YLSRP600砂光机的设计打磨机设计（机械CAD图纸）

本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 -技学院技学院全日制普通本科生毕业设计全日制普通本科生毕业设计YL-SRP600YL-SRP600 砂光机的设计砂光机的设计DESIGN OF YL-SRP600 SANDING MACHINE学生姓名学生姓名： 学学 号：号： 年级专业及班级：年级专业及班级： 指导老师及职称：指导老师及职称： 湖南长沙提交日期：2014 年 5 月本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 YL-SRP600YL-SRP600 砂光机的设计砂光机的设计 摘 要：本课题研究的是砂光机的设计，通过收集检索国内外砂光机床发展的相关资料，通过分析现有砂光机结构特点，提出本课题的砂光机设计方案。确定用链传动实现砂光机床沿 Y轴方向的运动，滚珠丝杠传动实现砂光机磨头沿 X 轴方向的运动。根据工况和加工零件的特点选择合适的电机和丝杠，详细完成驱动华泰工作运动链中链的设计计算、链轮的选择、轴的设计与强度校核、滚动轴承的选择与强度校核、及实现运动传递键的选择与强度校核。详细论述砂带砂光机床磨头磨削机理、磨头的工作参数、最后能达到的预期期望。完成滚珠丝杠的选择计算和静强度校核。 关键词： 砂带砂光机床；滚珠丝杠；磨削；中密度板；精铣本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 Design of YL-SRP600 sanding machine Abstract：This research is about the Sanding Machine design. The design is base on the analysis of the structure of Sanding Machine and the latest information at home and abroad. Making sure the motion of Sanding Machine by chain driving in Y axis and by ball screw driving in X axis. Choosing suitable electric motor accord to the work condition and the characteristic of the parts. Accomplishing the calculation and the design of chain that drive Hua Tai work, choosing suitable chain, the design of axis, checking the strength of the axis, and choosing suitable ball bearing. Expouding the principle of granding of machine tool, working parameter of abrasive mounted wheel of machine toll so that the machine can reach the expectation.Keywords: belt sanding machine ；ball Screw ；grinding；MDF；precision milling本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 目 录摘 要1关键字11 前言21.1 课题研究的目的与意义21.2 砂光机国内外研究现状及发展趋势31.2.1 国外砂光机研究与应用的现状41.2.2国内砂光机研究与应用的现状 51.3 未来发展趋势61.4 课题的设计方案与关键问题及解决思路71.4.1设计方案原理图71.4.2课题解决的关键问题81.5本章小结92 滑台驱动部分的设计计算92.1主动电机减速机的选择92.2运动参数及动力参数计算102.2.1计算各轴的转速 102.2.2计算各轴的功率 102.2.3计算各轴的扭矩 102.2.4链传动的设计计算 102.2.5选择链轮齿数 112.2.6确定计算功率 112.2.7选链轮的节距 112.2.8计算链节数和中心距 112.2.9计算链速 V 确定润滑方式 112.2.10计算压轴力 122.3轴的设计计算122.3.1按扭矩初算轴径 122.3.2轴的结构设计 12本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 2.3.3按弯扭复合强度校核 132.4轴承的选择与校核142.5键连接的校核计算162.5.1链轮连接键 162.5.2电机连接键 162.6联轴器的选择与校核计算162.6.1类型选择 162.6.2载荷计算 172.8本章小结173 磨削原理及其技术参数183.1砂带磨削的优点183.2砂带磨削的磨削原理193.2.1砂带砂光机床磨削原理 193.2.2砂带砂光机床设计预期效果 203.2.3砂带砂光机床磨头设计及技术参数 213.3砂带磨削机床分析与研究223.4本章小结234 滚珠丝杠选择与设计244.1选择滚珠丝杠理由 244.2滚珠丝杠的选择计算 254.2.1 确定当量转速与当量载荷264.2.2确定预期额定载荷估算 264.2.3确定滚珠丝杠最小螺纹底静径 274.2.4确定直线速度和滚珠丝杠的导程 284.2.5确定滚珠丝杠的长度 284.2.6确定安装尺寸 294.2.7确定滚珠丝杠的精度 294.2.8确定滚珠丝杠两端的安装方式 304.3本章小结305 结论31参考文献31本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 致谢33本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 11 前言1.1 课题研究的目的与意义MDF（中密度板）出现于 60 年代末期，第一条 MDF 生产线于 1964 年在美国诞生以来，世界各国掀起了中密度板热，仅在 1970 年-1980 年 10 年间 MDF 厂家就增长了 10 倍，1980 年至 1990 年就增长了 3 倍还多，到了 90 年代后期，MDF 还是以强势增长。