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1、中北大学2007届毕业设计说明书1 引言时间过得真快，如白驹过隙，转眼间四年的大学生活就要结束。在大学校园的学习可以让我们学到很多东西。只要我们用心，当我们学业已满走出校园时，我们也不会留下任何遗憾。在这里，我不光学到了书本上的知识，更重要的是我学到了如何做人，如何去自主地完成自己的事情，如何自主地去学习。尤其是在最后这半年，毕业设计检验了我们自主学习的能力，同样也检验了我们作为一名大学生应有的素质。让我们再次认识到我们还存在的不足，为我们踏入工作岗位或以后的继续深造打下了良好的基础。这次毕业设计，我的题目是卧式功率超声珩磨装置设计。在这个课题上，要求我在了解掌握功率超声振动加工基本原理及珩磨
2、加工原理的基础上，进行超声珩磨装置的设计。本次设计注重的是理论分析，公式的推导及具体说明。另外可以学习AUTOCAD及solidworks画出功率超声珩磨装置的具体实物图。然后通过指导老师的指导以及自己查阅相关资料来顺利完成本次设计。这次设计，让我对大学学到的知识作了一次回顾和总结。通过查阅资料让我拓宽了我的知识面，了解了我在某些知识上还存在的不足；通过自主学习让我了解了如何更好的运用知识来完成我们想要完成的事情；通过和老师及同学交流让我更加深刻地认识到了团队的重要性。通过这次设计，再次培养了我自主学习的能力和毅力，掌握了如何去寻找资料来处理我们要解决的问题，学到了如何合理的运用时间来处理我们
3、的问题。毕业设计是我们走向社会的一个重要环节，它不尽体现了我们大学四年学到知识的多少，还体现了我们独立思考、独立设计的能力。为我们在以后的工作积累了经验。这次设计得到了范文斌、祝锡晶老师的悉心指导，同时也得到了同学的大力帮助。在这里我非常感谢老师以及同学给我的这些帮助。这次设计是我第一次深入研究超声振动加工的相关知识。虽然以前学过相关理论，但并不是很精湛，所以在设计中遇到了一些困难，也出现了一些失误。通过努力我改正了在设计中的错误以及不足之处。但人无完人，我知道我的这次设计还存在许多不足之处，对于在本次设计中出现的这些不足之处，恳请老师予以指正并提出你们的宝贵意见。2 综述2.1 功率超声珩磨
4、装置概述磨削加工是机械制造中重要的加工工艺，超声振动珩磨加工是近年来新兴的一种超精加工技术。在超声振动加工技术的研究方面，日本走在前列，迄今已有许多方面比较成熟并应用与实践。但是，由于磨削加工的复杂性，超声磨削加工的许多机理还不十分明了，进一步的加工应用技术还在研究之中。超声振动加工具有低切削力、低磨削温度、低的表面粗糙度和高精度，以及被加工零件良好的耐磨耐腐性，特别是同等加工条件下只需很小的机床动力等优点。有鉴于此，世界各国目前均在重点开发和研究超声振动在磨削加工领域的高技术和应用课题，超声振动加工综合应用于磨削加工已经成为下一代精密加工的发展方向之一。2.2 功率超声珩磨装置的研究现状日本
5、是最早研究、应用功率超声振动珩磨的国家，代表人物是隈部淳一郎，他们研究的功率超声超声振动珩磨装置的特点是换能器为磁致伸缩换能器，振动形式为纵向振动，油石以及芯轴等组成的整个头体都振动。俄罗斯于八十年代末研制出功率超声振动珩磨装置，其特点是油石径向振动，借助于在油石旋转轴线垂直平面内发送超声振动的功率超声珩磨装置，油石由于受径向超声 振动的影响，金刚石颗粒于被加工材料的接触性质起了变化，从而消除了黏结、堵塞现象，油石表面变的清洁，已加工表面质量高。六十年代初，我国已开始了振动切削技术的研究，直到八十年代初期该技术才受到普遍重视。近十几年来，振动切削技术方面的理论研究和应用取得了显著成绩，哈尔滨工
