硬脆材料雙面研磨拋光機的設計【含CAD圖紙】

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湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設計說明書 題 目：硬脆質材料雙面/研磨拋光機的設計____ 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化_________ 學 號： 2010963032__________________ 姓 名： 王林森 ______ 指導教師： 周后明____________________ 完成日期： 5月20___________________ 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）任務書 論文（設計）題目： 硬脆材料雙面研磨拋光機的設計 學號： 2010963032 姓名： 王林森 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 周后明 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本要求 研磨拋光是硬脆材料獲得光滑和超光滑高表面質量的重要加工方法。本設計為硬脆材料雙面研磨拋光機的設計，其主要技術指標與要求如下： 1、研磨盤的直徑：250mm； 2、工件研具相對速度：5~500m/min，連續(xù)可調(diào)； 3、運動形式：上研磨盤固定，下研磨盤與太陽齒輪、內(nèi)齒輪轉動 4、整機形式：立式，要求構造簡單、成本低 設計要求： 1、完成硬脆材料雙面研磨拋光機的方案設計和選型論證 2、硬脆材料雙面研磨拋光機的結構設計，繪制部件裝配圖和主要零件圖，圖紙總量折合成A0，不少于2張 3、撰寫設計說明書，關鍵零件應進行強度和剛度計算，說明書字數(shù)不少于1~5萬 4、完成資料查閱和3000字的文獻翻譯 二、重點研究的問題 硬脆材料雙面研磨拋光機的結構設計及相關強度校核。 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 查閱資料、調(diào)研 第1，2周 2 制訂設計方案 第3，4周 3 分析與計算 第5，6周 4 繪部件裝配圖 第7，8、9周 5 繪零件圖 第10，11周 6 撰寫設計說明書 第12，13周 7 準備答辯材料 第14周 8 畢業(yè)答辯 第15周 四、應收集的資料及主要參考文獻 1、機械設計手冊 2、機械傳動設計手冊 3、于思遠，林彬. 工程陶瓷材料的加工技術及其應用[M] . 北京：機械工業(yè)出版社,2008. 4、袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技術-第2版[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2007. 5、袁巨龍. 功能陶瓷的超精密加工技術[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000 6、王先逵. 精密加工技術實用手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2007 7、相關網(wǎng)絡資信 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）評閱表 學號 2010963032 姓名 王林森 專業(yè) 機械設計制造及其自動化畢業(yè)論文（設計）題目： 脆硬質材料雙面/研磨拋光機的設計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的； 2.難度、份量是否適當； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結合。 能力 1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機應用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。 論文 （設計）質量 1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 作者的畢業(yè)設計為硬脆材料雙面/研磨拋光機的設計，論文選題符合培養(yǎng)目標要求，能體現(xiàn)學科專業(yè)特點，達到了綜合訓練的目的。該生具有較強的文獻查閱、資料綜合歸納整理的能力，能在設計工作中較熟練運用所學知識，畢業(yè)設計技術方案可行，工作量適當，設計思路較清晰，研究內(nèi)容具有一定的實際應用價值，論文質量較好，同意參加答辯 評閱人： 2014年5月 日 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）鑒定意見 學號：2010963032 姓名：王林森 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 30 頁 圖 表 5 張 論文（設計）題目： 硬脆質材料雙面/研磨拋光機的設計 內(nèi)容提要：研磨拋光是硬脆材料獲得光滑和超光滑高表面質量的重要加工方法。