2348 超硬磨料砂輪杯形修整器的設計,磨料,砂輪,修整,設計 1目 錄一、緒論 .......................................................61.1超硬磨料砂輪杯形修整器的設計背景 .........................71.1.1超硬材料簡介 .......................................71.1.2人造金剛石聚晶 .....................................81.2超硬磨料砂輪杯形修整器的設計意義 ........................101.3超硬磨料砂輪杯形修整器的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ....................121.4超硬磨料砂輪杯形修整器的設計內(nèi)容 ........................15二、超硬磨料砂輪杯形修整器的設計方案 ..........................162.1帶輪傳動 ................................................162.2直齒輪傳動 ..............................................172.3鏈傳動 ..................................................182.4蝸輪蝸桿傳動 ............................................19三、超硬磨料砂輪杯形修整器結(jié)構設計的相關計算 ..................213.1砂輪修整器的主要性能指標的確定 ..........................213.2砂輪修整器的主傳動系統(tǒng)的相關計算 ........................223.2.1電機功率的計算 ....................................223.2.2齒輪傳動的計算 ....................................233.2.3主軸強度校核 ......................................243.2.4主軸上鍵的強度校核 ................................25 23.2.5軸承的校核 ........................................25四、杯形砂輪修整器的結(jié)構設計 ..................................254.1杯形砂輪修整器的整體結(jié)構 ................................254.2杯形砂輪修整器的內(nèi)部結(jié)構設計 ............................264.3杯形砂輪修整器箱座的設計 ................................274.4杯形砂輪修整器修整輪的設計 ..............................27五、總結(jié) ......................................................28參考文獻 ......................................................29致謝 ...........................................................30 3超硬磨料砂輪杯形修整器的設計摘要：本文主要闡述了超硬磨料砂輪杯形修整器的設計結(jié)構原理，為了滿足生產(chǎn)的需要，設計制作了砂輪修整器，安裝在磨床上進行修整砂輪，完成工件加工。砂輪修整器具有結(jié)構簡單，輕巧，使用方便等特點，可對普通和超硬型砂輪進行整修。該修整器采用SiC 磨料杯形砂輪作為修整工具可以對超硬磨料砂輪完成修形和修銳工作,并利用變頻器實現(xiàn)修整時的無級調(diào)速以達到最佳修整效果。杯形砂輪修整技術可以獲得較好的砂輪磨削性能以及修整效率。關鍵詞：修整器設計；杯形砂輪；超硬磨料砂輪；修整；磨削力 4Dresser of Cup Superabrasives Wheel Finisher DesignsAbstract :The article mainly elaborated the dresser of cup superabrasives wheel finisher design structure principle, in order to satisfy the production the need, the design has manufactured the grinding wheel finisher, installs carries on the truing of grinding wheel on the grinder, completes the work piece processing. The grinding wheel finisher has the structure to be simple, dexterous, characteristics and so on easy to operate, may carry on the renovation to ordinary and the ultra hard grinding wheel. The dresser of cup superabrasives wheel which is used for truing and dressing the grinding wheel by SiC cup wheel. Through a