移动式磨抛机床柔性磨抛头设计毕业设计论文

1、天津职业技术师范大学本科生毕业设计移动式磨抛机床柔性磨抛头设计flexible grinding head of portable grinding machine design专业班级：机自0901学生姓名： 指导教师： 学 院：机械工程学院2013 年 6 月摘 要随着磨抛技术的提高，磨削技术已然成为提高工件表面加工质量，加工精度以及表面粗糙度关键的表面后处理工艺。传统的手工打磨不仅效率低，而且劳动强度大，目前最常用的磨抛方式是砂轮磨抛和砂带磨抛，传统的砂轮或砂带磨抛头与机床的连接方式属于刚性连接，没有实现柔性。设计柔性磨抛头可以在磨抛过程中起到减振缓冲作用，这样不仅可以保证加工时机构的稳

2、定性而可以保证恒力磨削，从而保证了表面的加工质量、加工精度以及表面粗糙度。本文针对飞机外壳等大型表面设计了砂带柔性磨抛头和砂轮柔性磨抛头，设计过程如下：1. 分别对砂带、砂轮磨抛进行简单的理论概述；2. 设计柔性磨抛头的各重要构件并且完成三维造型；3. 对柔性机构进行方案的构想和设计并且完成三维造型。砂轮磨抛和砂带磨抛技术发展越来越广泛，基本上所有的材料都可以用这两种磨抛方式，它们受到人们越来越多的关注，对人们的生活也起着越来越重要的作用，所以本文设计了适用于移动式磨抛机床的柔性磨抛头具有很大的实用价值和经济效益。关键词：柔性；砂轮磨抛头；砂带磨抛头abstractgrinding techn

3、ology has become to improve the quality of workpiece surface finish, machining accuracy and surface roughness of the surface of the key post-processing technology. the traditional manual polishing not only the efficiency is low,and the great labor intensity,the most common grinding is grinding wheel

4、 grinding and abrasive belt grinding,traditional grinding wheel or belt grinding wheels connected to the connections of the machines belonging to the rigid, flexible is not implemented.design flexible grinding wheel in grinding and polishing process to take the vibration in buffer,not only does this

5、 ensure institutional stability when machining ensures constant grinding, thus ensuring the quality of surface machining, machining accuracy and surface roughness.shell design of large surfaces, such as sand, this paper aircraft with flexible flexible grinding wheels grinding wheels and grinding whe

6、els, the design process is as follows:1. simple sanding belts, grinding wheels grinding and polishing separately theory;2. the design of flexible grinding wheels of all essential components and complete the three-dimensional modeling;3. to programme conception and design of compliant mechanisms and

7、complete three dimensional modeling.development of grinding wheels grinding and polishing and abrasive belt grinding and polishing technology more widespread,basically all the material can be used both types of grinding and polishing,is playing an increasingly important role in peoples lives,so this

8、 design applies to flexible mobile grinding and polishing machine grinding wheels with high practical value and economic benefits.key words：flexible; wheel grinding head; abrasive belt grinding 目 录1 引言11.1 本课题研究的背景及意义11.1.1 本课题研究的背景11.1.2 本课题研究的意义11.2 国内外磨削技术的现状与展趋势发21.2.1 砂带磨削技术国内外现状与发展趋势21.2.2 砂轮磨

9、削技术国内外现状及发展趋势21.3 课题来源及研究内容31.3.1 课题来源31.3.2 课题研究的内容31.4 本章小结32 砂带柔性磨抛头主要构件设计42.1 砂带磨削的些基本概述42.1.1 砂带磨削机构介绍42.1.2 砂带磨削的基本特征42.1.3 砂带柔性磨头设计要点52.2 轮系布置与电机选择52.3 主动轮设计72.4 接触轮设计82.5 砂带张紧机构设计92.5.1 张紧轮设计102.5.2 扭簧设计122.5.3 张紧座台设计122.6 柔性装置设计132.6.1 整体结构设计132.6.2 尺寸设计142.7 本章小结153 砂带柔性磨头传动及磨头板设计163.1 传动设

10、计163.2 磨头板设计173.3 砂带的选择183.3.1 砂带磨料的选择183.3.2 砂带磨削液的选择183.3.3 砂带尺寸和公差的确定183.3.4 砂带的修整183.4 本章小结184 砂轮柔性磨头装置设计204.1 砂轮磨削基本概述204.1.1 砂轮磨削机构介绍204.1.2 砂轮磨削基本特征204.1.3 砂轮柔性磨削头设计要点214.2 砂轮的选择214.2.1 砂轮相关要素选择214.2.2 砂轮型号及尺寸选择214.3 电动机的选择224.4 砂轮柔性磨抛头主轴设计224.4.1 轴的材料及其热处理工艺224.4.2 轴结构设计224.4.3 轴的尺寸计算224.5 法

