1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 水钻磨抛机机架结构改进设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 本研究课题来源于浙江省平湖某水钻设备制造公司。由于该公司在机架的设计制造方面一直以来是通过经验估算机架强度，所以在机架的设计 方面一直遵循着刚度尽量大，来保证机床在工作时可以正常进行。对于水钻磨抛机机架来说对刚度的要求是很重要的，这对于加工产品的成品率会有很大影响。 机架在设计时要以机器各个工位及其动作为指导，使结构便于安装，调整及维修。在这次改进设计中，通过科学的计算，合理的改进机架的结构。使机架在满足生产所需要的刚
2、度强度以及稳定性的前提下，有效的减轻了机架重量，相应的降低了成本。 关键词： 水钻 磨抛机 机架 稳定性 刚度 II Diamond grinding and polishing machine frame structure improved design Abstract The research comes from Pinghu, Zhejiang, a diamond equipment manufacturing company. As the company has been estimating the strength of the rack on its design an
3、d manufacture through the experience,so the design of the rack follow the stiffness as large as possible, to ensure the machine can work normally. This improved design, which has scientific calculations, a reasonable improvement of the design. In the premise of meeting the production needs,which is
4、stiffness strength and stability of.the rack, reducing the weight and costs of the rack. For the rack of diamond grinding and polishing machine, the requirements for the stiffness is very important that will be greatly affect the yield of the processed products.The design of the rack should follow t
5、he movement and each station of the machine to make the structure install ,adjust and repair easily. In the premise of meeting stiffness strength and stability of.the rack, reducing the weight and costs of the rack.the shape should also be generous and beautiful. Keywords: Rhinestone， polishing and
6、burnishing machine， chassis， stability stiffness. III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源 . 1 1.2 课题的意义 . 1 1.3 水钻磨抛机的国内外发展现状 . 2 1.4 课题研究的主要内容 . 4 2 设备方案设计与总体设计 . 5 2.1 水钻磨抛机机架的方案设计 . 5 2.2 方案评价 铸铁机架与焊接机架特点比较 . 6 2.3 水钻磨抛机的整机工作流程 . 7 2.4 机床的主要参数 . 7 2.5 主要结构及性能简介 . 8 2.6 总体布置基本要求 . 13 3 设计计
