【正文】 2)激光器的功率：國(guó)外用于汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)汽缸淬火的 CO2激光通常為 2kw～ 5kW，國(guó)內(nèi)通常為 0． 8k。0 2 4 6 磨損上死點(diǎn)位置氣缸軸方向低溫腐蝕進(jìn)氣塵土浸油中塵土下死點(diǎn) (a) 異常 磨損時(shí)氣缸的磨損曲線(xiàn) (b) 正常磨損時(shí)氣缸磨損曲線(xiàn) 圖 61 氣缸的磨損曲線(xiàn) 張貴珍：珩磨機(jī)雙進(jìn)給主軸設(shè)計(jì) 28 激光在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸表面處理中經(jīng)歷了 3個(gè)發(fā)展階段：大斑點(diǎn)慢掃描螺旋式激光淬火、小斑點(diǎn)快掃描網(wǎng)紋式激光淬火和 網(wǎng)紋狀 激光珩磨。光學(xué)系統(tǒng)將光束聚焦到孔壁上 ,采用數(shù)控系統(tǒng)可以保證激光造型結(jié)構(gòu)靈活地適應(yīng)性能所要求的條件 。而精 珩 是進(jìn)一步修磨原始表面，提高強(qiáng)度，降低粗糙度。根據(jù)氣缸套性能所要求的激光造型類(lèi)型確定原始表面。 激光珩磨是珩磨與激光技術(shù) 的復(fù)合，由粗珩、激光造型和精珩三道工序組成。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)表面的激光處理的主要目的是：提高汽缸內(nèi)壁的硬度和耐磨性，并改善汽缸和活塞之間的潤(rùn)滑效果，從而達(dá)到減磨延壽、提高密封性、降低耗油量、減少顆粒排放的效果。該機(jī)床能單機(jī)使用，又能并入到各類(lèi)零件的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上使用，是珩磨加工必備的理想設(shè)備，也是國(guó)內(nèi)技術(shù)最先進(jìn)的珩磨機(jī)產(chǎn)品之一。 寧夏銀川大河數(shù)控機(jī)床有限公司日前開(kāi)發(fā)研制的 2MK221 6 數(shù)控立式珩磨機(jī)，主軸移動(dòng)采用先進(jìn)的比例伺服控制技術(shù)，主軸的位置和移動(dòng)速度可實(shí)現(xiàn)數(shù)字式編程控制。該機(jī)采用可編 程 控制器、模擬量輸出行程傳感器等先進(jìn)的電控器件，可實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的功能操作，動(dòng)態(tài)顯示珩磨頭位置，可輸入上、下限行程值，實(shí)現(xiàn)短沖程珩磨功能。該珩磨機(jī)最大沖程長(zhǎng) 度 3米，最大珩磨孔徑 300 毫米。表面粗糙度值可達(dá)到 aR ～ aR ～ 。 珩磨的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改善了內(nèi)孔的表面結(jié)構(gòu)組織，生成了帶角度的螺旋交叉網(wǎng)紋，形成了具有很好的潤(rùn)滑效果的潤(rùn)滑油膜表面。粗珩孔徑 25 mm、孔長(zhǎng) 25mm 的硬鋼零件時(shí)，去除量在 0. 4 mm 以上，加工周期為 40s。 珩磨是鑄造、澆注、鉆削、鉸削之后的一種精加工工藝，使內(nèi)孔達(dá)到很好的幾何形狀和表面粗糙度。珩磨是一種快速高效的內(nèi) 孔精加工工藝，從發(fā)動(dòng)機(jī)到閥等各種零件，應(yīng)用范圍十分廣泛。但如今隨著工藝的發(fā)展，珩磨發(fā)展成為一種高效率的精加工工藝。 第 六 章 雙進(jìn)給主軸珩磨機(jī)的應(yīng)用 雙進(jìn)給主軸珩磨機(jī)的優(yōu)點(diǎn) ]6[ 內(nèi)孔精加工中，高去除量、短加工周期的珩磨加工工藝正取代研磨加工工藝。 (2)在珩磨生產(chǎn)中要求往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度相等或相近 ,則可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)這一速度差進(jìn)行補(bǔ)償 。從式 可以看出速度反饋校正會(huì)使固有頻率增加，但同時(shí)會(huì)使相對(duì)阻尼系數(shù)下降，這是不希望的 。對(duì)于非 對(duì)稱(chēng)液壓缸的情況，即可以保證其往復(fù)速度是一致的。液壓比例伺服系統(tǒng)速度補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)方塊圖如圖 54 所示。 At為當(dāng)量面積（不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)代表不同值）。如圖 所示的系統(tǒng)，無(wú)論是 M 向運(yùn)動(dòng)還是 N 向運(yùn)動(dòng)，建模所得到的傳 遞函數(shù)模型在結(jié)構(gòu)上是相同的，只是模型參數(shù)不同。