【正文】 ，具有很高的性能價(jià)格比，采用機(jī)電一體化技術(shù)，適合國情，符合國際發(fā)展動(dòng)態(tài)，但設(shè)計(jì)高自動(dòng)化、低成本的適合我國國情的金相試樣拋光機(jī)仍然面臨有待攻克的難題，提高各項(xiàng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)仍是今后拋光機(jī)設(shè)計(jì)需解決的主要內(nèi)容。 金 屬 材料 的 力 學(xué) 性 能 不 僅 與 它 的 化 學(xué) 成 分 有 關(guān) ， 也 與 它 的 組 織 結(jié) 構(gòu) 有 著 密 切 的 關(guān) 系 。 每 項(xiàng)操 作 都 必 須 嚴(yán) 格 細(xì) 心 因 為 任 何 階 段 的 失 誤 都 可 能 影 響 以 后 的 步 驟 ， 在 極 端 的 情 況 下 ，不 正 確 的 制 作 可 能 造 成 假 組 織 ， 從 而 得 出 錯(cuò) 誤 的 結(jié) 論 。 拋 光 試 樣 的 方 法 有 機(jī) 械 拋 光 、 電 解 拋 光 、 化 學(xué) 拋 光 以 及 復(fù) 合 拋 光 等 。它的主募研磨拋光產(chǎn)品有MAPS、AbraPol—AbraPlan—i0、Abramin辭。上述兩家公司的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，每臺價(jià)值均在10000美元以上，耗資巨大且配件消耗和材料仍需進(jìn)口，不適合我國國情。如：拋光鑄鐵試樣時(shí)，試樣在拋光過程中應(yīng)不斷旋轉(zhuǎn)，盡量縮短拋光時(shí)間。例如，國內(nèi)研制的拋光機(jī)多數(shù)機(jī)型的拋光盤為單盤或雙盤，有水龍頭，但冷卻條件差。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）62 金相試樣拋光機(jī)設(shè)計(jì)思想及方案確定金相試樣拋光機(jī)對機(jī)械設(shè)計(jì)的要求有：精度高、運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠，具有良好的伺服性能。能對時(shí)間進(jìn)行控制。拋光按其原理可以分為機(jī)械拋光，電解拋光，化學(xué)拋光，以及復(fù)合拋光。(3)化學(xué)拋光化學(xué)拋光是完全依靠化學(xué)藥劑的腐蝕作用而得到光亮的拋光表面。第一種設(shè)計(jì)方案：自動(dòng)減加壓機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)，利用步進(jìn)電機(jī)作為此裝置的動(dòng)力源，通過一個(gè)比例為 1:1 的齒輪箱與動(dòng)力頭相接。驅(qū)動(dòng)夾具旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對工件的加壓。第二種設(shè)計(jì)方案：直接用步進(jìn)電機(jī)與一個(gè)帶有內(nèi)花鍵的絲杠相連，絲杠與主軸通過花鍵連接，使主軸能上下移動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)的控制采用模糊 PID 控制, 模糊 PID 控制器由多種結(jié)構(gòu)形式，但基本原理本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8基本一致，即運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本原理和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規(guī)則以及有關(guān)信息作為知識存入計(jì)算機(jī)的知識庫中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況運(yùn)用模糊推理，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對 PID 參數(shù)的最佳調(diào)整，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。壓力在一定范圍內(nèi)自行調(diào)節(jié)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）93金相試樣拋光機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)要求精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠，具有良好的伺服性能。對拋光運(yùn)動(dòng)軌跡的基本要求如下：工件相對拋光盤作平面平行運(yùn)動(dòng)，能使工件上各點(diǎn)具有相同或相近的拋光行程。及時(shí)變換工件的運(yùn)動(dòng)方向．使拋光紋路復(fù)雜多變，有利于降低表面租糙度并保證表面均勻一本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10致。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)固定在其上的螺母旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿下移，按設(shè)定壓力在夾具上產(chǎn)生彈性力。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)置時(shí)間的 2/3 時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在脈沖信號作用下，每隔一定時(shí)間，壓力釋放一次，螺桿緩慢向上移動(dòng)，逐步釋放主軸上的彈性力，當(dāng)壓力低于 20 牛頓時(shí)停止釋放，并一直保持到設(shè)定時(shí)間到達(dá)，拋光機(jī)動(dòng)力頭產(chǎn)生的壓力曲線如圖 3—2 壓力曲線圖所示。lr/83．2加、減壓機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)加減壓機(jī)構(gòu)是拋光機(jī)機(jī)體的關(guān)鍵組成部分，對拋光機(jī)的性能有很大影響。在絲杠螺母與動(dòng)力頭之間裝有彈簧以實(shí)現(xiàn)彈性力的加載。N——電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由 M= 。精度等級：由表 108 （該節(jié)中所指的表均指《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中的表）選 6 級精度因齒輪要求較低，受力很小。（4）確定傳動(dòng)主要尺寸：計(jì)算實(shí)際分度圓直徑 d d1 = mZ1 = 229 =58 mmd2 = mZ2 = 229 =58 mm計(jì)算中心距a = = = 58 mm21?58計(jì)算齒輪寬度b =φ bd1 = 158 = 58 mm由表 103 先求：Ft = = =.? = = N/mm ＜100 N/合適本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18 齒輪軸的設(shè)計(jì)（1）輸入功率 P = W1 轉(zhuǎn)速 n = 60 r/min 轉(zhuǎn)矩 T = Nmm1（2）求作用在齒輪上的力齒輪 1 的分度圓直徑 d = 58 mm1 Ft = = = N （31258.?11）Fr = Fttan20176。