【文章內(nèi)容簡介】 磨削技術(shù)都是朝著超精密的方向在發(fā)展，在結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)之后，有些機床的加工甚至超過的國外的技術(shù)，表面粗糙度可達 微米。 論文的研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu) 抽油桿外圓砂帶磨 床設(shè)計的內(nèi)容 設(shè)計的題目是抽油桿外圓 磨床的設(shè)計，要求要 系統(tǒng)調(diào)研和分析國內(nèi)外砂帶磨削的研究、發(fā)展和應用情況； 熟練掌握 AUTOCAD、 UG、 PRO/E 等機械設(shè)計軟件 ； 理解和掌握表面精密加工的工藝要求，進行 抽油桿外圓 砂帶磨床的功能分析 ； 結(jié)合實際問題研究 抽油桿外圓 砂帶磨床；該課題培養(yǎng)了畫工程裝配圖、機加工藝、機械設(shè)計及優(yōu)化設(shè)計方面的能力， 并掌握一定的三維軟件繪圖能力 機床設(shè)計重點及難點 對于抽油桿外圓砂帶磨床的設(shè)計，重點在于根據(jù)工件的特性而選擇的磨削方重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 設(shè)計任務書 案來更優(yōu)的實現(xiàn)磨削方案，難點在于磨頭、立柱、導軌三大部分的細節(jié)的詳細選定及校核。 擬采用的途徑與手段 首先通過查詢、分析國內(nèi)外常見的外圓砂帶磨削的方案的優(yōu)劣，根據(jù)抽油桿的工件特性初步選擇出方案設(shè)計，形成方案圖，并對該方案的可行性進行分析與計算。完成計算后進行圖紙的詳細設(shè)計，完成三維圖繪制，并根據(jù)三維圖繪制出全部二維圖。 本章小結(jié) 本章就課題研究的內(nèi)容與意義進行了分析，并對國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了分析。根據(jù)磨床設(shè)計的獨特的特點，提出了本篇論文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 。 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 設(shè)計任務書 2 磨削理論原理 砂帶磨床的類型及 特點 使用磨料磨具（砂帶、砂輪等）作為刀 具來進行切削的機床，都 統(tǒng) 稱為磨床。磨床的種類有很多， 按照用來磨削的工件 大體能分為：外圓磨床、平面磨床、內(nèi)圓磨床以及用來磨削特定工件表面的專用磨床。其中 的 外圓磨床又可分為萬用外圓磨床、無心外圓磨床、定心外圓磨床等。以上磨床的切削刀具一般可選砂輪或砂帶作為切削刀具。 由于磨床的傳動鏈比起其他的機床如車床都要短很多，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的精度的加工。 砂帶作為一種特殊形態(tài) 的多刀刃的切削，它的切削功能主要是通過附著在基底上的磨料磨粒來實現(xiàn)的。當砂帶開始磨削是，磨粒切削工件 吃刀深度很小，磨料的刀尖圓弧負前角較大，磨粒只能摩擦工件的表面，起到所謂的滑擦的作用，所能引起的變形能夠完全彈性恢復，在工件的表面不會殘留任何痕跡；當吃刀深度增加時，磨粒和工件的壓力逐漸增大，工件表面的變形會逐漸過渡到塑性變形，擠壓摩擦劇烈，磨料在工件表面上劃出溝痕；當吃刀深度增加到一定程度時，工件表面滑移形成了切削，開始切削；在磨料磨粒磨損后，鈍化后的磨粒還能起到拋光作用。 