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毕业设计说明书（论文）中文摘要砂带磨抛有着加工质量好，加工效率高等诸多优点，在叶型零件的精加工阶段得到了越来越广泛的应用。本文针对目前叶片砂带磨抛阶段多为手工操作，精度不易保证，生产效率低等缺点，提出采用数控磨抛的方法来加工叶型零件。数控技术的引进，使砂带磨削迈向了一个新的台阶。数控砂带磨床有很多传统砂带磨床不具备的优点：它改善工人的劳动环境，提高零件的加工精度，加工出的零件一致性好等。磨头是数控砂带磨床中极其重要的一个装置，它影响了机床的加工精度。本文设计出适用于数控机床的砂带磨头装置，该装置操作方便可靠，机床工艺性好，便于调整。本文详细分析了砂带磨削原理、砂带磨削技术的特点、国内外的砂带磨抛加工技术概况以及其发展方向；并根据设计要求确定了砂带磨床磨头装置总体方案，通过理论分析选定了关键零部件的参数，以及对张紧快换装置、砂带调偏装置、接触轮等部分进行了结构分析与计算。同时，进行了砂带张紧力计算分析和接触轮轴的强度校核，分析了VERICUT 机床设计仿真软件，并利用该软件对机床磨头装置进行建模仿真。文章最后指出了本文设计的砂带磨削机床磨头装置的特点和存在问题。关键词：砂带磨削，磨头装置，仿真 i毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Design of the Wheelhead of NC Belt Grinding Machine and Movement Simulation AbstractAbrasive belt grinding has an advantage of good quality and high efficiency in machining. Consequently, it is extensively applied to machining blade-profile workpieces. However, a large number of blade processing is done by manual operation, which has some shortcomings. In this paper, a kind of processing with NC belt polishing is proposed for blade-profile workpieces. The numerical control introduced into abrasive belt grinding, makes it head into a new step. NC belt grinder has a lot of advantages that the traditional one does not have: It improves the works environment, increasing the accuracy in processing, having a good workpiece consistency etc. Wheelhead is one of the important components on NC belt grinding machine, and it determines the accuracy of the grinder directly. In this paper, a wheelhead device for NC grinder is designed. This wheelhead device is convenience to operate and easy to adjustment.Firstly, this paper discusses the features of NC abrasive belt grinding, general