拋光機(jī)設(shè)計(jì)

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Kasai, K. Horio, T. Karaki-Doy, Ann. CIRP 39 (1) (1990).2 J.L. Yuan, Z.F. Tong, SME MR 91-193, 1991中文翻譯(2):降低超聲波切割骨骼時(shí)切削溫度的方法摘要:超聲波切割工藝廣泛應(yīng)用于食品加工以產(chǎn)生一個(gè)干凈整齊的切口。然而,它還沒(méi)有被采納作為醫(yī)療器械應(yīng)用于骨科手術(shù)中,主要由于它生成的切口位置具有較高的溫度,相應(yīng)的就要求使用額外的冷卻。例如,如果切削溫度達(dá)到55-60 C以上時(shí),特別是溫度持續(xù)期間,骨頭組織會(huì)發(fā)生壞死,危及術(shù)后康復(fù)。最近，筆者的一項(xiàng)研究結(jié)果顯示,自然界中的熱響應(yīng)材料,例如木頭和骨骼,容易受到它所吸收的超聲波能量以及切口位置的熱傳導(dǎo)的影響。在這篇研究報(bào)告中，切削參數(shù)間的相關(guān)性,例如激波振動(dòng)速度、載荷頻率和耦合接觸調(diào)諧條件下對(duì)熱響應(yīng)進(jìn)行研究和報(bào)道,結(jié)果表明,通過(guò)控制切削參數(shù)使它在安全的切削溫度范圍內(nèi)工作是可以實(shí)現(xiàn)的。因此,作者提出了一種新穎的切削葉片輪廓以降低切口位置產(chǎn)生的摩擦熱。通過(guò)一系列利用新鮮的牛股骨頭切割實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明, 可以通過(guò)選擇合適的切割參數(shù)和葉片輪廓來(lái)降低切削溫度以及熱損傷。1、簡(jiǎn)介骨骼切削工具,例如鉆頭、鋸子和鑿子，可為外科醫(yī)生提供有限的精度和機(jī)動(dòng)靈活性1,并且經(jīng)常導(dǎo)致骨組織燃燒,形成的碎片對(duì)鄰近組織造成損傷。另一種骨骼切割裝置是超聲刀,圖1(a),是將縱向振動(dòng)模態(tài)頻率調(diào)節(jié)到低頻超聲波范圍(20 - 100千赫)。這項(xiàng)研究有利于超聲波切割壞硬組織包括消除切屑、降低反應(yīng)程度以及產(chǎn)生更精準(zhǔn)的切口。超聲波骨科手術(shù)不是一個(gè)新概念,它的作業(yè)設(shè)備可以追溯到1957年2。然而,工具的限制和傳感器的設(shè)計(jì)以及缺乏合適的方法進(jìn)行功率微調(diào)控制,大大限制了早期技術(shù)的發(fā)展。在過(guò)去的15多年里,伴隨著傳感器的設(shè)計(jì)和改進(jìn),以及更復(fù)雜的機(jī)電一體化功率控制的發(fā)展，超聲外科手術(shù)設(shè)備得到了更新并快速發(fā)展3。當(dāng)前的超聲骨切割手術(shù)的挑戰(zhàn)在于在不超過(guò)骨頭壞死溫度的情況下，可調(diào)諧系統(tǒng)能否為超聲切割刀具提供足夠的聲功率來(lái)切除壞硬組織。要克服組織燃燒問(wèn)題、超聲波切割裝置通常需要加進(jìn)冷卻系統(tǒng),能為切口位置提供水（或鹽水)3,4,但是這又提出了交叉感染的問(wèn)題。這項(xiàng)研究顯示了如何控制切削溫度,通過(guò)研究切削參數(shù)以及切削刃幾何參數(shù)對(duì)切削溫度的影響，目的在于設(shè)計(jì)出有能力在骨骼切割中切割深切口而不需要冷卻系統(tǒng)的超聲波切割設(shè)備。圖1 (a)超聲波切割系統(tǒng)的原理,(b)超聲波切割牛骨在不同靜負(fù)載下的溫度響應(yīng)2、超聲波切割中的熱響應(yīng)特性作者先前的研究表明, 時(shí)測(cè)的不同材料的超聲波切割熱響應(yīng),表現(xiàn)出兩個(gè)溫度峰5,6。圖1顯示一個(gè)典型牛股骨頭樣本(b)測(cè)量的熱響應(yīng)。人造股骨和幾個(gè)等級(jí)的木頭測(cè)定的熱響應(yīng)定性相似。測(cè)量反應(yīng)時(shí)的第一個(gè)頂峰溫度是由于物質(zhì)樣品吸收葉片震動(dòng)產(chǎn)生的超聲波能量所產(chǎn)生的。溫度峰值的大小隨著作用在葉片上的靜載荷的增加而增加,因?yàn)殪o態(tài)負(fù)荷的增加提高了葉片和材料之間的耦合。時(shí)域響應(yīng)與測(cè)量傳感器在標(biāo)本上的位置無(wú)關(guān)4。測(cè)量反應(yīng)是的第二個(gè)頂峰溫度是由于葉片滲入材料組織時(shí)葉片和標(biāo)本之間的摩擦熱的熱傳導(dǎo),導(dǎo)致溫度逐步增加,即在測(cè)量過(guò)程中測(cè)定溫度的衰退期。在這種情況下,反應(yīng)時(shí)間取決于傳感器在標(biāo)本中的位置。