車床用砂帶磨削裝置設計

1、吉林電子信息職業(yè)技術學院電氣工程系畢業(yè)論文車床用砂帶磨削裝置設計畢 業(yè) 生 姓 名： 指導教師、職稱：學 號：專 業(yè) 名 稱：機電一體化目 錄摘 要1引 言31砂帶磨頭設計概述51.1設計目的51.2砂帶磨削概述51.2.1目前砂帶研究的概況和發(fā)展趨勢51.2.2砂帶磨削機理61.2.3砂帶磨削特點61.2.4砂帶磨削適用范圍71.2.5砂帶磨削方式82砂帶磨削工藝參數(shù)及砂帶選擇112.1砂帶磨削工藝參數(shù)選擇112.2砂帶選擇122.2.1砂帶種類選擇122.2.1砂帶尺寸和公差的確定153砂帶磨頭結構設計173.1 磨頭結構方案設計173.1.1擬定砂帶磨削方式173.1.2擬定砂帶磨頭的結

2、構183.2 動力參數(shù)計算193.3主動輪、從動輪結構設計223.4從動輪心軸結構設計243.5校核計算263.5.1從動輪心軸校核263.5.2軸承壽命校核293.6 張緊結構設計30結 論31致 謝32參考文獻33摘 要砂帶隸屬涂附磨具，砂帶磨削已作為一種新的加工技術，在國外目前得到廣泛應用，發(fā)展非常迅速，與傳統(tǒng)的車削、銑削、砂輪磨削產(chǎn)生了激烈競爭。經(jīng)“靜電植砂”的砂帶砂粒等高性好、容屑間隙大、接觸面小，具有較好的切削性能。另外砂帶磨削可以用于平面磨削、內(nèi)外圓磨削、復雜的異形面加工，已日益廣泛地應用于各種材料的磨削和拋光中，特別適用于加工大型薄板、帶材、長徑比很大的薄壁孔和外圓。目前砂帶磨

3、削技術正隨著砂帶制造質量的提高和品種的增加而不斷地發(fā)展，除了有各種通用、專用設備外，設計一個砂帶磨頭能方便地裝于車床等常規(guī)現(xiàn)成設備上，不僅能使這些機床功能大為擴展，而且能解決一些難加工零件，如超長超大型軸類、平面零件等。為解決直徑范圍為100mm250mm、長為800mm1000mm的銅管表面在車床上的磨削加工問題，本設計擬采用砂帶磨削技術，以自由式磨削為基本結構，由一對張緊輪支撐砂帶，電機帶動主動輪旋轉，從而實現(xiàn)主運動，并可固定在車床中拖板上，由其帶動磨頭縱向移動，從而實現(xiàn)軸向進給運動。該裝置結構簡單、易于制造，應用于車床上，則使得車削和磨削可同機加工，即減少了加工中的輔助時間，又節(jié)省了資源

4、。 關鍵詞： 車床用； 砂帶； 磨頭； 設計； 引 言砂帶磨削幾乎能用于加工所有的工程材料，作為在先進制造技術領域有著“萬能磨削”和“冷態(tài)磨削”之稱的新型工藝，砂帶磨削已成為與砂輪磨削同等重要的不可或缺的加工方法。綜觀近幾年砂帶磨削在國內(nèi)外各行業(yè)的應用狀況，可以看出砂帶磨削在制造業(yè)種發(fā)揮著越來越重要的作用，有著廣泛的應用及廣闊的發(fā)展前景。例如在機械加工行業(yè)中，一些要求較高的軸類零件，傳統(tǒng)的加工工藝一般為粗車熱處理精車粗磨精磨，零件表面的精加工主要依靠在外圓磨床上用砂輪磨削來實現(xiàn)。而對于細長零件和直徑較大(超出磨床的加工范圍)的零件，采用普通砂輪磨削就會受到加工范圍的限制，且其精度要求并不是很高

5、，無需備用磨床并重新裝夾加工。因此采用另一類磨具，即涂附磨具中的砂帶磨削。砂帶是一種用粘結劑將磨料粘結在柔軟的基體上的特殊磨具，其磨粒重疊、堆積較少，磨粒分布等高性好，在單位時間內(nèi)，磨料接觸工件的次數(shù)少，同時，磨粒接觸工件的時間要比磨粒與空氣接觸時間短得多，且在空氣中易散熱，易于磨削熱擴散，故砂帶磨削溫度低，對工件表面磨削燒傷低。而且砂帶磨削方式較多，可選擇空間較大。與常規(guī)的加工方法相比，砂帶磨削是一種優(yōu)質、高效、低消耗的新穎的加工方法。在國外，由于各種類型砂帶磨床的迅速發(fā)展，砂帶磨削的功能已遠遠超出了除銹、粗磨及拋光等，其加工效率為砂輪磨削的520倍，加工質量可與常規(guī)的磨削方法相媲美，加工精

