《毕业设计(论文)-抽油杆外圆砂带磨床设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计(论文)-抽油杆外圆砂带磨床设计.doc（39页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、各专业完整优秀毕业论文设计图纸重庆大学本科学生毕业设计（论文）抽油杆外圆砂带磨床设计学 生：学 号：20092606指导教师： 专 业：机械设计制造及其自动化重庆大学机械工程学院二O一三年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityDesign of Cylindrical Rod Sand Belt Grinding Machine Undergraduate: Ding HaomingSupervisor: Prof. Liu YingMajor: Mechanical Design and Manufacturing and Au
2、tomationCollege of Mechanical and Engineering of Chongqing University,Chongqing,ChinaJune 2013重庆大学本科学生毕业设计（论文） ABSTRACT摘 要现代工业中对于抽油杆这类细长杆件的外圆表面加工，若用传统的车削、铣削等加工方式甚至砂轮磨削，都会存在难装夹、同心度和直线度难以保证、效率低下、易烧伤等缺点。故本文对于这种情况选择使用了四磨削单元的无心外圆磨床来加工抽油杆外圆表面。砂带磨削的灵活性、适应性都是其他加工方式不可比拟的，它的效率高、成本低、精度得到保障。大大提高了抽油杆外圆表面加工的生产效率。
3、本文涉及的内容包括对抽油杆外圆表面的加工工艺的国内外发展现状，发展趋势、技术特点、应用范围以及无心外圆砂带磨削的基本原理，通过三维建模截图、公式计算、文字说明等方式重点分析了磨削抽油杆外圆表面各种加工方法的优劣，并根据分析选取合适的加工方法。详细计算了抽油杆外圆砂带磨床的各部件的相关参数及尺寸。对该磨床的关键零件进行强度校核计算。最后对整个毕业设计的过程做出总结同时表达了对未来的展望。 关键词：砂带磨削，抽油杆，无心外圆磨床，多磨削装置BSTRACTSucker rod this slender cylindrical of bar processing cannot use traditio
4、nal processing approaches such as cars, milling, grinding unit for this case in this paper, choose to use the four centerless external cylindrical grinding machine for processing cylindrical rod surface. Abrasive belt grinding of flexibility, and adaptability are incomparable other processing way, i
5、ts high efficiency, low cost, precision is guaranteed. Greatly improving the sucker rod cylindrical surface processing and production efficiency.This article in the centerless external cylindrical grinding aspects of professional knowledge, on the basis of design of machine tools in detail. Machine
6、tools can be divided into the four grinding units, each grinding unit includes a grinding head, columns, guide the three institutions. Design was carried out respectively. The main content of the paper is as follows:to some of the key parts in detail, there is no to check all of the above design of
7、parts, mainly because some parts if checking through, then other parts in the same condition or lower stress cases by checking inevitably. So only checking for some dangerous part and important parts, safety factor is to keep at least above 1.6.Key words：sucker rod，centreless grinding machine extern
8、al，More than grinding device，abrasive belt grinding 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 目录目 录中文摘要ABSTRACT1绪论11.1引言1.2课题研究的背景和意义1.3课题的国内外研究现状1.3.1国外研究现状1.3.2国内研究现状1.4论文研究内容与结构 1.4.1抽油杆外圆砂带磨床的设计内容 1.4.2抽油杆外圆砂带磨床的设计重难点 1.4.3拟采用的途径和手段1.5 每章小结2磨削理论原理 2.1砂带磨床的基本知识2.1.1砂带磨床的类型及特点2.1.2砂带磨床的应用范围2.1.3外圆磨削的种类2.2影响砂带磨削精度的主要因素2.2.
