螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　　Gantry host Design of the CNC abrasive belt grinding machine on processing propeller</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文針對(duì)復(fù)雜空間自由曲面螺旋槳葉

2、片的加工問題，查閱相關(guān)技術(shù)資料明確螺旋槳葉片的加工現(xiàn)狀和難度，綜合分析各種加工方式對(duì)螺旋槳葉片加工的可行性，最終選擇砂帶磨削對(duì)螺旋槳葉片進(jìn)行加工。</p><p>　　通過對(duì)螺旋槳葉片的砂帶磨削工藝性、砂帶磨床結(jié)構(gòu)形式和砂帶磨削運(yùn)動(dòng)進(jìn)行綜合分析，確定一系列砂帶磨削工藝參數(shù)，明確螺旋槳砂帶磨床主機(jī)的總體布局。綜合運(yùn)用機(jī)床設(shè)計(jì)方法和制圖表達(dá)能力，對(duì)砂帶磨床的主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核，確定各關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)形狀及其尺

3、寸，利用三維建模軟件創(chuàng)建砂帶磨床各部分零件模型，并裝配成整體模型，對(duì)不符合設(shè)計(jì)要求的砂帶磨床部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終再結(jié)合數(shù)控加工的相關(guān)技術(shù)，完成螺旋槳數(shù)控砂帶磨床的龍門主機(jī)設(shè)計(jì)。</p><p>　　本課題通過對(duì)砂帶磨床的整體設(shè)計(jì)，將克服螺旋槳葉片加工的一系列難題，很好的完成對(duì)螺旋槳葉片的加工任務(wù)，打破國(guó)外對(duì)螺旋槳葉片加工技術(shù)的壟斷，大幅提到本國(guó)船用螺旋槳企業(yè)的生產(chǎn)能力，使我國(guó)的造船行業(yè)更上一個(gè)臺(tái)階。</p

4、><p>　　關(guān)鍵詞：螺旋槳，砂帶磨削，龍門主機(jī)，數(shù)控</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In this paper, the processing problems of the complex space free surface of propeller blade, clear the process

5、ing status and difficulty of the propeller blade by checking relevant technical information , a comprehensive analysis of various processing methods on the feasibility of the propeller blade processing, have the final ch

6、oice of abrasive belt grinding on the propeller blades processing.</p><p>　　Via a comprehensive analysis to Abrasive belt grinding process of the propeller blades, abrasive belt grinding structure and the mo

7、vement of abrasive belt grinding, to determine a series of abrasive belt grinding process parameters, and explicit the overall layout of abrasive belt grinding host machine on propeller </p><p>　　Process. T

8、he integrated use of the machine tool design and cartographic skills, to</p><p>　　design, calculation and check of the main components of the abrasive belt grinding</p><p>　　machine,Determine th

9、e structure shape and size of the key components, using 3D</p><p>　　Modeling software to create the various parts of model of abrasive belt grinding</p><p>　　machine, and assembled into the over

10、all model, optimize the design the part where</p><p>　　does not meet the design requirements of the abrasive belt grinding machine ,</p><p>　　eventually combined with CNC machining technologies,

11、 completed the design of the CNC abrasive belt grinding machine on processing propeller.</p><p>　　This topic through the overall design of the belt grinder, will overcome the</p><p>　　processing

12、 problems of the propeller blade, the completion of the processing tasks of the propeller blade, to break the foreign monopoly on the propeller blade processing technology, a substantial increase in the production of the

13、 national marine propeller corporate capacity, China's steamboat industry to a higher level.</p><p>　　Key words： Propeller, abrasive belt grinding, gantry host, NC</p><p><b>　　目 錄<

14、;/b></p><p>　　中文摘要....................................................................................................Ⅰ</p><p>　　ABSTRACT......................................................

15、.............................................Ⅱ</p><p>　　1 緒論.........................................................................................................1</p><p>　　1.1 課題的研究目的意義及其研究?jī)?nèi)

16、容...............................................................1</p><p>　　1.1.1 螺旋槳加工難度及其加工現(xiàn)狀...............................................................2</p><p>　　1.1.2 課題的意義及其主要任務(wù).........

17、............................................................2</p><p>　　1.1.3 課題的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容...........................................................................2</p><p>　　1.2 砂帶磨床介紹............

18、..............................................................................2</p><p>　　1.2.1 砂帶磨床發(fā)展背景介紹........................................................................2</p><p>　　1.2.2

19、砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)..................................................................2</p><p>　　1.2.3 砂帶磨床的設(shè)計(jì)介紹...........................................................................4</p><p>　　2 螺旋

20、槳砂帶磨削工藝分析.....................................................................7</p><p>　　2.1 砂帶磨削機(jī)理..........................................................................................7</p><p

21、>　　2.2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析...........................................................................8</p><p>　　2.2.1 砂帶磨削方式選擇..............................................................................8</p&

22、gt;<p>　　2.2.2 砂帶及其磨料的選用...........................................................................9</p><p>　　2.2.3 螺旋槳砂帶磨削工藝參數(shù)設(shè)置...............................................................9</p&

23、gt;<p>　　3 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機(jī)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)....................................11</p><p>　　3.1 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床總體布局....................................................................11</p><p>　　3.1.1 機(jī)床總體布局

24、的基本要求....................................................................11</p><p>　　3.1.2 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床機(jī)床結(jié)構(gòu)形式分析..................................................11</p><p>　　3.2 螺旋槳葉片磨削的運(yùn)動(dòng)分析........

25、...............................................................12</p><p>　　4 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)....................................................16</p><p>　　4.1 磨削力的理論計(jì)算..........................

26、.........................................................16</p><p>　　4.2 磨削功率計(jì)算.........................................................................................16</p><p>　　4.3 磨頭結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì).

27、...............................................................................17</p><p>　　4.3.2 接觸輪設(shè)計(jì)......................................................................................17</p><p

28、>　　4.3.2 張緊輪設(shè)計(jì)......................................................................................18</p><p>　　4.4 砂帶張緊力計(jì)算.................................................................................

29、.....20</p><p>　　4.5 張緊機(jī)構(gòu)...............................................................................................20</p><p>　　4.6 砂帶尺寸選擇與計(jì)算.................................................

30、...............................20</p><p>　　4.7 齒輪設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核...............................................................................21</p><p>　　4.8 砂帶磨削過程中的受力分析...............................

31、.......................................25</p><p>　　5 螺旋槳砂帶磨床總體三維建模...........................................................27</p><p>　　5.1 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機(jī)總體布局圖...................................