frequency converter , the dresser can adjust the rotating speed of cup wheel to achieve the best grinding parameters in dressing process. The cup truing technology is often adopted to obtain fine grinding performance and truing efficiency.Keywords：design of dresser; cup wheel; superabrasives wheel; truing and dressing; grinding force 5引言超硬磨料砂輪的修整是超硬磨料砂輪使用中的技術難題，直接關系到磨工件的質(zhì)量、效率和成本，超硬磨料砂輪經(jīng)過一段時間的磨削工作，磨削表面就會有不同程度的磨損，從而導致磨削精度的降低，無法達到加工要求，為了使砂輪繼續(xù)正常磨削工作，必須對砂輪定期進行修整。修整的目的是使砂輪恢復必須的幾何形狀精度和良好的磨削狀態(tài)。本次設計就是設計一種立式超硬磨料砂輪杯形修整器的結(jié)構，將其用于磨床上對磨損砂輪進行修整，使得砂輪能再次正常工作，這也使得此次設計具有了一定的現(xiàn)實意義。超硬磨料砂輪在國外發(fā)達國家應用廣泛，特別是由于CBN磨料具有高的耐熱穩(wěn)定性，僅次于金剛石的硬度，使得CBN砂輪成為提高經(jīng)濟效益和實現(xiàn)節(jié)能、高效、精密、自動化等的重要工具而得到重點發(fā)展。在我國，金剛石砂輪得到了較廣泛的應用，而CBN砂輪由于制造、修整、成本和對機床要求較高等方面的原因，應用情況不很理想，而砂輪的修整工具和修整方法近年來發(fā)展很大，超硬磨料砂輪的應用急劇增加，砂輪修整問題也日益尖銳。如今我國國內(nèi)對于超硬磨料砂輪杯形修整機的設計制造主要集中于廣東、江蘇等地的精密加工廠。目前應用較為成熟的精密修整技術有：ELID 在線電解修整、激光修整、電火花修整、杯形砂輪修整技術和電解-機械復合整形技術等?，F(xiàn)今的砂 輪 修 整 器 包 含 有 ： 萬 能 砂 輪修 整 器 、 透 視 砂 輪 修 整 器 、 萬 能 透 視 砂 輪 修 整 器 、 角 度 砂 輪 修 整 器 、 常 規(guī) 砂 輪修 整 器 等 。該設計是對超硬磨料砂輪杯形修整器的機械結(jié)構進行設計，并采用立式安放，要求結(jié)構簡單，成本低，同時能用于磨床上進行對磨損砂輪的修整工作，此杯形修整器采用無級調(diào)速達到良好的修整效果。在設計中力求簡單方便，并且容易拆裝維修，同時考慮材料的消耗和利用，既要保證足夠的精度，又可以簡化結(jié)構，降低成本，制造、安裝、維修都大大簡化。該設計是針對如今比較突出的問題——超硬磨料砂輪的修整問題進行的研究，具有十分深刻的現(xiàn)實意義。該設計中并不是采用傳統(tǒng)的修整輪外圓對磨修整砂輪，而是采用杯形修整砂輪沿被修整砂輪圓周的切線方向作往復運動進行修整，這樣具有較好的效率和磨削質(zhì)量。 6第一章 緒論1.1超硬磨料砂輪杯形修整器的設計背景近年來，超硬材料在工程和科學研究領域的廣泛應用，使得金剛石砂輪的應用急劇增加，金剛石砂輪的修整問題成了世界各國研究的重要課題，各種新的修整方法不斷出現(xiàn)，如激光修整法、液壓噴射修整法、在線電解修整法、超聲波震動修整法等融入許多特種加工技術的修整方法，這些方法具有修整過程平穩(wěn)、修整力小、修整效果較好等優(yōu)點，但是因其工藝復雜，工作環(huán)境要求高、使得修整成本太高，不易廣泛應用，而采用傳統(tǒng)的修整方法又很難滿足生產(chǎn)要求。修整砂輪，在實際生產(chǎn)中是常遇到的。主要是根據(jù)所加工工件幾何形狀以及表面精度要求等，對砂輪進行修整后再對工件進行修磨，達到保證磨切工件質(zhì)量要求。超硬磨料砂輪具有優(yōu)異的磨削性能,抗磨損能力強,在各種難加工材料 (如硬質(zhì)合金、工程陶瓷和光學玻璃等) 的磨削加工中得到廣泛的應用。但由于其具有極高的硬度 ,作為新砂輪或磨鈍后的修整非常困難,在一定程度上也限制了超硬磨料砂輪的應用。砂 輪 修 整 器 是 對 磨 床 砂 輪 進 行 尺 寸 、 形 狀 、 幾 何 角 度 等 進 行 修 整 的 輔 助 工具 。 砂 輪 修 整 器 裝 配 于 平 面 磨 床 、 萬 能 工 具 磨 床 上 ， 修 整 由 直 線 和 圓 弧 組 成 的各 種 已 經(jīng) 成 型 的 砂 輪 以 滿 足 加 工 的 需 要 ， 砂 輪 修 整 器 和 塊 規(guī) 配 合 使 用 可 以 得 到所 需 要 的 凸 R 及 凹 R 的 角 度 精 密 砂 輪 ， 厚 度 修 整 器 、 同 步 砂 輪 修 整 器 可 以 修 整砂 輪 的 厚 度 及 兩 側(cè) ， 砂 輪 修 整 器 本 身 的 構 造 修 整 砂 輪 能 達 到 非 常 精 密 的 尺 寸 。通常修整砂輪時，把若干個砂輪修整片裝在砂輪修整架上，完全靠手支撐并左右移動修整架，利用砂輪的轉(zhuǎn)動帶動修整片旋轉(zhuǎn)的差動力，實現(xiàn)砂輪的修整。傳統(tǒng)修整砂輪方法會出現(xiàn)以下情況：第一，砂輪修整片磨損快并且在使用過程中孔的間隙變大，影響修整精度。第二，操作過程穩(wěn)定性差，有一定的危險性。第三，被修整的砂輪表面較粗糙、圓柱度差。第四，不能完全消除砂輪運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的徑向跳動，此項是影響砂輪使用的關鍵?