【文章內(nèi)容簡介】 或交錯(cuò)開槽式。為了滿足砂帶特定的磨削要求，接觸輪的覆蓋面通常使用各種橡膠化合物。這些化合物包括:氯硫酸化聚乙烯合成橡膠、乙烯樹脂、硅酮橡膠、氯丁橡膠等。⑤如果在砂帶的后面安裝一塊由硬質(zhì)合金或鋼制成的型板來代替接觸輪，在確保零件的直線性或平面度的同時(shí)。還可完成零件磨邊、斷面、平面及其要求更高的精磨加工工作。砂帶磨削原理：實(shí)現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、砂帶跟隨接觸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)法和砂帶與板直接接觸法。最常用的是砂帶跟隨接觸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)法。:圖 砂帶套在接觸輪和驅(qū)動(dòng)輪的外層表面上，并通過張緊裝置使砂帶處于緊繃的狀態(tài)，并保持高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工件的具體形狀尺寸和加工精度要求，在適當(dāng)?shù)哪ハ鲄?shù)設(shè)置下，以相應(yīng)的接觸方式對工件進(jìn)行磨削或拋光加工。砂帶磨床設(shè)計(jì)一般包括下面三部分內(nèi)容：1傳動(dòng)設(shè)計(jì)：一般來說，機(jī)床傳動(dòng)設(shè)計(jì)相對較簡單，主要由三方面組成：1）砂帶的主運(yùn)動(dòng)2）砂帶的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3）工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：1）砂帶張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2）接觸輪設(shè)計(jì)3）張緊輪設(shè)計(jì)。3主要技術(shù)參數(shù)選擇：砂帶速度、砂帶長度、寬度、砂帶電動(dòng)機(jī)功率，工件進(jìn)給速度，主軸旋轉(zhuǎn)速度。2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析 砂帶磨削機(jī)理砂帶磨削是通過采用砂帶這一特殊形式的磨削工具，借助于張緊機(jī)構(gòu)使之張緊，在驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)下高速運(yùn)動(dòng)，并在一定壓力作用下，使砂帶與工件表面發(fā)生接觸以實(shí)現(xiàn)磨削加工，得到所需精度要求零部件的整個(gè)過程。 圖 1砂帶 2張緊輪 3接觸輪 4工件 磨削參數(shù)由上可以看出，砂帶磨削的基本構(gòu)成要素有：砂帶，驅(qū)動(dòng)輪，張緊輪和張緊機(jī)構(gòu)，接觸方式即磨削方式，磨削參數(shù)，磨削對象即工件本身。工件表面的相對運(yùn)動(dòng)中，受張緊力的砂帶磨粒與工件表面會(huì)產(chǎn)生一定的干涉，按照干涉的程度，可以分為四個(gè)不同的過程，分別為滑擦、擠壓、切削和耕犁，具體描述如下：①擠壓——最開始磨粒通過擠壓進(jìn)入到工件內(nèi)部，由于磨粒刃尖的圓弧半徑大于磨粒切入深度，形成非常大的負(fù)前切削角，磨粒在工件表面上僅僅發(fā)生彈性變形；②滑擦——磨粒對工件表面的壓力隨著磨粒切入深度增大而逐漸增大，磨粒只起到摩擦工件表面的作用，即滑擦作用。此時(shí)磨粒在工件上的滑擦，實(shí)際產(chǎn)生了塑性和彈性變形的效果，能夠切除掉一部分的材料；③耕犁——隨著機(jī)床主方向進(jìn)給量、切削厚度的增加，干涉量也逐步增大，磨粒已經(jīng)能夠在工件表面上耕出刻線，稱為耕犁。此時(shí)工件材料產(chǎn)生一個(gè)擠壓式的塑性流動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并從磨粒方向的前方和兩個(gè)側(cè)面擠壓出來，同時(shí)切除掉少量的工件材料；④切削——當(dāng)在特定的壓力作用下開始真正的切削，并伴有足夠的干涉和切削溫度時(shí)，就會(huì)在滑動(dòng)磨粒的前方產(chǎn)生斷裂而形成切削[10]。 螺旋槳砂帶磨削工藝分析 砂帶磨削方式選擇圖 砂帶磨削磨削方式圖本課題中，研究對具有復(fù)雜表面的螺旋槳加工的解決方案，上一章節(jié)中對螺旋槳加工現(xiàn)狀做了簡要介紹，可以看出，在現(xiàn)有的螺旋槳葉片加工方法中，砂帶磨削應(yīng)該是一種既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又能確保高精度要求的方法。在正常加工過程中，砂帶磨削可分為兩種磨削方式：開式磨削和閉式磨削。