9、1砂带2.2.2磨削方式2.2.3机床工具系统2.2.4磨削参数2.6 每章小结3抽油杆外圆砂带磨床的总体布局3.1 抽油杆零件的特征3.2 初步估计抽油杆外圆砂带磨床的组成部分3.3 该磨床总体初步设计 3.4 每章小结4 抽油杆外圆砂带磨床部件设计4.1 磨头部分设计4.1.1 磨削主电机的选型4.1.2 磨削主轴设计4.1.3 各轴承的选型4.1.4 张紧轮的设计4.2立柱部分的设计4.2.1 立柱电机的选型4.1.2 丝杠选型4.3导轨部分的设计 4.4每章小结5抽油杆外圆磨床的关键零件的强度校核5.1 传动轴的校核5.2 传动键的校核5.3 丝杠的校核 5.4每章小结6 结论与展望3
10、8致谢39参考文献40附录A：XXX公式的推导43重庆大学本科学生毕业设计（论文） 2 设计任务书 1 绪论 1.1 引言 制造业是一个国家的基础产业，是一个生产财富的产业，也是判断一个国家是否兴旺发达的标准。制造业中使用的各种加工设备大多是使用机床加工出来的，所以机床也可以看做是一个国家制造业的基石。机床的制造水平一定程度上能反映出一个国家的制造业水平。我国目前制造业飞速发展，国家非常重视科学技术的应用并转化为生产力的能力。提高机床的制造水平，在很大程度上能提高国家制造业在国际上的地位，同时改变单纯核心科技依靠国外的局面。在全球化经济飞速发展的今天，机床制造的提升能会对制造业有巨大的提升。随
11、着制造业的发展，机床的基本结构也大为改观。从最初的天轴集中传动，每个机床不能独立运行，一旦主动力失去了，所有机床都会停止工作；到后来的一台电机驱动机床工作，多个运动共有一个动力来源；再到现在多电机驱动单个机床工作，而且将计算机技术、电子技术、自动控制技术与机械加工技术相结合起来，产生了一大批具有高精度，高效率的机床设备。在机床设备中，砂带磨削具有很多独特的有点：单位磨削效率最高、磨削温度低、磨削精度很高这些优势都让砂带磨削在机床设备中占有比例越来越高。越来越多的零件选择使用砂带磨削来加工，使得砂带磨削在机床设备中成为一种不可缺少的加工手段。1.2课题研究的背景与意义如今砂带磨削加工占磨削加工超
12、过一半的份额，越来越多的工件选择用砂带磨削来加工。例如抽油杆这种工件的外圆表面的加工是一个较难处理的，因为抽油杆的直径很小，长度很长，强度低，直线率、同心度都难以保证。本文将结合抽油杆的工件特点与砂带磨削加工的优势，设计一种专门针对抽油杆这类长柱型零件的高效率的砂带外圆加工机床。背景和意义如下：第一，使用传统的车磨铣刨等加工方式加工长杆型零件，一方面很不方便，加工效率不能得到保证，另一方面精度也得不到保证。第二，砂带磨削的冷态加工，会较少的产生残余应力，这在抽油杆这种零件中是很重要的有点，避免了抽油杆在使用中收到反复的周期性应力时由于残余应力而产生的裂缝、断裂。第三，磨床可以设计为多磨头装置，
13、一般加工一遍即可完成去锈、去氧化皮、粗磨、精磨、粗拋、精抛等多步工序，是其他加工方式所不能比拟的。第四，该磨床的设计也能大大提高抽油杆类的零件的性能，使其在使用中更加稳定，发挥更大的作用。1.3 课题的国内外现状1.3.1 国外研究现状美国砂带磨削技术及其应用美国是最早研究砂带磨削技术的国家，并且一直处于领先水平。仅Norton、3M、Caborundum三大著名集团就开发了约四万余种不同型号的砂带。在美国，砂带磨床的应用范围非常广泛，据统计，在美国平均每4台磨床中就有一台是砂带磨床。比较著名的砂带磨床制造厂家有：Sundstrand机床公司、Hamond机械制造公司、Heil Acme公司、
