毕业设计（论文）-砂带磨削机设计.doc

长沙学院 CHANGSHA UNIVERSITY本科生毕业设计 设 计 题 目 ： 砂带磨削机设计 学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 副教授 长沙学院教务处 二一七年三月制（2017届）本科生毕业设计说明书 砂带磨削机设计学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 6 学号 指导教师姓名：最终评定成绩 2017 年 5 月 长沙学院毕业设计 摘 要随着机械制造业的发展和新型材料的投入使用，磨削技术也随之水涨船高，素有“弹性磨削”之称的砂带磨削技术的应用范围也越来越广泛。砂带磨削具有表面质量高、磨削性能强、效率高、适用范围广的特点，能加工一些砂轮所不能加工的材料，磨削优势更为明显。本课题针对砂带平面磨削设计。采用导柱导向的方式，用螺杆进行传动。根据箱体类零件的上卸料、定位、移动和进给确定该设备的总体设计方案。箱体类零件在上料完成、经过固定后，由定位装置将其运送到指定位置，在工作台和进给运动的配合下，完成整个磨削过程。其创新点在于其独特的上卸料装置，并将磨削平面的运动分摊给了工作台和主轴。这种运动的配合可以优化各自的运动、增大加工面积，最大可加工到长400mm、宽350mm的平面，提高了加工效率。关键词：砂带磨削技术，平面磨削，线扫描式全套图纸加扣3012250582 IIABSTRACTWith the development of mechanical manufacturing and new materials, grinding technology is a rising tide lifts all boats, known as the elastic grinding, said the application range of the abrasive belt grinding technology is becoming more and more widely.Abrasive belt grinding with high surface quality, strong grinding performance, high efficiency, wide applicable scope, the characteristics of can work some materials cannot be processed by grinding wheel, grinding advantage is more obvious.This topic in view of the abrasive belt plane grinding process design.With the method of guide pin guide, with a screw transmission. According to body parts on the unloading, positioning, mobile, and to determine the overall design of the device.Box body parts on the finish, after fixed by positioning device will be transported to the specified location, its, in conjunction with the workbench and feed movement to complete the whole grinding process.Its innovation lies in its unique discharging device, and the grinding planes movement to the workbench and spindle.This movement can optimize their motions, increase the processing area, maximum processing to 400 mm, 350 mm wide, flat, improves the machining efficiency.Keywords:Abrasive belt grinding