毕业论文-摩擦片表面去毛刺机床设计

重庆大学本科学生毕业设计（论文）摩擦片表面去毛刺机床设计学生学号指导教师助理指导教师专业机械设计制造及其自动化二OO九年六月摘要本文针对摩擦片表面去毛刺的加工现状，着重对砂带磨削机床进行了相关研究与设计。根据设计任务的要求，运用专用机床设计方法，通过各种计算校核，运用制图表达等，最终实现机床的这一功能，可以很好的完成摩擦片表面去毛刺这一加工任务。本文的主要内容包括1介绍目前摩擦片表面去毛刺的加工现状和国内外砂带磨床的发展现状和发展趋势，以及砂带磨床设计的简介。2砂带磨床总体方案的确定，主要是确定机床的总体布局，各功能模块的实现方案，以及主要技术参数的选择与确定和传动链的计算。3砂带磨床的各功能模块的详细设计，主要是主轴，磨头，工作台，进给系统的详细设计，包括各部分的结构，装配以及功能分析。关键词摩擦片，去毛刺，砂带磨削，机床ABSTRACTINTHISPAPER,THEFRICTIONSURFACEOFTHEPROCESSINGSTATUSOFDEBURRING,ABRASIVEBELTGRINDINGMACHINETOOLFOCUSEDONARELATEDRESEARCHANDDESIGNACCORDINGTOTHEDESIGNOFTASKS,THEUSEOFSPECIALPURPOSEMACHINEDESIGNMETHODOLOGY,VERIFICATIONTHROUGHAVARIETYOFCOMPUTING,SUCHASTHEUSEOFCARTOGRAPHICEXPRESSION,ANDULTIMATELYTHEFUNCTIONOFMACHINETOOLSCANBEAVERYGOODSURFACEFRICTIONOFTHECOMPLETIONOFTHEPROCESSINGTASKOFDEBURRINGTHEMAINCONTENTSOFTHISARTICLEINCLUDE1INTRODUCEDFRICTIONSURFACETOTHECURRENTPROCESSINGSTATUSOFBURRABRASIVEBELTGRINDINGMACHINEATHOMEANDABROADOFTHESTATUSQUOANDDEVELOPMENTTRENDOFDEVELOPMENT,ASWELLASABRIEFINTRODUCTIONOFABRASIVEBELTGRINDINGMACHINEDESIGN2ABRASIVEBELTGRINDINGMACHINETODETERMINETHEOVERALLPROGRAM,THEMAINTOOLISTODETERMINETHEOVERALLLAYOUTOFTHEREALIZATIONOFTHEFUNCTIONMODULES,ASWELLASTHECHOICEOFMAINTECHNICALPARAMETERSANDTHEIDENTIFICATIONANDCALCULATIONOFTRANSMISSIONCHAIN3ABRASIVEBELTGRINDERFEATURESOFTHEDETAILEDDESIGNOFMODULES,MAINLYSPINDLE,GRINDINGHEAD,TABLE,INTOTHEDETAILEDDESIGNOFTHESYSTEM,INCLUDINGTHEPARTOFTHESTRUCTURE,ASSEMBLYANDFUNCTIONALANALYSISKEYWORDSFRICTIONPLATE,DEBURRING,BELTGRINDING,MACHINETOOL目录中文摘要ABSTRACT1绪论111摩擦片去毛刺的加工现状112砂带磨床介绍1121砂带磨床发展背景介绍1122砂带磨床的发展现状与趋势1123砂带磨床的设计介绍42总体方案设计721工件加工工艺分析722机床总体布局723机床主要技术参数的确定83磨头设计931磨削分析与计算以及磨头结构设计9311磨削力的理论计算9312磨削功率计算9313砂带张紧力计算10314磨头结构的尺寸设计10315砂带尺寸选择与计算11316砂带磨削过程中的受力分析11317张紧机构及快换操纵机构和调偏机构1232主轴设计1233带轮设计184工作台设计2141涡轮蜗杆传动设计2142丝杆螺母传动设计225进给系统设计2451经给系统驱动电机选择2452传送带设计256机床功能分析2661磨头功能分析2662磁性工作台功能分析2663进给系统功能分析277结论29致谢30参考文献311绪论11摩擦片去毛刺加工现状本课题中，研究解决摩擦片表面去毛刺的解决方法。由于摩擦片属于薄板平面零件，在其经过一系列加工过程后，表面总会产生一些飞边毛刺。为了到达其使用要求，必须将表面毛刺去除，以达到其工艺标准。目前工业生产中，薄板平面零件除毛刺工艺虽然有很多种，但大多采用机械去毛刺方法，去毛刺动作过程及原理、适用范围各不相同。总的来说有以下几种1手工去毛刺工艺；滚筒去毛刺工艺；震动光饰去毛刺；磨削去毛刺；喷射去毛刺等。由于在薄板平面零件生产中，有些零件必须去毛刺后才可以转入后续加工或进入产品装配，交付用户使用。从经济合理的角度考虑，不同的此类零件，应选用各种不同的去毛刺工艺，以确保产品质量好、生产效率高、成本低2。本课题从这些方面考虑，将选用磨削去毛刺工艺来解决本课题问题。