因為砂帶的這些特點，磨削率遠高于砂輪，同時磨削所產(chǎn)生的切削熱也很少，使得工件很少會產(chǎn)生因加工切削的熱量而造成的殘余應力。 因此砂帶磨削 也稱為冷態(tài)磨削。又因為砂帶的運轉(zhuǎn)速度非常穩(wěn)定且具有柔軟性， 且承載砂帶的砂輪一般由一層塑膠層，能吸收較多的振動能量， 因而 砂帶磨削對振動并不敏感。由于以上原因，砂帶磨削能實現(xiàn)較高的 穩(wěn)定的磨削加工， 并 獲得高的 加工表面質(zhì)量及精度。 對于等直徑的圓柱 棒料，或者磨削直徑大于非磨削直徑的圓柱棒料可以采用通磨的加工方式，如棒和桿類零件。 根據(jù)無心磨床的結(jié)構(gòu)特點，工件磨削區(qū)的位置關(guān)系一旦設(shè)置好，在整個砂輪磨削過程中，通常就不會改變。在通磨方式下，工件磨削穩(wěn)定可靠。由于可以再磨削時裝卸工件，因此該磨削方式效率較高。 在通磨磨削區(qū)，導輪軸線和水平線有一定的角度，導輪的外表面保證工件和導輪在整個磨削區(qū)相接觸導輪的速度和其傾斜角度決定工件通磨的速度和磨削精度。根據(jù)工件磨削要求而確定相應的角度，通常粗磨角度為 2176。 ~6176。，精磨為 1176。~2176。 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 設(shè)計任務書 導輪和砂輪的距離決定了磨削區(qū)的寬度和工件磨削直徑。根據(jù)工件直徑變化執(zhí)行進給的監(jiān)控。 砂帶磨床的 應用范圍 砂帶磨床的應用范圍正在逐漸擴大，從一般的生活用品到重工業(yè)生產(chǎn)，幾乎各個領(lǐng)域無所不用，如航天航空工業(yè)、鋼鐵行業(yè)、機械加工領(lǐng)域、造船業(yè)?，F(xiàn)在的砂帶磨削已經(jīng)能應用 于一些精密的零部件的制造。是用砂帶磨削來進行加工已經(jīng)成為了很多行業(yè)獲取更多的利潤的一中很重要的方式。目前，砂輪和砂帶的消耗量幾乎達到了 1:1，但砂帶的磨削量已經(jīng)超過了砂輪的，占到了磨削量的六成。砂帶磨床的臺數(shù)已經(jīng)接近砂輪磨床的數(shù)量。 砂帶磨削一般用來精加工一些重要的表面， 還能實現(xiàn)拋光等工藝。常見的功能有磨外圓、磨內(nèi)圓、磨表面、磨焊縫、磨線材等功能。 從加工對象的形狀來看 , 砂帶磨削可以完成大平面的薄板、中板和厚板的磨拋 , 金屬帶材或卷材的連續(xù)磨拋 , 各種葉片型面的成型磨拋 , 批量工件的磨拋以及各種外圓柱面和內(nèi)圓 柱面的磨拋 。 從加工方式來看 , 砂帶磨削可以進行粗磨、半精磨、精磨和拋光等一系列加工 . 為適應無切屑和少切屑工藝發(fā)展的需要 , 國外已廣泛地應用無心砂帶磨削進行長桿加工 . 如日本中部機械公司用無心砂帶磨床加工提升機與土木機械用的外徑達到 165 mm, 長 18 m 的活塞桿 , 每加工一根桿只需 5 h, 比砂輪磨床提高工效近 9倍 . 砂帶磨削的加工精度可達到 : 尺寸偏差0. 05 mm, 圓柱度 ( 0. 05～ 0. 07) mm 外圓磨削的種類 外圓磨削從工件的裝夾可分為定心磨床和無心磨床。 定心磨床一般 是在通用車床上進行改裝的，工件夾持在三爪卡盤上，車床的刀具更換為磨頭。這 種磨床因為能在大量使用的車床上改裝，因而應用很廣。無心磨床 （圖 ） 的特征是磨削工件在導軌上，沒有使用夾具進行定心定位，隨著磨削進行時，工件進行的是螺旋運動。因為徑向運動，工件的外圓表面能夠都加工到。 