11、兰盘设计234.6 柔性结构设计244.6.1 底板设计244.6.2 连接结构设计244.7 弹簧设计254.8 砂轮的修整264.9 本章小结265 展望与结论27参考文献28致谢301 引言1.1 本课题研究的背景及意义1.1.1 本课题研究的背景随着现代磨抛技术的快速发展，机加工零件对表面质量要求越来越高，那么磨抛加工技术作为保障零件表面加工质量的关键步骤，受到越来越多的关注。磨削加工方法是利用磨料来去除材料。根据加工工件的形状和加工要求不同，磨削加工有多种加工方式。而用砂轮或砂带进行磨削加工是应用广泛、高效精密的加工方法。随着机加工产品可靠性、精度、和寿命要求的不断提高，以及高强度、

12、高硬度、高功能性、高耐磨性、的新型材料的普遍应用，磨削加工出现许多新问题，包括超精密磨削、材料的磨削加工性及高效磨削和磨削自动化、表面完整性、等问题亟待解决。现代磨削加工技术正朝着开发精密及超精密磨削、使用超硬磨料磨具、高效、高速磨削工艺及研制高刚度、高精密的自动化磨床的趋势发展。机械制造业向着柔性制造单元fmc（flexible manufacturing cell）、柔性制造系统fms(flexible manufacturing system)、计算机集成制造系统cims（computer inte-grated manufacturing system)方向迅速发展，与此同时对磨削加工

13、也提出了自动化要求。而磨床机构设计制造在磨床智能化与高速化的前提下提出了新的要求和新的课题。现代主要技术发展方向是：采用有模态分析、有限元算法、cad及cae技术来研究磨削机床的动静刚度、优化磨床结构从而解决振动达到高稳定性的磨削加工；磨床主轴通过气体静压轴承，液压静压轴承，及磁浮轴承达到精密化及高速化的要求；导轨及进给机构采用直线导轨、静动压导轨、静动压丝杠实现了高精密化与高速化；减少热源，并抑制热产生防止热扩散。本课题以此为背景，研究一种适合打磨飞机外壳等大型外表面的磨抛头，配合移动式磨抛机床，从而实现自动磨抛大型零件的内外型面，代替传统的手工打磨，增加打磨效率，降低劳动强度。本课题将设置

14、多个磨抛头，将在不同的打磨环境下适用，其中设计最关键部分是如何实现磨抛头的柔性。1.1.2 本课题研究的意义飞机外壳一般由铝合金材料制成,为了打磨飞机外壳从而获得光滑平整的外表面常采用手工研磨抛光方法,此方法费时费力,加工质量难以保证；且工业现场的噪声大粉尘多，严重影响工人的健康。现代的磨抛机床大多采用的磨抛头属于刚性连接，降低工件的表面质量，柔性磨抛头可以保持切削法向力的恒定实现恒力磨削同时可以起到缓冲减振的作用，所以设计一种适用于自动磨抛机床的柔性磨抛头对于提高磨抛质量及精度，降低劳动强度和生产成本，提高劳动生产率具有极其重要的意义。1.2 国内外磨削技术的现状与展趋势发1.2.1 砂带磨

15、削技术国内外现状与发展趋势所有的工程材料几乎都能用砂带磨削加工,从一般的日常生活到工业生产加工的各个方面无所不用。砂带磨削被称为“万能磨削”和“冷态磨削”，是一种新型涂附磨削工艺,砂带磨削技术已经与砂轮磨削同等重要。而且砂带磨削技术有着更广泛的应用及发展前景。国外砂带磨削技术已有很大进步，随着加工对象以及应用领域的越来越广泛，砂带磨削技术用得到普及，显然已经成为获取巨大经济效益的一种手段。国内砂带磨削技术发展始于20世纪70年代末，改革开放使得砂带磨削技术引起了各行业、研究单位和企业越来越多的关注。由于砂带品种的增加和制造技术的提高，砂带磨削设备研究及生产得到了很大的发展。砂带磨削按其基本结构

16、形式可分为接触轮式、压磨板式和自由式，本文设计的砂带磨头属于接触轮式，是装夹在移动磨抛机床上的砂带磨削装置。它主要的优点是装卸方便，张紧自如，并且可实现柔性接触，实现减振缓冲作用。1.2.2 砂轮磨削技术国内外现状及发展趋势砂轮磨削技术也是当今运用最广泛的磨削技术之一，砂轮磨削与工件是刚性接触而砂带磨削属于弹性接触，可以同时实现磨削、研磨和抛光，这就是砂带磨抛精度质量更高的原因。目前砂轮磨抛向着高速磨削方向发展，国外高速磨削研究始于1988年左右，这以后有了很大的发展，砂轮线速度由初期几十米每秒发展到现在的几百米每秒。国外高速高效磨削已经相当普及，亚洲属日本高速磨削发展最普遍，欧美等国家属美国

