畢業(yè)論文（設(shè)計） 砂帶拋光機床的設(shè)計

1、畢業(yè)論文設(shè)計 砂帶拋光機床的設(shè)計 畢 業(yè) 設(shè) 計論文說 明 書題 目： 砂帶拋光機床的設(shè)計 姓 名： 編 號： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2021 年 5 月 20 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文辯論委員會記錄 系 專業(yè)，學(xué)生 于 年 月 日進行了畢業(yè)設(shè)計論文辯論。設(shè)計題目： 專題論文題目： 指導(dǎo)老師： 辯論委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計論文材料，根據(jù)學(xué)生辯論情況，經(jīng)辯論委員會討論評定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計論文成績?yōu)?。辯論委員會 人，出席 人辯論委員會主任簽字： 辯論委員會副主任簽字： 辯論委員會委員： ， ， ， ， ， ， 目錄摘要1目錄1第一章 引 言31.1 拋光在現(xiàn)代加工工藝中的重要

2、性31.2 拋光的分類31.3國內(nèi)外凸輪軸拋光機床的開展現(xiàn)狀31.4本次所設(shè)計拋光機的特點及有關(guān)說明4第二章 工藝分析52.1確定工藝方案52.1.1 第一種方案，采用砂輪磨床進行拋光。62.1.2 第二種方案，采用砂帶拋光機床進行拋光。72.2擬定夾具方案92.3 擬定砂帶拋光裝置的結(jié)構(gòu)方案102.3.1 國內(nèi)外砂帶拋光機現(xiàn)狀及分析102.3.2 結(jié)論12第三章 確定機床主要技術(shù)參數(shù)133.1確定主參數(shù)133.2其他參數(shù)確實定133.2.1確定主軸的轉(zhuǎn)速133.2.2確定切削數(shù)據(jù)143.2.3確定主運動電動機的功率153.2.4確定砂帶拋光裝置電動機的功率16第四章 機床的總體布局174.1

3、 運動的分配174.2機床的傳動形式174.3 機床的支承形式184.4 機床總聯(lián)系尺寸圖18第五章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計195.1工況分析195.1.1 運動分析195.1.2 負載分析205.1.3 運動行程分析與計算235.1.4 結(jié)論235.2擬訂液壓系統(tǒng)工作原理圖245.3液壓元件的選擇與計算245.3.1 液壓泵的選擇245.3.2 液壓泵電動機確實定與選擇255.3.3 液壓油的選用255.3.4 確定液壓缸的主要參數(shù)265.3.5活塞桿直徑的選定與校核275.3.6其它元件的選用與計算275.4系統(tǒng)性能驗算305.4.1 傳動路線中的壓力損失305.4.2 確定液壓泵工作壓力315.

4、4.3 液壓系統(tǒng)的效率325.5系統(tǒng)的可行性驗證325.6 支撐件及導(dǎo)軌設(shè)計32參考文獻33致 謝341.1 拋光在現(xiàn)代加工工藝中的重要性拋光是一種應(yīng)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外表質(zhì)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外表質(zhì)量的日益提高決定的。它是對零件外表進行的光飾加工，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，改善零件外表粗糙度，獲得光亮平整的加工外表，增加美觀，提高工件的抗疲勞和抗腐蝕的性能。經(jīng)拋光的的零件外表粗糙度一般可以到達Ra0.4vm。此外，拋光還可以作為一

5、道中間加工工序，為油漆、電鍍等后道工序提供油膜、鍍層附著能力強的外表。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(xué)拋光、電化學(xué)拋光和磁化學(xué)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。而本論文所采用的是帶式拋光。在國內(nèi)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(shù)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(guān)注，他們發(fā)表了相當(dāng)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(zhì)量、品種及規(guī)格不能滿足生產(chǎn)需求、砂帶

6、磨床品種太少等原因，導(dǎo)致在國內(nèi)的砂帶熱沒持續(xù)幾年就寂靜下來了。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(yīng)用范圍小，主要應(yīng)用于棒料、平面等簡單型面的加工，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(yīng)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(yīng)用于汽車的加工中。本次設(shè)計的砂帶拋光機床采用砂帶與接觸輪的接觸應(yīng)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(shè)計方法，因而在相關(guān)尺寸確實定上采用關(guān)聯(lián)比例來確定，具體的尺寸、結(jié)構(gòu)和有關(guān)要