14、马蒂逊机床厂、Emeerson Electric公司等。所生产的砂带磨床从大型传送带平面砂带磨床、无心砂带磨床、宽砂带平面磨床直到微型手枪式砂带机等。3M公司在微复制技术平台上研发出的新一代研磨产品金字塔产品极大地提高了研磨产品的自锐性和一致性，保证了砂带拉丝效果的一致性和可重复性。对于高速磨削，美国也成功的研制出了100m/s的高速型砂带磨床。随着砂带制造工艺的改善，机床结构刚度的提高，机床功率的增加使砂带磨床的金属切除效率逐渐提高，1974年比1972年提高50%，而1978年比比1975年又提高40%。1996年，在举办于美国芝加哥的国际机床博览会上，用Sundstrand展出的希格灵立
15、式砂带磨床加工38c铸铁缸盖，其金属切除量达1300kg/h。平均每小时可磨200个缸盖，所加工的尺寸精度可达0.003mm，平直度能达到0.001mm，其砂带的工作寿命为8小时，而磨削一般工件时，砂带的寿命为10小时；美国屋卢森机床公司生产电机转子同心度要求0.005mm，尺寸误差要求为0.012mm，用无心砂带磨床加工，一小时可加工200件。美国西屋电气公司用无心砂带磨床加工60马力的电机转子，每小时高达1000件。 英国砂带磨削技术及其应用在砂带磨削技术的研究与应用方面，英国也开始得比较早。其在工程应用与设备制造方面，除生产平面式砂带磨床、外圆式砂带磨床以及万能式砂带磨床外，还着重发展了
16、输送式、内圆式及涡轮叶片式的砂带磨床。由英国的布鲁克厂制造的内圆式砂带磨床能对15m长，直径达到25mm到205mm长的管件内孔进行加工。还有怀特厂生产的TV型砂带磨床，Belliot公司生产的高压砂带磨床等等。另外，两家英国的制造商说他们制造了一种高效的砂带磨床，金属切削率可达30立方英尺每秒。磨削压力、功率、砂带速度和砂带结构是获得这种高金属切削率的主要原因。这种磨床的砂带宽和长分别为700毫米和3154毫米，最大加工宽度和长度为700毫米和750毫米。 德国砂带磨削技术及其应用从历届国际机床博览会看，德国的砂带磨床厂商参展最为活跃。1981年第4届EMO （欧洲国际机床博览会）展览会上，
17、展出砂带磨床的厂家共10家，德国就占6家。在2001年第15届EMO展览会上德国占56家。此外，德国研制了一种空心球磨粒砂带（Hermesit带），加工精度高，5m，既保持单层砂带的柔性，又具有多层磨料砂带寿命长的特点。同时德国生产了各类型的砂带磨床，如1974年德国Waldrich Coburg公司推出的RBS7-900型圆台重负荷磨削磨头，1983年德国Tohannseu公司推出了SM300型高效强力砂带磨床以及90年代Metabo公司的Metabo CNC控制透平叶片的6坐标五轴联动的砂带磨床等等。德国的砂带生产厂家主要有VSM公司、Herms磨具工业公司、菲德缪勒公司、舒瓦贝公司等等。
18、日本砂带磨削技术及其应用钢铁工业于1957年在日本得到了发展，日本人在引进扎制设备的时候也带来了砂带磨床。在1968年的时候日本全国拥有400台宽砂带磨床。他们在胶合板、木材、塑料制品等加工业中得到了广泛的应用。在接下来的这三四十年内日本在砂带磨床和砂带研制方面都作了比较深入的研究，并且收获了许多成果。例如，日本开发出了球形复合磨粒砂带和软木复合磨料砂带这两种新型的磨涂附砂带；另外，最近一种电镀金刚石金属带砂带磨削方法被日本京都大学精密工学研究所研制了出来，它是在一个可随转动膨胀的橡胶轮上镀上磨粒的金属带套，用来对非晶态的这种超导材料的表面进行精密加工。其他国家砂带磨削技术及其应用多年来俄罗斯