無心外圓磨相比定心磨來說，有以下的優(yōu)點： 工件不需要裝夾定位 ，工件上下磨床時所消耗的工時更少 ，因而能實現(xiàn)更高的加工效率；工件可以是空心的較長的零件，當零件為空心且較長時定心磨的頂針無法實現(xiàn)裝夾定位使得不能加工 ；對于工件剛度要求比定心磨要低 。 但是 由于沒有定位，因而 無心磨 在加工的時候工件的同心度 、直線度較 定心磨更難控制，同時無心外圓磨是具有高效率的磨削工具，只有在大批量生產(chǎn)時才能發(fā)揮無心外圓磨床的優(yōu)勢。 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 設(shè)計任務書 圖 無心外圓砂帶磨削 影響 磨削精度的主要因素 對于砂帶磨削來說，決定其精度的主要影響因素有以下四個方面。 砂帶 砂帶磨削所具有的優(yōu)點許多是由于砂帶具有彈性且其磨粒鋒利。但是彈性也意味著在磨削過程很難準確控制運動狀態(tài)，從而導致加工精度降低。所以，在加工過程中關(guān)鍵是控制和利用砂帶的彈性特點。砂帶的彈性 取決于基材及粘結(jié)劑。 砂帶磨削的精度還與砂帶的制造質(zhì)量密切相關(guān)。 磨削方式 如果使用方式不同，即使同樣的砂帶所能達到的加工精度也是不同的。對于平面磨削，工件回轉(zhuǎn)磨削精度高于往復磨削精度；同樣的回轉(zhuǎn)磨削，壓磨板式的磨削精度也高于接觸輪式。 機床工具系統(tǒng) 機床工具系統(tǒng)的自身精度是由靜態(tài)和動態(tài)精度兩個方面組成的。靜態(tài)精度包括機床運動部件的定位夾緊精度、幾何位置精度和靜剛度等；動態(tài)精度包含機床主軸和磨頭的回轉(zhuǎn)精度、動平衡狀態(tài)、磨削的各種運動的精度以及機床工具系統(tǒng)的動剛度、震動狀態(tài)等等。以上這些因 素都將對磨削的最終精度產(chǎn)生直接影響。 在機床工具系統(tǒng)中，磨頭的工藝結(jié)構(gòu)對砂帶磨削的精度有很大的影響，如接觸輪的硬度、外形（開槽情況）等。一般接觸輪的硬度越高，表面開槽越少，加工精度越高。在采用壓磨板磨削方式磨削薄片零件時，壓磨板使用 T7 工具鋼并需要經(jīng)淬火處理。 磨削參數(shù) 磨削參數(shù)是指實現(xiàn)砂帶磨削的各種運動參數(shù)。它包括砂帶速度、工件速度、磨削深度、進給量砂帶的橫向振動、磨削液、砂帶張緊力等因素。這些因素的選重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 設(shè)計任務書 擇將直接影響砂帶的磨損狀況，而磨損必然會影響加工精度。但磨損在整個磨削過程中又不可避免，所以關(guān) 鍵是能否讓磨損一致，以不降低其加工精度，所以在使用砂帶磨削要求精度較高的零件時，一般需要讓砂帶作沿其寬度方向的橫向振動。這種擺動能產(chǎn)生交叉重疊的磨削紋路，并使之細化，而且能使砂帶表面磨粒的受力狀況均勻，使砂帶磨損一致以提高其使用效果。砂帶擺動的幅度和頻率受到被加工對象的幾何尺寸、磨削方式及所選砂帶的寬度等因素的影響。 每章小結(jié) 這一章中 對無心外圓磨削的理論原理進行的初步的闡述，對無心外圓磨削的磨削類型及特點進行了深入分析。 對 影響砂帶磨削的精度的因素進行了分析歸納，為接下來的設(shè)計更高精度的抽油 桿外圓砂帶磨床提供了理論支持。 