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第1章绪论
1.1磨床的类型与用途
1.
1.1磨床的类型及其特点用磨料磨具(砂轮、砂带、油石和研磨料等)为工具进行切削__的机床,统称为磨床(英文为Grinding__chine),它们是因精__和硬表面的需要而发展起来的
[1]磨床种类很多,主要有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床,如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等
[2]对外圆磨床来说,又可分为普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床、端面外圆磨床等以上均为使用砂轮作切削工具的磨床此外,还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床,以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等磨床与其他机床相比,具有以下几个特点
1、磨床的磨具(砂轮)相对于工件做高速旋转运动(一般砂轮圆周线速度在35米/秒左右,目前已向200米/秒以上发展);
2、它能__表面硬度很高的金属和非金属材料的工件;
3、它能使工件表面获得很高的精度和光洁度;
4、易于实现自动化和自动线,进行高效率生产;
5、磨床通常是电动机---油泵---发动部件,通过机械,电气,液压传动---传动部件带动工件和砂轮相对运动---工件部分组成
[1]
1.
1.2磨床的用途磨床可以__各种表面,如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面磨床可进行荒__、粗__、精__和超精__,可以进行各种高硬、超硬材料的__,还可以刃磨刀具和进行切断等,工艺范围十分广泛随着科学技术的发展,对机械零件的精度和表面质量要求越来越高,各种高硬度材料的应用日益增多精密铸造和精密锻造工艺的发展,使得有可能将毛坯直接磨成成品高速磨削和强力磨削,进一步提高了磨削效率因此,磨床的使用范围日益扩大它在金属切削机床所占的比重不断上升目前在工业发达的国家中,磨床在机床总数中的比例已达30%----40%据1997年欧洲机床展览会EMO的调查数据表明,25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的__技术,车削只占23%,钻削占22%,其它占8%;而磨床在企业中占机床的比例高达42%,车床占23%,铣床占22%,钻床占14%
[3]由此可见,在精密__当中,有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的,而精密磨削__会要在相应的精密磨床上进行,因此精密磨床在精密__中占有举足轻重的作用但是要实现精密磨削__,则所用的磨床就应该满足以下几个基本要求
1.高几何精度精密磨床应有高的几何精度,主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度主轴轴承可采用液体静压轴承、短三块瓦或长三块瓦油膜轴承,整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等当前采用动压轴承和动静压轴承较多主轴的径向圆跳动一般应小于1um,轴向圆跳动应限制在2—3um以内
2.低速进给运动的稳定性由于砂轮的修整导程要求10—15mm/min,因此工作台必须低速进给运动,要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作
3.减少振动精密磨削时如果产生振动,会对__质量产生严重不良影响故对于精密磨床,在结构上应考虑减少振动
4.减少热变形精密磨削中热变形引起的__误差会达到总误差的50%,故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍
1.
1.3外圆磨削和端面外圆磨床
1.外圆磨削在外圆磨削过程中,工件是__在两顶尖的中心之间,砂轮旋转是引起切削旋转的主要来源和原因基本得外圆磨削方法有两种,即横磨法磨外圆和纵磨法磨外圆,如图1-1和图1-2所示事实上,外圆磨削可以通过其他以下几种方法来实施
(1)传递方法在这种方法中,磨削砂轮和工件旋转以及径向进给都应满足所有的整个长度,切削的深度是由磨削砂轮到工件的纵向进给来调整的
(2)冲压切削方法在这种方法中,磨削是通过砂轮的纵向进给和无轴向进给来完成的,正如我们所看到的,只有在表面成为圆柱的宽度比磨削轮磨损宽度短时,这种方法才能完成图1-1横磨法磨外圆图1-2纵磨法磨外圆
(3)整块深度切削方法除了在磨削过程中,要进行间隙调整外,这种方法与传递方法很相似,同时这种方法具有代表性,除了磨削短而粗的轴
2.端面外圆磨床及其特点端面外圆磨床是外圆磨床的一种变形机床,它宜于大批量磨削带肩的轴类工件,有较高的生产率它的特点如下
(1)这种磨床的布局形成和运动__与外圆磨床相似,只是砂轮架与头架,尾架中心连线倾斜一角度(通常10°,15°,
26.23°,30°,45°),如图1-3所示,数控端面外圆磨床MKS1632A的砂轮架与头架,尾架中心连线倾斜30°为避免砂轮架与工件或尾架相碰,砂轮__在砂轮架的右边,从斜向切入,一次磨削工件外圆和端面
(2)由于它适用于大批量生产,所以具有自动磨削循环,完成快速进给(长切入)---粗磨---精磨—无花磨削由定程装置或自动测量控制工件尺寸
(3)装有砂轮成型修整器,按样板修整出磨削工件外圆和端面的成型砂轮,为保证端面尺寸稳定及操作安全,一般具有轴向对刀装置图1-3砂轮架与头架,尾架中心连线倾斜一角度
1.2磨床的现状及其发展趋势随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多,磨削__技术正朝着超硬度磨料磨具、__精密及超精密磨削(从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展)和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展
[4],如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至4μm、磨削精度高达
0.025μm;使用电主轴单元可使砂轮线速度高达400m/s,但这样的线速度一般仅用于实验室,实际生产中常用的砂轮线速度为40-60m/s;从精度上看,定位精度<2μm,重复定位精度≤±1μm的机床已越来越多;从主轴转速来看,
8.2kw主轴达60000r/min,13kw达42000r/min,高速已不是小功率主轴的专有特征;从刚性上看,已出现可__60HRC硬度材料的__中心北京第二机床厂引进__丰田工机公司先进技术并与之合作生产的GA(P)62-63数控外圆/数控端面外圆磨床,砂轮架采用原装进口,砂轮线速度可达60m/s,砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度,采用__丰田工机公司__32-ECNC磨床专用数控系统可实现二轴(X和Z)到四轴(X、Z、U和W)控制此外,对磨床的环保要求越来越高,绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳,绝对没有切屑或切削液外溅的现象大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求第2章设计任务书
1.毕业设计题目MKS1632A数控高速端面外圆磨床及其砂轮架设计
2.毕业设计目的本课题旨在让学生综合运用大学四年所学的知识,设计数控端面外圆磨床MKS1632A及其砂轮架,树立理论__实际的作风和严谨的科学态度该课题要求绘制磨床总体布局装配图、砂轮架部件装配图、磨床液压系统图和磨床零件图,最后撰写设计说明书此外,要求学生跟随指导老师和研究生参与部分科学研究,进行磨削温度的测试实验并撰写科研报告
3.任务与要求
(1)机床总体布局装配图(0#);
(2)部件装配图(砂轮架0#);
(3)零件图3#;
(4)液压传动图(1#);
(5)电气控制图(1#);
(6)撰写科研报告;
4.用途和规格
(1)__对象A带轴肩的多台阶轴(如齿轮轴)B要求端面外圆一次完成的零件C带较大端面的盘类零件D作一般外圆磨床
(2)主要规格A__直径φ20mm---φ320mmB最大__长度为750mmC最大__重量200㎏D砂轮线速度60m/sE机床中心高1095mmF工件转速范围30~300rpm
(3)主要运动A砂轮转动B工件转动C工作台纵向__D砂轮架斜向进给运动E砂轮修整器斜向进给运动F砂轮修整器旋转运动
5.设计重点与难点
(1)磨床总体布局中各部件尺寸的确定;
(2)砂轮架主轴和轴承的设计和选用;
(3)皮带的选用和带轮的设计;
(4)磨床液压系统的设计;
(5)磨削温度科研报告
6.拟采用的途径与手段
(1)查阅国内外磨床相关资料,确定磨床总体布局中各部件(如砂轮架、头架和尾架等)尺寸;
(2)检验主轴前端扰度,确保主轴刚度;
(3)砂轮架采用静动压轴承以提高旋转精度,增强抗振性,延长轴承的使用寿命;
(4)采用皮带和花键副带动主轴旋转,减少主轴变形,使载荷分布均匀;
(5)采用AutoCAD绘制装配图和零件图;
(6)参看液压工程方面的资料,设计磨床液压系统的设计;
(7)参考磨削温度测试研究论文,认真、虚心向指导老师和研究生学习,进行大量的磨削温度的测试实验第3章磨床总体布局
3.1磨床总体设计
1.__零件的工艺分析(表面形状,尺寸,材料,技术条件,批量,__余量等);
2.调查研究比较国内,外同类机床,经验总结,进行__创新;
3.图纸设计(总图,部件装配图,零件图,工艺卡,目录,标准件,外购件目录,铸件,锻件目录,说明书,装箱单,合格证);
4.制造,装配,调试;
5.小批量生产,设计改进;
3.
