抛光工艺现代加工毕业论文.doc 43页

'抛光工艺现代加工毕业论文目录摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1目录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1第一章引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.1抛光在现代加工工艺中的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.2抛光的分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.3国内外凸轮轴抛光机床的发展现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.4本次所设计抛光机的特点及有关说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4第二章工艺分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.1确定工艺方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.1.1第一种方案，采用砂轮磨床进行抛光。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.1.2第二种方案，采用砂带抛光机床进行抛光。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.2拟定夹具方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.3拟定砂带抛光装置的结构方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.3.1国内外砂带抛光机现状及分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.3.2结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12第三章确定机床主要技术参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.1确定主参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.2其他参数的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.2.1确定主轴的转速．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.2.2确定切削数据．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．143.2.3确定主运动电动机的功率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．153.2.4确定砂带抛光装置电动机的功率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16第四章机床的总体布局．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.1运动的分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.2机床的传动形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.3机床的支承形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．184.4机床总联系尺寸图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18第五章液压系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．195.1工况分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．195.1.1运动分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．195.1.2负载分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.1.3运动行程分析与计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.1.4结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.2拟订液压系统工作原理图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．245.3液压元件的选择与计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．245.3.1液压泵的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.3.2液压泵电动机的确定与选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．255.3.3液压油的选用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．255.3.4确定液压缸的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．265.3.5活塞杆直径的选定与校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．275.3.6其它元件的选用与计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．275.4系统性能验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．305.4.1传动路线中的压力损失．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．305.4.2确定液压泵工作压力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．315.4.3液压系统的效率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．325.5系统的可行性验证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．325.6支撑件及导轨设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34 第一章1.1抛光在现代加工工艺中的重要性抛光是一种应用广泛的磨料加工方法，金属及非金属材料制品，精密机电产品，日常生活用品，均采用抛光加工来提高表面质量。抛光工序在现代加工工艺中的重要性是由抛光自身的特点及零件要求的表面质量的日益提高决定的。