本科毕业设计(论文)
开题报告
题目：
学院：机械工程学院专业：机械工程及自动化
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指导老师：
提交日期：2013 年12月26日
1 课题的背景及意义
齿轮传动是机械传动中最重要且应用最广泛的传动形式之一。齿轮的精度越高，其传动效率也随之越高，并且噪声、寿命、性能也会更加优越。所以提高齿轮的精度是现在齿轮研究的主要目标之一，而使用抛光技术就可以有效提高精度。近代抛光技术随着机械材料的进步发展起来，某些电子、机械零件的制造、安装和微型机械制造以及后期的镀膜加工都离不开抛光技术的支撑[1]，现代抛光技术已经由简单的研磨和抛光发展成为支撑纳米技术的现代超精密技术之一。
抛光机专门针对钢、铝铜等金属制品的表面和管类进行效果处理，几十种原厂配件满足不同需要，轻而易举制造出各种精度不同的雪花纹、拉丝纹、波浪纹、哑光面、镜面等，快速修补深度划痕和轻微刮花，快速打磨和抛光；焊缝、水口痕、迹氧化膜、污迹和油漆等，适用砂去毛刺、形成圆角，装饰性金属加工，在加工过程中不会形成暗影、过渡地带和装饰面不均匀等，是金属制品生产线的重要设备[2]。
抛光机的基本原理图见下图一[3]：
图一基本原理
对于有超精光要求的表面(表面粗糙度为0.1µm)，需要完成精整加工的三项作业，即研光、抛光研光、抛光。在进行这三项作业前，工件表面粗糙度需达到
10µm以下)，才能逐级进行[4]。
研磨、抛光是最古老的加工工艺，也一直都是超精密加工最主要的加工手段。通常，研磨为次终加工工序，将平面度降低至数微米以下，并去前道工序（通常为磨削）产生的损伤层。抛光是目前主要的终加工手段，目的是降低表面粗糙度并去除研磨形成的损伤层，获得光滑、无损伤的加工表面。抛光过程中材料去除量十分微小，约为 5 µm[5]。
采用磨料来进行抛光是其中最有效的方法之一，但也存在一定的局限性，主要体现在加工精度对磨粒尺寸差异敏感。在理想状况下，工件与磨具之间的磨粒粒度均匀一致，磨粒上的载荷相等。当加工区内有硬质大颗粒产生（磨粒团聚或工件磨屑）或进入（外界环境中的大颗粒灰尘）时，若磨具为刚性，则加工载荷由少量大颗粒承担，导致大颗粒对工件的切深增加因而形成划痕、凹坑等损伤，或者大颗粒在载荷作用下破碎，但在破碎前往往已在工件表面形成损伤；为此，通常采用弹性抛光垫（沥青、聚氨酯等材料）的方法来缓解大颗粒对工件表面的负面作用[6]，但由于抛光垫与大颗粒所接触的位置弹性变形增大，使得对大颗粒的压力增加，仍会造成工件表面的划痕等损伤形式。目前，只能靠提高加工环境的净化程度和磨粒尺寸的一致性来避免硬质大颗粒对加工面的损伤，但代价高昂且不能完全避免大颗粒的侵入。硬质大颗粒引起的表面划痕使大量工件返修或报废，严重阻碍了整体加工效率的提高，如何有效避免硬质大颗粒造成的损伤已经成为抛光工艺中亟待解决的问题。此外，材料去除主要基于三体磨损机理，磨粒主要以滚动的方式实现材料去除[7]，单位时间内参与材料去除的磨粒数量少，材料去除率低，带有化学成分的加工液和磨粒危害环境且处理成本高。
2 齿轮的主要参数
齿顶圆直径分度圆直径厚度齿轮的重量558mm 529mm 176mm 150Kg
3课题研究的主要内容
3.1课题研究的主要技术原理
