)載有：工作臺(tái)與導(dǎo)軌之間的摩擦力，珩磨頭與工件之間的摩擦力
（4）快退階段：
主要所受的負(fù)載有：工作臺(tái)與導(dǎo)軌之間的摩擦力
工作臺(tái)液壓缸在各個(gè)工況階段的負(fù)載值列于表中：
工況
負(fù)載計(jì)算公式
液壓缸負(fù)載（N）
液壓缸推力（N）
快進(jìn)
125N
137N
工進(jìn)
745N
827N
快退
125N
137N
快進(jìn)速度：0.3m/s
工進(jìn)速度：0.1m/s
快退速度：0.3m/s
工作臺(tái)前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)候的負(fù)載循環(huán)圖:
工作臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分析：
根據(jù)以上條件可知道：快進(jìn)快退的速度為0.3m/s，其行程為200mm，250mm工進(jìn)速度為0.1m/s給出的速度如圖所示：
5.2液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與選定
5.2.1.初選液壓缸的工作壓力
由以上的分析可知道：在工作臺(tái)工進(jìn)的時(shí)候所受的壓力最大為：827N，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，初選液壓系統(tǒng)的工作壓力為1MPa。
5.2.2確定各個(gè)液壓缸的尺寸
（1） 工進(jìn)時(shí)候的液壓推力為最大，其載荷為827N，工作在活塞受壓狀態(tài)，按照下列公式進(jìn)行計(jì)算活塞直徑：
式中 F——活塞桿承受的載荷
——通入油缸的油壓
——流入油缸的油壓
——速度比
=1MPa =0 =0.5則：
取D=100mm
所以d=50mm
5.2.3各液壓缸循環(huán)中個(gè)階段的流量計(jì)算
工況
運(yùn)動(dòng)速度
m/s
結(jié)構(gòu)參數(shù)
流量
計(jì)算公式
快進(jìn)
0.3
=0.0078
2.3
工進(jìn)
0.1
=0.0058
1.8
快退
0.3
=0.0078
2.3
管路相對(duì)不復(fù)雜，快進(jìn)時(shí)回路壓力損失取=0.25MPa，快退時(shí)回路壓力損失取=0.1MPa，取快進(jìn)快退時(shí)的背壓都為0.3MPa。
工況
計(jì)算公式
（N）
液壓缸
（MPa）
（MPa）
Q
N
（W）
快進(jìn)
啟動(dòng)
75
0
2.53
0.6
1518
加速
125
0.3
2.57
0.6
1542
恒速
25
0.3
2.51
0.6
1506
工進(jìn)
745
0
2.88
0.2
576
快退
啟動(dòng)
75
0
1.13
0.6
678
加速
125
0.3
1.17
0.6
702
恒速
25
0.3
1.11
0.6
666
根據(jù)上表的計(jì)算結(jié)果，分別繪制P-S，Q-S和N-S圖：
5.3確定液壓系統(tǒng)圖
5.3.1液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)：
（1）油路循環(huán)方式的分析與選擇：
液壓系統(tǒng)油路循環(huán)方式分為開式和閉式兩種，開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油，油經(jīng)各種控制閥后，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行元件，回油再經(jīng)過換向閥回油箱。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)作用，但因油液常與空氣接觸，使空氣易于滲入系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)等后果。開式系統(tǒng)油箱大，油泵自吸性能好。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的進(jìn)油管直接與執(zhí)行元件的回油管相連，工作液體在系統(tǒng)的管路中進(jìn)行封閉循環(huán)。其結(jié)構(gòu)緊湊，與空氣接觸機(jī)會(huì)少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)較平穩(wěn),但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)復(fù)雜，因無油箱，油液的散熱和過濾條件較差。為補(bǔ)償系統(tǒng)中的泄漏，通常需要一個(gè)小流量的補(bǔ)油泵和油箱.另外，閉式系統(tǒng)在技術(shù)要求和成本上比較高。