同樣的切削深度,測(cè)量溫度的峰值傳導(dǎo)的響應(yīng)隨著靜態(tài)載荷的降低而降低,主要因?yàn)檫@種切割出現(xiàn)的非?？?。3、葉片輪廓的設(shè)計(jì)對(duì)溫度的影響為當(dāng)前研究設(shè)計(jì)制造四個(gè)鈦合金超聲波切割刀片，并將它們調(diào)節(jié)在兩種截然不同的縱向共振頻率(圖2)。使用有限的元分析(FEA)確定刀片的尺寸。刀身共振頻率基本調(diào)整為兩個(gè)19.5千赫和兩個(gè)35千赫。 雖然葉片被要求來(lái)調(diào)整成不同的長(zhǎng)度，但是振動(dòng)幅度保持不變,設(shè)計(jì)的每一個(gè)刀片的輪廓也都保持一致。先前的切割實(shí)驗(yàn)顯示,樣品溫度與吸收超聲能量可以達(dá)到的峰值溫度有關(guān),溫度高于正常會(huì)引用骨組織壞死。然而,眾所周知的是壞死溫度并不是一成不變的,它取決于骨組織經(jīng)歷高溫的持續(xù)時(shí)間。事實(shí)上,骨組織能承受高溫的時(shí)間如果很短的話是沒(méi)有熱損傷7。圖2 35千赫(短)和19.5千赫(長(zhǎng))超聲波切割刀片(a)和(b)定切削刃的部分(簡(jiǎn)介1)和(c),(d)鋸齒狀的尖端部分(側(cè)面2)實(shí)驗(yàn)還表明,暴露的條件下切割股骨頭時(shí)，延長(zhǎng)間隔的高溫會(huì)產(chǎn)生摩擦熱。這項(xiàng)研究旨在調(diào)查葉片輪廓對(duì)超聲波切割骨的期間切削溫度的影響,特別是不同輪廓的刀片和骨頭之間的關(guān)系對(duì)葉片結(jié)構(gòu)的影響。因此,兩個(gè)不同切割邊緣輪廓的刀具,一個(gè)具有刃部保持不變和尖端(刀片簡(jiǎn)介1),另一個(gè)具有相同的尖端并呈鋸齒狀 (葉片輪廓2)。3.1、 實(shí)驗(yàn)器材該實(shí)驗(yàn)是切割牛股骨樣品，如圖3(a)所示。樣品被切碎并用金屬板夾緊綁在一個(gè)水平的導(dǎo)軌上。變頻控制器和刀組合安裝在一個(gè)可以沿著導(dǎo)軌自由滑動(dòng)的滑塊上。為了研究施加的靜態(tài)力的影響,采用一個(gè)由滑輪、纜繩和砝碼連接在滑塊的一側(cè)組成的系統(tǒng)。用千分尺記錄下每次剪斷后測(cè)得的深度。采用六個(gè)熱電偶均勻分布來(lái)測(cè)量溫度，使其排成兩排，每排三個(gè)，放在切割線的兩側(cè),如圖3(b)描述。在每一行的三個(gè)熱電偶放在距離樣本頂部5、10和15毫米處。1 3號(hào)探測(cè)器和1和4 6號(hào)探測(cè)器相應(yīng)的放置在距離切割線的1毫米和2毫米處。3.2、 切割邊緣輪廓、頻率調(diào)整以及振動(dòng)頻率對(duì)樣本溫度的影響首先,利用兩個(gè)調(diào)諧到35 kHz的刀片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將兩葉片配置(型材1和2)的超聲波振幅調(diào)節(jié)到23微米,并經(jīng)行測(cè)試得到一組在20 - 75 牛范圍內(nèi)變化的靜態(tài)負(fù)載。對(duì)于每個(gè)切削實(shí)驗(yàn)樣品的溫度監(jiān)測(cè)時(shí)間為300秒,在未切割的時(shí)間里，允許標(biāo)本回到室溫。圖4反映了放置在骨標(biāo)本的六個(gè)熱電偶探測(cè)到的結(jié)果,當(dāng)使用35千赫葉片和型材1和2和靜態(tài)負(fù)荷20 N的情況下,如下所示?？梢悦黠@看到，當(dāng)采用鋸齒形刀片時(shí)，探測(cè)到的溫度明顯偏低，如圖4(b)所示,特別是探測(cè)器1探測(cè)的峰值溫度40 C明顯降低。這些改進(jìn)源于熱力學(xué)條件切割過(guò)程中減少刀片和樣本之間的摩擦接觸面積。這也產(chǎn)生一個(gè)更快切割和便利地從切口位置去除骨碎片。作為一個(gè)結(jié)果,通過(guò)摩擦加熱碎片燃燒,先前被當(dāng)作損傷骨組織的主要原因是可以降低的5,6。圖3 (一)超聲波切割實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材和(b)樣本中的熱電偶分布圖4 使用兩個(gè)35千赫、葉片輪廓(a)和(b)1葉片輪廓2，六個(gè)熱電偶分布在樣本上測(cè)量的溫度顯示圖5 不同切削刃輪廓1和2,都是35 kHz,尖端振動(dòng)幅值(a)和(b)為23微米和40微米的激光束，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)負(fù)荷對(duì)峰值溫度的影響應(yīng)用靜態(tài)載荷對(duì)溫度的影響,可以用圖5所示的刀片型材1和2，尖端振幅23微米和40微米的激光束。