凸輪軸砂帶拋光機(jī)床設(shè)計(jì)
凸輪軸砂帶拋光機(jī)床設(shè)計(jì),凸輪軸,拋光,機(jī)床,設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告
題目：凸輪軸砂帶拋光機(jī)床設(shè)計(jì)
一．設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r：
（1）完成國內(nèi)外凸輪軸拋光機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀研究。
（2）完成了一篇與本設(shè)計(jì)課題有關(guān)的外文翻譯。
（4）完成了電機(jī)底軸，電機(jī)底板，橡膠輪，橡膠輪底座，軸套，行走輪，手柄裝置，箱體，支架的初步設(shè)計(jì)。
（3）通過初期對(duì)砂帶拋光原理的理解，完成了砂帶拋光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如圖1所示：
圖1 砂帶拋光系統(tǒng)示意圖
本設(shè)計(jì)將電動(dòng)機(jī)安裝在砂帶系統(tǒng)整體里面用以提供動(dòng)力，通過將砂帶的動(dòng)力輪和電機(jī)連接，使得帶動(dòng)惰輪讓砂帶旋轉(zhuǎn)。并且在圖的下方設(shè)計(jì)了能在機(jī)床導(dǎo)軌上x方向上自由移動(dòng)的導(dǎo)軌，達(dá)到充分拋光凸輪軸的目的。在拋光整體里還設(shè)計(jì)了能夠讓砂帶在z方向自由角度的握桿，能過通過人工自由的調(diào)節(jié)角度，從而達(dá)到砂帶能夠充分和凸輪軸接觸摩擦來達(dá)到拋光的目的。
二．存在的問題及解決方案：
通過在對(duì)凸輪軸拋光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)里，發(fā)現(xiàn)如果固定住了拋光系統(tǒng)使凸輪軸在x軸方向上來自由移動(dòng)時(shí)則需要步進(jìn)進(jìn)給，需要一部步進(jìn)電機(jī)，相對(duì)復(fù)雜一些，因此選擇了將凸輪軸固定，通過讓電動(dòng)機(jī)固定在拋光系統(tǒng)里隨著砂帶輪一起在x軸自由移動(dòng)，人為可以控制。
在設(shè)計(jì)砂帶系統(tǒng)和凸輪軸摩擦拋光時(shí)存在是否充分接觸的問題，所以考慮設(shè)計(jì)了人為能自由操控的握桿，可以自由調(diào)節(jié)砂帶系統(tǒng)能夠在z方向的角度，從而使砂帶能夠跟凸輪軸充分摩擦進(jìn)行拋光。
以上在兩個(gè)方向上的自由移動(dòng)將導(dǎo)致砂帶拋光系統(tǒng)的平衡問題，因此設(shè)計(jì)一個(gè)能夠使系統(tǒng)平衡的部件，如圖1所示，在圖的左下方設(shè)計(jì)了一個(gè)支撐部件，從而解決了系統(tǒng)平衡問題。
三．后期工作安排：
第9周：完成機(jī)床的總體布局；
第10-12周：運(yùn)用CAD完成拋光機(jī)裝配圖和零件圖；
第13周：對(duì)所有圖紙進(jìn)行校核；
第14周：整理編寫設(shè)計(jì)說明書，所有資料請指導(dǎo)教師檢查；
第15周：準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
注：1）正文：宋體小四號(hào)字，行距20磅，單面打??；其他格式要求與畢業(yè)論文相同。
2）中期報(bào)告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊。
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題目:凸輪軸砂帶拋光機(jī)床設(shè)計(jì)
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1題目背景和意義
在國內(nèi)，過去的一二十年間，我國的傳統(tǒng)制造業(yè)中一般采用砂輪磨削或手工拋磨來完成拋磨工序，技術(shù)含量、自動(dòng)化程度和加工精度都較低。在八十年代初到九十年代初的十年中，砂帶磨削拋光工藝引起了我國大專院校和科研所及企業(yè)界的極大關(guān)注。發(fā)表了相當(dāng)數(shù)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告及論文，但由于對(duì)砂帶磨削工藝特性的了解不夠、砂帶質(zhì)量、品種及規(guī)格不能滿足生產(chǎn)需求、砂帶磨床品種太少等原因，導(dǎo)致在國內(nèi)的砂帶熱沒持續(xù)幾年就沉寂下來了。通過本課題的設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)凸輪軸拋光機(jī)的半自動(dòng)化，大大提高了生產(chǎn)效率，提高凸輪軸表面的加工質(zhì)量；該凸輪軸拋光機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，能夠?yàn)楣S節(jié)省大量資金。
1.2砂帶磨削在國內(nèi)外的發(fā)展
國外的砂帶磨削發(fā)展得非常迅速, 自20世紀(jì)60年代以來, 特別是靜電植砂技術(shù)及涂附磨具技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展, 歐、美、日等在砂帶制造技術(shù)和砂帶磨床制造技術(shù)上都取得了巨大的進(jìn)步。在砂帶制造技術(shù)方面, 隨著許多特殊涂附磨料及涂附形式的出現(xiàn), 產(chǎn)生了如金剛石、立方氮化硼、鋯剛玉、陶瓷磨料、復(fù)合磨料、堆積磨料等各類砂帶, 使得砂帶已經(jīng)能用于干磨和高速、大吃刀量的重磨削領(lǐng)域, 以及高精密零件的磨削加工領(lǐng)域。日本已開發(fā)出了用軟剛帶作為基底的金剛石砂帶, 可有效加工難加工的高硬度材料, 如單晶硅片。在國際上知名的砂帶品牌有美國的3M、Norton, 德國的Hermes, 韓國的DEER, 日本的牛頭等。在砂帶磨床方面, 不僅有磨削寬度超過5m的巨型平面磨床,還有牙醫(yī)用的小型修齒機(jī),使得砂帶磨床的結(jié)構(gòu)與形式繁多。另外,隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,像六軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床、機(jī)器人砂帶磨削中心、砂帶磨削FMS、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的數(shù)控砂帶磨床都已經(jīng)得到應(yīng)用[2]。砂帶磨削現(xiàn)已成為發(fā)達(dá)國家獲得高額經(jīng)濟(jì)利潤的重要手段,且砂帶磨削量已占磨削總加工量一半以上。
國內(nèi)的砂帶磨削技術(shù)是在20世紀(jì)70年代末才開始得以真正發(fā)展,隨著國內(nèi)的改革開放,砂帶磨削技術(shù)引起了各行業(yè)、各研究單位和各企業(yè)的日益重視,加之砂帶制造技術(shù)的發(fā)展及砂帶品種的增加,使得砂帶磨削設(shè)備的研究和生產(chǎn)也得到了較大的發(fā)展。砂帶磨削正向著強(qiáng)力、高速、高效和高精方向發(fā)展。磨床結(jié)構(gòu)從單一磨頭向大型、組合( 多磨頭、多功能、多工位) 形式發(fā)展。在加工工藝方面,與特種加工相結(jié)合的復(fù)合加工是砂帶磨削很有前途的發(fā)展方向之一,如與超聲振動(dòng)結(jié)合形成的超聲砂帶精密磨削,與電化學(xué)加工結(jié)合形成的電解砂帶磨削等是砂帶磨削的重要發(fā)展方向。另一方面,自動(dòng)化技術(shù)在砂帶磨削中的應(yīng)用,尤其是數(shù)控砂帶磨床及自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用,使砂帶磨削的加工效率和精度有了很大的提高,使得砂帶磨削已經(jīng)進(jìn)入精密和超精密加工行列。砂帶本身在不斷的發(fā)展和完善中。在砂帶結(jié)構(gòu)方面, 近年出現(xiàn)了堆積磨料砂帶、金字塔型砂帶、空心球型砂帶、復(fù)層砂帶、高彈性砂帶、防跑偏砂帶、不等厚砂帶、粒度復(fù)合砂帶等。
2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施:
2.1研究內(nèi)容
1）凸輪軸砂帶拋光的原理如圖，利用砂帶和工件之間的摩擦來進(jìn)行拋光。
圖2.1
2）凸輪軸砂帶拋光機(jī)床的方案設(shè)計(jì)，擬采用立式砂帶系統(tǒng)，用電機(jī)來提供動(dòng)力，通過v帶連接傳輸給砂帶拋光系統(tǒng)的主動(dòng)輪動(dòng)力，接著主動(dòng)輪帶動(dòng)帶動(dòng)惰輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使砂帶能夠和凸輪軸產(chǎn)生摩擦力，從而拋光凸輪軸。再采用一調(diào)節(jié)橡膠輪，頂住凸輪軸，使凸輪軸能夠良好的和砂帶接觸摩擦，同時(shí)用一支承系統(tǒng)從下方撐住凸輪，限制其自由度。