具體它們各自的特點(diǎn)及其相互比較見表：
開式系統(tǒng)
閉式系統(tǒng)
油液循環(huán)方式
開式
閉式
散熱條件
較方便，但油箱較大
較復(fù)雜，須用輔泵換油冷卻
抗污染性
較差，但可以采用壓力油箱或呼吸器來改善
較好，但油液過濾要求較高
系統(tǒng)效率
管路壓力損失較大，用節(jié)流調(diào)速時(shí)效率低
管路壓力損失小，容積調(diào)速時(shí)效率較高
限速、制動(dòng)形式
用平衡進(jìn)行能耗限速，用制動(dòng)閥進(jìn)行能耗制動(dòng)，引起油液發(fā)熱
液壓泵由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)限速及制動(dòng)過程中拖動(dòng)電機(jī)向電網(wǎng)輸電，回收部分能量，即是再生限速（可省去平衡閥）及再生制動(dòng)
其他
對(duì)泵的自吸性能要求高
對(duì)主泵的自吸性能要求低
油路循環(huán)方式的性質(zhì)主要取決與液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式及散熱條件。一般來說，凡是具備有較大的空間可以存放油箱且不需另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)。要求結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，采用節(jié)流閥調(diào)速或容積調(diào)速系統(tǒng)均可采用開式系統(tǒng)。
凡采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油并通過換油來達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)，對(duì)工作穩(wěn)定性和效率有較高要求的系統(tǒng)，采用容積調(diào)速的系統(tǒng)，都可采用閉式系統(tǒng)。
5.3.2開式系統(tǒng)油路組合方式的分析與選擇
當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)液壓執(zhí)行元件時(shí)，開式系統(tǒng)按油路的不同連接方式，又可分為串聯(lián)、并聯(lián)、獨(dú)聯(lián)以及它們的組合－復(fù)聯(lián)等。
（1）串聯(lián)： 串聯(lián)方式除第一個(gè)液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口和最后一個(gè)執(zhí)行元件的回油口分別與液壓泵和油箱連接外，其余壓執(zhí)行元件的進(jìn)、出口依次相連。這種連接方式的特點(diǎn)是多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度不隨外負(fù)載而變，故輕載時(shí)可多個(gè)液壓執(zhí)行遠(yuǎn)件同時(shí)動(dòng)作；但液壓泵的壓力負(fù)擔(dān)重，受原動(dòng)機(jī)功率限制，故重載時(shí)不宜多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作。另外，系統(tǒng)的壓力損失也較大。
串聯(lián)連接方式適用于中小型工程機(jī)械液壓系統(tǒng)、單泵供油的工程機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)，以保證行走的直線性。
（2）并聯(lián)： 在并聯(lián)連接方式中，液壓泵與所有液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口相連，而其回油口都接油箱。 這種連接方式的特點(diǎn)是多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，負(fù)載小的液壓執(zhí)行元件的速度會(huì)增大，但液壓泵的壓力負(fù)擔(dān)輕，為任一液壓執(zhí)行遠(yuǎn)件的負(fù)載壓力與其相應(yīng)回路的壓力損失之和。
