发布时间：2024-04-25 来源：网络
易倍体育 EMC易倍易倍体育 EMC易倍2. 2 实验机的工作原理 如图 5 所示 ,中心齿轮 1 固定不动 ,转臂 4 绕固定轴带动行
星齿轮 2 和行星齿轮 3 转动 ,并使行星齿轮 2 和行星齿轮 3 作行 星运动 ,当中心齿轮 1 与行星齿轮 3 齿数相等时 ,行星齿轮 3 作 平动 。根据实验要求 ,该实验机各齿轮齿数都确定为 60 。被研磨 的工件装夹在齿轮 3 上 ,工件随齿轮 3 一起作平动 ,研磨盘 6 放 置在调心轴承 10 上 ,调心轴承保证 3 个工件加工表面都与研磨 盘接触 ,固定在研磨盘上的传感器 11 , 被传感器挡板 12 限制 , 从而限制了研磨盘的周向转动 ( 研磨盘实质上相当于固定构 件) ,这样通过传感器可以对工件与研磨盘之间的摩擦力进行 实时测量 。另外 ,实验机还可以通过外势电场电路 9 向研磨池 内的研磨液 8 施加外电场来进行摩擦电化学研磨规律的研究 。
行星运动平面研磨机应用广泛 ,具有效率高 ,结构原理简 单 ,易于加工实现等特点 。若工件相对研具所作的平面运动是 平动 ,则能很好地满足研磨最佳运动学条件 ,同时考虑到浮动 研磨 ,研制了行星轮式恒速率变向平面研磨机 。
2. 1 研磨机的构思 在图 2b 所示的行星轮式平面研磨机中 ,当中心内齿轮 1 转
精密 、超精密加工技术是国防尖端技术 、微电子技术和信 息技术等高新技术发展进步的基础 。随着微电子 、光电子 、半 导体 、传感器和激光等高精尖技术的快速发展 ,对材料表面的 加工质量要求越来越高 。研磨是一种重要的精密 、超精密加工 技术 ,几乎适合于各种材料的加工 ,研磨加工可以得到很高的 尺寸精度和形状精度 ,甚至可以达到加工精度的极限 ,研磨装 置简单 ,不需要大量复杂的机械并且不苛求设备的精度条件 。
研磨是利用磨具通过磨料作用于工件表面 ,进行微量加工 的过程[1] 。研磨工件表面的尺寸精度 、形位精度 、研磨工具的 寿命及研磨效率等 ,在很大程度上取决于研磨运动 。为使工件 表面研磨均匀 ,从运动学角度归纳出如下的平面研磨最佳运动 学条件 : (1) 工件相对研具作平面运动 ,应保证工件被研磨表面 上各点相对研具均有相同或相近的研磨轨迹 ; (2) 研磨运动是 由工件与研具之间的相对运动实现的 ,工件表面上各点的研磨 运动速度应尽可能相同 ; (3) 研磨运动方向应不断变化 ,研磨纹 路交错多变 ,以利于工件加工表面粗糙度的降低 ,但应尽量避 免工件被研磨表面上各点相对研具的研磨轨迹曲率变化过大 ; (4) 研具或抛光盘工作表面的形状精度会反映到工件表面上 , 所以工件的运动轨迹应遍及整个研具表面并且分布均匀 ,以利 于研具的均匀磨损 ; (5) 工件相对研具在被研磨材料的去除方 向上具有运动自由度 ,这样可以避免因研磨机械的导向精度不 高而引起误差[2] 。
3. 1 研磨机运动原理分析 如图 5 所示 ,中心齿轮 1 固定 ,转臂 H 绕固定轴以角速度ω
转动 ,行星轮 2 ,3 分别绕转臂 H 上的轴转动 ,则行星轮 3 对固定 中心轮 1 相对转臂 H 的传动比 :
行星运动 。工件 5 固定在行星齿轮 3 上 ,所以工件 5 随行星齿轮
由于研磨机结构比较复杂 , 为了对理论设想进行实践检 验 ,研制了简便易行的实验机 。如图 5 所示 , 为行星轮式恒速率 变向平面研磨实验机原理图 。图中 , 中心齿轮 1 固定 , 转臂 4 绕 固定轴带动行星齿轮 2 和行星齿轮 3 转动 , 并使行星齿轮 2 和 行星齿轮 3 作行星运动 ,当中心齿轮 1 与行星齿轮 3 齿数相等 时 ,行星齿轮 3 作平动 。被研磨的工件装夹在齿轮 3 上 , 工件随 齿轮 3 一起作平动 ,工件上各点都相对研磨盘作与行星齿轮 3 轴心点运动相同的圆周运动 , 即任一时刻工件各点的运动速 度 、运动方向和运动轨迹都相同 ,且运动轨迹是确定的圆 , 若转 臂匀速转动 ,则工件各点运动速度大小不变 , 运动方向随时间 恒速率变向 。
在现有平面研磨机中 ,行星运动平面研磨机是应用最广泛 的一类平面研磨机 。行星运动平面研磨机 ,工件相对研具转动 的同时又绕自身轴线转动 ,即作行星运动 ,如图 1 所示 。图 1a 所示平面研磨机研磨盘绕固定轴转动 ,工件也绕自身的固定轴 转动 ,该类型研磨机研磨速度可以较高 ,但不能很好地满足研 磨最佳运动学条件 。图 1b 为行星轮式研磨机示意图 ,中心内 齿轮 1 固定 ,中心齿轮 2 绕固定轴线 作行星运 动 ,并带动工件 4 作行星运动 ,若工件相对行星轮不动 ,则工件 各点相对研磨盘的运动轨迹为外摆线a ,b) ,该类 型平面研磨机能较好地满足研磨最佳运动学条件 ,工件磨痕不
