【正文】 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 1 第 1章 緒論 課題背景 立式槍管珩磨機(jī)是槍支生產(chǎn)企業(yè)中的一種特殊 的機(jī)械加工設(shè)備，主要用于 槍管內(nèi)孔的 最終加工 工序，加工后內(nèi)孔的表面粗糙度能夠達(dá)到~。近幾十年來，槍管內(nèi)孔的加工設(shè)備發(fā)展迅速，例如槍鉆機(jī)、鉸孔機(jī)、鏜床等，但這些加工設(shè)備加工的孔徑表面精度不如珩磨機(jī)的加工精度高，這將影響槍支的使用壽命， 也會限制槍支零件的通用性和 標(biāo)準(zhǔn)性 。 最重要的是， 這樣的產(chǎn)品質(zhì)量不能夠占領(lǐng) 市場。眾所周知， 精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要支撐技術(shù)，是現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造科學(xué)的 發(fā)展方向。故此類技術(shù)的發(fā)展是就具有了現(xiàn)實(shí)意義，而珩磨技術(shù)屬于精密加工技術(shù)的一種形式。 同時(shí)，槍管內(nèi)孔加工設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造水平，能夠代表槍支生產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)水平，對于提高我國警、軍的戰(zhàn)斗力和保障力， 都有極其重要的影響 。因此，發(fā)展立式槍管珩磨機(jī)就顯得十分重要了。 磨削加工技術(shù)發(fā)展概況 珩磨工藝是磨削加工的一種特殊形式， 它隨著磨削技術(shù)的發(fā)展不斷的 發(fā)展 起來 ，那就簡單介紹一下磨削 加工技術(shù)發(fā)展情況。 磨削加工是利用磨料去除材料的加工方法。用磨料去除材料的加工是人類最早使用的生產(chǎn)技術(shù)方法。 18 世紀(jì)中期出現(xiàn)第 一臺外圓磨床，用石英石、石榴石等天然磨料敲鑿成磨具，進(jìn)而用天然磨料和粘土燒結(jié)成砂輪，隨后又研制成功平面磨床，應(yīng)用磨削技術(shù)逐漸形成。 1901 年以后，相繼發(fā)明人工熔煉的氧化鋁（剛玉）、碳化硅磨料。 20 世紀(jì) 40 年代末期，人造金剛石問世。 1957 年研制成功立方氮化硼、超硬磨料人造金剛石砂輪與立方氮化硼砂輪的應(yīng)用及磨削技術(shù)的發(fā)展，使磨削加工精度及齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 2 加工效率不斷提高，磨削加工應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大 [1]。 解放前，我國磨床工業(yè)及磨料工業(yè)幾乎是一片空白。上海牙中機(jī)器廠（今上海第三機(jī)床廠）于 1944 年制造出我國第一臺外圓磨床。解放后，我國相繼建立了現(xiàn)代的磨床、磨料、磨具制造廠及專業(yè)研究所，造就了一大批從事磨床設(shè)計(jì)制造、磨料磨具研究、制造的專業(yè)科學(xué)技術(shù)隊(duì)伍。 1955 年以前，試制并生產(chǎn)了黑、綠色碳化硅和白、棕色的剛玉，陸續(xù)開發(fā)了各種磨具。 1963 年成功地合成出我國第一顆人造金剛石， 1966年投入批量生產(chǎn)。 1967 年研制成功立方氮化硼相繼面世。與此同時(shí)，我國磨床工業(yè)經(jīng)歷了 50 年代初的測繪、仿制階段， 50 年代末期開始自行設(shè)計(jì)。改革開放推動了磨床工業(yè)的巨大發(fā)展?，F(xiàn)在我國已能設(shè)計(jì)制造高精度、高效率、機(jī)電一體化的磨床。 當(dāng)今高速高效磨削、超高速磨 削在歐洲、美國和日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快，如德國的 Aachen大學(xué)、 Bremm大學(xué)、美國的 Connecticut大學(xué)等，有的在實(shí)驗(yàn)室完成了 sv 為 250m/s、 350m/s、 400m/s 的實(shí)驗(yàn)。 我國 對高速磨削及磨具的研究已有多年的歷史，在 70 年代末期便進(jìn)行了 80 m/s、 120 m/s 的磨削工藝實(shí)驗(yàn)；前幾年，也計(jì)劃開展 250m/s的磨削研究，但因技術(shù)尚未成熟，這方面的研究開展 得很少 [2]。 