6、度已接近或達到砂輪磨削的水平，其應用范圍遍及各個行業(yè)，幾乎所有材料（如木材、橡膠、各種金屬等）都可以進行磨削加工。在國內(nèi)，一些砂帶生產(chǎn)廠家都相繼引進了新工藝，保證了砂帶表面磨粒的“定向排列”，使砂帶的磨削性能得到顯著提高。雖然目前我國各類砂帶磨床的型號尚不完備，但研制和使用一些砂帶磨削裝置是切實可行的。 一般砂帶磨削裝置有幾種不同的結構：一種是由電機輸出軸直接傳動砂帶的裝置，另一種是由電機經(jīng)磨削主軸傳動砂帶的裝置，還有一種是供內(nèi)圓磨削使用的裝置。本設計擬用第一種傳動方案，研制砂帶磨頭裝置以應用于通用車床。旨在解決銅管表面磨削在車床上加工受到局限的問題。通常，依靠在外圓磨床上用砂輪磨削來實現(xiàn)表面

7、磨削，但該零件較長且直徑較大，且其精度要求并不是很高，僅為去除零件表面氧化層和缺陷，粗糙度達到Ra1.60.8即可，無需備用磨床并重新裝夾加工。所以，采用砂帶磨頭可減少輔助工時，并解決設備不足等問題，本設計為一對張緊輪支撐砂帶，其轉速可達3800r/min；電機帶動主動輪旋轉以實現(xiàn)主運動，砂帶線速度可達到20m/s；基本外形為三角式結構，并以自由磨削為基本磨削方式對零件進行加工，整體尺寸小拆卸方便，且結構簡單易于制造。當零件直徑較小時，可將磨頭固定在C6140型車床的中拖板上，由其帶動磨頭做軸向進給運動，而當零件直徑較大時，則可固定在C6163型車床上對零件進行加工。因此可使車削和磨削在一個機

8、床上實現(xiàn)，從而擴大機床的加工范圍，提高其利用率，并節(jié)省了資源。1砂帶磨頭設計概述1.1設計目的本課題是針對大連大山結晶器制造有限公司生產(chǎn)的直徑范圍為100mm250mm、長為800mm1000mm的結晶器銅管坯料，其精度要求不是很高，主要為去除零件表面氧化層和缺陷，粗糙度達到Ra1.60.8m即可，因此本設計為用于車床的銅管外圓砂帶磨削裝置，主要與C6140型和C6163型車床配合，使車削和磨削在同一個機床上實現(xiàn)，從而擴大機床的加工范圍，提高車床利用率，并減少輔助工時及避免資源浪費。1.2砂帶磨削概述1.2.1目前砂帶研究的概況和發(fā)展趨勢自20世紀60年代以來，特別是靜電植砂技術及涂附磨具技術

9、的出現(xiàn)和發(fā)展，砂帶制造技術和砂帶磨床制造技術發(fā)展得非常迅速，并引起了各行業(yè)、各研究單位和各企業(yè)的日益重視。在國外，砂帶磨削發(fā)展得非常迅速。目前歐、美、日等國家在砂帶制造技術和砂帶磨床制造技術上都取得了巨大的進步。在砂帶制造技術方面，隨著許多特殊涂附磨料及涂附形式的出現(xiàn)，產(chǎn)生了如金剛石、立方氮化硼、鋯剛玉、陶瓷磨料、復合磨料、堆積磨料等各類砂帶，使得砂帶已經(jīng)能用于干磨和高速、大吃刀量的重磨削領域，以及高精密零件的磨削加工領域。國內(nèi)的砂帶磨削技術是在20世紀70年代末開始得以真正發(fā)展，隨著國內(nèi)的改革開放，砂帶磨削技術引起了各行業(yè)、各研究單位和各企業(yè)的日益重視，加之砂帶制造技術的發(fā)展及砂帶品種的增加

10、，現(xiàn)代砂帶磨削設備的研究和生產(chǎn)也得到了較大的發(fā)展。砂帶本身在不斷的發(fā)展和完善中。在砂帶結構方面，近年出現(xiàn)了堆積磨料砂帶、金字塔型砂帶、空心球型砂帶、復層砂帶、高彈性砂帶、防跑偏砂帶、不等厚砂帶、粒度復合砂帶等1。1.2.2砂帶磨削機理砂帶是一種用粘結劑將磨料粘結在 柔軟的基體上的特殊磨具（取代砂輪）。砂帶所用磨料大都為精選的針狀磨粒，力度均勻，長寬比一般大于1.5，磨粒棱角比較明顯，即磨粒微刃具有正前腳與較小的負前角，故微刃鋒利，切除率高。經(jīng)靜電植砂后，磨料以定向排列，呈單層均勻地分布在集體表面。磨粒重疊、堆積較少，磨粒分布等高性好。通過改變植砂條件可以控制磨料植砂密度，以調(diào)整磨粒之間空隙，利

