空调压缩机毕业设计.docx

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1、第1章 空调压缩机简介1.1 空调压缩机简介空调压缩机是空调系统的核心部件。随着人们对生活舒适性的要求越来越高，各种 新式空调系统不断出现，这也推动了空调压缩机制造技术的不断进步。从目前空调压缩 机的发展趋势来看，结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点是空调压缩机制造技术不 断追求的目标。1.1.1 空调压缩机功能空调压缩机的功能是借助外力 （例如发动机动力） 维持制冷剂在制冷系统内的循环， 吸入来自蒸发器的低温、低压的制冷剂蒸气，压缩制冷剂蒸气使其温度和压力升高，并 将制冷剂蒸气送往冷凝器，在热量吸收和释放的过程中，就实现了热交换。简单的说， 空调压缩机相当于一个冷热源的交换工具。1.1.2

2、空调压缩机种类压缩机的主要分类如下图所示：空调压缩机一般采用容积式结构，容积式又分为回转式和往复式，往复式制冷压缩 机作为一种传统的制冷压缩机 ,适用于制冷量较广范围内的制冷系统。虽然目前它的应用 还比较广泛 ,但市场份额正逐渐减小。旋转式压缩机具有较少的机械部件，且其马达直接固定于壳体，与传统的往复式压 缩机相比，尺寸紧凑，重量轻。其尺寸和重量几乎只有后者的一半，这就使房间空调器 有可能做得更轻巧，旋转式压缩机的价格也低于往复式。1.2 滚动转子式压缩机结构及工作过程 滚动转子式压缩机是一种容积型回转式压缩机，气缸工作容积的变化，是依靠一个偏心 装置的圆筒形转子在气缸内的滚动来实现的。1.2

3、.1 滚动转子式压缩机的结构及特点目前，生产和使用中的滚动转子式压缩机基本上可分为中等容量的开启式压缩机和 小容量的全封闭式压缩机，其中，大中型滚动转子式压缩机适用于冷库，小型滚动转子 式压缩机多用于冰箱和家用空调器中。下面主要介绍小容量的全封闭滚动转子式压缩机 的结构和特点。1）滚动转子式压缩机的结构： 目前广泛使用的滚动转子式压缩机主要是小型全封闭 式，通常有卧式和立式两种，如 （图 a 和图 b）所示，前者多用于冰箱，后者在空调器中常 见。1) 滚动转子式压缩机的特点：滚动转子式压缩机与往复活塞式相比，具有下列特点： 零部件少，结构简单 易损零件少，运行可靠 没有吸气阀片，余隙容积小，输

4、气系数较高 在相同的冷量情况下，压缩机体积小、重量轻、运转平衡 加工精度要求较高 密封线较长，密封性能较差，泄漏损失较大1.2.2 滚动转子式压缩机的工作原理及过程滚动转子式压缩机主要由汽缸、转子、滑片、偏心轴、和汽缸端盖等部件组成， 其工作原理及过程如下图所示：由上述的工作过程可以看出：转子回转一周，将完成上一工作循环的压缩和排气过 程及下一工作循环的吸气过程；由于不设进汽阀，吸气开始的时机和汽缸上吸气孔口位 置有严格的对应关系，不随工况的变化而变动；由于设置了排汽阀，压缩终了的时机将 随排气管中压力的变化而变动。第 2章 上盖零件的设计借助电子计算机对压缩机工作过程的性能仿真，主要部件结构

5、如轴承、滑片、滚动 转子、排气阀等结构的特性分析，以及噪声和振动的仿真。可对压缩机的经济性和可靠 性、噪声和振动进行预测，对满足各种要求的滚动转子式压缩机进行优化设 计。2.1 上盖零件的功能： 如下图所示：上盖与下盖用来支承压缩机主轴的旋转运动， 同时还安装有排气阀组件。上盖、下盖端面与汽缸连接形成密闭压缩腔，并与转子及滑 片的端面形成运动副；其内孔与偏心轴的长、短轴径形成压缩机运转的主、辅轴承，并 与偏心轴的长、短轴形成运动副。式中 me偏心轮的质量（ kg）Mj= 2mlmcm2.2 上盖零件的结构设计： 上、下盖在压缩机中起到静压轴 承的作用，作用在滚动转子上的气体力 及滑片作用在转子