7、算和校核 . 14 3.1 支柱强度计算 . 14 3.2 工作台面的弯曲刚度计算 . 17 3.3 节省材料计算 . 22 4 设计说明 . 24 结论 . 25 参考文献 . 26 附录 . 27 附录图 1 小龟板 . 27 附录图 2 环形架 . 28 附录图 3 小电机架 . 29 附录图 4 工作台面 . 30 附录图 5 机架焊接组件 . 31 水钻磨抛机机架结构改进设计 1 1 绪论 1.1 课题的来源 2010年是全面完成我国玻纤行业“十一五”规划目标，谋划“十二五”发展的关键的一年，也是巩固扩大应对金融危机成果，促进经济平稳较快发展的重要一年。当前我们正处在一个复杂的经济环
8、境中，我们要抓住机遇迎接挑战。而水钻行业作为新兴行业，有着他的旺盛的活力和长远的发展前景。 改革开放以来，我国经济持续增长，人民生活水平逐年提高，消费水平也相应提高，首饰消费从追求金银的保值转向了追求时尚装饰和体现身份和品位。由其是女性朋友们对饰品的需求增长迅速。水晶钻石饰品正适应大部分消费者的需求。但是据我国权威机构对中国女性饰品市场的调查，我国女性饰品人均占有率不足 5，而东京 68.2、新加坡 48、香港 54、韩国 68、马列来西亚为 47，泰国为 68。可见我国女性饰品市场的需求量还是很大的 1。并且随着国内经济的不断发展和国民收入的高速增长，女性对饰品的需求与俱增。本课题来源于浙江
9、省平湖某水钻设备制造公司。 1.2 课题的意义 近年来，我国内地钻饰市场发展很快，钻饰在整个黄金珠宝市场偏冷静氛围中，成为热销品种。据戴比尔斯在中国太陆 25个城市 (包括成都、绵阳 )所作的调查，在消费 者所喜欢珠宝中，天然钻石居首位，成为消费者喜欢的宝石 2。对于钻石它拥有坚硬无比、洁净璀璨、光彩夺目的品性，被人们赋予各种美好的寓意，特别是以铂金镶嵌，更是相映生辉，品位不凡，成为结婚、生日、情人节等喜庆日子的纪念物或馈赠珍品，受到青睐 3。但由于钻石资源的奇缺，让我们很苦恼。我们希望可以有很多的钻石来装饰，可是这样的话也需要很昂贵的开销。所以我们尽量能寻求一种可以代替物来满足我们的需求。然
10、而水钻是我们最为理想的一替代品。 水晶是石英家族的成员，是最常见的矿物质之一，它和普通的砂子是“同出娘胎” 的一种物质。通常形成于火成岩、变质岩和沉积岩中，化学式 SiO2，莫氏硬度为 7，晶体端部呈菱形六面体柱形或角锥形，晶面通常有条纹与玻璃光泽，内含物丰富。水钻 水晶钻石，是以 8以下的水晶玻璃珠打磨成型并抛光而成 4。成品的水钻（也有人称冰钻），质细透明，外形仿天然钻石，水钻磨抛机机架结构改进设计 2 以菱形十几面体居多 5。这样的替代物就很经济，同时视觉效果上又有钻石般的夺目感觉。因此很受人们的欢迎。 在水钻的生产中使用手扶式磨抛机价格低，在水钻业发展的初期人工成本低的情况下非常实用
11、6。但随着中国经济的不断发展，人工成 本（包括工资、各种社会保险、企业管理费用等）也在不断提高，从而也提高了生产使用成本，加工的水钻质量不稳定，表面平整度低，表面光泽度和生产效率低。 所以说对水钻加工设备进行改进，对于未来水钻市场来说是提高自身市场竞争力的有力支柱。 1.3 水钻磨抛机的国内外发展现状 创新性技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标和依据。随着我国水钻市场的迅猛发展以及对水钻要求的不断提升，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外水钻 生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产
12、品技术规格，提高市场竞争力十分关键。 面对着中国这么一庞大并且饥饿的市场。应该说，不论是在经济稳定发展时期还是在经济形势萧条时期，水钻的市场需求量也在不断地向高攀升。这是因为水钻产品低廉的价格使得这个行业具有规避金融危机或经济危机的有利条件 因为水钻足够便宜使得人们在水钻衍生产品的消费上不会因为收入减少而出现明显的降低消费意愿的现象。再说钻石有“宝石之王”的美称。它是一种稀少、珍贵的高档宝石。在世界珠宝贸易额中钻石首饰占 80以上 7。近几年来，我国钻石首饰市场迅速发展，已成为当今首饰消费的热点。据中国市场监测中心统计数据表明：目前水钻产品的年产销量还不足饰品行业或水钻衍生品行业需求量的 50