圖2.2
3）拋光裝置部件主要有拋光系統(tǒng)的主動(dòng)輪、惰輪、砂帶和電動(dòng)機(jī)等，通過拋光機(jī)床能使零件表面粗糙度值達(dá)到Ra≤0.05um，使其表面光滑達(dá)到使用要求。
4）主要零部件的設(shè)計(jì)：電動(dòng)機(jī)的選型，砂帶的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，支撐架的尺寸，調(diào)節(jié)輪的尺寸，v帶的選型等。
2.2方案的設(shè)計(jì)
通過查閱資料，策劃出兩種方案：
1）立式砂帶拋光機(jī)床。將砂帶拋光系統(tǒng)立式放置，使砂帶和凸輪軸的接觸面積最大化，并可以通過調(diào)節(jié)拋光凸輪軸的表面。并且立式設(shè)計(jì)可以使電動(dòng)機(jī)安裝在車床機(jī)身上，穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。
2）臥式砂帶拋光機(jī)床。是將砂帶拋光系統(tǒng)固定在機(jī)床，通過調(diào)節(jié)輪的移動(dòng)來加緊凸輪軸，使其能夠與砂帶穩(wěn)定接觸來進(jìn)行拋光。此設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是，只需通過調(diào)節(jié)輪的移動(dòng)使凸輪軸加緊，穩(wěn)定的與砂帶進(jìn)行接觸拋光，不需調(diào)節(jié)砂帶系統(tǒng)來多面的摩擦拋光，并且電動(dòng)機(jī)不在床身安裝，需單獨(dú)安裝。
綜合比較擬采用立式砂帶拋光機(jī)床，安裝方便，并能夠調(diào)節(jié)砂帶系統(tǒng)的角度，來自由的進(jìn)行凸輪軸表面的拋光。
3. 本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)
此次方案的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于砂帶和凸輪軸之間的磨削，從而進(jìn)行凸輪軸的拋光。因此擬使用調(diào)節(jié)輪頂住工件，使工件和砂帶能穩(wěn)定磨削拋光。
此次方案的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是怎么效率的進(jìn)行拋光凸輪軸，砂帶的運(yùn)行速度。需通過計(jì)算，確定砂帶的運(yùn)行速度，提高效率。
4.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
1-3周 查閱資料，完成開題報(bào)告；
4-8周 總體方案的設(shè)計(jì)，方案論證，完成外文資料翻譯，完成中期檢查報(bào)告；
9-13周 凸輪軸砂帶拋光機(jī)床的技術(shù)設(shè)計(jì)；
14-15周 撰寫畢業(yè)論文。
指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）：
指導(dǎo)教師： 年 月 日
所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目：凸輪軸砂帶拋光機(jī)床設(shè)計(jì)
凸輪軸砂帶拋光機(jī)
摘 要
砂帶拋光機(jī)根據(jù)工件形狀用相應(yīng)的接觸方式及高速運(yùn)動(dòng)的砂帶對(duì)工件進(jìn)行磨削拋光的一種新工藝。相比砂輪拋光，具有加工效率高；加工表面質(zhì)量高；工藝靈活性大；有較高的抗震性；適用于大面積高效加工；操作安全簡單。本次設(shè)計(jì)采用抱拋式砂帶拋光結(jié)構(gòu)，主要零部件有:主動(dòng)輪，接觸輪，衡壓液壓缸，鉸鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，拋光頭，調(diào)節(jié)輪，砂帶等。欲利用電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪提供動(dòng)力，傳輸?shù)浇佑|輪，使砂帶和凸輪軸相對(duì)摩擦產(chǎn)生切削力進(jìn)行拋光。
關(guān)鍵詞：抱拋式;拋光;磨削
I
Camshaft Belt Polishing Machine
Abstract
Belt sander with the appropriate contact method and belt speed movement of the work piece grinding and polishing of a new process based on the shape of the work piece. Compared with polishing wheel, the belt polishing having processing efficiency, high surface quality, Large process flexibility, high seismic performance, A large area of efficient processing, Safe operation. The design uses a disposable belt polishing holding structure, The main components in contact: Power Round, Contact wheel, Hydraulic cylinder, Hinge drive mechanism, The polishing head, Adjustment wheel, Belt and so on. Use of motor driven power wheel to provide power, Transfer to contact wheel, so that belt and camshaft relative to the cutting forces generated by the friction polishing.
Keyword: Hold disposable; Polishing; Grinding
2
目 錄
1 緒論 1
1.1 砂帶拋光的一般機(jī)理和特點(diǎn) 1
1.1.1 砂帶拋光的一般機(jī)理 1
1.1.2 砂帶磨削拋光的特點(diǎn) 2
1.2 砂帶拋光機(jī)床的應(yīng)用范圍 2
1.3 砂帶拋光機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 3
1.3.1 砂帶拋光機(jī)床在各國的應(yīng)用 3
1.3.2 砂帶拋光機(jī)床的發(fā)展方向 4
2 工藝分析 5
2.1 確定工藝方案 5
2.2 擬定砂帶拋光裝置的結(jié)構(gòu)方案 8
3 拋光裝置設(shè)計(jì) 11
3.1 砂帶的選擇 11
3.1.1 砂帶的分類 11
3.1.2 砂帶粒度的選擇 12
3.1.3 砂帶黏結(jié)劑的選擇 12
3.1.4 砂帶基材的選擇 12
3.1.5 砂帶的規(guī)格尺寸選擇 12
3.1.6 砂帶接頭的選擇 13
3.1.7 砂帶的養(yǎng)護(hù)與使用 13
3.2 砂帶拋光主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.2.1 磨頭尺寸與參數(shù)的計(jì)算 14
3.2.2 接觸輪的基本結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù) 14
3.2.3 張緊輪和主動(dòng)輪 15
3.3 砂帶拋光工藝參數(shù)選擇 16
3.3.1 磨削用量及磨削余量選擇 16
3.3.2 砂帶拋光的冷卻、潤滑和除塵 18
3.4 砂帶的張緊 18
3.4.1 砂帶張緊的主要作用 18
3.4.2 砂帶張緊力的選擇 18
3.4.3 砂帶的張緊機(jī)構(gòu) 19
3.5 電動(dòng)機(jī)和彈簧的選擇 19
3.5.1確定砂帶拋光裝置電動(dòng)機(jī)的功率 19
3.5.2 彈簧的設(shè)計(jì) 19
4 溜板箱和床鞍的設(shè)計(jì) 22
4.1 溜板箱的設(shè)計(jì) 22
4.1.1 齒輪齒條傳動(dòng)計(jì)算 22
4.1.2 溜板箱內(nèi)部齒輪的選擇和校核 23
4.2 床鞍絲杠螺母機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
4.2.1 絲杠螺母的構(gòu)造、材料、螺旋方向 24
4.2.2 絲杠的支承 24
4.2.3 絲杠的精度、材料和熱處理 24
4.2.4 絲杠螺母傳動(dòng)間隙的補(bǔ)償 24
4.2.5 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的計(jì)算 25
4.2.6 床鞍與導(dǎo)軌間的潤滑 26
5總結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 29
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 30
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 31
1 緒論