6、上法向力通过滚动转 子传递到偏心轴上，再加上偏心轴本身 的旋转惯性力 F，作用在偏心轴上的粘 性摩擦力矩有：偏心轴与滚动转子间的 力矩 Mc；偏心轴与上、下盖轴承间的 力矩 Mj ，一般计算时，都认为偏心轴 以角速度做匀速转动， 于是旋转惯性力 F 为F=mee式中 rm 轴承的半径（ m）lm 轴承的长度（ m）cm 轴承的间隙（ m）利用上式求出作用在偏心轴上所有力的合力即为上下盖轴承的载荷。在压缩机主轴一转 内，轴承载荷变化较大，因此其偏心率也变化很大，在某些转角，其油膜厚度很小，轴 承润滑状态除流体动压润滑外，还会出现混合润滑和边界润滑。这就要求上下盖不但要 有足够的强度和刚性，而且还

7、要有高的尺寸精度和形位精度，以及较低的表面粗糙度。 考虑到润滑，上下盖内表面上设有螺旋油槽，有利于完全润滑。2.2.1 外形结构设计1） 外圆尺寸的确定：上盖外圆与筒体焊接，将整个机芯固定在筒体上，保证压缩机的 平稳运转，采用三点焊接结构将机芯牢固的固定在筒体上，焊接上盖避免了焊接汽缸 带来的汽缸易变形的缺陷，从振动和噪声方面入手，保证压缩机与机壳的连接。考虑 到焊接强度，外圆需有一定的高度和厚度，通常以经验数据方式确定外径的尺寸及精 度。2）高度及内孔尺寸的确定：根据上盖所承受的载荷，依据公式（ 1）、（ 2）计算出内孔 直径及上盖高度尺寸；在满足轴承载荷的前提下，上盖高度还需考虑与装配在偏

8、心轴上 的电机转子的轴向间隙。根据本次设计机型的具体结构上盖高度设计为50mm；内径尺寸为20。3）减轻孔及连接孔部分设计：为了减轻上盖自重，在保证强度的前提下设计一些减轻 孔。减轻孔在径向分布需避开焊接部位，保证上盖足够的支撑强度。连接孔主要考虑连 接强度及确定上盖排气孔与气缸吸、排气腔的角向位置。2.2.2 排气腔部分的设计： 压缩机的排气孔设计在上盖上，排气口的角向位置的设 计要考虑对吸气回流、余隙容积和吸、 排气封闭容积的影响，一般设在滑片两侧 35 度的 转角范围；排气阀座一般设计为圆弧形凹槽，减少与排气阀片的接触面积，且要有高的 平面度和低的粗糙度，以保证气密性。 为了气体流动顺畅

9、，排气槽一侧一般设计成斜面。2.2.3 与其它零件配合尺寸的设计： 为了使机器平稳可靠地运转，机芯零件间有相 对运动的表面必须有一定的间隙，但间隙过大必然导致内部泄露，间隙过小又会导致卡 死、噪音大等故障。由于配合表面之间不能安装任何密封材料，全靠精加工后金属件自 身和摩擦面上保持有 8-25m 的油膜来润滑和密封，因此要有非常高的加工精度1） 内孔尺寸精度的设计：内孔主要与偏心轴配合，内孔尺寸与偏心轴长轴直径相等， 两者间隙的计算如下：根据轴承间隙计算公式：=C*d4 -3C=0.8* 4 V *10-3v= dn/60g-双面间隙（单位： m）d- 轴径（单位： m）v- 外径、轴孔相对滑

10、动速度（单位： m/sec）n-轴的转速 （单位： rpm） C 间隙系数对于该机型： d=20mm=0.02m n=2800rpm因此：v=3.14*0.02*2800/60=2.93C=0.8* 4 V *10-3=0.8* 4 2.93*10-3=0.0010-5=0.0010*0.02=2.6*10-5m=20um根据以上的计算实际使用经验，选用配合间隙为 18-24um.配合间隙公差为 6m，孔径公差按一半取值为 3 m，考虑到孔加工的工艺性及经济性， 将孔的公差选为 IT5-9m，在加工中采用分 3 组加工，每组 3m，同组配套保证配合 间隙 18-24 m，同时为保证润滑性及密封

11、性，内孔表面粗糙度不大于 Ra0.2，形状和位 置公差小于 5m。2) 端面尺寸精度的设计：上下盖端面与汽缸端面紧密切合，形成密闭的腔体，同时 保证汽缸与滑片及转子的高度有一定的高度差，使滑片及转子在密闭腔体的灵活运动， 所以上盖端面必须要有高的平面度和低的表面粗糙度； 一般平面度不大于 4m，表面粗 糙度不大于 Ra0.32，考虑到承受气体的压力、惯性力等，端面必须要有相当的厚度，一 般设计为 9-12。2.3 上盖零件的材料： 上盖零件一般选用粉末冶金材料或铸铁材料， 具体采用哪种材 料要根据压缩机的类型具体分析。2.3.1 粉末冶金材料： 粉末冶金材料又称烧结结构材料。能承受拉伸、压缩、