13、%8。因此，水钻行业的发展空间十分广阔。这也说明了为什么在中国短短的几年时间内这个行业就出现了这种“趋之若鹜”的经济现象。 多年前，饰品对中国人来说，还属于一个模糊的概念，但在短短的几年时间中，饰品市场已经从无到有、从小到大、从弱到强地成长起来了，中国也成为世界上最大的饰品生产、消费和出口国。 普通水钻的生产是用许多化工原料熔炼成高铅晶质 玻璃圆坯型后，再经过磨削抛光生产成的一种仿钻型产品，是目前最普遍的饰品挂件。一般的水钻生产工艺过程是： 1.熔炼； 2.胚珠成型；3.磨钻； 4.清洗； 5.检验； 6.分筛； 7.吸膜； 8.化学镀； 9.脱膜； 10.清洗将水钻清洗干净； 11.检验分筛
14、； 12.包装； 13.储存 9-10。据资料显示：中国的饰品产销量已占到全球产销量的 75%11。应该说，水钻类饰品承载着女性对美的追求，水钻磨抛机机架结构改进设计 3 也体现了国家经济、社会和文化发展层次的提高 一个由水晶珠胚、水钻和水钻衍生产品（指水钻类饰品及水钻装饰品等）构成的产业长链将在中国工 业经济领域激情挥舞，水钻行业在中国国民经济的地位将日益凸显。 目前，水钻的生产不能满足市场需求。仅国内服饰业的需求缺口，主要以江浙沪及珠三角服装业发达的地区较为显著。虽上海、浙江、广东、江西等地已有多家企业在满负荷生产，并且不断增加设备，但仍难扭转当前日益增长的市场需求。究其原因，一是磨轮磨料
15、的匹配问，二是题机械设备问题。这是阻碍水钻生产的两大绊脚石。但在生产出来后还是会有一些缺陷比如说磨损、额外瓣面、小缺口、白点、拋光线、磨损痕、粗糙腰围、断尖、炸裂等缺陷 12。有些可能可以经过修改后可以再利用 ，但一些就变成废品不能回收利用了，这就造成了浪费。 生产水钻首先选择好理想的磨料 13。有了理想的磨料，才能依据磨料和被磨削对象的特征制作磨具。有了合适的磨料、磨具，又确定了磨削对象，才能确定加工设备的结构设计。 由于水钻加工的利润一直较高，且短期内很难出现市场供求的基本平衡，并且随着人民生活水平的日益提高，水钻的需求仍将继续增大。基于这种判断，水晶加工行业的企业也跃跃欲试，催促着生产水
16、晶加工设备的企业也开始生产水钻加工设备，意涉足水钻加工。有的水晶加工企业甚至自己动手，直接闭门造车。他们 凭着传统的水晶工艺品加工经验，还用着传统使用的磨料 金刚砂，制定电镀磨轮，自制机器，试水生产。现在金华、温州、宁波等地已有五家机械制造企业开始制造水钻加工设备，但设计的思维都以金刚砂磨轮为先决条件去定位设备的结构设计 14。可以想象，以硬度为 10的金刚石磨轮，磨硬度不足 7，粒径在 8 以下的脆性玻璃珠，硬度悬殊和磨轮动能冲击，多么难保水钻的不蹦、不碎、不划伤，从而实现高产、高效。操作时，磨抛表面形成过程是决定加工表面质量的重要因素。表面形成与磨抛运动、磨盘直径、磨具形状、粒度及磨料切削
17、分布状态、工件材质 等因素有关，磨快在磨抛过程中与板材的接触面积，对磨料切入板材的能力 (切除率 )和磨快的磨损有很大的影响 15。磨轮线速度快了，施磨时会碰碎部分原珠；慢了，会挤碎；进刀轻了，磨削太慢；重了，会有深深的划伤，很难操作，效果不佳。还有就是磨抛机的框架整体刚性对磨抛质量也有较大的影响，必须对支撑框架的横截面进行改进，使支撑强度得到明显提高 16-17。工作台底座与地面的紧固方式、工作台本身的平面度和刚性等也会影响加工质量。 然而像国外的生产设备性能方面还是比我们好很多，比如说美国 Buehler公司研制生产的 vanguard型全自动 磨抛机 从粗抛到最后精抛整个过程全自动水钻磨
18、抛机机架结构改进设计 4 完成 18，可以设置 50 个常用工作程序，操作界面友好，彩色液晶显示，触摸式操作，整个过程的每个工序之间都进行夹持器和样品的清洗与烘干 19，充分保证了样品制备的高效与高制性，操作过程的全自动化模式，节省了人工并提高了效率与质量。可以看出国外的磨抛机自动化程度是比我们的要高，所以我们要抓紧去完善我们的 设备与技术。尽量减小我们与发达国家的生产设备间的距离。 1.4 课题研究的主要内容 本次设计主要方向是围绕机械方面的问题加以研究设计。水钻磨抛机机架作为抛磨机的基本框架，承载着整个磨抛机械本体，也影响着磨抛的精度。所以说对水钻磨抛机机架的设计是很有必要的。 因为我所研