32、.................27</p><p>　　5.2 磨頭機(jī)構(gòu)裝配成形圖...............................................................................28</p><p>　　6 機(jī)床功能分析.....................................................

33、..................................29</p><p>　　7 結(jié)論.......................................................................................................30</p><p>　　致謝...........................

34、................................................................................31</p><p>　　參考文獻(xiàn)...................................................................................................32</p>

35、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的目的意義及其研究?jī)?nèi)容</p><p>　　1.1.1 螺旋槳加工難度及其加工現(xiàn)狀</p><p>　　本課題中，研究解決螺旋槳復(fù)雜表面加工的解決方法。由于船用螺旋槳葉片是由復(fù)雜幾何形狀組成的工件，直徑大，葉片多，空間重疊區(qū)域大，吸力面和壓力面均為空間自由曲面

36、，導(dǎo)邊、隨邊均采用空間曲線圓滑過渡、葉片頂部收縮成線的構(gòu)造，葉片與槳轂之間過渡圓角半徑由導(dǎo)邊到隨邊不斷變化[1]。螺旋槳葉片設(shè)計(jì)的加工精度，將直接影響船舶的推進(jìn)速度、運(yùn)行效率以及船舶行駛過程中振動(dòng)和噪聲等產(chǎn)生。為了使船舶有更高的推進(jìn)速度、運(yùn)行效率，必須對(duì)螺旋槳復(fù)雜表面進(jìn)行特有的打磨和精加工，以達(dá)到其型面幾何精度和工藝標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　目前工業(yè)生產(chǎn)中，中國(guó)船用螺旋槳生產(chǎn)企業(yè)盡管大多擁有了各類數(shù)控銑削機(jī)床，

37、但銑削出來的螺旋槳葉片型面精度和表面質(zhì)量仍然還不能滿足最終的技術(shù)要求，很多船用螺旋槳葉片制造廠還是普遍采用落后的手工打磨方式進(jìn)行螺旋槳葉片型面的光精加工，也有一部分企業(yè)采用“鑄造-數(shù)控加工-鉗工打磨”工藝對(duì)船用螺旋槳葉片進(jìn)行加工，甚至有些螺旋槳葉片產(chǎn)品完全就依靠手工打磨成型。人工拋磨雖然能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間曲面的磨削和拋光加工，但是由于人為等主觀因素，空間曲面的加工表面質(zhì)量完全由操作人員的熟練程度決定，所以根本無法做到對(duì)船用螺旋槳葉片表面精度

38、的有效控制，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，而且加工出來的螺旋槳曲面光滑度低，螺距、葉厚、葉寬精度低，誤差較大，導(dǎo)致加工精度較差、型面的質(zhì)量難以保證[2]。從螺旋槳表面加工精度方面考慮，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)合理的情況下，選用一種能確保螺旋槳加工表面質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、成本低的加工設(shè)備顯得格外重要。</p><p>　　本課題從螺旋槳加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)成本等方面綜合考慮，同時(shí)對(duì)各個(gè)加工工藝進(jìn)行分析，最終選

39、用磨削加工工藝來解決螺旋槳復(fù)雜表面的加工。在磨削加工工藝中，采用電動(dòng)砂輪機(jī)和砂布帶輪手工修理雖然工時(shí)費(fèi)用低，但工人操作安全性較差，工作效率不高，且加工而成的表面質(zhì)量在很大程度上都不能滿足船舶的使用要求。而砂帶磨削是根據(jù)工件形狀，采用高速運(yùn)轉(zhuǎn)的砂帶以相應(yīng)的接觸方式，對(duì)工件表面進(jìn)行磨削和拋光加工的一種新工藝[3]。砂帶是一種將磨料粘結(jié)在柔性帶狀基體上的涂附磨削工具，由于靜電植砂的砂帶可以保證磨料在砂帶上排列均勻，銳端向外，加工時(shí)大量磨料能同

40、時(shí)發(fā)生切削作用，較長(zhǎng)的砂帶周長(zhǎng)使磨料得到良好的冷卻，柔性的砂帶也容易適應(yīng)不同形狀的工件。砂帶磨削擁有一次磨削寬度大、磨削效率高、不會(huì)使加工表面變形和燒傷、系統(tǒng)振動(dòng)小且穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，適合用于加工薄壁、型面復(fù)雜、弱剛性結(jié)構(gòu)、粘韌性大、導(dǎo)熱性較差的螺旋槳葉片。因而選用砂帶磨削設(shè)備能很好的解決螺旋槳加工的一系列難題，本課題主要針對(duì)螺旋槳砂帶磨削機(jī)床的龍門主機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.1.2 課題的意義及其主要

41、任務(wù)</p><p>　　針對(duì)螺旋槳特定的加工要求和加工難度，為提高螺旋槳的生產(chǎn)效率，同時(shí)保證加工精度和表面加工質(zhì)量，最有效的辦法是設(shè)計(jì)一臺(tái)符合生產(chǎn)要求的數(shù)控砂帶磨床，打破國(guó)外對(duì)螺旋槳等復(fù)雜型面高效自動(dòng)化磨拋技術(shù)的技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)效率、高精度的螺旋槳加工。本課題主要任務(wù)是對(duì)螺旋槳數(shù)控砂帶磨床進(jìn)行龍門主機(jī)設(shè)計(jì)。</p><p>　　本課題的主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：</p>&l

42、t;p>　?。?）系統(tǒng)調(diào)研和分析國(guó)內(nèi)外砂帶磨削的研究、發(fā)展和應(yīng)用情況；</p><p>　?。?）熟練掌握AUTOCAD、CAXA、UG、Ansys等機(jī)械設(shè)計(jì)及分析軟件；</p><p>　?。?）理解和掌握螺旋槳龍門式數(shù)控砂帶磨床的加工工藝要求，進(jìn)行螺旋槳龍門數(shù)控砂帶磨床主機(jī)設(shè)計(jì)及功能分析；</p><p>　?。?）結(jié)合實(shí)際問題研究完成螺旋槳龍門數(shù)控砂帶磨

43、床主機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　　1.1.3 課題的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題針對(duì)螺旋槳的加工難度進(jìn)行螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機(jī)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容有：螺旋槳龍門式數(shù)控砂帶磨床的加工工藝分析，進(jìn)行螺旋槳龍門數(shù)控砂帶磨床的主機(jī)設(shè)計(jì)及功能分析，并對(duì)砂帶磨床的關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核。</p><p>　　1.2 砂帶磨床介紹</p><

