圆弧砂轮修整器.docx

1 引言为了满足生产的需要，修整砂轮,在实际生产中是常遇到的。主要是根据所加工工件几何形状以及表面精度要求等,对砂轮进行修整后再对工件进行修磨,达到保证磨切工件质量要求，所以砂轮的修整对磨削的精度起着重要的作用。传统的砂轮修整是通过砂轮修整笔进行手工修整，或者采用成型修整器(如滚轮)进行修整。但这两种方法修整后的砂轮都会产生圆弧形状误差，影响加工后工件的形状精度。影响砂轮修整精度的原因有两方面：一是修整器本身的精度；二是操作不当。如在使用砂轮修整笔手工修整砂轮时，若工人操作不当，使修整器与过砂轮中心线的水平面偏离，则在修整笔尖A处，修整笔的运动轨迹在水平面内为圆弧曲线2，而在OA平面内砂轮的截面形状却是椭圆弧1，由此造成砂轮修整的形状误差(如图1所示)。此外，由于待修整砂轮的圆弧直径不同，因此修整时需要很多不同半径的成型修整器，既增加了修整器的数量，使用起来也十分不便。因此我们设计了圆弧多功能砂轮修整器。本次设计是采用金刚笔车削法。即以金刚钻为工具用车削形式来修整砂轮的方法。对此，在下面我们提出了两种圆弧砂轮修整器的设计方案，其中第一种是有不少缺陷的，为了更好地完成对砂轮的修正应用，我提出了第二种设计方案。2 方案一：圆弧砂轮修整器的总体设计（一） 2.1 圆弧砂轮修整器的基本结构 圆弧砂轮修整器基本结构如图所示：图1 圆弧砂轮修整器结构示意图1金刚笔 2支架 3锥齿轮2 4锥齿轮15手柄 6垫片 7锁紧螺钉 8卡紧装置 9螺纹套2.2圆弧砂轮修整器的工作原理工作时将圆弧砂轮修整器安装在磨床的工作台上，调整升降机构，使修整笔的高度与砂轮的中心轴线同高，对于不同界面的形状可以通过转动手柄来实现。当需要修整的砂轮界面形状外为圆弧时，转动手柄5，2、3两齿轮啮合，通过两个锥齿轮将转动传递给修整笔1上，使修整笔绕锥齿轮2的中心轴线来回摆动。根据加工要求的不同，可以调整修整笔右端的滚花转轮来实现对砂轮内外圆弧的修整。当修整内圆弧砂轮时，使修整笔尖左移，使笔尖超出齿轮轴线一部分，修整砂轮为外圆弧时，使修整笔绕着齿轮的中心轴线右移，使笔尖向右超出轴线一部分，砂轮修整圆弧的半径取决于笔尖与该转动轴线的相对移动距离。 当磨削平面，外圆柱面时，需要修整的砂轮截面形状平直，只需要纵向移动修整笔，即可进行修整，我们把齿轮修整器安装在机床上，使它可以纵向进给，使修整笔的位置保持在上图所示位置，再进行纵向进给，就可以实现对砂轮的修整。3 圆弧砂轮修整器的各部件设计3.1 传动系统的设计传动系统的主要作用是传递转动，通过用手来控制手柄5，使修整笔在水平面内左右转动，手柄5是用过盈配合的方式安装在1号轴上，1号轴上开有键槽，当修整砂时，我们采用车削的原理，用手不断的控制手柄5，使它在砂轮的外表面不同圆弧部分进行车削。其中手柄5用紧固螺钉钉在轴上。3.2 1 轴的设计和轴承的选取1号轴的尺寸和表面精度见附图。2号轴的设计是根据它的位置和配和来设计的，轴的下端要和支架相连，所以下端做了一点加工，在两端分别铣出两个面一面用来配合支架，其中支架前端铣去两端，用图示的方法穿插在2号轴中间，让后用螺母旋紧。支架的下端，如图所示： 图4 传动轴与金刚笔支架连接示意图（2）轴承的选取：轴承选取根据轴的尺寸，和轴承受力选取代1号轴承为7006c的角接触球轴承，能够承受径向载荷和轴向载荷。2号轴承代号为7005c的角接触轴承。密封件均采用嵌入式油封。3.2 2锥齿轮的设计与计算：锥齿轮1的参数如下：名称代号计算结果齿轮1分锥角36.87齿数Z124齿顶高2.5齿跟高3分度圆直径60齿顶圆直径63.95齿跟圆直径55.26锥距50齿跟角3.4顶锥角40.27根锥角33.47顶隙c0.5齿厚15 表1 锥齿轮1的参数锥齿轮2参数如下：名称代号计算结果齿轮2分锥角53.13齿数Z232齿顶高2.5齿跟高3分度圆直径80齿顶圆直径83齿跟圆直径76.4锥距50齿跟角3.4顶锥角56.53根锥角49.73顶隙c0.5齿厚15 表2 锥齿轮2的参数两锥齿轮相互啮合如图所示： 图5 两锥齿轮相互啮合图3.2 升降机构的设计 升降机构的主要作用使调节修整笔的高低，使修整笔的轴线能与砂轮的轴线再同一条水平线上。