12、扭曲 等载荷，通过在材料孔隙中浸润滑油或在材料成分中加减摩剂或固体润滑剂，材料表面 间的摩擦系数小，在有限润滑油条件下，使用寿命长、可靠性高；在干摩擦条件下，依 靠自身或表层含有的润滑剂，即具有自润滑效果。广泛用于制造轴承、支承衬套或作端 面密封等。 但由于材料内部有残余孔隙存在， 其延展性和冲击值比化学成分相同的铸锻 件低，从而使其应用范围受限。2.3.2 铸铁材料： 铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要比碳钢低。虽然铸铁的机械性能不如 钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多为钢所不及的性能。如良好的耐磨性、高消振 性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能。此外，铸铁的碳含量高，其成分接近于共 晶成分，

13、因此铸铁的熔点低，约为 1200左右，铁水流动性好，由于石墨结晶时体积膨 胀，所以传送收缩率小，其铸造性能优于钢，因而通常采用铸造方法制成铸件使用，故 称之为铸铁。其中灰口铸铁中的碳主要以片状石墨的形式存在，断口呈灰色。灰口铸铁具有良好的铸 造性能和切削加工性能，且价格低廉，制造方便，因而应用比较广泛。2.3.3 上盖材料的确定： 从上盖零件需要的良好的润滑性及耐磨性相比较， 粉末冶金 与铸铁材料均能满足要求，但由于本设计上盖外形尺寸较大，结构复杂，还需承担整个 机芯的固定任务，对材料的强度及焊接性要求较高，从材料的强度及焊接性考虑，铸铁 材料优于粉末冶金材料，所以上盖零件的材料选用铸铁材料

14、HT250。2.4 上盖毛坯设计： 由于上盖零件为法兰类零件，工作中要承受较大的交变载荷，工件的材料为铸铁 HT250，生产类型为大批量生产，零件的长径比比较大，因此，从以上各个方面考虑，应采用铸造毛坯毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定 的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。 但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求 愈来愈来高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到 零件的技术要求。通过以上对上盖的结构尺寸及各表面的精度分析，设计上盖零件的零件图及毛图具体

15、结构见下图第 3章 工艺路线的确定3.1 上盖零件图分析： 零件图是制订零件工艺的主要依据，对零件图进行工艺分析， 了解零件的功用及工作位置，分析技术要求，以便更好的掌握构造特点和工艺关键。3.1.1 、零件的功用及结构分析 上盖零件的主要作用是压缩机旋转的支撑轴承，受到的轴承载荷变化较大。 上 盖零件属 于盘类零件，主要由最大外圆、一个内孔和平面组成。其中轴向设计基准为端面S，径向设计基准为 20 孔的轴线 C，两基准之间有位置精度要求，内孔的精度要求最高，可 用于做定位基准。根据各个面之间的形状及尺寸可知要用到普通铣床、数控铣床、立式 加工中心等设备。工件材料铸铁 HT250，具有较高的综

16、合力学性能（即强度、硬度、塑 性、韧性有良好的配合） ；结构工艺性较好，设计合理。3.1.2 分析零件的各项精度1）配合表面图 3-1 所示，零件主要配合表面为 20的内孔及设计基准端面 S，20 的内孔的尺寸 公差只有 0.009mm,圆度、圆柱度也只有 0.003mm,粗超度要求 Ra0.32；而且为了保证配 合间隙的要求，在加工时还需要分为三个组别进行加工，每组公差0.003mm，这样可以使配合精度更高，压缩机在转动时更加平稳、噪音更小；同时也更好的防止了压缩时气 体的泄露，提高了整个压缩机的效率。 由于主要配合表面，精度要求相对比较高，而且零件的精度、材料的加工性等都会在主 要表面的加

17、工中反映出来，主要配合表面的加工质量，对零件工作的可靠性与工作寿命 有很大的影响。因此上，对主要配合表面的加工方法选择如下： 零件的设计基准端面最后加工均采用磨削加工方法； 20 的内孔最后工序应采用光整加 工的方式保证精度要求，在此之前， 为了去除大部分余量及保证的精度，必须有粗加工、 半精加工阶段，这两个阶段采用车削加工方法就能满足要求，内孔于端面之间的位置精 度要求较高，最好能在一次装夹下加工出来。2）非主要表面 非主要配合表面及辅助部分根据加工表面的要求，采用一般的加工方法即可满足要 求：内孔油槽、排气门座型腔采用数控铣床加工，其他表面一次加工就能达到要求。3.2 工艺路线的确定： 根

