水鉆磨拋機主軸結(jié)構(gòu)改進設(shè)計【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p>　　機械設(shè)計制造及自動化</p><p>　　水鉆磨拋機主軸結(jié)構(gòu)改進設(shè)計</p><p>　　1 水鉆磨拋機設(shè)備研發(fā)背景及意義</p><p>　　鉆石象征著一個人的顯貴和身份, 是的, 一顆美麗的鉆石, 蘊籍瑰麗、珍貴、神秘…，它萬千姿態(tài)，盈盈流光

2、，散發(fā)出奇艷異彩, 有著不可抗拒的魅力, 但鉆石的價格貴得驚人，讓普通人可望而不可及。</p><p>　　自古以來,鉆石以其獨特的魅力吸引著人們時,人們也在不斷地探索其成因,并試圖在實室里復制鉆石。羅馬時期玻璃用于仿制天然寶石。在歐洲由于富裕的中產(chǎn)階級增多而使鉆石的求猛增,在15世紀出現(xiàn)了第一顆鉆石的玻璃仿品［5］。18～19世紀，由于礦物學和化學研究的深入，使人們逐漸認識了天然寶石的組成,19世紀開始出現(xiàn)合成

3、寶石的商業(yè)生產(chǎn)。第一顆用無色合成藍寶石仿制鉆石就是那時開始的。1908年韋訥伊的一個學生合成了尖晶石,但到1920～1930年才廣泛用于仿制鉆石。1947年又出現(xiàn)了合金紅石,合成金紅石以其異常強的火彩、較低硬度仿照鉆石并不成功。1953年,鈦酸鍶成為種新的仿鉆材料,采用焰熔法合成。但因其明比鉆石強的火彩和極低的硬度難以充當鉆石它仿鉆材料還有人造石榴石YAG和GGG,它并非合成石榴石,只是其結(jié)構(gòu)與石榴石相似其它仿制品相比,YAG的光學性質(zhì)

4、與鉆石的更近,但它無生氣。1972年YAG的產(chǎn)量達到高,現(xiàn)在YAG晶體多用于激光設(shè)備。1970年出現(xiàn)采用冷坩堝法合成立方氧化鋯以仿制鉆石,這是目前市場上最廣泛使用的仿鉆材料。莫依桑被人所知已有100多年了,但用其作鉆石仿制是在1998年。</p><p>　　隨著人們物質(zhì)文明和精神文明的提高，從而對自身的形象要求相應(yīng)地也越來越高，配備的飾物不再單純地從保值或增值的角度考慮，逐步向同服飾、愛好、場合等因素匹配著眼，

5、因此希望飾物、備件多樣化。同時，天然的鉆石、寶石、玉石等礦物資源日益稀缺，故價格更趨昂貴，而且色調(diào)、形狀、均勻性均受到很大的限制。因而，人們對水鉆的需求更為迫切，還希望品種豐富，絢麗多彩，形象逼真，價格低廉。用無機非晶態(tài)材料或玻璃來仿制品類眾多的無色或彩色天然寶石和玉石，可以達到以假亂真的程度，在外形和物化性能方面能通過組份的調(diào)節(jié)，使產(chǎn)品與天然礦石加工物難分伯仲，因為玻璃可以制成均相的非晶態(tài)，也能成為多相的含有液滴、微或金屬顆粒的材料［

6、1］。這樣，能使廣大佩戴飾物的時尚人士溫文儒雅，更顯風范，自我感覺身心愉悅，滿足了日益增長的愛美心理需求，品類選擇的范圍龐大，經(jīng)濟上的花費不多，使人民的生活質(zhì)量日臻完美。</p><p>　　水鉆，又稱水晶玻璃鉆石。水鉆在現(xiàn)代豪華裝飾中普遍地使用，全球需求量很大。目前，水鉆生產(chǎn)在我國已形成頗具規(guī)模的一種行業(yè)，我國生產(chǎn)的水鉆每年都大量的出口到世界各地尤其是歐美國家。</p><p>　　一顆