它是对零件表面进行的光饰加工，主要的目的是去除上道工序的加工痕迹，如到痕、划印、麻点、尖棱、毛刺等，改善零件表面粗糙度，获得光亮平整的加工表面，增加美观，提高工件的抗疲劳和抗腐蚀的性能。经抛光的的零件表面粗糙度一般可以达到Ra0.4vm。此外，抛光还可以作为一道中间加工工序，为油漆、电镀等后道工序提供油膜、镀层附着能力强的表面。1.2抛光的分类抛光一般可以分为柔性机械抛光、机械化学抛光、电化学抛光和磁化学抛光等。在日常的加工中常用的是柔性机械抛光，它包括轮式抛光、带式抛光、盘式抛光和滚筒抛光等。而本论文所采用的是带式抛光。1.3国内外凸轮轴抛光机床的发展现状在国内过去的二十年间，我国的传统制造业中一般采用砂轮磨削或手工抛磨来完成抛磨工序，技术含量、自动化程度和加工精度都较低。在八十年代初到九十年代初的十年中，砂带磨削抛光工艺引起了我国大专院校和科研所及企业界的极大关注，他们发表了相当数量的试验报告及论文。但由于对砂带磨削工艺特性的了解不够、砂带质量、品种及规格不能满足生产需求、砂带磨床品种太少等原因，导致在国内的砂带热没持续几年就沉寂下来了。近年来，砂带抛光机床稍有回头，一般 加工工艺范围小，品种少，应用范围小，主要应用于棒料、平面等简单型面的加工，而用于凸轮轴抛光的有到目前为止只有B6006砂带抛光机床。在国外，最早的凸轮轴砂带磨削机床已于1978年在米兰展出，但并没马上获得成功。而近年来对凸轮轴的研究与应用以美国尤为突出，制造出了多砂带凸轮磨削抛光机床，并成功地应用于汽车的加工中。1.4本次所设计抛光机的特点及有关说明本次设计的砂带抛光机床采用砂带与接触轮的接触应力保持不变的砂带抱抛式抛光装置，并采用基于CA6140普通机床的变形设计方法，因而在相关尺寸的确定上采用关联比例来确定，具体的尺寸、结构和有关要求下图． 第一章工艺分析首先，我们得对凸轮轴有个初步的了解，通常凸轮轴的材料为铸铁或合金钢，铸造的凸轮轴一般经过铸造、硬化（有的是在铸造时采用冷激铸铁，组织是白口铁）、磨削、抛光。钢制的凸轮轴在磨削、淬硬和抛光前，其毛胚是锻造的，或者用棒料粗加工成形的。而加工凸轮轴的抛光工序通常为加工工艺的最后一道工序，且加工余量很小。由于此机床专为凸轮轴的抛光工序设计，具有较强的针对性，因此属于专用机床的设计的范围。同时由于凸轮轴上凸轮的独特曲面特性，应采用与之相适应的加工方法来对其进行加工，其具体的分析如下。2.1确定工艺方案为了在满足加工要求的前提下采用较优的加工方案，我们在确定加工方案时得注重考虑以下的几个问题：首先，抛光的目的是获得较高的表面质量，但评价抛光机床的抛光质量有这样两方面的内容：一方面是机床应保证工件抛光后的最终尺寸精度，保证这些部位抛光前各道工序所获得的形状、位置精度，这是抛光质量的先决条件；另一方面是抛光后的表面粗糙度。对于一般的圆柱工件来说，保证尺寸公差是较容易的，因为工序中为抛光工序留有适当的抛光余量，而这些抛光余量则可根据抛削量制定。其次，我们得考虑的是被加工工件的表面形状，对于我们现有的特定加工对象——凸轮轴而言，各凸轮的曲面为凹或为凸及各凸轮的相对转角（如图2-1所示）及近年来对加工表面质量的要求日趋提高和机床应具备一定的加工工艺范围等，在很大程度上决定了我们所采用加工机床、刀具、抛光装置，为了在机床设计中实现成本、效率、结构、技术熟练成度要求等的优化设计，现在可对以下的几种加工方案进行分析对比，择优采用符合生产实际的加工方案。 图表2-1四缸凸轮轴端面视图2.1.1第一种方案，采用砂轮磨床进行抛光。在此方案中，可采用较高的砂轮和工件的相对转动速度，可进行较大的磨削进给量，获得较大的金属切除率，同时若采用小磨粒的砂轮，也可获得较高的表面质量和较低的表面粗糙度，但若用在凸轮轴加工中，则将主要存在以下的三个问题。（1）、工作节拍由于凸轮轮廓复杂，精度要求高，而且同一凸轮轴上各个凸轮之间有严格的相位要求，这在前面的图2-1可以看到。从其表面曲线来看，凸轮轴上的凸轮曲线由基圆部分和工作段部分组成，而工作段部分则由开放曲线、凸尖、关闭曲线组成（如图2-2）。为了保证阀门开关运动平稳要求。这些曲线的设计有专门的要求。对于凸轮的设计者要要仔细分析凸轮的轮廓、升程值及其一阶导数（速度）和二阶导数（加速度），有时还得分析三阶导数（加速度的变化），此外，吸气凸轮与排气凸轮在外形轮廓上稍有不同。还有，为实现发动机气缸的正确点火周期，每个凸轮的相位角是不同地安置的，由于这些原因会导致砂轮的进给控制非常的困难，难以保证加工凸轮的加工精度。同时其灵活性小，若对四缸或六缸的凸轮轴进行加工，则需配备10-14套抛光装置，或者配备一个可编程的控制系统来控制砂轮的进给运动，这样都会导致设计的机床相当复杂。（2）、烧伤烧伤另一有关的是磨削凸轮轴凸轮的表面质量。显然，金属切除率是直接正比于砂轮与凸轮的相对周边速度。由于凸轮的基圆部分和工作段部分的周边速度不一 图2-2凸轮磨削曲线1、凸尖2、基圆曲线3、回程曲线4、升程曲线样，因而凸轮各部分的金属切除率不相同，从而由磨削过程中产生的塑性变形而产生的热量相应增多，其热量的大部分积聚在工件的表面而导致表面局部烧伤。（3）、凹入的凸轮轮廓这样的凸轮轴砂轮磨床的前瞻性不好，适应性有限，对于凹入的凸轮没法加工，或者说加工成本很高，可采用小直径的CBN来加工，但由于其经济问题在大规模生产中是无法推广的。近年来，凹入的凸轮已经被发动机设计者感兴趣，其凸轮曲线在开放曲线和关闭曲线处的曲率是负值，在这种廓形中，以凹曲线代替直的或凸的曲线。这样的凸轮在工作中比现在的凸轮能更快的开关阀门，这样燃烧更完全，输出的马力更大。当然在以上的三个问题中对于针对中轴厂的中小规模的生产类型及现有的生产加工条件，按照结构简单、重量轻、效率高、成本低、操作方便简单等机床设计原则。第一个问题，即凸轮轴的工作节拍是我们面临的最为关键的问题，若采用与凸轮轴转动同步的控制系统来实现，其较高的技术难度和成本，致使此种方案的可行性较小。2.1.2第二种方案，采用砂带抛光机床进行抛光。 砂带抛光是根据工件形状，用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件进行磨削抛光的一种新工艺。在过去的五、六十年里，砂带磨削作为一种新工艺，在像塑料、皮革、不锈钢、陶瓷等表面要求较高而又特别难加工的金属和非金属材料。在现代工业中，砂带磨削抛光技术以其独具的加工特点被视为一种很重要的加工方法。国外有专家曾把砂带磨床比做“未来的巨人”加以评述。下面将对砂带磨削抛光的有关原理及其特点加以分析。（1）、砂带磨削抛光原理实现砂带磨削加工的主要方法有：砂带自由张紧法、带有接触轮的转动砂带法和接触板法。最常用的是带有接触轮的转动砂带法。如图2-3所示根据工件形状和加工要求，以相应的接触方式和适当的磨削参数对工件进行磨削加工或抛光。图2-3抛光原理图（2）、砂带磨削抛光机床的基本部件（a）主轴传动装置。有单速或具有较大灵活性的变速传动，有时装有可逆电动机，以改变砂带的运动方向。皮带速度为10～50m/min，通常取16～30m/min，主传动装置的功率，在每10mm宽的砂带上是0.3～0.7kw。（b）砂带张紧装置。保持磨削及导向时砂带的适当张力，在砂带磨削中起到非常重要的作用，它影响到砂带的切削性能和加工零件表面粗糙度。当增加砂带拉力时，可提高金属切除量，但同时也提高了表面粗糙度值和磨料覆盖层的消耗量。经试验表明，砂带的张力在6～8N/mm范围内，在逆磨削时每次行程能切出最大的金属量。拉紧机构有各种形式，从简单的机械或弹簧方法到宽砂带与重负载磨削机床用的气动及液压拉紧装置。