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凸轮轴
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凸轮轴砂带抛光机床设计,凸轮轴,抛光,机床,设计
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毕业设计（论文）中期报告 题目： 凸轮轴砂带抛光机床设计 一 设计（论文）进展状况 ： （ 1） 完成 国内外凸轮轴抛光机床的发展现状研究 。 （ 2） 完成了一篇与本设计课题有关的外文翻译。 （ 4）完成了电机底轴，电机底板，橡胶轮，橡胶轮底座，轴套，行走轮，手柄装置，箱体，支架的初步设计。 （ 3） 通过初期对砂带抛光原理的理解，完成了砂带抛光系统的设计，如图 1 所示： 图 1 砂带抛光系统示意图 本设计将电动机安装在砂带系统整体里面用以提供动力，通过将砂带的动力轮和电机连接，使得带 动惰轮让砂带旋转。并且在图的下方设计了能在机床导轨上 x 方向上自由移动的导轨，达到充分抛光凸轮轴的目的。在抛光整体里还设计了能够让砂带在 z 方向自由角度的握杆，能过通过人工自由的调节角度，从而达到砂带能够充分和凸轮轴接触摩擦来达到抛光的目的。 二存在的问题及解决方案 ： 通过在对凸轮轴抛光系统的设计里，发现如果固定住了抛光系统使凸轮轴在 x 轴方向上来自由移动时则需要步进进给，需要一部步进电机，相对复杂一些，因此选择注： 1） 正文：宋体小四号字，行距 20 磅 ，单面打印；其他格式要求与毕业论文相同。 2） 中期报告由各系集中归档保存，不装订入册。 了将凸轮轴固定，通过让电动机固定在抛光系统里随着砂带轮一起在 x 轴自由移动，人为可以控制。 在设计砂带 系统和凸轮轴摩擦抛光时存在是否充分接触的问题，所以考虑设计了人为能自由操控的握杆，可以自由调节砂带系统能够在 z 方向的角度，从而使砂带能够跟凸轮轴充分摩擦进行抛光。 以上在两个方向上的自由移动将导致砂带抛光系统的平衡问题，因此设计一个能够使系统平衡的部件，如图 1 所示，在图的左下方设计了一个支撑部件，从而解决了系统平衡问题。 三后期工作安排 ： 第 9 周：完成 机床的总体布局 ； 第 10：运用 成抛光机装配图和零件图； 第 13 周：对所有图纸进行校核； 第 14 周：整理编写设计说明书，所有资料请指导教师检查； 第 15 周：准备毕业答辩。 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计 (论文 )开题报告 题目 :凸轮轴砂带抛光机床设计 文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 目背景和意义 在国内，过去的一二十年间，我国的传统制造业中一般采用砂轮磨削或手工抛磨来完成抛磨工序，技术含量、自动化程度和加工精度都较低。在八十年代初到九十年代初的十年中，砂带磨削抛光工艺引起了我国大专院校和科研所及企业界的极大关注。发表了相当数量的实验报告及论文，但由于对砂带磨削工艺特性的了解不够、砂带质量、品种 及规格不能满足生产需求、砂带磨床品种太少等原因，导致在国内的砂带热没持续几年就沉寂下来了。通过本课题的设计，能实现凸轮轴抛光机的半自动化，大大提高了生产效率，提高凸轮轴表面的加工质量；该凸轮轴抛光机结构简单，价格低廉，能够为工厂节省大量资金。 带磨削在国内外的发展 国外的砂带磨削发展得非常迅速 , 自 20世纪 60年代以来 , 特别是静电植砂技术及涂附磨具技术的出现和发展 , 欧、美、日等在砂带制造技术和砂带磨床制造技术上都取得了巨大的进步。在砂带制造技术方面 , 随着许多特殊涂附磨料及涂附形 式的出现 , 产生了如金刚石、立方氮化硼、锆刚玉、陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等各类砂带 , 使得砂带已经能用于干磨和高速、大吃刀量的重磨削领域 , 以及高精密零件的磨削加工领域。日本已开发出了用软刚带作为基底的金刚石砂带 , 可有效加工难加工的高硬度材料 , 如单晶硅片。在国际上知名的砂带品牌有美国的 3M、 德国的韩国的 日本的牛头等。在砂带磨床方面 , 不仅有磨削宽度超过 5还有牙医用的小型修齿机 ,使得砂带磨床的结构与形式繁多。另外 ,随着自动化技术的发展 ,像六 轴五联动数控砂带磨床、机器人砂带磨削中心、砂带磨削 联机构的数控砂带磨床都已经得到应用 2。