賈娟娟 羅凱 萬宏強(qiáng) 梁文武 陰雨雷

摘要：為了克服現(xiàn)有砂帶磨床電機(jī)轉(zhuǎn)速單一、工作臺(tái)設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)單的問題，利用SolidWorks軟件，設(shè)計(jì)了一種變頻調(diào)速控制主軸電機(jī)的砂帶磨床，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化控制、砂帶磨削變頻控制、工作臺(tái)多方向移動(dòng)等功能。

關(guān)鍵詞：砂帶磨床;SolidWorks;半自動(dòng)化控制;變頻控制;移動(dòng)工作臺(tái)

0 引言

砂帶磨削是一種磨削和拋光相結(jié)合的新工藝?，F(xiàn)有砂帶磨床機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電機(jī)轉(zhuǎn)速單一，由驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)的砂帶不能完成多種工件的磨削加工，大多數(shù)工作臺(tái)采用手動(dòng)控制方式，而數(shù)控砂帶磨床成本高，場(chǎng)地要求高，工件加工局限大[1-3]。本文針對(duì)現(xiàn)有砂帶磨床電機(jī)轉(zhuǎn)速單一、工作臺(tái)設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)單的問題[4-5]，設(shè)計(jì)了一種變頻調(diào)速控制主軸電機(jī)的砂帶磨床，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化控制、砂帶磨削變頻控制、工作臺(tái)多方向移動(dòng)等功能。該砂帶磨床所加工的零件類型多樣，可操作性強(qiáng)。

1 砂帶磨床工作原理

砂帶磨床的床體和磨頭是其重要的組成部分，其工作原理如圖1所示。砂帶磨床的磨頭機(jī)械結(jié)構(gòu)由4部分組成：張緊機(jī)構(gòu)、主動(dòng)輪、接觸輪、砂帶。電機(jī)安裝在主動(dòng)輪上，主動(dòng)輪先帶動(dòng)接觸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)砂帶轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在工件表面磨削以去除材料，從而完成加工任務(wù)。張緊機(jī)構(gòu)用來保證砂帶的張緊力，使其在加工過程中的磨削力保持一致，避免造成較大的加工誤差。

2 整機(jī)設(shè)計(jì)

本文采用SolidWorks軟件對(duì)該砂帶磨床進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，整機(jī)三維模型如圖2所示，主要由機(jī)架、磨削機(jī)構(gòu)、三自由度移動(dòng)工作臺(tái)和夾持機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。其磨削速度可在20～30 m/s內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。三自由度移動(dòng)工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)橫向、縱向移動(dòng)以及水平轉(zhuǎn)動(dòng)。

主軸電機(jī)選用三相異步電機(jī)帶動(dòng)砂帶磨床的磨頭組件實(shí)現(xiàn)磨削功能。在電機(jī)上安裝變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制該砂帶磨床的磨削速度，砂帶磨床的磨頭機(jī)架連接在立柱伸出來的搖擺臂上，通過Z向絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，立柱和立柱滑軌的裝配可以實(shí)現(xiàn)立柱的X方向運(yùn)動(dòng)，配合床體上的主軸尾座結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行回轉(zhuǎn)體類零件的磨削。

砂帶磨床的X、Y向移動(dòng)和Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)均由床體內(nèi)部的組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中最下方的蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)用來控制Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪一端通過一個(gè)較大的圓錐滾子軸承與床體連接，另一端連接Y向絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的底座。蝸桿通過兩個(gè)軸承底座水平裝配在機(jī)床內(nèi)，兩端的軸承底座均可安裝手輪，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪控制蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制蝸輪以及整個(gè)組合機(jī)構(gòu)繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在Y向絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)上安裝X向絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，工作臺(tái)安裝于X向傳動(dòng)系統(tǒng)上，整體實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的X、Y向水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)均采用半自動(dòng)控制方式，在絲杠一端裝上減速器和手輪，另一端裝配電機(jī)，可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)以及砂帶磨頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可以通過電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)完成運(yùn)動(dòng)。

2.1 ? ?磨頭設(shè)計(jì)

砂帶磨床的磨頭三維模型如圖3所示，其采用了輪式接觸磨削結(jié)構(gòu)，磨頭功能分為3部分實(shí)現(xiàn)：砂帶張緊作用通過張緊輪臂調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn);砂帶所接受動(dòng)力采用兩級(jí)V帶傳動(dòng)帶動(dòng)，以免直接作用在砂帶上的動(dòng)力過強(qiáng)，導(dǎo)致砂帶背部磨損或扯斷;工件磨削由接觸輪進(jìn)行加力支撐。磨頭采用三級(jí)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，砂帶磨削由可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)的支臂結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，支臂結(jié)構(gòu)則固定在支座中心位置上，支座通過夾緊螺栓與機(jī)床連接，通過反向調(diào)整支臂角度、支座位移等，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削壓力、角度、點(diǎn)位的控制。

2.2 ? ?主軸電機(jī)的選用

本文設(shè)計(jì)的砂帶磨床主軸電機(jī)選用三相異步電機(jī)配合變頻器使用，以達(dá)到變頻調(diào)速的目的。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選定主軸電機(jī)為Y132S1-2型三相異步電機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速nm=2 900 r/min。

2.3 ? ?變頻器的選用

本文設(shè)計(jì)的砂帶磨床變頻器選用深圳市飛兆科技有限公司生產(chǎn)的FA300高性能矢量變頻器，其安裝形式：壁掛式;額定電壓：380 V;功率：0.75～500 kW。

2.4 ? ?傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為豎向Z軸傳動(dòng)與平面X軸、Y軸傳動(dòng)兩部分。對(duì)于豎向Z軸傳動(dòng)，常見的有蝸輪蝸桿和斜齒輪兩類結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計(jì)的Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)需要帶動(dòng)整個(gè)X軸、Y軸傳動(dòng)系統(tǒng)以及工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以要求其具有較大的負(fù)載能力，選用蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)用來控制Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

平面X軸、Y軸傳動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)物料進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，所以采用滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，滾道表面經(jīng)過淬火熱處理以進(jìn)一步提高硬度，延長(zhǎng)其使用壽命，降低日常維護(hù)成本。

2.5 ? ?床體設(shè)計(jì)

砂帶磨床床體的主要作用是支撐固定磨削對(duì)象與工具，減弱磨削振動(dòng)所造成的精度影響，方便人工操作等。磨床床體采用灰鑄鐵澆鑄而成，其三維模型如圖4所示。

3 結(jié)語

本文采用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)變頻控制的砂帶磨床，包括了基礎(chǔ)零件設(shè)計(jì)、裝配體設(shè)計(jì)、裝配體干涉檢查等，整個(gè)設(shè)計(jì)過程充分利用了軟件的三維建模功能，為探索新型的機(jī)械設(shè)計(jì)方法提供了良好途徑。

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收稿日期：2020-07-02

作者簡(jiǎn)介：賈娟娟（1994—），女，陜西銅川人，碩士研究生，研究方向：機(jī)電測(cè)試技術(shù)。