開題報告-鋼球砂帶磨削機設計

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畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 鋼球砂帶磨削機設計 學 院 機械學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號 姓 名 指導教師 定稿日期： 年3月5 日 鋼球砂帶磨削機設計 1 選題背景及其意義 軸承是國家重大技術裝備的關鍵零部件，目前轎車、高鐵、風電、精密機床主軸配套軸承等高端軸承一直是中國軸承行業(yè)的軟肋，長期依靠進口。由于我國軸承工業(yè)發(fā)展跟不上，強力拉動了軸承的進口。如在高速鐵路的大發(fā)展中，時速200公里以上的動車組用軸承全部為進口，國內(nèi)目前能滿足只是160公里左右的機車軸承。 雖然少部份國內(nèi)企業(yè)可以制造業(yè)時速200公里級別的動車軸承，但相關采購部門還是會采用進口部件，我國高端軸承領域前景堪憂。 而軸承中的球軸承是各類機械裝備的重要基礎件，而鋼球又是球軸承的關鍵零件，大量實驗表明，鋼球占影響球軸承噪聲全部因素的60%，軸承失效因鋼球破壞的比例達58.5%（國外僅占23.4%），這就客觀地說明了鋼球在軸承中的重要性。 目前，我國現(xiàn)代科學技術正日新月異地發(fā)展，使得高端機械裝備的需求量迅速增長，對機械零部件的制造精度也提出了越來越高的要求，市場迫切需要大量高性能、高精度的軸承投放，以滿足各行業(yè)的需求.軸承行業(yè)的高速發(fā)展，也帶動了鋼球生產(chǎn)的發(fā)展與提高，特別是行業(yè)經(jīng)過六五，七五，八五，三期技術改造后，鋼球生產(chǎn)無論在產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)工藝及裝備水平等方面都上了一個新臺階。 但是，受技術與設備的限制，我國生產(chǎn)的鋼球無論是加工精度還是能源的損耗，都與國外先進水平相差很遠.我國現(xiàn)在使用的高精度G3級鋼球，主要還依賴進口.G3級鋼球可廣泛應用于精密儀器、先進武器中的高精軸承中?？梢哉f，能否實現(xiàn)批量生產(chǎn)G3級鋼球直接關系到我國裝備制造業(yè)乃至國防工業(yè)的快速發(fā)展。 而“光球”作為球軸承中鋼球生產(chǎn)工藝中一個非常重要的環(huán)節(jié)，其加工質(zhì)量和效率對提高球軸承的質(zhì)量有重要意義。 本課題在理論研究的基礎上，以開發(fā)綠色、節(jié)能、高效的軸承鋼球光球設備為目標，有助于提升我國鋼球生產(chǎn)能力，使我國高精度鋼球磨削設備實現(xiàn)自給，從而使鋼球產(chǎn)品質(zhì)量達到國際先進生產(chǎn)水平，打破外國壟斷和技術封鎖，解決高價進口鋼球的問題，為企業(yè)和社會創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益.本課題的研究也是全國滾動體行業(yè) “十一?五”技術攻關的首項任務，具有很強的現(xiàn)實意義。 2 文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 國內(nèi)對光磨、硬磨、研磨機理的研究正逐漸深入：1981年，光球機理研究小組的顏世一，譚達洲等人指出光球運動可以分解為自轉和公轉，認為光磨是一種固定金屬磨粒磨削，其“自銳性”是由于疲勞磨損而獲得。國內(nèi)還有人研究了光球磨削的微觀機理，分析了磨粒在鋼球表面的微觀運動規(guī)律.李茂龍討論了球體在直圓弧槽和曲圓弧槽中的滾動規(guī)律，得出了接觸弧長和阻力矩的計算公式。湘潭大學的朱晨建立了同軸三盤研磨方式的鋼球研磨運動學方程及研磨跡線理論，并闡述了三盤研磨的力學特性.后來國內(nèi)很多高校對四軸球面研磨技術、錐形研磨方式、超聲波振動研磨技術、磁性流體研磨技術等新型高精度研磨技術做了大量的研究，取得了不錯的成效。目前，我國軸承鋼球制造仍以單機為主，且多采用傳統(tǒng)的電氣控制。