2、总体设计注意事项
1.保证机床满足__精度要求,刚性,稳定性好;
2.传动系统力求简短;
3.操作调整方便;
4.安全保护,冷却液供给,回收,废渣的排除
3.3磨床总体布局设计
3.
3.1__零件带轴肩的多台阶轴,精度IT7以下,Ra
1.6---Ra
0.4,材料45#,40cr,球墨铸铁等;
3.
3.2初步估计组成部分a.床身;b.工作台面;c头架;d尾架;e砂轮架;f修整器;g测量装置;h砂轮进给电机;I修整器进给电机;j电器框;k工作台进给电机;l工件旋转电机;m润滑冷却装置;n数控装置;
3.
3.3总体布局初步设计
1.T型床身;
2.工作台__;
3.工作台型面采用倾斜10°的型面;
4.砂轮架主轴与床身导轨倾斜30°角;
5.头尾架中心线平行;
6.采用成型砂轮修整器(金刚石滚轮),采用__RPPOS公司轴向,径向测量仪,配用该公司E5数控框(如图3-1所示)来控制轴向尺寸,径向尺寸,测量仪布置在横梁上;图3-1E5数控框
7.数控系统的四坐标轴X轴砂轮架进给Y轴修整器进给Z轴工作台__W轴工件旋转各轴采用交流伺服电机,通过精密无间隙弹性连轴器直接与滚珠丝杆相连;
8.液压油箱单独(减小热变形,简化机床结构,易实现标准化,通用化,便于维修);
9.电器框与机床采用空中走线;
10.机床前防护罩采用全封闭结构;
3.
3.4纵向与横向尺寸的确定
1.纵向尺寸
①工件最大长度;
②头架长度;
③尾架长度;
④__面长度;
⑤下台面长度;
⑥床身长度;
⑦后床身长度(考虑砂轮架和修整器大小按经验给定);
⑧整个床身宽度(视觉效果);
⑨砂轮架中心与机床床身对称线相距图3-2磨床纵向尺寸
2.横向尺寸1)画出横向尺寸床身的V型导轨作为横向尺寸的基准,画出床身的平面导轨作为高度尺寸的基准线,根据确定的工作台参数,导轨参数B1’,B2’中心画出左视图2)确定上,下工作台厚度和宽度
(1)厚度用类比法上工作台中心 (3-1) 下工作台中心(3-2)为工作台导轨的中心距,工作台导轨选用8075250取=
0.3250=75mm=
0.38250=95mm
(2)宽度(3-3)∵∴∵ ∴3)确定头,尾架顶尖中心位置顶尖中心安排在V型导轨的中心线上,这样有利于磨削最小直径工件的,砂轮架趋近于工作台不致相碰缺点是使导轨的承载压力较大,故常适当加宽V型导轨的宽度4)确定头尾架顶尖中心至床身底面的高度H1左右
[1]根据工人身高,经验类比取5)工作台回转中心位置B96)确定机床总高H所以H取2000mm
3.
3.5砂轮架相关尺寸设计
(1)砂轮架导轨(V—平导轨)10090400
[1]考虑到砂轮的大小及重量与砂轮架的稳定性,取L`中心=500mm,从而可定出砂轮架的宽度约为600mm,导轨为
0.15MPa的卸荷导轨图3-3砂轮架的导轨
(2)砂轮架横向行程长度(3-4)式中为砂轮架快速进退的行程,一般取此处取(3-5)安全系数取
0.1足够(取373)
(3)砂轮架高度和长度砂轮架箱体导轨的高度h3,砂轮底板滑台高度h4,砂轮中心距砂轮底面高度h5,与后床身顶面至平导轨的高度h0,为避免上,下工作台运动时与箱体相碰,__在后床身上的垫板顶面需低于上下工作台的顶面,同时考虑横向进给机构穿过床身的位置等,根据经验
①取
②砂轮架中心距后床身顶面
③砂轮架底座__修整器,内有传动丝杆取
④后床身进给导轨内装丝杆取图3-4砂轮架的高度和宽度
⑤砂轮架底板长度∴取=900mm
⑥砂轮架导轨长度∴取
(4)砂轮架主轴电机的选择
①用类比法,砂轮架主轴电机的功率取15kw;
②计算法(3-6)取
3.
3.6头架相关尺寸的确定
①长,宽,高440400411mm
[1]
②主轴锥孔莫氏5#锥孔
③中心高(3-7)通过以上计算头架中心高取180mm
④主轴转速(3-8)取
⑤交流伺服电机选择用类比法,交流伺服电机选择IFT5076-DAD118N-M电机砂轮磨削工件需要的功率(3-9)交流伺服电机通过20/38的双楔齿轮带传递给工件,即∴合格
⑥主轴不旋转,主轴靠拨盘带动旋转
3.
3.7尾架相关尺寸的确定
①5#莫氏锥孔
②中心高180mm,台面倾斜10°
③直线滚动导轨
④液压油缸,顶紧力
3.
3.8工作台要求上,下台面便于调整头尾架,便于__滚珠螺母倾斜10°以便于头尾架定位,冷却液回流;及使头尾架不等高时修刮侧面
3.
3.9横向进给机构交流伺服电机----联轴器----滚珠丝杆----砂轮架压力卸荷导轨压力油
0.15Mpa卸去压力V—平导轨砂轮架行程
3.
3.10砂轮修整器伺服电机---丝杆---修整器直线滚动导轨主轴直径D=50mm,采用液体动压轴承16r/min
6.3Mpa修整速度=修整器直径故修整器行程为160mm
3.
3.11液压系统
①修整器;
②尾架;
③量仪(两个);
④润滑油;
⑤床身导轨;
⑥砂轮架卸荷导轨;
⑦丝杆;
⑧直线滚动导轨;
⑨间歇
3.
3.12电气部分SIMENS810G控制五坐标轴砂轮架主轴
3.
