摘 要為了提高金相拋光機(jī)的拋光速度和質(zhì)量，在研究分析傳統(tǒng)拋光機(jī)基礎(chǔ)上，通過對(duì)拋光機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)及控制部分的構(gòu)思，使拋光機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)多次調(diào)節(jié)拋光壓力，實(shí)現(xiàn)拋光盤旋轉(zhuǎn)速度不同模式切換等功能。本文通過對(duì)金相試樣拋光機(jī)機(jī)械部分的動(dòng)力頭、加減壓機(jī)構(gòu)、齒輪箱及夾具的設(shè)計(jì)，達(dá)到了拋光過程平穩(wěn)、拋光均勻、拋光質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)通過PID模糊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓，調(diào)速及加工時(shí)間控制的目的。關(guān)鍵詞：新型；金相試樣；拋光機(jī)；機(jī)械拋光AbstractIn order to improve the polishing speed and quality of metallographic polishing machine, on the basis of studying and analyzing the traditional polishing machine, through the design of the mechanical part and the conception of the control part of the polishing machine, the polishing pressure can be adjusted many times. The function of different mode switching of rotating speed of throwing disc is realized.In this paper, the power head, decompression mechanism, gearbox and fixture of the mechanical part of the metallographic sample polishing machine are designed to achieve the advantages of stable polishing process, uniform polishing and high polishing quality. At the same time, the purpose of automatic voltage regulation, speed regulation and processing time control is realized by PID fuzzy control system.Keywords: new type; New type; metallographic sample; polishing machine; mechanical polishing.目 錄1 緒論11.1 設(shè)計(jì)的目的和意義11.2 金相試樣拋光機(jī)的國內(nèi)外研究狀況11.2.1 國外拋光機(jī)的性能與特點(diǎn)11.2.2 國內(nèi)拋光機(jī)的性能與特點(diǎn)21.2.3 討論22 金相試樣拋光機(jī)設(shè)計(jì)要求及方案確定42.1 設(shè)計(jì)要求42.2 金相試樣拋光機(jī)整體方案的確定42.2.1 金相試樣拋光機(jī)類型分析42.2.2 金相試樣拋光機(jī)方案比較52.2.3 綜合考慮選出最佳設(shè)計(jì)方案63 金相試樣拋光機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)73.1 動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)73.2 加減壓機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)93.3 齒輪箱的設(shè)計(jì)103.3.1 齒輪設(shè)計(jì)103.3.2. 齒輪軸的設(shè)計(jì)153.3.3 絲杠的設(shè)計(jì)173.4電機(jī)的計(jì)算選擇203.5拋光盤動(dòng)力源電機(jī)的計(jì)算選擇213.6 帶輪的計(jì)算選擇224夾具設(shè)計(jì)245 金相試樣拋光機(jī)調(diào)速部分設(shè)計(jì)255.1 顯示面板設(shè)計(jì)255.2金相試樣拋光機(jī)控制系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)思想265.3 伺服電機(jī)的調(diào)速研究266 總結(jié)29參考文獻(xiàn)30致謝31一種新型金相試樣拋光機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 緒論1.1設(shè)計(jì)的目的和意義人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)就是生產(chǎn)原料，生產(chǎn)原料的利用程度直接反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平。