7、水晶鉆石成品的制作要經(jīng)過很長的工藝過程，從配料燒結(jié)到打磨拋光等等。一顆成品水晶鉆石一般由十二個面組成，也有十八個面甚至更多面組成的。在水鉆加工整個工藝工序過程中，最關(guān)鍵工序是形面的磨削和拋光，傳統(tǒng)的手工式機械加工鉆石，由于裝夾機構(gòu)、分度機構(gòu)的精度較低，以及加工者的水平不一，致使成品鉆石的加工精度低、費品率高，并提高了加工成本。因而研發(fā)出具有加工工時短，精度和自動化程度高等特點的新一代水鉆磨拋機具有重要意義。</p><

8、;p>　　2 水鉆制造工藝及加工設(shè)備的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　不像人工合成寶石，諸如合成紅寶石，藍寶石或水晶等，要求化學組成和物化性質(zhì)同天然的一致。在人工控制的條件，雜質(zhì)含量能降到極低，因此有些理化性能人工合成產(chǎn)品更優(yōu)于天然制品，像制造半導體芯片的基材水晶。如果用玻璃來仿制各類天然寶玉石，則偏重于表觀相似，不要求化學組成相同，還有是在比重、硬度等理化性能方面手感相近即可。制成同仿制對象表現(xiàn)相近的

9、玻璃基塊后，尚需要研磨成與天然寶石一樣的多面體，在自然光下從各種角度觀察比較，再在化學組成方面作些微調(diào)，就成與天然寶石非常相似得仿制產(chǎn)品。</p><p>　　仿寶石玻璃制造工藝與一般玻璃相似,經(jīng)配料、熔化、成形、熱加工、冷加工(切割、研磨、拋光)、鍍膜等工序,根據(jù)所仿珠寶的品種、產(chǎn)量,工藝略有變化［2］。</p><p>　　熔制仿制品的玻璃基材，可以在實驗室用電爐、鉑金或剛玉坩鍋操作，

10、質(zhì)量易控制，性能優(yōu)良，重復性好，但產(chǎn)量偏低，成本就高。通常在工廠用大容量的甏或小型池爐生產(chǎn)，只要在操作流程中嚴格按照工藝要求，就能獲得合格的基材。</p><p>　　對原料的選擇，總的要求是鐵等雜質(zhì)含量盡可能低些，方能使產(chǎn)品的色澤鮮艷，晶瑩剔透。</p><p>　　材料中氧化物組份的引進，選擇的礦物原料和化工原料需根據(jù)仿制對象和熔制時的氣氛要求而變更，諸如氧化鋁可以分別由氧化鋁、氫氧化

11、鋁和長石引進，但在特定條件下只能用其中的一種；紅色或金黃色一般可選用硒和硫化鎘為原料，但在高含量氧化鉛的系統(tǒng)卻不適用；同樣，有些綠色的產(chǎn)品也只能從氧化銅、硫酸銅和氧化亞銅等選擇一種或組合作為引進著色劑的原料。</p><p>　　熔制玻璃的溫度大約1400℃，因材料的化學組成變更需作相應(yīng)的稠節(jié)。而熔制時間的長短將有更大范圍的選擇。</p><p>　　常見的是無色透明仿鉆石用作裝飾，價格低

12、廉，對其材料的理化性能目前僅見是經(jīng)過鍍膜加金屬基片后產(chǎn)品的綜合數(shù)據(jù)，沒有推道對玻璃基材的精確數(shù)值。去年中科院上海硅酸鹽所研究人員協(xié)助浙江省企業(yè)消化、吸收和國產(chǎn)化（創(chuàng)新）從捷克引進的半機械化水鉆研磨設(shè)備和工藝技術(shù)以及玻璃材質(zhì)。討論中，捷克專家組對玻璃基材的性能也沒有明確更高的要求。國內(nèi)研究人員認為，熔制玻璃基材的原料中鐵雜質(zhì)含量要低，使制成的玻璃高度透明無色，并且沒有條紋和小氣泡充分均勻一致達到光學玻璃即可，但化學穩(wěn)定性需良好，因玻璃粒料