3.13机床保护系统
①静压供油系统压力继电器压差发讯器液压控制器电路延时
②尾架伸缩油缸静压供油系统设置自动循环电路,可手动,也可用于脚踏当工件旋转时,由于互锁装置,使起无效
③油箱液压控制
④数控系统(在各坐标轴)自诊断与保护功能如电池电压低程序错误
⑤各坐标轴由行程开关控制最大位移量
⑥安全防护罩(砂轮罩,机床前罩)全封闭式
⑦导轨面保护Ⅰ工作台导轨不锈钢可伸缩防护罩Ⅱ砂轮架导轨㈠前部翻板式护罩+橡皮(防水);㈡后罩钢罩Ⅲ修整器导轨折叠式第4章部件设计(砂轮架)
4.1砂轮架设计的基本要求砂轮架是磨床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件,主要由传动部件和主轴轴承部分组成,主轴与轴承是砂轮架的主要组成部分,因此对砂轮架设计提出的基本要求也是针对主轴轴承部分的砂轮架设计应满足以下几点基本要求
[1]
1.主轴旋转精度高,旋转稳定;
2.主轴轴承系统刚性好;
3.振动小,发热低,不漏油;
4.装配制造简单,调整维修方便
4.2主轴旋转精度及其提高措施
1.砂轮架旋转精度是指主轴前端的径向跳动和轴向蹿动大小,它直接影响工件的表面粗糙度和表面缺陷一般端面外圆磨床砂轮架允许的径向和轴向跳动允许误差取5µm~~10µm
2.提高主轴旋转精度的措施
(1)选择合适的主轴轴承动静压轴承;
(2)提高主轴的__精度;
(3)正确选择主轴轴向止推方式液体静压推力轴承
4.3主轴轴承系统的刚性主轴轴承系统的刚性是指在磨削力或传动力作用下,主轴轴承抵抗变形的能力通常以主轴前端的挠度来度量过低的刚性会降低磨削生产率、__精度和工件表面的粗糙度,引起直波形和螺旋线缺陷
4.4砂轮架主轴初步设计
1.砂轮架主轴的强度校核进行轴的强度校核时,应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法,并恰当地选取其许用应力对砂轮架主轴来说,由于采用了卸荷皮带轮装置,砂轮架主轴主要承受扭矩,应该按照扭转强度计算,且在选取许用应力时应该选取较小值砂轮架主轴材料采用42MnVB,并进行淬火,故选取许用应力为40MP轴的扭转强度条件为(4-1)——扭转切应力(单位为MP)——轴所受扭矩(单位为)——轴的扭转截面系数(单位为)——轴传递的功率(单位为KW)——轴的转速(单位为r/mm)——计算界面处的直径(单位为mm)——许用扭转应力(单位为r/mm)由上式可得轴的直径为(4-2)mm由上述计算可以得知砂轮架最小直径为
31.02mm,考虑到砂轮架的刚度等因素,取主轴的最小直径为60mm砂轮架主轴的尺寸如图4-1所示图4-1砂轮架主轴尺寸示意图
4.5主轴刚度校核
1.当量直径因为是阶梯轴,所以用当量直径法作近似计算当量直径为(4-3)L=140+640+20+32+10=932mm=__.36mm
2.允许挠度允许挠度[y]=
0.0002L
0.0002*660=
0.132mm
3、计算主轴前端挠度值
[1](4-4)——载荷(单位为公斤)(150/
9.8)——轴两端的跨距(单位为厘米)(
66.00)——悬伸长度(单位为厘米)(
13.2)——材料的弹性模数(单位为公斤/平方厘米)(
21.02)——截面惯性矩(平方厘米)=
0.001cm=
0.01mm又因为[y]=
0.135,
0.
010.135,即[y],由上述校核可以得知,主轴刚度符合要求一般存在一个使主轴前端挠度最小,即刚性最好的支承跨距L由经验得知,L为(3~~6)D时,主轴前端挠度最小,D=120mm,L为360~~720mm,取L为640mm
4.6动静压轴承静压轴承是利用外部油源产生承载能力的油膜轴承,动静压混合轴承是一种既综合了液体动压和静压轴承的优点,又克服了两着缺点的新型多油楔油膜轴承它利用静压轴承的节流原理,使压力油腔中产生足够大的静压轴承载力,从而克服了液体动压轴承启动和停止时出现的干摩擦造成主轴与轴承磨损现象,提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性;轴承油腔大多采用浅腔结构,在主轴启动后,依靠浅腔阶梯效应形成的动压承载力和静压承载力叠加,大大地提高了主轴承载能力,而多腔对置结构又极大地增加了主轴刚度;高压油膜的均化作用和良好的抗振性能,保证了主轴具有很高旋转精度和运转平稳性它的优点如下
1.速度和载荷范围广,应用范围广动静压轴承在零件转速到很高的范围内的各种相对速度下都能承载,而且载荷范围大,其承载能力取决于供油压力,轴承轴颈结构和相对大小;
2.油膜刚度高,阻尼大,抗振性好;
3.摩擦阻力,磨损小.由于总有一层油膜将相对运动表面隔开,因此摩擦阻力小,磨损小,能__保持很高的运动精度,寿命长.且对轴承轴颈材料要求也较低;
4.主轴回转精度高.动静压轴承中静压油膜具有良好的纠正轴和轴向跳动;
5.安全性好.在万一供油受阻或切断时,可利用轴承中动压效应来承载;
6.承载能力高.由于动压效应,使轴承转速越高承载能力越大,同时轴承还能承受方向不断变化的动载及瞬时过载;
7.稳定性好.
8.使用较经济.由于动静压轴承高速下主要靠动压承载,故这时供油压力可相对较小,轴承可设计成较小轴颈,轴承结构简单,制造精度和材料要求不高动静压轴承需要一套供油系统,润滑油要经过严格过滤以保持清洁目前广泛应用的是定压供油系统一定压力的压力油,经节流器流入两相对运动体间的油腔,通过油腔压力来平衡外载荷在定压供油系统中,节流器是关键部分,它起着限制流入油腔流量的阻尼作用,使油腔压力仅随外载荷的变化而变化静压轴承常用的固定节流器有毛细管和小孔节流器两种本次设计选用毛细管节流器动静压轴承广泛用于高速精密设备中.目前,在改造旧精密磨削设备方面,用得较多的是北京中航设备改造厂的WMB型表面节流液体动静压混合轴承砂轮架主轴的轴向定位采用轴向止推静压轴承轴向止推轴承由两个相对的环形油腔构成轴上具有台肩以形成承载面轴承的间隙通过修磨调整垫圈的厚度来保证
4.7传动装置设计为了提高主轴的旋转精度,皮带轮不直接装在主轴上,而是装在单独的支架上,并用花键套带动主轴旋转,即采用卸荷皮带轮的方案,如图4-2所示这个方案的优点是,减少了主轴的变形,同时还提高了承载能力图4-2卸荷皮带轮
1.电动机的选择此处省略 NNNNNNNNNNNN字如需要完整说明书和设计图纸等.请__ 扣扣九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载!该论文已经通过答辩图4-3内花键套的结构尺寸第5章数控系统设计
5.1概述任何一个数控系统都是由硬件和软件两部分构成,硬件是组成系统的基础,软件是系统的灵魂有了硬件和软件和配合才能有效的完成系统的使命硬件电路的可靠性直接影响到数控系统的性能指标本设计中要求砂轮架自动横向进给(X)和工作台纵向进给(Y)在两坐标进行控制对磨床工作过程进行分析其调整过程有装工件,手动退出,手动快进,对刀,手动快退;自动调整过程有设置磨削量,快进,工进,快退该磨床的砂轮架横向进给机构和工作台纵向进给实行数控,主要的使用要求和功能如下要有两个步进电机分别驱动砂轮和工作台1.对液压进行控制2.对冷却液进行控制3.砂轮主轴电机控制4.头架主轴电机启停控制5.手动及其方向控制6.手动快进和快退7.工作方式8.键盘与显示9.工作台限位10.__11.急停根据以上要求来确定硬件电路方案
