【正文】 .................................39參考文獻 ......................................................................................................40哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）第 1 章 緒 論 課題背景及研究的目的和意義扁鋼拋光清理機是鍋爐行業(yè)廣泛使用的設備，主要完成對扁鋼上下表面，特別是靠近扁鋼兩側(cè)的表面進行拋光磨削，去除扁鋼上下表面的銹蝕及其它雜質(zhì)，從而保證焊接質(zhì)量。以前，在鍋爐膜式壁組件生產(chǎn)中，主要采用軋制鰭片管結(jié)構(gòu)，見圖 11。如圖所示，鰭片管的主要作用是增加受熱面（散熱） ，提高傳熱效率。但是由于鰭片管制造復雜而且成本較高，所以在二十世紀六十年代開始，電站鍋爐膜式壁組件生產(chǎn)中廣泛采用光管加扁鋼焊接結(jié)構(gòu)代替昂貴的軋制鰭片管，管屏小單元結(jié)構(gòu)如圖 12。該結(jié)構(gòu)需要保證焊接質(zhì)量，因此需要對扁鋼的焊接面即上下表面特別是靠近兩側(cè)的表面進行清理，將銹蝕以及其他雜質(zhì)去除這樣才能保證焊接質(zhì)量。如今，效率對于企業(yè)是十分重要的，于是針對這個問題，本課題的目的就是提高扁鋼上下表面磨削加工效率的同時又能滿足焊接要求，扁鋼拋光清理機能滿足這一要求。哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 圖 11 鰭片管 圖 12 管屏小單元結(jié)構(gòu) 扁鋼拋光清理機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 扁鋼拋光清理機國內(nèi)概況我國在扁鋼拋光清理機方面的研究取得了較大的成果。該磨輪較寬可以對扁鋼的整個表面進行拋光磨削加工，但由于該機器只有一個磨輪，因此一次只能對扁鋼的一個表面進行拋光磨削加工。用戶所選擇的規(guī)格及型號在一定的范圍內(nèi)無需調(diào)導輪間距，只須將加工件放在導架上，調(diào)節(jié)拋光輪進給量，便可直接拋磨，操作非常方便，多級拋光一次完成。丹麥 Struers 公司研制的 Abrapol10 型高科技自動化立地式金相拋光機。夾具與拋光盤之間的壓力可以在 0～700N 之間任意調(diào)節(jié)。夾具的特點是能適應各種形狀的試樣。此扁鋼拋光清理機的設計具體內(nèi)容如下：1）拋光清理機的磨削方案設計：以往單面磨削方案效率較低且反復裝夾影響精度，本文采用更為高效的雙面同時加工的工作方式。3）拋光清理機控制系統(tǒng)框圖設計：對整個拋光清理機的運動過程給出一個方案，以便其他設計人員完成后續(xù)控制部分的設計。哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）第 2 章 扁鋼拋光清理機總體方案設計分析 扁鋼拋光清理機的設計要求1）扁鋼拋光清理機磨削平穩(wěn)均勻，能夠在惡劣的工作環(huán)境下正常工作并具有較強的抗干擾能力；2）該扁鋼拋光清理機適用于磨削加工不同型號的扁鋼：厚度在（3~8）mm，寬度在（100~120 ）mm 的扁鋼；3）能夠同時對扁鋼上下表面進行拋光磨削加工，保證加工后的表面沒有銹蝕。由于本課題主要是針對扁鋼的上下表面進行拋光磨削加工，所以采用兩個砂輪為主要工作部件，將兩個砂輪分別放置在扁鋼的上下兩側(cè)，兩個砂輪通過支架與垂直調(diào)節(jié)機構(gòu)連接，用以提供砂輪上下移動的動力，同時能滿足加工不同厚度扁鋼。導入導出裝置連接在機架上，自己具備一套驅(qū)動系統(tǒng)完成支撐以及夾緊的運動。圖 21 扁鋼拋光清理機工作原理圖1拋光磨削機構(gòu) 2垂直調(diào)節(jié)機構(gòu) 3導入導出機構(gòu)123哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 扁鋼拋光清理機的結(jié)構(gòu)方案本課題所設計的扁鋼拋光清理機總體結(jié)構(gòu)方案如圖 2圖 23。由垂直調(diào)節(jié)裝置帶動進行垂直運動。拋光磨削裝置和垂直調(diào)節(jié)裝置都放置在清理室中。清理室門處有左右對開的兩扇櫥窗，方便操作人員觀察內(nèi)部情況，在機體安裝過程中也提供操作空間。機側(cè)儲物室放置控制部分的設備以及其他一些工具。液壓馬達易于獲得較大的力和力矩，功率重量比大，傳遞運動平穩(wěn)，可實現(xiàn)快速且無沖擊的變速和換向，易于防止過載事故，自動潤滑原件壽命長，但是易出現(xiàn)泄漏，油的粘度隨溫度變化，引起工作機構(gòu)運動不穩(wěn)定，液壓件零件加工質(zhì)量要求較高增加整機成本；氣動馬達和電動機相比殼體輕輸送方便，工作介質(zhì)為空氣不必擔心引起火災，過載時能自動停轉(zhuǎn)，與液壓馬達相比工作安全具有防爆性能，可長期滿載工作且溫升小，功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍均較寬，具有較高啟動轉(zhuǎn)矩且可以帶載啟動，結(jié)構(gòu)簡單操作方便為序容易：電動機可直接驅(qū)動負載，減少了由電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)直接獲得要求的機構(gòu)運動，由于電氣驅(qū)動具有易于控制，運動精度高，響應快，使用方便信號的監(jiān)測、傳遞和處理方便，成本低廉、驅(qū)動效率高。垂直調(diào)節(jié)機構(gòu)要實現(xiàn)垂直方向上的平動，氣缸，齒輪齒條，液壓缸，絲杠螺母均能實現(xiàn)這樣的運動。