玻璃磨边机的设计论文.pdf

玻璃磨边机的设计论文1绪论1.1 课题来源及意义上世纪80年代随着交通、建筑和旅游业的迅速发展，对深加工玻璃的需求越来越多，使玻璃深 加工行业得到了较快的发展，玻璃深加工的产量上升较快。大批浮法玻璃生产线的建成投产，给玻 璃深加工提供了优质玻璃原片:建筑业、交通业发展的加快和档次的提高，为深加工玻璃的应用开辟 了广阔的市场;但是，由于玻璃加工机械水平的影响，大部分玻璃深加工企业的生产能力并没有充分 发挥出来。由于世界主要玻璃生产企业对平板玻璃以及其它品种的玻璃都在寻求新的利润增长点，产品创新、新工艺探索、降低成本、产生高附加值等己成为各大玻璃厂商发展的目标。因此目前世 界上50%-60%的平板玻璃原片均进行深加工后再上市，浮法玻璃原片己不再风光，而是向功能型、实用型、装饰型、安全型、环保型五大方向的深加工玻璃发展，这是21世纪平板玻璃创新产品不容 争议的目标。随着工业生产发展和人民生活水平的提高，能源消耗量迅速增加，在我国建筑能耗占全国总能 耗量的1/4以上。其中建筑门窗的能耗约占建筑物全部热损失的40%,从全球整个能源来看，在取暖或空调时期，其中45%用于建筑物气温的控制，并且比重日益增长，因此节能是摆在我们面前的 重要任务。众所周知，建筑物门窗中玻璃面积所占的比重越来越大。目前各种铝合金门窗、塑钢门窗、玻 璃钢门窗中空玻璃约占总面积的65%-70%。因此，开发使用节能玻璃对建筑节能起着重要的作用。2003年12月4日，国家发改委，建设部，国家质检总局，国家工商总局等四部位委联合发布 建设安全玻璃管理规定2004年1月1日起实施，地市级以上（含地市级）城市的新建、扩建、改 造、装修及维修工程等建筑物，应按该规定要求使用安全玻璃。建设安全玻璃管理规定的实 施旨在有效地保障人身和财产安全，规范安全玻璃的生产、使用和安装，己受到社会各方面的关注。门窗选用具有节能作用的镀膜玻璃、镀膜中空、镀膜钢化、镀膜夹层、低辐射中空玻璃是改善 门窗的绝热性的最好途径。这些玻璃在生产过程中，要求玻璃的边部必须经过磨边处理。传统意义 上的砂布磨边己满足不了生产工艺和建筑市场的要求。生产效率低，生产成本提高。近年来，在很 多行业，特别是在建筑行业，对玻璃的需求增长很快同时对玻璃的加工质量和加工效率也有了很高 的要求，为了改善传统的玻璃磨边方式，降低生产成本，提高加工精度和提高生产效率。近年来，我国玻璃深加工企业发展很快，数量不断增加，规模越来越大，玻璃磨边机作为玻璃深加工业必须的专用设备，其市场需求也将越来越多。然而到目前为止，国内玻璃磨边设备还不很 成熟，大多只适合单件加工，而不能应用于批量生产线。大型玻璃深加工企业必须采用自动化程度 高的智能玻璃磨边机。目前玻璃产品正向功能型、实用型、装饰型等深加工发展，玻璃磨边机作为玻璃深加工必须的 专用设备，市场需求越来越多。玻璃磨边机的作用是根据需要将玻璃边部磨削成特定的形状。其机 械结构主要由磨削进给系统和加工工作台两部分构成。加工工作台上放置被加工的玻璃，玻璃靠普 通交流电机驱动在加工工作台上移动，磨削砂轮的转动也由普通交流电机驱动。磨削进给系统采用 交流伺服电机驱动，用以控制磨削砂轮的运动轨迹，以便将玻璃边部磨削成不同的形状。1.2 玻璃磨边机的发展现状自20世纪90年代以来，由于材料科学的重大创新和突破，人们利用纳米材料技术、表面处理 技术和复合杂化技术等高新技术开发出了各种环保节能型、环保型、智能型等新型深加工玻璃，赋 予了玻璃新的机械、电气、光学、化学等功能，增加了玻璃的使用效果，改善了人类的工作与生活 环境。