1、 本科生畢業設計( 2011屆 )題 目： 回轉式水鉆磨拋機主機的設計 學 院： 專 業： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 學號： 指導教師： 職稱： 合作導師： 職稱： 完成時間： 2011 年 5 月 1 日 成 績： 回轉式水鉆磨拋機的設計浙江師范大學本科畢業設計正文目 錄摘要：1關鍵詞：11 引言12 主流水鉆加工設備的分類及特點22.1 “四人組”方式水鉆加工設備及特點22.2 大圓磨水鉆加工設備及特點22.3 “一人組”方式水鉆加工設備及特點23 第一代水鉆設備與回轉式水鉆拋磨機的工作原理、結構、及特點分析23.1 第一代水鉆設備的工作原理、結構及特點33.2 回轉式水鉆磨拋機

2、的工作原理、結構及特點44 回轉式水鉆拋磨機主機的組成部分及設計過程84.1 回轉式水鉆拋磨機主機總體尺寸的確定94.2 砂輪懸臂部件的設計104.2.1 砂輪懸臂的設計104.2.2 砂輪懸臂部件中V帶傳動部件的設計124.2.3 砂輪懸臂部件中同步帶帶傳動的設計154.2.4 砂輪懸臂部件中砂輪安裝的設計194.3 上料懸臂部件的設計214.3.1 上料懸臂部件的組成及動作過程214.3.2 上料懸臂部件-下中導軌的選型224.4 對接懸臂部件的設計234.5 下料懸臂部件的設計234.5.1 下料懸臂部件的組成及動作過程234.5.2 下料懸臂部件-下中氣缸的選型244.6 主軸部件的設

3、計245 三維造型27參考文獻29結束語30回轉式水鉆拋磨機主機的設計工學院 機械設計制造及其自動化專業 楊海波（07550137）指導老師:徐 洪(副教授) 摘要：水晶鉆石，萊茵石俗稱水鉆。它是將水晶玻璃磨拋成鉆石刻面得到的一種飾品，主要成分是水晶玻璃。這種材質不僅經濟，而且在視覺效果上又有鉆石般的奪目感覺，因此很受人們的歡迎。水鉆一般用于各種飾品及電子產品等的裝飾中。按照顏色分，水鉆可以分為：白鉆、色鉆、彩鉆。水鉆加工設備是利用夾具夾持水鉆原料-玻璃胚珠，用切角電機控制磨拋角度，用專用砂輪進行磨拋的加工設備。砂輪的磨料，夾具的強度以及加工設備的整體結構，是影響被加工的水鉆的質量的重要因素。

4、而經過一些年的研究，砂輪的磨料以及水鉆的夾具在業內已經形成了一些標準，而水鉆加工設備的形式還依然是多種多樣的。本文介紹了水鉆加工設備的國內外發展情況，并對其進行仔細分析，針對目前現有加工設備產量不高（日產10萬粒），質量較差的缺陷，創新設計出有較高產量（日產40萬粒），以及有較高質量的新型水鉆加工設備。關鍵詞：水鉆；水鉆設備；拋磨The Design Of Rotary Crystal Machining EquipmentYang Haibo Director: Xu Hong(College of Engineering, Zhe Jiang Normal Universtiy, 071.

5、NO07550137)Abstract: Crystal is a kind of Accessories which made of glass. This kind of material is not only cheap but also beautiful. So people love them very much. Crystal is used in different kind of accessories and electronics. Crystal can be divided into White Crystal, Color Crystal and Rainbow

6、 Crystal.The crystal machining equipment is a kind of machine to grind the glass bead in to diamond shape. The material of grinding wheel, the fixture and the machine itself are the main reasons the influence the quality of crystal. After years of research, the grinding wheel and the fixture have al

7、ready been standard. The there are also many kinds of crystal machining equipment.This article describes the development of crystal machining equipment at home and abroad. We a careful analysis to the different kinds of crystal machining equipment and designed a new crystal machining equipment which

8、 is faster and has a better quality.Key Words: Crystal; Crystal Machining Equipment; Grinding; Polishing1 引言水晶鉆石俗稱水鉆，是將人造水晶玻璃切割成鉆石刻面得到的一種飾品輔件。作為一種飾品輔件，水鉆以其經濟實惠的價格及視覺上具有鉆石版奪目的感覺，正越來越受到人們的歡迎。僅2009年一年，我國水鉆銷售額為200億元（其中浙江義烏年需求量就在80100億元），且仍在以19%以上的年需求增長速度瘋狂增長。水鉆行業正在成為浙江，乃至全國一個璀璨的經濟亮點。現存的水鉆加工設備種類很多，目前較為流行