11、于排屑和容屑。砂帶的周長與寬度一般比固結砂輪大得多，在單位時間內(nèi)，磨料接觸工件的次數(shù)減少，同時，磨粒接觸工件的時間要比磨粒與空氣接觸時間短得多，且在空氣中易于散熱。用砂帶進行磨削時，每顆磨粒相當于一把鋒利的多刃刀具，各刃與工件接觸角度、接觸深度不同。因此，磨粒對工件既有切削作用，又有刻劃與滑擦作用。前顆磨粒在工件表面上所留下的切削溝痕邊緣及因刻劃而產(chǎn)生的塑性變形，又被后一顆磨粒切削、刻劃、滑擦，實現(xiàn)砂帶對工件連續(xù)的磨削加工2。1.2.3砂帶磨削特點（1）有“快削法”之稱。砂帶磨削效率高，已達到銑削的10倍、普通砂輪磨削的5倍。（2）有“冷態(tài)”磨削之稱。由于摩擦生熱少，磨粒散熱時間間隔長，可以有

12、效地減少工件變形、燒傷，故加工精度一般可達到普通砂輪磨床的加工精度。（3）有“彈性”磨削之稱。由于砂帶磨削與工件時柔性接觸，具有較好的跑合和拋光作用，工件的表面粗糙度可達Ra0.80.2m。（4）設備結構簡單，制造成本低，接觸輪極少磨損，可使砂帶保持恒速。傳動鏈端，機床功率利用率可達到85%。（5）適應性強。可在普通機床（車床、立式車床、龍門刨床等）上，利用砂帶磨頭對外圓、內(nèi)圓、平面進行磨削加工。（6）輔助時間少。工件一次定位后，可多次更換砂帶完成全部加工，無需像砂輪那樣進行平衡及修整工作。（7）操作簡單，安全可靠3。1.2.4砂帶磨削適用范圍（1）外圓（錐） 中、大尺寸的周（錐）類、管件、圓

13、柱形大型容器的外表面，以及半徑為R3mm的線材等。（2）內(nèi)圓 一般通孔、深孔、大型圓柱形容器的內(nèi)表面以及直徑1mm左右的小孔。b)閉式（3）平面 各類大型金屬板材、卷板材、帶材，難磨的不銹鋼、鈦合金板材，大量生產(chǎn)的平面加工件，如印制電路板、硅鋼片、各類材料的薄片工件、箱體平面以及電氣、輕工產(chǎn)品的平面工件等。（4）曲面 各類汽輪機、渦輪機、導航器的葉片，犁鏵以及聚光燈反射曲面等，也可加工大型球形容器的內(nèi)表面。（5）各類非金屬材料。木材、塑料、石料、混凝土、橡膠以及各種高硬度的非金屬材料，如單晶硅體、寶石等。（6）其他 打磨逐漸澆冒口殘蒂、結渣、飛邊，大件及橋梁的焊縫以及大型容器殼體、箱體的大面積

14、除銹、除殘漆等。1.2.5砂帶磨削方式砂帶磨削工件表面的生成所需磨削運動及砂帶與工件之間位置，決定了磨削方式。砂帶磨削方式分為開式砂帶磨削與閉式砂帶磨削兩大類，如圖1所示。a)開式圖1砂帶磨削式開式砂帶磨削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，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。所以多用于精密和超精密加工。閉式砂帶磨削是采用環(huán)形砂帶（有接頭及無接頭），通過接觸輪與張緊輪撐緊，由電機傳動接觸輪（或驅動輪）帶動砂帶作高速回轉，同時工件作同向（或逆向）回轉，又作縱向及橫向進給（

15、或砂帶頭架作縱向及橫向進給），實現(xiàn)對工件的磨削加工。砂帶磨損后再更換上新砂帶。閉式砂帶磨削由于砂帶高速回轉易發(fā)熱且噪聲大，所以磨削質量不及開式砂帶磨削方式，但效率高，適宜粗加工、半精加工及精加工。按砂帶與工件接觸形式分類，有接觸輪式、支撐板式、自由接觸式與自由浮動接觸式等4種。按常規(guī)磨削方式分類，砂帶磨削的種類繁多，砂帶磨削方式、示意簡圖及其特點見表1。表1 部分砂帶磨削方式及其特點 磨削方式類型示意簡圖特點無心砂帶外圓磨削砂輪導輪式磨削精度一般，但磨削量較大橡膠導輪式磨削精度一般，但磨削量較大砂帶充當導輪式磨削精度較低，但磨削量很大磨削方式類型示意簡圖特點定心砂帶外圓磨削接觸輪式磨削量一般較