如采用 PLC 或計(jì)算機(jī)控制，對(duì)于輸入放大器的控制信號(hào)，應(yīng)使 N向運(yùn)動(dòng)的輸入電壓為： UN=UM+U 補(bǔ) 閉環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)償 由于比例元件的固有特性 （ 例如死區(qū)等 ） 致使電液比例系統(tǒng)一般用在開(kāi)環(huán)控制當(dāng)中。 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)償 對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度差異大小要求不是很高，可根據(jù)電液比例系統(tǒng)的組成，選用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)整輸入比例放大器的電氣信號(hào)來(lái)達(dá)到速度補(bǔ)償?shù)哪康?。也就是說(shuō)，如果理論上不能很準(zhǔn)確的確定和計(jì)算出負(fù)載力，那么也只有在實(shí)踐中采用試湊的方法來(lái)調(diào)整往復(fù)運(yùn) 動(dòng)速度。 將式（ ）、（ ）、（ ）代入 gMPAPAF tlrt ??? 2/ gMPPgMPPPPFtsltlsls????? ???? ?????????222222/41)41)(1()41(4114141?????????????? () 得 : )41( )1]()41)([( 32/?? ???? ????? stl PgMFP () 主軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比： stsstPgMFPPgMFVV????????? )1)((1)41()1]()1)([(1411 32/221???????????? () 式中： ??trAA? ； 21256 mmAA rt ???? ； kgMt 60? NFFFF tr 4000~0/ ???? MPaPs ? 將上述數(shù)個(gè)值代入式 （ ） ，計(jì)算所求得的速度比曲線(xiàn)為圖 53。關(guān)系式可通過(guò)類(lèi)似的推導(dǎo)求得 （ 注：下面式中 P為圖 52中的壓力點(diǎn) P1， P2為圖 52中的壓力點(diǎn) P4。 )(2 111 PPaCXAq Sdtlt ???? ? () )(2 112 PPaCXAq sdtlr ????? ?? () 式中 dC —— 流量系數(shù) 21,aa —— 比例閥開(kāi)口面積 ， 且 21:aa =2:1 ? —— 活塞兩側(cè)有效作用面積，即 rt AA?? 由系統(tǒng)分析可知，當(dāng)活塞 M 向運(yùn)動(dòng)時(shí) sPP?3 ，在這里 53 PP? 引入 rt AAa ?? 則有： 張貴珍：珩磨機(jī)雙進(jìn)給主軸設(shè)計(jì) 22 rrt AAA ?? ??? 1 () ????? ???? 1。 圖 51 主軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 支 架花 鍵液 壓 缸主 軸萬(wàn) 向 節(jié)工 件頭磨珩銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 、 MNP1PPPP2453 圖 52 液壓回路簡(jiǎn)圖 速度特性分析 M 向運(yùn)動(dòng)分析 M 向運(yùn)動(dòng)：液壓回路為差動(dòng)回路，系統(tǒng)中比例方向閥只有一個(gè)節(jié)流口有流量通過(guò)，另一個(gè)節(jié)流口流量為零。由于非對(duì)稱(chēng)液壓缸構(gòu)成的液壓系統(tǒng)在動(dòng)作方發(fā)生變化時(shí)，特性是不對(duì)稱(chēng)的，特別是速度特性，往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)差異很大 由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和珩磨工藝的要求，對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析顯得尤為必要。比例方向閥的節(jié)流面積比通常只有兩種，即對(duì)稱(chēng)型 （ 面積比為 1： 1） 和非對(duì)稱(chēng)型 （ 面積比為 2： 1） 。 本文主要對(duì)改進(jìn)后的電液比例系統(tǒng)控制下的主軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)靜態(tài)速度特性進(jìn)行分析。這三種因素合理的配合可以極大的提高工件的加工質(zhì)量。 張貴珍：珩磨機(jī)雙進(jìn)給主軸設(shè)計(jì) 20 第 五 章 珩磨機(jī)主軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)仿真分析 仿真方法簡(jiǎn)介 ]7[ 珩磨是孔光整加工的一種有效方法，工 件經(jīng)珩磨后，尺寸精度、形位精度均能提高，表面粗糙度可達(dá) ～ ，有的甚至低于 。