珠寶拋光機設(shè)計說明書

1、目錄第1章 緒論11.1 研制背景及意義11.2拋光機的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢21.3研究內(nèi)容3第2章 珠寶拋光機總體方案設(shè)計42.1 方案選擇42.2 執(zhí)行機構(gòu)62.3 傳動機構(gòu)62.4 支撐機構(gòu)62.5 外部機構(gòu)62.6 創(chuàng)新與特色簡介7第3章 珠寶拋光機執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計73.1 執(zhí)行機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計73.2 驅(qū)動電機的選用73.3 聯(lián)軸器的選用及校核83.4 軸承的選用及校核83.5 毛刷的設(shè)計93.6 軸承座的選用113.7 電扇的選用11第4章 珠寶拋光機構(gòu)傳動機構(gòu)的設(shè)計114.1 導(dǎo)軌的選用114.2 驅(qū)動電機的選用134.3 齒輪齒條計算及設(shè)計144.4 軸的設(shè)計及校核184.5 聯(lián)

2、軸器的選用及校核194.6 軸承的選取及校核19第5章 拋光機三維建模195.1執(zhí)行機構(gòu)205.2傳動機構(gòu)205.3箱體及其裝配21第6章 設(shè)計總結(jié)23參考文獻24珠寶拋光機設(shè)計說明書第1章 緒論1.1 研制背景及意義 珍珠是一種珍貴的有機寶石，與瑪瑙、水晶、玉石一起并稱我國古代傳統(tǒng)“四寶”。珍珠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括由珍珠母貝分泌的珍珠質(zhì)所形成的珍珠質(zhì)層和由貝殼磨制而成的貝殼珠核層。珍珠質(zhì)層主要由同心年輪狀規(guī)則生長的文石晶體構(gòu)成，對紅外和可見光具有良好的穿透特性和較強的背向小角度散射，而貝殼珠核層則為平行層狀特性，背向反射散射信號較弱。珍珠質(zhì)量的好壞受大小、形狀、顏色、光澤度及瑕疵狀況的影響，評

3、定珍珠質(zhì)量的最主要標準是珍珠的光澤度及珍珠的色度均勻性, 因此，對于珍珠的光澤度及珍珠之間的色度均勻性的測量與判斷尤為重要1-2。珠寶首飾在執(zhí)模鑲嵌完成后,為更加美觀、防止腐蝕,會在首飾表面進行電鍍處理,而電鍍之前需要對首飾進行表面處理3。常見的表面處理包括光亮處理,除油處理和浸蝕處理等。其中,機械拋光是光亮處理中最常用的一種工藝,是首飾表面處理中最重要的一個環(huán)節(jié),作為首飾鍍前處理的最后工序,機械拋光的好壞直接影響首飾成品的電鍍質(zhì)量4。但是，拋磨鑲石過程中無論如何精打細磨都會在首飾表面留下一些細微的銼痕、砂底拋光的擦痕，銑削孔口時，孔邊的鉆痕、修整邊線的鏟痕、夾具留下的夾痕、焊接殘留的細小焊疤

4、。國內(nèi)的珠寶拋光大都采用人工，其效率低，表面光潔度差。輥子式球形珠寶拋光機能提高效率且獲得較高的表面光潔度5。由于質(zhì)量和效率都很高使得珠寶的成本大大得降低，珠寶也更具有觀賞性。傳統(tǒng)的珍珠加工技術(shù)主要是打孔與拋光,打孔是為了后續(xù)制作的需要,拋光能在一定程度上提高珍珠的光潔度與光澤6。由于缺乏必要的加工技術(shù)，導(dǎo)致我國高檔珍珠少，產(chǎn)品附加值較低，珍珠的貿(mào)易額僅占世界的8左右7-8。動力傳動系統(tǒng)作為珠寶拋光機的一個必不可少的系統(tǒng)，好的傳動系統(tǒng)在滿足工作要求之外，還需要綜合考慮低價格、高效率、高穩(wěn)定性和高可靠性等因素。動力傳動系統(tǒng)包括毛刷的水平移動速度，移動范圍和毛刷的轉(zhuǎn)動速度。其水平移動范圍會影響珠寶

5、是否都被拋光，而其轉(zhuǎn)速和移動速度則會影響珠寶的拋光程度及珠寶的外光色澤。因此一個動力傳動系統(tǒng)的好壞將直接決定該拋光機的性能，間接影響珠寶首飾外光和質(zhì)量。企業(yè)期盼能有自動的拋光設(shè)備，這對提高生產(chǎn)效率具有重要現(xiàn)實意義9。1.2拋光機的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢拋光機是一種電動工具，拋光機由底座、拋盤、拋光織物、拋光罩及蓋等基本元件組成。 電動機固定在底座上，固定拋光盤用的錐套通過螺釘與電動機軸相連。拋光織物通過套圈緊固在拋光盤上，電動機通過底座上的開關(guān)接通電源起動后，便可用手對試樣施加壓力在轉(zhuǎn)動的拋光盤上進行拋光。拋光過程中加入的拋光液可通過固定在底座上的塑料盤中的排水管流入置于拋光機旁的方盤內(nèi)。 拋光罩

