新型開式砂帶振動磨削頭架的設(shè)計(jì)

新型開式砂帶振動磨削頭架的設(shè)計(jì),新型開式砂帶振動磨削頭架的設(shè)計(jì),新型,開式砂帶,振動,磨削,設(shè)計(jì) 題 目： 新型開式砂帶振動磨削頭架的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012.5.20 摘 要 本設(shè)計(jì)是新型開式砂帶磨削頭架的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要是用于軸頸外圓的精加工， 砂帶磨削技術(shù)是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，是進(jìn)行超精密加工的一種機(jī)械加工方法，近年來砂帶磨削在機(jī)械磨削加工的應(yīng)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(chǔ)，闡述了軸頸研磨機(jī)磨頭的設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果，并以AutoCAD、CAXA、ProE等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件為工具，對磨削頭架進(jìn)行設(shè)計(jì)建模分析。研磨機(jī)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(diǎn)，并考慮實(shí)際加工要求，設(shè)計(jì)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(jī)械制造技術(shù)飛速發(fā)展的今天，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)有著廣闊的發(fā)展空間和前景。 關(guān)鍵詞： 砂帶磨削，軸頸研磨機(jī)磨頭，AutoCAD，ProE III 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACT Belt 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(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 中文摘要 Ⅰ ABSTRACT Ⅱ 1緒論 1 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.1.1砂帶磨削的發(fā)展 1 1.1.2新型開式砂帶振動磨削機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 2 1.1.3外圓精密砂帶磨削頭架的研究現(xiàn)狀 4 1.2 研究內(nèi)容 4 2 總體方案的分析 5 2.1砂帶磨削的金屬切除率 5 2.2砂帶磨削與砂輪磨削在機(jī)械加工中的比較 5 2.2.1加工機(jī)理 5 2.2.2磨削特點(diǎn)的比較 5 2.3新型開式磨削的基本原理 6 2.4外圓砂帶磨削 7 2.5本課題最終選擇方案 8 3 新型開式砂帶磨削頭架組件設(shè)計(jì) 9 3.1頭架結(jié)構(gòu)的尺寸及幾何關(guān)系 9 3.1.1磨削頭架電機(jī)的選用及砂帶磨削驅(qū)動功率的計(jì)算 9 31.2驅(qū)動輪直徑（D1）的確定 10 3.2磨削頭架主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì) 10 3.2.1接觸輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 10 3.2.2張緊力與驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì) 12 3.2.3砂帶張緊力的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 4 磨削頭頭架功能部件的設(shè)計(jì) 15 4.1砂帶張緊快換操縱機(jī)構(gòu)的選擇 15 4.2砂帶調(diào)偏機(jī)構(gòu)及砂帶橫向振動裝置 15 4.2.1砂帶調(diào)偏機(jī)構(gòu) 15 4.2.2砂帶橫向振動裝置 16 5 主要零、部件的設(shè)計(jì)與校 17 5.1接觸輪主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 17 5.1.1選擇軸的材料 17 5.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 5.1.3軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 19 6 結(jié)論 24 7 結(jié)束語 25 參考文獻(xiàn) 26 V 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 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(jì)、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(shù)已被當(dāng)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(dá)國家，砂帶磨削應(yīng)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(yīng)用于航天、航空、艦船、汽車、冶金、化工及能源設(shè)備等制造行業(yè)，并成為國際上名牌機(jī)床公司競爭的一個領(lǐng)域。同時也是歷屆國際機(jī)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(dāng)時只局限于手工操作，直到1900~1910年才進(jìn)入機(jī)械使用砂紙的時代，并開始應(yīng)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(jì)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(yīng)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(shù)的研究和應(yīng)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(shù)領(lǐng)域。 