螺旋槳葉片砂帶磨削技術(shù)方案與磨頭裝置結(jié).doc

重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）螺旋槳葉片砂帶磨削技術(shù)方案與磨頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué) 生: 駱桃學(xué) 號: 20102434指導(dǎo)教師：黃云專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化重慶大學(xué)機械工程學(xué)院二O一四年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityPropeller blade belt grinding and grinding equipment technology program designUndergraduate: luotaoSupervisor: Prof. HuangYunMajor: Mechanical Design and Manufacturing and AutomationCollege of Mechanical EngineeringChongqing UniversityJune 2014摘 要本課題主要研究的是螺旋槳葉片這種空間曲面的加工問題。螺旋槳葉片采用的是砂帶磨削，本文主要針對曲面加工設(shè)計一種砂帶磨削方案，解決加工難的問題，還要針對砂帶磨削的方案進行磨頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。此過程中必須要大量閱讀螺旋槳葉片加工相關(guān)的資料，一步步的對方案進行修改優(yōu)化。磨頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要根據(jù)加工的是螺旋槳的尺寸較大，加工面比較復(fù)雜而設(shè)計的。在設(shè)計過程中對磨頭結(jié)構(gòu)的主要零件進行分析，并用三維軟件進行實體建模，再將其裝配成型。最后對磨頭結(jié)構(gòu)中的零件進行理論計算，得出最終的磨頭結(jié)構(gòu)尺寸。本課題所設(shè)計的磨頭是一種新型的磨頭結(jié)構(gòu)，此次設(shè)計會讓螺旋槳葉片的加工難的問題得到一定的解決，為我國的船舶事業(yè)做出一定貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：螺旋槳，砂帶磨削，磨頭ABSTRACT The main topic of research is this spatial processing problems propeller blade surface. Propeller blade grinding belt is used, the paper focused on designing a belt grinding surface machining solutions to solve the difficult problem of processing, but also programs for belt grinding grinding device structure. Must read a lot of the propeller blade machining process-related information, a step by step plan to be modified to optimize. Grinding process according to the structure design of the main propeller of larger size and more complex processing surface design. In the main part of the design process to analyze the structure of the grinding head, and three-dimensional solid modeling software before its assembly molding. Finally, the structure of the grinding parts for theoretical calculation, the final grinding structure size. This paper designed a new type of grinding wheel head structure, the difficult problem of processing the propeller blade design will get some solutions for Chinas ship industry to make some contribution.Key words： Propeller, abrasive belt grinding, Grinding目 錄中文摘要.ABSTRACT.1 緒論.1 1.1 課題的研究目的意義及其研究內(nèi)容.11.1.1 螺旋槳加工難度及其加工現(xiàn)狀.11.1.2 課題的意義及其主要任務(wù).21.1.3 課題的重點研究內(nèi)容.2 1.2 砂帶磨床介紹.2 1.2.1 砂帶磨床發(fā)展背景介紹.21.2.2 砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢.32 螺旋槳砂帶磨削工藝分析.5 2.1 砂帶磨削機理.5 