悬臂式石材切割机设计说明书.doc

1 绪论1.1 课题提出的背景目前石材重要的装饰材料，在建筑装饰材料上，石材占有重要的市场地位.随着我国经济增长的高速发展。建筑材料业随之也保持了与国民经济的同步增长，石材用量出现了逐年增长的趋势，石材行业的发展空间也越来越大。石材的最大优点是：石材具有天然的花色之美，装饰后显示豪华富贵的高档优势效果，陶瓷及仿造天然石材就逊色多了。随着我国经济发达地区的沿海城市和港口城市、发达的西方国家和处于经济起飞阶段的发展中国家，超薄石材面砖的用量的逐年增长，超薄石材面砖已经展现了广阔的发展空间因此，拓宽天然石材市场的使用领域，就要将石材做薄，减轻自身重量，降低成本。超薄型石材面砖，其最大的优点是体积小、重量轻、便于运输、容易铺设、色彩斑斓，可以制成普通瓷砖的规格。所以我们要讨论一下石材切割的意义。1.1.1石材种类及用途介绍1石材简介 石材（Stone）作为一种高档建筑装饰材料，多数人对可用于装饰的石材的种类、性能都不 甚了了。目前市场上常见的石材主要有大理石、花岗岩、水磨石、合成石四种，其中，大理 石中又以汉白玉为上品；花岗岩比大理石坚硬；水磨石是以水泥、混凝土等原料锻压而成； 合成石是以天然石的碎石为原料， 加上粘合剂等经加压、 抛光而成。 后两者因为是人工制成， 所以强度没有天然石材高。 二、建筑石材 建筑装饰用石材有天然石材和人造石材两大类， 并以天然石材为主， 它是一种高级的装饰材 料，主要用于装饰等级要求高的工 程中，人造石材属于较低档次的装饰材料，只用于中、 低档的室内 装饰工程中。2种类饰面石材：主要为各种颜色、花纹图案、不同规格的天然花岗石，大理石、板石及人造 石 材，包括复合材、水磨石板材等，品种有国外进口和国产的，种类繁多。 墙体石材：主要用在建筑群体的内外墙，规格各异，如外墙用蘑菇石、壁石、文化石、 幕墙干挂石，天然型、复合型及基础用不同规格块石等。 铺地石材：室内外、公园、人行道的天然石材成品、半成品和荒料块石等。 装饰石材：如壁画、镶嵌画、壁帘、图案石、文化石、各种异型加工材圆柱、方柱、线 条石、窗台石、楼梯石、栏杆石、门套、进门石等。 生活用石材：如石材家具、灶台石、卫生间台板、桌面板等。 艺术石材：楼宇大厅、会议室、走廊、展示厅等用石雕、艺雕制品，如名人雕像、飞禽 走兽、浮游生物塑像、石碑、牌坊石、志铭石等。 环境美化石材：这类石材又称为环境石，如路缘石、车止石、台阶石、拼花石、屏石、 花盆石、饮水石、石柱、石凳、石桌等。 电器用石材：各种不同规格的绝缘板、开关板、灯座、石灯等3石材品种、产地及用途介绍大理石：广红大理石：产自江苏省， 细密均匀颗粒， 红色或红白底色， 有红色斑纹， 板面遍布裂线， 主要是红色裂线，少部分是黑灰色水晶线。 咖啡大理石： 咖啡产地是江苏宜兴，细密均匀颗粒，花色为棕褐底色，有流纹状纹理，部分带有白筋。 红奶油 红奶油产自江苏宜兴，细密均匀颗粒，花色为暗乳白底色，有红色斑纹，板面遍布暗灰色裂 纹和裂线。 青奶油： 青奶油产自江苏宜兴，细密均匀颗粒，板面为暗乳白底色，有青灰色斑纹，遍布青蓝或灰蓝 色的裂纹或裂线。 青红奶油： 青红奶油同样产自江苏宜兴，细密均匀颗粒，为暗乳白底色，间有青灰色或浅红色斑纹，遍 布青蓝或灰蓝色的裂纹或裂线，也有少量红筋。 杭灰大理石： 杭灰产自浙江省，细密均匀颗粒，板面为深褐灰黑灰底色，带有黑灰色斑点，密布白色细 纹，同时带有红色或是白色粗筋。 金镶玉 金镶玉产自江苏省，为细密均匀颗粒，棕褐底色，遍布细筋，主要是白色，也有土黄色，同 时带有白色或是红色的粗筋。 荷花绿： 荷花绿产自湖北通州，为白色偏泛黄底色，带有鱼网状绿色密纹。 宝兴白：宝兴白也叫四川汉白玉，产自四川宝兴，为纯白色或象牙色，中小颗粒，石英含量较高。 东方白： 东方白产自四川宝兴，中小颗粒，石英含量较高，为纯白底色，有灰黑色细纹路，不过板面 遍布裂纹（结晶线） ，特别是在纹理处。 青花白： 青花白也产自四川宝兴县，细小均匀颗粒，石英含量较高，为白色底色，带有灰黑色纹理， 根据花纹可分为中花白，细花白。 宝兴青花灰： 宝兴青花灰产自四川宝兴，细小均匀颗粒，石英含量较高，白色底色，相对于青花白板面有 更多切颜色更深的灰黑色斑纹。 广西白： 广西白产自广西贺州，细小颗粒，板面为乳白底色，带有灰色或黑色斑纹。 黑白根： 黑白根是黑色致密结构大理石， 带有白色筋络， 非常容易重筋络处断裂， 产地为广西和湖北， 其中广西黑白根白筋较少，湖北黑白根白筋繁多。 玛瑙红： 玛瑙红产自广西，细小均匀颗粒致密结构，灰白底色带有青色斑纹，板面密布红色细筋。 国产啡网： 中国网致密的细小颗粒，棕褐底色带黄色网状细筋，部分有白色粗筋，国产啡网主要产自广 西、湖北和江西，同样有分浅啡网和深啡网。 