双端面轴承研磨机上研磨盘毕业设计.docx

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双端面轴承研磨机上研磨盘毕业设计

双端面轴承研磨机上研磨盘的设计

摘要

研磨机是保证研磨加工的重要条件，目前国内使用研磨机的种类比较多，但是为了提高研磨加工效率，双面研磨机已经取代了传统的研磨机。

研磨机从加工精度上基本分为两种。

一种是加工不仅对精度要求较高并对面形精度也有所要求的工件。

另外一种是加工只要求表面粗糙度的零件,例如一些钨钢表带和纽扣等。

这种研磨机适合加工一些尺寸较小，而且数量较大的零件。

本文主要是合理的分析了双面研磨机的传动系统和研磨原理，根据研磨功率选择了合理的电动机，并设计了主要的传动零件和上研磨盘主轴。

为了使其具有足够的刚度、强度和稳定性，还对上研磨盘主轴上的主要零部件进行了强度校核、刚度校核以及精度分析。

关键词：

双面磨削，研磨，主轴

THEABOVEGRINDINGPLATEOFDOUBLEENDBEARINGPOLISHINGMACHINEDESIGN

ABSTRACT

Grindingmachineistoguaranteetheimportantconditionofgrinding,thecurrentdomesticusegrindingmachinetypeismore,butinordertoimprovethegrindingmachiningefficiency,double-sidedgrindingmachinehavereplacedthetraditionalgrindingmachine.Fromprocessingprecisiongrindingmachineonbasictherearetwokinds.Oneisprocessingnotonlytohigheraccuracyandprecisionalsohasrequirementsacrossthefractalwork-piece.Anotheristheonlyrequirementsurfaceroughnessprocessingparts,suchassometungstensteelstrapandbuttons,etc.Thiskindofgrindingmachineissuitableforprocessingsomesmallinsize,andgreaternumberofparts.

Thispaperismainlyreasonableanalysisoftwo-sidedgrindingmachinetransmissionsystemandgrindingprinciple,accordingtothereasonablegrindingpowerselection,anddesignthemainmotoronthetransmissionpartsandgrindingplatespindle.Inordertomakeithasenoughstiffness,strengthandstability,alsoonthemainaxisgrindingplatepartsstrengthcheck,stiffnesscheckingandprecisionanalysis.

KEYWORDS:

Double-sidedgrinding,grinding，mainaxle

目　录

前　言

研磨机是保证研磨加工的重要条件,因此人们专门研究了各种不同的研磨机。

目前国内生产高速研磨机的厂家不少,但由于研磨加工的针对性较强,对不同的工件,研磨加工的方法也有很大的差别。

所以人们研究开发出了许多专用的研磨机。

研磨机从加工精度上基本分为两种。

一种是加工不仅对精度要求较高并对面形精度也有所要求的工件。

另外一种是加工只要求表面粗糙度的零件,例如一些钨钢表带和纽扣等。

这种研磨机适合加工一些尺寸较小，而且数量较大的零件。

在研磨中将工件与磨料一起置入一容器内，加以振动，进行研磨抛光。

还有人专门研制出相应的振动研磨机。

目前这种振动研磨机国内外都有厂家生产，而且这种研磨加工技术比较成熟，应用也日趋广泛。

目前国内外生产后一种的厂家较多。

为提高加工效率人们研制出双面研磨机，如兰州东胜机械制造有限责任公司生产的DSL9B-5P型双平面研磨机,它加工出的产品精度为10微米级,平面度及平行度在千分之一毫米。

还有深圳宏达公司生产的双平面研磨机,其平行度及平面度也为千分之一毫米。

球面高速研磨机按加工工件表面的曲率半径不同,分为大球面、中球面和小球面三种，其中Q875型高速精磨机和QJM-40小球面高速精磨机和QJM-100中球高速研磨机应用较为普遍。

目前国内外生产的研磨机基本上都是中大型的。

目前国内外的高速研磨机的发展方向主要是进一步提高研磨加工质量和加工效率,提高研磨机的自动化程度,以减轻操作者的劳动强度。

而对维修设备现场使用的便携式研磨机还没有人进行研究和开发。

研磨机设计的技术难点是:

1.合理地设计研磨机的结构,以保证研磨机具有足够的刚度、强度和稳定性,从而避免研磨机在高速运行中出现振动现象;

2.压力可调的工件加压方式。

研磨机设计的关键技术是:

1.使磨具能达到均匀磨损,从而避免了磨具修整的麻烦,降低磨具的损耗,提高加

工效率,保证工件的加工精度和质量;

2.合理地确定出被研磨的工件相对于磨具的位置;

主要技术指标：

研磨盘直径D=630mm；

工作压力FN=3000N；

摩擦系数f=；

上研磨盘转速n=122、61、49、24r/min；

下研磨盘转速n=110、55、44、22r/min。

第1章研磨机的发展历史

研磨技术发展状况

研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。

它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面,进行微量加工的过程。

研磨加工的特征是加工精度和质量高。

并且加工材料广，几乎可以加工任何固态材料。

近年来，随着人们对产品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工质量高再次受到人们的关注。

尤其近几年信息技术和光学技术的发展,对光学零件不仅需求量增大,而且对其质量和精度都提出很高要求，而研磨作为光学加工中一种非常重要的加工方法，起到了不可替代的作用。

许多人从事研磨加工技术的研究,目的都是进一步提高研磨加工效率和加工精度,降低加工成本。

目前国内外研磨加工普遍采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨，存在的缺点主要有：

1.磨料散置于磨盘上，为避免磨料飞溅，磨盘转速不能太高，因此加工效率低；

2.磨料与从工件上磨下的碎屑混淆在一起，不能充分发挥切削作用，而且还要与这些碎屑一起被清洗掉，浪费能源、浪费磨料；

3.磨料在磨盘上是随机分布的，其分布密度不均，造成对工件研磨切削量不均，工件面形精度不易控制;特别是磨料与工件间的相对运动具有随机性，这也增加了工件面形精度的不确定因素；

4.在研磨加工中要严格控制冷却液的流量，以避免冲走磨料，这使得冷却效果变差，容易引起工件升温，造成加工精度下降；

5.大颗粒磨料起主要切削作用，易划伤工件表面，所以对磨料尺寸均匀性要求高；

6.磨料能嵌入软材质的工件表面，影响工件的使用性能；

7.在研磨中磨料之间相互切削，浪费磨料；

8.磨盘磨损后修整难，需要三个磨盘对研；

9.各道工序间清洗工件要严格；

10.工人劳动强度大，对工人操作技术水平要求高。

由于传统研磨存在上述缺点，所以许多人在研究如何改进这种研磨技术。

有人研究新型研磨液,有人研究不同磨料和不同材料磨盘的研磨效果，以寻求对应于不同工件的最佳磨料和磨盘。

刀具的质量直接影响着被加工工件的质量。

为提高工件的质量，人们对刀具提出了较高的要求，特别是用于精密和超精密加工的金刚石刀具都要采用研磨加工。

所以国内外一些人专门研究刀具加工技术的研究.为了提高加工效率,有人研究可以同时加工工件两个表面的双面研磨机。

最近人们也探索了许多新的研磨技术,如施加特殊研磨力研磨,有振动研磨、磁性流体研磨和磁力研磨。

采用微粒子冲击去除材料研磨,有弹性发射加工、非接触研磨和利用电泳动研磨。

用特殊工具研磨有砂带研磨、液体结合剂砂轮研磨、采用研磨膜研磨和固着磨料研磨。

复合研磨有机械化学研磨和电解研磨法等等。

固着磨料高速研磨的研究现状

固着磨料高速研磨是将散粒的磨料固结起来，制成专用磨具，在高速研磨机上进行研磨的方法。

所用的专用磨具是根据工件的要求，用不同的磨料制成丸片，再用丸片制成不同形状的磨具。

固着磨料高速研磨国外是在六十年代发展起来的，我国是从七十年代开始着手研究的。

固着磨料研磨很好地解决了传统的散粒磨料研磨中所存在的大部分缺欠。

其最大特点是能显著提高研磨加工效率，而加工效率低是限制传统研磨广泛应用的最大障碍，因此固着磨料高速研磨一出现就受到了人们的重视。

长春理工大学从七十年代起开始从事固丸片着磨料研磨加工技术的研究，并成立了专门从事这一技术研究的课题组，探讨了在固着磨料研磨中，研磨压力、研磨速度、冷却液等对研磨效率和加工质量的影响，这些研究有力地推动了这一新技术的推广应用。