在本圖中, 葉片輪廓葉片1和2記錄的不同的切削溫度峰值與應(yīng)用靜載荷成反比。這些測(cè)量值一致記錄了當(dāng)使用葉片輪廓2時(shí)峰值溫度的下降。出現(xiàn)某些少量的趨勢(shì)偏離是由于探頭定位時(shí)的輕微錯(cuò)誤。使用同樣的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行19.5千赫葉片在任意頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的切削溫度。每個(gè)葉片都是40微米的振幅,像35千赫葉片在23微米的激光振幅下操作一樣給予同樣的激波振動(dòng)速度。在先前的研究中, 超聲波切割實(shí)驗(yàn)論證了振動(dòng)速度對(duì)振動(dòng)參數(shù)的影響 6。通過(guò)比較圖6和圖5(a)可以看到，葉片輪廓1和2之間測(cè)量的結(jié)果要比35千赫刀片下測(cè)量的結(jié)果差別性很小,因此,19.5千赫切的削溫度的峰值并非如此依賴于切割邊緣輪廓的激波振動(dòng)速度。再次,在19.5 kHz時(shí),刀片輪廓2比刀片輪廓1的切割速度快得多。4、改進(jìn)葉片振動(dòng)性能的設(shè)計(jì)方法盡管切削刀片調(diào)整為縱向模式,它曾明確指出,切削性能與調(diào)諧后的刀片的振動(dòng)特性緊密相關(guān)。在這種情況下,我們發(fā)現(xiàn)將葉片輪廓2調(diào)諧為19.5千赫時(shí)，表現(xiàn)出來(lái)的切削效果比預(yù)期還要差，這表明35千赫和19.5千赫的葉片對(duì)于切削溫度有不同的影響。因此, 進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于葉片輪廓2調(diào)諧為19.5千赫下的振動(dòng)特性研究。圖6 對(duì)不同靜載荷使用19.5千赫葉片和40微米幅值的激光束下測(cè)量的切削刃輪廓1和2的峰溫差4.1、線性和非線性模態(tài)耦合振動(dòng)特性可以通過(guò)三維激光的多普勒效應(yīng)（LVD）的模態(tài)分析(EMA)實(shí)驗(yàn)和LMS模態(tài)分析軟件來(lái)確定。圖7(a)顯示一個(gè)側(cè)面角度測(cè)量的調(diào)整模型,這對(duì)于揭示彎曲葉片的縱向模式具有重大貢獻(xiàn)。圖8(b)顯示了發(fā)生在非常接近縱向模態(tài)頻率的彎曲模式,而且它是調(diào)諧頻率下模態(tài)耦合的原因。圖7 由(a) EMA和(b)FEA有限元分析確定調(diào)諧縱向模式圖8 縱向耦合彎曲模式(a)和(b)彎曲模式的EMA的模態(tài)數(shù)據(jù)圖9 19.5千赫縱向模式下的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)此外,當(dāng)這個(gè)裝置在調(diào)諧頻率下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),大量的能量泄漏進(jìn)入一個(gè)內(nèi)在的模態(tài)來(lái)響應(yīng)調(diào)諧頻率的一半,這是主參數(shù)共振的特色8,如圖9所示。9.9千赫下產(chǎn)生的內(nèi)部響應(yīng)模式與刀片的扭轉(zhuǎn)模式相呼應(yīng),如圖10。4.2、通過(guò)輪廓變更來(lái)提高葉片調(diào)整響應(yīng)我們已經(jīng)闡明了19.5千赫葉片的振動(dòng)測(cè)量反應(yīng)的特點(diǎn)是兩個(gè)線性的非線性模態(tài)之間的相互作用。這類能量泄漏會(huì)影響切削過(guò)程中的熱響應(yīng),因此,重新提出了消除這些影響的設(shè)計(jì)方法。要求是, 在不改變?nèi)~片長(zhǎng)度并在葉片輪廓保持足夠的振幅從而允許刀片操作刀尖獲得必須的振幅的情況下將不調(diào)諧的彎曲模式以及扭轉(zhuǎn)模式和縱向模式分離開(kāi)9,10。將兩個(gè)鋸齒狀的刀片合并來(lái)改變?nèi)~片寬度,如圖11(b)(葉片輪廓3)所示。新刀片彎曲模式頻率下測(cè)量的EMA數(shù)據(jù)有一個(gè)重大轉(zhuǎn)折,將彎曲模態(tài)響應(yīng)與調(diào)諧縱向模式響應(yīng)分離。同時(shí),縮進(jìn)寬度輪廓明顯影響扭轉(zhuǎn)模式模態(tài)頻率,實(shí)現(xiàn)了頻率下降1.1 kHz,導(dǎo)致非線性模態(tài)耦合被剔除。改進(jìn)的葉片對(duì)刀尖的單一線性頻率響應(yīng)振幅達(dá)到55微米。5、葉片輪廓3對(duì)溫度的影響用19.5千赫的葉片輪廓3，40微米刀尖振幅進(jìn)行了進(jìn)一步的切削溫度測(cè)量。