1、湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计YL-SRP600 砂光机的设计DESIGN OF YL-SRP600 SANDING MACHINE全套图纸，加 153893706学生姓名： 学 号： 年级专业及班级：07 级机械设计制造及其自动化（5）班指导老师及职称： 湖南长沙提交日期：2011 年 5 月目 录摘 要 1关键字 11 前言 21.1 课题研究的目的与意义 21.2 砂光机国内外研究现状及发展趋势 31.2.1 国外砂光机研究与应用的现状 41.2.2 国内砂光机研究与应用的现状 51.3 未来发展趋势 61.4 课题的设计方案与关键问题及解决思路 71.4.1 设计方案
2、原理图 71.4.2 课题解决的关键问题 81.5 本章小结 92 滑台驱动部分的设计计算 92.1 主动电机减速机的选择 92.2 运动参数及动力参数计算 102.2.1 计算各轴的转速 102.2.2 计算各轴的功率 102.2.3 计算各轴的扭矩 102.2.4 链传动的设计计算 102.2.5 选择链轮齿数 112.2.6 确定计算功率 112.2.7 选链轮的节距 112.2.8 计算链节数和中心距 112.2.9 计算链速 V 确定润滑方式 112.2.10 计算压轴力 122.3 轴的设计计算 122.3.1 按扭矩初算轴径 122.3.2 轴的结构设计 122.3.3 按弯扭复
3、合强度校核 132.4 轴承的选择与校核 142.5 键连接的校核计算 162.5.1 链轮连接键 162.5.2 电机连接键 162.6 联轴器的选择与校核计算 162.6.1 类型选择 162.6.2 载荷计算 172.8 本章小结 173 磨削原理及其技术参数 183.1 砂带磨削的优点 183.2 砂带磨削的磨削原理 193.2.1 砂带砂光机床磨削原理 193.2.2 砂带砂光机床设计预期效果 203.2.3 砂带砂光机床磨头设计及技术参数 213.3 砂带磨削机床分析与研究 223.4 本章小结 234 滚珠丝杠选择与设计 244.1 选 择 滚 珠 丝 杠 理 由 244.2 滚
4、 珠 丝 杠 的 选 择 计 算 254.2.1 确定当量转速与当量载荷 264.2.2 确定预期额定载荷估算 264.2.3 确定滚珠丝杠最小螺纹底静径 274.2.4 确定直线速度和滚珠丝杠的导程 284.2.5 确定滚珠丝杠的长度 284.2.6 确定安装尺寸 294.2.7 确定滚珠丝杠的精度 294.2.8 确定滚珠丝杠两端的安装方式 304.3 本章小结 305 结论 31参考文献 31致谢 331YL-SRP600 砂光机的设计学 生： 指导老师： (湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128) 摘 要：本课题研究的是砂光机的设计，通过收集检索国内外砂光机床发展的相关资料，通过
5、分析现有砂光机结构特点，提出本课题的砂光机设计方案。确定用链传动实现砂光机床沿 Y轴方向的运动，滚珠丝杠传动实现砂光机磨头沿 X 轴方向的运动。根据工况和加工零件的特点选择合适的电机和丝杠，详细完成驱动华泰工作运动链中链的设计计算、链轮的选择、轴的设计与强度校核、滚动轴承的选择与强度校核、及实现运动传递键的选择与强度校核。详细论述砂带砂光机床磨头磨削机理、磨头的工作参数、最后能达到的预期期望。完成滚珠丝杠的选择计算和静强度校核。关键词： 砂带砂光机床；滚珠丝杠；磨削；中密度板；精铣Design of YL-SRP600 sanding machineAuthor:Liu JieTutor:Ch