我们的升降机构采用的是螺旋式的锁紧机构。其中螺旋柱中间开一直径位8mm的通孔，目的是在螺纹套上下调整的时候，不至于使套筒和螺旋柱之间形成密封，高度为170mm,用螺纹套以螺纹的形式和螺旋柱配合，通过旋转螺纹套，箱体能够上下移动，当箱体上升到一定的高度时，即修整笔的轴线与砂轮的轴线再同一个水平轴线上时，通过紧固螺钉，能够把箱体固定，在螺旋柱和紧固螺钉之间，有一垫片，垫片有一的弧度如下图所示： 图2 升降机构示意图1垫片 2锁紧螺钉 3卡紧装置 4螺纹套 图3 圆弧垫片的工作示意图 当紧固螺钉处于松开状态时，垫片和螺旋柱之间没有压力，所以箱体能够通过旋转螺纹套而上下移动，也可以绕着中心轴线旋转。当紧固螺钉旋紧的时候，垫片和螺旋柱相互作用，使箱体保持原位，因为箱体和螺旋柱之间不是以螺纹配合，防止箱体不被随意的上下移动，所以设置卡紧装置，使卡紧装置卡在螺纹套上，然后把卡紧装置用螺钉钉在箱体上，这样箱体就能够随着螺纹套而上下移动。3.3砂轮修整方法的选用修整砂轮，修整层的厚度一般为0.1mm左右，修整方法也是多种多样，常用的有三种：（1） 车削法 利用高硬度颗粒作为刀头，车削砂轮表面。（2） 滚轧法 是利用由高硬度材料制成的滚轮，与砂轮相滚轧，修除砂轮的磨钝层，滚轧时滚轮由砂轮带动高速旋转。 （3） 磨削法 是利用由高硬度材料制成的滚轮，磨削砂轮表面，滚轮有独立的电动机传动做高速旋转。我们采用的是第一种方法车削法修整砂轮。笔尖采用金刚石镶焊在特制的刀杆上的一种修整工具，修整时，磨粒碰到金刚石坚硬的尖角，就会碎裂或整个脱落，从而产生新的微刃。金刚钻与砂轮的接触面积小，引起的弹性变形小，所以能获得较精细平整的表面。这是目前应用最广的一种修整方法。4 方案二： 圆弧砂轮修整器的总体设计（二）4.1圆弧砂轮修整器的基本结构圆弧砂轮修整器基本结构如图所示：图6 圆弧砂轮修整器结构示意图1金刚笔 2支架 3转盘 4滑块5螺纹套筒 6手柄 4.2圆弧砂轮修整器的工作原理 工作时将圆弧砂轮修整器安装在磨床的工作台上，调整升降机构，使修整笔的高度与砂轮的中心轴线同高，对于不同界面的形状可以通过转动手柄来实现。当需要修整的砂轮界面形状为圆弧时,转动手柄5，从而通过球铰链带动滑块4沿轴3移动，进而推动3连同金刚笔绕2转动，合理设计上述各机构的参数后即可实现金刚笔在垂直平面内转动；只要转动连有金刚笔的转盘即可实现金刚笔在水平面内的转动。5 圆弧砂轮修整器的各部件设计5.1 螺纹进给机构的设计 螺旋进给机构主要是用于改变支架的摆角，从而改变修整笔的摆动，使修整笔的轴线穿过砂轮的圆心。螺纹进给机构是采用螺旋式的锁紧机构，当转动手柄时，轴上的螺纹就会跟着转动，从而实现给进的运动，根据螺纹自身具有自锁能力，可以不用添加锁紧模块。螺纹进给机构是用于传动的螺纹，可选用梯形螺纹。 图7 螺纹进给机构示意图5.1.1 1号轴的设计 1号轴是用来轴向进给传动的，需要加工螺纹，选用梯形螺纹。1号轴总长200mm，直径为15mm，螺纹长度是140mm，一端做成球头，也是直径为15mm。另一端做成边长为13mm，长度为30mm的长方体，通过轴线打一直径为10mm的孔。图8 1号轴示意图5.2 滑块机构的设计 这滑块机构的设计有异于之前所认识的滑块，因为这是一块组合滑块，其中包括轴套和球铰链。轴套就是用于提供轴向运动，其作用就是我们所学的滑块机构作用，受力产生轴向运动。而球铰链是这次设计的一个突破，其作用是把旋转运动通过螺纹的进给变成轴向运动，并且提供摆动，可以化解滑块运动中保持垂直方向的变形。 图 9 滑块机构的示意图5.2.2 2号轴的设计 2号轴是用来滑块的滑动，表面精度要求比较高，其公差可以使用g7。总长为90mm，直径15mm，螺纹的长度为25mm。