9、的有“四人組”方式的水鉆加工設備、大圓磨水鉆加工設備、以及“一人組”方式的水鉆加工設備，但由于設備的結構上的缺陷以及缺乏相關經驗，水鉆的產量和質量比不上國外同類產品的競爭對手。圖2-1 XC-838大圓磨回轉式水鉆磨拋機主要是在“一人組”方式的水鉆加工設備的基礎上，加入了上料與下料工位，從而實現整個加工過程無需人工參與，提高水鉆質量及產量，降低工人勞動強度的目的。2 主流水鉆加工設備的分類及特點 水鉆從胚珠變為成品的大致過程如下：水鉆的胚珠是圓球形的人工水晶玻璃。進行加工前，要使用膠粉將水鉆胚珠粘在夾針上，而夾針固定在夾具上。通過控制夾具靠近砂輪來去除水鉆胚珠上的余量，以達到目標形狀。由于一次

10、裝夾只能去除一面的余量，另一面的余量需要通過對接設備對水鉆的半成品進行掉頭裝夾后再進行去除。現今，水鉆加工設備多種多樣，最常見的為以下三類：1）“四人組”方式水鉆加工設備；2）大圓磨水鉆加工設備；3）“一人組”方式水鉆加工設備。2.1 “四人組”方式水鉆加工設備及特點 “四人組”方式水鉆加工設備由四個工位組成：1）下料/上料工位；2）對接工位；3）磨削工位；4）拋光工位。每個工位都需要一個工人進行操作，生產效率低，工人勞動強度大，并且由于夾具要進行多次拆裝，水鉆加工質量較差。2.2 大圓磨水鉆加工設備及特點圖2-2 EC600“一人組”水鉆設備大圓磨水鉆加工設備外形如圖2-1所示。該設備能安裝

11、兩幅夾具進行磨削，較“四人組”方式水鉆加工設備效率高，且節約勞動力。但由于一臺設備上只有一個磨/拋輪，加工時需要幾次拆裝，造成質量下降，且加工效率也很難進一步提高。2.3 “一人組”方式水鉆加工設備及特點“一人組”方式水鉆加工設備如圖2-2所示。它是目前水鉆行業中最先進的加工設備，集粗磨，精磨和拋光工位于一體，有較高的生產效率和較好的加工質量。配合一臺對接設備，只需要一個工人就可以完成水鉆的磨拋任務，日產量在1012萬粒。3 第一代水鉆設備與回轉式水鉆拋磨機的工作原理、結構、及特點分析我們學院的老師與浦江的一些企業合作，在早先研發了一代水鉆設備。第一代水鉆設備較“一人組”水鉆加工設備有更高的精

12、度，且整個加工過程中，工人唯一要做的只是往原料盒里放入原料和在成品盒中取出成品即可，這減輕了工人的勞動強度，可使一名工人同時操作多臺設備，從而降低了水鉆生產的人工成本。3.1 第一代水鉆設備的工作原理、結構及特點第一代水鉆設備如圖3-1所示,其中a為設備的實物照片，b為設備的三維結構圖。設備主要由底座、立柱、磨輪、拋輪、立柱、兩個移動組件（東車、西車）及其它控制、加熱、上料等系統組成，設備尺寸。圖3-1 第一代水鉆設備圖3-2 東西車機構運動簡圖結合水晶多面體的加工工藝，設備采用了雙五軸系統：設備中，東車、西車各有一個五自由度系統，選擇其中的一個，其機構運動簡圖如圖3-2所示：各移動的自由度用

13、坐標表示，分別為X、Y、Z、U、T。X軸方向的東車在大梁上的移動，起確定平具在設備上各個位置的作用；Y軸方向確定夾具相對于磨拋輪的橫向擺動，在多面體磨削時起消除豎向磨痕的作用；Z軸確定夾具相對于磨拋輪的進給高度；U軸負責夾具體相對于水平面的角度，起調整磨削角度的作用；T軸為夾具針自轉的自由度，在多面體磨削時起分度的作用（夾具上共兩板，每板長度，當磨拋毛坯為的水鉆時，每板夾具上有192顆夾具針）。各自由度分別由各自電機驅動，并用程序通過控制系統控制。設備主要作用是加工各種凸形的水晶多面體，當多面體的形狀變化時，可通過編程來實現。第一代水鉆設備的加工過程如圖3-3所示：按動作的先后按排成1到5的順