situation of domestic and international development, and its development trend. The dimension and work parameter of the main components are determined through theoretically analysis and calculate. Moreover, computer aided software is adopted in component design in this paper. With the help of computer software the author simulates the devices movement. At the end of this paper, the author points out several problems in this design and some solutions to it.Key words: Abrasive belt grinding; Wheelhead; Design and simulationiii目录摘要iAbstractii前言1第一章 钛合金叶片砂带磨削21.1 钛合金叶片特性21.2 飞机发动机工作原理21.3 砂带磨削41.3.1 砂带磨削机理与特点41.3.2 砂带61.3.3 砂带磨削的基本形式81.3.4 砂带磨削的主要类型81.3.5 砂带磨削的应用范围91.3.6 国内外砂带技术的发展及应用91.3.7 砂带磨削技术的发展方向10第二章 磨头装置设计122.1 总体方案设计122.1.1 磨头结构方案122.1.2 总体方案拟定152.2 结构设计172.2.1 电机的选择172.2.2 传动计算172.2.3 接触轮设计192.2.4 砂带张紧快换机构222.2.5 砂带选择及其调偏装置232.2.6 砂带张紧力的设计计算262.2.7 接触轮轴的强度校核26第三章 运动仿真分析303.1 VERICUT仿真软件介绍303.2 三维造型303.2.1 叶片造型313.2.2 磨头三维结构383.2.3 夹具结构383.2.4 机床整体模型403.3 UG仿真输出机床程序文件413.4 VERICUT机床仿真加工433.5 仿真结果及讨论45第四章 总结与展望494.1 总结494.2 展望49参考文献51致谢52v前言随着世界航空工业的高速发展，航空燃气涡轮发动机所装用的叶片数量越来越多，工作条件越来越恶劣，且因气体动力性要求叶片不规则的空间复曲面越来越复杂，这给叶片加工技术提出了严峻考验，给叶片研制和制造质量的保证带来了更大挑战。当前，世界上叶片型面磨削加工普遍采用的传统机械专用加工设备存在不适应多品种小批量产品的生产，修改工艺需要较长时间和较多费用，产品试制周期特别长、产品质量不稳定、容易发生叶片烧伤等诸多问题，严重削弱了制造企业参与市场竞争的能力。为了缩短叶片研制与生产周期，提高叶片加工质量及加工效率，降低叶片生产成本，增强企业参与市场竞争的能力，提高涡轮发动机叶片的工作可靠性，本文运用数控加工原理，经过反复研究和探索，对数控砂带磨削机床磨头装置进行了深入研究，并利用UG和VERICUT软件对叶片进行加工仿真。第一章 钛合金叶片砂带磨削1.1 钛合金叶片特性叶片是航空发动机的重要零件，结构复杂，精度要求高，其加工质量显著影响着整机的工作性能。由于叶片材料要求有足够的机械性能、高的化学稳定性、比较高的抗机械磨蚀性能、低的热膨胀系数及良好的减振性，所以通常由具有一定强度的难加工材料制成，如不锈钢、钛合金、镍合金等，这类材料含有高温合金元素，工艺性较差。而叶片型面是叶片的关键部位，通常由复杂曲线组成空间曲面，因此其加工难度更大了1。钛合金的发展是第二次世界大战后开始的。50多年来钛合金的应用得到了迅速发展，并始终与航空、航天工业密切联系在一起。