【正文】 step still need face the tickler waiting to resolve, increasing various technique and economic index is still the main contents in the Polishing machine designing. Keywords: Metallographic Sample Polishing Machine: electric control systems: Polish本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31 緒論 設(shè)計(jì)的目的和意義材 料 是 人 類 生 產(chǎn) 和 生 活 的 物 質(zhì) 基 礎(chǔ) ， 它 可 以 直 接 反 映 出 人 類 文 明 的 程 度 。 了 解 它們 之 間 的 關(guān) 系 并 掌 握 它 們 之 間 的 變 化 規(guī) 律 ， 進(jìn) 行 正 確 的 金 相 分 析 是 有 效 使 用 材 料 所 必需 的 。 通 常 ，金 相 試 樣 制 備 要 經(jīng) 過 以 下 幾 個(gè) 步 驟 ： 取 樣 、 鑲 嵌 、 磨 光 (粗 磨 和 細(xì) 磨 )和 拋 光 。 金 相 試 樣 的 制 備 是 通 過 切 割 機(jī) 、鑲 嵌 機(jī) 、 磨 /拋 光 機(jī) 來 完 成 的 。 拋 光 是 將 試 樣 上 磨 制 產(chǎn) 生 的 磨 痕 及 變 形 層 去 掉 ， 使 其 成 為 光 滑 鏡 面 的 最 后工 序 。 機(jī) 械 拋光 是 現(xiàn) 階 段 應(yīng) 用 最 為 廣 泛 的 拋 光 方 法 ， 其 正 確 的 工 藝 和 操 作 方 法 是 在 保 證 獲 得 優(yōu) 質(zhì) 的試 樣 和 其 他 條 件 (如 邊 緣 保 留 及 石 墨 和 夾 雜 物 保 留 等 )的 情 況 下 具 有 最 高 的 拋 光 速 率選 擇 可 靠 性 高 的 金 相 試 樣 拋 光 機(jī) ， 可 以 提 高 制 樣 效 率 和 質(zhì) 量 ， 減 少 試 樣 廢 品 率 ， 從 而降 低 成 本 ， 提 高 經(jīng) 濟(jì) 效 益 ， 獲 得 樣 品 質(zhì) 量 的 高 度 一 致 性 。struers公司為金相制備和分析提供了一種全新的高本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4效、高再現(xiàn)性自動(dòng)控制系統(tǒng)。不同的系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的操作環(huán)境。buehler公司的產(chǎn)品從研磨到最后拋光整個(gè)過程全自動(dòng)完成，可以設(shè)置50個(gè)常用工作程序，操作界面友好， 彩色液晶顯示，觸摸式操作，整個(gè)過程的每個(gè)工序之間都進(jìn)行夾持器和樣品的清洗與烘干，充分保證了樣品制備的高效與高質(zhì)性，操作過程的全自動(dòng)化模式，節(jié)省了人工并有效的提高了效率與質(zhì)量。國內(nèi)目前其它廠家的產(chǎn)品多為手工操作，生產(chǎn)效率低、安全性差。而金相試樣制各過程不允許組織變形，軟相(石墨)脫落，硬相(碳化物)浮雕．拋光后試樣表面應(yīng)光亮如鏡，無磨痕，為此不同性質(zhì)的材料，需采取不同措施。而拋光鋁制試樣時(shí)，需采用較輕的壓力和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速(400r／min)方可保證不出現(xiàn)變形層{有的機(jī)型則采取變頻無級(jí)變速1000r／min～50r／min，轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示，但拋光為手動(dòng)操作，在手工操作中，壓力的大小僅憑手感控制，沒有被量化，因此制樣效率，準(zhǔn)確性和再現(xiàn)性均不易保證?？v觀國內(nèi)外拋光機(jī)的狀況，國內(nèi)研發(fā)的拋光機(jī)在性能和外觀等方面還存在一定差距。由于冷卻條件差，試樣表面易發(fā)熱變灰暗，而且會(huì)繼續(xù)增厚形變擾動(dòng)層，對(duì)快速拋光好試樣帶來麻煩；拋光盤轉(zhuǎn)速固定不變，而金相試樣制備過程不允許組織變形，軟相(石墨)脫本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5落，硬相(碳化物)浮凸，拋光后試樣表面應(yīng)光亮如鏡、無磨痕。而國外研制的全自動(dòng)拋光機(jī)，能夠自動(dòng)控制冷卻液的流量，整個(gè)操作過程采用全自動(dòng)化模式，節(jié)省了人工并有效地提高了研究效率與質(zhì)量。面對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則要求：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，以減小機(jī)械負(fù)載，避免對(duì)系統(tǒng)造成不良影響；剛度大，有利于減小動(dòng)力損失，提高固有頻率，增加閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性；阻尼合適。