2.2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析.6 2.2.1 砂帶磨削方式選擇.6 2.2.2 砂帶及其磨料的選用.6 2.2.3 螺旋槳砂帶磨削工藝參數(shù)設(shè)置.73 螺旋槳葉片砂帶磨削磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計.9 3.1 磨削力的理論計算.9 3.2 磨削功率計算.9 3.3 磨頭結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計.10 3.3.1 接觸輪設(shè)計.103.3.2 張緊輪設(shè)計.11 3.4 砂帶張緊力計算.12 3.5 張緊機構(gòu).13 3.6 砂帶尺寸選擇與計算.13 3.7 砂帶磨削過程中的受力分析.144 螺旋槳葉片砂帶磨削三維建模.16 4.1 三維建模的意義.16 4.2磨頭機構(gòu)裝配成形圖.165功能分析.186 結(jié)論.19致謝.20參考文獻(xiàn).211 緒論1.1 課題的目的意義及其研究內(nèi)容1.1.1 螺旋槳加工難度及其加工現(xiàn)狀本課題中，研究解決螺旋槳復(fù)雜表面加工的方法。因為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)域較大，吸力面和壓力面都為空間曲面，隨邊、導(dǎo)邊都是采用空間曲線圓滑過渡、葉片頂部收縮成線的構(gòu)造，葉片和槳轂之間過渡圓角半徑由導(dǎo)邊到隨邊不斷變化1。螺旋槳是船舶的核心部分，它對船舶的各項指標(biāo)都有很大的影響。不管是大型輪船還是小型船舶，船舶的運行效率和推進速度都受到螺旋槳加工精度的影響，螺旋槳的加工精度低的話，會導(dǎo)致在運行過程中產(chǎn)生震動以及噪聲。因此，我們時常想要怎么提高船舶的運行效率和推進速度，要想提高船舶的運行效率和推進速度，就得對螺旋槳進行進一度的精加工，以達(dá)到預(yù)期的要求。目前，我國的工業(yè)生產(chǎn)中，很多的船舶生產(chǎn)企業(yè)都已經(jīng)采用了數(shù)控銑削機床，不過說銑削出來的成品還是不能夠達(dá)到要求，其精度和表面質(zhì)量都不夠，也還有一些生產(chǎn)制造商還是采用的落后的手工打磨技術(shù)，其加工效率之低， “鑄造-數(shù)控加工-鉗工打磨”工藝也是一些企業(yè)對螺旋槳葉片加工的方法，更甚者還有一些企業(yè)完全采用手工打磨制造成型，這無疑是最落后的。人工拋磨是能夠?qū)崿F(xiàn)對一些復(fù)雜曲面的磨削加工和拋光加工，但是人與人是不一樣的，每個人的拋磨水平是有高有低的，這樣就會造成螺旋槳加工出來的精度難以得到有效的控制，這樣的加工方式勞動強度大，加工周期也會很長，加工出來的螺旋槳葉片表面質(zhì)量也不好，誤差較大2。國外對螺旋槳的加工雖然有一定的先進技術(shù)，但是國外對這些技術(shù)都是有技術(shù)封鎖的，所以我國要想擁有加工螺旋槳先進技術(shù)，必須得自主研發(fā)。從螺旋槳葉片的加工精度和經(jīng)濟方面考慮，我們就要選擇一種加工效率高、成本造價低廉的加工方式。本課題綜合各方面的因素，決定采用砂帶磨削方式對螺旋槳葉片進行加工。在傳統(tǒng)的磨削加工工藝中，通常是采用電動砂輪機，再用砂布帶進行手工修理，這種方式成本雖然低廉，但工人操作安全性較差，生產(chǎn)效率不高，加工出來的螺旋槳葉片表面質(zhì)量也不符合要求。而砂帶磨削是根據(jù)工件形狀，采用高速運轉(zhuǎn)的砂帶以相應(yīng)的接觸方式，對工件表面進行磨削和拋光加工的一種新工藝3。砂帶是使用粘結(jié)劑將磨料粘結(jié)在紙、布等可撓性材料上制成的可以進行磨削和拋光的一種帶狀工具，它是涂附磨具的一種主要形式，其基本組成是：基材、磨料和粘結(jié)劑，合稱為砂帶構(gòu)成的三要素，較長的砂帶周長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。砂帶磨削技術(shù)在我國還不是很成熟，目前，只有一些企業(yè)擁有此技術(shù)，其中三磨海達(dá)對砂帶磨床的研究處于領(lǐng)先的。砂帶磨削的時候磨削震動小、粗糙度小、磨削精度高，并且磨削的時候非常安全。1.1.2 課題的意義及其主要任務(wù)針對螺旋槳葉片磨削裝置研究現(xiàn)狀，以及螺旋槳加工的問題，結(jié)合砂帶磨削的加工特性進行螺旋槳葉片砂帶磨削技術(shù)方案與磨頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。本課題的主要內(nèi)容有以下幾點：（1）系統(tǒng)調(diào)研和分析國內(nèi)外砂帶磨削的研究、發(fā)展和應(yīng)用情況；（2）熟練掌握AUTOCAD、CAXA等機械設(shè)計軟件；（3）理解和掌握螺旋槳葉片磨削裝置的加工工藝要求，進行該磨削裝置的功能分析；（4）結(jié)合實際問題研究完成螺旋槳葉片磨削技術(shù)方案設(shè)計和裝置的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；1.1.3 課題的重點研究內(nèi)容針對螺旋槳葉片磨削裝置研究現(xiàn)狀，結(jié)合砂帶磨削的加工特性，進行螺旋槳葉片磨削技術(shù)方案與磨頭裝置設(shè)計。1.2 砂帶磨床介紹1.2.1 砂帶磨床發(fā)展背景介紹砂帶磨床是利用快速轉(zhuǎn)動的砂帶作為磨具進行磨削和拋光的床。砂帶磨床可以分為萬能砂帶磨床、外圓砂帶磨床、內(nèi)砂帶磨床、平面砂帶磨床和型面砂帶磨床等。其中萬能砂帶磨床可以用于各種磨削加工，外圓砂帶磨床主要用于外援輪廓的磨削，平面砂帶磨床主要用于磨削平面。