车床用砂带抛磨头设计-论文(共38页)

1、车床(chchung)用砂带抛磨头设计目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc388215908 摘要 PAGEREF _Toc388215908 h 1 HYPERLINK l _Toc388215909 前言 PAGEREF _Toc388215909 h 3 HYPERLINK l _Toc388215910 第一章绪论 PAGEREF _Toc388215910 h 3 HYPERLINK l _Toc388215911 1.1概述 PAGEREF _Toc388215911 h 3 HYPERLINK l _Toc388215912 1.2课题研究目的

2、PAGEREF _Toc388215912 h 4 HYPERLINK l _Toc388215913 1.3课题意义 PAGEREF _Toc388215913 h 5 HYPERLINK l _Toc388215914 1.4 砂带磨削技术国内外研究与应用现状 PAGEREF _Toc388215914 h 5 HYPERLINK l _Toc388215915 第二章、砂带刨磨相关过程分析 PAGEREF _Toc388215915 h 7 HYPERLINK l _Toc388215916 2.1砂带抛磨方法介绍 PAGEREF _Toc388215916 h 7 HYPERLINK

3、l _Toc388215917 2.2 砂带在磨削过程中跑偏问题的研究及解决方案 PAGEREF _Toc388215917 h 9 HYPERLINK l _Toc388215918 2.3 磨料的研究与选择 PAGEREF _Toc388215918 h 11 HYPERLINK l _Toc388215919 2.4 常用表面抛光方法介绍 PAGEREF _Toc388215919 h 15 HYPERLINK l _Toc388215920 第三章、设计主要参数及方案的选择 PAGEREF _Toc388215920 h 18 HYPERLINK l _Toc388215921 3.1

4、毕业论文设计内容要求 PAGEREF _Toc388215921 h 18 HYPERLINK l _Toc388215922 3.2结构与工作原理 PAGEREF _Toc388215922 h 19 HYPERLINK l _Toc388215923 3.3有限元分析 PAGEREF _Toc388215923 h 21 HYPERLINK l _Toc388215924 第四章、方案结构的确定 PAGEREF _Toc388215924 h 26 HYPERLINK l _Toc388215925 4.1砂带磨头结构 PAGEREF _Toc388215925 h 26 HYPERLIN

5、K l _Toc388215926 4.2接触轮设计要点 PAGEREF _Toc388215926 h 27 HYPERLINK l _Toc388215927 4.3驱动轮、张紧轮结构设计 PAGEREF _Toc388215927 h 30 HYPERLINK l _Toc388215928 4.4砂带的选择 PAGEREF _Toc388215928 h 31 HYPERLINK l _Toc388215929 4.5 砂带磨削用量的研究与选择 PAGEREF _Toc388215929 h 32 HYPERLINK l _Toc388215930 参考文献 PAGEREF _Toc3

6、88215930 h 34摘要(zhiyo)针对所有砂带磨头均带有电机的现状，应用带传动的原理，提出了在车床上利用工件的旋转作为源动力进行砂带抛磨的设想；在生产用的砂带磨头上进行了工件同步驱动砂带的试验；提出了一种(y zhn)砂带磨削和研抛绿色工艺，分析了为实现该工艺应采取的措施；在此基础上设计了车床用无电机砂带磨头，并对砂带磨头的特点进行了分析。分析结果表明，该砂带磨头体积小，携带方便，可作为车床附件扩大车床的工艺范围；工艺实施结果表明，所采用的新工艺可以满足零件的表面粗糙度要求。关键词：砂带磨削；研抛；绿色(l s)工艺；磨头设计；车床附件AbstractAiming at the si

7、tuation that all belt grinding are all taking the motor，by using the principle of belt drive，an idea of using ofthe rotation of the workpiece in a lathe as a source of power to belt polish was proposed and the experiment on workpiece synchronousdrive belt was carried out in the belt grinding head in

8、 production.A kind of green belt grinding and polishing process was proposed. Themeasures to be taken to achieve this process was analyzed. Based on this，no motor belt grinding used in the lathe was designed andcharacteristics of the belt grinding head were analyzed. The analysis results show that t

9、he belt grinding small，easy to carry，can be usedas lathe accessories to expand the range of process. The process implementation results show that the introduction of new process canmeet the requirements of the surface roughness of the parts.Key words：abrasive belt grinding；grinding and polishing；gre

10、en processing technique；grinding head design；lathe accessory前言(qin yn)砂带磨削(m xio)和研抛是一种比较传统且得到广泛应用的加工方法，其应用范围近年来得到很大扩展。在国外，该工艺从上世纪60年代起步，现在已发展到较高水平，工业发达国家中，砂带磨削占磨削的比例近50%1-2。国内对砂带磨削、抛光的机理(j l)及应用也有了一定研究。例如：潘复生等3对砂带磨削金属材料机理进行了研究；吴昌林等对4铝合金轮毂曲面砂带磨削方法进行了研究；黄云等5-7对砂带磨床模块化设计、采用开式砂带进行曲轴轴颈研磨进行了系统研究；张菊霞等8-9对

11、砂带磨削的研究集中在螺旋桨叶片砂带的数控抛磨方面。虽然以上研究的侧重点各不相同，但就其所采用的砂带磨削装置而言，都包含了主动轮、张紧轮和导轮、接触轮等主要组成部分。机械加工工艺手册中总结的30种闭式砂带磨削类型也表明了这一点10。换句话说，无论采用哪种砂带磨削类型，均离不开电机对砂带的驱动。受DK150型钢材捆扎机依靠摩擦轮驱动来实现送带、收带启发11，本研究所提出的车床用砂带磨削装置，去除传统砂带磨头的电机部件，以工件的旋转作为唯一的动力来源，以达到简化结构、降低成本、减少能耗的目的。该方法尚未见载于文献，是砂带磨削和研抛工艺的新尝试。第一章绪论1.1概述砂带磨削经过近 21 年的发展，现已