7、求下列圖 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(shè)計，具有較強的針對性，因此屬于專用機床的設(shè)計的范圍。同時由于凸輪軸上凸輪的獨特曲面特性，應(yīng)采用與之相適應(yīng)的加工方法來對其進行加工，其具體的分析如下。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

8、的是獲得較高的外表質(zhì)量，但評價拋光機床的拋光質(zhì)量有這樣兩方面的內(nèi)容：一方面是機床應(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外表粗糙度。對于一般的圓柱工件來說，保證尺寸公差是較容易的，因為工序中為拋光工序留有適當(dāng)?shù)膾伖庥嗔?，而這些拋光余量那么可根據(jù)拋削量制定。 其次，我們得考慮的是被加工工件的外表形狀，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(zhuǎn)角如圖2-1所示及近年來對加工外表質(zhì)量的要求日趨提高和機床應(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床、刀具、拋光裝置，

9、為了在機床設(shè)計中實現(xiàn)本錢、效率、結(jié)構(gòu)、技術(shù)熟練成度要求等的優(yōu)化設(shè)計，現(xiàn)在可對以下的幾種加工方案進行分析比照，擇優(yōu)采用符合生產(chǎn)實際的加工方案。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(zhuǎn)動速度，可進行較大的磨削進給量，獲得較大的金屬切除率，同時假設(shè)采用小磨粒的砂輪，也可獲得較高的外表質(zhì)量和較低的外表粗糙度，但假設(shè)用在凸輪軸加工中，那么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(fù)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。從其外表曲線來看，凸輪軸上的凸輪曲線由基圓局部和工作段局部組成，而工作段局部那么

10、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)運動平穩(wěn)要求。這些曲線的設(shè)計有專門的要求。對于凸輪的設(shè)計者要要仔細分析凸輪的輪廓、升程值及其一階導(dǎo)數(shù)速度和二階導(dǎo)數(shù)加速度，有時還得分析三階導(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(dǎo)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，假設(shè)對四缸或六缸的凸輪軸進行加工，那么需配備10-14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(dǎo)致設(shè)計的機床相當(dāng)復(fù)雜。2、燒傷燒傷另一有關(guān)的是磨削凸輪軸

11、凸輪的外表質(zhì)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。由于凸輪的基圓局部和工作段局部的周邊速度不一圖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，因而凸輪各局部的金屬切除率不相同，從而由磨削過程中產(chǎn)生的塑性變形而產(chǎn)生的熱量相應(yīng)增多，其熱量的大局部積聚在工件的外表而導(dǎo)致外表局部燒傷。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(yīng)性有限，對于凹入的凸輪沒法加工，或者說加工本錢很高，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(shè)計者感興趣，其凸輪曲線在開放曲線和關(guān)閉曲線處的曲率是負值，在這

12、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(guān)閥門，這樣燃燒更完全，輸出的馬力更大。當(dāng)然在以上的三個問題中對于針對中軸廠的中小規(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、本錢低、操作方便簡單等機床設(shè)計原那么。第一個問題，即凸輪軸的工作節(jié)拍是我們面臨的最為關(guān)鍵的問題，假設(shè)采用與凸輪軸轉(zhuǎn)動同步的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，其較高的技術(shù)難度和本錢，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(yīng)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

13、像塑料、皮革、不銹鋼、陶瓷等外表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)以其獨具的加工特點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“未來的巨人加以評述。下面將對砂帶磨削拋光的有關(guān)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(zhuǎn)動砂帶法和接觸板法。最常用的是帶有接觸輪的轉(zhuǎn)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(yīng)的接觸方式和適當(dāng)?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、砂帶磨削拋光機床的根本部件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