砂带磨削现已成为发达国家获得高额经济利润的重要手段 ,且砂带磨削量已占磨削总加工量一半以上。 国内的砂带磨削技术是在 20世纪 70年代末才开始得以真正发展 ,随着国内的改革开放 ,砂带磨削技术引起了各行业、各研究单位和各企业的日益重视 ,加之砂带制造技术的发展及砂带品种的增加 ,使得砂带磨削设备的研究和生产也得到了较大的发展。砂带磨削正向着强力、高速、高效和高精方向发展。磨床结构从单一磨头向大型、组合 ( 多磨头、多功能 、多工位 ) 形式发展。在加工工艺方面 ,与特种加工相结合的复合加工是砂带磨削很有前途的发展方向之一 ,如与超声振动结合形成的超声砂带精密磨削 ,与电化学加工结合形成的电解砂带磨削等是砂带磨削的重要发展方向。另一方面 ,自动化技术在砂带磨削中的应用 ,尤其是数控砂带磨床及自适应控制技术的应用 ,使砂带磨削的加工效率和精度有了很大的提高 ,使得砂带磨削已经进入精密和超精密 加工行列。砂带本身在不断的发展和完善中。在砂带结构方面 , 近年出现了堆积磨料砂带、金字塔型砂带、空心球型砂带、复层砂带、高弹性砂带、防跑偏砂带、不等厚砂带、 粒度复合砂带等。 究方法或措施 : 1）凸轮轴砂带抛光的原理如图，利用砂带和工件之间的摩擦来进行抛光。 图 ）凸轮轴砂带抛光机床的方案设计，拟采用立式砂带系统，用电机来提供动力，通过 v 带连接传输给砂带抛光系统的主动轮动力，接着主动轮带动带动惰轮转动，使砂带能够和凸轮轴产生摩擦力，从而抛光凸轮轴。再采用一调节橡胶轮，顶住凸轮轴，使凸轮轴能够良好的和砂带接触摩擦，同时用一支承系统从下方撑住凸轮，限制其自由度。 图 ）抛光装置部件主要有抛光系统的主动轮、惰轮、砂带和电动机等，通过抛光机床能使 零件表面粗糙度值达到 其表面光滑达到使用要求。 4）主要零部件的设计：电动机的选型，砂带的转动速率，支撑架的尺寸，调节轮的尺寸， v 带的选型等。 案的设计 通过查阅资料，策划出两种方案： 1）立式砂带抛光机床。将砂带抛光系统立式放置，使砂带和凸轮轴的接触面积最大化，并可以通过调节抛光凸轮轴的表面。并且立式设计可以使电动机安装在车床 机身上，稳定转动。 2）卧式砂 带抛光机床。是将砂带抛光系统固定在机床，通过调节轮的移动来加紧凸轮轴，使其能够与砂带稳定接触来进行抛光。此设计的特点是，只需通过调节轮的移动使凸轮轴加紧，稳定的与砂带进行接触抛光，不需调节砂带系统来多面的摩擦抛光，并且电动机不在床身安装，需单独安装。 综合比较拟采用立式砂带抛光机床，安装方便，并能够调节砂带系统的角度，来自由的进行凸轮轴表面的抛光。 此次方案的设计重点在于砂带和凸轮轴之间的磨削，从而进行凸轮轴的抛光。因此拟使用调节轮顶住工件，使工件和砂带能稳定磨削抛光 。 此次方案的设计难点是怎么效率的进行抛光凸轮轴，砂带的运行速度。需通过计算，确定砂带的运行速度，提高效率。 1 查阅资料，完成开题报告； 4 总体方案的设计，方案论证，完成外文资料翻译，完成中期检查报告； 9 凸轮轴砂带抛光机床的技术设计； 14 撰写毕业论文。 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）： 指导教师： 年 月 日 所 在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 参考文献 1 黄云 ,朱派龙 M 重庆大学出版社 , 1993(5):122 冯蕴华 J1994(7):23 李伯民 M机械工业出版社 ,1996(3):2094 何寅 J1992(6):175 彭惠民 J1994(4):356 朱派龙 机械工艺师 ,1993(3):367 鲁志勤 J1987:238 李育锡 北京高等教育出版社， 79 李虹 ,丁爱玲 ,李伯民 J 1999,4(2):7010 魏源迁 . 砂带磨削技术及其应用前景 J1998,(4):311 耿 直 J1992,(5):2212 金成星 ,蒋晓鸣 1994:3013 黄云 ,黄智 J 14 盛晓敏 ,邓朝晖 ,周志雄 ,等 J 15 , , . of /of 1992, 41: 37716 , . on J0417 , , . of on of C / 15OM 005:113718 J, . on /1999: 13 I 本科毕业设计（论文） 题目： 凸轮轴砂带抛光机床设计 轮轴砂带抛光机 摘 要 砂带抛光机根据工件形状用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件进行磨削抛光的一种新工艺。