technology，Plane grinding，Line scanningIII目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论51.1课题研究背景51.2国内外砂带磨削设备的发展状况51.2.1国外砂带磨削设备的发展状况51.2.2国内砂带磨削设备的发展状况61.3砂带磨削设备的发展趋势6第2章 机构方案设计82.1设计要求分析与技术要求82.2磨削方案的设计与选择82.3其他辅助系统112.4总体方案12第3章 机床的结构与设计133.1 机床的总体布局133.2 驱动装置的设计143.2.1主轴的驱动装置设计143.2.2辅助驱动装置设计143.3 磨削装置的设计153.3.1主动轮的结构设计163.3.2接触轮的结构设计173.3.3张紧轮的结构设计183.3.4支承板的结构设计183.4 导向装置的设计193.4.1导向装置的布局193.4.2导柱结构的设计203.5 定位装置的设计213.5.1定位装置的布局213.5.2定位丝杆的设计213.6 基座的设计223.7 工作台移动装置的设计243.7.1工作台移动机构的选择243.7.2进给丝杆机构的设计243.8 基座移动装置的设计253.8.1基座移动机构的选择253.8.2移动丝杆机构的选择25第4章 传动装置机构设计274.1带传动的设计274.1.1 V带的设计计算274.1.2 带轮的结构设计304.2主轴的设计314.2.1 主轴的校核334.3 从动轴的设计354.3.1 从动轴的校核364.4 张紧轮轴结构的设计364.5 联轴器的选择与校核374.5.1 联轴器的选择374.5.2 联轴器的校核37第5章 机体结构设计395.1机体结构设计的原则395.2导轨结构的设计395.3工作台结构的设计40结论41参考文献42附录43致谢44第1章 绪论1.1课题研究背景砂带是由带基上黏结的细微砂粒构成的，砂带磨削是利用砂带来进行的磨削。工件与砂带接触并施加一定压力，砂带与之作相对运动，从而实现磨削或抛光。在砂带磨削技术被普遍应用之前，绝大多数的磨削工作是由砂轮完成的。砂轮转动的时候，会产生转动惯量，砂轮转速越快，所产生的转动惯量也就越大，当转动惯量达到砂轮所能承受的最大限度时，砂轮就可能会碎裂。高速飞转的砂轮一旦飞裂，其产生的碎块携带了巨大的能量，就像一颗颗出膛的子弹，无论是对人体还是旁边的其他设备，都有很大威胁。所以一般磨削的砂轮圆周速度在3035m/s，砂轮的宽度在几十到几百毫米之间，单位材料去除率还不足10mm3/（mm.s），与普通的车削、铣削相差太远。所以，如何提高磨削加工效率一直是人们坚持不懈的追求目标。素有“弹性磨削”之称的砂带磨削具有磨削表面质量好、磨削性能强、磨削效率高、加工经济性好、适用范围广泛的特点。从一般家庭生活到工业生产和各个领域都有使用，例如航空航天工业、钢铁工业、机械加工、铸造业、造船业、交通运输业、金属加工、石材、木器、纤维、塑料和器械等。现如今，砂带磨削已经成功地应用到照相机、录像机、录音机和复印机等精密的零部件加工中去，并且成为国际上许多名牌机床公司的一个竞争领域。砂带磨削在应用上具有以下特点。（1） 几乎可以加工所有的工程材料。尤其是对不锈钢、镍合金和钛合金更能显现出优势。（2） 砂带宽度达4.9m的磨床已经投入使用，而目前砂轮的最大宽度只有1000mm。（3） 可以连续磨抛加工金属带材和线材。（4） 可以磨抛径长比很大的内外圆面。1.2国内外砂带磨削设备的发展状况1.2.1国外砂带磨削设备的发展状况在过去的几十年的里，国外的砂带磨削进入到了一个新阶段，一个现代化发展的新阶段。砂带磨削大约取代了三分之一的磨削加工。砂带磨床的数量几乎与砂轮磨床持平。其产值比德国为45:55，日本的是25:75，美国的为49:51。在二十世纪末期，日本研制出电泳吸附超微磨粒砂带，加工精度达到了十几个纳米。砂带的寿命较长，可达到（812）h1。在世界上各个国家，都争相采用砂带磨削技术。于是就涌现出大量的砂带磨床。砂带磨削已经到了高效、强力、自动化的阶段。尤其是德国和英国，小到日用品，大到航空航天领域内难加工的材料，为表面完整性和高效抗疲劳的磨削方法提供了研究方向2。在美国有55家公司生产砂带磨削机床供应向工业界。英、德、日等国家有数十家企业集团也在很积极地生产和制造砂带磨削机设备。目前，在全世界内，工业发达的一些国家在每一年生产接近40万台各类型的砂带磨削机设备，和接近9500万平方米各种规格的砂带提供给工业界。