對(duì)于大多數(shù)的金屬原料除了自身的物理性能之外還與該原料的化學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。要想充分的利用金屬原料，首先就要熟悉他們的物理狀態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，也就是該金屬原料的分子結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)，以及在什么狀態(tài)下能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)換運(yùn)用。對(duì)金屬的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析首先我們用肉眼很難辨別，需要借助一定的化學(xué)儀器來進(jìn)行觀察，那么我們就需要制作金屬樣本。通常制作金屬樣本我們一般要經(jīng)過以下步驟進(jìn)行。先進(jìn)性取樣、然后將樣本嵌入固定架、將樣本打磨(粗磨和細(xì)磨)最后需要對(duì)樣本進(jìn)行拋光。在這幾個(gè)環(huán)節(jié)我們都要格外的小心謹(jǐn)慎。一旦有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，可能整個(gè)樣本檢測(cè)的結(jié)果都會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤結(jié)論。在整個(gè)環(huán)節(jié)中拋光這一環(huán)節(jié)是非常重要的，拋光的好壞會(huì)直接影響金相制取試樣的結(jié)果。金屬是怎樣進(jìn)行拋光的呢！首先我們需要用磨砂紙片將金屬層凹凸不平的表面打磨平滑。然后通過比如機(jī)械拋光或者一些電解的拋光方式進(jìn)行。實(shí)踐中進(jìn)行拋光試樣的方式非常多。而本文中提到的也只是眾多之中的常用的兩種。其中機(jī)械拋光是目前拋光做得最為精湛的，它能夠保證試樣的標(biāo)本能夠達(dá)到檢測(cè)的最優(yōu)效果。因此對(duì)于金相試樣拋光機(jī)的選擇是非常重要的，適合的拋光機(jī)不僅可以達(dá)到目標(biāo)效果還可以減少試樣殘品的出現(xiàn)，可以節(jié)約大量的成本投入。1.2金相試樣拋光機(jī)的國內(nèi)外研究狀況當(dāng)前，在國外生產(chǎn)用于金相試樣的拋光機(jī)的企業(yè)主要有丹麥的Struers公司和美國的Buehler公司，其中這兩家公司的主要經(jīng)營項(xiàng)目就是在拋光機(jī)開發(fā)和生產(chǎn)上。其中Struers公司生產(chǎn)的拋光機(jī)，主要設(shè)計(jì)是希望能夠?qū)崿F(xiàn)拋光機(jī)自我進(jìn)行拋光，能夠高效的自動(dòng)完成。這個(gè)企業(yè)的拋光機(jī)有多個(gè)系統(tǒng)比如MAPS、AbraPol10、AbraPlani0等。在不同的打磨環(huán)境下我們可以采用不同的系統(tǒng)進(jìn)行操作。這幾個(gè)系統(tǒng)都是由共同的制備單元構(gòu)成，有的系統(tǒng)有一個(gè)制備單元有的有多個(gè)。每個(gè)單元里面都有具體的功能，比如可以進(jìn)行研磨、清洗、干燥。多個(gè)制備單元就可以完成整個(gè)過程的處理工作。Buehler公司的產(chǎn)品從開始打磨到最后的拋光都不需要人為進(jìn)行指示操作即可完成，該系統(tǒng)差不多可以容納五十個(gè)工作程序，而且操作起來簡單方便， 在整個(gè)打磨和拋光的過程都可以清楚的通過彩色液晶顯示屏進(jìn)行顯示，在顯示屏上我們可以通過手電觸摸進(jìn)行操作。不僅可以高效的完成拋光還可以節(jié)約大量的勞動(dòng)力成本。但是上述兩家公司生產(chǎn)的產(chǎn)品在價(jià)格上都非常的昂貴。每臺(tái)產(chǎn)品的單價(jià)折合成人民幣差不多接近七百萬左右。目前在國內(nèi)拋光大多數(shù)還停留在人工操作上，主要原因除了缺乏資金之外。另外的就是沒有自己的核心技術(shù)。目前國內(nèi)使用的拋光機(jī)分為單盤和雙盤兩種類型。多數(shù)機(jī)型的拋光盤為單盤或雙盤，無論哪一種都帶有冷卻裝置，但是其冷卻效果極差。因此經(jīng)常在冷卻的過程中由于冷卻效果差的原因?qū)е略嚇颖砻姘l(fā)紅變黑。使得樣本的厚度反而增加影響快速拋光的效果。樣本的拋光制樣要求非常的高，在拋光的過程中如果拋光轉(zhuǎn)速過大很可能導(dǎo)致變形，軟相(石墨)脫落，出現(xiàn)浮雕。在進(jìn)行拋光試樣時(shí)，我們?yōu)榱朔乐钩霈F(xiàn)變形層，需要將拋光器設(shè)置為壓力小轉(zhuǎn)速慢。其中關(guān)于轉(zhuǎn)速可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，但是在拋光上必須由人親自完成。在人為進(jìn)行操作過程中對(duì)手的壓力很難掌控，壓力的大小完全憑自己的感覺，因此一方面上速度比較滿，拋光的質(zhì)量也很難得到保障。目前在南京和上海分別生產(chǎn)出來了一種變頻調(diào)速和PW-I型號(hào)的金屬試樣拋光機(jī)。通過對(duì)拋光機(jī)的比較，目前國內(nèi)的拋光機(jī)在技術(shù)上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他國家。例如目前國內(nèi)使用的拋光機(jī)分為單盤和雙盤兩種類型。