相比砂轮抛光，具有加工效率高；加工表面质量高；工艺灵活性大；有较高的抗震性；适用于大面积高效加工；操作安全简单。 本次设计采用抱抛式砂带抛光结构，主要零部件有 :主动轮，接触轮，衡压液压缸，铰链传动机构，抛光头，调节轮，砂带等。欲利用电机带动主动轮提供动力，传输到接触轮，使砂带和凸轮轴相对摩擦产生切削力进行抛光。 关键词： 抱抛式 ;抛光 ;磨削 of of a on of A of a in so of to to so to by 录 1 绪论 1 带抛光的一般机理和特点 1 带抛光的一般机理 1 带磨削抛光的特点 2 带抛光机床的应用范围 2 带抛 光机床的现状及发展方向 3 带抛光机床在各国的应用 3 带抛光机床的发展方向 4 2 工艺分析 5 定工艺方案 5 定砂带抛光装置的结 构方案 8 3 抛光装置设计 11 带的选择 11 带的分类 11 带粒度的选择 12 带黏结剂的选择 12 带基材的选择 12 带的规格尺寸选择 12 带接头的选择 13 带的养护与使用 13 带抛光主要部件的结构设计 13 头尺寸与参数的计算 14 触轮的基本结构及尺寸参数 14 紧轮和主动轮 15 带抛光工艺参数选择 16 磨削用量及磨削余量选择 16 带抛光的冷却、润 滑和除尘 18 带的张紧 18 带张紧的主要作用 18 带张紧力的选择 18 带的张紧机构 19 动机和弹簧的选择 19 V 定砂带抛光装置电动机的功率 19 簧的设计 19 4 溜板箱和床鞍的设计 22 板箱的设计 22 轮齿条传动计算 22 板箱内部齿轮的选择和校核 23 鞍丝杠螺母机构的设 计 24 杠螺母的构造、材料、螺旋方向 24 杠的支承 24 杠的精度、材料和热处理 24 杠螺母传动间隙的补偿 24 杠螺母机构的计算 25 鞍与导轨间的润滑 26 5 总结 27 参考文献 28 致 谢 29 毕业设计（论文）知识产权声明 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 在国内，过去的一二十年间，我国的传统制造业中一般采用砂轮磨削或手工抛磨来完成抛磨工序，技术含量、自动化程度和加工精度都较低。在八十年代初到九十年代初的十年中，砂带磨削抛光工艺引起了我国大专院校和科研所及企业界的极大关注。发表了相当数量的实验报告及论文，但由于对砂带磨削工艺特性的了解不够、砂带质量、品种及规格不能满足生产需求、砂带磨床品种太少等原因，导致在国内的砂带热没 持续几年就沉寂下来了 1。通过本课题的设计，能实现凸轮轴抛光机的半自动化，大大提高了生产效率，提高凸轮轴表面的加工质量；该凸轮轴抛光机结构简单，价格低廉，能够为工厂节省大量资金。 带抛光的一般机理和特点 带抛光的一般机理 砂带抛光机床是由砂带、接触轮、张紧轮、工作台等基本部件组成。其抛光原理 2见图 图 砂带抛光机理 接触轮的作用在于控制砂带磨粒对工件的接触压力而使砂带磨粒切削。接触轮一般用钢或铸铁做铁心，其上浇注一层硬橡胶制成。橡胶越硬，金属切除率越高，而轮 面越软，则抛光表面粗糙度值较低。 张紧轮起张紧砂带的作用，是用铸铁或钢制成的滚轮。张紧力越大时，抛光效率越高。由于砂带磨粒排列整齐均匀，具有较小的负前角与较大的后角，且可使磨粒同时参加切削，因此效率高，磨削热产生少、散热效果好。与砂轮抛光相似，切屑的形成也有弹性摩擦变形、刻划、切削三个阶段，但砂带由于具有上述优点，使抛光工件表面残余应力和加工硬化深度均大大低于砂轮抛光。 2 带磨削抛光的特点 1) 加工效率高。经过 精选的针状砂粒采用先进的“静电植砂法” , 使砂粒均匀直立于基底、且锋口向上、定向整 齐排列 , 等高性好 , 容屑间隙大 ,接触面小 ,具有较好的切削性能。应用这一多刀多刃的切削工具进行磨削加工 , 对钢材的切除率已达每 毫米 宽砂带 200 600 2) 加工表面质量高。砂带磨削时接触面小摩擦发热少 , 且磨粒散热时间间隔长 ,可以有效地减少工件变形及烧伤 ,故加工精度高 ,尺寸精度可达 度可达 外 ,砂带在磨削时是柔性接触 , 具有较好地磨削、研磨和抛光等多重作用 ,再加上磨削系统振动小 ,磨削速度稳定使得表面加工质量粗糙度 值小 ,残余应力状态好 ,工件的粗糙度可达 且表面有均匀的粗糙度。但由于砂带不能修整 ,故砂带磨削加工精度比砂轮磨削略低。 3) 工艺灵活性大 ,适应性强。