14、序，完成動作5以后，又從動作1開循環。圖3-3 第一代水鉆設備加工過程在完成整臺設備的制作和調試后，對設備進行了投產。在實際加工過程中，第一代水鉆設備可以完成預期的加工任務，并能達到一定的精度，且日產量也和“一人組”水鉆加工設備相當。第一代水鉆設備在安裝完后的使用過程中也發現了一些問題：1）大梁跨度較大，且承重較重，造成了多大的變形，影響了加工精度和對接時的成功率；2）兩個砂輪的設計使產量很難再進一步提高。針對以上這些問題，我設計了回轉式水鉆磨拋機，也稱做第二代水鉆設備。3.2 回轉式水鉆磨拋機的工作原理、結構及特點針對第一代水鉆的特點，結合目前主流的水鉆加工設備優勢，設計了一臺集上料、磨削、

15、拋光、對接和下料以及廢渣、廢液回收與循環利用于一體的回轉式水鉆磨拋機。第二代水鉆設備由一臺主機和五臺工位機組成，本文主要介紹主機部分的設計。夾持水鉆的夾具安裝在工位機的懸臂上，由工位機控制夾具定位到同一個工位中的不同位置。而主機上則集成了可以完成各個工位上所有加工任務的部件，并且，通過主軸電機的驅動，可實現同一位置上不同工位間的切換。第二代水鉆設備在工作過程中，五臺工位機同時在各自工位上進行工作，在完成了一個工位的所有工序后，通過驅動伺服電機（見圖4-21）驅動，轉動主軸轉套，使各個工位機進入到下一個加工工序。主機上的工位有上下兩層，即頂層工位和底層工位。上下層的工作內容安排如圖3-4所示。頂

16、層工位和底層工位上的部件都安裝在主軸轉套上，在切換工位，即主機繞主軸轉動時，上下層工位是同時轉動的。圖3-4 第二代水鉆設備主機上下兩層工作內容安排a) 頂層工位b) 底層工位第二代水鉆設備加工水鉆的過程如下：（1） 在上料工位完成上料。工位機上層懸臂移至粉盒處上粉，上粉后移動至高頻加熱管間進行高頻加熱，同時主機頂料部件將料頂起，進行上料，上料完成后工位機上層懸臂退回，頂料部件也退回。至此，整個上料過程完成，期間工位機下層懸臂無動作。整個動作過程如圖3-5所示。圖3-5 上料過程（2） 在粗磨工位對水鉆胚珠進行粗磨。在完成上料后，主軸轉套旋轉一角度（72°），將粗砂輪懸臂部件轉至此工

17、位機。工位機上切角電機驅動夾具轉動一角度，之后工位機上懸臂向砂輪移動，進行粗磨。完成對水鉆各個面的磨削后工位機懸臂退回，粗磨完成。此過程中上下懸臂是同步運動的。整個動作過程如圖3-6所示。圖3-6 粗磨過程圖3-7 精磨過程（3） 在精磨工位完成對水鉆的精磨。主軸轉套旋轉，使精磨砂輪懸臂部件轉到剛才粗磨砂輪懸臂部件的位置。工位機懸臂向砂輪移動，進行精磨。完成各個面的磨削后工位機懸臂退回，精磨完成。此過程中，上下懸臂是同步運動的。整個過程過程如圖3-7所示。（4） 在拋光工位對水鉆進行拋光。主軸轉套旋轉，使拋光砂輪懸臂部件轉到剛才精磨砂輪懸臂部件的位置。工位機懸臂向砂輪移動，進行拋光。完成各面的