6、业大学、广西大学、吉林工业大学等单位在功率超声振动理论、加工不同材料的实验、加工精度与表面质量、刀具的磨损耐用度等方面的研究中均取得了一定成绩，超声振动加工在生产中也得到了广泛应用。在车削、铣削、刨削、磨削、钻孔、攻丝、珩磨等各种加工方法中都有应用，并取得了较好的效果。中北大学是国内研究功率超声振动珩磨的最早单位之一，八十年代初期已进行了功率超声振动切削方面的理论研究。1988年研制成功了卧式功率超声振动珩磨装置，并通过了北方工业集团公司军品部鉴定，认为该项成果属国内首创、振动系统达到了八十年代末国际先进水平。1993年研制成功了86钢质薄壁缸套的力式功率超声振动珩磨装置，在实际生产中得到了应
7、用，该装置取得了国家专利。2.3 功率超声珩磨装置的研究内容及方法2.3.1 研究内容本课题是关于“功率超声珩磨装置设计”的研究，研究的主要任务和要求是：（1）掌握功率超声振动加工的基本原理。（2）掌握机械加工中珩磨加工原理。（3）在此基础上设计功率超声珩磨加工装置。2.3.2 研究的途径及方法（1）了解首先通过收集资料，了解我国超声振动加工技术的发展状况，对其工作原理和设计原理进行深入研究，从而才能设计出符合实际工程需要和本课题要求的超声珩磨装置。（2）存在的不足及研究方法由于现有的超声振动珩磨装置传递环节多、结构复杂、能量损失大，振动系统各个环节的匹配性能差，严重影响了超声珩磨的推广应用，
8、所以在研究本超声珩磨装置时应当尽量优化设计振动系统的各个环节，尽量减小能量传递的损失，让超声珩磨装置工作性能更加稳定。超声振动珩磨装置由超声波发生器、超声振动系统、珩磨头体级冷却循环系统组成。对它的研究方法融合了力学、声学、材料学等诸方面的研究方法。考虑到本论文设计的是超声振动珩磨装置，在超声振动系统中，弯曲振动圆盘是超声波振动珩磨装置递振的重要零件,该零件的设计、制造质量的好坏，直接影响到变幅杆的振动能否通过它传递到挠性杆上，并保证振动时珩磨杆不振动。根据前面的介绍，本论文的设计重点是弯曲振动圆盘。3 珩磨珩磨加工是利用可涨缩的磨头使珩磨条压向工作表面，以产生一定的接触面积和相应的压力，在适
9、当的珩磨液作用下，珩磨条对被加工表面做旋转和往复进给的相对综合运动，从而达到改善表面质量、改善表面应力状态和提高被加工零件精度的目的，是一种多刃切削的精加工方法。近几年来，由于珩磨技术的发展，如人造金刚石和立方氮化硼等超硬磨料的应用，把珩磨技术推向一个新的阶段。现在珩磨已不仅用做高精度要求的终加工工序，并且还可作为较大余量的中间工序，是一种高效、优质的加工方法。3.1 珩磨加工的特点：珩磨加工与一般切削加工相比的下列特点：（1）可获得高的加工精度 珩磨可以在较短的时间内经济地获得较高的形状精度及尺寸精度。加工直径小于50mm的小孔时，其圆柱度可达5，轴心线直线度可达1；加工50200mm中等尺
10、寸孔时，其圆度误差为35，孔长在300400mm时，圆柱度可达10以下。经珩磨加工的内孔，尺寸精度可达IT6IT7。但珩磨加工不能提高被加工孔的位置精度。（2）可以获得高的表面质量1） 珩磨的加工表面具有交叉网纹，有利于润滑油的储存及油膜的保持，能承受较大的载荷，工件耐磨性好。2）珩磨表面粗糙度值通常小于0.1。3）珩磨加工表面几乎没有热损伤、变质层、嵌沙或冷硬现象。但存在高的残余压应力，这些有利于零件使用寿命的提高。（3）加工范围广 珩磨能加工各种内孔（通孔、盲孔、多台阶空、圆锥孔、椭圆孔和摆线孔等）、平面、外圆柱表面、球面、齿轮表面、发动机曲线表面等；能加工的孔径范围为2200mm，孔长为
