3707 新型開式砂帶振動磨削頭架的設計

3707 新型開式砂帶振動磨削頭架的設計,新型,開式砂帶,振動,磨削,設計 本科學生畢業(yè)設計（論文） 湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文題 目： 新型開式砂帶振動磨削頭架的設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： 2008963110 姓 名： 顏思良 指導教師： 周后明 完成日期： 2012.5.20 本科學生畢業(yè)設計（論文） I摘 要本設計是新型開式砂帶磨削頭架的設計，本次設計主要是用于軸頸外圓的精加工，砂帶磨削技術是一種先進的制造技術，是進行超精密加工的一種機械加工方法，近年來砂帶磨削在機械磨削加工的應用也越來越廣泛，而現(xiàn)今國內(nèi)的軸頸研磨加工則還處于初級階段。本文以砂帶磨削原理為基礎，闡述了軸頸研磨機磨頭的設計過程和設計結果，并以 AutoCAD、CAXA、ProE 等計算機輔助設計軟件為工具，對磨削頭架進行設計建模分析。研磨機磨頭總體采用開式砂帶磨削磨頭，針對軸頸外圓表面精度要求高及圓跳動精度高等特點，并考慮實際加工要求，設計出研磨效率高，操作方便，且安全可靠，能夠滿足高精度研磨的理想磨削頭架。在機械制造技術飛速發(fā)展的今天，本次的畢業(yè)設計有著廣闊的發(fā)展空間和前景。關鍵詞： 砂帶磨削，軸頸研磨機磨頭，AutoCAD，ProE本科學生畢業(yè)設計（論文） IIABSTRACTBelt Grinding is an advanced manufacture technology, it’s an mechanical workout way to super-accuracy processing. In recent years, the machinery of grinding axle journal has been used in mechanical grinding processing more and more, but nowadays,The processing of grinding axle journal still located in primary stage, so the research of grinding axle journal technology is necessary to mechanical workout. This paper based on theory of Belt Grinding, it expounded the design process and design result of the wheel head of grinding axle journal machinery, and it recurred to the CAD software of AutoCAD、CAXA、ProE ,to analytical study of the wheel head of grinding axle journal machinery modeling .The wheel head adopted the open belt grinding head generally . To the high requirements of the axle journal surface quality and the circular runout precision, and considered the requirements of practical machining ,this paper worked out the wheel head of grinding axle journal machinery with high grinding efficiency, easy to operate and on the safe side, this wheel head can satisfied in high-precision grinding .Nowadays, the mechanical manufacture technology has boomed industry, this graduation design has wide develop space and prospect.Keywords: Belt Grinding; wheel head of grinding axle journal machinery; AutoCAD; ProE,本科學生畢業(yè)設計（論文） III目 錄中文摘要 ...................................................................................................ⅠABSTRACT..............................................................................................Ⅱ1 緒論 .........................................................................................................11.