16、大，但精度一般支撐板式精度較高，但磨削量較小自由式表面粗糙度值低，磨削量比接觸帶式小續(xù)表2砂帶磨削工藝參數(shù)及砂帶選擇2.1砂帶磨削工藝參數(shù)選擇磨削用量影響金屬磨除率?？v磨時，當功率Pm為定值，縱向進給fa增加，磨除率Zw略有下降。采用較低的砂帶速度s，適當提高工件速度w，選用較小的進給量fa，可獲得較高的金屬磨除率Zw4。（1）砂帶速度 一般大功率砂帶粗磨削選s=1220m/s;中功率磨削s=2025 m/s；輕負荷精磨選s=2530 m/s。按工件材料選取時，有色金屬s=2230 m/s。（2）接觸壓力 接觸輪壓力Fn選擇，F(xiàn)n直接影響磨削效率與砂帶壽命，應根據(jù)工件材質、性能、加工余量及加工

17、要求選定，一般Fn為50300N。（3）工件速度 工件w速度提高，可降低表面燒傷，但Ra值增加；w過高易產(chǎn)生振動，一般粗磨w=2030mm/min。（4）砂帶磨削進給量fa與磨削吃刀量ap 粗磨是應選擇較大的進給量fa和較大的吃刀深度ap；對含多種合金元素的材料，要求精度高，表面粗糙度低的普通材料的工件，fa與ap均應選小一些。由于接觸輪外緣多采用彈性材料，故實際吃刀量僅給定吃刀量的1/21/3。（5）砂帶磨削余量 工件材料硬度越高，磨前工件表面粗糙度值越低，其余量應越小。 本設計初選各數(shù)據(jù)匯總如表2。表2 工件磨削用量及砂帶速度初選值工件材料磨前表面狀況直徑余量mm工件直徑D/mm工件轉速n

18、w/rmin-1吃刀量ap/mm進給量fa/mmr-1砂帶速度m/s銅有氧化層及缺陷0.20.3100200200400684545230.050.100.173.00202.2砂帶選擇 砂帶是砂帶磨頭的重要組成部分之一，對其的選擇直接影響到加工工件的精度、磨削效率及砂帶的使用壽命。2.2.1砂帶種類選擇根據(jù)各種要素及其特性因素的不同，砂帶可分為很多品種，主要有以下幾方面：（1）砂帶種類1）靜電植砂砂帶和重力植砂砂帶靜電植砂砂帶是利用高壓靜電吸附原理，使磨料極化上吸，并按其自身長軸方向嵌入基材表面的膠層中，從而形成排列整齊、分布均勻的磨料層。靜電植砂的砂帶磨粒尖刃向外，切削鋒利，故磨削效率比一

19、般重力植砂砂帶高25%以上。加工表面粗糙度均勻而且較好。靜電植砂的植砂密度也易于控制。重力植砂砂帶使利用磨料的自重，從一定的高度自由落下而嵌在基材表面的膠層中，以形成磨料層，用這種方法植砂，磨料方向不定，多為“倒伏”狀態(tài)。這種砂帶磨料切刃的鋒利性較差，因而磨削效率和加工表面質量均不如靜電植砂的砂帶。控制植砂密度也更困難。但是在磨料粒度粗，磨料的韌性相對于某種工件材質不夠理想的情況下，用重力大密度植砂所制成的砂帶在進行大余量粗磨削加工時，它的綜合磨削性能及使用壽命反而比靜電植砂的砂帶要好。2）無接頭砂帶、接頭砂帶和開式砂帶無接頭砂帶是以特制的圓筒布作基材，在一種專用的設備上經(jīng)過原布拉伸、壓光和浸

20、漬處理后，經(jīng)涂膠、植砂、干燥等制作而成，但他有一系列的不足，以逐漸趨于被淘汰的地位。接頭砂帶是目前國內(nèi)外都廣泛應用的砂帶，它時由按照砂帶的特殊要求而制作好的成卷原坯經(jīng)剪裁、磨邊、接頭粘合及分條等轉換過程最終形成的產(chǎn)品。接頭砂帶周長不受限制，制作使用都很方便，特別是今年來接頭的方法，接頭膠及接頭工藝設備的發(fā)展已使接頭質量達到了相當高的水平，成為了砂帶的主流產(chǎn)品。開式砂帶是砂帶中的另一大類，它是按砂帶原坯直接經(jīng)分條后形成的成卷產(chǎn)品，其長度和寬度都可按需要選擇。開式砂帶制作簡單，使用也很方便，使用周期很長，且磨削表面質量的一致性很好。3）密植型砂帶和疏植型砂帶密植型砂帶其特點是磨料彼此緊接，基材整個