在美国，使用砂带的场合有600多种3。从一般家庭生活起居用品到工业化生产等很多领域内都会用到砂带磨削设备。原苏联就一直致力于数控磨床方面的研究，原西德的大平面磨床已采用了数字显示的装置。德国研制出了六轴五联动的数控砂带磨床，瑞典和德国把关节式机器人应用于抛光机，美国已生产出了能用于FMS生产线的砂带磨床4。1.2.2国内砂带磨削设备的发展状况我国对砂带磨削技术的应用从50年代开始，以沈阳矿山机器厂为代表的厂家研究了砂带磨削原理以及砂带磨削工艺，取得成果，为我国在此方面的应用做出了卓越的贡献。随着研究不断进步，国内已经有了砂带磨削设备的制造厂家，如新乡机床厂。国内也有研究砂带磨削的单位，如重庆大学，华中理工大学等。另外，中国第二砂轮厂和浙江海门砂布厂则是我国主要的涂附磨具制造厂。中国第二砂轮厂引进前西德的砂带生产线，推动砂带磨削技术在国内进入到一个新阶段。不仅如此，就连普通的砂轮磨床也可以有针对性地改造成砂带磨床5。砂带磨削不仅能加工平面和简单的曲面，随着技术的发展与进步，砂带磨削逐渐可以加工到叶片的型面和对曲轴进行精加工6。砂带打磨机是复合材料冷轧生产线上的关键设备之一，主要用于复合材料类冷轧前带材表面粗糙度的处理7。东北工学院通过实验研究对金属材料表面用砂带进行磨削时砂带修磨压力对线材修磨时金属的去除率和磨削比的影响。重庆大学三十年来完成了“高精度平面砂带磨削工艺”、“摆线砂带磨齿工艺”等项目的研究，并率先成立了海达砂带磨床公司，随后又对电解砂带复合磨削的新工艺进行研究和效果论证8。1.3砂带磨削设备的发展趋势目前，国产的砂带寿命比较短，一般只有几个小时，在使用过一段时间后就不能继续使用了，如何提高砂带的使用寿命是一个值得研究的问题。采用细粒度的金刚石砂带还有合理的磨削工艺以及适当的工艺参数能减少磨削裂纹的产生和降低工件的表面粗糙度9。从磨料的品种上来看，国内使用最多的是碳化硅和氧化铝这两类的磨料，而德国已开发出空心球复合磨粒，日本拥有软木砂带磨粒和多层涂附磨粒技术，而国内金刚石磨料和陶瓷氧化铝磨料还有待开发。国内砂带磨削的精度比国外的低，关于如何提高砂带磨削加工精度也是一个值得考虑的问题。砂带磨削应用越来越广泛，形式也越来越多样化。砂带磨床主要朝向两个方向发展，一方面是向小型化发展，另一方面是朝向强力、高效、大功率宽砂带机床的方向发展10。国外已经将砂带磨削用于强力磨削，实现了砂带磨削大切除量以及高去除率的磨削。第2章 机构方案设计2.1设计要求分析与技术要求根据设计任务书，本课题主要设计的任务是设计一台砂带磨削机，用于箱体类零件平面的快速磨削，具体要求如下：（1） 采用接触轮式线扫描方式磨削平面。（2） 加工材料包括各种黑色金属、有色金属以及非金属材料。（3） 砂带线速度20m/s左右。（4） 机器要操作简单、使用维修方便。技术要求如下：（1） 采用接触轮式线扫描，加工平面尺寸小于400mm350mm。（2） 主要加工参数：砂带线速度20m/s左右；最大磨削量0.4mm。（3） 加工后零件的主要参数：零件精度0.01mm；零件表面粗糙度Ra0.8um。（4） 设备体积小于1200mm1000mm1500mm。2.2磨削方案的设计与选择根据所加工工件种类的不同，砂带磨削可分为无心外圆磨削、定心外圆磨削、内圆磨削和平面磨削几类不同的形式。砂带定心外圆磨削有两种接触轮式，砂带平面磨削也有两种磨削形式，分别如下各图所示。图2.1 砂带无心外圆磨削（导轮式）图2.2 砂带定心外圆磨削（接触轮式）图2.3 砂带定心外圆磨削（接触轮式）图2.4 砂带内圆磨削（回转式）图2.5 砂带平面磨削（支承板式） 图2.6 砂带平面磨削（支承轮式）根据毕业设计课题任务书要求，最终采用接触轮式线扫描磨削平面。而接触轮式线扫描平面磨削又可以细分为工作台移动，砂带主动轮和接触轮不移动方式、工作台不移动，砂带主动轮和接触轮移动方式、工作台移动，砂带主动轮和接触轮也移动的方式。（1）工作台移动，砂带主动轮和接触轮不移动。图2.7 工作台移动方案采取工作台水平方向和竖直方向移动、砂带主动轮和接触轮不移动的方案，方案中工作台较重，移动起来响应不够迅速且惯量比较大。（2）工作台不移动，砂带主动轮和接触轮移动。图2.8 砂带接触轮移动方案采取工作台不移动，砂带主动轮和从动轮可以水平和竖直方向移动的方案，对于实现主动轮和接触轮两个方向移动的机构来说，结构较为复杂。（3）工作台移动，砂带主动轮和接触轮也移动。