17、领先。高速磨削在我国起步比较较晚，1974年，郑州三磨所、第一汽车厂、瓦房店轴承厂、第一砂轮厂、华中工学院等先后进行50-60m/s的磨削试验；1977年，湖南大学在实验室成功地进行了100m/s，120m/s高速磨削试验、在2000年中国数控机床展览会(ccmt2000)上，湖南大学首次推出了线速度最高可达120m/s的凸轮轴数控磨床。在90年代左右，东北大学进行了超高速磨削技术的研究，并首次研制出了中国第一台圆周速度达200m/s，额定功率为55kw的超高速试验磨床，其速度最高达250 m/s。 1.3 课题来源及研究内容1.3.1 课题来源本课题针对飞机外壳等大型结构件表面能够实现自动磨

18、抛并保持较高的加工质量进行设计,目的是为了降低工人的劳动强度、减少人力成本、提高加工柔性。磨抛后处理工艺由于传统加工设备自身工作空间与大型结构件空间体积的矛盾一直停留在手持加工层面，为了加工更大尺寸工件,只好设计更大规格的加工系统,缺乏柔性，造价昂贵,适用范围有限。而且传统磨抛头大多属于刚性接触加工质量低，所以设计一种适用于自动磨抛系统的柔性磨抛头来代替传统磨抛就变得十分重要和有意义。1.3.2 课题研究的内容通过以上研究分析，本论文主要以飞机外壳磨抛工作强度大效率低为题进行了研究和设计，主要工作如下：(1)提出了课题研究的背景及意义,简要介绍了国内外砂带磨削及砂轮磨削的现状与发展趋势，并且通

19、过结合实际从而提出了本课题的来源以及研究内容。(2)详细阐述了砂带的磨削原理:介绍了砂带磨削一些基本的概念以及砂带磨削原理并且简要叙述了砂轮的磨削原理。(3)分别对砂带磨抛和砂轮磨抛进行了结构设计及三维建模。(4)对砂带磨抛机构和砂轮磨抛机构相关参数进行研究,主要有相关零件的选择及尺寸设计及磨损及受力分析。1.4 本章小结本章重点介绍了本课题的研究背景及意义,以及磨削技术发展现状,由于对工件表面加工质量和加工精度要求越来越高,传统采用手持砂轮磨削，加工效率低，表面质量差，劳动强度大，再加上砂轮磨头属于刚性连接无法保证法向磨削力的恒定，设计柔性磨头可以减振缓冲，提高加工质量和精度。本章介绍了国内

20、外砂带磨削和砂轮磨削的发展情况以及发展趋势,这方面我国起步比较晚。最后讲述了本课题研究的内容,针对飞机外壳等大型机构工件的磨削机理的研究,主要研究内容为:移动式磨抛机床柔性磨抛头的结构研究主要研究砂带磨头和砂轮磨头;以及相关参数设计和磨损分析。2 砂带柔性磨抛头主要构件设计2.1 砂带磨削的些基本概述2.1.1 砂带磨削机构介绍砂带磨削机构的基本要素主要包括：驱动轮、接触轮、张紧轮、砂带、工件。如图2.1所示。 图2.1 砂带磨削的基本要素1一接触轮 2一张紧轮 3一砂带 4一工件 磨削参数: vs磨削参数-即砂带磨削过程中为达到磨削的目的所必须满足的条件，主要有：-砂带的线速度；-工件运动速

21、度；-磨削深度。 2.1.2 砂带磨削的基本特征从图2-1可以知道,砂带磨削以砂带作为磨具并辅以张紧轮、接触轮（或压磨板）、驱动轮等磨头主体以及磨头快换机构、张紧机构、调偏机构等功能部件共同完成。其基本特征概括为:使套在驱动轮和张紧轮(间或使用导轮、压磨板、接触带等辅助结构)外表面上的砂带张紧和运动;以一定的磨削参数和相应的接触方式再根据工件形状和加工要求对工件进行磨削或抛光。 2.1.3 砂带柔性磨头设计要点磨头与工件直接接触并对工件进行加工。其结构主要由主动轮、接触轮、张紧轮、磨头板、张紧机构以及电动机组成。设计时要重点考虑以下几点： 1）磨头的结构是根据工件的实际结构来设计，确定主要构件

22、如接触轮的结构及尺寸参数，确定磨头板上接触轮、主动轮和张紧轮各轮的相对位置。 2）张紧机构装在张紧轮轴上，负责张紧闭式砂带。张紧轮设计为毂形，而接触轮和驱动轮设计为圆柱形。毂形张紧轮轮缘中部微微突起，防止砂带跑偏；由于砂带宽度设计为窄砂带系列，因此可不用再专门设计防跑偏机构。 3）根据加工需要，选择合适的砂带并最终确定砂带柔性磨头磨头板的结构及参数，确定柔性性系统结构方案并确定参数，砂带采用闭式磨削方式安装在上述轮上。2.2 轮系布置与电机选择1） 设计磨头各轮布置如图 2.2。图 2.2 磨头各轮布置图 1-接触论 2-张紧轮 3-砂带 4-驱动轮 5-柔性机构 6-张紧机构 7-电动机 8

