螺旋焊缝砂带磨床机构整体设计.docx

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螺旋焊缝砂带磨床机构整体设计

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摘要

这是一篇对螺旋焊缝砂带磨床机构整体设计做出详细说明的文章。

随着磨削技术的发展，磨床在加工机床中也占有相当大的比例。

磨削技术及磨床在机械制造业中占有极其重要的位置。

总之，磨削技术发展很快，在机械加工中起着非常重要的作用。

本文由绪论、总体设计、磨头设计、V带的选择、电机的选择、总结和致谢等几部分组成。

绪论部分对选题的原因和设计任务做了介绍，阐述了磨床发展和背景。

总体设计跟磨头设计做了简要的介绍，主要对电动机的选择、传动带的选择和磨床的应用做了详细说明。

最后通过总结来对此次设计做出一个回顾和对机床制造做出展望。

关键词：

砂带磨床磨削加工减速器

Abstract

Thisisapaperwhichexplainsforthewholeframework’sdesignofthespiralsolderingseamabrasivebandgrinder.Forthegrindingprocessdeveloping,thegrinderhasaquiteproportioninthemachinetool.Thegrindingprocessandthegrinderhaveaveryimportantplaceinthemachinemanufacturing.Inaword,grindingprocesshasahighspeedfordevelop.Thepaperconsistsofpreface,generallayoutdesign,thedesignofverticalfeed,chooseVband，chooseanelectricmotor，conclusionandcompliment.

Theprefaceintroducesareselectedtopicreasonanddesignduty，thegrindofcharacteristicsandpresentsituationofdevelopmentathomeandabroad.Thereisasimpleintroduceforthegenerallayoutdesignandthedesignofgrindinghead.AndthemostlyintroducearechooseVband,chooseanelectricmotororapplicationofgrindingmachine.Atlast,theconclusionthemakeareviewforthedesignandmakeaviewforthemachinetoolmanufacture.

Keywords:

abrasivebandgrinderretarderreductor

摘要-------------------------------------------------------------------1

Abstract--------------------------------------------------------------2

目录-------------------------------------------------------------------3

绪论-------------------------------------------------------------------4

1选题的缘由----------------------------------------------------------4

2磨床的研究情况------------------------------------------------------4

3本设计的设计任务----------------------------------------------------5

4本设计的研究方法----------------------------------------------------6

第一章磨削加工---------------------------------------------------------7

1.1磨床--------------------------------------------------------------7

1.1.1磨床简介------------------------------------------------------7

1.1.2数控工具磨床的发展趋势----------------------------------------8

1.2磨削加工----------------------------------------------------------12

1.2.1磨削----------------------------------------------------------12

1.2.2高速高效磨削加工工艺及其设备----------------------------------18

1.2.3砂带----------------------------------------------------------23

第二章螺旋焊缝砂带磨床总体设计-----------------------------------------29

2.1磨床的技术规格----------------------------------------------------29

2.2磨床总体布局设计--------------------------------------------------29

2.3磨床总体传动设计--------------------------------------------------30

2.4主要结构及其说明--------------------------------------------------33

第三章磨头的设计-------------------------------------------------------35

第四章减速器与轴毂联接设计---------------------------------------------38

4.1减速器------------------------------------------------------------38

4.1.1摆线针轮减速器的特点及应用------------------------------------38

4.1.2摆线针轮减速器的结构------------------------------------------38

4.2轴毂联接计--------------------------------------------------------38

4.2.1键联接的主要类型和工作原理------------------------------------39

4.2.2键联接的强度校核----------------------------------------------39

第五章传动带的选择-----------------------------------------------------40

5.1带传动的失效形式和设计准则----------------------------------------40

5.2单根V带的基本额定功率--------------------------------------------40

5.3V带型号与根数的确定----------------------------------------------41

5.4主要参数的选择----------------------------------------------------41

5.4.1带轮基准直径和带速--------------------------------------------41

5.4.2中心距和带长--------------------------------------------------42

5.4.3小轮包角------------------------------------------------------42

5.4.4初拉力--------------------------------------------------------42

5.5带传动作用在轴上的压力------------------------------------------43

5.6带传动的设计任务及步骤------------------------------------------44

第六章磨床的应用------------------------------------------------------45

6.1设备的安装与调试-------------------------------------------------45

6.2磨床的操作方法---------------------------------------------------45

6.3维护保养---------------------------------------------------------47

总结-------------------------------------------------------------------50

致谢-------------------------------------------------------------------51

附录-------------------------------------------------------------------52

参考文献---------------------------------------------------------------53

绪论

在现代生产活动和日常生活中，机械起着重要的作用。

机械的发展无疑是国家工业水平的重要标志之一。

机械要发展那就要求机械制造的发展。

磨削技术及磨床在机械制造业中占有极其重要的位置。

总之，磨削技术发展很快，在机械加工中起着非常重要的作用。

1选题的缘由

作为一个数控技术专业的毕业生应该能把所学运用于实践。

磨床机构整体设计可以把所学全面的运用（绘图、材料、设计等）。

2磨床的研究情况

   十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。

这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。

   1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。

它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。

1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。

   1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。

随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。

例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。

   自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。

到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度达60～80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。