本設計為硬脆材料雙面研磨拋光機的設計，其主要技術指標與要求如下： 1、上研磨盤的直徑：630mm； 2、工件研具相對速度：5~500m/min，連續(xù)可調(diào)； 3、運動形式：上研磨盤固定，下研磨盤與太陽齒輪、內(nèi)齒輪轉動 4、整機形式：立式，要求構造簡單、成本低 設計要求： 1、完成硬脆材料雙面研磨拋光機的方案設計和選型論證 2、硬脆材料雙面研磨拋光機的結構設計，繪制部件裝配圖和主要零件圖，圖紙總量折合成A0，不少于2張 3、撰寫設計說明書，關鍵零件應進行強度和剛度計算，說明書字數(shù)不少于1~5萬 4、完成資料查閱和3000字的文獻翻譯 指導教師評語 王林森同學在畢業(yè)設計期間態(tài)度比較認真，其畢業(yè)設計的內(nèi)容為硬脆材料雙面/研磨拋光機的設計，在認真閱讀國內(nèi)外相關參考文獻基礎上，基本了解相關領域的研究現(xiàn)狀。在畢業(yè)設計期間，對硬脆材料雙面/研磨拋光機的機械部分進行了結構設計及相關的設計計算。通過畢業(yè)設計王林森同學對機械設計的相關技巧、以及機械設制造相關領域的基礎知識的掌握有了較大的進步，初步掌握了相關制圖軟件在機械設計中的應用。論文達到畢業(yè)設計要求，同意參加答辯，推薦畢業(yè)設計成績?yōu)椤爸小薄? 指導教師： 簽名 2014年 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長：簽名 2014年 月 日 答辯委員會意見 答辯委員會主任：簽名（蓋章） 2014年 月 日 目錄 摘要…………………………………………………………….…………………………………..……………….….….2 第一章 緒論……………………..………………………………………………………………………….....4 1.1脆硬材料的一些簡介…………………………………………………………………….……4 1.2國內(nèi)外研磨和拋光的歷史及其發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………….….4 第二章 工作原理及基本要求……………..………………………………………….………....6 2.1拋光機理……………………………………………………………………………………………..6 2.2雙面研磨機的工作原理………………………………………………………………………6 2.3雙面研磨機的主要特點………………………………………………………………………7 2.4本次設計的主要方向………………………………………………………………………….8 第三章 研磨與拋光的主要工藝因素…………………………………………….…9 3.1工藝因素及其選擇原則……………………………………………………………………...9 3.2研磨盤和拋光盤…………………………………………………………………………………10 3.3平面研磨使用的研具…………………………………………………………………………13 3.4磨?！?13 3.5加工液………………………………………………………………………………………………..13 3.6工藝參數(shù)………………………………………………………………………………………….…13 第四章 結構設計及相關強度校核………………………………..…………………..…….14 4.1工件保持架的選擇..……………………………………………………………………………14 4.2小齒輪的選擇……………………………………………………………………………………..15 4.3內(nèi)齒圈的選擇……………………………………………………………………………………..15 4.4保持架、內(nèi)齒圈、小齒輪組成的輪系中各齒輪運動速度的確定….…16 4.5其他齒輪的選擇………………………………………………………………………………....17 4.5.1齒輪1的選擇….……………………………………………………………………….…17 4.5.2齒輪2的選擇………………………………………………………………………….….17 4.5.3齒輪3和齒輪4的確定……………………………………………………………..18 4.6軸承的選擇及其參數(shù)……..………………………….…………………………………….…19 4.7電動機的選擇………..……………………..………………………………………………….…20 4.8軸的設計及強度校核計算.…………………………………………..…………………….21 總結………………………………………………………………………..……….…………………...23 參考文獻………………………………………….………….……………….……………………....24 附錄………………………………………………………..…………………………………………....25 硬脆材料雙面研磨/拋光機的設計 摘要：雙面平面研磨是在傳統(tǒng)研磨機構的基礎上，通過改變研磨平面的數(shù)目從而來提高研磨精度和效率的一種研磨方式。其加工原理就是利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對運動對加工表面進行精整加工，從而來實現(xiàn)加工精度的要求。 