虽然我国深加工玻璃的生产技术在某些领域接近或达到国外先进国家水平，但是，深加工玻 璃的整体生产技术与国外相比有很大差距，尚未形成规模的专业产品研究与生产线，某些产品的产业化仍是空白。目前玻璃磨边机设备不少是进口的，进口磨边机主要来自意大利生产，另外还有来自韩国、美 国、台湾等地的磨边机用的也较多。进口机的质量、精度、生产效率和使用寿命都要比国内机好，但进口机价格昂贵，一般为国内同类机价格的3 10倍。玻璃磨边机目前仍以进口设备为主，虽然 国外这方面的技术和设备都很成熟，在国际市场上也应用广泛，但完全依赖进口设备的缺点也是明 显的，首先进口设备价格昂贵，需花费大量的外汇;其次它的定货周期、购买备品备件的周期长，对 正常生产造成一定的影响，特别是设备的控制软件部分，由于保密性强而无从深入了解，功能扩展 性差，一旦出现问题就必须等国外的专家来维护和调试，对正常生产有很大的影响，故研制和开发 国产的智能玻璃磨边机的重要性是显而易见的，不仅能够提高玻璃加工技术水平和市场竞争力，而 且随着玻璃深加工行业的迅猛发展，该设备的应用前景也是很广阔的。我国从2001年以后又进一步研发玻璃磨边机设备，目前存在的主要是玻璃的对角线误差、玻璃 加工尺寸精度问题从调研情况来看磨边机设备目前仍以进口设备为主，国产机上处于研制开发阶段,其性能与进口设备相比仍有较大差距。随着我国数控技术的发展，数控机床的应用，我国的设备完 全可以替代进口设备，开发出能够满足国内建筑市场需求的设备。1.3 玻玻磨边机的主要种类及特点玻璃磨边机是玻璃深加工设备中产生最早且用量最大的机械设备之一。近些年来，随着玻璃深加 工产业的不断发展和壮大，玻璃磨边机的种类和规格也越来越多，并且技术越来越先进，功能越来 越全面。目前国内玻璃深加工企业使用较多的几种玻璃磨边机如下：单臂异形磨边机（简称异形机或单臂机）异形机的最大特点是用途广泛，异形机既可以磨直边，也可磨圆边、鸭嘴边，还可磨斜边;既可 以磨圆形工件，也可磨椭圆及异形工件。在独立吸盘上装上靠模，用异形机可以磨一些形状不规则 的工件。异形机结构简单，制造成本相对较低，所以价格也比较便宜。（2）直线磨边机直线磨边机的特点有三个:一是用途比较单一，只能磨各类直线边;二是可连续性磨削，生产效率 较高:三是可磨削尺寸较大的平板玻璃。直线磨边机是各类磨边机中品种、规格最多的磨边机，按能磨削的直线边的不同，它又可分为 如下三种：1）直线磨边机（简称直边机）直边机只能磨削玻璃的平底边及两棱角，按磨头数分，有三、五、八、九、十、十三、十四磨 头等数种机型。一般来说，磨头数越多，则磨削精度和生产效率越高，相应地机器的价格也越高。而电脑控制的直边机（一般磨头数都在十或十以上）价格更高。近些年来，国内市场上又出现一种既可磨平底边，又可磨45度底边的两用直边机，用量也比较 多。另外还有可磨一组或两组互成角度底边的磨边机，叫多级磨边机。这种机型磨头较多，一般为 计算机控制。2）直线圆（简称圆边机）圆边机可以磨削玻璃的圆边、鸭嘴边等，在家具、玻璃的加工中用的较多。圆边机也有三、五、六、七、八、九磨头等数种机型。3）直线斜边机（简称斜边机）斜边机一般用于磨削玻璃3-20度的斜边。现在，有的斜边机也可磨削45度的斜边。斜边机按 磨头数分，也有七、八、九、十、十一、十四磨头等机型。近些年来又出现一种能在玻璃斜边上磨 出各种波浪花纹的斜边机，叫波浪斜边机。（3）靠模磨边机（简称靠模机仿形机）靠模机利用模板准确定位，可精确磨削圆形或异形玻璃的直边、圆边、鸭嘴边、斜边等，这种 磨边机磨出的玻璃形状准确，尺寸统一，生产效率较高。使用靠模磨边机需要制作专门的模板，当生产品种较多时，不但制作模板费用较高，而且管理、更换模板也较麻烦，因此这种机型适用于生产品种不多，但生产批量很大的玻璃加工。