砂帶拋光機床的設計畢業(yè)論文

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1、畢 業(yè) 設 計（論文） （說 明 書） 題 目： 砂帶拋光機床的設計 姓 名： 編 號： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院 2008 年 5 月 20 日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）答辯委員會記錄

2、 系 專業(yè)，學生 于 年 月 日 進行了畢業(yè)設計（論文）答辯。 設計題目： 專題（論文）題目： 指導老師： 答辯委員會根據(jù)學生提交的畢業(yè)設計（論文）材料，根據(jù)學生答辯情況，經(jīng)答 辯委員會討論評定，給予學生

3、 畢業(yè)設計（論文）成績 為 。 答辯委員會 人，出席 人 答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ，

4、 ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 目錄 摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第一章 引 言．．．．．．．．

5、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1 拋光在現(xiàn)代加工工藝中的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.2 拋光的分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.3 國內外凸輪軸拋光機床的發(fā)展現(xiàn)狀．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.4 本次所設計拋光機的特點及有關說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第二章 工藝分析．．

6、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.1 確定工藝方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.1.1 第一種方案，采用砂輪磨床進行拋光。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.1.2 第二種方案，采用砂帶拋光機床進行拋光。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.2 擬定夾具方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.3

7、擬定砂帶拋光裝置的結構方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3.1 國內外砂帶拋光機現(xiàn)狀及分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3.2 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 第三章 確定機床主要技術參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.1 確定主參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

8、13 3.2 其他參數(shù)的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.2.1 確定主軸的轉速．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 3.2.2 確定切削數(shù)據(jù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 3.2.3 確定主運動電動機的功率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 3.2.4 確定砂帶拋光裝置電動機的功率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

9、．．．．．．．．．．．16 第四章 機床的總體布局．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 4.1 運動的分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 4.2 機床的傳動形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 4.3 機床的支承形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 4.4 機床總聯(lián)系尺寸圖．．．．．．．．．

10、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 第五章 液壓系統(tǒng)的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1 工況分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1.1 運動分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5.1.2 負載分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

11、20 5.1.3 運動行程分析與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.1.4 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.2 擬訂液壓系統(tǒng)工作原理圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.3 液壓元件的選擇與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.3.1 液壓泵的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

12、．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.3.2 液壓泵電動機的確定與選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 5.3.3 液壓油的選用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5.3.4 確定液壓缸的主要參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.3.5 活塞桿直徑的選定與校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

13、 5.3.6 其它元件的選用與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.4 系統(tǒng)性能驗算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 5.4.1 傳動路線中的壓力損失．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 5.4.2 確定液壓泵工作壓力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31 5.4.3 液壓系統(tǒng)的效率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

14、．．．．32 5.5 系統(tǒng)的可行性驗證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 5.6 支撐件及導軌設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33 致 謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

15、 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第一章 1.1 拋光在現(xiàn)代加工工藝中的重要性 拋光是一種應用廣泛的磨料加工方法，金屬及非金屬材料制品，精密機電產(chǎn) 品，日常生活用品，均采用拋光加工來提高表面質量。 拋光工序在現(xiàn)代加工工藝中的重要性是由拋光自身的特點及零件要求的表 面質量的日益提高決定的。

16、它是對零件表面進行的光飾加工，主要的目的是去除 上道工序的加工痕跡，如到痕、劃印、麻點、尖棱、毛刺等，改善零件表面粗糙 度，獲得光亮平整的加工表面，增加美觀，提高工件的抗疲勞和抗腐蝕的性能。 經(jīng)拋光的的零件表面粗糙度一般可以達到Ra0.4vm。 此外，拋光還可以作為一道中間加工工序，為油漆、電鍍等后道工序提供油 膜、鍍層附著能力強的表面。 1.2 拋光的分類 拋光一般可以分為柔性機械拋光、機械化學拋光、電化學拋光和磁化學拋光 等。在日常的加工中常用的是柔性機械拋光，它包括輪式拋光、帶式拋光、盤式 拋光和滾筒拋光等。而本論文所

