研磨机开题报告

2015届学生毕业论文（设计）存档编号：__________

毕业设计

开题报告

设计课题：全自动端面研磨机设计——主轴系统设计

（英文）：Automatic face grinding machine design——

The spindle system design

学院：机电与建筑工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

姓名：钟井凤

学号： 112206104106

指导老师：易建钢

2015年3 月29日

开题报告主要内容

一、课题的来源

二、研磨机的发展趋势和现状

三、研究研磨机的目的和意义

四、主要的设计任务

五、设计方法和实施方案

六、设计进度计划安排

七、参考文献

指导教师签字: 年月日

教研室主任签字年月日

主管领导签字年月日

一、课题来源

研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。它是指利用磨具通过磨料作用于工件表面，进行微量加工的过程。研磨加工的特征是加工精度和质量高。并且加工材料广，几乎可以加工任何固态材料。近年来，随着人们对产品性能的要求日益提高，研磨加工以其加工精度和加工质量高再次受到人们的关注。尤其近几年信息技术和光学技术的发展，对光学零件不仅需求量增大，而且对其质量和精度都提出很高要求，而研磨作为光学加工中一种非常重要的加工方法，起到了不可替代的作用。许多人从事研磨加工技术的研究，目的都是进一步提高研磨加工效率和加工精度，降低加工成本。

在中国，很多制造企业当中，许多机器零件都各有特点，没有统一标准，传统研磨机床不是加工达标率不高，就是不符合生产需求，若采用高新科技机床，代价相当昂贵，相当企业采取劳动强度大的人工研磨，这就急需企业自主设计经济实用的专用研磨设备。此次课题就是帮助解决戴蒙德（湖北）有限公司所生产阀体柔性阀瓣人工研磨（图1）问题，设计一台柔性阀瓣半自动研磨设备。

图1 某公司手工研磨现场

二、研磨机的发展趋势

研磨机发展史，笼统地说分为传统研磨和现代研磨。传统研磨的历史悠久，可以追溯至千年以前。现代研磨技术的充分应用是工业发展的必然结果。特别是数字化研磨技术的出现，更是使研磨机技术有了质的飞越。现在研磨机分为数字型和人工操作型。20世纪的研磨机，大都是人工操作型，研磨精度较低。进入了21世纪，微型计算机技术日新月异，研磨机技术和计算机技术结合，使研磨机的技术大大提升。特别是数字型双面研磨机的应用，更是研磨机发展史上里程碑的事件。研磨机是用涂上或嵌入磨料的研具对工件表面进行研磨的磨床，主要用于研磨工件中的高精度平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、螺纹面和其他型面。18世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技术水平才能磨出精密的工件。1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。1990年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，绗磨机和超精加工机床等相继制成使用，50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床，60年代末又出现了砂轮线，速度达60-80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床，70年代末，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。随着高精度、高精度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增当今时代平面抛光机研磨技术已成为一种新技术发展的新潜能新开发的研磨技术无论是从应用成本效率以及工作运输当中都得到了很大的改善。该技术已经广泛应用到汽车、家电、IT 电子信息高技术领域和军用、民用工业。双面平面研磨机是在超精密磨削的基础上发展起来的一种磨削方法主要用于加工两平行面。由于研磨加工正向更高的加工精度发展而且加工质量也正在不断提高因此以后研磨几乎可以加工任何固态材料。

一般来讲研磨轨迹主要有4种：

(1)直线研磨运动轨迹。此种方法适用于台阶的狭长平面工件研磨可获

(2)摆动式直线研磨运动轨迹。可以获得较好的平直度。

(3)螺旋形研磨运动轨迹。主要用于圆片形或圆柱形工件端平面研磨能获得较高的平面

度和较小的表面粗糙度。

(4)“8”字形研磨运动轨迹。适用于平板类工件的修整和小平面工件的研磨能使相互研

磨的平面介质均匀接触，并且研具均匀地磨损。

目前，国内外研磨加工主要还是采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨。其特点是加工精度高、加工设备简单、投资少，但是加工精度不稳定、加工成本高、效率低。正是由于散粒磨料研磨存在一些不足，所以许多学者在研究改进这种研磨加工技术。随着人们对产品性能的要求日益提高研磨加工以其加工精度和加工质量高而越来越受到了人们的关注。因此，超精密研磨、抛光等技术的研究，今后将更引人注目。