（4）内圆磨边机（简称内圆机）内圆机的特点是结构简单，价格低廉，但用途比较单一，主要适于加工圆周边（可以是正圆，也 可是椭圆或异形圆）。现国内有些厂生产的内圆机，摆臂较长，使磨头的摆动范围加大。这种机型不 但可磨内圆，也可兼磨外圆，又称为内外圆磨边机。(5)直线双边磨边机(简称双边磨机)双边磨机的特点是可同时磨削玻璃的两条对边，加工精度好，生产效率高，适用于大批量的玻 璃磨边生产。双边磨机按使用性能分有双直边磨边机和双圆边磨边机两种，其中双直边磨边机用的较多。双边磨机按磨削玻璃宽度的不同可分为中小型和大型两种。最大磨削宽度在两米以下的称为中、小型双边磨机，磨头配置有四、六、八、十二磨头等。最大磨削宽度在两米及两米以上的称为大型 双边磨机，磨头配置有十六、二十、二十二磨头等。大型双边磨机一般为电脑控制，自动化程度较 高，适于磨削大尺寸平板玻璃，但是，这种设备的价格比较昂贵。其他磨边机及专用磨边机除以上介绍的磨边机以外，还有一些结构简单、用途单一的磨边机，如倒角机、小圆片机、抛 光机等。另外还有一些专门加工某种产品的专用磨边机，如汽车后视镜磨边机、洗手盆磨边机等。2本机结构简介及主要工作原理2.1 本机的结构简介玻璃磨边机的外形如图所示:图2.1玻璃磨边机外形玻璃磨边机主要结构：（1）主传动机构；（2）玻璃夹紧机构弹性夹持机构；（3）上下料机构和皮带输送机构；（4）角度调整调整机构；（5）横梁进给机构；（6）磨头电机进给机构；（7）磨头电机的结构；（8）端面磨头调整机构；（9）底座和靠架；（10）机的电控及机器的辅助设备；玻璃磨边机的作用是根据需要玻璃边部磨削成特定的形状。其机械结构主要由磨削进给系统和加工工作台两部分构成。加工工作台上放置被加工的玻璃，玻璃 靠普通交流电机驱动在加工工作台上移动，磨削砂轮的转动和磨削进给系统亦由电机驱 动，用以控制磨削砂轮的运动轨迹，从而将玻璃边部磨削成不同的形状。磨削砂轮的转 动也由普通交流电机驱动。主传动机构是由交流异步驱动电机、联轴器和蜗轮蜗杆减速 器组成；玻璃夹紧机构由齿轮、皮带和弹性衬板等组成；上下料机构和皮带输送机构由 皮带轮、皮带、齿轮、链条等组成。角度调整调整机构变频调速电机、滚珠丝杠、锥齿 轮、链轮、链条等结构组成；磨头电机进给机构是通过铢齿轮和燕尾槽钢导轨组成，通 过锥齿轮的变向功能，使磨头电机在钢导轨内前后移动；端面磨头调整机构是通过螺栓、弹簧和钱链之间的相互关系的改变而实现的。本台玻璃磨边机是一台集以上所述粗磨、精磨及抛光为一体的具有现代化水平的大 型玻璃深加工设备。本机采用电机驱动，电机为变频调速电机，取代了以往的所用的机 械无级变速器。首先由送料机构将玻璃自动输送到夹持机构入口位置处，夹持机构采用 特殊弹性夹持装置夹持玻璃，并夹持玻璃前进；使玻璃分别经过粗磨、精磨、端磨、抛 光等工序一次即可完成玻璃单边的全部磨抛工作，然后由接料机构接住并送出。本机共 设有3个粗磨轮、3个精磨轮、1个端磨轮、3个抛光毡轮，其进给的调整可通过丝杠，导轨机构来完成。2.2 本机的工作原理玻璃的磨削本身包括两个加工阶段：粗磨与精磨，与其密切相关的是抛光工艺，抛 光能最终使制品磨削表面平整并恢复玻璃表面的透明和光亮。玻璃表面相互作用产生水解现象而生成覆盖表面的薄膜，此薄膜主要是胶态硅氧组成，由于研磨或抛光的作用而 使薄膜破坏，并露出新鲜的表面，新的表面与水继续作用而生成新的保护膜覆盖表面，上述过程如此不断的重复进行，直至最终达到研磨和抛光。2.3 主要技术参数玻璃直线双边磨边机控制系统的基本要求玻璃直线磨边机是玻璃深加工的设备中最先进的设备之一，其要求磨削质量好、加 工精度高、生产效率高、操作简便，适用于磨削不同尺寸和厚度的平板玻璃。