木纹黄： 木纹黄产自贵州和湖北，黄色或黄褐底色，有木纹状纹理，中小颗粒，颗粒部分结晶，呈齿 牙状交错结构。 铜黄大理石： 铜黄大理石也叫帝王金、黄金天龙，产自安徽，中小颗粒，板面为黄色或土黄底色，有黄色 或是深黄色纹理（直纹或乱纹） 。 丹东绿 丹东绿产自辽宁丹东， 颗粒为细小颗粒， 结构致密， 底色为嫩绿色， 带有绿色或深绿色纹理， 部分少量的白色斑纹。 灰木纹： 灰木纹产地是贵州省，为灰白底色，带有深灰色直木纹状纹理，其中的颜色偏白的灰木纹也 叫做白木纹。 皇家金檀 皇家金檀也叫黑木纹或黑檀木纹，产自湖南，细小均匀颗粒，致密结构，为黑色底色，顺切 的话板面呈黑灰色直木纹状纹理，纵切则呈密云状乱纹。 白海棠： 白海棠产自云南省，为石灰石质大理石，颗粒细小致密，底色为米白色，板面密部灰色月牙 状花纹。 雨山红 雨山红也叫通山红，产自湖北通山，细小均匀颗粒，质地细密，为暗红底色，带有深红或白 色的裂纹或裂线，同时有粗一点的白筋。 贵州米黄： 贵州米黄产自贵州，石灰石质大理石，细小均匀颗粒，质地细密，为米黄底色，带灰褐色花 纹，部分有红筋。 江西米黄： 江西米黄产自江西省，石灰石质大理石，细小均匀颗粒，质地细密，板面为黄褐色或是浅褐 乱纹，颜色较贵州米黄深，带有灰白色或红色的裂纹。花岗岩：花岗石就在矿物组成而言，以石英、长石、云母、角闪石等铝硅酸盐类矿物为主，磁铁矿、 石榴子石、磷灰石等为辅。一般而言，长石的含量会较石英多，纹路及色彩因集中于长石的 部份而变得极为丰富，硬度大且较抗风化，长久以来即被作为主要建材，在台湾地区目前的 石材装修工程运用的最多，台湾本地并不产花岗石，目前所有花岗石矿均仰赖进口，较常见 的石种有印度红、印度黑、福建 603、巴西帝红等。1.1.2 石材的产量石材业商会透露，中国石材原料产量现已达到世界第一，加工能力世界第一，外贸出口世界第一。中国石材业总体发展形势不错，在保持平稳的同时趋于上升态势，在出口创汇方面也是一年一个新台阶。现在，中国已经不仅仅是在石材的原料和产量方面居于世界第一位，在加工方面也已经实实在在地超过了意大利位居世界第一。1产品结构发生质的变化：经过近二三十年的发展。中国的石材产供结构和出口贸易结构发生根本变化。据悉，目前中国有近千条先进的石材生产线，这些先进的生产线是直接导致中国石材产业结构升级的主要因素。从以原材料，即荒料出口为主渐变为以板材和成品材占绝对优势，质变的过程不仅反映出中国目前的产业结构和贸易结构的优良变化，更能突出反映出当前中国的石材业生产、加工技术水平的提高和产品质量的提高。2“多石”时代来临石材品牌是核心竞争力在目前的石材出口贸易结构中，荒料出口仅仅占了不到一成。说明中国石材的出口结构正走向优化，如果加上石雕等文化观赏类石材，中国石材出口远远不止30亿美元这个数。随着中国的改革开放，中国石材业也迎来一个飞速发展的历史时期，中国经济的发展使整个社会对石材的需求日渐增长。特别是近十年来，建筑业、房地产业、交通业等的加速发展，直接拉动了中国石材业的消费需求，中国石材业迎来一个蓬勃发展的最好历史时期。行业洗牌初露端倪在产业发展的历史过程中，相当一个时期曾经由于不合理的产业结构和无序的市痴间面临国际石材品牌的严重挤压，企业生存越来越艰难，中国石材产业的持续发展正经受考验，中国石材急需产业的结构优化和品牌升级。好在一些企业能够清醒地认识到这一点。上世纪末，面对日益严峻的国际国内竞争和强劲增长的国际市场需求势头，一些企业如福建溪石、上海塔星、广东康利和环球、山东玉泽和宇通等首先加强国际科技合作，引进国外的先进机械设备或借鉴国外相关的先进技术，实施可持续发展战略：从原始矿坑开采、爆破工艺改造为台阶式开采、绳锯等机械h切割先进工艺；淘汰落后生产方式，加快建设现代石材企业，增强企业产品市车持续的发展，也才能应对国内国际日益严峻的市场竞争形势。1.2石材机械的发展近些年来，随着建筑、装饰业的发展，各种品 种、规格的石材制品需求量迅速增加，从而刺激了石 材加工机械的发展。目前，我国石材机械制造业已初 具规模，各种用途的石材机械应运而生。由于国外大 型设备充斥国内市场，国内石材机械面临着前所未有 石材厂家应着重开发出轻巧灵活、磨削范围较小、转的挑战。无论是引进国外的石材机械，还是研制我国 的石材机械，都必须了解国际石材机械的发展趋势， 以期增强我国石材工业与国际竞争的能力。现就有关 石材加工机械的发展作些论述。 头磨方向发展。这种磨抛机的难度在于磨头制造及自1.2.1 剖切石材机械 目前国内切割石材机械以圆盘锯为主，同时发展了框架锯，金刚石串珠绳锯。