18、据对零件的分析情况，除一些非主要表面粗加工一次加工 到要求外。配合表面必须分阶段加工， 加工过程划分为 粗加工半精加工 精加工光整加工 -辅助加工。3.2.1 加工方案确定： 零件各表面加工方法的选择，不但会影响零件的加工质量， 而且也会影响加工效率的发挥；由于各表面精度和表面质量要求的不同，应根据不同的 加工表面的不同要求选择不同的加工方法。根各个加工表面的加工要求和加工方法所能达到的经济精度，方案确定如下：方案I（1）设计 S 的加工方法：粗车精车磨削（2）121的上表面 A、C 和32的外圆面 D、32的端面 B 的加工方法：粗车0.025（3）20 0.016 孔的加工方法：钻扩粗铰精

19、铰（4）121外圆面 E 的加工方法：粗车（5）弧形凹槽的加工方法：粗铣精铣方案II（1）设计 S 的加工方法：粗车精车磨削（2）121的上表面 A、C和32的外圆面 D、32的端面 B的加工方法：粗车 20 0.025（3）20 0.016 孔的加工方法：钻粗车磨削（4）121外圆面 E 的加工方法：粗车（6）弧形凹槽的加工方法：粗铣精铣方案III（1）设计 S 的加工方法：粗车精车磨削研磨（2）121的上表面 A、C和32的外圆面 D、32的端面 B的加工方法：粗车0.025（3）20 0.016 孔的加工方法：钻粗车磨削珩磨（4）121外圆面 E 的加工方法：粗车（5）弧形凹槽的加工方法

20、：粗铣精铣方案的论证：比较前面的三个方案，其中最为明显的就是（ 3）的加工方法的不同。0.025方案 I 中孔20 0.016的加工采用了：钻扩粗铰精铰的方法，虽然能够达到零 件图上的精度要求，但是增加了刀具的数量，使加工过程更为复杂，降低了工作效率。方案II 中孔20 0.016的加工采用了： 钻粗车磨削的加工方法， 虽然也能够保证 其精度要求，刀具的数量也比方案 I 中有所减少， 但是他的加工孔的表面状态不利于上 盖内孔的储油的要求；设计基准面 S 的加工采用了：粗车精车磨削的方法，磨削表面质量能够保证其 精度要求，但由于上盖磨削平面较大，加工平面度保证能力较差，不能满足0.004 的精度

21、要求。0.025方案III 中孔20 0.016 采用了：钻粗车磨削珩磨的加工方法，对方案 II 中孔的表面增加珩磨工序，利用珩磨加工表面的网状纹路增加上盖内孔的储油要求；设计基准面 S 的加工采用了：粗车精车磨削研磨的方法，对磨削表面通过研 磨进一步修整，表面质量及加工平面度保 证能力大大增强，满足 0.004 平面度的精 度要求。综上所述，选择最佳方案 III 。右图为工件的简图 ,与上述方案相对应，如图中的设计基准面 S，121 外圆的上表 面 A、C 及外圆面 E,32外圆面 D、上表面 B，20内孔共七个表面均为加工表面，为 了使书写简便和读图简明，所以用英文字母表示。表 3-1 上

22、盖零件加工方案表面工序内容总余量设计基准面 S的加工方法粗车 精车 磨削 研磨IT12 IT9 IT7 IT5Ra12.5 Ra3.2 Ra0.32 Ra0.2Z1=1.2 Z2=0.85 Z3=0.1 Z3=0.05Z=2.2mm121 的上表面 A，32 的外圆 面 D， 32 的端面 B粗车 IT10 Ra3.2 Z=2.2mmZ=2.2mm 121 的外圆面 E粗车 IT10 Ra6.3 Z=2.2mmZ=2.2mm 9 小孔的加工钻 粗铰 精铰 IT12IT8IT7Ra12.5 Ra6.3Ra1.6（7） （8.95） （ 9H7）Z=9mm 20 大孔的加工钻 粗车 精车 磨削 珩

23、磨IT12T10IT7IT5IT5Ra12.5 Ra6.3Ra1.6Ra0.4 Ra0.16（18） （19.8） （19.94）（ 20H6）（20H6）Z=3mm弧形凹槽及排气门座的加工方法粗铣精铣IT10IT8Ra3.2Ra1.6Z1=6mmZ2=2mmZ=8mm内孔油槽的加工方法粗铣 精铣IT10 IT8 Ra3.2 Ra1.6Z1=0.8Z2=0.2mmZ=1mm3.2.2 、基准的选择1）粗基准的确定本应以底面 S 为粗基准加工其他表面，以求得各个表面之间的余量均匀。但是 S 面是分模面，在铸造中表面缺陷多、误差大，所以应选用毛坯余量小的C、D 面为粗基准，可使工件定位可靠，夹紧方