19、一直在研究叶片砂带磨床，他们制造了很多的这种类型的砂带磨床。它们主要由哈尔科夫机床厂和列宁格勒机床厂这些厂家进行生产。专用的叶片仿形砂带磨床被它们开发了出来，这种磨床可以磨削500100mm的叶片型面等。此外，砂带磨床的发展在瑞典、法国、荷兰、意大利、瑞士、西班牙这些国家都有比较快速的进展。法国在使用重载纸作为砂带基材的研究方面作了许多的工作，并且取得了突破性的进展。在1997年10月第13届的国际机床展览会上共有28家意大利的砂带厂家参加展览。在瑞士很有名的ASEA公司，早在1981年就开始在砂带抛光机上使用小型多关节形机器人，在2001年第15届国际机床展览会上瑞士一共有15家的砂带机厂参
20、加展览。在90年代的几次国际机床展览会上荷兰、瑞典和西班牙都展出了具有自己特色的砂带磨床。比如大型压力容器内外壁整体抛光机和宽砂带去毛刺机。1.3.2 国内研究现状当国外的砂带磨削技术不断发展的时候，砂带磨削偶尔技术也引起了国内机械加工行业的关注。目前国内已经有一些砂带磨削设备的制造厂和研究砂带磨削的科技单位，例如重庆大学、三磨海达、新乡机床厂，华中科技大学等。重庆大学是国内从事砂带磨削技术开发和基础理论研究时间最早、涉及内容最广泛的高校，其主要成果是对电解砂带复合磨削新工艺进行的研究和论证，对摆线齿轮新磨法，砂带磨削工业搪瓷管，高精度南磨削平面零件的砂带磨削工业等的理论研究。东北大学也是国内
21、从事磨削基础研究实力最强的单位，其主要成果是对铆钉钢、轴承钢及不锈钢等难加工材料的砂带磨削机理做出了实验研究，试制了线材流星砂带磨床并投入工业性试生产。再者如湖南大学对板式平面砂带磨削温度进行的研究，提出的砂带磨削温度不容忽视的观点和对强力砂带磨削砂带磨损机理及形式，工件表面残余应力等方面的研究；由清华大学开创的具有世界领先水平的新型精密砂带复合加工方法等。我国的砂带磨削技术发展经历了三个阶段：起步阶段从上世纪50年代起，一些对大型的矿山机械轴类零件的加工厂开始对砂带磨削的原理和工艺进行了一些研究，取得了一些成果，为我国的砂带磨削技术奠定了基础；推广阶段随着我国的砂带磨削技术的发展，不断的对外
22、国技术、外国生产线的引进，国内砂带磨削技术进入了一个新的阶段，从只能单纯加工平面和简单曲面，到能加工复杂曲面，从只能加工钢铁材料，到能加工有色金属、塑胶、陶瓷、大理石等材料。重庆大学自从1982年以后先后完成了多想有关砂带磨削的科研项目，获得了国家专利8项，城里了从事砂带磨削铲平的开发制造公司三磨海达磨床公司；超精密加工阶段，目前国内外的磨削技术都是朝着超精密的方向在发展，在结合计算机技术、自动控制技术之后，有些机床的加工甚至超过的国外的技术，表面粗糙度可达Ra0.01微米。1.4 论文的研究内容与结构1.4.1抽油杆外圆砂带磨床设计的内容设计的题目是抽油杆外圆磨床的设计，要求要系统调研和分析
23、国内外砂带磨削的研究、发展和应用情况；熟练掌握AUTOCAD、UG、PRO/E等机械设计软件；理解和掌握表面精密加工的工艺要求，进行抽油杆外圆砂带磨床的功能分析；结合实际问题研究抽油杆外圆砂带磨床；该课题培养了画工程装配图、机加工艺、机械设计及优化设计方面的能力，并掌握一定的三维软件绘图能力1.4.2机床设计重点及难点 对于抽油杆外圆砂带磨床的设计，重点在于根据工件的特性而选择的磨削方案来更优的实现磨削方案，难点在于磨头、立柱、导轨三大部分的细节的详细选定及校核。1.4.3拟采用的途径与手段 首先通过查询、分析国内外常见的外圆砂带磨削的方案的优劣，根据抽油杆的工件特性初步选择出方案设计，形成方
24、案图，并对该方案的可行性进行分析与计算。完成计算后进行图纸的详细设计，完成三维图绘制，并根据三维图绘制出全部二维图。1.5 本章小结 本章就课题研究的内容与意义进行了分析，并对国内外的研究现状进行了分析。根据磨床设计的独特的特点，提出了本篇论文的研究内容和结构。2磨削理论原理2.1.1 砂带磨床的类型及特点 使用磨料磨具（砂带、砂轮等）作为刀具来进行切削的机床，都统称为磨床。磨床的种类有很多，按照用来磨削的工件大体能分为：外圆磨床、平面磨床、内圆磨床以及用来磨削特定工件表面的专用磨床。其中的外圆磨床又可分为万用外圆磨床、无心外圆磨床、定心外圆磨床等。以上磨床的切削刀具一般可选砂轮或砂带作为切削