多數(shù)機(jī)型的拋光盤有單盤或雙盤，無論哪一種都帶有冷卻裝置，但是其冷卻效果極差。因此經(jīng)常在冷卻的過程中由于冷卻效果差的原因?qū)е略嚇颖砻姘l(fā)紅變黑。而國外研制的全自動(dòng)拋光機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制冷卻液的流量，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化進(jìn)行，不僅節(jié)約成本還提高了效率。 2 金相試樣拋光機(jī)設(shè)計(jì)要求及方案確定2.1設(shè)計(jì)要求在設(shè)計(jì)金相試樣拋光機(jī)上我們應(yīng)該要做到：精確度高，各個(gè)環(huán)節(jié)能夠很好的銜接，能夠自動(dòng)完成，其冷卻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)流量自行控制?？梢宰詣?dòng)對(duì)樣本的打磨程度進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候：我們要將轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)停止時(shí)候的慣性調(diào)小。減少因?yàn)槟Σ吝^大縮減了機(jī)械設(shè)備使用壽命；同時(shí)對(duì)固有頻率進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，盡量提高其固有頻率，讓閉環(huán)伺服系統(tǒng)能夠更好的處于穩(wěn)定狀態(tài)。在控制系統(tǒng)上要保證系統(tǒng)能夠自動(dòng)的調(diào)解壓力器的大小。在試樣拋光過程中我們需要在壓力器的部位設(shè)置能夠能帶動(dòng)夾具升降的動(dòng)力裝置以此來實(shí)現(xiàn)壓力增減；因?yàn)閽伖鈺r(shí)間過長或者過短都會(huì)影響拋光質(zhì)量。同時(shí)在轉(zhuǎn)速上我們需要設(shè)計(jì)能夠識(shí)別材質(zhì)的裝置，根據(jù)材質(zhì)的判斷來主動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的大小。2.2金相試樣拋光機(jī)整體方案的確定2.2.1金相試樣拋光機(jī)類型選擇拋光按照它的工作原理可以將其劃分為機(jī)械拋光，電解拋光，化學(xué)拋光等1、機(jī)械拋光機(jī)械拋光是目前使用范圍最廣的一種拋光技術(shù)，它的拋光速率在幾個(gè)中是最快的，而且能夠在該速率上保證拋光的質(zhì)量效果。2、電解拋光電解拋光是是在機(jī)械拋光無法使用的情況下的一種替代措施，它不會(huì)受金屬干擾層和機(jī)械巒晶假象的干擾，對(duì)于某些需要低負(fù)荷硬度樣本或透射電鏡的薄膜試樣有特別大的作用。但是由于每種金屬的本身的化學(xué)組織結(jié)構(gòu)不同因此對(duì)電解的條件也要求不同。3、化學(xué)拋光化學(xué)拋光主要是利用化學(xué)物質(zhì)的一個(gè)腐蝕作用實(shí)現(xiàn)的，雖然方法比較簡便但是在拋光速度上比其他拋光方法更慢，在進(jìn)行樣本打磨的過程中，雖然表面上看起來光滑，但是通過一定的儀器會(huì)發(fā)現(xiàn)有許多高低起伏的波紋大量出現(xiàn)，不能夠達(dá)到拋光實(shí)驗(yàn)樣本的要求。2.2.2綜合考慮選出最佳設(shè)計(jì)方案通過對(duì)不同的拋光機(jī)械的功能的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，最后本文主要采用綜合性強(qiáng)的機(jī)械拋光進(jìn)行研究。在設(shè)置的過程中為了能夠滿足不同材質(zhì)的一個(gè)拋光要求，于是通過使用機(jī)械電子一體化系統(tǒng)對(duì)拋光機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。驅(qū)動(dòng)機(jī)械拋光機(jī)的主要?jiǎng)恿κ请妱?dòng)機(jī)裝置，然后將相互可以重合的齒輪盒與動(dòng)力裝置進(jìn)行連接，由發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能并通過滾珠螺旋裝置帶動(dòng)進(jìn)行。當(dāng)向前移動(dòng)時(shí)候，電動(dòng)機(jī)會(huì)進(jìn)行逆向旋轉(zhuǎn)，然后通過傳力帶帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中就會(huì)觸發(fā)壓力裝置使得螺母向下移動(dòng)，這時(shí)候就會(huì)觸動(dòng)提前設(shè)置的壓力按鈕然后使夾子產(chǎn)生彈性。同樣的道理減少壓力做相反的過程就可以了?？刂撇考饕玫氖悄：刂葡到y(tǒng)，他能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力大小。3 金相試樣拋光機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求金相拋光機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確度高、運(yùn)行的非常平穩(wěn)、工作的安全性高的優(yōu)點(diǎn)。