100mm开式砂带振动磨光机设计.docx

1、100mm开式砂带振动磨光机设计摘 要为了适应高精度、低粗糙度的加工要求，为一些设备不全的企业及超长超大轴类工件的精加工提供成本适中的需求，出现了利用安装在普通车床上的开式振动砂带磨光机，由于该磨光机安装在普通车床上的溜板箱处，结构轻盈安装方便，适用于普通外圆磨削和光整加工工序。为了满足可以在车床上对轧辊表面作光整加工，100mm开式振动砂带磨光机进行了改装适用于普通车床。本次设计的主要结构是利用变频调速电动机带动曲柄机构进行直线往复运动，进而实现砂带滚筒在工件表面完成振幅为4mm的振动动作，这样既保证了磨粒的出屑又提高工件表面的粗糙度。同时采用采用调速电机通过齿轮减速箱使装有砂带的卷带轮极缓

2、速转动，带动放带轮放带，工件被装夹在车床的卡盘上进行高速旋转，通过其与接触轮上的砂带磨粒相接触进行磨削加工。该机的主要特点是利用循序渐进的砂带光整加工，减小和细化零件表面粗糙度，去除划痕、微观裂纹等表面缺陷，提高和改善零件表面质量；改善零件表面应力分布状态；提高零件的装配工艺性；改善零件表面的光泽度和光亮程度，提高零件表面清洁程度，这样的设备特点和创新主要是充分利用了普通机床，经济性能好，加工成本低，并且结构简单，安装和更换砂带等零部件简单。关键词： 砂带 ，振动，车床，磨削100 mm open abrasive belt vibration grinding machine ABSTRAC

3、TIn order to adapt to the processing of high precision and low roughness, for some devices of enterprise and the super long large axial workpiece processed to provide cost requirements, the use of installed on the engine lathe type vibrating belt grinding machine, due to the polishing machine is ins

4、talled on the engine lathe slip board box, lightsome convenient installation structure, suitable for ordinary cylindrical grinding and light the whole machining process.In order to meet the can on the lathe to the roll surface finishing processing, 100 mm open vibration belt grinding machine for the

5、 modified suitable for ordinary lathe. Main structure of this design is the use of frequency conversion motor drive the crank mechanism for straight line reciprocating movement, and then realize the abrasive belt roller on the workpiece surface finish the amplitude of the vibration of the 4 mm, so n

6、ot only ensure the grits out crumbs and improve workpiece surface roughness. At the same time by using speed regulating motor through the gear reducer is equipped with extremely slow rotation volume of abrasive belt pulleys, put put belt pulley drive, workpiece was conducted on the lathe chuck high-

7、speed rotation, through contact with the wheel grinding abrasive belt grinding grain contact.The main characteristic of this machine is the use of progressive abrasive belt finishing processing, reduce the surface roughness and refined parts, removing scratches, surface defects such as micro cracks,

8、 improve and improve the surface quality of the parts; Improvement of surface stress distribution state of parts; Improve assembly parts manufacturability; Improve the parts surface gloss and brightness levels, improve the parts surface cleanliness, innovation and the characteristics of the equipmen

9、t are mainly make full use of the common machine tool, good economic performance, low processing cost, and simple structure, simple installation and replacement of abrasive belt and other parts.Key words: sand belt，vibration，lathe，grinding摘要 3ABSTRACT 41绪论 51.1 研究背景与意义 51.2 国外的情况和发展趋势 61.3 国内的情况和发展趋

10、势 71.4 课题的任务与研究方案 82.方案分析与对比 92.2 系统组成 123. 机械系统计算 153.1砂带切削力计算 163.2 传动比设计 173.3导轨刚度计算 183.4振动体的最大加速度计算 243.5 轴承校合 274. 结论 29参考文献 291. 绪论1.1 研究背景与意义目前有企业进口轧辊磨削专用设备,如能利用现有的车床对轧辊表面作最终高精度光整加工一般型企业所希望，并取得了较好的效果和较高的经济效益，但设备价格昂贵,基于这种情况许多单位希望此类设备国产化，便于推广应用。在机械加工中，辊锻机和楔形模横轧机的上下轧辊，其工作面和支承面一般都是由磨床磨削来达到最终精度要求