在國內(nèi)，過去的一二十年間，我國的傳統(tǒng)制造業(yè)中一般采用砂輪磨削或手工拋磨來完成拋磨工序，技術(shù)含量、自動(dòng)化程度和加工精度都較低。在八十年代初到九十年代初的十年中，砂帶磨削拋光工藝引起了我國大專院校和科研所及企業(yè)界的極大關(guān)注。發(fā)表了相當(dāng)數(shù)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告及論文，但由于對(duì)砂帶磨削工藝特性的了解不夠、砂帶質(zhì)量、品種及規(guī)格不能滿足生產(chǎn)需求、砂帶磨床品種太少等原因，導(dǎo)致在國內(nèi)的砂帶熱沒持續(xù)幾年就沉寂下來了[1]。通過本課題的設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)凸輪軸拋光機(jī)的半自動(dòng)化，大大提高了生產(chǎn)效率，提高凸輪軸表面的加工質(zhì)量；該凸輪軸拋光機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，能夠?yàn)楣S節(jié)省大量資金。
1.1 砂帶拋光的一般機(jī)理和特點(diǎn)
1.1.1 砂帶拋光的一般機(jī)理
砂帶拋光機(jī)床是由砂帶、接觸輪、張緊輪、工作臺(tái)等基本部件組成。其拋光原理[2]見圖1.1：
圖1.1 砂帶拋光機(jī)理
接觸輪的作用在于控制砂帶磨粒對(duì)工件的接觸壓力而使砂帶磨粒切削。接觸輪一般用鋼或鑄鐵做鐵心，其上澆注一層硬橡膠制成。橡膠越硬，金屬切除率越高，而輪面越軟，則拋光表面粗糙度值較低。
張緊輪起張緊砂帶的作用，是用鑄鐵或鋼制成的滾輪。張緊力越大時(shí)，拋光效率越高。由于砂帶磨粒排列整齊均勻，具有較小的負(fù)前角與較大的后角，且可使磨粒同時(shí)參加切削，因此效率高，磨削熱產(chǎn)生少、散熱效果好。與砂輪拋光相似，切屑的形成也有彈性摩擦變形、刻劃、切削三個(gè)階段，但砂帶由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，使拋光工件表面殘余應(yīng)力和加工硬化深度均大大低于砂輪拋光。
1.1.2 砂帶磨削拋光的特點(diǎn)
1) 加工效率高。經(jīng)過精選的針狀砂粒采用先進(jìn)的“靜電植砂法”, 使砂粒均勻直立于基底、且鋒口向上、定向整齊排列, 等高性好, 容屑間隙大,接觸面小,具有較好的切削性能。應(yīng)用這一多刀多刃的切削工具進(jìn)行磨削加工, 對(duì)鋼材的切除率已達(dá)每毫米寬砂帶200～600mm/min。
2) 加工表面質(zhì)量高。砂帶磨削時(shí)接觸面小摩擦發(fā)熱少, 且磨粒散熱時(shí)間間隔長,可以有效地減少工件變形及燒傷,故加工精度高,尺寸精度可達(dá)±0.002mm，平度可達(dá)0.001mm。另外,砂帶在磨削時(shí)是柔性接觸, 具有較好地磨削、研磨和拋光等多重作用,再加上磨削系統(tǒng)振動(dòng)小,磨削速度穩(wěn)定使得表面加工質(zhì)量粗糙度值小,殘余應(yīng)力狀態(tài)好,工件的粗糙度可達(dá)Ra0.4～0.1μm ,且表面有均勻的粗糙度。但由于砂帶不能修整,故砂帶磨削加工精度比砂輪磨削略低。
3) 工藝靈活性大,適應(yīng)性強(qiáng)。砂帶磨削可以方便地用于平面、外圓、內(nèi)圓磨削、復(fù)雜的異形面加工、切削余量20mm以下的粗加工磨削、去毛刺和為鍍層零件的預(yù)加工、拋光表面、消除板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接處的凸瘤、代替鉗工作業(yè)的手工勞動(dòng)。除了有各種通用、專用設(shè)備外,設(shè)計(jì)一個(gè)砂帶磨頭能方便地裝于車床、刨床和銑床等常規(guī)現(xiàn)成設(shè)備上,不僅能使這些機(jī)床功能大為擴(kuò)展,而且能解決一些難加工零件如超長、超大型軸類、平面零件、不規(guī)則表面等的精密加工。
4) 由于砂帶有很大的彈性,因而整個(gè)系統(tǒng)有比較高的抗振動(dòng)性。
5) 砂帶尺寸可以很大,適用于大面積高效率加工,且設(shè)備簡單,操作安全,使用維護(hù)方便,更換砂帶和培訓(xùn)機(jī)床操作人員花費(fèi)時(shí)間較少。砂帶拋光機(jī)床高速發(fā)展的原因之一是經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。日本曾就砂帶拋光的生產(chǎn)成本進(jìn)行了詳細(xì)的分析,認(rèn)為拋光輪拋光機(jī)床的成本比砂帶拋光機(jī)床高,例如,以切除鑄鐵工件每一立方英寸切屑計(jì),用砂帶拋光機(jī)床比用拋光輪拋光機(jī)床成本低25%。
6) 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。接觸輪很少磨損，可使砂帶保持恒速；傳動(dòng)鏈短，增加了拋光的穩(wěn)定性，機(jī)床功率利用率達(dá)85%以上[2]。
1.2 砂帶拋光機(jī)床的應(yīng)用范圍
砂帶拋光的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)比砂輪拋光廣泛，凡是砂輪拋光機(jī)床不能拋光的大型平面，難以加工的材料等都能用砂帶拋光，例如：
1) 大型平面的厚板、中等厚板、薄板、特別是耐熱難加工材料, 如不銹鋼板、鈦合金板等。
2) 大量生產(chǎn)的平面零件。如電子工業(yè)的印刷板、變壓器硅鋼片、齒輪箱體等。
3) 型面加工。各種大小尺寸的復(fù)雜型面,特別是發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。如采用直徑小于25mm的拋光輪進(jìn)行加工,拋光輪會(huì)很快磨損,而且也無法確保精度,而砂帶拋光機(jī)床則能以穩(wěn)定的速度工作,精度、粗糙度精度、效率都很高。
4) 用拋光輪拋光機(jī)床加工大型容器、大尺寸棒料、管料時(shí)拋光輪直徑要大于125mm,如改用砂帶拋光機(jī)床,效率至少可提高一倍。
5) 對(duì)于直徑大于25mm的長內(nèi)孔進(jìn)行拋光,尤其是薄壁內(nèi)孔最為適用。
1.3 砂帶拋光機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
1.3.1 砂帶拋光機(jī)床在各國的應(yīng)用
國外的砂帶磨削發(fā)展得非常迅速, 自20世紀(jì)60年代以來, 特別是靜電植砂技術(shù)及涂附磨具技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展, 歐、美、日等在砂帶制造技術(shù)和砂帶磨床制造技術(shù)上都取得了巨大的進(jìn)步。在砂帶制造技術(shù)方面, 隨著許多特殊涂附磨料及涂附形式的出現(xiàn), 產(chǎn)生了如金剛石、立方氮化硼、鋯剛玉、陶瓷磨料、復(fù)合磨料、堆積磨料等各類砂帶, 使得砂帶已經(jīng)能用于干磨和高速、大吃刀量的重磨削領(lǐng)域, 以及高精密零件的磨削加工領(lǐng)域。日本已開發(fā)出了用軟剛帶作為基底的金剛石砂帶, 可有效加工難加工的高硬度材料, 如單晶硅片。在國際上知名的砂帶品牌有美國的3M、Norton, 德國的Hermes, 韓國的DEER, 日本的牛頭等。在砂帶磨床方面, 不僅有磨削寬度超過5m的巨型平面磨床,還有牙醫(yī)用的小型修齒機(jī),使得砂帶磨床的結(jié)構(gòu)與形式繁多。另外,隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,像六軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控砂帶磨床、機(jī)器人砂帶磨削中心、砂帶磨削FMS、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的數(shù)控砂帶磨床都已經(jīng)得到應(yīng)用。砂帶磨削現(xiàn)已成為發(fā)達(dá)國家獲得高額經(jīng)濟(jì)利潤的重要手段,且砂帶磨削量已占磨削總加工量一半以上。
國內(nèi)的砂帶磨削技術(shù)是在20世紀(jì)70年代末才開始得以真正發(fā)展,隨著國內(nèi)的改革開放,砂帶磨削技術(shù)引起了各行業(yè)、各研究單位和各企業(yè)的日益重視,加之砂帶制造技術(shù)的發(fā)展及砂帶品種的增加,使得砂帶磨削設(shè)備的研究和生產(chǎn)也得到了較大的發(fā)展。砂帶磨削正向著強(qiáng)力、高速、高效和高精方向發(fā)展。磨床結(jié)構(gòu)從單一磨頭向大型、組合( 多磨頭、多功能、多工位) 形式發(fā)展[1]。在加工工藝方面,與特種加工相結(jié)合的復(fù)合加工是砂帶磨削很有前途的發(fā)展方向之一,如與超聲振動(dòng)結(jié)合形成的超聲砂帶精密磨削,與電化學(xué)加工結(jié)合形成的電解砂帶磨削等是砂帶磨削的重要發(fā)展方向。另一方面,自動(dòng)化技術(shù)在砂帶磨削中的應(yīng)用,尤其是數(shù)控砂帶磨床及自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用,使砂帶磨削的加工效率和精度有了很大的提高,使得砂帶磨削已經(jīng)進(jìn)入精密和超精密加工行列。砂帶本身在不斷的發(fā)展和完善中。在砂帶結(jié)構(gòu)方面, 近年出現(xiàn)了堆積磨料砂帶、金字塔型砂帶、空心球型砂帶、復(fù)層砂帶、高彈性砂帶、防跑偏砂帶、不等厚砂帶、粒度復(fù)合砂帶等。