14、改變砂帶的運動方向。皮帶速度為1050m/min，通常取1630m/min，主傳動裝置的功率，在每10mm寬的砂帶上是0.30.7kw。b砂帶張緊裝置。保持磨削及導(dǎo)向時砂帶的適當(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外表粗糙度。當(dāng)增加砂帶拉力時，可提高金屬切除量，但同時也提高了外表粗糙度值和磨料覆蓋層的消耗量。經(jīng)試驗說明，砂帶的張力在68N/mm范圍內(nèi)，在逆磨削時每次行程能切出最大的金屬量。拉緊機構(gòu)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(nèi)更換砂帶。

15、c砂帶導(dǎo)向裝置。這一裝置可設(shè)計成手動或自動的，視具體情況而定，主要起導(dǎo)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砂帶與易損壞的工具如單刃車刀、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(yīng)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200600mm/min。 b 加工外表質(zhì)量高。砂帶磨削時

16、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)定使得外表加工質(zhì)量粗糙度值小, 剩余應(yīng)力狀態(tài)好,工件的粗糙度可達Ra0. 40. 1m ,且外表有均勻的粗糙度。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(yīng)性強。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、拋光外表

17、、消除板坯外表缺陷、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。除了有各種通用、專用設(shè)備外, 設(shè)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(shè)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)那么外表等的精密加工。 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(shè)備簡單, 操作平安, 使用維護方便, 更換砂帶和培訓(xùn)機床操作人員花費時間較少。由上面兩加工方案的優(yōu)缺點的比照可知，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。對于特定的加工工件，下面以中原軸件廠提供的

18、六缸凸輪軸為例，如圖24所示，此六缸凸輪軸中的加工外表為1中的十二個進排氣凸輪面、2中的六個凸輪軸軸頸和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(yù)留的局部，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。圖24六 缸凸輪軸十二個進排氣凸輪 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(jié)構(gòu)方案2.3.1 國內(nèi)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

19、軸的砂帶拋光機床一直采用“靠模頂拋式結(jié)構(gòu)，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外表上，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，通過連桿，拋光爪即沿工件做仿形運動，砂帶即把工件外表拋光。使用此類機床必須保證以下兩點：第一，在安裝工件時，應(yīng)使工件外表的某一點A與靠模對應(yīng)的某一點A在同一平面內(nèi)，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(zhuǎn)。在實際工作中，傳動誤差與安裝誤差總是存在的

20、，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(yīng)點的極座標值不一致，最終導(dǎo)致拋光時砂帶與工件外表接觸力不穩(wěn)定，影響了拋光質(zhì)量?！翱磕ｍ敀伿缴皫伖鈾C的另一缺點是：連桿尺寸大，質(zhì)量也大，運動時會產(chǎn)生較大的發(fā)動，特別當(dāng)連桿的兩端靠近凸輪尖端部位的升回程外表時，連桿將獲得最大的動量變化值，使凸圖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、回程外表的拋光壓力不均勻，因而影響拋光質(zhì)量即當(dāng)拋光爪處于凸輪回程面時，較大的連桿動量值由于慣性的作用，迫使拋光爪離開凸輪外表或者使工件與拋光爪之間的壓力降低，也就是砂帶與工件外表脫離接觸或壓力降低，而當(dāng)拋光爪

21、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外表的壓力。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(jié)構(gòu)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(nèi)穿過，再與工件外表接觸，工件每旋轉(zhuǎn)一周，砂帶兩次拋削工件外表，工作效率是“靠模頂拋結(jié)構(gòu)的兩倍?！氨伣Y(jié)構(gòu)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、回程外表的拋光質(zhì)量均

22、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。圖2-7 “抱拋機構(gòu)圖氣缸 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖、主動輪 、擺動液壓缸 、張緊輪 、拋光頭、鉸鏈傳動機構(gòu) 、輔助輪 、砂帶 、加工工件2.3.2 結(jié)論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(shè)計的“三化，即系列化、通用化、標準化的原那么，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，同時為降

