【正文】 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 粗磨、精磨、粗拋、精拋等多步工序，是其他加工方式所不能比擬的。 課題的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 國(guó)外研究現(xiàn)狀 ①美國(guó)砂帶磨削技術(shù)及其應(yīng)用 美國(guó)是最早研究砂帶磨削技術(shù)的國(guó)家，并且一直處于領(lǐng)先水平。 在美國(guó)，砂帶磨床的應(yīng)用范圍非常廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)平均每 4 臺(tái)磨床中就有 一臺(tái)是砂帶磨床。所生產(chǎn)的砂帶磨床從大型傳送帶平面砂帶磨床、無(wú)心砂帶磨床、寬砂帶平面磨床直到微型手槍式砂帶機(jī)等。 對(duì)于高速磨削，美國(guó)也成功的研制出了 100m/s 的高速型砂帶磨床。1996 年，在舉辦于美國(guó)芝加哥的國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上，用 Sundstrand 展出的希格靈立式砂帶磨床加工 38c ㎡鑄鐵缸蓋，其金屬切除量達(dá) 1300kg/h。 ，用無(wú)心砂帶磨床加工，一小時(shí)可加工 200 件。 ②英國(guó)砂帶磨削技術(shù)及其應(yīng)用 在砂帶磨削技術(shù)的研究與應(yīng)用方面，英國(guó)也開(kāi)始得比較早。由英國(guó)的布魯克廠制造的內(nèi)圓式砂帶磨床能對(duì) 15m 長(zhǎng)，直徑達(dá)到 25mm 到 205mm 長(zhǎng)的管件內(nèi)孔 進(jìn)行加工。 另外，兩家英國(guó)的制造商說(shuō)他們制造了一種高效的砂帶磨床，金屬切削率可達(dá) 30 立方英尺每秒。這種磨床的砂帶寬和長(zhǎng)分別為 700毫米和 3154 毫米，最大加工寬度和長(zhǎng)度為 700 毫米和 750 毫米。 1981 年第 4屆 EMO （歐洲國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)）展覽會(huì)上，展出砂帶磨床的廠家共 10家，德 國(guó)就占 6家。此外，德國(guó)研制了一種空心球磨粒砂帶（ Hermesit 帶），加工精度高，177。m，既保持單層砂帶的柔性，又具有多層磨料砂帶壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。德國(guó)的砂帶生產(chǎn)廠家主要有 VSM公司、 Herms 磨具工業(yè)公司、菲德繆勒公司、舒瓦貝公司等等。在 1968 年的時(shí)候日本全國(guó)擁有 400 臺(tái)寬砂帶磨床。在接下來(lái)的這三四十年內(nèi)日本在砂帶磨床和砂帶研制方面都作了比較深入的研究，并且收獲了許多成果。 ⑤其他國(guó)家砂帶磨削技術(shù)及其應(yīng)用 多年來(lái)俄羅斯一直在研究葉片砂帶磨床，他們制造了很多的這種類(lèi)型的砂帶磨床。專(zhuān)用的葉片仿形砂帶磨床被它們開(kāi)發(fā)了出來(lái)，這種磨床可以磨削 500 100mm 的葉片型面等。法國(guó)在使用重載紙作為砂帶基材的研究方面作了許多的工作， 并且取得了突破性的進(jìn)展。在瑞士很有名的 ASEA 公司，早在 1981 年就開(kāi)始在砂帶拋光機(jī)上使用小型多關(guān)節(jié)形機(jī)器人，在 2021 年第 15 屆國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上瑞士一共有 15 家的砂帶機(jī)廠參加展覽。比如大型壓力容器內(nèi)外壁整體拋光機(jī)和寬砂帶去毛刺機(jī)。目前國(guó) 內(nèi)已經(jīng)有一些砂帶磨削設(shè)備的制造廠和研究砂帶磨削的科技單位，例如重慶大學(xué)、三磨海達(dá)、新鄉(xiāng)機(jī)床廠，華中科技大學(xué)等。東北大學(xué)也是國(guó)內(nèi)從事磨削基礎(chǔ)研究實(shí)力最強(qiáng)的單位，其主要成果是對(duì)鉚釘鋼、軸承鋼及不銹鋼等難加工材料的砂帶磨削機(jī)理做出了實(shí)驗(yàn)研究，試制了線材流星砂帶磨床并投入工業(yè)性試生產(chǎn)。 