1、 I （ 20_ _届） 本科毕业设计 水钻磨抛机上、下料结构设计 II 摘 要 通过对水钻磨抛机上下料相关的文献资料的阅读，我了解了水钻的国内外行情，熟悉了国内外水钻加工生产的技术的发展现状。了解了各种上下料机构的基本工作原理。 利用学习吸收文献中的知识并在某水钻厂对上下料结构进行分析，本人在原有水钻磨抛机上下料机构的基础上进行了相应的改进，使得水钻的上下料的效率得到了一定的提高，并使工人的劳动强度大大减少。本人在设计过程中，对一些标准件和零件的材料进行了选择，并在设备的稳定性方面做出了很多 努力。 关键词： 水钻，现状，上下料，改进 III Diamond grinding &polish
2、ing machine, next makings structure design Abstract By diamond grinding and polishing machine loading and unloading the literature related to reading, I understand the diamond market at home and abroad, familiar with international diamond processing technology development status. Understanding of th
3、e basic institutions of various loading and unloading work. Used to absorb the knowledge of literature, I have original diamond grinding and polishing machine in the upper and lower feeding mechanism based on a corresponding improvement, making the stones of the upper and lower feed efficiencyhas be
4、en improved to some extent, and to significantly reduce labor intensity. I am in the design process the main components of the strength of the check. Keywords: Diamond, status, loading and unloading, improve IV 目录 摘 要 . II Abstract. III 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源 . 1 1.2 课题的意义 . 1 1.3 水钻加工工艺国内外发展现状 . 2 1.3.
5、1 水钻的加工工艺的研究现状 . 2 1.3.2 抛光工艺的研究现状 . 3 1.3.3 磨抛机的研究现状 . 3 1.3.4 磨抛机上下料的研究现状 . 4 1.4 课题研究的主要内容 . 5 2 设备方案设计与总体设计 . 6 2.1 水钻上下料设备的方案设计 . 6 2.2 方案评价 . 6 2.3 水钻磨抛机上下料设备的总体设计 . 7 2.3.1 胶粉工位的设计 . 7 2.3.2 上料工位的设计 . 8 2.3.2 下料工位的设计 . 9 3 设计计算和校核 . 10 3.1 水钻磨抛机上下料 电机选用 . 10 3.2 气缸的计算和选用 . 10 3.2.1 气缸行程的选择 .
6、10 3.2.2 气缸缸径的计算与选用 . 10 3.3 轴承的设计选用与校核 . 11 3.3.1 直线轴承的设计与选用 . 11 3.4 总装图及工作原理 . 12 4 设计说明 . 14 4.1 零件材料及其处理方式的说明 . 14 4.2 保证系统稳定的说明 . 14 结论 . 15 参考文献 . 16 致谢 . 错误 !未定义书签。 V 附录 . 17 附录图 1 垂直安装板 . 17 附录图 2 滚轮轴 . 17 附录图 3 夹具靠板 . 18 附录图 4 胶粉工位导轨板 . 18 附录图 5 胶粉工位安装板 . 19 附录图 6 上料安装块 . 19 附录图 7 上料导轨 . 2
7、0 水钻磨抛机上、下料结构设计 1 1 绪论 1.1 课题的来源 水钻是目前服饰、首饰、工艺品镶嵌点缀的经典之选。市场的需求非常大。但是目前，水钻的生产不能满足市场需求。仅国内服饰业的需求缺口，保守估计也有四分之一强。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，一是机械设备问题，二是磨轮磨料的匹配问题。这是制约水钻生产加工的两大瓶颈。 其中机械设备问题是最需要改进也是相对容易改进的。以前的机械设备 自动化水平落后，大部分动作需要人工来完成，这就使得整个加工过程劳动强度大、成本高、效率低且工作条件差。 在机械设备的改进上，最