就砂帶磨削和拋光來說，砂帶磨削作為一種獨(dú)立而成體系的加工技術(shù)從它的產(chǎn)生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了由僅限于手工粗磨、機(jī)械半精磨到機(jī)械化、自適應(yīng)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(shí)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(shù)水平的提高以及新的高強(qiáng)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(jìn)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(chǔ)研究和應(yīng)用研究，并出現(xiàn)了一些新的發(fā)展方向，如電解復(fù)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(shù)不斷向強(qiáng)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(qiáng)大生命力。國外砂帶磨削發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已達(dá)到相當(dāng)高的水平。特別是歐美及日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，從事砂帶磨削技術(shù)研究、開發(fā)的研究機(jī)構(gòu)和砂帶、砂帶磨床制造廠家（或集團(tuán)）數(shù)量很多且實(shí)力雄厚，其成果和產(chǎn)品代表了當(dāng)今世界砂帶磨削技術(shù)的最高水平。 砂帶磨削當(dāng)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(shù)發(fā)展的重要方向之一。目前砂帶磨削自動化在CNC技術(shù)日趨成熟和普及基礎(chǔ)上，正在進(jìn)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(fù)雜的多變量影響過程，對其信息的智能化處理和決策，是實(shí)現(xiàn)柔性自動化和最優(yōu)化的重要基礎(chǔ)。目前磨削中人工智能的主要應(yīng)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(yù)報和控制、自適應(yīng)控制優(yōu)化、智能化工藝設(shè)計(jì)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(shù)有很大發(fā)展，并已達(dá)到實(shí)用水平。 1.1.2 開式砂帶研磨機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 盡管我國近年來在砂帶磨削基礎(chǔ)研究、應(yīng)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(jī)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(yīng)用范圍仍不夠?qū)?，尤其是在金屬加工行業(yè)中，相應(yīng)的開式軸頸研磨機(jī)磨頭磨削技術(shù)的研究還有很大不足。 （1）開式砂帶磨削機(jī)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(jī)械加工行業(yè)，軸頸研磨機(jī)磨頭磨削屬于極為先進(jìn)的拋光技術(shù)。近年來，部分院校和科研單位已逐步加強(qiáng)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(jī)械加工業(yè)中，開式砂帶磨削機(jī)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(yùn)動摩擦工件，從而達(dá)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(shè)備。隨著精密機(jī)械工業(yè)的發(fā)展,精密軸套零件在精密機(jī)械上的應(yīng)用越來越多。軸套零件的直徑尺寸精度一般達(dá)到1微米左右,幾何形狀精度達(dá)到0.1微米,粗糙度達(dá)到0.029微米。這樣高的精度用一般外圓磨床加工很難達(dá)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(yīng)用更為廣泛。近年，重慶三磨海達(dá)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(jī)床在軸頸加工方面達(dá)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(jī)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(shù)在國內(nèi)外都獲得了極大的發(fā)展，應(yīng)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(jī)，磨床結(jié)構(gòu)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(dá)700∕s,此外砂帶磨床還具有結(jié)構(gòu)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(diǎn)。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(dá)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(jìn)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(jìn)入到許多新的應(yīng)用領(lǐng)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(dá)不到質(zhì)量要求。后用砂帶磨削進(jìn)行加工，零件合格率達(dá)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(jī)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(jī)床結(jié)構(gòu)剛度的提高，機(jī)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(fù)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(qiáng)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(xué)作用與砂帶磨削的機(jī)械作用相結(jié)合，以去除脆性、硬性、韌性的難加工材料的環(huán)保新型的復(fù)合加工方法，可實(shí)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(shù)的發(fā)展，它與現(xiàn)代加工技術(shù)的結(jié)合自然越來越緊密。