基于SolidWorks的砂帶磨床設計

賈娟娟 羅凱 萬宏強 梁文武 陰雨雷

摘要：為了克服現有砂帶磨床電機轉速單一、工作臺設計過于簡單的問題，利用SolidWorks軟件，設計了一種變頻調速控制主軸電機的砂帶磨床，可實現半自動化控制、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合的新工藝。現有砂帶磨床機械結構簡單，電機轉速單一，由驅動輪帶動的砂帶不能完成多種工件的磨削加工，大多數工作臺采用手動控制方式，而數控砂帶磨床成本高，場地要求高，工件加工局限大[1-3]。本文針對現有砂帶磨床電機轉速單一、工作臺設計過于簡單的問題[4-5]，設計了一種變頻調速控制主軸電機的砂帶磨床，可實現半自動化控制、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。

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。砂帶磨床的磨頭機械結構由4部分組成：張緊機構、主動輪、接觸輪、砂帶。電機安裝在主動輪上，主動輪先帶動接觸輪轉動，再帶動砂帶轉動，使其在工件表面磨削以去除材料，從而完成加工任務。張緊機構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 整機設計

本文采用SolidWorks軟件對該砂帶磨床進行整體設計，整機三維模型如圖2所示，主要由機架、磨削機構、三自由度移動工作臺和夾持機構等構成。其磨削速度可在20～30 m/s內進行調節。三自由度移動工作臺可實現橫向、縱向移動以及水平轉動。

主軸電機選用三相異步電機帶動砂帶磨床的磨頭組件實現磨削功能。在電機上安裝變頻器控制電機轉速，進而控制該砂帶磨床的磨削速度，砂帶磨床的磨頭機架連接在立柱伸出來的搖擺臂上，通過Z向絲杠傳動系統完成進給運動。同時，立柱和立柱滑軌的裝配可以實現立柱的X方向運動，配合床體上的主軸尾座結構，可以進行回轉體類零件的磨削。

砂帶磨床的X、Y向移動和Z軸的轉動均由床體內部的組合機構實現，其中最下方的蝸輪蝸桿傳動系統用來控制Z軸的轉動，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向絲杠傳動系統的底座。蝸桿通過兩個軸承底座水平裝配在機床內，兩端的軸承底座均可安裝手輪，通過轉動手輪控制蝸桿轉動，進而控制蝸輪以及整個組合機構繞Z軸轉動。在Y向絲杠傳動系統上安裝X向絲杠傳動系統，工作臺安裝于X向傳動系統上，整體實現工作臺的X、Y向水平進給運動。

絲杠傳動系統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，可以通過轉動手輪控制工作臺運動以及砂帶磨頭的進給運動，也可以通過電機帶動絲杠轉動完成運動。

2.1 ? ?磨頭設計

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構，磨頭功能分為3部分實現：砂帶張緊作用通過張緊輪臂調節實現;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，導致砂帶背部磨損或扯斷;工件磨削由接觸輪進行加力支撐。磨頭采用三級調節結構，砂帶磨削由可靈活轉動調節的支臂結構實現，支臂結構則固定在支座中心位置上，支座通過夾緊螺栓與機床連接，通過反向調整支臂角度、支座位移等，實現對磨削壓力、角度、點位的控制。

2.2 ? ?主軸電機的選用

本文設計的砂帶磨床主軸電機選用三相異步電機配合變頻器使用，以達到變頻調速的目的。根據設計要求，選定主軸電機為Y132S1-2型三相異步電機，滿載轉速nm=2 900 r/min。

2.3 ? ?變頻器的選用

本文設計的砂帶磨床變頻器選用深圳市飛兆科技有限公司生產的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 ? ?傳動系統設計

傳動系統設計分為豎向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構。本文設計的Z軸傳動系統需要帶動整個X軸、Y軸傳動系統以及工作臺轉動，所以要求其具有較大的負載能力，選用蝸輪蝸桿傳動系統用來控制Z軸的轉動。

平面X軸、Y軸傳動主要是實現物料進給運動以及工作臺運動，所以采用滾珠絲杠傳動系統，滾道表面經過淬火熱處理以進一步提高硬度，延長其使用壽命，降低日常維護成本。

2.5 ? ?床體設計

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 結語

本文采用SolidWorks軟件設計變頻控制的砂帶磨床，包括了基礎零件設計、裝配體設計、裝配體干涉檢查等，整個設計過程充分利用了軟件的三維建模功能，為探索新型的機械設計方法提供了良好途徑。

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[3] 王洋.鋼板砂帶磨拋機的動態特性分析[D].沈陽：東北大學，2013.

[4] 程光杰，黃云，張美，等.砂帶磨床模塊化設計方法的研究與應用[J].工具技術，2012，46（6）：27-30.

[5] 程光杰.基于UG的砂帶磨床模塊化、參數化設計及基本模塊庫的創建[D].重慶：重慶大學，2012.

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：機電測試技術。