19、究的水钻磨抛机是企业中已经在生产的制造的，所以这次的课题是非常有意义的。公司的机架是经过技术部的师傅们进过建议的估算以及生产经验而设计出来的。在刚度方面一定是够的，但是也就是我们一般人的思想，让刚度尽量的大这样的话在工作中考虑和出现的问题也就少了 。所以公司的机架在原材料的应用上会有很大的浪费。我就是抓住这一点，对机架的强度、刚度和稳定性进行科学的计算。得出合适的钢板厚度及合理的结构。水钻磨抛机机架结构改进设计 5 2 设备方案设计与总体设计 2.1 水钻磨抛机机架的方案设计 机架是各种机械的基本部件，它主要起承重作用，机械的其他部件一般固定在机架上，有些部件是在机架的导轨面上运动，机架起基准
20、作用，以保证各种部件间正确的相对位置，并且使整个机器组成一个整体。在其他部件及工件本身的重量与过程中的载荷（包括各种冲击力）作用下，机架要有足够的强度，而且变形不超过允许值。此外还应考虑机架的 动刚度，阻尼，热变形性。尺寸稳定性，疲劳强度等。对于移动式机架的机架则要求重量轻，对于在寒冷，酷热，潮湿等环境下工作的机架分别要求耐高温，耐低温，抗锈蚀等性能。 机架在机器中的尺寸一般较大，他往往与机架的整体布局，机器的造型美观，操作方便，加工工艺较好。 机架分类 按机型分，可分为：卧式、立式； 卧式则分：横梁式机架，平板式机架； 立式则分：单立柱，双立柱，多立柱； 按材料及制造方法分：金属机架，非金属
21、机架； 金属机架分：铸造机架，焊接机架，组合机架； 非金属机架分：花岗岩机架，混凝土机架，塑料机架 。 本设备的机架属于金属机架，这样的话我提出的两个方案分别是： 方案一：本方案为铸钢机架。 机架属于薄壁筒体结构，具有外形尺寸大，结构复杂，壁厚不均匀的特点。在凝固收缩过程中，铸件不同部位的凝固时间差异很大。在凝固初期，由于后凝固部位的强度比先凝固部位小。各个部位之间的散热条件差异又很大，在冷却收缩过程中，铸件同时还要克服坭芯阻力。这种种因素的同时出现，导致铸件的凝固收缩过程受到的热应力很大，而且很复杂。因此，应全面考虑铸件的工艺性能、结构特点、温度分布等各方面因素，通过合理的设置浇口和冒口，使
22、浇口和冒口之 间互相配合，以及设置内冷铁等一系列工艺措施调节温度场，实现控制铸件的凝固顺序，降低热应力和避免各种热应力的叠加，最终防止产生裂纹。 铸钢件铸造出来后还要经过热处理，热处理的目的是为了消除铸造内应力和改善力学性能，铸钢机架热处理热处理方法一般有正火和回火，退火、高温水钻磨抛机机架结构改进设计 6 扩散退火和焊补后回火等。结构比较复杂，对力学性能要求较高的机架多用正火加回火，形状简单的机架等才采用退火。对于表面粘砂严重、不易清砂的铸钢机架则可用高温扩散退火。 铸钢机架经热处理后，可采用喷丸和抛丸处理其表面，以清除表面的粘砂和氧化皮。对铸件上的 缺陷（裂缝、缩孔、夹砂等）焊补前亦须进行
23、清整剖口以备焊补。 方案二：本方案采用焊接机架。 焊接机架具有制造周期短，重量轻和成本低等优点，故在机器制造业中，焊接机架日益增多。焊接机架主要有钢板、型钢或铸钢件等焊接而成。 在现在经济飞速发展的社会中，资金的流动会影响企业的发展。而焊机机架正是适合现代经济发展的产物。焊接机架的制造周期短，设计方案灵活，机架美观大方。利用型钢及钢板焊接的机架其自重会很轻，并且机架内部缺陷与铸钢相比也会少很多。 2.2 方案评价 铸铁机架与焊接机架特点比较 表 2-1铸铁机架与焊接机架 对比 项目 铸铁机架 焊接机架 机架重量 较重 钢板焊接毛胚比铸件毛胚轻 30%，比铸钢毛胚轻 20% 刚度、强度及抗震性
24、铸铁机架的强度与刚度较低，但内摩擦大，阻尼作用大，故抗震性能好 强度高、刚度大，对同一结构的刚度为铸铁的 2.5倍，钢的疲劳强度为铸造的 3倍。但抗震性能较差 材料价格 铸铁材料来源方便、便宜 价格高 生产周期 生产周期长，资金周转慢，成本高 生产周期短、能适应市场竞争的需要 设计条件 由于技术上的限制，铸件壁厚不能相差过大。而为了取出芯砂，设计时只能用“开口”式结构，影响刚度 机 构设计灵活、壁厚可以相差很大。并且可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料 用途 大批量生产的中小型机架 单件小批量生产大、中型机架特大型机架，如大型水压机横梁，底座及立柱，大的轧钢机机架和鄂式破碎机机架等，可采用小拼大的点渣焊