6、en Zhiliang(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：This research is about the Sanding Machine design. The design is base on the analysis of the structure of Sanding Machine and the latest information at home and abroad. Making sure the motion o
7、f Sanding Machine by chain driving in Y axis and by ball screw driving in X axis. Choosing suitable electric motor accord to the work condition and the characteristic of the parts. Accomplishing the calculation and the design of chain that drive Hua Tai work, choosing suitable chain, the design of a
8、xis, checking the strength of the axis, and choosing suitable ball bearing. Expouding the principle of granding of machine tool, working parameter of abrasive mounted wheel of machine toll so that the machine can reach the expectation.Keywords: belt sanding machine ；ball Screw ；grinding；MDF；precisio
9、n milling21 前言1.1 课题研究的目的与意义MDF（中密度板）出现于 60 年代末期，第一条 MDF 生产线于 1964 年在美国诞生以来，世界各国掀起了中密度板热，仅在 1970 年-1980 年 10 年间 MDF 厂家就增长了 10 倍，1980 年至 1990 年就增长了 3 倍还多，到了 90 年代后期，MDF 还是以强势增长。现在国内外 MDF 生产线竞争日趋激烈，行业的特殊性就决定了该行业生产设备的特殊性，在 MDF 生产线中一个主要的设备就是辊式连续平压机系统。生产连续平压机系统中一个重要的零件加工就是热板加工，热板是一块 长3160mm 宽 2800mm 厚 10
10、0mm 的板材，热板配合精度要求比较高，热板表面质量要求比较高。目前（敦化市亚联机械制造有限公司）热板生产的工艺流程是：对热板毛坯进行火焰切割，减少铣削切削量提高劳动效率，然后在铣床上进行铣削加工得到半成品热板，最后在深孔钻削机上钻孔加工出来油沟等到成品的热板。对整个热板生产工艺的各个环节进行了详细的分析研究，专家组最后发现问题出现在火焰切割这一工艺过程中，火焰切割是用高压的乙炔和氧气的混合气体燃烧产生高温融化金属达到切割金属的目的。火焰切割时温度达到 3000 度以上，切割区和非切割区温度差特别大，切割后在空气中自然冷却，所以在切割的边缘产生残余应力导致热板出现裂纹。为了解决这一问题，经过专
11、家组的研究，我们将工艺流程改变为：首先对热板进行预热处理，火焰切割时保温处理，切割后保温冷却，最后再铣削和钻油沟得到成品的热板。这样出现裂纹的问题虽然解决了，但是同时也出现另一个问题那就是热板的加工工时延长，也就是说热板加工成本提高，不利于提高企业效益，同时还有另一个问题，就是在铣床上铣削加工，虽然是精铣，但也会出现刀痕，整个热板面积比较大，铣削加工时刀具的磨损特别严重，整个热板表面质量不能得到保证。针对上述出现的问题，为了得到高的表面质量，无裂纹合格的热板，需要一台专业砂光机产品对热板表面进行加工，替代铣削加工。调研了市场上现有的砂光机设备，没有合适的设备能满足我们的工艺流程，主要原因是现有