開式磨削是將砂帶的兩端分別纏繞在兩個(gè)不同規(guī)格的驅(qū)動(dòng)輪上，通過兩驅(qū)動(dòng)輪的交替驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)砂帶雙向往復(fù)磨削，以完成對零部件表面的特殊加工；而閉式磨削是由三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪做高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)環(huán)形砂帶作單向高速磨削運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)工件的加工要求。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。雖然開式砂帶磨削精度高，磨削一致性好，在磨削精度方面閉式砂帶磨削不及開式砂帶磨削，但就磨削效率而言，閉式砂帶磨削要比開式砂帶磨削高的多[11]。由于葉片磨削既要求將加工精度控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)又要確保較高的磨削效率，在很多情況下，所需要的螺旋槳葉片型面都是直接在鍛造而成的毛坯上直接磨制而成，綜合權(quán)衡磨削精度和磨削效率這兩方面的因素，同時(shí)考慮本課題中螺旋槳葉片磨床將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)加工之中，在保證所需加工精度的同時(shí)更側(cè)重于高效率磨削，最終選擇了閉式磨削作為本課題中砂帶磨床的磨削方式。 砂帶及其磨料的選用與砂輪磨料選擇一樣，砂帶也有不同規(guī)格的磨料、粒度等級等，砂帶有聚氨酯膠帶、布基、紙基等不同基體；同時(shí)也有樹脂、皮膠等不同類型的粘結(jié)劑。砂帶的基體材料和粘結(jié)劑、磨料、粒度等級，應(yīng)針對被磨削對象的具體加工要求加以選擇。由于螺旋槳葉片大多采用高強(qiáng)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。按照通行加工標(biāo)準(zhǔn)，粗磨時(shí)砂帶粒度為50～80，精磨時(shí)為150～180。在本課題中砂帶磨削的要求為精磨，故砂帶粒度取為 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 螺旋槳砂帶磨削工藝參數(shù)設(shè)置砂帶磨床的主要技術(shù)參數(shù)主要包括磨削速度即砂帶速度；砂帶長度、寬度；螺旋槳工件進(jìn)給速度；驅(qū)動(dòng)砂帶高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)功率。砂帶寬度直接影響磨削的效率，在機(jī)床功率允許條件下，寬度愈大，磨削效率愈高。但螺旋槳葉片一般為扭曲的空間型面，砂帶寬度越大，對螺旋槳葉片的磨削干涉也將越大，從而影響到最終的磨削加工精度。為此，將砂帶寬度限制在10～40mm范圍內(nèi)。砂帶的長度在機(jī)床空間所允許的范圍內(nèi)愈長愈好，以減少砂帶頻繁更換時(shí)間，提高磨削加工效率。由于船用螺旋槳葉片通常采用高強(qiáng)度的錳鐵黃銅合金和耐熱不銹鋼等材料，組織細(xì)密，具有高強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，根據(jù)《現(xiàn)代砂帶磨削技術(shù)及工程應(yīng)用》可知加工此類型的工件，一般砂帶速度選擇為2030m/s，本設(shè)計(jì)中將選用20m/s，即Vs=20m/s。此外工件速度將定于10r/min，即Vw=10r/min，以此保證工件加工表面的高精度要求。砂帶磨床主要參數(shù)選擇如下：砂帶速度：Vs=20m/s工件進(jìn)給速度：Vw=10r/min砂帶：850mm37mm（長度寬度）砂帶磨頭驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)額定功率：11Kw （Y160M4）電源：380V 50HZ 轉(zhuǎn)速：1460r/min進(jìn)給系統(tǒng)伺服電機(jī)額定功率： 電源：380V 50HZ 轉(zhuǎn)速：3000r/min磨削方式：閉式磨削3 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床龍門主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床總體布局 機(jī)床總體布局的基本要求機(jī)床的總體布局與被加工零件的材質(zhì)、表面形狀、尺寸，加工表面精度，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分配，機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，機(jī)床的使用要求等諸多因素有關(guān)。