三、研磨机的现状

目前国内生产高速研磨机的厂家不少，但由于研磨加工的针对性较强，对不同的工件，研磨加工的方法也有很大的差别。所以人们研究开发出了许多专用的研磨机。我国在八十年代研究出来第一台PJM320型平面研磨机。曾获得国家科学大会奖。现在西安秦川发展有限公司生产的PJM320B就是以它为原型改进的。在光学加工中研磨又称精磨，所以研磨机也成为精磨机。目前还有南京仪机股份有限公司生产的PLM-400精密抛光机。以及我国台湾高钰精密有限公司生产的各种精磨机。其中平面精磨机有DL-380和CDL-600和VDL-900型号和双面研磨机有CDL-4B-4L和CDL-6B-6L及CDL-9B-5L等型号。其中COL-380型研磨机研磨精度高，可达到的平面度为0.2um-0.5um,表面粗糙度达Ra0.1um以下，它可加工各种材质。为提高加工效率人们研制出双面研磨机，如兰州东胜机械制造有限公司生产的DSL9B-5P型双面研磨机，它加工出的10微米级，平面度及平行度在千分之一毫米。还有深圳宏达公司生产的双平面研磨机，其平行度及平面度也为千分之一毫米。球面高速研磨机按加工工件表面的曲率半径不同，分为大球面、中球面和小球面三种：其中Q875型高速研磨机和QJM-40小球面高速精磨机和QJM-100中球高速研磨机应用较为普遍。目前，国外高品质的研磨机床已实现系列化，而且加工精度已达到很高水平。如SPEEDFAM高速平面研磨机，具有粗研磨及精研磨的广泛研磨能力，能以短时间和低成本获得较高的平行度、平面度、以及表面粗糙度。即使不熟练的操作人员，亦能达到尺寸公差3um、平面度0.3um、平行度3um，表面粗糙度Ra0.2um以内的高精度加工水平。又如Takao NAKAMURA等人研制的硅片研磨机，可同时加工5片直径为125mm的硅片，当硅片厚度在500~515um时，经过24~30min的抛光，尺寸可达到480um,平均材料去除率0.51~0.57um/min。随着科技的进步和社会的发展,人们对加工精度的要求越来越高。加工技术水平也在不断提高，由原来的精密、超精密加工,发展到现在的纳米级加工。纳米级高效研磨加工技术主要采用固着磨料高速研磨加工方法。固着磨料高速研磨与传统的散粒磨料研磨不同，其磨料的密度分布是可控的。利用固着磨料研磨的这一特点，根据工件磨具间的相对运动轨迹密度分布，合理地设计磨具上磨料密度分布，以使磨具在研磨过程中所出现的磨损不影响磨具面型精度，从而显著提高工件的面型精度，并且避免修整磨具的麻烦。目前国内外生产的研磨机基本上都是中大型的。对于小型便携式高速研磨机的研究有限。而目前便携式的研磨机只有专门维修阀门的维修机具。目前国内外的高速研磨机的发展方向主要是进一步提高研磨加工质量和加工效率，提高研磨机的自动化程度，以减轻操作者的劳动强度。而对维修设备现场使用的便携式研磨机还没有人进行研究和开发。