随着航空、导弹、火箭及空间技术的发展，国际上80%以上的钛合金应用在这些领域2。很多航空发动机压气机叶片采用钛合金材料。钛合金与不锈钢相比，其可磨削性较差，因此用砂轮磨削钛合金非常困难。但钛合金砂带磨削的情况却大不一样，这是由砂带自身构造特点及磨削特性所决定的。在磨削钛合金（如TC4）时，在同等条件下，碳化硅砂带比氧化铝砂带的相对切除率高25%60%。这是因为碳化硅磨粒硬度大，脆性也比较大，在磨粒容屑空间堵塞后，磨削力增大，使磨粒及时破裂并形成新的锋刃，可保持较好的磨削能力；其次，碳化硅磨粒与钛合金的亲合力不如氧化铝磨粒强，因而磨削在磨粒上的粘附力不强，砂带的粘附不像刚玉砂带那样严重。由于钛合金塑性和韧性大，摩擦系数大，化学亲合力强，导热系数小，磨削度高，因而磨削时极易形成粘屑，进入滑擦时，在高温高压下，粘附物涂附于工件表面极易发生烧伤。所以砂带磨削钛合金时工件表面质量的主要问题是磨削烧伤。试验表明，适当降低砂带磨削速度，采用合适的磨削助剂可减轻和避免工件烧伤。1.2 飞机发动机工作原理现代涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。发动机工作时，空气首先进入的是发动机的进气道，进气道后的压气机是专门用来提高气流的压力的，空气流过压气机时，压气机工作叶片对气流做功，使气流的压力，温度升高。从燃烧室流出的高温高压燃气，流过同压气机装在同一条轴上的涡轮。燃气的部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能，带动压气机旋转。从涡轮中流出的高温高压燃气，在尾喷管中继续膨胀，以高速沿发动机轴向从喷口向后排出。图1.1 飞机发动机图1.2 飞机发动机结构图图1.3 飞机发动机工作原理1.3 砂带磨削1.3.1 砂带磨削机理与特点砂带是一种用粘结剂将磨料粘结在柔软的基体上的特殊磨具（取代砂轮）。砂带所选用磨料大都为精选的针状磨粒，粒度均匀，长宽比一般大于1.5，磨粒棱角比较明显，即磨粒微刃具有正前角与较小的负前角，故微刃锋利，切除率高。经静电植砂后，磨料以定向排列，呈单层均匀地分布在基体表面。磨粒重叠、堆积较少，磨粒分布等高性好。通过改变植砂条件可以控制磨料植砂密度，以调整磨粒之间空隙，利于排屑和容屑。砂带的周长与宽度一般比固结砂轮大得多，在单位时间内，磨料接触工件的次数减少，同时，磨粒对工件既有切削作用，又有刻划与滑擦作用。前颗磨粒在工件表面上所留下的切削沟痕边缘及因刻划而产生的塑性变形，又被后一颗磨粒切削、刻划、滑擦，实现砂带对工件连续的磨削加工。由于砂带固有的特点，在砂带与工件接触区同时投入磨削的磨粒多，且锋利，故磨削除效率高于固结砂轮，产生的磨削热少。且因磨粒之间分布空隙及磨粒在空间与空气接触时间长，易于磨削热扩散，故砂带磨削温度低，对工件表面磨削降低。由于砂带具有柔软性且磨削速度稳定，加上具有弹性的橡胶接触轮，对振动影响不敏感，易实现高稳定性磨削加工，获得高的加工精度和表面质量。所以砂带磨削与固结砂轮的磨削相比具有高效磨削、“冷态”磨削、弹性磨削的突出特点，具有广泛应用范围，可补充或部分代替砂轮磨削3。砂带磨削基本要素如图1.4所示。图1.4 砂带磨削基本要素砂带套在传动轮、接触轮的外表面上，并使砂带张紧和高速运动，根据工件形状和加工要求，以相应接触方式和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。砂带磨削的基本部件有：(1) 主轴传动装置。有单速或具有较大灵活性的变速传动，有时装有可逆电动机，以改变砂带的运动方向。皮带速度为1050m/min,通常取1630m/min，主传动装置的功率，在每10mm宽的砂带上是0.30.7kW。(2) 砂带张紧装置。保持磨削及导向时砂带的适当张力在砂带磨削过程中起到重要作用它影响到砂带的切削性能和加工零件表面粗糙度。当增加砂带拉力时，可提高金属切除量，但同时也提高表面粗糙度值和磨料覆盖层的消耗量。