機(jī)床操作簡明和維修的方便性，制造和裝配的工藝性，外觀及占據(jù)空間等要求，也在一定程度上影響著機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)布局。綜合各方面的因素，數(shù)控加工設(shè)備的總體布局應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本要求[12]:(l)機(jī)床的布局設(shè)計(jì)首先要能確保機(jī)床能夠按預(yù)定要求加工所需工件，并且符合數(shù)控加工的工藝流程。(2)機(jī)床各零部件的設(shè)計(jì)、選擇、安裝和調(diào)試要滿足機(jī)床基本加工精度的設(shè)計(jì)要求，確保加工后的零件能達(dá)到規(guī)定的精度。(3)應(yīng)確保機(jī)床的剛度、抗振性、熱變形以及熱穩(wěn)定性等力學(xué)性能與所要求加工工件的表面加工精度的相一致。(4)應(yīng)確保刀具和工件的相對運(yùn)動(dòng)符合設(shè)計(jì)方案的要求，在滿足相對運(yùn)動(dòng)合理的前提下，使用較短的傳動(dòng)鏈，以簡化機(jī)構(gòu)，提高機(jī)床靈敏度、加工精度和傳動(dòng)效率，同時(shí)在最大程度上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的效果。(5)滿足機(jī)床的使用要求，操作簡明，調(diào)整、維修和清理方便，符合人機(jī)工程學(xué)。(6)結(jié)構(gòu)簡單明了，布局合理可靠，機(jī)床的安全性能良好。(7)機(jī)床占地面積小，空間體積小，質(zhì)量輕，加工成本低，外型美觀。 螺旋槳數(shù)控砂帶磨床機(jī)床結(jié)構(gòu)形式分析螺旋槳數(shù)控砂帶磨床屬于專用數(shù)控機(jī)床，根據(jù)工件特定工藝方案和運(yùn)動(dòng)方案的不同，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，常見的結(jié)構(gòu)形式有門架式、懸臂式、龍門式、C型和長懸臂式5種[13]。：(l)門架式：機(jī)床的支承部件由機(jī)床底座、雙立柱和橫梁組成，底座與地基通過螺栓固定連接，門架在其中做縱向運(yùn)動(dòng)，通過兩側(cè)立柱的支撐，在機(jī)床橫梁撓度變形很小的情況下實(shí)現(xiàn)較大的跨度。此種形式的機(jī)床有占地面積小，適合加工縱向尺寸較大工件的有點(diǎn)；也有不利于進(jìn)料的缺點(diǎn)。(2)懸臂式：通?？煞譃閮煞N形式：固定懸臂式和可運(yùn)行式懸臂式。機(jī)床的支承部件是機(jī)床床身、橫梁和立柱三者的組合，此種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)床優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)性能好，而且占地面積小，是目前最有利于進(jìn)料的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式。 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)類別(3)龍門式：機(jī)床的支承部件由機(jī)架、龍門橫梁和雙立柱組成的封閉框型結(jié)構(gòu)，龍門橫梁組件通過滑塊在機(jī)架兩邊的導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)縱向移動(dòng)。此種形式的機(jī)床剛度較高，穩(wěn)定可靠，動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)異，加工精度高，且Y、Z向布局結(jié)構(gòu)緊湊，是一種剛度最好的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式。適合加工各種尺寸類型的零件。(4)C型：機(jī)床工作臺直接固定在底座上，各軸之間的運(yùn)動(dòng)沒有相互關(guān)聯(lián)。此種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)床優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)性能良好，產(chǎn)生的慣性力較小，機(jī)床空間體積小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度一般，不能用于高精度工件的加工。