其系统设 计的基本原则是安全、可靠、高效率、低成本。具体要求如下：1.能保证系统长期稳定运行。2.实用性:直边的粗磨、半精磨、精磨;粗抛、半精抛、精抛、倒角精磨、抛光等工序一次完成。3.操作性:控制系统的人机界面便于操作，画面直观，全部过程采用中文显示，实时监控生产过程。4.维护功能:系统具有自我诊断、报警功能，维护方便。5.价格:系统投资合理，成本低，便于推广使用。6.主要技术指标：(1)速度范围:0 Sln jmin(2)单边最大磨削量:4mm(3)加工玻璃宽度:300 4000mm加工玻璃厚度：32smm（5）总功率:5 0kw（6）电压/频率：380V/5 0Hz（7）倒角角度:45“士 3”夹持胶带运行速度：V=0.4-2.7m/min许用玻璃厚度：8=3-20mm可磨玻璃之尺寸范围：15 0X15 0-2000 x 2000mm斜边角度范围：5-45斜边宽度：BW30mm2.4 本机的基本设计方案、传动系统及特点要求2.4.1 本机的基本设计方案（1）主传动采用变频器调速，使电机获得各种所需转速;（2）玻璃的夹紧方式采用两条橡塑带弹性夹持；（3）玻璃取立位安放；（4）手工上下料，同步齿形带输送；（5）角度调整为电动，面板上有相应的数字显示；（6）宽度进给即可电动也可手动，面板上置有数字显示装置;（7）各磨头电机均有相应的电流表显示工作电流大小。2.4.2 方案确定的依据及其特点2.4.2.1 主动机构本设计要求：1、双带夹持玻璃；2、怠速N=0.3-2.7变频调速;3、适用玻璃厚度b=3-20mm。为此，本设计方案采用的传动方式如图所示：图2.2主传动系统减速器3 前带5传动顺序：主电机1 0主电机2=-,减速器4 0后带6主电机采用普通电机，以电机的变频调速代替机械的无级调速。其主要目的是：变 频调速电机价格适中，与机械无级调速成本相差较小且提高了本机的数字化程度。减速 器3.4速度比相同，转向相反，以保证带速一致，且带的夹紧侧运行方向相同。考虑到 安装与调整，两带之间，主动辄与减速器之间以万向联轴结相连接。为适应玻璃厚度变 化之需要，后带的支撑架置于滑动导轨之上，可用相应的手轮调整其与前带的距离。2.4.2.2 夹紧方式与特点本方案如图2.3所示采用两条橡胶带夹持玻璃，后带夹紧侧后面有一刚性支撑板，后带夹紧，侧后面有一刚性的支撑板，玻璃通过夹持带靠在支撑板上，依此在Y向定 位，前带夹紧侧的后面则以弹性辐图3支撑，这样刚性定位，弹性夹持，既能保持定 位的精度又能减低玻璃的破损率，橡胶带轮轴向采用外球面轴承支撑，使主动、被动 带轮的传动得以保证。如图2.4。图2.3胶辑图2.42.4.2.3 玻璃安放位置选择玻璃安放位置取位为立式、斜置，相对垂直面后倾5,这样选取的主要目的是充 分利用加工车间的有效空间而减小占地面积。玻璃后倾5。，理由是本机磨削角度范围 为5。-45 ,当它后倾5。时，各磨头轴线正好处于水平位置，这样便于设计与校核。2.4.2.4 上下料方式的确定由于本机上下料不是自动，且玻璃的规格及形状各异，所以设计方案中采用手工 上下料，输送则由两条同步齿形带来完成。齿形带的带速与夹持带的带速基本相同，以保证上下料的连续性。为保证上下料及运输过程中玻璃的稳定性，除玻璃后倾5外，还有有靠架加以支撑。2.4.2.5 角度的调整由于磨削角度为5-45 ,因此有角度调整机构。角度的调整见图2.5。图中C 为横梁摆动的支撑点，B较链处为动力输入轴。A点处为螺旋副，螺母校接于横梁上（可 以绕校接点转动）。图2.5转角机构转角机构工作原理：ABC组成一个三角形，BC=a,AC=b，两条线的长度保持不变。