21、表面被覆蓋，磨料之間無明顯空隙。主要用于難度較大的磨削加工，包括重載磨削和強力磨削。疏植型砂帶其特點是磨粒間按預先給定的距離排布，因而單顆磨粒之間有較明顯的空隙，根據(jù)使用要求，磨粒一般應覆蓋基材表面的50-70%。疏植型砂帶柔曲性能好，磨粒之間具有的空間使得在磨削某些材料時，可減少磨屑的阻塞。（）基材種類基材是砂帶磨料和粘結劑的承載體，砂帶的許多特性亦由此體現(xiàn)，如砂帶的柔曲性、接頭形式、尺寸規(guī)格等都是針對基材而言。砂帶所使用的基材主要有四大類：紙、布、紙布復合基材以及無紡布。1）紙基材紙用作基材歷史比較久遠，也是制作砂帶各種基材中比較便宜的一種，而且制作過程也較簡單。紙基表面平整且致密性好，極

22、易于制作細粒度的砂帶。2）布基材布是砂帶基材中應用最廣泛也是最重要的基材。它柔軟性好、強度高。按照不同的使用對象可以制成不同纖維、不同厚度、組織和密度的品種。纖維的種類可以是棉、麻、合成纖維等但以棉布應用最多，它表面平整，撓曲性好，與各種粘結劑的粘結性好。磨料總的可以分為人造磨料和天然磨料兩大類。其部分分類和代號及用途見表3。表3 部分人造磨料的種類、代號及用途類別品種代號用途剛玉類棕剛玉A(GZ)適合加工抗張強度高的金屬，如各種碳素鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、有色金屬等。工件硬度：HRC55；抗拉強度：70kg/mm2白剛玉WA(GB)適用于加工高碳鋼、不銹鋼及各種硬度較高的合金鋼及有色金屬等鋯剛

23、玉ZA(GA)適用于加工不銹鋼、高鉬鋼、鈦合金及黃銅、青銅、灰鑄鐵等碳化物類黑碳化硅C(TH)適于加工抗張強度低韌性大的金屬及非金屬材料，如黃銅、玻璃及塑料、橡膠、纖維板等綠碳化硅GC(TL)適于加工硬而脆的材料，如硬質合金工件、玻璃、瑪瑙、單晶硅及高級陶瓷等，也可用于加工高級照面漆（3）砂帶磨粒劃分與使用選擇磨料粒度的尺寸大小對磨削生產(chǎn)率和加工表面粗糙度有很大的影響。一般說來，粗磨用粗粒度，精磨用細粒度。砂帶磨粒的選擇在保證所需粗糙度下，應盡可能選粗一些，粒度越粗，砂帶使用壽命越長，反之，則越短。砂帶等涂附磨具的粒度號前面用外文P表示，部分粒度號見表4。涂附磨料粒度標準磨料粒度國標干磨紗布粒

24、度代號耐水砂紙粒度代號適用范圍JB363084GB247783P3636粗磨內(nèi)外圓及平面、曲面Ra6.33.2P4040346P5054半精磨，精磨內(nèi)外圓、平面、曲面Ra3.20.8P60602P 707080P 8080100，120表4 部分砂帶粒度代號對照表針對銅管的粗磨加工，根據(jù)表3、4，選擇砂帶磨料為ZA、粒度號為P60。 2.2.1砂帶尺寸和公差的確定根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及國家標準GB/T 15305.3-1994，取砂帶寬b=50mm,極限偏差為1mm；砂帶所需周長如圖2所示。圖2 砂帶周長示意圖周長為： （2-1）式中：l1-兩從動輪2、3的中心距，mm；l2-主動輪1與從動輪2的中心

25、距，mm；l3-主動輪1與從動輪3的中心距，mm； r1、r2、r3-主動輪1與從動輪2、3的半徑，mm； -主動輪1包角；-從動輪2包角；-從動輪3包角。 由公式（2-1）可求得砂帶周長： 根據(jù)GB/T 15305.3-1994，選擇砂帶周長L=1250mm，極限偏差為5mm。3砂帶磨頭結構設計3.1 磨頭結構方案設計3.1.1擬定砂帶磨削方式 砂帶磨削工藝是將環(huán)形砂帶套在接觸輪和張緊輪的外圓上，在張緊的狀態(tài)下，使高速旋轉的砂帶面與工件的加工表面相接觸，并在一定的壓力作用下，以產(chǎn)生的相對摩擦運動(切削運動)對工件表面進行磨削加工的一種工藝方法。砂帶磨削又可分為輪壓式和帶壓式2種方法，如圖3所