12、的砂光设备加工面不够大，工作行程比较小，不能满足我们的工艺要求，即使这样设备的价格还特别高。因此一台专业的砂光机对公司的热板生产显得特别重要。本课题研究的意义，作为应用生产实践满足工厂现实需求的原始创新设计，将所学的理论知识应用于实践解决实践问题，回归了教育的本质服务生产。更重要的是这台设备研制成功一方面可以解决公司现在机加过程中火焰切割工艺过程中出现的问题，提高企业的生产效率，另一方面可以为3企业节约一笔资金，可以用这笔钱扩大企业再生能力，投入其他设备的研制上，提高亚联在国内外的竞争实力，为国产的连续平压机撑起一片蓝天，提高民族企业在国际上的竞争实力。这种砂光机的设计是一种创造性过程， 对设
13、计者提出了较高的要求，设计人员需要掌握现代设计方法、先进制造技术、专业理论、工艺理论知识，市场运行等方面的知识。更重要的是现场安装调试设备时处理问题的思维方式和解决问题的实践动手能力，且需综合运用这些学科的专门知识和丰富的实践经验， 并通过反复思考、推理和决策， 才能创造出与众不同的、满足自己工厂要求的设计方案来。1.2 砂光机国内外研究现状及发展趋势随着汽车、建材、航空及轻工业的进步和发展，对金属材料和非金属材料特别是难加工材料如不锈钢、钛合金、半导体材料、陶瓷材料等的表面加工质量、精度、完整性等提出了更高要求，若采用传统的车削、铣削等工艺方法难以满足这些要求。而砂带磨削作为一种磨削和抛光的
14、新工艺，是一种质优、高效、低耗的加工方法，已成为精密、超精密加工的有效方法之一，在各行各业发挥着越来越大的作用，现已成为国内外材料和机械交叉学科中引人注目的领域，具有很大的发展潜力。在国际生产工程协会（CIRP）第 44、45、46 届年会上，来自美国、日本、欧洲的与会机械制造专家、学者发表了很多论文，集中体现了 21 世纪初机械制造业发展的特点和趋势。根据年会的信息，强力磨削和砂带磨削都属于 21 世纪初机械制造工艺范围，将在制造业中发挥突出的作用。自上世纪 70 年代以来，经过数十年的发展，强力砂带磨削在国内外尤其是美国、日本、德国等国家得到了迅速发展。不论是强力砂带磨削还是砂带磨削，这里
15、用到的一个载体就是砂光机床，由于磨削理论的逐渐成熟，磨削技术的不断发展，砂光机床的发展成为一个必然的趋势。自从美国第一台带式砂光机的问世数十年来，用沾满尖锐沙粒的砂布制成一种高速多刀多刃连续工具装配砂光机后，砂光机床技术得到了很大的发展。现在砂光机的加工效率甚至超过了车、铣、等粗加工工艺，应用范围普及到各行各业，除了用于金属加工，还用于木材工业，塑料工业和皮革工业等。美国的带式砂光机始终处于高速发展阶段，50 年代初以来，联邦德国一直致力于带式砂光机的研究。日本自 1957 年引进了带式砂光机，1964 年按照美国的资料制造，1968 年日本全国有带式砂光机 400 台，还有荷兰、瑞士、意大利
16、等国的砂光机制造技术近年来都居世界领先地位。1.2.1 国外砂光机研究与应用的现状国外强力砂带磨削应用相当广泛，尤其是美国、日本、英国、德国等国对于强力砂带磨削的应用已有数十年。目前国外的强力砂带磨削的切削速度已达 40mm/ s， 磨4削压力为 100300MPa， 材料切除率可达 737 / min， 加工效率比普通磨削提高3cm了 510 倍。美国 Emerson Electric 公司利用强力砂带磨削齿轮箱平面，加工铸铁的余量达6.36mm， 其生产效率比端铣刀提高 10 倍。美国西屋电气公司用无心砂带砂光机床加工 60 马力的电机转子，每小时高达 1000 件。英国 Grit 公司生