24、便。2）精基准的选择 零件的底面 S 为工件的设计基准， 为避免由定位基准与设计基准不重合而引起的 定位误差，且遵循“基准重合”原则，故采用了设计基准 S 面为精基准同时也避免了基 准变换产生的误差，提高了各加工表面之间的位置精度，同时也简化了夹具的设计和制 造工作量。3.2.3 拟订加工方案各个表面的加工方法及粗精基准已经基本确定，现在就按照“先主后次” 、“先面 后孔”、“基准先行”的原则，考虑压缩机生产批量大，节拍快的特点，将上盖的加工分 为粗加工、精加工两部分，初步拟订上盖的工艺过程方案如下：表 3-2 加工方案的拟订（蓝色表示本工序加工表面）粗加工阶段工序号工序内容设备示意图及定位基

25、准1备料2粗钻20 孔专机以121 的上表面 A 定位3粗车 121 外圆面 E， 设计基准面 S， 精车 20 内孔HF-101以 E 定位4121 的上表面 A，端 面 B 、C，32外圆 面DHF-101以设计基准面 S 及 20 内孔定位钻 9 的小孔钻 3.5 螺纹底孔专机以设计基准面 S 定位减轻孔角向定位尺寸公差检验卡尺、千分尺形位公差的检验百分表等精加工阶段以设计基准面 S和9、20 两个孔进行定位工序号工序内容设备示意图及定位基准8 铣削内孔油槽以设计基准面 S和 E 面6倒32 端面的倒角、倒 20 孔的角 台钻 粗、精铣 AM2040/127 弧形凹槽及阀门座9 精铣阀门

26、座表面 专机以 20 内孔及阀门座孔定位10 攻丝 M4台钻11 精加工设计基准 S 专机以法兰面 C 及任意一个 9 孔定位12 磨削20 内孔 专机以精加工后的基准面 S和121 外圆面定位13珩磨20 内孔专机14 去主要配合面毛刺端面及内孔尺寸公差检验及形位公差的检验采用专用气动量仪以精加工后的基准面 S和两个 9 孔定位专机3.3 加工工序卡片工序卡片见附录 1第4章 内孔的光整加工 珩磨4.1 本工序的技术要求： 上盖内孔与偏心轴长短轴径配合， 相当于压缩机机芯的旋转 轴承，内孔与偏心轴长短轴径的配合间隙、实际接触面积及配合面表面质量是影响配合 效果的主要因素，因此上盖内孔的尺寸精

27、度、形位精度及表面粗糙度要求很高：尺寸公 差 0.003；圆度、圆柱度 0.003；内孔对端面垂直度 0.004；表面粗糙度 Ra0.16。为保证内 孔的精度要求，必须通过光整加工来提高内孔精度。4.2 内孔珩磨加工原理：珩磨是低速大面积接触的磨削加工，与磨削原理基本相同。珩磨所用的磨具是由几根粒度很细的油石条组成的珩磨头。珩磨时，珩磨头的油石 有三种运动：旋转运动、往复直线运动和施加压力的径向运动，如图a 所示。旋转和往复直线运动是珩磨的主要运动，这两种运动的组合，使油石上的磨粒在孔的内表面上的 切削轨迹成交叉而不重复的网纹 ，如图 b 所示。径向加压运动是油石的进给运动，施加压力愈大，进给

28、量就愈大在珩磨时，工件固定不动，珩磨头由机床主轴带动旋转并作往复直线运动。在相对 运动过程中，磨条以一定压力作用于工件表面，从工件表面上切除一层极薄的材料，其 切削轨迹是交叉的网纹。加工中，油石与孔壁的接触面积较大，参加切削的磨粒很多， 因而加在每颗磨粒上的切削力很小（磨粒的垂直载荷仅为磨削的 1/501/100 ），珩磨的 切削速度较低（一般在 100m/min 以下，仅为普通磨削的 1/301/100 ），在珩磨过程中又 施加大量的冷却液，所以在珩磨过程中发热少，孔的表面不易烧伤，而且加工变形层极 薄，从而被加工孔可获得很高的尺寸精度、形状精度和表面质量。4.3 珩磨的工艺特点1）珩磨能获

29、得较高的尺寸精度和形状精度，加工精度为 IT7 IT6 级，孔的圆度和圆 柱度误差可控制在 35m 的范围之内，但珩磨不能提高被加工孔的位置精度。2）珩磨能获得较高的表面质量，表面粗糙度 Ra 为 0.2 0.025m，表层金属的变质 缺陷层深度极微（ 2.5 25m）。3）与磨削速度相比，珩磨头的圆周速度虽不高，但由于砂条与工件的接触面积大，往 复速度相对较高，所以珩磨仍有较高的生产率。4.4 基准的选用： 珩磨头与机床主轴是浮动连接，因此珩磨不能修正孔的位置精度和 孔的直线度，孔的位置精度应在珩磨前的工序给予保证。上盖零件的位置精度要求为内 孔对端面 0.003 的垂直度要求， 该精度在珩