图10 2号轴示意图 5.3 转盘的设计 转盘的主要作用是传递转动，通过用手来转动上转盘，就可以使修整笔在水平面左右转动，当修整砂轮时，我们采用车削的原理，用手不断的控制上转盘，使它在砂轮的外表面不同圆弧部分进行车削。 下转盘的凸台是用来固定旋转的，应用长销原理，可以限制四个自由度，消除了X,Y轴的移动和转动。在凸台中钻一直径12mm的孔，加上一个螺钉，而螺钉的螺纹要跟螺纹头留1mm的间隙，避免加紧影响转动。螺钉的作用是防止上转盘的Z轴方向的运动。 图 11 转盘的示意图 5.4 金刚笔的设计 5.41金刚笔调整装置的设计修整圆弧部分的主要部件是修整笔，修整笔的直径为10，其修整圆弧的大小主要通过千分尺来调节，千分尺固定在支架上面，当笔尖在2号轴的轴线上时，千分尺的读数为零，向前进给时，千分尺的读数为正，向后调节，千分尺读数为负。千分尺的中间部分固定连接在支架上，调节圆弧大小时，直接调节千分尺，就可以直接读出修整圆弧的半径，金刚笔部分如图所示，其中笔尖部分见图6， 图12 金刚笔结构示意图千分尺的量程是30mm，即金刚笔以2号轴的轴线为中心，向前最大进给量为30mm。向后进给量也是30mm。3.42金刚笔切削部分的设计修整笔的笔尖绕着2号轴的轴线做前后移动来调节圆弧的大小，其中修整笔尖的形状如图示： 图13 金刚笔笔尖示意图在修整笔的末端，装由金刚石笔，上面用螺钉锁紧。采用金刚石修整时，我们都知道金刚石材料是贵重材料，为了防止金刚石的磨损，我们在用金刚笔修整之前，可以用碳化硅砂条做一次粗修整。4圆弧砂轮修整器的应用圆弧砂轮修整器工作时，修整凹圆弧的原理如下图所示： 图14 修整凹圆弧圆弧砂轮修整器修整凸圆时，修整笔向后调节，调整到2号轴轴线的后面。圆弧砂轮修整器修整凸圆的原理如下图： 图10 修整凸圆弧5 修整方法与注意事项修整凹凸圆弧我们采用分层法来修整，修整时修整笔应逐步切入砂轮表面，先修去砂轮两角，然后修出砂轮整个型面，为了减小修整笔尖金刚石的磨损，可以在金刚石修整之前，采用碳化硅砂条做粗修整。使用圆弧砂轮修整器时应注意以下问题：（1） 要使修整笔车削出来的圆弧保持正确的形状，必须使修整笔尖沿着砂轮中心线进给，否则，修整的砂轮会变形，影响砂轮工作的精度。（2） 进行车削砂轮的时候，必须要操作手柄，使修整笔能在圆弧的不同位置进行车削。金刚石笔的进给要缓慢而且要均匀。横向的进给量要小，保证车削后的砂轮表面没有阶梯状痕迹。（3） 圆弧砂轮修整器所修整的砂轮直径最大为200mm,升降机构的最大距离是60mm,使用时应该特别注意，因为在螺旋柱上有一条警戒线上升的最大高度。（4） 要保证修整笔尖到2号轴的轴线可测量，才能保证修整后的砂轮圆弧半径为计算值。6 圆弧砂轮修整器的特点圆弧砂轮修整器的特点如下：（1）可安装在普通砂机、手摇磨床、平面磨床、内外圆磨床上进行修整砂轮修整凹凸圆弧。（2）修整范围:凸圆弧R0R 30 mm,凹圆弧R0R30mm,角度0180;（3）安全可靠、安装与操作简单方便、结构简单、制作容易、经济效率高。设计总结设计来源于理论且高于理论，本次课程设计，自己亲身经历了对别人所设计的圆弧砂轮修整器的参考，质疑，然后对由此得到启发提出自己的设计方案，并运用有关知识实现既定的各种运动，最终将设计转化为图纸，使我不仅对圆弧砂轮修整器的原理有了比较深刻的理解，而且对书本上的许多知识有了系统的复习，通过对此圆弧砂轮修整器的设计，我也看到了同类产品的有点和缺点，从而它进行改进，比如我们的设计就具备一下优点：1.既可以实现水平面内转动，又可以实现垂直平面内转动，从而大大提高了可修砂轮的直径范围； 2.由于连接金刚笔的方式得到了改善，所以此机构的刚性得到了很大改善；3.摒弃了方案一中复杂的运动机构，方案二转盘和手柄的操作均比方案一的升降机构和摇柄机构简便灵活，且方案二运动副简单，可提高加工精度。同时让我知道，要做同类的设计，要考虑的方面是挺多的，在本次设计中，我出现了很多问题，我感到自己能力的不足，和经验的欠缺，因为有很多知识是自己没有学过的，而本次设计需要的偏偏是我所欠缺的，在这里幸亏有