并聯(lián)連接方式適用于多個(gè)液壓執(zhí)行元件不要求同時(shí)動(dòng)作；或要求同時(shí)動(dòng)作但功率較小，或工作時(shí)間較短的，如機(jī)床、機(jī)械手等；也常用于大型工程機(jī)械的雙液壓泵雙回路系統(tǒng)。
5.3.3選擇液壓回路
（1）調(diào)速回路
該系統(tǒng)的功率小，因此選用節(jié)流調(diào)速方式，工進(jìn)時(shí)用進(jìn)油路節(jié)流閥來保證速度穩(wěn)定，快退時(shí)利用節(jié)流閥產(chǎn)生背壓，在回油路上產(chǎn)生阻尼作用。
由于系統(tǒng)選用了節(jié)流調(diào)速的方式，系統(tǒng)中油液的循環(huán)必然是開式的。
（2）換向回路和卸荷回路
系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采用什么油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩腔，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。在本系統(tǒng)中，單桿液壓缸要做差動(dòng)連接，所以它的快進(jìn)快退換向回路應(yīng)采用圖中所示的形式。
（3）選擇速度換回路。
通過三位五通機(jī)動(dòng)換向閥來控制。
（4）壓力控制回路
系統(tǒng)的調(diào)壓已經(jīng)在泵源的選擇是得到解決，對(duì)于系統(tǒng)的卸荷也已經(jīng)在卸荷回路中得到解決，因此，在此就不做說明。
5.3.4液壓回路的綜合
把上面選出的各種回路組合在一起，就可以得到如下所示的液壓系統(tǒng)原理圖。
將此圖仔細(xì)檢查一遍，可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)圖形在工作中還存在問題，必須進(jìn)行如下修改和整理：
1） 為了解決工作臺(tái)快速前進(jìn)時(shí)回油路接通油箱，無法實(shí)現(xiàn)液壓缸差動(dòng)連接的問題，必須在回路上串聯(lián)一個(gè)液控順序閥，以阻止油液在快進(jìn)階段返回油箱。
2） 為了解決機(jī)床停止工作時(shí)系統(tǒng)中油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的問題，必須在電液換向閥的出口處增設(shè)一個(gè)單向閥。
3） 為了便于系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出快速退回信號(hào)起見，在調(diào)速閥輸出端須增設(shè)一個(gè)壓力繼電器。
5.4液壓元件的計(jì)算與選擇
（1）計(jì)算液壓泵的工作壓力
泵的工作壓力按照下列公式確定：
式中——是液壓執(zhí)行元件在本系統(tǒng)最高壓力值
本系統(tǒng)壓力最高值為1MPa，即=1MPa
——是泵到執(zhí)行元件的管路損失，從圖中可以看出從泵到執(zhí)行元件管路簡(jiǎn)單流量不大，取=0.5MPa則：
=1.5MPa
（2）確定液壓泵的流量，按照下列公式進(jìn)行確定：
式中 K——泄漏系數(shù)，去K=1.2
——系數(shù)中最大流量
由于系統(tǒng)中最大流量發(fā)生在工作臺(tái)快進(jìn)和快退的時(shí)候，那么：
=0.8×
根據(jù)上述公式可以確定
根據(jù)選取YB-63型反饋式變量葉片泵。
確定液壓泵電動(dòng)機(jī)的功率：
所以選用2.2KW的電動(dòng)機(jī)。
（3）選取控制閥
依系統(tǒng)最高壓力和最大流量來選取控制閥，查手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)元件如下表：
序號(hào)
名稱
額定流量
L/min
實(shí)際流量
L/min
壓力范圍
MPa
選用規(guī)格
1
葉片泵
63
57.6
14
YB-63
2
三位五通換向閥
40-100
50
~32
WM
3
壓力繼電器
——
——
14
DF-B8C
4
調(diào)速閥
15-160
10~31.5
2FRM
5
單向閥
80-160
75
20
AF3-Ea20B
6
單向閥
80-160
75
20