，F(xiàn)今的砂 輪 修 整 器 包 含 有 ： 萬 能 砂 輪 修 整 器 、 透 視 砂 輪 修 整 器 、 萬 能 透 視砂 輪 修 整 器 、 角 度 砂 輪 修 整 器 、 常 規(guī) 砂 輪 修 整 器 等 ， 萬 能 砂 輪 修 整 器 適 合 裝配 于 平 面 磨 床 及 工 具 磨 床 ， 滑 動 底 座 設 計 ， 配 合 回 旋 座 及 上 滑 座 ， 可 修 整 任 何直 線 角 度 及 圓 弧 組 成 的 各 種 截 形 砂 輪 ； 厚 度 砂 輪 修 整 器 修 整 工 作 時 砂 輪 兩 邊同 時 進 行 修 整 （ 單 邊 切 入 深 度 為 0.005mm） ， 適 用 于 深 槽 磨 削 時 的 砂 輪 成 型修 整 ； 透 視 砂 輪 修 整 器 適 合 于 平 面 磨 床 、 萬 能 工 具 磨 床 。 透 視 砂 輪 修 整 器 用 于修 整 各 種 角 度 、 凸 R、 凹 R， 并 可 以 通 過 透 視 鏡 觀 察 鉆 石 筆 尖 修 整 砂 輪 表 面 時 7候 的 接 觸 情 況 ， 使 修 整 砂 輪 可 以 達 到 非 常 高 的 精 密 度 ， 可 以 精 確 的 修 整 細 小 的圓 弧 和 角 度 ； 角 度 砂 輪 修 整 器 適 用 于 平 面 磨 床 、 工 具 磨 床 等 。 角 度 砂 輪 修 整 器用 于 修 整 各 種 角 度 。 砂 輪 修 整 器 是 運 用 磨 削 原 理 來 對 磨 損 砂 輪 進 行 修 整 ， 使 得砂 輪 重 新 達 到 使 用 要 求 。磨 削 的 原 理 是 利 用 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 砂 輪 等 磨 具 加 工 工 件 表 面 的 切 削 加 工 。 磨削 用 于 加 工 各 種 工 件 的 內(nèi) 外 圓 柱 面 、 圓 錐 面 和 平 面 ,以 及 螺 紋 、 齒 輪 和 花 鍵等 特 殊 、 復 雜 的 成 形 表 面 。 由 于 磨 粒 的 硬 度 很 高 ,磨 具 具 有 自 銳 性 ,磨 削 可 以用 于 加 工 各 種 材 料 ， 包 括 淬 硬 鋼 、 高 強 度 合 金 鋼 、 硬 質(zhì) 合 金 、 玻 璃 、 陶 瓷 和大 理 石 等 高 硬 度 金 屬 和 非 金 屬 材 料 。 磨 削 速 度 是 指 砂 輪 線 速 度 ,一 般 為30～ 35 米 /秒 ,超 過 45 米 /秒 時 稱 為 高 速 磨 削 。 磨 削 通 常 用 于 半 精 加 工 和 精 加工 ， 精 度 可 達 IT8～ 5 甚 至 更 高 ， 表 面 粗 造 度 一 般 磨 削 為 Ra1.25～ 0.16 微 米 ，精 密 磨 削 為 Ra0.16～ 0.04 微 米 ， 超 精 密 磨 削 為 Ra0.04～ 0.01 微 米 ， 鏡 面 磨削 可 達 Ra0.01 微 米 以 下 。 磨 削 的 比 功 率 （ 或 稱 比 能 耗 ， 即 切 除 單 位 體 積 工 件材 料 所 消 耗 的 能 量 ） 比 一 般 切 削 大 ， 金 屬 切 除 率 比 一 般 切 削 小 ， 故 在 磨 削 之 前工 件 通 常 都 先 經(jīng) 過 其 他 切 削 方 法 去 除 大 部 分 加 工 余 量 ， 僅 留 0.1～ 1 毫 米 或更 小 的 磨 削 余 量 。 隨 著 緩 進 給 磨 削 、 高 速 磨 削 等 高 效 率 磨 削 的 發(fā) 展 ， 已 能 從 毛坯 直 接 把 零 件 磨 削 成 形 。超精密磨削是一種極薄切削，切削厚度極小，當磨削深度小于晶粒大小時，磨削就在晶粒內(nèi)進行，磨削力必須超過晶體內(nèi)部非常大的原子、分子結(jié)合力，故而磨粒上所承受的切應力急速增加并變得非常大。同時，磨粒切削刃處受到高溫和高壓作用，磨粒材料必須有很高的高溫強度和高溫硬度。因此，超精密磨削一般多采用金剛石、立方氮化硼等超硬磨料砂輪。目前，超硬磨料主要是指金剛石和立方氮化硼。超硬材料簡介1．1．1 超硬材料簡介超硬材料是金剛石和立方氮化硼兩種材料的統(tǒng)稱。目前，在世界上已知的材料中，人造金剛石和立方氮化硼是最硬的兩種材料。由于它們的硬度大大超出其它材料的數(shù)倍，因而人們將這兩種材料稱為超硬材料。金剛石，也稱鉆石，有天然金剛石和人造金剛石兩種。金剛石是目前世界上已知的最硬工業(yè)材料，它不僅具有硬度高、耐磨、熱穩(wěn)定性能好等特性，而且以其優(yōu)秀的抗壓強度、散熱速率、傳聲速率、電流阻抗、防蝕能力、透光、低熱脹率等物理性能，成為工業(yè)應用領域不可替代的新材料，現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的瑰寶。人造金剛石是加工業(yè)最硬的磨料，電子工業(yè)最有效的散熱材料，半導體最好 8的晶片，通訊元器件最高頻的濾波器，音響最傳真的振動膜，機件最穩(wěn)定的抗蝕層等等，已經(jīng)被廣泛應用于冶金、石油鉆探、建筑工程、機械加工、儀器儀表、電子工業(yè)、航空航天以及現(xiàn)代尖端科學領域。 立方氮化硼，英文稱為:：Cubic Boron Nitride，縮寫為：CBN 或 cBN。目前，在自然界還沒有找到這種物質(zhì)的存在，是人工合成的一種超硬材料。立方氮化硼（CBN）是硬度僅次于金剛石的超硬材料。它不但具有金剛石的許多優(yōu)良特性，而且有更高的熱穩(wěn)定性和對鐵族金屬及其合金的化學惰性。它作為工程材料，已經(jīng)廣泛應用于黑色金屬及其合金材料加工工業(yè)。同時，它又以其優(yōu)異的熱學、電學、光學和聲學等性能，在一系列高科技領域得到應用，成為一種具有發(fā)展前景的功能材料。立方氮化硼微粉，用在精密磨削、研磨、拋光和超精加工，以達到高精度的加工表面。適用于樹脂、金屬、陶瓷等結(jié)合劑體系，亦可用于生產(chǎn)聚晶復合片燒結(jié)體，還可用做松散磨粒、研磨膏。