11、。这就需要企业配备轧辊磨床或大规格外圆磨床。如果企业有经济实力，产品生产批量大，投资其加工设备是有利的。但是，如果产品是小批量生产，又无力购买设备时。那么，还有其他办法来解决磨削问题吗？经过研究与实践，对卧式车床逬行改造，应用砂带磨削技术，同样可以满足加在车床上应用砂带磨削，不仅可以提高老设备的生产利用率。扩大加工功能，还可以扩大生产，承接外协加工，给企业带来经济效益。1.2 国外的情况和发展趋势自从静电植砂技术及涂附磨具技术的出现和发展,欧、美、日等在砂带制造技术和砂带磨床制造技术上都取得了巨大的进步。在砂带制造技术方面,随着许多特殊涂附磨料及涂附形式的出现,产生了如金刚石、立方氮化硼、锆刚

12、玉、陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等各类砂带,使得砂带已经能用于干磨和高速、大吃刀量的重磨削领域,以及高精密零件的磨削加工领域。日本已开发出了用软刚带作为基底的金刚石砂带,可有效加工难加工的高硬度材料,如单晶硅片。在国际上知名的砂带品牌有美国的3M、Norton,德国的Hermes、VSM、Klingspor,韩国的DEER,日本的牛头等。在砂带磨床方面,不仅有磨削宽度超过5m的巨型平面磨床,还有牙医用的小型修齿机,使得砂带磨床的结构与形式繁多。另外,随着自动化技术的发展,像六轴五联动数控砂带磨床、机器人砂带磨削中心、砂带磨削FMS、并联机构的数控砂带磨床都已经得到应用。砂带磨削技术应用范围广，

13、使用性强、经济是主要的磨削和发展方向。各个国家从拥有量而言，已逐步接近砂轮磨床，其产值比:美国49:51，德国45:55，日本25:75，英国、瑞士等国发展也很快。就其应用范围而言，从非金属材料到金属材料的磨削：从用作一般材料的磨削到难加工材料的磨削如钛合金、陶瓷、宝石等的磨削;从用作一般精度要求的工件磨削发展到精密、超精密的工件磨削，如成功地应用于磁盘、录像机等精密零件磨削中，从砂带磨床的种类而言，由初始的手动砂带磨床，发展到电动砂带磨床，进一步地研制出自适应控制的砂带磨床，在生产率和自动化程度提高的同时，使加工精度实现可控化，在拥有一般的砂带平面磨床、内外圆磨床等的同时又制造出多工位的砂带

14、专用磨床、数控砂带磨床以及砂带磨床组成的自动线，满足了不同厂家对不同材料和形状的零件加工所用；从砂带制造水平而言，国外生产有氧化锆一一氧化铝、立方氮化硼、金刚石磨粒的砂带，砂带寿命也得以进一步提高，使砂带磨削可用于干磨、高速、大吃刀深度的重磨削领域，以及高精度精密零件的磨削加工领域。总的说来，国外先进国家在砂带磨削技术领域的发展很快，应用也很广，从这种磨削新工艺应用中得到了大量的经验，获得了很好的效益。同时，砂带磨削技术发展迅速的国外，其研究者们仍然没有放松对砂带磨削机理及提高磨削质量的研究。最近，为了解决高效砂带磨削的平面精度问题，日本研究者在试验的基础上，利用模糊理论获得了磨削条件和影响平

15、面度因素相对关系的表达式，对磨削的数据化分析起到了很好的推动作用。1.3 国内的情况和发展趋势我国的砂带磨削制造公司主要有上海砂轮厂和中国第二砂轮厂。先后从德、意、瑞士等国引进制造砂带的成套技术和设备，年生产砂带分别为6X106m2和5X106m2。砂带制造中采用了一系列新工艺使砂带制造质量得以提高，如静电植砂工艺使得所生产的砂带磨粒排列均匀，磨粒尖端朝外，从而具有表面锋利，磨削性能高的优点，同时能较好地控制植砂密度;射线穿透测量胶层和砂层的厚度，测量精度高，反应快，不损坏砂带,可在线上连续测量，保证了产品质量;在选用粘结温度高、耐热性能好的人造树脂为粘结剂的同时，又采用机械柔曲的方法，从而保