在磨削去毛刺工艺中，采用电动砂轮机和砂布带轮手工修理虽然工时费用低，但工人操作安全性较差，工作效率不高。而砂带磨削拥有一次磨削宽度大、磨削效率高、系统振动小且稳定性好等特点。由于摩擦片属于加工易变形的厚度不大的平板类零件，且批量生产、数量较多，因而选用砂带磨削设备能很好的解决本课题问题，即设计摩擦片表面去毛刺砂带磨削机床。12砂带磨床介绍121砂带磨床发展背景介绍砂带磨床是一种既古老而又新兴的工艺。近30多年来,粘满尖锐砂粒的砂布或砂纸制成一种高速的多刀多刃连续切削工具用于砂带磨床之后,砂带磨削技术获得了很大的发展。这种砂带磨削技术远远超越了原有的只用来加工和抛光的陈旧概念。现在砂带磨床的加工效率甚至超过了车、铣、刨等常规加工工艺，加工精度已接近或达到同类型机床的水平，机床功率的利用率领先于所有的金属切削机床，应用范围不仅遍及各行各业，而且对几乎所有的材料，无论是金属还是非金属都可以进行加工3。长期以来不大引人注意的砂带磨削工艺现在正进入现代化发展的新阶段。122砂带磨床的发展现状与趋势3砂带磨削在世界各国、特别是美国和西德的应用非常广泛，从日用的汤匙到宇航器具的蜂窝夹层结构各行各业无不竞相采用。美国美国是在世界上最早研制砂带磨床的国家。第一台砂带磨床用于加工木材，随后广泛用于加工金属。据美国对全国金属加工设备调查表明，70年代，美国的砂带磨床已突破4万台。到90年代，每10台磨床至少有一台砂带磨床，而抛光机床中每3台就有1台是砂带抛光机。在美国注册砂带磨床的公司和工厂多达53家，著名的工厂有哈蒙德公司、希尔艾克米公司、泰姆塞费斯公司等，它们主要生产运输带式平面砂带磨床、无心外圆砂带磨床、大平面宽砂带磨床。在美国，砂带磨床的应用遍及所有行业。随着砂带制造工艺的不断改善，机床结构刚性的加强，机床功率的增加，自动化程度的提高，使机床金属切削率逐年增加，加工精度有了大幅度的提高，同时加工范围和对象也不断扩大。西德西德从50年代就开始研究砂带磨削，各型砂带磨床都有生产，瓦德里希科堡厂WALDRICH2COBNRG和文得令登VANDERLINDEN厂都是生产大型机床的著名工厂。他们利用长期生产大型机床的经验，利用导轨磨床的部件，如静压导轨道、龙门结构、大型真空吸附高精度工作台等，设计和制造了大量的宽砂带平面磨床。日本日本自行生产砂带磨床的工厂主要有松下电机厂、东芝机械厂等，已生产各类型平面砂带磨床、无心外圆砂带磨床。80年代，东芝机械厂制成了55LVK型超小气动砂带机，突破以前无法用砂带加工小沟槽的这一难题，值得注意。国内国内的砂带磨削技术是在20世纪70年代末才得以真正发展，随着国内的改革开放，砂带磨削技术日益引起了各行业，研究单位和企业的重视，加之砂带制造技术的提高及品种的增加，使得砂带磨削设备的研究和生产也得到了较大的发展。目前国内的砂带制造厂家有郑州白鸽等数十家企业等，砂带磨削设备的生产厂家有重庆三磨海达磨床公司等十来家企业，研究单位有郑州三磨所，华侨大学，广东工业大学，湖南大学，东北大学，重庆大学等多家科研院所和高校。1）砂带磨床的应用A应用范围A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。B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。C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25MM的砂轮进行加工，砂轮会很快磨损，而且也无法确保精度，而砂带磨床则能以稳定的速度工作，精度、粗糙度精度、效率都很高。D用砂轮磨床加工大型容器、大尺寸棒料、管料时砂轮直径要大于125MM，如改用砂带磨床，效率至少可提高一倍。E对于直径大于25MM的长内孔进行磨削、抛光，尤其是薄壁内孔最为适用。B砂带磨削的加工精度砂带磨床的一般精度最高可以保证在01005MM，美国森斯特兰SUNDSTRAND厂的“HIGRIND”砂带平面磨床加工直径为380MM的汽车发动机铸铁缸盖，不平度已达到0001MM。C砂带磨床的生产效率在加工效率方面，砂带磨床远高于砂轮磨床，一般约为4倍。美国的“HIGRIND”砂带平面磨床，每分钟切除每立方英寸的金属切屑所需功率仅为立式平面磨床的1/3。砂带磨床用于切除金属的功率可高达其输入功率的96,几乎全部转换为有用功。D加工成本砂带磨床高速发展的原因之一是经济效果十分显著。日本曾就砂带磨削的生产成本进行了详细的分析，认为砂轮磨床的成本比砂带磨床高，砂带磨床要比铣床的生产成本低。例如，以切除铸铁工件每一立方英寸切屑计，用砂带磨床比用砂轮磨床成本低25。2砂带磨床的发展趋势4A继续提高生产效率A提高磨削速度和增大机床功率。长期以来，砂带磨床的砂带工作速度一直停留在20M/S30M/S。据美国制造工程学会研究报告说，100M/S的高速砂带磨床已在试验。在过去较长一个时期，机床功率从每一平方英寸砂带面积44KW75KW，到了70年代已提高到185KW26KW，机床功率现如今为200KW以上的已屡见不鲜，为提高金属切除率，机床的功率必将增大。B发展宽砂带磨削，扩大宽砂带磨床的使用范围。目前，最大宽度的砂带磨床可磨削49M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磨床。