砂帶磨床在過去大多都只在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家被應(yīng)用于磨削加工，由于國外對技術(shù)的封鎖，尤其以前在我國很少被用到。經(jīng)過這些年的發(fā)展，砂帶磨床逐漸登上了我國磨削工業(yè)的舞臺。近幾年，隨著我國的砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展，砂帶磨床的應(yīng)用越來越廣泛，凸現(xiàn)了許許多多的企業(yè)加入了砂帶磨床的生產(chǎn)與制造。1.2.2 砂帶磨床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 砂帶磨床的應(yīng)用十分廣泛，普及到各行各業(yè)，而且對各種不同類型的材料都能進行加工，尤其是對復(fù)雜曲面的加工5。目前，國外的砂帶磨床發(fā)展迅速，很多國家的砂帶磨床都逐漸取代了砂輪磨床，尤其是在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，在我國也應(yīng)用于船用螺旋槳葉片的加工。隨著砂帶磨削技術(shù)的不斷進步，砂帶磨床再制造加工領(lǐng)域起著越來越重要的作用，帶領(lǐng)著制造加工業(yè)的發(fā)展。國外砂帶磨削技術(shù)飛速發(fā)展，我國也逐漸參與到砂帶磨削技術(shù)的研究中來。砂帶磨削技術(shù)在國內(nèi)得到了一定的推廣，很多企業(yè)都運用砂帶磨削解決了很多生產(chǎn)實際問題。目前，砂帶磨削設(shè)備已經(jīng)我國很多企業(yè)都得到了應(yīng)用，但是砂帶的種類還不是很多，質(zhì)量也不夠高，就是說我國的應(yīng)用還處于初級階段6。與國際先進水平還是有很大的差距的。經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國砂帶磨削已經(jīng)具有較完整的體系，國內(nèi)砂帶使用的設(shè)備已經(jīng)從最簡單的手提式砂帶磨削裝置發(fā)展到高度自動化的砂帶磨削機床，砂帶磨削已經(jīng)被作為一種可行性良好的技術(shù)，得到了廣泛的應(yīng)用。砂帶磨削是一種高效的拋磨工藝，其應(yīng)用前景是不可估量的。目前，砂帶品種越來越多，其質(zhì)量也越來越好，這就引起砂帶壽命會越來越長。隨著砂帶磨床自動化性能的提高，對它的應(yīng)用在我國會達(dá)到一個新的高度。砂帶磨削加工的優(yōu)點主要有：砂帶磨削能夠加工各種形狀的工件。常見的加工表面肯定能用砂帶磨削加工，一些特殊的復(fù)雜空間曲面也能用砂帶磨削加工。例如：板材的拋磨加工。砂輪的寬度只能夠達(dá)到1000mm，砂帶卻有2500mm以上。砂帶的寬度可以很大，目前最寬的砂帶有4900mm。實際生產(chǎn)中常用的加工寬度為502000mm之間，加工厚度0.4150mm。磨削的時候溫度低，對工件產(chǎn)生的影響??；磨削的磨削力小，容易控制；磨削精度高，對加工要求較高的工件也能滿足要求；加工的時候震動和噪聲比較小，對環(huán)境污染小，符合當(dāng)代工業(yè)對制造加工的要求；磨削效率高，靈活性好，這就能夠更好的滿足用戶的要求。砂帶磨床的發(fā)展趨勢7 繼續(xù)提高生產(chǎn)效率。提高生產(chǎn)率是各行各業(yè)老生常談的問題了，不管怎么樣，我們都是用來完成生產(chǎn)加工的，對生產(chǎn)率的提高，就會給我們帶來更高的效益； 提高加工精度。隨著世界的發(fā)展，各行各業(yè)對其產(chǎn)品都會有更高的要求，已滿足人們的需求，制造業(yè)當(dāng)然就需要提高其加工精度； 延長砂帶使用壽命。砂帶的使用壽命需要被延長，這樣就不用對砂帶進行頻繁的更換，可以從砂帶的材料方面著手研究； 提高自動化程度。機械制造系統(tǒng)自動化是機械制造的重要發(fā)展方向，其目的是一先進可靠的制造工藝為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代的機電一體化技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、自動化制造裝備等所構(gòu)成的制造系統(tǒng)，實現(xiàn)其過程的自動化，從而高速度、高效益、高質(zhì)量地制造出大量產(chǎn)品。隨著工業(yè)的不斷進步與發(fā)展，自動化技術(shù)就越來越得到重視，機床的自動化能夠節(jié)省大量的人力物力；擴大萬能性和適應(yīng)性。隨著工業(yè)的不斷進步與發(fā)展，單一功能的機床已經(jīng)無法滿足市場的需求了。砂帶磨床的萬能性、適應(yīng)性也越來越被重視，在砂帶磨床的制造中，應(yīng)盡可能使砂帶磨床在工業(yè)生產(chǎn)中做到能一機多能、一機多頭8。2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析2.1 砂帶磨削機理砂帶磨削是高速旋轉(zhuǎn)的砂帶與工件接觸的磨削方式。砂帶纏繞在驅(qū)動輪、張緊輪、接觸輪上，通過驅(qū)動輪帶動砂帶高速旋轉(zhuǎn)，進行磨削加工。工件與砂帶接觸的時候，砂帶會磨削去除工件表面的一層材料，完成對工件的一次加工。通常來說砂帶磨削的切削速度不高，一般在2030米秒之間，這樣就能夠保證磨削加工的磨削力相對較小，磨削壓力在20 30兆帕之間，這就使得磨削加工容易得到控制。圖2.1是砂帶磨削設(shè)備原理示意，環(huán)形砂帶安裝在壓輪和張緊輪上，當(dāng)工件有傳送帶送至支承板和接觸輪之間的磨削區(qū)域時，即受到高速運動的砂帶的磨削加工，當(dāng)砂帶磨損后殼即時更換。 