本文通過對平面研磨機構多種運動方式的分析，以及研磨精度要求，并結合現(xiàn)有研磨機，從而設計出一種新型的行星式雙面平面研磨機構，并對其運動軌跡做了具體研究。這種研磨方式不僅解決了傳統(tǒng)研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工質量不穩(wěn)定等缺點，提高了研磨技術水平，保證研磨加工精度和加工質量，而且還可以實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)不同直徑圓柱工件的研磨，提高了加工效率，降低了加工成本，使研磨技術進一步實用化。 Double-sided Grinding Of The Hard-brittle Materials/Polishing Machine Design Abstract： Double-sided plane grinding is the traditional grinding institutions, and on the basis of the number of by changing the grinding plane to improve the grinding efficiency and precision of a kind of grinding way. Its processing principle is to use the coating or pressure with embedded in the research on the abrasive particles with and workpiece, through research in the relative movement under certain pressure of machining surface finish machining, thus to realize the machining accuracy of requirements. This thesis through to plane grinding institutions of various sports mode analysis, and grinding accuracy requirement, and combine existing grinding machine, thus designed a new double plane grinding mechanism, and to its trajectory made specific research. This kind of grinding way not only solves existing traditional grinding machining efficiency is low, the processing cost, high machining accuracy and processing quality unstable shortcomings, improves grinding technology level and guarantee of grinding accuracy and processing quality, but also can realize within the scope of certain and different cylinder workpiece, improves the grinding machining efficiency and reduce the processing cost, make grinding technology further practional utilizati 第一章 緒論 1.1 硬脆材料的一些簡介 硬脆材料例如陶瓷、白寶石單晶、微晶玻璃等以優(yōu)良特性得到廣泛的應用。微晶玻璃用于天文望遠鏡、光學透鏡、火箭和衛(wèi)星的結構材料等，而且同時可以作標準米尺；白寶石因為其良好的透光性和耐磨性等特點用于激光器的反射鏡和窗口、異質外延生長的半導體材料或金屬材料的基片等。對硬脆材料進行超精密加工方法的研究，將其進一步擴大應用范圍并且提高其使用性能。 　　由于微晶玻璃中無數(shù)微小品粒的存在、白寶石硬度高，大都認為很難得到超光滑高平面度的表面。通常的光學拋光機都是動擺式的，即工件相對于磨盤既轉動，又沿一定的弧線擺動：工件在拋光的同時也不斷地進行修整拋光模。但是，當拋光參數(shù)設定時，工件和拋光模的那個面形始終處于非收斂的變化中，即面形朝凹或凸的方向單調(diào)改變，不斷檢查面形，修改拋光參數(shù)，對操作員的技術水平要求很高。我們一般使用中國航空精密機械研究所研制的超精密研磨機CJY—500進行實驗。其上下主軸均為液體靜壓主軸，并且還能夠實現(xiàn)研磨盤的超精密車削，平面度小于lμm/φ500，用高精度的研磨盤來保證高精度的工件，不需要拋光中工件對其修整。當工件與錫磨盤定偏心、同方向、同轉速運動時工件表面的材料除去相同，而且工件每個點在研磨盤周光滑高平面度的表面奠定了基礎。 研磨和拋光基本都是利用研磨劑使工件與研具進行單純的對研而獲得的高質量、高精度的加工方法。 