同时，为获得最大的生产率，必须使更换砂带的时间最少，通常操作者能在一分钟内更换砂带。（c）砂带导向装置。这一装置可设计成手动或自动的，视具体情况而定，主要起导向作用。（d）接触轮。接触轮在磨削点上支承砂带，其本体是用铝或钢制成，轮上覆盖有橡胶、纤维、毛毯或其它材料制成的弹性圈。此外，还有吸尘装置。（3)、砂带磨削抛光的特点 砂带与易损坏的工具如单刃车刀、铣刀、砂轮磨削等工具相比，具有以下的特点：（a）加工效率高。经过精选的针状砂粒采用先进的“静电植砂法”,使砂粒均匀直立于基底、且锋口向上、定向整齐排列,等高性好,容屑间隙大,接触面小,具有较好的切削性能。应用这一多刀多刃的切削工具进行磨削加工,对钢材的切除率已达每mm宽砂带200～600mm/min。(b)加工表面质量高。砂带磨削时接触面小摩擦发热少,且磨粒散热时间间隔长,可以有效地减少工件变形及烧伤,故加工精度高,尺寸精度可达±0.002mm，平度可达0.001mm。另外,砂带在磨削时是柔性接触,具有较好地磨削、研磨和抛光等多重作用,再加上磨削系统振动小,磨削速度稳定使得表面加工质量粗糙度值小,残余应力状态好,工件的粗糙度可达Ra0.4～0.1μm,且表面有均匀的粗糙度。但由于砂带不能修整,故砂带磨削加工精度比砂轮磨削略低。(c)工艺灵活性大,适应性强。砂带磨削可以方便地用于平面、外圆、内圆磨削、复杂的异形面加工、切削余量20mm以下的粗加工磨削、去毛刺和为镀层零件的预加工、抛光表面、消除板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接处的凸瘤、代替钳工作业的手工劳动。除了有各种通用、专用设备外,设计一个砂带磨头能方便地装于车床、刨床和铣床等常规现成设备上,不仅能使这些机床功能大为扩展,而且能解决一些难加工零件如超长、超大型轴类、平面零件、不规则表面等的精密加工。(d)砂带有很大的弹性,因而整个系统有较高的抗振性。(e)砂带尺寸可很大,适用于大面积高效率加工,且设备简单,操作安全,使用维护方便,更换砂带和培训机床操作人员花费时间较少。由上面两加工方案的优缺点的对比可知，在凸轮轴的抛光加工工序中应采用砂带加工的加工方案。2.2拟定夹具方案 对于特定的加工工件，下面以中原轴件厂提供的六缸凸轮轴为例，如图2－4所示，此六缸凸轮轴中的加工表面为1中的十二个进排气凸轮面、2中的六个凸轮轴轴颈和3中的两个滚子轴承端面，同时还可从图中可看到凸轮轴的两端有两个圆柱。两个端面孔和轴的右端的专为装夹预留的部分，从而我们可采用三爪卡盘加尾架的定位方式来完成夹紧、定位。这其中的三爪卡盘具有自动定心的功能，因此在此装置中只需保证主轴和尾架顶锥的同轴度即可保证加工工件的同轴度，如图2-5所示。图2－4六缸凸轮轴1、十二个进排气凸轮2、六个凸轮轴轴颈3、端面轴径图2-5凸轮轴的装夹示意图2.3拟定砂带抛光装置的结构方案2.3.1国内外砂带抛光机现状及分析从六十年代起，用于国产汽车发动机凸轮轴的砂带抛光机床一直采用“靠模顶抛”式结构，如图2-6所示，其工作原理是：用一个与被加工工件形状、尺寸相同的零件做靠模，靠模与工件之间用连杆联接着，连杆靠近工件的一端装有抛光爪，抛光砂带由传送装置送到工件与抛光爪之间，抛光爪使砂带贴在工件表面上，连杆的另一端安装仿形滚轮。连杆在弹簧力作用下使滚轮紧靠着靠模。当靠模与工件同步旋转时，通过连杆，抛光爪即沿工件做仿形运动，砂带即把工件表面抛光。使用此类机床必须保证以下两点：第一，在安装工件时，应使工件表面的某一点A与靠模对应的某一点A’ 在同一平面内，且角度与位置相同。第二，抛光时工件与靠模必须保持严格地同步旋转。在实际工作中，传动误差与安装误差总是存在的，这些误差使得工件凸轮曲线在各点的极座标值与靠模对应点的极座标值不一致，最终导致抛光时砂带与工件表面接触力不稳定，影响了抛光质量。“靠模顶抛”式砂带抛光机的另一缺点是：连杆尺寸大，质量也大，运动时会产生较大的动员，特别当连杆的两端靠近凸轮尖端部位的升回程表面时，连杆将获得最大的动量变化值，使凸图2-6靠模顶抛示意图1、弹簧2、滚轮3、靠模4、连杆5、砂带6、工件7、抛光爪轮升、回程表面的抛光压力不均匀，因而影响抛光质量．即当抛光爪处于凸轮回程面时，较大的连杆动量值由于惯性的作用，迫使抛光爪离开凸轮表面或者使工件与抛光爪之间的压力降低，也就是砂带与工件表面脱离接触或压力降低，而当抛光爪处在凸轮的升程面时，连杆运动产生的惯性力与弹簧力方向一致，增加了抛光爪作用在位抛光表面的压力。因此，在抛光过程中作用力大小不一致，使得抛光质量不如人意。为了克服“靠模顶抛”式砂带抛光机的缺点，国际上各主要汽车生产国使用的砂带抛光机床普遍采用“抱抛”式抛光头，且由PLC进行控制，其结构如图2-7所示。从图中可以看到，工件每一个抛光面都有一对抛光爪，平时是撑开的，工作时两个抛光爪将工件“抱”住,砂带从两个抛光爪内穿过，再与工件表面接触，工件每旋转一周，砂带两次抛削工件表面，工作效率是“靠模顶抛”结构的两倍。“抱抛”结构在工作时，两个抛光爪作用在工件上的力大小相等、方向相反，不但使凸轮升、回程表面的抛光质量均匀一致而且使机床主轴和尾架不受径向力,从而提高了机床的使用寿命。 图2-7“抱抛”机构图1、气缸2、新砂带3、过砂带装置4、废砂带5、抛光头6、工件“抱抛式”抛光头没有靠模和连杆，结构尺寸小，重量轻，动量惯性小，每个抛光头都配有一个砂带卡盘，更换砂带方便。图2-8改造的“抱抛”结构示意图、主动轮Ⅱ、摆动液压缸Ⅲ、张紧轮Ⅳ、抛光头Ⅴ、铰链传动机构Ⅵ、辅助轮Ⅶ、砂带Ⅷ、加工工件2.3.2结论由上面的分析很明显地知道应该采用“抱抛”式抛光结构。同时考虑到现有的生产条件及各方面的实际情况和机床设计的“三化”，即系列化、通用化、标准化的原则，决定在抱抛结构的控制系统改用液压恒压系统来取代PLC，同时为降低运行成本，提高砂带的利用率，采用闭式砂带装置取代开式砂带装置（如图2-8所示），这样一来，在实现同等控制效果的基础上，既能简化机床又降低机床的制造成本、运行成本和维护成本等，具有较强的现实可行性。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第三章确定机床主要技术参数由于此机床专为凸轮轴的抛光工序而设计，同时又具有一定的可调节性，因此也可定义为可调凸轮轴抛光专用机床。下面将确定其主要技术参数如下。3.1确定主参数由于本次设计的机床为针对具体的凸轮轴而设计，因此我们的主参数和基本参数的选定可根据给定的加工工件尺寸（最大直径最大长度为52.5mm837mm）和我们所设计的机床形式（卧式）相结合，利用相似类比的方法参照《机床设计手册3部件、机构及其总体设计》的普通机床参数（）的表7．1-88，将其设计所需的主参数如表3-1如下：表3-1床身上最大工件回转直径D(mm)500抛光机构上的最大工件回转直径（mm）100最大工件长度Ｌ10003.2其他参数的确定3.2.1确定主轴的转速由于本机床为特定工件的特定工序而设计的专用机床，其凸轮在径向上的变动不大。同时考虑到砂带加工机床的工件转速一般取0～20m/min的转速及实际凸轮表面质量的要求不是太高，其表面粗糙度Ra的取值为0.4～12.5um。因此可根据下面的公式：=（转/分）　　　　　（3-1）式中：——选定的切削速度（米/分）； 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）d——刀具直径或工件直径（毫米）；在这里选取0～20m/min的中间值15m/min的转速和工件的变化范围为30～100mm可确定主轴的转速Ｎ的变化范围，进而初步确定一适当的主轴转速值。