6、及蓋可防止灰土及其他雜物在機器不使用時落在拋光織物上而影響使用效果。日本秋田縣里大學(xué)吳勇波教授提出的磁性拋光體(Magnetic Compound Fluid Polishing Too l)拋光技術(shù)。加工工具是將磁性復(fù)合流體(MCF)和磨粒粒子、植物纖維素均勻混合后在磁場條件下壓縮后制得, 在磁場下呈半固態(tài)。Kordonski二十世紀八十年代中期發(fā)明的磁流變拋光(Magneto2Rheo logical Finishing, MRF ) 是利用磁性流體的特性來改變其在磁場中的粘性進行拋光的技術(shù)。含有去離子水、鐵質(zhì)微粉、磨粒和經(jīng)處理過的其他物質(zhì)的磁流體由泵驅(qū)動, 穩(wěn)定循環(huán), 在有磁力作用地方表

7、現(xiàn)為固體形式, 而在其他地方表現(xiàn)為液體形式。磁流體的這兩種形態(tài)在循環(huán)中會交替出現(xiàn)。最近Kim. D. J等針對鑄鐵結(jié)合劑金剛石固著磨料砂輪(A cast iron bonded diamond (CIB2D) wheel)采用電解加工過程修整法Electroiltic In2p ro2cess Dressing, EL ID10 。Bond（1951）和Heydon和Day（1987）通過一種技術(shù)，其中被驅(qū)動的磁性材料周圍的圓筒狀的研磨表面的氣體噴流。我們已經(jīng)觀察到脆性材料的領(lǐng)域，如NdFeB燒結(jié)，以這種方式產(chǎn)生的不利影響的表面剝落，這繼而可能影響其磁性。此外，試圖以制備晶體各向異性材料的領(lǐng)域

8、，例如模具破壞熔淬火MQIII，可以導(dǎo)致生產(chǎn)扁圓由于其各向異性的機械性能的橢球11。國外研究出氣囊式拋光技術(shù)，氣囊式拋光是一種新穎的非球面拋光工藝，是由英國倫敦大學(xué)光學(xué)科學(xué)實驗室與Zeeko公司合作研究開發(fā)出來，主要針對的是大型光學(xué)鏡面的加工制造。它采用具有一定充氣壓力的球形柔性氣囊作為拋光工具和獨特的進動原理，并通過計算機控制來完成工件的拋光加工，是一種富于競爭性的制造技術(shù)12。國外還有研究出塑造離軸非球面表面的自動化計算機控制的拋光研磨機。這是一個自動化的非球面的過程，使用的研磨方法的開發(fā)和用Optika來解決這個問題。此過程需要的值是用技術(shù)去除因子（TRF），它被定義在相同的方式進行拋光

9、，除去將這點三維坐標測量機上測得的接觸方法。M14微粉用于在確定的TRF,而砂輪是由黃銅制成。確定的TRF不大于10，這確保了良好的收斂性的非球面的過程和使得能夠迅速消除在一個留量幾十微米13?，F(xiàn)在國內(nèi)對拋光機發(fā)展的現(xiàn)狀主要是提高加工效率，提高拋光機的加工效率有兩種途徑:一是在同一拋光機上采用多種轉(zhuǎn)速;二是增大磨頭直徑但是磨頭直徑的增大，受到空間和成本限制，不是理想的解決途徑鑒于此，對多轉(zhuǎn)速拋光機的研發(fā)顯的尤為重要和迫切。國內(nèi)很多人使用化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)，化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)是化學(xué)腐蝕作用和機械磨削作用協(xié)同效應(yīng)的組合技術(shù)，它克服了單純化學(xué)拋光和單純機械拋光的缺點，綜合了兩者的優(yōu)勢

10、，把化學(xué)作用和機械作用結(jié)合起來，借助于超微粒子的機械研磨作用以及拋光液的化學(xué)腐蝕作用，在被研磨的介質(zhì)表面(如單晶硅片 氧化物薄膜 金屬薄膜等)上形成光潔平坦表面14。國內(nèi)研制的M PG21/18 拋光機控制精米拋光，采用模塊化設(shè)計滿足各種工藝中作為初拋和精拋需要。該機主要組成部分包括:噴霧著水部分,水分檢測與加水控制部分,水料混合裝置,主拋光部分,精拋光部分,拋光室壓力控制系統(tǒng), 供水系統(tǒng),風(fēng)力系統(tǒng)等15。我國還有人研究光纖連接器組合研磨與拋光技術(shù)，主要集中在研磨與拋光的工藝性和相關(guān)的研磨與拋光設(shè)備。在研磨拋光設(shè)備領(lǐng)域，主要采納行星式、曲柄式和曲線式研磨拋光機。設(shè)備雖然簡單，但工藝過程難以控制