44、;p>　　1.2.1 砂帶磨床發(fā)展背景介紹</p><p>　　砂帶磨床是一種既古老而又新興的工藝。近30多年來，將由粘滿尖銳砂粒的砂布或砂紙制成的多刀多刃高速連續(xù)切削工具，應(yīng)用于砂帶磨床之后，砂帶磨削技術(shù)取得了巨大的飛躍。砂帶磨削技術(shù)的巨大飛躍打破了原有的砂帶磨削只能用來加工和拋光的陳舊概念?，F(xiàn)而今，砂帶磨床的加工精度已接近甚至超過同類型加工機(jī)床的水平，機(jī)床功率的利用率也遙遙領(lǐng)先于其他的金屬切削機(jī)床。車、

45、銑、刨等常規(guī)加工工藝的加工效率已遠(yuǎn)不及砂帶磨床的加工效率。砂帶磨床的應(yīng)用范圍不僅遍及到各行各業(yè)，而且?guī)缀鯇?duì)所有的工件材料，無論是非金屬材料還是金屬材料都可以進(jìn)行磨削加工。長(zhǎng)期以來不受重視的砂帶磨削工藝，現(xiàn)在也將進(jìn)入高速發(fā)展的新時(shí)期[4]。</p><p>　　1.2.2 砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)</p><p>　　砂帶磨床的應(yīng)用范圍極其廣泛，不僅遍及到各行各業(yè)，而且?guī)缀蹩梢詫?duì)所有不同類型

46、的材料進(jìn)行磨削加工，尤其是在材料加工困難和型面比較復(fù)雜的工件加工方面有極大的優(yōu)勢(shì)[5]。目前，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家砂帶磨床的擁有量已逐步接近砂輪磨床的數(shù)量，美國(guó)、日本、德國(guó)等工業(yè)國(guó)家已將砂帶磨削用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的磨削加工，英國(guó)、瑞士等國(guó)的發(fā)展也很快。隨著砂帶磨削技術(shù)的飛速發(fā)展，它在制造加工領(lǐng)域正扮演著越來越重要的角色。隨著國(guó)外砂帶磨削的不斷進(jìn)步，國(guó)內(nèi)砂帶磨削技術(shù)的研究和應(yīng)用已越來越引起我國(guó)機(jī)械行業(yè)的關(guān)注。砂帶磨削技術(shù)在國(guó)內(nèi)許多單位也得到了

47、較廣泛的推廣應(yīng)用，解決了很多生產(chǎn)實(shí)際問題。目前,國(guó)內(nèi)已具有一定數(shù)量的砂帶磨削設(shè)備,但由于國(guó)內(nèi)砂帶品種尚少，質(zhì)量也有待提高，以及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)砂帶磨床自動(dòng)化程度較低，大部分廠家對(duì)砂帶磨削的應(yīng)用尚處于對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行改裝的階段?？偟膩碚f，尚處于初級(jí)階段[6]。與國(guó)際先進(jìn)水平相比,仍有較大差距。</p><p>　　砂帶磨削作為一種高效拋磨新工藝，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著砂帶品種的增加，砂帶制造質(zhì)量及壽命的進(jìn)一步提高，砂帶磨床

48、種類的增多及自動(dòng)化程度的提高，砂帶磨削勢(shì)必會(huì)在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　砂帶磨削加工的優(yōu)點(diǎn)主要有：</p><p>　?、俨捎玫氖翘胤N砂帶，更換一條砂帶只需1分鐘，可以很快更換，調(diào)整時(shí)間少，生產(chǎn)效率高；</p><p>　?、谀ハ鳒囟鹊?、發(fā)熱少，表面不會(huì)產(chǎn)生高熱現(xiàn)象而使加工表面燒傷；</p><p>　?、凵皫嵌嗳械毒?，切入

49、時(shí)沒有撞擊，磨削力小，不會(huì)使加工表面變形；</p><p>　?、芗庸r(shí)可避免薄壁零件的邊緣破裂,避免表面波紋以及由于材料硬度不均勻引起的表面不平；</p><p>　?、菰诰_的裝夾下，可保證加工出平直度很好的表面；</p><p>　　⑥砂帶磨削加工時(shí)噪聲很??；</p><p>　?、呱皫ハ餍矢撸に囲`活性好。同時(shí)由于砂帶有很大的彈性

50、，所以具有很好的抗振性。</p><p>　　砂帶磨床的發(fā)展趨勢(shì)[7]</p><p>　　①繼續(xù)提高生產(chǎn)效率。為繼續(xù)提高生產(chǎn)效率可通過加快砂帶磨削速度和增大機(jī)床的輸出功率來實(shí)現(xiàn)。一直以來，砂帶磨床的砂帶工作速度一直保持在20m/s～30m/s左右。美國(guó)制造工程學(xué)會(huì)的研究報(bào)告指出，已經(jīng)在測(cè)試砂帶工作速度為100m/s的高速砂帶磨床。在過去很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，砂帶面積每一平方英寸的機(jī)床功率從4

51、.4kW～7.5kW提高到了18.5kW～26kW，現(xiàn)在，200kW以上的機(jī)床功率已經(jīng)很常見了，但是為了進(jìn)一步提高金屬切除率，機(jī)床的功率必將再度增大。其次，大力發(fā)展寬砂帶磨削技術(shù)，將寬砂帶磨床的使用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。目前，砂帶磨床能夠磨削的平面寬度最大為4.9m。據(jù)報(bào)道，航天器材、大型艦船等都要大量裝配高精度、</p><p>　　高精度的儀器。而發(fā)展寬砂帶磨床技術(shù)一種很好的提高儀器加工效率的途徑。</p&g

52、t;<p>　　②提高加工精度。西德瓦德里?？票すS使常規(guī)磨床的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度化。美國(guó)的森斯特蘭工廠按照砂帶磨削工作時(shí)的特性，設(shè)計(jì)出能提高機(jī)床加工精度的專用零部件。對(duì)于砂帶磨床自身而言，砂帶制造精度的再度提高，同樣十分重要。</p><p>　　③延長(zhǎng)砂帶使用壽命。使砂帶磨床加工成本降低最有效的方法，就是延長(zhǎng)砂帶的使用壽命。目前，砂帶的使用壽命已從2h～4h提高到8h～12h。為進(jìn)一步延長(zhǎng)砂帶的使用