在一定的情况下可获得主轴的极限转速。当d取小值30mm时可得最大极限转速==159.2（转/分）当d取100mm时，则可获得最小极限转速：　　=（转/分）因此，可初步取其中间值ｎ=64转/分来验算工件直径在30～100mm内的转速，由公式（3-1）可得工件切削速度：（m/min）　　　　（3-2）当d取小值30mm时可得最低工件切削速度：　　　（m/min）当d取大值100mm时可得最高工件切削速度：（m/min）由于中原轴件厂提供的凸轮轴在直径方向上的变化范围为44～80mm，为使给定的凸轮轴（最大直径最大长度为52.5mm837mm，即六缸发动机凸轮轴）加工时能处于最佳的加工状态，即15～20m/min。因此，最终取主轴转速为=60转/分。3.2.2确定切削数据①切削力由于对于砂带的磨削抛光中的受力分析和计算公式，到目前为止还没有一套具体的计算公式，因此只能采用参照的方法，取径向方向上的最大分力（因为在砂带机床中一般取50～300 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文），同时又考虑到此机床为半精加工的精密抛光，所以为得到较好的抛光表面粗糙度取较小一点的值100）。对于其切向分力，最大值通常取径向分力的一半，这将按最大值来取值，故抛光的最大切向分力=50N②切削用量同上的分析类同，由于无法在理论上计算出砂带接触轮的纵向进给量，而只能在生产实际中根据具体的生产实际调节液压系统的压力值，即可调节接触轮的径向压力，进而得到加工所需的各个纵向进给量和所需的各个表面粗糙度值。同理，机床的横向进给为手动调节，因而无需确定，在生产中根据实际需要手动调节即可。3.2.3确定主运动电动机的功率为了不使电动机在工作时出现电动机经常处于低负荷工作状态而造成浪费，或者电动机经常处于超负荷状态而导致电机或电气元件的烧坏（为主要考虑因素）。现采用计算法初步确定主电动机的功率。一般来说，机床主电动机的功率（3-3）式中：——消耗与切削的功率，又称为有效功率——消耗与切削的功率，又称为有效功率（千瓦）；——空载功率（千瓦）；——载荷附加功率（千瓦）。对于砂带磨削抛光机床可按磨床来计算其切削功率（3-3a）　　　　　　式中：——切削力的切向分量（公斤力），这里由于抛光时主要承受径向压力，且径向力一般为50～200，所以这里可取较大值=10公斤力（按通常切向力一般取径向力的一半的经验方法）来验算；——切削速度（米/分）。这里取最佳切削速度15米/分。（千瓦） 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）而计算载荷附加功率的公式为：　（3-3b）　　　　式中：——载荷附加功率（千瓦）——主传动链的机械效率。将式（3-3b）代入（3-3）得：（3-3c）　　　　　　此时，式（3-3c）中的为主要消耗功率的元素，但又无法在实际的机床中测得，故只能按相似类比的方法，类比于机床ＣＡ6140来初步拟定为1.5ＫＷ。同时又因为机床的主运动为回转运动，因而取较大一点的效率值，代入式（3-4d）中得：（千瓦）因此电机的额定功率：（3-3d）对连续工作的机床，取k为1.0，则（千瓦）最后，由于本机床在设计时采用模块化设计的方法，为给机床功能改造和将来的扩展留有一定的预留功率，因此在这选用2.2ＫＷ的主电动机。3.2.4确定砂带抛光装置电动机的功率由于具体的砂带抛光机构的具体尺寸和偏角需在抛光机构设计完后，才能进行较为精确的计算。现在只能参考取值，参照《机床液压》中的宁波高等专科学校机械工程系的陈廉清和俞利锋的论文“砂带磨削及机床设计”（315010）主传动装置的取值范围（0.3～0.7kw/10mm，按宽度取），取小值0.3进行计算。同时我们所需抛光的圆面和凸轮面的最大宽度值为30mm，因此所需电动机功率为P=0.3*30/10=0.9kw查中国矿业大学出版社出版的吴相宪等主编的《实用机械设计手册》页表11-1，选Y90s-4型号的电动机，其额定功率为1.1kw，满载转速为1420r/min 第四章机床的总体布局4.1运动的分配从第一节的分析我们知道在砂带抛光机中所需的运动为工件与砂带的相对转动和抛光装置中的抛光头相对工件的径向方向上的运动。根据机床设计的小件承担运动的原则及砂带抛光机床中的工件与砂带的相对运动特性和抛光装置中抛光头的特殊运动形式，决定采用以下的运动分配形式：即工件承担相对于砂带运动方向反方向的转动运动，此运动从主轴箱的主轴获得；砂带做相对于工件转动反方向的独立运动，此运动由单独的动力源供给（主要原因是可简化机床的运动传动系统，从而简化机床）；抛光头的特殊路线的运动，则由恒压的液压系统提供恒定的外力伴随工件的转动而自动随动完成。其运动的分配如上页图4-1所示。图4-1抛光机床的运动分配示意图4.2机床的传动形式在此机床的设计中，由于主运动和进给运动间没有严格的传动比要求，及各模块单独的动力源设计。因此，机床的传动形式为机床主轴箱的齿轮机械传动、抛光装置中的恒压系统中的液压传动、主电动机与主轴箱及砂带与各传动轮的带传动。 4.3机床的支承形式在机床的常用支承件—床身、底座、立柱、横梁、横臂等的使用中，或单独使用，或组合使用。其支承形式主要有以下的五种形式：1、“一”形（一字形）支承。2、“ㄧ”形（柱形）支承。3、“⊥”形（倒丁字形）支承。4、“ㄈ”形（槽形）支承。5、“□”形（框形）支承。由于凸轮轴一般都为杆件，所以通常可采用“一”形（一字形）支承和“ㄧ”形（柱形）支承，但为了操作时装夹方便、简化机床等决定采用“一”形（一字形）支承的机床，也可称之为卧式抛光机床，其示意图如图4-2所示：图4-2机床支承示意图4.4机床总联系尺寸图图4－3机床联系尺寸图 第五章液压系统的设计5.1工况分析为了能够设计一个合理的、实用的液压系统，必须进行工况分析，以明确机构在运动过程中的运动规律和负载的大小及其变化规律。凸轮轴抛光机机床的液压系统主要是为抛光机在抛光工件时，能随工件的转动提供一个理想恒定的随动工作压力。下面将对机构进行运动分析和负载的分析以便确定所设计的液压系统的主要参数。5.1.1运动分析由于凸轮轴的加工过程是一个连续不断的变化过程，现在讨论的是液压系统设计所需的负载，及负载的变化程度。现将以中轴提供的六缸凸轮轴（注：此轴的加工部位的形状为圆面和凸轮面，圆的直径为80mm，凸轮的尺寸为：长轴短轴为51.6mm44mm（排气凸轮）、50.7mm44mm（吸气凸轮），因而在抛光加工前的凸轮尺寸大概为52mm45mm）为主，选定其加工运动过程中的两个极限位置（两抛光接触轮间的最近位置44mm和接触的最远位置52mm）进行分析。其示意分析图如图5-1。从图5-1上可以看到，在凸轮轴运动的两个极限位置上（只取了抛光装置的一边进行分析，因为抛光机构基本成对称分布，其运动规律和受力情况基本一致，只是时间上的先后差别），抛光机构上的杆件和接触轮整体转动一定的角度，并在垂直方向上与初始位置有一定的高度差。在这为方便分析起见，在这两个取定的特殊位置上，假定1位置为初始位置，这样当凸轮轴上的凸轮部分转到2位置的过程中，杆件cef及接触轮a将整体绕点e顺时针方向偏转一偏角dec，又杆件ad和杆件def为固定连接，因而其偏转角与杆ad相同，即图5-1、运动位置分析示意图 dec=aeb这里由于凸轮在长度上的差值此时为最大（但在水平方向上不到7mm，因为接触轮与凸轮表面在抛光过程中始终相切，此时由于接触轮绕e点的转动，因而会导致凸轮和接触轮的相切点并不绝对的在水平方向上，而是有小角度的偏移，约等于aeb的值），因而整个机构的往外偏转的程度为最大。