圖 2.1砂帶磨削基本要素 1-砂帶 2-張緊輪 3-接觸輪 4-工件 -磨削參數(shù)砂輪磨削對大多數(shù)人來講都不陌生，其磨削原理很簡單。廣義地講，砂帶磨削與砂輪磨削一樣，都是屬于高速運動的“微刃切削刀具”磨粒的微量切削的累積效應(yīng)，所以兩者的磨削機理也都大體一致。但是因為砂帶本身的結(jié)構(gòu)特性，使得砂帶磨削與砂輪磨削又有著本質(zhì)的卻別，這主要表現(xiàn)在：1)砂輪磨削是剛性接觸磨削，砂帶磨削卻是彈性接觸磨削，就算是使用無彈性的砂帶亦是如此，因為組成砂帶的基材、粘結(jié)劑它們都有一定的彈性，而且通常情況都是采用橡膠作為接觸輪的材料。正因為如此，砂帶磨削除了具有滑擦、耕犁和切削作用外，還對工件具有擠壓作用，就會使之發(fā)生塑性變形，從而撕裂表面。因此，砂帶磨削同時具備磨削、研磨、拋光的功用。這就是砂帶磨削加工的表面質(zhì)量好的緣故。另一方面，因為砂帶磨削是彈性磨削，就會使得砂帶磨削比砂輪磨削與工件的接觸長度長，參與磨削的磨粒會增多，每顆磨粒上所受的載荷就會減小，并且變得均勻，以至于磨粒破損小。而使整個砂帶的磨耗比(磨削材料去除量與砂帶磨粒消耗量之比稱為磨削比，而磨削比的倒數(shù)就稱為磨耗比)比砂輪要小得多。2)砂輪的磨粒在分布是不均勻的，磨削時通常是以較大的負(fù)前角進行切削，磨削條件十分惡劣。砂帶不同的是，其磨料是專門制造的，磨料分布均勻，多呈長三角體。因此，砂帶的磨粒要比砂輪的鋒利得多，磨削效率自然就高很多磨削時所產(chǎn)生的溫升就會比較小。3)砂輪磨粒間是用結(jié)合劑填充的，導(dǎo)致積屑空間小。而砂帶磨粒間容屑空間最少比砂輪大10倍，加上其磨粒等高性好，因此砂帶的有效切削面積比砂輪大得多，切削能力比砂輪強，并且磨屑不會殘留在砂帶表面，從而造成堵塞，就不會由此增加摩擦發(fā)熱，磨削區(qū)域得溫度相對來說較低。4）砂帶的周長可以設(shè)計的很長，至少比砂輪的周長長，這就使得砂帶磨削比砂輪磨削可以有更好的散熱區(qū)域，同時砂帶的懸空部分亦可以抖掉砂帶上殘留的磨粒，進一步減小堵塞，降低磨削溫度。5）砂帶的磨粒植入時，是使磨粒的鋒利端向上，如此可使粘附在基體上的單層磨粒都是鋒利的，因而砂帶磨削的生產(chǎn)效率比普通磨削高520倍。2.2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析2.2.1 砂帶磨削方式選擇圖 2.2 砂帶磨削磨削方式圖在本文中，對螺旋槳葉片曲面的復(fù)雜的解決方案的研究，以上介紹了的螺旋槳葉片的加工現(xiàn)狀，可以看出，在現(xiàn)有的螺旋槳葉片的加工方法來看，砂帶磨削是一種經(jīng)濟實惠、精度高的加工方法。在加工過程中，砂帶磨削可以分為兩種磨削方式：開式和閉式磨削。開式磨削是把砂帶的兩頭纏繞在兩個不同的驅(qū)動輪上，由倆個驅(qū)動輪交替驅(qū)動，帶動砂帶磨削，這樣就形成了往復(fù)磨削，最后實現(xiàn)工件的磨削加工；閉式磨削則不同，它是直接由三相異步電機驅(qū)動，帶動砂帶進行磨削，完成工件的加工。結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。雖然開式砂帶磨削精度、一致性都比閉式磨削優(yōu)越，但從磨削效率方面考慮，閉式砂帶磨削要比開式砂帶磨削高的多11。在實際生產(chǎn)中，必須根據(jù)具體加工要求來選擇磨削方式因為螺旋槳葉片的加工既要保證一定的磨削精度，又要有較高的磨削效率，在通常情況下，需要直接在鍛造毛配上進行加工，綜合考慮磨削精度和磨削效率，同時考慮本課題中螺旋槳葉片磨削將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)加工之中，就可以知道在保證加工精度的前提下更注重效率問題，最后決定選擇閉式磨削作為此次課題中砂帶磨床的磨削方式。2.2.2 砂帶及其磨料的選用砂帶磨削是在眾多的磨料切削刃垂直的方向來完成切學(xué)的，每個磨粒都可以近似為一個微型的研磨工具，研究這些單顆粒的研磨過程是研究整個砂帶磨削的基礎(chǔ)。從微觀角度來看，砂帶的磨粒就像是一種圓弧刀尖鈍角或鈍圓刃口的刀具。它的刀尖半徑從幾微米到幾十微米不等，其大小跟磨粒的材料有關(guān)。因為砂帶的磨粒具有這種特性，磨削的時候切削深度就很小，一般在0.0050.05mm左右。砂帶由磨料、結(jié)合劑及基體組成，如圖2.3。跟砂輪磨粒選擇差不多，砂帶的磨粒、粒度有不同規(guī)格的；砂帶的基體也有很多種，如聚氨酯膠帶、紙基、布基等；粘結(jié)劑也有許多不同種類的，如皮膠、樹脂等。對于砂帶的選擇，需要根據(jù)具體的加工要求以及工藝要求等來決定。因為螺旋槳葉片大多采用高強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。根據(jù)一般的加工標(biāo)準(zhǔn)，粗磨時砂帶粒度為5080，精磨時為150180。在本課題中砂帶磨削的要求為精磨，故砂帶粒度取為160。 圖2.3 砂帶的組成要素 1-基材 2-底膠 3-覆膠 4-磨料 5-基材處理劑2.2.3 螺旋槳砂帶磨削工藝參數(shù)設(shè)置砂帶磨床砂帶的主要技術(shù)參數(shù)主要包括：砂帶長度、寬度；磨削速度即砂帶速度；螺旋槳工件進給速度；驅(qū)動砂帶高速旋轉(zhuǎn)的電機功率。砂帶寬度直接影響磨削的效率，在機床功率允許條件下，寬度越大，磨削效率越高。砂帶寬度的選擇必須根據(jù)具體加工條件而定。因為螺旋槳葉片是一種復(fù)雜的空間曲面加工，砂帶寬度若是選的太大，砂帶就容易與螺旋槳葉片產(chǎn)生干涉，進而影響螺旋槳葉片的加工精度。