12、成为一项较完整且自成体系的新的加工技术。因其加工效率高、应用范围广、适应性强、使用成本低和操作安全方便等特点而深受用户青睐。在国外，砂带磨削技术已有了很大的进步，其加工对象和应用领域日趋广泛。它几乎能加工所有的工程材料，从一般日常生活用具到大型宇航器具无所不用，并已成为获取显著经济效益的一种重要手段1、2。砂带磨削按基本结构形式可分为接触轮式、压磨板式和自由式，本文论述的机构属于接触轮式，是装夹在车床上的磨削装置。它主要的优点是装卸方便，可比较经济地实现以车代磨3、4。目前，现有的车床砂带磨削(m xio)装置的砂带张紧调节机构的张紧力不可调，即只有一种张紧力。而在加工不同材料、不同外形的工件

13、时，张紧力是需要经常改变的，这就导致加工后工件的表面质量很差，不能满足生产中的加工要求。另外，现有设备的砂带张紧机构不合理，稳定性差，当磨削时，设备震动较大，在抛光过程中工件的加工面上容易产生震纹，经常引起严重(ynzhng)影响产品美观性的现象发生，更不能满足加工精度的要求5、6、7。针对以上情况，研制了一台适用于小型加工厂，具有减震功能(gngnng)的多功能车床砂带磨头。本文对其机构参数、性能参数、工作原理和结构部件等情况进行详细的介绍，以期为小型工厂解决磨削难的问题。1.2课题研究目的车床用砂带抛磨头设计毕业设计是一个重要的时间性教学环节，要求学生综合的运用所学的理论知识，独立进行的设

14、计训练，主要目的：1、通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握车床的基本组成及其想关知识，学习总体的方案拟定、分析与比较的方法。2、通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算及选用的方式3、通过对机械系统的设计，掌握常用电机的工作原理、计算控制方法与制驱动方式4、培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想5、锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力1.3课题(kt)意义当我们对工件的表面粗糙度等性能要求比较严格时，普通的砂轮磨头已经不能满足要求，而采用专用(zhunyng)的磨床对工件进行加工时所消耗的时间与费用又比较高

15、。为此，在普通车床上安装砂带磨头能够有效(yuxio)地解决此类问题，既保证了工件的技术要求，也降低了成本。因此此项研究具有重大意义。（1）电动砂带磨头设备主要用在普通车床或立式车床上，可代替磨床加工长轴或较大的内孔。砂带有粗细之分，可满足精度和效率要求。（2）采用调节机构，在加工不同材料、不同外形的工件时，张紧力可随时进行改变，以满足加工需求。采用减震机构，有效地消除在抛光过程中所产生震纹的现象，既能满足生产中的加工精度要求。另外，软轴的一端联接砂轮，用独立的、手动操作的砂轮来加工工件，能够适应不同的加工要求，方便灵活。（3）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、设备价格低

16、，特别是利用前一工序的现有设备加上砂带磨削装置，对工件进行磨削和抛光加工，不仅节省了设备购置费用，而且节省了大量的工件搬运、装夹调整时间，因此砂带磨削工艺具有明显的经济效益。1.4 砂带磨削技术国内外研究与应用现状砂带磨削技术作为一种磨削和抛光相结合的新工艺，几乎能用于加工所有的工程材料,在先进制造技术领域有着“万能磨削”和“冷态磨削”之称。砂带磨削具有加工效率高、冷态磨削、磨削速度稳定、磨削精度高和磨削成本低等优点，是一种优质、高效、低耗的加工方法。1.4.1 砂带磨削技术国外研究与应用现状国外的砂带磨削发展得非常迅速,自20世纪60年代以来,特别是静电植砂技术及涂附磨具技术的出现和发展,欧

17、、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(chnshng)了如金刚石、立方氮化硼、锆刚玉、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。在新型砂带研究方面，日本在 90 年代初利用电泳吸附现象研制成功了超微磨粒砂带,它加工脆性材料如精密陶瓷、石英、硅片等的精度可达十几个纳米,并能实现塑性方式磨削；德国开发并获得多国专利的空心球复合磨粒,日本(r bn)的软木砂带磨粒及多层涂附磨粒,美国 3M 公司推出的新型陶瓷刚玉磨粒等都具有特殊的优

18、越性。在砂带磨床装置方面，原西德 FBSA 系列大平面砂带磨床已采用数显装置；原西德 Metabo 公司研制了 6 轴 5 联动数控砂带磨床(mchung)；美国已将机器人运用于砂带磨床上，而且已生产出应用于 FMS 生产线上的砂带磨床；原苏联一直在致力于数控砂带磨床方面的研究。1.4.2 砂带磨削技术国内研究与应用现状近几年来，我国工业发展和国外新技术引进以及砂带制造技术的不断发展，砂带磨削技术发展也加快了速度。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,国内已有不少砂带磨削设备制造厂、高校和科研单位开展了砂带磨削技术的研究与开发工

19、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。沈阳磨床厂砂带磨床研究所研制的叶片砂带磨床和 3001000mm 砂带平面磨床、无锡机床厂生产的无心外圆砂带磨床等都为我国机械行业砂带磨削技术发展做出了有益的贡献。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。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,国外公司如美国 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。总体来说，我国的砂带磨削技术