边AB=c,由丝杠传动，它的长度可调。由于AB的长度c的变化，引起角a的改变，因b杆与横梁刚性连接,这横梁以及其上面的磨头也作相应的角度改变，以此来达到调整角度的目的。它的计算 公式，即为余弦定理：c2=a2+b2-2bccos a.2.1式中a、b不变，c变化时a角也变化，依据此公式即可制定出相应的表格供使用。为简化机构，本方案中的转角机构采用单独的电机驱动。由于采用单独的电机驱动，用机械显示角度大小不便，所以本设计决定采用数码显 示以及比较装置，并将其安装于面板上，以便观察与调整。为保证转角精度，转角电机设有断电制动装置。为安装起见，在5。、45两个极限位置，设有限位开关。3夹持机构设计3.1 夹持带主要参数的选择与计算3.1.1 主驱动系统（如图2.2）图3.1夹持原理设计要求:带速V=0.4 2.7m/min变频调速变速3.1.2 电机功率的选择确定理论上本机的主电机功率为1.5 kw,考虑到相关因素，使用系数取为20 因此选用电机的功率N=1.5 X 2.0=3kw3.1.3 型号的确定Y132s 6型电机有恒扭矩与恒功率两种，根据我们的使用条件，首选应当保证在 不同速度条件下，扭矩应当是没有太大变化，功率是次要的。因此我们选择恒扭矩调速 电机。3.1.4 夹持带厚及辐子直径的选取带厚8=10mm,夹持带主动辑直径选为380mm。3.1.5 减速器总速比及分配已知：带速 Vma x=2.7m/min辑子直径D=trMCB电 源整流器*:3 F逆变器ST接地NR nI _o_ 1CTCTWWW 控制电源则亘流电阻检测直流检冽1JV电动机pRQ-_ _Y I基板酎|DC4-2Qn A频率设定 DOO-LOv 0.3W 5 K 频率设定COM2DFCPU*电压矢量控制*程序麟!I*保护功控制*操作面板的 收发信号褥ULSI*F册信号 分配电路*输出信号 电路*定址电路反转L-ii6111U寸动第2加速 第2减面紧急停止空转制动 警报接触3叫 JOGROMDC2AC2RSTFAFCMBSCFir*操作板能繇制*面板手法信号控制噪作面板键盘也口表示DRV kl FRQ运输中输出频率到达输出颊率表1mA.Ma x.)5 O7.7.1 加减速时间的设定加速时间和减速时间是指频率变化5 0Hz所需的时间，设定范围为0.19999秒。加速时间减速时间各能以2种模式独自设定。如下图：图7.1第2力口、减速时时间的运转指令的选择，仅与外部走 笫/时间第1磔速时库I印率朴间 减趣r例 第1减速时间-FR（或RRACOM间短路-AC2-CCIM 间短路-1-DCa-CIM 间短路信号方式（CdO4=l）时才有效。7.7.2 多档速度的设定能以外部接点信号的切换来控制变频器作4速运转。频率的设定范围为0.5400Hz。但 此设定范围中是以Cd05、17、18、27的指令值为优先的。当频率是以外部的设定方法（Cd01=l3）来进行时，2速、3速、4速运转中的频率设定，以PROG设定方式来进噩4营播 Mi Mt Mi行。（其它设定方式均无效）电路图如下：图7.2多档速度电路图频率变化如下：图7.3第2第4频率运转时的运转指令的选择，仅于外部榆出颊单HZFR(RR)-COM|i)WJaDF-CCJMim 班路-1 1-3DF-coMnien的信号方式（Cd04=l）时才有效。7.7.3 DC制动量及DC制动时间的设定对停止时的DC制动强度进行设定：Cd25=0:无制动;Cd25=0:制动弱;Cd25=0:制动强；制动是在减速到始动频率以下时才动作的。若制动过急，则在电动机内会产生过电流。