CBN 由于具有優(yōu)異的化學物理性能，如具有僅次于金剛石的高硬度、高熱穩(wěn)定性和化學惰性，作為超硬磨料在不同行業(yè)的加工領域獲得廣泛的應用，現(xiàn)在更是成為汽車、航天航空、機械電子、微電子等工業(yè)不可或缺的重要材料，因而也得到各工業(yè)發(fā)達國家的極大重視。它除了具有高硬度、高耐磨性外，還具有高韌性、化學惰性、紅硬性等特點，并可用金剛石砂輪開刃修磨。在切屑加工的各個方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能，能夠在高溫下實現(xiàn)穩(wěn)定切削，特別適合加工各種淬火鋼、工具鋼、冷硬鑄鐵等難加工材料。刀具切削鋒利、保形性好、耐磨性能高、單位磨損量小、修正次數(shù)少、利于自動加工，適用于從粗加工到精加工的所有切削加工。PCBN 已得到廣泛應用，是一種具有良好發(fā)展前景的刀具材料。1．1．2 人造金剛石聚晶人造金剛石聚晶（PCD）復合片是在高溫高壓情況下由許多細晶粒金剛石和硬質(zhì)合金襯底聯(lián)合少結(jié)而成的塊狀聚結(jié)體。它和 PCBN 一樣具有高強度、高硬度、高耐磨性、特別是具有高的抗沖擊韌性。作為加工工具，PCD 主要用于石油、冶金、地質(zhì)鉆頭、擴孔器等，其鉆進速度及時效均為天然金剛石的許多倍，同時鉆進過程中還可以有效保持孔徑。人造金剛石復合片還可以用來切削非鐵金屬及其合金、硬質(zhì)合金以及非金屬材料。切削速度為硬質(zhì)合金刀具的上百倍，耐用度為硬質(zhì)合金的上千倍，金剛石復合片是一種金剛石和硬質(zhì)合金基體組成的復 合 材 料 ，具 有 硬 度 高 、 耐 磨 性 好 的 特 點 ， 廣 泛 應 用 于 石 油 鉆 井 、 地 質(zhì) 勘 探 、 煤 田 鉆 采 鉆頭 上 和 機 械 加 工 工 具 等 行 業(yè) 。 　 　當 前 金 剛 石 復 合 片 發(fā) 展 的 方 向 主 要 有 ： 1、 聚 晶 金 剛 石 層 不 斷 加 厚 ， 由 最初 的 不 足 1mm 發(fā) 展 到 現(xiàn) 在 的 2-4mm， 產(chǎn) 品 的 壽 命 也 隨 之 提 高 。 2、 金 剛 石 9晶 粒 越 來 越 細 ， 耐 磨 性 和 抗 沖 擊 性 綜 合 性 能 提 高 。 3、 通 過 優(yōu) 化 工 藝 或 脫Co、 增 加 耐 熱 層 等 工 藝 ， 提 高 熱 穩(wěn) 定 性 。 4、 界 面 結(jié) 構 的 優(yōu) 化 ， 改 善 界 面 應力 。 5、 產(chǎn) 品 直 徑 不 斷 加 大 ， 提 高 合 成 效 率 。 6、 改 善 燒 結(jié) 效 果 ， 減 小 性 能 差異 。 人 造 金 剛 石 復 合 片 是 超 硬 材 料 類 ， 這 個 超 字 不 具 體 ， 范 圍 很 廣 。 超 硬 材料 就 是 洛 氏 硬 度 （ HR） ， 布 氏 硬 度 （ HB） ， 維 氏 硬 度 （ HV） 很 高 的 材 料 。 一般 的 45#剛 HR 是 30-60， 最 硬 的 天 然 金 剛 石 。 　 　各種硬脆材料的磨削，基本上都采用金剛石磨輪來磨削，磨削時有以下特點：(1)法向磨削力大：磨削硬脆材料時的法向磨削力比切向磨削力大 5～10倍。尤其是采用端面磨削時，它的法向磨削力比切向磨削力大30倍左右，所以要求機床要有足夠的剛度。(2)工件材料的抗彎強度增高，磨削比將減?。河泊嗖牧系哪ハ鞅扰c工件材料的抗彎強度和組織致密度成反比。如 TiC、TiN、WC—Co 硬質(zhì)合金比陶瓷的抗彎強度高，它的磨削比將成倍減小。(3)工件材料的硬度和臨界壓力成正比：磨削硬脆材料時，磨輪與工件之間的壓力只有超過某一臨界壓力時，磨輪才能正常磨削。金剛石和立方氮化硼砂輪兩者在適用性方面具有互補性：金剛石砂輪適用于磨削硬、脆有色金屬和硬質(zhì)合金、光學玻璃、陶瓷、寶石等高硬度、高脆性的非金屬材料；CBN 砂輪適用于磨削淬硬鋼、耐熱合金和高硬度、高韌性的金屬材料。由于其優(yōu)良的磨削性能。廣廣泛應用于航空、汽車、醫(yī)學、電子、建材等領域，并成為精密和超精密磨削、高速高效磨削、難加工材料磨削、成形磨削、磨削自動化等技術的基礎。超硬磨料砂輪在國外發(fā)達國家應用廣泛，特別是由于 CBN磨料具有高的耐熱穩(wěn)定性，僅次于金剛石的硬度，使得 CBN砂輪成為提高經(jīng)濟效益和實現(xiàn)節(jié)能、高效、精密、自動化等的重要工具而得到重點發(fā)展。在我國，金剛石砂輪得到了較廣泛的應用，而 CBN砂輪由于制造、修整、成本和對機床要求較高等方面的原因，應用情況不很理想。超硬磨料砂輪的種類眾多，各有特點。通常按結(jié)合劑種類對其劃分，如表1-1所示。表1-1超硬磨料砂輪的種類及其特性 10超硬磨料砂輪修整技術是修整技術的新領域。修整技術發(fā)展至今，修整工具已形成種類豐富的系列家族，許多新的修整工具是高科技產(chǎn)品，修整技術的發(fā)展趨于高精、高效及自動化，給超硬磨料砂輪的修整帶來了新課題。超硬磨料是迄今為止最硬的材料，所以在使用之初和磨損后很難整形，難以達到滿意的砂輪精度。成形磨削往往采用金屬結(jié)合劑砂輪要達到所需的修整精度十分困難。要達到精密磨削所要求的修整精度，則更是嚴峻的挑戰(zhàn)。1．2超硬磨料砂輪杯形修整器的設計意義超硬磨料砂輪的修整，通常分為整形和修銳兩個工序。修銳是一個將超硬磨粒砂輪的磨粒修磨鋒利的處理過程。在這一過程中，需去除磨粒間的結(jié)合劑和磨鈍的砂輪磨粒，使具有很強磨削性能的砂輪磨粒突出結(jié)合劑之外，形成銳利的切削刃。修銳也必須從砂輪表面的氣孔中，去除微小的材料，防止作用于砂輪上的磨削力增大，砂輪上的磨削力增大，將會引起振動和造成零件表面燒傷。沒有適當?shù)男掬J，即使是最好的砂輪也不可能獲得加工零件的高質(zhì)量和尺寸一致性。