53、壽命，除了改變砂帶的磨料、粘結(jié)劑基底之外，國(guó)外還從砂帶磨損的機(jī)理方面，解決砂帶壽命延長(zhǎng)的問題。砂帶的磨損現(xiàn)象主要表現(xiàn)為是“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”的現(xiàn)象，砂帶就無法繼續(xù)使用。因此，為了延長(zhǎng)砂帶的使用壽命，美國(guó)已將抗“粘蓋”的化學(xué)添加劑添加在制造的砂帶之中。</p><p>　?、芴岣咦詣?dòng)化程度。將砂帶磨床與數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合能夠提高其自動(dòng)化程度。</p><

54、;p>　　⑤擴(kuò)大萬能性和適應(yīng)性。隨著工業(yè)的發(fā)展，單一功能的機(jī)床已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代各種各樣的生產(chǎn)加工。工廠也越來越重視砂帶磨床的萬能性、適應(yīng)性，應(yīng)盡可能使砂帶磨床在工業(yè)生產(chǎn)中做到不能一機(jī)多能、一機(jī)多頭[8]。</p><p>　　1.2.3 砂帶磨床的設(shè)計(jì)介紹</p><p>　　隨著汽車行業(yè)、建筑材料和裝飾行業(yè)、模具工業(yè)及其它輕工業(yè)的進(jìn)步和快速發(fā)展，對(duì)金屬和非金屬材料特別是諸如塑料、皮

55、革、橡膠、不銹鋼、陶瓷等難加工材料的機(jī)械加工表面質(zhì)量、加工效率及生產(chǎn)加工環(huán)境的要求越來越高，采用傳統(tǒng)的切削加工工藝已難以滿足這些高難度的加工需求。在過去的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，砂帶磨削作為一種新的工藝方法，在這些領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。砂帶磨床主要用來進(jìn)行粗磨、精磨、細(xì)磨、無心磨以及去毛刺、大余量磨削、拋光等操作[9]。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，砂帶磨削技術(shù)因?yàn)槠涮赜械募庸ぴ?，長(zhǎng)期以來都備受重視。國(guó)外曾有專家評(píng)述砂帶磨床為“未來的巨人”。<

56、/p><p>　　砂帶磨削的基本功能部件主要有:</p><p>　?、僦鬏S傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。可采取單速或靈活性較大的不等速傳動(dòng)，也可以通過伺服電動(dòng)機(jī)來改變砂帶的切削方向。砂帶速度一般為10～50m/min，通常情況下取為16～30m/min。每10mm寬的砂帶上，將主傳動(dòng)裝置的功率控制在0.3～0.7kW范圍內(nèi)。</p><p>　?、谏皫埦o裝置。在砂帶進(jìn)行磨削及導(dǎo)向時(shí)，適

57、當(dāng)?shù)纳皫埩υ谏皫ハ鬟^程中起著至關(guān)重要的作用，它影響到砂帶的切削性能和加工零件的表面粗糙度。當(dāng)增加砂帶拉力時(shí)，可提高金屬切除量，但同時(shí)也將增大磨料覆蓋層的消耗量，并提高工件表面的粗糙度值。經(jīng)試驗(yàn)證明，如果將砂帶的張力控制在6～8N/mm的范圍內(nèi)，在逆磨削時(shí)就能切削出最大的金屬量。拉緊機(jī)構(gòu)的形式各種各樣，從簡(jiǎn)單的機(jī)械或彈簧拉緊方法到要求較高的氣動(dòng)及液壓拉緊裝置。同時(shí)，為了獲得高的生產(chǎn)率，必須將砂帶更換的時(shí)間減至最少，通常砂帶更換的時(shí)間控

58、制在1min之內(nèi)。</p><p>　　③砂帶導(dǎo)向裝置。砂帶正常工作時(shí)，惰輪或張緊輪應(yīng)當(dāng)可以自行調(diào)整，使砂帶始終處于中間位置，由于砂帶的寬度不一，導(dǎo)向裝置可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)砂帶寬度超過200mm時(shí)，裝置通常采用自動(dòng)式導(dǎo)向，使張緊輪和接觸輪兩者之間的砂帶能夠自動(dòng)處于中間位置。</p><p>　?、芙佑|輪。在磨削點(diǎn)上，接觸輪起著支承砂帶的作用，其本體有鋁合金或鋼制造而成，

59、輪上覆蓋著由毛氈、橡膠、纖維或其它材料制造而成的彈性圈(厚度為3～15mm)。橡膠輪的密度根據(jù)不同的需要單獨(dú)制造，接觸輪的表面也可以依據(jù)需要制成平滑式或交錯(cuò)開槽式。為了滿足砂帶特定的磨削要求，接觸輪的覆蓋面通常使用各種橡膠化合物。這些化合物包括:氯硫酸化聚乙烯合成橡膠、乙烯樹脂、硅酮橡膠、氯丁橡膠等。</p><p>　?、萑绻谏皫У暮竺姘惭b一塊由硬質(zhì)合金或鋼制成的型板來代替接觸輪，在確保零件的直線性或平面度的

60、同時(shí)。還可完成零件磨邊、斷面、平面及其要求更高的精磨加工工作。</p><p><b>　　砂帶磨削原理：</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、砂帶跟隨接觸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)法和砂帶與板直接接觸法。最常用的是砂帶跟隨接觸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)法。如下圖1.1所示:</p><p><b>　　圖 1.1</b&

61、gt;</p><p>　　砂帶套在接觸輪和驅(qū)動(dòng)輪的外層表面上，并通過張緊裝置使砂帶處于緊繃的狀態(tài)，并保持高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工件的具體形狀尺寸和加工精度要求，在適當(dāng)?shù)哪ハ鲄?shù)設(shè)置下，以相應(yīng)的接觸方式對(duì)工件進(jìn)行磨削或拋光加工。</p><p>　　砂帶磨床設(shè)計(jì)一般包括下面三部分內(nèi)容：</p><p>　　1傳動(dòng)設(shè)計(jì)：一般來說，機(jī)床傳動(dòng)設(shè)計(jì)相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要由三方面組成：&l

62、t;/p><p>　　1）砂帶的主運(yùn)動(dòng)2）砂帶的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3）工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：1）砂帶張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2）接觸輪設(shè)計(jì)3）張緊輪設(shè)計(jì)。</p><p>　　3主要技術(shù)參數(shù)選擇：砂帶速度、砂帶長(zhǎng)度、寬度、砂帶電動(dòng)機(jī)功率，工件進(jìn)給速度，主軸旋轉(zhuǎn)速度。</p><p>　　2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析</p>