B提高加工精度西德瓦德里希科堡厂在砂带磨床上大量采用高精度常规磨床的结构。美国森斯特兰厂的砂带磨床，按照砂带磨削工作的特性，设计相应的专用部件以便提高机床的加工精度。但就砂带磨床本身来说，砂带制造精度的提高，同样是很重要的。C延长砂带寿命延长砂带寿命是降低砂带磨床加工成本最为关键的一个因素。目前，使用寿命已从2H4H提高到8H12H。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“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。D提高自动化程度多头砂带磨床、运输带式或回转台式砂带磨床都是实现自动化的一些手段。至于数控砂带磨床，早在1973年在西德就开始使用，西德的FBSA800、FBSA1000MM大平面砂带磨床也早已开始应用。E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磨下表面的机床，连续加工而工件自动退回的机床，机电一体化的各种砂带磨床，随着工业发展已相继问世和投入使用。砂带磨床的万能性、适应性今后还会进一步发展，使砂带磨床在工业生产中无所不能。123砂带磨床的设计介绍砂带磨削是根据工件形状，用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件表面进行磨削和抛光的一种新工艺。随着汽车、建材、装饰工业、模具工业及其它轻工业的进步和发展，对金属和非金属材料特别是难加工材料如塑料、皮革、橡胶、不锈钢、陶瓷等表面机械加工质量、生产率及劳动环境提出了越来越高的要求，用一般传统的切削加工方法已难以满足这些要求。在过去的五、六十年内，砂带磨削作为一种新工艺，在这些加工领域发挥着越来越大的作用。砂带磨床主要用来作为粗磨、去毛刺、大余量磨削、精磨、细磨、装饰抛光、无心磨以及成形磨削之用。在现代工业中，砂带磨削技术以其独具的加工特点被视为是一种很重要的加工方法。国外有专家曾把砂带磨床比作“未来的巨人”来加以评述5。1）砂带磨削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1所示砂带套在传动轮、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，以相应接触方式和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。砂带磨削的基本部件有A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1050M/MIN,通常取1630M/MIN，主传动装置的功率，在每10MM宽的砂带上是0307KW。图1接触轮式砂带磨削B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过程中起到重要作用，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68N/MM范围内，在逆磨削时每次行程能切出最大的金属量。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拉紧装置。同时，为了获得最大的生产率，必须使更换砂带的时间最少,通常操作者能在1MIN之内更换砂带。C砂带导向装置。砂带工作时,惰轮或张紧轮应当可以调整，使砂带定位及对中，根据砂带的宽度，这一装置可以手动或自动。砂带宽度大于200MM时，通常使用自动导向装置，使接触轮与张紧轮之间的砂带自动对正。D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，轮上覆盖橡胶、纤维、毛毡或其它材料制造的弹性圈厚度为315MM。根据需要，可制成各种密度橡胶轮，轮的表面制成交错开槽式或平滑式。使用各种橡胶化合物作为接触轮的覆盖面，以满足一定的磨削要求。这些化合物包括氯丁橡胶、乙烯树脂、硅酮橡胶、氯硫酸化聚乙烯合成橡胶。E若在砂带后面安装一块型板钢、硬质合金或铸铁平板来代替接触轮，则可完成磨边、四边形、端面、平面及精磨工作，保证零件的平面度或直线性。此外还有吸尘系统等。2砂带磨削特点砂带与易损坏的工具如用于单刃车削、铣削、砂轮磨削等工具相比，具有下列特点A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MM宽砂带200600MM3/MIN。B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0002MM，平面度可达0001MM。另外，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RA0401M，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。C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20MM以下的粗加工磨削、去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。