11、，生產(chǎn)中需要在研磨過程獲得高精密的平面，然后利用拋光過程的運動與接觸變形產(chǎn)生相應(yīng)的微球面。這需要加工過程多臺設(shè)備或者同臺設(shè)備交換不同的研磨拋光盤和工藝參量，要劃分粗精加工幾個步驟，才能得到要求指標的連接器端面。是光纖連接器端面加工的新技術(shù)方法。通過對光纖連接器端面加工的基本問題、機器的布局、運動和結(jié)構(gòu)等設(shè)計進行分析和探討，以及利用UG-CAD軟件的運動仿真模塊進行仿真，可以確定，保證加工的形狀精度和表面完整性16。1.3研究內(nèi)容機械拋光是利用拋光輪在高速旋轉(zhuǎn)時珠寶與拋光輪以及鉍粉之間產(chǎn)生的高溫和摩擦,使珍珠的可塑性得以提高,改善表面不平細微處,從而改善珠寶首飾的光亮度,提高珠寶的質(zhì)量。對于珠寶

12、的拋光，并不是拋光時間越長拋得越好。拋光中應(yīng)嚴格按照操作步驟進行。拋光時主要用毛刷，在拋光珍珠時,應(yīng)事先準備一個金屬絲制作的掛鉤, 將珍珠掛于其上。開動拋光電動機,旋轉(zhuǎn)拋光毛刷,就可以拋光。毛刷主要是對珍珠表面進行拋光。操作過程中設(shè)置的毛刷要防止跳躍式拋光和用力輕重不勻,切忌在珍珠表面某一處過長時間拋磨,這樣不僅增加珍珠的損耗,而且由于摩擦產(chǎn)生的熱量過高,珍珠容易變形,同時溫度過高會使珍珠表面缺少光澤度,但也不能拋光不到位。毛刷的勻速轉(zhuǎn)動和勻速移動使得珠寶拋光機可以對大量的珠寶進行拋光且拋光出的珠寶顏色鮮艷，使其達到人工加工效果。此次機械設(shè)計大賽的主題為“機器換人”，根據(jù)大賽所給題目的要求，我

13、們進行了合理設(shè)計，成功的做出了實物，并且能夠穩(wěn)定的完成規(guī)定的動作。第2章 珠寶拋光機總體方案設(shè)計2.1 方案選擇制定總體方案，就是在深入調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，提出所設(shè)計的工藝備方法、運動和布局、傳動和控制及結(jié)構(gòu)的性能等方面的方案。這個總體方案是部件和零件的設(shè)計依據(jù)，對整個設(shè)備設(shè)計的影響很大，是至關(guān)重要的一步。因此，在擬定總體方案過程中，必須綜合地考慮對設(shè)備的各項要求，使所定方案技術(shù)先進、經(jīng)濟效益高。在設(shè)計之初，有四種設(shè)計方案構(gòu)想：方案一：采用單列棍子式球形珠寶拋光機，毛刷在轉(zhuǎn)動的同時，還要做直線往復(fù)運動。由于拋光珠寶首飾對毛刷的要求比較高，故選用的毛刷其價格比較高，該方案的優(yōu)點是成本較低，結(jié)構(gòu)比

14、較簡單。缺點是由于是單列棍子式，所以其效率比較低下。如圖2-1。圖2-1 方案一圖方案二：采用單列棍子式球形珠寶拋光機，毛刷固定在一個位置上轉(zhuǎn)動，珍珠框架做直線往復(fù)運動，也可以達到預(yù)期效果。該方案的優(yōu)點是成本較低，可以不用設(shè)計升降系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單。缺點是效率比較低下，由于珍珠框架尺寸較大導(dǎo)致機器整體體積過大。方案三：采用多列棍子式球形珠寶拋光機，毛刷一個挨著一個，使其覆蓋面積可以不用做水平直線運動就可以完成對全部珍珠的拋光。該方案的優(yōu)點是可以忽略水平運動的動作，效率也是最高的。但成本也是最高的，且其傳動結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。如圖2-2。圖2-2 方案三圖方案四：采用雙列棍子式球形珠寶拋光機，固定珍珠框架

15、，使毛刷在旋轉(zhuǎn)的同時做水平往復(fù)運動。圖2-3 方案四圖考慮到該方案四相比方案三成本低，結(jié)果簡單；相比方案一效率高；相比方案二，結(jié)果緊湊，體積相對小。故本次設(shè)計，采用方案四。2.2 執(zhí)行機構(gòu)該機器執(zhí)行系統(tǒng)即毛刷。根據(jù)加工工藝要求，毛刷的要求有以下幾方面：第一，刷毛有一定的剛度，這樣在滾動摩擦?xí)r才有一定力度，達到人工擦拭的效果，但是又不能過硬對珍珠表面造成刮傷；第二，其中一組刷子（本次設(shè)計為下面的那組毛刷）在工作時能上下移動，這樣可以保證珍珠框架可以快速且順利地安裝和拆卸；第三，由于毛刷在拋光過程中與珍珠摩擦產(chǎn)生熱量，一段時間后就會損壞，損壞的毛刷會影響珍珠被拋光的質(zhì)量，所以毛刷要定期更換，故毛刷