图2.9 工作台、主动轮和接触轮均移动方案采取工作台、砂带主动轮和接触轮均移动的方案，使工作台水平方向移动，加工时起到进给的作用。砂带主动轮和接触轮竖直方向移动，起到辅助运动的作用。这种方案在加工时，可以将进给运动和辅助运动分别分摊到工作台和砂带接触轮上，使两个运动的部分移动起来都比较方便。第一种方案中，砂带主动轮和接触轮不移动，只让工作台移动，若要加工平面，工作台比较重，移动起来比较吃力、不方便，响应不够迅速且惯量比较大，对导轨的损坏也大；第二种方案中工作台不移动，若工件加工面较小时，只依靠机床机体部分完成定位和进给运动，结构上就比较复杂，显然方案也不够完善；第三种方案中，使工作台移动，提供进给运动，砂带主动轮和接触轮的移动起到辅助运动的效果，这样就可以把进给运动和辅助运动分别摊分到工作台和砂带接触轮上，使方案更加趋向优化，故采用第三种方案。2.3其他辅助系统（1）定位与升降系统砂带磨削机的升降行程在本次设计中被定为400mm，具体的升降行程的距离要根据被磨削的零件的大小确定。磨削机构的升降由丝杆的旋转提供，并由两根导柱起到导向作用。在上升和下降的过程中，要严格保证其在竖直方向上的精度，这一要求由丝杆的精度和导柱的精度保证。（2）除尘系统砂带在磨削过程中难免会产生大量对人身体有害的粉尘，在磨削金属材料的时候相对不明显，因为金属的密度一般比较大，在被从母体上磨削下来后会受到较大的重力作用，从而向下运动。而非金属的密度相对较小，粉尘会长时间漂浮在空中，危害了人体又污染了空气。所以在磨削的过程中要有吸尘或吹尘的装置。吸尘装置要根据机床的磨削深度和磨削功率而定，选用适当的吸尘装置并配备储尘装置，保证吸尘装置吸口处的真空度，以保证能有效的吸尘。（3）清洁系统砂带在磨削过程中，会有尘屑粘附在砂带上，影响磨削效果，所以要及时清除。这样不仅可以提高磨削效率和表面磨削质量，还可以延长砂带的使用寿命。可以用压缩空气清理砂带表面粘附的尘屑，压缩空气还可以起到一定程度的冷却作用，并且压缩空气使用广泛，价格较低。（4）进给系统本砂带磨削机采用丝杆作为磨削进给机构。丝杆固定在工作台上，与丝杆配对使用的则安装在机床基座上。利用丝杆的转动带动工作台移动，从而带动工作台上的工件移动，实现进给移动。2.4 总体方案本设计采用接触轮式线扫描磨削平面，机身工作台部分留有上、卸料的空间。一次完整的磨削过程路线如下：（1） 在上料完成并将工件固定以后，由磨削装置快速移动、实现快速定位。（2） 磨削装置开始工作，砂带迅速转动，由丝杆的旋转带动磨削装置上下移动，实现进给运动。（3） 工作台带动工件移动，与磨削装置形成相对运动。（4） 若工件被磨削的平面较大，在磨削装置完成一个磨削宽度以后，由磨削装置移动，与工件相对移动一个加工宽度，进行下一个宽度的磨削。（5） 磨削完成后，将磨削装置移开，把磨削完成的工件从工作台拆卸下来。第3章 机床的结构与设计3.1 机床的总体布局本砂带磨床由工作台及其移动装置、上卸料装置、双导柱导向装置、磨削装置、进给装置构成。总体布局如图3.1所示。1. 工作台及其移动装置 2.磨削装置 3.主动力装置 4.双导柱导向装置 5.定位装置 6.上、卸料移动装置图 3.1 磨削机简图如图3.1所示：此图是砂带磨削机的结构简图，其中1是工作台及其移动装置，由丝杆、与丝杆配对使用的内螺纹和工作台共同构成，丝杆固定在工作台上，内螺纹安装在机体上，丝杆在转动时，会与内螺纹形成相互的运动，从而使工作台移动；2是磨削装置，有主动轮、接触轮以及砂带所构成，砂带在主动轮的作用下带动接触轮，接触轮与工件柔性接触，形成相对的运动，从而使砂带能磨削工件表面； 3是主动力装置，用来给主动轮提供扭矩和转速；4是双导柱导向装置，5是定位装置，在丝杆转动用来定位时，4起到导向的作用。6是上、卸料移动装置，在上卸料之前，将磨削机整体往后移动，为上卸料提供必要的空间，也保护了磨削装置在上卸料时不被损坏。3.2 驱动装置的设计3.2.1 主轴的驱动装置设计（1）选择驱动类型想要让机械运动起来，原动机是必不可少的。第一类原动机如蒸汽机、柴油机汽油机和第二类原动机如电动机、液压马达等都能为机械提供动力。平常最常用的驱动装置是电动机。根据电动机的工作原理，我们将电动机又分为交流电动机、直流电动机两种。而交流电动机又有同步和异步之分。而由于直流电动机使用要求过高，需要直流电源而且价格较高，一般很少使用11。（2）选择电机的容量电动机容量（功率）的选择是不是合适将直接影响到电机的工作和经济性。