四、研究研磨机的目的和意义

端面研磨机主要用于石英晶体片、硅、锗片、玻璃、陶瓷片、活塞环、阀片、钟表玻璃、铅、铁、硼、钼片、蓝宝石、铁氧体、铌酸锂、DTC等各种片状金属、非金属材料的平面磨光和抛光。研磨技术作为机械加工技术中的重要技术之一在机械加工中应用越来越广泛。我们通常所说的研磨技术其工作原理就是利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工在加工时将被磨材料放于平整的研磨盘上研磨盘逆时钟转动修正轮带动工件自转重力加压或其它方式对工件施压工件与研磨盘作相对运转磨擦来达到研磨抛光目的。通常来讲产生磨削作用的磨料颗粒有两种来源一种来自于不断外加常称为游离磨料，另一种方法是将磨料颗粒固定在研磨盘中常称为固着磨料。本项目将设计端面平面研磨机构它不仅解决了传统研磨存在加工效率低、加工成本高、加工精度和加工质量不稳定等缺点提高了研磨技术水平保证研磨加工精度和加工质量而且还显著降低加工成本提高加工效率使研磨技术进一步实用化。

目前国内外研磨加工普遍采用散粒磨料在慢速研磨机上研磨，存在的缺点主要有：

(1)磨料散置于磨盘上，为避免磨料飞溅，磨盘转速不能太高，因此加工效率低；

(2)磨料与从工件上磨下的碎屑混淆在一起，不能充分发挥切削作用，而且还要与这些

碎屑一起被清洗掉，浪费能源、浪费磨料；

(3)磨料在磨盘上是随机分布的，其分布密度不均，造成对工件研磨切削量不均，工件

面形精度不易控制。特别是磨料与工件间的相对运动具有随机性，这也增加了工件面形精度的不确定因素；

(4)在研磨加工中要严格控制冷却液的流量，以避免冲走磨料，这使得冷却效果变差，

容易引起工件升温，造成加工精度下降；

(5)大颗粒磨料起主要切削作用，易划伤工件表面，所以对磨料尺寸均匀性要求高；

(6)磨料能嵌入软材质的工件表面，影响工件的使用性能；

(7)在研磨中磨料之间相互切削，浪费磨料；

(8)磨盘磨损后修整难，需要三个磨盘对研；

(9)各道工序间清洗工件要严格；

由于传统研磨存在上述缺点，所以许多人在研究如何改进这种研磨技术。有人研究新型研磨液，有人研究不同磨料和不同材料磨盘的研磨效果，以寻求对应于不同工件的最佳磨料和磨盘。刀具的质量直接影响着被加工工件的质量。为提高工件的质量，人们对刀具提出了较高的要求，特别是用于精密和超精密加工的金刚石刀具都要采用研磨加

工。所以国内外一些人专门研究刀具加工技术的研究。为了提高加工效率，有人研究可以同时加工工件两个表面的双面研磨机。最近人们也探索了许多新的研磨技术，如施加特殊研磨力研磨，有振动研磨、磁性流体研磨和磁力研磨。采用微粒子冲击去除材料研磨，有弹性发射加工、非接触研磨和利用电泳动研磨。用特殊工具研磨有砂带研磨、液体结合剂砂轮研磨、采用研磨膜研磨和固着磨料研磨，复合研磨有机械化学研磨和电解研磨法等。随着时代的发展和科技的进步，人们研究出来了高速研磨机变速控制方法，这种技术属于机械加工技术中的超精密加工技术，在研磨加工开始及结束两个阶段控制磨具转速的变化，使之有一个缓慢、迅速、缓慢的提速和降速过程。其效果在于大为减轻磨具与工件表面的冲击，从而提高加工精度和加工效率。随着技术的发展人们对加工精度的要求越来越高，加工技术水平也在不断提高由原来的精密、超精密加工发展到现在的纳米级加工。但是目前的纳米级加工技术普遍存在着加工效率低、成本高的问题这就限制了纳米加工技术的推广应用。由于存在着这样或那样的问题能通过这次设计对此有所了解和解决一些问题在今后的工作中有比较丰富的理论知识从而更好的适应今后社会的发展。

总之，从学术研究、工业经济生产和从经济战略上来说，首先需要明确自己在本次课程设计中的目标，有了一个清晰而明确的目标，我们才能在设计过程中有所针对性，才能完满完成设计。