17、产的强力砂带砂光机床，输出电机功率为 715kW， 砂带速度达到 60m/ s， 可以应用于铸铁打磨、钢结构加工及焊缝打磨加工中，对铸铁的材料去除率达 500 / min 。英国生产的一种3cm强力砂带砂光机床可以完成四台铣床的工作量，以往用硬质合金端铣刀加工铸铁轴承体，每件加工时间需要 418min， 采用强力砂带砂光机后，只需要 0.8min，一年可节省加工费用 27000 英镑。英国 Acme Manufacturing 公司在回转工作台砂带平面磨床上安装两个磨头，每小时可加工 1000-2000 件扳手平面，切除余量达 4.95mm。森斯特兰(Sundstrand) 公司的立式砂带砂光
18、机床(四工位粗、精磨削) 加工 380 铸铁缸盖，2m金属切除率达 900kg/ h， 每小时可磨 200 个缸盖，加工尺寸精度可达 0.103mm， 砂带寿命为 8 小时。西德公司研制出的一台强力砂带砂光机床，主电机功率 150kW， 机床全部采用电气控制，加工平面度为 0.1025mm， 尺寸公差为0.1025mm， 平行度为 0.105mm 。另外国外在用强力砂带磨削加工灰铸铁离合器片时，采用聚脂为基底的粗颗粒氧化铝锆砂带，切除深度 2mm，砂带单位宽度金属切除率达到 200 / 3mmm. s， 比传统切削加工方法省时 40 %， 每根砂带可磨削 160 件离合器片。另外用强力砂带磨削
19、对 50 号结构钢进行焊前预加工，最大切削深度达到 11mm， 与铣削相比，加工 1 米长的钢板边缘坡口可节省时间 34 %， 减少刀具费用 20 % 。表 1 国外各类品牌砂带在中国的销售情况Tab 1 All kinds of brand belt of foreign sales in China砂带名称 1999年 2000年 2001年 2002年 2003年美国3M 9. 5 14. 0 20. 0 28. 0 40. 0 韩国高丽 11. 0 18. 5 26. 0 41. 0 60. 0 美国Norton 4. 0 4. 5 5. 5 5. 7 6. 0 日本牛头 3. 2 3
20、. 5 4. 3 4. 7 5. 0 德国VSM 0. 6 0. 8 1. 0 1. 2 1. 6 德国 0. 7 0. 9 1. 0 1. 2 1. 6 注：:连续 5 年的砂带销售量由销售额折算近似得出数据，非厂家公布正式数据。宽带砂光机国外主要厂家有美国怀特公司， 节时者公司， （Timesaver） 基姆伍德（Kimwood）公司等，联邦德国安东（Anthon）公司、博策尔与加士纳遏七（BunchenerGreener）公司、比松（Bison）公司、比飞灵（Butfering）公司、希思5曼（Heesemann）公司， 约翰逊（Johnnson）公司， 意大利的爱司西安（）公司， 迪姆
21、西（）公司， SCB 公司， 公司，荷兰砂霸公司， 瑞士砂特劲公司， 日本丸仲公司， 丸源铁工所、菊川铁工所、名南铁工所、竹川株式会社等。其中意大利公司产品型号很多， 附件较多， 加工厚度最小为， 厚度误差小于 1mm， 加工工件最窄为 20mm， 长度最小为 200mm。砂带张力可自动调节，精砂架可采用大直径低硬度橡胶接触辊， 也可采用分段式气动压带器， 电子程序仪控制， 各段可异步升降或分段升降。用户可选用 Cotfch Bright 精光辊， 真空式工作台， 输送带和砂带实现自动张紧和对中。进料压靴内装有气管， 可防止工件啃伤。1.2.2 国内砂光机研究与应用的现状我国的强力砂带磨削工艺