25、刀具。由于磨床的传动链比起其他的机床如车床都要短很多，因而能够实现更高的精度的加工。 砂带作为一种特殊形态的多刀刃的切削，它的切削功能主要是通过附着在基底上的磨料磨粒来实现的。当砂带开始磨削是，磨粒切削工件吃刀深度很小，磨料的刀尖圆弧负前角较大，磨粒只能摩擦工件的表面，起到所谓的滑擦的作用，所能引起的变形能够完全弹性恢复，在工件的表面不会残留任何痕迹；当吃刀深度增加时，磨粒和工件的压力逐渐增大，工件表面的变形会逐渐过渡到塑性变形，挤压摩擦剧烈，磨料在工件表面上划出沟痕；当吃刀深度增加到一定程度时，工件表面滑移形成了切削，开始切削；在磨料磨粒磨损后，钝化后的磨粒还能起到抛光作用。因为砂带的这些特
26、点，磨削率远高于砂轮，同时磨削所产生的切削热也很少，使得工件很少会产生因加工切削的热量而造成的残余应力。因此砂带磨削也称为冷态磨削。又因为砂带的运转速度非常稳定且具有柔软性，且承载砂带的砂轮一般由一层塑胶层，能吸收较多的振动能量，因而砂带磨削对振动并不敏感。由于以上原因，砂带磨削能实现较高的稳定的磨削加工，并获得高的加工表面质量及精度。对于等直径的圆柱棒料，或者磨削直径大于非磨削直径的圆柱棒料可以采用通磨的加工方式，如棒和杆类零件。 根据无心磨床的结构特点，工件磨削区的位置关系一旦设置好，在整个砂轮磨削过程中，通常就不会改变。在通磨方式下，工件磨削稳定可靠。由于可以再磨削时装卸工件，因此该磨削
27、方式效率较高。 在通磨磨削区，导轮轴线和水平线有一定的角度，导轮的外表面保证工件和导轮在整个磨削区相接触导轮的速度和其倾斜角度决定工件通磨的速度和磨削精度。根据工件磨削要求而确定相应的角度，通常粗磨角度为26，精磨为12。 导轮和砂轮的距离决定了磨削区的宽度和工件磨削直径。根据工件直径变化执行进给的监控。2.1.2砂带磨床的应用范围 砂带磨床的应用范围正在逐渐扩大，从一般的生活用品到重工业生产，几乎各个领域无所不用，如航天航空工业、钢铁行业、机械加工领域、造船业。现在的砂带磨削已经能应用于一些精密的零部件的制造。是用砂带磨削来进行加工已经成为了很多行业获取更多的利润的一中很重要的方式。目前，砂
28、轮和砂带的消耗量几乎达到了1:1，但砂带的磨削量已经超过了砂轮的，占到了磨削量的六成。砂带磨床的台数已经接近砂轮磨床的数量。砂带磨削一般用来精加工一些重要的表面，还能实现抛光等工艺。常见的功能有磨外圆、磨内圆、磨表面、磨焊缝、磨线材等功能。从加工对象的形状来看, 砂带磨削可以完成大平面的薄板、中板和厚板的磨抛, 金属带材或卷材的连续磨抛, 各种叶片型面的成型磨抛, 批量工件的磨抛以及各种外圆柱面和内圆柱面的磨抛; 从加工方式来看, 砂带磨削可以进行粗磨、半精磨、精磨和抛光等一系列加工. 为适应无切屑和少切屑工艺发展的需要, 国外已广泛地应用无心砂带磨削进行长杆加工. 如日本中部机械公司用无心砂
29、带磨床加工提升机与土木机械用的外径达到 165 mm, 长18 m 的活塞杆, 每加工一根杆只需5 h, 比砂轮磨床提高工效近9倍. 砂带磨削的加工精度可达到: 尺寸偏差0. 05 mm, 圆柱度( 0. 050. 07) mm2.1.3外圆磨削的种类外圆磨削从工件的装夹可分为定心磨床和无心磨床。定心磨床一般是在通用车床上进行改装的，工件夹持在三爪卡盘上，车床的刀具更换为磨头。这种磨床因为能在大量使用的车床上改装，因而应用很广。无心磨床（图1.1）的特征是磨削工件在导轨上，没有使用夹具进行定心定位，随着磨削进行时，工件进行的是螺旋运动。因为径向运动，工件的外圆表面能够都加工到。无心外圆磨相比定