磨削加工方法與分類 根據(jù) 加工對象的工藝目的和 要求不同，磨削加工已發(fā)展為多種加工形式的加工工藝。通常按工具類型進(jìn)行分類，可分為使用固定磨料加工及使用自由磨 粒加工兩大類，如表 11 所示。 磨削加工方法雖然眾多，但從磨削區(qū)的基本情況來看，大致可分為2 類： 1)恒壓力磨削 所謂恒壓力磨削是指控制切 入壓力為定值的磨削，即通過控制磨頭重量、杠桿、人力、液壓、氣動及 電 器 系統(tǒng)來控制砂輪對工件的壓力。 2)定壓給磨削 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 3 所謂定進(jìn)給磨削是指控制切入進(jìn)給速度謂恒值的磨削。 圖 11[1] 磨削加工方法分類 磨削加工 固 定 磨 粒 加 工 固 結(jié) 磨 具 振動磨削 砂輪磨削 珩 磨 超精磨削 電解磨削 涂附磨具加工 砂帶磨削 葉輪磨削 自 由（游 離） 磨 粒 加 工 研 磨 拋 光 滾 磨 噴射加工 磨料流加工 彈性發(fā)射 磨削加工技術(shù)發(fā)展趨勢 磨削加工是機(jī)械制造中重要的加工工藝。隨著機(jī)械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的重要不斷提高，高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、高功能性的新型材料的應(yīng)用增多，給磨削加工提出了許多新問題，諸如材料的磨削 加工性及表面完整性、超精密磨削、高效磨削和磨削自動化等問題逐待解決。當(dāng)前 ，磨削加工技術(shù)正朝著使用超硬磨料磨具，開發(fā)精密及超精密磨削，高速，高效磨削工藝及研制高精度、高剛度的自動化磨床的方向發(fā)展 [3]。 磨削理論與工藝研究深入發(fā)展 根據(jù)物理學(xué)、數(shù)學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、摩擦學(xué)、切削學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息論和控制論等基礎(chǔ)科學(xué)、研究磨削過程的機(jī)理、磨屑的形成、磨削力、磨削功率，磨削溫度、磨削熱、磨削去溫度的分布與傳齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 4 散以及磨削區(qū)接觸弧長等問題。 通過實(shí)驗(yàn)考察、理論分析、模擬與仿真、建立數(shù)學(xué)模型 [4]，確立合理地切削規(guī)范與磨削用量，揭示磨削過程諸現(xiàn)象的本質(zhì) [5]，總結(jié)出磨削過 程中的規(guī)律，用于 指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際。 隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新型工程材料的大量出現(xiàn)與在工程上的使用。磨料磨具行業(yè)研究和開發(fā)新型磨料、磨具，特別是研究和開發(fā)超硬超微細(xì)磨料及其磨具的制造技術(shù)，以適應(yīng)超精密磨削、超高速磨削；從事磨削工藝技術(shù)人員 的研究則集中在砂輪的磨損、砂輪地貌、砂輪修整技術(shù)及砂輪磨損的監(jiān)測與控制。一些新型難加工材料如陶瓷、 PeBN、 PCD等，用傳統(tǒng)磨削工藝很難進(jìn)行加工，瑞士 Agathon 公司的 等人研究一種新的可控電化學(xué)工藝再現(xiàn)修整金屬結(jié)合劑砂輪的方法——ECD 法， 提供了磨削這類難加工材料 的新途徑，磨削工件的質(zhì)量也有很大提高。 當(dāng)前精密磨削是指被加工零件的加工精度達(dá) 1~，表面粗糙度Ra 為 ~。超精密磨削的加工精度小于 ，表面粗糙度 Ra≤，磨床定位精度的分辨率和重復(fù)精度小于 ?，F(xiàn)在超精密磨削正從微米、亞微米（ 1~）的加工向納米(10 2? ~103? μm)加工發(fā)展。用磨具進(jìn)行磨削和用磨粒進(jìn)行研磨和拋光是實(shí)現(xiàn)精密及超精密加工 的主要途徑。 磨削自動化和智能化 隨著機(jī)械制造業(yè)向著 FMS(柔性制造系統(tǒng)）、 CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) )、 IMS（智能制造系統(tǒng)）高度自動化方向發(fā)展，對磨削加工提出了自動化的要求 [6]。 CNC 磨床的發(fā)展較 CNC 車床、銑床等起步較晚。 