砂带磨削可以方便地用于平面、外圆、内圆磨削、复杂的异形面加工、切削余量 20毛刺和为镀层零件的预加工、抛光表面、消除板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接处的凸瘤、代替钳工作业的手工劳动。除了有各种通用、专用设备外 ,设计一个砂带磨头能方便地装于车床、刨床和铣床等常规现成设备上 ,不仅能使这些机床功能大为扩展 ,而且能 解决一些难加工零件如超长、超大型轴类、平面零件、不规则表面等的精密加工。 4) 由于砂带有很大的弹性 ,因而整个系统有比较高的抗振动性。 5) 砂带尺寸可以很大 ,适用于大面积高效率加工 ,且设备简单 ,操作安全 ,使用维护方便 ,更换砂带和培训机床操作人员花费时间较少。 砂带抛光机床高速发展的原因之一是经济效果十分显著。日本曾就砂带抛光的生产成本进行了详细的分析 ,认为抛光轮抛光机床的成本比砂带抛光机床高 ,例如 ,以切除铸铁工件每一立方英寸切屑计 ,用砂带抛光机床比用抛光轮抛光机床成本低 25%。 6) 设备结构简单。接触轮 很少磨损，可使砂带保持恒速；传动链短，增加了抛光的稳定性，机床功率利用率达 85%以上 2。 带抛光机床的应用范围 砂带抛光的应用范围远比砂轮抛光广泛，凡是砂轮抛光机床不能抛光的大型平面，难以加工的材料等都能用砂带抛光，例如： 1) 大型平面的厚板、中等厚板、薄板、特别是耐热难加工材料 , 如不锈钢板、钛合金板等。 2) 大量生产的平面零件。如电子工业的印刷板、变压器硅钢片、齿轮箱体等。 3 3) 型面加工。各种大小尺寸的复杂型面 ,特别是发动机叶片。如采用直径小于 25抛光轮会很快磨 损 ,而且也无法确保精度 ,而砂带抛光机床则能以稳定的速度工作 ,精度、粗糙度精度、效率都很高。 4) 用抛光轮抛光机床加工大型容器、大尺寸棒料、管料时抛光轮直径要大于 125改用砂带抛光机床 ,效率至少可提高一倍。 5) 对于直径大于 25尤其是薄壁内孔最为适用。 带抛光机床的现状及发展方向 带抛光机床在各国的应用 国外的砂带磨削发展得非常迅速 , 自 20世纪 60年代以来 , 特别是静电植砂技术及涂附磨具技术的出现和发展 , 欧、美、日等在砂带制造技术和砂带磨床制造技术 上都取得了巨大的进步。在砂带制造技术方面 , 随着许多特殊涂附磨料及涂附形式的出现 , 产生了如金刚石、立方氮化硼、锆刚玉、陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等各类砂带 , 使得砂带已经能用于干磨和高速、大吃刀量的重磨削领域 , 以及高精密零件的磨削加工领域。日本已开发出了用软刚带作为基底的金刚石砂带 , 可有效加工难加工的高硬度材料 , 如单晶硅片。在国际上知名的砂带品牌有美国的 3M、 德国的 韩国的 日本的牛头等。在砂带磨床方面 , 不仅有磨削宽度超过 5还有牙医用的小 型修齿机 ,使得砂带磨床的结构与形式繁多。另外 ,随着自动化技术的发展 ,像六轴五联动数控砂带磨床、机器人砂带磨削中心、砂带磨削 联机构的数控砂带磨床都已经得到应用。砂带磨削现已成为发达国家获得高额经济利润的重要手段 ,且砂带磨削量已占磨削总加工量一半以上。 国内的砂带磨削技术是 在 20 世纪 70 年代末才开始得以真正发展 ,随着国内的改革开放 ,砂带磨削技术引起了各行业、各研究单位和各企业的日益重视 ,加之砂带制造技术的发展及砂带品种的增加 ,使得砂带磨削设备的研究和生产也得到了较大的发展。砂带磨削正向着强力、高速、高 效和高精方向发展。磨床结构从单一磨头向大型、组合 ( 多磨头、多功能、多工位 ) 形式发展 1。在加工工艺方面 ,与特种加工相结合的复合加工是砂带磨削很有前途的发展方向之一 ,如与超声振动结合形成的超声砂带精密磨削 ,与电化学加工结合形成的电解砂带磨削等是砂带磨削的重要发展方向。另一方面 ,自动化技术在砂带磨削中的应用 ,尤其是数控砂带磨床及自适应控制技术的应用 ,使砂带磨削的加工效率和精度有了很大的提高 ,使得砂带磨削已经进入精密和超精密加工行列。砂带本身在不断的发展和完善中。在砂带结构方面 , 近年出现了堆积磨料砂带、金 字塔型砂带、空心球型砂带、复层砂带、高弹性砂带、防跑偏砂带、不等厚砂带、粒度复合砂带等。 4 带抛光机床的发展方向 (1) 继续提高生产效率 利于 提高抛光速度和机床功率。长期以来 ,砂带抛光机床的砂带工作速度一直停留在 20m/s 30m/s。 据美国制造工程学会研究报说 ,100m/过去较长一个时期 ,机床功率从每一平方英寸砂带面 41415了 70年代已提高到 181526床功率现如今 200为提高金属切除率 ,机床的功率必将增 大。 