四轮抛光机的设计

四轮抛光机的设计

王智立1  通信作者：朱英1

1.山东协和学院 工学院，山东 济南 250109 2.山东协和学院 工学院，山东 济南 250109

摘  要

在智能手机被广泛使用的时代，手机的美观程度是必不可少的。本设计是关于对手机中框和后壳的光滑度进行研究讨论，在购买手机时主要看性能，其次，则是手机的美观程度，在各种品牌的手机中，手机后壳也有很多种类型，有的后壳是光面的，有的后壳是镜面的，这些各种类型后壳都是由抛光机完成的，抛光机能做到高效率高品质的完成作业，节省人力物力，从而实现经济上的双赢。本文设计了一款用于手机中框、后壳打磨抛光的四轮抛光机。主要目的在于以机器代替人工进行生产加工，提高生产效率减少生产成本。论文首先介绍了抛光机的发展现状和整体设计方案；然后完成传动系统设计及相关参数计算、机械结构和零件设计；最后总结本设计的特点和四轮抛光机的实际应用前景。

关键词：四轮抛光机 机械设计 抛光技术

1 绪论

1.1  课题背景

随着社会工业化的进程和生产技术的迅速发展，现代机器对机械结构和零件的表面质量变得越来越严格，表面打磨抛光技术也变得越来越重要。打磨抛光加工是为了表面质量加工要求较高的零件，在不改变加工工件表面原有的外形特点的条件下，对零件的表面进行优化处理以提高表面粗糙度和加工质量，从而提高生产的经济效益。在智能手机被广泛使用的今天,巨大的手机消费市场带动了一系列产业的兴起。随着手机零件的生产和制造技术变得成熟，手机的各零部件成本也快速下降。高性能的模块低成本、多功能，实现集成化并大规模生产，使得国产智能手机的价格快速降低，变得更加适合国情。手机中框、后壳需求量相应的迅速增加,手机中框、后壳的抛光加工工艺也应运而生。

1.2  课题的目的和意义

在实际生产中,大部分企业仍然采用纯手工作业,操作者的劳动强度大、生产效率比较低和工伤事故频发,同时恶劣的抛光生产环境和抛光产生的切屑、微粒对操作者的身体健康也产生一定程度的不良影响。因此,需要一种不仅可以代替人工按照规定完成抛光动作,而且还可以提高生产效率、降低生产成本,实现生产过程的自动化机器。

1.3  本文的研究内容

本次毕业设计以Solidworks三维设计软件、Computer Aided Design(CAD)及有限元分析法（FEM，用于数值求解工程和数学建模中出现的微分方程）为平台，研究对手机中框、后壳抛光的总体设计方案，完成四轮抛光机的机构设计，提出具体的方案。主要内容有：查阅相关的资料，完成文献调研。了解打磨抛光的工艺过程和方法，通过对这些文献的了解并找到解决问题的方法，构思设计方案；对相关零件的设计计算及标准件的选取，采用Solidworks软件对四轮抛光机机械结构进行三维建模，并通过虚拟装配仿真，建立虚拟样机，为后期组件分析打下基础；对四轮抛光机的关键零部件进行校核，利用有限元法对四轮抛光机关键部件进行结构性能分析，并完成关键部件的分析,进一步完善设计的结构；利用CAD软件进行该机械结构及零部件的绘图作业。

2  总体方案设计

2.1  次设计需要解决的问题

在打磨抛光车间，人工手动打磨抛光手机后壳的方法还在大范围的使用。如图2-1所示是手动抛光机的简图，在人工手动抛光时，操作者需要根据手动抛光机的安装位置的高度站立或是以坐姿手持工件进行打磨抛光作业。这样，操作者需要长时间保持同一姿势进行工作，容易产生疲劳感。在加工时由于人工操作存在许多不稳定因素，导致加工工件表面质量参差不齐，合格率较低，甚至出现工件报废的情况。同时，人工手动打磨抛光作业也具有一定的风险，操作者的安全存在隐患。