16、证了砂带表面的强度高、磨削锋利，又性能柔软；采用增湿工艺恢复涂附磨具产品在固化过程中所损失的强度和柔曲性。特别值得一提的是，1955年白鸽集团从德国引进的自动化对接砂带生产线，现已投入生产,使砂带接头区的厚度更匀匀，与基材之间的厚度差更小，且易于控制。选用不同聚脂薄膜,更易于保证接头强度,接头处与整条砂带的柔韧性更加趋于一致，填补了我国对接砂带系列产品的空白，将使磨削中由于接头区增厚、变硬引起加工面留下接合痕迹现象大为降低，可进一步提高砂带磨削的加工精度和表面质量。砂带磨削制造公司主要的产品类别有全树脂砂布、耐水砂布、耐水砂纸；各种砂带、卷状砂带、钢纸砂盘等，产品规格较全。砂布带生产宽度101

17、380mm,砂纸带生产宽度1002200mm,环形砂带圆周长1001250mm,卷状的可以生产宽12，51350mm、长2550m等，所用磨粒为涂附磨具专用磨料，从粗磨到精磨各种粒度均有。目前主要的种类有：模具磨光机、磁力磨光机、加长轴磨光机、叶片磨光机叶片、两工位磨光机、薄壁件磨光机、手提式磨光机砂带异型涂附磨具就是用砂带作为原料进行再制造，充分利用砂带本身的柔曲性、可加工性，将成卷砂带经落料、冲裁成各种形状的砂带页片，再将若干页片按一定的规律排列组合成金属或非金属的基体上，或缠绕到基轴上，用粘结剂将页片和基体粘为一体,形成各种各样的涂附磨具，以适应各种零件复杂形面的加工。按这种方法制成的异

18、型涂附磨具比直接利用砂带本身进行磨削加工更具备柔曲性，针对性强，特别是对复杂形面等的难加工零件有其独特的优越性。同时，其明显的优点还在于用异型涂附磨具进行磨削可利用现有的设备进行改造，甚至不需任何改装即可完成对工件的磨削加工,这样的异型涂附磨具有页轮(砂片按圆周排列）、十字形砂片(砂片十字排列）、米字形砂片（砂片按米字形排列）、页片式砂带,磨盘（砂片在平面上沿圆周形成肩形排列）等，目前已有应用的实例。如用页轮抛磨不锈钢长管即为一例。砂带制造水平的日益提高，砂带品种的增多,提供了研究与开发的客观条件。清华大学完成了砂带磨削与超声振动复合工艺的研究，将砂带磨削成功地应用到磁盘涂层的抛磨中；重庆大学

19、成功地将砂带磨削新工艺应用到摆线齿轮磨削中，目前正在推广其应用。机械委“七五”期间立项由郑州三磨所、华中理工大学和湖南大学共同完成了砂带磨削工艺的试验研究的攻关课题，其它高校及科研机构在砂带磨削的研究方面也倾注了一定力量，取得了初步的成果。同时砂带磨床的生产也有了长足的进步。我国主要砂带磨削设备生产厂家有新乡机床厂、重庆大学、无锡江南清洗机厂等。中国在涂附磨具的制造及砂带磨削工艺与设备的研究现状是起步较晚，还处于初级阶段，目前的研究所得发展缓慢与国际先进水平相比、仍有较大差距，这主要表现在：国外在砂带组成材料及制造工艺上取得了很大成就，已有了适应不同场合的砂带系列，而国内砂带品种尚少，质量也有

20、待提高。国外已生产出各种通用或专用的砂带磨床，其自动化程度不断提高，已有全自动和自适应控制的砂带磨床，而国内虽也有几家厂家生产砂带磨床，但其自动化程度均较低，主要是通过仿造和改装其他现进的机型进行生产没有自主知识产权。需要不断推进新的磨削工艺与砂带磨削设备进行加强磨削领域的竞争能力。1.4 课题的任务与研究方案一、 1.砂带线速度可调范围 0-0，35米/分。 2.砂带往复振幅约4毫米。 3.砂带往复振动频率可调范围 0-15次/秒。二、主要课题开展和研究的方法是通过分析和研究本课题的技术要求，首先收集相关的资料并整理归纳出合理的研究思路和论文主题结构。并初步拟定大概的机械传动和动力选择，分析