在凸轮轴的加工过程中只需考虑其凸轮轴在水平和垂直方向上的力的大小及变化，即可初步拟订液压缸的额定压强的要求。5.1.2负载分析（a）、机构在理想状态下受力情况及其变化情况进行分析如下：①、在1位置时。此时接触轮与凸轮的转动中心线所组成的平面与水平面的夹角为0度，凸轮的径向力为100，因而作用在c点杆件上的反作用力F2=100N。其受力图如图5-2所示。从上图可以看出，力F2给与杆件一个相对于转动点e的顺时针方向的转矩M2=100*220/1000=22N/m图5-2、1位置受力分析图因而，液压缸得相应的给予一个相对于转动点e的逆时针方向的转矩M1,并使得M1=M2又ef的长度为１００mm，因而力F1=M1/=22/0.1=220N② 、在２位置时。此时接触轮与凸轮转动中心所组成的平面与水平面方向有一定的夹角，因而点c处的力的方向与水平方向也有一定的夹角，从而水平方向上的分力将发生变化，成变小的趋势。下图为２位置时受力分析图和位置示意图如5-3a所示。图5-3a、2位置分析图在这两图中，∠１为∠hig＝∠fig，∠２为∠abo，此时仍然假定液压缸的推力为２２０N，即图6-3b中的力Fb＝２２０N，由图6-3a可以知道∠aeb≥∠aob，又∠aob的角度值很小，趋近于零，所以可以近似地认为∠aeb＝∠aob。由于∠dab也较小，因而可认为线段ab的长度为7mm，则∠aeb=2arsin≈1.8°所以∠aob＝∠aeb=1.8°，这里假定∠1≈∠2=1.8°来估算力Fd及力Fc的大小及变化。由5-3b图5-3b、2位置受力分析图可知：Fb=220N,则F3=100NFd=F3cos∠2=100cos1.8=99.95NFc=F3sin∠2=100sin1.8=3.14N因而在水平方向上△F=F2-Fd=100-99.95=0.05N在垂直方向上F=0-3.14=-3.14N 由于其值都很小，因而在水平方向和垂直方向上基本可以看作是恒定的工作压力（水平方向仅为，而垂直方向相对与工件的自重则更是微乎其微了）因此，在不考虑自身重力的理想状态下，液压缸应提供的力应为：=220N但由于抛光装置是横置的，同时杆件和活塞皆为有一定质量的元件，因而还的考虑其重力的影响。（b）、考虑重力状态下的受力分析由于抛光机构为横置，故杆件的两端重力差将产生的一定方向图5-4、受力分析图1、杆件左端2、杆件右端3、接触轮4、5、两导向轮的转矩，现在对起机构的重力分布情况进行了初步的估算，其大致情况如图5-4所示：设G1作用点到e的距离为ef/2=50mm；G2作用点到e的距离为右边长度的一半，即为150mm；所有构件皆按铸铁材料来计算，此时=7.9g/；而3轮的尺寸直径厚度为60mm50mm，4、5轮的尺寸直径厚度为40mm30mm，销的尺寸直径长度为10mm50mm；因此左边的质量m1=v1=7.9（1020100）=158g右边的质量m2=v2=7.9（1020300+30+220*2030+2205030+155030+5*5503）/1000=2484g所以　　M=(2484150-15850)10/(1001000)　　　　=3650N.mm 　　　　所以=M/ef=3650/100=36.5N由于在液压缸的工作过程中还存在摩擦力等的影响，因而液压缸提供的力F≥+=256.3N5.1.3运动行程分析与计算由前面的分析可知，在每个凸轮的加工过程中偏转角的变化很小，在杆件的轴向方向上的差值不大，因而可以进近似地将圆弧看成水平直线来分析，这样工件在水平方向上的液压缸的工作行程可用图5-5来近似计算；已知抛光机床的加工范围为30～100mm。即△X=70/2=35mm，由图可知杆件在1和2位置所组成的图形是成相似三角形的，因而相应边的比值相等，即所以mm图5-5、机构上杆件偏转极限示意图图5-6、工作循环图 5.1.4结论经过上述的分析和估算，对所设计的液压系统可提出以下的几个设计要求：①、所设计的液压系统提供的压力为相对恒定的稳压系统，其提供的推力应不低于256.3N。②、所设计的液压系统的单边工作行程应大于15.9mm。③、所设计的液压系统中的活塞杆能绕杆件的f点小角度的偏转。④、液压系统的工作控制循环如图5-6所示，并能实现实时的起停控制。5.2拟订液压系统工作原理图在综合考虑第一部分的设计要求及相关液压系统、液压元件的性能和特性后，可采用如图5-7所示的调压液压系统（为系统智能符号图）。　图5-7抛光机床液压系统图1、固定液压缸2、转动活塞杆及活塞3、电磁换向阀　4、抱抛机构杆件5、溢流阀6、油管7、电动机　8、滤油器9、油缸10、叶片泵11、单向阀12、压力表13、液压缸复位弹簧5.3液压元件的选择与计算由于系统所要求的工作推力条件不高，即只需大于（256.3+）N，在液压缸的工作压力及尺寸上没有任何附加的条件。因而，在设计本液压系统时采用了选定液压泵后再设计相关的元件的设计方案来设计本系统，并在最后对其有关参数进行验证和计算。 5.3.1液压泵的选择查《机械设计手册》·（4、液压、气压系统设计及机床现代设计方法），选表8.3-7中的BB-B4型摆线内齿轮泵。因为该型号的泵具有结构简单、输油平稳、噪音低、良好的高速性能等特点。适用于低压液压系统，价格也较便宜。该型号的齿轮泵的主要参数如表5-1。表5-1BB-B4型摆线内齿轮泵主要参数表流量（L/min）4压力（MPa）2.5转数（r/min）1500压力振摆（MPa）容积效率(%)驱动功率(kw)0.255.3.2液压泵电动机的确定与选择由上边参数表中的驱动功率和转速，可查吴相宪、王正为、黄玉堂主编的实用机械设计手册P163页表11-1（Y系列三相异步电动机技术数据），选Y-4型号的三相异步电动机，额定功率为0.55kw。5.3.3液压油的选用为了在满足系统要求的前提下，选用合适的液压油还得考虑所选油的价格性能比问题。由于所设计的系统的液压泵的额定压力仅为2.5MPa，而且工作压力取得更低，为1.0MPa左右，故属于低压系统。而在通常的机床低压液压系统中，一般都采用10号、20号、30号机械油、8号柴油机油，及22号、30号汽轮机油等。在这系统中，考虑压力低和通用性及价格性能比等，系统在春、冬季由于温度较低选用粘度较低的10号机械油，夏、秋季选用粘度较高的20号机械油。查上海科学技术出版社出版的《液压系统设计手册》P1022页表12-6得到这两种油的主要性能参数如表5-2所式。表5-2（GB443-64） 10号机械油20号机械油运动粘度[cSt]7131723恩氏粘度[°E]2.63.31酸值[mgKOH/g]0.140.16灰分[%]0.0070.007水溶性酸和碱无无机械杂质[%]0.0050.005水分[%]无无闪点[°C]165170凝点[°C]-15-155.3.4确定液压缸的主要参数（A）初选液压缸的工作压力根据所选的液压泵的额定压力为2.5MPA，令回路的压力损失为△P=0.5MPA，取系统总效率=60%，综合参考王裕清等主编的《液压传动与控制技术》表4-2和表4-3，初选液压缸的工作压力为0.8MPA，液压缸推力为1000N。（B）确定液压缸尺寸①液压缸内径由于本系统采用的是单缸双活塞弹簧复位液压缸，因而其油液的作用面仅为无杆的端面，由公式（5-1）　　　　　　得到液压缸的内径D:查上海科学技术出版社出版《液压传动设计手册》第441页表6-1油缸的内径系列参数（JB826-66）取最近值D=50MM此时，倒向推算得P=2000/(3.14*0.05*0.05/4)=1.02MPA<2.5*0.8*0.6=1.2MPA因而选用50MM是合理的。