D砂带有很大的弹性,因而整个系统有较高的抗振性。E砂带尺寸可很大，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。F在加工过程中砂带增长，外形和尺寸达不到高精度，加工零件上的尖锐突出部位和用细粒度磨料精磨困难，砂带的坚固性比较低，同时在大多数情况下砂带不可能修正，所以使用期限短。3砂带磨床设计砂带磨床设计一般包括下面三部分内容A传动设计一般来说，机床传动设计相对较简单，主要由三方面组成A砂带的主运动B砂带的进给运动C工件的进给运动。B主要机构设计A砂带张紧装置B接触轮设计。C主要技术参数选择砂带速度、砂带长度、宽度、砂带电动机功率。2总体方案设计21工件加工工艺分析本课题中，研究摩擦片表面去毛刺的解决方法，上一章节中对其加工现状做了简要介绍，可以看出，现有的加工方法中砂带磨削应该是一种经济实惠的方法。根据中华人民共和国机械行业标准工程机械制动摩擦片技术条件（JB/T88171998），摩擦片加工过后，其外观质量要求为摩擦片的外观不应有影响使用的龟裂、伤痕、分层、气泡、翘曲、扭曲等缺陷。同时，摩擦片的推荐材质一般有铜丝石棉编织带、钢纤维树脂模压型、石棉橡胶树脂模压型，本课题中将重点针对钢纤维树脂模压型这一类进行专用砂带磨床设计。由于摩擦片属于薄板工件，往往其厚度在几到几十毫米之间，因而在加工过程中难于对其定位夹紧，且易变形，所以在加工过程中必须特别注意。摩擦片的表面去毛刺这一加工过程，可以理解为对其表面进行精加工，或者可以看成对其表面进行抛磨，以最终达到使用要求，所以在加工过程中没有大的磨削量。最终摩擦片加工后将达到尺寸精度0005MM，平面度0001MM，工件粗糙度RA0401UM。针对以上问题，下面将详细叙述其解决办法。首先，摩擦片表面去毛刺只是对表面进行加工，因而所要设计的砂带磨床将定义为平面砂带磨削磨床。就平面砂带磨削而言，实现平面磨削的方式只能是接触轮式和压磨板式，因此平面砂带磨削的接触方式、工件运动轨迹以及磨头结构的布局和组合形式等都是以此为基础的6。本设计将采用接触轮式设计。其次，针对摩擦片属于薄板工件，难于定位夹紧、易变形等特点，且只对钢纤维树脂模压型这一类进行磨床设计。将采用磁台对其加紧定位，传输带进行工件进给的组合方式来实现。最后，由于加工过程中，不需要大的磨削量，所以磨头将设计为固定，即磨削主运动为固定，磨削量的控制将由一个微变升降工作台来实现。22机床总体布局上文已经提到，将设计一个平面砂带磨削机床，且主要需要一个磨头、磁台、传输带、工作台组合成一台机床。因而，将采用传输带式平面砂带磨床的形式，简明布局见图2由图分析，工件随传输带一次进入磨削区域，由磁台对其定位夹紧，效率高，易于实现，操作很简单，便于自动化。1磨头2工件3磁台4工作台5传输带图2机床总体布局示意图23机床主要技术参数的确定砂带磨床的主要技术参数设计包括磨削速度即砂带速度；砂带长度、宽度；工件进给速度即传送带速度；驱动砂带电机功率。由于去毛刺属于轻载精加工，一般砂带速度选择为2535M/S，本设计中将选用30M/S，即VS30M/S。此外工件速度将定于3M/MIN，即VW3M/MIN，以此保证工件加工的足够精度。砂带磨床主要参数选择如下砂带速度VS30M/S工件进给速度VW3M/MIN砂带1950MM200MM（长度宽度）（VSMKK711422）砂带磨头电机额定功率15KW（Y160L4）加工范围工件直径200MM，厚度320MM传送带尺寸1800MM220MM（长度宽度）磁台尺寸200MM200MM（长度宽度）进给系统电机额定功率22KW（Y132S8）电源380V/220V50HZ磨削方式干磨3磨头设计31磨削分析与计算以及磨头结构设计311磨削力的理论计算磨削力是研究砂带磨削过程中的一个极为重要的参数，它和砂带的磨损，磨削表面质量及比磨削能等有着直接关系。而且磨削力易于测量和控制，因此可以用磨削力诊断磨削状态，作为适应控制的评定参数7。且通过磨削力的计算可以对磨床的后续设计做好准备。一般来说，磨削力可以分解为法向和切向两个方向的力，具体计算如下已知砂带速度VS30M/S，工件速度VW3M/MIN，砂带宽度B200MM,有效磨削深度AP001MM，比磨削能US800KG/MMMM。根据公式计算如下法向磨削力FNUSB/VS31511N切向磨削力FTUSB/（32）355N由于砂带磨削其磨削分力的比例（即切向力和法向力之比）不同与常规的车、刨、铣等8。一般的车、铣等工序的切向分力是法向风力的23倍；而砂带磨削的情况却正好相反，因为起磨削深度和进给量均很小，而磨粒的切削刃钝圆半径较大且为负前角切削的缘故，经实验研究表明，砂带磨削时一般为FT/FN03307（33）本设计中，FT/FN355N/511N069，所以满足这一规律，即说明各参数设定合适。