20、在基础研究、应用推广方面已初具规模，但是与发达工业国家相比，仍存在一定差距，如磨削机理及工艺的研究尚不深入、砂带及砂带磨床的品种规格不齐以及质量(zhling)不高等。对于采用砂带磨削抛光铝合金轮毂表面，国内外目前从事这方面的研究工作的人员很少，尤其是轮毂难加工表面，还尚未见有关的研究成果。第二章、砂带刨磨相关(xinggun)过程分析(fnx)2.1砂带抛磨方法介绍砂带磨削是采用砂带这一特殊形式的磨削工具，在一定压力下，使砂带与工件表面连续接触以实现磨削加工。由于砂带的柔软性、砂带磨削的适应性及其抛光机结构运动多样性决定了砂带磨削拥有十分广泛的加工范围。2.1.1 砂带磨削的方式砂带磨削工件

21、表面的生成所需磨削运动及砂带与工件之间的位置，决定了磨削方式。砂带磨削方式分为开式砂带磨削和闭式砂带磨削两大类，如图 2- 1 所示。图 2-1 砂带磨削方式开式砂带磨削是用成卷的砂带由电动机经过减速(jin s)机构通过卷带轮带动砂带作极缓慢的移动，补充新的砂带磨削区，工件高速旋转，砂带头架作横向进给，从而对工件进行磨削。这种磨削方式精度较高。闭式砂带磨削是采用环形砂带，电动机通过主动轮带动(didng)砂带高速回转，接触轮撑紧并接触工件磨削，由砂带头架或工件做作纵向及横向进给，工件同向或逆向回转，从而对工件进行磨削。这种磨削方式质量相对较差，但效率高。按砂带与工件接触形式分类，砂带磨削方式

22、又可分为(fn wi)接触轮式、压磨板式和自由式三种。1、接触轮式如图 2-2 所示，磨削时砂带绕过接触轮与工件表面接触，通过接触轮产生磨削压力，进行磨削。用橡胶、塑料等较软材料作为接触轮磨削时，砂带磨削还伴有抛光作用，表面粗糙值较低；用钢、铝、胶木等较硬材料作为接触轮磨削时，砂带的切削作用较强，效率较高，但表面粗糙度值较高。例如选用邵式55度的橡胶接触轮，用W3氧化铝砂带，可使钢零件的表面粗糙度达到Ra0.0lm左右。图 2-2 接触轮式砂带磨削方法2、压磨板式如图 2-3 所示，磨削时砂带通过接触板与工件接触，由接触板起加压作用，一般多用于平面加工，可增大接触面，提高加工效率。由于砂带背面

23、与接触板间有相对运动而产生摩擦力，因此要求砂带的抗拉强度较高。压磨板摩擦热产生多，易磨损，在材料上常用耐磨铸铁，亦可选用硬质合金(yn zh h jn)或在结构钢表面上涂层。图 2-3 压磨板式砂带磨削(m xio)方法3、自由式如图 2-4 所示，工件直接与柔性(ru xn)的砂带接触，不用接触轮和接触板，利用砂带优良的柔性，与工件表面自由贴紧磨削，多用于加工内外成型表面。图 2-4 自由式砂带磨削方法2.2 砂带在磨削(m xio)过程中跑偏问题的研究及解决方案砂带跑偏的现象是指在磨削过程中，由于(yuy)各种原因致使砂带沿驱动轮或从动轮轴向窜动、偏离原来位置。砂带跑偏会导致砂带张力不均衡

24、，磨损不均匀，影响砂带抛磨的质量，在带速高的情况下，更为严重，砂带会在几分钟内破裂报废。因此在砂带抛磨头的设计中，必须(bx)首先解决砂带跑带的问题，设计砂带防跑偏结构，防止砂带在磨削过程中跑偏。2.2.1 砂带在磨削过程中跑偏的原因砂带跑偏根本上是由于在传动轮轴向方向受到了力的作用，具体看来，砂带在磨削过程中跑偏的影响因素有如下几个方面：1、 驱动轮或从动轮的圆柱度；2、 驱动轮轴线与从动轮轴线的平行度；3、 砂带的宽度的变化引起轴向受力不平衡；4、 砂带接头的平整性；5、 磨削进给过程中产生的轴向力。由于砂带跑偏是因为砂带在传动轮轴向方向受到了力的作用，所以砂带跑偏的方向应跟所受轴线方向的

25、力的方向一致。根据经验，我们还有下面的砂带跑偏方向的判断依据：砂带总是偏向线速度较高或传动轮较高处的一侧。例如，驱动轮或从动轮的圆柱度误差较大，轮剖面沿轴向的半径变化较大，则半径较大点处线速度较大，所以，砂带会跑偏向轮子半径较大处；又如，某一传动轮的轴线与其他轮的轴线不平行是，砂带会往该轮的较高处偏移。实际磨削过程中，砂带跑偏的方向是所有相关因素综合作用的结果。2.2.2 砂带跑偏问题的解决办法在引起砂带跑偏现象的所有因素：驱动轮或从动轮的圆柱度、驱动轮轴线与从动轮轴线的平行度、砂带的宽度的变化、砂带接头的平整性以及磨削进给过程中产生的轴向力中，驱动轮或从动轮的圆柱度、砂带的宽度的变化、砂带接