随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长

3本设计的设计任务

本设计的任务是培养学生：

1）通过毕业设计，综合运用机械设计课程和其它必修课程的理论和实际知识，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力；

2）学会从机器功能的要求出发，合理选择机构的类型，制定设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的尺寸、形状及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力；

3）通过毕业设计，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关资料等，培养机械设计的技能。

4本设计的研究方法

随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展和为了提高机床的利用率和降低劳动成本，自动化日益受到重视。

同时通过开发软件使机床拓宽操作的功能，并能在生产批量小和交货周期短的情况下，经济地安排生产进度。

该设备就是在这样的设计思想下设计的：

该设备主要用于磨削大、中型焊接钢管管端螺旋状焊缝。

生产效率高，劳动强度低、焊缝打磨效果好，且不伤及管材本体，是打磨焊接钢管管端焊缝的理想设备。

第一章磨削加工

1.1磨床

1.1.1磨床简介

磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。

大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

   磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。

磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。

磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。

   外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。

万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。

不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。

   内圆磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。

普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。

自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。

   平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床；无心磨床通常指无心外圆磨床，即工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中。

   工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。

   砂带磨床是以快速运动的砂带作为磨具，工件由输送带支承，效率比其他磨床高数倍，功率消耗仅为其他磨床的几分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐热难加工材料和大量生产的平面零件等。

   专门化磨床是专门磨削某一类零件，如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨床。

除以上几类外，还有珩磨机、研磨机、坐标磨床和钢坯磨床等多种类型。

1.1.2数控工具磨床的发展趋势

机床制造商不断地推进新产品，来帮助工具制造商和修磨工厂提高工作效率和降低成本。

为了提高机床的利用率和降低劳动成本，自动化日益受到重视。

同时通过开发软件使机床拓宽操作的功能，并能在生产批量小和交货周期短的情况下，经济地安排生产进度。

此外，加大机床功率，使之能适应多样化的需求和拓宽磨制刀具的规格范围。

从而使数控工具磨床呈自动化、高精度和应用软件方向发展。

1）自动化的目的

工具制造厂生产新刀具时，由于批量大，所以效率高。

但刀具修磨厂就没有这种条件，只有通过自动化来解决效率问题。

Schuette公司的副总裁Brigham指出，刀具修磨商并不要求机床实现无人操作，但希望一名操作者能够看管多台机床以控制成本。

该公司的WU305万能生产型工具磨床就能实现这一要求。

该机床的特点是：

（1）其软件和装载系统允许在一次安装下对不同型式、不同柄部尺寸的刀具实现自动重磨，包括圆柱形和锥形立铣刀、倒圆角和球头立铣刀、阶梯钻，以及其它不同外径、形状和几何参数的阶梯形刀具；

（2）采用该公司整合的SIGS磨削软件，操作者首先输入被磨削刀具的数量、尺寸和型式；其次，选取要执行的操作工序；然后，对装在托盘上的刀具启动自动磨削程序。

工件的自动装卸系统带有内置式装夹器，不占用工作场地；CNC控制的气动驱动器实现对装夹器运动的操纵；可换式夹持爪和套筒的尺寸适配不同直径的刀具，从而实现很宽范围工件尺寸的装卸。

2）精确度控制

许多制造商把减少操作时间作为首要目标，但另外一些厂商却把零件质量放在最重要的位置（如高精度刀具和医用零部件制造商）。

Rollomatic公司的应用和服务工程师McKahan指出，随着磨床生产技术的改进，新近开发的机床能够保证非常严格的公差和超常的光洁度。

其六轴GrindSmart620XS型磨床，适用于中小尺寸（直径Ø15.875～Ø0.10mm）的旋转式刀具。

该公司称：

620XS加工直径为1mm的球头立铣刀，同轴度能保证在1～2μm范围内。

McKahan说，机床较高的刚性和先进的软件实现了对机床运动的精确控制，从而达到高精度。

机床的X、Y和Z轴都装有长光栅，而磨头A轴则装有圆光栅。

光栅的分辩率达到100nm。

光栅的使用消除了滚珠丝杠、线性导轨及其它传动元件的温度效应。

联接在滚珠丝杠上的直驱交流电机提高了其动态特性，旋转轴上装有消除间隙的驱动系统。

另外，该机床带有一个液压式可移动并且可编程的稳定支架，支架独特的微调功能可以更好地支承工件、使挠曲减少从而提高质量。

该机床的这种独特的工件定心和夹持功能使它能磨削特别长的刀具，长径比可达100:

1。

3）柔性加工时代

Saacke公司的首席营运官Hallman指出，现在工厂希望磨削加工的自动化程度越高越好，不管生产批量大小，问题的关键是实现柔性化。

他近年的工作致力于建立一套刀具和砂轮的自动装卸系统，以实现磨削过程无人看管或尽量减少看管。

Saccke公司最近推出的UWID数控磨削中心就是围绕几个关键的自动化单元设计的。

该机床的标准配置包含一个四工位的砂轮更换装置。

当砂轮更换时，冷却液喷咀也同时自动更换。

Saacke公司认为UWID机床的高度自动化主要在于有一个集成化的刀具自动更换系统，其装卸器能容纳30至168把刀（随刀具尺寸而定）。

该机床的选购附件包括：

随刀具需要更换弹簧套筒的装置，以及附加的刀具托盘。

该托盘系统可扩展到每次安装增加1000把刀的能力。

机床采用NUM公司的Numroto软件，控制全部自动化系统。

软件的“虚拟加工”功能允许机外编程，从而极大地减少了调整时间。

4）适应用户需求

ANCA公司的副总裁Riddiford指出，现在主要的磨床制造商都能生产出好的机床。

而区分出顶级水平和一般水平的主要标志是重要性与日俱增的两大特性——机床的软件功能和多样性。

软件的重要性日益增加的原因是：

有能力手工操作磨制复杂刀具的高水平工人数量在减少。

另外，手工制作的刀具也难于满足现代机床对切削速度和精度的要求。

与CNC磨削相比，手工磨削会降低切削刃的质量和一致性。

因为手工磨削时，刀具要靠在支承片上，砂轮磨削方向指向切削刃，这就会产生刃口毛刺。

而CNC磨削则相反，工作时不用支承片，磨削方向背离切削刃，就不会产生刃口毛刺。

ANCA公司最近推出一种应用软件iGrind，它即具备足够精确性，又兼顾高水平操作者和初入门操作者的需要。

这种基于Windows平台的软件系统可以做到既适应操作者熟练程度又满足使用需求。

系统即能让操作者进入预先设定的刀具几何参数数据库，也能让操作者建立自己的数据库，同时，在三维模型上还可即时实现任意参数的改变。

通过简单地拖放鼠标编辑命令，就能依次改变各种操作指令并执行。

为避免混淆，系统对任何参数改变的记录都保持其色标。

专门设定的循环可以命名、储存或变换。

5）获得更多订单的措施

Schneeberger公司总经理Herrmann指出，工具磨正在向多样性和多能化（生产尽量多的刀具品种的能力）方向发展，80%的用户要求加工很大范围的刀具品种。

做到这一点就要求机床更重，刚性更高，功率更大。

这种趋势正在从大型机床向小型机床发展。

Schneeberger公司的NormaCFG机床是为工具车间设计的，尽管底座尺寸较小（1625.6mm×1981.2mm），但重量达5443.2kg，HSK-50主轴的功率达10马力，并备有六种砂轮。

可加工的圆形刀具直径至19.05mm，也可用于成型磨削和加工刀片。

Schneeberger公司的一种最大型机床，称为Corvus系列，重量超过20吨，直接驱动的主轴电机功率达13、20或34马力。

选配的X轴行程可达2997.2mm，可用于磨削超长尺寸的零件。

用户也可要求增加第六根轴，这样，机床就可在一个夹头上完成拉刀磨削的所有工序。

6）精明的主意

磨削时，修整砂轮的工时损失是一项较大的费用。

Agathon机床公司提供了一种砂轮在线磨锐法，用以降低这项费用。

该公司的机械销售经理Merk介绍：

该公司开发的电化学磨锐法称为EcoDress，主要用于磨削硬材料，如硬质合金等。

在Ecodress磨锐中，电流通过金属结合剂的砂轮传送，并在磨削液作用下启动电化学反应，从而溶化砂轮的结合剂，使新的磨粒不断暴露出来。

常规的方法是用碳化硅砂轮修整，能使磨粒的伸出量达到其直径的15%～25%。

用在线电腐蚀或电解法修整，能使磨粒伸出量达到其直径的45%～60%。

而EcoDress法可使近乎100%的磨粒暴露出来。

这就使磨粒间形成较大的空隙，强化了冷却液的穿透作用，结果使砂轮在较冷的状态下运行，并获得较大的金属切除率。

Agathon公司称，EcoDress法可以减少磨削循环时间66%，提高砂轮寿命30%。

这种方法还能使各种硬工具材料（从硬质合金到聚晶金刚石）采用同一砂轮磨削。

EcoDress法目前仅用于Agathon公司的350COMBI数控刀片周边磨床。

但该公司正在考虑将这项技术应用在其它磨削中并申请专利许可。

7）适应性控制特性

在加工复杂刀具形状、优化磨削参数时，通常要作一些折衷的选择。

例如，重切削时进给量要受到限制，其进给量和切削速度要比轻切削小一些。

砂轮在磨削工件过程中，有一段“磨削空气”的时间，情况就更不一样了。

为了更大限度地提高机床利用率和砂轮寿命，Walter磨床公司在其HelitronicPower数控工具磨床上使用了适应控制的功能。

该系统读取砂轮的载荷大小，并据此调节进给量，使整个磨削过程都保持在最大载荷状态。

由于砂轮承受恒定的载荷并且没有超出允许的最大值，所以，延长了砂轮寿命，扩大了无人看管的范围。

采用这套系统还可使刀具上的过渡痕迹大大减小。

因为在磨削进行过程中工序的转换是