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1、摘 要为了提高金相抛光机的抛光速度和质量，在研究分析传统抛光机基础上，通过对抛光机机械部分的设计及控制部分的构思，使抛光机能够实现多次调节抛光压力，实现抛光盘旋转速度不同模式切换等功能。本文通过对金相试样抛光机机械部分的动力头、加减压机构、齿轮箱及夹具的设计，达到了抛光过程平稳、抛光均匀、抛光质量高的优点。同时通过PID模糊控制系统实现自动调压，调速及加工时间控制的目的。关键词：新型；金相试样；抛光机；机械抛光AbstractIn order to improve the polishing speed and quality of metallographic polishing machi
2、ne, 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 th
3、rowing 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
4、, 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 录1 绪论11.1 设计的目的和意义11.2 金相试样抛光机的国内外研究状况11.2.1 国外抛光机的性能与特点11.2.2 国内抛光机的性能与特
5、点21.2.3 讨论22 金相试样抛光机设计要求及方案确定42.1 设计要求42.2 金相试样抛光机整体方案的确定42.2.1 金相试样抛光机类型分析42.2.2 金相试样抛光机方案比较52.2.3 综合考虑选出最佳设计方案63 金相试样抛光机机械设计73.1 动力头的设计73.2 加减压机构的机械设计93.3 齿轮箱的设计103.3.1 齿轮设计103.3.2. 齿轮轴的设计153.3.3 丝杠的设计173.4电机的计算选择203.5抛光盘动力源电机的计算选择213.6 带轮的计算选择224夹具设计245 金相试样抛光机调速部分设计255.1 显示面板设计255.2金相试样抛光机控制系统整体
6、框架设计思想265.3 伺服电机的调速研究266 总结29参考文献30致谢31一种新型金相试样抛光机的整体结构设计1 绪论1.1设计的目的和意义人类赖以生存的物质基础就是生产原料，生产原料的利用程度直接反映经济发展的水平。对于大多数的金属原料除了自身的物理性能之外还与该原料的化学性质结构有关。要想充分的利用金属原料，首先就要熟悉他们的物理状态和化学结构，也就是该金属原料的分子结构和原子结构，以及在什么状态下能够进行转换运用。对金属的组织结构进行分析首先我们用肉眼很难辨别，需要借助一定的化学仪器来进行观察，那么我们就需要制作金属样本。通常制作金属样本我们一般要经过以下步骤进行。先进性取样、然后将
7、样本嵌入固定架、将样本打磨(粗磨和细磨)最后需要对样本进行抛光。在这几个环节我们都要格外的小心谨慎。一旦有一个环节出现问题，可能整个样本检测的结果都会出现错误结论。在整个环节中抛光这一环节是非常重要的，抛光的好坏会直接影响金相制取试样的结果。金属是怎样进行抛光的呢！首先我们需要用磨砂纸片将金属层凹凸不平的表面打磨平滑。然后通过比如机械抛光或者一些电解的抛光方式进行。实践中进行抛光试样的方式非常多。而本文中提到的也只是众多之中的常用的两种。其中机械抛光是目前抛光做得最为精湛的，它能够保证试样的标本能够达到检测的最优效果。因此对于金相试样抛光机的选择是非常重要的，适合的抛光机不仅可以达到目标效果还
8、可以减少试样残品的出现，可以节约大量的成本投入。1.2金相试样抛光机的国内外研究状况当前，在国外生产用于金相试样的抛光机的企业主要有丹麦的Struers公司和美国的Buehler公司，其中这两家公司的主要经营项目就是在抛光机开发和生产上。其中Struers公司生产的抛光机，主要设计是希望能够实现抛光机自我进行抛光，能够高效的自动完成。这个企业的抛光机有多个系统比如MAPS、AbraPol10、AbraPlani0等。在不同的打磨环境下我们可以采用不同的系统进行操作。这几个系统都是由共同的制备单元构成，有的系统有一个制备单元有的有多个。每个单元里面都有具体的功能，比如可以进行研磨、清洗、干燥。多
9、个制备单元就可以完成整个过程的处理工作。Buehler公司的产品从开始打磨到最后的抛光都不需要人为进行指示操作即可完成，该系统差不多可以容纳五十个工作程序，而且操作起来简单方便， 在整个打磨和抛光的过程都可以清楚的通过彩色液晶显示屏进行显示，在显示屏上我们可以通过手电触摸进行操作。不仅可以高效的完成抛光还可以节约大量的劳动力成本。但是上述两家公司生产的产品在价格上都非常的昂贵。每台产品的单价折合成人民币差不多接近七百万左右。目前在国内抛光大多数还停留在人工操作上，主要原因除了缺乏资金之外。另外的就是没有自己的核心技术。目前国内使用的抛光机分为单盘和双盘两种类型。多数机型的抛光盘为单盘或双盘，无