26、头的平整性这三个因素是不确定的因素，在磨削工作前无法预知，在磨削过程中无法修改调整；磨削进给过程中的轴向力在磨削工艺参数确定后，也是基本不变的量，因此，砂带的调偏机构一般采取调整驱动轮轴线与从动轮轴线的平行度来调节砂带的位置。当前的工业(gngy)应用中，普遍采用调整从动轮轴线，使其与驱动轮轴线平行后，锁紧从动轮轴，从而达到砂带调偏的目的。本课题拟采用一种通过一对伺服电机带动的直线单元来调整其中一个从动轮的轴线(zhu xin)，从而实现对砂带跑偏的调整。2.3 磨料的研究(ynji)与选择2.3.1 砂带的组成砂带主要有磨料、粘结剂和基底三部分组成。砂带基本上是在柔软的基底上用粘合剂均匀的粘

27、上一层磨粒制成。1、磨料磨料的重要特性是硬度、韧性和破裂性。磨料不仅要有一定的硬度穿透工件表面，而且当穿透的时候还必须有一定的剪切强度以防破裂。重复穿透而又不能破裂的能力成为韧性。磨粒粒度对磨削生产效率和工件加工表面光洁度有很大影响，是抛磨工艺着重考虑的参数。一般来说，粗磨用粗粒度，精磨用细粒度。从粗至精、更换不同粒度的砂带，逐步提高表面光洁度，有时候还有更换不同类型的砂带。2、粘结剂粘结剂有天然粘结剂和合成树脂粘结剂两大类。天然粘合剂如动物胶，价格低，粘结性好，能吸振，但是动物胶的耐水、耐热、耐介质、耐老化等方面的能力较差，主要用于轻载磨削。合成树脂粘结剂有环氧树脂、酚醛树脂等，其粘结强度高

28、、耐水性和耐热性很好、机械性能优良，用途极为广泛，是目前制造砂带用量最多的粘结剂。3、基底(j d)砂带经常使用的基底(j d)油四种：纸基底、布基底、纸布复合基底和无纺布（又称不织布）。纸基底砂带抗拉强度低，多用在抛光加工、木材加工等轻载场合。布基底砂带柔软性好，强度高，可以按照(nzho)不同使用对象制成不同纤维、不同厚度、组织和密度的品种，在现代工业中应用最广泛。纸布复合基底综合的布和纸的优点，强度高、致密性好、延展率极小，主要用作大型高速重负荷砂带。2.3.2 砂带的接头问题砂带的接头方法即采用粘结剂和适当的接头形式将砂带接头粘结压合起来的方法。常用接头形式主要有两种：搭接和平接（叫对

29、接或衬接），而平接按切边形状又分为直线式平接和正弦被式平接两种形式，如图 2-9 所示9。砂带接头处的问题，集中反映了砂带的主要缺陷。据研究发现，如果接头处厚度增加 130%的时候，磨削时将会产生明细的振痕，如果控制在 105%左右，则既照顾到弯曲的韧性，也能控制振痕的出现38。车床刨磨头的抛磨过程中，必须控制砂带的振痕产生，尤其在精抛时，应尽量避免使用搭接的砂带，以减少废品率和返工率。2.3.3 砂带的分析选择砂带的种类按基底、磨料粒度和材质以及植砂方式、接头形式等可以分成很多种，按周长及宽度又分为很多规格，在这里不做详细介绍了，只对市场上常见的几种砂带进行分析，并根据本课题的需要进行选择。

30、1、棕刚玉砂布棕刚玉砂布是市场上最常见的砂布，价格便宜，销量达，应用非常广泛，其特点(tdin)如下表 2-1 所示。表 2-1 棕刚玉砂布(shb)的特点磨粒名称基底代号显微硬度HV特性适用范围棕刚玉布GZ22002280棕褐色，硬度高，韧性大，价格便宜可磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁2、黑碳化硅砂布(shb)黑碳化硅砂布在使用范围上比棕刚玉砂布要小，价格稍贵一些，其特点如下表 2-2所示。表 2-2 黑碳化硅砂布的特点黑碳化硅砂布性脆而锋利，对于硬度较小的铝合金的磨削而言，磨削力大，能以较大的磨削深度磨削，效率高，但是表面粗糙度难免较大，可以采用粒度较大的 80#、120#的砂布，在工件表面磨

31、削的粗磨过程中使用，提高加工效率。普通的黑碳化硅砂布是采用搭接的连接方式的，白鸽集团生产有采用软布基底平接方式的黑碳化硅砂布，而且基底的布料比一般的布料软 12 倍。这种软布基底黑碳化硅砂布可以用于半精磨，粒度选择 240#、400#等。 3、无纺布研磨带美国 3M 公司新研发出一种无纺布研磨带（又叫不织布研磨带，俗称尼龙带），采用无纺布为基底，接头为平接方式，厚度大，弹性好，如图 2-10 所示。图 2-10 美国(mi u) 3M 公司无纺布研磨带美国 3M 公司无纺布研磨(ynm)带的特点如下表 2-3 所示。表 2-3 美国 3M 公司(n s)无纺布研磨带的特点无纺布研磨带的表面磨削

32、质量很高，可以达到镜面效果，而且弹性好，不伤害工件表面，可以用在工件表面抛光的最后一道精抛工序上。4、千叶轮和无纺布轮千叶轮可以看作是一种特殊形状的砂带，经加工精制成的一种呈扇状放射状排列的轮式涂附磨具，其磨料一般为棕刚玉，如图 2-11(a)所示。图 2-11 千叶轮和无纺布轮千叶轮可与电动工具、风动工具配套使用。 规格(gug)： 直径（15mm-450mm）；厚度（15mm-100mm）；粒度： P40#-P400#。千叶轮特点为结构轻巧，磨削量稳定，不烧伤工件，操作简单，可在空间小的轮毂孔面，磨具较难进入的时候使用。无纺布轮包括尼龙轮、研磨轮、纤维轮、抛光轮等，如图 2-11(b)所示