代入公式，有 : 張貴珍：珩磨機(jī)雙進(jìn)給主軸設(shè)計(jì) 18 d≥ 3.3 )( 1?= 考慮到此軸與同步帶輪為花鍵連接，需將其軸徑增加，故取直徑為 d=60mm 此 軸左端與二級(jí)傳動(dòng)軸相連，為了便于軸承的安裝，左端采用軸端壓蓋固定一對(duì)軸承，軸承外在安裝一個(gè)軸承端蓋 .根據(jù)軸的受力，選取 8000 型推力球軸承，取裝軸承處壓蓋直徑及軸左端直徑為 50，初步選軸承 : 左為 9000 型推力圓柱磙子軸承（額定動(dòng)負(fù)荷比為 ～ ） 右為 8000 型推力球軸承（額定動(dòng)負(fù)荷比為 1） 2． 安全系數(shù)校核計(jì)算 由于一級(jí)、二級(jí)傳動(dòng)軸不受彎矩或受很小的彎矩，我們只對(duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核初選一級(jí)傳動(dòng)軸直徑為 10mm，二級(jí)傳動(dòng)軸為空心軸，外徑為 20mm，內(nèi)徑為 10mm，如圖 41 圖 41 二級(jí)傳 動(dòng)軸 3． 一級(jí)傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核 為了制造及安裝的方便和機(jī)床的可靠性，對(duì)較長(zhǎng)而直徑又較小的一級(jí)傳動(dòng)軸，其與軸承通過(guò)一個(gè)連接桿連接，它們通過(guò)一個(gè)圓柱銷(xiāo)連接，如下圖： 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 42 一級(jí)傳動(dòng)軸 通過(guò)對(duì)軸受力分析，截面 A 處為危險(xiǎn)截面，對(duì)此截面進(jìn)行安全系數(shù)校核計(jì)算，根據(jù)公式??1 10270661 ????????? ?okSm??????????? 式中 1?? —— 45鋼彎曲對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)的疲勞極限，由表 ??1 1?? =270MPa ?K —— 正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由表 ??1 按花鍵取 ? —— 表面質(zhì)量系數(shù)，經(jīng)拉削加工，按表 ??1 ?? ? —— 尺 寸系數(shù)，由表 ??1 ?? 根據(jù)式 ??1 6661 10155?????????? ?makS ?????????? = 式中 1?? —— 45號(hào)鋼扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度極限，由表 ??1 1?? =270MPa ?k —— 剪應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，查表 ??1 ?k = ? 、 ? —— 同正應(yīng)力情況 ?? —— 平均應(yīng)力折算系數(shù)，由表 ??1 ?? = 軸的 A截面上的安全系數(shù)由式 ??1 S=22 ???? ss ss ? = 22 ??? 由表 ??1 ??s =～ 故該軸 A截面處是安全的。用這種方法是為了初步估算軸徑，在此基礎(chǔ)上做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算 二級(jí)傳動(dòng)軸上作用的彎矩較小，我們根據(jù)軸受的扭矩來(lái)計(jì)算。為節(jié)約金屬和提高工藝性，直徑大的軸還可以制成空心的，并且?guī)в泻附拥幕蛘咤懺斓耐咕?。軸 一般由軋制圓鋼或鑄件經(jīng)切削加工制造。 根據(jù)工作條件的要求，軸可在加工前或加工后經(jīng)過(guò)整體或表面處理，以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、輥壓等）和化學(xué)處理（如滲碳、滲氮、氮化等），以提高其強(qiáng)度（尤其疲勞強(qiáng)度）和耐磨、耐腐蝕等性能。對(duì)于受載較小或不太重要的軸，可采用合金鋼、球墨鑄鐵和一些高強(qiáng)度鑄鐵，由于鑄造性好，易于鑄 成復(fù)雜形狀，且減振性能好，應(yīng)力集中敏感性低，支點(diǎn)位移的影響小，故常用于制造外形復(fù)雜的軸。 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 軸的材料選取 軸的常用材料 ： 軸的常用材料很多，設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問(wèn)題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。 