1.3.2 砂帶拋光機(jī)床的發(fā)展方向
(1) 繼續(xù)提高生產(chǎn)效率
利于提高拋光速度和機(jī)床功率。長期以來,砂帶拋光機(jī)床的砂帶工作速度一直停留在20m/s～30m/s。據(jù)美國制造工程學(xué)會(huì)研究報(bào)說,100m/s的高速砂帶拋光機(jī)床已在試驗(yàn)。在過去較長一個(gè)時(shí)期,機(jī)床功率從每一平方英寸砂帶面414kW～715kW,到了70年代已提高到1815kW～26kW,機(jī)床功率現(xiàn)如今200kW以上的已屢見不鮮,為提高金屬切除率,機(jī)床的功率必將增大。
發(fā)展寬砂帶拋光,擴(kuò)大寬砂帶拋光機(jī)床的使用范圍。目前,最大寬度的砂帶拋光機(jī)床可拋光419m寬的平面。據(jù)報(bào)導(dǎo), 宇航器具、大型艦艇、高能物理的研究和應(yīng)用都要大量使用高精度、高粗糙度精度的板材。提高板材加工效率的途徑就是要發(fā)展寬砂帶拋光機(jī)床。
(2) 提高加工精度
西德瓦德里希科堡廠在砂帶拋光機(jī)床上大量采用高精度常規(guī)拋光機(jī)床的結(jié)構(gòu)。美國森斯特蘭廠的砂帶拋光機(jī)床,按照砂帶拋光工作的特性,設(shè)計(jì)相應(yīng)的專用部件以便提高機(jī)床的加工精度。但就砂帶拋光機(jī)床本身來說,砂帶制造精度的提高,同樣是很重要的。
(3) 延長砂帶壽命
延長砂帶壽命是降低砂帶拋光機(jī)床加工成本最為關(guān)鍵的一個(gè)因素。目前,使用壽命已從6h ~ 8h提高到12h ~15h。為進(jìn)一步延長砂帶壽命,除改善磨料、粘結(jié)劑基底之外,國外還從砂帶磨損的機(jī)理上解決延長壽命的問題。砂帶磨損主要是“粘蓋”和“磨鈍”,特別是“粘蓋”現(xiàn)象最為嚴(yán)重,一旦出現(xiàn)“粘蓋”,砂帶就無法繼續(xù)使用。因此,美國最近在制造砂帶中已加添抗“粘蓋”的化學(xué)添加劑。
(4) 提高自動(dòng)化程度
多頭砂帶拋光機(jī)床、運(yùn)輸帶式或回轉(zhuǎn)臺(tái)式砂帶拋光機(jī)床都是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一些手段。至于數(shù)控砂帶拋光機(jī)床, 早在1973 年在西德就開始使用, 西德的FBSA - 800、FBSA - 1000mm大平面砂帶拋光機(jī)床也早已開始應(yīng)用。
(5) 擴(kuò)大萬能性和適應(yīng)性
一機(jī)多能、一機(jī)多頭機(jī)床,上下表面同時(shí)加工的機(jī)床,磨完工件上表面后工件自行翻身再拋下表面的機(jī)床,連續(xù)加工而工件自動(dòng)退回的機(jī)床,機(jī)電一體化的各種砂帶拋光機(jī)床,隨著工業(yè)發(fā)展已相繼問世和投入使用。砂帶拋光機(jī)床的萬能性、適應(yīng)性今后還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展,使砂帶拋光機(jī)床在工業(yè)生產(chǎn)中無所不能[5]。
4
2 工藝分析
首先，我們得對(duì)凸輪軸有個(gè)初步的了解，通常凸輪軸的材料為鑄鐵或合金鋼，鑄造的凸輪軸一般經(jīng)過鑄造、硬化（有的是在鑄造時(shí)采用冷激鑄鐵，組織是白口鐵）、磨削、拋光。鋼制的凸輪軸在磨削、淬硬和拋光前，其毛胚是鍛造的，或者用棒料粗加工成形的。而加工凸輪軸的拋光工序通常為加工工藝的最后一道工序，且加工余量很小。
由于此機(jī)床專為凸輪軸的拋光工序設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的針對(duì)性，因此屬于專用機(jī)床的設(shè)計(jì)的范圍。同時(shí)由于凸輪軸上凸輪的獨(dú)特曲面特性，應(yīng)相應(yīng)的采用與之相適應(yīng)的加工方法來對(duì)其進(jìn)行加工，其具體的分析如下：
2.1 確定工藝方案
為了在滿足加工要求的前提下采用較優(yōu)的加工方案，我們在確定加工方案時(shí)得注重考慮以下的幾個(gè)問題：
首先，拋光的目的是為了獲得較高的表面質(zhì)量，但評(píng)價(jià)拋光機(jī)床的拋光質(zhì)量有這樣兩方面的內(nèi)容，一方面是：機(jī)床應(yīng)保證工件拋光后的最終尺寸精度，保證這些部位拋光前各道工序所獲得的形狀、位置精度，這是拋光質(zhì)量的先決條件；另一方面是拋光后的表面粗糙度。對(duì)于一般的圓柱工件來說，保證尺寸公差是較容易的，因?yàn)楣ば蛑袨閽伖夤ば蛄粲羞m當(dāng)?shù)膾伖庥嗔?，而這些拋光余量則可根據(jù)拋削量制定。
其次，我們得考慮的是被加工工件的表面形狀，對(duì)于我們現(xiàn)有的特定加工對(duì)象——凸輪軸而言，各凸輪的曲面為凹或?yàn)橥辜案魍馆喌南鄬?duì)轉(zhuǎn)角（如圖2.1所示）及近年來對(duì)加工表面質(zhì)量的要求日趨提高和機(jī)床應(yīng)具備一定的加工工藝范圍等，在很大程度上決定了我們所采用加工機(jī)床、刀具、拋光裝置，為了在機(jī)床設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)成本、效率、結(jié)構(gòu)、技術(shù)熟練成度要求等的優(yōu)化設(shè)計(jì)，現(xiàn)在可對(duì)以下的幾種加工方案進(jìn)行分析對(duì)比，擇優(yōu)采用符合生產(chǎn)實(shí)際的加工方案。
圖2.1 四缸凸輪端面視圖
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a. 第一種方案，采用砂輪磨床進(jìn)行拋光。
在此方案中，擬采用較高的砂輪和工件的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可進(jìn)行較大的磨削進(jìn)給量，獲得較大的金屬切除率，同時(shí)若采用小磨粒的砂輪，也可獲得較高的表面質(zhì)量和較低的表面粗糙度，但若用在凸輪軸加工中，則將主要存在以下的三個(gè)問題：
(1) 工作節(jié)拍
由于凸輪輪廓復(fù)雜，精度要求高，而且同一凸輪軸上各個(gè)凸輪之間有嚴(yán)格的相位要求，這在前面的圖2.1可以看到。從其表面曲線來看，凸輪軸上的凸輪曲線由基圓部分和工作段部分組成，而工作段部分則由開放曲線、凸尖、關(guān)閉曲線組成（如圖2.2）。為了保證閥門開關(guān)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)要求。這些曲線的設(shè)計(jì)有專門的要求。對(duì)于凸輪的設(shè)計(jì)者要要仔細(xì)分析凸輪的輪廓、升程值及其一階導(dǎo)數(shù)（速度）、二階導(dǎo)數(shù)（加速度），有時(shí)還得分析三階導(dǎo)數(shù)（加速度的變化），此外，吸氣凸輪與排氣凸輪在外形輪廓上稍有不同。還有，為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的正確點(diǎn)火周期，每個(gè)凸輪的相位角是不同地安置的，由于這些原因會(huì)導(dǎo)致砂輪的進(jìn)給控制非常的困難，難以保證加工凸輪的加工精度。同時(shí)其靈活性小，若對(duì)四缸或六缸的凸輪軸進(jìn)行加工，則需配備10-14套拋光裝置，或者配備一個(gè)可編程的控制系統(tǒng)來控制砂輪的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，這樣都會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)的機(jī)床相當(dāng)復(fù)雜。
(2) 燒傷
另一有關(guān)的是磨削凸輪軸凸輪的表面質(zhì)量。顯然，金屬切除率是直接正比于砂輪與凸輪的相對(duì)周邊速度。由于凸輪的基圓部分和工作段部分的周邊速度不一樣，從而凸輪各部分的金屬切除率不相同，從而由磨削過程中產(chǎn)生的塑性變形所產(chǎn)生的熱量相應(yīng)增多，其熱量的大部分積聚在工件的表面而導(dǎo)致表面局部燒傷。
1－凸尖 2－基圓 3－開放曲線 4－關(guān)閉曲線
圖2.2拋光示意圖
(3) 凹入的凸輪輪廓
這樣的凸輪軸砂輪磨床的前瞻性不好，適應(yīng)性有限，對(duì)于凹入的凸輪沒法加工，或者說加工成本很高，可采用小直徑的CBN來加工，但由于其經(jīng)濟(jì)問題在大規(guī)模生產(chǎn)中是無法推廣的。近年來，凹入的凸輪已經(jīng)被發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者感興趣，其凸輪曲線在開放曲線和關(guān)閉曲線處的曲率是負(fù)值，在這種廓形中，曲線中以凹的代替直的或凸的曲線。這樣的凸輪在工作中比現(xiàn)在的凸輪能更快的開關(guān)閥門，這樣燃燒更完全，輸出的馬力更大。