21、其中的加工工艺过程并列出相应的机械运动方案进行对比。这里现在初步构想，采用电动机实现砂带线速度的控制使用气动装置控制振幅，导轨实现往复运动。根据以上的控制合理的进行了过程的安排。2.方案分析与对比2.1 方案论证与对比闭式砂带磨削是采用环形砂带（有接头及无接头)，通过接触轮与张紧轮撑紧，由电机传动接触轮（或驱动轮）带动砂带作高速回转，同时工件作同向（或逆向）回转，又作纵向及横向进给（或砂带头架作纵向及横向进给），实现对工件的磨削加工。砂带磨损后再更换上新砂带。闭式砂带磨削由于砂带高速回转易发热且噪声大，所以磨削质量不及开式砂带磨削方式，但效率高，适宜粗加工、半精加工及精加工。带轮带动砂带作极缓

22、慢的移动，砂带绕过接触轮并以一定的工作压力与工件被加工表面接触，工件回转，砂带头架或工作台作纵向及横向进给，从而对工件进行磨削。由于砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，切削区域不断出现新砂粒，磨削质量高且稳定，磨削效果好，但效率不如闭式砂带磨削。多用于精密和超精密磨削中。2.1开式和闭式砂带磨削示意图根据砂轮的接触形式主要有：按砂带的接触形式分可分为：无心砂带外圆磨削和定心砂带外圆磨削。如图无心砂带外圆磨削分为：砂轮导轮式，磨削精度一般，但磨削量较大。橡胶导轮式，磨削精度一般，但磨削量较大。砂带充当导轮式，磨削精度低，但磨削量很大。定心砂带外圆磨削分为：接触轮式，磨削量一般较大，但精度一般。支撑板

23、式，精度较高，但磨削量较小。自由式，表面粗糙度值低，磨削量比接触带式小。按基本结构形式，砂带磨削总的可以分为闭式和开式两类，其中开式砂带磨削多用于精密加工和超精密加工之中，砂带的使用周期长，可以省去许多换带的时间。闭式砂带磨削在高效强力磨削和精密磨削两方面都有极为广泛的应用，是砂带磨削的主流。闭式和开式砂带磨削均可进行外圆、内孔、平面和型面等各种表面加工，应用范围十分广泛。在这两大类方式中又可以分为接触轮式、压磨板式和自由式几种基本形式。1.接触轮式砂带通过接触轮与工件接触进行磨削。可以用于加工工件的外圆、内孔、平面，又可以将接触轮制成一定的形状对工件曲面进行成形加工。采用浮动接触轮磨削还可用

24、于对不规则型面的随行加工。2.压磨板式磨削时砂带通过压磨板与工件接触。压磨板起加压作用，一般用于平面加工，可增大接触面积，提高磨削效率和工件几何精度，特别是平面度。3.自由式工件直接与柔性的砂带接触，不用任何物体支承砂带，它是利用砂带张紧后自身的挠性对工件进行磨削或抛光。这种方式在一定范围内很容易适应工件的轮廓，尤其是不规则形状的工件，帮多用于加工外成型表面和倒棱、去毛刺、抛光等工序中。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。砂带磨削则是根据工件的几何形状，用相应的接触方式使砂带与工件表面相接触，并产生相对摩擦，从而进行磨削和拋光的一种冷

25、态磨削方式。砂带磨削具有以下主要特点：（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，较之砂轮具有较好的容屑 和排屑条件，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（

26、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、制造容易、设备价格低，特别是利用前一工序的现有设备加上砂带磨削装置，对工件进行磨削和拋光加工，不仅节省了设备购置费用，而且节省了大量的工件搬运装夹和调整工时，因此砂带磨削工艺具有明显的经济效益。砂带振动磨削的作用砂带振动磨削,它是将开式砂带磨削和振动叠加起来形成的一种复合加工.一般振动是叠加在接触轮的轴向方向,振动的作用很重要,可归纳如下:第一，在开式砂带磨削时,振动可以弥补工件不能高速运动的效率下降,使加工效率大大提高。第二，振动的叠加可以形成复杂而又不重复的磨削轨迹,形成网状纹路,有利于降低表面粗糙度,得到很低的粗糙度值加工表面。