②液压缸长度尺寸一般来说，液压缸的长度L由最大工作行程A、活塞长度B、活塞杆导向长度C、密封长度C及必要时的特殊长度D等部分组成。根据前面的分析及设计的特殊情况（即单缸双活塞结构）可将其各组成部分的尺寸确定如下：最大工作行程A：A2倍单活塞工作行程，即为2△X=31.8MM；活塞长度B：B=0.6D=30MM； 导向长度C：C=0.6D=30MM（由于需要平面上的转动，故取为0.6倍）；特殊长度取40MM。由此液压缸长度L:L=A+B+C=100MM即液压缸长度L=100MM。③缸筒壁厚首先初取厚度=10MM。则缸筒内径与壁厚的比值D/<10,故按公式：　　　　　（5-2）式中：——试验压力，当液压缸的额定工作压力时，=1.5；当16MPA时，=1.25；[]——缸筒材料的许用应力；[]=；为材料抗拉强度，N为安全系数，一般取N=5。由于一般压力低于10MPA的液压缸大都采用铸铁材料制造，这里选用HT350号灰铸铁。查于永泗、齐民主编的《机械工程材料》第五版P132页表7-4灰铸铁的牌号、力学性能、显微组织及用途（GB9489-1988）得=340MPA。取N=5，则　　　=10因此，所选缸筒厚度刚度足够。5.3.5活塞杆直径的选定与校核这里按d=0.5D取，则d=0.5*50=25mm，为确定所选直径是否满足设计要求，下面对其进行刚度校核：　（5-3）式中F——活塞杆上的作用力；[]——活塞杆材料的许用应力；[]=；为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=1.4。取缸筒相同的材料，因而相同，即为340MPa，取n=1.4，F=2000(前面已分析得出)，那么　　　　　　　　 因而所选直径尺寸满足强度要求，为合理取用。5.3.6其它元件的选用与计算（a）油管和管接头的选择①油管类型的选择在整个液压系统中，处在不同位置的油管应相应地采用不同类型的油管，以便取得较好的效果。因为油管的选择是否恰当，对液压系统的工作可靠性、安装合理性和维修方便性等都有影响。同时不同类型的有关具有不同的特性和最佳使用场合，比如钢管，它能承受高压、耐油、抗腐蚀性和钢性好的特点。主要使用于中、高压系统。而铜管它易弯曲，承受的压力也较高，但价格高，抗振能力弱，只用于液压装置配接不方便的地方。至于软管，主要用于两个相对运动之间的连接。这里我们在液压系统的连接中，在进油管路上采用冷拔钢管，在换相阀与液压缸之间采用软管连接。②油管尺寸的计算油管内径d的计算公式为（5-4）　　式中：Q——通过油管的最大流量；——油管中允许的流速，一般吸油管去0.5～5m/s；压力油管2.5～5m/s；回油管取1.5～2m/s。因而，对于吸油管：查上海科学技术出版社出版的《液压传动设计手册》表8-1管道公称通径系列参数（JB825-66），选系列中的14mm。再查表8-2得管壁厚为2mm，管接头连接螺纹M221.5。对于压力油管：　同上选公称通径为10mm，油管壁厚为1mm，接头连接螺纹为M10。对于回油管：　同上选公称通径为10mm，油管壁厚为1mm,接头连接螺纹为M10。 （b）溢流阀的选用溢流阀作为液压系统中不可少缺的压力控制元件。其主要功能就是能在系统中起调压和限压作用。除此之外，溢流阀还可以作背压阀、远程调压阀、卸荷阀等多种用途。在本系统中采用溢流阀，主要用来调节系统的工作压力和限制活塞缸的压强，以便保持基本恒定的活塞推力。因而对选用的活塞要求压力-流量特性要好。在溢流阀的种类中主要分为两种，即直动式溢流阀和先导式溢流阀。由于先导式溢流阀的压力-流量特性比直动式溢流阀要好，因而要尽量采用先导式溢流阀。结合所调节压力系统的压力不高，为低压系统，及资料《液压传动系统设计手册》（上海科学技术出版社出版的）P622页表7-88，选用P-B10型低压溢流阀（广州型）。其压力范围为0.3～2.5MPa，额定流量为10L/min，接口尺寸为8mm。（c）单向阀的选用为减少齿轮泵本身的流量脉动对液压缸的影响及液压缸负载变化引起的压力变化对泵的影响，在中间设置一单向阀。根据设计要求查资料《液压传动系统设计手册》（上海科学技术出版社出版的）P568页，选DIF-L10H1型号的单向阀。其公称通径为10mm，额定流量为25L/min。（d）电磁换向阀的选用由于在换相控制中只需能实时控制油路的通断即可，这里采用资料《液压传动系统设计手册》（上海科学技术出版社出版的）P669页表7-149中的23D-10B型号的板式二位三通单电磁铁弹簧复位式换相阀。流量为10L/min,最大压力为6.3MPa，接口直径为8mm。（e）滤油器滤油器用于滤除油液中非可溶性颗粒污染物，对油液进行净化，以保证系统工作的稳定和延长液压元件的使用寿命。滤油器的从结构上可分为多种，比如网式滤油器、线式滤油器、纸式滤油器、烧结式滤油器等。 考虑到本液压系统基本为封闭的系统及对系统一定程度灵敏度的的要求，在满足通油能力和耐压、抗腐蚀的能力的基础上，优先采用线隙式滤油器，并安装在液压泵的进油管上，以便保护液压泵。查上海科学技术出版社出版的《液压传动设计手册》表10-10XU型线隙式滤油器中的XU-B16型号，其流量为16L/min,可承受压力为25MPa，压力损失仅为0.3～0.6MPa，过滤精度为100，现有产品为沈阳黄河五金液压件厂的XU-15型号，其参数相同。（f）油箱油箱的主要作用是储油、散发油的热量、沉淀油中杂质、逸出油中气体。油箱分为开式油箱和闭式油箱，这里采用开式油箱。放置于机床床身的空腔中，其开式油箱的结构图如图5-8所式。图5-8油箱结构图1、空气过滤器2、回油管3、油面指示器4、放油塞5、线隙式过滤器6、隔板7、吸油管8、顶板很明显此油箱为固定式油箱，同时由于温升不高，故采用自然冷却的方式来冷却油液油箱的尺寸（长：宽：高）可基本认为1：1：1。则油箱的有效容积可按4倍每分钟的流量，即　　　　　　　（5-5）所以V=4*4=16L（h）压力表由于本系统为低压力系统，故只需采用一般的压力表即可。查上海科学技术出版社出版的《液压传动设计手册》P972页表10-34，选用上海宜川仪表厂的一般用弹簧管压力表Y-60型号的压力表。 5.4系统性能验算5.4.1传动路线中的压力损失液压系统的传动路线应分吸油段和压油段两部分来分别计算压力损失。由于管道暂时没有布置完，这里按d=10mm来计算，取L=2.5m估算。油液的运动粘度为10号机械油计算。由前面的元件选用可得如表5-3所式的数据：表5-3：各控制阀参数表序号控制元件名称型号规格技术数据p实际流量额定流量时的压力损失1溢流阀P-B10B=25Q=0.170.067卸荷压力1～1.52单向阀DIF-L10H1=210Q=0.420.06723二位三通电磁换向阀23D-10BP=63Q=0.170.0672首先判断液流状态，由于雷若数故为层流。管路沿程压力损失：取局部压力损失油液流经单向阀和二位三通换向阀的压力损失为： 因而，整个回路的压力损失为5.4.2确定液压泵工作压力为了不使弹簧承受太大的拉力，选液压缸工作推力为320N，则所以液压泵的工作压力：故溢流阀的调整压力取9（Pa）。5.4.3液压系统的效率液压缸活塞的速度则液压缸的输出功率为液压泵的输出功率为所以整个系统的效率（取齿轮泵的效率为0.8）5.5系统的可行性验证由于在机床的加工过程中，工件每转一转，抱抛机构的每个单边均做一次升程和回程运动，而回程运动由弹簧来完成。