312磨削功率计算由物理学与功率的关系可知NFV/1000（34）式中N功率（KW）F作用力（N）V物体在力F作用下的运动速度（M/S）显然对于砂带磨削来说，上式中FFT（切向磨削力）VVS（砂带磨削速度）所以，砂带磨削的功率应为NFTVS/1000（KW）（35）因而，由（35）计算得NFTVS/100035530/10001065KW由于电机在传输过程中有必要的功率损失，所以选用电机Y132S4，其主要技术数据如下额定功率15KW满载转速1460R/MIN起动转矩额定转矩22N/M最大转矩额定转矩22N/M313砂带张紧力计算FOPB（36）式中P砂带张力系数50100/25MMB砂带宽度200MM由（36）计算得FOPB400800N314磨头结构的尺寸设计接触轮设计驱动轮直径（D1）的确定驱动轮直径（D1）可由下式计算，即D1（601000VS）/NS（MM）（37）式中VS砂带速度30M/SNS驱动轮转速R/MIN初定驱动轮直径D1250MM，可由公式（37）得NS（601000VS）/D12304R/MIN由于砂带驱动电机的满载转速N1460R/MIN由此可得主运动传动比IINS/N2304/1460157取标准值I16因为设计中选用接触轮式且驱动轮为接触轮，所以接触轮直径D即为驱动轮直径D1，即DD1250MM。同时，由于去毛刺的加工性质为轻载精加工，因而接触轮将选用表面为平坦状的形式，轮材选用吕材，表面材料为橡胶，硬度和密度为HS40959，具体设计见附图。张紧轮设计砂带必须在一定张紧力作用下才能工作，张紧机构产生的张紧力通过张紧轮使砂带得以张紧，并在驱动作用下使砂带进行磨削，张紧轮不但起张紧砂带的作用，而且还起导向作用，使砂带不致偏离接触轮。张紧轮直径越大，导向控制越灵敏。一般情况下建议直径大于125MM。张紧轮过小会引起砂带弯曲过分或振动，也会使其转速过高带来其他不利影响。为使砂带定心，张紧轮和驱动轮外圆都要求作成中凸弧形。中凸高度值不能过大，否则会引起砂带振动及受力不均并使砂带中部损伤。本设计中，因为B200MM，中凸高度值由查阅有关资料得2MM。同时为了磨削性能的抱枕，必须让砂带有一定的包角，且由于驱动轮为接触轮，所以张紧轮直径D2应该小于接触轮直径D。综上，选定张紧轮直径D2200MM。315砂带尺寸选择及计算前文提到选用的砂带为1950MM200MM（长度宽度）（VSMKK711422），其粒度为P120,可以很好的完成加工要求。由于接触轮与张紧轮的直径都已经确定，又选定砂带型号，即已知D250MM、D1200MM、L1950MM。因而可以计算出带轮间的中心距D和砂带的包角A，公式如下中心距D（LDM）/4（）/4（38）式中DM（DD2）/2；（DD2）/2；可得D6212MM驱动轮包角A180DD260/D（39）可得A18483由于包角的大小影响砂带的传载能力，包角越大，传载能力越强，一般来说包角越大越好。若包角过小，传递动力时易打滑。计算包角不得小于许用包角值A，即AA这在磨头结构设计时非常重要。驱动轮面是钢材或铝材时取A150，而本设计中A18483，满足条件。316砂带磨削过程中的受力分析上文提到本设计将采用接触轮式磨削，而接触轮式磨削是砂带磨削所有类型中应用最多，也是最有代表性的形式，其结构方式有两种基本形式接触轮直接作为驱动轮，另一轮子为张紧轮；接触轮不做驱动轮，驱动轮同时又是张紧轮。考虑到机床的总体布局，本设计中将采用接触轮直接作为驱动轮的形式。砂带磨削过程中的砂带受力分析如下当砂带静止时，上下两边的砂带张力均为砂带初张力F0。当驱动轮转动时，驱动轮对砂带的作用力为FF（有效圆周力）。砂带与工件接触产生一定的磨削力，分法向磨削力（FN）和切向磨削力（FT），并反作用与砂带。此时砂带两边的张力发生变化，分别为F1、F2。在临界状态（即砂带磨削中将要而又没有打滑的状态）时，各种作用力之间存在如下关系FFF1FTF2如果不计轮子本身的转动惯量和轮轴轴承间的摩擦阻力，应有F1F2，得FFFT。由此可见，欲使砂带能保持正常磨削而不打滑，必须FFFT。由平带传动原理可知，有效圆周力FF与张紧力F0和轮子结构尺寸之间的关系是（310）01/UAUAFFE其中F0砂带初张力，选F0400NE自然对数的底（E2718）U砂带与驱动轮接触面的摩擦系数A砂带绕驱动轮的有效包角由此可以得出理论圆周力，而实际圆周力应为FF0FFKUFN（311）式中K与接触弧长和接触轮开槽情况有关的系数，当接触轮无开槽时K1；FN法向磨削力。最后通过计算得出实际圆周力为FF01311N317张紧机构及快换操纵机构和调偏机构10为使砂带磨头正常传递动力，使砂带正常磨削，砂带必须张紧。另外，在工作中由于砂带也会塑形伸长，其预紧力会下降，必须使砂带重新张紧。张紧方式有内部张紧（张紧轮压在砂带背面）与外部张紧（张紧轮压在砂带砂面）两类，本设计中采用的是前者内部张紧。此外张紧机构可分为周期性张紧和自动张紧两类。周期性张紧多采用螺纹和涡轮副等。自动一般采用弹簧、配重及气动、液压张紧装置等。本设计中采用的是弹簧自动张紧装置，结构见磨头结构图。前文张紧轮设计说明中提到，张紧轮通过设计一个中凸值，可以很好地防止砂带在磨削运动过程中不致于偏离接触轮，因而不必独立设计调偏机构。快换操纵机构主要采用了手柄杠杆原理来简单实现，操作简单且高效。详细结构见磨头机构图。32主轴设计10选择轴的材料选用45钢，正火处理。估计轴的直径小于100MM，查的B600MPA，S300MPA，1275MPA，1140MPA。