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................................................11.1.1 砂帶磨削的發(fā)展 ...................................................................................11.1.2 新型開式砂帶振動磨削機的發(fā)展現(xiàn)狀及應用 ..............................................21.1.3 外圓精密砂帶磨削頭架的研究現(xiàn)狀 ..........................................................41.2 研究內(nèi)容 .............................................................................................42 總體方案的分析 ....................................................................................52.1 砂帶磨削的金屬切除率 .........................................................................52.2 砂帶磨削與砂輪磨削在機械加工中的比較 .............................................52.2.1 加工機理 ............................................................................................52.2.2 磨削特點的比較 ...................................................................................52.3 新型開式磨削的基本原理 .....................................................................62.4 外圓砂帶磨削 ......................................................................................72.5 本課題最終選擇方案 .................................................................................83 新型開式砂帶磨削頭架組件設計 ........................................................93.1 頭架結構的尺寸及幾何關系 ........................................................................93.1.1 磨削頭架電機的選用及砂帶磨削驅(qū)動功率的計算 .........................................931.2 驅(qū)動輪直徑（D1）的確定 .....................................................................103.2 磨削頭架主要結構件的設計 .......................................................................103.2.1 接觸輪的參數(shù)設計 ..............................................................................103.2.2 張緊力與驅(qū)動輪結構參數(shù)的設計 ............................................................123.2.3 砂帶張緊力的設計計算 .......................................................................134 磨削頭頭架功能部件的設計 ...............................................................154.1 砂帶張緊快換操縱機構的選擇 ....................................................................154.2 砂帶調(diào)偏機構及砂帶橫向振動裝置 ..............................................................154.2.1 砂帶調(diào)偏機構 ....................................................................................154.2.2 砂帶橫向振動裝置 ..............................................................................165 主要零、部件的設計與校 ...................................................................175.1 接觸輪主軸的結構設計和強度校核 ..............................................................175.1.1 選擇軸的材料 ....................................................................................175.1.2 軸的結構設計 ....................................................................................18本科學生畢業(yè)設計（論文） IV5.1.3 軸的強度校核計算 ..............................................................................196 結論 .......................................................................................................247 結束語 ...................................................................................................25參考文獻 ...................................................................................................26本科學生畢業(yè)設計（論文） 01 緒論1.1　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：1.1.1 砂帶磨削的發(fā)展：砂帶磨削是一種高效、經(jīng)濟、用途廣泛，并有“萬能磨削”之稱的新型磨削工藝，現(xiàn)今得到極大發(fā)展。在現(xiàn)代工業(yè)中，砂帶磨削技術已被當作是與砂輪磨削同等重要的一種不可缺少的加工方法。在工業(yè)發(fā)達國家，砂帶磨削應用已十分普遍，各種高精度、高效率、自動化程度很高的砂帶磨床被廣泛應用于航天、航空、艦船、汽車、冶金、化工及能源設備等制造行業(yè)，并成為國際上名牌機床公司競爭的一個領域。同時也是歷屆國際機床博覽會中展銷的重要組成部分。砂帶磨削屬于涂附模具磨削的一種形式，其產(chǎn)生源于砂紙的出現(xiàn)，即 1760 年。但當時只局限于手工操作，直到 1900~1910 年才進入機械使用砂紙的時代，并開始應用于木材行業(yè)。1930 年后，砂帶磨削逐步向金屬加工方面發(fā)展，第二次世界大戰(zhàn)中美國率先在兵器制造中使用砂帶磨削，取得明顯效果。本世紀 50 年代初，靜電植砂方法的研制成功把砂帶磨削推到了一個新的階段，砂帶磨削應用逐漸普遍。以后歐洲幾個工業(yè)國和日本也相繼開展了砂帶磨削技術的研究和應用，逐步使砂帶磨削發(fā)展成為一個較為完整和自成體系的加工技術領域。就砂帶磨削和拋光來說，砂帶磨削作為一種獨立而成體系的加工技術從它的產(chǎn)生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了由僅限于手工粗磨、機械半精磨到機械化、自適應控制精密或超精密加工的發(fā)展過程。特別是近二三十年來，砂帶磨削得到很大的發(fā)展，實用范圍越來越廣泛，早已經(jīng)超越了砂帶磨削產(chǎn)生之初所形成的只能用于粗加工的陳舊概念。隨著砂帶制造技術水平的提高以及新的高強度磨料的出現(xiàn)，現(xiàn)狀地提高了砂帶磨削效率、磨削精度和砂帶使用壽命，使砂帶磨削進入一個新的發(fā)展階段。目前，國內(nèi)外都非常重視砂帶磨削的理論基礎研究和應用研究，并出現(xiàn)了一些新的發(fā)展方向，如電解復合砂帶磨削，超聲砂帶磨削以及電鍍金剛石金屬砂帶磨削等，使得砂帶磨削技術不斷向強力、高效、自動化的方向發(fā)展，充分顯示了砂帶磨削在未來制造業(yè)中的強大生命力。國外砂帶磨削發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已達到相當高的水平。特別是歐美及日本等工業(yè)發(fā)達國家，從事砂帶磨削技術研究、開發(fā)的研究機構和砂帶、砂帶磨床制造廠家（或集團）數(shù)量很多且實力雄厚，其成果和產(chǎn)品代表了當今世界砂帶磨削技術的最高水平。砂帶磨削當前除向超精密、高效率和超硬磨料方向發(fā)展外，自動化也是磨削技術發(fā)展的重要方向之一。目前砂帶磨削自動化在 CNC 技術日趨成熟和普及基礎本科學生畢業(yè)設計（論文） 1上，正在進一步向數(shù)控化和智能化方向發(fā)展，許多專用磨削 NC 軟件和系統(tǒng)已經(jīng)商品化。砂帶磨削是一個復雜的多變量影響過程，對其信息的智能化處理和決策，是實現(xiàn)柔性自動化和最優(yōu)化的重要基礎。目前磨削中人工智能的主要應用包括磨削過程建模、磨具和磨削參數(shù)合理選擇、磨削過程監(jiān)測預報和控制、自適應控制優(yōu)化、智能化工藝設計和智能工藝庫等方面。近幾年來，磨削過程建模、模擬和仿真技術有很大發(fā)展，并已達到實用水平。1.1.2 開式砂帶研磨機的發(fā)展現(xiàn)狀及應用盡管我國近年來在砂帶磨削基礎研究、應用推廣方面也已初具規(guī)模，但與國外相比扔然存在很大距離，如砂帶磨削機理研究不夠深入，砂帶及砂帶磨床產(chǎn)品品種還十分有限，應用范圍仍不夠?qū)?，尤其是在金屬加工行業(yè)中，相應的開式軸頸研磨機磨頭磨削技術的研究還有很大不足。（1）開式砂帶磨削機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢：軸頸研磨屬于超精密砂帶磨削，現(xiàn)今國外磨削業(yè)對軸頸研磨拋光這方面的研究發(fā)展迅速，而國內(nèi)在這方面的研究僅處于初級階段，很多人還不能完全接受這種加工方法，在機械加工行業(yè)，軸頸研磨機磨頭磨削屬于極為先進的拋光技術。近年來，部分院校和科研單位已逐步加強這一方面的研究，以期更好的利用砂帶磨削加工，為加工業(yè)帶來重大革命。在機械加工業(yè)中，開式砂帶磨削機主要用于磨削軸頸外圓表面，研磨時，工件作高速旋轉(zhuǎn)，砂帶勻速運動摩擦工件，從而達到研磨拋光的目的。其研磨效率高，操作方便，安全可靠，是要求高精度軸頸研磨的理想設備。隨著精密機械工業(yè)的發(fā)展,精密軸套零件在精密機械上的應用越來越多。軸套零件的直徑尺寸精度一般達到 1 微米左右,幾何形狀精度達到 0.1 微米,粗糙度達到 0.029 微米。這樣高的精度用一般外圓磨床加工很難達到,只有采用研磨來完成。特別是對于表面精度和圓跳動及圓度都要求極高的軸頸加工中，應用更為廣泛。近年，重慶三磨海達有限公司研制成功的 2M5109—2B 雙頭臺式外圓精密振動砂帶磨床系列機床在軸頸加工方面達到了很好的效果。