23、低運行本錢，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)同等控制效果的根底上，既能簡化機床又降低機床的制造本錢、運行本錢和維護本錢等，具有較強的現(xiàn)實可行性。第三章 確定機床主要技術(shù)參數(shù) 由于此機床專為凸輪軸的拋光工序而設(shè)計，同時又具有一定的可調(diào)節(jié)性，因此也可定義為可調(diào)凸輪軸拋光專用機床。下面將確定其主要技術(shù)參數(shù)如下。3.1確定主參數(shù) 由于本次設(shè)計的機床為針對具體的凸輪軸而設(shè)計，因此我們的主參數(shù)和根本參數(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52.5mm837mm和我們所設(shè)計的機床形式臥式相結(jié)合，利用相似類比的方法參照?機床設(shè)計手冊 3 部件、機構(gòu)

24、及其總體設(shè)計?的普通機床參數(shù)的表71-88，將其設(shè)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(zhuǎn)直徑 D mm 500拋光機構(gòu)上的最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm100最大工件長度 由于本機床為特定工件的特定工序而設(shè)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(zhuǎn)速一般取020m/min的轉(zhuǎn)速及實際凸輪外表質(zhì)量的要求不是太高，其外表粗糙度Ra的取值為0.412.5um。因此可根據(jù)下面的公式： 轉(zhuǎn)/分 3-1 式中：選定的切削速度米/分； d刀具直徑或工件直徑毫米；在這里選取020m/min的中間值15m/min的轉(zhuǎn)速和工件的變化范圍為30100mm可確定主軸的轉(zhuǎn)速的變化范

25、圍，進而初步確定一適當(dāng)?shù)闹鬏S轉(zhuǎn)速值。在一定的情況下可獲得主軸的極限轉(zhuǎn)速。當(dāng)d取小值30mm時可得最大極限轉(zhuǎn)速 159.2轉(zhuǎn)/分 當(dāng)d取100mm時，那么可獲得最小極限轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)/分 因此，可初步取其中間值 64轉(zhuǎn)/分來驗算工件直徑在30100mm內(nèi)的轉(zhuǎn)速，由公式3-1可得工件切削速度： m/min 3-2 當(dāng)d取小值30mm時可得最低工件切削速度： m/min 當(dāng)d取大值100mm時可得最高工件切削速度： 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4480mm，為使給定的凸輪軸最大直徑最大長度為52.5mm837mm，即六缸發(fā)動機凸輪軸加工時能處于最正確的加工狀態(tài)，即152

26、0m/min。因此，最終取主軸轉(zhuǎn)速為 60轉(zhuǎn)/分。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因為在砂帶機床中一般取50300，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外表粗糙度取較小一點的值100。對于其切向分力，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 50N 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(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力值，即可調(diào)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

27、各個外表粗糙度值。 同理，機床的橫向進給為手動調(diào)節(jié)，因而無需確定，在生產(chǎn)中根據(jù)實際需要手動調(diào)節(jié)即可。 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(dǎo)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 3-3式中： 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； 空載功率千瓦；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 3-3a 式中： 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50200，所以這里可取較大值 10公斤

28、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。這里取最正確切削速度15米/ 分。千瓦 而計算載荷附加功率的公式為： 3-3b 式中： 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： 3-3c 此時，式3-3c中的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6140來初步擬定為1.5。同時又因為機床的主運動為回轉(zhuǎn)運動，因而取較大一點的效率值，代入式3-4d中得：千瓦 因此電機的額定功率： 3-3d對連續(xù)工作的機床，取k為1.0，那么千瓦 最后，由于本機床在設(shè)計時采用模塊化設(shè)計的方法，為給機床功能改造和將來的擴展留有一

29、定的預(yù)留功率，因此在這選用2.2的主電動機。由于具體的砂帶拋光機構(gòu)的具體尺寸和偏角需在拋光機構(gòu)設(shè)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?中的寧波高等專科學(xué)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(shè)計315010主傳動裝置的取值范圍0.30.7kw/10mm，按寬度取，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(xué)出版社出版的吳相憲等主編的?實用機械設(shè)計手冊?頁表11-1，選Y90s-4型號的電動機，其額定功率為1.1kw，滿載轉(zhuǎn)速為1420r/min 機床的