22、与砂带砂光机床的研究起步较晚，在砂带磨削理论、工艺实验研究及砂带砂光机床研究方面还处于起步阶段，普及和推广应用很不广泛，目前主要应用在铸铁及普通钢件的加工中。近几年来只有少数几家高校和企业开展了强力砂带磨削技术的研究和强力砂带砂光机床设备的制造。湖南大学继 1989 年平面砂带磨削工艺试验后，对该砂带砂光机床进行了改装，改装后一次行程中磨削余量达5mm 左右，实现了铸造毛坯(如 190 型柴油机缸盖、缝纫机台板等) 经一次行程磨成成品的重大突破，代替了过去须经粗铣精铣砂轮磨削平面加工的传统工艺。重庆大学运用强力砂带磨削技术进行锅炉钢板焊缝打磨，一次加工余量达到 5mm， 加工效率比用手砂轮打磨
23、提高 10 倍以上。重庆三磨海达磨床有限公司开发出了用于加工连杆的强力砂带砂光机床，一次行程中可磨削余量达 3mm， 该强力砂带砂光机床在东风神龙公司已使用多年，实践证明连杆小头强力砂带磨削减薄加工新技术是完全可行的，并且是一种比传统刀具切削方法更先进和更经济的新方法。近年来砂带砂光机床发展速度非常快。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，国内已有不少砂带砂光机床设备制造厂、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
24、学和湖南大学等多家科研院所和高校。国内砂带磨削技术的研发奋起直追，也取得了较大的成绩。如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，将这种技术用于计算机硬盘的研抛加工，表面粗糙度可达 Ra 0. 01m 。重庆大学成功地将砂带磨削应用到摆线齿轮磨削中，其下属的高新技术企业三磨海达磨床有限公司拥有6近 20 项国家专利，开发了具有自主知识产权的百余个品种砂带砂光机床设备，其中国际首创连杆端头强力砂带磨削技术，加工产品已用于法国 PSA 公司，取得了显著的经济效益和社会效益。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
25、，国外公司如 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。纵观砂带磨削技术的研究和应用状况，我国与国外发达国家仍存在一定差距，主要表现在以下 5 个方面:(1) 磨削机理及工艺的研究尚不全面和深入。磨削过程中砂带磨粒与工件材料交互作用理论、磨削热、磨削力、磨削温度等的研究，工件材料表面形貌的分析以及磨削参数对磨削效果和砂带磨损情况的研究等方面的工作也刚起步不久 。在实际的生产中，砂带磨削已用于铝合金，但相关文献甚少，在镁合金磨削方面几乎是空白。(2) 砂带品种规格不齐、寿命短，质量有待提高。国内使用最多的是 SiC 和 Al2O3 磨粒，陶瓷氧化铝和金刚石磨料
26、很少，磨粒粒度号较小，限制了砂带在精密和超精密加工中的应用;国外砂带寿命可达 812h，而国内的仅为 24h10，13 。(3) 加工精度有待进一步提高。近年来，国外将砂带磨削已用于精密、超精密加工，精度已达到微米级，表面粗糙度Ra 可达 0. 01 0. 25m， 而国 320 # 砂带其磨削精度仅为 10 20m ，国内砂带砂光机床的切深进给精度较低也严重影响了磨削精度。(4) 新型砂带磨床有待进一步开发。国外砂带砂光机床已与 NC、CNC 等现代化技术紧密结合，有了较大发展，档次也逐渐上升，具有全自动和自适应控制的能力，而我国砂带磨床发展较为缓慢，很多尚处于机床的改装阶段，有待迅速转化为
27、自主创新。(5) 工程化用有待进一步扩展。尽管砂带磨削技术已应用到我国的多个各行业中，如钢管螺旋焊缝抛磨机应用到西气东输，并取得了一定的效益，但离大规模的工程化应用还有一段距离，有待加速产业化的进程，把产、学、研、管有机地结合起来。1.3 未来发展趋势砂光机技术发展到今天，已经系列纵横，品种繁多。目前世界砂光机技术发展的主要趋势是：1)向高精度发展。为提高加工精度，各国都采取了许多措施如提高接触辊的制造精度和调整精度提高输送带式工作台的平度接触辊等回转件都经动平衡矫正采用厚度微调机构，加工厚度采用数字式仪表或经放大显示有的砂光机已能加工0.4mm厚的单板。瑞士“ 砂特劲”牌砂光机的定位精度达0