5.2确定硬件电路总体方案机床数控系统的硬件电路概括起来由以下四部分组成,如图
5.1所示
(1)主控制器,即__处理单元CPU
(2)总线,包括数据总线(DB),地址总线(AB)和控制总线(CB)
(3)储存器,包括只读可编程程序储存器(ROM)和随机读写数据储存器(RAM)4.接口,即I/O输入/输出接口电路
5.1数控系统硬件框图
1.主控制器CPU的选择在一般二坐标联动的数据控系统中,推荐采用MCS-51系列单片机作为主控制器MCS-51系列单片机主要有三种型号的产品8031,8051和8751该系列产品是集中CPU,I/O端口及部分RAM为一体的功能性很强的控制器目前,工业控制中应用最多的是8031单片机本设计中也采用8031单片机它是一个具有40根引脚的双列直差式器件,其基本特征有
(1)具有8位__处理单元CPU
(2)片内有时钟发生电路
(3)具有128个字节的RAM
(4)具有21个特殊功能寄存器
(5)可寻址64K字节的外部数据存储器和64K字节的外部程序存储器
(6)具有4个I/O接口,32根I/O线
(7)具有两个16位定时器/计数器
(8)具有5个中断源,配备两个优先级别
(9)具有一个全双功能串行接口
(10)具有位寻址能力,适用逻辑运算8031片内没有程序存储器,仅有片内数据存储器
2.程序存储器扩展单片机应用系统扩展的芯片大多采用EPROM芯片在选择芯片时,要考虑最大读出速度,工作温度及存储器的容量在满足容量要求的同时,尽量选择大容量芯片,以减少芯片数量,使系统简化所以本设计中选用2764EPROM芯片,它是双列直插式28脚芯片单片机规定口分时输出低8位地址和数据的通道口为了把地址信息分离出来保存,需要地址锁存器本设计中采用74LS373作为地址锁存器采用2764EPROM程序存储器的扩展电路框图如图
5.2所示图
5.22764EPROM程序存储器的扩展电路框图
3.数据存储器的扩展由于8031内部RAM只有128字节,不能满足系统的要求,需扩展片外的数据存储器单片机应用系统数据存储器扩展电路一般采用6/16和6264表态RAM数据存储器,其选用规则与EPROM程序存储器的要求相同在本设计中选用6264为数据存储器的扩展芯片容量为8K扩展6264框图如下
4.I/O口扩展电路设计8031单片机共有四个八位并行I/O口,但可供用户使用的只有口及口因此要进行I/O接口的扩展本设计中采用通用的可编程接口芯片8255A它是有A,BC三个可编程功能的8位I/O接口,有40个引脚的双列直插式RAM/IO/CTC扩展器由8255A自单片机接受地址址信息,控制信息,在数据总线与端口间传送数据状态控制__图
5.3 扩展6264框图由于一块8255A可提供24个I/O口,而本设计中经过分析,使用要求须四十几个口,所以本设计中采用三片8255A芯片,其中一块芯片作为键盘,显示接口电路根据以上控制需要分配这些接口
(1)OUTPUT控制砂轮架进给五相步进电机-------控制工作台进给五相步进电机-------工件头架旋转(C)异步电机--------线圈触点占1位砂轮旋转(F)异步电机----------线圈触点占1位液压泵异步电机(,,)--------线圈触点占3位液压继电器(,,)--------线圈触点占3位
(2)OUTPUT限位开关(,)口零位开关(,)
(3)I/O(面板)键盘4*7=28口显示器米字形口手动按钮(,,FC)启动/暂停警报急停
(5)波段开关(编辑,自动,手动)由上述可知共使用了三片8255A芯片,其中还剩余口(八位)可以利用总线连接
①数据总线(DB)口为数据I/O口,数据总线由它连接各芯片数据I/O口
②地址总线(AB)设计中一共使用了一片TAM(8K),一片TOM(8K),三片8255A必须对这些扩展部分实行统一编址2764EPROM8K=需13条地址线6264RAM8K=需13条地址线但由于访问片外TOM与访问片外RAM所以用控制线不同,且与,不会同时有效,所以两者地址可以完全重叠用口八位地位地址五位高地址2764EPROM与三片8255AI/O接口芯片可用2-4译码器74LS32进行片选由,两位控制片选结果EPRAM626400EPRAM6264008255A
(1)108255A
(2)118255A
(3)由此,可得地址分派如下0000~00FFHRAM62640000~00FFHROM27640001~01FFH8255A
(1)0002~02FFH8255A
(2)0002~03FFH8255A
(3)图
5.4 接口框图
5..键盘,显示接口电路图
5.5 键盘和显示接口电路如图
5.5所示,本数控系统采用行列式键盘,即用I/O口线组成行列结构,按键设置在行列的交点上使用的显示器为16段米字管和LED(发光二极管显示器)采用8255A接口芯片管理键盘,显示器电路它由4*7键和7位LED显示器组成键盘,显示器接口电路图8031的口作数据输出,,用与端口选址,两片8255A的与,左上8255A芯片的与右下8255A的一起组成4*7键盘扫描线,右下8255A的PB口用于查询8个限位开关的状态
6.8031与控制电机与电液阀8255A的联接其它辅助电路设计图
5.6 辅助电路8031的口向8255A输出八位数据以控制电机和液压阀锁存器出来的与,以进行端口寻址与控制8255A的读写口的控制一五相步进电机,控制另一步进电机控制四个异步电机的启停,控制液压阀加光电隔离器以屏蔽电磁干扰
7.步进电机驱动电路步进电机驱动电路如图
5.7所示,由四部分组成在步进电机驱动中,一般在接口电路与功率放大器之间要加上隔离电路,实现电气隔离,本设计中使用光隔,光隔引脚及接线图如图
5.8所示图
5.7 步进电机驱动电路助图
5.8 光隔引脚及接线图第6章液压系统设计
6.1概述磨床通常以电动机作为动力,由它带动机械,液压传动系统完成机床的各种运动,再通过电器,液压系统控制这些运动之间的转换和先后顺序及其__
6.2液压传动设计
1.液压工作原理1)液压传动的特征与机械传动相比,它是用具有压力的油作为介质,经过二次转换来实现旋转运动或直线运动的电动机带动油泵压力油液压机(旋转运动)油缸(直线运动)因此,整个液压传动系统由四部分组成
(1)动力部分——油泵
(2)执行部分——液压机或油缸
(3)控制部分——方向阀,节流阀,压力阀
(4)辅助部分——油管,压力表,蓄能器,压力继电器等在上述液压传动过程中,压力油应密封在油管内,如果不密封,油就不能形成压力,也无法起传动作用另外,油所处的容积还要不断的变化,容积不变化,油泵就不能吸油与排油,油缸不能__,也不能完成传动作用磨床的液压传动,就是利用容积的变化来完成其动作的2)液压传动的两个重要参数——压力,流量
(1)液体压力与负载的关系齿轮油泵的供油压力,随着工作台受到的负载大小正变化负载大,压力大;负载小,压力小
(2)液体流量也速度的关系进入油缸的流量越多,工作台速度就越快,定量油泵的流量要大于工作台最大速度所需的流量