實際上，當你投資了高質(zhì)量的砂輪，為了獲得高的磨削性能，很好地修整它們就顯得非常重要。整形可以說是砂輪準備工作的一部分，它與普通砂輪的修銳同時進行。對于超硬磨料砂輪，兩道工序是分開進行的，首先對砂輪進行整形。在使用超硬磨料砂輪磨削中，整形是使用整形工具或滾輪進行，修銳經(jīng)常是使用一個陶瓷結(jié)合劑的修整棒，在整形完成后，對砂輪進行修銳處理。整形是對砂輪進行微 11粒去除，使砂輪達到所要求的幾何精度；修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒間有一定的容屑空間，并使磨刃凸出結(jié)合劑之外，形成切削刃。磨削加工是重要的加工工藝之一，砂輪磨損機理一直是國內(nèi)外致力予探討的問題。砂輪磨損可分為摩擦磨損(磨耗磨損)、破碎磨損和堵塞粘附，摩擦磨損是由砂輪和工件之間摩擦而引起的；破碎磨損是砂粒的破碎或結(jié)合劑的破碎，它取決于磨削力的大小和結(jié)合劑的強度。在砂輪磨削過程中，由于磨削力和磨削熱的作用，砂輪會發(fā)生磨損。砂輪磨損的形式主要有機械磨損、化學磨損和粘附磨損三種形式。砂輪表面上磨粒的磨損，會使砂輪變鈍，同時也會使砂輪幾何形狀和尺寸精度變差，從而導致磨削力增大、磨削熱增加，并引起振動、噪音，進而導致工件產(chǎn)生裂紋、燒傷、表面粗糙度增大嚴重影響工件的加工效率、加工幾何精度和表面質(zhì)量。為了使砂輪繼續(xù)正常磨削工作，必須對砂輪定期進行修整。修整的目的是使砂輪恢復必須的幾何形狀精度和良好的磨削狀態(tài)。同時為了保證砂輪在整個使用壽命中保持鋒利，砂輪的結(jié)構需要有利于磨粒分裂,要達到砂輪自鋒利的目的，除了應盡量降低結(jié)合劑的比例外，還要優(yōu)化磨粒的空間分布。對于某些磨削，不但要有高的磨削效率，而且還要有高的磨削質(zhì)量（如高的加工精度及低的表面粗糙度） ，為此對砂輪應有一套完善的修整技術。目前應用較為成熟的精密修整技術有：ELID 在線電解修整、激光修整、電火花修整、杯形砂輪修整技術和電解-機械復合整形技術等。對砂輪的修整影響到工件的質(zhì)量，甚至涉及到工件報廢，是決定磨削質(zhì)量的關鍵因素之一。砂輪修整的關鍵在于得到較高的整形精度，良好的地形地貌。整形精度的高低決定于磨削工件的尺寸精度和表面質(zhì)量。良好的地形地貌能保證磨粒有較強的把持力，磨削時有足夠的容屑槽，有利于磨削液的進入，防止工件燒傷、糊塞。修整良好的砂輪磨削力低，砂輪耐用度高。近年發(fā)展的ELID在線修整具有加工精度高，表面裂紋少，表面質(zhì)量好等優(yōu)點，在鏡面磨削中取得了突破，但ELID修整法只適用于金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪，而且需要專門的電源裝置，價格較高。為此，開發(fā)低成本、高性能、適應性廣、工業(yè)化應用的超硬磨料砂輪修整技術是當務之急，特別亟待解決成形砂輪和精密磨削中砂輪的修整問題其中杯形砂輪修整器修整超硬磨料成形砂輪，其修整效率及修整精度都比傳統(tǒng)的成形砂輪修整方法要高，可以達到零誤差的砂輪表面。砂輪修整后的磨削性能實驗表明，磨削力明顯減小，磨削性能良好，且砂輪使用壽命長。由此看來，超硬磨料砂輪杯形修整機的設計也就非常有必要了。 121．3超硬磨料砂輪杯形修整器的國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國國內(nèi)對于超硬磨料砂輪杯形修整機的設計制造主要集中于廣東、江蘇等地的精密加工廠，砂輪的修整工具和修整方法近年來發(fā)展很大，超硬磨料砂輪的應用急劇增加，砂輪修整問題也日益尖銳。圖1-1是廣東易科機械精密工具有限公司的一種產(chǎn)品圖片圖1-1萬能砂輪修整器產(chǎn)品簡介：萬能砂輪修整器，適用于平面磨床及工具磨床滑動底座設計，配合回旋座及上滑座，可修整任何直線角度。萬 能 修 整 砂 輪 計 算 公 式 ： 歸 零 ： H=L=零 R 修 整 凸 圓 弧 ： H=L+R 修 整 凹 圓 弧 H=L-R H-兩 準 梢 外 母 線 間 的 距 離 ； R-所 需 修 整 圓 弧 之 半 徑 ； L-金 剛 刀 刀 尖 至 基 準板 的 距 離 13萬 能 砂 輪 修 整 器 詳 細 參 數(shù) ： 中 心 高 ： ±165mm 轉(zhuǎn) 盤 刻 度 讀 數(shù) 精 度 ： 5' 砂 輪 修 整 最 大 直 徑 ： φ 200mm 洗 石 筆 擺 動 范 圍 ： ±14mm 絲 桿 最 大 推 進 量 ： 25mm 推 進 絲 桿 手 柄 刻 度 ： 0.01mm 圖1-2是南京山能機電工程有限公司一種產(chǎn)品的圖片圖 1-2 數(shù)控砂輪修整器產(chǎn)品介紹：該砂輪修整器是本公司為 M8612A花鍵軸磨床研制的最新產(chǎn)品，是現(xiàn)有機床上機械修整器理想的升級部件。它由 Siemens伺服系統(tǒng)半閉環(huán)控制，進口伺服電機驅(qū)動，三軸聯(lián)動?？尚蕹鼍匦?、圓弧、三角等各種齒形。配置本公司開發(fā)的漸開線專用 CAM軟件，還可修出各種漸開線齒形。該修整器加工尺寸精確、穩(wěn)定，加工快捷、高效，其加工精度可達到微米級。表 1-1是該產(chǎn)品的技術參數(shù)： 14表 1-1數(shù)控砂輪修整器技術參數(shù)圖 1-3 是廣東東莞市德雅數(shù)控刀具商行的一種產(chǎn)品圖片. 圖1-3透視光學砂輪修整器該產(chǎn)品主要用于平面磨床和萬能工具磨床的砂輪修整，可將砂輪修整成直線和圓弧組成的各種截面形狀，通過光學瞄準鏡，可直接清晰地觀察到砂輪與金剛石筆角及砂輪被修整表面的質(zhì)量產(chǎn)品主要參數(shù):中心高：65mm 15修整砂輪最大直徑：205mm修整圓弧最大尺寸凸圓?。?3mm 凹圓?。?5.4mm修整砂輪角度：95°～0°～95°滑塊行程：22.5mm 外形尺寸（長*寬*高）：230*75*97mm1．