1.2 國內(nèi)外研磨和拋光的歷史及其發(fā)展現(xiàn)狀 在國內(nèi)外研磨和拋光的歷史很悠長，比如：玉器和銅鏡的制作；眼鏡的應用、1360年的繪畫上就有發(fā)現(xiàn)、在文藝復興時期的望遠鏡和顯微鏡發(fā)明。 現(xiàn)在，除了已經(jīng)實現(xiàn)大批量生產(chǎn)透鏡和棱鏡外，其加工水平已能夠完成光學鏡面和保證高形狀精度的光學平晶、平行平晶以及具有特定曲率的球面等標準件的加工。 就實施超精密加工而言，在各種各樣的加工方法中，研磨和拋光方法最為有力。 為適應零件加工的要求，應該不斷進行技術改造和開發(fā)新加工原理的超精密研磨和拋光技術。 精密和超精密加工現(xiàn)在已經(jīng)成為在國際競爭中取得成功的關鍵技術，許多現(xiàn)代技術產(chǎn)品需要高精度制造。發(fā)展尖端的技術和發(fā)展國防工業(yè)，發(fā)展微電子工業(yè)等都需要精密和超精密加工制造出來的儀器設備。當代的精密工程、微細工程和納米技術是現(xiàn)代科技技術的前沿，也是明天技術的基礎。 現(xiàn)代機械工業(yè)之所以要致力加強提高加工精度，其主要的原因在于：提高制造精度后可有效的提高產(chǎn)品的性能和質量，提高其穩(wěn)定性和可靠性；促進產(chǎn)品的小型化；增強零件的互換性，提高裝配生產(chǎn)率，并促進自動化裝配。 超精密加工技術發(fā)展至今天，已經(jīng)獲得重大的進展，超精密切削加工已不再是一種孤立的加工方法和單純的工藝問題，而是成為一項包含內(nèi)容極其廣泛的系統(tǒng)工程。實現(xiàn)超精密加工，不僅需要超精密的機床設備和刀具，也需要超穩(wěn)定的環(huán)境條件，還需要運用計算機技術進行實時監(jiān)測，反饋和補償。只有把各個領域的技術成就集結起來，才有可能實現(xiàn)超精密加工。 根據(jù)我國的當前實際情況，參考國外的發(fā)展趨勢，我國應開展超精密加工技術基礎的研究，其主要內(nèi)容包括以下五個方面： 1. 超精密切削磨削的基本理論和工藝 2. 超精密設備的精度，動特性和熱穩(wěn)定性 3. 超精密加工精度檢測及在線檢測和誤差補償 4. 超精密加工的環(huán)境條件 5. 超精密加工的材料 參考國外精密加工技術的經(jīng)驗和我國實際情況，如果能夠對精密和超精密加工技術給予足夠的重視，投入相當?shù)娜肆臀锪M行研究與開發(fā)，在八五期間生產(chǎn)中穩(wěn)定微米級加工技術的基礎上，開始亞微米加工；九五期間在生產(chǎn)中穩(wěn)定亞微米級加工并開始納米級加工的實驗研究。即將在15-20年內(nèi)達到美國等發(fā)達國家目前的水平，并在某些主要單項技術上達到國家先進水平。 第二章 工作原理及基本要求 2.1拋光機理 由于拋光過程的復雜性和不可視性，往往是在通過特定的實驗條件下獲得的實驗結果來說明拋光的機理。對于硬脆性材料的拋光機理，歸納一下主要有如下解釋： 拋光是一磨粒的微削塑性切削生產(chǎn)切屑為主體而進行的。在材料切除過程中都會由于局部高溫、高壓而使工件與磨粒、加工液及拋光盤之間存在著直接的化學作用，并且在工作表面產(chǎn)生反應生成物。由于這些作用的重疊，以及拋光液、磨粒及拋光盤的力學作用，使工件表面的生成物不斷被去除而使表面平滑化。 采用工件、磨粒、拋光盤和加工液等的不同組合，可實現(xiàn)不一樣的拋光效果。工件與拋光液、磨料及拋光盤間的化學反應有助于拋光加工。 2.2雙面研磨機的工作原理 在進行高質量平行平面研磨時需要使用雙面研磨，該雙面研磨拋光機的工作原理示意圖如下： 圖2-1 雙面研磨拋光機工作原理圖 如圖所示，研磨的工件放在工件保持架內(nèi)，上，下均有研磨盤。下研磨盤有電動機帶動旋轉，為了在工件上得到均勻而不重復的研磨軌跡，工件保持架制成行星輪的形式，外面和內(nèi)齒輪嚙合，里面和小齒輪嚙合。所以工作時工件將同時有自轉和公轉，作行星運動。上研磨盤一般情況不轉動（有時也轉動），上面可加載并有一定的浮動以避免兩研磨盤不平行造成工件兩研磨面不平行。 由工件與研具的相對運動軌跡對工件面形精度有都重要影響，對其基本要求如下： 1） 工件相對研具做平面平行運動，能使工件上各點具有相同或相近的研磨行程。 2） 工件上任意一點，盡量不要出現(xiàn)運動軌跡的周期性重復。 3） 研磨運動平穩(wěn)，避免曲率過大的運動轉角。 4） 保證工件走遍整個研具表面，使研磨盤得到均勻磨損，進而保證工件表面的平面度。 5） 及時變更工件的運動方向，使研磨紋路復雜多變，有利于降低表面粗糙度，并保證表面均勻一致。常用的運動軌跡有：次擺線、外擺線和內(nèi)擺線軌跡等。 2.3雙面研磨機的主要特點 雙面研磨機主要用于兩面平行的晶體或其它機械零件進行雙面研磨，特別是薄脆性材料的加工。適用于各種材質的機械密封環(huán)、陶瓷片、氣缸活塞環(huán)、油泵葉片軸承端面及硅、鍺、石英晶體、石墨、藍寶石、光學水晶、玻璃、鈮酸鋰、硬質合金、不銹鋼、粉灰冶金等金屬材料的平面研磨和拋光。其主要特點有： 1、采用無級調(diào)速系統(tǒng)控制，可以輕易調(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，可以獨立調(diào)控壓力裝置。上盤設置的緩降功能，有效的防止薄脆工件的破碎。 　　