模具與工件進(jìn)給運(yùn)動采用CNC控制，達(dá)到完全自動控制進(jìn)給運(yùn)動和進(jìn)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(dá)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(jī)構(gòu)，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(yùn)輸帶式砂帶磨床是實(shí)現(xiàn)自動化的手段，多磨頭、多工位磨削可以實(shí)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(jī)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(yīng)用于汽車制造業(yè)的FMS生產(chǎn)線上，自動化程度已達(dá)到相當(dāng)高的水平。今后砂帶磨削技術(shù)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(shù)在加工軸頸外圓的應(yīng)用已有一定的發(fā)展，英國、德國、美國、前蘇聯(lián)在應(yīng)用砂帶磨削技術(shù)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(xué)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(chǔ)很扎實(shí)，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(yùn)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(dá)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(yīng)用極為廣泛。國內(nèi)僅有幾家研究機(jī)構(gòu)和高校，比如三磨海達(dá)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(jìn)行開式磨削頭架的功能分析； 結(jié)合實(shí)際問題研究，對開式磨削頭架進(jìn)行方案設(shè)計(jì)； 結(jié)合實(shí)際問題研究，對開式磨削頭架進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)； 結(jié)合實(shí)際問題研究，對開式磨削頭架進(jìn)行測試優(yōu)化； 　　 27 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 總體方案的分析與設(shè)計(jì) 砂帶磨削是一項(xiàng)高效、經(jīng)濟(jì)、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(dá)國家，砂帶磨削應(yīng)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(guān)統(tǒng)計(jì)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(jìn)行加工，已成為許多行業(yè)獲得高額經(jīng)濟(jì)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(dá)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(shù)現(xiàn)已發(fā)展到與砂輪磨床相當(dāng)?shù)乃?，并成為國際名牌機(jī)床公司競爭的一個關(guān)鍵領(lǐng)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(dāng)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50萬顆磨粒可以參加切削，即每分鐘可以切削三億塊微細(xì)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(jī)械加工中的比較： 2. 2. 1 加工機(jī)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(jié)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(diǎn)的比較： 1). 砂帶磨削的生產(chǎn)效率高：由于砂帶固有的特點(diǎn)，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(jìn)行切削，故砂帶磨削的金屬切除率要遠(yuǎn)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(jìn)行磨削，同時進(jìn)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(yīng)用的廣泛性而言，砂帶是涂附磨具中磨削效率最高的磨具。 2). 砂帶磨削的機(jī)床利用率高：機(jī)床主電機(jī)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 　　?。胃健汕行荚跁r所增加的機(jī)械摩擦消耗的功率 Ｎ附一般用機(jī)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(jī)床。近幾年來，砂帶磨床的利用率還在不斷提高，據(jù)試驗(yàn)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?。潮叮皫ゴ补β世寐室迅哌_(dá)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(shù)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(jī)床為普通機(jī)床即可，其結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(jié)構(gòu)，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(yīng)不敏感，易實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性磨削。 2. 