所以我們必須對砂帶的寬度有所限制，一般在1040mm范圍內(nèi)。對于砂帶長度的選擇，原則上是越長越好，但是如果過長的話，就會導(dǎo)致機床本身所占的空間太大，所以砂帶的長度就要在機床空間允許的情況下盡可能選擇長的。船用螺旋槳葉片通常采用錳鐵黃銅和不銹鋼等材料，它們的強度高、耐磨性好、耐腐蝕性好。砂帶的速度一般在2030 m/s，可以選擇砂帶速度Vs=20m/s，工件轉(zhuǎn)速Vw=10r/min。砂帶磨床主要參數(shù)選擇如下：砂帶速度：Vs=20m/s螺旋槳進給速度：Vw=10r/min砂帶規(guī)格：850mm37mm（長度寬度）驅(qū)動輪所用電機額定功率：11Kw （Y160M-4）電源：380V 50HZ 電機轉(zhuǎn)速：1460r/min進給系統(tǒng)伺服電機額定功率：1.5Kw 電源：380V 50HZ 電機轉(zhuǎn)速：3000r/min磨削方式：閉式磨削3 螺旋槳葉片砂帶磨削磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 磨削力的理論計算在砂帶磨削過程中對磨削力的研究，是一個非常重要的參數(shù)，它與磨削表面質(zhì)量，磨粒磨損和磨削比能有直接的關(guān)系。由于磨削力容易測量和控制，可以用來作為磨削狀態(tài)和適應(yīng)控制的評定參數(shù)。砂帶磨削的磨削力與砂輪磨削不同，砂輪磨削的磨削力可以分解為三個互相垂直的分力，即切向力、徑向力及軸向力；而對于砂帶磨削一般來說，磨削力可以分解成為法向力和切向力，具體計算如下：通過前面的分析以及查閱資料可以得到一些已知條件，已知：砂帶的速度 Vs=20m/s，工件的速度Vw=10r/min，砂帶的寬度 B=37mm，有效磨削深度 =0.01mm，磨削能比Us=1100kg/mmmm。根據(jù)公式計算如下：法向磨削力：Fn=(UsB)/Vs =535.3N切向磨削力：Ft=(UsB)/ =392.1N因為砂帶磨削的磨削分力的比例（即切向力與法向力之比）不同于常規(guī)的車、刨、銑削加工等。通常來說車、銑、刨等工序的切向分力都是法向分力的兩到三倍；顯然，砂帶磨削的磨削深度小，工件的進給量也小，這就說明砂帶磨削的磨削分力比也會小很多，通過實驗研究得出，砂帶磨削時磨削分力的比例一般為：Ft/Fn=0.330.75 Ft/Fn=392.1N/535.3N=0.733，顯然，此次設(shè)計滿足要求，即是說各參數(shù)設(shè)置是合適的。3.2 磨削功率計算磨削功率在磨削加工中是很重要的，對它的計算也是很有意義的。磨削功率是跟磨削力有直接關(guān)系的。由物理學(xué)與功率的關(guān)系可知： N=FV/1000 式中N功率（kW） F作用力（N） V物體在力F作用下的運動速度（m/s）顯然對于砂帶磨削來說，上式中 F=Ft（切向磨削力） V=Vs（砂帶磨削速度）所以，砂帶磨削的功率應(yīng)為： N= Ft Vs/1000 （kW） 因而，由（3-5）計算得： N= FtVs/1000=(392.120)/1000=7.842Kw由于在傳輸過程中的電機的功率損耗是必要的，所以選擇電機Y160M-4，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 額定功率：11Kw 滿載轉(zhuǎn)速：1460r/min 起動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.2N/m 最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩：2.2N/m3.3 磨頭結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計3.3.1 接觸輪設(shè)計接觸輪是磨頭機構(gòu)中很重要的一部分，對接觸輪的設(shè)計也就顯得很重要了。接觸輪的硬度直接影響砂帶磨削的磨削表面的粗糙度，接觸輪越硬，加工的工件表面粗糙度越大；反之則越小。一般來說，接觸輪直徑越大，磨削加工時與工件的接觸面積就會越大，加工表面粗糙度就會越小。同樣的，接觸輪表面是否開槽以及開槽角度及尺寸對糙粗度也會有相應(yīng)的影響，總的來說光滑的接觸輪表面磨削的工件粗糙度要小一些。此外，接觸砂輪不平衡度和圓度誤差會使磨削是產(chǎn)生振動，使表面粗糙度增加，所以接觸輪動平衡和外圓休整是一種降低加工表面粗糙度的重要措施。但如果接觸輪直徑太小，砂帶所受的彎曲應(yīng)力會大大增加，導(dǎo)致磨粒極其容易脫落，嚴(yán)重影響砂帶的使用壽命。然后接觸輪的直徑還應(yīng)根據(jù)具體的工藝要求來確定。本次設(shè)計中，因為螺旋槳葉片是空間曲面加工，所以不能選擇太大的尺寸，但是也不能選擇太小的尺寸，故可以選擇接觸輪直徑為80mm。圖 3.1接觸輪表面形狀及其與工件接觸狀況接觸輪的硬度取決于包覆材料的軟硬，根據(jù)不同的包覆材料可以將接觸輪分為軟接觸輪和硬接觸輪。如圖3.1所示。軟接觸輪具有磨粒上所受的壓力較小的特點，砂帶磨削時產(chǎn)生的磨削力小，能夠更好的適應(yīng)工件的外形。相反的，硬接觸輪具有磨粒上所能承受的壓力大的特點，所以磨削時所產(chǎn)生的磨削力相應(yīng)就會很大，雖然沒有很好的適應(yīng)工件外形的能力，但卻擁有磨削量大的優(yōu)點。對于船用螺旋槳葉片的加工，根據(jù)上文的分析，由于葉片屬于復(fù)雜的空間曲面，所以需要良好的適應(yīng)工件外形的能力，又因為工件對表面質(zhì)量也有一定的要求，所以采用硬接觸輪就很難得到我們想要的螺旋槳葉片，這樣的話，我們就只能選擇軟接觸輪來進行加工了，再選用粒度較小的砂帶，這樣就能夠得到較為光滑的加工表面。除此之外，接觸輪的齒形也對砂帶的磨削力有著一定的影響。