金相試樣拋光機(jī)使用的是夾具的方式，通過在夾具上施加一定的壓力，和磨盤進(jìn)行摩擦，并且還可以多塊試樣同時(shí)進(jìn)行，這樣使得制樣的效率大大提高。同時(shí)，我們加在夾具上的壓力還可以根據(jù)需要靈活的調(diào)整。機(jī)械部分主要是由動(dòng)力頭部分、夾持盤、機(jī)械主體和外觀的設(shè)計(jì)部分這幾個(gè)部分組成。3.2動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)在用金相部分拋光機(jī)實(shí)施拋光操作時(shí)，拋光運(yùn)動(dòng)必須保證軌跡到各個(gè)點(diǎn)的距離相近或相同，這樣出來的產(chǎn)品才符合要求，因此，對(duì)拋光的軌跡具體要求如下：1、工件運(yùn)動(dòng)，拋光盤靜止，使工件上的拋光軌跡到工件上的各個(gè)點(diǎn)的距離相同。2、工件上任一點(diǎn)不重復(fù)的進(jìn)行拋光。也就是說運(yùn)動(dòng)軌跡盡量不重合。3、拋光要保持平穩(wěn)，避免轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度過大帶來的變故。4、保證工件在整個(gè)拋光的平面磨損均勻。5、可以及時(shí)的改變拋光機(jī)上面的工件的運(yùn)動(dòng)方向，使得工件的紋路復(fù)雜，保證表面的相對(duì)光滑，并且均勻的分布。 3-1 動(dòng)力頭示意圖動(dòng)力頭是整個(gè)金相試樣拋光機(jī)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，它的工作原理簡單的來說：就是動(dòng)力頭提供動(dòng)力，通過控制夾具的上升和下降，在夾具上施加彈力，并且這部分的壓力不是一個(gè)確定的值，可以在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。帶動(dòng)夾具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；磨拋進(jìn)行了一段時(shí)間之后加在上面的彈力就沒有剛開始的那么大了，彈力就會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行降低。其主要的部分如下圖3-1所呈現(xiàn)的那樣，電機(jī)通過齒輪帶動(dòng)齒輪來控制施加在夾具上面的彈力，因?yàn)榘霃讲煌凝X輪所需要的彈力不同，所以通過連接不同半徑的齒輪，從而來控制在夾具上的彈力。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)按照逆時(shí)針的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，來帶動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，將螺桿向下移動(dòng)，以此來控制施加在上面的壓力，并且產(chǎn)生彈力;壓力可以在一定的范圍內(nèi)根據(jù)自己的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)電機(jī)向順時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿向上移動(dòng)，將施加在工件上的壓力減輕。當(dāng)主軸向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)設(shè)置的標(biāo)定的位置時(shí)，這時(shí)就輸出的時(shí)保持這種彈力的信號(hào)，所以，意思就是保持施加在夾具上的壓力不變。還可以設(shè)置固定的時(shí)間段，以此控制在不同的時(shí)間段內(nèi)施加在上面的彈力的大小，并且在一定的時(shí)間內(nèi)就釋放一次，這種狀況一直持續(xù)到時(shí)間到達(dá)，到達(dá)上限之后自動(dòng)切斷電源，一切停止。圖3-2 壓力曲線圖3.2 加、減壓機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)加減壓機(jī)部分是控制施加在機(jī)體上的壓力，是影響到拋光機(jī)的性能和使用壽命。加減壓部分的工作原理簡單的概述如下：步進(jìn)電機(jī)通過花鍵連接，控制主軸使其能上下的移動(dòng)。并且由一個(gè)控制桿進(jìn)行控制，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制桿上的螺母向下運(yùn)動(dòng)，使得下面的彈簧受到壓縮，當(dāng)這種壓力施加到一定程度，就突然釋放，使得螺母由規(guī)律的進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在螺母和控制桿之間的彈簧起到的作用很關(guān)鍵。彈簧的壓力由一定的規(guī)律，并且壓力的大小和壓縮出現(xiàn)的位移存在很密切的關(guān)系，可以通過物理公式將這種關(guān)系描述出來，在一定的時(shí)間段內(nèi)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，壓縮的時(shí)間越長，彈簧被釋放后的位移的長度就越大。并且存在一定的線性關(guān)系，所以我們可以通過測(cè)位移來計(jì)算其它不好測(cè)量的值。