當(dāng)然在以上的三個(gè)問題中對(duì)于針對(duì)中軸廠的中小規(guī)模的生產(chǎn)類型及現(xiàn)有的生產(chǎn)加工條件，按照結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、效率高、成本低、操作方便簡單等機(jī)床設(shè)計(jì)原則，第一個(gè)問題，即凸輪軸的工作節(jié)拍是我們面臨的最為關(guān)鍵的問題。若采用與凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其較高的技術(shù)難度和成本，致使此種方案的可行性較小。
b. 第二種方案，采用砂帶拋光機(jī)床進(jìn)行拋光。
砂帶拋光是根據(jù)工件形狀，用相應(yīng)的接觸方式及高速運(yùn)動(dòng)的砂帶對(duì)工件進(jìn)行磨削拋光的一種新工藝。在過去的五、六十年里，砂帶磨削作為一種新工藝，在像塑料、皮革、不銹鋼、陶瓷等表面要求較高而又特別難加工的金屬和非金屬材料。在現(xiàn)代工業(yè)中，砂帶磨削拋光技術(shù)以其獨(dú)具的加工特點(diǎn)被視為一種很重要的加工方法。國外有專家曾把砂帶磨床比做“未來的巨人”加以評(píng)述。
下面將對(duì)砂帶磨削拋光的有關(guān)原理及其特點(diǎn)加以分析如下：
(1) 砂帶磨削拋光原理
實(shí)現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)砂帶法和接觸板法。最常用的是帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)砂帶法。如圖2.3所示
圖2.3 砂帶拋光原理
砂帶套在主動(dòng)輪、接觸輪的外表面上，并使砂帶張緊和高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工件形狀和加工要求，以相應(yīng)的接觸方式和適當(dāng)?shù)哪ハ鲄?shù)對(duì)工件進(jìn)行磨削加工或拋光。
(2) 砂帶磨削拋光機(jī)床的基本部件
主軸傳動(dòng)裝置。有單速或具有較大靈活性的變速傳動(dòng)，有時(shí)裝有可逆電動(dòng)機(jī)，以改變砂帶的運(yùn)動(dòng)方向。皮帶速度為10～50m/min，通常取16～30m/min，主傳動(dòng)裝置的功率，在每10mm寬的砂帶上是0.3～0.7kw。
砂帶張緊裝置。保持磨削及導(dǎo)向時(shí)砂帶的適當(dāng)張力，在砂帶磨削中起到非常重要的作用，它影響到砂帶的切削性能和加工零件表面粗糙度。當(dāng)增加砂帶拉力時(shí)，可提高金屬切除量，但同時(shí)也提高了表面粗糙度值和磨料覆蓋層的消耗量。經(jīng)試驗(yàn)表明,砂帶的張力在6～8N/mm范圍內(nèi)，在逆磨削時(shí)每次行程能切出最大的的金屬量。拉緊機(jī)構(gòu)有各種形式，從簡單的機(jī)械或彈簧方法到寬砂帶與重負(fù)載磨削機(jī)床用的氣動(dòng)及液壓拉緊裝置。同時(shí)，為獲得最大的生產(chǎn)率，必須使更換砂帶的時(shí)間最少，通常操作者能在一分鐘內(nèi)更換砂帶。
砂帶導(dǎo)向裝置。這一裝置可設(shè)計(jì)成手動(dòng)或自動(dòng)的，視具體情況而定，主要起導(dǎo)向作用。
接觸輪。接觸輪在磨削點(diǎn)上支承砂帶，其本體是用鋁或鋼制成，輪上覆蓋有橡膠、纖維、毛毯或其它材料制成的彈性圈。
此外，還有吸塵裝置。
由上面兩加工方案的優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比可知，在凸輪軸的拋光加工工序中應(yīng)采用砂帶加工的加工方案。
2.2 擬定砂帶拋光裝置的結(jié)構(gòu)方案
對(duì)于特定的加工工件，下面以中原軸件廠提供的六缸凸輪軸為例，如圖2.4所示，此六缸凸輪軸中的加工表面為1中的十二個(gè)進(jìn)排氣凸輪面、2中的六個(gè)凸輪軸軸頸和3中的兩個(gè)滾子軸承端面，同時(shí)還可從圖中可看到凸輪軸的兩端。
1－十二個(gè)進(jìn)排氣凸輪 2－六個(gè)凸輪軸軸頸 3－兩個(gè)端面
圖2.4 凸輪軸
從六十年代起，用于國產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的砂帶拋光機(jī)床一直采用“靠模頂拋”式結(jié)構(gòu)，如圖2.5所示，其工作原理是：用一個(gè)與被加工工件形狀、尺寸相同的零件做靠模，靠模與工件之間用連桿聯(lián)接著，連桿靠近工件的一端裝有拋光爪，拋光砂帶由傳送裝置送到工件與拋光爪之間，拋光爪使砂帶貼在工件表面上，連桿的另一端安裝仿形滾輪。連桿在彈簧力作用下使?jié)L輪緊靠著靠模。當(dāng)靠模與工件同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過連桿，拋光爪即沿工件做仿形運(yùn)動(dòng)，砂帶即把工件表面拋光。
1－彈簧 2－滾輪 3－靠模 4－聯(lián)桿 5－砂帶 6－工件 7－拋光爪
圖2.5 頂拋示意圖
使用此類機(jī)床必須保證以下兩點(diǎn)：第一，在安裝工件時(shí)，應(yīng)使工件表面的某一點(diǎn)A與靠模對(duì)應(yīng)的某一點(diǎn)A’在同一平面內(nèi)，且角度與位置相同。第二，拋光時(shí)工件與靠模必須保持嚴(yán)格地同步旋轉(zhuǎn)。在實(shí)際工作中，傳動(dòng)誤差與安裝誤差總是存在的，這些誤差使得工件凸輪曲線在各點(diǎn)的極座標(biāo)值與靠模對(duì)應(yīng)點(diǎn)的極座標(biāo)值不一致，最終導(dǎo)致拋光時(shí)砂帶與工件表面接觸力不穩(wěn)定，影響了拋光質(zhì)量?！翱磕ｍ敀仭笔缴皫伖鈾C(jī)的另一缺點(diǎn)是：連桿尺寸大，質(zhì)量也大，運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)員，特別當(dāng)連桿的兩端靠近凸輪尖端部位的升回程表面時(shí)，連桿將獲得最大的動(dòng)量變化值，使凸輪升、回程表面的拋光壓力不均勻，因而影響拋光質(zhì)量．即當(dāng)拋光爪處于凸輪回程面時(shí)，較大的連桿動(dòng)量值由于慣性的作用，迫使拋光爪離開凸輪表面或者使工件與拋光爪之間的壓力降低，也就是砂帶與工件表面脫離接觸或壓力降低，而當(dāng)拋光爪處在凸輪的升程面時(shí)，連桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力與彈簧力方向一致，增加了拋光爪作用在位拋光表面的壓力。因此，在拋光過程中作用力大小不一致，使得拋光質(zhì)量不如人意。
為了克服“靠模頂拋”式砂帶拋光機(jī)的缺點(diǎn)，國際上各主要汽車生產(chǎn)國使用的砂帶拋光機(jī)床普遍采用“抱拋”式拋光頭，且由PLC進(jìn)行控制，其結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。
1－氣缸 2－新砂帶 3－工件 4－過砂帶機(jī)構(gòu) 5－舊砂帶 6－拋光爪
圖2.6 “抱拋”式拋光頭
從圖中可以看到，工件每一個(gè)拋光面都有一對(duì)拋光爪，平時(shí)是撐開的，工作時(shí)兩個(gè)拋光爪將工件“抱”住,砂帶從兩個(gè)拋光爪內(nèi)穿過，再與工件表面接觸，工件每旋轉(zhuǎn)一周，砂帶兩次拋削工件表面，工作效率是“靠模頂拋”結(jié)構(gòu)的兩倍。“抱拋”結(jié)構(gòu)在工作時(shí)，兩個(gè)拋光爪作用在工件上的力大小相等、方向相反，不但使凸輪升、回程表面的拋光質(zhì)量均勻一致而且使機(jī)床主軸和尾架不受徑向力,從而提高了機(jī)床的使用壽命。
“抱拋”式拋光頭沒有靠模和連桿，結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕，動(dòng)量慣性小，每個(gè)拋光頭都配有一個(gè)砂帶卡盤，更換砂帶方便。
由上面的分析很明顯地知道應(yīng)該采用“抱拋”式拋光結(jié)構(gòu)。同時(shí)考慮到現(xiàn)有的生產(chǎn)條件及各方面的實(shí)際情況和機(jī)床設(shè)計(jì)的“三化”，即系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，決定在抱拋結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)改用液壓恒壓系統(tǒng)來取代PLC，同時(shí)為降低運(yùn)行成本，提高砂帶的利用率，采用閉式砂帶裝置取代開式砂帶裝置（如圖2.7所示），這樣一來，在實(shí)現(xiàn)同等控制效果的基礎(chǔ)上，既能簡化機(jī)床又降低機(jī)床的制造成本、運(yùn)行成本和維護(hù)成本等，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)可行性。
Ⅰ－主動(dòng)輪 Ⅱ－恒壓系統(tǒng)中的液壓缸 Ⅲ－張緊輪 Ⅳ－拋光頭
Ⅴ－鉸鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu) Ⅵ－輔助輪 Ⅶ－砂帶 Ⅷ－加工工件