16、應(yīng)該易于更換。2.3 傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)是由五個電機和齒輪齒條共同組成，采用四個相同型號的電動機分別驅(qū)動上下兩組毛刷。因為珍珠承受沿鋼絲方向的載荷也是非常有限的，故兩毛刷運動時應(yīng)該轉(zhuǎn)動方向一致，且兩組毛刷的位置盡可能關(guān)于珍珠框架上下對稱，以抵消對珍珠產(chǎn)生的沿鋼絲方向的力。其次，因為工序?qū)αΦ拇笮∮袊栏褚?，毛刷轉(zhuǎn)動速度對摩擦力的大小影響也很大，所以要查閱資料并且多次實驗后選定對珍珠拋光質(zhì)量最高的毛刷轉(zhuǎn)速。由于選定的是雙列棍子式，在一次水平來回運動周期后，鋼絲上各段的珍珠被拋光的次數(shù)是不一樣的，為了竟可能均勻拋光，在拋光次數(shù)少的幾段珍珠，水平速度應(yīng)該慢一點，拋光次數(shù)較多的幾段珍珠速度快一點。這樣盡

17、可能保證各顆珍珠被拋光的時間是一樣的。2.4 支撐機構(gòu)支撐機構(gòu)包括對珍珠框架的支撐，對毛刷的支撐及對電機的支撐。首先，在加工過程中，能保證珍珠框架能迅速順利安裝同時，珍珠框架必須能保持固定的位置保持不變，同時能承受各個方向的力，在加工結(jié)束后，珍珠框架能迅速順利拆卸。其次，在加工過程中，兩毛刷相對珍珠的距離必須保持穩(wěn)定不變。這樣才能保證摩擦?xí)r對珍珠產(chǎn)生的力大小將保持不變，從而保證珍珠拋光的質(zhì)量。最后，連接毛刷的兩個電機也要有個支撐機構(gòu)。支撐架要有良好的剛度和強度。2.5 外部機構(gòu)因鉍粉價格昂貴，對鉍粉進行回收利用，將會大大降低成本。故必須設(shè)計一個密封箱體完全包裹兩毛刷，增加回收鉍粉的裝置，在加工

18、結(jié)束后箱體能打開，既可防止鉍粉外溢浪費，也提高了安全性。2.6 創(chuàng)新與特色簡介珠寶拋光機的研制改變了目前企業(yè)用人工打磨珍珠這種低效率高成本的生產(chǎn)方式，使得企業(yè)的機械化程度進一步提高。珠寶拋光機有以下4個優(yōu)點：（1） 解決了人工問題，提高了生產(chǎn)效率；（2） 利用單片機進行控制，使毛刷和傳動系統(tǒng)都能換向變速；（3） 最大程度上做到了對鉍粉的回收利用；（4） 適用于不同直徑的珍珠。第3章 珠寶拋光機執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計3.1 執(zhí)行機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計本次設(shè)計采用雙列棍子式球形珠寶拋光機，為使兩組毛刷轉(zhuǎn)動來拋光珍珠，決定設(shè)計下圖結(jié)構(gòu)，如圖3-1：圖3-1 總體結(jié)構(gòu)圖確定好結(jié)構(gòu)，下面便可以對該方案的進行電動機的

19、選用，對軸，齒輪進行設(shè)計等。3.2 驅(qū)動電機的選用珠寶拋光機的驅(qū)動系統(tǒng)需要用控制系統(tǒng)控制其經(jīng)起動、制動、反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速，要求電動機有較小轉(zhuǎn)動慣量和較強的過載能力，因此我們選用步進電機。拋光機所需的功率PW應(yīng)由機器工作阻力和運動參數(shù)計算確定。假設(shè)一組毛刷在打磨珍珠時所受到的摩擦力為f=10N，距離d1=50mm。則可計算力矩T1:T1=fd=（50×10）/1000N.m=0.5N.m因此選用42步進電機。3.3 聯(lián)軸器的選用及校核電機與軸相連的聯(lián)軸器根據(jù)該軸徑，試選梅花聯(lián)軸器，再進行校核：公稱轉(zhuǎn)矩：T0=1910N.mm由表14-1查得：KA=1.3Tca=KAT0=1.3×1

20、910N.mm=2483N.mm25000N.mm。滿足工作要求。3.4 軸承的選用及校核根據(jù)運轉(zhuǎn)時有輕微沖擊，預(yù)期壽命為105小時，進行校核。根據(jù)軸與軸承裝配軸段的軸徑d=10mm,無軸向力，故試選用6700-2RS非標軸承深溝球軸承，此軸承的基本額定動載C0=15000N，再進行校核：計算得軸質(zhì)量約為1kg，故令Fr=10N，F(xiàn)a=0N。Fa/Fr=0。根據(jù)表13-5，深溝球軸承的最大e值為0.44，故此時：Fa/Fr=00.44。按照表13-6，fp=1.01.2，取fp=1.2。按照表13-5，X=1，Y=0，則：P=1.2×10N=12N。Lh=106/60n1(C/P)3