軸設(shè)計(jì)特點(diǎn)：在軸系零、部件的具體要求未確定之前，軸上力的作用點(diǎn)和支點(diǎn)間的跨距無(wú)法精確確定，故彎矩大小和分布情況不能求出，因此在軸的設(shè)計(jì)中，必須把軸的強(qiáng)度計(jì)算和軸系零、部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交錯(cuò)進(jìn)行，邊畫(huà)圖、邊計(jì)算，邊修改。 設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)考慮多方面因素和要求，其中主要問(wèn)題是軸的選材、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛度。 按結(jié)構(gòu)形狀分：光軸，階梯軸，實(shí)心軸，空心軸等。心軸又可分為固定心軸（工作時(shí)軸不轉(zhuǎn)動(dòng)）和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸（工作時(shí)軸轉(zhuǎn)動(dòng)）兩種。 軸按受載情況分： （ 1） 轉(zhuǎn)軸 既支承傳動(dòng)機(jī)件，又傳動(dòng)動(dòng)力，即承受彎矩和扭矩兩種作用。所有軸上 零件都圍繞軸心線(xiàn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)以軸為核心的回轉(zhuǎn)體 — 軸系部件。 張貴珍：珩磨機(jī)雙進(jìn)給主軸設(shè)計(jì) 16 第 四 章 珩磨機(jī)主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸的種類(lèi)和特點(diǎn) ]1[ 軸是組成機(jī)械的一個(gè)重要零件。它能夠快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制 （ DTC）的變頻調(diào)速是目前 正在發(fā)展的調(diào)速方式，它無(wú)需像矢量控制那樣進(jìn)行復(fù)雜的矢量變換運(yùn)算，直接由定子空間矢量分析三相電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并決定其控制量 DTC 能夠用開(kāi)環(huán)方式對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控 制，它的 PWM 波形直接 由 轉(zhuǎn)矩 決定，其控制性 能比 PWM磁通矢量控制方式更優(yōu)越 。 (3)矢量控制 銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 矢量控制是在交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電機(jī) 控制轉(zhuǎn)矩的規(guī)律，將定子電流分解成相應(yīng)于直流電機(jī)的電樞電流的量和勵(lì)磁電流的量，并分別進(jìn)行任意控制。 (2)轉(zhuǎn)差頻率控制 由電機(jī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)可知，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 M 與氣隙磁通 ? 、轉(zhuǎn)差頻率 2f 的關(guān)系為：2fM ?? 只要保持氣隙磁通 ? 一定，控制轉(zhuǎn)差頻率 就能控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制。使氣隙磁通維持不變、電機(jī)效率不下降，這就是 FV 控制。改變 f 就可平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，但 f上升或下降可能會(huì)引起磁路飽和、轉(zhuǎn)矩不足現(xiàn)象。 現(xiàn)分別介紹如下。對(duì)頻率 f 進(jìn)行調(diào)節(jié)，即調(diào) 節(jié) （ nn?1 ），因此，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)也實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的 調(diào)節(jié)。 三相異步電動(dòng)機(jī)中，定子與轉(zhuǎn) 子之間的圓周空隙有一 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)速為 1n ，電機(jī)轉(zhuǎn)子 實(shí)際轉(zhuǎn)速為 n ， ( nn?1 )是轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的相對(duì) 切割速度。 由于使頻率 1f 增加，11fU 變小，而 1U 不能高于額定電壓，在該控制 方式中，保持 1U 不變，由于頻率變高，由式（ ）知道，定 子磁通 ? 變小，電磁轉(zhuǎn)矩 M 也變小，但電源頻率增加 ，設(shè)電動(dòng)