17、采用的是帶式拋光。 1.3 國內外凸輪軸拋光機床的發(fā)展現(xiàn)狀 在國內過去的二十年間，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，技術含量、自動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 極大關注，他們發(fā)表了相當數(shù)量的試驗報告及論文。但由于對砂帶磨削工藝特性 的了解不夠、砂帶質量、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，導致在國內的砂帶熱沒持續(xù)幾年就沉寂下來了。近年來，砂帶拋光機床稍有 回頭，一般 加工工藝范圍小，品種少，應用范

18、圍小，主要應用于棒料、平面等簡單型面的加 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 工，而用于凸輪軸拋光的有到目前為止只有B6006 砂帶拋光機床。 在國外，最早的凸輪軸砂帶磨削機床已于 1978 年在米蘭展出，但并沒馬上 獲得成功。而近年來對凸輪軸的研究與應用以美國尤為突出，制造出了多砂帶凸 輪磨削拋光機床，并成功地應用于汽車的加工中。 1.4 本次所設計拋光機的特點及有關說明 本次設計的砂帶拋光機床采用砂帶與接觸輪的接觸應力保持不變的砂帶抱 拋式拋光裝置，并采用基于 CA6140 普通機床的變形設計方法

19、，因而在相關尺寸 的確定上采用關聯(lián)比例來確定，具體的尺寸、結構和有關要求下圖． 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第二章 工藝分析 首先，我們得對凸輪軸有個初步的了解，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。 由于此機床專為凸輪軸的拋光工序設計，具有較強

20、的針對性，因此屬于專用 機床的設計的范圍。同時由于凸輪軸上凸輪的獨特曲面特性，應采用與之相適應 的加工方法來對其進行加工，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 得注重考慮以下的幾個問題： 首先，拋光的目的是獲得較高的表面質量，但評價拋光機床的拋光質量有這 樣兩方面的內容：一方面是機床應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，這是拋光質量的先決條件；另一方 面是拋光后的表面粗糙度。對于一般的圓柱工件來說，保證尺寸公

21、差是較容易的， 因為工序中為拋光工序留有適當?shù)膾伖庥嗔浚@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，對于我們現(xiàn)有的特定加工 對象——凸輪軸而言，各凸輪的曲面為凹或為凸及各凸輪的相對轉角（如圖2-1 所示）及近年來對加工表面質量的要求日趨提高和機床應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床、刀具、拋光裝置，為了在機床 設計中實現(xiàn)成本、效率、結構、技術熟練成度要求等的優(yōu)化設計，現(xiàn)在可對以下 的幾種加工方案進行分析對比，擇優(yōu)采用符合生產(chǎn)實際的加工方案。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學

22、院畢業(yè)設計說明書（論文） 2.1.1 第一種方 案， 采用砂輪磨床進 行拋 光。 在此方案中， 可 采 用較高的砂輪和工 件 的 相對轉動速度，可 進 行 較大的磨削進給 量 ， 獲得較大的金屬切 除 率，同時若采用小 磨 粒 的砂輪，也可獲得 較 高 的表面質量和較低 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問題。 （1）、工作節(jié)拍 由于凸輪輪廓復雜，精度要求高，而且同一凸輪軸上各個凸輪之間有嚴格的 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

23、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、關閉曲線 組成（如圖 2-2）。為了保證閥門開關運動平穩(wěn)要求。這些曲線的設計有專門的 要求。對于凸輪的設計者要要仔細分析凸輪的輪廓、升程值及其一階導數(shù)（速度） 和二階導數(shù)（加速度），有時還得分析三階導數(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，為實現(xiàn)發(fā)動機氣缸的正確點火周期， 每個凸輪的相位角是不同地安置的，由于這些原因會導致砂輪的進給控制非常的 困難，難以保證加工凸輪的加工精度。同時其靈活性小，若對四缸或六缸的凸輪 軸進行加工，則需配備10-