3 開式砂帶振動磨削機(jī)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(shù)，實(shí)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(shí)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(jī)滾桶、大型軸件；曲軸、偏心軸、凸輪軸、汽車半軸、法蘭盤；標(biāo)準(zhǔn)磨頭還可裝于各種型號車床上使用。本設(shè)計(jì)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(fù)擺動，從而達(dá)到研磨的目的。 開式砂帶研磨機(jī)主要是用與對軸類工件的精加工和超精加工，而其切削機(jī)理與普通砂帶磨床機(jī)理相似，開式砂帶研磨機(jī)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(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)、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，開式砂帶磨削就是用成卷的砂帶由電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)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(shí)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。 ????????????????? 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(jī)屬于表面超精密加工機(jī)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(yùn)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(fù)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(shí)際上產(chǎn)生了切除材料的彈性和塑性變形； ③“耕犁”——隨著機(jī)床進(jìn)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(yùn)動而從磨下方向前害人兩側(cè)擠出，同時切除少量材料； ④“切削”——在一定壓力的作用下，當(dāng)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(jìn)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(xì)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。 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(shè)備上裝置砂帶磨頭進(jìn)行，另一方面是在各種外圓砂帶磨床進(jìn)行。無心磨削則必須采用專門的無心外圓砂帶磨床進(jìn)行。 外圓砂帶磨削的形式及特點(diǎn)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(jī)構(gòu)，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(dá)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(shí)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(shè)計(jì)，我們選擇以下方案來： 1） 采用砂帶磨削工藝； 2） 運(yùn)用接觸輪式砂帶磨削，工件高速旋轉(zhuǎn)，研磨帶作軸向往復(fù)擺動； 3） 接觸輪采用軸向磨削方式； 3 開式砂帶振動磨削頭架組件設(shè)計(jì) 砂帶磨削技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵工作，而早磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，頭架又是最為關(guān)鍵的；它的結(jié)構(gòu)方案、參數(shù)選擇及主要零件的制造精度、剛性等指標(biāo)，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(jié)構(gòu)的尺寸及幾何關(guān)系： 3. 1. 1 磨削頭架電機(jī)的選用及砂帶磨削驅(qū)動功率的計(jì)算： 砂帶磨削驅(qū)動功率計(jì)算： 砂帶磨削所需功率是一個很重要的參數(shù)。如果電機(jī)功率過大，勢必造成電能浪費(fèi)，而且體積、重量加大，不利于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。反之若選得過小，則又達(dá)不到預(yù)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(zhǔn)確的估算是十分必要的。 磨削功率： （KW） 式中 —切向磨削力（N） —砂帶磨削線速度（m/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，但是隨著砂帶變鈍，兩者的關(guān)系也隨著變化。在整個壽命期內(nèi)，與的曲線關(guān)系如下圖所示： 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(guān)系曲線代表了一般恒力磨削中隨時間的變化趨勢，不同的加工對象，這種關(guān)系有所不同，因?yàn)槟Σ料禂?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(shè) 則磨削功率為 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。 砂帶在進(jìn)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(jī)床加工對象為軸頸外圓，取較小值，取=0.43，屬于輕載精加工，取砂帶線速度=25~35m/s。 根據(jù)式，磨削功率為 =0.43×50×35=0.75kW 根據(jù)強(qiáng)力砂帶磨削的磨削機(jī)理與加工特點(diǎn)，選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，又電動機(jī)的額定功率為0.75kW，查手冊選用電動機(jī)的型號為Y802-4，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min。 3. 1. 2驅(qū)動輪直徑（D1）的確定： 驅(qū)動輪直徑（D1）可由下式計(jì)算，即： 式中——砂帶速度（m/s）, 按下列原則選擇：重載大功率加工=12.5~20m/s; 中等載荷加工=20~25m/s;輕載荷加工=25~35m/s。