功率过大会使电动机的价格过高，但又不能充分将容量利用起来，造成很大浪费，变得不合理。根据本课题的要求，选用电动机的功率为2.2KW。（3）电动机转速的确定 额定功率相同的异步电动机的同步转速有750、1000、1500和3000（r/min）等几种不同的转速。随着电机转速的增大，其尺寸和重量越小，价格也就越低。一般情况下，很少选用750r/min的，而用同步转速为1500和1000r/min的电动机的情况较多。但结合课题的设计要求，要求主轴转速要高，于是在本次设计中选择的电动机同步转速为3000r/min，同时也一定程度降低了成本。综上所述，选取的电动机的参数为：Y系列三相异步交流电，功率为2.2KW，同步转速为3000r/min。由此确定选用电动机的型号为Y90L-2。3.2.2辅助驱动装置设计这里说的辅助装置，也就是丝杆定位装置。由于本次课题设计对加工的精度要求很高，所以在定位和进给上也要很高的精度才能保证较高的加工精度。（1）选择驱动类型机器运动中的动力来源是原动机，其种类很多。总的可以把原动机分为两大类：第一类是直接把自然界中的能量转变成所需要的机械能，如水轮机、柴油机、蒸汽机、汽油机等；第二类原动机主要是指把电能转变成所需机械能的装置，如电动机、气压马达、液压马达和内燃机等。由于该设备属于小型机器，显而第一类的原动机不如第二类原动机合适。在第二类原动机中，电动机使用广泛，在本次设计中最为适合。但一般的电动机转动时难以精确控制转动的角度，所以在这里选择步进电动机。其特点为工作状态稳定，而且不容易受到外界干扰的影响；控制性能好，由停止到再启动时不易“丢步”。因此步进电机广泛用于开环控制的机电一体化系统12。 （2）选择步距角步进电动机的型号不同，其步距角也不同。一般的步距角有3.6、3、1.8、1.5、0.9、0.75、0.6、0.36、0.2、0.1等多种可以选择。考虑到精度的关系，在这里选用的步距角是0.09。（3）最大静转矩的选择丝杆在第一次定位完成到第二次定位开始的过程中，都是由静止的状态开始，所以对步进电动机的静转矩有一定的要求。所选步进电动机的最大静转矩过小，电机不会转动；若所选最大静转矩过大就造成不必要的浪费，也增加了步进电动机的成本。综合考虑，选择的最大静转矩为10.0 N/m。综上所述，结合课题实际要求，选择的原动机为：步进电动机，步距角为0.09，最大静转矩为10.0 N/m，从而确定选用的步进电动机的型号为90BYG5200D。3.3 磨削装置的设计磨削装置如下图所示（未安装皮带和砂带），此装置由主动轮、接触轮、张紧轮、主动轴、从动轴、轴承、轴承座、皮带轮和电动机组成。主动轮和接触轮安装在同一竖直平面内，张紧轮在旁边，起到张紧砂带的作用，为了更清楚的表达整个结构，图中未画出张紧轮。1. 接触轮 2.电动机 3.主动轮 4.轴承座 5.主轴 6.带轮 7.从动轴图3.2 磨削装置pro/e图电动机转动，动力由带轮经过带传动传递到主动轴，主轴在一对轴承的支承和辅助转动、通过键使主轴与主动轮连接，从而将动力传递到主动轮。主动轮带动砂带通过接触轮使砂带和工件柔性接触，在一定压力下与工件相对运动，达到磨削工件的目的。在此，为了使主动轮和接触轮减轻重量，将二者都采用中空的形式，为了增大砂带与接触轮的摩擦力，把接触轮的表面设计成沟条状，并把接触轮的外圆表面精磨处理，目的是提高加工精度。3.3.1 主动轮的结构设计电动机通过主轴传动带动主动轮快速运转，由于物体在旋转过程中具有转动惯量，并且转动惯量和旋转物体的质量、大小成正比例关系。所以在设计主动轮的时候，在条件允许下，要尽量减轻主动轮的质量，并且要适当的减小主动轮的直径，从而直接地减小主动轮在旋转过程中产生的转动惯量。由于简化了主动轮的结构，材料本身的强度、硬度、稳定性都会受到一定程度的影响。为了保证主动轮的强度、硬度等各项指标能达到要求，就需要对材料进行特殊加工，比如说热处理、渗碳处理、渗氮处理等，以增加材料的使用性能。或者，使用本身材料性就更好、质量更高的材料。但由于材料的强度高、硬度大，综合性能比较好，那这些材料在成本上也会相应的增加。所以，既要考虑到材料质量，又要考虑材料的价格。最好能做到在达到使用指标的同时又能尽可能减少成本。另外，为了增大砂带在磨削时的转动能力，将主动轮的外圆表面设计成间接的沟槽状，更利于砂带的转动。图3.3 主动轮的结构3.3.2 接触轮的结构设计接触轮通过砂带与被加工工件间接接触，所以接触轮的外圆表面的粗糙度和公差都与加工精度有间接的影响。