30、心磨来说，有以下的优点：工件不需要装夹定位，工件上下磨床时所消耗的工时更少，因而能实现更高的加工效率；工件可以是空心的较长的零件，当零件为空心且较长时定心磨的顶针无法实现装夹定位使得不能加工；对于工件刚度要求比定心磨要低。但是由于没有定位，因而无心磨在加工的时候工件的同心度、直线度较定心磨更难控制，同时无心外圆磨是具有高效率的磨削工具，只有在大批量生产时才能发挥无心外圆磨床的优势。图1.1无心外圆砂带磨削2.2影响磨削精度的主要因素对于砂带磨削来说，决定其精度的主要影响因素有以下四个方面。2.2.1砂带砂带磨削所具有的优点许多是由于砂带具有弹性且其磨粒锋利。但是弹性也意味着在磨削过程很难准确控
31、制运动状态，从而导致加工精度降低。所以，在加工过程中关键是控制和利用砂带的弹性特点。砂带的弹性取决于基材及粘结剂。砂带磨削的精度还与砂带的制造质量密切相关。2.2.2磨削方式如果使用方式不同，即使同样的砂带所能达到的加工精度也是不同的。对于平面磨削，工件回转磨削精度高于往复磨削精度；同样的回转磨削，压磨板式的磨削精度也高于接触轮式。2.2.3机床工具系统机床工具系统的自身精度是由静态和动态精度两个方面组成的。静态精度包括机床运动部件的定位夹紧精度、几何位置精度和静刚度等；动态精度包含机床主轴和磨头的回转精度、动平衡状态、磨削的各种运动的精度以及机床工具系统的动刚度、震动状态等等。以上这些因素都
32、将对磨削的最终精度产生直接影响。在机床工具系统中，磨头的工艺结构对砂带磨削的精度有很大的影响，如接触轮的硬度、外形（开槽情况）等。一般接触轮的硬度越高，表面开槽越少，加工精度越高。在采用压磨板磨削方式磨削薄片零件时，压磨板使用T7工具钢并需要经淬火处理。2.2.4磨削参数磨削参数是指实现砂带磨削的各种运动参数。它包括砂带速度、工件速度、磨削深度、进给量砂带的横向振动、磨削液、砂带张紧力等因素。这些因素的选择将直接影响砂带的磨损状况，而磨损必然会影响加工精度。但磨损在整个磨削过程中又不可避免，所以关键是能否让磨损一致，以不降低其加工精度，所以在使用砂带磨削要求精度较高的零件时，一般需要让砂带作沿
33、其宽度方向的横向振动。这种摆动能产生交叉重叠的磨削纹路，并使之细化，而且能使砂带表面磨粒的受力状况均匀，使砂带磨损一致以提高其使用效果。砂带摆动的幅度和频率受到被加工对象的几何尺寸、磨削方式及所选砂带的宽度等因素的影响。2.6每章小结 这一章中对无心外圆磨削的理论原理进行的初步的阐述，对无心外圆磨削的磨削类型及特点进行了深入分析。对影响砂带磨削的精度的因素进行了分析归纳，为接下来的设计更高精度的抽油杆外圆砂带磨床提供了理论支持。重庆大学本科学生毕业设计（论文） 3磨床总体布局3 抽油杆外圆砂带磨床的总体布局3.1抽油杆零件的特征抽油杆（图3.1）是抽油机中的细长的杆件，它上接光杆，下接抽油泵，
34、起到连接、传递动力、驱动柱塞泵的作用。普通抽油杆单根一般长度为7.6或8米，直径为在13mm至29mm的六种规格，它的长径比为263 769，是一种长径比很大的细长杆件，刚度很低，柔性较大，容易弯曲，制造过程中易受力变形，材质一般为高碳钢表面镀硬铬。抽油杆在是用过程中收到的周期性的拉伸应力，有些抽油井中含有水、二氧化碳、硫化氢等腐蚀介质，所以抽油杆的常见的失效形式是疲劳断裂和腐蚀疲劳断裂图3.1 抽油杆3.2初步估计组成部分对抽油杆的外圆表面的加工，由于其硬度较高，一般采用磨削加工，使抽油杆外圆平滑、圆整，同时对抽油杆在加工时应尽量避免造成残余应力，避免因为外圆不规则造成应力集中，或残余应力使