圖2.7 改造的“抱拋”結(jié)構(gòu)示意圖
3 拋光裝置設(shè)計(jì)
3.1 砂帶的選擇
砂帶是一種環(huán)行帶狀的涂附磨具，分為無接頭砂帶和有接頭砂帶兩種，無接頭砂帶基材受制造工藝等限制、生產(chǎn)率低等原因，逐漸被淘汰，而被有接頭砂帶所取代。目前，國內(nèi)外的砂帶標(biāo)準(zhǔn)中砂帶實(shí)際上就是指有接頭砂帶。
砂帶拋光是一種新型拋光工藝，經(jīng)過30多年來的發(fā)展，現(xiàn)已成為一項(xiàng)較完整的且自成體系的加工技術(shù)，砂帶為涂附磨具的第二代產(chǎn)品，砂帶拋光是在一定的設(shè)備上進(jìn)行連續(xù)加工的一種高效拋光，且適應(yīng)范圍廣泛。
3.1.1 砂帶的分類
砂帶的種類很多，按砂帶形狀分，有卷狀和環(huán)狀砂帶；按基材分，有布砂帶、紙砂帶及復(fù)合砂帶；按黏結(jié)劑分有動(dòng)物膠、半樹脂與全樹脂砂帶；按砂帶工作面分，有密植型、稀疏型和超涂層砂帶。各種砂帶的特性見表3.1
表3.1 砂帶種類及特性
砂帶種類 基材 抗拉強(qiáng)度 600n負(fù)荷時(shí)的伸長率
布砂帶 H ≥32 ≤3.0
M ≥20 ≤4.5
L ≥15 ≤5.0
紙砂帶 C ≥8.4 —
E ≥24 ≤1.5
多接頭砂帶 E ≥8 —
復(fù)合基砂帶 復(fù)合基 ≥32 ≤1.0
多接頭復(fù)合基砂帶 復(fù)合基 ≥13 ≤3.0
初步可選用H布型砂帶。
3.1.2 砂帶粒度的選擇
砂帶粒度的選擇，主要根據(jù)加工條件與工件表面粗糙度要求而定，其適應(yīng)范圍和可達(dá)到的表面粗糙度見表3.2
表3.2 砂帶粒度適用范圍及可達(dá)到的表面粗糙度
粒度
適用加工范圍
可達(dá)到的表面粗糙度Ra(um)
P16～P24
荒磨鑄鐵、焊接件及打毛刺等
——
P30～P40
內(nèi)圓、外圓、平面、曲面的粗磨
﹥32
P50～P120
內(nèi)圓、外圓、平面、曲面的半粗磨及精磨
1.6～0.8
P150～P240
精磨、成形磨
0.8～0.2
P280～P1200
精磨、超精磨及鏡面加工等
0.2以下
凸輪軸拋光的表面粗糙度要求是0.4um，因此根據(jù)上表可選用粒度為P150～P240的砂帶。
3.1.3 砂帶黏結(jié)劑的選擇
砂帶黏結(jié)劑的品種、性能及適用范圍可查薄宵主編的磨工實(shí)用技術(shù)手冊表1.3-48。半樹脂（R/G）底膠為動(dòng)物膠有較好的彈性、耐磨性及耐熱性，不耐水而耐潮濕，黏結(jié)性能比動(dòng)物膠好，制造方便，成本較低，一般用于干磨，適于干磨或油磨，中負(fù)荷磨削以及成形表面的加工。此類黏結(jié)劑已廣泛使用于砂帶磨削，黏結(jié)性能比動(dòng)物膠好，因此，可選用全樹脂黏結(jié)劑。
3.1.4 砂帶基材的選擇
砂帶基材的選擇主要根據(jù)使用要求而定，加工負(fù)荷大，轉(zhuǎn)速高，則要求基體有較高的強(qiáng)度和較小的延伸率，一般選用棉麻織物或尼龍、聚脂（滌綸）纖維織物的基材。普通砂帶多根據(jù)布的面密度和不同粒度選用不同重量級(jí)的紡織品和紙料。
砂帶選用紙基材比布基材平整光滑，但承載負(fù)荷低，采用組合基材則集中了兩者的優(yōu)點(diǎn)，適于重負(fù)荷磨削。組合基材有兩種形式：一是在兩層紙中增加了一層網(wǎng)絡(luò)布；另一種是在紙基上增加一層布料。
根據(jù)拋光要求可知，本次加工金屬切除量低，加工負(fù)荷小，但轉(zhuǎn)速要求高，工件表面粗糙度要求高。因此要選用組合基材。
3.1.5 砂帶的規(guī)格尺寸選擇
根據(jù)被加工件的尺寸選用30mm寬的砂帶，根據(jù)砂帶寬度與長度組合尺寸（下表），可選用2500mm的砂帶長度。
表3.3 砂帶與長度組合尺寸
B/l
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
25
30
40
查薄宵主編的磨工實(shí)用技術(shù)手冊表1.3-64，砂帶寬度及長度的極限偏差為301mm和25005mm。
3.1.6 砂帶接頭的選擇
砂帶接頭部位要求可靠、不易剝落、要柔軟及具有較好的耐油、耐濕性能。常見接頭方法有：搭接法、對(duì)接法、S形對(duì)接法和嵌套接法。其中塔接法與對(duì)接法應(yīng)用廣泛，其特點(diǎn)是接縫與有側(cè)邊之夾角為45°～85°。S形對(duì)接法其接頭形狀呈S形，接頭強(qiáng)度高，一般不易斷裂，接頭處柔軟，故砂帶壽命較長。選用S形對(duì)接法接頭砂帶。
3.1.7 砂帶的養(yǎng)護(hù)與使用
砂帶存放期一般為0.5～1年，無論是紙基砂帶還是布基砂帶都應(yīng)在適宜的條件下存放，理想的存放條件為相對(duì)濕度55%～65%。溫度20～25。且拆離原包裝后應(yīng)存放24h再使用。若存放不當(dāng)，紙基砂帶就會(huì)吸收數(shù)量不等的水分，使砂帶向一面卷翹，這種砂帶安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)種種鋪放上的問題，受潮的紙基砂帶還容易斷裂，操作人員難以裝卸。另外，可將砂帶存放在砂光機(jī)附近，使砂帶適應(yīng)砂光機(jī)周圍的環(huán)境。
在砂帶的使用過程中為了減少磨屑嵌塞，延長砂帶的使用壽命，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1) 在拋光過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，這是產(chǎn)生砂帶磨屑的原因之一，因此應(yīng)避免拋光熱工件；
2) 避免砂帶的過載工作（一次砂削量過大）；
3) 避免拋光粉塵的再次磨砂。實(shí)驗(yàn)表明，砂光粉塵未能充分排除是促使砂帶磨屑嵌塞的原因之一。此次所設(shè)計(jì)的拋光機(jī)雖然配備了吸塵能力大的除塵裝置，但仍需時(shí)常檢查除塵情況。
3.2 砂帶拋光主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
磨頭主要由電機(jī)、接觸輪（或支撐輪）、主動(dòng)輪、張緊輪、張緊機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)及固定支座等組成。根據(jù)需要還增設(shè)了導(dǎo)輪和輔輪。
砂帶磨頭的傳動(dòng)類似于帶傳動(dòng)，依靠張緊砂帶并主動(dòng)輪傳遞動(dòng)力。為保證正常工作，還增加了一些輔助裝置。
3.2.1 磨頭尺寸與參數(shù)的計(jì)算
磨頭尺寸與參數(shù)的計(jì)算與機(jī)械皮帶傳動(dòng)基本相同。同時(shí)要注意以下幾個(gè)問題：
1) 從動(dòng)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速為公式(3.1)：
=/ (3.1)
式中 ——相對(duì)滑動(dòng)系數(shù)，布砂帶取=0.01。
2) 接觸輪軸上的受力F=2（N）
式中 ——砂帶初拉應(yīng)力
A——砂帶橫截面積（）。
3.2.2 接觸輪的基本結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)
接觸輪的基本結(jié)構(gòu)見圖3.1
圖3.1 接觸輪的基本結(jié)構(gòu)
其外緣開有齒形槽，基本尺寸按下列比例選取：b2：b1﹦1：0.3～0.5。按表3.4 表3.4 拋光用接觸輪外緣尺寸 （mm）
輪徑D
≤50
50～120
120～200
槽深
1.8～2.4
3～4
4.5～6
齒寬
6～8
10～12
15～20
槽深h
0.5～1
1～2
2～3
接觸輪凸緣高度值可按＝0.2B計(jì)算，也可由表3.5查得。
式中B——接觸輪寬（與砂帶同寬）
表 3.5 與數(shù)值 （mm）
輪寬B
≤60
60～100
100～150
150～250
250～400
1
1.5
2
2.5
3
1.5
2
2.5
3
4
根據(jù)設(shè)計(jì)請情況查上表可得接觸輪基本尺寸值：
D＝50mm，＝1mm，d＝10mm，B＝30mm，＝6mm，＝2mm，h＝0.6mm。
接觸輪外緣表面有平坦形和齒形兩種。齒形有鋸齒形和矩尺形，并有斜齒及X鋸齒形槽之分，也可使用金屬槽輪填充橡膠。齒形接觸輪切削能力很大，但工件上會(huì)留有震紋，噪聲大，使得工件表面粗糙度增大，而且凸輪軸的拋光不需要太大的切削量，故選用平坦形外緣接觸輪。
接觸輪輪轂的材料可選用鋁合金，因?yàn)榇舜螔伖鈱儆谳p負(fù)荷磨削，選用輕金屬就能滿足工作要求，而用于重負(fù)荷磨削時(shí)，應(yīng)選用一些性能好的材料作輪轂，比如45鋼或40Cr鋼等。
接觸輪的外緣硬度是接觸輪的重要參數(shù)之一。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，接觸輪外緣硬度越高，切削時(shí)有效深度也越深，金屬切除率增多，但加工表面粗糙度也高；反之，外緣硬度低，有效切削深度也低，金屬切除率降低，但表面粗糙讀Ra也降低。因此，根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)選取外緣硬度較低的接觸輪，取外緣硬度為HS-A。