24、14 套拋光裝置，或者配備一個可編程的控制系統(tǒng)來控 制砂輪的進給運動，這樣都會導致設計的機床相當復雜。 （2）、燒傷 燒傷另一有關的是磨削凸輪軸凸輪的表面質量。顯然，金屬切除率是直接正 比于砂輪與凸輪的相對周邊速度。由于凸輪的基圓部分和工作段部分的周邊速度 不一 圖表 2-1 四缸凸輪軸端面視圖 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 圖2-2 凸輪磨削曲線 1、凸尖 2、基圓曲線 3、回程曲線 4、升程曲線 樣，因而凸輪各部分的金屬切除率不相同，從而由磨削過程

25、中產(chǎn)生的塑性變形而 產(chǎn)生的熱量相應增多，其熱量的大部分積聚在工件的表面而導致表面局部燒傷。 （3）、凹入的凸輪輪廓 這樣的凸輪軸砂輪磨床的前瞻性不好，適應性有限，對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)動機設計者感興趣，其 凸輪曲線在開放曲線和關閉曲線處的曲率是負值，在這種廓形中，以凹曲線代替 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閥門，這樣燃 燒更完全，輸出的馬力更大。 當然在以上的三個問題中對于針對中軸廠

26、的中小規(guī)模的生產(chǎn)類型及現(xiàn)有的 生產(chǎn)加工條件，按照結構簡單、重量輕、效率高、成本低、操作方便簡單等機床 設計原則。第一個問題，即凸輪軸的工作節(jié)拍是我們面臨的最為關鍵的問題，若 采用與凸輪軸轉動同步的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，其較高的技術難度和成本，致使此種 方案的可行性較小。 2.1.2 第二種方案，采用砂帶拋光機床進行拋光。 砂帶拋光是根據(jù)工件形狀，用相應的接觸方式及高速運動的砂帶對工件進行 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

27、業(yè)中，砂帶磨削拋光技術以其獨具的加工特點被視為一種很重要的 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 加工方法。國外有專家曾把砂帶磨床比做“未來的巨人”加以評述。 下面將對砂帶磨削拋光的有關原理及其特點加以分析。 （1）、砂帶磨削拋光原理 實現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、帶有接觸輪的轉動砂帶 法和接觸板法。最常用的是帶有接觸輪的轉動砂帶法。如圖2-3 所示 根據(jù)工件形狀和加工要求，以相應的接觸方式和適當?shù)哪ハ鲄?shù)對工件進行 磨削加工或拋光。 圖 2-3 拋光原理圖 （2）、

28、砂帶磨削拋光機床的基本部件 （a）主軸傳動裝置。有單速或具有較大靈活性的變速傳動，有時裝有可逆 電動機，以改變砂帶的運動方向。皮帶速度為10～50m/min，通常取16～30m/min， 主傳動裝置的功率，在每10mm 寬的砂帶上是0.3～0.7kw。 （b）砂帶張緊裝置。保持磨削及導向時砂帶的適當張力，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。當增加砂 帶拉力時，可提高金屬切除量，但同時也提高了表面粗糙度值和磨料覆蓋層的消 耗量。經(jīng)試驗表明，砂帶的張力在 6～8N/mm 范圍內，在逆磨削時每次行程能切 出

29、最大的金屬量。拉緊機構有各種形式，從簡單的機械或彈簧方法到寬砂帶與重 負載磨削機床用的氣動及液壓拉緊裝置。同時，為獲得最大的生產(chǎn)率，必須使更 換砂帶的時間最少，通常操作者能在一分鐘內更換砂帶。 （c）砂帶導向裝置。這一裝置可設計成手動或自動的，視具體情況而定， 主要起導向作用。 （d）接觸輪。接觸輪在磨削點上支承砂帶，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。 （3)、砂帶磨削拋光的特點 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 砂帶與易損壞的工具

30、如單刃車刀、銑刀、砂輪磨削等工具相比，具有以下的 特點： （a）加工效率高。經(jīng)過精選的針狀砂粒采用先進的“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。應用這一多刀多刃的切削工具進行磨削加工, 對鋼 材的切除率已達每mm 寬砂帶200～600mm 3 /min。 (b) 加工表面質量高。砂帶磨削時接觸面小摩擦發(fā)熱少, 且磨粒散熱時間間 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± 0.002mm，平度可達0. 001mm。另