20世紀(jì) 80 年代、 90 年代是數(shù)控磨床迅速發(fā)展和進(jìn)入普及使用時(shí)期。 80 年代后期瑞士斯都德（ Studer）公司開發(fā)了 S456 型磨削加工中心（ GC），美、日、德亦相繼開發(fā)了外圓磨削加工中心（ EGC）、內(nèi)圓磨削加工中心（ IGC）、坐標(biāo)磨削加工中心（ JGC），無心磨削加工中 心（ CGC）、平面磨削加工中心（ SGC）、工具磨削加工中心（ TGC）。 CNC 磨床具有砂輪與工件自動交換裝置（ ATC、 AWC）及 AMN，可實(shí)現(xiàn) FMS 化。 20 世紀(jì) 90 年代， 日本公布了關(guān)于磨削加工智能化研究成果。日本齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 5 MAZAK 公司于 2021 年 9 月首次展出智能機(jī)床，向未來理想的 “適應(yīng)控制 ”機(jī)床方面大大前進(jìn)了一步。 磨削工藝過程監(jiān)控與檢測技術(shù) 實(shí)現(xiàn)磨削加工計(jì)算機(jī)控制與智能化，對磨削過程進(jìn)行監(jiān)控是一個重要問題。解決磨削過程諸現(xiàn)象的信號識別、信號采集、信號數(shù)據(jù)處理、反饋與補(bǔ)償，需要高靈敏度的傳感器， 還需要 有專家系統(tǒng)或智能系統(tǒng)及軟件設(shè)計(jì)等技術(shù)的支撐，對砂輪的磨損與破損情況采用聲放射監(jiān)控系統(tǒng)。由于磨削過程復(fù)雜性， 目前磨削過程的監(jiān)控系統(tǒng)在理論上及實(shí)用性方面尚有許多問題沒有解決。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 6 第 2 章 珩磨工藝分析 珩磨工藝是磨削加工的一種特殊形式，又是精加工中的一種高效加工方法。這種工藝不僅能去除較大的加工余量，而且是一種提高零件尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度的有效加工方法。 珩磨加工特點(diǎn) 珩磨加工與一般切削加工相比有下列特點(diǎn) : 珩磨可以在較短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)濟(jì)地獲得較高的形狀精 度及尺寸精度。加工直徑小于 50mm 的孔時(shí)，其圓柱度可達(dá) ，軸心直線度可達(dá) 1μm； 加工 φ50~φ200mm的孔時(shí)，其圓柱度誤差在 3~5μm之間；孔深在300~400mm 時(shí)，圓柱度可達(dá) 10μm以下。經(jīng)珩磨加工的內(nèi)孔，尺寸精度可達(dá) IT6~IT7，但珩磨加工不能提高被加工孔的位置精度。 1)珩磨的加工表面具有交叉網(wǎng)紋，有利于潤滑油的儲存及油膜的保持， 能承受攪得的載荷，工件耐磨性好。 2)珩磨表面粗糙度 Ra 值通?？蛇_(dá) ~，最高可達(dá) 。 3)珩磨加工表面 幾乎沒有熱損失、變質(zhì)層、嵌砂或冷硬現(xiàn)象。但存在高的殘余應(yīng)力。這些都有利于零件使用壽命的提高。 珩磨能加工各種內(nèi)孔（通孔、盲孔、多臺階孔、圓錐孔、橢圓孔和余擺線孔等）、平面、外圓柱表面、球面、齒輪表面、發(fā)電機(jī)曲線表面等；能加工的孔徑范圍為 φ2~φ2021mm，孔深最大為 24000mm，長徑比l/d 約為 1/（ 50~300）；幾乎能加工所有工業(yè)用材料。 ，對機(jī)床精度的要求低 珩磨是大面積多刃切削加工，因而具有較高的材料切除率，如珩磨齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 7 直徑為 100mm左右的缸套孔，其材料切除率可達(dá) 300~500mm3 /s。 珩磨加工的工作原理 珩磨是利用安裝在珩磨頭圓周上的若干砂條（油石），由張開機(jī)構(gòu)將砂條沿徑向張開，使其壓向工件的孔壁；與此同時(shí)，使珩磨頭（或工件）作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線往復(fù)運(yùn)動，對孔進(jìn)行低速磨削和摩擦拋光。旋轉(zhuǎn)及往復(fù)運(yùn)動的結(jié)果是，油石上的磨粒在孔的表面上的切削軌跡呈交叉而又不重復(fù)的網(wǎng)紋 [7]。因而獲得表面粗糙度較小的加工 表面。徑向加壓運(yùn)動是油石的進(jìn)給運(yùn)動，加壓運(yùn)動愈大，進(jìn)給量就愈大。 