33、。其特点在于(ziy)不烧伤工件表面、不改变工件尺寸、光洁度高。可用于所有金属、木材、塑料等的工件的研磨、抛光和镜面处理。规格： 直径（15mm-450mm）；厚度（15mm-100mm）。5、砂布(shb)碟和无纺布碟砂布碟如图 2-12(a)所示。规格： 直径（40mm-450mm）；粒度： P40#-P400#。图 2-12 砂碟和无纺布碟无纺布碟如图 2-12(b)所示。规格： 直径（40mm-450mm）；粒度：粗型、中型、细型、超细型。砂布碟和无纺布碟，以其特殊的形状，可分别用在边角结构的粗磨和精磨中。2.4 常用(chn yn)表面抛光方法介绍2.4.1 表面抛光(pogung)

34、技术表面抛光技术，又称表面平整技术，在整平度要求很高的特殊情况(qngkung)下则称镜面加工技术。抛光不仅增加工件的美观、提高装饰性能，而且能够改善材料表面的耐腐蚀性、耐磨性以及其他特殊性能。很多零件的加工最后都以抛光结束，抛光的质量对工件的质量有直接的影响。开发先进的抛光方法和抛光工艺是提高产品质量的重要途径之一。表面抛光的方法有很多种，在工业生产中占有市场份额较大、使用得较多的是机械抛光、化学抛光和电化学抛光这三种方法。因为这三种方法经过长期的使用不断改进、提高与完善，其方法能适合不同条件和要求的抛光，能够在保证产品质量的同时生产效率相对较高、生产成本低、经济效益好。除此之外，为了适合工

35、业发展的需要，有些科技人员从不同需要、不同角度开发了一些新的在特殊环境情况下使用的抛光技术，如电解研磨复合镜面抛光技术、激光抛光技术、等离子体离子束抛光技术、超声波抛光技术、电火花加工、电极手动镜面抛光技术等，但由于种种原因及条件的限制，还没有大范围推广使用。2.4.2 常用表面抛光方法介绍一、机械抛光1、手控机械抛光将加工成圆形的橡胶或其他软材料附以沙布或砂纸，或直接将圆形的布、呢、绒毛毡等数层重叠缝成车轮状，安装在抛光机轴上，使其旋转而进行抛光的方法，运用最广泛，但不易保证工件尺寸。2、皮带抛光用附有研磨材料的皮带摩擦工件进行的抛光方法。所用的抛光研磨材料有两种。固相：即将磨粒细粉末与油脂

36、混合，在常温下固化成形，做成便于使用的棒状。油脂成分为硬脂酸、硬化油、牛油、石蜡(sh l)、金属肥皂、表面活性济等。液相：将脂肪酸、硬化油等油脂用水和乳化剂配制的液体乳化，然后放入氧化铁、氧化铬、氧化铝等粉末研磨材料作为(zuwi)均匀悬浮液。二、机械批量(p lin)抛光1、滚筒抛光及振动抛光将一定比例的工件，磨料与抛光剂投放到滚筒或振动机中，让其随着滚筒或振动机做二维或三维运动，在抛光液环境中，工件和磨料相互撞击、摩擦，工件表面和周边毛刺就会被磨掉，棱角被倒圆，氧化皮被除掉，达到抛光的目的。其去除厚度在 575m之间，抛光后的表面粗糙度可为 Ra0.83.1m。2、离心抛光将一定比例的工

37、件，磨料与抛光剂投放到一个转塔的转筒里。转塔高速旋转时，转筒从相反的方向低速旋转，从而使磨料与零件相互摩擦、相互作用，达到去毛刺使表面抛光的作用。离心抛光的效率很高，加工时间仅为振动抛光的 1/50。三、喷射抛光喷射加工主要包括喷丸法、喷水法、抛丸法、以及浆液喷射法等。其原理是将喷射介质用不同方式加速后，使其具有一定能量通过管道输送到喷嘴，然后喷射到工件表面上，以达到去毛刺，去飞边和精整地目的。在工业使用中，磨料喷射加工主要为干式喷射和湿式喷射，去除厚度在 15125m 之间。喷射加工有如下优特点：能加工不规则形状的零件和部位；磨料和喷射方法的可选择范围大，能适应不同类型的零件；喷射介质可重复

38、使用，消耗少，经济性好，生产成本低。四、化学抛光化学抛光的原理是材料在化学介质中表面微观凸出(t ch)的部分较凹部分优先溶解，从而得到光滑的表面。化学抛光的核心问题是抛光液的配制，其基本组成包括(boku)腐蚀剂、缓蚀剂和水。工艺上对抛光液的基本要求：（1）被抛光(pogung)材料在溶解液中能均匀溶解；（2）溶解过程可以控制，使表面产生光泽；（3）溶解产物溶于溶液，或能方便地被清除；（4）溶解具有一定的粘度，化学稳定性和温度稳定性。化学抛光能达到的表面粗糙度达 Ra10m。这种方法的主要优点是不需要复杂设备，可以抛光形状很不规则的工件，可以同时大批量抛光，效率高。五、电化学抛光电化学抛光是