30、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(zhuǎn)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(shè)計的小件承當(dāng)運動的原那么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：即工件承當(dāng)相對于砂帶運動方向反方向的轉(zhuǎn)動運動，此運動從主軸箱的主軸獲得；砂帶做相對于工件轉(zhuǎn)動反方向的獨立運動，此運動由單獨的動力源供應(yīng)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，那么由恒壓的液壓系統(tǒng)提供恒定的外力伴隨工件的轉(zhuǎn)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

31、床的運動分配示意圖在此機床的設(shè)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(shè)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、主電動機與主軸箱及砂帶與各傳動輪的帶傳動。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、“形柱形支承。3、“形倒丁字形支承。4、“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?？刹捎谩耙恍我蛔中沃С泻汀靶沃沃С校珵榱瞬僮鲿r裝夾方便、簡化機床等決定采用“一形一字形支承的機床，也

32、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43 機床聯(lián)系尺寸圖第五章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計為了能夠設(shè)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(gòu)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工件時，能隨工件的轉(zhuǎn)動提供一個理想恒定的隨開工作壓力。下面將對機構(gòu)進行運動分析和負載的分析以便確定所設(shè)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(shè)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

33、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排氣凸輪、50.7mm44mm吸氣凸輪，因而在拋光加工前的凸輪尺寸大概為52mm45mm為主，選定其加工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(gòu)根本成對稱分布，其運動規(guī)律和受力情況根本一致，只是時間上的先后差異，拋光機構(gòu)上的桿件和接觸輪整體轉(zhuǎn)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

34、始位置，這樣當(dāng)凸輪軸上的凸輪局部轉(zhuǎn)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(zhuǎn)一偏角dec，又桿件ad和桿件def為固定連接，因而其偏轉(zhuǎn)角與桿ad相同，即圖5-1、運動位置分析示意圖 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，因為接觸輪與凸輪外表在拋光過程中始終相切，此時由于接觸輪繞e點的轉(zhuǎn)動，因而會導(dǎo)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(gòu)的往外偏轉(zhuǎn)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

35、載分析a、機構(gòu)在理想狀態(tài)下受力情況及其變化情況進行分析如下：、在1位置時。此時接觸輪與凸輪的轉(zhuǎn)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，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(zhuǎn)動點e的順時針方向的轉(zhuǎn)矩M2 100*220/1000 22N/m圖5-2、1位置受力分析圖因而，液壓缸得相應(yīng)的給予一個相對于轉(zhuǎn)動點e的逆時針方向的轉(zhuǎn)矩M1,并使得M1 M2又ef的長度為mm，因而力F1 M1/ 22/0.1 220N、在位置時。此時接觸輪與凸輪轉(zhuǎn)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

36、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。下列圖為位置時受力分析圖和位置示意圖如5-3a所示。圖5-3a、2位置分析圖在這兩圖中，為higfig，為abo，此時仍然假定液壓缸的推力為N，即圖6-3b中的力FbN，由圖6-3a可以知道 aebaob，又aob的角度值很小，趨近于零，所以可以近似地認為aebaob。由于dab也較小，因而可認為線段ab的長度為7mm，那么aeb 2arsin°所以aob°，這里假定1°來估算力Fd及力Fc的大小及變化。由5-3b圖5-3b、2位置受力分析圖可知： Fb 220 N,那么F3 100 N Fd

37、 F3cos2 100cos1.8 99.95 N Fc F3sin2 100sin1.8 3.14 N因而在水平方向上F F2-Fd 100-99.95 0.05 N 在垂直方向上F 0-3.14 -3.14 N由于其值都很小，因而在水平方向和垂直方向上根本可以看作是恒定的工作壓力水平方向僅為，而垂直方向相對與工件的自重那么更是微乎其微了因此，在不考慮自身重力的理想狀態(tài)下，液壓缸應(yīng)提供的力應(yīng)為： 220 N但由于拋光裝置是橫置的，同時桿件和活塞皆為有一定質(zhì)量的元件，因而還的考慮其重力的影響。b、考慮重力狀態(tài)下的受力分析由于拋光機構(gòu)為橫置，故桿件的兩端重力差將產(chǎn)生的一定方向圖5-4、受力分析圖