圆盘锯已由原来单片发展成多片组合切割，现在在已发展到片，其锯切速度快，工作效率高，但锯切深度受到锯片直径的限制，德国虽已研制成功圆锯片机体，但在效率、成本方面仍不能满足大板的需要；框架锯是当前 石材机械明显的锯切发展方向，它的自动化程序高、大型化，国内已有部分厂家成功开发此产品，通过使 用发现虽与进口产品存在一定的差距，但通过吸收、 改进和完善产品结构性能，相信在不远的将来一定会替代进口产品；数控金刚石串珠锯具有较高的切割效率和较大的切割面积，使用灵活，而且无噪音，无振 动，并可获得各种形状的切割表面。目前开发的串珠锯，已从只能安装一根金刚石串珠绳的单绳式串珠，加工效率低，加工锯，发展到可同时安装根串珠绳。四川省建筑工业科学研究院已成功研发出一种结构新颖的串珠绳锯，这种串珠绳锯是在可自由弯曲的长形基材上间隔同轴安装若干带磨料层的串珠切具而构成，串珠可自由地轴系旋转，而且各串珠外周面形成相对轴线一定角度倾斜的螺旋槽。串珠在切割过程中持续旋转，供刀层不断变换，能有效排出切粉，防止堵塞，提高切体加工和镂空雕刻的机器。1.2.2 磨削石材机械国内板材行业长期以来以加工中板为主，这种板材的磨削设备主要是摇臂磨石机，此产品特点是价格低，易操作，维修方便。但随着板材逐渐往超薄、大板方向发展，此机型已不能满足这两种板材的磨削。石材厂家应着重开发出轻巧灵活、磨削范围较小、转速较快、操作简便的适合薄板的轻型摇臂磨石机。石材加工机械的发展从原来的单头磨逐渐向多头磨方向发展，国外现在已发展到头磨。预计今后往更多头磨方向发展。这种磨抛机的难度在于磨头制造及自动化控制系统方面。应用机械加工中成熟的 “光栅数显系统”移植到石材加工机械中，可精确测量出工件平面上各个位置点在三维座标中的数值并显示在液晶屏上，实现磨抛工作实时监控，大大提高了加工精度，弥补了摇臂磨石机加工石材存在的缺陷。1.2.3 切边石材机械手摇切边机已由单一分体裸露钢轨过渡到联体型、密封油浸钢轨、电动升降型，这种产品特点是便于安装，钢轨磨损小，维修率降低。加工大板设备红外线桥式切边机也应逐渐往机头可度旋转、石材能任意倒角切割加工的多功能整体方向发展。加工超薄板材切边机的结构已由滚筒输送、多片液压进给、高效的横切机取代。1.2.4石材面砖加工机械加工石材面砖最常用的方法是用钢砂锯将石材荒料锯切成所要求厚度的大板，经过磨机磨光后用桥式切机锯切成方块。但是现代先进的生产方法已改为采用多片式圆锯片锯机将一定规格的石材荒料锯切成一定宽度的薄板，用水平锯切机锯切成板条后再用横切机锯切成方块。用这种方法生产 mm或1mm的面砖，生产成本大幅度降低据估计目前全世界约有台多片式圆锯片锯机在使用。现代建筑的设计和施工方法都迫切需要重量轻的建筑材料，特别是外墙面砖的重量应尽量轻。年代初，为了生产超薄石材面砖，意大利研制成功型切片机。这是一种串列式多片圆锯片锯，装有1片金刚石圆锯片，直径由小到大顺序排列在一空间平面上。前头的锯片直径为，后头的锯片的直径为00mm。每个锯片的锯切深度为。锯片刀头宽为mm，长，高mm，采用目 优质1型人造金刚石和钴基金属胎体。锯片的圆周速度在之闻，由电脑控制。这种切片机与磨光机、定厚磨机、横切机和定尺倒角机组成整套生产线，可用来生产mm和mm的薄型石材面砖。若原材料经过特殊工艺处理，提高强度，还可生产出厚度仅为mm的超薄型石材面砖，可以说这是当前生 产薄型石材面砖最先进的设备。石材加工机械还包括金刚石带锯、金刚石链锯、桥切机、等等，不在此赘述。1.3 石材切割机处在的问题及发展趋势在石材生产过程中，影响加工质量的因素很多，其中机械设备状况，锯片的性能，荒料的材质，加工的工艺及管理的水平等都有密切关系。下面就圆锯机械设备的有关问题加以说明。1.3.1锯切的结构形式己所存在的问题目前石材行业使用的锯机型式，大至可分为单柱悬臂式锯机，双柱龙门式锯机和四柱框架式锯机三种类型1 单柱悬臂式锯机这种锯机因结构简单，价格低廉而被石板材厂广泛采用，这是单式锯机的最大优势。但是这种锯机因受结构型式的限制而存在如下问题：（1）升降行程受限滑轨在滑座内升降，滑轨受高度的限制升降行程一般都在800mm以内。而台车上的分片小车行程也较小，因而只能使用高度低、宽度窄的荒料。（2）悬臂限制锯切头固定于滑轨上，滑轨在滑座内作升降运动，而滑座水平外伸悬臂固定在水泥柱子上，当锯切头下锯时，下降越多，滑轨悬臂也越长，这与刀轴端悬垂的锯片共同形成三个受力的悬臂结构。悬臂的受力随着安装锯片的多少变化，锯片数量增多，悬垂重量增加，悬臂长度加大，悬臂受力件的变形量，尤其是刀轴的变形量也随之增加，这必将导致刀轴外端锯片较之里面锯片因刀轴变形而引起的偏摆幅度跟着加大，这也是单柱式锯机作为多片组合锯使用时外端锯片较易损坏的原因。