63、<p>　　2.1 砂帶磨削機(jī)理</p><p>　　砂帶磨削是通過采用砂帶這一特殊形式的磨削工具，借助于張緊機(jī)構(gòu)使之張緊，在驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，并在一定壓力作用下，使砂帶與工件表面發(fā)生接觸以實(shí)現(xiàn)磨削加工，得到所需精度要求零部件的整個(gè)過程。</p><p>　　圖 2.1.砂帶磨削基本要素</p><p>　　1-砂帶 2-張緊輪 3-接觸輪<

64、;/p><p>　　4-工件 -磨削參數(shù)</p><p>　　由上可以看出，砂帶磨削的基本構(gòu)成要素有：砂帶，驅(qū)動(dòng)輪，張緊輪和張緊機(jī)構(gòu)，接觸方式即磨削方式，磨削參數(shù)，磨削對(duì)象即工件本身。</p><p>　　工件表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，受張緊力的砂帶磨粒與工件表面會(huì)產(chǎn)生一定的干涉，按照干涉的程度，可以分為四個(gè)不同的過程，分別為滑擦、擠壓、切削和耕犁，具體描述如下：</p

65、><p>　?、贁D壓——最開始磨粒通過擠壓進(jìn)入到工件內(nèi)部，由于磨粒刃尖的圓弧半徑大于磨粒切入深度，形成非常大的負(fù)前切削角，磨粒在工件表面上僅僅發(fā)生彈性變形；</p><p>　?、诨痢チ?duì)工件表面的壓力隨著磨粒切入深度增大而逐漸增大，磨粒只起到摩擦工件表面的作用，即滑擦作用。此時(shí)磨粒在工件上的滑擦，實(shí)際產(chǎn)生了塑性和彈性變形的效果，能夠切除掉一部分的材料；</p><p

66、>　?、鄹纭S著機(jī)床主方向進(jìn)給量、切削厚度的增加，干涉量也逐步增大，磨粒已經(jīng)能夠在工件表面上耕出刻線，稱為耕犁。此時(shí)工件材料產(chǎn)生一個(gè)擠壓式的塑性流動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并從磨粒方向的前方和兩個(gè)側(cè)面擠壓出來，同時(shí)切除掉少量的工件材料；</p><p>　?、芮邢鳌?dāng)在特定的壓力作用下開始真正的切削，并伴有足夠的干涉和切削溫度時(shí)，就會(huì)在滑動(dòng)磨粒的前方產(chǎn)生斷裂而形成切削[10]。</p><p>

67、　　2.2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析</p><p>　　2.2.1 砂帶磨削方式選擇</p><p>　　本課題中，研究對(duì)具有復(fù)雜表面的螺旋槳加工的解決方案，上一章節(jié)中對(duì)螺旋槳加工現(xiàn)狀做了簡(jiǎn)要介紹，可以看出，在現(xiàn)有的螺旋槳葉片加工方法中，砂帶磨削應(yīng)該是一種既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又能確保高精度要求的方法。在正常加工過程中，砂帶磨削可分為兩種磨削方式：開式磨削和閉式磨削。開式磨削是將砂帶的兩端分別纏繞在兩

68、個(gè)不同規(guī)格的驅(qū)動(dòng)輪上，通過兩驅(qū)動(dòng)輪的交替驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)砂帶雙向往復(fù)磨削，以完成對(duì)零部件表面的特殊加工；而閉式磨削是由三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪做高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)環(huán)形砂帶作單向高速磨削運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)工件的加工要求。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。雖然開式砂帶磨削精度高，磨削一致性好，在磨削精度方面閉式砂帶磨削不及開式砂帶磨削，但就磨削效率而言，閉式砂帶磨削要比開式砂帶磨削高的多[11]。由于葉片磨削既要求將加工精度控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)又要確保較高的磨削效率，

69、在很多情況下，所需要的螺旋槳葉片型面都是直接在鍛造而成的毛坯上直接磨制而成，綜合權(quán)衡磨削精度和磨削效率這兩方面的因素，同時(shí)考慮本課題中螺旋槳葉片磨床將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)加工之中，在保證所需加工精度的同時(shí)更側(cè)重于高效率磨削，最終選擇了閉式磨削作為本課題中砂帶磨床的磨削方式。</p><p>　　2.2.2 砂帶及其磨料的選用</p><p>　　與砂輪磨料選擇一樣，砂帶也有不同規(guī)格的磨料、粒度等

70、級(jí)等，砂帶有聚氨酯膠帶、布基、紙基等不同基體；同時(shí)也有樹脂、皮膠等不同類型的粘結(jié)劑。砂帶的基體材料和粘結(jié)劑、磨料、粒度等級(jí)，應(yīng)針對(duì)被磨削對(duì)象的具體加工要求加以選擇。由于螺旋槳葉片大多采用高強(qiáng)度的錳鐵黃銅合金和耐熱不銹鋼等材料，所以其磨削砂帶基體通常選用布基、并采用樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)砂帶，砂帶磨料選用剛玉，其粒度視磨削工藝而定。按照通行加工標(biāo)準(zhǔn)，粗磨時(shí)砂帶粒度為50～80，精磨時(shí)為150～180。在本課題中砂帶磨削的要求為精磨，故砂帶粒度取為

71、160。</p><p>　　圖2.2 砂帶的組成要素</p><p>　　1-基材 2-底膠 3-覆膠</p><p>　　4-磨料 5-基材處理劑</p><p>　　2.2.3 螺旋槳砂帶磨削工藝參數(shù)設(shè)置</p><p>　　砂帶磨床的主要技術(shù)參數(shù)主要包括磨削速度即砂帶速度；砂帶長(zhǎng)度、寬度；螺旋槳工

72、件進(jìn)給速度；驅(qū)動(dòng)砂帶高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)功率。</p><p>　　砂帶寬度直接影響磨削的效率，在機(jī)床功率允許條件下，寬度愈大，磨削效率愈高。但螺旋槳葉片一般為扭曲的空間型面，砂帶寬度越大，對(duì)螺旋槳葉片的磨削干涉也將越大，從而影響到最終的磨削加工精度。為此，將砂帶寬度限制在10～40mm范圍內(nèi)。砂帶的長(zhǎng)度在機(jī)床空間所允許的范圍內(nèi)愈長(zhǎng)愈好，以減少砂帶頻繁更換時(shí)間，提高磨削加工效率。</p><p>