2、通過一個時間繼電器與一個研磨計數(shù)器，可以按加工要求準確設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，達到研磨設定的時間或圈速的時候就會自動停機報警提示，實現(xiàn)半自動化的操作。通過增加厚度光柵尺形成閉環(huán)控制，達到設定的厚度會自動停機，實現(xiàn)在線控制生產(chǎn)。 　　3、主機一般采用調(diào)速電機驅動，配置大功率減速系統(tǒng)，軟啟動、軟停止，運轉平穩(wěn)。 　　4、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。 　　5、下研磨盤可升降，方便工件的裝卸。氣動太陽輪變向裝置，精確控制工件兩面研磨精度和速度。 　　6、隨機配有修正輪，用于修正上下研磨盤的平行誤差。 7、工件研磨的效率與磨料密切相關，目前主要兩種磨料方式加入研磨過程，一種是外加磨料，也稱為游離磨料，它的缺點是上磨盤磨料供應不足，研磨盤上磨料分布不均勻，大部分研磨料未參與研磨，成本較高，工藝穩(wěn)定性較差。另一種是Laptech 將磨料固定在研磨盤中，也稱為固著磨料，成功解決了上磨盤磨料供應不足，研磨盤上磨料分布不均勻的工藝問題，研磨成本大幅度下降。 2.4本次設計的主要方向 本設計為2方向型運動方式的雙面加工機，由一臺電動機帶動兩根驅動軸進行研磨工作。上下研磨盤不動，太陽齒輪和內(nèi)齒輪轉動。主要用于晶體、金屬和陶瓷等工件的研磨和拋光。 1、上研磨盤的直徑：630mm； 2、工件研具相對速度：5~500m/min，連續(xù)可調(diào)； 3、運動形式：上研磨盤固定，下研磨盤與太陽齒輪、內(nèi)齒輪轉動 4、整機形式：立式，要求構造簡單、成本低 第三章 研磨與拋光的主要工藝因素 3.1工藝因素及其選擇原則 精密研磨與拋光加工的主要工藝因素包括加工設備、研具、磨粒、加工液、工藝參數(shù)和加工環(huán)境等，見表3-1。這些因素決定了最終加工精度和表面質量。在保證加工環(huán)境的前提下，各工藝因素的選擇原則如圖3-1所示。 表3-1 精密研磨拋光的主要工藝因素 工藝因素 實例 加工設備 加工方式 運動方式 驅動方式 單面研磨、雙面研磨 旋轉、往復擺動 手動、機械驅動、強制驅動、從動 研具 材料 形狀 表面狀態(tài) 硬質、軟質（彈性、粘彈性） 平面、球面、非球面、圓柱面 有槽、有孔、無孔 磨粒 種類 材質、形狀 粒徑 金屬氧化物、金屬碳化物、氮化物、硼化物 硬度、韌性、形狀 幾分之一微米~幾十微米 加工液 水性 油性 酸性~堿性、表面活性劑 表面活性劑 加工參數(shù) 工件、研具相對速度 加工壓力 加工時間 1~100m/min 0.1~300kPa 約10h 加工環(huán)境 溫度 塵埃 室溫變化-0.1~0.1度 利用清潔室、凈化工作臺 圖3-1 工藝因素的選擇原則 3.2 研磨盤和拋光盤 常用的研磨盤、拋光盤材料及部分使用實例見表3-2。常用的研磨盤材料有鑄鐵、玻璃、陶瓷等。研磨盤是用于涂敷或嵌入磨料的載體，是磨粒發(fā)揮切削作用，同時又是研磨表面的成形工具。研磨盤本身在研磨工程中與工件是相互修整的，研磨盤本身的幾何精度按一定程度“復印”到工件上，故要求研磨盤的加工面又高的幾何精度。對研具的要求主要有： 1） 材料硬度一般比工件材料低，組織均勻致密、無雜質、異物、裂紋和缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性。 2） 結構合理，有良好的剛性、精度保持性喝耐磨性。其工作表面應具有較高的幾何精度。 3） 排屑性喝散熱性好。 表3-2 研磨盤、拋光盤材料及部分使用實例 分類 對象材料 部分使用實例 硬質 材料 金屬 鑄鐵、碳鋼、工具鋼 一般材料研磨、金剛石拋光 非金屬 玻璃、陶瓷 化合物半導體材料研磨 軟 質 材 料 軟質金屬 Sn、Pb、Cu焊料 陶瓷拋光 天然樹脂 松脂、焦油、蜜蠟、樹脂 光學玻璃拋光、光學結晶拋光 合成樹脂 硬質發(fā)泡聚氨酯、PMMA、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯橡膠 光學玻璃拋光、一般材料拋光 天然皮革 麂皮 金屬拋光 人工皮革 軟質發(fā)泡聚氨酯、氟碳樹脂發(fā)泡體 硅晶片拋光、化合物半導體拋光 纖維 非織布、織布紙 金屬材料拋光、一般材料拋光 木材 桐、杉、柳 金屬模拋光 為了獲得良好的研磨表面，有時需在研具表面上開槽。槽的形狀有放射狀、網(wǎng)格狀、同心圓狀和螺旋狀等，如圖4-2所示。槽的形狀、寬度、深度和間距等根據(jù)工件材料質量、形狀及研磨面的加工精度來選擇。在研具表面開槽有如下的效果： 1） 可在槽內(nèi)存儲多余的磨粒，防止磨料堆積而損傷工件表面。 2） 在加工中作為向工件供給磨粒的通道。 3） 作為及時排屑的通道，防止研磨表面被劃傷。 圖3-2 常用研磨盤的開槽形式實體圖 3.3 平面研磨使用的研具 在研磨、拋光中，通過研磨使研具的平面狀態(tài)復印到工件上，這涉及到如何保證幾何形狀精度問題。特別是研磨小面積的高精度平面工件時要使用彈性變形小的研具，并始終使用能保證平面度的研具。 符合上述要求的研具，除用特種玻璃外，也可以用工作加工成平面的金屬板上涂一層四氟乙烯或鍍鉛和銦，都可以實現(xiàn)研磨與拋光，并能得到高精度的平面加工結果，但其缺點是薄的研具層壽命短。 