接觸輪愈光滑，粗糙度愈小，工件的加工表面質(zhì)量就愈好，就愈能達(dá)到的預(yù)期的目標(biāo)。根據(jù)上面的分析，可以選擇接觸輪直徑為80 mm的平滑軟接觸輪來對螺旋槳葉片進行磨削加工。對接觸輪的三維建模效果圖如下：圖 3.2 接觸輪三維建模圖3.3.2 張緊輪設(shè)計張緊機構(gòu)是許多加工中都要用到的部件，比如說，在鏈傳動和帶傳動中都必須要有張緊機構(gòu)。張緊機構(gòu)是對鏈傳動以及帶傳動進行張緊的裝置。砂帶磨削從外觀來講，也應(yīng)該是屬于帶傳動的類型，所以必須要有張緊機構(gòu)。因為砂帶具有彈性的特點，必須要有張緊機構(gòu)使得砂帶張緊，砂帶才能夠正常工作，張緊機構(gòu)產(chǎn)生的張緊力通過張緊輪使砂帶張緊，并在驅(qū)動輪作用下帶動砂帶進行磨削，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。張緊輪的尺寸選擇也是有要求的，張緊輪的直徑不能過小，過小的話，容易引起砂帶振動，對磨削精度有很大的影響。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，就會造成機構(gòu)不緊湊。為了使砂帶定心，可以把張緊輪和驅(qū)動輪做成凸弧形，如圖3.3所示。中凸高度值不能做得太大，否則的話就會造成砂帶振動，并且使得砂帶受力不均勻，從而造成砂帶中部受損。圖 3.3 張緊輪的凸弧表面 實踐中中凸值常由砂帶寬度決定（見表） B>40-6060-100100-150150-200250-400H 1 1.251.52.02.5也可按下面公式計算： 式中，為張緊輪寬度，單位mm B為砂帶寬度。張緊輪與砂帶寬度設(shè)定為一樣的，即，目的是防止在啟動砂帶時的橫向移動而損壞其他磨頭件。此次設(shè)計中，因為B=37mm，所以H=0.27=1.64mm通過計算得到：H =1.64mm。對于張緊輪的直徑，前面我們提到了砂帶磨削中必須要有一定的包角，這就要求張緊輪的直徑必須大于接觸輪的直徑。故可以選定張緊輪直徑為 D1=100mm。綜上所述，張緊輪直徑D2=100mm，中凸值H =1.64mm。3.4 砂帶張緊力計算砂帶的張緊力對磨削力的大小有一定的影響，我們必須對其進行優(yōu)化設(shè)定。砂帶張緊力的簡單公式為： F=PB 式中 P接觸輪的接觸應(yīng)力，通常取為P=50100N/25mm B砂帶寬度,此處取為37mm由公式計算得： F=PB =74148N砂帶的張緊程度對砂帶磨削過程有極其重要的作用，它直接影響到砂帶磨削中的磨削效率以及磨削表面質(zhì)量，還與砂帶的使用壽命有直接的關(guān)系。在張緊力的選擇中，還應(yīng)考慮到接觸輪的硬度以及砂帶的彈性變形。因為本設(shè)計中選用的是平滑軟接觸輪，所以在磨削加工中選擇低一點的砂帶速度能夠讓砂帶獲得良好的柔性，在砂帶不跑偏的前提下，應(yīng)該選擇較小的張緊力，此處我們可以取砂帶的張緊力F=80N。3.5 張緊機構(gòu)張緊機構(gòu)是磨頭機構(gòu)中很重要的一環(huán)，要使磨削工作能夠正常進行，砂帶必須要處于長進狀態(tài)。因為砂帶磨削是彈性磨削，在磨削過程中砂帶會發(fā)生彈性變形而伸長，就導(dǎo)致預(yù)緊力下降，因此，砂帶要重新張緊才行。砂帶的張緊方式有兩種：內(nèi)部張緊和外部張緊。其中內(nèi)部張緊是把張緊輪壓在砂帶的背面，相反的，外部張緊是把張緊輪壓在砂帶的砂面，此次設(shè)計選擇的是內(nèi)部張緊。此外，張緊機構(gòu)還可以分為周期性張緊裝置和自動張緊裝置。周期性張緊裝置大都是通過螺紋或者蝸輪副來張緊的，這里不過多介紹。自動張緊裝置的張緊方式有很多，比如說氣動、液壓自動張緊，還有用彈簧和配重自動裝置的。其中氣動張緊裝置是通過氣壓來實現(xiàn)張緊的，穩(wěn)定性很好。因為對螺旋槳葉片的磨削加工中，螺旋槳葉片旳型面比較復(fù)雜，加工需要的變化很大，所以選擇自動張緊裝置比較合適，本設(shè)計中所選取的是張緊氣缸自動張緊裝置，能夠在磨削加工中產(chǎn)生恒定的張力，使得磨削過程具有良好的穩(wěn)定性16。3.6 砂帶尺寸選擇及計算通常情況下，在選取砂帶尺寸時，遵守“寧長勿短”的原則，因為砂帶的周長越長其使用壽命也越長。同時，砂帶的尺寸越長，磨頭機構(gòu)中的相關(guān)零件也更容易布置，但當(dāng)砂帶尺寸過大時，就會導(dǎo)致砂帶煽動以及機床空間尺寸過大。然而尺寸過小時，砂帶工作循環(huán)次數(shù)就會增多，同時參與磨削的磨粒數(shù)目亦會減少，就會造成砂帶使用壽命減少。因此選擇合適的砂帶尺寸極其重要。根據(jù)上面的要求可選砂帶為：850mm37mm，其粒度為P=160，這樣能夠滿足具體的螺旋槳葉片的加工要求。因為上面我們已經(jīng)選定好了接觸輪和張緊輪的直徑，又選定了砂帶型號，即已知：接觸輪直徑D=80mm，張緊輪直徑D1=100mm，砂帶長度L=850mm。這樣就可以計算出帶輪間的中心距d以及砂帶的包角a，公式如下：計算中心距： d=（L-Dm）/4+（）/4 式中 Dm=（D+D1）/2； =（D1- D）/2；可得： d=621.2mm砂帶驅(qū)動輪的包角： a=180+(D-D2)60/d 可得：a=184.83因為包角的大小會直接影響到砂帶傳遞載荷的能力，包角越大，傳遞載荷的能力就會越強，通常來說包角愈大愈好。如果包角太小，傳遞動力的時候就會容易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。為了防止打滑現(xiàn)象，所以計算包角必須不得小于許用包角值a，即 aa這在磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計時非常重要。