4超硬磨料砂輪杯形修整器的設計內(nèi)容超硬磨料砂輪的修整是超硬磨料砂輪使用中的技術難題，直接關系到被磨工件的質(zhì)量、效率和成本。本設計為砂輪杯形修整機的設計，其主要技術指標與要求如下：（1）杯形修整器砂輪： 100×20×75mm(長×寬×高） ；（2）修整器的轉(zhuǎn)速：100 —3000轉(zhuǎn)/分，無級調(diào)速；（3）修整器的主軸回轉(zhuǎn)精度：<0.002mm；（4）整機形式：立式，要求結(jié)構簡單、成本低 16第二章 超硬磨料砂輪杯形修整機的設計方案利用普通磨料砂輪、砂塊等對超硬磨料砂輪進行磨削修整，是應用比較廣泛的修整方法。修整器的磨削修整能力和其使用方式有關盡管普通磨料的硬度低于金剛石，但普通磨料修整輪對超硬磨料砂輪的修整效果比金剛石筆的修整效果還好，因此此次設計使用普通磨料砂輪修整。普通磨料砂輪修整有一種方法是采用砂輪外圓對磨修整，修整時，修整砂輪的軸線與待修整砂輪的軸線平行，但這種方法的修整輪磨損很快，易造成修整后的超硬砂輪圓柱度不好，所以不采用此種方法。而采用另一種杯形碳化硅砂輪磨削修整，此方法是將杯形砂輪由電動機通過帶輪驅(qū)動，整個修整器安裝在磨床工作臺上，修整時杯形砂輪軸線與被修整砂輪軸線垂直，杯形砂輪沿被修整砂輪圓周的切線方向作往復進給運動，并在每一往復進給運動中，當杯形砂輪與被修整砂輪脫開時，在垂直方向進行一定量的吃刀，可在各種磨床上修整陶瓷結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑等各種金剛石砂輪，并在修整質(zhì)量和效率上具有較好的效果。這種方法修整時砂輪和杯形修整輪的運動關系如圖2-1所示。圖中金剛石砂輪和杯形修整輪作回轉(zhuǎn)運動圖 2-1運動關系這種修整方法比較實用，但杯形砂輪損耗較大，其修整機理是靠修整時碳化 17硅杯形砂輪的脫落磨粒起研磨作用去除金剛石磨料周圍的結(jié)合劑。其電動機軸與磨削軸之間可采用的方案有帶輪傳動（圖2—1所示） ，鏈輪傳動（圖2—3所示）亦或采用齒輪傳動（圖2—2所示） ，蝸輪蝸桿傳動（圖2—4所示）等等。2．1同步帶帶輪傳動方案一： 圖2—2該方案采用同步帶傳動，使得電動機與磨削軸連接，從而帶動修整砂輪轉(zhuǎn)動磨削修整工件，此方案結(jié)構簡單，容易實現(xiàn)，維修方便，同時使用同步帶傳動工作時無滑動，有準確的傳動比；傳動效率高，節(jié)能效果好；傳動比范圍大，結(jié)構緊湊；維護保養(yǎng)方便，運轉(zhuǎn)費用低；惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作。2.2直齒輪傳動方案二： 18圖 2—3該方案使用常用的齒輪傳動，電動機通過齒輪傳動到磨削軸，再通過磨削軸使砂輪回轉(zhuǎn)從而進行磨削。齒輪傳動雖然傳動比穩(wěn)定，結(jié)構緊湊，但是齒輪制造及安裝精度要求高，價格較貴且重量比較重，放于工作臺上后移動時，工作臺需要提供較大的輸出功率，比較浪費；同時齒輪傳動比較占用空間，立式時需要使用大量零件定位。2.3鏈傳動方案三： 19圖 2—4鏈傳動和齒輪傳動比較,它可以在兩軸中心相距較遠的情況下傳遞運動和動力;能在低速、重載和高溫條件下及灰土飛揚的不良環(huán)境中工作;和帶傳動比較,它能保證準確的平均傳動比,傳遞功率較大,且作用在軸和軸承上的力較小;傳遞效率較高,一般可達 0.95～0.97;但是鏈條的鉸鏈磨損后,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象而且安裝和維修要求較高.鏈輪傳動運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比，磨損后容易發(fā)生跳齒，而且工作時有噪音，傳動不穩(wěn)定2.4蝸輪蝸桿傳動方案四： 20圖 2—5該方案采用蝸輪蝸桿進行傳動，改變了力的傳遞方向，使得電動機可采用臥式安裝，可直接放于工作臺上使用，比較方便。采用蝸輪蝸桿傳動噪聲較低，結(jié)構緊湊，具有較大的傳動速比，但是蝸輪蝸桿之間摩擦損失較大，效率低，精度也不是很高，而且成本較高；設計方案的確定：通過上面對四種設計方案的優(yōu)缺點的分析比較，可以得出結(jié)論：方案二是這四種設計方案中比較合理的一種方案。該方案既可以滿足設計精度的要求，又具有機構體積較小，結(jié)構簡單，安裝維修方便等特點。本章小結(jié)（1）通過幾個主要結(jié)構部分的不同的方案組合，給出四種不同的試驗機總體設計方案；（2）綜合分析比較四種方案各自的優(yōu)缺點；（3）經(jīng)過比較，得到這四種方案中最為合理的設計方案。 21第三章 超硬磨料砂輪杯形修整器結(jié)構設計的相關計算3.1砂輪修整器的主要性能指標的確定修整器主要性能指標如下：（1）杯形修整器砂輪：100×20×75mm(長×寬×高） ；（2）修整器的轉(zhuǎn)速：100 —3000轉(zhuǎn)/分，無級調(diào)速；（3）修整器的主軸回轉(zhuǎn)精度：<0.002mm；（4）整機形式：立式，要求結(jié)構簡單、成本低3.2砂輪修整器的主傳動系統(tǒng)的相關計算由修整器的主軸轉(zhuǎn)速范圍和變速方式，可以選擇變頻調(diào)速三相異步交流電動機來實現(xiàn)。因此該試驗機的主傳動路線為：變頻調(diào)速三相異步電動機→同步帶和帶輪→主軸→杯形砂輪夾持器→砂輪3.2.1電機功率的計算：取砂輪和修整砂輪之間的滑動摩擦系數(shù) f=fmax=1；Pm 是磨削產(chǎn)生的最大功率，Kw；砂輪修整器轉(zhuǎn)速，r/min；Fn 是正壓力，N； r 是磨削摩擦力作用點相對磨削軸的距離，m；故 P m＝T*n/9550=Fn*r*n/9550=0.05*50*3000/9550=0.785Kw齒輪嚙合的傳動效率 η 1＝98%滾動軸承的傳動效率 η 2＝98%故電動機的輸出功率P 出 ＝ ＝0.785/(0.98×0.98)＝0.818Kw 12??