液壓缸和氣缸存在同樣問題且對溫升敏感，還要注意防火問題哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）增加管理成本。所以選擇絲杠螺母副作為驅(qū)動結(jié)構(gòu)，以直流電機做驅(qū)動源帶動絲杠旋轉(zhuǎn)把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為垂直方向平動。但電動機的尺寸和質(zhì)量較大，關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角定位精度不夠，因此不宜選用步進電機。導入導出機構(gòu)以垂直調(diào)節(jié)機構(gòu)為參考選擇直流伺服電機為驅(qū)動源，帶動作為支撐的滾軸轉(zhuǎn)動和壓緊部分的絲杠轉(zhuǎn)動。砂輪軸與電機軸并排采用帶傳動可以降低整機寬度帶傳動也多電機軸起到一定的保護作用，但是在機構(gòu)上下運動過程中占空間較大略顯笨重兩軸之間位置精度要求較高。綜合考慮以上兩種方案，結(jié)合拋光機的工作特性，砂輪一經(jīng)啟動不輕易關(guān)閉，砂輪軸與電機軸相連更適合。磨削機構(gòu)在四個彈簧裝置的支撐和導向作用下可以在豎直方向有微小移動，保證砂輪在磨削過程中始終能與扁鋼相接觸。電機與砂輪之間采用砂輪固定套連接。固定套與砂輪之間過盈配合。兩個磨削機構(gòu)上下并排安裝對代加工扁鋼兩個平面同時進行磨削，其結(jié)構(gòu)及安裝位置示意如圖 26。由于絲杠只能承受軸向力，本機構(gòu)中必須要有導向裝置來承受其他方向的力和力矩。直線導軌定位精準，1 23哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）摩擦力小，可承受四個方向的力；直線軸承和直線導軌有點近似但只能承受較小徑向力；銅套成本低但是定位不精準摩擦力較大。豎直方向位移機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)圖如圖 28。夾緊部分采用兩個橡膠滾軸上下并排安裝，橡膠滾軸的垂直運動由絲杠螺母副完成，由于不受徑向力，配以直線軸承作為導向。1234567哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）圖 29 導入導出機構(gòu)1伺服電機 2聯(lián)軸器 3支架 4絲杠螺母 5絲杠 6直線軸承 7橡膠滾軸8帶座軸承 機架結(jié)構(gòu)設計為了滿足能在惡劣環(huán)境下工作具有較強的抗干擾能力這一設計要求，本文將機體框架分為清理室和兩側(cè)支撐部分。兩側(cè)支撐部分上部為導入導出機構(gòu)，下部空間放置需要的部件或物品，作為一個儲物空間。整個機架主體由低合金高強度12345678哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）鋼焊接而成，支架部分用螺栓與機架連接。圖 210 機架結(jié)構(gòu) 本章小結(jié)本章從磨削機構(gòu)、垂直調(diào)節(jié)機構(gòu)、導入導出機構(gòu)、機架出發(fā)，分析設計了扁鋼拋光清理機的總體方案，整個拋光機采用兩個頁砂輪上下放置同時加工扁鋼上下表面，砂輪豎直位置可調(diào)，兩端采用橡膠滾軸壓緊和推送，清理室封閉抗干擾。表 31 砂輪材質(zhì)系別 名稱 代號 主要成分 硬度 HV 顏色 特性 適用范圍氧化物系棕剛玉 AAL2O3 9196% 22002288棕褐色硬度高，韌性好，價格便宜磨削碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅白鋼玉 WAAL2O39799% 22002300 白色磨削淬硬的碳鋼、高速鋼碳化物系黑碳化硅 SiC SiC95% 28403320黑色帶光澤硬度高于鋼玉，有良好的導熱性和導電磨削鑄鐵、黃銅、鋁及非金屬綜合考慮成本和實用性選擇氧化物系列棕剛玉砂輪。 電機型號選擇 用于驅(qū)動砂輪的電機選擇扁鋼拋光磨削時對磨削力大小以及磨削速度的控制十分重要，如果磨哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）削力過大會導致扁鋼被磨削的厚度過大，從而導致磨削后扁鋼的強度降低同時還浪費了大量的材料；如果磨削力過小，會導致扁鋼磨削后，表面的加工質(zhì)量較低，達不到焊接要求。因此磨削力與速度的控制十分重要。磨削力的計算，參考臥軸矩臺平面磨床磨削力公式見式（31） 、 （32） 。；α 工件和砂輪的摩擦系數(shù) ；?=；yF=；x所需功率 ??根據(jù)所需功率及轉(zhuǎn)速選取電機其型號及參數(shù)見表 32。考慮安全系數(shù)選擇深創(chuàng)的伺服電機 120MB100A001000，其具體參數(shù)如下：額定功率 1000W額定轉(zhuǎn)矩 瞬間最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 1000rpm最高轉(zhuǎn)速 1200rpm重量 外形尺寸 123 123 208?哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 用于驅(qū)動導入導出機構(gòu)絲杠的電機選擇驅(qū)動轉(zhuǎn)矩計算 02ahtFPM???π 無壓緊軸向載荷 49N；aF 效率 ；?=???π 壓緊軸向載荷 147N；aF 效率 ；?=由預加載荷而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 02ahptFPKM??π在此 取 =平均轉(zhuǎn)速時最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為 +=。 絲杠螺母副選擇哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）