3.2.3 張緊輪和主動(dòng)輪
張緊輪和主動(dòng)輪的外緣也應(yīng)敷有硫化橡膠，以增大與砂帶之間的摩擦力，同時(shí)需在輪緣上沿回轉(zhuǎn)方向開平行環(huán)形溝槽。兩輪緣凸高比略高，按＝（0.25～0.3） 計(jì)算。也可在表3.5中查得。
兩輪輪轂上一般需制作一定數(shù)量的溝槽，以防止兩輪橡膠外緣打滑、脫落。根據(jù)輪寬決定溝槽數(shù)量：B＜60mm，2條溝槽；B＝60～120mm，3條溝槽；B＝120～200mm時(shí)，4～5條溝槽，取2條溝槽。主動(dòng)輪的一般結(jié)構(gòu)舉例見圖3.2。圖3.2中，輪寬等于砂帶寬；
圖3.2 主動(dòng)輪及其輪轂結(jié)構(gòu)實(shí)例
兩輪材料取用鋁合金。
主動(dòng)輪具體選用尺：B＝30mm,D=200mm,δ2=1.5mm,b1=b2=6mm,d=30mm
3.3 砂帶拋光工藝參數(shù)選擇
3.3.1 磨削用量及磨削余量選擇
(1) 磨削用量
a. 磨削用量的影響
1) 對(duì)金屬切除率Z的影響
采用較低的砂帶速度，適當(dāng)提高工件轉(zhuǎn)速，選擇較小的進(jìn)給量，可獲得較高的金屬切除率Z。
2) 對(duì)工件表面粗糙度的影響
當(dāng)其它參數(shù)為定值時(shí)，提高砂帶速度，表面粗糙度隨著降低；提高工件轉(zhuǎn)速，隨著上升；增大進(jìn)給量，隨著增大；砂帶粒度號(hào)增大，明顯下降；值隨著接觸輪外緣硬度的增加而增加。
b. 磨削用量選擇
1) 砂帶速度。大功率粗磨一般選：12～20m/s；中功率磨削一般選：20～25m/s；輕負(fù)荷精磨一般選：25～30m/s。砂帶速度與被加工材料有關(guān)，對(duì)難磨材料如鎳鉻鋼，砂帶速度應(yīng)降低；對(duì)非金屬材料則可較大幅度提高。磨削各種材料推薦的砂帶速度見表3.6。
表3.6 不同材料的砂帶拋光速度
加工材料
砂帶速度
加工材料
砂帶速度
有色金屬
鋁
紫銅
黃銅、青銅
22～28
20～25
25～30
鑄鐵
灰口鑄鐵
冷硬鑄鐵
12～18
12～18
鋼
碳鋼
不銹鋼
鎳鉻鋼
20～25
12～20
10～18
非金屬
棉纖維
玻璃纖維
30～50
30～50
橡膠
花崗巖
25～35
15～20
拋光可按輕負(fù)荷精磨來看待，因此可根據(jù)上表?。?0m/s。
2) 接觸壓力。 直接影響拋光效率和砂帶壽命，根據(jù)工件材質(zhì)、熱處理情況、磨削余量、磨后表面粗糙度要求等進(jìn)行選擇。范圍為50～200N。取100N。
3) 工件速度。提高可減少和避免工件表面燒傷，但會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度升高，過高還會(huì)引起工件震動(dòng)，特別是拋光細(xì)長軸類零件，因此，一般要控制在20m/min以下。?。?8m/min。
4) 進(jìn)給量和磨削深度的選擇。進(jìn)給量和磨削深度在保證加工質(zhì)量的情況下要盡量選大些，這樣可以提高加工效率。但此次的加工要求是粗糙度從0.6um降為0.4um，這就要求進(jìn)給量和磨削深度要選擇小些。取＝0.02，＝0.20。
(2) 磨削余量選擇
磨前工件的表面粗糙度越低，工件硬度越高，則磨削余量就應(yīng)越小。軸類零件磨削余量見表3.7
表3.7 軸類工件磨削余量參考值
工件材料
磨前表面狀況
熱處理
直徑余量
碳鋼
合金鋼
不銹鋼
工件表面光整，無缺陷，粗糙度在Ra1.6um以上
高硬度件
淬火、調(diào)質(zhì)件
未經(jīng)處理件
0.03～0.08
0.05～0.10
0.10～0.15
碳鋼
合金鋼
不銹鋼
工件表面較光整，無缺陷，粗糙度Ra3.2um
高硬度件
淬火、調(diào)質(zhì)件
未經(jīng)處理件
０.05～0.10
０.10～0.15
０.10～0.20
碳鋼
合金鋼
不銹鋼
工件表面粗糙，有棱痕，不光整，局部有補(bǔ)焊、局部軟硬不均，Ra6.3～3.2um
高硬度件
淬火、調(diào)質(zhì)件
未經(jīng)處理件
3.3.2 砂帶拋光的冷卻、潤滑和除塵
設(shè)計(jì)拋光機(jī)床擬采用干磨。因拋光切除量小，產(chǎn)生熱量少，故不需設(shè)置冷卻設(shè)備，可采用干磨劑固體脂、蠟等來防止砂帶堵塞。采用干磨時(shí)，必須有吸塵裝置，對(duì)機(jī)床設(shè)備也要采取除塵措施。
3.4 砂帶的張緊
在我國除了個(gè)別的情況，從砂帶寬20mm的小型砂帶拋光機(jī)，到砂帶寬1060mm的大型金屬加工砂帶拋光機(jī)，幾乎都有方便、可靠的張緊機(jī)構(gòu)。
3.4.1 砂帶張緊的主要作用
1) 保證砂帶運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定。砂帶是柔性體，如果沒有一定的張緊力，將砂帶繃緊在工作輥上，使其間產(chǎn)生一定的摩擦力，砂帶就無法正常地運(yùn)行，難于進(jìn)行拋光。
2) 補(bǔ)償砂帶的伸長。目前常見砂帶的帶基有紙和布。不論是那一種帶基，都是某種纖維的構(gòu)成物。在工作時(shí)，砂帶受到磨削力和張緊力的作用，加之水浸就會(huì)逐漸地伸長，所以必須有隨機(jī)的張緊補(bǔ)償。
3) 保證砂帶磨削能力，必須使砂帶與工件輥之間保持一定的摩擦力。如果砂帶張緊力不夠，摩擦力就小，砂帶就會(huì)在工作輥上打滑，磨削能力下降。所以要保證有足夠的磨削能力，砂帶必須有足夠的張緊力。
3.4.2 砂帶張緊力的選擇
砂帶拋光時(shí)的張緊力，一般應(yīng)大于按公式(3.2)求出的值。
= (3.2)
式中，r為接觸輥與張緊輥的中心線同砂帶的夾角。
e為自然對(duì)數(shù)底（e=2.718）
f為砂帶與橡膠輥之間的摩擦系數(shù)（f=3～4）
為砂帶在主動(dòng)輥上的包角
為徑向磨削力與切向磨削力之比，一般取=2
為切向磨削力；=（1－）
為砂帶緊邊的張力
根據(jù)設(shè)計(jì)的拋光裝置，取=100N，f＝3.5，r＝，＝，
將數(shù)值代入公式得，＝75.8N
為了保證砂帶磨削能力，在實(shí)際上應(yīng)取很大些，但其最大值受以下兩個(gè)條件制約：
1) 砂帶的帶基。不論是布還是紙，都有一定的強(qiáng)度，如果砂帶的張緊力超過了允許值，砂帶就會(huì)斷裂。
2) 根據(jù)拋光要求，若砂帶的張緊力過大，就會(huì)使所選擇的軟橡膠接觸輪變硬，無法達(dá)到所要求的拋光效果。
3.4.3 砂帶的張緊機(jī)構(gòu)
砂帶的張緊機(jī)構(gòu)的選用原則應(yīng)是：簡單、方便、可靠和價(jià)廉。主要有螺栓張緊機(jī)構(gòu)、彈簧張緊機(jī)構(gòu)、重力張緊機(jī)構(gòu)、偏心張緊機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)（油壓）張緊機(jī)構(gòu)。其中，彈簧張緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是有一定的補(bǔ)償砂帶張緊力的能力。它的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，普遍用于拋光機(jī)床，尤其是小型拋光機(jī)床。在本設(shè)計(jì)中，由于凸輪直徑的變化引起砂帶長度需求上的微量變化，使得砂帶的張緊力產(chǎn)生變化，而彈簧張緊機(jī)構(gòu)會(huì)起到一定的調(diào)節(jié)作用，減少砂帶張緊力的變化量。因此，在本次設(shè)計(jì)中采用了彈簧張緊機(jī)構(gòu)。
3.5 電動(dòng)機(jī)和彈簧的選擇
3.5.1確定砂帶拋光裝置電動(dòng)機(jī)的功率
參照《機(jī)床液壓》中的寧波高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系的陳廉清和俞利鋒的論文“砂帶磨削及機(jī)床設(shè)計(jì)”（315010）主傳動(dòng)裝置的取值范圍（0.3～0.7kw/10mm，按寬度?。?，由于拋光過程中金屬切除量小，因此取小值0.3進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)我們所需拋光的圓面和凸輪面的最大寬度值為30mm，因此所需電動(dòng)機(jī)功率為:
P=0.3 *30/10=0.9kw
查中國礦業(yè)大學(xué)出版社出版的吳相憲等主編的《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》頁表11-1，選Y90S－4型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.1kw，滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min。
3.5.2 彈簧的設(shè)計(jì)
(1) 根據(jù)工作條件選擇材料
因彈簧在一般載荷條件下工作，可以按第Ⅲ類圓柱螺旋壓縮彈簧彈簧來考慮。且所需彈簧尺寸較小，且有重復(fù)微量變形，現(xiàn)選用65Mn彈簧鋼絲，其力學(xué)性能見表3.8。
表3.8 材料65Mn的許用應(yīng)力 (MPa)
許用切應(yīng)力[]
許用彎曲應(yīng)力[]
彈性模量E
切變模量G
65Mn