28、.025mm。2)带向高粗糙度发展。砂带横向摆动方式趋于普遍应用。许多砂光机上采用了电子控制砂带的横向摆动，气垫式压带器，电子控制分段式压带器，采用大直径低硬度7接触辊， 附设精光辊等措施。3)高加工能力发展。为提高砂光效率，有的砂光机上采用大功率电机，高砂削速度(达40m/s)，高进给速度（达75m/min），为提高加工短工件和油漆面的能力，许多砂光机上采用真空输送带式工作台，采用橡胶输送带，采用特制的进料压管、压板、压靴式组合式进料装置，采用各种软质压带器等，加工工件最短为100mm，最薄可至2mm， 厚度为3mm的一组工件也可同时加工。4)高自动化程度发展。如工件自动定厚实现定厚精砂自动
29、转换， 采用电子程序控制压带器砂带和输送带自动对中等， 近年又出现了微机控制的仿型砂光机。5)无粉尘方向发展。荷兰砂霸公司制造的“ 砂度美”护指装置可保护手指和自动定厚，意大利DMC公司和SCB公司等采用各种紧急制动装置， 一旦砂带断裂等事故发生， 可在一秒内自动停机， 气动系统压力不足时机器无法启动， 在各种砂光机上普遍采用高效的集尘除尘装置， 改善工作环境卫生条件保持工件表面清洁。1.4 课题的设计方案与关键问题及解决思路通过分析要运动的传动方式，考虑工件的装卸方式，确定异步机构升降高度，也就是机床上下工作行程的长度，最后确定砂光机床整体方案原理图。1.4.1 设计方案原理图图 1 方案原
30、理图Fig. 1 Program schematic工作原理：接通砂光机床的（4）的电源开关，博能减速器电机开始启动工作，8通过链轮（2）带动（3）链条运动，链条（3）带动工作台（6）沿着 Y 轴方向运动，需要抛光的热板工件就随工作台一块沿着 Y 轴方向移动，在（ 4）博能减速器电机开启的时候（9）Y112 异步电机也开启，Y112 异步电机（9）带动丝杠运动，丝杠上面的螺母和磨头（5）通过法兰固定在一起，异步电机 Y112（9）带动丝杠运动的时候磨头也丝杠一块运动，这样磨头上面的砂带在异步电机 Y112（9）和博能电机KW107（4）两个运动方向上运动，完成对（6）滑台上面热板磨削加工。1.
31、4.2 课题解决的关键问题本课题的研究来源于工厂的现实需要，现在所在的单位是敦化亚联机械制造有限公司主要生产 MDF 生产线， MDF 生产线中一个重要的设备是连续平压机，平压机一个重要的零件是热板。目前世界上能够生产 MDF 生产线的厂家只有三家（德国贝尔丝托夫、比诺茨、敦化市亚联机械制造有限责任公司） ，热板生产在国内是垄断行业，目前市场上现有的设备不能满足工厂生产要求，所以公司决定自己生产一台专用的砂光机来满足生产的需求。这台设备主要解决的问题是整个机床设计方案的确定，然后就是 X 轴和 Y 轴两个方向电机的布置，和两个方向运动传动的关系，还有滚珠丝杠的安装方式。沿 X 轴方向运动的异步
32、电机 Y112 通过滚珠丝杠传动带动磨头运动，在这里要解决的一个关键问题是滚珠丝杠是如何的布置，滚珠丝杠螺母安装在磨头里面合理还是将滚珠丝杠安装在磨头的端面合理。经过和董事长郭西强和经理管玉昌讨论与研究，最后决定将滚珠丝杠安装在磨头上表面，由于滚珠丝杠的加工成本比较高，这样安装可以降低滚珠丝杠的长度，也就意味着降低了滚珠丝杠的加工费用。课题研究还涉及链传动的选择与设计、链轮的选择计算，主动电机和异步电机传动布置，滚珠丝杠的选择，四个异步机构的选择，磨头功率的选择计算。考虑厂房空间大小设计机床的关键尺寸大小，最后完成各个零件的详细设计并出加工图纸，指导车间的工人完成零件加工，各个功能模块的组装。在满足工作要求的前提下实现利益的最大化。本课题研究的主要工作集中在传动方案上，最后预期的效果是完成各个零件的设计，完成总的装配