為獲得高的研磨表面質量，在工件材料較軟時，如加工光學玻璃時，有時使用半軟質研磨盤（如錫盤）或軟質研磨盤（如瀝青盤）。使用這種研磨盤最主要的問題是研磨盤不易保持平面度，因而影響加工件的平面度。使用軟質研磨盤的優(yōu)點是研磨出的表面變質層很小，表面粗糙度也很小。 3.4 磨粒 磨粒按硬度可分為硬磨粒和軟磨粒兩類。研磨用磨粒具有下列性能： 1） 磨粒形狀、尺寸均勻一致。 2） 磨粒能適當?shù)钠扑?，使切刃鋒利。 3） 磨粒熔點要比工件熔點高。 4） 磨粒在加工液中容易分散。 3.5 加工液 研磨拋光加工液通常由基液（水性或油性）、磨粒、添加劑三部分組成，作用是供給磨粒、排屑、冷卻和潤滑。對加工液有以下要求： 1） 能有效地散熱，以避免研具和工件表面熱變形。 2） 粘性低，以提高磨料的流動性。 3） 不會污染工件。 4） 化學物理性能穩(wěn)定，不因放置或溫升而分解變質。 5） 能較好地分散磨粒。 研磨拋光時，伴隨有發(fā)熱，除了工件和研具因溫度上升而發(fā)生形變。難以進行高精度研磨外，在局部的磨粒作用點上也會產(chǎn)生相當高的溫度，使加工變質層深度增加。適當?shù)毓┙o加工液，可以保證研具有良好的耐磨性和工件的形狀精度及較小的加工變質層。添加劑的作用是放置或延緩磨料沉淀，并對工件發(fā)揮化學作用以提高研磨拋光加工效率和質量。 3.6 工藝參數(shù) 加工速度、加工壓力、加工時間以及研磨液和拋光液的濃度是研磨與拋光加工的主要工藝參數(shù)。在研磨拋光設備、研具和磨料選定的條件下，這些工藝參數(shù)的合理選擇是保證加工質量和加工效率的關鍵。 加工速度是指工件與研具的相對運動速度。加工速度增大使加工效率提高，但當速度過高時，由于離心力作用，使加工液甩出工作區(qū)，加工平穩(wěn)性降低，研具磨損加快，從而影響研磨拋光加工精度。一般粗加工多用較低速、較高壓力；精加工多用低速、較低壓力。 第四章 結構設計及相關強度校核 4-1 工件保持架的選擇 根據(jù)以上工藝因素以及設計任務的要求： 采用齒數(shù)z=115 模數(shù)m=2 壓力角=的齒輪 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 頂隙 總體輪厚h=12mm 為了保證工件能充分接觸到研磨盤在游輪上下兩面設有2mm后的凸臺，因此實際輪厚為8mm 游輪上對稱分布有12個的圓孔，用于放置工件 此外，游輪的工件孔可以根據(jù)工件的形狀、尺寸而設計，可設計多種樣式。參考圖樣如圖4-2。. 圖4-3 工件保持架的多種形式 4-2小齒輪的選擇 根據(jù)游輪的尺寸參數(shù)而定 模數(shù)m=2 壓力角= 選擇分度圓半徑為r=88mm的圓柱齒輪 可得： 齒數(shù)z=d/m=176/2=88 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 頂隙 齒輪厚h=20mm，可于游輪充分接觸 為節(jié)省材料，中間開有凹槽 選擇齒輪內(nèi)徑d’=40mm，根據(jù)此尺寸選擇寬、高分別為：12mm、8mm的平鍵連接，鍵長L=16mm。 4-3 內(nèi)齒圈的選擇 由之前確定的游輪和外齒輪的尺寸可以確定內(nèi)齒圈的齒根圓半徑 由，m=2，可得：z=318 齒頂圓直徑 分度圓直徑d=mz=2*318=636mm 頂隙 選擇齒圈外部邊緣直徑為d’=700mm 從而可保證齒圈寬度在40mm左右 便于安裝螺紋。 在齒圈半徑為335mm的圓周上均勻分布6個的螺紋孔，將齒圈固定在可轉動的支座上。 根據(jù)需要，齒圈厚度選擇h=15mm 4-4 保持架、內(nèi)齒圈、小齒輪組成的輪系中各齒輪運動速度的確定 選擇原則：研磨運動平穩(wěn)，避免曲率過大的運動轉角，保證工件走遍整個研具表面，使研磨盤得到均勻磨損，進而保證工件表面的平面度。及時變更工件的運動方向，使研磨紋路復雜多變，有利于降低表面粗糙度，并保證表面均勻一致。 考慮以上因素：選擇游輪速度60r/min ，外齒輪運動速度40r/min 運動方向如圖所示： 圖4-4 工作臺運動示意圖 計算內(nèi)齒圈速度： 得： 4-5 其他齒輪的選擇 4.5.1 齒輪1的選擇 取分度圓直徑d=160mm 模數(shù)m=2 壓力角=的圓柱齒輪 得：齒數(shù) 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 頂隙 根據(jù)齒輪內(nèi)徑尺寸d’=56mm選擇鍵寬b、鍵高h分別為：16mm、10mm的平鍵連接，鍵長L=28mm。 齒輪厚度選擇h=30mm 4.5.2 齒輪2的選擇 取分度圓直徑d=250mm 模數(shù)m=2 壓力角=的圓柱齒輪 得：齒數(shù) 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 頂隙 根據(jù)齒輪內(nèi)徑尺寸d’=46mm選擇鍵寬b、鍵高h分別為：14mm、9mm的平鍵連接，鍵長L=32mm。 齒輪厚度選擇h=35mm 由以上齒輪1、齒輪2的選擇可確定主動軸的轉速： 4.5.3 齒輪3和齒輪4的確定 選定齒輪1和齒輪2時，齒輪3和齒輪4此時已經(jīng)確定了，可計算出來： n內(nèi)=10.629r/min n2=25.6r/min 求得 得： 齒輪3的參數(shù)： 分度圓直徑d=mz=2*60=120mm 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 頂隙 根據(jù)齒輪內(nèi)徑尺寸d’=30mm選擇鍵寬b、鍵高h分別為：10mm、8mm的平鍵連接，鍵長L=20mm。 