23、-磨头板2）根据带传动设计要求，闭式磨削中，由于砂带的最大有效拉力（有效张紧力）与主动轮包角 成正比。所以 越大，砂带和回转轮接触面上的总摩擦力也就越大，传动能力也就越高，因此包角 120（许用包角）。其中主动轮直径d1设计为60mm，安装在电动机轴上；张紧轮接张紧调偏机构，直径d2设计为50mm；接触轮安装在接触轮轴上，用以磨削工件，直径d3设计为50mm。设计依据如下： 1.分析加工工件为外表面且此磨头用以可移动磨床，为了不影响磨床进给和移动以及整体结构尺寸，设计接触轮外径应该尽量小以满足轻量化，为50mm。 2.设计砂带磨削为恒力磨削，由 30m/s 的砂带磨削线速度 vs（m/s）和施

24、加在工件上法向磨削力 (n)可计算得出电动机的功率，如式（2-1）。 n=60/2 ft=0.5fn (2-1)将；=250n;=0.9代入式2-1得 （2-2）将=60mm,=30m/s代入式2-2得n=9554式中 砂带磨削线速度（m/s）；取 30m/s; 主动轮角速度； 主动轮线速度(m/s)； 主动轮半径（mm）； 电动机转速(n/min)； 磨削施加在工件上法向力（n）； 砂带磨削切向力（n）； 磨削功率（w）； 机床传动效率系数，一般取 0.80.9； p电动机功率；结合工厂经验确定：设计砂带法向磨削力=500n；砂带磨削线速度为=30m/s；电动机转速校核为 10000r/mi

25、n；功率为 5.5kw。2.3 主动轮设计电动机通过主动轮带动砂带磨削，所以主动轮的直径直接影响砂带的磨削速度。 主动轮直径(d1)计算： （2-3） 式中 vs 为砂带速度（m/s)；n 为主动轮转速（r/min） ； 其中：vs 由加工条件定，由前述可知，此时选择为 30m/s； 通过计算最终拟合确定主动轮直径为d1=60mm。 图2.3 主动轮结构图2.4 主动轮装配图1-驱动轮 2-滚动轴承 3-垫片 4-螺母 5-铰制孔用螺栓 6-螺母 7-垫片8-磨头板 9-电动机 主动轮通过键连接安装在电动机的轴伸上，主动轮的结构如图 2.3,轮轴装配图2.4。电动机采用端面安装方式，安装在磨头

26、板上。2.4 接触轮设计图2.5 接触轮接触轮结构图如图2.5所示，轮轴装配图如图2.6所示。接触轮材质选择：接触轮轮缘有橡胶，尼龙等材质；轮毂可选铝合金。接触轮外缘表面分为平坦型与齿槽型两类。平坦型表面由于工件与砂带接触面积大，所以粗糙度（ra）值比较小，但加工精度高；用于精磨、抛光或加工成型表面。齿槽型轮的传载能力得到提高，砂带阻塞减少，砂带寿命提高，且切除率变高，故常在粗加工中使用。齿槽常见的有直槽、斜槽、x 形槽、螺纹槽。常用的螺旋角 3060，螺旋角越大，切削力越大，噪声越大，工件表面上容易留下振纹。螺旋角越小，切削力越小，工件表面可以产生有规则的纹路。30常用于精磨，而4560用于

27、粗磨。这里考虑到加工大型工件的外表面，选择外缘平坦型接触轮。 图2.6 接触轮结构及轮轴装配图1-螺母 2-垫片 3-磨头板 4-接触轮轴 5-接触轮 6-深沟球轴承 7-垫片 8-螺母 接触轮的安装与调整：砂带与工件的接触与接触轮本身的回转精度以及相对于工件表面轴线的位置精度有直接关系。当接触轮的回转精度越低，就会影响接触面积、导致接触压力变化、削深度变化，结果发生振动；同理，位置精度低对接触面积和方向也有影响。所以精密砂带磨床对接触轮自身回转精度、位置精度应进行精确控制，并且提高接触轮的圆柱度与圆度精度，选择高精度的轴承。接触轮的修磨与平衡：与砂轮的修磨不同，大多情况是采用一条新砂带绕在一

28、个平板上，接触轮运转并与平板轻轻的接触。注意基准要准确，修磨压力要轻。 2.5 砂带张紧机构设计由于砂带要在张紧情况下工作，而砂带因受热等因素影响会变长，所以需要张紧机构来进行进一步张紧才能持久工作。张紧原理是通过改变张紧轮与接触轮（或其他轮）的中心距大小来实现张紧的；而压缩这个中心矩即可以实现快换的目的。按张紧实现过程分类则可分为间断周期性张紧和及时自动张紧两类。前者是指：定期对变松弛的砂带进行张紧调节以确保加工的顺利进行。间断周期性张紧机构（如丝杆螺母调节结构）结构简单、操作方便，但生产率低。及时自动张紧使砂带一直保持良好的张紧状态；其结构相对复杂，但砂带更换方便，生产率相对高，是生产中常