经试验表明，砂带的张力在68N/mm范围内，在逆磨削时每次行程能切出最大的金属量。拉紧机构有各种形式，从简单的机械或弹簧方法到宽砂带与重负载磨削机床用的气动及液压拉紧装置。同时，为了获得最大的生产率，必须使更换砂带的时间最少，通常操作者能在1min之内更换砂带。(3) 砂带导向装置。砂带工作时，惰轮或张紧轮应当可以调整，使砂带定位及对中，根据砂带的宽度，这一装置可以手动或自动。砂带宽度大于200mm时，通常使用自动导向装置，使接触轮与张紧轮之间的砂带自动对正。(4) 接触轮。接触轮在磨削点上支承砂带，其本体是用铝或钢制成，轮上覆盖橡胶、纤维、毛毡或其它材料制造的弹性圈(厚度为315mm)。根据需要，可制成各种密度橡胶轮，轮的表面制成交错开槽式或平滑式。使用各种橡胶化合物作为接触轮的覆盖面，以满足一定的磨削要。这些化合物包括：氯丁橡胶、乙烯树脂、硅酮橡胶、氯硫酸化聚乙烯合成橡胶。(5) 若在砂带后面安装一块型板(钢、硬质合金或铸铁平板)来代替接触轮，则可完成磨边、四边形、端面、平面及精磨工作，保证零件的平面度或直线性。此外还有吸尘系统等4。1.3.2 砂带作为砂带磨削的核心元件砂带是用粘结剂将磨粒粘结在纸、布等挠性材料上制成的带状工具。它是涂附磨具的高级形式，其基本组成：基材、磨料和粘接剂，称为砂带三要素。图1.5 砂带组成砂带按不同划分标准可分为许多种类，见图1.6。砂带基材磨料粘结剂结构材质：纸、布、复合基材、无纺布基材处理：耐水、不耐水种类：天然磨料、人工磨料粒度：粗、中、细、微粉植砂方式：重力植砂、静电植砂植砂密度：疏型、密型种类：动物胶、植物胶结合强度：硬、软形状：开式、闭式尺寸：宽度、长度图1.6 砂带分类这里我们仅对影响砂带质量变革的静电植砂砂带作简述：静电植砂是利用高压静电吸附原理使磨粒极化上吸，并按其自身长轴方向嵌入粘胶层中，从而形成排列整齐、分布均匀的磨粒层。静电植砂砂带磨粒是经过精心选择的呈长棱形，且刃尖朝外，因而切削锋利，磨削效率高；容削排削空间大，不易堵塞，加工发热少；植砂密度易于控制，且分布均匀；加工表面质量好；粘结效果好，寿命大大提高。是砂带磨削采用的主流产品。1.3.3 砂带磨削的基本形式总体上，砂带磨削可分为开式和闭式两类。开式砂带磨削主要用于精密和超精密加工中；闭式砂带磨削广泛应用于高效强力砂带磨削和精密磨削中，是较为常用的形式。根据加工需要这两类又都可以分为接触轮式、压磨板式和自由带式三种基本磨削形式，如下表所示。表1.1 应当指出，上述三种基本形式在实际应用中并非绝对孤立地被采用，结合具体情况，设计二种或三种形式复合在一台设备上使用，可能会大大发挥砂带磨削的多重作用。1.3.4 砂带磨削的主要类型砂带磨削按操作方式可分为手动磨削和机动磨削。手动磨削按操作者手握对象又可分为手持机器（如手枪式或手提式砂带机）磨削和手持工件磨削（如在万能砂带机上打磨汤匙类小件）。按磨削力的施加方式可分为恒力砂带磨削和恒切除率砂带磨削。按加工过程有无冷却液可分为干磨和湿磨。按加工面形状一般可分为平面、外圆、内圆和异型曲面四大类砂带磨削。1.3.5 砂带磨削的应用范围砂带磨削的诸多优点决定了其广泛的应用范围，并有万能磨削工艺之称。从日常生活用具到工业产品生产的各行各业无不竞相采用，砂带磨削几乎遍及了所有加工领域。其应用范围之广泛，形式之多样式其他加工方法难以相比的。（1） 砂带磨削几乎能加工所有的工程材料。除了加工砂轮能磨削的材料之外，还可以加工铜、铝等有色金属及皮革、木材、橡胶、尼龙和塑料等各种非金属材料。特别是对不锈钢，钛合金和镍合金等难加工工程材料，更能显示出其独特的优势。（2） 砂带磨削除了能加工常规尺寸的各种形状如平面、外圆、内圆和异型曲面的工件外，其优越性还体现在对非常规尺寸的各种形状的工件上。 目前所用砂轮的最大宽度仅为1000mm，而砂带宽达4.9m的砂带磨床已经投入使用。砂带宽度选择范围极广，使得砂带磨削可广泛用于钢板、不锈钢板、铝板、铜板、硅钢片、计算机硬盘、刨花板、胶合板、纤维板、木板、皮革、绝缘胶木板、陶瓷板、大理石板以及宇航器具，舰船等大型板材的加工。 