我國(guó)的砂帶磨削技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：起步階段 —— 從上世紀(jì) 50年代起，一些 對(duì) 大型的礦山機(jī)械 軸類(lèi)零件的加工廠開(kāi)始對(duì)砂帶磨削的原理和工藝進(jìn)行了一些研究，取得了一些成果，為我國(guó)的砂帶磨削技術(shù)奠定了基礎(chǔ)；推廣階段 —— 隨著我國(guó)的砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展，不斷的對(duì)外國(guó)技術(shù)、外國(guó)生產(chǎn)線的引進(jìn)，國(guó)內(nèi)砂帶磨削技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的階段，從只能 單純加工平面和簡(jiǎn)單曲面，到能加工復(fù)雜曲面，從只能加工鋼鐵材料，到能加工有色金屬、塑膠、陶瓷、大理石等材料。 論文的研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu) 抽油桿外圓砂帶磨 床設(shè)計(jì)的內(nèi)容 設(shè)計(jì)的題目是抽油桿外圓 磨床的設(shè)計(jì)，要求要 系統(tǒng)調(diào)研和分析國(guó)內(nèi)外砂帶磨削的研究、發(fā)展和應(yīng)用情況； 熟練掌握 AUTOCAD、 UG、 PRO/E 等機(jī)械設(shè)計(jì)軟件 ； 理解和掌握表面精密加工的工藝要求，進(jìn)行 抽油桿外圓 砂帶磨床的功能分析 ； 結(jié)合實(shí)際問(wèn)題研究 抽油桿外圓 砂帶磨床；該課題培養(yǎng)了畫(huà)工程裝配圖、機(jī)加工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的能力， 并掌握一定的三維軟件繪圖能力 機(jī)床設(shè)計(jì)重點(diǎn)及難點(diǎn) 對(duì)于抽油桿外圓砂帶磨床的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于根據(jù)工件的特性而選擇的磨削方重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 案來(lái)更優(yōu)的實(shí)現(xiàn)磨削方案，難點(diǎn)在于磨頭、立柱、導(dǎo)軌三大部分的細(xì)節(jié)的詳細(xì)選定及校核。完成計(jì)算后進(jìn)行圖紙的詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成三維圖繪制，并根據(jù)三維圖繪制出全部二維圖。根據(jù)磨床設(shè)計(jì)的獨(dú)特的特點(diǎn)，提出了本篇論文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu) 。磨床的種類(lèi)有很多， 按照用來(lái)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(lái)磨削特定工件表面的專(zhuān)用磨床。以上磨床的切削刀具一般可選砂輪或砂帶作為切削刀具。 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(guò)附著在基底上的磨料磨粒來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 因?yàn)樯皫У倪@些特點(diǎn)，磨削率遠(yuǎn)高于砂輪，同時(shí)磨削所產(chǎn)生的切削熱也很少，使得工件很少會(huì)產(chǎn)生因加工切削的熱量而造成的殘余應(yīng)力。又因?yàn)樯皫У倪\(yùn)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(dòng)能量， 因而 砂帶磨削對(duì)振動(dòng)并不敏感。 對(duì)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(lèi)零件。在通磨方式下，工件磨削穩(wěn)定可靠。 在通磨磨削區(qū)，導(dǎo)輪軸線和水平線有一定的角度，導(dǎo)輪的外表面保證工件和導(dǎo)輪在整個(gè)磨削區(qū)相接觸導(dǎo)輪的速度和其傾斜角度決定工件通磨的速度和磨削精度。 ~6176。~2176。根據(jù)工件直徑變化執(zhí)行進(jìn)給的監(jiān)控?，F(xiàn)在的砂帶磨削已經(jīng)能應(yīng)用 于一些精密的零部件的制造。