AF3-Ea20B
7
背壓閥
2
<1
~32
YF3-E10B
8
順序閥
63-120
0.5~16
XF3-E10B
9
溢流閥
330
4.5
10~31.5
YF3-E10B
10
單向閥
80-160
75
20
AF3-Ea20B
11
濾油器
90
40
21
YYL-105-10
12
壓力表開關(guān)
——
——
16
KF3-E3B
13
二位三通換向閥
40-100
50
~32
WMM
14
單向閥
80-160
75
20
AF3-Ea20B
15
液壓缸
——
——
16
Y-HG1-G
5.4.1選擇管路與管接頭
焊接式、卡套式和擴(kuò)口式接頭應(yīng)用較普遍，其基本型有7種：端直通管接頭、直通管接頭、端直角管接頭、直角管接頭、端三通管接頭、三通管接頭和四通管接頭。凡帶有端字的都是用于管端與機(jī)件間聯(lián)接，其余用于管件間聯(lián)接。
5.4..2油管與油箱的選擇
（1）油管
在整個(gè)系統(tǒng)中，處在不同位置的油管應(yīng)相應(yīng)地采用不同類型的油管，以便取得較好的效果。因?yàn)橛凸艿氖欠袂‘?dāng)，對(duì)液壓系統(tǒng)的工作可靠性和最佳使用場(chǎng)合，比如鋼管，它能承受高壓、耐油、抗腐蝕性和鋼性好的特點(diǎn)。主要使用于中、高壓系統(tǒng)。而銅管它易彎曲，承受的壓力也較高，但價(jià)格高，抗振能力弱，只用于液壓裝置配接不方便的地方。至于軟管，主要用于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)之間的連接。這里我們?cè)谝簤合到y(tǒng)的連接中，在進(jìn)油管路上選用焊接綱管。鋼的加工低廉，性能好，使用也最廣泛，在換向閥與液壓缸之間亦采用鋼管連接。
（2） 油箱的設(shè)計(jì)
油箱的作用及設(shè)計(jì)要求
合理的確定油箱的容量是保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件，參照同類機(jī)床和有關(guān)技術(shù)資料，擬訂出油箱的作用及設(shè)計(jì)要求：
油箱在液壓系統(tǒng)中主要用于貯存系統(tǒng)所需要的油液，散發(fā)熱量；分離混進(jìn)油液中空氣和沉淀油中的污物。考慮設(shè)計(jì)要求：
① 有足夠的剛度，防止扭曲，以安裝其他元件。
② 設(shè)置漏油邊，以便防止油液漏在地面。
③ 設(shè)置油箱清洗蓋，其開口大小可以觸及到箱內(nèi)各個(gè)角落。
④ 油箱底為傾斜式，并在最底處設(shè)置放油塞，以便排空和清洗油箱。
⑤ 為改善油箱散熱，便于清洗和搬運(yùn)，油箱有一定的離地高度。
⑥ 設(shè)置液位計(jì)，以便嚴(yán)重外面觀察液面高低和液位的變化情況。
⑦ 設(shè)置空氣濾清器，以便油箱內(nèi)通氣和凈化抽吸的空氣，但必須注意濾清器空氣流量要大于油箱最大的浮動(dòng)體積。該濾清器亦為加油口，故需配置過濾器。
⑧ 進(jìn)入油箱的吸油管及回油管應(yīng)盡量閣開，吸油管離箱底應(yīng)為2D（管徑），距箱邊不小于3D?；赜凸芤烊胍好嬉韵拢嗟?D，以防止回油時(shí)帶進(jìn)空氣。油管的排口面向箱壁，管端斜切成45度
⑨ 選擇開式油箱：一股腦眼廣泛，油箱內(nèi)也面與大氣相通，為減少污染，油箱蓋上設(shè)有空氣濾清器。
（2）油箱容量的確定：
考慮油箱容量時(shí)，考慮下列因素：
① 當(dāng)系統(tǒng)停止工作時(shí)，由于重力等因素的影響，應(yīng)能儲(chǔ)存系統(tǒng)中各元件（缸，液壓閥等）的全部回油。
② 系統(tǒng)工作時(shí)，液面應(yīng)能保持一定的高度。
③ 能及時(shí)散熱，保持一定的油溫；
④ 能維持一定的油液循環(huán)速度，并具有足夠的油液表面積和安排好吸油管和回油管的相互位置及管出口傾斜方向，以使油也在油箱中有較長的時(shí)間分離氣泡和沉淀污染物。
固定式油箱在一般情況下，其有效容量應(yīng)為泵流量的三倍以上。且當(dāng)油箱周圍通氣良好，在自然散熱的條件下，其有效容積的最下容量可按下式計(jì)算：
式中：——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其取值如下表：
系統(tǒng)類型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金系統(tǒng)
1～2
2～4
5～7
6～12