可对金属带材、线材进行连续磨抛加工，如对成卷的铜、铝、不锈钢线材、带材加工、锯片加工等。具有效率高，质量稳定可靠。 可对外径及长径比很大的内、外圆进行磨抛，如各种大型反应釜筒体、石油管道、锅炉等内、外表面加工。长径比极大的轴类、管类零件内、外圆抛磨。要求较高的各型轧辊，电机转子和活塞杆等的精密加工等。 可对复杂异型曲面加工，如发动机、汽轮机叶片、导航叶片、聚光镜灯碗、反射镜、餐具手柄、水暖器具、反应釜封头等5。1.3.6 国内外砂带技术的发展及应用欧美等工业发达国家自20世纪60年代就开展了砂带生产线的研制工作，砂带实现自动化生产则可追溯到20世纪70年代。当时已开始采用静电植砂、水溶性树脂、固化后多向柔曲和搭接，对砂带等工艺进行了大规模的工业性生产。随后出现的抗破碎性强的锆刚玉磨料，为砂带大规模进入数控加工领域铺平了道路。到了80年代，一种具有划时代意义的磨料陶瓷刚玉磨料，为重载强力和超长寿命砂带的制造奠定了基础。90年代至今，随着人们对砂带品种和性能要求的不断提高，各类高档强力、精细和特殊形态的砂带先后被研制出来。目前国际知名的公司有美国3M，德国VSM、Klingspor、Hermes，法国Saint Gobain（美国的Norton公司已并入该公司），瑞士Sancape，日本野牛NCA、Riken Corundum和韩国高丽研磨等，它们的产品代表了当今世界砂带研究和制造的最高水平。国内砂带磨削技术的研究始于20世纪50年代末期，由航空工业部门引进苏联的仿形窄砂带磨床加工航空发动机叶片开始。砂带发展也大体经历了3个阶段，第1阶段是70年代及以前，主要是自主开发，砂带质量和产量都相当有限。第2阶段是80年代至90年代初，以白鸽、上砂为代表的7家磨料磨具制造企业先后从国外引进砂带成套技术设备，使砂带制造从数量到质量都有了突飞猛进，并使我国成为中低档砂带的出口大国。第3阶段是90年代末至今，国内厂家纷纷开展国际合作、转换国外半成品砂带和加快引进新技术新设备。同时，国外企业如美国3M、法国Saint Gobain、韩国高丽等也先后来中国建立涂附磨具生产基地或砂带转换生产线，在一定程度上促进了国内砂带制造技术的发展6。1.3.7 砂带磨削技术的发展方向（1）继续提高生产效率。提高磨削速度和增大机床功率。长期以来，砂带磨床的砂带工作速度一直停留在20m/s30m/s。据美国制造工程学会研究报告说，100m/s的高速砂带磨床已在试验7。在过去较长一个时期，机床功率从每一平方英寸砂带面积4.4kW7.5kW，到了70年代已提高到18.5kW26kW，机床功率现如今为200kW以上的已屡见不鲜，为提高金属切除率，机床的功率必将增大。发展宽砂带磨削，扩大宽砂带磨床的使用范围。目前，最大宽度的砂带磨床可磨削4.9m宽的平面。据报导，宇航器具、大型舰艇、高能物理的研究和应用都要大量使用高精度、高粗糙度精度的板材。提高板材加工效率的途径就是要发展宽砂带磨床。（2）提高加工精度。西德瓦德里希科堡厂在砂带磨床上大量采用高精度常规磨床的结构。美国森斯特兰厂的砂带磨床，按照砂带磨削工作地特性，设计相应的专用部件以便提高机床的加工精度。但就砂带磨床本身来说，砂带制造精度的提高，同样是很重要的。第二章 磨头装置设计2.1 总体方案设计2.1.1 磨头结构方案砂带磨削性能取决于砂带磨削设备的设计和制造水平。而磨头又是设备中影响磨削加工质量和效率最为关键的因素。一般的砂带磨头都由接触轮（压磨板）、张紧轮或驱动轮、砂带等主要部件和张紧快换机构、调偏机构和防（除）尘装置等功能部件组成。首先我们参考一下当今工程中应用的各种砂带磨头结构。图2.1 2M5102型砂带车床磨头图2.2 2M5106A型砂带车床磨头图2.3 2M5101型砂带车床磨头图2.4 2M5110-2型双头砂带外圆抛光机图2.5 2M5315型传送带式平面砂带磨床图2.6 2M5202型气动手持式砂带打磨机图2.7 2M5205型电动手持式砂带打磨机图2.8 2M5306型砂带焊缝打磨机图2.9 2M5200型窄带台式砂带机2.1.2 总体方案拟定数控砂带磨床磨头装置主要由电机、主动轮、接触轮、张紧轮、以及附属机构等部分组成。