26、示。圖3 砂帶磨削方式采用輪壓式磨削法(即接觸輪施壓于工件表面上)時，磨削方式由于接觸壓力大，單位時間內(nèi)金屬表的去除量大、效率高，因而適用于內(nèi)、外圓表面和平面的粗、精磨削。對于帶壓式磨削法(即用砂帶施壓于工件磨削表面)，接觸壓力較小，單位時間內(nèi)去除的金屬量亦小，主要用于磨削圓弧面、圓錐面和其他異形表面5。根據(jù)本課題所需要求，砂帶磨削的主要目的是去除工件表面氧化皮及其缺陷，因此采用b方案。3.1.2擬定砂帶磨頭的結構磨頭主要有電動機、接觸輪、主動輪、張緊輪、張緊機構、調(diào)偏機構以及固定支座等構成，根據(jù)需要還可增設導輪、輔輪、支撐輪等。也可由兩個或多個磨頭組成專用機構或生產(chǎn)線。砂帶磨頭傳動的特點類似

27、于帶傳動，主要依靠張緊砂帶并由主動輪傳遞動力。為保證磨頭正常工作，參與傳動各輪的軸線必須保持平行，并在輪的外緣面上具有一定高度的凸緣。對于寬幅砂帶的傳動，為使其不跑偏和磨損均勻，必須具有一種促使砂帶沿接觸輥軸線產(chǎn)生往復運動的震蕩裝置6。磨頭結構如圖4所示。 圖a所示的磨頭結構主動輪充當接觸輪進行加工，用彈簧裝置張緊砂帶。 圖b所示的磨頭結構用于自由式磨削，用螺母機構張緊砂帶。a磨頭結構一 b磨頭結構二 圖4 磨頭結構 根據(jù)所選定的砂帶磨頭基本磨削方式，選擇圖b所示的基本機構。3.2 動力參數(shù)計算（1）通過計算磨削力求得磨削功率磨削力是研究砂帶磨削過程的一個極為重要的參數(shù)，他和砂帶的磨損，磨削表

28、面質量及比磨削能等都有直接關系。切入式砂帶磨削的切向力Ft0和法向力Fn0可由下式計算7，即 （3-1） （3-2）式中：Us-比磨削能，kg/mm2，見表5； Vw-工件速度，m/min； Vs-砂帶速度，m/s；ap-實際（有效）磨削深度，mm； B-砂帶寬度，mm。表5 各種材料的Us值工件材料Us值（kg/mm2）低碳鋼1100鑄鋁460石材500碳素工具鋼1500玻璃600 事實上，在整個磨削過程中，磨削力及其他參數(shù)并不是一直不變的，而是隨砂帶的磨損情況而變化，因此考慮到砂帶磨損因素，上式應改為 （3-3）式中：t-磨削時間，s； Zs-磨粒鈍化速率，1/s。不同砂帶的磨料和磨削參數(shù)

29、，Zs值有很大的差別，其取值范圍在210-2510-5(1/s)之間。由物理學力與功率的關系可知 （3-4）式中：Ne-功率，kW；Ft- 切向磨削力，N；Vs-砂帶磨削速度，m/s。主電機功率 （3-5）式中：-總效率，。根據(jù)以上理論，現(xiàn)計算本次設計所需磨削力：由于表3中并未列出銅的Us值，因此根據(jù)銅的硬度介于鑄鋁和低碳鋼之間，擬選擇銅的Us值為800 kg/mm2，則由公式（3-1）得切向力： 由公式（3-3）得實際切向力：由公式（3-4）得驅動功率：由公式（3-5）得電機功率： 由于該數(shù)據(jù)與類似磨頭的實際功率差距太大，所以該方法不可行。（2）擬定磨削力計算電機功率恒力磨削是利用恒力Fn直

30、接施加到工件上進行磨削。阻力Ft取決于Fn的大小。根據(jù)實驗結果，在使用砂帶的絕大部分時間內(nèi)，F(xiàn)t始終保持在（0.40.6）Fn之間。如以Ft=0.5Fn為定值，則磨削功率 （3-6）式中：Fn-施加到工件上的力，kN； s-砂帶速度，m/s； Pm-磨削功率，kW。根據(jù)實踐推薦值擬定砂帶磨削力Fn為50N300N，由公式（3-6）得： 則Pm為0.5kW3kW。該方法所得數(shù)據(jù)較符合實際，但其適用于磨削力恒定的情況下，由于本設計在實際操作中并不能保證磨削力恒定不變，因此該方法也欠妥。鑒于以上兩種方法均不可行，且本設計的實際磨削力及切削量均需在實際操作中依據(jù)具體情況調(diào)整，因此，根據(jù)類比法采用已實際

31、應用于工作中的電機型號，即Y90L-2。該電機的具體參數(shù)見表6。表6 Y90L-2電機主要參數(shù)電機型號額定功率額定電壓額定電流滿載轉速Y90L-22.2Kw380V4.7A2840r/min3.3主動輪、從動輪結構設計主動輪作為本砂帶磨頭裝置的主要結構之一，其各部分結構尺寸均需慎重考慮，具體設計過程如下：（1）計算輪徑及寬度已知，電機轉速：2840r/min，砂帶速度：20m/s，則可求得直徑為：根據(jù)類比法，以現(xiàn)場同類磨頭為依據(jù)，擬定輪寬B=50mm（砂帶寬）（2）確定輪外部結構為增大與砂帶之間的摩擦力，則在輪外緣敷上硫化橡膠，其厚度如圖5所示，并在輪緣上沿回轉方向開平行的環(huán)形溝槽，以避免運行