10、论哪一种都带有冷却装置，但是其冷却效果极差。因此经常在冷却的过程中由于冷却效果差的原因导致试样表面发红变黑。使得样本的厚度反而增加影响快速抛光的效果。样本的抛光制样要求非常的高，在抛光的过程中如果抛光转速过大很可能导致变形，软相(石墨)脱落，出现浮雕。在进行抛光试样时，我们为了防止出现变形层，需要将抛光器设置为压力小转速慢。其中关于转速可以进行系统设置，但是在抛光上必须由人亲自完成。在人为进行操作过程中对手的压力很难掌控，压力的大小完全凭自己的感觉，因此一方面上速度比较满，抛光的质量也很难得到保障。目前在南京和上海分别生产出来了一种变频调速和PW-I型号的金属试样抛光机。通过对抛光机的比较，目
11、前国内的抛光机在技术上还远远落后于其他国家。例如目前国内使用的抛光机分为单盘和双盘两种类型。多数机型的抛光盘有单盘或双盘，无论哪一种都带有冷却装置，但是其冷却效果极差。因此经常在冷却的过程中由于冷却效果差的原因导致试样表面发红变黑。而国外研制的全自动抛光机，能够实现自动控制冷却液的流量，能够实现全自动化进行，不仅节约成本还提高了效率。 2 金相试样抛光机设计要求及方案确定2.1设计要求在设计金相试样抛光机上我们应该要做到：精确度高，各个环节能够很好的衔接，能够自动完成，其冷却装置能够实现流量自行控制。可以自动对样本的打磨程度进行计算。在进行传动机设计的时候：我们要将转动机停止时候的惯性调小。减
12、少因为摩擦过大缩减了机械设备使用寿命；同时对固有频率进行重新设计，尽量提高其固有频率，让闭环伺服系统能够更好的处于稳定状态。在控制系统上要保证系统能够自动的调解压力器的大小。在试样抛光过程中我们需要在压力器的部位设置能够能带动夹具升降的动力装置以此来实现压力增减；因为抛光时间过长或者过短都会影响抛光质量。同时在转速上我们需要设计能够识别材质的装置，根据材质的判断来主动调节转速的大小。2.2金相试样抛光机整体方案的确定2.2.1金相试样抛光机类型选择抛光按照它的工作原理可以将其划分为机械抛光，电解抛光，化学抛光等1、机械抛光机械抛光是目前使用范围最广的一种抛光技术，它的抛光速率在几个中是最快的，
13、而且能够在该速率上保证抛光的质量效果。2、电解抛光电解抛光是是在机械抛光无法使用的情况下的一种替代措施，它不会受金属干扰层和机械峦晶假象的干扰，对于某些需要低负荷硬度样本或透射电镜的薄膜试样有特别大的作用。但是由于每种金属的本身的化学组织结构不同因此对电解的条件也要求不同。3、化学抛光化学抛光主要是利用化学物质的一个腐蚀作用实现的，虽然方法比较简便但是在抛光速度上比其他抛光方法更慢，在进行样本打磨的过程中，虽然表面上看起来光滑，但是通过一定的仪器会发现有许多高低起伏的波纹大量出现，不能够达到抛光实验样本的要求。2.2.2综合考虑选出最佳设计方案通过对不同的抛光机械的功能的优缺点进行比较，最后本
14、文主要采用综合性强的机械抛光进行研究。在设置的过程中为了能够满足不同材质的一个抛光要求，于是通过使用机械电子一体化系统对抛光机进行设计开发。驱动机械抛光机的主要动力是电动机装置，然后将相互可以重合的齿轮盒与动力装置进行连接，由发动机将热能转化为动能并通过滚珠螺旋装置带动进行。当向前移动时候，电动机会进行逆向旋转，然后通过传力带带动齿轮转动，齿轮在转动的过程中就会触发压力装置使得螺母向下移动，这时候就会触动提前设置的压力按钮然后使夹子产生弹性。同样的道理减少压力做相反的过程就可以了。控制部件主要用的是模糊控制系统，他能够实现自动调节压力大小。3 金相试样抛光机机械部分设计3.1设计要求金相抛光机
15、的机械系统运行的准确度高、运行的非常平稳、工作的安全性高的优点。金相试样抛光机使用的是夹具的方式，通过在夹具上施加一定的压力，和磨盘进行摩擦，并且还可以多块试样同时进行，这样使得制样的效率大大提高。同时，我们加在夹具上的压力还可以根据需要灵活的调整。机械部分主要是由动力头部分、夹持盘、机械主体和外观的设计部分这几个部分组成。3.2动力头的设计在用金相部分抛光机实施抛光操作时，抛光运动必须保证轨迹到各个点的距离相近或相同，这样出来的产品才符合要求，因此，对抛光的轨迹具体要求如下：1、工件运动，抛光盘静止，使工件上的抛光轨迹到工件上的各个点的距离相同。2、工件上任一点不重复的进行抛光。也就是说运动轨迹尽量不重合。3、抛光要保持平稳，避免转动的幅度过大带来的变故。4、保证工件在整个抛光的平面磨损均匀。5、可以及时的改变抛光机上面的工件的运动方向，使得工件的纹路复杂，保证表面的相对光滑，并且均匀的分布。 3-1 动力头示