机床上的工件转速为60r/min，故工件每一秒钟得转一转，若按工件每转一转，液压缸里油量变化四次来计算临界速度，（取每次变化量为3.2mm）则故所设计的液压系统符合机构控制要求。5.6支撑件及导轨设计 机床中的支承件主要是指床身、立柱、横梁、底座等大件。而且在设计时可主要从刚度、热变形与内应力等方面来着重考虑。而在本次的抛光机床的支承件设计中，主要为床身和底座的设计，为缩短设计的时间和周期，采用基于CA6140普通车床的变形设计方法。其主要的尺寸和结构基本与CA6140的成比例，因而在满足机床的性能要求上不会存在失效的情形，具体的设计尺寸、结构及相关的技术要求见零件图和总装图。参考文献l高润章.“抱抛”式砂带抛光机床的研制l陈廉清、俞利锋.砂带磨削及机床设计.机床与液压.1998（8）l孙海林.砂带的张紧与振荡.磨床与磨削.1997(第一期)l康士臣.砂轮磨削与砂带磨削的比较.机械工程师.1999(6)l方强.砂带磨削技术的发展及其关键技术.广州工学院报.1997(12)l孙海林.沙带的跑偏问题与调整.磨床与磨削.1996(2)l《机床设计手册3部件、机构及总体设计》机械工业出版社l《机械设计手册4液压、气动系统设计及机床现代设计方法》机械工业出版社出版l《金属切削机床设计》吉林工业大学、吉林工学院等主编上海科学技术出版社出版l《磨工实用技术手册》薄宵主编江苏科学技术出版社出版l《机械制造装备设计》冯辛安、黄玉美主编机械工业出版社出版l《液压传动设计手册》煤炭工业部编上海科学技术出版社出版l《液压传动与控制技术》王裕清、韩成石主编煤炭工业出版社出版l《机械设计》（第七版）濮良贵、纪名刚主编高等教育出版社出版 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）附录铬镍718合金机械加工的表面成型摘要：此项研究是以突出铬镍718合金在退火和淬火两个不同状态机械加工后的不同表面的表面成型，以致通过对比选出最佳的加工工序为目的，最佳切削条件和切削工具包含在作者已被应用的早期研究调查中。铬镍718合金曾被用一种涂有碳化物的PVD-TIAIN作为切削刀具来加工，其切削速度为60m/min，进给量为0.10mm/r，切深为0.5mm。一般来说，铬镍718合金为保持刀具较高的使用寿命而在退火后硬度较低的情况下加工，但在这机械加工过程中伴随有大量热量的前提下并非为唯一考虑的因素，检验其表面残余应力，在退火和淬火条件下都存在要压应力和拉应力，但在淬火条件下具有较退火条件下较低的拉应力和较低的表面粗糙度等。因此建议铬镍718合金在淬火条件下加工，同时也降低了成本。介绍：在非常耐热的合金当中，铬镍718合金是一种以镍为基体的合金，发现其重要的应用是在宇航工业中用来制造喷气式飞机引擎上的许多原件，比如旋转盘、环、外胎、叶片、引擎底座等。其主要是应用其在不断升温至7008c过程中保持强度的卓越能力，但铬镍718合金中含有的微观研磨粒却使加工变得困难。这些元件严格的加工环境、保险装置及苛求的表面机能致使评价每一个加工工步的效果都有其特性。调查显示工件质量，特别是运动部件的寿命，是与材料表面性能直接相关的。元件表面层通过多种机械加工，比如车削加工、刨削加工、铣削加工及磨削加工等，将不再由推理得到而是调查相关的工步再表面成型中的作用。表面成型被定义为：在机械加工中稳定或提高产品加工表面或者其他表面来达到工作要求。其表面特性将受到所选材料、加工条件和加工工艺的影响，在这些特性中重点要强调的是在对待振动较严重的原件时其残余应力的重要性。残余应力已被确立解释表面成型有关资料的关键，那时因为他们能够直接把金属材料和陶瓷材料的这种残余应力现象归结为不成熟的失败。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）残余应力被认为是在缺乏外部作用力下存在的一种作用力。在传统的金属切削方式，象车削、铣削等，机械能被用来以剪切的方式去除金属，这种切削作用随着热量的产生而发生朔性变形，产生的热量通常会改变合金的微观结构，因而发生朔性变形，而残余应力则由不均匀的朔性变形引起或者说位于朔性变化相联系的体积变化引起所致。朔性变形作为一个重要的作用力从水平和垂直方向作用与工件表面导致压缩应力，而产生朔性改变则由于热量的原因而改变其应力的自然属性，而更趋向于产生拉应力，相变则验证了拉应力依靠体积变化和伴随其发生的变形的理论，支持了应变理论的发展。铬镍718合金是一种曲阜强度较高的合金，从而导致较高的残余应力。因而上边的讨论很明显的说明，在加工铬镍718合金是研究残余应力是很有必要的，甚至由于其自身对机械加工参数和刀具性能变化的敏感指示性，残余应力可作为机械加工工序的评价标准。通常铬镍718合金在退火状态下是容易加工的，有时工件的主要加工部分在退火状态下加工后再在淬火状态下进行精加工，这个过程牵涉到热处理和随后的微量切削加工成最终的成品。因此，在最后加工的元件表面层中仍有存在残余应力的可能性。此项研究是以突出铬镍718合金在淬火和退火两个不同状态下机械加工的不同表面成型，以致形成最佳加工工艺。虽然刨削加工在机械加工中是一种相当普遍而又非常重要的加工方法，可是这个特定的问题却在学术文献中没有受到足够的重视。最大多数的研究是关于铬镍718合金的车削和铣削加工，可能是限于耐热材料（HRSA）的使用或者是制造商没有考虑在不同进给量的情况下车削和刨削加工的不同变形。在我们先前的研究调查中，它揭示了这两种加工方法中再变形上存在的重大的不同，这些被认为与刀具涂层、切削应力、表面粗糙度及刀具寿命有关。实验详情工件材料实验材料为两种经不同热处理的铬镍718合金，也即是退火处理（硬度为20HRC）和淬火处理（硬度为40HRC）下的直径为60mm，厚度为20mm的圆盘形工件这些尺寸的选择也是为提供整个工件尚未小面积内残余应力分析时的应力测量，那些工件可利用带锯从圆柱体上锯下来得来及在实验进行之先，大约1mm的表面利用精车或者重新车边将其加工掉，以至消除或减少先前加工对实验的影响。切削刀具在实验中采用特别设计的在高速下加工耐热材料的涂有碳化物的PVD-TIAIN刀具，其进给为正方形方块（ISO指定为SUMG 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）120408），同时有鳞刺、确定的预留加工量、进给依靠于刀架，并近似5C-8C的倾角。机械加工整个实验中的干加工和湿加工都在高刚度的CNC车床上以恒定的转速进行，在整个实验过程中都采用车床的切削速度为60r/min、进给为0.10mm/r、切深为0.5mm，其切削加工的条件尽可能地与PVD-TIAIN切削刀具的研究条件相符合。每个实验中都在加工25mm后换上新的切削刃，同时自每个实验中至少预留两个切削刃，而切削力则用一个三维测力计来测量，那么切削力将记录与图表中。在每个例子中工件的表面粗糙度和残余应力力都在三个不同的特定区域测得，一种形状粗糙度检测仪被用来检测表面粗糙度，残余应力则采用微小面积上X射线残余应力分析仪检测得到，这种仪器是以任一例子为标准标定。检验其仪器的重复性仅需在同一个地点测量三次即可，而测量仪器则显示出非常好的可重复性。下面的表1显示用于测量的标准校验参数：表1：用表测量的标准校验参数参数标准值准值仪型号圆形R=4mmX射线仪目标材料Cr，220（hkl）最大角度（度）128最低角度（度）-15，-10，-5，0，5，10，15，20，25，30光谱计数（每秒）90X射线仪端电压（kv）30X射线仪电流（Ma）15结果与讨论残余应力图1中（a）和（b）分别表示出了确定加工条件下的铬镍718合金在退火状态和淬火状态下的工件不同点所测得残余应力值。