在以后工業(yè)的發(fā)展過程中，軸頸研磨機的發(fā)展將向高精密、高效率及自動化的方向發(fā)展。（2）砂帶磨削的最新發(fā)展：近年來，砂帶磨削技術在國內(nèi)外都獲得了極大的發(fā)展，應用范圍也日益廣泛。美國、德國等國家的砂帶磨床已遍及各行業(yè)，大至磨削寬 5 米以上的巨型平面磨床，小至口腔醫(yī)生使用的修齒機，磨床結構形式各異。目前砂帶磨削的生產(chǎn)率已經(jīng)超過常規(guī)車、銑等加工方法，是普遍切削的 10倍，普通磨削的 5 倍。同時砂帶磨削的功率利用率高，材料去除率高達 700∕s,此外砂帶磨床還具有結構簡單，加工范圍廣，綜合成本低，投資少，操作簡單，生產(chǎn)輔助時間少，工作安全可靠等優(yōu)點。因此，砂帶磨床與砂帶的生產(chǎn)與日俱增，一些工業(yè)發(fā)達國家的砂帶磨床擁有量已逐步接近砂輪磨床。砂帶磨削能加工的材本科學生畢業(yè)設計（論文） 2料很多，從非金屬材料到金屬材料，從一般材料到難加工材料（如鈦合金、高鎳合金、陶瓷、寶石等）都可以用砂帶磨削進行加工。由于砂帶磨削的特有的加工性能和高的材料去除率，砂帶磨削進入到許多新的應用領域，解決了許多加工難題。如國內(nèi)某廠產(chǎn)品零件“磁軛”的多面體長 2200㎜,用常規(guī)精刨的方法達不到質(zhì)量要求。后用砂帶磨削進行加工，零件合格率達到了 100%，產(chǎn)品性能也有所提高。又如某刃具廠生產(chǎn)的切煙機刀片，工件材質(zhì)為 65Mn 冷軋帶鋼，硬度HRC59～64，需要去除原材料的脫碳層，單面余量 a≥0.06mm。以前采用手工布砂輪拋光，工件易產(chǎn)生退火現(xiàn)象，且脫碳層不易完全磨掉，造成刀片在使用中“卷刃” 。后來采用砂帶磨削，不但消除了退火現(xiàn)象，完全磨除脫碳層，而且生產(chǎn)率也由以前的 8 小時 100 件提高到 6 小時 1440 件。在高速磨削方面，美國研制成功了 100m∕s 高速砂帶磨床。隨著砂帶制造工藝的改善，機床結構剛度的提高，機床功率的增加使砂帶磨床的金屬切除率逐步提高。近年來砂帶磨削與特種加工（超聲、電解）的復合發(fā)展迅速。超聲砂帶磨削使將超聲振動疊加到拋磨接觸的砂帶部位，使砂帶在拋磨的同時以超聲頻率振動，起到拋磨強化作用和磨粒更新作用，并在表面形成微觀網(wǎng)紋。電解砂帶磨削是將電解加工的電化學作用與砂帶磨削的機械作用相結合，以去除脆性、硬性、韌性的難加工材料的環(huán)保新型的復合加工方法，可實現(xiàn)對不銹鋼、鈦合金等難加工材料的大余量精密拋磨加工，效率高，加工精度好，表面粗糙度低，砂帶磨損少，使用壽命長，加工成本低。隨著砂帶磨削技術的發(fā)展，它與現(xiàn)代加工技術的結合自然越來越緊密。模具與工件進給運動采用 CNC 控制，達到完全自動控制進給運動和進給速度，以取得最佳磨削參數(shù)，使對異型面、難加工材料的磨削以及表面光飾作用達到最佳效果。國外數(shù)控砂帶磨床已成熟用于生產(chǎn)，如美國清理鑄件毛邊的數(shù)控砂帶磨床，能方便的改變程序，因此特別適用于批量不大的鑄件加工。為了提高加工效率，近年來對砂帶磨削的自動化研究非常深入。目前開發(fā)出的工件上料工位→加工工位→卸料工位的連續(xù)傳送機構，可以方便的編入自動線，提高效率。開發(fā)多磨頭、多工位、回轉(zhuǎn)塔式或運輸帶式砂帶磨床是實現(xiàn)自動化的手段，多磨頭、多工位磨削可以實現(xiàn)一次裝夾，一次完成粗、精、拋等工序，減少定位誤差。這種加工方法自動化程度高，加工輔助時間少，效率高。美國發(fā)明的自動化平面砂帶磨床話裝有自動測量工件厚度及表面粗糙度的傳感器，可極好的保證工件的加工精度和表面質(zhì)量。德國 METABO WERKE 公司生產(chǎn)的砂帶磨削足以由兩個或多個砂帶磨削部件和工業(yè)機器人部件組合而成，根據(jù)加工表面形狀不同要求，磨削部件上配置不同形狀和直徑的接觸輪或砂帶，能夠自動更換砂帶，并從零件庫中自動取出零件并放到固定位置，從而極大的提高了加工效率。美國還把砂帶磨削應用于汽車制造業(yè)的本科學生畢業(yè)設計（論文） 3FMS 生產(chǎn)線上，自動化程度已達到相當高的水平。今后砂帶磨削技術的發(fā)展方向可概括為三高：高切除率、高加工精度、高自動化。1.1.3 外圓精密砂帶磨削頭架的研究現(xiàn)狀：砂帶磨削技術在加工軸頸外圓的應用已有一定的發(fā)展，英國、德國、美國、前蘇聯(lián)在應用砂帶磨削技術磨削軸頸外圓都走在前列。美國是世界上最早研制砂帶磨床的國家，第一臺砂帶磨床用于加工木材，隨后，廣泛用于加工金屬，砂帶磨床遍布于美國一切行業(yè)。德國的以布勞施韋格大學的帕茨教授為首的研究人員，從 50 年代開始至今一直致力于研究砂帶磨削，因此德國的基礎很扎實，各類型的砂帶磨床都生產(chǎn)。英國除生產(chǎn)平面、內(nèi)圓和萬能砂帶磨床外，著重發(fā)展運輸帶式砂帶磨床、外圓砂帶磨床以及渦輪葉片砂帶磨床，布魯克（brook）廠生產(chǎn)的外圓砂帶砂帶，在加工精度和加工效率方面都達到很高的水平。蘇聯(lián)早期曾生產(chǎn)立式、臥式兩用砂帶磨床，現(xiàn)有的外圓砂帶磨床也是應用極為廣泛。國內(nèi)僅有幾家研究機構和高校，比如三磨海達磨床有限公司生產(chǎn)的 51 系列外圓砂帶磨床等。1.2 研究內(nèi)容：研究內(nèi)容： 1) 分開式磨削頭架的加工工藝，進行開式磨削頭架的功能分析；結合實際問題研究，對開式磨削頭架進行方案設計；?2結合實際問題研究，對開式磨削頭架進行詳細設計；3結合實際問題研究，對開式磨削頭架進行測試優(yōu)化；4本科學生畢業(yè)設計（論文） 4本科學生畢業(yè)設計（論文） 52 總體方案的分析與設計砂帶磨削是一項高效、經(jīng)濟、安全和用途極廣泛的新工藝，其磨削性能在許多方面都明顯優(yōu)于砂帶磨削，并有“萬能磨削”之稱。