圖12顯示了隨著靜載荷的增加，19.5千赫切削刀片1號(hào)和3號(hào)的峰值切削溫差。盡管提高了切削速度,由于新設(shè)計(jì)型材3、消除模態(tài)相互作用圖10 (a) EMA和(b)FEA有限元分析測(cè)定的內(nèi)部扭轉(zhuǎn)模式圖11 頂視圖:(一)初始19.5千赫鋸齒狀葉片輪廓(葉片輪廓2),(b)新設(shè)計(jì)的具有額外寬度的呈鋸齒狀葉片輪廓(葉片輪廓3)圖12 在19.5千赫和刀尖幅值:(a)微米和(b)55微米的情況下，不同切削刃輪廓1和3靜態(tài)載荷下的峰值差振動(dòng)特性作為實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)影響因素,利用設(shè)計(jì)的這種刀片沒(méi)有顯著降低溫度。在一個(gè)更高的超聲波振幅，即55微米,樣本記錄了溫度的降低。結(jié)果表明,在19.5 千赫時(shí),影響切削刃結(jié)構(gòu)溫度在較高的超聲波振幅下更明顯(見(jiàn)表1)。6、結(jié)論葉片輪廓對(duì)切削溫度的影響正在被加以研究,以探討在超聲波切割骨頭時(shí)控制溫度的方法。結(jié)果表明減少葉片和樣本之間的接觸面積可以降低樣品溫度。特別是,在更高的調(diào)諧頻率下, 在靜態(tài)負(fù)荷變動(dòng)范圍內(nèi)呈鋸齒狀切割邊緣輪廓的刀片可以始終如一的降低切削溫度，而且兩個(gè)刀尖振幅滿足使用要求。然而,在較低的調(diào)諧頻率下,明顯的降低溫度只有更高刀尖的振動(dòng)振幅下獲得。葉片振動(dòng)對(duì)刀片的影響更加顯著,并且，它顯示了如何改變?nèi)~片輪廓可消除線性的非線性模態(tài)之間的相互作用,從而消除這些在切割實(shí)驗(yàn)中的影響。參考文獻(xiàn)1 J.Y. 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Fuchsberger, Die shadigende temperatur bei derspannenden knochenbearbeitung, Unfallchirurgie 14 (1988) 173183.8 M. Lucas, A. Cardoni, M. Cartmell, F. Lim, Controlling the effectsof modal interactions in ultrasonic cutting devices, in: Proceedingsof the World Congress on Ultrasonics (Paris, France), 2003, pp.4956.9 A. Cardoni, Enhanced vibration performance of ultrasonic blockhorns, Ultrasonics 40 (2002) 365369.10 A. Cardoni, M. Lucas, M.P. Cartmell, F.N.C. Lim, A novelmultiple blade ultrasonic cutting device, Ultrasonics 42 (2003) 6974.技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 題目 拋光機(jī)設(shè)計(jì) 系 (部) 專業(yè) 班級(jí) 姓名 指導(dǎo)老師 系主任 年 月 日 1 目 錄 綜 述 .2 1. 拋光桶設(shè)計(jì)參數(shù) .5 2. 傳動(dòng)方案 .6 3. V 帶的設(shè)計(jì) .6 3.1 確定設(shè)計(jì)功率 .6 3.2 選擇帶的型號(hào) .7 3.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 21d和 .7 3.4 驗(yàn)算帶的速度 .7 3.5 確定中心距 A 和 V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dL.7 3.6 確定中心距和小輪包角 .8 3.7 確定 V 帶根數(shù) Z .8 3.8 確定初拉力 0F.9 3.9 計(jì)算作用在軸上的壓力 .9 3.10 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .9 4. 滾筒的設(shè)計(jì) .10 4.1 滾筒結(jié)構(gòu) .10 4.2 軸承的選擇 .11 4.3 鍵的校核 .11 5. 結(jié)論 .12 6. 參考文獻(xiàn) .12 2 綜 述 機(jī)械零件投入機(jī)械加工的每張圖紙都有去毛刺的技術(shù)要求，去毛刺工序， 工藝人員往往無(wú)法編 制工藝文件，通常采用銼刀、布輪、砂布、砂帶等辦法來(lái) 去除毛刺。