39、一种使用电解液及直流电流的金属表面处理方法，靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。与化学抛光相比，可以消除阴极反应的影响，效果较好。抛光厚度通常在 10125m 之间。电化学抛光过程分为两步：(1) 宏观整平，溶解产物向电解液中扩散，材料表面几何粗糙度下降，Ra1m。(2) 微观平整，阳极极化，表面光亮度，Ra0.1m。电化学抛光优点：易加工高硬度、高强度和低韧性的金属材料；工具不易损耗，可重复使用。但电化学抛光设备成本高，制造复杂，对尺寸较小的部位抛光效果差，而且对环境有污染。六、其他抛光技术1、磁力研磨抛光磁力研磨抛光也称为磁性磨料研磨，在磁场中填充具有磁性的细微磨料，将工件置于

40、磁场中，利用磁力将磨料压在工件上。这样，当工件相对磁场转动或移动的时候，磨料对工件表面产生研磨切削作用。这种加工方法适合研磨加工工件的形状较为广泛；另外可以去除较小的毛刺，有利于提高零部件生产加工自动化程度。2、电解砂带磨削电解砂带磨削是将电化学作用与砂带磨削的机械作用相结合的一种新型复合加工方法(fngf)，磨削时工件接直流电源的正级，导电接触轮接负极，砂带本身具有一定的孔隙以利于电解液渗透导电，工件(阳极)表面在电解作用下被溶解，并形成一层钝化膜。它的电阻很大，去阻止电解作用继续发生(fshng)，但它比基体金属软，易于感削。当砂带磨除表面层的钝化膜后，工件(阳极)表面得列重新活化，再重新

41、被电解，又被磨除，如此往复，直至达到顶期的加工要求。这种加工方法可以消除传统散粒磨料研磨(ynm)加工在工件加工表面上产生的加工变质层，因此受到了人们的重视。3、激光抛光用一定能量密度与波长的激光束照射特定的工件，使其表面薄层物质熔化或蒸发，而获得光滑表面的方法，达到整平美观的作用。激光抛光可以用于传统抛光方法很难或者根本不可能抛光的、具有非常复杂形状的表面，并且提供自动加工的可能性，是一种新型的材料表面加工技术。4、超声波抛光超声波抛光是把一定的超声振动功率(0.11kW)附加在抛光工具上，使其以一定频率(2050kHz)和振幅(1m30m)沿工件表面作高频振动，在抛光剂的帮助下，使工件得到

42、抛光。去除厚度 315m。使用的磨料有氧化铝，碳化硼，碳化硅，金刚砂等，尺寸为 2002000 目。尺寸越小，表面光洁度越高，如 200 目，Ra0.5m，800 目 Ra0.2m。超声波加工宏观力小，不会引起工件变形，但其各方面技术要求较高。第三(d sn)章、设计(shj)主要参数及方案的选择3.1毕业论文设计内容(nirng)要求砂带磨削被称为“万能磨削”，兼有磨削和抛光的优点，效率高、工件表面质量高、加工精度高、成本低和适应性强。砂带磨削实现容易，只需在原有机床上增加砂带磨头即可实现。本课题要求学生设计一个车床用的砂带抛磨头，用于外圆表面的磨削和抛光，具体要求如下：1）在车床CY614

43、0上配合使用，安装于横拖板上；2） 砂带速度1030m/s可调；3） 可张紧和调偏；4）整机重量为不超过45kg；5）可实现接触轮压磨和自由抛光两种模式；6）换带方便，考虑操作人员的安全防护措施。具体设计工作包括前期查阅资料，了解砂带磨削及砂带磨床的基本机构，提出设计方案并进行对比论证，进行三维建模，对关键零部件进行强度、刚度校核，出二维详图。具体工作包括：1）完成图纸工作量不小于折合2）完成与设计内容相关的译文一篇，不少于3000字；3）完成论文撰写，不少于15000字。3.2结构与工作原理3.2.1基本组成研制的多功能车床砂带磨头主要包括砂带、电机、驱动轮、从动轮、接触轮、抛磨转换支架、调

44、偏机构、主体支架等，其基本结构见图2.2.1图2.2.1砂带磨头机构(jgu)3.2.2工作(gngzu)原理电动机与驱动轮连接，电动机主轴旋转带动(didng)驱动轮旋转，同时通过砂带，带动调偏、张紧轮和接触轮转动。将砂带套在驱动轮、接触轮和从动轮的外表面上，并通过驱动轮、张紧调偏轮带动砂带运动，根据工件形状和加工要求以相应的接触方式和一定的磨削参数对工件进行磨削或抛光。当砂带通过接触轮与工件接触进行磨削时，可以加工工件的外圆、孔、平面。而且通过更换制成一定形状的接触轮，可以对工件曲面进行成形加工。当工件直接与柔性的砂带接触，中间不用任何物体支撑砂带时，可利用砂带张紧后自身的挠性对工件进行磨

45、削或抛光，多用于加工外成型表面和倒棱、去毛刺、抛光等工序中，且抛光的效果较好。3.2.3动力机的选择动力机一般有电动机、液压缸、液压马达、气动马达等。本文根据动力机所需带动的工作机械的负荷特性要求及动力机本身的机械特性和经济性等条件，选择结构尺寸适宜、价格经济、安装便利的电动机作为动力机。1、电动机机种的选择本文设计的砂带抛磨头将在铝合金磨削粉末较多的环境中工作，如果采用直流电动机，则清洗、维修工作量大，故选用交流电动机。其他方面选用工业上常用的三相交流电源，电动机的类型选用常用的 Y 系列鼠笼型三相交流异步电动机。2、电动机功率和转速(zhun s)的选择铝合金轮毂砂带磨削是以一定的速度一定