13、研磨成17個面或其它形狀的半成品后需經(jīng)過酸、堿溶液處理后鍍銀膜等工藝過程。</p><p>　　如果品種單一，無色透明水鉆的基材玻璃由于用量大?？梢杂霉S的窯爐，甚至是小型池爐生產(chǎn)，對生產(chǎn)多種彩色水鉆的玻璃基材可以根據(jù)用量大小和顏色的多少選擇窯爐或?qū)嶒炇业纳源箅姞t熔制，用量小或顏色品種多都不適宜用小池爐生產(chǎn)。因爐內(nèi)剩余的彩色玻璃玻要完全洗凈是較困難的，因有些無機著色劑的</p><p>　

14、　著色能力是非常強的。</p><p>　　根據(jù)對水鉆裝飾的晶瑩閃亮受求，應(yīng)該使玻璃基材的折射率盡可能高些，但要保持一定的黏度使其易成形操作。料性要長不能有析晶傾向。成本也應(yīng)考慮，畢竟水鉆的價格不高，而是以數(shù)量大而獲取豐厚利潤的［10］。</p><p>　　人造寶石研磨分為粗磨、細磨，粗磨在鑄鐵盤上，用金剛砂作磨料，然后在多孔、平面的砂巖輪上細磨。拋光則在木輪或毛氈輪上,拋光劑用氧化鈰或

15、氧化錫。為了提高生產(chǎn)效率，可采用金剛石粗磨輪進行粗磨，金剛石樹脂細磨輪進行細磨，氧化鈰拋光輪(由高彈性橡膠材料與氧化鈰混合制成)進行拋光［11～12］。</p><p>　　拋光后的人造寶石則根據(jù)品種要求，再進行鍍膜，可鍍反射膜、干涉膜等。傳統(tǒng)的溶液噴涂法雖然設(shè)備簡單，但膜層不易均勻，膜厚也不易控制，已逐漸已被真空沉積法、磁控濺射法所代替［14～15］。</p><p>　　在水鉆加工整個

16、工藝工序過程中，水鉆分度打磨是較為關(guān)鍵的一道工序，這道工序要求出來的產(chǎn)品均勻統(tǒng)一，被打磨過的面棱角分明，立體感強且大小一致。所以水鉆打磨工序在整個水鉆制作生產(chǎn)工序過程中要求很嚴格。水鉆打磨是用一組打磨夾具進行分度打磨的［4，13］，見圖1： </p><p><b>　　圖1 分度打磨夾具</b></p><p>　　根據(jù)產(chǎn)品系列的款式大小要求不同，通常一組夾具裝上上

17、百個蝸輪同時打磨上百顆水鉆，而且水鉆每個面的打磨都要求一致。因為每次打磨分度都要求十分精確，所以分度蝸桿是在分度打磨夾具的全部零件中最為重要的一個關(guān)鍵件。分度蝸桿的制作要求也很高，首先直線度要好，不能有彎曲跳動，齒面粗糙度值小且有一定的表面硬度。這樣才能滿足生產(chǎn)的使用和技術(shù)要求。</p><p>　　由東北大學夏永發(fā)、陳述平和鞍鋼民政企業(yè)公司的趙新品聯(lián)合設(shè)計的鉆石飾品數(shù)控磨拋機床。該數(shù)控磨拋機床能自動完成鉆石的裝

18、夾、分度、進給及觀察多道工序該機機械系統(tǒng)(圖2)由承平工作臺、豎直進給工作臺、回轉(zhuǎn)工作臺、主軸工作臺以及磨削工作臺組成。陳磨削工作臺由交流電機驅(qū)動外，其余工作臺均由步進電機驅(qū)動，而每十步進電機均由計算機控制，使得能對位移量的微控制。豎直進給工作臺用齒輪和滾動絲杠傳動，使工件在磨削、拋光加工時的進給量達到2pm，主軸及回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)分度精度達到0.05。大大地提高了系統(tǒng)的加工精度［6］。</p><p>　　圖2