31、外, 砂帶在磨削時是柔性接觸, 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)振動小, 磨削速度穩(wěn)定使得表面加 工質量粗糙度值小, 殘余應力狀態(tài)好,工件的粗糙度可達 Ra0. 4～0. 1μ m ,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。 (c) 工藝靈活性大, 適應性強。砂帶磨削可以方便地用于平面、外圓、內圓 磨削、復雜的異形面加工、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。除了

32、有各種通用、專用設備外, 設計一個 砂帶磨頭能方便地裝于車床、刨床和銑床等常規(guī)現(xiàn)成設備上, 不僅能使這些機床 功能大為擴展, 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。 (d) 砂帶有很大的彈性, 因而整個系統(tǒng)有較高的抗振性。 (e) 砂帶尺寸可很大, 適用于大面積高效率加工,且設備簡單, 操作安全, 使用維護方便, 更換砂帶和培訓機床操作人員花費時間較少。 由上面兩加工方案的優(yōu)缺點的對比可知，在凸輪軸的拋光加工工序中應采用 砂帶加工的加工方案。 2.2 擬定夾具方案 對于特

33、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 中的十二個進排氣凸輪面、2 中的六個 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 凸輪軸軸頸和3 中的兩個滾子軸承端面，同時還可從圖中可看到凸輪軸的兩端有 兩個圓柱。 兩個端面孔和軸的右端的專為裝夾預留的部分，從而我們可采用三爪卡盤加 尾架的定位方式來完成夾緊、定位。這其中的三爪卡盤具有自動定心的功能，因 此在此裝置中只需保證主軸和尾架頂錐的同軸度即可保證加工工件的同軸度，如 圖2-5所示。

34、 圖2－4六 缸凸輪軸 1、十二個進排氣凸輪 2、六個凸輪軸軸頸 3、端面軸徑 圖2-5 凸輪軸的裝夾示意圖 2.3 擬定砂帶拋光裝置的結構方案 2.3.1 國內外砂帶拋光機現(xiàn)狀及分析 從六十年代起，用于國產(chǎn)汽車發(fā)動機凸輪軸的砂帶拋光機床一直采用“靠模 頂拋”式結構，如圖2-6所示，其工作原理是：用一個與被加工工件形狀、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

35、桿在彈簧力作用下使?jié)L輪緊靠著靠模。當靠 模與工件同步旋轉時，通過連桿，拋光爪即沿工件做仿形運動，砂帶即把工件表 面拋光。使用此類機床必須保證以下兩點：第一，在安裝工件時，應使工件表面 的某一點A與靠模對應的某一點A’在同一平面內，且角度與位置相同。第二，拋 光時工件與靠模必須保持嚴格地同步旋轉。在實際工作中，傳動誤差與安裝誤差 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 總是存在的，這些誤差使得工件凸輪曲線在各點的極座標值與靠模對應點的極座 標值不一致，最終導致拋光時砂帶與工件表面接觸力不穩(wěn)定，影響了拋光質量。 “靠模頂拋”

36、式砂帶拋光機的另一缺點是：連桿尺寸大，質量也大，運動時會產(chǎn) 生較大的動員，特別當連桿的兩端靠近凸輪尖端部位的升回程表面時，連桿將獲 得最大的動量變化值，使凸 7 6 5 4 3 2 1 圖2-6 靠模頂拋示意圖 1、彈簧 2、滾輪 3、靠模 4、連桿 5、砂帶 6、工件 7、拋光爪 輪升、回程表面的拋光壓力不均勻，因而影響拋光質量．即當拋光爪處于凸輪回 程面時，較大的連桿動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