18、拋光后工位機懸臂退回，同時旋轉夾具體，使其成豎直。此過程中，上下懸臂也是同步運動的。整個過程如圖3-8所示。至此，上層夾具上的水鉆已完成一半的加工，下層夾具上的水鉆已全部加工完成。圖3-8 拋光過程（5） 在下料/對接工位，工位機下層懸臂上的夾具完成下料和對接的任務，工位機上層懸臂上的夾具和下層懸臂上的夾具一起完成對接。工位機下層懸臂在完成精磨后，夾具上的水鉆就全部加工完成了，要對其進行下料。下料時，工位機下層懸臂上的夾具移動至高頻加熱管處進行下料，完成后又移至滾刷處，刷去粘在夾具上的殘余的膠粉和未掉落的水鉆，再移動到粉盒處進行上粉。接著，下層懸臂退回，同時驅動夾具旋轉180°，準備

19、對接。對接是將上層懸臂夾具上加工完一面的水鉆掉頭裝夾到下層懸臂夾具上，以便進行另一半的加工的過程。對接時，上下層懸臂夾具移動至對接懸臂部件的高頻加熱管處進行對接。完成對接后上下層懸臂各自退回，這時，原先在上層懸臂的夾具上加工了一半的水鉆已被掉頭裝夾到下層懸臂的夾具上了。整個過程如圖3-9所示。圖3-9 下料/對接過程在完成了（5）這一過程后，又從過程（1）循環繼續進行加工。這里，當設備第一次進行運行時，由于下層工位進行的是水鉆另一半的加工，所以下層懸臂的夾具上沒有水鉆。當走完第一個（1）到（5）的過程后，下層懸臂的夾具上才有水鉆。在整個加工過程中，所有五個工位機上都同時在進行各自的加工任務。第

20、二代水鉆設備相比一人組磨拋水鉆機，加入了上料、對接和下料工藝，進一步減少了人力勞動，進而提高生產效率；由于整個過程略去了人工拆裝夾具的過程，使加工精度進一步提高，從而提高水鉆的品質。而相比第一代水鉆設備，第二代水鉆設備則加入了精磨砂輪，可以進步提高加工的精度；所有工位，包括：粗磨、精磨、拋光、對接/上料、下料工位同時工作，提高了加工效率，從而具有更高的產量。 4 回轉式水鉆拋磨機主機的組成部分及設計過程第二代水鉆設備的主機主要由主軸部件、砂輪懸臂部件、上料懸臂部件、下料懸臂部件、對接懸臂部件五大部件組成，如圖4-1所示。（1） 主軸部件：主軸部件主要用來支撐整臺主機并安裝固定各工位懸臂部件，各

21、個工位間的轉換也是由它來完成的。（2） 砂輪懸臂部件：一臺主機上，共有三種砂輪懸臂部件，分別為：粗磨砂輪懸臂部件，精磨砂輪懸臂部件，拋光砂輪懸臂部件。這三種砂輪懸臂部件中一部分零件是可以通用的。砂輪懸臂部件主要是負責去除水鉆胚珠上的余量。（3） 上料懸臂部件：上料懸臂部件的任務是完成對工位機上的夾具的自動上料。（4） 下料懸臂部件：下料懸臂部件是用來完成對工位機上的夾具的自動下料任務。圖4-1 第二代水鉆設備主機a) 視角一b) 視角二（5） 對接懸臂部件：對接主要是為了能讓加工到一半的水鉆繼續完成另一半的加工而進行的工序。對接部件就是負責這一工序的部件。4.1 回轉式水鉆拋磨機主機總體尺寸的

22、確定圖4-2 砂輪尺寸的確定為了減少設備的成本，設備的尺寸必須在滿足條件的情況下盡可能的小。第二代水鉆設備的主機總體尺寸的確定過程如下：（1） 砂輪尺寸的確定：夾具的尺寸有標準可循，標準的夾具夾持水鉆部分的長度為。有兩排間距為平行夾具同時在一個砂輪上進行磨（拋），可確定砂輪直徑至少為，這里取砂輪直徑為，如圖4-2所示。（2） 工作機相對主機位置的確定：根據夾具部件的尺寸，在留有一定余量的情況下繞一點做五個工位機的圓周陣列，得到各工位機的確定位置，如圖4-3所示。圖4-3 工位機位置的確定（3） 主機總體尺寸的確定：根據步驟（2）陣列得到的工位機的確定位置，確定主機的總體尺寸。在得到主機的總體尺