由于固着磨料研磨具有许多优点，因此不仅国内的专家学者从事这一技术的研究，而且国外也有人从事这一技术的研究。

早在80年就有人研究固着磨料研磨机理，固着磨料研磨加工工件已加工表面粗糙度及破坏层等的变化规律。

研究的加工材料是玻璃，重点是探讨工件已加工表面粗糙度和材料去除量随研磨加工时间的变化规律。

还比较了不同冷却液的效果。

发现了表面粗糙度与破坏层深度有一恒定关系，这就使人们能根据工件表面粗糙度值来确定下道工序的去除深度。

目前国外较重视磨料性能的改进，以及丸片制作技术的研究，如探讨如何避免丸片的脱层及裂缝，避免丸片中混入空气，提高磨料和结合剂的均匀性等。

为了更好地改善固着磨料研磨效果，提高丸片质量，日本东京大学有人还研究了利用电泳沉积法制造高质量、细磨粒丸片。

采用他们研制的丸片加工硅片，已加工表面质量得到了很大改善。

国外还有人采用金刚石丸片研磨加工球面和非球面，提高了加工效率，取得了很好的效果。

为进一步完善固着磨料研磨加工技术，长春理工大学的杨建东老师对固着磨料的浮动研磨中工件转速进行了研究，解决了工件转速与偏心距、研磨压力、工件半径、工件与磨具间的摩擦系数等加工参数之间的关系，并提出了磨具均匀磨损及工件均匀研磨理论。

研磨机的发展情况

研磨机是保证研磨加工的重要条件,因此人们专门研究了各种不同的研磨机。

目前国内生产高速研磨机的厂家不少,但由于研磨加工的针对性较强,对不同的工件,研磨加工的方法也有很大的差别。

所以人们研究开发出了许多专用的研磨机。

研磨机从加工精度上基本分为两种。

一种是加工不仅对精度要求较高并对面形精度也有所要求的工件。

另外一种是加工只要求表面粗糙度的零件,例如一些钨钢表带和纽扣等。

这种研磨机适合加工一些尺寸较小，而且数量较大的零件。

在研磨中将工件与磨料一起置入一容器内，加以振动，进行研磨抛光。

还有人专门研制出相应的振动研磨机。

目前这种振动研磨机国内外都有厂家生产，而且这种研磨加工技术比较成熟，应用也日趋广泛。

目前国内外生产后一种的厂家较多。

我国在八十年代研究出来第一台PJM320型平面研磨机。

曾获得国家科学大会奖。

现在西安秦川发展有限公司生产的PJM320B就是以它为原型改进的。

在光学加工中研磨又称精磨,所以研磨机也称为精磨机。

目前还有南京仪机股份有限公司生产的PLM-400精密抛光机。

以及我国台湾高钰精密有限公司生产的各种精磨机。

其中平面精磨机有DL-380和CDL-600和及CDL-900型号和双面精磨机有CDL-4B-4L和CDL-6B-6L及CDL-9B-5L等型号。

其中CDL-380型研磨机研磨精度高,可达到的平面度为μm～μm,表面粗糙度Ra<μm，它可加工各种材质。

为提高加工效率人们研制出双面研磨机，如兰州东胜机械制造有限责任公司生产的DSL9B-5P型双平面研磨机,它加工出的产品精度为10微米级,平面度及平行度在千分之一毫米。