37、力降低，而當 拋光爪處在凸輪的升程面時，連桿運動產(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 拋光質量不如人意。 為了克服“靠模頂拋”式砂帶拋光機的缺點，國際上各主要汽車生產(chǎn)國使用 的砂帶拋光機床普遍采用“抱拋”式拋光頭，且由PLC進行控制，其結構如圖2-7 所示。 從圖中可以看到，工件每一個拋光面都有一對拋光爪，平時是撐開的，工作時兩 個拋光爪將工件“抱”住,砂帶從兩個拋光爪內穿過，再與工件表面接觸，工件 每旋轉一周，砂帶兩次拋削工件表面，工作效率是“靠模頂拋”結構的兩倍

38、?！氨? 拋”結構在工作時，兩個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、回程表面的拋光質量均勻一致而且使機床主軸和尾架不受徑向力,從而 提高了機床的使用壽命。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 圖2-7 “抱拋”機構圖 1、氣缸 2、新砂帶 3、過砂帶裝置 4、廢砂帶 5、拋光頭 6、工件 “抱拋式”拋光頭沒有靠模和連桿，結構尺寸小，重量輕，動量慣性小，每 個拋光頭都配有一個砂帶卡盤，更換砂帶方便。 圖2-8 改造的“抱拋”結構示意圖 Ⅰ

39、、主動輪 Ⅱ、擺動液壓缸 Ⅲ、張緊輪 Ⅳ、拋光頭 Ⅴ、鉸鏈傳動機構 Ⅵ、輔助輪 Ⅶ、砂帶 Ⅷ、加工工件 2.3.2 結論 由上面的分析很明顯地知道應該采用“抱拋”式拋光結構。同時考慮到現(xiàn)有 的生產(chǎn)條件及各方面的實際情況和機床設計的“三化”，即系列化、通用化、標 準化的原則，決定在抱拋結構的控制系統(tǒng)改用液壓恒壓系統(tǒng)來取代PLC，同時為 降低運行成本，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 2-8所示），這樣一來，在實現(xiàn)同等控制效果的基礎上，既能簡化機床又降低機 床的制造成本、運行成本和維護成本等，具

40、有較強的現(xiàn)實可行性。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第三章 確定機床主要技術參數(shù) 由于此機床專為凸輪軸的拋光工序而設計，同時又具有一定的可調節(jié)性，因 此也可定義為可調凸輪軸拋光專用機床。下面將確定其主要技術參數(shù)如下。 3.1 確定主參數(shù) 由于本次設計的機床為針對具體的凸輪軸而設計，因此我們的主參數(shù)和基本 參數(shù)的選定可根據(jù)給定的加工工件尺寸（最大直徑 最大長度為52.5mm 837mm） 和我們所設計的機床形式（臥式）相結合，利用相似類比的方法參照《機床設計 手 冊

41、 3 部 件 、 機 構 及 其 總 體 設 計 》 1 2 1 7 P 的 普 通 機 床 參 數(shù) （ 79 143 / 79 1582   Z JB GB 、 ）的表7．1-88，將其設計所需的主參數(shù)如表3-1 如下： 表3-1 床身上最大工件回轉直徑 D(mm) 500 拋光機構上的最大工件回 轉直徑 1 Ｄ （mm） 100 最大工件長度 Ｌ 1000 3.2 其他參數(shù)的確定

42、 3.2.1 確定主軸的轉速 由于本機床為特定工件的特定工序而設計的專用機床，其凸輪在徑向上的變 動不大。同時考慮到砂帶加工機床的工件轉速一般取0～20m/min的轉速及實際凸 輪表面質量的要求不是太高，其表面粗糙度Ra的取值為0.4～12.5um。因此可根 據(jù)下面的公式：ｎ= d v  1000 （轉/分） （3-1） 式中： ——選定的切削速度（米/

43、分）； d——刀具直徑或工件直徑（毫米）； 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 在這里選取0～20m/min 的中間值15m/min 的轉速和工件的變化范圍為30～ 100mm 可確定主軸的轉速Ｎ的變化范圍，進而初步確定一適當?shù)闹鬏S轉速值。在  一定的情況下可獲得主軸的極限轉速。 當d 取小值30mm 時可得最大極限轉速 max ｎ = 30 15 1000    =159.2（轉/分）