35、得抽油杆受到交变应力时容易产生疲劳损伤。磨削加工常见的加工形式有砂轮磨与砂带磨。砂轮磨削时由于温度较砂带磨削温度高很多，对抽油杆表面加工后容易造成残余应力，同时砂轮磨削的具有磨削、研磨和抛光的多重作用。而这也正是砂带磨削表面质量好的原因。但砂带磨削加工精度与砂轮磨削相比较差，一方面由于切深微进给精度较低，另一方面砂带磨削为弹性加工，弹性变形使得砂带磨削精度降低。同时砂带磨削的加工效率也要逊于砂轮磨削。由于抽油杆外圆表面加工的特殊性，这里选用砂带磨削的加工方式。外圆砂带磨削可分为定心磨削和无心磨削两大类，前者可在车、铣床等常规机床上改装磨头和在专用外圆砂带磨床上进行，而后一类需要在专用无心砂带磨
36、床上实现。定心外圆砂带磨削设备具有结构简便，加工直径范围很大的特点，并且很容易在常规设备上改装实现，使这些设备附加磨抛之功能，加工质量和效率都较高。无心外圆磨削与普通外圆磨削相比：工件两端不需钻中心孔，无需退刀、装夹工件等时间，生产率高，适宜大批量形状简单的外圆零件生产；磨削过程中工件定位由砂轮、导轮和托板确定，工件磨削面就是定位基面，因此磨损对零件直径尺寸精度的影响只有普通外圆磨床的一半；相对位置精度、圆度较差。这里选用无心外圆砂带磨床作为选型方向。磨头部件包括砂轮主动轮、砂轮主动轮轴、砂轮被动轮、砂轮被动轮轮轴、张紧轮、张紧轮气缸与活塞、皮带大轮、皮带小轮、磨削主电机、磨头外壳。立柱部分包
37、括立柱塔身、丝杠、导轨、滑板、升降电机。床身部分包括床身主体、托轮轴、托轮。3.3总体初步设计工件为半径20mm,长度8米的杆件。工件的技术要求 表3.2精度等级单边磨削量（mm）直线度（mm）圆柱度（mm）外圆表面粗糙度IT90.15-0.410.250.4磨削需要实现去厚度约为27微米的氧化皮；粗磨达到Ra0.8；精磨达到Ra0.4；并实现抛光。因此确定使用四个磨削单元，第一个磨削单元实现去锈、去氧化皮以及粗磨、第二磨削单元实现精磨、第三个磨削单元实现粗抛、第四个磨削单元实现精抛的功能。每个磨削包括三个主要部分：磨头部分、立柱部分、导轨部分。基本的尺寸的确定1）横向尺寸：工件的长度=8 m
38、；导轨的长度=9.4 m；床身长度=9.4 m；单个磨削单元导轨长度=/4=2.35 m；2）纵向尺寸：机床的宽度=1.461 m；工件半径=20 mm;设工件圆心距托轮圆心水平面的距离为 mm；托轮半径为 mm；工件圆心高出托轮最高点的水平面的距离为 mm；托轮圆心的间距为,如图3.2。图3.2轨尺寸示意图由示意图可得关系式：=/2 ；=+ ；=20+根据经验取=5 mm;可解得： =70.7 mm；=30 mm 。3）高度尺寸磨削平面的高度根据工人身高可取1 m；机床整体高度根据已有同类的机床初定在2 m左右； 磨削单元竖直方向丝杆长度根据机床高度初步取850 mm。4）磨削参数的确定根据
39、工件的技术要求，初步确定磨削的参数如表3.2。磨削参数 表3.2砂带类型全树脂耐水砂带周长x宽度（mm）3480x150磨料与粒度GXK51 60#，100#，150#，240#磨削参数砂带线速度（m/s）22工件轴向进给速度（m/min）24导轮速度（r/min）40磨削形式干磨3.4每章小结 这一章中主要根据加工零件抽油杆的加工特征，对工件所需要的加工精度等级进行了分析，根据这些分析了可行的加工方案，并完成选型。对方案进行了初步的设计。根据工件的尺寸，确定了机床的基本尺寸，通过对工件直径的考虑，确定了导轨的基本尺寸。确定工件的外圆的精度等级后，根据这些确定了磨头的磨削参数。重庆大学本科学生