砂带磨削的一个主要的特点就是砂带与工件是柔性接触，砂带在受到工件的阻力后会有一个微小的变形，这就需要接触轮的表面硬度和粗糙度要有较高的要求。故而在此将接触轮的外圆表面粗糙度定为Ra0.8并且接触轮的外圆有一个圆柱度的要求，用于保证加工精度。由于所要求的加工精度比较高，那么接触轮的结构设计也显得比较重要。主轴通过带传动带动接触轮转动，接触轮在快速旋转过程中同样具有转动惯量，并且转动惯量和接触轮的质量、大小成正比例关系。所以在设计接触轮的时候，同样要减轻其质量。本次设计设定砂带磨削平面的方式是线扫描式，所以接触轮的外圆直径不需要很大。图3.4.接触轮的结构3.3.3 张紧轮的结构设计张紧轮主要起到张紧砂带、让砂带有更强的转动能力的装置，并不影响磨削加工的精度，所以张紧轮在结构上和设计要求上不像接触轮那么高。由于不是重要零件，在制作材料上的要求也不高，只要强度和耐磨性能上能符合要求就行了。在达到这些要求的基础上，为张紧轮增加一项导向的作用，限制砂带在磨削时只能在限定的范围内移动，要实现这项功能，需要在张紧轮上增加一个宽槽。结构如下图所示： 图3.5 张紧轮的结构3.3.4 支承板的结构设计支承板的作用是用来安装和固定磨削装置的接触轮，支承板的移动带动磨削装置移动。支承板的左右两边各有一个与导柱配合的孔，为了让支承板能起到定位的作用，特地将与导柱配合的内孔设计的比较深，使其在导柱的作用下移动时，起到高精度的导向作用。支承板上另有一螺纹孔，用来与定位丝杆配合，此螺纹在此作为传动螺纹。传动螺纹的形式有两种，第一种是梯形螺纹；第二种是锯齿形螺纹。两者虽然都能实现传动，但锯齿形螺纹在传动的时候，螺纹之间有一定的间隙。本设计要求的定位精度高，所以将传动螺纹设计成梯形螺纹，螺距为3mm 。当定位丝杆转动时，支承板会与丝杆形成相对运动，从而带动磨削装置在竖直方向上移动。支承板的具体结构如图3.6所示(a)(b)图3.6 支承板的结构3.4 导向装置的设计3.4.1 导向装置的布局砂带磨削机在竖直方向上运动时，由丝杆的旋转来实现。但是丝杆只能带动磨削装置上下移动但不能起到导向的作用。为了提高磨削机的运动精度和加工精度，在此特地设置两根精度较高的导柱，两根导柱采取并排布局的形式，在磨削装置移动时能起到精度很高的导向作用，间接地保证了加工的精度。导柱的布局形式如图3.7所示：1.丝杆 2.承载板 3.导柱 4.底座图3.7 导向装置pro/e图上图中，左右两边是两根精度较高的导柱，用来保证高精度的导向。中间的是丝杆，用来带动磨削装置在竖直方向的移动。承载板的作用用来承载磨削装置，下方的是底座，用来固定导柱和安装丝杆的。3.4.2导柱结构的设计第一段用于与机座安装时定位使用，起到定位作用的是端面和外圆表面，为了将导柱与机座连接，在导柱内部长度为70mm的光孔里面设计了一个M36的内螺纹孔，本段长度设计为100mm 。第二段是导柱的工作圆柱面，将该段直径设计为50mm ，由于本段是重要的工作段，需要与承载板配合，所以无论是在表面粗糙度上还是圆跳动上都要有较高的精度要求。本段的长度为总长度减去两端有精度要求的长度。第三段起到与上板固定的作用，设计长度为30mm。本段不但要定位，还要与顶板配合。所以在轴肩处开一个工艺槽，用于加工轴肩处的端面；并将该段的外圆表面粗糙度定为Ra0.8 。 第四段为连接段。在此处设计了一个长50mm、M36的外螺纹，用于导柱与上板之间的固定。设计中，整个导柱的总长度为1000mm ,结构如下图3.8 所示图3.8 导柱结构3.5 定位装置的设计3.5.1定位装置的布局砂带磨削机的升降行程在本次设计中被定为400mm，具体的升降行程的距离要根据被磨削的零件的大小确定。磨削机构的升降由丝杆的旋转提供，并由两根导柱起到导向作用。在上升和下降的过程中，要严格保证其在竖直方向上的精度，这一要求由丝杆的精度和导柱的精度保证。原理与图示如图3.7导向装置pro/e图所示，中间的是丝杆，用来带动磨削装置在竖直方向的移动。3.5.2定位丝杆的设计第一段是扭矩的传入段，用于与电动机连接，轴径设计为18mm ，长度为25mm ,并且本段上开有一个国标代号为GB/T 1096 5514的键槽。第二段仅作为过渡轴肩，不用安装任何连接机构，所以在轴径上不作精度要求，因此设定轴径为18mm 。第三段用于安装推力轴承，轴承代号为GB/T 301-1995 51204 。所以设定轴径为20mm ，长度设定为18mm 。第四段不用安装任何连接机构，仅作为轴承的轴肩，所以在轴径上不作精度要求，因此设定轴径为25mm 。