30、磨前的内孔磨工序已得到保证。 内孔磨加工 中以端面为轴向基准，以外圆面径向定位，为尽量减少基准误差，珩磨加工中也以端面 为轴向基准，而径向则选用两个螺钉孔作为基准，一是为了提高对中性，二是为了限制 旋转自由度。4.5 珩磨夹具设计： 为了提高加工精度 ，珩磨头与夹具两者需有一个浮动。从结构形 式上，珩磨夹具可分为固定式和浮动式两种。前者适于加工重量大、大孔、多孔工件； 后者适于加工轻而小，外形对称的工件。浮动式又分为平面游动（两个移动自由度） 、球 面浮动（具有两个转动自由度）和万向浮动（两个转动和两个移动自由度）三种。 珩磨夹具的设计应注意如下几点：1） 珩磨夹具为了不阻碍珩磨头的运动， 定

31、位部分设计成能够平面游动或球面游动的。 浮动量取决于机床主轴、珩磨头、夹具的同轴度误差，浮动量不宜过大，一般不超过 0.4-0.5mm。2） 珩磨夹具需有上引导或下引导，还需设计冷却润滑液的管道。3）珩磨夹具高度应在机床规定的工作行程范围内， 既能满足被珩磨工件孔的全部长度， 又能满足珩磨头退出夹具。4）珩磨夹具不能设计成封闭的，上引导下端面距工件上端面，要留一段空开距离， 以便于调整珩磨头和观察油石的变形，以及加工过程中的情况。4.6 珩磨头设计： 珩磨加工中，工件能够得到多高的几何形状精度和切削效率，很大 程度取决于珩磨头的结构形式及设计的合理性。珩磨头的结构形式取决于被加工孔的尺 寸、形

32、状和精度要求，以及所使用机床的进给方式、油石的种类及夹具的结构等。对珩磨头的一般要求是：结构刚性好，制造容易，油石涨缩均匀，切削液便于进入，切 屑易于排出等。4.7 珩磨头的调整： 工件在珩磨夹具中夹紧后，被加工孔的轴线必须对准主轴的旋转 中心线，称为对中，若对中不好，将影响孔的垂直度、圆度和圆柱度等。在夹具浮动、 珩磨头刚性联结的情况下，允许对中偏差应符合如下原则：主轴的旋转中心线与和油石 面轴心线的同轴度误差与对中偏差之和应小于夹具允许的最大浮动量。一般对中偏差为 0.05-0.2mm，但应根据夹具和工件的具体情况，确定合理的对中偏差值。第 5 章 珩磨的加工及编程5.1 珩磨设备结构：

33、根据上盖零件批量大，精度高的特点，选用日本进口的自动程控 珩磨机，该设备为双轴立式结构，加工物最大直径 40，最大高度 80mm，主轴回转速度 800-1200rpm，往复速度 25m/min。该设备设有两个主轴，可同时加工两个工件，主轴与 珩磨头刚性联结。设备工作台设计有四个加工工位，珩磨夹具安装在可平面游动的浮动 定位体上，加工过程自动控制。工作时，手动将工件放置在夹具上，工作台旋转，带动工件进入加工位置，主轴切入对 工件作旋转和往复运动，对工件进行加工，自动定寸装置对加工尺寸进行控制，加工完 成后，工作台旋转将工件带出加工区，加工完成。该珩磨机珩磨液具有温度相对控制装置，保证珩磨液温度比

34、环境温度低26，减少了珩磨温度对工件造成的影响，有利于提高孔的加工精度。根据上盖零件的特点及加工设备的结构，依据设计原则，设计了专用的珩磨夹具及 珩磨头，具体结构见附图一、二。5.1.1 工件出入： 工作台可分度旋转，工件的上下料采用手动形式，工件放置在夹 具上，工作台式旋转，实现零件的进、出料。5.1.2 工件夹紧： 按上盖零件的要求，在夹具底部设计有可更换的定位夹紧件，夹 具上部采用压紧引导确定工件的方向，起压紧作用的导套内锥孔用来引进珩磨头顺利进 入工件的孔中。5.1.3 加工尺寸控制 ： 珩磨尺寸的控制主要有四种方法：手动控制、时间控制、定 程控制和自动控制。上盖零件尺寸精度高，加工节