3.3齒輪箱的設(shè)計(jì)3.3.1齒輪設(shè)計(jì)摩擦力與步進(jìn)電機(jī)所受力相等即：F=F=100N （3-3）P= =0.52W （3-4）在齒輪設(shè)計(jì)中，小齒輪的轉(zhuǎn)矩為 T= （3-5） T=82.8Nmm 轉(zhuǎn)動(dòng)速度n=60r/min，按設(shè)計(jì)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。精度等級(jí)：選6級(jí)精度。因齒輪要求較低，受力很小。計(jì)算如下：關(guān)于主軸傳動(dòng)齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1、初步計(jì)算：齒寬系數(shù)：d1.0，初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力：H1=0.9Hlim1=0.9×110=99Mpa 初步計(jì)算的小齒輪直徑：d5.81 （3-6）所以，d=5.81=54mm 2、校核計(jì)算：圓周速度： (3-7)齒數(shù)Z和模數(shù)m：模數(shù)，取m=2，則，Z2= iZ1=29。使用系數(shù)KA：KA1.5，動(dòng)載系數(shù)KV：取KV1.1，端面重合度： (3-8)重合度系數(shù)： Z=1.49，由此得： ，=1.265彈性系數(shù)ZE：取ZE189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH：取ZH2.5則指數(shù)：m=8.78 NL1 = NV1 = 60ithi(Ti/Tmax) (3-9) =60×1×631×4800×(18.78×0.2+0.58.78×0.5+0.28.78×0.3)=3.65×107 H1 = = =764 Mpa (3-10)H2 = = =798 MPa (3-11)3、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算：重合度系數(shù)Y：齒間載荷分配系數(shù)KF： KF = = = 1.49齒向載荷分布系數(shù)KF：=7.4KF=1.25NL1= NV= (3-12) = 60×1×300×4800×(149.91×0.2+0.549.91×0.5+0.249.91×0.3)= 3.63×107原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。許用彎曲應(yīng)力F: 驗(yàn)算： F1= （3-13）=0.39MpaF1F2 = （3-14）= =0.39MPa傳動(dòng)無過載，故不作靜強(qiáng)度校核。4、確定傳動(dòng)主要尺寸：計(jì)算實(shí)際分度圓直徑d d1 = mZ1 = 2×29 =58 mmd2 = mZ2 = 2×29 =58 mm計(jì)算中心距a = = = 58 mm計(jì)算齒輪寬度b =bd1 = 1×58 = 58 mm Ft = = =3.1N （3-15） = =0.1 N/mm 100 N/mm合適。3.3.2 齒輪軸的設(shè)計(jì)1、輸入功率 P = 0.52W 轉(zhuǎn)速 n = 60 r/min 轉(zhuǎn)矩 T = 82.8 Nmm（2）求作用在齒輪上的力 Ft = = = 2.9 N （3-16） Fr = Fttan20°=2.9×tan20°=1.06 N（3）初步確定軸的最小直徑選軸的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，取A= 112d A =10 1.5112× =4.3 mm （3-17）取為d= 10 mm。2、軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（1)在軸向定位要求下確定各段直徑和長度。 3-3 齒輪軸簡圖L1是軸的最小直徑處，為10mm，L1 =45 mm，L2 L3處安放軸承，初選為d2 = 20 mm。（2）軸承選擇及校核尺寸 d×D×B = 20 mm ×42 mm ×10 mm基本額定載荷 Cr =19.5 kN軸承受力情況如圖3-4所示。3-4 主動(dòng)齒輪軸受力情況根據(jù)受力圖分析可以得出軸承的徑向力為：F = = = 3.09 N （3-18）F= = = 5.75 N （3-19）F= F- F = 5.75 3.09 =2.66 N （3-20）則有： N N h (3-21)故該軸承能滿足要求。3.3.3絲桿的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選擇的是梯形螺紋，它主要是起到導(dǎo)向的作用，承受的軸上面的負(fù)荷較小。有兩種不同直徑的齒輪。為了保證在箱子里面可以準(zhǔn)確的定位，所以對(duì)其直徑的長度進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)定，為74mm。在進(jìn)行壓力傳導(dǎo)的過程中，齒輪上面受到的力較小，最大就是100N的力，在運(yùn)行的過程中，滾珠因?yàn)榘霃叫〉脑?，所以滾珠的強(qiáng)度大于螺紋牙。