（3）承力限制锯切时荒料对锯片的阻力可分解为对刀轴头部向上的顶托力和水平推力。在这个力的作用下对锯切头和滑轨则形成向上的顶托力矩和水平扭矩。这两个力矩最后都传至滑座上由滑座承受。单柱锯的滑座一般都做得较高，上推力矩的受力支点距离较大，因此承受上顶力矩的能力也大。而滑座导轨的宽度相对较窄，所以承受水平扭力的能力就差。随着台车上荒料的往复运动，这个扭力的方向也跟着不断变化。又因升降运动需要滑轨与滑座的配合存有间隙，有扭转力矩的作用下势必推动刀轴作来回摆动。同样因隙间的存在，锯切时上顶力矩将刀轴上抬，当锯片离开荒料时在锯片重荷作用下刀轴又下垂。这就是锯切过程中在锯切力作用下刀轴产生振摆的原因之一。间隙小摆动小，间隙大摆动也大，由此可见，若滑座导轨越长越宽，即对滑轨的支承面越大，锯机就越稳定。同样，滑座导轨与滑轨的间隙越小，上下运动的精度就越高，由此引起的振动也越小，反之锯机的振动就会加大。所以在使用过程中适时调整导轨镶嵌条与滑轨的间隙是保证锯机稳定运转的重要因素。（4）台车稳定性差台车两条轨道的长度一般都在6m左右，在全长范围内都要求较高的水平度和平行度以保证台车均匀稳定的运动。平整度的调整需要较长的平尺和水平仪，这个条件不是一般厂家都具备的。即使新安装时调整正确了，在使用过程中也因基础变形或不均匀磨损而影响其平整度。这时就应当予以调整校正，否则就会出现三个轮着地一个轮悬在空中的情况，影响其使用的稳定性。当锯完一刀需分片移位锯第二刀时，这类锯机的分片车均被置于台车之上，这样的两车重叠，也增加了台车的不稳定因素。锯切过程中荒料的阻力对刀轴产生的扭力矩，如前所述，可分解为垂直向上的顶托力和水平方向的扭转力矩，两个力矩均通过刀轴，溜板作用于横梁上再传至两条立柱承受。因为溜板箱的滑轨大都设计得较长，承受水平扭力的承受力支点距离大，因此，对水平力矩的承受能力也大，横梁一般都较窄，横梁上两条轨道作为垂直上顶力矩的受力支点距离更窄，因而承受上顶力矩的能力就差。但这类锯机锯片头和溜板箱的重量较大，一般足以承受水平力和上托力矩的作用，为防止上顶，锯机溜板箱下面设有防顶托轮。一旦上顶力过大而且大于下压重量的总和时，溜板箱的滑轨如不受到托轮的限制，将被上顶脱离与横梁导轨面的接触，这样托轮就起到了防止上顶的作用，也就保证了滑轨的正常接触，从而能实现稳定的锯切。当这类锯机装上较多的组合锯片，如锯切时上顶力超过下压的重量产生上顶现象引起溜板振动时，就必须适时调整托输，须调至与横梁下导轨接触，托轮便随溜板箱的移动而转动。但又不能将托轮上的压力调得过紧，否则将增加滑轨的阻力。因此要恰当地调整托轮的顶力，使之既能随着滑轨的移动自如转动面又顶而不紧，顶而不死。这种锯机的刀轴也是悬臂的，随着锯片数量的增多悬垂重量和悬臂长度的增加，刀轴的变形也随之加大，将因此引起锯片偏摆而加大振动，影响锯切效果。所以，在这类锯机上组合锯片的数量同样受到限制。当然，这种机型做为单片锯或数量较少的大小锯片组合使用，锯切效果还是很好的，因此被板材厂和碑石厂广泛采用，这也是石材锯切最基本的一种机型。单柱式锯机与龙门式锯机相比，两种机型的承载能力各有所长，但刀轴的悬臂结构都是共同的特点。因而作为组合锯机使用并向多锯片组合方向发展都一样受到结构形式的限制。锯切过程中台车在荒料的重压下，在石粉污水喷溅的条件下日夜不停的连续工作，台车轮和轴承极易损坏，如不及时调整更换，也将影响台车的正常运行。2 双柱龙门式锯机这类锯机的锯切头大都固定在溜板箱下面，溜板箱在横梁上作往复锯切运动。锯切过程中台车固定不动，这样就排除了台车因机械问题而造成的不稳定因素。3 四柱框架式锯机这种结构的锯机多为组合锯机，特别是大型组合锯机几乎全都采用这种结构，因为四条立柱及其上下连接的框架形成了极为稳固的基础。而且立柱高，横梁长，纵梁宽，能放入大型荒料锯切。刀轴采用非悬臂的多支承结构，刀座纵横方向的承力点距离大，没有偏转力矩的作用，受力均匀，因而能装较多的锯片。如国外的大型组锯可装70片刀，国产机也可装置30片刀。这样大型荒料装入后即可高效率，高质量地进行多层次锯切，还可根据不同荒料规格和材质选择最佳的锯切参数。如采用变频调速能方便地改变锯片转速和走刀速度，可准确地控制进刀量和分片移位，主要的锯切参数都由电脑控制数字或屏幕显示，自动地完成锯切全部过程。1.3.2 锯石机的发展趋势未来锯石机发展的大方向是开发适用价廉的新型组锯。近年来我们根据国内的原料情况。使用条件和生产能力，并借鉴国外的先进技术，研制开发了供出口型企业使用的成套机械设备，如碑石加工设备及圆弧加工设备等，在这些设备中普遍采用了较先进的结构、材料和技术。如无级变速的部位采用变频技术。