29、用的张紧方式。常用的有偏心轴套式、弹簧手柄式、杠杆式和配重式等。这里由于磨头板结构所限，采用偏心轴套式张紧机构。具体张紧工作原理如图 2.7所示：图 2.7 张紧机构装配简图1-螺母 2-深沟球轴承 3-张紧轮 4-垫片 5-偏心轴套 6-弹性垫圈 7-磨头板 8-张紧座台 9-弹簧螺母 10-扭簧 11-手柄 12-偏心铁块张紧轮轴装在偏心轴套的偏心轴孔中，偏心轴套装在磨头板的张紧轮空中，张紧座台装在偏心轴套上，并且与磨头板通过三个螺钉连接；扭簧装在轮轴的后端，扭簧一端卡在中心铁块中，中心铁块用三个螺钉固定在张紧座台边缘，中心铁块有一个孔位于偏心轴套中心位置，扭簧一端卡在孔中，一端卡在手柄中

30、，手柄装在手柄座上，手柄座用一个圆锥销固定在张紧轴末端；偏心轴套可在张紧座台的孔中自由转动；实现改变中心距来张紧砂带。快换原理：转动手柄，带动扭簧张紧，张紧轮轴将在偏心轴套的带动下以扭簧另一端为中心点，并绕该中心点旋转，使张紧轮和接触轮的距离减小，砂带变松，方便更换；松手后，受力张紧的扭簧向反方向扭转，带动张紧轮轴也向反方向自由旋转，张紧轮和接触轮的距离增大，砂带被拉紧，砂带就装上了，当扭簧张力和砂带张紧力平衡时保持稳定，砂带开始磨削工作。2.5.1 张紧轮设计一般情况下，接触轮母线为直线，此时如果没有防偏装置，应该将张紧轮等设计为鼓形。外缘为鼓形可有效防止窄砂带跑偏。其鼓形外表凸弧高度值可按

31、下式计算： （2-4）将b=40mm代入式2-4得=1.26mm。式中 b轮宽度；各值表示如图 2.5。越大，砂带对中性越好。图2.8 张紧轮机构2.5.1 偏心轴套设计此装置中，偏心轴套简图如图 2.8 所示。图 2.9 偏心轴套结构简图 张紧轮轴装在偏心轴的轴孔中，偏心轴套旋转，利用偏心距 l 来改变张紧轮与接触轮的中心距对砂带进行张紧。偏心轴套与磨头板上的张紧轮孔进行装配，它可以自由的转动，实现中心距的变大或变小，分别实现快换和张紧。张紧程度与偏心距l的大小有直接关系，偏心距l越大张紧范围越大，砂带允许变形范围越大，反之亦然。2.5.2 扭簧设计张紧机构扭簧的设计在整个张紧机构设计中很重

32、要。而零件的工作转矩、自由扭转角是扭簧设计的两个重要因素。由经验公式以及砂带厂的一般经验：工作转矩 t25000nmm,预加转矩设为 t1=1900nmm，工作时扭转角， 自由扭转角 120； 计算得圆柱螺旋扭转弹簧的主要参数如表 2-1。表 2-1扭簧主要参数表弹簧直径（d）自由长度（h）有效圈数(n)螺旋角（）最大工作扭转角()弹簧中径（）最小工作扭转角()工作极限转矩（）2.5.3 张紧座台设计张紧座台与磨头板通过铰制孔用螺栓连接，偏心轴套安装在其上。如图2.9所示。图2.10 张紧座台2.6 柔性装置设计2.6.1 整体结构设计图2.11 柔性磨抛装置1柔性轴 3滑块 2、4半滑块联轴

33、器目前磨抛机床大多采用刚性连接的磨头板，相对柔性连接，磨削质量和磨削精度较低，并且产生振动，无缓冲。显然，柔性装置设计部分是本课题的另一个重点，当磨抛头接触轮与工件接触并磨削加工时法向压力方向上实现柔性，可以采用弹簧，滑块等构想。本课题柔性装置采用的是滑块构想，设计一个有90度拐角的轴一端与磨抛头连接，另一端连接滑块弹性联轴器；为了连接的稳定性和刚性，应设计两个柔性装置。具体原理图如图2.10所示。2.6.2 尺寸设计图2.12 滑块弹性联轴器滑块型号选择wh1，公称转矩16n.m，许用转速10000r/min，轴孔长度12mm，转动惯量0.0007kg.。具体尺寸如图2.10所示。2.7 本

34、章小结1）确定了砂带柔性磨抛头的整体结构，选择电动机型号，及确定轴承等标准件规格；2）本章通过相关设计计算确定了驱动轮，接触轮，张紧轮尺寸结构以及他们的装配方法。3）设计并确定了砂带柔性磨抛头张进机构，确定其尺寸。4）设计并确定了砂带柔性磨抛头柔性机构，确定其尺寸。5）完成以上设计的三维造型。3 砂带柔性磨头传动及磨头板设计3.1 传动设计由砂带柔性磨抛头总体设计方案以及初定的各机构参数，从而计算出砂带周长，再参考厂家标准，最后能够圆整出砂带周长。通过圆整确定的砂带周长再计算出设计结构中各部件尺寸大小。传动计算示意图如图 3.1 所示。初始砂带周长： （3-1）实际中心距： （3-2） 中心距