查閱相關(guān)資料得知，當(dāng)驅(qū)動輪是鋼材或鋁材的時候可以取a=150，而此次設(shè)計中a=184.83，符合條件。3.7 砂帶磨削過程中的受力分析：上文提到此次設(shè)計將采用接觸輪式磨削，而接觸輪式磨削是砂帶磨削所有類型中應(yīng)用最為廣泛的，也是最具有代表性的，它有兩種結(jié)構(gòu)方式：一種是接觸輪直接作為驅(qū)動輪，另外一輪子作為張緊輪；再一種是接觸輪不作驅(qū)動輪，驅(qū)動輪同時又作為張緊輪?？紤]到機床的總體布局，此次設(shè)計中采用后面一種方式，即接觸輪不做驅(qū)動輪的形式。砂帶磨削過程中的砂帶受力分析如下：當(dāng)砂帶靜止的時候，即是砂帶沒有傳遞載荷，砂帶上下兩邊的張力均為砂帶初張力Fo。當(dāng)砂帶旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動輪對砂帶對砂帶產(chǎn)生一個帶動力，設(shè)驅(qū)動輪對砂帶的作用力為Ff（有效圓周力）。砂帶與工件接觸產(chǎn)生一定的磨削力，可以分成法向磨削力（Fn）和切向磨削力（Ft），并反作用于砂帶。這時候砂帶兩邊的張力會產(chǎn)生變化，分別記為F1和 F2。在砂帶運轉(zhuǎn)過程中有可能會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，打滑是指由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的滑動，也稱為彈性滑動。在臨界狀態(tài)（即砂帶磨削中將要產(chǎn)生卻又沒有打滑的狀態(tài)）時，存在如下關(guān)系：Ff+F1=Ft+F2如果不考慮輪子自身的轉(zhuǎn)動慣量和輪磨削中所產(chǎn)生的摩擦阻力，應(yīng)該有：F1=F2，得Ff=Ft。因此，在設(shè)計中我們要防止打滑現(xiàn)象得產(chǎn)生。為了使砂帶能夠正常磨削而不產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，必須得有 Ff>Ft。根據(jù)平帶傳動原理可知，有效圓周力Ff與張緊力Fo和輪子結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系是： a 其中 Fo砂帶初張力，選Fo=100Ne自然對數(shù)的底（e=2.718.）u砂帶和驅(qū)動輪接觸面之間的摩擦系數(shù)a砂帶繞驅(qū)動輪的有效包角通過計算可以得出理論圓周力，而實際圓周力應(yīng)為： Ffo=Ff+kuFn 式中 k與接觸弧長和接觸輪開槽情況有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)接觸輪無開槽時k=1； Fn法向磨削力。最終通過計算可得實際圓周力為：Ffo=1311N4 螺旋槳葉片砂帶磨削三維建模4.1 三維建模的意義三維建模是把虛擬的二維模型轉(zhuǎn)化為實體的模型，在三維空間中構(gòu)造三維形體來表達(dá)設(shè)機構(gòu)想，讓人一目了然，在設(shè)計過程中具有重要的意義。三維建模是設(shè)計過程中的一種重要手段三維模型在實際生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用于建筑業(yè)、機械行業(yè)、汽車行業(yè)航空航天等。此磨頭機構(gòu)的建模能夠更好地讓人明白磨頭的結(jié)構(gòu)功能特性，同時在建模過程中我對磨頭的結(jié)構(gòu)更加了解，才能一步步的優(yōu)化。 4.2 磨頭機構(gòu)裝配成形圖此次建模是通過綜合整理前文查詢所得的相關(guān)文獻(xiàn)及其數(shù)據(jù)，利用solidedge進行三維建模，并對建模而成的各個零件進行總體裝配。具體建模圖形如下圖所示：圖 4.1 磨頭機構(gòu)主視圖 圖 4.2 磨頭機構(gòu)側(cè)視圖圖 4.3 磨頭機構(gòu)后視圖5 功能分析本次設(shè)計中，對于磨削方式的選擇我們隊開式磨削和閉式磨削都進行了說明，其中開式磨削的磨削精度很高，但是不適合本次設(shè)計的要求，最終選擇了閉式磨削作為本次設(shè)計的磨削方式。閉式砂帶磨削的磨削效率相當(dāng)高，這就很好地滿足了實際生產(chǎn)中的加工要求。磨頭機構(gòu)作為最關(guān)鍵的砂帶磨床機構(gòu)，它的精度決定了整個磨床的加工性能，在設(shè)計過程中對各個零件都是仔細(xì)分析其功用再逐步設(shè)計，因此在設(shè)計過程中老師要求我一點也不能馬虎大意。此磨頭機構(gòu)是根據(jù)螺旋槳葉片是空間曲面加工而設(shè)計的。在張緊輪的設(shè)計中選擇了比接觸輪大的直徑，這就保證了在磨削過程中就有一定的包角。而接觸輪的設(shè)計中保證了較大的磨削接觸面積，而三個惰輪的設(shè)計就保證了砂帶能夠有足夠的長度。在磨頭機構(gòu)中通過三相異步電動機帶動驅(qū)動輪，砂帶通過纏繞在驅(qū)動輪、接觸輪、張緊輪和三個惰輪之間，并通過氣動氣缸使張緊輪處于張緊狀態(tài)，在驅(qū)動輪的帶動下，砂帶高速轉(zhuǎn)動對螺旋槳葉片進行磨削加工。同時接觸輪支撐板也采用浮動氣缸，使接觸輪能夠更大限度的與螺旋槳葉片表面貼合在一起，能夠有效的增加砂帶和螺旋槳葉片的接觸面積，提高螺旋槳葉片的加工效率，也使砂帶的使用壽命更長。本次設(shè)計中，對螺旋槳的加工采用的是四軸聯(lián)動的方式，螺旋槳砂帶磨床的橫向和縱向進給運動，磨頭機構(gòu)的小幅回轉(zhuǎn)偏擺運動，再加上螺旋槳葉片自身的低速旋轉(zhuǎn)運動，組成了砂帶磨床的四軸聯(lián)動運動，已經(jīng)完全符合螺旋槳葉片的加工要求。