振动研磨机在振动盘中安装有振动马达，振动盘通过振动弹簧与底座连接。启动振动研磨机时，振动马达产生强大的激振力，通过振动弹簧带动振动盘中的研磨混合物（即研磨材料、研磨加工零件、研磨助剂等混合物）产生三个方向的运动，即上下振动、由里向外的翻转、螺旋形的顺时针旋转，“三次元”说的就是这个道理。振动马达是振动研磨机中的核心部件，它是一种特殊的振动马达，它在两端的轴心上安装有偏心块（也叫振动块），通过调节这两块偏心块的相对角度、重量，可以很方便的调节振动研磨机的振动频率、翻转速度，具体的调节方法可以参见我公司的说明书.那些需要研磨抛光的产品零配件，在这种立体的研磨方式下，与研磨抛光材料相互摩擦，达到表面抛光、去批锋、倒角、去除毛边、除锈、粗磨光、精密磨光、光泽打光、电镀前细磨、振动出色等目的。
振动研磨的优点：节省人力成本，提高生产效率，研磨均匀，可避免人工去毛边或抛光时因用力不均而造成的产品平整度或光亮度差异。对于较小工件和角位，人工操作不方便，振动研磨亦能解决。
相对于其他磨齿机三次元振动研磨机对于加工大型齿轮能提高工作效率，能使齿轮的表面粗糙度达到0.2，而普通的磨齿机却只能达到0.8，在综合考虑的情况下决定设计一台三次振动研磨机来加工本次课题的齿轮。
3.2课题的主要设计技术方案
1. 介质流正向反向的振动循环，确保齿轮的两面都进行彻底抛光。根据齿轮规格，精确选择的磨料尺寸和形状，确保齿轮根部和其它一些较困难碰触到的区域都能得到高质量的光饰。
2. U型工作槽，特别计算的槽内磨料量和向下式磨料/介质振动循环路线最大限度地避免磨料溅出。
3. 特殊的工件夹具，防止高速循环振动的磨料流因遇到沉落到槽底部齿轮的阻挡，而飞溅出来。且能防止零件间的碰撞和与槽的摩擦。
4. 磨料进料系统克服了人工加料时将磨料溅出或倒洒出工作槽外。
5. 坚固设计，内衬有高耐磨性的聚氨酯加层防护。
6. 工件夹具避免齿轮与工作槽内部和聚氨酯内衬的直接接触而损伤槽结构。
7. 弹簧底座架起减震作用，确保机器不会因长期剧烈振动而损坏。
8. 隔音罩可将工作噪音控制在80分贝以下。
9. 由于机器的驱动原理，原则上没有易损件，不需要更换任何零备件。
10.在腐蚀液中加有磨料，对工件边腐蚀边加工。
11.利用磨料本身或研磨剂与工件之间的化学作用，对工件进行研磨抛光。
12.在腐蚀液中研磨，是为了利用腐蚀液的腐蚀作用，提高效率。
13.工件与研磨液或磨料进行化学反应，可促进研磨的进行。
4课题的可行性分析
金属表面处理技术解决的主要问题就是把工件表面处理干净，达到一定的光洁度和光亮度，以备后面的工序能顺利进行下去。
振动抛光机是一种电动工具，抛光机由底座、抛盘、抛光织物、抛光罩及盖等基本元件组成。电动机固定在底座上，固定抛光盘用的锥套通过螺钉与电动机轴相连。抛光织物通过套圈紧固在抛光盘上，电动机通过底座上的开关接通电源起动后，便可用手对试样施加压力在转动的抛光盘上进行抛光。抛光过程中加入的抛光液可通过固定在底座上的塑料盘中的排水管流入置于抛光机旁的方盘内。抛光罩及盖可防止灰土及其他杂物在机器不使用时落在抛光织物上而影响使用效果。
振动抛光是将加工零件装在盛有钢球和抛光液的箱体内，箱体在抛光机上实现3个振动，钢球便对零件加工表面随机地进行冲击、摩擦，以改变零件表面的应力分布状态，消除定向刀痕，从而抛光零件表面，提高零件的疲劳强度[7]。
抛光机操作的关键是要设法得到最大的抛光速率，以便尽快除去磨光时产生的损伤层。同时也要使抛光损伤层不会影响最终观察到的组织，即不会造成假组织。前者要求使用较粗的磨料，以保证有较大的抛光速率来去除磨光的损伤层，但抛光损伤层也较深；后者要求使用最细的材料，使抛光损伤层较浅，但抛光速