(3)压力与流量的关系a.油泵的压力与流量关系齿轮油泵并不是一旋转就打出压力油来的,必须要在油泵出油口加负载,并且压力随负载变化而变化b.管路中的压力与流量的关系在管路中流动的油液,压力(实际上是压力差)流量与液阻密切相关,液阻增大,压力差增大或流量减小3)液压传动采用的符号在绘制液压传动系统原理图时,液压元件的符号常采用结构符号或职能符号来表示结构符号近似于实物的结构,直观性强,容易理解,但绘制麻烦职能符号只表示元件的作用,不能表示出结构,绘制迅速方便,已列入国标
2.液压系统的传动设计在实际工作中有以下几个步骤
1.按照机床的每一个动作要求来拟订相应的液压回路
2.按照机床的工作循环方框图,将各个回路合并成系统,画出液压传动系统原理图
3.按照机床动作所要求的速度和作用的力等进行计算
4.选用标准的或设计专用的液压元件,并按照机床布局来确定各元件的组合形式,进行阀板设计
5.绘制液压元件的连接总图——油路装配图上述步骤是相互__交替进行的,往往需要几次反复,才能完成
3.机床需要的液压部分1)机床测量仪的进给和退出,径向测量仪的垂直横向进给和退出,尾架的松开;2)润滑部分a.床身的滚珠丝杆b.砂轮架的滚珠丝杆c.砂轮修整器的滚珠丝杆,间隙供油d.砂轮架的卸荷e.床身导轨的润滑f.砂轮修整器直线导轨的间隙供油3)动静压轴承a..砂轮架主轴轴承部分b.砂轮修整器主轴轴承部分
4.拟订液压原理图机床液压系统的拟订,要与机械,电器配合,将各个液压回路进行组合,达到总体设计所需要的动作循环程序具体原理图见MKS1632A高速数控端面外圆磨床液压图结论经过三个多月的努力,我顺利完成了毕业设计的任务,对磨床的设计过程有了一个基本的认识,特别对数控高速端面外圆磨床MKS1632A的设计过程有了深刻和清晰的了解这次毕业设计是对我大学四年所学知识的一次综合应用,它涉及到机械制图、机械制造技术、机械原理、机械设计、机械装备设计、液压系统设计、数控技术、互换性和测量技术、单片机、电子信息技术等多门课程的内容,使我对知识的综合知识的运用有了很大的提高本次设计的数控高速端面外圆磨床MKS1632A可以同时__带轴肩类零件的外圆和端面,从而提高了磨削效率,减少__时间,节省工件的生产成本在数控高速端面外圆磨床MKS1632A的设计过程中,郭老师让我们四个人每人负责一部分,我负责的是数控高速端面外圆磨床MKS1632A的砂轮架部分起初我们四个人在一起讨论磨床的总体布局图,每个人提出自己的想法,然后由大家来讨论,在这样的讨论和交流中,我们都学到了不少知识,知道自己方案的优点和缺点,最后我们讨论出来一套最优方案本次毕业设计我负责的部件是砂轮架,砂轮架是磨床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件,主要由传动部件和主轴轴承部分组成,主轴与轴承是砂轮架的主要组成部分首先是根据砂轮架主轴的要求进行轴的设计,然后再选取轴承,设计皮带和皮带轮等等在这个过程中,轴的挠度校核、皮带和皮带轮的设计等用到了大量的计算由于磨床是高精密__机床,对各部件的设计要求都较高为了提高旋转精度,我主要做了以下工作
1.在选择轴承的时候,我选用了动静压轴承,动静压混合轴承是一种既综合了液体动压和静压轴承的优点,又克服了两着缺点的新型多油楔油膜轴承它利用静压轴承的节流原理,使压力油腔中产生足够大的静压轴承载力,从而克服了液体动压轴承启动和停止时出现的干摩擦造成主轴与轴承磨损现象,提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性;轴承油腔大多采用浅腔结构,在主轴启动后,依靠浅腔阶梯效应形成的动压承载力和静压承载力叠加,大大地提高了主轴承载能力,而多腔对置结构又极大地增加了主轴刚度;高压油膜的均化作用和良好的抗振性能,保证了主轴具有很高旋转精度和运转平稳性动静压轴承广泛用于高速精密设备中.目前,在改造旧精密磨削设备方面,用得较多的是北京中航设备改造厂的WMB型表面节流液体动静压混合轴承
2.在砂轮架传动装置设计中,采用了多楔带皮带和多楔带带轮多楔带兼有V带和平带的优点,外轮廓尺寸小,比V型带传动平稳多楔带以平带为基体,内表面有等距离纵向楔型的环形带传动,工作面为楔侧面
3.为了减少外载荷对砂轮架主轴的影响,提高砂轮架主轴的承载能力,在带轮的__方面,采用了卸荷皮带轮的方案,即多楔带皮带轮不是直接__在砂轮架主轴上,而是__在支架上,然后通过花键套来传递扭矩,带动砂轮架主轴旋转这种方案的好处是砂轮架承受的轴向力大大地减小了,砂轮架主要承受扭矩,达到减小砂轮架主轴变形、提高砂轮架主轴的承载能力和提高旋转精度等目的需要补充一点的是,在砂轮架主轴的设计中,因为轴的中间部分只有一部分需要进行精__,以便__动静压轴承,其余部分则没有什么特殊的__要求考虑到__成本的问题,我采取将砂轮架主轴中间一部分半径减小的方法,从而减少了精__的长度,减小了工件的__成本,但这样做会减小砂轮架主轴的刚度这次毕业设计对我大学所学的知识进行了综合,对我运用知识的能力有了很大提高,特别是培养了我理论结合实际的作风,改变了我以前设计不切合实际的想法,很多设计力求标准化和规范化致谢经过三个多月的努力,毕业设计已接近尾声了在郭老师的指导下,我顺利地完成了本次毕业设计的全部任务郭老师渊博的知识、严谨的治学态度和高度的责任心给我留下了很深刻的印象,同时也给我的学习、工作、生活以很大的影响,使我受益匪浅值此论文完成之际,谨向导师表示衷心的感谢,并感谢同组同学对我的合作和支持此外,具有丰富磨床设计经验的吴跃高级工程师给我们全组同学悉心讲解图纸和解答疑问,在次也表示衷心的感谢最后,院里的__和其他老师也给了我很大的关心,再一次对大家表示衷心的感谢!____
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2001.附录A磨削温度科研报告第1章磨削温度研究概述
1.1磨削温度研究的的现状及其发展趋势
1、国外情况早在50年代,Outwater和Shaw基于剪切面__热源理论建立了热量传递给工件的热源模型Hahn提出了热量产生在磨粒磨损平面上的理论,认为热量的产生可以通过考虑磨损平面上的力和忽略剪切面上的力来进行精确描述__lkino发现实际热源长度是几何接触长度的2~3倍Qi发现接触长度可以由几何接触长度和由于接触力产生的弹性接触长度来进行预测不过,__lkino的研究结果表明在几何接触长度内有超过2/3的能量进入工件因此,对模型进行了合适的调整,建议使用几何接触长度来计算DesRuisseaux发现对于典型的Pecle数和对流换热系数,重要的对流冷却将不发生在接触区Howse也发现当磨削区的温度超过磨削液的沸腾温度时,磨削液的沸腾膜严重地限制了冷却因此得出结论,对于浅磨削,磨削液的重要性是由于更有效的润滑来减少磨削力和磨削温度的
[1]__lkino经过试验得出结论:切屑带走的最大能量受熔化所需的能量限制因此,提出滑擦、耕犁和切削能可以被分别定义Pettit基于砂轮材料的复合体特性建立了一个热源模型,此模型提供了确定能量传递给工件的比率Rw的一种简便方法Blank研究发现对于大多数含铁材料,在回火颜色发生时往往伴随着表面的严重损伤,一般回火颜色发生的临界温度在450℃至500℃Hahn的平面模型给出了最大可能传递给磨粒的能量Blank的结果表明40°圆锥角的圆锥模型等于平面模型因此建议使用Hahn的磨粒模型Rowe在前人研究的基础上综合了较多的磨削参数建立了一种简化的传热模型,此模型考虑了砂轮和工件的热特性、砂轮的锋利程度、砂轮和工件的速度、切深以及接触长度影响,C.Guo在Rowe模型的基础上做了改进,建立了一个新的模型,此模型考虑了磨削液的影响,通过分别考虑热传递给磨粒和磨削液来确定分配率
