摘 要

模具往往需要光洁的表面，以便于成形、脱模，以及确保产品的表面质量。这种要求很高的工序，传统上一般是由熟练的技术工人进行手工研磨，这种方式不仅成本高工期长，而且其不稳定性是不可避免的。而磨粒流技术的出现使模具表面的高精度成为现实，使模具表面粗糙度值降低使其更为可靠并降低劳动成本。本文所设计的磨料流抛光机能够更加高效地对工件表面进行精细抛光。

本文依据磨料流抛光的工作原理，提出了对机床整体设计的总方案，根据机床的工作原理以及机床加工时需要进行的运动，设计了能够满足要求的液压系统，确保机床的正常工作。按照磨料流机床的设计要求，计算并确定机床各系统零件的尺寸，并按照机床结构要求装配，采用内外双磨料缸设计完成了工件需要单向加工的要求。根据机床框架结构以及抛光机理，设计了可以满足自动上下料的专用夹具以及自动上下料装置。对机床框架、液压系统总成，自动上下料装置等运用Solidworks三维绘图软件进行建模，最后运用ANSYS有限元分析软件对支撑结构进行了静力学分析和模态分析。

通过对磨料流抛光机的设计，希望对磨料流加工机床设计提供有用的资料。

关键词：磨料流，单向加工，液压系统

Abstract

Molds often need a smooth surface to facilitate forming,demoulding,and to ensure the surface quality of the product.This demanding process is traditionally hand-ground by skilled workers,which not only has a high cost and a long construction period,but also its instability is inevitable.The emergence of abrasive flow technology makes the high precision of the mold surface become a reality,reduce the mold surface roughness value,make it more reliable and reduce the labor cost.

The abrasive flow polishing machine designed in this paper can polish the workpiece surface more efficiently.to ensure the normal operation of the machine tool.According to the design requirements of its tool, calculate and determine the size of the machine tool system parts, and assemble according to the machine tool structure requirements, using the internal and external abrasive cylinder design to complete the requirements of unidirectional machining of the workpiece.According to the frame structure of the machine tool and the polishing mechanism, a special fixture and an automatic loading and unloading device are designed. The machine tool frame, hydraulic system assembly and automatic loading and unloading device are modeled by Solidworks three-dimensional drawing software. finally, the statics analysis and modal analysis of machine tool frame are carried out by using ANSYS finite element analysis software.Through the design of abrasive flow polishing machine,

it is hoped to provide useful data for the design of abrasive flow polishing machine.

Key words: Abrasive flow, unidirectional machining, hydraulic system

目录

摘要 I

Abstract II

第 1 章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 磨料流抛光技术简介 3

1.3.1 磨料流加工原理 3

1.3.2 流体磨料 4

1.3.3 磨料流技术的应用 5

1.4 本文主要研究内容 5

第 2 章 机床总体设计方案 7

2.1 磨料流抛光机床的总体设计要求 7

2.2 磨料流抛光机床的总体设计方案 7

2.2.1 动力系统的选择 7

2.2.2 执行系统的方案设计 8

2.2.3 控制系统的方案设计 8

2.3 本章小结 9

第 3 章 机床总体结构设计 10

3.1 机床底座的结构设计 10

3.1.1 底座的截面形状以及筋板的添加 10

3.1.2 壁厚的确定 11

3.1.3 材料的选择 11

3.2 床身框架设计 12

3.2.1 立柱的设计 12

3.3 机床框架的焊接 13

3.3.1 焊缝的计算 14

3.4 本章小结 17

第 4 章 磨料流抛光机床的液压系统设计 18

4.1 液压系统的工作原理 18

4.2 液压驱动装置设计 20

4.2.1 液压泵选取 20

4.2.2 液压缸、磨料缸内径选择 20

4.2.3 液压缸、磨料缸壁厚计算 20

4.2.4 液压缸缸底厚度确定 20

4.2.5 活塞杆的参数确定 21

4.2.6 活塞杆导向套参数确定 22

4.3 密封和防尘 22

4.4 本章小结 22

第 5 章 液压系统及其他部件的三维建模 23

5.1 Solidworks三维建模软件简介 23

5.2 液压系统的三维建模 23

5.2.1 液压缸及磨料缸的三维建模 23

5.2.2 活塞杆的三维建模 24

5.2.3 两缸总成 25

5.2.4 夹具的三维建模 26

5.2.5 液压系统的总体装配 26

5.3 自动上下料装置的三维建模 27

5.3.1 上料装置的三维建模 27

5.3.2 下料装置的三维建模 29

5.4 本章小结 30

第 6 章 基于ANSYS的有限元分析 31

6.1 ANSYS有限元分析简介 31

6.2 静力学分析 31

6.3 磨料流抛光机床床身框架的静力分析 31

6.3.1 支撑结构变形分析 31

6.3.2 支撑结构的应力应变分析 33

6.4 支撑结构的模态分析 34

6.5 本章小结 37

第 7 章 结论 38

参考文献 39

致 谢 40

绪论

课题研究的目的和意义

现代设计中对产品的精细度要求逐渐提升，因此现代设计对产品的表面质量的要求也更高，但是对于一些比较精细的零件，如果要进行手工抛光这类精密加工，可能效率不高，而且需要的人力较多不适合大量生产。正因如此对工件进行最终的修整加工所花的成本往往所占的比重较高。传统的加工方式不仅难以达到如此高的精度要求，而且加工效率低，加工成本又高^[1]。尤其是针对细微槽孔以及复杂内壁表面和零件不易加工的表面部分，急需一种高效并且能够实现高精度加工的精修加工方法，从而提升这些特殊零件的使用性能以及使用寿命。而磨料流加工技术正是符合上诉要求的一种工艺技术，对于内、外型面复杂的零件，使用磨料流技术加工更为合适^[2]。

国内外研究现状

磨料流技术是一项由美国在80年代产生并且发展出来的新型加工技术，如今已经广泛运用于各个行业中关键零件的精细加工。我国最初在80年代引进了磨料流技术，由于基础工艺的落后，最初并没有广泛使用，而是用于一些模具的加工抛光。后来才慢慢进去各个领域，取得了一定的经济效益^[3]。

自磨料流技术问世以来，国内外的研究人员一直在从事该项技术的研究工作。国外的研究者先后研制出可以运用于许多重要行业的零件加工的磨料流机床。国内对磨料流技术也有一定的研究成果，并研发了相关机床。在国外美国和德国的磨料流装备研究比较发达，美国EXTRUDE HONE挤压研磨公司通过研究该技术，发现了增加飞机叶片表面质量的方法，提高了飞机发动机的性能。其生产的Vector系列挤压研磨机，能过对各种尺寸的工件进行加工。因为其公司生产的机床磨料缸范围较广从100mm至250mm都有生产，机床压力:0.6~20.4MPa。该公司生产的挤压研磨机具有强大的数控功能能实现许多自动操作，还具有快速更换磨料、同时研磨抛光内外径类零件等优点^[4]。