较易磨损的部位除选用优质钢材进行热处理外还另加涂镀硬质不锈材料处理，从而提高了主要运动部件的精度、寿命和防锈能力。控制系统采用电脑可编数字处理技术，电气系统主要元件采用进口或高质量的国产元件，因而提高了使用性能和可靠性。比如我们生产的“多刀双向切石机”（即组合锯机）可装30片直径1.2m的锯片用于加工薄板，或装20片1.6m和1.2m的大小的锯片组合，用于加工20mm厚、600mm宽的中型板材。采用四根管形镀硬铬立柱，下部固定于基础上，上部与顶梁相联，中部通过滑套与双横梁连接形成较稳定的框架结构。整机稳定刚性好、运行平衡。滚轮滚动式导轨磨擦阻力小，轻便省力。为适当加工不同规格板材换装不同直径的锯片，而又保持锯片一定的圆周速度要求，设置了专用变速箱，可方便地进行变速。水平锯片可悬挂并中置于垂直锯片刀座上，保证了两锯片具有相同的行程和均匀的受力。水平切板时还设有自动推板卸板机构，可提高卸板效率，减轻劳动强度。本机的走刀、进刀、切深和分片移位等运动都采用变频技术和数字显示的电脑自动控制。进刀量和分片精度均要控制在0.1mm以内。主电机采用75kW四级电机，使变速箱和变频技术形成的有机结合。并且应具有结构简单、重量轻、运动平衡、使用可靠、效率高、功能多、节能效果显着等特点。1.4 锯石机的结构及原理锯石机的机构和多，原理大致相同。1.4.1锯石机的工作原理：以600mm圆锯片锯割石材的基本情形如下上图，当锯机主电机以3555kw的功率，驱动锯片高速旋转时，其线速度高达25一65m/s，锯片质量的约75kg，形成巨大的能量在一瞬间(以ms计)刀头(也称结块)冲击石材晶面，其冲击频率约为80OHz(即每秒钟有800多个刀头冲击通过啮合区晶面)。这种受载情形明显属于冲击动载荷，不同于静载，也不同于往复式大锯那种慢速加载。在室内对石材试样加载试验表明，静载和慢速加载，试样表现为塑脆性，在破碎之前要经过弹性变形和局部塑性变形阶段，能量有充裕时间传递和吸收，随后形成实核和出现裂纹。由于裂纹扩张，使试样在几个最薄弱环节破坏，形成漏头形剪切破碎区。在电镜中观察，发现其破碎坑穴周围裂纹较多，断口参差不齐，破碎坑和石屑颗粒尺寸大小不一相差较大。当石材试样受冲击动载荷时，由于地加载速度极快，试样表现出塑性很小而多较理想的脆性体。冲击能量在试样内是以质点扰动(即应力波)的形式传递，应力波以冲击点为中心扩展为半圆形的纵波和横波，当纵、横波波及自由界面时，就要产生反射，压缩波反射成拉伸波，多次反射进行叠加的结果，常会出现很强的拉伸波，产生对试样破碎起产要影响作用的拉应力。这种瞬间作用于试样晶面的冲击应力(强大的拉应力)，在试样内部的裂隙和杂质处，在结晶的点缺陷、线缺限、面缺限和生长台阶等薄弱环节，产生应力集中和裂纹，当此应力大于试样最大承载应力时，裂纹以200/s的速度扩张(比刀具上金刚石颗粒运动速度快的多)，与此同时，在冲击应力作用下，冲击点深部和邻部产生弹性变形，储存了弹性能量，在裂纹扩张和这种弹性能影响作用下，石材试样不经过塑性变形阶段，即从多处薄弱环节崩离母体。在电镜中观察可见破碎坑穴、断口的边缘比较平整，破碎坑穴和石屑颗粒大小相近，破碎坑穴深浅相当。1.4.2锯石机的结构本锯石机采用电机通过带轮传动方式带动锯片进行旋转运动，并且锯片对石材起到切割作用。石材通过料车进给。进给系统采用滚珠丝杠和同步带轮传动，电动机为步进电机。夹具利用杠杆原理设计，通过螺栓可以调节所夹持石材的厚度。升降系统采用燕尾槽导轨导向，传动为梯形丝杠传动，人工操作。具体结构如上图。2 锯石机锯割部分设计 目前，石材切割机常见的结构形式有桥式、悬臂式、单刀式、多刀式等。悬臂式切割机结构简单，价格低廉，被大量的石材生产厂家采用。这种切割机升降过程受限导轨在滑座内升降，滑轨受高度的限制升降行程一般在800mm以内，因此适合加工板材。石材对锯片的阻力可分解为对刀轴头部的顶托力和水平推力。在这个力的作用下锯切头和滑轨则形成向上的顶托力矩和水平力矩。这两个力矩最后都传到 滑座上由滑座承受。悬臂式的滑座一般都做的比较高，上推力矩的受力支点距离较大，因此承受的上推力矩的能力也大。由于滑座与滑轨之间存在间隙，这是在锯割力作用下刀轴产生震动的原因之一。间隙小则摆动小，间隙大则摆动大，由此可见，若滑座的导轨越长越宽，即对滑轨的支撑面越大，锯石机越稳定。同样间隙小，上下的运动精度高。料车稳定性差的一般导轨长度为6m左右，在全长范围内都要求较高的水平度和平行度以保证料车的均匀稳定的运动。这种机型为单锯片锯石机广泛使用，据且效果还是很好的，因此，本锯石机也采用此机型。2.1博采众家所长 对所有能见到的各类切割机，分别采用其长处。借鉴采用各类切割机优良的机架结构形式、传动方式、机头结构等，本设计主要参照考莫尔单梯公司的EP型产品。