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黃河科技學(xué)院畢業(yè)（文獻綜述） 畢業(yè)設(shè)計(論文) 文獻綜述 院（系）名稱 工學(xué)院機械系 專業(yè)名稱 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 潘 其 好 指導(dǎo)教師 李 長 詩 2012年 03 月 10 日 黃河科技學(xué)院畢業(yè)（論文）文獻綜述 第 9 頁 研磨機設(shè)計 摘要：本文介紹了研磨機的發(fā)展、研磨機的機械工作原理、類型 、特點及常見故障等內(nèi)容。通過這些對研磨機有一個大致的了解，為設(shè)計做準(zhǔn)備。 關(guān)鍵詞：研磨 平面研磨機 調(diào)速 前言： 研磨是超精密加工中一種重要加工方法，其優(yōu)點是加工精度高，加工材料范圍廣。但傳統(tǒng)研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點，這使得傳統(tǒng)研磨應(yīng)用受到了一定限制。本項目解決了傳統(tǒng)研磨存在的絕大部分缺點，提高了研磨技術(shù)水平，在保證研磨加工精度和加工質(zhì)量（達到了納米級）的同時，還顯著降低加工成本，提高加工效率，使研磨技術(shù)進一步實用化，有利于研磨技術(shù)的推廣應(yīng)用，促進了中國精密加工技術(shù)、先進制造技術(shù)的進步，增強中國在加工制造領(lǐng)域的競爭實力，特別是對振興東北老工基地具有十分重要的現(xiàn)實意義。先進加工制造業(yè)和光電子產(chǎn)業(yè)都是中國的特色產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，也是中國重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)，研磨加工技術(shù)對這兩個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都具有重要作用。本項目開發(fā)的納米級高效研磨加工技術(shù)在加工效率、加工成本、加工質(zhì)量和加工精度上具有明顯的優(yōu)勢，具有很好的應(yīng)用前景。 研磨機是保證研磨加工的重要條件,因此人們專門研究了各種不同的研磨機。目前國內(nèi)生產(chǎn)高速研磨機的廠家不少,但由于研磨加工的針對性較強,對不同的工件,研磨加工的方法也有很大的差別。所以人們研究開發(fā)出了許多專用的研磨機。研磨機從加工精度上基本分為兩種。一種是加工不僅對精度要求較高并對面形精度也有所要求的工件。另外一種是加工只要求表面粗糙度的零件,例如一些鎢鋼表帶和紐扣等。這種研磨機適合加工一些尺寸較小，而且數(shù)量較大的零件。在研磨中將工件與磨料一起置入一容器內(nèi)，加以振動，進行研磨拋光。還有人專門研制出相應(yīng)的振動研磨機。目前這種振動研磨機國內(nèi)外都有廠家生產(chǎn)，而且這種研磨加工技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也日趨廣泛。 1. 研磨機的發(fā)展 研磨機是保證研磨加工的重要條件,因此人們專門研究了各種不同的研磨機。目前國內(nèi)生產(chǎn)高速研磨機的廠家不少,但由于研磨加工的針對性較強,對不同的工件,研磨加工的方法也有很大的差別。所以人們研究開發(fā)出了許多專用的研磨機。研磨機從加工精度上基本分為兩種。一種是加工不僅對精度要求較高并對面形精度也有所要求的工件。另外一種是加工只要求表面粗糙度的零件,例如一些鎢鋼表帶和紐扣等。這種研磨機適合加工一些尺寸較小，而且數(shù)量較大的零件。在研磨中將工件與磨料一起置入一容器內(nèi)，加以振動，進行研磨拋光。還有人專門研制出相應(yīng)的振動研磨機。目前這種振動研磨機國內(nèi)外都有廠家生產(chǎn)，而且這種研磨加工技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也日趨廣泛。目前國內(nèi)外生產(chǎn)后一種的廠家較多。 我國在八十年代研究出來第一臺PJM320型平面研磨機。曾獲得國家科學(xué)大會獎?，F(xiàn)在西安秦川發(fā)展有限公司生產(chǎn)的PJM320B就是以它為原型改進的。在光學(xué)加工中研磨又稱精磨,所以研磨機也稱為精磨機。