3.4 電機(jī)的計(jì)算選擇3.4.1 動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇動(dòng)力頭提供動(dòng)力的是電機(jī)機(jī)體，一般我們是選擇步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)發(fā)射的信號(hào)是有一定的規(guī)律的，使發(fā)射出去的脈沖信號(hào)和彈簧出現(xiàn)的位移成正相關(guān)的關(guān)系，簡單的來說，就是具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、電機(jī)發(fā)射出去的脈沖頻率越高，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度就越快；2、脈沖頻率非常的穩(wěn)定，在一定的環(huán)境下不會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)的變化。；3、速度可以自由的進(jìn)行調(diào)節(jié)，啟動(dòng)的時(shí)間短，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。除此之外，步進(jìn)電機(jī)的頻率的精確度非常高，并且運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以，這種類型的電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域都非常的受歡迎。比如：衛(wèi)星天線和行車記錄儀等等。通過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)中的數(shù)據(jù)整理了如表31-61，55BYG4電機(jī)的電機(jī)參數(shù)可以滿足我們對(duì)電機(jī)的要求。表3-1 55BYG4電機(jī)參數(shù)表電壓相數(shù)靜態(tài)電流步距角保持轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載轉(zhuǎn)動(dòng)頻率步距角誤差12V41.2A1.8/0.9360Nm400s2500s3.4.2 拋光盤動(dòng)力源電機(jī)的選擇經(jīng)過我們對(duì)市場(chǎng)上大量的金相拋光機(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度的拋光盤的調(diào)查中，我們可以發(fā)現(xiàn)，我們選擇電動(dòng)機(jī)，用來作為執(zhí)行的動(dòng)力，把線性速度轉(zhuǎn)為角速度輸出去。并對(duì)其進(jìn)行簡單的分類。大概分為直流和交流電機(jī)兩類，當(dāng)電壓為零時(shí)自轉(zhuǎn)停止，轉(zhuǎn)速因?yàn)閼T性的作用還在持續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，但是速度在慢慢的降下來。電機(jī)內(nèi)部是永磁鐵的轉(zhuǎn)芯，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中會(huì)形成磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的力的作用下還可以持續(xù)的運(yùn)行。同時(shí)電機(jī)把信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)值向比較，來進(jìn)行調(diào)整電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度。查機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)表31-59，選擇90SZ51電機(jī)。其主要參數(shù)如表3-2所示。表3-2 90SZ51電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速功率電壓電流電樞電流勵(lì)磁 允許正反轉(zhuǎn)速差5200Nm1500r/min80W110V1.1A0.23A100r/min4夾具的設(shè)計(jì)夾具的好壞是關(guān)系到式樣拋光的質(zhì)量的關(guān)鍵所在，它在期間起到的作用是很大的。夾具中的試樣和槽里面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)是匹配的，是根據(jù)式樣的形狀和相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，一般是圓柱形、柱形，還有片狀。因此我們列舉了3種該形狀的夾具如圖4-1所示。圖a主要是為長方形的工件準(zhǔn)備的，長70mm，厚20 mm。圖b主要為圓形的工件準(zhǔn)備的，試樣大小為6-24。圖c主要是給薄片的式樣準(zhǔn)備的，它還可以夾不規(guī)則的式樣、尺寸非常小的式樣。如果非常小的話，可以采取將其鑲嵌在大式樣當(dāng)中去。這樣可以很好夾住，避免松動(dòng)，同時(shí)還有螺絲釘用于試樣的固定，這些都保證了式樣在運(yùn)動(dòng)的過程中不會(huì)松動(dòng)。 （a） (b) (c)4-1夾持盤5 金相試樣拋光機(jī)調(diào)速部分設(shè)計(jì)5.1顯示面板的設(shè)計(jì)液晶畫面顯示時(shí)間，壓力，轉(zhuǎn)速3個(gè)拋光系數(shù)，如圖(5-1)所示。其中時(shí)間用分秒來計(jì)算，中間設(shè)定了壓力和旋轉(zhuǎn)速度的運(yùn)轉(zhuǎn)的值的顯示。并且在下面設(shè)定了不同情形的參數(shù)的值，可以通過按“參數(shù)設(shè)定”按鈕進(jìn)行操作，當(dāng)參數(shù)變動(dòng)到一定的程度就在液晶屏上顯示出來，通過閃爍燈來提示和計(jì)時(shí)，每次按鍵都會(huì)改變大的位置。