0.5
0.625
0.5≤d≤4時(shí)
207500～205000
0.5≤d≤4時(shí)
83000～80000
(2) 選擇旋繞比C
旋繞比通常取C≈5～8，取C＝7.5，根據(jù)下式計(jì)算曲度系數(shù)K值
K≈
計(jì)算可得K≈1.198
(3) 根據(jù)拋光裝置中彈簧的安裝空間，初設(shè)彈簧中徑D=12mm，則彈簧絲直徑d=D/C=12/7.5=1.6
根據(jù)表3.8和表3.9可查取彈簧絲的許用應(yīng)力。
表3.9 65Mn彈簧鋼絲的拉伸強(qiáng)度極限 (Mpa)
鋼絲直徑d/mm
1～1.2
1.4～1.6
1.8～2
2.2～2.5
2.8～3.4
1800
1750
1700
1650
1600
取=1750MPa，經(jīng)計(jì)算可得彈簧絲的許用應(yīng)力值：許用切應(yīng)力[]=875 MPa，許用彎曲應(yīng)力[]=1093.75MPa
(4) 試算彈簧絲直徑
根據(jù)式
K []
可得
≥1.6
取=90N，得≈1.538mm
當(dāng)彈簧材料為65Mn彈簧鋼絲時(shí)，因鋼絲的許用應(yīng)力決定于其，而是隨著鋼絲的直徑d變化的，所以計(jì)算時(shí)需先假設(shè)一個(gè)d值，然后進(jìn)行進(jìn)行試算。最后的d值仍應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列，故取d=1.6mm。
(5) 根據(jù)變形條件求出彈簧工作圈數(shù)
根據(jù)公式(3.3)計(jì)算求出：
(3.3)
可得
n=
根據(jù)彈簧工作情況取=20mm，G=83000MPa，得n=8.744，取n=9。
(6) 根據(jù)上面所取數(shù)值確定彈簧的幾何尺寸參數(shù)
表3.10 彈簧的幾何尺寸參數(shù)
參數(shù)名稱及代號(hào)
計(jì)算公式
結(jié)果
內(nèi)徑
=D－d
=10.4mm
外徑
=D+d
=13.6mm
壓縮彈簧長細(xì)比b
b=
B=4.25mm
自由高度
≈pn+（1.5～2）d
=46.4mm
總?cè)?shù)
=n+（1.5～2）
=11
節(jié)距p
p=（0.28～0.5）D
p=4.8mm
螺旋角
=arctan
=
4 溜板箱和床鞍的設(shè)計(jì)
4.1 溜板箱的設(shè)計(jì)
溜板箱的箱體形狀可根據(jù)普通車床的箱體來設(shè)計(jì)。由于所設(shè)計(jì)拋光機(jī)床中拋光裝置縱向和橫向的進(jìn)給為手動(dòng)操作，且運(yùn)動(dòng)簡單，載荷小,精確度要求較低,故只需對(duì)所選傳動(dòng)齒輪進(jìn)行校核即可。
4.1.1 齒輪齒條傳動(dòng)計(jì)算
圖4.1為齒輪齒條傳動(dòng)的示意圖。它們的模數(shù)m＝3，齒輪齒數(shù)z＝18。
圖4.1 齒輪齒條傳動(dòng)
對(duì)操作者來說，他們想知道手柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周，齒條前進(jìn)的距離，其計(jì)算如下：
首先由公式(4.1)計(jì)算兩齒輪的傳動(dòng)比：
=20/70 (4.1)
即手柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周，另一根軸轉(zhuǎn)20/70圈，因此手柄轉(zhuǎn)動(dòng)一圈溜板箱移動(dòng)的距離為：
l＝mz=48.45mm
因凸輪間的距離比較小，故齒條前進(jìn)48.45mm的距離合適。
在手輪上施加多大的力能推動(dòng)溜板箱前進(jìn)對(duì)操作者來說很重要，所需力太大或太小都不合適：太大則不能推動(dòng)溜板箱移動(dòng)，太小則影響加工精度。計(jì)算溜板箱、床鞍和拋光裝置的總質(zhì)量m180kg，查《機(jī)械工程材料測試手冊腐蝕與摩擦學(xué)卷》表5.1.2，鋼與鋼之間在有潤滑的情況下摩擦系數(shù)=0.10-0.12，取=0.11，則齒輪齒條間傳遞的力=mg=180㎏9.8N/㎏0.11=194.04N。則移動(dòng)溜板箱手輪需要的由公式(4.2)求出
F= (4.2)
其中，，，，z=18，m=3，D=200，
計(jì)算得， F15N
經(jīng)實(shí)踐知F=15N較為合適。
4.1.2 溜板箱內(nèi)部齒輪的選擇和校核
根據(jù)傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。拋光機(jī)床為一般機(jī)械，速度不高，故選用8級(jí)精度。兩齒輪的材料均選用45鋼，小齒輪齒數(shù)=20，大齒輪齒數(shù)=70，取模數(shù)m=2，齒寬b=30mm。查<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>有關(guān)表格，齒輪的許用應(yīng)力[]=600MPa。
以大齒輪為例來進(jìn)行強(qiáng)度校核：
(1) 按齒面接觸強(qiáng)度校核
式中 K——載荷系數(shù)，包括使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù) 及齒向載荷分布系數(shù)，即=，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第十章齒輪傳動(dòng)有關(guān)列表，取=1.00，=1.00，=1.1，=1.12，即=1.232；
——圓周力，取=80N；
b——齒寬，b＝30mm；
——齒輪直徑，＝140mm；
u——傳動(dòng)比，u=70/20=3.5；
——區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪=時(shí)，=2.5；
——彈性影響系數(shù)，=189.8。
代入數(shù)值計(jì)算得： =82.42MPa[]=600MPa
(2) 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
輪齒在受載時(shí)，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強(qiáng)度最弱。齒危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件式為
[]
式中 ——載荷系數(shù)，包括使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù) 及齒向載荷分布系數(shù)，即=，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第十章齒輪傳動(dòng)有關(guān)列表，取=1.00，=1.00，=1.1,=1.11，即=1.221；
——圓周力，取=80N；
b——齒寬，b＝30mm；
m——齒輪模數(shù)，m＝2；
——齒形系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10.5，?。?.24;
——應(yīng)力校正系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10.5，?。?.75。
將數(shù)值代入式中，得＝6.38MPa［］=600MPa。
4.2 床鞍絲杠螺母機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
絲杠螺母傳動(dòng)副分為滑動(dòng)的、滾珠的、滾柱的和靜壓的四種。根據(jù)拋光機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，采用普通滑動(dòng)絲杠螺母副。它的特點(diǎn)是：傳動(dòng)比小；傳動(dòng)精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；能自鎖；機(jī)械效率低；剛度低。本設(shè)計(jì)中所采用的絲杠為細(xì)長軸，靠兩端支承，因此它的拉壓剛度和抗彎、抗扭剛度都較低。
4.2.1 絲杠螺母的構(gòu)造、材料、螺旋方向
機(jī)床上常用的螺紋牙形有30梯形和矩形兩種，根據(jù)本設(shè)計(jì)傳動(dòng)特點(diǎn)，且梯形螺紋加工方便，故在本拋光機(jī)床中采用30梯形牙形螺紋。絲杠的直徑取d=30mm，長度L=714，比值d/L=1/23.8，滿足范圍1/20～1/50。在本設(shè)計(jì)中，絲杠軸向不動(dòng)，螺母帶移動(dòng)部件，因此螺旋方向?yàn)樽笮?
4.2.2 絲杠的支承
工作臺(tái)的傳動(dòng)精度不僅決定于絲杠本身的制造精度，而且與絲杠支承的制造和安裝精度有關(guān)。由于絲杠主要受軸向力，不受徑向力，所以徑向支承可以用銅套。絲杠的徑向支承一般都采用兩端支承，為保證螺母和絲杠的同心，螺母和移動(dòng)件用圓柱配合，螺母可以自由地上下移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.2.3 絲杠的精度、材料和熱處理
根據(jù)本機(jī)床要求
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