27、第三，由于振动的作用,可以采用干式磨削,加工表面不易出现划痕,对加工软材料非常有利。第四，对于宽砂带,沿接触轮轴向振动可使砂带不跑偏和磨损均匀。实现方案：方案一：图2.2开式砂带磨削装置1-电动机；2-放带轮；3-箱体；4-收带轮；5-拖板6-刀架；7-工件；8-砂带；9-减速器开式砂带磨削采用成卷的砂带，电机经减速机构带动收带轮作极缓慢的转动，带动砂带作缓慢的移动砂带由接触轮压向工件，通过工件作高速回转实现对工件表 面的磨削加工由于砂带缓慢的移动，磨粒不断投入磨削，磨削效果一致性好，所以，多用于精密和超精密加工。加装电子电路板实现精确控制速度和振幅。方案二：图2.3 开式砂带振动磨削装置设计

28、了开式砂带磨削机，其基本结构为：伺服电机通过联轴器带动偏心轮，由曲柄带动三根平行导轨实现往复运动，即实现振动。在导轨上安装滚筒，辅助砂带运动。砂带轮上使用钳夹固定，连接气缸实现砂带轮的进退运动。由力矩电机带动摆线针轮减速器和蜗轮蜗杆减速器，使单向离合器旋转，通过轴使使滚筒旋转。单向离合器保障了砂带不会逆向运动。在轴套上安装弹簧控制砂带的预紧力。方案三：设计了立式砂带磨头，其基本结构为：电动机带动轮6由电动机通过带轮驱动。支架3通过调节螺杆5可调节6、2两个轮之间的开距，方便于装拆 砂带用。砂带7包容在电动机带动轮6、张紧轮4、 传动轮2上。张紧接触轮4可作圆弧摆动，实现张紧砂带。固定座1将以上

29、零件固定，并稳固在车床中拖板。图2.4 砂带磨削装置1-固定座2-传动轮3-支架4-张紧轮 5-调节螺杆6-带动轮7-砂带8-工件9-中拖板砂带磨头的工作原理：砂带磨头安装于车床中拖板上，由中拖板实行纵向走刀和床鞍横向进给的两个方向运动，对工件进行轴线方向和切人磨削。同时磨削砂带作高速旋转，工件慢速旋转的相对运动，便可实现磨削工作。为了提高工件儿何精度，砂带接触轮可作粗精磨调节用。粗磨时张紧接触轮张紧砂带，要与工件接触磨削。其磨削力大、切削量多、生产效率高：精磨时张紧接触轮脱开。使砂带与工件作柔性磨削。有利于提高表面质量。方案比较：方案一：加装电子电路板实现控制砂带的振幅可行，但是加装复杂。方

30、案二：完全满足设计要求，砂带的振幅和砂带与工件的接触都可以精确控制。方案三：结构过于简单，不能改装实现砂带在工件上的振动，并且不能精确控制砂带的速度。综上所述：此次设计适合采用方案二。2.2 系统组成本次课题设计的开式振动砂带磨光机大部分由机械原件组成。2.5开式振动砂带磨光机的系统组成本次课题设计的开式振动砂带磨光机大部分由机械原件组成。此次磨光机的运动可以分为两部分。第一部分为振动，为了完成设计所提出的振动要求，通过变频调速电动机带动曲柄机构，从旋转运动转换成直线往复运动，推动安装在导轨上的夹板，带动砂带滚筒直线往复运动，实现振动。气缸则控制接触轮的伸出退回，让砂带与工件接触，当磨削完成时

31、，气缸首先缩回，使接触轮与工件分离，工件继续旋转，保证工件表面质量不被影响。第二部分为砂带的运转，使调速电机通过减速器输出转速到卷带轮的轴上，带动卷带轮旋转,让砂带以缓慢的速度移动。3. 机械系统计算3.1砂带切削力计算砂带切削轧辊时的法向磨削力、切向磨削力、切削功率、切削力矩按纵磨、外圆磨计算，则材料切削率Q 式中各参数：dw为工件直径,mm；dw取200mm；fr为每行程砂轮径向进给量,mm；fr取0.005mm；fa为砂轮轴向进给量,mm/min；fa取500mm/min；代入公式（3.1）, 单位宽度材料切削率Q ,取材料宽度为4英寸，即101.66mm；代入公式总磨削功率式中各参数：p为单位宽度磨削功率, kw/mm；p=0.0008kw/mm；Fp 为单位宽度法向磨削力, N