40、毕业设计（论文） 4 部件设计4 磨床部件设计4.1磨头部分设计4.1.1磨削主电机的选择由磨削力的一般形式： （1）其中 磨削力（N） 切削系数 工件圆周进给速度（m/min） 磨削深度（mm） 轴向进给量（mm/r）由磨削参数知：（m/s）=22由磨削经验取：（mm）=0.01由磨削参数得：（mm/r）=66.7解得切削力 （N）=14.7 ，砂轮直径D初选260mm。则所需要的电机的转矩为： （2）其中为余量系数，取1.2 解得T（Nm）=2.2 根据转矩T可初选电机型号型号Y90L-4。4.1.2磨削主轴的设计根据常见磨头的主轴设计，磨削主轴连接的是电机传动的皮带大轮与磨头的磨削主动轮
41、，主轴通过键传动传递扭矩，磨削主动轮左侧由轴肩进行轴向定位，右侧通过套筒、嵌入磨头外壳的轴承与轴承盖定位，皮带轮与轴的轴向定位取简易做法：过盈配合。综上所述该轴从左往右的结构分别为：轴头、轴肩、轴的右侧由于需要定位所以为四阶梯轴，这样做就能确保轴上的零件能有正确固定的工作位置，同时使轴的受力更加合理，有利于提高轴的强度和刚度，减少了应力集中并减少了材料、减轻了重量。所以磨削主轴的外形可用三维图绘制出如图4.1。图4.1磨削主轴的三维图 根据经验，首先估算轴的最小直径，作为结构设计的依据。由机械设计课本的实心圆轴的设计公式： （3）其中 C为轴的材料和轴承情况确定常数 P轴传递的功率，kW n轴
42、的转速，r/min由电机选型可得轴的传递功率P=1.5 kW，由磨削参数知n=60*22/2R 得n=1616 r/min查机械设计课本表10-2可知抽油杆材料的C=100解得d21.54 mm。由于该刨面存在键槽，应当将轴的直径适当放大，有一个键槽时，增大4%至5%。然后圆整为标准直径。故d可取25 mm。根据确定各轴段的直径和长度的原则，第二阶梯取直径取30 mm，第三阶梯取直径35 mm，第四阶梯取直径40 mm，轴环取直径48 mm，轴头取直径35mm。根据轴向定位尺寸顺带就可得出各轴段的长度。最后可得出该轴的二维零件图如图4.2。图4.2 砂轮主轴的零件图 轴上的键是标准件，键的类型
43、根据该轴的链接的结构特点及使用要求来选定。这里没有其他的使用要求，因此选用普通的平键。轴的界面尺寸如键宽b和键高h是按轴的直径d在标准中选定的，可查表选的，键槽尺寸如上图4.2 。键的长度L是按轮毂长度所选定的，键长一般略小于轮毂长度。同时键长还必须符合标准规定的长度系列。4.1.3各轴承的选型轴承是磨头中各轴中的一种重要的支撑不见，它的功用是支撑轴及轴上零件，并保持了轴在旋转中的精度，减少了轴与支撑面之间的摩擦和磨损。这里由于磨头中的各轴承都是主要承受镜像载荷，故选用深沟球轴承。这里根据轴的直径可以确定所需要的轴承的内径，故可初选出轴承型号。由于从动轮心轴与主动轮的传动轴与轴承配合处的直径都
44、为35mm，故能初选出各轴承型号为6207 。如图4.3 。图4.6各轴处的轴承选择4.1.4张紧轮的设计为了保证磨头部分能正常工作，避免由于砂带由于磨削伸长而引起的砂带振动以及造成保教减小，所以需要砂带保持一定的张紧里。因此必须采用张紧装置张紧轮。张紧装置可选择弹簧螺纹的手动装置，也可选用气缸装置。由于这里并不需要太过精确的调整，所以用了气缸装置来调节张紧轮的位置。故外观形状为图4.7 。图4.7 张紧轮装置 张紧轮通过轴承6202在心轴上转动，心轴通过螺钉固定在夹持的装置上，夹持装置下端与气缸项链，气缸通过四颗螺钉与磨头外壳固连。4.2立柱部分设计4.2.1立柱电机的选型对磨头的三维图是用PRO/E进行质量分析（如图4.8）。得出磨头质量为64.715KG，初步选定丝杠部分的移动速度为20 cm/min，丝杠传动的效率查表可得为90%。那么实际电机需要输出的功率可计算，为0.807KW。同时传动丝杠螺母的电机不需要高转速，因为会使减速部分过大，故选用Y90L-6电机，额定功率1.1kw，转速910 r/min，效率为73.5%，质量为25KG 。