35、 的大小的选择需要考虑试验系统的稳定性，根据砂带和磨削初定参数，并保证砂带一定寿命和试验装置稳定性的前提下，选取中心距为 330mm，代入式（3-1）得： 取=875代入式3.6得 为方便装拆，且有一定的张紧裕度，故中心距选取=335。图3.1 传动计算示意图带轮包角的大小影响砂带的传动效果，包角偏大时，传载效果越强，按照设计要求包角应大于许用包角值，此处许用包角150。驱动轮包角为： （3-3）接触轮包角为： （3-4）综上，接触轮包角和驱动轮包角的大小都大于许用包角，满足要求。3.2 磨头板设计磨头板是用来支撑砂带磨头部分，其上装有轮轴、各轮系、张紧机构、柔性装置以及电动机。设计其厚度为

36、15mm。其基本结构如图 3.2：图 3.2 磨头板结构1-接触轮孔 2-电动机轴伸孔 3-张紧轮孔 4-柔性装置连接孔如图 3.2 所示： 磨头板通过4个铰制孔用螺栓联结磨头板和电动机座，磨头板此处结合面应加厚并精铣，表面的粗糙度应保持在较低值。磨头板中部铸造有两个孔，为柔性装置连接孔，左上方为接触轮轴孔，安装接触轮，由于接触轮要对工件进行磨削加工，所以此孔形位精度要求比较高，孔端面和轴肩结合面有垂直度的要求；左方为张紧轮轴孔，孔周围设计有 3 个螺钉孔，安装螺钉，用来固定张紧座台。3.3 砂带的选择 3.3.1 砂带磨料的选择 磨料的选择主要考虑适应于加工工件的性质。磨削硬度高的工件材料时

37、，选择硬度高的磨料；磨削抗张强度高的工件材料时，选择韧性高的磨料；磨削抗张强度低的工件材料时，选择较脆和强度高的碳化硅材料；磨料的选择还应注意避免化学磨损。砂带磨粒度对磨削生产率和加工表面粗糙度有很大的影响，为保证工件粗糙度和加工效率，应根据加工的不同要求、机床性料能、加工的具体条件，如工件的加工余量、表面状况、材质、热处理、精度、粗糙度的不同来分别选取不同粒度的砂带。一般说来，粗磨用粗粒度，精磨用细粒度。查阅相关资料手册，粗磨时选择磨料为 wa,粒度号为 p3060 的砂带，精磨或抛光时选择磨料为 wa，粒度号为 p150500 的砂带。 3.3.2 砂带磨削液的选择 砂带磨削按有无磨削液可

38、分为干磨（无磨削液）和湿磨（有磨削液）两种方式。湿磨使加工工件拥有较好的表面质量，且可以使施工现场粉尘显著降低，所以本课题选择湿磨方式，选择乳化型水溶性磨削液。 3.3.3 砂带尺寸和公差的确定虽然国家推荐标准 gb/t15305.31994规范了砂带的周长、宽度尺寸及其极限偏差。但是国内市场上任意长度砂带随处可见，且在实际设计中，大多砂带磨床厂为了满足磨头设计的特殊需求，也很难将砂带周长校核到国家标准。本设计为了满足磨头重量轻型化，磨头材料使用少的原则，砂带宽度设计为 40mm,周长为 1000mm。极限偏差将按此周长段的国标偏差3来设计制造。3.3.4 砂带的修整修整对于砂带来说一般不常有

39、，通常在精密或超精密磨削时会进行修整，目的是保证加工质量，一般新砂带使用前可进行一次修整(或预处理)，因为修整可以改善磨粒的等高性，这样可以防止少数凸出的磨粒划伤工件表面，目的是使砂带从开始磨削就可以进入最佳的正常磨损阶段，可以十分有效的提高磨削加工后工件的表面质量。3.4 本章小结1）在设计完砂带柔性磨头的主要构件以后，本章对砂带柔性磨头的传动进行传动设计，确定了接触轮和驱动轮的中心距，且确定了砂带的周长从而确定了各轮系的相对位置；最终可以设计磨头板的外形和尺寸。 2.完成了磨头板的三维造型。 3.对砂带柔性磨头进行装配，完成砂带柔性磨头的设计工作。具体的整体设计效果如下图3.3：由于砂带宽