所承受的扭矩初估计轴的最小直径（333395012TPDCN12）查的，C118107，取C118（此轴为转轴）。则310658924/MINKWDR因最小直径在带轮处，此处有一键槽，且由于轴的悬伸量较大，故轴径因适当增大，参照有关经验，取标注值D26MM。轴的结构设计（见图32A）A确定各段轴的直径考虑到轴上接触轮与皮带轮分别由轴的两端装卸，且皮带轮处为最小轴径，接触轮安装在轴上需要一定的锥度，且接触轮处悬伸量较大，所以接触轮轴头处轴径应适当增大，取28MM，为保证一定锥度，到轴颈处取轴径30MM，即两端轴径都取30MM。轴肩处需安装轴承，轴径应大于轴颈处轴径30，同时考虑到滚动轴承内径的标准值，所以轴肩直径取标准值35MM。轴肩与轴颈过渡处的倒圆半径取为2MM，轴身轴径适当增大，取为40MM，轴肩与轴身处退刀槽尺寸为21MM。接触轮轴端处需螺母固定接触轮，选用M20螺母，因此此处轴径为M20。B初选轴承类型及型号因轴主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承，且主轴部件是磨头的关键部件，为了防止轴承磨损后造成较大的径向跳动，采用双联轴承自行消除轴向间隙的结构，即各自选用一对C级6307轴承，详情见主轴装配图。C确定各段轴的长度轴承间采用套筒进行轴向定位。为保证套筒与轴承端面紧靠定位，且轴承间有定距环，装轴承处的轴肩长度应略小于两轴承宽度和定距环宽度之和，定距环宽度初定为3MM，所以两端轴肩处长度取为42MM。带轮处轴径由于需安装端盖，且到带轮处需一定的悬伸量，取为80MM。带轮轴头长度由带轮宽度决定，下一节中将对带轮设计作详细介绍，长度取为52MM。由于接触轮宽度为200MM，有较大悬伸量，且此端轴颈需安装定距环和端盖，定距环初定为15MM，加上端盖厚度，此处轴颈长度取为50MM。接触轮安装出轴头，应比接触轮宽度小，取为150MM，轴端需上一个螺母与垫片固定接触轮，长度取20MM。轴身长度为86MM。D轴上零件的周向固定带轮出采用A型普通平键联接，由手册查得截面尺寸BH为8MM7MM，长度取为45MM。E确定轴上倒圆半径及轴肩与轴头表面粗糙度轴肩与轴颈过渡处的倒圆半径取为15MM，轴头表面粗糙度，轴16ARM肩表面粗糙度由轴承标准查得。08ARM轴的受力分析A求轴上扭矩9550441950TPN1652304NB求接触轮上及带轮上作用力由前文知，接触轮受磨削力与砂带反作用于它的实际圆周力，分别为FF1311N，FT355N，FN511N带轮上的作用力将在下节作详细介绍，得F1384NC确定跨距右端支反力作用点到带轮作用点间的距离为50MM1L左端支反力作用点到接触轮作用点间的距离为100MM3两支反力作用点间的距离为213MM2LD作计算简图（见图32B）E求水平面内支反力及，并作水平弯矩图（见图32C、D）AHRBHM3251024AHFNLRN512407BHARFNN截面1的弯矩15012HAMRLM截面2的弯矩237BNF求垂直面内支反力和，并作垂直面弯矩图（见图32E、F）AVVM123168AVRLFFLT1323270BVLFLTLN截面1的弯矩116854VAMRLM截面2的弯矩2370130BG作合成弯矩M图（见图32G）截面1的合成弯矩222184018549HVNM截面2的合成弯矩222737VH作扭矩T图（见图32H）轴的疲劳强度安全系数校核计算确定危险截面由图32A所示看出，轴上多个截面存在应力集中，但截面3和截面6所受载荷较小，可不考虑。截面4和截面5轴径相同，但截面4比截面5所受的载荷小，故排除截面4。截面2所受载荷较小，可排除。所以只需对截面1和截面5进行安全系数校核。A截面5的安全系数校核计算查得有效应力集中系数252，182K绝对尺寸系数091，089表面状态系数085，15，12751212等效系数查得034，021截面的抗弯、抗扭截面模量（）由轴的直径D30MM，查得TW、3333010272DMW3333546T截面上的应力弯曲应力为对称循环变化，弯曲应力幅21859760AMPAW平均应力0；M扭转切应力为脉动循环变化，扭转切应力485T扭转切应力幅与平均切应力相等，821AMPA安全系数弯曲安全系数127518690AMKS扭转安全系MK综合安全系数22184S取S1011，SS，合适。B截面1的安全系数计算查得有效应力集中系数186，154K绝对尺寸系数091，089表面状态系数093，1，0931212等效系数查得034，021截面的抗弯、抗扭截面模量（）由轴的直径D26MM，键槽宽B8TW、MM，键槽深T4MM，查得3232384168DBTMW6（）3232354116TT（）截面上的应力弯曲应力为对称循环变化，弯曲应力幅18295746AMPAW平均应力0；M扭转切应力为脉动循环变化，扭转切应力10354TA扭转切应力幅与平均切应力相等，72AMMP安全系数弯曲安全系数127586903AMKS扭转安全系数11401245798AMK综合安全系数2214S取S1011,SS,合适。C校核键联接的强度安装带轮需要用一个A型普通平键来联接，轴径为26MM，需对该处键联接的强度进行校核。