19、 鉆石飾品數(shù)控磨拋機床機械系統(tǒng)組成</p><p>　　PL C作為一種工業(yè)控制用計算機具有模塊化結(jié)構(gòu)、與智能模塊的配置靈活、處理速度高、數(shù)據(jù)處理高速精確、設(shè)計與維護方便以及優(yōu)越的性價比等特點，廣泛地應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)等方面［3］。</p><p>　　水晶研磨機是水晶加工企業(yè)的常用機械,其高速高效的特點是人工研磨不可比擬的，華東理

20、工大學信息科學與工程學院的劉濤、劉漫丹開發(fā)出基于PLC的水晶研磨機控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)采用THINGET XC3系列PLC及Touch Win人機界面實現(xiàn)了水晶研磨機的控制。通過人機界面輸入水晶珠的加工參數(shù)，包括時間、速度和角度參數(shù)，通過PLC的在線計算，將輸入的速度和角度參數(shù)轉(zhuǎn)化為脈沖量并傳送到步進電機驅(qū)動器,再驅(qū)動步進電機按設(shè)定的速度和角度對水晶珠進行加工。這種采用T HINGET XC3系列PLC來控制水晶研磨機，既滿足了控制的

21、要求加工出各種形狀精美的水晶，提高了效率和精度,還降低了設(shè)備的成本［7～9］。</p><p><b>　　3 總結(jié)</b></p><p>　　天然寶石為不可再生資源,產(chǎn)量日益枯竭,很難滿足不斷增長的需要。因此仿珠寶材料和制品應(yīng)運而生，得到迅速發(fā)展。目前仿珠寶主要材質(zhì)為人工晶體、玻璃、塑料、陶瓷等。仿珠寶玻璃源遠流長，經(jīng)久不衰，而且還有發(fā)展空間。目前我國仿珠寶飾品行

22、業(yè)大都企業(yè)規(guī)模小、科技含量低，有些還是家庭作坊式生產(chǎn)。今后需要提高藝術(shù)和科技水平，將現(xiàn)代氣息和傳統(tǒng)特征相融合，既要引進，又要創(chuàng)新。如仿寶石過去成形后還需研磨、拋光，工序多、成本高，國外將光學玻璃精密成形(手機上照相鏡頭成形)技術(shù)應(yīng)用到人造寶石上，一次成形，尺寸精度和光潔度很高,可不必研磨、拋光。特殊的需要拋光也可采用離子束拋光。表面粗糙度為0.01μm,精度高,僅為0.6nm。等離子體輔助拋光不僅效率高,表面粗糙度也小于0.5nm。在鍍

23、膜方面逐步采用等離子體增強氣相沉積、離子鍍、電子束沉積等新的鍍膜方法。</p><p>　　用玻璃能制成品質(zhì)優(yōu)良的水鉆、琉璃的基材，更可以仿制成逼真的天然彩色寶石和玉石，市場上早已有相應(yīng)的商品和衍生商品。形成了相當規(guī)模的門類。在品質(zhì)的改進方面，尚有很大的潛力。主要應(yīng)在玻璃的熔制和成型設(shè)備，水鉆和寶玉石的研磨加工的技術(shù)研究和裝備改良方面增加投資和創(chuàng)新開發(fā)，就會使產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率穩(wěn)定在很高的水準，成本會更大幅下降，

24、利潤會更高。</p><p>　　鉆石飾品磨拋機床將會朝著具有自動化程度高、加工精度高、降低操作工人勞動強度等特點方向發(fā)展。同時將會出現(xiàn)對天然鉆石、紅藍寶石的加工均適用新一代寶石加工業(yè)的換代產(chǎn)品。</p><p><b>　　4 參考文獻</b></p><p>　?。?］印保忠,胡百柳．彩色玻璃水鉆、仿寶石、仿玉石及琉璃的生產(chǎn)和應(yīng)用[C]．上

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