第五段是丝杆的工作段。本段作为丝杆的承载段，要承载整个磨削装置的重量并且将其传动。传动螺纹的形式有两种，第一种是梯形螺纹；第二种是锯齿形螺纹。两者虽然都能实现传动，但锯齿形螺纹在传动的时候，螺纹之间有一定的间隙。本设计要求的定位精度高，所以将传动螺纹设计成梯形螺纹，螺距设计为3mm，使其具有传动能力的同时具有更高的传动精度，以便于既能承载重量又能达到精度要求。本段在长度上没有精度要求，所以本段的长度为总长度减去两端有精度要求的长度。第六段与第二段作用相同，不用安装任何连接机构，仅作为轴承的轴肩，所以在轴径上不作精度要求，因此设定轴径为25mm 。第七段作用与第三段相同，设定轴径为20mm ，用于安装推力轴承，轴承代号为GB/T 301-1995 51204 。设计中，将整个丝杆的总长度设计为960mm 。由此，可确定定位丝杆的总体结构，其具体结构图如下图3.9所示 (a)(b)图3.9 定位丝杆的结构3.6 基座的设计该基座像是一座桥梁，把基座的上下两部分连接起来。基座之上用于安装导柱和定位丝杆；基座本身又与机体通过导轨进行配合。基座在导轨上的移动能带动导柱、定位丝杆和整个磨削装置移动，是一个非常重要的部分。为了让基座能起到定位和防倾覆的作用，特地将安放导柱的内孔设计的比较深，同时又为了能减轻基座的重量，采用将内孔向上突出的形式。基座的下部分是两道导轨，一边导轨呈V形，具有良好的导向能力，能起到较好的导向作用；另一边是平面形的导轨，不具有导向能力，但有较高的承载能力。在本设计中将两者结合，使基座在移动时既有较高的导向能力又有较好的承载能力。此外，在基座上面和两端面还需要安装轴承座，所以还开有螺纹孔。螺纹孔的具体位置见图所示。基座的具体结构如下图3.10所示（a）（b）图3.10 基座的结构3.7 工作台移动装置的设计3.7.1工作台移动机构的选择一般的传动机构有：普通平带传动机构、普通V带传动机构、摩擦轮传动机构、链传动机构、普通齿轮传动机构、蜗杆涡轮传动机构、行星齿轮的传动机构、齿轮齿条机构、液压缸机构、丝杆与螺母机构、滑移机构等。本设计中的工作台是沿直线移动，能实现传递直线移动的常用机构有：齿轮齿条机构、液压缸机构、丝杆与螺母机构和滑移机构。齿轮齿条机构传动原理是齿轮的转动带动齿条移动，形成相互移动；液压缸是依靠液体的压力推动液压杆移动；丝杆与螺母是当丝杆转动时，两者之间有相对移动，另外，丝杆与螺母的组合也是在机床中应用很广泛的机构；滑移机构是在外力的作用下，克服摩擦力实现的移动。相比较之下，在此处采用丝杆和螺母最为合适。3.7.2进给丝杆机构的设计第一段是扭矩的输入段，轴径设计为16mm ，长度为25mm ,并且本段上开有一个国标代号为GB/T 1096 5514的键槽。第二段仅作为过渡轴肩，不用安装任何连接机构，所以在轴径上不作精度要求，因此设定轴径为18mm 。第三段用于安装滚动轴承，轴承代号为GB/T 276-1994 6304 。所以设定轴径为20mm ，长度设定为16mm ，右侧有轴肩。第四段是丝杆的工作段。本段作为丝杆的工作段，要承担起整个工作台的传动任务。传动螺纹的形式有两种，第一种是梯形螺纹；第二种是锯齿形螺纹。两者虽然都能实现传动，但锯齿形螺纹在传动的时候，螺纹之间有一定的间隙。本设计要求的定位精度高，所以将传动螺纹设计成梯形螺纹，螺距为6mm，使其具有传动能力的同时具有更高的传动精度，以便于既能承载重量又能达到精度要求。本段在长度上没有精度要求，所以本段的长度为总长度减去两端有精度要求的长度。第五段与第三段作用相同，用于安装滚动轴承，轴承代号为GB/T 276-1994 6304 。所以设定轴径为20mm ，长度设定为16mm ，左侧有轴肩。第六段作用与第二段相同，仅作为过渡轴肩，不用安装任何连接机构，所以在轴径上不作精度要求，因此设定轴径为18mm 。第七段与第一段作用相同，是扭矩的输入段，轴径设计为16mm ，长度为25mm ,并且本段上开有一个国标代号为GB/T 1096 5514的键槽。设计中，将整个丝杆的总长度设计为900mm 。其具体结构图如下图3.11所示（a）（b）图3.11 进给丝杆的结构3.8 基座移动装置的设计3.8.1基座移动机构的选择由工作台移动机构的选择中可知，对比于普通平带传动机构、普通V带传动机构、摩擦轮传动机构、链传动机构、普通齿轮传动机构、蜗杆涡轮传动机构、行星齿轮的传动机构、齿轮齿条机构、液压缸机构、丝杆与螺母机构、滑移机构等，采用丝杆和螺母最为合适。