已知键长L45MM，工作长度LLB45MM8MM37MM，键高H7MM，接触高度KH/27MM/235MM挤压强度和剪切强度校核2041026635PTMPADL487TB查得90MPA,（100120）MPA，24DA确定V带根数由125MM，N2304R/MIN，查得，B型单根V带所能传递的基本额定功率1264KW，功率增量056KW，查得包角系数098，长度修正系数P1PAK090；所需带的根数LK11741526405980CCALPKZ取Z5根确定初拉力0F，查得，A型带Q017KG/M，得2051CAPQVZVK207507153998N确定作用在轴上的压轴力QF0101732SIN59SIN842QAZFN带轮结构尺寸设计（见主轴装配图）4工作台设计在本设计中，磨头的位置恒定，因此磨削量的控制将通过工作台的升降来实现。本章将介绍此工作台的具体设计。首先，工件的定位与夹紧是通过磁台来实现的，而工件的进给运动是通过传送带来实现，在磨削过程中，当加工不同厚度工件的时候，需要调节磁台与磨头间的位置高度，而实际磨削去毛刺过程中，这个位置高度值就是工件的厚度，所以如何调节这个高度值就该由工作台来实现，即工作台将能够实现上下位置的升降。而摩擦片的厚度往往不是很大，前面机床主要参数中提到，加工工件厚度范围为320MM，即工作台需要能够实现17MM的微量上下调节。为了解决这个问题，设计中将通过一个蜗轮蜗杆传动与一个丝杆螺母传动的组合来实现。调节过程中通过手动调节与蜗杆相连接的手轮控制磨削量，最后通过丝杆的上下移动来完成对工作台升降的控制（详细结构见工作台装配图）。对蜗杆传动和丝杆螺母的设计如下由于此传动只是调节磨削量，传动过程中没有受到实际载荷，也不需要有转速控制，因而只需对各传动的主要结构参数作出必要设计即可。41蜗轮蜗杆传动设计9选择材料与热处理方式蜗杆选用45钢，表面淬火处理，齿面硬度45HRC。蜗轮材料选用ZCUSN10PB1，砂型铸造。去顶蜗杆头数和蜗轮齿数1Z2Z为了保证传动的精确性，必须保证蜗轮不能带动蜗杆，即需要“自锁”。因此蜗杆头数1。传动比比选用推荐标准值I40，则。1Z2140ZI确定蜗杆分度圆直径与模数M1D查阅手册，初选28MM，模数M16。1确定蜗轮分度圆直径22640DZ确定蜗杆倒程角16TAN057128MZD得327主要几何参数M16MM,1,40,3271Z228MM,64,1D12864ADM蜗轮喉圆直径264172AAHM齿顶圆直径1132572569EAD齿根圆直径118124FFHM22640TF结构设计见零件图42丝杆螺母传动设计9在此传动中，选用的是一般滑动丝杆副传动，采用的是螺母转动丝杆移动的方式，且丝杆一端简支、一端自由。螺母选用梯形螺纹，可以有很好的“自锁性”，能够保证调节的稳定性。此外由于涡轮蜗杆传动要与丝杆螺母传动相联接，所以设计中将螺母与涡轮连接在一起，可以很好的解决此问题，具体结构及尺寸见零件图与工作台装配图。下面给出丝杆、螺母的主要尺寸参数螺距P2MM丝杆外径26MMD丝杆内径235MM1丝杆、螺母中径25MM2螺母外径D265MM螺母内径D24MM丝杆断面积A4342CM螺纹升角12731丝杆断面极惯性矩IN299414丝杆端面惯性矩I15938需要强调的是，由于丝杆两端都没有固定，这势必会对传动时的稳定性有影响，因而在结构设计中，将丝杆螺母用一个轴承起到丝杆轴向固定，丝杆联接到工作台时尽量防止工作台水平面的移动，运用一个凸台可以很好的防止，此外由于工作台微量调节，为了保护工作台上升高度太高，与磨头向接触，在丝杆尾部设计了一个止动安全垫片，详情见工作台装配图。5进给系统设计机床的进给系统用于控制除主运动以为的其他运动，在本设计中，主运动即砂带的磨削运动由一个电机通过V带传动来实现，所以进给系统需要控制工件的进给速度。前文总体设计中提到，工件的进给速度控制由传送带带动工件移动来实现，且为保证工件的表面加工质量，工件的进给速度为VW3M/MIN。由于此速度较低，需要一定的减速机构才能实现，减速箱的传动比将会很大。而本设计中的进给系统由一个传送带、减速箱与驱动电机简单组成，驱动电机通过减速箱减速后与传送带联接，可以较好的实现工件的进给运动。减速箱一般可由厂家订购，由于起传动比较大，而蜗轮蜗杆传动比往往很大且有较好的传动性能，因而选用二级蜗轮蜗杆传动结构的减速箱，这样就可以很好的解决此问题。所以只需根据实际磨削运动选择一个驱动电机，以及完成传送带的设计，将可以实现工件进给速度为VW3M/MIN这一要求。具体结构及安装见传送带安装图。下面对选用的电机及传送带设计介绍如下51进给系统驱动电机选择在工件的磨削过程中，传送带带动工件移动，工件受磁台吸附定位加紧，且受到砂带的磨削运动，因而作用到传送上的作用力，实际上为砂带对工件的磨削力与传送带与磁台的摩擦力。驱动电机的载荷就是克服这些力所做的功以及加上在传动过程中的功率损失。选用电机应该按照此条件来选用。1求电机克服阻力所做的功N已知不计工件重量，作用到工件上的磨削力为FN511N，FT355N，设传送带与磁台之间的摩擦系数U05。则3501306016016WTNWFVFUVKW可以看出驱动电机需要的功率很小，几乎可以忽略不计，而电机所作的另一部分功为也很小。