35、拍快的特点，采用自动控制形式。自 动控制形式一般有气动量仪式和机械量规式两种，为了使测量仪结构简单，成本低，选用机械量规式珩磨塞规测量，塞规安装在珩磨头上，加工中，珩磨头每往复一次，塞规 便试图进工件孔一次，当达到规定的尺寸时，塞规进入孔中并触发控制信号，机床自动 工作循环停止。 根据上盖零件内孔尺寸要求及设备珩磨头的结构， 设计专用的珩磨塞规。5.2 加工油石选择 ：珩磨是一种面接触的低速磨削，珩磨过程中油石以自锐的形式修 整。为了提高工件表面的粗糙度和油石的自锐性， 珩磨油石的粒度比一般砂轮的粒度细， 硬度也比砂轮低。选用时，需考虑工件的材质、硬度、加工余量、前工序质量，孔的结 构形式及尺

36、寸、加工精度、珩磨工作压力及生产性质等情况，合理选取。上盖零件珩磨内孔为小尺寸通孔结构，但尺寸精度、圆度、 圆柱度及表面粗糙度要求 较高，零件材质为容易切削的铸铁，内孔珩磨前工序为数控磨，控制能力强，内孔加工 质量好， 结合以上因素，查阅相关资料，珩磨油石选用金刚石磨料，金属结合剂粒度范 围为 W20-40。外形尺寸结合珩磨头结构设计。5.3 加工余量及珩磨前工序要求： 为了去除前工序的表面加工痕迹和形状误差，加 工余量应大于前工序的总误差（包括几何形状误差和表面粗糙度）。一般取前工序误差 的 2-2.5 倍。上盖零件珩磨前零件总误差不大于 5-6 m，加工余量取 8-10 m 不同的进给方式

37、，对珩磨前工序的要求也不同，用定压扩张进给时，前工序孔的椎度不 能过大；连续定量进给时，加工余量分散度不能过大，否则应按尺寸大小分组加工，上 盖珩磨前尺寸分组加工，每组 5 m，珩磨工序也需分组加工。5.4 加工程序： 该珩磨机自动控制程度高，金刚石珩磨条的进给由步进电机控制，珩 磨条的进给速度及珩磨尺寸、珩磨头的行程等均由预先设定的程序进行控制，对以上数 值的调整只需更改程序中的相应参数即可完成。机床在珩磨过程中可根据测量结果自动 调整，改善孔的形状误差。5.4.1 切削速度和交叉角：珩磨的切削速度 V是由圆周速度 Vc 和往复速度 Va合成的， 这个合成速度的方向即为磨粒的切削方向。在珩磨

38、的每一个往复行程中，参加切削每一 个磨粒在孔表面上的运动轨迹是两条交叉成一定角度的螺旋线，无数磨粒的切削结果便 在孔表面形成一交叉网纹，网纹的交叉角 称为切削交叉角va=2arctgvc角的大小与珩磨的生产率和表面粗糙度有关， 一般认为 =30 60时，珩磨效 果好，建议采用的珩磨角为：粗珩 =40 60；精珩 =2040。在加工中采用 直接选用圆周和往复速度的方法保证生产率及加工精度。针对上盖铸铁材料的硬度 HRC187-241，圆周速度 Vc选用 50-65 mmin；往复速度 Va选用 25 mmin。5.4.2 珩磨头的行程 L和越程： 珩磨行程与砂条长度 Lsh的关系L=lw（孔长）

39、 1+2Lsh从上式可知，增加砂条长订和减少越程可以减少行程长度，从而可提高生产率。但 砂条长度和越程对珩磨质量有影响，过长的珩磨条容易引起砂条磨损不均匀现象，反而影 响孔的几何精度。越程太长，会使珩磨头失去稳定的导向作用，可能引起珩磨头的倾斜和 摆动，使孔产生喇叭口，过小的越程，使孔壁中部磨得过多，产生鼓形。实际工作时，砂 条长度和越程大小可按加工的情况而选择。 珩磨长孔（孔径大于孔长） 时，取 Lsh1 2Lk， Lsh；短孔取 Lsh（ 2334）Lk，（ 1415）Lsh。上盖属于短孔，孔 长 50mm，珩磨砂条长度 Lsh 30mm，越程 5-6mm。5.4.3 加工用量选择： 该设

40、备加工采用定量进给形式，定量进给珩磨时 , 进给机构以 恒定的速度扩张进给 , 使磨粒强制性地切入工件。 因此珩磨过程只存在脱落切削和破碎切 削, 不可能产生堵塞切削现象。因为当油石产生堵塞切削力下降时 , 进给量大于实际磨削 量, 此时珩磨压力增高 , 从而使磨粒脱落、破碎 , 切削作用增强。用此种方法珩磨时 , 为了 提高孔精度和表面粗糙度 , 最后可用不进给珩磨一定时间。 设备详细的进给过程如下图所 示5.5 加工程序示例：设定项目记号设定范围最小设定单位加工量快速接近量X11-2000 m1m加工准备量X235m粗加工量X35m精加工量X43m后退量X5250m返回量X6100m油石损