在工業(yè)發(fā)達國家，砂帶磨削應用已十分普遍，從日用餐具到宇航器具，從金屬（包括難磨金屬和合金材料）非金屬材料，無不競相采用砂帶磨削工藝。據(jù)有關統(tǒng)計資料介紹，砂帶磨削的生產(chǎn)率比銑削高十倍，比砂輪磨削高 4—10 倍，用砂帶磨削進行加工，已成為許多行業(yè)獲得高額經(jīng)濟效益的一種重要手段。因此，而今砂帶和砂輪的消耗量幾乎達1：1，但其磨除量已超過砂輪，占整個磨材總需求量的 60%，砂帶磨床總臺數(shù)接近砂輪磨床。砂帶磨床的技術現(xiàn)已發(fā)展到與砂輪磨床相當?shù)乃剑⒊蔀閲H名牌機床公司競爭的一個關鍵領域。2. 1 砂帶磨削的金屬切除率比車削、銑削和砂輪磨削大的多：我們都知道車削和銑削切下的切屑為帶狀切屑，而砂帶工作時的情形與車削和銑削很相似，每顆磨粒都相當于一把車（銑）刀。從砂帶磨削下的磨屑來看，也是帶狀的，但砂帶上的磨粒比車（銑）刀的刀刃數(shù)多得多。以粒度 50 的砂帶為例，寬為 100 長為 1240 的砂帶，其表面總共有 50 萬顆磨?？梢詤⒓忧邢鳎疵糠昼娍梢郧邢魅齼|塊微細切屑的能力，顯然它比車（銑）刀切除金屬要多得多。2. 2 砂帶磨削與砂輪磨削在機械加工中的比較：2. 2. 1 加工機理：砂帶磨削和砂輪磨削一樣，都是多刀切削工具，其切削功能是通過黏在基體上的磨粒來完成的。根據(jù)砂輪和砂帶的結構進行分析，砂輪磨削工作時，由于磨粒在砂輪表面的分布是隨機的，高低不平，形狀各異，有的磨粒能切下金屬切屑，有的則不能切下切屑，砂帶磨削工件時，由于磨粒是單層涂附在砂帶基體上，顆粒均勻，刀刃的等高性好，且定向排列，幾乎所有磨粒都能參加切削，所以切削性能好。2. 2. 2 磨削特點的比較：1). 砂帶磨削的生產(chǎn)效率高：由于砂帶固有的特點，在砂帶與工件接觸區(qū)可同時投入更多且鋒利的磨粒來進行切削，故砂帶磨削的金屬切除率要遠高于砂輪磨削（生產(chǎn)效率約為普通砂輪磨削的 5~10 倍以上。在需要的情況下，還可采用多個磨頭進行磨削，同時進行粗磨、精磨、高精度磨削及拋光，一次就可以完成整個加工過程，痛砂輪磨削相比，其加工時間可縮短幾十到幾百倍，大大提高了生產(chǎn)率。因此就其原理和應用的廣泛性而言，砂帶是涂附磨具中磨削效率最高的磨本科學生畢業(yè)設計（論文） 6具。2). 砂帶磨削的機床利用率高：機床主電機的功率 N 主包括以下三部分：N 主 ＝Ｎ 切 ＋Ｎ 空 ＋Ｎ 附其中：Ｎ 切 —用于切削的有效功率Ｎ 空 —消耗于傳動中各種摩擦損失的空載功率Ｎ 附 —由切屑在時所增加的機械摩擦消耗的功率Ｎ 附 一般用機床效率的形式表示，早在 60 年代就有報道，砂帶磨床的效率高于其他機床。近幾年來，砂帶磨床的利用率還在不斷提高，據(jù)試驗數(shù)據(jù)證明，在同一臺平面磨床上，在金屬切除率相等時，砂帶磨床所消耗的功率比砂輪磨床?。潮?，砂帶磨床功率利用率已高達 96%。3. 砂帶磨削的成本低：隨著科技的發(fā)展，砂帶制造的技術也越來越高，砂帶的使用壽命現(xiàn)已提高到 812 小時，且價格越來越便宜。砂帶磨削所需的機床為普通機床即可，其結構簡單，價格便宜。由于砂帶磨削生產(chǎn)率高，加工時間短，用同樣的成本購置砂輪和砂帶時，則砂帶能加工更多的工件。4. 砂帶磨削為“冷態(tài)” 磨削和彈性磨削：無論是砂輪還是砂帶，在磨削時都會產(chǎn)生熱量，導致磨削表面溫度升高，其溫度是隨著磨削深度飛升高而呈上升趨勢。由于砂帶的特殊結構，產(chǎn)生的磨削熱少，磨粒之間分布空隙大及磨粒在空間接觸時間長，易于磨削熱散發(fā)，故砂帶磨削溫度的的變化比較平緩，對工件表面的磨削燒傷降低。而砂帶磨削隨磨削深度的增加或磨削時間的延長其溫度明顯升高。相對砂輪而言，砂帶的柔軟性非常好，磨削時穩(wěn)定，加上具有彈性的橡膠接觸輪，故對振動相應不敏感，易實現(xiàn)高穩(wěn)定性磨削。2. 3 開式砂帶振動磨削機磨削的基本原理：開式砂帶研磨是外圓精密砂帶磨削的一種，外圓精密砂帶磨削以砂帶、研磨帶或纖維拋光輪等為磨具，采用典型外圓磨削技術，實現(xiàn)工件工件表面磨削拋光，曲軸等偏心類零件則采用仿型或數(shù)控跟蹤磨削，多頭布置可實現(xiàn)多工位同步操作。外圓精密砂帶磨削適用于加工各種軸類零件外圓、錐面、回轉(zhuǎn)曲面磨削拋光；齒輪軸、傳動軸、軋輥、紡機滾桶、大型軸件；曲軸、偏心軸、凸輪軸、汽車半軸、法蘭盤；標準磨頭還可裝于各種型號車床上使用。本設計用于磨削軸頸外圓表面，研磨時，工件作高速旋轉(zhuǎn)，研磨帶作往復擺動，從而達到研磨的目的。開式砂帶研磨機主要是用與對軸類工件的精加工和超精加工，而其切削機理與普通砂帶磨床機理相似，開式砂帶研磨機的磨削也是以砂帶作為磨具并輔之以接觸輪(或壓磨板)、張緊輪、驅(qū)動輪等磨頭主體以及張緊快換機構、調(diào)偏機構、防(吸)塵裝置等功能部件共同完成對工件的加工過程。具體講，開式砂帶磨削就本科學生畢業(yè)設計（論文） 7是用成卷的砂帶由電機經(jīng)減速機構帶動卷帶輪作極緩慢的轉(zhuǎn)動，帶動砂帶作緩慢的移動，砂帶由接觸輪壓向工件，工件作高速回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對工件表面的磨削加工。由于砂帶緩慢的移動，磨粒不斷投入磨削，磨削效果一致性好。如下圖所示。卷 帶 輪砂 帶 輪砂 帶 接 觸 輪工 件圖 1-1普通砂帶磨削有接觸輪式、壓磨板式和自由式等幾種基本形式，由于開式砂帶研磨機屬于表面超精密加工機床，因此多采用接觸輪式的磨削方式。在砂帶磨粒與工件表面的相對運動中，砂帶磨粒于工件表面之間產(chǎn)生一定的干涉，按照干涉的程度，可以區(qū)分為擠壓、滑擦、耕犁和切削四個不同的過程：①“擠壓”——最初磨粒擠入工件，由于切入深度小于磨粒刃尖圓弧半徑，形成很大的負前角，工件表面僅發(fā)生彈性變形；②“滑擦”——隨著切入深度增加，磨粒對工件表面的壓力逐漸增大，工件表面起“滑擦”作用。此時磨粒在工件上的滑擦，實際上產(chǎn)生了切除材料的彈性和塑性變形；③“耕犁”——隨著機床進給、切削厚度的增加，干涉增大，磨粒在工件表面上犁出刻線，稱為“耕犁” 。