32、中砂帶憋氣。為防止砂帶跑偏，輪緣設有一定凸高，根據(jù)資料得出=2.5，見圖5。（3）擬定內(nèi)部材料尺寸輪體采用鋁合金。為防止橡膠外緣打滑、脫落，在輪轂上一般都制作一定數(shù)量的溝槽，其數(shù)量與輪寬B有關，即B60mm,溝槽數(shù)為2；B=60120mm，溝槽數(shù)為3；B=120200mm，溝槽數(shù)為4或5。因此，輪轂溝槽數(shù)擬定為2。其具體尺寸：齒寬=槽寬=10mm，槽深h=5mm，見圖5。輪緣厚 ；輪幅厚 ；輪轂內(nèi)孔d因與電機軸配合，采用基軸制，其基本尺寸為24mm；外經(jīng)d=50mm。見圖5。圖5 主動輪結構圖主動輪結構如圖5所示。張緊輪的計算方法與主動輪基本相同，具體結構及尺寸見圖6。圖6 從動輪結構及尺寸3

33、.4從動輪心軸結構設計（1）擬定心軸上零件的裝配方案 擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，它決定著軸的基本形式。因此根據(jù)裝配方向和相互關系擬定軸上零件的如下順序：套筒、左端軸承、套筒、右端軸承、定位套筒、固定支架、彈簧墊片、螺母。見圖7。圖7 軸上零件裝配圖 （2）初步確定心軸的最小直徑通常按軸的扭轉強度條件初步估算軸徑，公式為8 (3-7)式中：T-扭轉切應力，MPa；T-軸所受的扭矩，Nmm； WT-軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；n-軸的轉速，r/min；P-軸傳遞的功率，kW；d-計算截面處軸的直徑，mm； T -許用扭轉切應力，MPa，見表7。表7 軸常用幾種材料的T及A0值軸

34、的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMnT/ MPa1525203525453555A014912613511212610311297由（3-6）式可得軸的直徑 （3-8）式中：,由表7可查。求軸上的功率P、轉速nP軸=P電機=2.2kW選取軸的材料為45鋼，調(diào)質處理。根據(jù)表7，取A0=130，于是得由圖6可知，軸的最小直徑是左右兩端安裝定位軸套、墊圈和螺母處的直徑。因螺母和墊圈選用標準件，而軸徑最小處要與螺母配合，則需加工螺紋，故右端取dmin=12mm，l螺紋=25mm，l1=54mm，左端取dmin=12mm，l3=7mm。 （3）初步選擇滾動軸承因從動輪為懸臂支

35、承，軸承主要受徑向力，且軸承轉速較高，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)l1=12mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度級的深溝球軸承6203，其尺寸為：dDB=17mm40mm12mm，故d2=17mm且需考慮從動輪的寬度限制，故l2=33mm。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。心軸的結構與尺寸見圖8。圖8 軸結構及尺寸圖3.5校核計算3.5.1從動輪心軸校核 （1）從動輪受力分析從動輪在加工零件過程中，主要受到砂帶所施加的切向力Ft和法向力Fn，如圖9所示。圖9 從動輪受力分析示意圖根據(jù)公式（3-4）、（3-5）可求得切向力：根據(jù)公式（3-1）、（3-2）可求得法向力

36、：所以砂帶所受合力為：（2）心軸彎矩計算根據(jù)圖7畫出從動輪心軸受力簡圖，如圖10所示，圖10 心軸受力簡圖軸的彎扭合成強度條件為： （3-9）式中：ca-軸的計算應力，MPa； M-軸所受的彎矩，Nmm；T-軸所受的扭矩，Nmm；W-軸的抗彎截面系數(shù)，mm3；-1 -對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力。根據(jù)公式（3-9），有因為心軸不轉動，扭矩可略，所以可求軸的計算應力：所以，該心軸可用。（3）心軸的剛度校核從動輪上的軸在砂帶的張緊力作用下將產(chǎn)生彎曲變形，若變形量超過允許的限度就會影響正常工作，因此對軸進行剛度校核。軸在工作中主要起到支承作用，則將其視為懸臂梁，直接根據(jù)材料力學中的公式計算其撓度