44、 當d 取100mm時，則可獲得最小極限轉速： min ｎ = 7 . 47 100 15 1000     （轉/分） 因此，可初步取其中間值ｎ=64 轉/分來驗算工件 直徑在30～100mm 內的轉速 ，由公式（3-1）可得工件切削速度 ： 1000 d   ｎ  （m/min）

45、（3-2） 當d 取小值30mm 時可得最低工件切削速度： 028 . 6 1000 30 14 . 3 64 1000 min      d   ｎ （m/min） 當d 取大值100mm 時可得最高工件切削速度： 096 . 20 1000 100 14 . 3 64 1000 max

46、      d   ｎ （m/min） 由于中原軸件廠提供的凸輪軸在直徑方向上的變化范圍為 44～80mm，為使 給定的凸輪軸（最大直徑 最大長度為 52.5mm 837mm，即六缸發(fā)動機凸輪軸） 加工時能處于最佳的加工狀態(tài)，即 15～20m/min。因此，最終取主軸轉速為 主軸 ｎ =60 轉/分。 3.2.2 確定切削數(shù)據(jù) ①切削力 由于對于砂帶的磨削拋光中的受力分析和計算公式，到目前為止還沒有一套 具體的計算公式，因此只能采用參照的方法，取徑向方向上的最大分力

47、 N F n 100  （因為在砂帶機床中一般取50～300  ，同時又考 慮到此機床為半精加工的精密拋光，所以為得到較好的拋光表面粗糙度取較小一 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 點的值 100）。對于其切向分力  F ，最大值通常取徑向分力的一半，這將按最大 值來取值，故拋光的最大切向分力  F =50N ②切削用量 同上的分析類同，由于無法在理論上計算出砂帶接觸輪的縱向進給量，而只 能在生產(chǎn)實際中根據(jù)具體的生產(chǎn)實際調

48、節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力值，即可調節(jié)接觸輪的 徑向壓力，進而得到加工所需的各個縱向進給量和所需的各個表面粗糙度值。 同理，機床的橫向進給為手動調節(jié)，因而無需確定，在生產(chǎn)中根據(jù)實際需要 手動調節(jié)即可。 3.2.3 確定主運動電動機的功率 為了不使電動機在工作時出現(xiàn)電動機經(jīng)常處于低負荷工作狀態(tài)而造成浪費， 或者電動機經(jīng)常處于超負荷狀態(tài)而導致電機或電氣元件的燒壞（為主要考慮因 素）。現(xiàn)采用計算法初步確定主電動機的功率。 一般來說，機床主電動機的功率 附 空 切 N N N N   

49、 （3-3） 式中： 切 N ——消耗與切削的功率，又稱為有效功率 ——消耗與切削的功率，又稱為有效功率（千瓦）； 空 N ——空載功率（千瓦）； 附 N ——載荷附加功率（千瓦）。 對于砂帶磨削拋光機床可按磨床來計算其切削功率 6120    Z P N 切 （3-3a）

50、 式中： z P ——切削力的切向分量（公斤力）， 這里由于拋光時主要承受徑向壓力，且徑向力一般為50～200 N ，所以這里可取 較大值 z P =10 公斤力（按通常切向力一般取徑向力的一半的經(jīng)驗方法）來驗算；  ——切削速度（米/分）。這里取最佳切削速度15 米/ 分。 0245 . 0 6120 15 10    切 N （千瓦） 而計算載荷附加功率的公式為： 切 切 附 N N

51、N     （3-3b） 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 式中： 附 N ——載荷附加功率（千瓦）   ——主傳動鏈的機械效率。 將式（3-3b）代入（3-3）得： 空 切 N N N     （3-3c）

52、 此時，式（3-3c）中的 空 N 為主要消耗功率的元素，但又無法在實際的機床 中測得，故只能按相似類比的方法，類比于機床ＣＡ6140 來初步擬定為1.5ＫＷ。 同時又因為機床的主運動為回轉運動，因而取較大一點的效率值 80 . 0  床  ， 代入式（3-4d）中得： 531 . 1 5 . 1 80 . 0 0245 . 0      空 床 切 N N N  （千瓦）