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20在此裝備中齒輪潤滑用塑料潤滑劑，其軸采用潤滑油潤滑。在傳導(dǎo)過成中，齒輪受力較小，絲杠所受力最大為 100N，在傳動(dòng)中滾珠與螺文牙相摩擦，而滾珠強(qiáng)度一般高于螺紋牙?？辜羟袕?qiáng)度條件計(jì)算： (314)][?????DbuF式中： b ——螺紋牙根的厚度，單位為 mm，對于矩形螺紋，b=，對于梯形螺紋，b=，對于 30 鋸齒形螺紋，b=，P 為螺紋距；? l——彎曲力臂，單位為 mm [ ——螺母材料的許用切應(yīng)力，單位為 MPa ]?所以； 100 =??)(??[ =[ = /3~5]]?s [ ——為螺母算選材料的許應(yīng)力，單位為 MPa]? ——螺母所選材料的屈服極限，單位為 MPa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 58 知，s本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21取 =240s? 則 [ = 所以： 故滿足此條件]?][??抗彎曲強(qiáng)度計(jì)算： (315)???][b?L = = =?45. = =???)8314.(? [ =（~）[ =（~） /3~5]b]?s?所以：48 [ [ 滿足條件適合。sc S ——絲杠穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋，S =~5：對于傳導(dǎo)螺旋，s sS =~；對于精密活水平的，S 〉 4。AI41d所以，臨界載荷 F 可按歐拉公式計(jì)算，即cr F = (317)cr)(式中：E——材料的拉壓彈性模量，單位為 MPa , E= MPa；510? I——危險(xiǎn)截面的慣性矩，I= ,單位為 mm 。 因?yàn)閯?dòng)力頭作用在工件上的力最高被定位 100 牛，所以取最大值 T=100 =2330N 根據(jù)拋光機(jī)的選擇滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)，?23m? P][?知，[ 取得最大值為 ?]P?故 = + =+= [213064..??]P? 電機(jī)的計(jì)算選擇動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)的計(jì)算選擇本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23本機(jī)對電機(jī)的要求：動(dòng)力頭的動(dòng)力源提供電機(jī)選擇步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是一種把脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：P= Ω而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。 運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降，伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。 因動(dòng)力頭對拋光盤產(chǎn)生的最大壓力是 100 牛，拋光盤摩擦系數(shù)最大取 =?所以，轉(zhuǎn)矩 T=100 110=1100N ，轉(zhuǎn)速參數(shù) n=300~500r/min ?m?由公式：T= ，所以 P= =，查《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊》表 31nP959501?59，選擇 90SZ51 電機(jī)表 341轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速 功率 電壓 電流電樞 電流勵(lì)磁 允許正反轉(zhuǎn)速差5200Nm 1500r/min 80W 110V 100r/min所以，電機(jī)和拋光盤之間采用三角橡膠帶傳送，傳送比為 1：3，在主軸周圍設(shè)計(jì)了本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25一個(gè)方形承槽，上端用防水擋板與外殼固定在一起，水槽底部安裝有排水管道，以排除拋光時(shí)的污水。夾持盤中試樣安裝槽是根據(jù)試樣形狀和尺寸設(shè)計(jì)，常規(guī)試樣以圓柱形，柱形和片狀為主，因此設(shè)計(jì)了3種形狀如圖41所示。不規(guī)則試樣，尺寸極小的試樣和帶滲層的試樣，由于占比例不大，可采用鑲嵌方法。當(dāng)按下“參數(shù)設(shè)定”按鍵時(shí)，光標(biāo)將在參數(shù)部位（開始時(shí)光標(biāo)定位在時(shí)間的分鐘部位）閃爍，每按一次，閃爍光標(biāo)將移位一次?！皰伖獗P轉(zhuǎn)向”按鍵可以方便拋光過程中對拋光盤進(jìn)行手動(dòng)控制。核心處理器對按鍵輸入的工作參數(shù)進(jìn)行處理后，通過拋光機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來控制整個(gè)拋光過程。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制動(dòng)力頭上升和下降，由壓力監(jiān)測系統(tǒng)將壓力傳回MCU；拋光盤電機(jī)的轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)傳回MCU，從而形成完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速。2 個(gè)反饋閉環(huán)在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31結(jié)構(gòu)上采用一環(huán)套一環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)，這就是所謂的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，他具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛地應(yīng)用。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）326 總結(jié)采用機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)的金相試樣拋光機(jī)，系統(tǒng)可根據(jù)不同的試樣調(diào)整加壓機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)拋光壓力的持續(xù)可調(diào)，并實(shí)現(xiàn)拋光盤轉(zhuǎn)速緩升一穩(wěn)定運(yùn)行一轉(zhuǎn)速緩建的運(yùn)行模式。這四年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33參考文獻(xiàn)[1] 王會(huì)強(qiáng)，孫維連，楊鈺瑛. 金相試樣拋光機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 機(jī)械與電子，2022，2528[2] 陳文娟，孫維連. 金相試樣拋光機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)的研究 . 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