40、度只有 40mm，属于窄砂带，宽度小，所以可以不设置专门的防偏机构和振荡机构，而把张紧轮设计成鼓形起到防偏作用。由于考虑到此处的设计结构体积小，重量轻，所以采用滑块弹性联轴器来实现柔性，当接触轮与工件接触时，在结合面的法向磨削压力会得到一定的缓冲作用，又考虑到砂带柔性磨头与机床的连接稳定性，所以采用两个完全一样的柔性装置，来提高稳定性。 图3.3 砂带柔性磨抛头三维图4 砂轮柔性磨头装置设计4.1 砂轮磨削基本概述4.1.1 砂轮磨削机构介绍磨削加工类型不同，运动形式和运动数目也就不同。外圆与平面磨削时，磨削运动包括主运动、径向进给运动、轴向进给运动和工件旋转或直线运动四种形式：1) 主运动:

41、 砂轮回转运动称为主运动。主运动速度（即砂轮外圆的线速度），称磨削速度，用表示2) 径向进给运动: 砂轮切入工件的运动称为径向进给运动。3) 轴向进给运动: 工件相对于砂轮沿轴向的运动称轴向进给运动。4）件圆周（或直线）进给运动: 磨削过程,砂轮表面上磨粒可近似地看作是一把把微小的铣刀齿，其几何形状和角度有很大差异。致使切削情况相差较大。因此必须研究单个磨粒的磨削过程。如图4.1砂轮磨削基本要素：图4.1 砂轮磨削基本要素垂直进给运动 主运动 轴向运动纵向运动4.1.2 砂轮磨削基本特征1）由于砂轮磨粒本身具有很高的硬度和耐热性，因此能加工硬度很高的材料，如淬硬的钢、硬质合金等。 2） 砂轮和

42、磨床特性决定了磨削工艺系统能作均匀的微量切削，一般=0.0010.005mm；磨削速度很高，一般可达=3050m/s,砂轮磨削是零件精加工的主要方法之一。 3） 由于剧烈的磨擦，而使磨削区温度很高。这会造成工件产生应力和变形，甚至造成工件表面烧伤。因此磨削时必须注入大量冷却液，以降低磨削温度。冷却液还可起排屑和润滑作用。 4） 磨削时的径向力很大。这会造成机床、砂轮、工件系统的弹性退让，使实际切深小于名义切深。因此磨削将要完成时，应进行光磨，以消除误差。 5） 磨粒磨钝后，磨削力也随之增大、致使磨粒破碎或脱落，重新露出锋利的刃口，此特性称为“自锐性”。自锐性使磨削在一定时间内能正常进行，但超过

43、一定工作时间后，应进行人工修整，以免磨削力增大引起振动、噪声及损伤工件表面质量。 4.1.3 砂轮柔性磨削头设计要点1）根据工工件的结构特点和材料来确定砂轮的尺寸以及砂轮磨料类型； 2）根据磨削加力来确定电动机类型，再根据电动机类型确定砂轮内径； 3） 根据砂轮尺寸以及加工要求来设计轮轴，对砂轮轴进行强度校核； 4）设计砂轮柔性磨抛头的柔性装置； 5）完成以上设计的三维造型。4.2 砂轮的选择4.2.1 砂轮相关要素选择1）磨料：根据飞机外壳的材料选择磨料，飞机外壳一般为铝合金，综合考虑磨料的应用范围以及价格，磨料选择棕刚玉，代号a。2）粒度：根据砂轮粒度选用原则，选择磨具的粒度为。3）硬度：

44、根据砂轮硬度选用原则，选择磨具的硬度为中软，代号为k。4）结合剂：根据结合剂的特性和应用范围，选择陶瓷结合剂。4.2.2 砂轮型号及尺寸选择1）砂轮型号：外圆磨削，选择平行砂轮，代号p；2）砂轮尺寸：砂轮尺寸主要包括内径d、外径d、宽度h。根据磨削工件特点以及满足磨头轻量化的要求，在满足加工要求的前提下，砂轮尺寸尽可能的小。现在砂轮生产技术已经很成熟，砂轮尺寸也已经多样化。所以这里选择内径d=30mm，大径d=100mm，厚度h=50mm的砂轮。4.3 电动机的选择根据公式 2-1 ，由厂家经验设砂轮径向磨削力为500n，砂轮磨削速度为30m/s，则电动机选择6000r/min,功率为5.5k

45、w。 r/min （4-1）4.4 砂轮柔性磨抛头主轴设计4.4.1 轴的材料及其热处理工艺碳钢与合金钢相比比较廉价，但应力集中的敏感性低。碳素钢经热处理或化学处理可得到较高的综合力学性能，应用最广泛。45号钢是应用最广泛的碳钢，通常经过正火或调制处理，一般用于比较重要或承载较大的轴。这里综合考虑轴的运行环境以及轴材料的力学性能，主轴采用45号钢，调制处理。4.4.2 轴结构设计柔性砂轮主轴分为五段，结构如下图4.2图4.2 砂轮主轴结构4.4.3 轴的尺寸计算砂轮主轴受弯矩及扭矩的组合作用，其长度，支反力，跨距及其作用点的位置现在都无法确定。因此无法按照弯矩及扭矩组合来确定转轴上各段轴的直径