在本設(shè)計(jì)中取=30m/s。為驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，=1390m/s. 所以： ==41.24mm 根據(jù)機(jī)床裝配和傳動要求，我們選取=45mm. 3. 2 頭架主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)： 3. 2. 1 接觸輪的參數(shù)設(shè)計(jì)： 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(yùn)動力或圓周力傳至砂帶。它的運(yùn)動精度會通過砂帶復(fù)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(guān)鍵的結(jié)構(gòu)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(qiáng)，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(yīng)力增大，同時粘結(jié)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式、材料及其硬度： 接觸輪的結(jié)構(gòu)形式大致可以分為氣胎式、自由對中式和實(shí)體式三種，本設(shè)計(jì)采用實(shí)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制成，實(shí)體式接觸輪的軟硬程度變化范圍很大，能適應(yīng)多種磨削的需要，既能用于精密磨削、拋光，又能用于重載強(qiáng)力磨削。本設(shè)計(jì)采用的實(shí)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(yīng)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(guān)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（）： 嚴(yán)格的說，接觸輪的外圓素線應(yīng)是一條直線，但為使砂帶在沿其寬度方向作恒進(jìn)給時便于導(dǎo)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(shè)計(jì)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(yīng)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(yàn)公式計(jì)算，即：=—式中B為接觸輪的寬度。 所以：===1.01 （4）接觸輪線速度與橡膠粘結(jié)強(qiáng)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(yīng)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(yīng)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（Hs＜50）通常在超過28m/s 時就會變硬而達(dá)不到預(yù)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(jìn)一步提高，為了保證橡膠粘結(jié)強(qiáng)度，對接觸輪的線速度一般應(yīng)作校核，即： 式中g(shù)——重力加速度（） ——橡膠比重（容重）（N/） ——接觸輪線速度（即砂帶速度）（m/s） ——橡膠與金屬粘結(jié)強(qiáng)度（N/） N——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(jié)強(qiáng)度為65 N/。 所以： = =48.5m/s =30m/s＜48.5m/s 故合適。 3.2.2張緊力與驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)： 砂帶必須在一定的張緊力作用下才能工作，張緊機(jī)構(gòu)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(jìn)行磨削，張緊輪不但起張緊砂帶的作用，而且還起導(dǎo)向作用，使砂帶不致偏離接觸輪。張緊輪直徑越大，導(dǎo)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(yīng)根據(jù)操作情況而定，實(shí)踐中常由砂帶寬度決定，也可按公式計(jì)算， 即： =（0.25~0.30） 式中，為驅(qū)動輪寬度，即=B+25mm，B為砂帶寬度。所以： =（0.25~0.30）=（0.25~0.30）=1.77~2.13 而根據(jù)中凸值選擇標(biāo)準(zhǔn)（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 ≥250～400 1 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(shè)計(jì)計(jì)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(qiáng)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(yīng)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(jì)算見下。 如上所述，張緊力的選擇應(yīng)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(yīng)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(jié)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(jìn)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。 總之，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(yùn)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(jìn)行的，因?yàn)樯皫чL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(jìn)一步張緊，才能保持所需的砂帶張緊力。 1）砂帶張緊力的計(jì)算： 按接觸輪的接觸應(yīng)力計(jì)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(yīng)力，一般取Ｐ＝50~100N/25mm，重負(fù)荷用較硬接觸輪或剛性接觸輪時，P取上限。 