发展宽砂带抛光 ,扩大宽砂带抛光机床的使用范围。目前 ,最大宽度的砂带抛光机床可抛光 419m 宽的平面。据报导 , 宇航器具、大型舰艇、高能物理的研究和应用都要大量使用高精度、高粗糙度精度的板材。提高板材加工效率的途径就是要发展宽砂带抛光机床。 (2) 提高加工精度 西德瓦德里希科堡厂在砂带抛光机床上大量采用高精度常规抛光机床的结构。美国森斯特兰厂的砂带抛光机床 ,按照砂带抛光工作的特性 ,设计相应的专用部件以便提高机床的加工精度。但就砂带抛光机床本身来说 ,砂带制造精度的提高 ,同样是很重要的。 (3) 延长砂带寿 命 延长砂带寿命是降低砂带抛光机床加工成本最为关键的一个因素。目前 ,使用寿命已从 6h 82h 15h。为进一步延长砂带寿命 ,除改善磨料、粘结剂基底之外 ,国外还从砂带磨损的机理上解决延长寿命的问题。砂带磨损主要是“粘盖”和“磨钝” ,特别是“粘盖”现象最为严重 ,一旦出现“粘盖” ,砂带就无法继续使用。因此 ,美国最近在制造砂带中已加添抗“粘盖”的化学添加剂。 (4) 提高自动化程度 多头砂带抛光机床、运输带式或回转台式砂带抛光机床都是实现自动化的一些手段。至于数控砂带抛光机床 , 早在 1973 年在西 德就开始使用 , 西德的 800、 1000 (5) 扩大万能性和适应性 一机多能、一机多头机床 ,上下表面同时加工的机床 ,磨完工件上表面后工件自行翻身再抛下表面的机床 ,连续加工而工件自动退回的机床 ,机电一体化的各种砂带抛光机床 ,随着工业发展已相继问世和投入使用。砂带抛光机床的万能性、适应性今后还会进一步发展 ,使砂带抛光机床在工业生产中无所不能 5。 5 2 工艺分析 首先，我们得对凸轮轴有个初步的了解，通常凸轮轴的材料为铸铁或合金钢，铸造的凸轮轴一 般经过铸造、硬化（有的是在铸造时采用冷激铸铁，组织是白口铁）、磨削、抛光。钢制的凸轮轴在磨削、淬硬和抛光前，其毛胚是锻造的，或者用棒料粗加工成形的。而加工凸轮轴的抛光工序通常为加工工艺的最后一道工序，且加工余量很小。 由于此机床专为凸轮轴的抛光工序设计，具有较强的针对性，因此属于专用机床的设计的范围。同时由于凸轮轴上凸轮的独特曲面特性，应相应的采用与之相适应的加工方法来对其进行加工，其具体的分析如下 ： 定工艺方案 为了在满足加工要求的前提下采用较优的加工方案，我们在确定加工方案时得注重考虑以下的 几个问题： 首先，抛光的目的是为了获得较高的表面质量，但评价抛光机床的抛光质量有这样两方面的内容，一方面是：机床应保证工件抛光后的最终尺寸精度，保证这些部位抛光前各道工序所获得的形状、位置精度，这是抛光质量的先决条件；另一方面是抛光后的表面粗糙度。对于一般的圆柱工件来说，保证尺寸公差是较容易的，因为工序中为抛光工序留有适当的抛光余量，而这些抛光余量则可根据抛削量制定。 其次，我们得考虑的是被加工工件的表面形状，对于我们现有的特定加工对象 凸轮轴而言，各凸轮的曲面为凹或为凸及各凸轮的相对转角（如图 示 ）及近年来对加工表面质量的要求日趋提高和机床应具备一定的加工工艺范围等，在很大程度上决定了我们所采用加工机床、刀具、抛光装置，为了在机床设计中实现成本、效率、结构、技术熟练成度要求等的优化设计，现在可对以下的几种加工方案进行分析对比，择优采用符合生产实际的加工方案。 图 缸凸轮端面视图 6 a. 第一种方案，采用砂轮磨床进行抛光。 在此方案中，拟采用较高的砂轮和工件的相对转动速度，可进行较大的磨削进给量，获得较大的金属切除率，同时若采用小磨粒的砂轮，也可获得较高的表面质量和较低的表面粗糙 度，但若用在凸轮轴加工中，则将主要存在以下的三个问题： (1) 工作节拍 由于凸轮轮廓复杂，精度要求高，而且同一凸轮轴上各个凸轮之间有严格的相位要求，这在前面的图 以看到。从其表面曲线来看，凸轮轴上的凸轮曲线由基圆部分和工作段部分组成，而工作段部分则由开放曲线、凸尖、关闭曲线组成（如图 为了保证阀门开关运动平稳要求。这些曲线的设计有专门的要求。对于凸轮的设计者要要仔细分析凸轮的轮廓、升程值及其一阶导数（速度）、二阶导数（加速度），有时还得分析三阶导数（加速度的变化），此外，吸气凸轮与排气凸轮在 外形轮廓上稍有不同。还有，为实现发动机气缸的正确点火周期，每个凸轮的相位角是不同地安置的，由于这些原因会导致砂轮的进给控制非常的困难，难以保证加工凸轮的加工精度。