23、寸后，可以對主機的各個部件進行設計。4.2 砂輪懸臂部件的設計在第二代水鉆設備的主機中，有三種不同的砂輪懸臂部件，分別為粗磨砂輪懸臂部件、精磨砂輪懸臂部件和拋光砂輪懸臂部件。由于拋光時需要有一個恒定的力輸出，所以將拋光懸臂部件在重力方向上設計成自由，在進行拋光時，通過安裝在主軸部件上的氣缸推動拋光懸臂部件向夾具移動，以恒力進行拋光。粗磨砂輪懸臂部件和精磨砂輪懸臂部件均固定在主軸轉套上除砂輪使用的材料不同外，其他零件均相同。在得到主機的總體尺寸后，首先可以確定砂輪懸臂的尺寸，從而進一步設計出砂輪懸臂部件。圖4-4 砂輪懸臂部件砂輪懸臂部件的組成如圖4-4所示。安裝在砂輪懸臂部件上的三相電機通過傳

24、動部件驅動安裝在砂輪部件-上和砂輪部件-下上面的砂輪。4.2.1 砂輪懸臂的設計砂輪懸臂是砂輪懸臂部件中的重要零件，它在受力時的變形將直接影響到水鉆加工的精度，所以這里重點對這個零件進行設計，并通過中的“設計算例”功能對懸臂進行優化設計，將變形控制一定范圍的同時使懸臂的質量最小化。這里，砂輪懸臂主要受到的力是磨拋時的壓力以及自重。砂輪懸臂可以等效為一根懸臂梁。如果梁的自由端受集中載荷，擇等強度梁機構基本上就是“最佳剛度懸臂梁”結構；如果梁的自由端受純彎矩載荷，則由梢部向根部逐漸加強程度處于等強度和等剛度之間的結構為“最佳剛度懸臂梁”結構。這里的等強度梁即為等截面梁。圖4-5 初定的砂輪懸臂尺寸

25、在不同截面的各種梁中，工字梁具有質量輕，承載能力強的特點，故這里的砂輪懸臂截面形狀選用工字型。根據前面得到的工位機與主機的相對位置以及空間結構安排，初定砂輪懸臂的尺寸及外形，如圖4-5所示。根據老師及相關企業的師傅制作水鉆的經驗，只要保證砂輪懸臂在受力時的最大位移不超過，那么加工的水鉆就能滿足要求。這里使用中的有限元模塊，對初定砂輪懸臂進行分析，以得到它的最大位移。結果如圖4-6所示，初定砂輪懸臂在受力時變形小于，所以符合要求。圖4-6 砂輪懸臂變形狀況為了進一步降低設備的制造費用以及整機的質量，在有限元分析的基礎上使用中的“設計算例”功能，來對初始砂輪懸臂進行優化設計。在“設計算例”中設置要

26、進行優化設計的參數：參數1（肋板厚度）=，參數2（上下板厚度）=；輸入參數1及參數2參數的范圍和步長：參數1范圍=，參數2范圍=，步長均為；設置約束：最大位移小于，并施加豎直向下的力；設定優化設計的目標：零件重量的最小化。運行算例，“設計算例”功能會自動求出在設置的參數1和參數2的范圍中符合條件的最優結果。優化結果如圖4-7所示，即參數1=，參數2=時，砂輪懸臂質量最小，且仍然符合要求。圖4-7 砂輪懸臂優化設計結果根據優化設計得到的結果修改砂輪懸臂尺寸，得到砂輪懸臂的確定尺寸，如圖4-8所示。圖4-8 砂輪懸臂4.2.2 砂輪懸臂部件中V帶傳動部件的設計參考現有的設備，選出驅動砂輪的電機，型

27、號為：。已知電機功率，轉速，傳動比。三班工作，載荷平穩，空載啟動。以下是V帶的選型過程：(1) 選擇V帶型號按工況查表得工作情況系數由式： (4-1)得計算功率根據和選得V帶的型號為A型(2) 確定帶輪基準直徑和查表得小帶輪基準直徑由式： (4-2)計算得到大帶輪基準直徑查表確定大帶輪基準直徑為(3) 驗算帶速v由式： (4-3)得到：帶速在525m/s范圍內，符合要求。(4) 確定中心距a和基準帶長1) 初選中心距由式： (4-4)得故初選中心距，符合取值范圍。2) 計算初定的帶長由式： (4-5)得到：3) 基準帶長查表選得基準帶長4) 實際中心距a由式： (4-6)得到：留出適當的余量作