B——砂帶寬度（mm） 所以張緊力：Ｐ＝50~100N/25mm*25.4mm=50~100N 2）砂帶張緊力強(qiáng)度校核： 砂帶張緊力在工作時受三種應(yīng)力，即拉應(yīng)力、離心力和彎曲應(yīng)力，則砂帶上所承受的最大拉應(yīng)力應(yīng)滿足： 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]=762~1270N 故滿足要求。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 磨削頭架功能部件的設(shè)計(jì) 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(guān)的功能部件，這些功能部件的合理設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)影響砂帶磨損的均勻性，加工精度及表面粗糙度；防跑偏機(jī)構(gòu)影響砂帶壽命及安全性；除塵防塵裝置影響機(jī)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(shí)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(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)。實(shí)際應(yīng)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(jìn)行張緊調(diào)節(jié)，如用絲杠螺母機(jī)構(gòu)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(yīng)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(jī)構(gòu)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(yīng)力的應(yīng)力較小，故張緊輪應(yīng)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(jī)構(gòu)主要有：配重張緊裝置、彈簧手柄式砂帶張緊快換機(jī)構(gòu)、杠桿式砂帶張緊機(jī)構(gòu)、偏心軸套砂帶張緊機(jī)構(gòu)、絲桿滑枕式張緊機(jī)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)需要，選用彈簧手柄式砂帶張緊快換機(jī)構(gòu)的類似機(jī)構(gòu)作為張緊組織，這種機(jī)構(gòu)及類似機(jī)構(gòu)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(shí)線之間，當(dāng)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(jī)構(gòu)及砂帶橫向振動裝置： 4.2.1砂帶調(diào)偏機(jī)構(gòu)： 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(yùn)動中難免不跑偏。砂帶的調(diào)偏機(jī)構(gòu)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，如下圖所示的x、y兩個方向的擺動。運(yùn)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(shí)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(jié)構(gòu)，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(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)，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(shí)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(jié)構(gòu)，還可以是整個支承架連同張緊輪一起擺動來實(shí)現(xiàn)調(diào)偏，如寬砂帶機(jī)中的調(diào)偏機(jī)構(gòu)和下面將要介紹的砂帶橫向振動機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)上也易于實(shí)現(xiàn)。 4.2.2 砂帶橫向振動裝置： 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(shí)質(zhì)上是調(diào)偏的一種動態(tài)反映。所以砂帶橫向振動的原理與調(diào)偏是一致的，為便于結(jié)構(gòu)實(shí)施，橫向振動一般都是以張緊輪沿X方向擺動的形式來實(shí)現(xiàn)。具體的結(jié)構(gòu)有機(jī)械式、氣動式、液壓式和電磁鐵式等多種。以下分別予以介紹： （1）氣動控制的砂帶橫向振動機(jī)構(gòu)： 氣動控制的砂帶橫向振動其工作原理是：砂帶在隨主動輪旋轉(zhuǎn)過程中，因某種原因偏離正常運(yùn)動軌跡，移動到一端的某個位置時，此時兩端的氣咀閉塞，相應(yīng)的氣動薄膜腔室內(nèi)氣壓驟增，使彈性薄膜產(chǎn)生變形向外伸張，導(dǎo)致氣動電磁閥動作，使汽缸一端接通，活塞桿伸出（或縮入），最后使張緊輪微傾一個角度，造成砂帶兩邊不對應(yīng)的一松一緊，使砂帶向緊的一邊滑動。當(dāng)滑至砂帶堵塞另一端氣咀時，重復(fù)上述動作，使砂帶返回，這樣便實(shí)現(xiàn)了砂帶的反復(fù)橫向振動。 （2）光電控制的砂帶橫向振動機(jī)構(gòu)： 光電控制的砂帶橫向振動機(jī)構(gòu)通過控制兩個電磁鐵吸合（或松開），使與電磁鐵及擺動機(jī)構(gòu)相聯(lián)結(jié)的偏心輪實(shí)現(xiàn)微量正傳（或反轉(zhuǎn)），再通過杠桿及滑塊等實(shí)現(xiàn)張緊輪支承軸的前后方向微量擺動，促使砂帶軸向往復(fù)竄動。 這種裝置中電磁鐵的運(yùn)動也可以用液壓缸的運(yùn)動來代替，以此可以消除電磁鐵存在的噪音和振動缺陷。 （3）機(jī)械式砂帶橫向振動機(jī)構(gòu)： 機(jī)械式結(jié)構(gòu)是砂帶橫向振動機(jī)構(gòu)中最簡單的形式。其動作原理與光電控制的振動機(jī)構(gòu)類似，不同之處在于它取消了砂帶擺動位置測量這個環(huán)節(jié)，而直接用張緊輪軸的擺動角度來控制砂帶擺幅，并將擺桿直接與一不停擺動的偏心軸相聯(lián)，從而形成張緊輪軸的不停擺動。砂帶振動的頻率和幅度大小取決于偏心軸轉(zhuǎn)動的速度和張緊輪軸的擺動幅度。 