同时其灵活性小，若对四缸或六缸的凸轮轴进行加工，则需配备 10抛光装置，或者配备一个可编程的控制系统来控制砂轮的进给运动，这样都会导致设计的机床相当复杂。 (2) 烧伤 另一有关的是磨削凸轮轴凸轮的表面质量。显然，金属切除率是直接正比于砂轮与凸轮的相对周边速度。由于凸轮的基圆部分和工作段部分的周边速度不一样，从而凸轮各部分的金属切除率不相同， 从而由磨削过程中产生的塑性变形所产生的热量相应增多，其热量的大部分积聚在工件的表面而导致表面局部烧伤。 1凸尖 2基圆 3开放曲线 4关闭曲线 图 光示意图 (3) 凹入的凸轮轮廓 这样的凸轮轴砂轮磨床的前瞻性不好，适应性有限，对于凹入的凸轮没法加工，或者说加工成本很高，可采用小直径的 加工，但由于其经济问题在大规模生产中是无法推广的。近年来，凹入的凸轮已经被发动机设计者感兴趣，其凸轮曲线在开放曲线和关闭曲线处的曲率是负值，在这种廓形中，曲线中以凹的代替直的或凸的曲 7 线。这样的凸轮在工 作中比现在的凸轮能更快的开关阀门，这样燃烧更完全，输出的马力更大。 当然在以上的三个问题中对于针对中轴厂的中小规模的生产类型及现有的生产加工条件，按照结构简单、重量轻、效率高、成本低、操作方便简单等机床设计原则，第一个问题，即凸轮轴的工作节拍是我们面临的最为关键的问题。若采用与凸轮轴转动同步的控制系统来实现，其较高的技术难度和成本，致使此种方案的可行性较小。 b. 第二种方案，采用砂带抛光机床进行抛光。 砂带抛光是根据工件形状，用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件进行磨削抛光的一种新工艺。在过去的 五、六十年里，砂带磨削作为一种新工艺，在像塑料、皮革、不锈钢、陶瓷等表面要求较高而又特别难加工的金属和非金属材料。在现代工业中，砂带磨削抛光技术以其独具的加工特点被视为一种很重要的加工方法。国外有专家曾把砂带磨床比做“未来的巨人”加以评述。 下面将对砂带磨削抛光的有关原理及其特点加以分析如下 ： (1) 砂带磨削抛光原理 实现砂带磨削加工的主要方法有：砂带自由张紧法、带有接触轮的转动砂带法和接触板法。最常用的是带有接触轮的转动砂带法。如图 示 图 砂带抛 光原理 砂带套在主动轮、接触轮的外表面上，并使砂带张紧和高速运动，根据工件形状和加工要求，以相应的接触方式和适当的磨削参数对工件进行磨削加工或抛光。 (2) 砂带磨削抛光机床的基本部件 主轴传动装置。有单速或具有较大灵活性的变速传动，有时装有可逆电动机，以改变砂带的运动方向。皮带速度为 10 50m/常取 16 30m/传动装置的功率，在每 10的砂带上是 砂带张紧装置。保持磨削及导向时砂带的适当张力，在砂带磨削中起到非常重要的作用，它影响到砂带的切削性能和加 工零件表面粗糙度。当增加砂带拉力时，可提高金属切除量，但同时也提高了表面粗糙度值和磨料覆盖层的消耗量。经试验表明 ,砂带的张力在 6 8N/围内，在逆磨削时每次行程能切出最大的的金属量。拉紧机构有各种形式，从简单的机械或弹簧方法到宽砂带与重负载磨削机床用的气动及液压 8 拉紧装置。同时，为获得最大的生产率，必须使更换砂带的时间最少，通常操作者能在一分钟内更换砂带。 砂带导向装置。这一装置可设计成手动或自动的，视具体情况而定，主要起导向作用。 接触轮。接触轮在磨削点上支承砂带，其本体是用铝或钢制成，轮上覆盖有橡胶 、纤维、毛毯或其它材料制成的弹性圈。 此外，还有吸尘装置。 由上面两加工方案的优缺点的对比可知，在凸轮轴的抛光加工工序中应采用砂带加工的加工方案。 定砂带抛光装置的结构方案 对于特定的加工工件，下面以中原轴件厂提供的六缸凸轮轴为例，如图 六缸凸轮轴中的加工表面为 1中的十二个进排气凸轮面、 2中的六个凸轮轴轴颈和 3中的两个滚子轴承端面，同时还可从图中可看到凸轮轴的两端。 1十二个进排气凸轮 2六个凸轮轴轴颈 3两个端面 图 轮轴 从六十年代起，用于国产汽车发动机凸轮轴的砂带抛光机床一直采用 “ 靠模顶抛”式结构，如图 工作原理是：用一个与被加工工件形状、尺寸相同的零件做靠模，靠模与工件之间用连杆联接着，连杆靠近工件的一端装有抛光爪，抛光砂带由传送装置送到工件与抛光爪之间，抛光爪使砂带贴在工件表面上，连杆的另一端安装仿形滚轮。连杆在弹簧力作用下使滚轮紧靠着靠模。当靠模与工件同步旋转时，通过连杆，抛光爪即沿工件做仿形运动，砂带即把工件表面抛光。 9 1弹簧 2滚轮 3靠模 4联杆 5砂带 6工件 7抛光爪 图 顶抛示意图 使用此类机床必须保证以下两点：第一，在安装工件时，应使工件表面的某一点 在同一平面内，且角度与位置相同。