21、=1.15×1010h105h。滿足工作要求。3.5 毛刷的設(shè)計工業(yè)毛刷應(yīng)用范圍幾乎覆蓋所有行業(yè)，其主要用途是工業(yè)化生產(chǎn)過程中的清洗、除塵、拋光等。按制作工藝來分，基本上可分為五大類：植毛刷、條形刷、彈簧刷、麻花刷、注塑刷等。按使用類別可分為毛刷輥、滾筒毛刷、毛刷輪、圓盤刷、條刷、板材刷、異形刷等。按刷絲材料可分為尼龍刷、鋼絲刷、銅絲刷、塑料刷、馬毛刷、豬鬃刷、劍麻刷、磨料刷、棉線刷等。工業(yè)毛刷產(chǎn)品有：毛刷輥，滾筒毛刷，鋼絲刷，條形刷，皮帶刷，圓盤刷，彈簧刷，尼龍刷，橡膠輥，海綿吸水輥，環(huán)衛(wèi)車掃路刷，壁爐煙囪刷，洗瓶刷管道刷，玻璃清洗機毛刷輥，水果蔬菜清洗機毛刷輥，紡織印染業(yè)毛刷，陶

22、瓷釉線刷，造紙印刷設(shè)備膠輥，防靜電毛刷，金屬拋光研磨刷，金屬酸洗毛刷輥，自動擦鞋機毛刷輪等其它特殊用刷。各材料分類機器用途：1. PBT絲的彈性較尼龍刷絲要好，但耐磨性不及610，PBT的性能較軟，最適用于精細部件的清洗去污，比如汽車表面清洗， 2. 尼龍610（PA66、PA6）刷絲抗磨損性能較好，具有耐高溫耐酸堿等特性，彈性較好，適用于家庭除塵和清洗中毛刷部件，比如吸塵器滾刷、毛刷輥、毛刷平臺等等； 3. 尼龍612或尼龍1010的彈性最好，成本也最高，但耐磨性不及610，外觀有比較出色的表現(xiàn)，抗沖擊、抗老化等性能也非常好，最適合用于工業(yè)設(shè)備及門窗等防塵部； 4. 聚丙烯（PP）刷絲，具有

23、耐酸堿等特性，但彈性不是很好，長時間工作容易變形難于恢復(fù)，所以適用于工業(yè)除塵和清洗中針對較粗獷的部件，比如礦山碼頭的除塵，環(huán)衛(wèi)車的掃地刷等等； 5. PE絲是幾類刷絲中較柔軟的刷絲，常應(yīng)用于汽車清潔刷上，加上起絨工藝，便于對汽車漆面的保護； 6. 豬鬃常用于洗浴刷或貴重物件的拋光，如金器、寶石、鋼琴等表面的處理，也適用硬質(zhì)合金的拋光研磨； 7. 馬毛較豬鬃柔軟，更易清除浮灰，常使用于高檔家庭清潔產(chǎn)品，或適用于工業(yè)清除浮灰等用途； 8. 金屬絲如鋼絲、銅絲、一般用于金屬表面去毛刺等處理，其耐磨性能好； 9. 磨料尼龍絲（分碳化硅磨料絲、氧化鋁磨料絲、金剛石磨料絲），具有很好的耐磨和耐酸堿性能，常

24、用于PCB的表面處理、鍍鋅板酸洗線，以及金屬加工、拋光去毛刺等方面使用； 10. 劍麻刷絲，具有很好的韌性，耐高溫、吸油脂，常用于鍋刷或高溫、去油用等方面的用途。在本設(shè)計中我們考慮使用尼龍610?？紤]到毛刷與珍珠長時間接觸摩擦易損壞，為了方便更換，采用毛刷與帶動毛刷轉(zhuǎn)動的軸分開設(shè)計。如圖3-5為毛刷工作時的示意圖圖3-5 毛刷工作示意圖先是人工將珍珠穿在珍珠框架的鐵絲上，之后將該框架浸入某化學(xué)藥劑溶液中，取出后晾干，珍珠便固定在鐵絲的某個位置上。在箱底鋪一層鉍粉，之后毛刷轉(zhuǎn)動和水平運動對珍珠進行拋光拋光。圖3-6為執(zhí)行系統(tǒng)的裝配簡圖：圖3-5 執(zhí)行系統(tǒng)裝配簡圖3.6 軸承座的選用根據(jù)實際需要，