73、;　　由于船用螺旋槳葉片通常采用高強(qiáng)度的錳鐵黃銅合金和耐熱不銹鋼等材料，組織細(xì)密，具有高強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，根據(jù)《現(xiàn)代砂帶磨削技術(shù)及工程應(yīng)用》可知加工此類型的工件，一般砂帶速度選擇為20-30m/s，本設(shè)計(jì)中將選用20m/s，即Vs=20m/s。此外工件速度將定于10r/min，即Vw=10r/min，以此保證工件加工表面的高精度要求。</p><p>　　砂帶磨床主要參數(shù)選擇如下：</p>

74、;<p>　　砂帶速度：Vs=20m/s</p><p>　　工件進(jìn)給速度：Vw=10r/min</p><p>　　砂帶：850mm×37mm（長(zhǎng)度×寬度）</p><p>　　砂帶磨頭驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)額定功率：11Kw （Y160M-4）</p><p>　　電源：380V 50HZ 轉(zhuǎn)速：1460r/mi

75、n</p><p>　　進(jìn)給系統(tǒng)伺服電機(jī)額定功率：1.5Kw </p><p>　　電源：380V 50HZ 轉(zhuǎn)速：3000r/min</p><p><b>　　磨削方式：閉式磨削</b></p><p>　　3 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 螺旋槳數(shù)控砂

76、帶磨床總體布局</p><p>　　3.1.1 機(jī)床總體布局的基本要求</p><p>　　機(jī)床的總體布局與被加工零件的材質(zhì)、表面形狀、尺寸，加工表面精度，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分配，機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，機(jī)床的使用要求等諸多因素有關(guān)。機(jī)床操作簡(jiǎn)明和維修的方便性，制造和裝配的工藝性，外觀及占據(jù)空間等要求，也在一定程度上影響著機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)布局。綜合各方面的因素，數(shù)控加工設(shè)備的總體布局應(yīng)滿足以下幾個(gè)基

77、本要求[12]:</p><p>　　(l)機(jī)床的布局設(shè)計(jì)首先要能確保機(jī)床能夠按預(yù)定要求加工所需工件，并且符合數(shù)控加工的工藝流程。</p><p>　　(2)機(jī)床各零部件的設(shè)計(jì)、選擇、安裝和調(diào)試要滿足機(jī)床基本加工精度的設(shè)計(jì)要求，確保加工后的零件能達(dá)到規(guī)定的精度。</p><p>　　(3)應(yīng)確保機(jī)床的剛度、抗振性、熱變形以及熱穩(wěn)定性等力學(xué)性能與所要求加工工件的表面加

78、工精度的相一致。</p><p>　　(4)應(yīng)確保刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)符合設(shè)計(jì)方案的要求，在滿足相對(duì)運(yùn)動(dòng)合理的前提下，使用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高機(jī)床靈敏度、加工精度和傳動(dòng)效率，同時(shí)在最大程度上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的效果。</p><p>　　(5)滿足機(jī)床的使用要求，操作簡(jiǎn)明，調(diào)整、維修和清理方便，符合人機(jī)工程學(xué)。</p><p>　　(6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，布局合理

79、可靠，機(jī)床的安全性能良好。</p><p>　　(7)機(jī)床占地面積小，空間體積小，質(zhì)量輕，加工成本低，外型美觀。</p><p>　　3.1.2 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床機(jī)床結(jié)構(gòu)形式分析</p><p>　　螺旋槳數(shù)控砂帶磨床屬于專用數(shù)控機(jī)床，根據(jù)工件特定工藝方案和運(yùn)動(dòng)方案的不同，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，常見的結(jié)構(gòu)形式有門架式、懸臂式、龍門式、C型和長(zhǎng)懸臂式5種[13

80、]。如圖3.1所示：</p><p>　　(l)門架式：機(jī)床的支承部件由機(jī)床底座、雙立柱和橫梁組成，底座與地基通過螺栓固定連接，門架在其中做縱向運(yùn)動(dòng)，通過兩側(cè)立柱的支撐，在機(jī)床橫梁撓度變形很小的情況下實(shí)現(xiàn)較大的跨度。此種形式的機(jī)床有占地面積小，適合加工縱向尺寸較大工件的有點(diǎn)；也有不利于進(jìn)料的缺點(diǎn)。</p><p>　　(2)懸臂式：通常可分為兩種形式：固定懸臂式和可運(yùn)行式懸臂式。機(jī)床的支承

81、部件是機(jī)床床身、橫梁和立柱三者的組合，此種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)床優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)性能好，而且占地面積小，是目前最有利于進(jìn)料的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　圖3.1 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)類別</p><p>　　(3)龍門式：機(jī)床的支承部件由機(jī)架、龍門橫梁和雙立柱組成的封閉框型結(jié)構(gòu)，龍門橫梁組件通過滑塊在機(jī)架兩邊的導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)縱向移動(dòng)。此種形式的機(jī)床剛度較高，穩(wěn)定可靠，動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)異，加工精度高，且Y、Z

82、向布局結(jié)構(gòu)緊湊，是一種剛度最好的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式。適合加工各種尺寸類型的零件。</p><p>　　(4)C型：機(jī)床工作臺(tái)直接固定在底座上，各軸之間的運(yùn)動(dòng)沒有相互關(guān)聯(lián)。此種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)床優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)性能良好，產(chǎn)生的慣性力較小，機(jī)床空間體積小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度一般，不能用于高精度工件的加工。</p><p>　　(5)長(zhǎng)懸臂式：與懸臂式機(jī)床基本結(jié)構(gòu)相似，但與可運(yùn)行懸臂式相比，由于懸臂長(zhǎng)度過大和加工

83、刀架質(zhì)量的影響，其動(dòng)力學(xué)性能差，占地面積也很大。</p><p>　　通過對(duì)以上不同結(jié)構(gòu)形式的對(duì)比分析可知，龍門式機(jī)床結(jié)構(gòu)形式最能滿足數(shù)控加工設(shè)備轉(zhuǎn)速高、剛度好和動(dòng)力學(xué)性能好的要求，且擁有結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定可靠，加工精度高等優(yōu)點(diǎn)。由于船用螺旋槳廣泛應(yīng)用于小到漁船、大到輪渡等不同規(guī)格大小的輪船之上，這也就決定了螺旋槳葉片的大小形狀不一，尺寸變化范圍大的特點(diǎn)，采用一般的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式已不能單獨(dú)滿足這種對(duì)不同大小類型螺旋槳的