砂带绕在这三个轮子上，因此，整个磨头装置可以近似认为是一个平带传动机构。电动机带动驱动轮高速旋转，从而使砂带高速运动。经过分析设计出以下三种方案：方案一，如图2.10所示，砂带张紧轮外圆为中凸形，其上开有消音槽，用于防止砂带跑偏和消音。砂带磨轮与砂带张紧轮间设计有砂带张紧弹簧以张紧砂带，保证磨轮的切削力8。图2.10 方案一方案二，如图2.11所示，主运动系统是由砂带架、砂带轮和驱动部分组成，砂带架是用刚性足够的钢板制成，砂带轮系是由主动轮、导轮、张紧轮、磨轮组成，。主动轮有导向槽，外圆是圆弧形是起砂带导向，防止砂带窜动作用的。导向轮外圆也是圆弧形，也是起砂带定心，防止砂带窜动的。张紧轮采用内张式液压张紧，所谓内张紧式张紧是指张紧轮与砂带非磨削面接触的张紧。其优点是克服了张紧轮与砂带磨削面的接触而产生的磨损及砂带消耗缺点，提高了砂带的使用寿命。磨轮实际上是弹性轮，在外圈上压有一层耐油橡胶，外圆是一个弧形，起定心，防砂带窜动及理论上的点接触加工。主运动驱动由电机2通过皮带轮3，三角皮带4，皮带轮5带动砂带轮系实现砂带旋转9。图2.11 方案二 方案三，如图2.12所示，为了便于装卸砂带，设计中采用了弹簧手柄式张紧快换机构。整个磨头装置垂直安装在数控机床的立柱上面。图2.12 方案三经过分析可知，方案一的接触轮向外凸出过小，加工叶片形状的工件时容易引起干扰，这种结构更适合加工平面。方案二的张紧快换机构采用液压方式，该方法比较复杂，且如果想对其进行微调则要采用更为复杂的液压方案。方案三采用弹簧手柄的自动张紧机构，欲增大张紧力，只需调节弹簧初始压缩量或者更换不同系数的弹簧。砂带更换时，只需将手柄掰动即可。经过和老师的讨论决定使用方案三。2.2 结构设计2.2.1 电机的选择由于该磨头装置用于数控磨床的轻载精抛磨，所以电机功率选1.5kW，最高转速2880r/min，并且转速在一定范围内可调，故选取电机型号为G7134单相交流串激动电动机；砂带线速度v=20-30m/s；带传动比i0.5。2.2.2 传动计算（1）电动机上的驱动轮直径D1 确定（mm） （2-1）式中，vs为砂带速度（m/s），由加工条件决定。大功率重载磨削：vs=12-20m/s；中等载荷：vs=20-25m/s；轻载精加工：vs=25-35m/s；N为驱动电机功率（kW）；ns为驱动轮转速(r/min)。在本设计中，选定vs=25-35m/s代入得：（mm）取D1=200mm。（2） 接触轮直径D2确定接触轮直径对材料切除率有影响，直径越小，砂带与工件接触面积越小，单位面积上的压力增大，切削作用增强，磨料能更好地切入材料。另一方面，接触轮直径过小，砂带的弯曲应力增大，同时，粘结的磨粒也会由于过度挠曲而容易脱落，影响砂带寿命，故接触轮直径D2的减小也受到一定限制。以上是从切削的角度来确定接触轮直径，然而，接触轮直径的大小很大程度上还要根据加工条件来决定。如磨削一定直径的内孔，接触轮就不能做得太大；再如磨削曲面时，接触轮半径必须小于凹曲面的最小曲率半径。结合本设计的要求，选取D2=D1/i=100mm，张紧轮直径D3=D2。（3） 砂带参数的确定先根据机床布置及磨头工艺结构布置按初步确定的驱动轮、接触轮的中心距dA和各传动轮直径算出初始周长L值，再根据L值按砂带生产厂的周长规格套取L值，即为选定的周长值。用L值再反过来计算出准确的中心距dA，如图2.13所示。图2.13 几何尺寸计算示意图初算砂带周长： （2-2）代入设计数据：（mm）小带轮包角： (rad)另外，张紧装置可以在一定范围内调整三个轮子之间的中心距。砂带宽度尺寸的选择则比较灵活，由砂带的宽度系列中选择宽度b=50mm。2.2.3 接触轮的设计接触轮一般是用钢或铝合金做基体，外包一层橡胶或塑胶。