8、具有改进空间的就是上下料设备。要想实现上下料的自动化，必须要有控制系统和执行系统。现在发展起来的新一代工业控制器 PLC 控制系统具有可靠性高、易于使用和维护等特点，被广泛应用于各种生产过程控制领域 1。驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。其中气动装置具有速度快，效率高的特点。 所以设计一个由 PLC 控制气动装置驱动的水钻自动化 上下料装置是具有比较高的可行性和现实意义的。 1.2 课题的意义 随着现在生活自动化程度的提高，水钻的生产自动化也有巨大的意义。生产的自动化不仅能大大的加大生产效率，还能最低程度的降低生产过程中一些有害物质
9、对人体的危害。 在现代工业自动化生产领域里，物料的搬运、机床的上下料、整机的装配等实现自动化是十分必要的。自动上下料装置和工业机械手就是为实现这些工序的自动化而设计和采用的 2。 自动上下料装置使散乱的中小型的工件毛坯，经过定向机构，实现定向排序，然后顺序的由上下料装置把它送到机床和工作 位置去，并把工件取走。如果工件较大，形状较为复杂，很难自动的定向，往往用人工定向后，在由上下料机构送到工作地点去。 广泛采用自动上下料装置，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以2 及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样
10、，自动上下料装置的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 自动上下料装置是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。 1.3 水钻加工工艺国内外发展现状 1.3.1 水钻的加工工艺 的研究现状 工艺： （ 1）熔炉：必须用全电极优质锆钢砖制做的熔炉，可做 0.2 吨或 0.5 吨炉。也可用其它简单方法制的。 （ 2）原料：必须经过严格的质量筛选，严格的配方方可熔制优质坯料。至少含铅 25%以上的晶质玻璃料，这样折射率高，产品质量才能好。因此材料好，产品才能好。 （ 3）胚料成型：
11、用一种专业机器进行玻璃液成型，必须经过严格退火，以确保其质量与机械性能。 （ 4）机器：生产中所用 的机器均为专业机器，用电子气动控制的自动型设备。 （ 5）机器上所用的，包括粘水钻坯珠用的工装夹具的所有技术要求非常严格。 （ 6）水钻坯珠磨削所用的胶粉，即粘胶粉，同样属专项所用自制。 （ 7）磨削所用的金刚砂同样自制，对其工艺要求非常严格，而且为专行所有。 （ 8）抛光所用的抛光轮是把磨成型的水钻坯抛光，目的是把水钻坯抛到钻石一样闪闪发光，此轮是用化工材料自制而成专用。 （ 9）清洗：是把抛好光的水钻洗净，达到没有任何污物。 （ 10）检验：把清洗好的水钻放在灯下检出成品。 （ 11）分筛：
12、是把钻的大小分开，各型号都须分开。 （ 12）化镀：是把钻底镀上一层银，以增加其反光度，即折射亮度，所有设备配方均以专行用。 （ 13）保护膜：是把已镀好的银，再喷上一层保护银层的保护膜，避免银层接触大气时变黄等，目的是确保其钻的亮度与使用时间。 （ 14）包装：包装的目的是品牌的标质，同时也是为了在库存运输中避免擦花。 （ 15）库存：分类、分号，同时注意空气的污染 3。 水钻磨抛机上、下料结构设计 3 磨钻过程 : 夹具预热 上坯料 斜面磨削 (8 个面 ) 斜斜面抛光 (8 个面 ) 对接上料 斜面磨削 (另 8 个面 ) 斜面抛光 (另 8 个面 ) 平面磨削 平面抛光 下料 下料后
13、清洗 检验 分筛 化镀 喷保护膜 包装 成品可出售。 1.3.2 抛光工艺 的研究现状 由水钻的加工工艺可知，其最关键的步骤是研磨和抛光，而抛光又是水钻加工的最后一道工序，是把水钻自然美呈现出来的关键 4。那抛光到底是怎样的加工工艺呢？ 过去的抛光理论认为，抛光乃是一种超细研磨的过程。即把细、精磨后留在到面上的仍凹凸不平的表面，磨得更精致些，直到看不到擦痕为止。这种理论实质是：抛光乃是通过 降低磨粒直径的方法来实现的。认为只要抛光材料有一定的颗粒直径（哪怕是微小的颗粒），必然给抛光面留下一个创伤面，其创伤面的厚度一般为磨粒直径的 0. 5 1 倍。但是实际情况并非如此。直到 20 世纪初，拜尔
14、的新发现，才使抛光理论前进了一步。拜尔发现，在抛光过程中在液状层（现称之拜尔层）形成的同时，固体表面存在实际上的塑性变形 , 拜尔层就象清漆外膜一样伸展在刮痕面上（即创伤面上），使刮痕面蒙上光泽。 1937 年芬奇利用电子衍射技术，揭示出固体表面结构，证实了拜尔的研究结果是有根据的。并发现拜尔层能立即发现与下部结 构相一致的再结晶。这种抛光理论的新发现，为正确选择抛光技术与方法，提供了理论依据 5。 近些年来 , 我国水晶加工业发展很快，产品畅销海内外，但是高质量的优质产品所占比例很少，粗制滥造产品大量上市，这不仅影响到水晶饰品声誉，更重要的是还浪费了不能再生的水晶原料、究其原因，抛光技术与抛
15、光材料的选择是一个重要因素。 近年来，半导体器件的一直要求拥有微米级别的分模式线宽。伴随着这一点，高度准确的扁平化，例如上线或绝缘材料层的叠层晶圆基板表面技术已经成为必要，这是说利用化学反应的作用并采用精密抛光设备抛光方法称为 机械化学抛光，化学机械抛光，包装机械或类似的机械现已经研制成功 6。 1.3.3 磨抛机 的研究现状 超精密加工技术是一门新兴的综合性加工技术。它集成了现代机械、光学、电子、计算机、测量及材料等先进技术成就，已成为国家科学技术发展水平的重要标志。 7随着各种新型功能陶瓷材料的不断研制成功，以及这些材料在各种高性能电子元器件、光学、信息系统等领域的广泛应用，为了获得各种元