25、選擇SK10光軸支架。3.7 電扇的選用根據(jù)實際需要，選擇220V小型散熱分散。第4章 珠寶拋光機構(gòu)傳動機構(gòu)的設(shè)計4.1 導(dǎo)軌的選用導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。在平移運動導(dǎo)軌中目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快的是滾動直線導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌在兩個相對運動部件之間有滾動體，摩擦系數(shù)低且穩(wěn)定，通過施加預(yù)載可以完全消除間隙，因而具體精度、風(fēng)度、和壽命都很高的特點，而且，由于目前已生產(chǎn)出各種標準元件，所以只要按要求選用即可，設(shè)計和使用都很方便。滾動平移關(guān)節(jié)導(dǎo)軌的缺點是阻尼小，對滾道上臟物敏感，需要有專門的防塵保護裝置，結(jié)構(gòu)尺寸相對較大。目前隨著準滾動件制造技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)尺寸已變得越來越緊湊，因而使用也越來越廣泛。1.導(dǎo)

26、軌設(shè)計的基本要求導(dǎo)軌主要是用來保證各運動部件的相對位置和相對運動精度，以及用來承受載荷（包括工作臺、滑板部件的重量）。對導(dǎo)軌性能的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛度大、耐磨性好、精度保持性好、運動靈活而平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單和工藝性好。(1)導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副的重要精度指標。所謂導(dǎo)向精度就是指動導(dǎo)軌運動軌跡的精確度。運動件的實際運動軌跡與給定方向之間的偏差越小，則導(dǎo)向精度越高。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型、導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度、導(dǎo)軌和機座的剛度、導(dǎo)軌的油膜厚度剛度及導(dǎo)軌和機座的熱變形等。(2)剛度。導(dǎo)軌受力產(chǎn)生變形，其中有自身變形、局部變形和接觸變形。導(dǎo)軌自身變形是由于作用在導(dǎo)軌面上的零

27、部件重量造成的。這種變形通常會影響加工精度。為了減小這類變形量，常需要在結(jié)構(gòu)尺寸及筋板布置上采取措施，或?qū)?dǎo)軌面預(yù)先加工成中凸的形狀，用以補償受力后的彎曲變形。有時還要設(shè)置補償裝置。(3)耐磨性。工作臺滑板運動一段時間后，將會產(chǎn)生不同程度的不均勻磨損，就會影響精度，從而影響儀器精度。導(dǎo)軌耐磨性與摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌材料、加工工藝方法以及受力情況有關(guān)。提高導(dǎo)軌的耐磨性是提高儀器使用壽命的重要途徑。(4)運動平穩(wěn)性。導(dǎo)軌運動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運動時出現(xiàn)速度不均勻，即所謂爬行現(xiàn)象。通常是在電機接受低速運轉(zhuǎn)指令作勻速旋轉(zhuǎn)時，帶動絲杠也隨著作等速轉(zhuǎn)動，而此時工作臺卻出現(xiàn)一快一慢或一跳一停的爬行現(xiàn)象。爬行

28、現(xiàn)象不僅影響工作臺穩(wěn)定移動，同時也影響摩擦因數(shù)隨速度變化和系統(tǒng)剛度差。而導(dǎo)軌主要分為滑動摩擦導(dǎo)軌與滾動摩擦導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌是支承件和運動件直接接觸的導(dǎo)軌。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易且接觸剛度大。缺點是摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦因數(shù)差別大，低速度時易產(chǎn)生爬行。滾動摩擦導(dǎo)軌是在兩導(dǎo)軌面之間放入滾珠、滾柱或滾針等滾動體，使導(dǎo)軌運動處于滾動摩擦狀態(tài)。由于滾動摩擦阻力小，使工作臺移動靈敏，低速移動時也不產(chǎn)生爬行。工作臺起動和運行消耗的功率小，滾動導(dǎo)軌磨損小，保持精度持久性好，故在儀器中廣泛應(yīng)用。但是，這種導(dǎo)軌是點或線接觸，故抗振性差，接觸應(yīng)力大，所以在設(shè)計這種導(dǎo)軌時，對導(dǎo)軌的直線性和滾動體的尺寸精度要求

29、高。但是造價很高。在本設(shè)計中，考慮經(jīng)濟因素采用SBR鋁托圓柱導(dǎo)軌。在本設(shè)計中導(dǎo)軌只承受機器重力作用。先預(yù)估機器總質(zhì)量為60kg，事實上遠低于該重量，因為假設(shè)每天開機8小時，一年按300個工作日計算，期望壽命為8年進行校核（即為14400h）。圖 4-1 導(dǎo)軌圖它可根據(jù)動載荷作用下列公式進行計算:L=50×CafHfTfC/(fWF)3 （4-1）式中：L為滾動導(dǎo)軌副的額定壽命（km)；Ca為額定動載荷（N），在初選導(dǎo)軌型號的參數(shù)中可以查出；為每個滑塊上的工作載荷（N)；fH為硬度系數(shù)，導(dǎo)軌面的硬度為5864HRC時，fH=1.0，為55HRC時；fT為溫度系數(shù)，當工作溫度不超過100