现在国内外 MDF 生产线竞争日趋激烈，行业的特殊性就决定了该行业生产设备的特殊性，在 MDF 生产线中一个主要的设备就是辊式连续平压机系统。生产连续平压机系统中一个重要的零件加工就是热板加工，热板是一块 长3160mm 宽 2800mm 厚 100mm 的板材，热板配合精度要求比较高，热板表面质量要求比较高。目前（敦化市亚联机械制造有限公司）热板生产的工艺流程是：对热板毛坯进行火焰切割，减少铣削切削量提高劳动效率，然后在铣床上进行铣削加工得到半成品热板，最后在深孔钻削机上钻孔加工出来油沟等到成品的热板。对整个热板生产工艺的各个环节进行了详细的分析研究，专家组最后发现问题出现在火焰切割这一工艺过程中，火焰切割是用高压的乙炔和氧气的混合气体燃烧产生高温融化金属达到切割金属的目的。火焰切割时温度达到 3000 度以上，切割区和非切割区温度差特别大，切割后在空气中自然冷却，所以在切割的边缘产生残余应力导致热板出现裂纹。为了解决这一问题，经过专家组的研究，我们将工艺流程改变为：首先对热板进行预热处理，火焰切割时保温处理，切割后保温冷却，最后再铣削和钻油沟得到成品的热板。这样出现裂纹的问题虽然解决了，但是同时也出现另一个问题那就是热板的加工工时延长，也就是说热板加工成本提高，不利于提高企业效益，同时还有另一个问题，就是在铣床上铣削加工，虽然是精铣，但也会出现刀痕，整个热板面积比较大，铣削加工时刀具的磨损特别严重，整个热板表面质量不能得到保证。针对上述出现的问题，为了得到高的表面质量，无裂纹合格的热板，需要一台专业砂光机产品对热板表面进行加工，替代铣削加工。调研了市场上现有的砂光机设备，没有合适的设备能满足我们的工艺流程，主要原因是现有的砂光设备加工面不够大，工作行程比较小，不能满足我们的工艺要求，即使这样设备的价格还特别高。因此一台专业的砂光机对公司的热板生产显得特别重要。本课题研究的意义，作为应用生产实践满足工厂现实需求的原始创新设计，将所学的理论知识应用于实践解决实践问题，回归了教育的本质服务生产。更重要的是这台设备研制成功一方面可以解决公司现在机加过程中火焰切割工艺过程中出现的问题，提高企业的生产效率，另一方面可以为本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 2企业节约一笔资金，可以用这笔钱扩大企业再生能力，投入其他设备的研制上，提高亚联在国内外的竞争实力，为国产的连续平压机撑起一片蓝天，提高民族企业在国际上的竞争实力。这种砂光机的设计是一种创造性过程， 对设计者提出了较高的要求， 设计人员需要掌握现代设计方法、先进制造技术、专业理论、工艺理论知识，市场运行等方面的知识。更重要的是现场安装调试设备时处理问题的思维方式和解决问题的实践动手能力，且需综合运用这些学科的专门知识和丰富的实践经验， 并通过反复思考、推理和决策， 才能创造出与众不同的、满足自己工厂要求的设计方案来。1.2 砂光机国内外研究现状及发展趋势随着汽车、建材、航空及轻工业的进步和发展，对金属材料和非金属材料特别是难加工材料如不锈钢、钛合金、半导体材料、陶瓷材料等的表面加工质量、精度、完整性等提出了更高要求，若采用传统的车削、铣削等工艺方法难以满足这些要求。而砂带磨削作为一种磨削和抛光的新工艺，是一种质优、高效、低耗的加工方法，已成为精密、超精密加工的有效方法之一，在各行各业发挥着越来越大的作用，现已成为国内外材料和机械交叉学科中引人注目的领域，具有很大的发展潜力。在国际生产工程协会（CIRP）第 44、45、46 届年会上，来自美国、日本、欧洲的与会机械制造专家、学者发表了很多论文，集中体现了 21 世纪初机械制造业发展的特点和趋势。根据年会的信息，强力磨削和砂带磨削都属于 21 世纪初机械制造工艺范围，将在制造业中发挥突出的作用。自上世纪 70 年代以来，经过数十年的发展，强力砂带磨削在国内外尤其是美国、日本、德国等国家得到了迅速发展。不论是强力砂带磨削还是砂带磨削，这里用到的一个载体就是砂光机床，由于磨削理论的逐渐成熟，磨削技术的不断发展，砂光机床的发展成为一个必然的趋势。自从美国第一台带式砂光机的问世数十年来，用沾满尖锐沙粒的砂布制成一种高速多刀多刃连续工具装配砂光机后，砂光机床技术得到了很大的发展。现在砂光机的加工效率甚至超过了车、铣、等粗加工工艺，应用范围普及到各行各业，除了用于金属加工，还用于木材工业，塑料工业和皮革工业等。美国的带式砂光机始终处于高速发展阶段，50 年代初以来，联邦德国一直致力于带式砂光机的研究。日本自 1957 年引进了带式砂光机，1964 年按照美国的资料制造，1968 年日本全国有带式砂光机 400 台，还有荷兰、瑞士、意大利等国的砂光机制造技术近年来都居世界领先地位。1.2.1国外砂光机研究与应用的现状国外强力砂带磨削应用相当广泛，尤其是美国、日本、英国、德国等国对于强力砂带磨削的应用已有数十年。目前国外的强力砂带磨削的切削速度已达 40mm/ s， 磨本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 3削压力为 100300MPa， 材料切除率可达 737 / min， 加工效率比普通磨削提高3cm了 510 倍。