這時(shí)可以用+或-按鈕調(diào)整每個(gè)變量的值。每個(gè)參數(shù)的設(shè)置完成后，在正確的情況下按啟動(dòng)鍵開始拋光。只要按“光驅(qū)旋轉(zhuǎn)”按鈕，就可以在投擲光盤的過程中手動(dòng)進(jìn)行控制。“停止”按鈕可以立即停止，避免在操作中出現(xiàn)一些意外，導(dǎo)致不能機(jī)器受到破壞。5-1 輸入與顯示面板5.2金相試樣拋光機(jī)控制系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)思想我們?cè)谠O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時(shí)候可以設(shè)置多個(gè)控制模塊，本系統(tǒng)中主要設(shè)置了鍵盤輸入模塊、液晶顯示器模塊、監(jiān)控系統(tǒng)模塊、拋光機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。其中按鍵輸入模塊是由人來啟動(dòng)，然后將啟動(dòng)程序命令輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)語言的方式，在輸入的時(shí)候要進(jìn)行初始化設(shè)置，選中拋光時(shí)間選項(xiàng)，和光盤轉(zhuǎn)速和壓力器選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。然后在核心處理器中輸入密碼。然后將信息輸入到拋光器驅(qū)動(dòng)模塊里面，然后按照啟動(dòng)前的一個(gè)參數(shù)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)整個(gè)拋光過程。其中有一個(gè)專門負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)速和壓力大小進(jìn)行采集和反應(yīng)的觀測(cè)系統(tǒng)。他會(huì)將采集的信息通過模糊控制器進(jìn)行清晰化處理并傳送到MCU，然后MCU對(duì)其進(jìn)行分析處理。液晶顯示器然后再將結(jié)果顯示到顯示屏上。人們就可以直觀的看到拋光的整個(gè)過程，以及拋光的進(jìn)展?fàn)顩r，有利于操作者進(jìn)行操作。因此，控制系統(tǒng)主要設(shè)置目的是設(shè)置拋光界面，然后根據(jù)提前設(shè)置的參數(shù)并自動(dòng)完成，并對(duì)整個(gè)對(duì)拋光過程進(jìn)行監(jiān)控。然后利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制壓力的大小，壓力監(jiān)測(cè)器會(huì)及時(shí)的將壓力的大小傳遞到MCU。當(dāng)壓力過大時(shí)MCU就會(huì)將信息反饋給驅(qū)動(dòng)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。以此來實(shí)現(xiàn)整個(gè)拋光機(jī)的自動(dòng)化工作。 5-2控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖6總結(jié)采用機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)的金相采樣采光機(jī)可以根據(jù)不同的情況進(jìn)行調(diào)整加壓的頻率和力度，同時(shí)光盤的運(yùn)轉(zhuǎn)慢，性價(jià)比非常高，這些都確定了出來的式樣的準(zhǔn)確性和樣品的精確度。參考文獻(xiàn)1 王會(huì)強(qiáng)，孫維連，楊鈺瑛. 金相試樣拋光機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)與研究J.機(jī)械與電子，2005，25-282 陳文娟，孫維連. 金相試樣拋光機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)的研究D. 河北: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，20043 王會(huì)強(qiáng)，孫維連，溫新林, 史立喜, 劉志國， 趙志剛.J 國內(nèi)外金相試樣拋光機(jī)的發(fā)展概況. 熱處理， 2005，22（3）：7-164 陳文娟，孫維連，楊鈺瑛，賈亞雷，李杰. 金相研磨拋光機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究.J 現(xiàn)代機(jī)械，2003，6：10-115 陳就. 拋光機(jī)磨頭驅(qū)動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)特性分析.J 機(jī)械與設(shè)備，2002,6（63）：24-266 施興華. 拋光機(jī)在表面處理工藝上的應(yīng)用比較 .J紡織器材， 2005，32（6）：37-387 陸長明. 基于DSP的超精密拋光機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì). 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