浅谈高速平面研磨机机械结构设计

摘 要：高速研磨技术是一种既能保证研磨加工精度和加工质量，又能显著提高研磨加工效率，降低加工成本的新研磨加工先进技术。本设计是根据目前研磨加工现状，重点采用固着磨料高速研磨方法，设计了平面高速研磨机，这大大地提高了研磨加工精度、加工质量、加工效率及精度的稳定性，并且有效地降低了加工成本。

关键词：高速；研磨机；机械结构

一、高速平面研磨机总体方案设计

（一）机床的主要技术性能

本文设计的平面高速研磨机严格执行国家规程，可用于研磨玻璃、硬质合金、各种陶瓷和超硬材料等，因此根据国家规定规程的要求，系统应具有操作简单，加工精度高、加工效率高，设置简便，使用方便等特点。

（二）机床的总体布局

本设计的平面高速研磨机主要用来精磨抛光Φ350mm以下的工件，该机床主要用于研磨加工，在主轴转速和工作压力较低的档次下可进行抛光加工。机床采用高、低两极气动加紧，由气压系统的电磁阀和时间继电器控制加压循环，机床还备有研磨液和抛光掖的恒温装置和过滤装置，并可实现冷却液或抛光液的冷却和回收。

二、平面高速研磨机机械系统设计

平面高速研磨机是集机、电为一体的系统，其功能的实现，离不开机械系统。本系统的机械系统主要有气动部分、磨具、机械传动部分、主轴组件和床身等组成。

（一）机械系统的功能及性能要求

1、机械系统性能要求。（1）高精度。机械系统的精度直接影响着平面高速研磨机的精度，这就要求专用高速研磨磨具，制造具有较高的精度，主轴的位置精度高，安装位置精度要高，同时要求整个机械系统结构变形小，传动机构的传动环节少，误差要小。（2）良好的稳定性。要求机械系统的工作性能不受外部条件的影响，具有较强的抗干扰能力，这就要求高速研磨机的床身，主轴等不受环境的影响而变形，尽量减少系统的振动，把冷却装置放在系统的外边，避免其振动对高速研磨机的影响。

（二）机械系统的结构设计

1、主轴的设计。主轴的材料选45钢，调质处理，使主轴表面具有较高的硬度，心部具有较大的韧性，把主轴做成空心轴，一用来为冷却液提供通道。二以保证轴的刚度及扭转稳定性。

2、传动系统设计。机械的传动系统是传递转矩和转矩，目的是使执行元件与负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配。传动机构采用皮带轮减速，通过变频器来控制主轴转速。

3、箱体的设计。箱体在各种机械中的主要功能是支承固定联接或做相对运动的部件或零件，放置各部件，以保证零部件之间的相互位置或相对运动的精度。本系统的箱体就是支承其他零部件的基础部件，这样在设计时就需要满足静刚度、抗振性、热温性和工艺性等技术要求。

4、主轴组件。由于主轴组件要保证一定的加工精度并承受工作压力和工作台的重力，因此要求有较好的精度、刚度和承载能力。为了防止制造、装配时推力轴承与主轴不同轴，在止推轴承处装有球面自动调心垫圈，以保证有较好的同轴度。两轴承之间的隔套是为了施加预紧力，消除轴向间隙。两后轴承外全部固定是为了补偿主轴受热伸长。主轴前端装有较大的圆柱面，可以作为圆盘定位的基准面。主轴下端装有内喷接头，冷却液有主轴中心通孔喷出，冷却加工表面。

5、气动压头。气动压头是利用高压空气的压力 来实现加压的。高压空气由气管进入汽缸的上室，推动活塞带动压力头向下移动，从而实现加工过程中所需的各种压力。高压空气由气管进入汽缸的下室，同时气管接通大气，从而推动活塞带动压力头向上移动。气动压头的工作压力调节，是气压系统中的调压阀来实现的。

（三）冷却系统的设计

平面高速研磨机由于采用高速研磨，这是高速研磨速度带来生热多的一个问题，因此必须考虑到冷却问题，为了提高冷却效果，平面高速研磨机的主轴设计为空心轴，冷却液通过主轴和磨具中心的圆孔进入磨具表面，并借助离心力作用向外飞溅，这不仅可以起到冷却作用，而且还可以冲走研磨下来的工件切屑，以免他们划伤工件表面。

三、平面高速研磨机磨具的设计

磨具是固着高速研磨所采用的切削工具。对高速研磨来说磨具对研磨加工的影响比较大，它直接影响着研磨加工的精度、加工质量、加工效率和加工成本。一般情况下，磨具是根据被加工工件的具体要求以及研磨机的状况来设计和制作。

磨具主要由切削部分、支撑部分和安装部分组成。切削部分主要是对被加工工件表面进行微量切削。

（一）磨料的选择

磨料是用于切削部分的材料。因此对磨料有一定的要求。

1、硬度是磨料的最基本要求；2、韧性要高；3、应有适当的自锐性；4、熔点或软化点应比被加工物高；5、化学稳定性要好；6、形状和粒度应均匀一致。

磨料的种类：常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬度磨料系及软磨料系等四类。

四、结语

平面高速研磨机是机、电一体化的智能高科技C床，采用具有较高稳定性和较宽调速范围的变频器对主轴进行转速的控制，实现了无级调速，对压力头采用气动系统控制，整个系统采用了先进的PLC进行控制，从而使平面高速研磨机的研磨加工实现了自动化和智能化。

参考文献：

[1]杨建东，田春林，等.高速研磨技术[M].北京：国防工业出版社，2003.10.

[2]张建民等.机电一体化系统设计[M].北京：北京理工大学出版社，2002，7.

[3]邓星钟.机电传动控制[M].武昌：华中科技大学出版社，2003.7.