还有深圳宏达公司生产的双平面研磨机,其平行度及平面度也为千分之一毫米。

球面高速研磨机按加工工件表面的曲率半径不同,分为大球面、中球面和小球面三种，其中Q875型高速精磨机和QJM-40小球面高速精磨机和QJM-100中球高速研机应用较为普遍。

目前，国外高品质的研磨机床已实现系列化，而且加工精度已达到很高的水平。

如SPEEDFAM高速平面研磨机，具有粗研磨及精研磨的广泛研磨能力，能以短时间和低成本获得较高的平行度、平面度以及表面粗糙度。

即使不熟练的操作人员，亦能达到尺寸公差3μm、平面度μm、平行度3μm,表面粗糙度μm以内的高精度加工水平。

又如TakaoNAKAMURA等人研制的硅片研磨机，可同时加工5片直径为125mm的硅片，当硅片厚度在500～515μm时，经过24～30min的抛光，尺寸可达到480士3μm，平均材料去除率～μm/min。

目前国内外生产的研磨机基本上都是中大型的。

对于小型便携式高速研磨机的研究有限。

而目前便携式的研磨机只有专门维修阀门的维修机具。

目前国内外的高速研磨机的发展方向主要是进一步提高研磨加工质量和加工效率,提高研磨机的自动化程度,以减轻操作者的劳动强度。

而对维修设备现场使用的便携式研磨机还没有人进行研究和开发。

第2章研磨原理分析

研磨机的工作原理

目前，各油泵油嘴厂在针阀体、柱塞套、出油阀座密封端面的机械研磨工艺中多采用端面研磨机。

端面研磨机有多种，在本行业使用较多的要算是“电磁夹具行星链轮式”端面研磨机。

其工作原理如图2—1所示。

图图2—1工作原理

1.铸铁研磨盘2.中心圆柱销轮（中心轮）3.行星链轮4.被研磨工件

5.固定圆柱销轮

下磨盘由一台ＹＤ系列电动机驱动，经过V带及蜗杆传动以一定角速度旋转，上磨盘通过减速箱及Ｖ带传动与下磨盘同时旋转，且角速度略大于下磨盘，方向相反。

齿圈固定在床面上，行星齿轮由中心轮带动绕其中心公转，同时自转，工件位于行星轮内，.工件的运动由行星轮带动，同时在上下磨盘研磨压力作用下工件绕其轴线自转。

因此，工件的运动是行星运动与自转运动合成。

在研磨开始前，工件和磨具都处于静止状态。

当研磨开始时，磨具先转动，工件由行星轮带动作行星运动，然后在研磨切削力作用下开始绕其自身轴线旋转，工件由静止状态进入旋转状态的.过程为启动过程，启动过程结束之后，工件的运动为行星运动与自转运动合成运动。

首先，将被研磨工件密封端面朝下放人电磁夹具上的孔中（八个孔或六个孔），夹具通过安装在旋转中心的电刷通电后．工件因磁力作用而在夹具孔中周定（或称夹紧）。

中心圆柱销轮1以n1的转速旋转，因夹具链轮3同时与中心圆柱销轮2和固定圆柱销轮5啮合．驱使夹具链轮绕自己的中心旋转（或称自转）的同时还绕中心圆柱销轮的中心旋转（或替公转）。

此时工件端面上某点的平面轨迹是一条曲线。

另一方面，研磨盘1以n的转速旋转。

在工件端面上上述某点重合的研磨盘上相应点的轨迹是一条圆弧。

这样，在工件端面上同一个点便有两条轨迹通过而形成“研磨网绞”。

过该点分别与两条轨迹曲线相切而存在的“相对速度”（因两条切线所表明的速度方向不可能一致），这就具备了研磨工艺条件而实现了研磨过程。

机械端面研磨工艺在三种产品的密封端面研磨中几乎是最终工序（因为有的最后还要安排手工平面研磨）。

因此，精度和表面粗糙度表列数据便是应达到的要求。

粗糙度与研磨盘的材科、研磨剂材料及配方、研磨参数（相对速度、研磨压力）、研磨工艺系统的稳定（机床、研具、工件组成的工艺系统运动的平稳程度）有关，与机床的研磨原理也有关。