因而选用Y132S8电机，可以完全满足进给要求，它的主要技术参数如下额定功率22KW满载转速710R/MIN起动转矩额定转矩20N/M最大转矩额定转矩20N/M52传送带设计现在传送带设计中，主要考虑带轮的直径、宽度以及中心距。由于驱动电机已经选定，而减速箱传动比I由厂家产品决定，可以先初定带轮直径，在选用一定传动比I的减速箱。由于前面工作台的设计中给出了工作台的装配高度，其高度为355MM，轮径应大于355MM，综合考虑初定带轮直径D0400MM，宽度由于砂带宽度B200MM，因而带轮宽度选为B220MM。带轮需要两个组合安装，带轮材料选用一般铝材即可，详细结构设计见传送带安装图。求传动比I带轮转速3/MIN29/IN04WOVNRD传动比2917I选用传动比I1300的减速箱，则103N/MIN4027WVD，合适1075O即带轮直径为D400MM此外带轮间中心距选择时主要考虑工作台的宽度尺寸，由于前文已经给出磁台长度为200MM，工作台宽度应大于200MM，综合考虑初定带轮中心距A800MM。皮带长度02A8042856LDMM查标准，选取L2800MM实际中心距12804722ALD值得注意的是，工作台的升降必将会导致传送带的长度改变，但是由于加工工件的厚度范围限于320MM，这是一个很小的微量变化，因此不必因此设计中心距调节装置，只需在传送带张紧时设定一个合适的张紧力即可。6机床功能分析通过前面几个章节的详细设计说明，基本实现机床各部分的功能。总的来说，设计的砂带磨削机床主要由砂带磨削头、传送带动力头以及磁性工作台三个部分组成。其中，砂带磨头采用驱动电机通过V带传动直接驱动接触轮，简单高效，整个砂带磨头安装在工作台垂直方向的正中位置，且位置恒定不动，保证磨削了磨削运动的稳定性。在工件实际磨削加工过程中，工件放入传送带右端，将拥有飞边、毛刺面朝上，由传送带自动输向磨头。传送带由进给驱动电机通过减速箱后带动。工件进入磨削区域后，由于工件材料的特殊性，磁台将自动将工件吸贴在帆布传送带上。当砂带对工件表面磨削时，依靠磁台的磁性，吸住工件与传送带同步通过砂带磨削区域。当传送带驱使工件离开工作台磁性区域时，工件自动消磁，到达传送带左端。在此处可以安放一个料箱，工件依据惯性力方向可以自动落入料想内。整个过程连续高效，可以实现自动化。61磨头功能分析砂带磨头作为机床主运动的执行构件，其功能的实现对整个机床来说是至关重要的。一个完整的砂带磨头，除具有基本的驱动轮、张紧轮和接触功能件（本设计中驱动轮直接为接触轮，没有其他接触功能部件）外，还必须有许多与磨削戚戚相关的功能部件，这些功能部件的合理设计或选择对砂带磨床的工作性能亦有一定的影响。例如，砂带张紧及快换操纵机构影响加工辅助时间，从而影响总的效率；防跑偏机构影响砂带寿命及安全性等等，如砂带的张紧采用弹簧结构，由手柄、滑套及支承轴等组成。操作时只需将手柄、张紧轮拉下即可更换砂带。前面详细设计说明中已经一一给出其解决方法。值得注意的是，在砂带磨头主轴设计中，为了保证磨削运动足够的稳定型，防止轴承磨损后造成较大的径向跳动，采用双联轴承自行消除轴向间隙的结构，即各自选用一对C级6307轴承，磨头主轴径向跳动可达0005MM。当要求径向跳动在0015MM以内时，也可用D级精度轴承。整个主轴（即轴、接触轮和皮带轮）在组装前进行整体动平衡，并达到G10级或更高的平衡精度。因而在此砂带磨头可以很好的完成磨削磨削主运动。62磁性工作台功能分析在整个工作台的设计中，主要是为了解决工作台在垂直方向的上下微量调节。由于工作台要安装在传送带之间，所以对结构尺寸也做出了相应的要求，为了解决这些问题，设计中采用了一个蜗轮蜗杆传动与丝杆螺母传动相组合的方式来实现，调节时由手动调节手柄，并根据分度盘上的刻度确定一定的量值，然后带动蜗杆转动，通过一定的传动比将传动带入蜗轮，由于蜗轮与螺母通过螺钉相连接，因此同时螺母也转动，继而带动丝杆转动，由于螺母在轴向的位置固定，丝杆没有固定，因而丝杆实现上下的升降，由于丝杆顶端与工作台固定联接，继而实现工作台的上下升降功能。整个过程简单连续，且由于蜗轮蜗杆传动和丝杆螺母传动的特点，使整个传动过程具有足够的稳定性，可以保证调节的稳定性。需要说明的是，由于丝杆没有固定，且需要支承整个工作台及工件加工，所以必须保证它足够的稳定性，以及防止其在工作台在水平面的周向移动。因此设计中将螺母通过轴承与工作台箱体的底座相固定，这样既不会影响螺母的转动，也可以很好的解决了稳定性问题；防止工作台周向一定时，在工作台的下面设计了一个正方形的凸台，这样就可以很简单的解决了这个问题。并且由于丝杆螺纹选用的是梯形螺纹，且蜗杆齿头数选用的是Z1，都具有“自锁性”，所以不必担心工作台会因为承受了垂直方向的力而产生垂直方向滑动。此外由于磁台磁力的有效范围，磁力太大将影响工件不能随着传送带正常移动，太小将不能将工件定位加紧，使工件在磨削力作用下脱离工作台，因而设定一个合适的工件加工范围就必须根据这个磁力来决定，即工件厚度范围必须合适，设计中根据选用的磁台磁力数据设定的范围为320MM，可以保证工件的正常加工。同时为了限定这个范围，在工作台的设计中，在丝杆尾端安装了一个止动安全垫片，并与固定螺母的底座相配合，通过这样就很好的解决了这个问题。同时由于蜗轮蜗杆传动的传动比很大，调节量可以保证足够的精度，能够实现足够的微量调节。在整个工作台