美国 Emerson Electric 公司利用强力砂带磨削齿轮箱平面，加工铸铁的余量达6.36mm， 其生产效率比端铣刀提高 10 倍。美国西屋电气公司用无心砂带砂光机床加工 60 马力的电机转子，每小时高达 1000 件。英国 Grit 公司生产的强力砂带砂光机床，输出电机功率为 715kW， 砂带速度达到 60m/ s， 可以应用于铸铁打磨、钢结构加工及焊缝打磨加工中，对铸铁的材料去除率达 500 / min 。英国生产的一种3cm强力砂带砂光机床可以完成四台铣床的工作量，以往用硬质合金端铣刀加工铸铁轴承体，每件加工时间需要 418min， 采用强力砂带砂光机后，只需要 0.8min，一年可节省加工费用 27000 英镑。英国 Acme Manufacturing 公司在回转工作台砂带平面磨床上安装两个磨头，每小时可加工 1000-2000 件扳手平面，切除余量达 4.95mm。森斯特兰(Sundstrand) 公司的立式砂带砂光机床(四工位粗、精磨削) 加工 380 铸铁缸盖，2mm金属切除率达 900kg/ h， 每小时可磨 200 个缸盖，加工尺寸精度可达 0.103mm， 砂带寿命为 8 小时。西德公司研制出的一台强力砂带砂光机床，主电机功率 150kW， 机床全部采用电气控制，加工平面度为 0.1025mm， 尺寸公差为0.1025mm， 平行度为 0.105mm 。另外国外在用强力砂带磨削加工灰铸铁离合器片时，采用聚脂为基底的粗颗粒氧化铝锆砂带，切除深度 2mm，砂带单位宽度金属切除率达到 200/ 3mmmm. s， 比传统切削加工方法省时 40 %， 每根砂带可磨削 160 件离合器片。另外用强力砂带磨削对 50 号结构钢进行焊前预加工，最大切削深度达到 11mm， 与铣削相比，加工 1 米长的钢板边缘坡口可节省时间 34 %， 减少刀具费用 20 % 。表表 1 国外各类品牌砂带在中国的销售情况国外各类品牌砂带在中国的销售情况Tab 1 All kinds of brand belt of foreign sales in China砂带名称1999年2000年2001年2002年2003年美国3M 9. 5 14. 0 20. 0 28. 0 40. 0 韩国高丽11. 0 18. 5 26. 0 41. 0 60. 0 美国Norton4. 0 4. 5 5. 5 5. 7 6. 0 日本牛头3. 2 3. 5 4. 3 4. 7 5. 0 德国VSM0. 6 0. 8 1. 0 1. 2 1. 6 德国0. 7 0. 9 1. 0 1. 2 1. 6 注：:连续5 年的砂带销售量由销售额折算近似得出数据，非厂家公布正式数据。宽带砂光机国外主要厂家有美国怀特公司， 节时者公司， （Timesaver） 基姆伍德（Kimwood）公司等，联邦德国安东（Anthon）公司、博策尔与加士纳遏七（BunchenerGreener）公司、比松（Bison）公司、比飞灵（Butfering）公司、希思本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 4曼（Heesemann）公司， 约翰逊（Johnnson）公司， 意大利的爱司西安（）公司， 迪姆西（）公司， SCB 公司， 公司，荷兰砂霸公司， 瑞士砂特劲公司， 日本丸仲公司， 丸源铁工所、菊川铁工所、名南铁工所、竹川株式会社等。其中意大利公司产品型号很多， 附件较多， 加工厚度最小为， 厚度误差小于 1mm， 加工工件最窄为 20mm， 长度最小为 200mm。砂带张力可自动调节， 精砂架可采用大直径低硬度橡胶接触辊， 也可采用分段式气动压带器， 电子程序仪控制， 各段可异步升降或分段升降。用户可选用 Cotfch Bright 精光辊， 真空式工作台， 输送带和砂带实现自动张紧和对中。进料压靴内装有气管， 可防止工件啃伤。1.2.2国内砂光机研究与应用的现状我国的强力砂带磨削工艺与砂带砂光机床的研究起步较晚，在砂带磨削理论、工艺实验研究及砂带砂光机床研究方面还处于起步阶段，普及和推广应用很不广泛，目前主要应用在铸铁及普通钢件的加工中。近几年来只有少数几家高校和企业开展了强力砂带磨削技术的研究和强力砂带砂光机床设备的制造。湖南大学继 1989 年平面砂带磨削工艺试验后，对该砂带砂光机床进行了改装，改装后一次行程中磨削余量达5mm 左右，实现了铸造毛坯(如 190 型柴油机缸盖、缝纫机台板等) 经一次行程磨成成品的重大突破，代替了过去须经粗铣精铣砂轮磨削平面加工的传统工艺。重庆大学运用强力砂带磨削技术进行锅炉钢板焊缝打磨，一次加工余量达到 5mm， 加工效率比用手砂轮打磨提高 10 倍以上。重庆三磨海达磨床有限公司开发出了用于加工连杆的强力砂带砂光机床，一次行程中可磨削余量达 3mm， 该强力砂带砂光机床在东风神龙公司已使用多年，实践证明连杆小头强力砂带磨削减薄加工新技术是完全可行的，并且是一种比传统刀具切削方法更先进和更经济的新方法。近年来砂带砂光机床发展速度非常快。砂带磨削技术的研究及应用已引起我国机械、制造等行业的广泛关注和有关部门、研究单位和企业的高度重视。目前，国内已有不少砂带砂光机床设备制造厂、高校和科研单位开展了砂带磨削技术的研究与开发工作，例如，重庆三磨海达磨床有限公司等数十家砂带磨削设备生产厂家，以及东北大学、重庆大学、郑州三磨所、华中理工大学和湖南大学等多家科研院所和高校。国内砂带磨削技术的研发奋起直追，也取得了较大的成绩。如清华大学开创的超声砂带磨削技术是一种新型的精密砂带复合加工方法，已具有世界领先水平，将这种技术用于计算机硬盘的研抛加工，表面粗糙度可达 Ra 0. 01m 。