对于密封端面的垂直度、平行度这是研磨工序的前遭工序已经达到的精度，本研磨工序必须“均匀去除研磨余量”得以保持原始精度。

对于平面度是本序的主要任务，研磨工艺提高平面度降低表面粗糙度，保持垂直度和平行度。

显然，这“四度”与端面研磨机的研磨原理都有直接关系。

这是因为保持垂直度、平行度、提高平面度取决于密封端面的研磨过程中各点去除研磨余量是否相等（在刚开始研磨时端面凸部研磨量较凹部研磨量大是提高平面度初期研磨阶段的情况应例外），也就是研磨全过程端面上各点的相对速度是相等的（各点的研磨压力也是相同的）。

各点的研磨量相等。

若端面上各点的相对速度（研磨速度）相等，但从研磨开始到终了各点的研磨速度有规律的变化，研磨垒过程结柬，各点研磨速度的。

总积分值相等。

即瞬时研磨量不相等，总研磨量各点相等。

另一个条件是端面上各点的运动轨迹和研磨盘相应点圆周运动轨迹在工件端面上形成密集而交叉的“研磨网纹”。

总之，要达到四度（垂直度、平行度、平面度、粗糙度）的要求，必须保证在工件端面上形成密集合理的研磨阿纹和各点均匀的去除研磨余量。

这就是研究端面研磨机研磨原理的出发点。

研磨网纹分析

在平面上形成研磨同纹，可以从两个方面进行分析。

一是工件被研平面上任意点的运动轨迹，同时研磨盘与工件相应点的运动轨迹。

这两个运动轨迹在工件被研平面上形成“研磨网纹”。

二是工件被研平面上任意点有二个瞬时速度，一个是工件运动在该点的瞬时速度，另一个是因研磨盘运动在该点产生的瞬时圆周速度。

这两个速度（运动）合成形成的综合运动轨迹，该轨迹在工件平面上反复出现并移动位置而形成“研磨网纹”。

研磨速度分析

工件端面上某一点的“研磨速度”系指该点因夹具自转公转而具有的线速度与旋转的研磨盘上相重合点的线速度的“向量和”。

为了计算和研究问题方便，“研磨速度”可以分成“径向研磨速度”和“切向研磨速度”。

研磨盘上各点只有切向线速度而无径向线速度。

工件端面上某一点的“径向研磨速度”就是该点径向分量。

该点的“切向研磨速度”是该点切向分量和研磨盘上重合点切向线速度的向量和。

如图2—2所示，一个是两个工件中心和中心轮中心成一直线的A、B位置；另一个是工件端面上最外圆某点的切向线速度（绕O2旋转）与研磨盘上重合点的圆周速度相垂直的位置C。

为计算简便，且因工件直径很小而中心轮中心翻夹具中心的距离（R1+R2）很大。

故将工件取在工件中心与中心轮中心连线所在圆相切的位置。

此时，可近似的认为工件径向研磨速度就是工件绕夹具中心旋转的线速度。

而切向研磨速度是研磨盘线速度和夹具公转线速度的向量和。

图图2—2研磨轨迹研磨轨迹

通过研磨速度分析和计算结果表明：

工件在任何位置。

同一端面上各点的切向研磨速度几乎相同；工件在任意位置，端面上的切向研磨速度几乎相同；工件端面切向速度的不变性，与传动结构的几何参数几乎无关；由于工件端面上任意点的轨迹是沿研磨盘圆轨迹几乎同向而平稳变化的曲线，可想而知其径向研磨速度变化亦很小，计算表明径向研磨速度在同一工件端面上的各点或同一瞬时不同工件位置上工件端面各点的变化范围较小，最小径向速度是最大径向速度的1/2左右，且夹具旋转一周时，径向速度的变化反复出现。