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，人工去毛刺已不能適應(yīng)現(xiàn)代市 場(chǎng)竟?fàn)幍漠a(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)方式的要求，光整加工技術(shù)逐步取代了傳統(tǒng)的去毛刺 工藝，而且越來(lái)越被人們所重視，目前有些先進(jìn)企業(yè)機(jī)械零件的精整與光飾已 被技術(shù)人員編入圖紙技術(shù)要求的內(nèi)容，并形成了標(biāo)準(zhǔn)工序。 滾磨光整加工技術(shù)的實(shí)用工藝過(guò)程是：除油處理光整加工及去毛刺分 選清洗烘干防銹處理 除油處理：光整前的零件要進(jìn)行徹底除油處理，常采用超聲波清洗方法 效果最佳。如果工件上油污進(jìn)入，磨塊切削力明顯減弱，磨劑作用會(huì)降低、光 整效果、效率下降，光整后的零件表面不光亮。 光整加工：光整加工主要是根據(jù)被光整零件件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小及 光整要求選擇或確定設(shè)備形式、設(shè)備規(guī)格、工藝用料、工藝參數(shù)等內(nèi)容。 光整加工后處理包括三方面：磨塊與工件的分選、磨塊與工件的清洗及 工件的脫水防銹。 磨塊與工件的分選常用方法有：手工篩選、機(jī)械篩選、振動(dòng)篩選、手工電 磁分選和傳送帶式磁力分選，可根據(jù)實(shí)際情況選用。磨塊與工件的清洗采用超 聲波清洗方法最佳，再用清請(qǐng)水沖洗干凈，要特別注意工件的脫水烘干和防銹 處理。 大量工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工件經(jīng)滾磨光整加工后表面光潔錚亮，其表層的活躍 金屬分子赤裸暴露在空氣中很快氧化變黑，繼而生銹，原因清洗后留在零件表 面上的水膜形成了電化學(xué)腐蝕所必須的一層電解質(zhì)溶液。水的電離度雖小，但 仍可電離成 H + 和OH - ，這種電離過(guò)程隨溫度升高而加快。同時(shí)水中還溶 解有 CO 2 、SO 2 等，都極易與水結(jié)合。 H 2 OH + + OH CO 2 + H 2 OH 2 CO 3 H+ + HCO 3 - 3 鐵和鐵中的雜質(zhì)浸泡在有 H+、OH - 和HCO 3 - 等多種離子的溶液中 一樣，形成了腐蝕電池，鐵是陽(yáng)極、雜質(zhì)是陰極。一般情況下，水膜里含有氧 氣，陽(yáng)極上的鐵被氧化成 Fe 2+ 離子，在陽(yáng)極上獲得電子的是氧，然后與水結(jié) 合成OH-離子。腐蝕反應(yīng)為： 2 Fe+ O 2 +2 H 2 O2Fe（OH） 2 由此看來(lái)，光整前除油處理和光整后的脫水烘干、防銹處理是非常必要的， 二者缺一不可，其方法也很多。脫水烘干通常采用工業(yè)型甩干機(jī)，防銹油用主 要成份是羊毛脂，石油磺酸鋇，石油磺酸鈉及助劑。 磨粒流拋光 原理:在磨粒流加工過(guò)程中，夾具配合工件形成加工通道，兩個(gè)相對(duì)的磨料 缸使磨料在這個(gè)通道中來(lái)回?cái)D動(dòng)（如圖 1）。磨料均勻而漸進(jìn)地對(duì)通道表面或 邊角進(jìn)行研磨，產(chǎn)生拋光、倒角作用。 圖 1 磨粒流加工原理 機(jī)床、磨料和夾具是磨粒流加工的三個(gè)要素： 擠壓研磨機(jī)床：其作用是固定工件和夾具，控制擠出壓力。在一定的壓 力作用下，使磨料研磨被加工表面，得到去毛刺、倒角的效果。機(jī)床壓力范圍 從 7224 kg/cm 2 ； 磨料 ：是由一種具有粘彈性、柔軟性和切割性的半固態(tài)載體和一定量磨 砂拌和而成。不同載體的粘度、磨砂種類、磨粒大小，可以產(chǎn)生不同的效果。 常用磨料類型有：碳化硅、立方氮化硼、氧化鋁和金鋼砂。砂粒尺寸在 0.0051.5mm。高粘度磨料可用于對(duì)零件的壁面和大通道進(jìn)行均勻研磨；低粘 度磨料用于對(duì)零部件邊角倒圓和小通道進(jìn)行研磨； 夾具：使零件定位，并引導(dǎo)磨料到達(dá)被加工部位，堵住不需要加工的部 位。 4 要順利完成零件的磨粒流加工，得到最佳加工效果，影響因素很多，除設(shè) 備以外，還包括磨料的選擇、擠壓力的大小、循環(huán)次數(shù)、夾具的合理設(shè)計(jì)等。 優(yōu)點(diǎn):擠壓研磨是對(duì)金屬材料進(jìn)行微量去除，對(duì)零件內(nèi)腔交叉部位去毛刺并 倒圓，達(dá)到精細(xì)加工的目的。磨粒流加工具有精確性、穩(wěn)定性和靈活性。廣泛 用于汽車業(yè)和各種生產(chǎn)制造業(yè)。它最根本的優(yōu)點(diǎn)是：可以通達(dá)零件復(fù)雜而難以 進(jìn)入的部位；拋光表面均勻、完整；批量零件的加工效果重復(fù)一致。