2.1.1近期和长远兼顾 设计的切割机应兼顾近期和长远的发展，为此本设计的选型应该考虑现有的要求和以后更多的要求。2.1.2 零部件通用化 在设计石材切割机机型时，应尽量标准化。2.2机械性能的确定 为了石材切割机在运转中不发生破坏，不因个别部件磨损而使整台机械失效，有关部位变形不超过允许限度，各部分的的动作必须足够准确，不因震动而损坏工作质量等。通过以上方式切割机可以有效和可靠地完成预定切割任务。为此，零件的强度、刚度、寿命、精确度及震动稳定性必须满足起码的要求。由于石材切割机是在大量的冷却水中工作，解决在泥水条件下工作的可靠性尤为重要。由于不同石材乃至同一种石材硬度变化很大，故应尽可能提高石材切割机的适应性。 石材切割机机架材料是采用铸铁还是钢材料，应根据制造工作条件、经济因素、制造厂的加工条件和生产批量等综合因素考虑。钢结构可以降低重量，缩短加工周期。 随着石材切割机生产效率的提高，对自动化要求水平越来越高。但生产过程中不能简单的认为自动化控制方式越新生产效率就越高。所以说，本石材切割机自动化水平应根据原件和原件水平以及经济因素，把控制方式和可靠性一致起来，把自动和手动操作方式有效的结合在一起，才能达到提高生产效率的目的。另外，易于维护和检修，操作方便安全，以及合理的传动方式对于提高切割机的生产效率亦不容忽视。2.3确定技术参数 石材切割机的作业关键是金刚石锯片，因此，金刚石锯片的技术参数是设计的工作轴心。锯片的圆周线速度体现了锯片结块的切割工作速度，是影响锯片使用寿命的重要因素。根据石材的硬度，研磨性和进刀速度确定经济而安全的圆周线速度，是设计石材切割机的首要问题。根据石材的种类按下表推荐的值进行选择。 表1 据片圆周标准准线速度选择（米/秒）摘选切割岩石种类标准速度高速花岗岩高硅25 30无低硅30 35 40大理石40 45 50 80 85 90 锯片的圆周线速度v确定以后，其直径D可根据以给定的轴转速n按以下公式计算： 选择锯片标准圆周线速度为30（米/秒） ；转速n设计任务书以给定为300500（米/秒） ，因此： 通过以上计算，初选锯片的直径为1200mm，锯片转速为500r/min。2.3.1切割力的估算： 锯片的锯割功率是切割力F和圆周线速度的的乘积。在锯片与石材啮合角的全行程中，当转速n不变时，圆周力不变，其切向和法向的分力也不会改变。但是随着石板的厚度不同，其切向和法向的分力的大小就会改变，因而进给力F也会发生变化。 圆锯片的切割力大小，决定于石材的切割阻力，即石材表面对金刚石颗粒的冲击阻力、压碎剪切阻力和磨削阻力。这些阻力涉及的因素很复杂，目前还不能用准确的数学表达式计算确定。 但是，我们知道每一种岩石都有单位体积破碎功，花岗岩的单位体积破碎功一般为，因此，只要知道单位时间内切割石材的体积就可以估算切割力P。如下图： 图1当料车移动距离L时，切割掉的石屑体积为近似半新月形面积和锯片厚度T的乘积，其面积计算公式如下： 其体积公式如下： 表2 花岗岩切割效率合理选择 种类标准效率低功率高功率花岗岩高石英100150200300低石英300400400600 为了可靠性，由于本石材切割机是低功率选型，故选择切割效率为： 标准切割速度v由下式求得： 即最高限速为33mm/s，这里初选切割速度为1020mm由以上讨论计算切割功率大致确定为： 参考程志红版机械设计课程上机与设计表16-2选择电动机型号，择Y系列（IP44）电动机，型号为Y100L-6，转速为940r/min，功率为1.5kw。 因为，锯片的直径很大，石板的厚度很小，锯片与石板的啮合面的曲率相对于石板曲率很小，可以看作平面，同是计算也得到简化，可以很方便的得到法向力。由P=F*v可以求出法向力F： 由P=T*n可以求出转矩：2.4锯片装卡结构及其装卡法兰单锯片靠两个装卡法兰直接装卡，锯片孔径通常与装卡法兰的台阶外圆相配合而不直接与轴接触，借助螺母使锯片与装卡法兰压紧，锯片工作时，其间产生足够的摩擦力矩而不至打滑，螺母因其正确的螺纹旋向使锯片越压越紧。螺母的螺纹旋向应设计得正确，否则在没有其他的措施的情况下很危险，根据据片的直径设计装卡法兰的尺寸。锯片内圆直径由金刚石圆锯片GB/T11270.12002选择： 外圆直径D=1200mm 内圆孔径H=100mm 锯片宽度T=7.5mm下面是法兰盘的设计，具体结构如下图：法兰是一种盘状零件，在管道工程中最为常见，法兰都是成对使用的。 在管道工程中，法兰主要用于管道的连接。在需要 连接的管道，各种安装一片法兰盘，低压管道可以使用丝接法兰，4公斤以上压力的使用焊接法兰。两片法兰盘之间加上密封垫，然后用螺栓紧固。