2、国内情况我国学者也很早就开展了磨削温度的理论研究早在60年代,哈工大的侯镇冰,__交通大学的贝季瑶等人就开始了磨削温度的理论研究贝季瑶用实验方法肯定了按l=D·t作为磨削区接触弧长的合理性,然后根据实际情况的分析,提出了热源强度在沿接触弧长上为三角形分布的假设,从而分别按单向导热和双向导热推导了计算磨削区温度的公式东北大学在磨削温度方面的研究成果比较显著:蔡光起教授在研究高速重负荷钢坯修磨时建立了钢坯修磨热模型;高航教授在研究断续磨削时分别建立了卧轴周边断续磨削和立轴端面断续磨削的热源模型;金滩__在研究高效深切磨削技术时,对高效深磨的传热机制进行了系统的理论研究,分别用均布和三角形分布热源假设,建立了倾斜__热源的三种传热模型下表1列出了近几十年来磨削热模型的发展表1-1磨削热模型的主要发展
[2]目前,磨削温度的测量还不是一项十分成熟的技术,它本身还处在不断的探索、完善与发展之中,不管是对哪一种磨削温度,要真正测准一个数据都不是一件容易的事情在磨削热模型方面,虽然许多学者已根据不同的磨削条件建立了相应的磨削热模型及其计算方法,但阐述尚不能令人完全满意例如磨粒模型和接触区模型所考虑的因素还不够全面在温度测量方面,测量仪器及测量方法还有待进一步的发展
[3]目前,高速及超高速磨削技术的迅速发展为磨削温度的研究提供了新的领域,同时也提出了新的要求大致有以下几个方面亟需发展
1、有限元法在磨削温度场研究中的应用和进一步的发展,例如Ansys在磨削热分析方面的应用
2、在给定的工艺条件下准确确定热量传给工件的比例R的方法
3、磨料、工件材料热特性数据库的丰富
4、综合考虑砂轮磨料、磨削液、磨屑等对磨削温度的影响
5、液氮超低温__状态下工件的温度分布情况
6、能够综合反映不同磨削过程的热模型及能对磨削温度进行动态仿真的软件的建立
7、测量温度的实验方法及设备的改进
8、液氮超低温__状态下工件的温度分布情况随着现代磨削技术的不断发展,磨削温度的研究也得到了迅速的发展;而磨削温度理论的深入研究必将进一步推动磨削技术的发展并为生产实践和磨削新技术的应用提供更为完善的理论基础
1.2研究磨削温度的意义磨削__是一种重要的__工艺,它被广泛应用于高精度和高光洁度工件的生产过程中与其他__工艺相比,磨削__切除单位体积材料时需要非常高的能量输入,这些能量几乎全部转化为热量集中在磨削区内,导致磨削区的温度升高当磨削温度较高时,会使零件表层金相组织发生变化,甚至出现磨削烧伤和磨削裂纹据资料记载,磨削时切下单位体积切屑所消耗的动力能可以达到普通切削时的10——20倍,且所消耗的动力能中有70%——80%(普通切削时仅约10%)会以热能的形式进入工件的,如此大的磨削热传入工件势必会引起工件表层及总体温度的显著升高,从而对__零件的表层的物理化学性质和尺寸形状偏差之类的磨削缺陷的热机理以及寻求控制磨削工件质量的途径无疑都有现实意义因此通过研究磨削温度来探索解决磨削热损伤的途径一直是磨削__技术重要的研究内容之一
1.3磨削温度测量技术获取磨削区温度的分布对于弄清磨削热损伤的机理是极其重要的,而通过测量温度获取数据是了解热损伤机理、避免热损伤、提高__表面质量的前提条件磨削温度是__时由磨削热所引起的工件温升的一个总称
[4]在工程研究中又按照不同的要求进一步将其区分成工件总体的平均温度、工件表层温度、砂轮磨削区的温度以及磨粒磨削点的温度等不同部位的温度来加以研究表2是近几十年来先后见诸文献的有关磨削温度测量方法的一个汇总表1—2常见的磨削温分类及其测量方法第2章热电偶的简介赛贝克发现的热电现象是物理学上的一个度重要成果,它导致了热电偶的出现及在工业上的广泛应用
[5]随着科学技术的迅速发展,人们对热电现象的认识逐步加深热电偶是目前各国在科研和生产中进行温度测量时应用最普遍、最广泛的温度测量元件它具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、热惯性小等优点它既可以用于测量流体温度,也可以用于测量固体温度既可以测量静态温度,也能测量动态温度且能直接输出直流电压__,或方便地转换成线性化的直流电流__,便于测量、__传输、自动记录和自动控制等
2.1热电偶现象由两种不同导体A、B构成的闭合回路,若两端结点温度不同,回路中将产生一定数值的电流,且其大小决定于导体材料的性质和结点的温度.,这就是“热电效应”既然回路中有电流,必然存在电动势它包括接触电势和汤姆逊电势1.接触电势两种导体接触时产生的电势差称为接触电势差2.汤姆逊电势同一导体两端温度不同时,两端建立起一定数值的电势,这就是汤姆逊效应,这种电势称为温差电势或汤姆逊电势虽是同一导体,由于两端温度不同T,To,导体存在温度梯子,自由电子的平均动能不相同,于是温度T高的一端自由电子向温度To低的一端运动,于是产生一定数值的电势差
2.2热电偶的定义现在流行的热电偶定义有两种
[5],分别说明如下1.传统的热电偶定义用两根不同种类的金属芯线构成电路,在接点处温度有变化时,在电路中将产生温差电动势,这种现象叫作赛贝克效应温差电动势效应利用这个效应制成的温度传感器就是热电偶2.扩展的热电偶定义扩展的热电偶定义,也称为热电偶的第二种定义,它是根据近年来对热电偶的研究成果,将热电偶定义扩展为,由两种不同导体组成闭合回路,当两个接点温度不同时,回路中将产生电势,该电势的方向和大小,取决于导体的材料和两个接点的温度差别,这个现象即称为物体的“热电效应”,两种导体所组成的回路称为“热电偶
2.3热电偶定律1.中间导体定律
[6]如图所示为由导体A.B构成的热电偶,两端结点的温度为T,To,且TTo,于是回路中总的热电势包含两个拍尔帖电势和两个汤姆逊电势中间导体定律由导体A和B组成的热电偶,当接入第三导体C后(如图2-1(b)所示),若保持C的两端温度相同To,回路的总电势不变2.热电偶均质导体定律
[7]由一种均匀导体组成的闭合回路,不论导体的截面和长度如何,以及各处的温都不能产生热电势ab图2-1热电偶均质导体定律2.均质导体定律引出的结论如果热电偶两电极材料相同,则两端温度不同,但总输出电势仍为零因此,必须由两种不同的材料才能构成热电偶第3章实验内容和具体步骤测量工件的平均温度可以,利用埋装在工件内部的若干标准热电偶测得,也可以用温涂料测试工件内部的温度最近出现了用红外光导纤维测量磨削温度方面的研究,并且已经取得了一定的成果和突破,但是热电偶测温法仍然是能够进入磨削区直接测量的唯一有效的方法
[8]
3.1热电偶的标定在实际应用中,如果保持自由端温度T不变,就可以根据热电势E来确定热端温度T配大小,这就是热电偶测温的工作原理