84、加工要求。再加上船用螺旋槳葉片主要由復(fù)雜空間扭曲表面組成，且加工表面質(zhì)量精度要求高。綜合考慮到以上各種機(jī)床結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)及其缺點(diǎn)，只有龍門式機(jī)床結(jié)構(gòu)形式最能滿足船用螺旋槳葉片特有的加工需求。故在本課題設(shè)計(jì)采用龍門式作為螺旋槳砂帶磨床的結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　3.2 螺旋槳葉片磨削的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　本課題中所設(shè)計(jì)的砂帶磨床是以螺旋槳扭曲葉片曲面型面作為加工對(duì)象的,通過砂

85、帶的近似包絡(luò)掃描運(yùn)動(dòng)完成葉片的型面加工。砂帶磨削過程中，通過三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)砂帶做高速運(yùn)動(dòng)。伺服電機(jī)傳遞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過錐齒輪實(shí)現(xiàn)變向，控制磨頭偏擺機(jī)構(gòu)根據(jù)螺旋槳特定的曲面變化進(jìn)行相應(yīng)的改變，以保證砂帶能夠跟葉片的磨削點(diǎn)法線方向相切，避免不必要的干涉，提高磨削精度。磨頭偏擺機(jī)構(gòu)中的柱形接觸輪配合張緊輪及其張緊機(jī)構(gòu)，對(duì)砂帶附加一定的作用力，以實(shí)現(xiàn)其砂帶對(duì)螺旋槳葉片的磨削加工。因而對(duì)螺旋槳葉片的砂帶磨削運(yùn)動(dòng)實(shí)際上可

86、看作是采用一把圓柱狀刀具對(duì)螺旋槳葉片空間扭曲型面進(jìn)行掃描加工成型的過程[14]。</p><p>　　根據(jù)螺旋槳葉片的形狀特點(diǎn)，對(duì)葉片的砂帶磨削由以下幾個(gè)方向的磨削運(yùn)動(dòng)組成：砂帶沿葉片徑向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、沿軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及砂帶隨螺旋槳葉片磨削點(diǎn)法線方向變化而做出的相應(yīng)形式的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)。砂帶隨螺旋槳葉片磨削點(diǎn)法線方向變化的轉(zhuǎn)動(dòng),能充分保證砂帶始終保持在螺旋槳葉片空間曲面磨削點(diǎn)法線方向上進(jìn)行磨削,可以極大的改善砂帶和螺旋

87、槳葉片之間的磨削干涉,提高砂帶對(duì)螺旋槳葉片的磨削精度。但由于在螺旋槳葉片曲面中，各磨削點(diǎn)的法線均為一條條的空間直線,因而需要有三個(gè)方向的回轉(zhuǎn)綜合運(yùn)動(dòng)才能使砂帶繞著法線轉(zhuǎn)動(dòng),可通過螺旋槳葉片的繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)送、砂帶在水平面內(nèi)繞X軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)以及砂帶在垂直平面內(nèi)繞Z軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。由于螺旋槳葉片扭曲幅度一般較小,可省略砂帶在垂直平面內(nèi)繞Z軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng),只要合理控制砂帶的寬度,仍然能夠保證螺旋槳葉片型面的磨削精度加工要求。因此,綜合以

88、上分析可知，對(duì)具有空間扭曲型面的螺旋槳葉片砂帶磨削，可通過兩個(gè)直線、兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)：即如下圖所示的沿X方向的橫向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、沿Z方向的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，螺旋槳葉片繞自身軸線（C軸）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、砂帶在水平面內(nèi)繞X軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)（A軸）。</p><p>　　在X方向上，通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿做橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在橫梁上布置直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，并在滾珠絲桿的兩端均裝有行程開關(guān)，在磨頭機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到最大位移處時(shí)能夠自

89、動(dòng)斷電，起到很好的保護(hù)作用，有效的控制磨頭機(jī)構(gòu)在規(guī)定的行程內(nèi)做橫向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)產(chǎn)生重大的安全事故。在Y方向上，同樣也是采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿做縱向運(yùn)動(dòng)，只不過考慮到如果直接將伺服電機(jī)和滾珠絲桿一起布置在懸臂上，當(dāng)伺服電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，伺服電機(jī)產(chǎn)生的顫動(dòng)勢(shì)必會(huì)影響到砂帶對(duì)螺旋槳葉片表面的加工精度，通過各方面的考慮，遂只將滾珠絲桿布置在懸臂上，而將伺服電機(jī)布置在滑座上，再使用同步帶實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)和滾珠絲桿的運(yùn)動(dòng)傳遞，這樣就能很好的解決顫動(dòng)

90、的問題。在C軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)動(dòng)的速度很低，采用伺服電機(jī)與減速器配合傳動(dòng)，再通過較大傳動(dòng)比的直齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　在A軸方向的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)，也是通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)磨頭機(jī)構(gòu)做小幅度的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)[15]。最后綜合運(yùn)用各個(gè)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，通過數(shù)控技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋槳葉片加工過程。</p><p>　　4 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1

91、磨削力的理論計(jì)算</p><p>　　在研究砂帶磨削過程中，磨削力是一個(gè)極為重要的參數(shù)，它和砂帶的磨損，磨削表面質(zhì)量及比磨削能等有著直接關(guān)系。加上磨削力易于測(cè)量和控制，因此可以將磨削力用于診斷磨削狀態(tài)，作為適應(yīng)控制的評(píng)定參數(shù)。且對(duì)磨削力的計(jì)算也便于對(duì)磨床的后續(xù)設(shè)計(jì)。一般來說，可以將磨削力分解成為法向和切向兩個(gè)方向的力，具體計(jì)算如下：</p><p>　　已知：砂帶速度 Vs=20m/s，工

92、件速度Vw=10r/min，砂帶寬度 B=37mm，有效磨削深度 =0.01mm，比磨削能 Us=1100kg/mm×mm。</p><p><b>　　根據(jù)公式計(jì)算如下：</b></p><p>　　法向磨削力：Fn=(UsB)/Vs </p><p><b>　　=

93、535.3N</b></p><p>　　切向磨削力：Ft=(UsB)/ </p><p><b>　　=392.1N</b></p><p>　　由于砂帶磨削的磨削分力的比例（即切向力和法向力之比）不同于常規(guī)的車、刨、銑等。一般的車、銑等工序的切向分力是法向風(fēng)力的2-3倍；而因

94、為砂帶磨削深度和進(jìn)給量均很小，而磨粒的切削刃鈍圓半徑較大且為負(fù)前角切削的緣故，砂帶磨削的情況正好相反，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明，砂帶磨削時(shí)磨削分力的比例一般為：</p><p>　　Ft/Fn=0.33-0.75 </p><p>　　本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)t/Fn=392.1N/535.3N=0.733，所以滿足這一規(guī)律，即說明各參數(shù)