目前還有南京儀機股份有限公司生產(chǎn)的PLM-400精密拋光機。以及我國臺灣高鈺精密有限公司生產(chǎn)的各種精磨機。其中平面精磨機有DL-380和CDL-600和及CDL-900型號和雙面精磨機有CDL-4B-4L和CDL-6B-6L及CDL-9B-5L等型號。其中CDL-380型研磨機研磨精度高,可達到的平面度為0.2μm～0.5μm,表面粗糙度Ra<0.1μm，它可加工各種材質(zhì)。 為提高加工效率人們研制出雙面研磨機，如蘭州東勝機械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的DSL9B-5P型雙平面研磨機,它加工出的產(chǎn)品精度為10微米級,平面度及平行度在千分之一毫米。還有深圳宏達公司生產(chǎn)的雙平面研磨機,其平行度及平面度也為千分之一毫米。球面高速研磨機按加工工件表面的曲率半徑不同,分為大球面、中球面和小球面三種，其中Q875型高速精磨機和QJM-40小球面高速精磨機和QJM-100中球高速研機應(yīng)用較為普遍。 目前，國外高品質(zhì)的研磨機床已實現(xiàn)系列化，而且加工精度已達到很高的水平。如SPEEDFAM高速平面研磨機，具有粗研磨及精研磨的廣泛研磨能力，能以短時間和低成本獲得較高的平行度、平面度以及表面粗糙度。即使不熟練的操作人員，亦能達到尺寸公差3μm、平面度0.3μm、平行度3μm,表面粗糙度Ra0.2μm以內(nèi)的高精度加工水平。又如Takao NAKAMURA等人研制的硅片研磨機，可同時加工5片直徑為125mm的硅片，當(dāng)硅片厚度在500～515μm時，經(jīng)過24～30min的拋光，尺寸可達到480士3μm，平均材料去除率0.51～0.57μm/min。 據(jù)《科技日報》2006年5月24日報道: 納米級高效研磨加工技術(shù)主要采用固著磨料高速研磨加工方法。固著磨料高速研磨與傳統(tǒng)的散粒磨料研磨不同，其磨料的密度分布是可控的。利用固著磨料研磨的這一特點，根據(jù)工件磨具間的相對運動軌跡密度分布，合理地設(shè)計磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨過程中所出現(xiàn)的磨損不影響磨具面型精度，從而顯著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻煩。 本項目將固著磨料高速研磨技術(shù)與磨具保型磨損理論和工件均勻研磨加工技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了納米級高效研磨加工，從而提高我國機械加工技術(shù)水平，特別是超精密加工技術(shù)水平。 納米級高效研磨加工技術(shù)主要適合應(yīng)用于單平面和雙平面的超精密研磨加工，其加工精度要求達到納米級水平。該技術(shù)主要是采用固著磨料高速研磨加工技術(shù)，固著磨料高速研磨與傳統(tǒng)的散粒磨料研磨不同，其磨料的密度分布是可控的。利用固著磨料研磨的這一特點，根據(jù)工件磨具間的相對運動軌跡密度分布，合理地設(shè)計磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨過程中所出現(xiàn)的磨損不影響磨具面型精度，從而顯著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻煩。在平面固著磨料研磨中，磨具的旋轉(zhuǎn)運動是主運動，工件的運動是輔助運動。在大部分情況下，工件是浮動壓在磨具上，其運動規(guī)律是未知的。因此，要對工件受力進行分析，才能求出其受力狀態(tài)及運動規(guī)律。取工件為整個研磨系統(tǒng)的分離體，建立工件受力平衡微分方程，求解該方程就能得到工件的運動規(guī)律。一旦掌握了磨具和工件的運動規(guī)律，就可以求出它們間的相對運動及相對運動軌跡密度分布。從而根據(jù)工件相對磨具的運動軌跡密度分布，設(shè)計磨具上磨料密度分布，使得磨具在磨損后不喪失原有的面型精度，這就保證了工件的面型精度。 本項目在原有的單平面磨具保型磨損理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)出工件均勻研磨技術(shù)，從而進一步提高了工件的面型精度，同時還建立了固著磨料雙平面高速研磨磨具保型磨損理論，研制了雙平面高速研磨機，并進行了固著磨料雙平面高速研磨加工實驗，通過實驗完善了有關(guān)加工工藝和研磨機，實現(xiàn)了對工件的兩個平行表面同時進行高速研磨加工。