總之實(shí)現(xiàn)砂帶橫向振動的機(jī)構(gòu)很多，具體采用什么形式，視磨床的總體布局和加工需要。一般情況下，有了橫向振動機(jī)構(gòu)可以不再設(shè)調(diào)偏裝置，但在砂帶周長的筒形誤差較大（或砂帶延伸不一致）時例外。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 主要零、部件的設(shè)計(jì)與校核 5.1 接觸輪主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核： 5.1.1 選擇軸的材料： 本課題軸材料選用45鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)HB240~270（T255熱處理），按軸所受的扭矩初估軸的最小直徑（最小直徑在狀接觸輪處），即按下式： 式中C——由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)，查手冊取C=118~107，由砂帶線速度為4m/s得接觸輪擺動頻率為15次/秒，總功率為0.75kw,則： ==15.8~14.5mm 因裝接觸輪處有一鍵槽，故軸徑增大5%，即： =16.59~15.22mm 取標(biāo)準(zhǔn)值d=15mm。 5.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 表1-4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 徑向尺寸的確定 軸向尺寸的確定 ——裝接觸輪處直徑初算，取標(biāo)準(zhǔn)直徑=15mm 根據(jù)接觸輪輪轂寬度確定，應(yīng)比輪轂寬度短1—2mm，接觸輪輪轂寬度為30mm，=30-2=28mm ——接觸輪軸向固定軸肩，=+（2~3）C1mm，查手冊得=2mm,取h=5mm，=+5=20mm 設(shè)定軸肩寬度為3mm ——安裝軸承處軸徑，有軸肩軸向固定，取=15，初選 軸承 查手冊，軸承寬度T=6mm， ——裝右軸承處直徑，查軸承安裝尺寸，=15mm，=15mm =T=6mm 本課題設(shè)計(jì)的接觸輪軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖1-4 該軸跨距L≤400mm，屬于工作溫度不高的短軸，所選軸承采用兩端單向固定，其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，兩端單向固定即兩個支撐分別承受一個方向的軸向力。由于該軸旋轉(zhuǎn)速度不是很高，而軸向力很大，我們對軸承內(nèi)部游隙設(shè)計(jì)為可調(diào)，在裝左軸承的左邊軸肩設(shè)計(jì)一凹槽用于裝A型軸用彈性擋圈，由于調(diào)整游隙的大小。 5.1.3 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算： 由于軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)HB240~270(T255熱處理)，該軸的力學(xué)性查手冊得：抗拉強(qiáng)度=650MPa，屈服點(diǎn)=360MPa，抗彎疲勞極限=300MPa，抗剪疲勞極限=155MPa。 確定各段軸的長度： 根據(jù)軸的布置及軸上零件的布置，確定各段長度，具體如下圖所示： 1. 軸的受力分析： a） 求軸上扭矩： 圖1-5 b） 接觸輪的作用力： c）確定跨距： 左端支反力到接觸輪上力作用點(diǎn)的距離為=23mm，右端支反力到接觸輪上作用點(diǎn)的距離為=14mm。 d）作計(jì)算簡圖（如圖中所示）： e）求垂直面內(nèi)支反力及，并作垂直面彎矩圖： 截面①的彎矩： f）作扭矩T圖： 2. 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核： 確定軸的危險截面：軸上截面①存在應(yīng)力集中，所以我們對截面①進(jìn)行校核。 截面①的安全系數(shù)校核計(jì)算： 截面上的應(yīng)力：截面①的彎矩為=18042.3，故： 安全系數(shù)： 彎曲安全系數(shù)： 扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)： 綜合安全系數(shù)： 取[S]=1.5~1.8，S>[S]，故合適。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 總結(jié) 本次設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的開式砂帶振動磨削頭架，利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，以砂帶磨削原理為基礎(chǔ)，改變了傳統(tǒng)軸徑研磨機(jī)的在加工效率和工件表面質(zhì)量上的缺點(diǎn)，具有良好的通用性和使用性。這種磨削頭架使用安全，加工效率極高，且加工的工件表面質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)簡便易操作，有很好的靈活性，而且這種研磨頭的砂帶磨床生產(chǎn)成本低，能夠很大程度的提高生產(chǎn)效益。 不過，本次開式砂帶振動磨削頭架的設(shè)計(jì)和研究尚未經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室模擬測試，其實(shí)際性能還沒有在市場上得到檢驗(yàn)，僅從理論上得到驗(yàn)證，相信今后能得到實(shí)際的驗(yàn)證。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科階段的最后一次設(shè)計(jì)，是綜合利用四年來所學(xué)習(xí)的所有知識并融會貫通后的結(jié)晶。首先要感謝我的指導(dǎo)老師周后明，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我都得到了周老師的精心指導(dǎo)和幫助，從而順利地解決了遇到的一系列問題。也正是因?yàn)橹芾蠋煂ξ页浞值男湃危攀肿屛野凑兆约核O(shè)計(jì)的思路完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，才充分鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。這些必將使我終生受用。 回顧本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深切的體會到這一個學(xué)期來所獲得的不僅是對所學(xué)專業(yè)知識的加強(qiáng)與鞏固，也不僅是資料的查找與運(yùn)用能力的提升，更重要的是自己的設(shè)計(jì)思想，和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力得到了升華。但同