[9]热电偶标定指的是确定热电偶的热电特性热电偶种类很多,常用的不下几十种,不同材料组成的热电偶其测温范围、适用条件、灵敏度等也不同,实际应用中应有所选择已被国际上公认的性能优良的和用量最大的热电偶有铂铑-铂热电偶(分度号)、铂铑-铂铑热电偶(分度号)、镍铬-镍硅热电偶(分度号)、铜-康铜热电偶(分度号)和镍铬-康铜热电偶(分度号)根据本研究的测试要求,本测试中采用的测温元件是的镍铬-镍硅热电偶镍铬-镍硅热电偶是一种碱金属热电偶,金属丝直径范围较大,工业应用一般为
0.5-3mm实验研究使用时,根据需要可以拉延至更细的直径这种热电偶的特点是__低廉、灵敏度高、复现性好、高温下抗氧化能力强,是工业中和实验室里大量采用的一种热电偶但在还原性介质或硫化物气氛中易被侵蚀镍铬-镍硅热电偶的技术标准如下表3所示表3-1镍铬-镍硅热电偶的技术标准温度标定指的是确定热电偶的热电特性,也就是确定热电偶结的温度-电势曲线此项试验是我们即将开展的陶瓷材料的高效深磨温度测试的一个组成部分我们准备对高效深磨试验中用到的镍铬-镍硅丝进行标定,以得到这种材料的第一手资料,为以后的试验奠定一个坚实的基础
1、温度标定方法简图温度标定的方法的简图如下管式电炉的炉温可调炉温可调,与在该炉温下测得的标定热电偶的热电势相对应就可以画出待标定热电偶的热电特性曲线热电偶标定装置如下图所示图3-1热电偶标定装置
2、所用到的实验装置
①卧式管形电炉型号SRLK-2-9,功率2kw
②DWK精密温度自动控制装置最大输出功率10kw控制精度1250℃±
0.5℃
③UJ37型电位差计测量范围-1~0~103毫伏,准确度级别
0.1级使用温度范围5~45℃
④标准热电偶铂铹-铂分度号LB3,测温范围-20℃-1600℃新分度号为S等级二级
⑤被测热电偶镍铬-镍硅(直径
0.28mm)分度号EU2,测温范围-50℃~1300℃新分度号为K
①将试验设备各电路连线按设备说明书的要求联结;
②将标准热电偶和被测热电偶扎好一起放入卧式管形电炉中;
③接通电源;
④将DWK精密温度自动控制装置调到一定数值;
⑤测出检定炉温下被测热电偶的热电势值,记录数据;
⑥按照标定方案中的数据重复
④和
⑤;
⑦切断各设备电源,拆卸联结线标定实验的数据如下表所示表3-1标定实验的数据上面表格中“—”前的数据为测得的两种热电偶的电势值,“—”后的数据为根据标准的数据分度表格插值得到的相应的温度值利用__TLAB绘出相应的电势—温度曲线如下所示在上述4个图像中,其中图3-2为铂铹-铂的电势—温度曲线;图3-3为镍铬-镍硅的电势—温度曲线;图3-4和图3-5为将铂铹-铂和镍铬-镍硅的两曲线汇在一幅图上,其中图3-4采用图1的横坐标,图3-5采用图2的横坐标从两条曲线的比较中可以看出,这两种热电偶存在一定误差,基本上是在系统误差的基础上又有一定的随机误差图3-2铂铹-铂的电势—温度曲线图3-3镍铬-镍硅的电势—温度曲线图3-4铂铹-铂和镍铬-镍硅两曲线比较图
(1)图3-5铂铹-铂和镍铬-镍硅两曲线比较图
(2)制作的热电偶进行标定后,即用实验方法测出热电势系数后,在实际应用热电偶时,只需测得某时刻的热电势E,便可得知此刻测点处的温度
3.2试件的制作试件的结构如下图所示图3-6试件的结构示意图为了将热电偶埋入工件,需要将工件分割成两部分,且在其中一部分上开工艺槽,留出热电偶丝的空隙由于试件的材料为42Cr,是金属导体,为了保持热电偶的两极,即镍铬丝和镍硅丝绝缘(否则不能产生电势差,没有__),试件需要用三片云母片分别夹在工件与镍铬丝、镍铬丝与镍硅丝和镍硅丝与工件之间,如图所示其中云母片厚度不大于
0.02mm,镍铝-镍铬丝的直径都为
0.15mm,长度初定3m(其中1m用于标定),端部展平即为箔片,厚度不大于
0.035mm,粘结剂采用环氧树脂
3.3砂轮磨削区温度的测量砂轮磨削温度指的是砂轮磨削时砂轮与工件接触弧面上的温度从工件一方看,就相当于工件磨削面上的温度,它在本质上应该是离散分布在接触弧面上的磨粒磨削点温度在试件材料本身的传导均热作用下所反映出来的一种__平均温度.砂轮磨削温度与烧伤、裂纹等磨削缺陷密切相关目前测量砂轮磨削区域温度用得最为普遍的试所谓的分块试件夹丝的半人工热电偶测量方案,本次试验也采用此发案砂轮磨削区温度测量的装置如图3-7所示图3-7砂轮磨削区温度测量的装置____
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[11]陈守仁主编,工程检测技术(下册),北京__电视大学出版社,
1984.
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2000.
[13]王西彬,师汉民,任敬心,结构陶瓷的磨削温度,西安西北工业大学,
2002.附录B英文翻译在高速磨削中冷却液速度的分析与实验研究K.Ramesh,H.Huang,L.Yin(制造技术SIMTeach研究所,新加坡,638075)摘要在高速磨削中,必须使用以水为主的冷却液,以避免热烧伤,形成更好的工件表面质量,提高磨削效率但是,由于在冷却液中加入了有毒害作用的化学物质,从而引起了环境问题__规定,使用和处理冷却液必须严格遵守相关法律规定,但这些费用占到了全部__成本的7-17%本文阐述了冷却液流量的最小化以及延长冷却液的再循环时间等问题,通过计量冷却液(MQC)喷嘴来实现对冷却液流量的控制,提供磨削区域所需要的冷却液研究表明,冷却液速度对高速磨削性能有重大影响当△达不到一定的速度,冷却液将无法进入磨削区域增大△可以减小喷嘴的开放区域,减少冷却液的使用量通过减少冷却液的再循环时间和提高△,对减少环境污染和降低__成本都有重大意义关键词高速磨削,冷却液速度,冷却液流量
1、引言高速磨削需要消耗五到六倍于普通磨削所需的能量,因此,使用大量的冷却液,以避免热烧伤,获得更好的表面质量和更长的刀具寿命已经非常普遍
[1]但是,在冷却液中加入地有害化学物质,给操作人员的身体健康带来了危害有数据表明,在一个工件的__成本中,冷却液润滑的费用占到了7-17%处理使用过的冷却液需要焚烧,全球变暖就有一小部分源于此因此需要制订一个方案,以便于进一步研究冷却液流动装置从这点来说,绿色__已经有重大意义绿色__有以下两种
1、干切削;
2、通过优化和喷嘴设计,高效利用冷却液并延长其使用时间本文阐述冷却液流量的最小化以及相关的磨削特性
2、分析砂轮与工件之间的相互作用产生热,这是由摩擦和表面的塑性变化导致的,热量分别传给了工件、磨屑、冷却液和砂轮等如图1所示以前的模型测量实际的磨削上升温度和冷却效果,强调冷却液后的物理特性由此可以得知,冷却液的作用是带走高速磨削后产生的热砂轮是由很薄的磨料层(由不规则形状的磨料粘结而成)一层层组成,砂轮高速旋转与缓慢转动的工件表面接触下列的一些假设用来建立冷却液速度和它的散热特性之间的关系§液体流动速度为液体的平均速度;§砂轮已进行充分挤压,各粗砂粒之间的间隙相同;§所有的流动都发生在砂轮宽度以内,砂轮两边没有;§对流是热传递的主要形式§这个问题被认为是强迫对流在这种情况下,热传递的效率取决于经验和对流类型对流类型可以通过方程
(1)计算雷诺系数来估计
(1)其中是冷却液密度(
998.2Kg/ms),是冷却液速度(
3.6——
16.91m/s),是接触长度,是粘性系数在方程
(1)中计算得到的雷诺系数表明了冷却液的流动类型雷诺系数介于