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 3 磨床總體布局 3 抽油桿外圓砂帶 磨床 的 總體布局 抽油桿零件 的特征 抽油桿 （圖 ） 是抽油機 中的 細長 的 桿件，它上接光桿，下接抽油泵 ， 起 到連接、 傳遞動力 、驅(qū)動柱塞泵的 作用。 普通 抽油桿單根 一般 長度為 或 8 米，直徑 為 在 13mm至 29mm 的六種規(guī)格 ， 它的 長徑比為 263 ～ 769，是 一種 長徑比很大的細長桿 件 ，剛度 很 低，柔性 較 大， 容 易彎曲，制造過程中易 受力 變形 ，材質(zhì)一般為 高碳鋼表面鍍硬鉻。 抽油桿在是用過程中收到的周期性的拉伸應力，有些抽油井中含有水、二氧化碳、硫化氫等腐蝕介質(zhì)，所以抽油桿的常見的失效形式是疲勞斷裂和腐蝕疲勞斷裂 圖 抽油桿 初步估計組成部分 對抽油桿的外圓表面的加工，由于其硬度較高，一般采用磨削加工，使抽油桿外圓平滑、圓整，同時對抽油桿在加工時應盡量避免造成殘余應力，避免因為外圓不規(guī)則造成應力集中，或殘余應力使得抽油桿受到交變應力時容易產(chǎn)生疲勞損傷。 磨削加工常見的加工形式有砂輪磨與砂帶磨。砂輪磨削時由于溫度較砂帶磨削溫度高很多，對抽油桿表面加工后容易造成殘余應力，同時砂輪磨削的具有磨削、研磨和拋光的多重作用。 而這也正是砂帶磨削表面質(zhì)量好的原因。但砂帶磨削加工精度與砂輪磨削相比較差，一方面由于切深微進給精度較低，另一方面砂帶磨削為彈性加工，彈性變形使得砂帶磨削精度降低。同時砂帶磨削的加工效率也要遜于砂輪磨削。 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 3 磨床總體布局 由于抽油桿外圓表面加工的特殊性，這里選用砂帶磨削的加工方式。 外圓砂 帶磨削可分為定心磨削和無心磨削兩大類，前者可在車、銑床等常規(guī)機床 上改裝磨頭和在專用外圓砂帶磨床上進 行，而后一類需要 在專用無心砂帶磨床上實現(xiàn)。 定心外圓砂帶磨削設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡便，加工直徑范圍很大的特點，并且很容易在常規(guī)設(shè)備上改裝實現(xiàn)，使這些設(shè) 備附加磨拋之功能，加工質(zhì)量和效率都較高。 無心外圓磨削與普通外圓磨削相比：工件兩端不需鉆中心孔，無需退刀、裝夾工件等時間，生產(chǎn)率高，適宜大批量形狀簡單的外圓零件生產(chǎn)；磨削過程中工件定位由砂輪、導輪和托板確定，工件磨削面就是定位基面，因此磨損對零件直徑尺寸精度的影響只有普通外圓磨床的一半；相對位置精度、圓度較差。 這里選用無心外圓砂帶磨床作為選型方向 。 磨頭部件包括砂輪主動輪、砂輪主動輪軸、砂輪被動輪、砂輪被動輪輪軸、張緊輪、張緊輪氣缸與活塞、皮帶大輪、皮帶小輪、磨削主電機、磨頭外殼。 立柱部分包括立柱塔身、 絲杠、導軌、滑板、升降電機。 床身部分包括床身主體、托輪軸、托輪。 總體初步設(shè)計 工件為半徑 20mm,長度 8米的桿件。 工件的技術(shù)要求 表 精度等級 單邊磨削量（ mm） 直線度（ mm） 圓柱度（ mm） 外圓表面粗糙度 IT9 1 磨削需要實現(xiàn)去厚度約為 27微米的氧化皮；粗磨達到 ；精磨達到 ；并實現(xiàn) 拋光 。因此確定 使用四個磨削單元，第一個磨削單元實現(xiàn)去銹、去氧化皮以及粗磨、第二磨削單元實現(xiàn)精磨、第 三個磨削單元實現(xiàn)粗拋、第四個磨削單元實現(xiàn)精拋的功能 。每個磨削包括三個主要部分：磨頭部分、立柱部分、導軌部分。 基本的尺寸的確定 1） 橫 向尺寸： ① 工件的長度 1l =8 m