此時工件材料產(chǎn)生塑性流動，材料產(chǎn)生一個擠壓式的運動而從磨下方向前害人兩側擠出，同時切除少量材料；④“切削”——在一定壓力的作用下，當有足夠的干涉并伴隨一定的切削溫度時，開始真正的“切削” ，此時在滑動磨粒的前方產(chǎn)生斷裂而形成切屑。在磨削過程中，砂帶上的眾多磨粒在與工件接觸的瞬間，一部分磨粒進行切削，另一部分犁出溝槽，還有一些只起滑擦作用。即使同一顆磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工時間里所起的作用也不相同。2.4 外圓砂帶磨削：對于外圓加工，砂帶磨削明顯比砂輪磨削具有優(yōu)勢，與砂輪磨削相比，外圓砂帶磨削不僅可以磨外圓、圓錐面、球面及其他回轉(zhuǎn)曲面等，還可以有效的磨削長徑比很大的細長件（如成卷線材最小直徑可至 Ф1.5mm） ，直徑很大的罐體、管件（如石油、天然氣管道）等。而這些恰恰是砂輪磨削難以解決的問題。本科學生畢業(yè)設計（論文） 8外圓砂帶磨削基本上可分為定心磨削和無心磨削兩種，定心磨削一方面可在普通車床、砂輪磨床或銑床等現(xiàn)有設備上裝置砂帶磨頭進行，另一方面是在各種外圓砂帶磨床進行。無心磨削則必須采用專門的無心外圓砂帶磨床進行。外圓砂帶磨削的形式及特點可參見下表此外，外圓砂帶磨床還有單磨頭和多磨頭之分。單磨頭是指一臺磨床只有一個砂帶磨頭的機構，多磨頭則是單磨頭磨床的發(fā)展形式，即一臺磨床上有多個砂帶磨頭，最多的現(xiàn)已達 16 個。多磨頭砂帶磨床能使工件在一次裝夾過程中完成粗磨、半精磨和精磨或拋光等多道工序。工件裝夾次數(shù)少，加工精度穩(wěn)定，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，因而是砂帶磨床的一個發(fā)展方向。2. 5 本課題最終選擇方案：通過以上的分析后，對開式砂帶振動磨削頭架的設計，我們選擇以下方案來：1） 采用砂帶磨削工藝；2） 運用接觸輪式砂帶磨削，工件高速旋轉(zhuǎn)，研磨帶作軸向往復擺動；3） 接觸輪采用軸向磨削方式；本科學生畢業(yè)設計（論文） 93 開式砂帶振動磨削頭架組件設計砂帶磨削技術優(yōu)越性的發(fā)揮，很大程度上要依賴磨床本身，因而磨床的結構設計是關鍵工作，而早磨床結構設計中，頭架又是最為關鍵的；它的結構方案、參數(shù)選擇及主要零件的制造精度、剛性等指標，將對工件表面質(zhì)量、加工精度有很大的影響。3. 1 磨削頭架結構的尺寸及幾何關系：3. 1. 1 磨削頭架電機的選用及砂帶磨削驅(qū)動功率的計算：砂帶磨削驅(qū)動功率計算：砂帶磨削所需功率是一個很重要的參數(shù)。如果電機功率過大，勢必造成電能浪費，而且體積、重量加大，不利于整體結構設計。反之若選得過小，則又達不到預期的磨削效果。因此，針對具體的加工條件，對所需驅(qū)動功率做出比較準確的估算是十分必要的。磨削功率：（KW）10VFNste?式中 —切向磨削力（N）t—砂帶磨削線速度（m/s ）s恒壓力磨削中，法向磨削力 通常是已知的，而切向力 取決于 ，但是Fn Ftn隨著砂帶變鈍，兩者的關系也隨著變化。在整個壽命期內(nèi)， 與 的曲線關系如下圖所示： 本科學生畢業(yè)設計（論文） 10磨削時間摩擦系數(shù)圖 1-2值得注意的是新砂帶開始磨削時，切向力約等于法向力，但這段時間極為短暫，F(xiàn)t 值很快減至大約 Fn 值的一半；另一個極端情況是砂帶耗盡時，F(xiàn)t 值大致等于 Fn 乘以砂帶與工件間摩擦系數(shù)，即 Ft= Fn?該所示的關系曲線代表了一般恒力磨削中 隨時間的變化趨勢，不同的ntF加工對象，這種關系有所不同，因為摩擦系數(shù)隨工件材質(zhì)不同而變化。但從普通情況來看，這條曲線對恒力磨削是比較有代表性的，因而可以用它作為估算功率的依據(jù)，設 ntFR?則磨削功率為snNeV式中， 、 符號意義同上， 為砂帶切向磨削力與法向磨削力之比值 。nFsVN ntF砂帶在進行有效磨削的絕大部分時間內(nèi) =0.33~0.65，本課題研究的機床加NR工對象為軸頸外圓，取較小 值，取 =0.43，屬于輕載精加工，取砂帶線速度NR=25~35m/s。sV根據(jù)式，磨削功率為=0.43×50×35=0.75kWsnNeVF?根據(jù)強力砂帶磨削的磨削機理與加工特點，選擇同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min，又電動機的額定功率為 0.75kW，查手冊選用電動機的型號為 Y802-4，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min。本科學生畢業(yè)設計（論文） 113. 1. 2 驅(qū)動輪直徑（D1）的確定：驅(qū)動輪直徑（D1）可由下式計算，即：snVD?1061??式中 ——砂帶速度（m/s）, 按下列原則選擇：重載大功率加工sVs=12.5~20m/s; 中等載荷加工 =20~25m/s;輕載荷加工 =25~35m/s。在本設計s sVsV中取 =30m/s。 為驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速， =1390m/s.sNN所以：= =41.24mmSsnD?106??13906?根據(jù)機床裝配和傳動要求，我們選取 =45mm.13. 2 頭架主要結構件的設計：3. 2. 1 接觸輪的參數(shù)設計：接觸輪在砂帶磨削中的作用表現(xiàn)在：支撐砂帶；抵抗施加于砂帶上的接觸壓力；有時接觸輪還用作驅(qū)動輪，把必須的向前的運動力或圓周力傳至砂帶。它的運動精度會通過砂帶復映到工件之上，并影響加工平穩(wěn)性及表面質(zhì)量等；其輪緣與砂帶背面必須有足夠的摩擦力以傳遞磨削所需的功率。所以接觸輪是砂帶磨削裝置中最關鍵的結構件。