第二，抛光时工件与靠模必须保持严格地同步旋转。在实际工作中，传动误差与安装误差总是存在的，这些误差使得工件凸轮曲线在各点的极座标值与靠模对应点的极座标值不一致，最终导致抛光时砂带与工件表面接触力不稳定，影响了抛光质量。“靠模顶抛”式砂带抛光机的另一缺点是：连杆尺寸大，质量也大，运动时会产生较大的动员，特别当连杆的两端靠近凸轮尖端部位的升回程表面时，连杆将获得最 大的动量变化值，使凸轮升、回程表面的抛光压力不均匀，因而影响抛光质量即当抛光爪处于凸轮回程面时，较大的连杆动量值由于惯性的作用，迫使抛光爪离开凸轮表面或者使工件与抛光爪之间的压力降低，也就是砂带与工件表面脱离接触或压力降低，而当抛光爪处在凸轮的升程面时，连杆运动产生的惯性力与弹簧力方向一致，增加了抛光爪作用在位抛光表面的压力。因此，在抛光过程中作用力大小不一致，使得抛光质量不如人意。 为了克服 “ 靠模顶抛 ” 式砂带抛光机的缺点，国际上各主要汽车生产国使用的砂带抛光机床普遍采用 “ 抱抛 ” 式抛光头，且由 结构如图 1气缸 2新砂带 3工件 4过砂带机构 5旧砂带 6抛光爪 图 “抱抛”式抛光头 从图中可以看到，工件每一个抛光面都有一对抛光爪，平时是撑开的，工作时两个抛光爪将工件 “ 抱 ” 住 ,砂带从两个抛光爪内穿过，再与工件表面接触，工件每旋转 10 一周，砂带两次抛削工件表面，工作效率是“靠模顶抛 ” 结构的两倍。 “ 抱抛 ” 结构在工作时，两个抛光爪作用在工件上的力大小相等、方向相反，不但使凸轮升、回程表面的抛光质量均匀一致而且使机床主轴和尾架不受径向力 ,从而提高了机床的使用寿 命。 “ 抱抛 ” 式抛光头没有靠模和连杆，结构尺寸小，重量轻，动量惯性小，每个抛光头都配有一个砂带卡盘，更换砂带方便。 由上面的分析很明显地知道应该采用“抱抛”式抛光结构。同时考虑到现有的生产条件及各方面的实际情况和机床设计的“三化”，即系列化、通用化、标准化的原则，决定在抱抛结构的控制系统改用液压恒压系统来取代 时为降低运行成本，提高砂带的利用率，采用闭式砂带装置取代开式砂带装置（如图 示），这样一来，在实现同等控制效果的基础上，既能简化机床又降低机床的制造成本、运行成本和维护成本等，具有较强的 现实可行性。 主动轮 恒压系统中的液压缸 张紧轮 抛光头 铰链传动机构 辅助轮 砂带 加工工件 图 改造的“抱抛”结构示意图 11 3 抛光装置设计 带的选择 砂带是一种环行带状的涂附磨具，分为无接头砂带和有接头砂带两种，无接头砂带基材受制造工艺等限制、生产率低等原因，逐渐被淘汰，而被有接头砂带所取代。目前，国内外的砂带标准中砂带实际上就是指有接头砂带。 砂带抛光是一种新型抛光工艺，经过 30多年来的发展，现已成为一项较完整的且自成体系的加工技术，砂带为涂附磨具的第二代产品，砂带抛光是在一定的设备上进行连续加工的一种高效抛光，且适应范围广泛。 带的分类 砂带的种类很多，按砂带形状分，有卷状和环状砂带；按基材分，有布砂带、纸砂带及复合砂带；按黏结剂分有动物胶、半树脂与全树脂砂带；按砂带工作面分，有密植型、稀疏型和超涂层砂带。各种砂带的特性见表 砂带种类及特性 砂带种类 基材 抗拉强度 600布砂 带 H 32 20 15 砂带 C E 24 接头砂带 E 8 复合基砂带 复合基 32 接头复合基砂带 复合基 13 初步可选用 12 带粒度的选择 砂带粒度的选择，主要根据加工条件与工件表面粗糙度要求而定，其适应范围和可达到 的表面粗糙度见表 砂带粒度适用范围及可达到的表面粗糙度 粒度 适用加工范围 可达到的表面粗糙度Ra(磨铸铁、焊接件及打毛刺等 圆、外圆、平面、曲面的粗磨 32 圆、外圆、平面、曲面的半粗磨及精磨 150 磨、成形磨 280磨、超精磨及镜面加工等 下 凸轮轴抛光的表面粗糙度要求是 此根据上表可选用粒度为 。 带黏结剂的选择 砂带黏结剂的品种、性能及适用范围可查薄宵主编的磨工实用技术手册表 树脂（ R/G）底胶为动物胶有较好的弹性、耐磨性及耐热性，不耐水而耐潮湿，黏结性能比动物胶好，制造方便，成本较低，一般用于干磨，适于干磨或油磨，中负荷磨削以及成形表面的加工。此类黏结剂已广泛使用于砂带磨削，黏结性能比动物胶好，因此，可选用全树脂黏结剂。 带基材的选择 砂带基材的选择主要根据使用要求而定，加工负荷大，转速高，则要求基体有较高的强度和较小的延伸率，一般选用棉麻织物或尼龙 、聚脂（涤纶）纤维织物的基材。普通砂带多根据布的面密度和不同粒度选用不同重量级的纺织品和纸料。 