為使電動機的功率留有余量，負荷率?。?.85P＝P 出 /0.85＝0.818/0.85＝0.962Kw根據(jù)參考資料可知，選擇的電機型號為：YVP90S-4該電機的主要參數(shù)為： 額定功率 P=1.1 Kw ；額定電流 2.8 A ；額定轉(zhuǎn)矩 7.5N?m ； 同步轉(zhuǎn)速 1500 r/min ；3.2.2齒輪嚙合傳動的計算： 1）計算功率Pc＝ =1.1×（1）計算功率(0.785/0.98)=0.881Kw； AkP?式中： 是齒輪嚙合傳動的工作情況系數(shù)，據(jù)資料可取 1.1；由設計計算公式（10—9a）進行試算則有： 22(5-7)3211 )][(2.HEdtt ZuTKd?????確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1) 試選載荷系數(shù) Kt=1.3(2) 計算小齒輪轉(zhuǎn)距。mN??????45151096.3 7.46/.10.9/n.pT由表 10-7選取齒寬系數(shù) 。d?由表 10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 。2/18.MPaZE由表 10-21d按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限 ，大齒輪接MPaH601lim??觸疲勞強度極限 。PaH502lim??由表 10-13，計算應力循環(huán)次數(shù)(5-8)hjLnN160?其中 i/3.1rn?j根據(jù)機器工作壽命 15年，每年工作 300天則： h102.734???hN941 106.20.7.460??NN892 137./06.??7) 由[1]表 10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)。95.,.21?HHNK8)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為 1%，安全系數(shù) s=1,則有(5-9)MPa406.0][1lim1 ??SNH?5.259.2li2?KH2. 幾何尺寸計算及運動參數(shù)計算1) 試算小齒輪分度圓直徑 ，帶入[ ]中較小的值td1H?2312.()tEtdTZud????m1.40789??2)計算圓周速度 V(5-10)m/s07.160412.160?????ntd 233) 計算齒寬 b(5-11)m12.4.1?????tdb4) 計算齒寬與齒高 b/h模數(shù) (5-12)./2.4/1Zmtt齒高 368.25.?th比值 0364/1/b5) 計算載荷系數(shù)由 V=1.07m/s,7級精度，由[1]表 10-8查得動載荷系數(shù) KV=1.05，直齒輪，假設KAFt/b<100N/m， 由[1]表 10-3查得 ，由[1]表 10-2查得使用系數(shù) ，2.1??FHK1?AK由[1]表 10-4查得 7級精度小齒輪相對支承非對稱布置時(5-13)bd3210.)6.0(8. ???????帶入數(shù)據(jù)得： 29..413.)16.0(8.122??????H由 b/n=10.6687, 由[1]表 10-13查得,39K5?FK故載荷系數(shù)(5-14)6.10.2.???HVA6) 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑由公式(5-15)3/ttdk?得:mm31/tt 96.473.1/62.43??7) 計算模數(shù) m取標準值 m=2.0。9.2/6.47/1??Zd由于通常情況下，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，再考慮安全系數(shù)的因素，不需要進行齒根彎曲強度校核。8) 大齒輪齒數(shù)為 112，小齒輪齒數(shù)為 24這樣設計的齒輪即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構緊湊，避免了浪費。3. 幾何尺寸計算1) 計算分度圓直徑 m6.1809.51???mZd2722) 中心距7.239/)..(/)(21 ???a3) 計算齒輪寬度 24m86.30.17.01???db?我們?nèi)?B2=35mm， B1=40mm。4）基本額定功率 P0：P0=(Ta-mv2 )v/1000=(244.46-0.095×9.52×9.52)×9.52/1000=2.245kw 5）軸上載荷：FQ=1000Pc/v=1000×0.881/9.52=92.54N3.2.3主軸強度校核：主軸受到的扭轉(zhuǎn)力矩的作用遠大于軸向力，軸向力對軸的作用可以忽略不計，僅考慮扭轉(zhuǎn)力矩對軸的作用即可。切應力 ：T?639.510/[]2TTPnMaWd????式中： WT是軸的抗扭截面系數(shù)，mm 3；P 是軸傳遞的功率，Kw；n 是軸的轉(zhuǎn)速，r/min； 許用切應力，MPa；C 是與軸截面有關的系數(shù)。[]?則軸的最小直徑： 6339.5102[]TdCn????主軸的材料選擇 45鋼；可取 C=110， =45；d=110*0.064=7.035mm 即主軸上直徑最小處 d≧8mm3.2.4主軸上鍵的強度校核：鍵的尺寸初步定為 10×8×28，則該鍵連接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩：1'[]4Thldp?