28、調整用。5) 計算小輪包角由式： (4-7)得到：所以，此包角合適。6) 確定帶的根數z由式： (4-8)得到：其中：所以，選用A型普通V帶2根。7) 確定帶的預拉力由式： (4-9)得到帶輪的預拉力為：其中：8) 計算作用在軸上的力由式： (4-10)得到作用在軸上的力：9) 帶輪結構設計由于結構需要，需要再次選擇中心距。再次選擇的中心距為：。計算帶長得：。查表選用，計算得：實際中心距，留出適當的中心距調整量。 經過調整，最后得到帶輪結構設計，如圖4-9所示。圖4-9 帶輪結構1 砂輪懸臂 2 從動帶輪 3 連板 4 帶輪張緊部件 5 主動帶輪 6 電機4.2.3 砂輪懸臂部件中同步帶帶傳動

29、的設計這里使用機械設計手冊軟件版進行同步帶的設計計算。上層懸臂和下層懸臂尺寸有所不同，所以同步帶的尺寸也有所不同，以下為上層懸臂帶傳動的設計過程。下層懸臂同步帶設計的過程與上層懸臂同步帶設計過程類似，這里不再贅述，結果見本部分末尾。1） 新建一個帶傳動算例。填入相關信息，在帶傳動類型中選擇同步帶設計，如圖4-10所示。a) 新建一個設計算例b) 選擇帶傳動的類型圖4-10 新建一個帶傳動算例圖4-11 齒數及直徑的計算a) 輸入初始參數b) 同步帶齒數及直徑的計算2）計算同步帶的齒數及直徑。輸入初始參數，這里同步帶傳遞的功率為，主動軸轉速，從動軸轉速，軟件自動計算出傳動比為2。查表得工況系數并

30、輸入。選擇帶型為H。確定小帶輪齒數，軟件自動計算得大帶輪的齒數。軟件自動計算得到小帶輪的節圓計算直徑和大帶輪的節圓計算直徑。查表得到小帶輪的節圓標準直徑和大帶輪的節圓標準直徑。如圖4-11所示3）計算帶長，軸間距和嚙合齒數。計算得帶速，根據結構要求初定軸間距，軟件自動計算得帶長，查表得標準節線長。軟件自動計算得實際軸間距和小帶輪的嚙合齒數，如圖4-12所示。圖4-12 帶長和軸間距的計算a) 帶長計算b) 軸間距計算4）帶寬和作用在軸上的力的計算。軟件自動計算得基本額定功率和計算帶寬，查表得標準帶寬。計算得軸上的力，如圖4-13所示。圖4-13 帶寬和作用在軸上的力的計算a) 帶寬的計算b)

31、作用在軸上的力9）最后得到設計結果，如圖4-14所示。圖4-14 設計結果上下懸臂的同步帶輪設計結果如下：表4-1 上懸臂同步帶輪設計結果設計單位：浙江師范大學工學院設計者：設計時間：8:49:15名稱數值單位傳動功率P11.1kW主動軸轉速n1940r/min從動軸轉速n2470r/min傳動比i2無設計功率Pd2kW選定帶節距pb12.7mm小帶輪齒數z120無大帶輪齒數z240無小帶輪節圓直徑d80.85mm大帶輪節圓直徑d161.7mm帶速v4m/s初定軸間距a0276mm標準節線長Lp933.45mm節線長上齒數z78無實際軸間距a273mm小帶輪嚙合齒數z9無基本額定功率P08kW

32、帶寬bs25.4mm作用在軸上得力F500N表4-2 下懸臂同步帶輪設計結果設計單位：浙江師范大學工學院設計者：設計時間：13:49:15名稱數值單位傳動功率P11.1kW主動軸轉速n1940r/min從動軸轉速n2470r/min傳動比i2無設計功率Pd2kW選定帶節距pb12.7mm小帶輪齒數z120無大帶輪齒數z240無小帶輪節圓直徑d80.85mm大帶輪節圓直徑d161.7mm帶速v4m/s初定軸間距a0293mm標準節線長Lp990.6mm節線長上齒數z78無實際軸間距a302mm小帶輪嚙合齒數z9無基本額定功率P08kW帶寬bs25.4mm作用在軸上得力F500N4.2.4 砂輪懸