影响接触轮工作性能和用途的主要因素，是接触轮外层材料的机械物理性能（硬度和密度）和表面状况（平滑表面和开槽表面），因此这是接触轮设计制造时应着重考虑的问题。具体设计制造时，还需要考虑外层材料和金属轮芯的粘接和结构尺寸等问题。普通砂带磨削，砂带的线速度很高（2560m/s），在金属内部及胶层粘合面之间存在着较大的动应力，并随着接触轮转速的提高而增大，当金属与胶层粘合强度低于高转速接触轮在该面得动载荷拉应力时，导致胶层与金属轮分离。这种分离限制了砂带的速度的进一步提高。一般常用的橡胶接触轮，金属表面和胶层接触表面通常用胶粘接，故提高粘接强度是接触轮设计制造的重要问题。在设计接触轮时，必须对金属轮尺寸及胶层的连接强度转换，选择适宜的工艺方法保证其粘接强度。对加工影响最大的两个尺寸因素为接触轮外径（D）和宽度（B）。外径越小，磨料对工件压力越高，故切除率越高。外径和宽度这两个尺寸选择范围比较大，既可根据标准尺寸制作，也可以按需要自行设计，D的常用范围为180-450mm；对手枪式砂带机D可小至10mm，接触轮宽度（B）常按加工载荷划分如下系列：窄宽度系列5-50mm；中等宽度系列50-100mm；重载宽度系列100-300mm；特宽系列300mm。特宽系列接触轮又常被叫作接触辊，常用于大型板材加工，如木板抛光的接触辊宽已达5m。还有一个影响加工较大的尺寸是包胶层厚度，根据使用可在5-40mm间选取。综上分析，本设计中选接触轮外径D=100mm，宽度B=60mm，包胶层厚度取10mm。如图2.14所示。图2.14 接触轮装置接触轮表面形状可分为平滑型和开齿槽型两大类。平滑型表面保证工件与砂带接触面积大，加工精度高，粗糙度（Ra）值较小，常用于精磨、抛光或成型表面加工。齿槽型可提高轮的传载能力，减少砂带阻塞，提高砂带寿命，且切除率高，故常用于粗加工中。图2.15 接触轮表面形状及其与工件接触状况对开齿槽接触轮，齿形参数对加工性能有较大影响。这些参数包括：齿形导角，齿宽la，槽宽lb，槽深hc等。齿形导角定义类似于螺杆的螺旋升角。越大，切除率越高。加工中标准开槽齿形导角有：7，15，30，45，60等，精加工常取30，粗加工取45或60，其余参数选取见表2.1。表2.1 开齿槽接触轮齿行参数选取 （mm）外径D50-8080-120120-200la6-810-1215-20lb1.8-2.43-44.5-6hc0.5-11-22-3严格地说，接触轮的外缘素线应该是一条直线，但为了使砂带在沿其宽度方向作横向进给时便于导入，其两端略有坡度。只有在成形磨削或者其他特殊情况（如无其他的防止砂带跑偏装置）时，才将其设计成中凸弧形。本设计中的接触轮如图中凸量越大，砂带对中性越好，但过大会造成砂带磨损和长度方向受力不均匀，砂带中部易于损坏，故中凸量应该在满足砂带不跑偏或成形磨削所要求弧形参数的条件下尽量小。图2.16 接触轮凸弧虽然磨削速度越高对磨削性能的诸多方面有利，但对大多数橡胶轮，过高速度会产生较大的动应力，使橡胶脱落。线速度过高还会使接触轮表层橡胶硬化。目前，砂带磨削线速度一般在5-50m/s内选择，这很大程度上是由于接触轮胶层的脱落限制了线速度的进一步提高。其线速度可作如下校核计算： （2-3）式中 vs接触轮线速度，cm/s s橡胶与金属间粘结强度，N/cm n安全系数，取1.25-1.5 橡胶密度，g/cm2.2.4 砂带张紧快换机构砂带必须在紧张状态下工作，在砂带因受热等因素影响变长之后，需要进一步紧张。张紧轮的实现是靠改变张紧轮的位置来完成。从张紧实现的过程看，可分为及时自动张紧和间断周期性张紧两种方法。间断周期性张紧法是指：砂带因工作延伸松弛后，定期地对其张紧调节以确保加工顺利进行，间断周期性张紧机构（如丝杠螺母调节机构）具有结构简单、操作方便，但生产率低等特点。及时自动张紧是生产中常用的方法。它使砂带保持良好的张紧状态。及时自动张紧机构相对复杂，更换砂带方便，生产率高。本设计中，采用弹簧手柄式的及时自动张紧机构，如图2.17所示。