图 6 研磨实验机运动规律分析 图 7 工件上的点在研磨盘上的 运动轨迹
3. 3 工件上任一点的运动速度 如图 6 所示 ,建立以转臂回转中心为原点的 X - Y 直角坐
单一 ,但工件各点相对研磨盘的运动轨迹和运动速度不能保证 完全一致 ,所以研磨仍有不均匀性 ,研磨速度通常不是很高 。 图 1b 所示行星轮式研磨机通常工件并不装卡 ,而是在摩擦力 作用下贴紧行星轮 3 孔的内壁运动 ,所以工件相对行星轮 3 还 有附加转动 ,即伴有浮动研磨 。浮动研磨[1] ,就是磨具和工件 二者之中 ,一个主动旋转 ,其运动是已知的 ,而另一个则是浮动 在其上 ,靠研磨切削力带动随之转动 (故称之为浮动) ,其运动 是未知的 。研磨中的浮动运动规律很难确定 ,并且是导致磨具 不确定磨损的根本原因 。
图 5 行星轮式恒速率变向平面研磨实验机原理图 研磨机与实验机优 、缺点比较 :研磨机作平动的齿轮 6 与 齿轮 5 、齿轮 7 间的齿轮副沿轴向没有约束 ,即工件相对研具在 被研磨材料的去除方向上具有运动自由度 , 所以工件加工面与 研磨盘总能保持一定压力下的接触 ,工件加工面精度主要取决 研磨盘的精度与工件上一道工序的加工精度 , 而研磨机本身的 运动精度对其影响较小 ,所以该平面研磨机能很好地满足平面 研磨的最佳运动学条件 ;实验机的工件装夹在行星轮 3 上并随 行星轮 3 一起运动 ,而行星轮 3 绕转臂 4 转动 ,所以行星轮 3 、转 臂 4 的端向跳动 , 转臂 、轴的刚度 , 以及轴 、转臂 、夹具 、轴承等 零件的精度等都对工件与研磨盘的接触有影响 , 并进一步影响 工件加工面的精度 。通过采取提高实验机精度等一些措施 , 该 实验机也能满足研磨的最佳运动学条件 。
足最佳研磨运动学条件的平动 。据此设计行星轮恒速率变向平 动研磨试验机 ,其原理设计如图 3 。适当选择各齿轮的齿数 Z1 , Z2 , Z′2 , Z3 , Z′3 , Z4 及 Z′1 ,可使行星齿轮 6 作平动 , 经过计算 , 给 出图中各齿轮的优化齿数 。被研磨的工件装夹在齿轮 6 上 , 相 对齿轮 6 沿齿轮轴线方向有一个自由度 ,研磨盘 9 固定 ,工件随 齿轮 6 相对研磨盘一起作平动 ,从而工件上各点相对研磨盘作 与行星齿轮 6 轴心点运动相同的圆周运动 , 即工件各点的运动 轨迹是确定的圆 ,任一时刻各点的运动速度 、运动方向相同 ; 并 且主动齿轮 1 若匀速转动 ,则行星齿轮 6 轴心点作匀速圆周运 动 ,工件各点的速度大小不变 , 速度方向与行星齿轮 6 轴心点 速度方向相同 ,速度方向随时间匀速变化 , 所以工件任一点沿 其运动的圆周轨迹切线方向的速度方向随时间恒速率变化 (速 度方向恒速率变向) 。图 4 为行星轮式恒速率变向平动平面研 磨机的结构设计图 。
标系 ,以工件与齿轮 3 轴心对应点 O5 为原点 , 建立如图 6 所示 的用来确定工件任一点位置的ρ- θ极坐标系 。设工件 3 中心 O5 绕 O 点回转的半径为 R ,工件半径为 r ,其上的任一点位置由极 坐标 (ρ, θ) 确定 ,工件上 O5 点绕 O 点以角速度ω转动 。
根据以上分析 , 以等弧长原则在工件上取一系列点 , 并作 出这些点在研磨盘上的运动的轨迹 ,如图 7 。
碳化硅陶瓷是典型的硬脆难加工材料 , 应用广泛 。表 1 给 出了碳化硅陶瓷试件材料的物理性能和机械性能参数 。
对应点 O5 在以 O点为圆心 OO5 长为半径的圆上转动 ,工件 5 作 平动 , AO5 连线方向始终不变 ,所以 AO5 连线可看作是正平行 四边形机构的连杆 , 由线 平行且相等于线段 OOA 可确 定 OA 点 , OA 点可看作是正平行四边形机构的固定转动副 (是 虚约束) ,所以 A 点的运动轨迹为以 OA 点为中心 ,以 AOA (即 O O5 ) 为半径的圆 。
利用研磨机 ,在较高线 m/ s) 条件下 ,采用自行 研制的多种水基研磨液和不同研磨配副 ,进行了大量研磨实 验 ,取得了比较好研磨效果 。
摘要 :根据研磨最佳运动学条件 ,结合现有研磨机 ,研制了新型行星轮式恒速率变向平面研磨机 。研磨机具有被研 磨表面各点研磨轨迹相同 、速度相同 ,研磨运动方向恒速率变向的运动特性 。利用研磨实验机进行了大量研磨实验 ,取 得了很好的研磨效果 ,研磨表面 Ra 可至纳米级 。