33、臂部件中砂輪安裝的設計砂輪懸臂的簡圖如圖4-15-a所示。由圖可得到砂輪軸除了受徑向力外還受到軸向力，圖中，承受較大軸向力，故選用兩個單列圓錐滾子軸承背對背安裝的形式，如圖4-15-b所示。圖4-15 砂輪安裝的設計a) 砂輪懸臂簡圖b) 砂輪軸上軸承安裝形式以下是軸承的選擇及校核過程：根據工作條件，選用圓錐滾子軸承，要求軸承內徑，徑向載荷，軸向載荷，轉速。根據，先選取，并查表預選32216型軸承。查表得： 附加軸向力： 軸承受力： 查表得： 查得軸承的使用壽命為。查表得此設備中軸承的使用壽命推薦值為，所以所選軸承符合要求。帶輪通過鍵連接傳遞扭矩，故需要對帶輪的鍵進行選型和強度校核。已知：軸的

34、直徑為，帶輪厚度為，傳遞的功率為，帶輪轉速為。由式： （4-11）得： 其中：功率 扭矩 轉速使用機械設計手冊軟件版中“鍵連接設計校核”程序，對鍵連接進行設計和校核。在程序中輸入相應的數值，計算得到鍵的尺寸及校核的結果，如圖4-16所示。故選擇的鍵滿足使用要求。圖4-16 鍵連接的設計及校核4.3 上料懸臂部件的設計上料懸臂部件位于上料工位，是工位機的上懸臂在完成與下懸臂的對接后進行上料的場所。4.3.1 上料懸臂部件的組成及動作過程圖4-17 上料懸臂部件上料懸臂主要由上料懸臂部件-上和上料懸臂部件-下兩部分組成。上料懸臂部件-上是由上料懸臂-上、粉盒、刮粉組件、粉盒驅動組件、料盒、高頻加熱

35、組件及一系列附件組成。上料懸臂部件-下是由上料懸臂-下、頂料組件、導軌滑塊及一些附件組成。如圖4-17所示。這里，頂料組件的驅動是由安裝在上料懸臂-下的下側的氣缸來完成的（見圖4-15中右視圖）。粉盒的推動是由粉盒驅動組件完成的，粉盒被推出的同時，粉盒內的膠粉會被刮粉組件刮平，以使上粉更加均勻。高頻加熱管的發熱是由高頻加熱組件完成的。在驅動粉盒的機構的選擇上，由于上料懸臂-上的平臺上已經安裝了高頻加熱箱，已經沒有足夠的空間再安裝一個驅動粉盒的氣缸，于是加裝了一組平行四邊形機構，通過改變氣缸推力的方向，使氣缸安裝方向不需要平行于推力的方向，從而提高了懸臂部件的緊湊性。并且，這里的兩個粉盒通過連板

36、連接，可以由一個氣缸驅動它們同時運動。簡圖見圖4-18。圖4-18 粉盒驅動部件簡圖4.3.2 上料懸臂部件-下中導軌的選型上料懸臂部件-下重約70kg，導軌的安裝方式是垂直安裝的。由式： （4-12） （4-13）得到： 其中： 由式： （4-14）得到導軌的等效負荷：其中： 徑向負荷 橫向負荷根據導軌安裝處的空間結構選擇導軌型號為：。根據線性導軌的額定壽命計算公式： （4-15）得到導軌壽命其中： 平均負荷，這里等于。 載荷系數，這里等于。4.4 對接懸臂部件的設計工位機上層工位的夾具在完成水鉆一半的加工后，要將夾具上的水鉆翻面裝夾至下層工位的夾具上，以完成對水鉆另一半的加工。這里，對水鉆

37、的翻面裝夾，是通過對接懸臂部件來實現的。對接懸臂部件主要由對接懸臂、高頻加熱管、高頻加熱箱、壓板及一些附件組成，如圖4-19所示。要進行對接時，由高頻加熱箱驅動高頻加熱管發熱，先加熱工位機下層懸臂夾具中的膠粉，使其融化。在工位機上下層懸臂的夾具對接時，高頻加熱管加熱上層懸臂夾具中的膠粉，這樣水鉆就脫離工位機上層懸臂夾具，被粘在了下層懸臂的夾具上了，從而完成了對接這個過程。圖4-19 對接懸臂部件a) 右視圖b) 三維圖4.5 下料懸臂部件的設計工位機下層工位的夾具上的水鉆在完成所有工序后，要進行下料，以便進入下一輪水鉆加工的循環。對夾具上的水鉆完成下料工序是由下料懸臂部件來完成的。4.5.1

