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、工作臺設(shè)計過于簡單的問題，利用SolidWorks軟件，設(shè)計了一種變頻調(diào)速控制主軸電機(jī)的砂帶磨床，可實現(xiàn)半自動化控制、砂帶磨削變頻控制、工作臺多方向移動等功能。

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

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)簡單，電機(jī)轉(zhuǎn)速單一，由驅(qū)動輪帶動的砂帶不能完成多種工件的磨削加工，大多數(shù)工作臺采用手動控制方式，而數(shù)控砂帶磨床成本高，場地要求高，工件加工局限大[1-3]。本文針對現(xiàn)有砂帶磨床電機(jī)轉(zhuǎn)速單一、工作臺設(shè)計過于簡單的問題[4-5]，設(shè)計了一種變頻調(diào)速控制主軸電機(jī)的砂帶磨床，可實現(xiàn)半自動化控制、砂帶磨削變頻控制、工作臺多方向移動等功能。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)、主動輪、接觸輪、砂帶。電機(jī)安裝在主動輪上，主動輪先帶動接觸輪轉(zhuǎn)動，再帶動砂帶轉(zhuǎn)動，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

本文采用SolidWorks軟件對該砂帶磨床進(jìn)行整體設(shè)計，整機(jī)三維模型如圖2所示，主要由機(jī)架、磨削機(jī)構(gòu)、三自由度移動工作臺和夾持機(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)。三自由度移動工作臺可實現(xiàn)橫向、縱向移動以及水平轉(zhuǎn)動。

主軸電機(jī)選用三相異步電機(jī)帶動砂帶磨床的磨頭組件實現(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向絲杠傳動系統(tǒng)完成進(jìn)給運動。同時，立柱和立柱滑軌的裝配可以實現(xiàn)立柱的X方向運動，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向移動和Z軸的轉(zhuǎn)動均由床體內(nèi)部的組合機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，其中最下方的蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)用來控制Z軸的轉(zhuǎn)動，蝸輪一端通過一個較大的圓錐滾子軸承與床體連接，另一端連接Y向絲杠傳動系統(tǒng)的底座。蝸桿通過兩個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)動手輪控制蝸桿轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制蝸輪以及整個組合機(jī)構(gòu)繞Z軸轉(zhuǎn)動。在Y向絲杠傳動系統(tǒng)上安裝X向絲杠傳動系統(tǒng)，工作臺安裝于X向傳動系統(tǒng)上，整體實現(xiàn)工作臺的X、Y向水平進(jìn)給運動。

絲杠傳動系統(tǒng)均采用半自動控制方式，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)動手輪控制工作臺運動以及砂帶磨頭的進(jìn)給運動，也可以通過電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動完成運動。

2.1 ? ?磨頭設(shè)計

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部分實現(xiàn)：砂帶張緊作用通過張緊輪臂調(diào)節(jié)實現(xiàn);砂帶所接受動力采用兩級V帶傳動帶動，以免直接作用在砂帶上的動力過強(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。磨頭采用三級調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，砂帶磨削由可靈活轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)的支臂結(jié)構(gòu)實現(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，實現(xiàn)對磨削壓力、角度、點位的控制。

2.2 ? ?主軸電機(jī)的選用

本文設(shè)計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 ? ?傳動系統(tǒng)設(shè)計

傳動系統(tǒng)設(shè)計分為豎向Z軸傳動與平面X軸、Y軸傳動兩部分。對于豎向Z軸傳動，常見的有蝸輪蝸桿和斜齒輪兩類結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計的Z軸傳動系統(tǒng)需要帶動整個X軸、Y軸傳動系統(tǒng)以及工作臺轉(zhuǎn)動，所以要求其具有較大的負(fù)載能力，選用蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)用來控制Z軸的轉(zhuǎn)動。

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

2.5 ? ?床體設(shè)計

砂帶磨床床體的主要作用是支撐固定磨削對象與工具，減弱磨削振動所造成的精度影響，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)計變頻控制的砂帶磨床，包括了基礎(chǔ)零件設(shè)計、裝配體設(shè)計、裝配體干涉檢查等，整個設(shè)計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)計方法提供了良好途徑。

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收稿日期：2020-07-02

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