而國外著名的軸承公司都在進行磨削自動線連續(xù)生產(chǎn)的研究。國內(nèi)少數(shù)企業(yè)想引進這些關鍵的磨削制造設備，但由于價格昂貴，設備折舊成本過高而紛紛作罷.面對日益增長的國內(nèi)外兩個市場的需求，軸承行業(yè)迫切希望能獲得大量性能穩(wěn)定可靠、高精度的軸承鋼球磨削設備?！肮馇颉弊鳛殇撉蛏a(chǎn)工藝中一個非常重要的環(huán)節(jié)，假如能夠從根本上得到改進甚至創(chuàng)新，對我國球軸承質(zhì)量的提高意義非凡。 在調(diào)研中還發(fā)現(xiàn)，國外鋼球生產(chǎn)傾向于“以磨代光”，逐步淘汰了光球工藝.因此將砂帶磨削工藝引入鋼球光磨加工是大勢所趨.英、美、日、俄等國的鋼球企業(yè)對球坯不同部位的形狀分別作了改進并進行了大量的試驗研究工作.60年代末，日、美、英、法、俄等國家先后采用光磨工藝取代了“原銼削+軟磨”老工藝，并相繼出臺了各自的光磨機設備.日、德、英、俄等國普遍采用了保護氣氛加熱工藝、鋼球表面強化處理等鋼球制造新工藝.70年代末原蘇聯(lián)對固定精研盤的形狀做了改進，后來國外很多軸承廠都對研磨盤做了正壓偏溝試驗。日本先后發(fā)展了磁流體研磨技術、同軸三盤研磨技術、磁浮研磨技術以及批量生產(chǎn)的超細樹脂砂輪鋼球精磨技術。目前，國外鋼球加工設備的發(fā)展趨勢是追求高效率、高精度、質(zhì)量穩(wěn)定性好和自動化程度高。 隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，我國對高端機械裝備的需求量也在高速增長，市場迫切需要大量高性能、高精度軸承投放，以滿足各行業(yè)的需求.我國“十一?五”規(guī)劃制定了軸承行業(yè)的發(fā)展總目標：到2010年，軸承產(chǎn)量達到80億套，銷售額840億元，按85%為球軸承計算，軸承鋼球配套需求量達到920億粒.軸承出口量達到40~42億套，出口創(chuàng)匯25億元.因此節(jié)能、環(huán)保、創(chuàng)新、使用的設備必將受到人們的青睞。而本設備使用的砂帶磨削鋼球，在加工工藝與理念上都與傳統(tǒng)的加工方法有很大的改進，一經(jīng)實現(xiàn)必然會有很廣闊的市場。 3 研究內(nèi)容 本課題的研究以現(xiàn)有光球機床的缺陷以及現(xiàn)有砂帶磨床的結構、工作原理，提出新的加工工藝，并設計全新的鋼球砂帶磨削機床.具體研究內(nèi)容如下： 1）研究現(xiàn)有設備的結構、生產(chǎn)工藝，提出設計方案；本課題通過參考現(xiàn)有砂帶磨床的磨削原理與結構，實現(xiàn)鋼球從冷鐓件到光球的加工； 2）動力及傳動系統(tǒng)確定； 3）進料系統(tǒng)的確定； 4）壓磨板升降系統(tǒng)的確定； 5）完成鋼球砂帶磨削機整體布局的設計和二維裝配圖與零件圖的繪制； 6）整理相關資料，編寫說明書。 4 研究方案 研究方案的確定砂帶磨削的基本原理如圖4-1所示。 圖4-1 砂帶磨削原理圖 兩砂帶平行配置，鋼球運動為“不變相對方位”的滾轉，球坯磨削區(qū)域為一環(huán)帶，如圖4-2所示。 圖4-2 平行砂帶磨削效果示意圖 為了使鋼球表面任何一個區(qū)域都能參與磨削加工，鋼球必須做“變相對方位”運動，即鋼球除了繞著X軸滾轉之外，還必須增加繞著Y軸的樞轉，這可以通過增加鋼球繞與X軸成θ角的P軸轉動來實現(xiàn)，如圖4-3所示。 圖4-3 全方位鋼球磨削示意圖 為了使鋼球能夠做變相對方位運動，本課題設想了以下三種方案： 1）旋轉阻尼板式砂帶磨削方案； 2）角度式配置式砂帶磨削方案； 3）螺旋進料式砂帶磨削方案。 旋轉阻尼板砂帶磨削方案如圖4-4所示，其運動原理是上下砂帶的相對平行運動使得鋼球有一個方向的運動，旋轉阻尼盤的存在使得鋼球有另一個方向的運動，兩個運動合成可以使鋼球全部表面均可以被磨削到，從而達到預期的目標.此方案結構比較簡單，預期的運動過程比較容易實現(xiàn)，可以實現(xiàn)自動化連續(xù)加工，效率比較高。通過對鋼球的運動分析可以得出鋼球的表面均可以被磨削到并且比較均勻，精度比較高。