目前，砂輪和砂帶的消耗量幾乎達(dá)到了 1:1，但砂帶的磨削量已經(jīng)超過(guò)了砂輪的，占到了磨削量的六成。 砂帶磨削一般用來(lái)精加工一些重要的表面， 還能實(shí)現(xiàn)拋光等工藝。 從加工對(duì)象的形狀來(lái)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 。 定心磨床一般 是在通用車(chē)床上進(jìn)行改裝的，工件夾持在三爪卡盤(pán)上，車(chē)床的刀具更換為磨頭。無(wú)心磨床 （圖 ） 的特征是磨削工件在導(dǎo)軌上，沒(méi)有使用夾具進(jìn)行定心定位，隨著磨削進(jìn)行時(shí)，工件進(jìn)行的是螺旋運(yùn)動(dòng)。 無(wú)心外圓磨相比定心磨來(lái)說(shuō)，有以下的優(yōu)點(diǎn)： 工件不需要裝夾定位 ，工件上下磨床時(shí)所消耗的工時(shí)更少 ，因而能實(shí)現(xiàn)更高的加工效率；工件可以是空心的較長(zhǎng)的零件，當(dāng)零件為空心且較長(zhǎng)時(shí)定心磨的頂針無(wú)法實(shí)現(xiàn)裝夾定位使得不能加工 ；對(duì)于工件剛度要求比定心磨要低 。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 圖 無(wú)心外圓砂帶磨削 影響 磨削精度的主要因素 對(duì)于砂帶磨削來(lái)說(shuō)，決定其精度的主要影響因素有以下四個(gè)方面。但是彈性也意味著在磨削過(guò)程很難準(zhǔn)確控制運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而導(dǎo)致加工精度降低。砂帶的彈性 取決于基材及粘結(jié)劑。 磨削方式 如果使用方式不同，即使同樣的砂帶所能達(dá)到的加工精度也是不同的。 機(jī)床工具系統(tǒng) 機(jī)床工具系統(tǒng)的自身精度是由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度兩個(gè)方面組成的。以上這些因 素都將對(duì)磨削的最終精度產(chǎn)生直接影響。一般接觸輪的硬度越高，表面開(kāi)槽越少，加工精度越高。 磨削參數(shù) 磨削參數(shù)是指實(shí)現(xiàn)砂帶磨削的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)。這些因素的選重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 2 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 擇將直接影響砂帶的磨損狀況，而磨損必然會(huì)影響加工精度。這種擺動(dòng)能產(chǎn)生交叉重疊的磨削紋路，并使之細(xì)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。 每章小結(jié) 這一章中 對(duì)無(wú)心外圓磨削的理論原理進(jìn)行的初步的闡述，對(duì)無(wú)心外圓磨削的磨削類(lèi)型及特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （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(jī) 中的 細(xì)長(zhǎng) 的 桿件，它上接光桿，下接抽油泵 ， 起 到連接、 傳遞動(dòng)力 、驅(qū)動(dòng)柱塞泵的 作用。 抽油桿在是用過(guò)程中收到的周期性的拉伸應(yīng)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(jiàn)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(jì)組成部分 對(duì)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(shí)對(duì)抽油桿在加工時(shí)應(yīng)盡量避免造成殘余應(yīng)力，避免因?yàn)橥鈭A不規(guī)則造成應(yīng)力集中，或殘余應(yīng)力使得抽油桿受到交變應(yīng)力時(shí)容易產(chǎn)生疲勞損傷。砂輪磨削時(shí)由于溫度較砂帶磨削溫度高很多，對(duì)抽油桿表面加工后容易造成殘余應(yīng)力，同時(shí)砂輪磨削的具有磨削、研磨和拋光的多重作用。