30、時，fT=1；fC=0.66；fW為載荷速度系數(shù)，無沖擊振動或v15m/min時，fW=11.5，輕沖擊振動或15m/minvm/min時fW=1.52。現(xiàn)在預(yù)估其載荷Ca=850N。由Ca=850N；F=G/4=1000/4=150N；fH=1.0；fT=1；fC=0.66；fW=1.2可得：L=50×CafHfTfC/(fWF)3 =50×850×1×1×0.66/(1.2×150)3 =1513.7（km)。如果把距離額定壽命換算為小時額定壽命Lh(h)，則:Lh=L103/(2×60nS)式中：S為移動件行程長度（m

31、），設(shè)為0.6m；n為移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)（min-1）,設(shè)為1min-1。則：Lh=L103/(2×60nS) =1513.7×103/(2×1×0.6×60) =21023.6h14400h。滿足工作要求。4.2 驅(qū)動電機的選用電動機的調(diào)速與控制，是工農(nóng)業(yè)各類機械及辦公、民生電器設(shè)備的基礎(chǔ)技術(shù)之一。在機械系統(tǒng)中，使用比較廣泛的電動機有兩大類，一類是動力用電動機，如感應(yīng)式異步電動機、同步電動機等；另一類是控制用電動機，如力矩電動機、步進電動機、開關(guān)磁阻電動機、變頻調(diào)速電動機和各種交流或直流伺服電動機等。由于步進電機可直接將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角

32、，每輸入一個脈沖，步進電機就回轉(zhuǎn)一定的角度，其角度的大小與脈沖數(shù)成正比，旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入脈沖的順序。步進電機可在很寬的范圍內(nèi)，通過改變脈沖頻率來調(diào)速，能夠快速起動、反轉(zhuǎn)和制動，有較強的阻礙偏離穩(wěn)定的抗力。步進電動機是數(shù)字電子系統(tǒng)的重要配套機電產(chǎn)品。通過對給定子繞組施加合適的勵磁電流，步進電動機的轉(zhuǎn)子可以非常精確地以每步分數(shù)度的步距運動。所以可以作為一種元件用在需要較高角度精度的機電控制系統(tǒng)中。步進電動機已經(jīng)在很寬廣的領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如數(shù)控電動工具、打印機、繪圖儀和磁盤驅(qū)動器等。由于在本設(shè)計中為了能夠?qū)崿F(xiàn)加工不同直徑的珍珠，應(yīng)經(jīng)常改變電機旋轉(zhuǎn)速度，所以采用了步進電機驅(qū)動。導(dǎo)軌采用灰鑄鐵HT20

33、0，查得HT200靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)為0.27，取摩擦系數(shù)=0.3，該拋光機的質(zhì)量為20kg，則：工作時所受的最大阻力：Ff=20×10×0.3=60N。假設(shè)傳動直徑D為10mm(取較大值)，便可得出轉(zhuǎn)矩：T=FfD/2=60×10/2=300N.mm。故選用42BYGH47-401A永磁感應(yīng)式步進電機，保持轉(zhuǎn)矩為550N.mm。滿足上述的工作要求。4.3 齒輪齒條計算及設(shè)計按工作壽命為15年（假設(shè)每年工作300天），兩班制，進行校核。齒輪選用40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280，齒條的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240,二者之差為40。精度等級選7級精度。選齒輪

34、齒數(shù)Z1=28，1.按齒面接觸強度計算設(shè)計：(1)試選：Kt=1.3。(2)轉(zhuǎn)矩：T1=6800N.mm。(3)齒寬系數(shù)：d=1。(4)由表查得材料的彈性影響系數(shù)：ZE=189.8MPa1/2。(5)由表10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限：Hlim1=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限：Hlim2=550MPa。 (6)由于水平往復(fù)運動時的速度較慢，設(shè)最大速度為vmax=0.1m/s(取較大值),一分鐘一個來回運動：n1max=60000v/(d)=64r/min，N1=60n1maxjLh=60×64×(2×8×300×1

35、5)=2.76×108，N2=60×2×(2×8×300×15)=8.64×106。(7)由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)：KNH1=1.02;KNH2=1.35。(8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得：H1=KNH1Hlim1/S= 1.02×600=612MPa, H2=KNH2Hlim2/S=1.35×550=742,5MPa。(9)計算齒輪傳遞的分度圓直徑，帶入中較小的值：dlt 2.32(KtT1/d)(u+1/u)(ZE/H)1/3 =2.32(1.3×71

36、00/1)×(1/1)×(189.8/612)1/3=22.30mm。(10)圓周速度v：vmax=0.1m/s。 (11)計算齒寬b：b= ddlt=1×22.30mm=22.30mm。(12)計算齒寬與齒高之比b/h：模數(shù)：mt=dlt/Z=22.30/28mm=0.796mm，齒高：h=2.25mt=1.79mm，b/h=22.30/1.79=12.45。(13)計算載荷系數(shù)：根據(jù)vmax=0.1m/s，7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)KV=1，直齒輪，KH=KF=1，由表10-2查得使用系數(shù)KA=1，由表10-4用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承對稱布