46、的磨削深度来磨削的，因此砂带抛磨头的负载特性属于(shy)恒转矩型负载。砂带抛磨头的磨削功率PZ的计算(j sun)式为：PZ=Ftvs式中 Ft砂带磨削切向力vs砂带磨削线速度据试验，砂带磨削切向力Ft=(0.50.6)Fn，Fn为磨削施加在工件上的法向力，则磨削功率PZ的计算式为：PZ=(0.50.6)Fnvs本课题中取Fn=50N，砂带速度vs在1030m/s之间，所以去vs=30m/s。取Ft=0.5Fn，计 算 砂 带 恒 力 磨 削 功 率 ：PZ=0.5Fnvs=0.5*50*30=750（w）按照市场上现有的电动机功率系列，选择电动机的额定功率为：Pn=750w。额定转速 N

47、选择 2800r/min，型号为 YS8012 的交流异步电动机，其尺寸和功率大小均满足要求。3.3有限元分析模型名称: 支架1当前配置: 默认实体文档名称和参考引用视为容积属性文档路径/修改日期凸台-拉伸8实体质量:79.268 kg体积:0.0102945 m3密度:7700 kg/m3重量:776.827 ND:机械设计中南大学车床刨磨头车床刨魔头-1支架1.SLDPRTMay 18 14:38:09 2014夹具名称夹具图像夹具细节固定-1实体:1 面类型:固定几何体网格信息网格类型实体网格所用网格器: 基于曲率的网格雅可比点4 点最大单元大小0 mm最小单元大小0 mm网格品质高网格

48、信息 - 细节节点总数16923单元总数9051最大高宽比例12.547单元 (%)，其高宽比例 100.0442扭曲单元(雅可比)的 %0完成网格的时间(时;分;秒): 00:00:08计算机名:PC201312171410算例结果名称类型最小最大StressVON:von Mises 应力4.8778e-007 N/m2节:N/m2节: 11829支架1-SimulationXpress Study-应力-Stress名称类型最小最大DisplacementURES:合位移0 mm节: 10.000619454 mm节: 15835支架1-SimulationXp

49、ress Study-位移-Displacement名称类型Deformation变形形状支架1-SimulationXpress Study-位移-Deformation名称类型最小最大Factor of Safety最大 von Mises 应力1744.11 节: 118291.27193e+015 节: 14508支架1-SimulationXpress Study-安全系数-Factor of Safety第四章、方案(fng n)结构(jigu)的确定(qudng)4.1砂带磨头结构砂带磨削性能取决于砂带磨削设备的设计和制造水平。而磨头又是设备中影响磨削加工质量和效率最为关键的因素

50、。一般的砂带磨头都由接触轮压磨板、张紧轮或驱动轮、砂带等主要部件和张紧快换机构、调偏机构和防除尘装置等功能部件组成。图1.1是一通用砂带磨头图。本讲仅介绍接触轮、压磨板、张紧轮、驱动轮等主要件的设计及砂带选择的相关内容。图1.1 通用(tngyng)砂带磨头1接触(jich)轮2.支架3.张紧快换机构4.张紧轮5.砂带6. 转架7.电机4.2接触轮设计(shj)要点接触轮是砂带磨头中最为重要的元件。磨削中它不仅要支承砂带, 承受磨削压力, 有时还兼作驱动轮传递动力和运动。其设计制造精度及运动精度都会通过砂带影响加工质量、效率及工作可靠性。4.2.1接触轮结构形式、材料与硬度接触轮呈圆柱形, 结

51、构上可分气胎式、自由对中式和实体式三种。气胎式尤如汽车内胎, 可以通过胎内空气压力的变化改变接触轮硬度,对复杂曲面加工有独特效果。自由对中式常用于抛光中。实体式是最广泛的一种形式, 它常由钢、铝、铸铁等金属或尼龙等非金属车削而成。最常用的却是以钢、铝等为轮芯, 在其外表硫化橡胶层制成, 如氟橡胶、聚丙烯酸脂、氟硅胶、睛胶、聚氨酷和聚硫橡胶等。根据需要, 其表层橡胶硬度变化值很大, 既可适应重载磨削, 又能用于精密磨削或抛光中。接触轮硬度是指其表层橡胶抵抗(dkng)外力压入能力的量度。通常以邵氏硬度标示, 加工中选择如表2.1表2.1 接触(jich)轮邵氏硬度与选择类别软中硬Hs（A）5-5

52、050-8080-105应用精磨、抛光普通磨削重在磨削本次设计接触轮呈圆柱形，结构(jigu)上为实体式，外表面附着氟硅胶，这样既提升了接触轮的硬度，适应切削量大的重在磨削，又能应用在精密的磨削与抛光中。4.2.2接触轮尺寸及表面形状(1)尺寸 对加工影响最大的两个尺寸因素为接触轮外径（D）和宽度（B）。外径越小, 磨粒对工件压力越高, 故切除率越高。外径和宽度这两个尺寸选择范围比较大, 既可根据标准尺寸制作, 也可以按需要自行设计, D的常用范围为80450mm；对手枪式砂带机D可小至10mm, 接触轮宽度（B）常按加工载荷划分如下系列；窄宽度系列5mm50mm；中等宽度系列50mm100m

53、m；重载宽度系列100mm300mm；特宽系列300mm。特宽系列接触轮又常被叫作接触辊, 常用于大型板材加工, 如木板抛光的接触辊宽已达5m。还有一个影响加工较大的尺寸是包胶层厚度, 根据使用可在540mm间选取。磨头应用在车床上，故其结构不大，磨粒对工件的压力也不高，所以根据尺寸的标准制作，D的取值在80mm-450mm之间，选取D=120mm。接触轮的宽度系列为重载宽度系列B取值为B=120mm。(2)表面形状 接触轮表面形状可分为平滑型和开齿槽型两大类图2.2。平滑型表面保证工件与砂带接触面积大, 加工精度高, 粗糙度值（Ra）较小,常用于精磨、抛光或成型表面加工。齿槽型可提高轮的传载