齒輪厚度選擇h=25mm 齒輪4的參數(shù)： 分度圓直徑d=mz=2*145=290mm 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 頂隙 4-6 軸承的選擇及其參數(shù) 根據(jù)所設計的驅動軸的尺寸，選用的的軸承及其參數(shù)如下： 滾動軸承6016 d=80mm D=125mm B=22mm 87mm 118mm 滾動軸承6010 d=50mm D=80mm B=16mm 56mm 74mm 滾動軸承6011 d=55mm D=90mm B=18mm 62mm 83mm 滾動軸承6008 d=40mm D=68mm B=15mm 46mm 62mm 止推軸承51307 d=35mm 37mm D=68mm 68mm T=24mm B=10mm 48mm 止推軸承51217 d=85mm 88mm D=125mm 125mm T=31mm B=12mm 101mm 4-7電動機的選擇 根據(jù)工作環(huán)境選擇立式三相交流異步電動機。 1， 選擇電動機的功率 所需電動機的功率可用如下公式計算： Pd為工作機的實際電動機輸出功率KW，Pw為工作機所需要的輸入功率KW，n為電動機只工作機之間的總效率。 因此，選擇額定功率為4kw的電動機 2， 選擇電動機的轉速 電動機的轉速可選范圍： 因此選擇同步轉速為1500r/min的電動機 綜上，選擇型號為Y112M-4的電動機。 4-8軸的設計及強度校核計算 主動軸 由于此軸主要是承受扭矩，因此按扭矩來計算軸的強度： 軸的扭轉強度條件是 其中為扭轉切應力；為軸的抗扭截面系數(shù)；軸的轉速；P為傳遞的功率；d為計算截面出軸的直徑；為許用扭轉切應力 由上公式可得軸的直徑 所設計的軸的最小直徑為30mm>29.3179mm，故 該軸的強度合格。 從動軸 由于此軸主要是承受扭矩，因此按扭矩來計算軸的強度： 軸的扭轉強度條件是 其中為扭轉切應力；為軸的抗扭截面系數(shù)；軸的轉速；P為傳遞的功率；d為計算截面出軸的直徑；為許用扭轉切應力 由上公式可得軸的直徑 所設計的軸的最小直徑為40mm>37.726mm，故 該軸的強度合格。 總結 通過本次畢業(yè)設計大體掌握了脆硬材料雙面研磨拋光機的工作原理及其結構設計，非常感謝周后明老師的細心指導，通過本次畢業(yè)設計，了解到他是一個非常認真負責的好老師。 現(xiàn)將獲得高質量平面研磨拋光的工藝規(guī)律總結如下： 1） 研磨運動軌跡應能達到研磨痕跡均勻分布并且不重疊。這主要由研磨機的行星運動達到。 2） 硬質研磨盤在精研修形后，可以獲得平面度很高的研磨表面，但要求很嚴格的工藝條件。硬質研磨盤要求材質極均勻，并有微孔容納微粉磨料。 3） 軟質（半軟質）研磨盤容易獲得表面粗糙度值極小和表面質變層甚小的研磨拋光表面，但不易獲得很高的平面度。 4） 使用金剛石微粉等超硬磨料可以獲得很高的要命拋光效率。在最后精研硅片、光學玻璃和石英晶體片是，使用SiO2，氧化鈰微粉和軟質研磨盤容易得到表面質變層和表面粗糙度值極小的優(yōu)質表面，但不易獲得很高的平面度。 5） 研磨平行度要求很高的零件時，可采用：1，上研磨盤浮動以消除上下研磨盤不平行誤差；2，小研磨零件實行定期180度方位對換研磨，以消除因研磨零件厚度不等造成上研磨盤傾斜而研磨表面不平行；3，對各晶向硬質不等的晶片研磨時，加偏心載荷修正不平行度。 6） 為提高研磨拋光的效率和研磨表面質量，可以在研磨劑中加入一定量的化學活性物質，實踐證明這是極有效的。 7） 高質量研磨時必須避免粗的磨粒和空氣中的灰塵混入，否則將使研磨表面劃傷，達不到高質量研磨要求。 致謝 經(jīng)過半年的時間，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，這次設計，也是大學階段的最后一次設計,眼看畢設就要結束了，在這里我感謝所有那些在我們遇到困難時給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W們。 我在設計時有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導教師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的，在這里首先要感謝在整個設計過程中給予我建議和指導的周后明老師，他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從題目理解到查閱資料、設計草案的確定和修改、中期檢查、后期詳細設計等整個過程中都給予了我耐心的指導。特別是周老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、踏實進取的工作作風，讓我受益匪淺，給我今后的工作和學習等都樹立了良好的榜樣。在這期間周后明老師的不斷鼓勵和幫助，讓我最終克服重重困難，完成此次設計任務。這次設計不僅僅是一次畢業(yè)設計，更為我的人生上了很好的一課，讓我明白了許多道理，我會在以后的工作和學習中，要不怕困難、踏實認真。 