式中： d是軸的直徑；l ， 是鍵的接觸長度；h 是鍵的高度；[p]是許用壓強；取，則2,7,'2,[]40??T≈8×28×36×40/(4×1000)=80.64N?m 由于軸上受到的力最大 50N，T 遠大于軸上實際受到的扭矩。故鍵的強度滿足要求。3.2.5軸承的校核：該修整器有一處用到了軸承：主軸旋轉(zhuǎn)軸處的軸承。這處軸承均不用于承受徑向載荷，可以忽略不計，主要起到軸向支撐作用，受到一定的軸向力；并且其轉(zhuǎn)速均遠遠低于軸承的極限轉(zhuǎn)速，因此軸承的校核只要進行軸向的校核。此設計 25所選軸承為代號為 30208的圓錐滾子軸承，查得其基本額定動載荷為 63000N，基本額定靜載荷為 74000N，脂潤滑極限轉(zhuǎn)速為 5000r/min。假設上軸承的當量動載荷為 P1，下軸承的當量動載荷為 P2，軸承運轉(zhuǎn)時有一定輕微沖擊，由查表得 fp=1.2。又有對于下軸承 X2=0.4，Y2=1.6，則P2=fp（X 2Fr2+Y2Fa2）=1.2×（0＋1.6×200）N﹦384N因為 P1﹤P2,所以按照軸承 2的受力大小驗算，得Lh﹦（10 6/60n）×（C/P2） ε﹦（10 6/60×3000）×(63000/384) 3﹦2.45×10 7h由上式可知滾子軸承具有足夠的壽命，滿足要求。本章小結(jié)（1）根據(jù)相關資料，確定修整器的主要性能指標；（2）分別對電機、同步帶、主軸、鍵、軸承等部分進行相關計算，進行結(jié)構設計和相應的強度校核。第四章 砂輪修整器的結(jié)構設計4.1杯形砂輪修整器的整體結(jié)構杯形砂輪修整器用 solidworks做出的三維裝配圖的整體外觀效果如圖 4-1所示。 26圖 4-1杯形砂輪修整器4.2杯形砂輪修整器的內(nèi)部結(jié)構設計該修整器采用立式結(jié)構，將各個零件分別安裝于磨削軸上，由上而下分別為修整輪上蓋、杯形修整輪、修整輪托盤、軸承端蓋、圓錐滾子軸承、軸套、帶輪，其示意圖如圖 4-2所示。 27圖 4-2杯形砂輪修整器結(jié)構4.3杯形砂輪修整器箱座的設計此箱座設計用于固定磨削軸和電動機，再將其固定于磨床工作臺上，從而隨著工作臺的移動對磨床砂輪進行磨削修整。箱座左端安裝磨削軸，右端安裝電動機；箱座四周分別開了矩形框，方便觀察帶輪并對其進行必要的拆裝維修，同時也減輕了箱座的重量，減少了材料的消耗；箱座底邊使用可滑動的螺栓安裝方法，便于對箱座進行固定，比較靈活。圖 4-3是使用 solidworks做出的箱座三維模型圖。圖 4-3箱座4-4杯形砂輪修整器修整輪托盤的設計為了將杯形修整輪穩(wěn)定的固定于磨削軸上，為此設計修整輪托盤以安放修整輪，使其隨著磨削軸一起回轉(zhuǎn)，進行修整砂輪。修整輪托盤三維效果圖如圖 4-4所示。 28a（正面） b（背面）圖 4-4修整輪托盤本章小結(jié)（1）分別對砂輪修整器整體、箱座、修整輪托盤進行功能分析和結(jié)構設計；（2）對試驗機的部分零件和結(jié)構給出 solidworks圖形表示。第五章 總結(jié)超硬磨料砂輪杯形修整器是進行砂輪修整的有效設備，廣泛運用于對各種磨損砂輪進行修整，并且隨著超硬磨料的廣泛使用，此類砂輪修整器就顯得越加重要了，因此本文對超硬磨料砂輪杯形修整器的原理和結(jié)構進行介紹，給出了杯形修整器的基本參數(shù)，并對修整器的機械結(jié)構部分進行了相關設計、計算和計算機三維仿真，為杯形修整器的設計和實際制作提供了一定的依據(jù)和參考。該設計在滿足設計要求的前提下，力求結(jié)構簡單，制造成本低廉，沒有一味地追求高精度，適合進行實際的生產(chǎn)。設計中采用了較為簡單有效的方法實現(xiàn)了相同的功能，并且力求節(jié)省材料，例如在實現(xiàn)電動機和磨削軸之間力的傳遞這個功能上，沒有采用耗材比較大且笨重同步帶傳動，也沒有采用傳動比不怎么精確的 V 帶傳動，而是采用了簡單、省材，且具有較好的傳動性能及較高的傳動效率的齒輪傳動這一結(jié)構來實現(xiàn)，既可以保證足夠的精度，又可以簡化結(jié)構，降低成本，制造、安裝、維修都大為簡化。此外，軸承端蓋、套筒及杯形修整輪托盤的設計都很靈活，可以適用于尺寸、結(jié)構不同的修整輪。同時也設計了相應的箱座，并采取措施減少材料的消耗，同時也降低了整體的重量，這充分體現(xiàn)了互換性設計的思想。該設計只是針對超硬磨料砂輪杯形修整器的機械結(jié)構部分進行了相關的設計計算和仿真，而電氣控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)還需要進一步的補充。 29參考文獻【1】 袁哲俊，王先逵主編.精密和超精密加工技術【M】.北京：機械工業(yè)出版社，1999【2】 文秀蘭等主編.超精密加工技術與設備【M】.北京：化學工業(yè)出版社，2006【3】 于思遠主編.工程陶瓷材料的加工技術及其應用【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2008【4】 李伯民，趙波主編.現(xiàn)代磨削技術【M】.北京：機械工業(yè)出版社出版社，2003【5】 楊江河，程繼學編.精密加工實用技術【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2005【6】 王先逵主編.磨削加工【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2008【7】 成大先主編.機械傳動設計手冊【M】.北京：化學工業(yè)出版社，2004【8】 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