37、： （3-10）式中：li-階梯軸第i段的長度，mm；di-階梯軸第i段的直徑，mm；L-階梯軸的計算長度，mm；z-階梯軸計算長度內(nèi)的軸段數(shù)。由公式（3-8）可求 dmindv,所以從動輪的軸可行。3.5.2軸承壽命校核根據(jù)公式（3-3）可求軸承所受徑向力： 軸承所受當量動載荷：（3-11）式中：fp-載荷系數(shù)； X-徑向動載荷系數(shù)； Y-軸向動載荷系數(shù)； Fr-徑向力； Fa-軸向力。由公式（3-9），及資料所查得數(shù)據(jù)可求軸承所受當量動載荷：軸承壽命： （3-12）式中：C-基本額定動載荷，kN； P-當量動載荷，kN； n-轉速，r/min； -對于球軸承，=3；對于滾子軸承，=10/3

38、。由公式（3-10）求得軸承壽命所以，該軸承可行。3.6 張緊結構設計為使磨頭正常傳遞動力，使砂帶正常切削，砂帶必須張緊。另外，在工作中由于砂帶也會產(chǎn)生塑性伸長，其預緊力會下降，所以必須使砂帶重新張緊。張緊方式有內(nèi)部張緊與外部張緊兩類，一般多采用內(nèi)部張緊。（1）張緊機構 可分為周期性張緊和自動張緊兩類。周期性張緊多采用螺紋和蝸輪副等。自動張緊一般采用彈簧、配重及氣動、液壓張緊裝置等。部分張緊裝置如圖10所示。 a)彈簧張緊結構之一 b)彈簧張緊結構之二 c)螺栓張緊結構圖10 部分張緊結構（2）張緊力 選擇張緊力應控制在砂帶抗拉強度的范圍之內(nèi)。如果采用自由式磨削，其張緊力還應適當降低。根據(jù)實踐

39、經(jīng)驗，張緊力在6080N/10mm砂帶寬時，逆磨，金屬切除量最大；4050N/10mm砂帶寬時，金屬切除量降低；在40N/10mm砂帶寬時，砂帶工作出現(xiàn)不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)砂帶脫落及斷裂。實際工作中多以手感判斷。本設計屬于自由式磨削，張緊力所屬范圍較低，因此選用現(xiàn)場實際所用的螺栓張緊結構，如圖11所示。圖11 螺栓張緊結構結 論（1）砂帶磨削屬彈性磨削，與砂輪磨削相比，其磨削溫度低，工件不易變形，從而解決了工件剛度不足的問題，并且可通過改變植砂條件調(diào)整磨粒之間空隙，利于容屑和排屑，使得磨削過程中不會發(fā)生堵塞，避免了磨削燒傷，具有較好的表面質量。（2）該砂帶磨頭裝置結構簡單、制造容易、成本低、砂帶更

40、換方便。磨頭可做為車床附件，既可與車床配合又獨立與車床床身，因此既不影響原車床切削功能，同時擴大了車床的使用范圍，可以實現(xiàn)在同一臺車床上完成車削和磨削加工，易于保證加工精度，節(jié)省了大量的工件搬運、裝夾和調(diào)整的輔助時間，提高了生產(chǎn)率，拓寬了車床用途，為車床改造提供了一條新途徑。 （3）我國在砂帶磨削的應用方面還處在起步階段，因此應大力推廣和應用砂帶磨削技術，以提高我們在磨削加工方面的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增強產(chǎn)品的市場競爭力?？梢灶A料，砂帶磨削技術在機械制造業(yè)中必將得到應有的重視和進一步的發(fā)展。致 謝三年前，我們滿懷期待的走進學校，三年后的今天我們滿是不舍與依戀卻注定要走。 畢業(yè)設計代表著大學

41、的終結，完成它既有一種收獲感，又有一種失落感，不過無論如何它代表著我三年的努力，代表了我三年的歷程。當它終于完工的時候，我不禁想起了很多人，很多事，尤其是辛勤培養(yǎng)我的老師們，謝謝你們！ 感謝宋云艷老師在我整個畢業(yè)設計過程中所給與的指導與幫助。是您的悉心教導讓我學會了更多專業(yè)知識和實踐技能，并給我很多啟發(fā)，使我得以順利地完成畢業(yè)設計；您的諄諄教誨讓我學到的不僅是書本上的知識，還有著做人的原則與風骨，這些都令我終生受益無窮。 htt感謝我的班主任王海霞老師。您當初把還是稚嫩孩童的我們迎進校門，傳授我們專業(yè)知識，關心我們的學習和生活，在此感謝您為我們所付出的心力。再次感謝傳授我知識的每一位老師，馬上就要走出校門，走上工作崗位，我將帶著你們所傳授的技能去打拼，去奮斗，多謝你們。 參考文獻1 黃云，黃智.砂帶磨削的發(fā)展及關鍵技術J.中國機械工程第18卷18期2007,9:TH16.2 李伯民, 趙波等. 實用磨削技術M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1996.4：2113 謝國如. 基于車床的砂帶磨削及應用J.機械工程與自動化,第5期4 李伯民, 趙波. 現(xiàn)代磨削技術M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2003.6：