46、，这里先用扭转强度估算转轴上只有转矩作用的直径即轴段上的最小直径,再经过结构设计来各段轴的直径尺寸确定。 （4-2） 计算常数，取决于轴的材料和受载情况。电动机功率电动机转速由参考文献查的，=111。通过公式4-2计算如下： 拟合主轴最小直径=12，即与电动机连接的轴尺寸，主轴与电动机采用联轴器连接，砂轮柔性磨抛头的主轴具体尺寸如图4-3。图4.3 砂带柔性磨抛头主轴这里的主轴长度尺寸，在满足设计要求时，按最小的尺寸计算，目的是使砂轮柔性磨抛头整体结构紧凑，并且满足轻量化。4.5 法兰盘设计图4.4 法兰盘法兰盘装夹砂轮是最常用的方法，设计时法兰盘的直径应该大于等于砂轮的直径的一半，法兰盘结构

47、如图4.4所示。4.6 柔性结构设计4.6.1 底板设计柔性结构的底板与砂轮主轴以及电动机机座连接，通过连接装置与移动式磨抛机床连接，结构及尺寸如图4.5所示。图4.5 底板结构如上图，底板有六个孔，用来安装连接机构，底板有四个较小点的孔用来连接电动机机座，底板左边是等边三角形的隔板与砂轮磨头主轴连接，增强了结构的稳定性。4.6.2 连接结构设计底板的连接机构是砂轮柔性磨抛头与移动式磨抛机床连接。其结构如图4.6，三根轴上分别装上三个一样的弹簧，再于底板上的按三角形排列的孔连接，通过弹簧的弹性来实现柔性，当砂轮在磨抛工件时起到减振缓冲的作用。其圆形座台上有三个孔与移动式磨抛机床连接，完成整个砂

48、轮柔性磨抛头的设计。图4.6 连接机构三维造型连接机构具体尺寸如图4.7所示：图4.7连接机构4.7 弹簧设计 弹簧的设计是柔性机构的重要部分，弹簧的自由长度为10mm，具体参数见表4-1所示：表4-1 弹簧参数弹簧直径（d）3.0mm自由长度（）10mm有效圈数(n)3螺旋角（）最大工作扭转角()弹簧中径（）14mm最小工作扭转角()工作极限转矩（）7342n.mm4.8 砂轮的修整砂轮的修整是使用修整工具来将砂轮修去磨钝的表层或修整成形，从而使工作面磨削性能和正确的几何形状得以恢复的操作过程。修整砂轮可以大大的提高磨削效率和保证磨削质量。砂轮修整常用的有车削、磨削、金刚石滚轮和滚轧等方法。

49、这里不做一一介绍。4.9 本章小结1. 本章开始介绍了砂轮磨抛基本原理以及砂轮柔性磨抛头的要点；2. 电机砂轮选择之后，对砂轮磨头主轴设计并对主轴进行了强度校核以及三维造型；3. 对法兰盘进行设计以及三维造型；4. 柔性结构是磨头的重要部分，对柔性结构进行了设计，三维造型。砂轮柔性磨抛头实现柔性提高了磨抛工件的表面质量，和磨抛精度以及表面粗糙度，且造价不高，具有很高的实用价值。砂轮柔性磨抛头三维造型如图4.8。图4.8 砂轮柔性磨抛头三维造型5 展望与结论随着磨抛技术的日益发展，磨抛技术在加工生产过程中受到越来越多的关注。所有的工程材料几乎都能用砂带磨削加工,从一般的日常生活到工业生产加工的各

50、个方面无所不用。砂带磨削被称为“万能磨削”和“冷态磨削”，是一种新型涂附磨削工艺,砂带磨削技术已经与砂轮磨削同等重要。砂轮磨削技术也是当今运用最广泛的磨削技术之一，砂轮磨削与工件是刚性接触而砂带磨削属于弹性接触，可以同时实现磨削、研磨和抛光，这就是砂带磨抛精度质量更高的原因。目前砂轮磨抛向着高速磨削方向发展。砂带砂轮磨抛头大多采用刚性连接，没有实现柔性，本文在传统砂带和砂轮磨抛头的基础上设计了柔性磨抛头，取得以下结论：1. 首先设计的是砂带柔性磨抛头，弹性滑块联轴器和弯曲轴组成了柔性结构，并在砂带磨头板上安装两个这样的柔性结构。这部分设计完成了砂带磨头和柔性结构的结构及参数设计，并进行三维造型。2. 其次设计的是砂轮柔性磨头，设计了三角形的柔性连接轴与弹簧组成了柔性结构，并在底板上连接两个这样的结构。这部分设计分别完成了砂轮磨头、底板、柔性连接轴以及弹簧的结构和参数设计，并完成相关三维造型。目前这种简单的砂带和砂轮的柔性磨抛头并不常见。此结构设计简单，生产方便，并能够使传统磨头结构更加稳定，使加工工件表面更加光滑平整，从而提高表面加工质量、加工精度以及表面粗糙度，并且更好的磨抛表面不平的未加工表面