重庆大学成功地将砂带磨削应用到摆线齿轮磨削中，其下属的高新技术企业三磨海达磨床有限公司拥有本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 5近 20 项国家专利，开发了具有自主知识产权的百余个品种砂带砂光机床设备，其中国际首创连杆端头强力砂带磨削技术，加工产品已用于法国 PSA 公司，取得了显著的经济效益和社会效益。此外，郑州第二砂轮厂和上海砂轮厂先后从德、意、瑞士等国引进了制造砂带的成套技术和设备，国外公司如 3M 公司等陆续在我国投资办厂，为我国砂带磨削技术的发展和应用提供了有利条件。纵观砂带磨削技术的研究和应用状况，我国与国外发达国家仍存在一定差距，主要表现在以下 5 个方面:(1) 磨削机理及工艺的研究尚不全面和深入。磨削过程中砂带磨粒与工件材料交互作用理论、磨削热、磨削力、磨削温度等的研究，工件材料表面形貌的分析以及磨削参数对磨削效果和砂带磨损情况的研究等方面的工作也刚起步不久 。在实际的生产中，砂带磨削已用于铝合金，但相关文献甚少，在镁合金磨削方面几乎是空白。(2) 砂带品种规格不齐、寿命短，质量有待提高。国内使用最多的是 SiC 和 Al2O3 磨粒，陶瓷氧化铝和金刚石磨料很少，磨粒粒度号较小，限制了砂带在精密和超精密加工中的应用;国外砂带寿命可达 812h，而国内的仅为 24h10，13 。(3) 加工精度有待进一步提高。近年来，国外将砂带磨削已用于精密、超精密加工，精度已达到微米级，表面粗糙度Ra 可达 0. 01 0. 25m， 而国 320 # 砂带其磨削精度仅为 10 20m，国内砂带砂光机床的切深进给精度较低也严重影响了磨削精度。(4) 新型砂带磨床有待进一步开发。国外砂带砂光机床已与 NC、CNC 等现代化技术紧密结合，有了较大发展，档次也逐渐上升，具有全自动和自适应控制的能力，而我国砂带磨床发展较为缓慢，很多尚处于机床的改装阶段，有待迅速转化为自主创新。(5) 工程化用有待进一步扩展。尽管砂带磨削技术已应用到我国的多个各行业中，如钢管螺旋焊缝抛磨机应用到西气东输，并取得了一定的效益，但离大规模的工程化应用还有一段距离，有待加速产业化的进程，把产、学、研、管有机地结合起来。1.3 未来发展趋势砂光机技术发展到今天，已经系列纵横，品种繁多。目前世界砂光机技术发展的主要趋势是：1)向高精度发展。为提高加工精度，各国都采取了许多措施如提高接触辊的制造精度和调整精度提高输送带式工作台的平度接触辊等回转件都经动平衡矫正采用厚度微调机构，加工厚度采用数字式仪表或经放大显示有的砂光机已能加工0.4mm厚的单板。瑞士“ 砂特劲”牌砂光机的定位精度达0.025mm。2)带向高粗糙度发展。砂带横向摆动方式趋于普遍应用。许多砂光机上采用了电子控制砂带的横向摆动，气垫式压带器，电子控制分段式压带器，采用大直径低硬度本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 6接触辊， 附设精光辊等措施。3)高加工能力发展。为提高砂光效率，有的砂光机上采用大功率电机，高砂削速度(达40m/s)，高进给速度（达75m/min），为提高加工短工件和油漆面的能力，许多砂光机上采用真空输送带式工作台，采用橡胶输送带，采用特制的进料压管、压板、压靴式组合式进料装置，采用各种软质压带器等，加工工件最短为100mm，最薄可至2mm， 厚度为3mm的一组工件也可同时加工。4)高自动化程度发展。如工件自动定厚实现定厚精砂自动转换， 采用电子程序控制压带器砂带和输送带自动对中等， 近年又出现了微机控制的仿型砂光机。5)无粉尘方向发展。荷兰砂霸公司制造的“ 砂度美”护指装置可保护手指和自动定厚，意大利DMC公司和SCB公司等采用各种紧急制动装置， 一旦砂带断裂等事故发生， 可在一秒内自动停机， 气动系统压力不足时机器无法启动， 在各种砂光机上普遍采用高效的集尘除尘装置， 改善工作环境卫生条件保持工件表面清洁。1.4 课题的设计方案与关键问题及解决思路通过分析要运动的传动方式，考虑工件的装卸方式，确定异步机构升降高度，也就是机床上下工作行程的长度，最后确定砂光机床整体方案原理图。1.4.1 设计方案原理图图图 1 方案原理图方案原理图Fig. 1 Program schematic工作原理：接通砂光机床的（4）的电源开关，博能减速器电机开始启动工作，通过链轮（2）带动（3）链条运动，链条（3）带动工作台（6）沿着 Y 轴方向运动，需要抛光的热板工件就随工作台一块沿着 Y 轴方向移动，在（4）博能减速器电机开启的时候（9）Y112 异步电机也开启，Y112 异步电机（9）带动丝杠运动，丝杠上面的螺母和磨头（5）通过法兰固定在一起，异步电机 Y112（9）带动丝杠运动的时候磨头也丝杠一块运动，这样磨头上面的砂带在异步电机 Y112（9）和博能电机本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 7KW107（4）两个运动方向上运动，完成对（6）滑台上面热板磨削加工。1.4.2 课题解决的关键问题本课题的研究来源于工厂的现实需要，现在所在的单位是敦化亚联机械制造有限公司主要生产 MDF 生产线，MDF 生产线中一个重要的设备是连续平压机，平压机一个重要的零件是热板。目前世界上能够生产 MDF 生产线的厂家只有三家（德国贝尔丝托夫、比诺茨、敦化市亚联机械制造有限责任公司） ，热板生产在国内是垄断行业，目前市场上现有的设备不能满足工厂生产要求，所以公司决定自己生产一台专用的砂光机来满足生产的需求。这台设备主要解决的问题是整个机床设计方案的确定，然后就是 X 轴和 Y 轴两个方向电机的布置，和两个方向运动传动的关系，还有滚珠丝杠的安装方式。沿 X 轴方向运动的异步电机 Y112 通过滚珠丝杠传动带动磨头运动，在这里要解决的一个关键问题是滚珠丝杠是如何的布置，滚珠丝杠螺母安装在磨头里面合理还是将滚珠丝杠安装在磨头的端面合理。经过和董事长郭西强和经理管玉昌讨论与研究，最后决定将滚珠丝杠安装在磨头上表面，由于滚珠丝杠的加工成本比较高，这样安装可以降低滚珠丝杠的长度，也就意味着降低了滚珠丝杠的加工费用。