（1）接觸輪直徑的確定及其寬度：接觸輪的直徑對材料的切除率有影響，直徑越小，砂帶與工件接觸面積越小，單位面積上壓力增大，切削作用增強，磨粒能更好的切入材料，但是接觸輪的直徑過小，砂帶的彎曲應力增大，同時粘結的磨粒也會由于過度撓曲而易脫落，影響砂帶壽命，故接觸輪直徑的減小也要受到一定的限制。由于本設計是磨削一定直徑的軸頸外圓，加工范圍≤100mm；根據(jù)整個工藝結構尺寸、砂帶規(guī)格、磨頭允許占用空間及主軸轉(zhuǎn)速確定接觸輪直徑 D=80mm。接觸輪寬度就等于砂帶寬度，所以 B=25.4mm。（2）接觸輪的結構形式、材料及其硬度：接觸輪的結構形式大致可以分為氣胎式、自由對中式和實體式三種，本設計采用實體式，它是目前使用最廣泛、最主要的一種接觸輪。它或由鋼、鋁、鑄鐵、尼龍等材料直接制成，或是由以鋼、鋁等金屬材料為輪芯，外包橡膠等彈性材料本科學生畢業(yè)設計（論文） 12制成，實體式接觸輪的軟硬程度變化范圍很大，能適應多種磨削的需要，既能用于精密磨削、拋光，又能用于重載強力磨削。本設計采用的實體式接觸芯的金屬材料采用 HT200，外包彈性材料采用丁晴橡膠。接觸輪硬度是影響砂帶磨削特性的重要參數(shù)，它對加工的表面粗糙度，材料切除率及尺寸精度都有很大的影響。在其他條件相同時，硬度越大，有效切削深度越大，因而切除率也越高，而且磨削精度也越高，但加工表面粗糙度卻相應的增大。為了獲得教理想的綜合加工效果，接觸輪硬度與直徑之間有一定的搭配關系，見下表 直徑(mm) ＜150 ＜200 ＜300硬度(Hs) 65 75 85表 1-1 接觸輪直徑與硬度的搭配選擇所以有接觸輪直徑 D=80mm,選取其硬度（Hs）為 65 。（3）接觸輪外表的凸緣高度（ ）：1?嚴格的說，接觸輪的外圓素線應是一條直線，但為使砂帶在沿其寬度方向作恒進給時便于導入，其兩端略有坡度。只有在成型磨削或其他特殊情況（如無其他的防止砂帶跑偏裝置）時，才將其設計成中凸弧形。中凸量越大，砂帶對中性越好，但過大會造成砂帶磨損和長度方向受力不均，砂帶中部易于損壞，故中凸量應在滿足砂帶不跑偏或成型磨削所要求弧形參數(shù)的條件下盡量小，其中凸量可按下述經(jīng)驗公式計算，即： = —式中 B 為接觸輪的寬度。1?2.0所以： = = =1.011?B2.04.5（4）接觸輪線速度與橡膠粘結強度的校核：一般而論，提高磨削速度能夠改善磨削性能， ，但磨削速度越高，相應的接觸輪的線速度也增高，對于大多數(shù)包膠接觸輪來說，速度過高將產(chǎn)生較大的動應力，使橡膠脫落。此外，線速度過高還會使接觸輪硬化。軟橡膠接觸輪（H s＜50）通常在超過 28m/s 時就會變硬而達不到預期效果。砂帶磨削的線速度一般在15～50 內(nèi)選擇，這在很大程度上是由于接觸輪膠層的脫落限制了線速度的進一步提高，為了保證橡膠粘結強度，對接觸輪的線速度一般應作校核，即：RssngV???本科學生畢業(yè)設計（論文） 13式中 g——重力加速度（ ）2/scm——橡膠比重（容重） （N/ ）R?——接觸輪線速度（即砂帶速度） （m/s）sV——橡膠與金屬粘結強度（N/ ）?2cN——安全系數(shù)，取 1.25~1.5查資料知橡膠比重為 18 N/ ，橡膠與金屬的粘結強度為 65 N/ 。2m2cm所以： = =48.5m/snsg??518.609?=30m/s＜48.5m/ssV故合適。3.2.2 張緊力與驅(qū)動輪結構參數(shù)的設計：砂帶必須在一定的張緊力作用下才能工作，張緊機構產(chǎn)生的張緊力通過張緊輪使砂帶得以張緊，并在驅(qū)動輪作用下使砂帶進行磨削，張緊輪不但起張緊砂帶的作用，而且還起導向作用，使砂帶不致偏離接觸輪。張緊輪直徑越大，導向控制越靈敏。一般情況下建議直徑大于 。張緊輪過小會引起砂帶彎曲過分m125?或振動，也會使其轉(zhuǎn)速過高帶來其他不利影響。為使砂帶定心，張緊輪和驅(qū)動輪外圓要求做成中凸弧形，中凸高度（ ）不2?能過大，否則會引起砂帶震動及受力不均并使砂帶中部損傷。中凸高度值應根據(jù)操作情況而定，實踐中常由砂帶寬度決定，也可按公式計算，即： =（0.25~0.30）2?'B式中， 為驅(qū)動輪寬度，即 =B+25mm，B 為砂帶寬度。所以：'B'=（0.25~0.30） =（0.25~0.30） =1.77~2.132?' 254.?sV而根據(jù)中凸值選擇標準（見下表） ，張緊輪、驅(qū)動輪輪緣中凸值 選擇為 1。?B ＞40～60 ≥60～100 ≥100～150 ≥150～250 ≥250～4001 1.25 1.5 2 2.5表 1-2 張緊輪、驅(qū)動輪輪緣中凸值 的選擇?張緊輪寬度 比砂帶寬 25mm 其目的在于啟動時砂帶可能稍有橫向移動而不'B2?本科學生畢業(yè)設計（論文） 14會磨壞其他磨頭附件。另外，張緊輪和驅(qū)動輪的輪緣中凸高度值，也可根據(jù)輪徑來選擇，具體見下表，從表中可知，隨著輪徑的增大，凸弧高呈減小趨勢。表 1-3輪子直徑 100 125 150 175 200 225 250 275中凸高度 3 2.5 2 1.5 1.3 1 0.9 0.9根據(jù)張緊輪、驅(qū)動輪直徑選擇中凸值3.2.3 砂帶張緊力的設計計算：砂帶的張緊程度對砂帶磨削過程有重要的作用，這表現(xiàn)在張緊力大小對加工效率和加工質(zhì)量及砂帶使用壽命等方面的直接影響。在砂帶強度允許情況下，材料切除率隨張緊力的增大而增加，故選擇張緊力應在保證接觸輪不失彈性的條件下，張緊力越大越好。張緊力值的選擇范圍常在 7~80N/cm（砂帶寬）之間，其理論計算見下。如上所述，張緊力的選擇應考慮接觸輪的軟硬程度，軟接觸輪通常采用較低砂帶速度以使砂帶獲得良好的柔性，及在成形磨削或精磨、拋光加工中獲得較好的效果，故宜選擇較小的張緊力，但應以保證砂帶不走偏為前提。采用硬接觸輪重磨時，宜選用較大的張緊力。若張緊不足，磨削時會引起砂帶在接觸區(qū)前后發(fā)生形變，造成砂帶折疊、打卷、起皺等，或產(chǎn)生反向柔曲引起粘結劑松弛、磨粒脫落或破損，但是張緊力過大也不好，它可能引起以下不良后果：（1）接觸輪變形，使磨削能力減弱，同時接觸輪彈性喪失，不能進行有效磨削。