但阻尼板磨損比較厲害，需要定期更換；阻尼板磨損后會使加工精度降低，影響鋼球的加工質(zhì)量。 圖4-4旋轉阻尼板式砂帶磨削方案圖 圖4-5角度式配置式砂帶磨削方案圖 互成角度型砂帶磨削方案如圖4-5所示，用相互平行的隔板將鋼球隔開，上下砂帶互成一定角度，上面的壓磨板采用平面式，下面的開有凹槽.運動時上下砂帶以一定的夾角相向運動.上面的砂帶給鋼球提供一個方向的運動，隔板提供另一個方向的運動，兩個運動合成達到磨削鋼球整個表面的目的.此方案加工效率高，易實現(xiàn)連續(xù)加工，上面采用平面式壓磨板可以降低運動時的摩擦力，但較方案一結構設計稍復雜。 螺旋推進式砂帶磨削方案如圖4-6所示，采用蝸桿機構，將蝸桿的齒槽加工成與要加工鋼球半徑相同的弧狀，蝸桿下方放置砂帶、隔板、壓磨板.通過蝸桿的轉動帶動鋼球轉動，壓磨板的凹槽方向使得鋼球向前運動以達到磨削表面的目的.此方案可以實現(xiàn)連續(xù)加工，需要提供的動力相對較小，但加工效率低，機構設計復雜，同時蝸桿較容易磨損，需要定期更換，成本較高。 圖4-6 螺旋推進式砂帶磨削方案圖 綜合以上對比，從磨削鋼球均勻的程度以及所達到的精度考慮，并結合機床結構、加工效率、節(jié)能環(huán)保等方面最終確定選用方案一。 4.1 動力及傳動系統(tǒng)確定 由于在磨削過程中，需要電機提供的克服磨削鋼球阻力的轉矩并不是很大，故所選的電機的功率也不大。如果采用一個電機和中間傳動裝置來帶動砂帶運動，必然會增大機床制造成本，機構上也會很復雜。故采用兩個電機分別帶動上下砂帶運動，大大優(yōu)化了機床的結構，降低了制造成本。與齒輪傳動相比，帶傳動的主要優(yōu)點是：帶具有彈性，可以起到緩沖、吸振的作用，可以使傳動變的比較平穩(wěn)；當傳動過載時，帶在帶輪上打滑可以防止其他零件的破壞，保護原動機；結構簡單，成本低。本砂帶機砂帶運動方式比較固定，且需要很短時間從靜止運動到高速，故適合采用V帶直接帶動滾筒轉動傳動，圖4-7為動力及傳動系統(tǒng)結構簡圖。 圖4-7 動力及傳動系統(tǒng)結構簡圖 4.2進料系統(tǒng)的確定 自動進料系統(tǒng)，加工時，將鋼球冷鐓件放入震動料斗中，通過輸料管把毛坯送入旋轉盤，旋轉盤旋轉將鋼球帶入砂帶進行磨削。由于輸送盤下方的輸送管到旋轉盤的距離小于鋼球的直徑，故鋼球毛坯只能落入旋轉盤上預定的加工孔內(nèi).轉盤是通過其下方的電機帶動轉動，同時通過同步帶帶動另一個旋轉盤轉動。在加工時，上下兩個砂帶提供兩個方向的運動與旋轉盤的圓周運動相結合可以使鋼球的各個表面均可被磨削到。鋼球被磨削完畢后，拉動箱體的滑塊，使鋼球落進下料箱中，由于下料箱內(nèi)部地面是個斜面，拉動箱體前面的封門可使鋼球落入預置的容器中。下料箱分為兩個部分，分別接受上面兩個旋轉盤加工好的鋼球，從而可以磨削不同精度的鋼球，圖4-8為進料系統(tǒng)結構簡圖。 圖4-8 進料系統(tǒng)結構簡圖 4.3壓磨板升降系統(tǒng)的確定 壓磨板的上下移動是通過升降機構來實現(xiàn)的。壓磨板固定在升降機構的移動塊上，升降時只需要轉動手輪，通過錐齒輪使絲杠轉動，實現(xiàn)沿著套筒的中心方孔上下移動，從而帶動壓磨板上下移動，圖4-9為壓磨板升降系統(tǒng)簡圖。 圖4-9 壓磨板升降系統(tǒng)簡圖 5 進度計劃 2015年2月~ 2015年3月：收集資料，確定設計系統(tǒng)總體方案，撰寫開題報告及開題報告答辯。 2015年3月~2014年4月：設計計算、圖紙繪制、畢業(yè)設計論文初稿。 2015年4月~2014年5月：論文修改，圖紙修改。 2015年5月~ 2014年6月：準備畢業(yè)答辯。 參考文獻 [1] 陳來三.鋼球磨球機砂輪修整技術改進及應用.軸承.2003 [2] 薛喆，傅蔡安，張韜.鋼球磨削的微觀機理.江南大學學報.2009 [3] 薛喆，傅蔡安，張韜.鋼球磨削機理研究.機械設計與制造.2010 [4] 王賢，傅蔡安.鋼球球坯成型工藝參數(shù)的優(yōu)化.江南大學學報.2009. 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