然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我打下堅實的專業(yè)知識基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了大家的相互支持和鼓勵，此次畢業(yè)設計才會順利完成。 最后感謝湘潭大學興湘學院在大學四年來對我的大力栽培。 參考文獻 [1] 成大先，機械設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2004. 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Thus a three-dimensional model of a specimen of the diamond monocrystal and rigid diamond grit was built with the aid ofthe molecular dynamics（MD）simulation. The force between all of the atoms was calculated by the Tersoff potential. After that，lapping with a certain cutting depth of 1.5 lattice constants was simulated. By monitoring the positions of atoms within the model，the microstructure in the lapping region changes as diamond transformed from its diamond cubic structure to amorphous carbon were identified. The change of structure was accomplished by the flattening of the tetrahedron structure in diamond. This was verified by comparing the radial distribution functions of atoms in the lapping and un-lapping regions.Meanwhile，the debris produced in lapping experiment was analyzed by XRD（X-ray diffraction）. The results show that the phase transformation happens indeed. Keywords：diamond cutting tools；mechanical lapping；material removing mechanism；molecular dynamics simulation It is an important way to turn the optical surface with natural diamond cutting tools to obtain high accuracy. The processed work-pieces’ surface has lower surface roughness and residual stress，and smaller metamorphic region than those machined in usual ways. Diamond is the most important material to make cutting tools in the ultra-precision machining，for it is an ideal brittle solid with the greatest hardness and resistance to plastic deformation of any material and has very high dimensional homogeneity. The sharpening method of diamond cutting tools is the key technology to obtain sharp cutting radius，good surface quality and small geometric tolerance[1]. There are many sharpening methods such as lapping，ion beam sputtering，thermal chemistry polishing，plasma polishing，oxide etching and laser erosion，etc. The most common and effective method is lapping[2]. The mechanism of the material removal in lapping has a lot of statements such as the micro-cleavage theory[3]，the thermal