這些加工 特點(diǎn)使零件性能得到改善，壽命延長(zhǎng)，同時(shí)減免繁雜的手工勞動(dòng)，大大降低勞 動(dòng)強(qiáng)度。如汽車進(jìn)氣管，手工拋光其內(nèi)表面時(shí)，只能先切割開(kāi)，拋光后再焊接 起來(lái)。而用磨粒流加工方法，不需要切割打開(kāi)就可以完成內(nèi)表面拋光。除了作 為一種拋光手段，磨粒流工藝還可以對(duì)一些表面形狀公差、質(zhì)量要求極其嚴(yán)格 的零件進(jìn)行微量磨削加工。 應(yīng)用：磨料流加工適用于加工不同的零件和尺寸。小至 0.2mm 的小孔或 1.5mm 直徑的齒輪，大至 50mm 直徑的花鍵通道，甚至 1.2m 的透平葉輪。加工 大型零件的機(jī)床可以裝置回旋臂或輸送軌道。 該工藝已廣泛用于汽車零部件的精加工：進(jìn)排氣管、進(jìn)氣門、增壓腔、噴 油器、噴油嘴、氣缸頭、渦輪殼體和葉片、花鍵、齒輪、制動(dòng)器等。如：粗糙 的氣缸頭鑄造件在專門的二工位磨粒流生產(chǎn)線上，每小時(shí)生產(chǎn)量可達(dá)到 30 件， 粗糙度從 Ra4m 或 Ra5m 達(dá)到 Ra0.4m,可使廢氣排放量減少 7，發(fā)動(dòng)機(jī)功 率增加 6，行駛里程數(shù)增加 5。 近年來(lái)研制開(kāi)發(fā)出的微孔磨粒流機(jī)床，在加工噴油嘴方面獨(dú)樹(shù)一幟。它根 據(jù)擠出壓力、磨料溫度和粘度之間的關(guān)系，進(jìn)行復(fù)雜的程序運(yùn)算。加工過(guò)程中， 當(dāng)噴油嘴的設(shè)定流量到達(dá)時(shí)，加工即自動(dòng)停止。加工時(shí)間在 10 秒左右，流量散 差可控制在1%。與此加工設(shè)備配套的還有流量測(cè)試儀以及高壓清洗設(shè)備。這 些設(shè)備可根據(jù)用戶需要，提供單工位或多工位的。也可以是帶機(jī)械手連接，包 括加工、測(cè)量、清洗的全套系統(tǒng)。 電化學(xué)去毛刺 零件內(nèi)通道相交處粗糙并帶有毛刺一直是令人頭痛的問(wèn)題。電化學(xué)去毛刺 是解決這些問(wèn)題的好方法。這一技術(shù)是用成形工裝，對(duì)工件的選定部位進(jìn)行加 工,接通電流的電解液在工件和工裝之間通過(guò)，瞬間溶解毛刺，去毛刺的同時(shí)， 5 在內(nèi)通道相交處產(chǎn)生均勻、精確的倒圓邊角。加工時(shí)間一般在 10 秒到 30 秒之 間。大多數(shù)工件采用多個(gè)電極頭工裝，可以達(dá)到更高的工作效率。去除量取決 于工件（正極）和工裝（負(fù)極）之間電流量的大小。電極頭通常設(shè)計(jì)成與工件 表面相對(duì)稱的形狀。對(duì)金屬材料制成的零件自動(dòng)地、有選擇地完成去毛刺作業(yè)。 它可廣泛用于氣動(dòng)、液壓、工程機(jī)械、油嘴油泵、汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)等行業(yè)不同金 屬材質(zhì)的泵體、閥體、連桿、柱塞針閥偶件等零件的去毛刺加工。 圖 2 電化學(xué)加工原理圖 電化學(xué)去毛刺是一種有特色，效率高的生產(chǎn)技術(shù)，適宜加工各種金屬零件， 用以去毛刺，成形機(jī)加工，邊角倒圓、精整。鑄造的、鍛造的、機(jī)加工，或電 火花加工的零件都可以用電化學(xué)的方法拋光。去除量在 0.01mm 到 0.5mm 之間。 一般情況，光潔度可改善 5 到 10 個(gè)數(shù)量級(jí)。拋光后的產(chǎn)品表面均勻光滑，而且 鏡樣閃亮。 電化學(xué)拋光的典型應(yīng)用包括：有高純凈度要求的零件；人體手術(shù)植入件； 瓶模；以及各種各樣的不銹鋼零件。如：電解加工柴油機(jī)噴油嘴零件時(shí)，在中 孔處加工出一個(gè)壁面光滑的定量空腔，同時(shí)對(duì)交叉孔道、邊角倒圓。 美國(guó)的電解自動(dòng)去毛刺設(shè)備，具有一小時(shí)能加工成百件產(chǎn)品的能力。在電 化學(xué)去毛刺的自動(dòng)系統(tǒng)上加工汽車用安全氣囊裝置上的殼體，每個(gè)殼體上共有 48 個(gè)小孔，8 個(gè)殼體同時(shí)加工，10 秒鐘以內(nèi)完成所有孔的去毛刺加工。 拋光是制造型腔模具的一道重要工序。它的成本占模具成本的 5%30%，急 需使用的模具往往在拋光時(shí)間跟不上要求。電化學(xué)機(jī)械拋光，同時(shí)結(jié)合 SD1 型 獨(dú)有的液體拋光技術(shù)，應(yīng)用于各種復(fù)雜形狀的金屬模具的零件，收到了極佳效 果。 1. 