课题研究还涉及链传动的选择与设计、链轮的选择计算，主动电机和异步电机传动布置，滚珠丝杠的选择，四个异步机构的选择，磨头功率的选择计算。考虑厂房空间大小设计机床的关键尺寸大小，最后完成各个零件的详细设计并出加工图纸，指导车间的工人完成零件加工，各个功能模块的组装。在满足工作要求的前提下实现利益的最大化。本课题研究的主要工作集中在传动方案上，最后预期的效果是完成各个零件的设计，完成总的装配图，完成各个标准件的采购图，完成各个部分的组装图，指导工人加工和组装各个功能模块。最后调试机床，验证设计的合理性。机床调试完成后，整理设计过程的资料，撰写详细的设计说明书，整理设计和调试过程中解决问题的方法，为后续工作与学习做一个好的铺垫。最后完成详细具体的设计说明书。1.5. 本章小结课题研究的是砂光机的设计，主要收集国内外砂光机的发展现状的相关资料，着重研究砂光机砂带磨削技术的改进带来砂光机革命性改变，从砂带磨削机理研究砂带砂光机的高效、省时、环保等特点。对国内外砂带砂光机的主要厂家产品的特点做了简单的论述，研究这些厂家的产品对机械加工业冲击，论述砂光机出现后，机械加工行业新的变化。重点论述我国砂光机研究的历程，介绍我国现有几家金属砂光机的厂家，分析国产砂光机和进口砂光机的差距，论述出现这种问题缘由，最后展望国际砂光机发展的总体趋势。通过分析现有砂光机的结构特点后，提出公司专用实用性的砂本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 8光机的设计方案，确定砂光机运动传递方案，即链传动实现工作台的移动，滚珠丝杠传动是实现磨头的移动，从而达到对工件磨削的要求。提出砂光机床设计过程中所要解决的关键问题，论述这些关键问题解决方案，最后确定本设计最终要达到的要求。2 滑台驱动部分的设计计算2.1 主动电机减速机的选择博能 K 系列减速机的特点：垂直输出结构紧凑、硬齿面传递扭矩大、高精度的齿轮保证了工作平稳、噪音低，寿命长，设计时考虑到机床空间的大小选择底座安装，输出的方式为空心轴输出。需要驱动砂光机的功率为 11kW，工作 16 小时/天，砂光机床工作时受一般冲击，根据工况选择被驱动设备系数，驱动砂光机床的转11.25f 速。min/88.162rn 则 （1）9 .8588.161450Ni所选电机的额定功率必须满足： （2）KwfpfppN63.1425.194.011/12111（查博能减速机样本手册得） ，减速机的安装方式采用 B3 安装方式，由此查94. 0博能减速机手册确定确定电机型号为：KW107-85.9-YP-11-B3，减速机采用飞溅润滑，冷却方式自然冷却，工作坏境为工厂灰尘，博能减速机样本手册查的输出轴径向力为。输出轴的轴向力为。NFr2810NFa44540被驱动设备机床所需扭矩大约为，工作采用三班两倒，工作小时数大约mN.4600每天的时间为 16 小时/天，受一般冲击载荷故选择载荷系数，减速机的转速5.1f为： min/88.162rn 9 .8588.161450NiKwKwpN97.1215.14 （3）满足工作要求。查博能减速机样本手册减速机的规格为 K107，K107 电机的质量为250kg，额定功率为 14.15Kw。2.2 运动参数及动力参数计算2.2.1计算各轴的转速 （4）min/88.169 .851450min/ r14501rinnnnIIII电机本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 92.2.2计算各轴的功率 （5）KwppppIII301.1394. 015.14Kw15.14I电机2.2.3计算各轴的扭矩 mNnpTmNnpTIIIIII.7525351301.131055. 9/1055. 9.931951450/15.141055. 9/109550662661（6）2.2.4链传动的设计计算设计链传动是为了拖动砂光机的工作台，拖动工作台的移动实现工作台沿 Y 轴方向的移动。在上面的计算中选择了电机减速机，这里的运动是电机驱动减速器，然后经链传动驱动砂光机的工作台运动。电机的额定功率。主动链轮转速Kw15.14Np，链传动的传动比选择。受一般的载荷。min/88.162rn 1i2.2.5选择链轮齿数取小链轮齿数，大链轮的齿数。231z2323112ziz2.2.6确定计算功率由表机械设计手册第四版第三卷 13-104 查的工况系数，由机械设0 . 1AK计第四版（教材）查的齿轮的齿数系数（179 页图 9-13 查的）多排链系数，1 . 1zK查的双排链系数75. 1pK （7）Kwpca89. 815.1475. 10 . 11 . 1KKKZA2.2.7选链轮的节距根据及查机械设计和机械设计手册第三卷Kwpca89. 8min/88.161rn 13-105 图 13-2-1 可选链条的型号为 32A，由机械设计手册第三卷 13-101 页查的节距mmp8 .502.2.8计算链节数和中心距初选中心距 （8）254015248 .50)5030(0a因为有张紧装置所以中心距可选择大于，因此初选中心距pa80max0mmpa120008 .502362360相应的链长节数为本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 10 （9）495120008 .50)14. 322323(223238 .50120002)2(22202122100apzzzzpaLp查机械设计教材 9-8 得中心距计算系数，则链传动的最大中心距为：2502. 01f （10）12000)2323(49528 .502502. 0)(2211zzLpfap2.2.9计算链速 V 确定润滑方式 （11）smpznv/329. 