五、设计的主要任务

1.设计任务

毕业设计是我们大学期间一个重要的实践环节，其目的在于通过对研磨机的设计，使我们在拟订设计方案、结构形式和装配、制造工艺、零件设计计算，机械制图和编写技术文件的过程中巩固所学知识，并对已经学过的基本知识，基本理论和基本技能进行综合运用。从而培养我们对结构分析和实物设计的能力，使我们树立正确的设计思想，扩大我们的知识面，锻炼我们的专业综合素质，以应对未来工作的需要。

主要任务：

(1)开题报告、外文翻译、文献综述；

(2)设计说明书的编写达到规定要求；

(3)使用CAD绘制2D图纸；

(4)进行必要的三维建模。

2.设计方法和实施方案

端面研磨机主运动方案：

将通过改装Z4112B钻床进行改装研磨机设计，设计一台实习单位适用的阀瓣专用研磨机，主要设计任务有，对主轴的重新设计计算，设计研磨相关部件，以及对关键轴类进行校核计算，设计过程中还涉及到箱座的设计，冷却回收回路设计，电气控制系统的重新设计等，部分零件同时进行有限元分析。

3.图纸任务

设计过程中，超过规定的图纸量。图纸要求按照最新国标的要求进行绘制，尽量使用计算机绘图，同时利用CAD绘制相关2D装配图纸和相关零件图纸，必要时使用solidworks进行的三维建模。

六、设计进度计划

第01——03周：查阅相关文献资料，确定课题并完成开题报告。

第04——06周：完成外文翻译和文献综述，为中期检查做好准备。

第05——09周：对零件进行工艺分析计算，确定正确的工艺方案，开始说明书的撰写；

同时尽力完成初步设计和零件、机构草图。

第10——13周：完成相关零件2D、3D图纸以及说明书撰写与修改。

第14——15周：完成毕业设计最后工作，进行必要修正和整理，同时准备毕业答辩。

参考文献

[1] Michael,A.Fury.Emerging developments in CMP for semiconductor planarization-Part2.Solid state technology,1995,vol.38(7):81-88。

[2] K athleen,A.Perry.Chemical mechanoical polishing.The impact of a new technology on an

industry.Digest of technical papers-symposium Oil VLSI technology. 1998:2-5。

[3] 雷红，雒建斌，张朝辉．化学机械抛光技术的研究进展．上海大学学报(自然科学版)，2003，

9(6)：494-502。

[4] 李长河.化学机械抛光技术.现代零部件，2006（2）：102-103。

[5] 梅燕，韩业斌，聂祚仁.用于超精密硅晶片表面的化学机械抛光（CMP）技术研究.润滑与密封，

2006（9）：203-212。

[6] 杨建东，田春林，高速研磨技术[M],北京:国防工业出版社，2003。

[7] 王先逵，超精密加工切削和磨削机理研究，焦作大学学报，2002(2)。

[8] W．J．Zong，D．Li，K．Cheng，eta1．The material removal mechanism in mechanical lapping

of diamond cutting tools．International Journal of Machine TOOlS and Manufacture，2005，V ol.45：783-788。

[9] I.Inasaki.Grinding Process Simulation Based on the Wheel Topography Measurement．Annals of the

CIRP．1996，V ol.45(1)：347-350。

[10] 吴明明，周兆忠，巫少龙,单晶硅片的制造技术,新技术新工艺，2004（5）：7-10。

[11] 袁巨龙,功能陶瓷的超精密加工技术[M], 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2000。

[12] https://www.360docs.net/doc/de532072.html,/

[13] https://www.360docs.net/doc/de532072.html,/

[14] 赵文宏，黄文君，袁巨龙，修正环型纳米级超精密抛光机智能控制系统的实现，机电工程，

2003,20（3）：38-41。

[15] 高宏刚，陈斌，陈琦FP500型超精密锡磨盘平面研磨机的研制，光学技术，2000,26（6）：486-488。