砂带选用纸基材比布基材平整光滑，但承载负荷低，采用组合基材则集中了两者的优点，适于重负荷磨削。组合基材有两种形式：一是在两层纸中增加了一层网络布；另一种是在纸基上增加一层布料。 根据抛光要求可知，本次加工金属切除量低，加工负荷小，但转速要求高，工件表面粗糙度要求高。因此要选用组合基材。 带的规格尺寸选择 根据被加工件的尺寸选用 30的砂带，根据砂带宽度与长度组合尺寸（下表）， 13 可选用 2500 砂带长度。 表 砂带与长度组合尺寸 B/l 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 25 30 40 查薄宵主编的磨工实用技术手册表 带宽度及长度的极限偏差为 30 12500 5 带接头的选择 砂带接头部位要求可靠、不易剥落、要柔软及具有较好的耐油、耐湿性能。常见接头方法有：搭接法、对接法、 S 形对接法和嵌套接法。其中塔接法与对接法应用广泛，其特点是接缝与 有侧边之夹角为 45 85。 S 形对接法其接头形状呈 S 形，接头强度高，一般不易断裂，接头处柔软，故砂带寿命较长。选用 S 形对接法接头砂带。 带的养护与使用 砂带存放期一般为 1 年，无论是纸基砂带还是布基砂带都应在适宜的条件下存放，理想的存放条件为相对湿度 55% 65%。温度 20 25 C 。且拆离原包装后应存放 24h 再使用。若存放不当，纸基砂带就会吸收数量不等的水分，使砂带向一面卷翘，这种砂带安装时会出现种种铺放上的问题，受潮的纸基砂带还容易 断裂，操作人员难以装卸。另外，可将砂带存放在砂光机附近，使砂带适应砂光机周围的环境。 在砂带的使用过程中为了减少磨屑嵌塞，延长砂带的使用寿命，应注意以下几点： 1) 在抛光过程中会产生热量，这是产生砂带磨屑的原因之一，因此应避免抛光热工件； 2) 避免砂带的过载工作（一次砂削量过大）； 3) 避免抛光粉尘的再次磨砂。实验表明，砂光粉尘未能充分排除是促使砂带磨屑嵌塞的原因之一。此次所设计的抛光机虽然配备了吸尘能力大的除尘装置，但仍需时常检查除尘情况。 带抛光主要部件的结构设计 磨头主要由电机、接触轮 （或支撑轮）、主动轮、张紧轮、张紧机构、调偏机构及固定支座等组成。根据需要还增设了导轮和辅轮。 砂带磨头的传动类似于带传动，依靠张紧砂带并主动轮传递动力。为保证正常工作，还增加了一些辅助装置 。 14 头尺寸与参数的计算 磨头尺寸与参数的计算与机械皮带传动基本相同。同时要注意以下几个问题： 1) 从动轮实际转速为公式 ( 2n=2D/1D 1n )1( (式中 相对滑动系数，布砂带取 = 2) 接触轮轴上的受力 F=2b 2（ N） 式中 b 砂带初拉应力 A 砂带横截面积（ 2。 触轮的基本结构及尺寸参数 接触轮的基本结构见图 接触轮的基本结构 其外缘开有齿形槽，基本尺寸按下列比例选取： 1： 按表 表 抛光用接触轮外缘尺寸 （ 轮径 D 50 50 120 120 200 4 6 齿宽28 10 12 15 20 槽深 h 1 1 2 2 3 接触轮凸缘高度1值可按1 算，也可由表 得。 15 式中 B 接触轮宽（与砂带同宽） 表 1与2数值 （ 轮宽 B 60 60 100 100 150 150 250 250 400 11 2 4 根据设计请情况查上表可得接触轮基本尺寸值： D 50 1d 10B 30b 6b 2h 接触轮外缘表面有平坦形和齿形两种。齿形有锯齿形和矩尺形，并有斜齿及 X 锯齿形槽之分，也可使用金属槽轮填充橡胶。齿形接触轮切削能力很大，但工件上会留有震纹，噪声大，使得工件表面粗糙度增大，而且凸轮轴的抛光不需要太大的切削量，故选用平坦形外缘接触轮。 接触轮轮毂的材料可选用铝合金，因为此次抛光属于轻负荷磨削，选用轻金属就能满足工作要求，而用于重 负荷磨削时，应选用一些性能好的材料作轮毂，比如 45 钢或 40等。 接触轮的外缘硬度是接触轮的重要参数之一。根据实验，接触轮外缘硬度越高，切削时有效深度也越深，金属切除率增多，但加工表面粗糙度也高；反之，外缘硬度低，有效切削深度也低，金属切除率降低，但表面粗糙读 降低。因此，根据实际情况应选取外缘硬度较低的接触轮，取外缘硬度为 紧轮和主动轮 张紧轮和主动轮的外缘也应敷有硫化橡胶，以增大与砂带之间的摩擦力，同时需在轮缘上沿回转方向开平行环形沟槽。两轮缘凸高2比1略高，按2（ B 计算。也可在表 查得。 两轮轮毂上一般需制作
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