(5)長懸臂式：與懸臂式機(jī)床基本結(jié)構(gòu)相似，但與可運(yùn)行懸臂式相比，由于懸臂長度過大和加工刀架質(zhì)量的影響，其動(dòng)力學(xué)性能差，占地面積也很大。通過對以上不同結(jié)構(gòu)形式的對比分析可知，龍門式機(jī)床結(jié)構(gòu)形式最能滿足數(shù)控加工設(shè)備轉(zhuǎn)速高、剛度好和動(dòng)力學(xué)性能好的要求，且擁有結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定可靠，加工精度高等優(yōu)點(diǎn)。由于船用螺旋槳廣泛應(yīng)用于小到漁船、大到輪渡等不同規(guī)格大小的輪船之上，這也就決定了螺旋槳葉片的大小形狀不一，尺寸變化范圍大的特點(diǎn)，采用一般的機(jī)床結(jié)構(gòu)形式已不能單獨(dú)滿足這種對不同大小類型螺旋槳的加工要求。再加上船用螺旋槳葉片主要由復(fù)雜空間扭曲表面組成，且加工表面質(zhì)量精度要求高。綜合考慮到以上各種機(jī)床結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)及其缺點(diǎn)，只有龍門式機(jī)床結(jié)構(gòu)形式最能滿足船用螺旋槳葉片特有的加工需求。故在本課題設(shè)計(jì)采用龍門式作為螺旋槳砂帶磨床的結(jié)構(gòu)形式。 螺旋槳葉片磨削的運(yùn)動(dòng)分析本課題中所設(shè)計(jì)的砂帶磨床是以螺旋槳扭曲葉片曲面型面作為加工對象的,通過砂帶的近似包絡(luò)掃描運(yùn)動(dòng)完成葉片的型面加工。砂帶磨削過程中，通過三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)砂帶做高速運(yùn)動(dòng)。伺服電機(jī)傳遞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過錐齒輪實(shí)現(xiàn)變向，控制磨頭偏擺機(jī)構(gòu)根據(jù)螺旋槳特定的曲面變化進(jìn)行相應(yīng)的改變，以保證砂帶能夠跟葉片的磨削點(diǎn)法線方向相切，避免不必要的干涉，提高磨削精度。磨頭偏擺機(jī)構(gòu)中的柱形接觸輪配合張緊輪及其張緊機(jī)構(gòu)，對砂帶附加一定的作用力，以實(shí)現(xiàn)其砂帶對螺旋槳葉片的磨削加工。因而對螺旋槳葉片的砂帶磨削運(yùn)動(dòng)實(shí)際上可看作是采用一把圓柱狀刀具對螺旋槳葉片空間扭曲型面進(jìn)行掃描加工成型的過程[14]。根據(jù)螺旋槳葉片的形狀特點(diǎn)，對葉片的砂帶磨削由以下幾個(gè)方向的磨削運(yùn)動(dòng)組成：砂帶沿葉片徑向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、沿軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及砂帶隨螺旋槳葉片磨削點(diǎn)法線方向變化而做出的相應(yīng)形式的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)。砂帶隨螺旋槳葉片磨削點(diǎn)法線方向變化的轉(zhuǎn)動(dòng),能充分保證砂帶始終保持在螺旋槳葉片空間曲面磨削點(diǎn)法線方向上進(jìn)行磨削,可以極大的改善砂帶和螺旋槳葉片之間的磨削干涉,提高砂帶對螺旋槳葉片的磨削精度。但由于在螺旋槳葉片曲面中，各磨削點(diǎn)的法線均為一條條的空間直線,因而需要有三個(gè)方向的回轉(zhuǎn)綜合運(yùn)動(dòng)才能使砂帶繞著法線轉(zhuǎn)動(dòng),可通過螺旋槳葉片的繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)送、砂帶在水平面內(nèi)繞X軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)以及砂帶在垂直平面內(nèi)繞Z軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。由于螺旋槳葉片扭曲幅度一般較小,可省略砂帶在垂直平面內(nèi)繞Z軸的回轉(zhuǎn)擺動(dòng),只要合理控制砂帶的寬度,仍然能夠保證螺旋槳葉片型面的磨削精度加工要求。因此,綜合以上分析可知，對具有空間扭曲型面的螺旋槳葉片砂帶磨削，可通過兩個(gè)直線、兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)：即如下圖所示的沿X方向的橫向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、沿Z方向的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，螺旋槳葉片繞自