16、器件及装备的高性能，要求元件和零件的加工精度越来越高，有的甚至要求达到4 纳米级或更高的加工精度和无损伤的表面加工质量。 磨床 /抛光机 是在许多行业使用。它们通常用于制备金属，聚合物，陶瓷或进一步检查，如像显微镜检查样品 8。 目前只有日本和美国能够生产非智能型的纳米级超精密平面抛光机，且价格昂贵。为了保证加工的质量一致性及加工效率的提高 ,对能实现智能控制的纳米级超精密平面抛光机的需要迫在眉睫。纳米级超精密平面抛光机的智能控制系统的研制成功 , 将对超精密加工装备智能化和国产化 , 以及提高我国电子元件 产品的加工水平具有重要意义。 目前，我国一些较大的石材加工厂，其磨抛加工的主要设备都是
17、从意大利等国引进的。而中小型石材加工厂，则以国产或自制 的自动和半自动磨抛机为主要加工设备。这种设备成本低，制造简单，但磨抛效率低，磨抛质量不稳定，仅适合于小批量生产 9。 现代高科技产品的制造，很多要采用超精密研磨技术，例如，制造集成电路的硅片 (Si)、砷化镓（ fGaAs1）、磷化铟 (InP1），制造红外和激光成像、制导器件的碲镉汞、锑化铟等，制造反射镜、透镜的单晶兰宝石、石英晶体，制做磁头的铁氧体等均需要采用超精密研磨技术。国内外近年发展了许多新的超精密研磨原理和方法，并取得了多方面的应用。 超精密研磨的主要功能，是获得极高的零件表面质量。主要指极低的表 面粗糙度 (Ra0.01 一
18、 0.0001m)，极高的面形精度 (平面度、平行度、圆度等 )和无加工变质层 f 表面完整性 )10。只有采用超精密研磨技术。才能获得无加工变质层的表面；这一点对很多晶体材料、功能材料的制造是至关重要的。超精密研磨能实现原子级的材料去除。是一种实现加工极限精度的方法。 传统的研磨一般利用铸铁研磨盘，采用手工实现无规则的运动或靠机床实现模拟手工的运动轨迹。传统的抛光一般利用沥青、聚氯乙烯和无纺布等抛光盘。采用摆动、行星运动和环行运动等运动方式。传统的研磨和抛光，设备条件只是实现高质量研抛 的必要条件工艺条件和操作者的技艺也起着十分重要的作用。 随着对超光滑表面质量要求的不断提高，近年出现了多种
19、新原理的研磨抛光工艺方法以及相应的设备 为了探索新的研抛工艺方法及相应的设备条件。我们研制了 CJY500 超精密研磨机。该机床的主要目的。是为了对硬脆性材料进行超精密研磨和抛光进行工艺试验，摸索工艺规律。平面磨床的技术发展趋势，更趋向于复合化、智能化、适合实现微细加工 11。 1.3.4 磨抛机 上下料的研究现状 水钻的磨抛工艺的工作环境很差，容易产生很多对人体有害的粉尘，所以一个高度自动化的水钻磨抛机 迫在眉睫，而自动上下料则是重中之重。 水钻磨抛机上、下料结构设计 5 上下料机构就是将物料送到指定工位，待其加工好之后再将加工好的物件移出工位的机械结构。自动上下料机构分 3 部分：上料、送
20、料、自动下料机构12。现在的上下料机构主要以可控的上下料机械手为主。 磨床使用初期用天车来完成上下料，作业时遇到以下问题：一是天车动作幅度大造成车轴的放置位置准确性差、辅助操作时间长，效率低；二是天车的可操作空间比较小，容易碰损磨床的内部结构 13。 近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并得到了较快的发展。机械手是模仿人手的部分动 作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的机械装置 14。它对提高产品质量、提高生产效率、改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。广泛地应用于锻压、冲压、铸造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有
21、毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都很重视它的应用和发展。 机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有 液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。本文的机械手是针对微细零件加工而设计的，负载力矩较小，并且有一定的位置精度要求，所以在抓取动作中采用小巧的气压驱动装置。气动装置具有速度快，效率高的特点，正好适用于水钻的上下料。 要实现上下料的自动化光有赤裸裸的机构还是不够的，还要有控制器。现在比较主流的控制系统就是 PLC 控制系统。可编程控制器（简称 PLC）是以微处理器为基础，综合了继电器控制技术、计算机控制技术和自动化技术而开发的新一代工业控制器，具有可靠性高、易于使用和维护等特点，被广泛应用于各种生产 过程控制领域 15。 1.4 课题研究的主要内容 本课题主要对以下三个方面进行了系统化的研究： 1.实现整个上下料过程所需要的基本动作 2.实现各个动作所需要的机构 3.如何提高系统的稳定性