38、1、桿件左端 2、桿件右端 3、接觸輪 4、5、兩導(dǎo)向輪的轉(zhuǎn)矩，現(xiàn)在對起機構(gòu)的重力分布情況進行了初步的估算，其大致情況如圖5-4所示：設(shè)G1作用點到e的距離為ef/2 50mm；G2作用點到e的距離為右邊長度的一半，即為150mm；所有構(gòu)件皆按鑄鐵材料來計算，此時 7.9g/；而3輪的尺寸直徑厚度為60mm50mm，4、5輪的尺寸直徑厚度為40mm30mm，銷的尺寸直徑長度為10mm50mm；因此 左邊的質(zhì)量 m1 v1 7.91020210 158g右邊的質(zhì)量 m2 v2 7.91020300+30+220*2030+2205030+155030+5*5503/1000 2484g所以M 2

39、484150-15850 10/ 1001000 所以 M/ef 3650/100 36.5 N由于在液壓缸的工作過程中還存在摩擦力等的影響，因而液壓缸提供的力F+ 256.3 N5.1.3 運動行程分析與計算由前面的分析可知，在每個凸輪的加工過程中偏轉(zhuǎn)角的變化很小，在桿件的軸向方向上的差值不大，因而可以進近似地將圓弧看成水平直線來分析，這樣工件在水平方向上的液壓缸的工作行程可用圖5-5來近似計算；拋光機床的加工范圍為30100mm。即X 70/2 35mm，由圖可知桿件在1和2位置所組成的圖形是成相似三角形的，因而相應(yīng)邊的比值相等，即所以 mm圖5-5、機構(gòu)上桿件偏轉(zhuǎn)極限示意圖圖5-6、工作

40、循環(huán)圖5.1.4 結(jié)論經(jīng)過上述的分析和估算，對所設(shè)計的液壓系統(tǒng)可提出以下的幾個設(shè)計要求：、所設(shè)計的液壓系統(tǒng)提供的壓力為相對恒定的穩(wěn)壓系統(tǒng)，其提供的推力應(yīng)不低于256.3N。、所設(shè)計的液壓系統(tǒng)的單邊工作行程應(yīng)大于15.9mm。、所設(shè)計的液壓系統(tǒng)中的活塞桿能繞桿件的f點小角度的偏轉(zhuǎn)。、液壓系統(tǒng)的工作控制循環(huán)如圖5-6所示，并能實現(xiàn)實時的起?？刂啤Ｔ诰C合考慮第一局部的設(shè)計要求及相關(guān)液壓系統(tǒng)、液壓元件的性能和特性后，可采用如圖5-7所示的調(diào)壓液壓系統(tǒng)為系統(tǒng)智能符號圖。圖5-7 拋光機床液壓系統(tǒng)圖1、固定液壓缸 2、轉(zhuǎn)動活塞桿及活塞 3、電磁換向閥 4、抱拋機構(gòu)桿件 5、溢流閥 6、油管 7、電動機 8

41、、濾油器 9、油缸 10、葉片泵 11、單向閥 12、壓力表 13、液壓缸復(fù)位彈簧由于系統(tǒng)所要求的工作推力條件不高，即只需大于256.3+N，在液壓缸的工作壓力及尺寸上沒有任何附加的條件。因而，在設(shè)計本液壓系統(tǒng)時采用了選定液壓泵后再設(shè)計相關(guān)的元件的設(shè)計方案來設(shè)計本系統(tǒng)，并在最后對其有關(guān)參數(shù)進行驗證和計算。5.3.1 液壓泵的選擇查?機械設(shè)計手冊?4、液壓、氣壓系統(tǒng)設(shè)計及機床現(xiàn)代設(shè)計方法，選表8.3-7中的BB-B4型擺線內(nèi)齒輪泵。因為該型號的泵具有結(jié)構(gòu)簡單、輸油平穩(wěn)、噪音低、良好的高速性能等特點。適用于低壓液壓系統(tǒng)，價格也較廉價。該型號的齒輪泵的主要參數(shù)如表5-1。表5-1BB-B4型擺線內(nèi)齒