53、 因此電機的額定功率： k N N  額定 （3-3d） 對連續(xù)工作的機床，取k 為1.0，則 531 . 1 0 . 1 531 . 1    k N N 額定 （千瓦） 最后，由于本機床在設計時采用模塊化設計的方法，為給機床功能改造和將 來的擴展留有一定的預留功率，因此在這選用2.2ＫＷ的主電動機。 3.2.4 確定砂帶拋光裝置電動機的功率 由于具體的砂帶拋光機構的具體尺

54、寸和偏角需在拋光機構設計完后，才能進 行較為精確的計算。現(xiàn)在只能參考取值，參照《機床液壓》中的寧波高等?？茖W 校機械工程系的陳廉清和俞利鋒的論文“砂帶磨削及機床設計”（315010）主傳 動裝置的取值范圍（0.3～0.7kw/10mm，按寬度?。?，取小值0.3 進行計算。同時 我們所需拋光的圓面和凸輪面的最大寬度值為30mm，因此所需電動機功率為 P=0.3*30/10=0.9 kw 查中國礦業(yè)大學出版社出版的吳相憲等主編的《實用機械設計手冊》 163 p

55、 頁表 11-1，選Y90s-4 型號的電動機，其額定功率為1.1kw，滿載轉速為1420r/min 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第四章 機床的總體布局 4.1 運動的分配 從第一節(jié)的分析我們知道在砂帶拋光機中所需的運動為工件與砂帶的相對 轉動和拋光裝置中的拋光頭相對工件的徑向方向上的運動。 根據(jù)機床設計的小件承擔運動的原則及砂帶拋光機床中的工 件與砂帶的相對運動特性和拋光裝置中拋光頭的特殊運動形式，決定采用以下的 運動分配形式：即工件承擔相對于砂帶運動方向反方向的轉動運動，此運動從

56、主 軸箱的主軸獲得；砂帶做相對于工件轉動反方向的獨立運動，此運動由單獨的動 力源供給（主要原因是可簡化機床的運動傳動系統(tǒng)，從而簡化機床）；拋光頭的 特殊路線的運動，則由恒壓的液壓系統(tǒng)提供恒定的外力伴隨工件的轉動而自 動隨動完成。其運動的分配如上頁圖4-1所示。 圖4-1 拋光機床的運動分配示意圖 4.2 機床的傳動形式 在此機床的設計中，由于主運動和進給運動間沒有嚴格的傳動比要求，及各 模塊單獨的動力源設計。因此，機床的傳動形式為機床主軸箱的齒輪機械傳動、 拋光裝置中的恒壓系統(tǒng)中的液壓傳動、主電動機與主

57、軸箱及砂帶與各傳動輪的帶 傳動。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 4.3 機床的支承形式 在機床的常用支承件—床身、底座、立柱、橫梁、橫臂等的使用中，或單獨 使用，或組合使用。其支承形式主要有以下的五種形式： 1、“一”形（一字形）支承。 2、“ㄧ”形（柱形）支承。 3、“⊥”形（倒丁字形）支承。 4、“ㄈ”形（槽形）支承。 5、“□”形（框形）支承。 由于凸輪軸一般都為桿件，所以通?？刹捎谩耙弧毙危ㄒ蛔中危┲С泻汀皑纭毙? （柱形）支承，但為了操作時裝夾方便、簡化

58、機床等決定采用“一”形（一字形） 支承的機床，也可稱之為臥式拋光機床，其示意圖如圖4-2 所示： 圖4-2 機床支承示意圖 4.4 機床總聯(lián)系尺寸圖 圖4－3 機床聯(lián)系尺寸圖 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第五章 液壓系統(tǒng)的設計 5.1 工況分析 為了能夠設計一個合理的、實用的液壓系統(tǒng)，必須進行工況分析，以明確機 構在運動過程中的運動規(guī)律和負載的大小及其變化規(guī)律。凸輪軸拋光機機床的液 壓系統(tǒng)主要是為拋光機在拋光