类似地，在基座移动机构中，仍然丝杆和螺母配合。3.8.2移动丝杆机构的选择第一段是扭矩的输入段，轴径设计为16mm ，长度为25mm ,并且本段上开有一个国标代号为GB/T 1096 5514的键槽。第二段仅作为过渡轴肩，不用安装任何连接机构，所以在轴径上不作精度要求，因此设定轴径为18mm 。第三段用于安装滚动轴承，轴承代号为GB/T 276-1994 6304 。所以设定轴径为20mm ，长度设定为16mm ，右侧有轴肩。第四段是丝杆的工作段。本段作为丝杆的工作段，要承担起整个工作台的传动任务。传动螺纹的形式有两种，第一种是梯形螺纹；第二种是锯齿形螺纹。两者虽然都能实现传动，但锯齿形螺纹在传动的时候，螺纹之间有一定的间隙。本设计要求的定位精度高，所以将传动螺纹设计成梯形螺纹，螺距为6mm，使其具有传动能力的同时具有更高的传动精度，以便于既能承载重量又能达到精度要求。本段在长度上没有精度要求，所以本段的长度为总长度减去两端有精度要求的长度。第五段与第三段作用相同，用于安装滚动轴承，轴承代号为GB/T 276-1994 6304 。所以设定轴径为20mm ，长度设定为16mm ，左侧有轴肩。设计中，将整个丝杆的总长度设计为445mm 。具体结构如图3.12所示：（a）（b） 图3.12 基座移动丝杆的结构第4章 传动装置机构设计4.1带传动的设计4.1.1 V带的设计计算根据本课题设计要求，砂带磨削的线速度要达到20m/s左右。而综合考虑后，所设计接触轮的直径不能太大，这就需要电机驱动之后采用带传动增速。根据之前选定的电动机型号为Y90L-2，输出功率为2.2kw ，转速为2840r/min，输出轴径24mm 。设定这一级的传动比i为1:1.3。（1） 确定计算功率Pc （4.1） 式中，KA 是工况系数，P是传递功率,即电动机的功率。由于磨削机和工件是柔性接触，工作载荷变动不大，工作时间每天10-12小时，故选择KA=1.2,传递功率为电机额定功率P= 2.2 kw , 所以Pc= 2.64 kw。（2）选择V带的带型 根据上面计算功率Pc和小带轮的转速n1由下图4.1“普通V带选型图”确定。选择带的型号为Z型。图4.1 普通V带选型图（3）确定带轮的基准直径dd带轮的基准直径d越小，传动时所占的空间也就越小，但弯曲应力会变大，带也就越容易疲劳。一般每种类型的带轮都有与之相应的最小带轮的基准直径与其对应。设计时，要保证小带轮的基准直径dd1ddmin，大带轮的基准直径dd2=dd1i。 式中的i为传动比，本设计在传动系统过程中分配给带传动的传动比为i=1:1.3 。所设计的dd1、dd2通常要按手册推荐的直径系列圆整。在本次设计中，取dd1 =100 mm,则另一带轮的基准直径为dd2=1001/1.3=77mm，按带轮的基准直径系列进行整圆，则 dd2=75 mm 。（4）验算带速v 带传动的原理是依靠带与带轮之间的摩擦来传动，因此带速不能太快，一般地，将带速控制在V530m/s的范围内。带速的计算公式为 （4.2）式中，dd1 =100mm，n1=2840r/min，代入数据计算得：v=3.140.12840/60m/s=14.863m/s因为5m/sv30m/s，故带速合适。（5） 确定V带中心距 a 和带的基准长度Ld 根据公式 （4.3） 初选a0 =250mm后，根据带传动的几何关系，按下式初算带的基准长度Ld (4.4) 则Ld0=775 mm，根据Ld0，按手册选取带的基准长度Ld=780 mm在使用中，一般需要调整V带传动的中心距，所以可采用下式近似计算 (4.5)代入数据，计算出带传动的中心距为252.5 mm，中心距的变动范围： （4.6）代入数据，计算出中心距的变动范围：240-275 。综上，在本设计中，将传动中心距圆整为 260 mm。 （6）验算小带轮上的包角1 包角是带传动工作能力的重要参数之一。包角越大，带的承载能力就高；包角越小，承载能力越小，越容易打滑。在V带传动中，小带轮上的包角1一般不小于120， a1的计算式为 （4.7）代入数据得1=174.5 （7）计算单根V带的额定功率Pr。 由dd1 =100 mm和n1=2840r/min 可查得P0=0.64KW。 据n1=2840r/min 、i=1:1.3和Z型带，查得：P0=0.03KW，K=0.99，KL=1.00。 =(0.64+0.03)0.991.00=0.66KW。 =2.2/0.66=3.3 综上所述，取4根。 （8）V