该方式具有结构紧凑、操作方便等特点。弹簧力使砂带自动张紧，欲增大张紧力，只需调节弹簧初始压缩量或者更换不同系数的弹簧。砂带更换时，只需将手柄按顺时针方向掰动即可。图2.17 张紧快换机构此张紧快换装置等效于一个简单的曲柄滑块机构，如图2.18所示。更换砂带的时候，顺时针转动手柄（如图中箭头方向），带动滑动（即磨头装置中的支架）压缩弹簧，从而使砂带松弛。图2.18 张紧快换机构的运动等效图2.2.5 砂带选择及其调偏装置环形砂带沿宽度方向的周长值存在误差，常称为筒形误差，这是砂带运行中跑偏的主要原因。砂带调偏装置就是通过改变带轮空间位置使之适应砂带平稳运行的手段之一。砂带调偏通常有两种调整方式（图2.19），即带轮轴一端在yox平面内沿Y向调整和在xoz平面内沿X向调整，本设计中采用后者，装置结构简图如图2.14所示。图2.19 调偏方式砂带粒度的选择见表。由于本文设计的磨床磨头装置用于精磨，根据表中的对应关系，选用粒度在P1000左右的砂带。表2.2 粒度与加工粗糙度对照粒度P30-P40P50-P120P150-P240P250-P1200P1500-P3000P6000-P20000Ra(m)1.3-3.23.2-0.80.8-0.20.20.050.01应用粗磨半精磨精磨精磨超精磨超精加工2.2.6 砂带张紧力的设计计算砂带是有一定柔性的切削工具。要使砂带进行磨削，必须给砂带施加一定的张紧力F。在试验和现场使用中发现，如果砂带张紧力不足，则砂带和主动轮之间的摩擦力过小，会出现打滑现象，而且在加工过程中产生抖动，影响加工质量；如果张紧力过大，则由于黏结剂裂纹，使砂带大量脱落甚至发生过早断裂，丧失磨削能力。因此，合理选择砂带的张紧力对于提高上产率、降低生产成本、保证磨削质量有重要意义。图所示为设计的磨头传动装置简化图，其传动方式类似于平皮带传动，对砂带张紧力和切向磨削力之间的关系分析如下：Fn为法向磨削力，Ft为切向磨削力，Fa为外界加给张紧轮的力，F1和F2分别为砂带紧边和松边的张紧力，略去各轮和其轴承间的摩擦力，则张紧轮的受力平衡可得下式： （2-4） （2-5） 在砂带与主动轮之间将要打滑的临界状态时，由传动的尤拉公式，松边和紧边张紧力之间的关系为： （2-6）式中 f砂带与主动轮间的摩擦系数，通常取0.3； 1砂带在主动轮上的包角。图2.20 砂带磨削受力分析简化图由（2-5）和（2-6）式可得： （2-7） （2-8）由此可得，加工时需加在张紧轮上的最小张紧力为： （2-9）式中 径向磨削力与切向磨削力之比，通常2。代入参数计算得：Fa=20N由上式可知，所需施加的张紧力与切向磨削力Ft成正比。增大带与轮之间的摩擦系数f，增大主动轮包角1，将使所需的预张紧力减小。因此在实际设计时，应尽量增大包角1。砂带工作时受三种应力的作用，即拉应力、离心力和砂带绕过带轮时产生的弯曲应力。由于砂带的厚度很小，只要带轮直径没有小于许用值，弯曲应力可以省略不计。离心力所产生的拉力为： （2-10）式中 q单位面积砂带的重量，N/m g重力加速度，m/s v砂带速度，m/s b砂带宽度，m作用在砂带上的最大拉力为： （2-11）若砂带单位宽度的断裂拉力值为F（可从说明书或者手册上查到），为保证砂带不被拉断，则作用于砂带上的最大拉应力应满足： （2-12）式中 K安全系数整理上式有： （2-13）因为Fn=Ft，则有下式： （2-14）本设计中，按照（2-14）式来验算所加的磨削压力是否过大，代入参数计算分析得，该设计满足砂带强度要求。2.2.7 接触轮轴的强度校核本磨头装置用于轻载精磨，受力比较小，只需对接触轮轴的强度进行校核即可满足设计要求。接触轮在磨削的过程中受到切向力Ft和法向力Fn，以及砂带的张紧力。对于接触轮轴来说，其主要受力为切向力Ft和法向力Fn，其中，Ft和Fn的大小按下面的经验公式来计算：（N） （2-15）（N） （2-16）代入临界条件，vs=vmin=20m/s，vw=800mm/min，ap=0.5mm