结论：图1表示热量积累的过程对合金的影响不仅仅是残余应力的大小，还是残余应力的标志，并且与距离有关。应 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）图1（a）残余应力对退火铬镍718合金的影响图1（b）残余应力对淬火铬镍718合金的影响图2淬火铬镍718合金湿加工表面光学显微组织图片（x500）（残余应力为：192MPa）力导致淬火铬镍718合金工件较退火状态的工件较低的韧性，事实上，在淬火工件加工的过程中最初的残余应力表现出来或变成拉应力。然而，退火工件在加工整个过程中所有点都有受拉应力。图2和图3显示了淬火和退火工件在距外层5mm处的已加工表面。铬镍718合金淬火情形下，这表面显示了由于机械加工导致塑性变形而使材料延伸，以致产生压应力;铬镍718合金退火情形下，表面产生压塑性变形而导致加工表面呈现拉应力。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）图3退火铬镍718合金湿加工工件5mm处的光学显微组织图片（x500）（残余应力395MPa）较多的资料认为残余应力由于其自身的敏感指示作用，甚至微小的加工条件的改变，以致对残余应力的指示作用。从一个淬火工件的例子中来看这种作用，在加工表面5mm处为压应力，而在15mm处则为拉应力，一直至20mm处。尽管在淬火和退火条件下的应力表明铬镍718合金应在淬火条件下加工较好，存在较低的拉应力，可以降低生产成本。由于可以消除先于精加工热处理的过程的影响，因此残余应力可作为评价生产工艺、加工参数变化和工装特性完善与否的标准。图4位已加工表面往里15mm处的光学显微图片（湿加工情况下）。在这种情况下，其塑性变形为主要的变形，那是因为材料较软（切削过程中切削力的变化微小）图4：湿加工条件下工件15mm处的显微图片（x500）（残余应力：397.5mm）和呈现的光滑性，因而导致拉应力。虽然累计的内应力使机械加工温度升高，在车削过程中，切削温度由于连续不断的切削而增长，除此之外，已加工表面随刀具的磨损而温度升高，更多的是由于铬镍718合金的低热传递性，大部分都存在于表面，这解释了工件从头到尾，从压应力到拉应力的应力增长。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）冷却剂对残余应力的作用已经看到，通常干加工比湿加工导致更高的拉应力值。使用冷却剂可降低摩擦和加快热量从工件表面散发，从而降低机械作用而获得压应力。然而，尽管使用了冷却剂，而在图1中仍能看到在切削过程中压应力变成拉应力。这种残余应力对机械加工参数变化的敏感反应以致在精加工过程中为得到较好的表面质量都得考虑叫做压应力的趋势在这个研究的所有试件中都能观察到。在干加工中，接近表面的材料部分受热被拉长，切削加工后，表面部分仍保持比工件其它部分较热的状态，由于在内部先冷却和空气较差的热传递性，因此，表面部分膨胀和来自工件内部的应力，这样在较高的温度下工件较低的屈服强度更利于表面层的压塑性变形，从而导致压应力，图5和图6为铬镍718合金在退火和淬火状态下干加工后表面下5mm处的光学显微图片。从这两张恨容易的知道主要为集中热作用从而导致拉应力。值得注意的是铬镍718合金在湿加工下的残余应力数量还小。图5：淬火铬镍718合金在干加工后15mm处的显微图片（x500）（残余应力:470MPa）图6：退火铬镍718合金干加工后15mm的光学显微图片（x500）（残余应力：687MPa）表面粗糙度类似于残余应力，图7表示退火和淬火铬镍718合金在湿加工和干加工下的白哦面粗糙度，铬镍718合金的淬火工件获得较退火工件数量较低的白哦面粗糙度，淬火的铬镍718合金通常由较小的轮郭最大高度（峰顶和峰谷的距离）见图8，这可解释这样的一个事实，即淬火铬镍718合金具有较退火状态下较高的屈服强度，从而导致较低的塑性变形，从而抑制了刀具上的金属流动，进而导致较低的刀面刮伤。退火铬镍718合金较低的屈服强度有助于较深的槽变形，从而导致较高的轮郭最大高度。可以明显地看到，淬火和退火铬镍718合金在湿加工后的已加工表面，见图9和图10，淬火铬镍718合金比退火铬镍718合金的加工细槽较浅。在加工淬火铬镍718合金时获得较低值得表面粗糙度的另一个理由为淬火铬镍718合金较高的硬度导致较高的温度以致使材料变软，从而有助于切削形成较好的加工表面，这通常在加工淬火铬镍718合金时通过很小的切削力即可获得。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）图7淬火和退火铬镍718合金在干加工和湿加工下获得的表面粗糙度图8淬火和退火铬镍718合金在干加工和湿加工下获得的表面轮廓最大高度图9淬火铬镍718合金在湿加工下15mm处的光学显微图片图10退火铬镍718合金湿加工下15mm处的光学显微图片结论：下面的重要结论来源加工淬火和退火铬镍718合金时残余应力、表面成型和切削力的研究调查：1.加工淬火的铬镍718合金较加工退火铬镍718合金时较低的拉应力屈服值，从而具有较低的拉应力。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）1.残余应力对机械加工参数变化的敏感性可被当作评价选择最佳工序的标准。2.通常淬火和退火铬镍718合金使用冷却剂导致较低的拉应力值。3.加工淬火条件的铬镍718合金获得较退火条件下较低的表面粗糙度和轮廓最大高度。4.加工淬火条件的铬镍718合金获得较退火条件下较低的切削力。显然意见：铬镍718合金根据表面成型——残余应力和表面粗糙度应该在淬火条件下加工可获得最大的生产率。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）致谢论文至此，将近两个月的毕业设计也即将告一段落了，此时此刻，感触最深的是：毕业设计真能锻炼人，同时也非常庆幸自己选了往年没做过的毕业设计题目，让自己在大学的最后阶段真真正正地锻炼一下自己。虽然在设计之初也曾后悔过，没有选一个较容易的设计题目，虽然在我的设计中也还存在一些问题，虽然现在我还不可能知道我的毕业设计的成绩，但事实证明了我做到了我曾经为此而疑惑、徘徊犹豫过的问题。而且，在毕业设计的这段时间里，它让我学会了一种通用的系统设计方法，让我学会了独立做研究、查资料、做设计等。同时也培养了我们在做设计过程中的团队合作。我想这也许就是我们做毕业设计的最初目标所在吧！弹指一挥间，大学就这样结束了，回想当时刚刚上大学的时候，就一懵懂的小青年，上了一个有着悠久历史的学校，，我就是伴着新校区成长的，它成长的同时也哺育了我成长。机电一体化，工科，我大学的专业；一个很适合男生的专业；一个非常成熟的专业。不能说感兴趣，但现在深深喜欢上了它，因为它的严谨，因为它的实用，还因为它的美。好多人都以为只有艺术为之谓美，但愚认为，一切给人愉悦的东西都称之为美，当看到机械结构的那种严谨，那种传递动力和功时，我就感觉到美的存在。最后，我要特地感谢的是：在毕业设计过程中为我解除过疑难的老师及带过我们毕业实习和设计过程中帮助过我的老师。感谢他们在我毕业设计中对我的指导和帮助。祝他们：身体健康！工作愉快！生活美满！平顶山工业职业技术学院工程系机电一体化姚成彬二零零八年五月 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）'