本項目還研究了固著磨料高速研磨中工件加工表面的形成規(guī)律，探討了有關(guān)研磨參數(shù)對工件加工表面的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，進一步提高了工件的表面質(zhì)量，實現(xiàn)了低成本、高效率的納米級研磨加工，工件已加工表面粗糙度達0.88nm。 目前國內(nèi)外生產(chǎn)的研磨機基本上都是中大型的。對于小型便攜式高速研磨機的研究有限。而目前便攜式的研磨機只有專門維修閥門的維修機具。目前國內(nèi)外的高速研磨機的發(fā)展方向主要是進一步提高研磨加工質(zhì)量和加工效率,提高研磨機的自動化程度,以減輕操作者的勞動強度。而對維修設(shè)備現(xiàn)場使用的便攜式研磨機還沒有人進行研究和開發(fā)。 2. 研磨機的機械工作原理 研磨機采用無級調(diào)速系統(tǒng)控制，可輕易調(diào)整出適合研磨各種部件的研磨速度。采用電—氣比例閥閉環(huán)反饋 壓力控制，可獨立調(diào)控壓力裝置。上盤設(shè)置緩降功能，有效的防止薄脆工件的破碎。通過一個時間繼電器和一個研磨計數(shù)器，可按加工要求準(zhǔn)確設(shè)置和控制研磨時間和研磨圈數(shù)。工作時可調(diào)整壓力模式，達到研磨設(shè)定的時間或圈速時就會自動停機報警提示，實現(xiàn)半自動化操作。 研磨機變速控制方法，研磨加工有三個階段，即開始階段、正式階段和結(jié)束階段，開始階段磨具升速旋轉(zhuǎn)，正式階段磨具恒速旋轉(zhuǎn)，結(jié)束階段磨具降速旋轉(zhuǎn)，其特征在于，在研磨加工開始階段，人為控制磨具轉(zhuǎn)速的加速度從零由慢到快地增大，當(dāng)磨具轉(zhuǎn)速升到正式研磨速度的一半時，加速度的變化出現(xiàn)一個拐點，控制磨具轉(zhuǎn)速的加速度由最大值由快到慢地減小，直到磨具轉(zhuǎn)速達到正式的研磨速度，磨具轉(zhuǎn)速的加速度降為零。 利用固著磨料研磨的這一特點，根據(jù)工件磨具間的相對運動軌跡密度分布，合理地設(shè)計磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨過程中所出現(xiàn)的磨損不影響磨具面型精度，從而顯著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻煩。在平面固著磨料研磨中，磨具的旋轉(zhuǎn)運動是主運動，工件的運動是輔助運動。在大部分情況下，工件是浮動壓在磨具上，其運動規(guī)律是未知的。因此，要對工件受力進行分析，才能求出其受力狀態(tài)及運動規(guī)律。取工件為整個研磨系統(tǒng)的分離體，建立工件受力平衡微分方程，求解該方程就能得到工件的運動規(guī)律。 研磨機主機采用調(diào)速電機驅(qū)動，配置大功率減速系統(tǒng)，軟啟動、軟停止，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。通過上、下研磨盤、 太陽輪、游星輪在加工時形成四個方向、速度相互協(xié)調(diào)的研磨運動，達到上下表面同時研磨的高效運作。下研磨盤可升降，方便工件裝卸。氣動太陽輪變向裝置，精確控制工件兩面研磨精度和速度。隨機配有修正輪，用于修正上下研磨盤的平行誤差。 研磨籃式研磨機繼承了籃式研磨機分散研磨兩道工序在一臺機器、一道工序上實現(xiàn)的特點，同時還可以作為分散機單獨使用(當(dāng)分散盤在工作位置，研磨籃未下降時)。對于需要研磨的物料，又可以實現(xiàn)先分散后研磨的功能(當(dāng)研磨籃下降到工作位時，可對物料進行高效率的精研磨)。 3. 研磨機類型 研磨機的主要類型有圓盤式研磨機、轉(zhuǎn)軸式研磨機和各種專用研磨機。 3.1 圓盤式研磨機 分單盤和雙盤兩種，以雙盤研磨機應(yīng)用最為普通。在雙盤研磨機上，多個工件同時放入位于上、下研磨盤之間的保持架內(nèi)，保持架和工件由偏心或行星機構(gòu)帶動作平面平行運動。下研磨盤旋轉(zhuǎn)，與之平行的上研磨盤可以不轉(zhuǎn)，或與下研磨盤反向旋轉(zhuǎn)，并可上下移動以壓緊工件（壓力可調(diào)）。此外，上研磨盤還可隨搖臂繞立柱轉(zhuǎn)動一角度，以便裝卸工件。