42、輪泵主要參數(shù)表流量L/min 4壓力MPa2.5轉(zhuǎn)數(shù)r/min1500壓力振擺MPa容積效率 % 驅(qū)動功率 kw 0.255.3.2 液壓泵電動機確實定與選擇由上邊參數(shù)表中的驅(qū)動功率和轉(zhuǎn)速，可查吳相憲、王正為、黃玉堂主編的實用機械設(shè)計手冊P163頁表11-1Y系列三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)，選Y-4型號的三相異步電動機，額定功率為0.55kw。5.3.3 液壓油的選用為了在滿足系統(tǒng)要求的前提下，選用適宜的液壓油還得考慮所選油的價格性能比問題。由于所設(shè)計的系統(tǒng)的液壓泵的額定壓力僅為2.5MPa，而且工作壓力取得更低，為1 .0MPa左右，故屬于低壓系統(tǒng)。而在通常的機床低壓液壓系統(tǒng)中，一般都采用10號

43、、20號、30號機械油、8號柴油機油，及22號、30號汽輪機油等。在這系統(tǒng)中，考慮壓力低和通用性及價格性能比等，系統(tǒng)在春、冬季由于溫度較低選用粘度較低的10號機械油，夏、秋季選用粘度較高的20號機械油。查上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版的?液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊?P1022頁表12-6得到這兩種油的主要性能參數(shù)如表5-2所式。表5-2GB443-6410號機械油20號機械油運動粘度cSt7131723恩氏粘度°E2.63.31酸值mgKOH/g0.140.16灰分%0.0070.007水溶性酸和堿無無機械雜質(zhì)%0.0050.005水分%無無閃點°C165170凝點°C-15-15

44、5.3.4 確定液壓缸的主要參數(shù)a初選液壓缸的工作壓力根據(jù)所選的液壓泵的額定壓力為2.5MPa，令回路的壓力損失為P 0.5 MPa，取系統(tǒng)總效率 60%，綜合參考王裕清等主編的?液壓傳動與控制技術(shù)?表4-2和表4-3，初選液壓缸的工作壓力為0.8MPa，液壓缸推力為1000 N。b確定液壓缸尺寸 液壓缸內(nèi)徑由于本系統(tǒng)采用的是單缸雙活塞彈簧復(fù)位液壓缸，因而其油液的作用面僅為無桿的端面，由公式 5-1 得到液壓缸的內(nèi)徑D: 查上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版?液壓傳動設(shè)計手冊?第441頁表6-1 油缸的內(nèi)徑系列參數(shù)JB826-66取最近值D 50mm此時，倒向推算得 P 2000/ 3.14*0.05*0

45、.05/4 1.02 MPa 2.5*0.8*0.6 1.2 MPa因而選用50mm是合理的。液壓缸長度尺寸一般來說，液壓缸的長度L由最大工作行程a、活塞長度b、活塞桿導(dǎo)向長度c、密封長度c及必要時的特殊長度d等局部組成。根據(jù)前面的分析及設(shè)計的特殊情況即單缸雙活塞結(jié)構(gòu)可將其各組成局部的尺寸確定如下：最大工作行程a ： a2倍單活塞工作行程，即為2x 31.8mm ；活塞長度b： b 0.6D 30mm；導(dǎo)向長度c： c 0.6D 30mm由于需要平面上的轉(zhuǎn)動，故取為0.6倍；特殊長度取40mm。 由此液壓缸長度L: L a+b+c 100mm即液壓缸長度 L 100mm。缸筒壁厚首先初取厚度 10mm。那么缸筒內(nèi)徑與壁厚的比值D/ 10,故按公式： 5-2式中：試驗壓力，當(dāng)液壓缸的額定工作壓力時， 1.5； 當(dāng)16MPa時， 1.25； 缸筒材料的許用應(yīng)力； ；為材料抗拉強度，n為平安系數(shù)，一般取n 5。由于一般壓力低于10 MPa的液壓缸大都采用鑄鐵材料制造，這里選用HT350 號灰鑄鐵。查于永泗、齊民主編的?機械工程材料?第五版P132頁表7-4灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能、顯微組織及用途GB9489-1988得 340 MPa。取n 5，那么 10因此，所選缸筒厚度剛度足夠。這里按d 0.5D 取，那么d 0.