41、耗补正量X71-10m测量损耗补正量X80切入位置极限X91-100 m加工速度快速接近速度F115mm/min 0.01mm/min加工准备速度F20.01-0.6 mm/min粗加工速度F30.12mm/min精加工速度F40.05mm/min超低速F50.01 mm/min第 6 章 珩磨的加工缺陷珩磨加工因具有较高的尺寸精度、形状精度和表面质量，但在珩磨加工过程中，常常由 于多方面的原因而产生孔的圆度超差、尺寸超差、直线度超差、珩磨表面粗糙度达不到 工艺要求甚至珩磨表面产生刮伤等质量缺陷。我结合本次珩磨加工的实践体会简单归纳 分析如下。6. 孔径超差的原因6.1.1 珩磨时热量高产生热

42、膨胀和冷却后尺寸变小1）珩磨余量过大，珩磨时间过长。由于珩磨余量过大、珩磨时间过长，以致加工过 程中产生的大量切削热难以及时排散，冷却后孔径变小，直接影响孔的尺寸精度。2）珩磨头转速高，往复速度低。珩磨头圆周速度高、往复速度低，使珩磨产生的高 热量难以传散。3）冷却液不足或冷却性能差4）油石堵塞，自锐性差。6.1.2 工艺系统不稳定造成尺寸时大时小1）油石硬度不均匀，切削性能不稳定。2）珩磨塞规磨损，塞规测量锥面磨损，造成塞规测量不够灵敏，引起尺寸波动。6. 珩磨表面粗糙度达不到工艺要求的原因1 ） 油石选择不合适：珩磨油石粒度、硬度、磨料、结合剂选择不当。2）珩磨圆周速度太低和往复速度过高：

43、 网纹交叉角 是影响表面粗糙度和生产率的 主要因素。珩磨圆周速度低，往复速度高，会增大 角，使珩磨表面变得粗糙。3）其他原因：其次精珩余量过小，珩磨时间短或压力过大；珩磨切削液杂质多、黏 度低、润滑性差、流量小；精珩前工序孔的表面质量太差等都会使珩磨表面粗糙度达 不到工艺要求。珩磨头退出时油石未先缩回；导向套与工件孔未对中，珩磨头退出时 尾端产生摆偏，甚至会刮伤工件表面。6. 圆度误差超差的原因1）珩磨主轴（或导向套）与夹具中的工件孔对中误差过大，应调整主轴、导向套和 工件孔的同轴度。2）夹具夹紧力过大或夹紧位置不当，松开后产生椭圆。3）孔壁不均匀，珩磨温度高或珩磨压力过大；工件内孔硬度和材质

44、不均匀；冷却液供 应不均匀，不充分，都会造成内孔表面冷热不均匀而使圆度误差超差。4）珩磨前工序孔的圆度误差太大， 前工序孔的圆度误差应控制在珩磨余量的 1/4 以内5）往复速度过高，油石与孔相互修整不够。6.4 孔的圆柱度（锥度）误差超差的原因1）珩磨油石或珩磨头太大，导向块设计不合理。2）珩磨前工序孔的圆柱度误差超差。3）珩磨行程调整不当： 珩磨行程包括行程长短及两端越程量的大小， 珩磨行程过短， 内孔会出现腰鼓形；珩磨行程过长，会出现喇叭口形；上越程过大，内孔会出现上喇 叭的形状；下越程过大，内孔会出现下喇叭的形状。4 ）工件的夹紧变形较大。5 ）夹具与主轴或导向套的对中性不好。以上分析表

45、明：一是珩磨油石、珩磨用量选择不当； 珩磨前工序孔的表面质量差； 珩 磨过程中没有得到充分冷却， 是孔径超差、 珩磨表面粗糙度达不到工艺要求的主要原因。 二是珩磨头的结构形式、连接方式是否合理；加工用的工装夹具使用是否得当；珩磨前 工序孔的形状精度是否达到工艺要求，是影响圆度误差超差、孔的直线度误差超差的重 要因素。近几年来，由于珩磨技术的发展，如人造金刚石和立方氮化硼等超硬磨料的应用， 把珩磨技术推向一个新的阶段。现在珩磨已不仅用作高精度要求的最终加工工序，并且 还可以作为切除较大余量的中间工序，是一种高效、优质的加工方法。致谢此次毕业设计是我们从理论走向实际重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘 图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过 程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了压缩机的用途及工作原理，熟悉了上盖零件的设计步骤， 锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。学会了查找相关资料相关标准， 分析数据， 提高了自己的绘图能力， 懂得了许多经验公