雙盤研磨機主要用于加工兩平行面、一個平面(需增加壓緊工件的附件)、外圓柱面和球面（采用帶V形槽的研磨盤）等。加工外圓柱面時,因工件既要滑動又要滾動，須合理選擇保持架孔槽型式和排列角度。單盤研磨機只有一個下研磨盤，用于研磨工件的下平面，可使形狀和尺寸各異的工件同盤加工，研磨精度較高。有些研磨機還帶有能在研磨過程中自動校正研磨盤的機構(gòu)。 3.2 轉(zhuǎn)軸式研磨機 由正、反向旋轉(zhuǎn)的主軸帶動工件或研具（可調(diào)式研磨環(huán)或研磨棒）旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)比較簡單，用于研磨內(nèi)、外圓柱面。 3.3 專用研磨機 依被研磨工件的不同，有中心孔研磨機、鋼球研磨機和齒輪研磨機等。 此外，還有一種采用類似無心磨削原理的無心研磨機，用于研磨圓柱形工件。 4. 研磨機的特點 （1）自動研磨機又為高速研磨機，精密研磨機。采用砂布帶，電器采用日本和泉、富士、整機噴塑,顏色為微機色； （2）導(dǎo)軌為臺灣直線導(dǎo)軌； （3）刮膠采取卡式鎖設(shè)計，能使變形刮膠調(diào)正，確保研磨品質(zhì)； （4）此自動研磨機，高速研磨機，精密研磨機可用于機械式刮刀與手動式刮刀研磨； （5）特殊研磨輪設(shè)計，研磨布帶無壓力感，刮膠不變形，無波紋狀現(xiàn)象，確保研磨精度。 （6）研磨角度度以配合各種特殊印刷的效能； （7）研磨機裝有洗塵裝置，可減少工業(yè)污染，有利于工作人員的身體健康及設(shè)備的保養(yǎng)； （8）自動研磨機，高速研磨機，精密研磨機操作簡便，無需專業(yè)技術(shù)即可操作。 5. 研磨機的小牙齒斷齒的故障 研磨機在火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用，但其傳動軸振動及小牙輪斷齒一直困擾著系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，前一時期我廠制粉系統(tǒng)也倍受這兩個缺陷的困擾，甚至影響到了機組燃料的供應(yīng)，經(jīng)檢修人員多次調(diào)整，效果顯著，傳動軸振動低于0.08mm。近一時期，研磨機小牙輪斷齒的故障也鮮有耳聞了，現(xiàn)將經(jīng)驗予以總結(jié)。 具體措施： （1）齒頂間隙是齒輪傳動裝置的重要裝配參數(shù)之一，規(guī)程中規(guī)定大、小牙輪間隙為7.5-8.5mm，實際生產(chǎn)中，設(shè)備經(jīng)長期運行，大齒輪齒圈受應(yīng)力沖擊變形，由原來的圓形漸變?yōu)闄E圓形，所以其齒頂間隙局部甚至低于6mm，在實際調(diào)整過程中應(yīng)將齒頂間隙調(diào)為8.5-10mm，以減少因齒頂間隙引起的沖擊，造成輪齒過載折斷。 （2）大齒圈的緊力不夠也是引起其變形的重要原因之一。在實際操作中，除加大螺栓緊力外，用10mm厚鋼板將大齒圈接合面連接起來，加大緊固面，防止齒圈變形，保證主、從動輪角速度一致，防止傳動比變化引起的慣性力，造成疲勞折斷。 （3）傳動軸軸承的充分潤滑也是保證其平穩(wěn)運行的主要原因，目前采用傳統(tǒng)的定期、手工加油，此舉雖也能夠保證軸承得到足夠的潤滑，但易造成潤滑油量的過多或不足，建議采用機械定時、定量科學(xué)地補充潤滑脂，從而保證軸承的適度潤滑，降低振動，避免軸承的磨損和保持架的破裂，延長壽命。 參考文獻 [1] 孫恒.機械原理[M]七版.北京：高等教育出版社，2006.5 [2] 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M]八版.北京：高等教育出版社，2006.5 [3] 王愛珍.機械工程材料[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.2 [4] 黃健求.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.11 [5] 鄭修本.機械制造工藝學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.5 [6] 吳宗澤，羅圣國. 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M]. 北京：高等教育出版社，2006.5 [7] 孔慶華，母福生. 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