37、置時：KH=1.29，由b/h=12.45，KH=1.3查圖10-13得KF=1.25，故載荷系數(shù)： K=KAKVKHKH=1×1.15×1×1.3=1.29。 (14)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑得：d1=dlt(K/Kt)1=22.30×(1.29/1.3)1/3=22.30mm。(15)計算模數(shù)m：m=d1/Z=0.796mm。2.按齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度的設(shè)計公式為：m(2KT1/dZ12)YsaYfa/F1/3。確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值：(1)由圖10-20c查得，齒輪的彎曲疲勞強的極限：FE1=500MPa；齒條的彎曲疲勞強的極限：

38、FE2=380MPa。(2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.95，KFN2=1.18。(3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（3-2）得：F1=KFH1 FE1/S= 0.95×500/1.4=339.3 MPa, F2=KFH2 FE2/S= 1.18×380/1.4=320.3 MPa,。(4)計算載荷系數(shù)K：K=KAKVKFKF=1×1.15×1×1.26=1.25。(5)查取齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)：查表10-5得：YFa1=2.80，Ysa1=1.55，YFa1=2.06，Ysa1=1.97；。(6

39、)計算齒輪、齒條的YFaYsa/F并加以比較：YFa1Ysa1/F1=2.80×1.55/339.3=0.012791，YFa2Ysa2/F2=2.06×1.97/320.3=0.01267。大齒輪的數(shù)值大。 (7)設(shè)計計算：m(2KT1/dZ12)YsaYfa/F1/3=(2×1.25×6800/202)×0.0127911/3=0.82797mm。對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎

40、曲強度算得的模數(shù)0.796并就近圓整為標準值m=1mm，按接觸強度算得的分度圓直徑考慮到軸，軸承及聯(lián)軸器的選用，這里取大值d1=28mm，算出齒輪齒數(shù)：Z1=28/2=28。3.幾何尺寸計算(1)計算分度圓直徑：d1=28mm。 (2)計算齒輪寬度：b=dd1=28mm，取B2=30mm，B1=35mm。 圖4-2為傳動系統(tǒng)的三維圖：圖4-2 傳動系統(tǒng)三維圖4.4 軸的設(shè)計及校核由于此處的軸幾乎只承受扭矩作用，且載荷較平穩(wěn)，無軸向載荷，且只做單向旋轉(zhuǎn)。故A0取較小值。軸的材料采用45號鋼，A0=110。由T=9549P/n得：P=Tn/9549=5.8×64/9549kw=0.04k

41、wdA0(P/n)1/3=110×(0.04/64)1/3=9.40mm，由于該軸要與42BYGH47-401A永磁感應(yīng)式步進電機相連接，該電機的軸徑為5mm,考慮到聯(lián)軸器的問題，故取軸徑為10mm。4.5 聯(lián)軸器的選用及校核根據(jù)該軸徑，試選梅花聯(lián)軸器，再進行校核：公稱轉(zhuǎn)矩：T0=1910N.mm由表14-1查得：KA=1.3Tca=KAT0=1.3×1910N.mm=2483N.mm25000N.mm。滿足工作要求。4.6 軸承的選取及校核根據(jù)運轉(zhuǎn)時有輕微沖擊，預(yù)期壽命為105小時，進行校核。根據(jù)軸與軸承裝配軸段的軸徑d=10mm,無軸向力，故試選用6700-2RS非標軸

42、承深溝球軸承，此軸承的基本額定動載C0=15000N，再進行校核：計算得軸質(zhì)量約為1kg，故令Fr=10N，F(xiàn)a=0N。Fa/Fr=0。根據(jù)表13-5，深溝球軸承的最大e值為0.44，故此時：Fa/Fr=00.44。按照表13-6，fp=1.01.2，取fp=1.2。按照表13-5，X=1，Y=0，則：P=1.2×10N=12N。Lh=106/60n1(C/P)3=1.15×1010h105h。滿足工作要求。第5章 拋光機三維建模5.1執(zhí)行機構(gòu)圖5-1 操作機構(gòu)裝配圖從右左端開始分別為電機，聯(lián)軸器，齒輪箱，聯(lián)軸器，軸承和軸承座，毛刷，軸承和軸承座。電機通過齒輪箱將轉(zhuǎn)速降到適當?shù)姆秶?lián)軸器與毛刷軸相連，從而實現(xiàn)刷子的轉(zhuǎn)動。齒輪箱通過軸和刷子分開設(shè)計，刷子容易磨損，分開設(shè)計刷子易于更換。5.2傳動機構(gòu)如圖5-2圖5-2 傳動機構(gòu)裝配圖從右到左分別為電機，聯(lián)軸器，軸承和軸承座，齒輪軸和齒條，軸承和軸承座。傳動機構(gòu)由電機通過齒輪齒條的嚙合傳動，實現(xiàn)水平往復(fù)運動。5.3箱體及其裝配 圖5-3 箱體圖為了把箱體做成密封的，又不干涉軸的水平