16030.9和73719之间,当雷诺系数小于时,冷却液为紊流,热传递效率可由强迫对流的经验公式计算得出
(2)其中为努塞尔系数,为雷诺系数,为普朗特系数,还可以进一步定义为;;
(3)其中k为冷却液的热传导率(W/m.k),Cp为比定压热容结合方程
(1)和
(2),可得到对流效率为
(4)h为对流效率(),Vc为冷却液速度()公式
(4)表明,在任何磨削条件下,冷却液速度直接影响到冷却液的散热特性因此设计了一套装备,它可以使冷却液速度发生变化这个设计包括一个测流计喷嘴,冷却液从此喷嘴进入磨削区域,流动特性取决于冷却液速度,例如图2所示的冷却液喷嘴伯努力方程用来计算冷却液的速度
(5)其中是冷却液的流出速度,是冷却液的流入速度P1为喷嘴入口处的压力,p2为喷嘴出口处的压力雷诺系数可以确定冷却液的流动是否为稳态流动方程
(5)利用连续方程()可以改写为
(6)这个方程表明,出口和入口处的压力比对调整冷却液的速度有非常重要的意义
3、冷却液供给方法普通的冷却液装置在磨削区域供给大量的冷却液,而计量喷嘴与其不同如图3所示,这个系统由一个流量计、一个压力计和一个可以调节的喷嘴,构成的这个系统中有三个不同的喷嘴,它们的横截__为
15.14——
50.2喷嘴的特性(如流量、压力和速度)如表1所示图4为喷嘴装置的__,包括流量计、压力计和砂轮架等
4、实验条件每一个喷嘴都在事先确定的实验条件下,在SS304上进行一系列的磨削测试,冷却液的速度和压力都要调节到磨削测试实验要求达到的数据在这个过程中,法向力和切向力可以用926__测得,以便计算法向力和切向力之比、变化的能量Q和磨削能量E在磨削过程中,能量Q可以用方程
(7)来表示Power—flux(Q)=
(7)其中是切向力(单位为N),V是砂轮的线速度(单位为m/s),v是工作台__的速度(单位为m/s),b为砂轮宽度(单位为mm),D为砂轮直径(单位为mm),Δ是磨削深度(单位为mm)方程
(7)表明,增加砂轮线速度和切向力可以增大能量Q,但增加接触__,则会减小能量Q切削能量就是切削能减去滑行所需的能量剩下的能量可以用方程
(8)表示:
(8)其中V是砂轮线速度,v是工作台__的速度,Δ是切削深度,f是砂轮在切削方向的磨削力以标准的样品为参照,用电子扫描显微镜(放大倍数为1000和500)来测量工件,以分析磨削后的工件表面质量用光学干涉测面仪拍出来表面的3D显微图像,来分析冷却液速度对工件表面质量的影响表2列出了实验的磨削条件
5、结论与探讨
5.
1、力之比砂轮工作表面之间的摩擦和工件磨削区域内的原子层之间的摩擦生成热,这种趋势可以从切向力和法向力之比中看出来图5显示了切向力和法向力之比的趋势这是在SS304上,以不同的横截__的喷嘴和砂轮线速度测得的当砂轮线速度为42m/s时,被测试的喷嘴横截__为
15.14——
50.
255.
2、变化的能量,从38减小到28W/和从32减小到22W/,这种减小的趋势描叙了在不同的冷却液速度下,能量的变化情况同样还可以分析出,对流效率h的作用,在图6中还绘制了对流效率h从22增加到46km/时的图像增加冷却液速度可以增加更多未使用的冷却液从而带走更多的热量,避免减少能量流的趋势
5.
3、磨削能量时,随着冷却液速度的增量趋近于一个最小值,大约分别为
10、15和13J/当冷却液速度很低时,磨削能量反而很大,这种现象于碎屑成形模型不同这表明,只有一部分磨削能量和碎屑成形有关,因此必须用另一机械装置来计算剩余的能量另一种与磨削过程有关的机械装置产生耕犁现象耕犁的能量以工件材料的变形来计算,而不把去除材料的能量计算在内因此可以这样理解,当冷却液速度较低时,存在耕犁现象的原因是,砂轮工作表面之间的摩擦和工件磨削区域内的原子层之间的摩擦十分严重,而当冷却液速度很高时,耕犁作用所需的能量趋近于零,最小的切削能量对应于相应的碎屑成形所需的能量(这个能量被认为是一个常量),因此,所得到的实验结果中这一部分能量,即当冷却液速度为
9.5——
15.5m/s时,碎屑成形所需的能量为10——13J/这就说明当冷却液速度较高时,耕犁作用比较小,切削作用占主要方面,这正是冷却液速度较高的一个好处研究表明,当冷却液速度教低时,会有大量的耕犁和材料向边上流动的现象
5.
4、表面特性过去的研究表明,使用大量的冷却液可以使材料发生塑性流动,它们以耕犁作用产生的沟槽和条痕为主要特征图8为使用以水为主的冷却液,在不同的冷却液速度下得到的工件微结构图像在砂轮速度较高和较低的情况下,冷却液速度为
3.5m/s时,样品表面生成的耕犁沟槽较少,如图8(A)和(D)图8(C)和(F)所示为SS304在冷却液速度为16m/s是时的图像从图像上可以看到有很多的耕犁沟槽和条痕,也可以从中得知,当冷却液速度为
3.5m/s时,样品表面有大量的材料粘贴,这是由于过量的热损伤生成大量的热来不及散去导致的,还有大量的材料扭断带,它们呈白色的条状在以前的研究中,这种现象被称为剪断带,这个结果还可以进一步验证样品的硬度
5.
5、硬度SS304的标注表面受热灼伤,试件的硬度特性与其相同
[13]如图9所示的微观图,当Vc为42m/s,△△的重大意义当然,它也表明,微观下所有试件的硬度值都远远高于所能接受的硬度值(200HV),这是源于磨削热和机械拉力结果表明,增加△可以减少热灼伤,因此在微观下得到的硬度较低
5.
6、表面粗糙度工件表面是由占主导地位的热或机械拉力,或两者同时使工件生成具有一定粗糙度值的表面图10所示为在已知磨削条件下的表面粗糙度图在所测得的磨削实验中,据观察,随着△的增加,表面粗糙度下降在实验范围内,当△△带来了更好的润滑作用合散热条件
5.
7、冷却液的流动速度在试验范围内,△在控制SS304的磨削性能中起到非常重要的作用使用横截__为
15.14-
50.26之间的喷嘴,并使用流量控制阀,使△在
3.5到16m/s之间变动△通过以下两种方法增加
(1)减小喷嘴的横截__;
(2)通过控制流量阀使用具有独特横截__的喷嘴可以增加△从另一方面来说,减小横截__,可以增大△△和流动速度的范围如表3所示为了既不破坏环境,又增加冷却效率,减小冷却液流动速度和增大△是十分必要的,这样可以延长循环时间,增强渗透效果表4总结了各种冷却液流动速度的情况当△较高,而冷却液流动速度较低时,各种磨削性能,如Fe/Fn之比,能量流Q和表面质量都较差当流动速度在18-20lpm之间时,磨削性能的改善仍然很小,这表明在已定条件下,流动速度对磨削性能的限制作用△从35减小到10m/s,导致最小限度从24-26减小到18-20lpm这个结论是从SS304得出的,且磨削条件为冷却液流动速度为18-20lpm△为10-11m/s,且工件表明没有缺陷
6、结论控制△对高效精密磨削有重大意义,试验表明最低滚动速度的存在很明显它低于不使表面被破坏的流动速度△的控制降低了这种最低限制当然,△,而且,表面粗糙度从1减小到
0.58um这对降低__成本和减少环境污染都用重大意义感谢__感谢Mr.Simmong,ChyeWillson和Ms.JeoPhaikLvon在此项目执行过程中提供了测量仪器和实验助手这个项目得到了科学技术和研究基金会的支持项目号C01-P-067AR____(略)。