54、能力, 减少砂带阻塞, 提高砂带寿命, 且切除率高, 故常用于粗加工中。图2.2 接触轮表面(biomin)形状及其与工件接触状况对开齿槽接触(jich)轮, 齿形参数对加工性能有较大影响。这些(zhxi)参数包括：齿形导角, 齿宽 ,槽宽, 槽深等。齿形导角定义类似于螺杆的螺旋升角。越大, 切除率越高。加工中标准开槽齿形导角有：70、150、300、450、600。等, 精加工常取300, 粗加工取450或600 , 其余参数选取见表2.2表2.2 开齿槽接触轮齿形参数的选择（mm）外径D50-8080-120120-2006-810-1215-201.8-2.43-44.5-60.5-11

55、-22-34.2.3鼓形接触轮外表凸弧高度值（1）选择一般情况, 接触轮母线为直线, 但在无防偏装置时且张紧轮也不宜设计成鼓形时, 接触轮才设计成鼓形（图2.3）。鼓形不仅可防止砂带跑偏, 且还有利于砂带沿宽度方向进给时砂带导入, 其值可按下式计算 1=0.1B=0.1120=111越大, 砂带对中性(zhngxng)越好, 但过大会造成砂带磨损不均而降低(jingd)寿命。4.2.4接触(jich)轮修磨与平衡接触轮修磨与砂轮不同, 多数情况是采用一条新砂带缠绕在一个平板上, 让接触轮运转并与之轻轻接触。修磨压力要轻, 基准要准确。对钢、铝等硬质接触轮还须用心轴穿上, 在外圆磨床上进行, 并

56、应达到径向跳动0.005mm。图2.3 接触轮凸弧高度接触轮的平衡处理与砂轮情形处理一样,校核方法相似, 故不赘述。4.2.5接触轮线速度的校核虽然磨削速度越高对磨削性能的诸多方面有利, 但对大多数包胶轮, 过高速度会产生较大的动应力, 使橡胶脱落。线速度过高还会使接触轮表层橡胶硬化。目前, 砂带磨削线速度一般在550m/s内选择, 这很大程度上是由于接触轮胶层的脱落限制了线速度的进一步提高。其线速度可作如下校核计算vs=vs=sn102 =3.91.011051.51.35102 =43cm/s 在满足要求砂带磨削线速度一般在550m/s内选择 ， vs =43m/s 式中：vs接触(jic

57、h)轮的线速度，cm/s s橡胶(xingjio)与金属(jnsh)间粘接强度，N/cm3 取强度为3.9标准大气压 n安全系数，1.251.5 可取值1.5橡胶密度，g/cm3 氟硅胶的密度范围为1.19-1.354.3驱动轮、张紧轮结构设计4.3.1驱动轮直径（D1）计算D1=601000vsns mm或 D1mm=3Nns 式中vs为砂带的速度（m/s），由加工条件而定。大功率重载磨削vs=1220m/s；中等载荷vs=2025m/s；轻载精加工vs=2535m/s；N为驱动电机功率（KW）；ns为驱动轮转速（r/min）；为系数，功率单位为千瓦时常取值为11501400。4.3.2驱动

58、轮、张紧轮凸弧高度值（2）2由轮宽B=B+25(B为砂带宽度)决定，有 2=(0.125-0.15)B2的值还需随D2增大而适当的减小。4.3.3消气槽结构对于以钢、铝等金属制成的驱动轮或张紧轮, 为增大传载能力, 其表面应滚花。为避免砂带与轮缘面接触时产生整气引起砂带起泡, 常在沿轮周向开一些细小沟槽, 即消气槽（图3.3）图3.3 张紧轮、驱动轮消气(xio q)槽的结构4.4砂带的选择(xunz)4.4.1周长(zhu chn)（L）与宽度的确定先根据机床布置及磨头工艺结构布置按初步确定的驱动轮与接触轮或张紧轮的中心距dA和各传动轮直径算出初始周长L值, 再根据L值按砂带生产厂的周长规格

59、套取L值, 即为选定的周长值。用L值再反过来计算出准确的中心距dA, 。其计算公式与机械零件中带传动相同, 故此处不重复。宽度尺寸比较灵活。系列划分与前述接触宽度相对应。4.4.2砂带粒度选择根据某道工序欲达粗糙度值选择砂带粒度，见表4.2表4.2 粒度与加工粗糙度（Ra）对照粒度P16-P24P30-P40P50-P120P150-P240P250-P1200P1500-P3000P6000-P2000Ra12.51.3-3.23.2-0.80.8-0.20.20.050.01应用荒磨粗磨半精磨精磨精磨超精磨超精加工4.4.3磨料(mlio)种类目前(mqin)国内用于砂带的磨料主要有棕刚玉（GZ或A）、白刚玉（GB或WA）、黑碳化硅(TH或C)、绿碳化(TL硅GC)或及错刚玉(gngy)(GA或ZA)等。应用选择与砂轮情形相似。4.5 砂带磨削用量的研究与选择在进行磨削前，应充分分析工艺需要，选择合适的磨削用量。磨削用量是指砂带线速度vs，工件转速nw, 接触压力Fn，径向进给量fr，磨削吃刀量ae 和磨削余量 R 等 6个要素。磨削用量选择是否合适，将直接影响磨削