38、下料懸臂部件的組成及動作過程下料懸臂部件主要由下料懸臂部件-上和下料懸臂部件-上組成的。下料懸臂部件-上又由：粉盒、高頻加熱管、高頻加熱箱、粉盒驅動組件、高頻加熱箱、刮粉組件、下料懸臂-上及一些附件組成。下料懸臂部件-下由：滾刷、下料懸臂-下、滾刷電機及附件組成。如圖4-20所示。圖4-20 下料懸臂部件進行下料時，高頻加熱箱驅動高頻加熱管發熱，加熱工位機下層懸臂夾具中的膠粉，使其融化，在夾具上的水鉆自然落下。接著，安裝在下料懸臂-下的下方的氣缸頂起滾刷部件，同時滾刷電機驅動滾刷轉動，讓滾刷刷去粘在夾具上殘余的膠粉以及未掉落的水鉆成品。上料懸臂部件中的上粉的實現與下料懸臂部件中上粉的實現過程類

39、似。4.5.2 下料懸臂部件-下中氣缸的選型進行氣缸的選型時，首先根據工作所需力的大小來確定活塞的推力和拉力。應使氣缸的輸出力留有一定的余量來進行氣缸的選擇。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，會造成能源浪費。在中對零件添加材料，可以得到下料懸臂部件-下的重量約為。已知氣缸的工作壓力為。由式： （4-16）得到氣缸缸徑。氣缸的效率為，那么應選缸徑為氣缸。按標準，選擇缸徑的標準氣缸。并根據下料懸臂部件的結構，選擇標準行程為的氣缸。最后根據氣缸安裝處地空間確定氣缸型號為：的薄型氣缸。4.6 主軸部件的設計主軸部件是所有懸臂部件安裝的場所，

40、它支撐起了整臺主機。同時，主軸部件也是實現工位轉換的地方。因此，主軸回轉部件的整體強度和剛度對水鉆加工的質量有直接影響。主軸部件主要由：底座、轉套齒輪、主軸轉套、主軸、圓錐滾子軸承、圓螺母、氣缸、滑塊、導軌、滑環、驅動伺服電機、主動齒輪等組成，如圖4-21所示。主機的所有懸臂部件安裝在主軸轉套上，主軸轉套的轉動可以帶動懸臂部件的轉動，從而實現工位的轉換。這里，主軸轉套的轉動及轉動的角度，是通過安裝在底座上的驅動伺服電機控制的。在安裝拋光砂輪懸臂部件位置的下方裝有一個大缸徑的薄型氣缸，這個氣缸的作用是在進行拋光時為懸臂提供一個恒定的圖4-21 主軸回轉部件力，以使水鉆表面質量符合要求。以下是主軸

41、上重要零部件的選用及計算：（1） 主軸的選擇：在確定主機的總體尺寸后，根據總體尺寸，選擇符合要求的標準無縫鋼管作為主軸。無縫鋼管尺寸為：（2） 軸承的選用：根據步驟（1）選出的主軸以及軸承的受力（工作時軸承同時受到徑向力和軸向力）預選圓錐滾子軸承，型號為：。 （3） 氣缸的選用：首先，磨拋時產生的壓力為：接著，氣缸頂起部分的重量為：所以，氣缸所需提供的推力至少為：根據標準，選擇不同缸徑的薄型氣缸，根據下式求出氣缸所能提供的推力： （4-17）綜上，選取缸徑為：所能產生的推力為：符合使用要求。選擇型號為：的薄型氣缸。缸徑：，行程：。（4） 軌道的選用：根據拋光砂輪懸臂部件的質量和安裝空間，選用型號為：的重負荷型導軌。計算得導軌的額定壽命為。（5） 驅動伺服電機的選用：第二代水鉆設備的主機的工位轉換是依靠安裝在主機底座上的伺服電機來實現的。主機旋轉部分的重量，轉動慣量，圓錐滾子軸承的摩擦系數，各工位之間轉換時間，即平均轉速。由公式： （4-18） （4-19） （4-20）得電機驅動主機旋轉部分需要的扭矩由公式： （4-30）得主軸驅動電機的功率，最后選取功率為的伺服電機作為驅動伺服電機。5 三維造型圖5-1 主機-視角