拋光桶設(shè)計(jì)參數(shù) 拋光桶設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定如下：動(dòng)力機(jī)為 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)，功率 6 P=7.5KW，轉(zhuǎn)速 拋光桶轉(zhuǎn)速 每天工作 16h。min,/140rnmin,/6302rn 查表可得 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及相關(guān)數(shù)據(jù)選擇可選擇 Y100L1-4。 可查得軸徑為 28mm,長(zhǎng)為 50mm. 2. 傳動(dòng)方案 V 帶傳動(dòng)，傳動(dòng)圖如下圖所示 圖 3 傳動(dòng)原理：如圖 3 所示，異步電動(dòng)機(jī)通電后轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)帶輪 1 做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 通過(guò) V 帶，帶動(dòng)帶輪 2 轉(zhuǎn)動(dòng)，在軸承之間支撐著滾筒，滾筒通過(guò)鍵連接到帶輪 2 上面，隨著帶輪 2 轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)要拋光工件時(shí)，先將小零件倒入滾筒，然 后加入木屑等磨料或添加劑，借助滾筒內(nèi)磨料與零件間的摩擦作用，磨掉零件 表面的氧化皮，產(chǎn)生拋光、倒角作用。 3. V 帶的設(shè)計(jì) 3.1 確定設(shè)計(jì)功率 dP 設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)類型和每天連續(xù) 7 工作的時(shí)間長(zhǎng)短等因素共同確定的，表達(dá)式如下： madPK 式中 需要傳遞的名義功率mP 工作情況系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)表 11.5，得工作情況系數(shù) 選AK AK 取 =1.2； 所以 KWPmad 95.721 3.2 選擇帶的型號(hào) 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖 11.15，選取 A 型帶。 3.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 21d和 查機(jī)械設(shè)計(jì)表 11.6，V 帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑 知 A 型帶 =75mm,又mindmind 由教材表 7.3 選取 小帶輪基準(zhǔn)直徑：； md125 大帶輪基準(zhǔn)直徑： n28063/1425)0.(212 ）（ ，這里 %1設(shè) 大帶輪轉(zhuǎn)速 min/4.63280/145)0.1()(22 rdn 3.4 驗(yàn)算帶的速度 smndv /42.910654.3106 式中 ；電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 小帶輪基準(zhǔn)直徑；1d 即 v=9.42m/s =25m/s,符合要求。maxv 3.5 確定中心距 a 和 V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 dL 8 根據(jù)： 初步確定中心距)(27.021021dad）（ 0.7（125+280 ）=283.5 2（125+280）=8100 選取中心距 =650mm0 初算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ：dL mLaadL d20,650/.76502.14.3/)2(2 211 查 表 得 3.6 計(jì)算中心距和小輪包角 中心距： mddLdLa 4.67)(8)2/(412/)( 2111 小帶輪包角： 1203.604.675810618012ad 3.7 確定 V 帶根數(shù) Z 根據(jù) 確定帶的根數(shù)。