11、1 24000mm、长径比约为1/50300；几乎能加工所有工业材料。（4）具有较高的生产率，对机床精度的要求低 珩磨是大面积多刃切削加工，因而具有较高的材料切除率，如珩磨直径为100mm左右的缸套孔，其材料切除率可达300500 。 因珩磨时珩磨头或工件要求能浮动，珩磨头与机床的连接属于柔性连接，故对机床的精度要求低，并可用车床、镗床、钻床等机床改装。3.2 珩磨加工原理珩磨是利用安装在珩磨头圆周上的若干砂条（油石），由涨开机构将砂条沿径向涨开，使其压向工件的孔壁；与此同时，使珩磨头做旋转运动和直线往复运动，对孔进行低速磨削和摩擦抛光。旋转及往复运动的结果，油石上的磨粒在孔的表面上的切削轨迹
12、成交叉而又不重复的网纹，因而获得表面粗糙度较小的加工表面。径向加压运动是油石的进给运动，加压压力越大，进给量就越大。3.3 珩磨运动过程 珩磨时，珩磨头由机床主轴带动相对工件作旋转和直线往复运动，同时油石对被加工表面作径向进给运动。前两种运动构成珩磨的主运动，并使油石形成螺旋运动，因此，油石上大量的磨粒就在加工表面上刻划下螺旋形交叉网纹的珩磨条纹，为避免每条油石的运动轨迹重复，即不让油石上的磨粒仍在原先刻出的条痕上刻划，应使油石在一个双行程终了时的位置，相对其行程的初始位置，在圆周方向上有一个附加的偏移量。 图3-1 珩磨网纹生成原理图3-1表示了珩磨网纹的生成原理。图3-1为油石条上一点的切
13、削路径展开图，即设旋转速度为，往复速度为，合成切速度为： 斜角： 通常珩磨机的主运动速度v是由单独电机经变速机构驱动的，往复运动是由液压系统实现，当被加工工件的交叉角（）确定后，珩磨机稳定工作时是不变的。一根油石条的路径是S1、S2、S3，在与之对称的位置上的油石条从相位差为半周的开始，所以在加工表面上留下如图3-1所示的特有的珩磨网纹。 3.4 珩磨加工过程在珩磨的切削过程中，油石的表面状态、油石的压力、被加工表面三者的变化情况及相关关系，因采用的扩涨进给方式不同而不同。（1）定压进给珩磨过程 定压进给中，进给机构以恒定压力压向孔壁，珩磨过程可以根据油石表面状态的变化分为三个阶段：1）脱落阶
14、段 加工初始阶段，由于孔表面粗糙，油石与孔壁的实际接触面积小，接触压力大，工件孔粗糙表面的凸起部分很快被磨去，而油石面因接触压力过大，加上切屑对油石黏结剂的磨耗使磨粒和黏结剂间的结合强度下降，因而有的磨粒在切削力作用下自行脱落，油石面即露出新的磨粒，即为油石的自锐。2）破碎切削阶段 随着珩磨的进行，孔表面越来越光滑，接触面积也逐渐增大，单位面积接触压力下降，切削效率低，同时切下的切屑既少又细。这些切屑对油石黏结剂的磨耗也很小。因此，油石面的磨粒脱落很少，油石主要不是靠新磨粒切削，而是由磨粒尖顶切削，因此磨粒尖顶的负荷很大，磨粒易于破裂、崩碎而形成新的切削刃。3）堵塞切削阶段 此时油石与工件表面
15、的接触面积很大，极细的切屑堆积于油石孔壁之间不易排出，造成油石面气孔的堵塞，因此油石的切削能力极低，油石表面也变的很光滑，此时的油石磨削相当于抛光。但当油石堵塞严重而产生黏结性堵塞时，油石完全失去切削能力并严重发热，加工精度与表面粗糙度均可受到破坏。因此，当油石进入堵塞切削时要尽快结束珩磨。图3-2中粗折线表示珩磨的磨削量和油石损耗量与时间的关系，双点划线将珩磨过程分为三个阶段，两条水平虚线和代表不同的工件前工序表面粗糙度或磨粒直径，水平虚线位置高，表示前工序表面粗糙度值小或磨粒直径大，因而破碎切削时间延长，脱落切削及堵塞切削的时间缩短。由于每个工件的加工余量及表面粗糙度差别很大。这三个切削阶段不一定在同一工件的加工过程中表现出来。若工件分粗、精两次珩磨，则精珩开始时，接触面积较大，整个精珩过程中，接触面积的变化不大，因此整个过程基本上属于破碎和堵塞切削阶段。 图3-2 珩磨磨削阶段的划分 1脱落切削区 2破碎切削区 3堵塞切削区（2）定量进给珩磨过程 定量进给珩磨时，进给机构以恒定的速度扩涨进给，使磨粒强制性的进入工件，因此珩磨过程只存在脱落切削和破碎切削，不可能产生堵塞切削