因?yàn)樵嚇訏伖膺^程要求動(dòng)力頭能帶動(dòng)夾具上升和下降．實(shí)現(xiàn)壓力增大和減小；能夠按設(shè)定壓力在夾具上產(chǎn)生彈性力；磨拋一定時(shí)間后能自動(dòng)降低夾具上的彈性力。拋光時(shí)間過長，試樣質(zhì)量無法保證，時(shí)間過短達(dá)不到拋光質(zhì)量。對(duì)不同材質(zhì)的試樣，需不同的拋光速度，方可保證材料的真實(shí)組織。(1)機(jī)械拋光機(jī)械拋光是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的拋光方法，其正確的工藝和操作方法是在保證獲得優(yōu)質(zhì)的試樣和其他條件(如邊緣保留及石墨和夾雜物保留等)的情況下具有最高的拋光速率。但每種金屬和臺(tái)金所使用的拋光液和電解規(guī)范不同，因此需要進(jìn)行本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7相當(dāng)數(shù)量的試驗(yàn)工作來確定電解拋光規(guī)范。這種方法操作簡便，不需要復(fù)雜的機(jī)械和電解設(shè)備，只需要選擇適合的化學(xué)拋光液和試驗(yàn)最佳拋光規(guī)范。綜合考慮各種拋光的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用機(jī)械拋光。動(dòng)力頭采用滾珠螺旋傳動(dòng)，即在由螺母和螺桿的近似半圓形螺旋凹槽拼合而成的滾道中裝入適量的滾珠，并用螺母上制出的通路及導(dǎo)向輔助件構(gòu)成閉合回路，以備滾珠連續(xù)循環(huán)。壓力在一定范圍內(nèi)自行調(diào)節(jié)。當(dāng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)螺桿上移，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的減壓?？刂葡到y(tǒng)的控制部分采用 DSP 模糊控制系統(tǒng)：數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 采樣位置傳感器信號(hào),獲得當(dāng)前位置信息 ,從而得到電機(jī)的當(dāng)前速度 ,通過與給定速度值比較 ,得到轉(zhuǎn)速誤差值 ,經(jīng)模糊控制器計(jì)算推理后 ,輸出 PWM 脈沖信號(hào) ,經(jīng)功率放大后 ,對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠帶動(dòng)絲杠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，只能向下運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧，使主軸下降并產(chǎn)生彈性力，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加壓。拋光裝置的設(shè)計(jì)，直接用電機(jī)帶動(dòng)拋光盤轉(zhuǎn)動(dòng)。 綜合考慮選出最佳設(shè)計(jì)方案參考各種形式的拋光機(jī)，為滿足設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)定為機(jī)電一體化系統(tǒng)。動(dòng)力頭采用滾珠螺旋傳動(dòng)，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。驅(qū)動(dòng)夾具旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加壓?？刂撇糠植捎?PID 模糊控制系統(tǒng)：利用此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓，調(diào)速和對(duì)加工時(shí)間控制的目的。金相試樣拋光機(jī)機(jī)械制樣是采用夾具夾持試樣，夾具帶動(dòng)試樣與磨盤相對(duì)摩擦，并在夾具上施加一定的壓力，夾具可以裝夾多塊試樣以提高制樣效率，在夾具上所施加的壓力可以靈活調(diào)整。 動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)在試樣拋光時(shí)，拋光運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)能保證工件加工表面和拋具表面上各點(diǎn)均有相同或相近的被切削條件和切削條件。工件上任一點(diǎn)，盡量不出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的周期性重復(fù)。保證工件走遍整個(gè)拋光盤表面，使拋光盤均勻磨損，保證工件表面的平面度。