不同压力的法兰有不同的厚度和使用不同的螺栓。 水泵和阀门，在和管道连接时，这些器材设备的局部，也制成相对应的法兰形状，也称为法兰连接。凡是在两个平面在周边使用螺栓连接同时封闭的连接零件，一般都称为“法兰”，如通风管道的连接，这一类零件可以称为“法兰类零件”。图 2图 3表3 装卡法兰尺寸摘选表锯片直径mm2008060121250100801213001201001213501401161514001501261514501601361815001701401815501701401816001801501817002001602018002251852019002501852011000/1100250200201.51200300240251.51300325265251.51400325265251.51500350290301.5其他尺寸选择如下： 2.5 V带传动设计：V形胶带简称V带或三角带，是断面为梯形的环形传动带的统称。与平型传动带相比，具有安装容易、占地面积小、传动效率高和噪音小等优点，在整个传动领域中占有重要地位。按其截面形状及尺寸可分为普通V带、窄V带、宽V带、多楔带等；按带体结构可分为包布式V带和功边式V带；按带芯结构可分为帘布芯V带和绳芯V带。主要应用于电动机和内燃机驱动的机械设备的动力传动。 V带是传动带的一种。一般工业用V带有普通V带、窄V带和联组V带 。编辑本段V带设计中应注意的问题：（1）V带通常都是无端环带，为便于安装，应调整轴间距和预紧力。对于没有张紧轮的传动，其中一根轴的轴承位置应该能沿带长方向移动。 （2） 传动的结构应便于V带的安装与更换。 （3） 水平或接近水平的带传动，应使带的紧边在下，松边在上，可增大小带轮的包角。 （4） 多根V带传动时，为避免各根V带的载荷分布不均，同一带轮上V带的长度应进行配组。更换必须全部带同时更换。 （5） 采用张紧轮传动，会增加带的曲挠次数，缩短带的寿命。 （6） 传动装置中，两带轮对应的轮槽中心平面的平面度应小于0.002a（a-轴间距）；带轮轴线的平行度应小于0.006a。 （7） 普通V带和窄V带不得混用在同一传动装置中。2.5.1 确定V带型号： 工作情况系数查程志红版机械设计（以下同）表4.6，=1.2计算功率， V带型号，根据和n值查图4-6选择Z型2.5.2 确定带轮的基准直径：小带轮直径 查表4.7 ：大带轮直径 ： 2.5.3 验算带速： 要求带速在525m/s范围内，带速满足要求 2.5.4 确定V带长度和中心距a：初取中心距，由下式初算带的基准长度 按表4.3圆整 2.5.5 验算小带轮包角： 2.5.6 确定V带根数z：单根V带实验条件下许用功率查表4.4 传递功率增量查表4.5 包角系数查表4.8 长度系数查表4.3 V带根数 取2.5.7 计算初拉力： 每米质量q查表4.2 2.5.8 计算轴压力Q： 2.6 轴的设计：轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： 1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； 4、便于加工制造和保证精度。 2.6.1计算作用在轴上的力：转矩 切割阻力 轴压力Q 2.6.2 初步估算轴的直径： 选取45号钢作为轴的材料，调质处理，由下式估算，并且加大3%以考虑键槽的影响 查机械设计表8.6，取A=115 2.6.3 轴的结构设计： 右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位。右轴端安装法兰盘和锯片。左轴承从轴的左端装入，靠轴肩定位。轴的左端安装带轮。左右轴承均采用轴承端盖，使轴轴向固定，采用平键连接，得到周向固定，结构如下图：图 41 右端法兰盘靠螺栓固定，根据GB/T61702000选择螺纹规格为M30，宽度m为25mm，预留垫片和横孔的距离为10mm，法兰盘的厚度为2X30mm，锯片厚度为8mm，故： 2 从法兰盘停靠的轴肩到于轴承配合的表面，确定为： 3 与轴承配合的距离，查GB/T276-1994，暂选轴承代号为6008，B=15mm，需要连个轴承，轴承之间的轴肩为5mm，所以： 4 与轴承配合的轴肩为45mm，长度为35mm： 5 左端与轴承配合，此处需要一个轴承，轴承宽度B=15mm，选择长度和轴径为： 选择轴承的润滑方式： 选择脂润滑 6 与端盖配合的长度和轴径： 7 与带轮配合：带轮的的宽度为75mm，直径为38mm2.6.4轴的临街转速验算由于零件的制造和安装误差，主轴不可避免的存在着不平衡质量，这使主轴旋转时受迫振动，产生的离心力是激振力，所以轴的转速要在一阶临界转速一下，则有：E为材料的弹性模量I为截面惯性矩M为质量约为8kg 为支座形式系数从下表中选为20.05(图上有选择的根据）L为轴长614mm为一阶临界转速则有 所以转速满足临界条件，不会发生共振现象。