59、工件時，能隨工件的轉動提供一個理想恒定的隨動 工作壓力。下面將對機構進行運動分析和負載的分析以便確定所設計的液壓系統(tǒng) 的主要參數(shù)。 5.1.1 運動分析 由于凸輪軸的加工過程是一個連續(xù)不斷的變化過程，現(xiàn)在討論的是液壓系統(tǒng) 設計所需的負載，及負載的變化程度?，F(xiàn)將以中軸提供的六缸凸輪軸（注：此軸 的加工部位的形狀為圓面和凸輪面，圓的直徑為80mm，凸輪的尺寸為：長軸  短 軸為51.6mm   44mm（吸氣凸輪），因而在拋光加 工前的凸輪尺寸大概為52mm  45mm）為主，選定其加工

60、運動過程中的兩個極限 位置（兩拋光接觸輪間的最近位置44mm和接觸的最遠位置52mm）進行分析。 其示意分析圖如圖5-1。從圖5-1 上可以看到，在凸輪軸運動的兩個極限位置上 （只取了拋光裝置的一邊進行分析，因為拋光機構基本成對稱分布，其運動規(guī)律 和受力情況基本一致，只是時間上的先后差別），拋光機構上的桿件和接觸輪整 體轉動一定的角度，并在垂直方向上與初始位置有一定的高度差。在這為方便分 析起見，在這兩個取定的特殊位置上，假定1 位置為初始位置，這樣當凸輪軸上 的凸輪部分轉到2 位置的過程中，桿件cef 及接觸輪a 將整體繞點e 順時針方向 偏轉

61、一偏角  dec，又桿件ad 和桿件def 為固定連接，因而其偏轉角與桿ad 相 同，即 圖5-1、運動位置分析示意圖 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文）  dec= aeb 這里由于凸輪在長度上的差值此時為最大（但在水平方向上不到7mm，因為 接觸輪與凸輪表面在拋光過程中始終相切，此時由于接觸輪繞e 點的轉動，因而 會導致凸輪和接觸輪的相切點并不絕對的在水平方向上，而是有小角度的偏移， 約等于  aeb 的值），因而整個機構的往外偏

62、轉的程度為最大。在凸輪軸的加工 過程中只需考慮其凸輪軸在水平和垂直方向上的力的大小及變化，即可初步擬訂 液壓缸的額定壓強的要求。 5.1.2 負載分析 （a）、機構在理想狀態(tài)下受力情況及其變化情況進行分析如下： ①、在1 位置時。此時接觸輪與凸輪的轉動中心線所組成的 平面與水平面的夾角為 0 度，凸輪的徑向力為 100 N ，因而作用在 c 點桿件上 的反作用力F2=100N。其受力圖如圖5-2 所示。從上圖可以看出，力F2 給與桿 件一個相對于轉動點e 的順時針方向的轉矩M2=100*220/1000=22N/m =

63、100 圖5-2、1 位置受力分析圖 因而，液壓缸得相應的給予一個相對于轉動點e 的 逆時針方向的轉矩M1,并使得M1=M2 又ef 的長度為１００mm，因而力F1=M1/ ef L =22/0.1=220N ②、在２位置時。此時接觸輪與凸輪轉動中心所組成的平面與水平面方向有 一定的夾角，因而點c 處的力的方向與水平方向也有一定的夾角，從而水平方向 上的分力將發(fā)生變化，成變小的趨勢。下圖為２位置時受力分析圖和位置示意圖 如5-3a 所示。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書（論文） 圖5-3a、2 位置分析圖 在這兩圖中，∠１為∠hig＝∠fig，∠２為∠abo，此時仍然假定液壓缸的 推力為２２０N，即圖 6-3b 中的力 Fb＝２２０N，由圖 6-3a 可以知道 ∠aeb≥ ∠aob，又∠aob 的角度值很小，趨近于零，所以可以近似地認為∠aeb＝∠aob。