01000608 .502388.1610006011由和链号 32A-1 查机械设计教材 181 页，图 9-14 润滑范围选择图可smv/329. 0得，润滑方式为人工定期润滑。2.2.10 计算压轴力有效圆周力为 （12）NvpFe12.43009329. 015.1410001000链轮水平布置时的压轴系数，15. 1FpK则压轴力为 （13）NFKFeFpp49.4946012.4300915. 12.3 轴的设计计算2.3.1按扭矩初算轴径选用 45#调质，硬度值在 217-255HBS。由机械设计教材 P370（15-2）式并查表 15-3 取，1100A （14）mmnpAnpnpdTT13.9588.16301.131102 . 09550000 2 . 09550000330333考虑到轴上的主要零件的是链轮，轴端最细段和减速机相连，故初选轴的最小直径mmd9002.3.2轴的结构设计轴上零件的定位固定和装配主动轴上的主要零件是链轮，两个 UCFU220 轴承，在设计轴时，考虑轴上零件的布置。主动轴上的链轮通过键连接实现动力的传递，链轮的固定，链轮处于轴的中间部位，压盖不适合于链轮的固定，故链轮的两端用弹簧挡圈固定，考虑到两端UCFU220 轴承用轴肩固定，所以将轴设计成阶梯形。轴承座是带方座形的轴承，故本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 11装配顺序为，先装配链轮，然后再装配右边的轴承，其次装配左边的轴承，最后与减速机相连装配。确定轴的各段直径和长度：图图 2 轴的结构示意图轴的结构示意图Fig.2 Schematic diagram of the axis初选的轴承为 UC220，其内径 100mm 长度为 108mm，故 I 段轴的内径，mmd1001长度。mmL10515.1,2cch故 II 段，考虑到固定的可靠性由于轴上键槽的影mmhdd106225 . 1100212响将轴颈增大 4mm，故，根据链轮的宽度和砂光机床的中心距长mmd11041062度要求，取，III 段装轴承 UC220，故，长度，IVmmL2802mmd1003mmL1053段和博能减速机相连，减速机的内径为 90mm，考虑到机床中心距和减速电机拆装的要求，取，mmL3524轴的总长度 （15）mmLLLLL84228035210510543212.3.3按弯扭复合强度校核绘制轴的受力简图（如图 a）轴承采用对称布置，所以，简化模型见图(b)mmLLBA258求支反力 FAX、FBY、FAZ、FBZFAX=FBY=Fp2=49460.49/2=24730.25N （16）FAZ=FBZ=Ft/2=43009.12/2=21504.56N （17）由两边对称，截面 C 的弯矩也对称，截面 C 在垂直面弯矩为MC1=FAYL/2=24730.25 258=6380.34N.m绘制垂直面弯矩图（如图 c）截面 C 在水平面弯矩为 MC2=FAZL/2=21504.56 258=5505.16N.m （18）绘制水平面弯矩图（如图 d）计算合成弯矩MC=（MC12+MC22）1/2 （19）mN.71.842616.550534.638022绘制合弯矩图（如图 e）本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 12绘制扭矩图(f)转矩：T=9.55（P2/n2）106=7525351N.m式 2.4.3-5绘制当量弯矩图（如图 g）计算当量弯矩：根据教材选 =1Mec=MC2+(T)21/2= （20）mN.7525355752535171.842622校核危险截面 C 的强度由式（15-5）e=Mec/（0.1d3） （21）MPaMpab6454.561101 . 0/752535513此轴强度足够。图图 3 轴的受力模型图轴的受力模型图Fig. 3 Axis forces model diagram图图 4 轴的弯扭矩图轴的弯扭矩图Fig. 4 Haft bending torque diagram2.4 轴承的选择与校核砂光机带动滑台工作的传动是通过链传动实现的，这里所用的轴承是本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 13UCFU220，SKF UCFU 220 轴承的旧型号是 F 90520，外球面球轴承实际上是深沟球轴承的一种变型，特点是它的外圈外径表面为球面，可以配入轴承座相应的凹球面内起到调心的作用。主要用来承受以径向负荷为主的径向与轴向联合负荷，一般不宜单独承受轴向负荷，此种轴承可以分别安装内圈（带全组滚子与保持器）和外圈。该种轴承不允许轴相对外壳有倾斜，在径向负荷任用下会产生附加轴向力。该种轴承轴向游隙的大小，对轴承能否正常工作关系很大，当轴向游隙过小时，温升较高；轴向游隙较大时，轴承容易损坏。故在安装和运转时要特别注意调整轴承的轴向游隙，必要时可以预过盈安装，以增加轴承的刚性。查械设计手册第四版第二卷，和 UCFU220 的厂家手册，得：，mmd100，KNCr95KNCor92mmDw1614Z链传动设计计算中得：，NFa49.49460NFr12.43009表表 2 轴承校核参数表轴承校核参数表Table 2 Bearing checking parameter list轴承类型轴承类型相对轴向载荷相对轴向载荷单列轴承单列轴承双列轴承双列轴承XYXYXXe 深沟轴承0.1720.3450.6891.031.382.073.455.176.890.1720.3450.6891.031.382.073.455.176.8900.562.31.991.711.551.451.311.151.041100.562.31.991.711.551.451.311.151.0410.190.220.260.280.30.340.380.420.44 （22）38. 