由于在选用轴径的时候，为了与法兰盘配合轴径选大了很多，故不需要进行轴的强度校核。主轴箱是用来支撑轴承的，其强度要求并不高，常用珠光体灰口铸铁（性能较好）即可，这是因为：灰口铸铁具有靓号的铸造性能，易于做成中空壳体而且凝固时收缩量小。可以减少铸件的内应力；灰口铸铁就有良好的切削加工性能，因为灰口铸铁中大部分碳是以石墨形式存在的，石墨容易脆断，也减轻了道具的磨损；灰口铸铁具有良好的耐磨性和吸振效果。铸铁的吸振性是指将震动转化为热能的一种能力。2.7 计算轴承寿命L轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件，它的主要功能是支撑旋转轴或其它运动体，引导转动或移动运动并承受由轴或轴上零件传递而来的载荷。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。究其作用来讲应该是支撑，即字面解释用来承轴的，但这只是其作用的一部分，支撑其实质就是能够承担径向载荷。也可以理解为它是用来固定轴的。就是固定轴使其只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动。 电机没有轴承的后果就是根本不能工作。因为轴可能向任何方向运动，而电机工作时要求轴只能作转动。 从理论上来讲不可能实现传动的作用，不仅如此，轴承还会影响传动，为了降低这个影响在高速轴的轴承上必须实现良好的润滑，有的轴承本身已经有润滑，叫做预润滑轴承，而大多数的轴承必须有润滑油，负载在高速运转时，由于摩擦不仅会增加能耗，更可怕的是很容易损坏轴承。把滑动摩擦转变为滚动摩擦的说法是片面的，因为有种叫滑动轴承的东西。 2.7.1计算当量动载荷P 选择的轴承为深沟球轴承6008，其额定动载荷和的额定静载荷为：（GB/T276-1995）由于没有轴向载荷，所以 x=1，y=02.7.2计算轴承寿命L在一定载荷作用下，轴承在出现点蚀前所经历的转数或小时数，称为轴承寿命。 由于制造精度，材料均匀程度的差异，即使是同样材料，同样尺寸的同一批轴承，在同样的工作条件下使用，其寿命长短也不相同。若以统计寿命为1单位，最长的相对寿命为4单位，最短的为0.1-0.2单位，最长与最短寿命之比为20-40倍。 2.8 轴套的设计：为了便于拆装和更换，轴承的支撑构件选择轴套，采用两端单向固定，轴套壁厚为5mm，右端轴套内部装有两个轴承，轴承之间靠轴肩定位，轴套与主轴箱之间靠螺栓连接，外端轴承靠端盖定位。左端轴套内部装有一个轴承，连接及定位和右端基本相同，具体结构设计如下：2.9导轨的设计：导轨是由金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。同样规格（型号、材料、工艺）的一批轴承，在同样的工作条件下使用，90%的轴承不产生点蚀，所经历的转数或小时数称为轴承额定寿命。2.9.1 导轨的设计内容：根据导轨的工作条件，载荷特点，确定导轨的类型、截面形状和结构寸由于石材切割机产生的石屑比较多，进给速度低，所以选择V型截面的自闭式导轨作为料车的导轨，110-120度是，承载性能好。由机械设计手册表9.3-5三角形导轨尺寸选择参数，B=100mm，b=10mm，A=500mm，a=120截面形状如下图5：升降导轨采用燕尾槽型导轨，参照机械设计手册表9.3-6选用，具体参数：界面形状如下图 图 5 2.9.2 料车的导轨的受力分析及计算：料车导轨受到锯片的作用力可以只看作进给力的作用，垂直向下的作用力相对于料车自重和石材的重量可以忽略不计，故料车受到的力为摩擦力和进给力的合力。取导轨的摩擦系数为0 .15，导轨负重最大为600kg，则料车的驱动力 在不切削的状态下，料车的最大驱动力为900N 2.9.3 导轨材料的选择和热处理：从经济方面和使用寿命考虑，本设计的导轨材料选择铸铁，中频淬火处理，淬火层深度经磨削处理后应保持在1.0-1.5mm。导轨表面采用磨削加工，表面粗糙度为2.9.4 设计导轨的配合间隙 三角形导轨为开式设计，靠重载荷保持间隙，无需间隙配合装置。燕尾槽型导轨不能自动补偿间隙，需要设计间隙补偿装置。导轨间隙补偿装置广泛采用镶条和压板，结构形式很多。本设计燕尾槽型导轨采用梯形镶条，具体结构和尺寸参照机械设计手册表9.3-9：2.9.5 设计导轨的润滑系统和保护装置导轨的润滑工作包括降低摩擦系数、减少