95、設(shè)定合適。</p><p>　　4.2 磨削功率計(jì)算</p><p>　　由物理學(xué)與功率的關(guān)系可知：</p><p>　　N=FV/1000 </p><p>　　式中N——功率（kW）</p><p><b>　　F——作

96、用力（N）</b></p><p>　　V——物體在力F作用下的運(yùn)動(dòng)速度（m/s）</p><p>　　顯然對(duì)于砂帶磨削來說，上式中</p><p>　　F=Ft（切向磨削力）</p><p>　　V=Vs（砂帶磨削速度）</p><p>　　所以，砂帶磨削的功率應(yīng)為：</p><p&g

97、t;　　N= Ft Vs/1000 （kW） </p><p>　　因而，由（3-5）計(jì)算得：</p><p>　　N= FtVs/1000=(392.1×20)/1000=7.842Kw</p><p>　　由于電機(jī)在傳輸過程中有必要的功率損失，所以選用電機(jī)Y160M-4，其主要

98、技術(shù)數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　額定功率：11Kw</b></p><p>　　滿載轉(zhuǎn)速：1460r/min</p><p>　　起動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.2N/m</p><p>　　最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.2N/m</p><p>　　4.3 磨頭結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)</p>&

99、lt;p>　　4.3.1 接觸輪設(shè)計(jì)</p><p>　　接觸輪的直徑大小對(duì)工件材料切除率和表面粗糙度有直接的影響，直徑越小，砂帶與工件材料的有效接觸面積也越小，工件單位面積上受到的壓力增大，砂帶的切削作用增強(qiáng)，磨粒能更好的切入材料，切除率越大，粗糙度值也越大。但是如果接觸輪直徑過小，砂帶本身受到的彎曲應(yīng)力將急劇增大，同時(shí)粘接在砂帶上的磨粒也會(huì)由于繞曲過度而極易脫落，這將嚴(yán)重影響砂帶的使用壽命。其次，接觸輪

100、直徑的大小還需要根據(jù)具體的加工要求，砂帶規(guī)格，磨頭允許占用的空間以及主軸轉(zhuǎn)速等工藝結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行確定，在本砂帶磨床設(shè)計(jì)中，充分考慮到船用螺旋槳葉片中空間表面曲率半徑變化不一，不能采用大直徑的接觸輪，通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算可取接觸輪的直徑為80mm。</p><p>　　由于接觸輪表面有不同的包覆材料，如橡膠、塑料、金屬和棉質(zhì)材料。包覆材料的軟硬決定了接觸輪的硬度。接觸輪越軟，接觸長(zhǎng)度越長(zhǎng)?？纱笾聦⒔佑|輪分為軟接觸輪和硬接觸輪

101、，如圖4.1所示。軟接觸輪的特點(diǎn)是磨粒上承受的壓力較小，降低了砂帶磨削力，能較好的適應(yīng)工件外形。硬接觸輪的特點(diǎn)是磨粒上能承受的壓力較大，增加了砂帶磨削力，雖然不能適應(yīng)工件外形，但能取得更大的磨削量。針對(duì)船用螺旋槳葉片這種復(fù)雜扭曲的空間型面，工件外形變化比較復(fù)雜，且對(duì)表面質(zhì)量精度要求也很高的情況，采用硬接觸輪根本不能取得理想的加工表面，綜合分析可知在螺旋槳砂帶磨削中須采用軟接觸輪，通過它再結(jié)合細(xì)粒度的砂帶，能取得更小的磨削量和更光滑的表面

102、。</p><p>　　除此之外，接觸輪的齒形也在一定程度上影響著砂帶的磨削力，磨粒上承受的壓力。接觸輪越光滑，粗糙度越小，加工的工件的表面質(zhì)量就越好，就越能達(dá)到的預(yù)期的效果。綜合以上各種分析，選擇直徑為80mm的平滑軟接觸輪對(duì)船用螺旋槳進(jìn)行加工。對(duì)接觸輪的三維建模效果圖如下：</p><p>　　圖 4.2 接觸輪三維建模圖</p><p>　　4.3.2 張緊輪

103、設(shè)計(jì)</p><p>　　砂帶必須在一定張緊力作用下才能正常工作，張緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的張緊力通過張緊輪使砂帶得以張緊，并在驅(qū)動(dòng)輪作用下帶動(dòng)砂帶進(jìn)行磨削，張緊輪不但起著張緊砂帶的作用，還在一定程度上起著導(dǎo)向的作用，使砂帶不致偏離接觸輪。張緊輪過小會(huì)引起砂帶彎曲過分或振動(dòng)，也會(huì)使其轉(zhuǎn)速過高造成其他不利影響。在一定范圍內(nèi)，張緊輪直徑越大，導(dǎo)向控制越靈敏。但如果張緊輪直徑過大，就會(huì)造成機(jī)構(gòu)不緊湊。為使砂帶定心，張緊輪和驅(qū)動(dòng)輪外

104、圓都要求作成中凸弧形，如圖4.3所示。中凸高度值不能過大，否則會(huì)引起砂帶振動(dòng)及受力不均并使砂帶中部損傷。</p><p>　　圖 4.3 張緊輪的凸弧表面</p><p>　　中凸高度值（H）不能過大，否則會(huì)引起砂帶振動(dòng)及受力不均并使砂帶中部損傷。中凸高度值應(yīng)根據(jù)操作狀況而定，實(shí)踐中常由砂帶寬度決定（見表）</p><p>　　也可按下面公式計(jì)算： </p

105、><p>　　式中，為張緊輪寬度 </p><p>　　B為砂帶寬度。張緊輪與砂帶寬度一致，即，其目的在于啟動(dòng)時(shí)砂帶可能稍有橫向移動(dòng)而不會(huì)磨壞其他磨頭附件。</p><p>　　H=0.27=1.64mm</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，因?yàn)锽=37mm，中凸高度值由計(jì)算得：σ=1.64mm。</p><p>　　同時(shí)為了

106、磨削性能的抱枕，必須讓砂帶有一定的包角，所以張緊輪直徑D2應(yīng)該大于接觸輪直徑D。選定張緊輪直徑 D1=100mm。</p><p>　　綜上，張緊輪直徑D2=100mm，中凸值為1.64mm。</p><p>　　4.4 砂帶張緊力計(jì)算</p><p>　　砂帶張緊力的簡(jiǎn)單公式為：</p><p>　　F=PB