电路图如下：nb图7.4制动电路图频率图如下:输出频率HZ)时间时间制动时间於 福直流制动电压图7.5制动频率图结束语毕业设计已接近尾声，这次的设计不同以往的课程设计，它是对四年学习的一次总 结，是把大学里所学的知识综合的运用到设计当中，是一次把理论应用到实践的过程。它需要我们要有扎实的理论基础、严谨的治学态度、耐吃苦的学习作风，同时也不能缺 少老师的指导和帮助。参与设计的过程也是对自己学习的一种检验过程。在设计中可以 充分的认识到自己的不足，并依此在设计过程中不断的完善和提高自己。这次毕业设计我们的设计题目是全自动玻璃直线磨边机。全自动玻璃直线磨边机是一种在玻璃深加工行业中使用非常广泛的机械加工设备，具有很好的发展前景。随着玻 璃加工质量要求的提高对玻璃磨边机的设计要求也相应的提高，以适应市场的需要。在 设计之初我们在老师的要求下，我们对玻璃磨边机进行了市场调研，对玻璃磨边机的实 体结构进行了调查研究，为本机的设计打下了一个总体的印象。在设计当中王健老师给 予我们细心的指导和耐心的讲解，并指导我们如何将所学的知识应用于实际的工作中。设计中，对具体实际应用的加工机械考虑最多的是它在实际中应用的高效性，以及各个 部件实际加工的可行性。合理运用传统的设计方法和现代的设计方法，综合的运用所学 的理论知识，以最佳的方案解决设计中存在的问题。与此同时，在对大量的资料翻阅中，对所设计机构相关的方面的知识也有了一定了解。例如步进电机控制卡、变频调书器等 电子设备的工作原理和选定。为以后的设计工作打下了一个良好的基础。通过本次的设计，我更加清楚地认识到理论基础与实际设计相结合的重要性，充分 的理解了设计中“物有所用”的设计理念，使自己在这四年里所学的知识得到了一次很 好的总结，并将其在实践中得到运用，不但提高了自己独立运用所学知识分析问题解决 问题的能力，而且通过本次设计也了解到了一部整机设计的基本思想和设计顺序的安 排。在设计当中我们采用的是CAD制图，先进的制图工具让我看到现代设计手段的优 越性。在此特别感谢王健老师在设计当中对我们的细心指导、耐心的帮助和孜孜不倦的教 导。有了老师的指导这次的设计任务才得以顺利地进行，按时完成。本次设计是我第一次独立进行实际产品的设计，由于本人的实际经验不足，个人能力有限，在设计当中难免会出现一些错误，请老师给予批评指正。作者刘博2005年6月22日参考文献123 2000年 2000年 2000年机械设计课程设计.机械设计.机械设计习题与解题分析.4范卫东.中国轻工业总公司 1993年(MB1010B玻璃磨边机设计与研究5 2004年机电一体化基础及应用东北大学.，喻子建,张磊,邵伟平.东北大学.，孙志礼，冷兴聚，魏延刚.东北大学.，巩云鹏，田万禄，张祖立.机械工业.黄筱调，赵松年.机床设计手册1979 年7一种玻璃磨边机1993 年凶机床设计手册上册第二分册9机械设计与制造简明手册1993 年10互换性与技术测量1999 年H玻璃器具生产知识1980 年12玻璃的物理性质1985 年轻工业.霍洛威轻工业.，陈清华东北大学.，玉刘平上海同济大学.张唐保宁,高学满.化学工业版社机械设计手册编写组.专利公报范卫东机械工业.，机床设计手册编写组13上海工业大学，上海电机厂 直线异步电动机 1979年14 机械设计手册.1993年致谢毕业设计即将进入最后阶段，这同时也标志着四年的大学生活即将结束。在此，我对这四年中给予我知识的所有老师表示最衷心的感谢！同时，也要感谢这四年中给予 我帮助的各位同学。在这里要特别感谢老师在毕业设计中给我的细心的指导和耐心的帮助，如果没有老 师的指导设计很难顺利完成。希望各位老师对于我的设计进行批评和指教，在此表示感谢！业.，北京化学工成大先.机械工业.，