珩磨石油 珩磨前 正確地選擇油石是保證順利完成珩磨工藝的重要條件之一。油石的特性和砂輪一樣，也是用磨粒、粒度、硬度、結(jié)合劑等幾個參數(shù)來表示的。 珩磨油石的磨粒是油石的一個重要性能，它直接影響到珩磨加工的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。生產(chǎn)中使用的珩磨油石主要有白剛玉、棕剛玉、黑色碳化硅和綠色碳化硅等，使用人造金剛石、立方氮化硼做珩磨油石的磨粒。 珩磨油石的粒度的粗細(xì)直接影響加工表面的表面粗糙度和生產(chǎn)率。因此一般根據(jù)生產(chǎn)率與表面粗糙度決定珩磨油石的粒度。一般粗珩選用80 ~180 ，半精珩選用 180 ~280 ，精珩選用以上 W40。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中，要求槍管加工后的表面粗糙度為 ~，表 [1]選用粒度W50 的普通珩磨油石。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 8 珩磨油石的硬度取決于珩磨金屬的硬度，從油石的自銳性出發(fā)，珩磨硬的金屬要選用較軟的油石；珩磨軟金屬則要選擇較硬的油石。油石硬度的高低，是指結(jié)合 劑對磨粒粘結(jié)能力的強(qiáng)弱，它與磨粒本身的硬度高低無關(guān)。 珩磨油石的規(guī)格是指油石的形狀和尺寸。珩磨孔徑為 ，因此表 [1]選用普通油石截面 BHL＝ 4mm3mm50mm。 切削液 珩磨中應(yīng)使用切削液，目的是吸收熱量，冷卻工件和油石；沖刷工件和油石表面，沖走脫落磨粒、碎末和磨屑，以免堵塞油石；在油石和工件接觸表面形成一層油膜，改善工作狀況。由槍管材料決定選用油劑，其中煤油占 85%，硫化礦物油占 15%。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 9 第 3 章 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì) 思路闡述 首先，確定總體方案，實(shí)現(xiàn)槍管內(nèi)孔珩磨加工所需要的運(yùn)動。初步確定珩磨工藝所需的基本的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。由珩磨加工所需的力與速度，確定加工所需功率，綜合考慮各傳動部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率，反推出 電動機(jī)所要提供的功率值。 為能夠使機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡單，選用三個電動機(jī)分別實(shí)現(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由兩個相同的電動機(jī)帶動。為了能達(dá)到這個目標(biāo)，待確定電動機(jī)后，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括： 。選擇零部件的尺寸，設(shè)計(jì)計(jì)算零部件的尺寸大小； 實(shí)際需要，合理布局各個執(zhí)行部件，進(jìn)行機(jī)架設(shè) 計(jì)； 控制部分設(shè)計(jì)。 實(shí)現(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動 在往復(fù)的直線運(yùn)動中， 通常采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)，但考慮到槍管長度為 450mm~650mm，加工長度較大，凸輪的升程和回程都要大于 650mm，使得凸輪的尺寸過大，在設(shè)計(jì)計(jì)算與制造上都帶來很大的困難， 同時(shí)工作過程中凸輪磨損大，精確度要求很難得到保證，故在本設(shè)計(jì)中采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。由于珩磨加工與一般切削加工相比精確度要求很高，因此槍管的往復(fù)的直線運(yùn)動要有嚴(yán)格的直線度要求。采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)能夠很容易地確保磨具直線度的要求，同時(shí)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)加工制造都較容易。 （如圖 31） 由于槍管長度為 450mm~650mm，滑塊的實(shí)際的最大行程應(yīng)大于650mm，