對開齒槽接觸輪會引起較大噪聲，接觸載荷加大，邊緣磨損加劇。（2）砂帶的延伸量加大，并有可能引起砂帶斷裂或砂帶壽命縮短。（3）接觸輪支承軸及軸承載荷加大?？傊?，選擇張緊力的要求是既能避免砂帶受力過大而被拉斷，又能保持在運行中不跑偏、不打折，有高的切除率。砂帶的張緊通常是采用動態(tài)方式進行的，因為砂帶長度的變化是隨磨削過程的一個動態(tài)漸近增長過程。在初始工作時，砂帶周長較小，經(jīng)過一段工作時間后，磨削力和磨削熱會引起砂帶變長，同時，砂帶的部分彈性喪失一會使長度加大。所以必須對變長后的砂帶進一步張緊，才能保持所需的砂帶張緊力。1）砂帶張緊力的計算：按接觸輪的接觸應力計算，砂帶張緊力的簡單公式為：F=P*B式中 F——張緊力（ N） ；Ｐ——接觸輪接觸應力，一般?。校?0~100N/25mm，重負荷用較硬接觸輪或剛性接觸輪時，P 取上限。本科學生畢業(yè)設計（論文） 15B——砂帶寬度（mm）所以張緊力：Ｐ＝50~100N/25mm*25.4mm=50~100N2）砂帶張緊力強度校核：砂帶張緊力在工作時受三種應力，即拉應力、離心力和彎曲應力，則砂帶上所承受的最大拉應力應滿足： ][maxFBnF???式中， n——安全系數(shù)，取 1.25~2；B——砂帶寬度。查資料[F]為 30~50所以：B×[F]=762~1270NmaxF?][?故滿足要求。本科學生畢業(yè)設計（論文） 164 磨削頭架功能部件的設計一個完整的砂帶磨削頭架，除具有基本的驅(qū)動輪、張緊輪和接觸功能件（如接觸輪、壓磨板等）外，還必須有許多與磨削戚戚相關的功能部件，這些功能部件的合理設計或選擇對砂帶磨床的工作性能亦有一定的影響。例如，砂帶張緊及快換操縱機構影響加工輔助時間，從而影響總的效率；橫向振蕩（軸向竄動）機構影響砂帶磨損的均勻性，加工精度及表面粗糙度；防跑偏機構影響砂帶壽命及安全性；除塵防塵裝置影響機器和工人操作環(huán)境；軸承的選擇影響零部件的工作性能及功率利用率等等。這些功能部件對于有效地實現(xiàn)砂帶磨削整個過程都是不可缺少的。4.1 砂帶張緊快換操縱機構的選擇：砂帶的張緊主要是通過改變張緊輪與接觸輪間的中心距來實現(xiàn)。實際應用中有兩種張緊方法，一種周期性張緊；另一種是自動張緊，周期性張緊是指砂帶因工作而拉伸松弛后，定期地對其進行張緊調(diào)節(jié)，如用絲杠螺母機構調(diào)節(jié)，對于加工余量小的零件拋光可采用這種張緊方法，但總的應用較少，砂帶磨削中更多的是自動張緊法，有利用彈簧和配重自動張緊。這種方法最為簡單，它可通過彈簧的彈力，或配重物件的重力控制砂帶的張緊力，并保持砂帶始終張緊。自動張緊機構常用的有彈簧手柄式，絲桿滑塊式，偏心軸式和杠桿式等。比較高級的則采用液壓及氣動裝置。一般來說，砂帶在磨削時，從動邊的應力的應力較小，故張緊輪應布置在從動邊上以使整條砂帶受力均勻，保證從動邊的拉力恒定。常用的砂帶張緊機構主要有：配重張緊裝置、彈簧手柄式砂帶張緊快換機構、杠桿式砂帶張緊機構、偏心軸套砂帶張緊機構、絲桿滑枕式張緊機構。在本設計中，由于設計需要，選用彈簧手柄式砂帶張緊快換機構的類似機構作為張緊組織，這種機構及類似機構在砂帶磨床上使用較多，彈簧力使砂帶自動張緊，此時操縱手柄的位置處于圖中的虛實線之間，當砂帶需要更換時，只需將手柄按圖中箭頭方向所示扳動，彈簧被壓縮，張緊輪回縮，此時便可更換砂帶。松開手柄，彈簧自動將砂帶張緊。4.2 砂帶調(diào)偏機構及砂帶橫向振動裝置：4.2.1 砂帶調(diào)偏機構：砂帶的防偏裝置是砂帶磨頭不可缺少的一個部分，特別是寬砂帶的防偏就更為重要，這是由于砂帶兩邊的周長存在誤差，運動中難免不跑偏。砂帶的調(diào)偏機構大致可以劃分為兩種基本形式，即張緊輪（或?qū)ｉT由于調(diào)偏的支撐輪）軸線相對于砂帶在該輪上的包角 的中心對稱平面內(nèi)兩個方向的擺動方式，如下圖所示2?本科學生畢業(yè)設計（論文） 17的 x、y 兩個方向的擺動。運行中重要將張緊輪軸沿 x、y 兩個方向任何一個方向擺動，就能夠調(diào)整砂帶的位置。圖 1-3有分別沿上述 x、y 兩個方向擺動來實現(xiàn)砂帶調(diào)偏的典型示例，一種是沿Ｙ方向的擺動調(diào)偏結構，張緊輪軸兩端銑成方形，一端用銷子固定在支撐架上，并能在一定角度內(nèi)在 Y 平面上轉(zhuǎn)動，另一端端部銑成斜方，同時由支承架一側的叉口夾持，上下由調(diào)節(jié)螺絲調(diào)整。限位螺絲用于防止輪軸跳出支承架側面叉口。防松彈簧用以固定調(diào)節(jié)螺絲的位置。砂帶跑偏時，只需轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺絲，使輪軸擺動即可控制砂帶的位置；另一種是沿Ｘ方向的擺動調(diào)偏結構，張緊輪的支承軸兩端都銑出扁平面，以便放入支架的長槽中，螺釘將扁軸與支架活動連接，使扁軸只能在水平面上繞螺釘轉(zhuǎn)動，從而可實現(xiàn)砂帶的調(diào)偏操作，調(diào)整后螺釘將扁軸從兩方固定鎖緊。這種沿 X 方向擺動調(diào)偏的結構，還可以是整個支承架連同張緊輪一起擺動來實現(xiàn)調(diào)偏，如寬砂帶機中的調(diào)偏機構和下面將要介紹的砂帶橫向振動機構就是這種方式。在上述兩種調(diào)偏的基本形式中，沿 X 方向的調(diào)整方案比沿Ｙ方向的調(diào)偏效果，一般來說要明顯些，而且包角越大，這種方式調(diào)偏效果越明顯，所以對寬砂帶來說打多數(shù)都是采用這種調(diào)偏方式，而且結構上也易于實現(xiàn)。4.2.2 砂帶橫向振動裝置：本科學生畢業(yè)設計（論文） 18寬砂帶磨床中，磨頭上均有具有使砂帶沿其寬度方向自動竄動的裝置。橫向振動的頻率和幅度取決于砂帶的寬度和加工要求。這可使砂帶兼有縱橫雙向切削作用，使加工表面形成網(wǎng)狀紋路，從而改善加工表面粗糙度，并充分利用砂帶有效面積，更重要的是它能使砂帶磨損均勻，以高加工精度，延長砂帶壽命。砂帶橫向振動實質(zhì)上是調(diào)偏的一