11614149.4946022iZDwFa （23）15. 14300949460FrFa得，。3 . 0 eFrFa56. 0X45. 1Y （24）NYFaXFr958024946045. 14300956. 0Pr当轴承材料为常规材料时，轴承的可靠性为 90%，轴承的额定载荷可按照下式简化计算： （25）PfffffCntdmh寿命因数，按机械设计手册第二卷表 7-2-2 查得：；hf89. 2hf本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 14冲击载荷因数，按机械设计手册第二卷表 7-2-10 查得：；df5 . 1df温度因数，按机械设计手册第二卷表 7-2-11 查得：；Tf1Tf速度因数，按机械设计手册第二卷表 7-2-9 查的：；nf277. 1nf力矩载荷因数，在力矩较小的情况下时。mf5 . 1mf （26）KNCrKNPfffffCntdmh9578.48958021277. 15 . 15 . 189. 2故轴承 UC220 选取合适。（27）KNCorKNFaFrPor925 .5049.494605 . 012.430096 . 05 . 06 . 0由上式的计算结果可得轴承 UC220 满足工作要求。2.5 键连接的校核计算2.5.1链轮连接键主动轴连接链轮键的校核计算，键的选择在轴的设计中完成，这里主要完成键强度的校核计算，键的强度校核公式： （28）kldTp3102 T为传递的转矩，；mNT.75253512K键与轮毂槽的接触高度，；5105 . 05 . 0hkL键的工作长度，；mmbLl222850D轴的直径，。mmd110带入数据计算得： （29）4 .124110225752535121023ppMPakldT其中MPap150120所以键的强度满足工作的要求。2.5.2电机连接键主动轴上与减速机相连键的强度校核， （30）kldTp3102 T为传递的转矩，这里的转矩为减速机传递的转矩；mNT.75253512K键与轮毂槽的接触高度，；mmhk5 . 495 . 05 . 0L键的工作长度，；mmbLl552580D轴的直径，。mmd90带入数据计算得： （31）MPaMPapp12010056.6790555 . 475253512满足工作强度的要求，所以键的强度足够。本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 152.6 联轴器的选择与校核计算2.6.1类型选择联轴器主要为了连接 Y112 电机轴和滚珠丝杠，实现动力从电机传给滚珠丝杠，通过丝杠带动磨头实现切削运动。因为滚子链联轴器 GL5 的特点是，结构简单、尺寸紧凑、质量小、维修容易具有一定的补偿性能和缓冲性能，能满足电机和滚珠丝杠的传动要求。2.6.2载荷计算 （32）nPT61055. 9TY112 电机的转矩，PY112 电机的额定功率，；KwP2 . 2NY112 电机的额定转速，。min/960rn 带入数据计算得：，mmNnPT.89.219602 . 21055. 91055. 966由机械设计手册第四版 P351 查的工况系数，6 . 2AK计算转矩： （33）mNTKTAca.914.56106 . 289.213查机械设计手册第二卷查的 GL5 滚子链联轴器的额定转矩，因mNTn.250为： （34）mNTmNTnca.250.914.56满足设计的工作要求。允许最大转速为 3150r/min，轴颈在 2840 之间，满足连接电机和滚珠丝杠。因此滚子链联轴器 GL5 的选择满足强度要求。2.8 本章小结本章主要的工作是设计驱动滑台工作传动链的选择和连接传动的零件的详细设计，本章节中主要工作集中在链传动的设计和轴的设计，在链传动中完成了链的选型，根据链的特点完成链轮的选择计算完成链轮的采购图纸，通过计算确定所选链型 20A 在砂光机床上承受载荷确定疲劳强度。完成链轮主动轴和从动轴的设计，链轮轴的设计的主要工作是按照工作载荷的要求确定轴的最小直径，根据轴上零件特点和设备的安装尺寸确定轴各段长度和轴颈的直径，同时完成主从动链轮轴的结构设计。简化模型，计算出轴所受的支撑反力和轴向力，计算出轴所受的弯矩、扭矩、当量弯矩的大小，绘制出轴的弯矩图、扭矩图、当量弯矩图。最后确定找出轴所受力的危险截面，通过计算确定在危险截面轴强度可否满足强度要求。通过计算确定所选用的 UCFU220 轴承，对其按照机械设计手册的要求根据工况本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 16的要求进行强度校核，满足设计的要求。为了实现动力的传递，这里需要键连接是运动动力传递使工作滑台能够运动，对所用的键进行强度校核确定其满足工作要求。3 磨削原理及其技术参数3.1 砂带磨削的优点砂带是一种由磨料、柔软基体和粘结剂制成的带状磨具，其切削功能主要由粘附在柔软基体上的磨粒来完成，砂带磨削采用环形砂带，由电机带动主动轮带动砂带作高速回转，同时工件作往复运动，砂带头架作纵向及横向进给，实现对工件的磨削加工，砂带磨损后更换新砂带。砂带磨削效率高，通过使用不同粒度的砂带实现粗加工、半精加工及精加工。电动砂带磨头有以下主要特点： (1) 与砂轮磨削相比，它是用砂带作为磨削工具，而砂带一般只有一层磨粒，加工中无需修磨，在磨粒钝化后只需将其更换便可。这不仅使设备简单、操作方便，而且更能保证高的生产率。 (2)砂带磨削所使用的砂带是一种涂附磨具，采用静电植砂方式制作，利用高压静电吸附原理，使经过精选的磨粒能按自身长轴方向定向排列，且分布均匀，因而其等高性好。磨粒锋刃朝外，较之砂轮具有较好排屑条件，从而可长时间地保证高的工效及稳定的加工质量。 (3) 砂带磨削属弹性磨削，与砂轮磨削相比，其径向抗力小，磨削温度低，所以工件不易变形，表面不易出现过烧、裂纹等缺陷，具有较好的表面质量。 (4) 从经济效益来说，与砂轮磨削相比较，砂带磨削装置结构简单。砂带磨削是以砂带作为磨具并辅之以接触轮(或压磨板)、张紧轮、驱动轮等磨头主体以及张紧快换机构、调偏机构、防(吸)尘装置等功能部件共同完成对工件的加工过程。具体讲就是将砂带套在驱动轮、张紧轮的外表面上，并使砂带张紧和高速运行，根据工件形状和加工要求以相应接触和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光 。砂带磨削是以砂带作为磨具并辅之以接触轮(或压磨板)、张紧轮、驱动轮等磨头主体以及张紧快换机构、调偏机构、防(吸)尘装置等功能部件共同完成对工件的加工过程。具体讲就是将砂带套在驱动轮、张紧轮的外表面上，并使砂带张紧和高速运行，根据工件形状和加工要求以相应接触和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。砂带磨削特点：1） 砂带磨削是一种弹性磨削，因而砂带磨削是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。2） 砂带上的磨粒比砂轮磨粒具有更强的切削能力，所以砂带磨削的效率非常高。3） 磨削速度稳定，由于接触轮极不磨损，砂带可运动可保持恒速，而不会象砂轮那本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 17样越磨直径越小速度越慢。4） 砂带磨削精度高。由于砂带制作质量和砂带磨床生产水平的提高，砂带磨削早已跨入精密和超精密加工行列。5） 砂带磨削成本低。这主要表现在：(1)与砂轮磨床相比，砂带磨床结构简单，传动链短。这主要是因为砂带质量轻，磨削力小，磨削过程中震动小，对机床的刚性及强度要求都远低于砂轮磨床。(2)砂带磨削操作简便，辅助时间少。不论是手动还是机动砂带磨削，其操作都非常简便。从更换调整砂带到被加工工件的装夹，这一切都可以在很短的时间内完成。(3)砂带磨削比大，机床功率利用率高，切削效率高。这使得切除同等重量或体积的材料所消耗的工具和能源费用减少，占用时间短。6） 砂带磨削安全可靠，噪音和粉尘小，且易于控制，环境效益好。由于砂带本身质量很轻，即使断裂也不会有伤人的危险。砂带磨削不象砂轮那样脱砂严重，特别是干磨时，磨屑构成主要是被加工工件的材料，很容易回收和控制粉尘。由于采用橡胶接触轮，砂带磨削不会象砂轮那样形成对工件的刚性冲击，故加工噪音很小。7）砂带磨削工艺灵活性大、适应性强。这表现在：(1)砂带磨削可以十分方便地用于平面、内、外圆和复杂曲面的磨削。设计一台砂带磨头装置作为功能部件可以装在车床上进行车后磨削，也可以装在刨床上使用，同时还可以设计成各种专用的磨床。本课题的研究就是设计一台专用的对热板进行磨削加工的砂光机床。利用砂带磨削的这种特性能够很容易地解决一些难加工零件，如超长、超大的轴类和平面零件的精密加工。砂带的基材、磨料、粘结剂均有很大的选择范围，能适应各种用途的需要。砂带的粒度、长度和宽度也有各种规格，并有卷状、环状等多种形式可供选用。对同一种工件，砂带磨削可以采用各种不同的磨削方式和工艺结构进行加工。3.2 砂带磨削的磨削原理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、大余本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 18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做“未来的巨人”来加以评述。3.2.1砂带砂光机床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。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。带磨削的基本部件有：(1) 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 0.30.7kW。(2) 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。(3) 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。(4) 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。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。(5) 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。3.2.2砂带砂光机床设计预期效果本科机械毕业设计论文 CAD 图纸 QQ 401339828 19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：(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 2mm宽砂带 200600/min。3mm(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0.002mm；平面度可达 0.001mm。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 Ra0.40.1m，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 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