因此。

工件端面上各点在研磨全过程中速度总积值是相等的。

因此，行星式端面研磨原理就研磨速度而言是合理的。

第3章研磨机传动系统分析

图3—1传动系统

1.蜗杆传动2.下研磨盘3.上研磨盘带传动5.蜗轮蜗杆一级减速器带传动7.电动机8.联轴器

选择电动机的选择

3.1.1选择电动机的类型

按工作要求选取YD系列电动机。

3.1.2选择电动机功率

工作机上研磨盘的速度：

vw=

工作机所需功率：

Pw=

其中，研磨机的效率

查设计手册得V带传动效率

，一对蜗杆传动效率

，一对滚动轴承效率

，故电动机至研磨机主轴的总效：

电动机的输出功率：

P0=

电动机的额定功率：

Pm=（1~）P0=~

查技术手册得Pm=11Kw。

3.1.3确定电动机的转速

取V带传动比ib=2~4，单级蜗杆传动比ig=8~80，则总传动比的范围为

i=（2×8）~（4×80）=16~320

电动机的转速范围应为

（16~320）×122r/min=1952~39040r/min

综合考虑，电动机的同步转速选为3000r/min。

低速时，即nw=61时，同理可得

（1~）=~

976~19520r/min

电动机的同步转速选为1500r/min

查技术手册确定电动机的型号为YD160M-4/2-H，满载转速nm=1460/2920r/min，P=9/11Kw。

下研磨盘主轴功率：

=＞Pw

其中，

为联轴器效率，

=

故合适。

计算总传动比并分配各级传动比

3.2.1上主轴总传动比

i=

3.2.2上主轴分配各级传动比

为使带传动的尺寸不至过大并满足ib＜ig，可取ib1=2，又因为ib2=1，所以

ig1=

3.2.3下主轴总传动比

3.2.4下主轴分配各级传动比

因为ib1=2，所以

3.2.5更换带轮后的总传动比

计算立柱轴、上研磨盘主轴的运动和动力参数

3.3.1立柱轴、上研磨盘主轴的转速

n2=n3=

3.3.2立柱轴、上研磨盘主轴的功率

3.3.3上研磨盘主轴的转矩

与上研磨盘主轴联接得带传动设计

3.4.1确定计算功率Pc

查设计手册得KA=，所以

Pc=KA×P2=×=

3.4.2选取V带型号

根据Pc和n1，确定选用C型V带。

3.4.3确定带轮基准直径

按设计要求，选取带轮直径dd=315mm。

3.4.4确定中心距a和V带长度Ld

由（dd1+dd2）

确定所需的基准带长：

L0=2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd1-dd2）2/4a0

=[2×800+π（315+315）/2]mm

=2589.1mm

查设计手册，取带的基准长度Ld=2800mm

计算实际中心距：

a=a0+（Ld-L0）/2

=[800+（2800–）/2]

=905.45mm

确定中心距的调整范围为：

amin=a-=863.45mm

amax=a+=989.45mm

3.4.5校核小带轮包角α1

α1=1800-（dd2-dd1）×a

=1800>1200,合用。

3.4.6确定V带的根数

由

，查阅资料可知，dd1=315mm，n1=200r/min时单根型V带的额定功率为，n1=960r/min时的额定功率可用线性插值法求出

P=[0+-0）×（200-0）/（122-0）]Kw=

考虑i≠1时，参考资料可查得ΔP0=0，Ka=1，KL=，则

Z=/（+0）/1/=

取Z=6根。

3.4.7计算单根V带初拉力F0

查设计手册得q=0.3kg/m

F0=500×Pc（Ka-1）/vZ+qv2

=[500××（1-1）/（×6）+×]

=

3.4.8计算对轴的压力Q

Q=2F0Zsin（α1/2）=2××6×sin90

=

3.4.9带轮的结构设计

根据机床条件，选卸荷式带轮，其具体尺寸见零件图。

第4章上研磨盘主轴设计

主轴结构设计

4.1.1按许用扭转剪应力初估轴的直径

主轴材料选用40Cr钢，查技术手册得A=107~98，

故

（107~98）

~39.8mm

考虑到轴上的键槽，直径应增大5