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(jìn)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。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （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。 定心外圓砂帶磨削設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，加工直徑范圍很大的特點(diǎn)，并且很容易在常規(guī)設(shè)備上改裝實(shí)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。 這里選用無(wú)心外圓砂帶磨床作為選型方向 。 立柱部分包括立柱塔身、 絲杠、導(dǎo)軌、滑板、升降電機(jī)。 總體初步設(shè)計(jì) 工件為半徑 20mm,長(zhǎng)度 8米的桿件。因此確定 使用四個(gè)磨削單元，第一個(gè)磨削單元實(shí)現(xiàn)去銹、去氧化皮以及粗磨、第二磨削單元實(shí)現(xiàn)精磨、第 三個(gè)磨削單元實(shí)現(xiàn)粗拋、第四個(gè)磨削單元實(shí)現(xiàn)精拋的功能 。 基本的尺寸的確定 1） 橫 向尺寸： ① 工件的長(zhǎng)度 1l =8 m； ② 導(dǎo)軌的長(zhǎng)度 2l = m； ③ 床身長(zhǎng)度 3l =2l = m； ④ 單個(gè)磨削單元導(dǎo)軌長(zhǎng)度 4l =2l /4= m； 2） 縱向尺寸： ① 機(jī)床的寬度 5l = m； 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 3 磨床總體布局 ② 工件半徑 1R =20 mm。 圖 軌尺寸示意圖 由示意圖可得關(guān)系式： 6l =8l /2 ； 6l =7l + 2R ； 2? 6l =20+ 2R 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 7l =5 mm。 3）高度尺寸 ① 磨削平面的高度 1h 根據(jù)工人身高可取 1 m； ② 機(jī)床整體高度 2h 根據(jù)已有同類(lèi)的機(jī)床初定在 2 m左右； ③ 磨削單元豎直方向絲桿 長(zhǎng)度根據(jù)機(jī)床高度初步 取 850 mm。 磨削參數(shù) 表 砂帶 類(lèi)型 全樹(shù)脂耐水砂帶 周長(zhǎng) x寬度（ mm） 3480x150 磨料與粒度 GXK51 60， 100， 150， 240 磨削參數(shù) 砂帶線速度（ m/s） 22 工件軸向進(jìn)給速度（ m/min） 2~4 導(dǎo)輪速度（ r/min） 40 磨削形式 干磨 每章小結(jié) 這一章中主要根據(jù)加工零件 —— 抽油桿的加工特征 ，對(duì)工件所需要的加工精重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 3 磨床總體布局 度等級(jí)進(jìn)行了分析，根據(jù)這些分析了可行的 加工方案 ，并完成 選型 。根 據(jù)工件的尺寸，確定了機(jī)床的基本尺寸，通過(guò)對(duì)工件直徑的考慮，確定了導(dǎo)軌的基本尺寸。重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 4 部件設(shè)計(jì) 4 磨床部件設(shè)計(jì) 磨頭部分設(shè)計(jì) 磨削主電機(jī)的選擇 由磨削力的一般形式： ()x y xt t p aF C a f N??? （ 1） 其中 tF —— 磨削力（ N） tC —— 切削系數(shù) x?? —— 工件圓周進(jìn)給速度（ m/min） ypa —— 磨削深度（ mm） xaf —— 軸向進(jìn)給量（ mm/r） 由磨削參數(shù)知： x?? （ m/s） =22 由磨削經(jīng)驗(yàn)?。?ypa （ mm） = 由磨削參數(shù)得： xaf （ mm/r） = 解得切削力 tF （ N） = ，砂輪直徑 D 初選 260mm。 磨削主軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)常見(jiàn)磨頭的主軸設(shè)計(jì) ， 磨