与传统的手持工件打磨抛光方法相比，四轮抛光机由交流伺服电机提供动力，由传动机构将动力给到四个抛光轮，通过控制伺服电机的转速可以控制打磨砂轮的转速，实现不同精度的工序加工；由机械手通过夹具固定手机后壳、中框（加工件）进行表面抛光加工，完成抛光加工后将工件放到指定位置再重复进行下一个工件加工；在抛光过程中会产生切屑粉尘，所以设计方案时还应考虑排屑、除尘和清洗工件的功能。

本次设计的目的在于以机械手代替人工打磨操作，避免打磨抛光的恶劣环境会对操作者产生不良影响，同时用机械手抛光可以避免人工打磨抛光的不稳定性，保证工件抛光后的精度和质量要求。

2.2整体结构方案

通过对四轮抛光机的功能需求和现有的手动抛光机作业存在的问题分析，其结构组成包括原动机、传动系统和执行机构三个基本组成部分。此外，还包括电器及控制装置、辅助装置和辅助调节机构。

3 传动系统设计

3.1  传动要求分析

传动系统是将原动机的运动和动力传给工作机构的中间传动装置。四轮抛光机是对手机后壳的背面或边框部分进行抛光加工，要求执行机构即抛光轮的运动要平稳，载荷变化不大。在机械手臂安装之后其行程范围是有限的，为了便于机械手的调试和避免运动干涉，将四轮抛光机的四个抛光轮设计在同一轴线上。

在满足不同工件的加工要求时，抛光轮工作时的输出转速需要在1000-2000转每分的范围内，由电机的调速系统控制。粗加工时1000r/min、1500r/min；精加工时转速达到2000r/min，传动输出的转速较高。另外，抛光机用于车间生产且加工的产品要防止油性、脂性润滑剂的污染，同时考虑成本问题，四轮抛光机传动系统中不宜采用复杂的润滑系统。

3.2  传动方案选择

1.齿轮传动方案

齿轮传动适用的速度和功率范围较广，传动比精确，可承受的工作温度较高。对于四轮抛光机的传动系统，工作时的转速高，齿轮传动需要的制造精度要求高，噪声较大。齿轮在高速传动时需要进行润滑，齿轮的传动质量直接影响或决定着传动系统甚至是整个机械的质量和性能，这也就需要附加的润滑系统。

2.带传动方案

平带传动的结构简单，易于安装成本低。皮带有弹性能够缓冲减震，所以传动平稳噪声小，适用高速传动。中心距较大同时可以选择不同长度、型号的皮带来调节中心距。但是在传动过程中可能会出现打滑的情况，不能保证传动的准确性。

3.同步齿形带方案

同步齿形带相对于平带传动的优点是它能够通过齿啮合来保证传动的精度，使传动具有固定的传动比，可以使用在高速传动中。同步带轮可以选择使用铝合金材料，从而减轻传动机构的重量。在安装时要根据设计的中心距选择相应长度型号的同步带，预留一定的中心距调节空间，以便于安装达到传动的精度要求。

经过上面的分析，四轮抛光机的传动系统转速较高、避免使用润滑系统、要求的传动准确性相对较高等特点，可以选择使用同步齿形带传动方案。

4结束语

在本次四轮抛光机的设计任务中，完成了总体方案设计、传动部分的设计计算、相关零部件的选型、重要零件的设计计算与校核。用Solidworks软件完成四轮抛光机零件的机构设计，及关键部件的分析,进一步完善设计的机构。利用CAD绘图软件绘制四轮抛光机主要部件及零部件的图纸。

参考文献

[1]黄海军,曹峰,尹学亮,李广伟,华钦,曹海军,孙玉田,华娣.基于全景分析技术的自动调压大米抛光机的研究[J].粮食与食品工业,2023,30(01):16-18.

[2]徐嘉慧,冯艳冰,龚维纬,崔海龙.抛光机用空气静压轴承静态特性研究[J].组合机床与自动化加工技术,2023(01):34-37+42.

[3]李阳,肖博,王春阳.线性自抗扰控制在大口径双面抛光机速度伺服系统中的应用[J].长春理工大学学报(自然科学版),2022,45(02):58-64.

通讯作者：朱英，硕士研究生，讲师。论文来源：2023届本科毕业设计（论文）