6 總結(jié)本課題通過對船用螺旋槳葉片的整體分析，在了解螺旋槳葉片傳統(tǒng)的加工方法及其加工難度的基礎(chǔ)上，通過綜合比較確定采用砂帶磨削這種高精度、高效率的加工方法，并基于砂帶磨削原理進行更深一步的設(shè)計螺旋槳葉片砂帶磨削技術(shù)方案與磨頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是一個漫長的過程，最初我就要在網(wǎng)上找資料了解砂帶磨削技術(shù)，因為以前都沒有接觸過這門技術(shù)。對砂帶磨削有了一定的了解，就要開始完成開題報告的書寫。在這過程中經(jīng)常要與師兄師姐們交流意見，他們也樂于幫助我一起完成開題報告。然后就是外文文獻(xiàn)的翻譯，這也是很耗時間的。從畢業(yè)設(shè)計選題開始，我就有意識的搜集與螺旋槳葉片加工相關(guān)的一些文獻(xiàn)資料，在畢業(yè)設(shè)計過程中曾經(jīng)多次到三磨海達(dá)公司參觀螺旋槳砂帶磨床實物，使我心里更加明確我要設(shè)計的是什么，側(cè)重點在哪里?；貋碇?，通過自學(xué)三維建模軟件，將砂帶磨床磨頭機構(gòu)的各個功能部件進行初步的三維建模，并對其中不符合優(yōu)化要求的零部件進行修改、重建，再統(tǒng)一進行裝配。直至所有的零部件功能都得到了驗算之后，再通過三維軟件solidedge將裝配而成的磨頭裝置模型轉(zhuǎn)化成二維工程圖，結(jié)合以前所學(xué)的機械制圖知識，將二維工程圖繪制完成，最后再依據(jù)整個的設(shè)計要求書寫畢業(yè)設(shè)計說明書。在設(shè)計過程中，讓我對磨床從單一理論書本上的認(rèn)識進一步延伸到了實際生產(chǎn)之中。本次設(shè)計也加深了我對磨床特別是砂帶磨床的了解，使我明白了砂帶磨床優(yōu)異的加工性能及其廣泛的應(yīng)用范圍。理解到了砂帶磨床在機械制造方面應(yīng)用的重要性，并且在未來特別是對于難加工零件方面，砂帶磨床都將發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是也深知在砂帶磨床的理論研究和機床制造方面，我國跟發(fā)達(dá)國家還存在著一定的差距，這是我們必須正視的現(xiàn)實，因此我們必須在這一塊加大投資，促進人才的培養(yǎng)，爭取盡快迎頭趕上進而超越他們。本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計作為本科學(xué)習(xí)階段的最后一個環(huán)節(jié)，對我以前所學(xué)的知識起到一個復(fù)習(xí)、整合、加深鞏固的作用，讓我在這期間對大學(xué)接觸和學(xué)習(xí)到的所有專業(yè)知識得到了最實際的應(yīng)用，也讓我自己對以前所學(xué)的專業(yè)知識認(rèn)識更加深刻。當(dāng)然在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了自己在很多方面的欠缺，通過上圖書館以及網(wǎng)上查詢相關(guān)技術(shù)資料，積極與同學(xué)討論自己理解不到位的一些問題，以及到工廠（三磨海達(dá)公司）觀看螺旋槳砂帶磨床實物等等，不僅增長了自己的知識，而且鍛煉了自己快速查閱相關(guān)文獻(xiàn)的能力，以及與同學(xué)相互溝通的能力。致 謝 在此,首先我要感謝我的指導(dǎo)老師黃云教授，黃云老師是一個很負(fù)責(zé)的老師，是他給了我一個這么好的課題，在設(shè)計過程中對我們悉心指導(dǎo)，讓我們多次到三磨海達(dá)公司去參觀，讓我對砂帶磨床得到了更深的認(rèn)識。在設(shè)計過程中，我經(jīng)常往返于圖書館和寢室之間，圖書館的老師也給了我很大的幫助，是他推薦我用那些參考資料，讓我更容易地完成設(shè)計。同時，還要感謝尹咸師兄和周麗琪師姐在設(shè)計過程中給予我的幫助，尹咸師兄每周不厭其煩的給我們開會，并在會上對我們進行指導(dǎo)，讓我知道了該如何一步步的做好畢業(yè)設(shè)計，周麗琪師姐是我的助理老師，她對我那更不用說，在她自己要完成自己的論文的同時，還不忘抽出空下時間來對我的設(shè)計進行指導(dǎo)，在設(shè)計過程中對我的設(shè)計進行修改以及提出她自己寶貴的意見。還要感謝田婷婷同學(xué)，三維軟件對我來說還是有點陌生的，是她在軟件學(xué)習(xí)上幫助了我，對磨頭機構(gòu)的三維建模是她和我一起在圖書館完成的，因為有她的幫助我才完成了畢業(yè)設(shè)計的繪圖工作。最后還要感謝大學(xué)四年來一直陪我走過的伙伴們，我的室友們以及我女朋友，因為有你們，我才順利的完成了本次畢業(yè)設(shè)計。再次感謝。 參 考 文 獻(xiàn)1 顏少平，李松玲，螺旋槳數(shù)控加工技術(shù)研究J.機電設(shè)備2005年第2期.2 李代建，吳建強，船用螺旋槳葉片砂帶磨削精度分析J.重慶大學(xué)，2010.7 . 3 陳廉清，俞利鋒，砂帶磨削及其機床設(shè)計J.機床與液壓，1998.4 張仲生，砂帶磨床的生產(chǎn)概況和發(fā)展方向J，山西機械，2001年第4期5 趙伯民，現(xiàn)代磨削技術(shù)M.機械工業(yè)出版社，2003.16 謝國如，砂帶磨削及其應(yīng)用研究J.精密制造與自動化，2004年第4期.7 周興文，國外砂帶磨床生產(chǎn)概況和發(fā)展趨勢J.機床，1980年第3期8 HIDEHIKO，Adaptive Control in Belt GrindingJ. An