0()dLPzK 式中 包角修正系數(shù)，考慮包角 對(duì)傳動(dòng)能力的影響 K 180 帶長(zhǎng)修正系數(shù)，考慮帶長(zhǎng)不為特定帶長(zhǎng)時(shí)對(duì)使用壽命的影響L V 帶基本額定功率0P 由機(jī)械設(shè)計(jì)查取單根 V 帶所能傳遞的功率為 =1.93kW；0P 由式 計(jì)算功率增量 ；01()biKn0 其中 彎曲影響系數(shù)；b 傳動(dòng)比系數(shù)；i 1n電 機(jī) 軸 轉(zhuǎn) 速 9 查教材表 7.4（附表 5）得 = ；bK30.7251 查教材表 7.5 得 ；1.3i 故得 WP7.0 查教材表 7.8(附表 4)得 =0.969；K 查教材表 7.2 得 =1.03；L 所以， 0()dLPzK 所以，選取 V 帶根數(shù) z=5 3.8 確定初拉力 0F202.5()dPmvvzK 式中 d設(shè) 計(jì) 功 率 v帶 的 速 度 z帶的根數(shù) 包角修正系數(shù)K m普通 V 帶每米長(zhǎng)度質(zhì)量 查教材表 7.1 得 m=0.1kg/m； 所以 NF 1.604.91096.524.9502）（ 3.9 計(jì)算作用在軸上的壓力 102cossin2QzzF 式中 初拉力0F z帶的根數(shù) 10 小輪包角；1 所以， NFQ 6.158923.6sin.052 3.10 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 帶輪材料選擇 本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速要求不高，材料選用 HT200； 2. 帶輪結(jié)構(gòu)形式 本方案中帶輪為中小尺寸，選用腹板輪。 3. 帶輪結(jié)構(gòu)尺寸 查教材表 7.9 得 ， ，e=15 0.3， ， ，12chm.75eA210f.db034。 B=(z-1)e+2f (3-1)x15+20=50mm; C=10mm; ； ，取 =55mm;0d(1.82).456kdmk 4 滾筒的設(shè)計(jì) 4.1 滾筒結(jié)構(gòu) 11 滾筒端面為正六面形，兩端用螺絲跟軸固定在一起，用于支撐和傳動(dòng)扭距， 因此選擇滾筒和軸的材料，確定許用應(yīng)力，選 45 鋼，正火處理。 根據(jù)許用切應(yīng)力強(qiáng)度極限估計(jì)軸的最小直徑，由帶輪外徑 100mm，估算滾 筒兩端軸直徑 25mm。 4.2 軸承的選擇 由工作需要的要求得：軸承的使用時(shí)間為 。52081hL 第一對(duì)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 P； 。()prafXFY 查手冊(cè)取 1.2pf 假設(shè)取 6204 軸承 計(jì)算步驟與內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 1.查手冊(cè)查出 、 值（GB/T 2761994）rCor 2. 61tan20.3941tan20748.9cs2cosrTF NdA 3 61.t t5.a 4.計(jì)算 /498.3/aororFCN 5.查手冊(cè) e 值 6.計(jì)算 /./702.1.ar 7.查手冊(cè)：X、Y 的值 8. 查載荷系數(shù). 。.pf 9. praPfF 10.計(jì)算軸承壽命： 3106716709512684.hCLn 11.結(jié)論：符合要求，選用此軸承。 9380rC52or.7rFN64a0.59.263e085.6,1.7082XY pf94.P125360 12 4.3 鍵的校核 在工作軸中，鍵的選擇大小由軸的大小確定，校核公式： 2ppTdlk 齒輪 2 的安裝鍵型為 A 型鍵 L=30, 為 ， ，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)件的齒輪是經(jīng)過(guò)淬火bh87 的，所以許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ：04paMP 2643258.pTdlk 鍵符合扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的要求。 5 結(jié)論 本論文寫出了符合課題參數(shù)要求的拋光桶的設(shè)計(jì)過(guò)程。在文中完成了以下 幾方面的內(nèi)容： 1）完成了拋光桶的總圖設(shè)計(jì)，確定整機(jī)安裝形式； ）確定用 V 帶傳動(dòng)方式，并對(duì) V 帶進(jìn)行進(jìn)行了設(shè)計(jì)； ）分析軸承的選用； 4）確定了用于傳動(dòng)的鍵，并對(duì)鍵進(jìn)行了校核； 5）確定了電動(dòng)機(jī)、帶輪尺寸和形狀；完成拋光機(jī)的裝配圖。 6 參考文獻(xiàn) 1 王文斌， 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，機(jī)械工業(yè)出版社 2 吳宗澤，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，2002 13 附錄 1 拋光桶傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 附錄 2 14 裝配總圖