步 進(jìn) 電 機(jī)軸 承聯(lián) 軸 器齒 輪軸絲 杠螺 母鍵 圖 1 31動(dòng)力頭示意圖 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。具體的設(shè)計(jì)如圖 31 所示：電機(jī)通過連軸器安裝在齒輪箱上，齒輪箱內(nèi)兩個(gè)齒輪的大小相等，另一齒輪與絲杠相連，絲杠通過固定在齒輪上的螺母轉(zhuǎn)動(dòng)上下移動(dòng)從而達(dá)到增壓減壓的效果。壓力在一定范圍內(nèi)自行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加壓。使主軸下降并產(chǎn)生彈性力，當(dāng)達(dá)到指定位置時(shí)，輸出一個(gè)信號(hào)，使主軸上的壓力得到保持。工作結(jié)束后，輸出一個(gè)信號(hào)使絲杠連續(xù)上升，到達(dá)上限后切斷電源停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣則使試樣在所限制時(shí)間內(nèi)有效地保持了試樣在拋光盤內(nèi)摩擦，動(dòng)力頭釋放壓力為 1/5s6mm/r100N/mm=5N，釋放壓力最小間隔為 10 秒鐘。加減壓回路機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作原理為：步進(jìn)電機(jī)通過法蘭安裝在套筒上．電機(jī)軸上安裝一個(gè)帶有內(nèi)花鍵的絲杠．與主軸通過花鍵連接，使主軸能上下移動(dòng)。通常有一控制桿插入鍵槽內(nèi)．當(dāng)步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)．絲杠螺母向下運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧，當(dāng)達(dá)到指定位置時(shí)，輸出一信號(hào)，使電磁鐵將控制桿從鍵槽中拉出，使絲杠螺母失去限制，隨絲杠一起轉(zhuǎn)動(dòng)。彈簧服從虎克定律，即它受到的壓力與壓縮重為線性關(guān)系，因此壓力的測量可以轉(zhuǎn)化為位移的測量，位移的大小本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12與電機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓縮時(shí)間有關(guān)，在電機(jī)轉(zhuǎn)速給定的情況下，位移與時(shí)間里正比，可通過測量時(shí)間達(dá)到位移的測量。N——運(yùn)行拍數(shù)。S——絲杠的螺距。f(x)——拋光時(shí)所設(shè)定的壓力。 Q=m f 得 t= 。摩擦力與步進(jìn)電機(jī)所受力相等即：F =F=100 N110.?? P = = =在齒輪設(shè)計(jì)中，小齒輪的轉(zhuǎn)矩為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13 T = 1np1? T = =..35?轉(zhuǎn)動(dòng)速度 n=60r/min按設(shè)計(jì)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。所以材料選擇為塑膠：主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪都用，選用兩齒輪都為 Z1 =29,Z2 = iZ1 =129 =29計(jì)算如下：關(guān)于主軸傳動(dòng)齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算（1）初步計(jì)算：轉(zhuǎn)矩:T I==齒寬系數(shù):φ d 由表 107 取 φ d＝接觸疲勞極限：σ Hlim可取 σ Hlim1=50MPa σ Hlim2=110MPa初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力:[σ H1]= Hlim1=110=99Mpa 初步計(jì)算的小齒輪直徑：d ≥ （313 221][)(HdEuZuTK???3）其中 u=I=1,載荷系數(shù) K =,材料的彈性影響系數(shù) Z = ,所以，1 E21d = =54mm13 22918.)(???結(jié)合齒輪箱的結(jié)構(gòu)取 d1＝54mm 初取齒寬：b=50mm（2）校核計(jì)算：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14圓周速度: (34)smndV/????齒數(shù) Z 和模數(shù) m: 模數(shù) 取 m=則 Z2= iZ1=291?Z使用系數(shù) KA: 由表 102 取 KA＝動(dòng)載系數(shù) KV: 由圖 108 取 KV＝齒間載荷分配系數(shù) KHα : 先求端面重合度： (35) ???????????????????.?重合度系數(shù): Z = =?2/).14(?由此得： ????ZKH齒間載荷分布系數(shù) KHβ : 由表 104（非對(duì)稱支撐） 3210??????????CbdBAH?