毕业设计（论文）-金刚石锯片磨弧机设计（全套图纸）.pdf

黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 1 金刚石锯片介绍 1.1 金刚石锯片的用途和特点 金刚石锯片是一种切割工具,广泛应用于石材,陶瓷等硬脆材料的加工.金刚 石锯片主要由两部分组成;基体与刀头.基体是粘结刀头的主要支撑部分,而刀头 则是在使用过程中起切割的部分,刀头会在使用中而不断地消耗掉,而基体则不 会,刀头之所以能起切割的作用是因为其中含有金刚石,金刚石作为目前最硬的 物质,它在刀头中摩擦切割被加工对象.而金刚石颗粒则由金属包裹在刀头内部。 金刚石圆锯片基体外圆齿顶镶焊金刚石节块（刀头）后，即成为金刚石圆锯片， 主要用于石材、水泥制品、玻璃、耐火砖等非金属硬脆材料的切割加工。可在单 片切机上使用，也可在组合切机上使用。金刚石圆锯片基体加工成金刚石圆锯片 后装夹在锯机上，通过锯片的高速转动，经水平进给及垂直进给往复运动，依靠 均匀分布于锯片周围上的金刚石切削单元，将花岗岩、大理石切割成板材。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.2 运输和存放 金刚石圆锯片基体在搬运时应轻放， 运输时一般采用水平和垂直悬挂两种方 式。 在水平运输时应将基体放置于木托盘或平面橡胶垫上，并在工艺孔处用螺栓 紧固。严禁将基体直接放于车厢上。垂直运输时请在工艺孔处将基体固定，防止 黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页 运输过程中基体间的碰撞。小直径基体多以 5-10 片为一组，用纸质（或木质） 包装后运输。 基体贮存时应将基体涂上防锈油后放置在一平面上或悬挂在通风干燥处， 并 注意防震、防曝晒和隔离热源。决不可靠墙倾斜放置，以免日久变形或锈蚀。 1.3 金刚石圆锯片的（焊接）加工 当您按本说明书有关指标检查基体合格后， 选择相应的刀头进行焊接 （要求： 刀头宽度1.27 倍基体厚度） ，焊接前应对基体进行清洗，焊接时应注意以下几 点： A. 选择与被切割物相匹配的刀头，将刀头平直地焊接在基体齿上，刀头质 量影响锯切效率和基体的寿命。 B. 焊接工装应能在周围和径向调整刀头， 以保证刀头相对基体的端面对称 度、圆周方向对称度的焊接精度要求。 C. 可采用高频感应电源焊接，选择合适的银焊片，其含银量不低于 35%。 在焊接过程中严格控制温度和时间，焊接温度一般控制在 600800之间。在 焊接过程中， 应避免因各个齿过长时间加热或过高温度焊接造成其感应区过大而 相连，引起片体产生异常变形，造成片体无法使用等问题。 D. 为了减少基体在正常焊接过程中的变形，提高基体的使用寿命，请采用 隔齿焊接或对角焊接工艺。 E. 焊接后应在焊架上自然冷却 2 个小时以上方可取下， 然后将锯片垂直悬 挂，空气自然冷却，切不可采用急冷的方法（比如用压缩空气直吹或用水冷却焊 后锯齿部位，会引起锯齿掉块等现象影响使用） 。一般情况焊接后需悬挂 10 小时 以上，投入使用最佳。 F. 本基体在使用前应检查锯片的平面度、 端面跳动应符合焊接前基体的平 面度、端面跳动要求，片体张力符合使用要求。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页 2 砂带磨削技术的介绍 2.1 砂带磨削的定义 砂带磨削是根据工件形状, 用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件表 面进行磨削和抛光的一种新工艺。随着汽车、建材、装饰工业、模具工业及其它 轻工业的进步和发展, 对金属和非金属材料特别是难加工材料如塑料、皮革、橡 胶、不锈钢、陶瓷等表面机械加工质量、生产率及劳动环境提出了越来越高的要 求, 用一般传统的切削加工方法已难以满足这些要求。在过去的五、六十年内, 砂带磨削作为一种新工艺, 在这些加工领域发挥着越来越大的作用。 砂带磨床主 要用来作为粗磨、去毛刺、大余量磨削、精磨、细磨、装饰抛光、无心磨以及成 形磨削之用。 在现代工业中, 砂带磨削技术以其独具的加工特点被视为是一种很 重要的加工方法。国外有专家曾把砂带磨床比做“未来的巨人”来加以评述。 2.2 砂带磨削原理 实现砂带磨削加工的主要方法有: 砂带自由张紧法、 带有接触轮的转动砂带 法和接触板法。最常用的是带有接触轮的转动砂带法。砂带套在传动轮、接触轮 的外表面上, 并使砂带张紧和高速运动, 根据工件形状和加工要求, 以相应接 触方式和适当磨削参数对工件进行磨削或抛光。砂带磨削的基本部件有: 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页 2.2.1 主轴传动装置 有单速或具有较大灵活性的变速传动, 有时装有可逆电动机, 以改变砂带 的运动方向。皮带速度为10 50m/ min , 通常取16 30m/min , 主传动装置 的功率, 在每10mm 宽的砂带上是0.30. 7kW。 2.2.2 砂带张紧装置 保持磨削及导向时砂带的适当张力在砂带磨削过程中起到重要作用, 它影 响到砂带的切削性能和加工零件表面粗糙度。 当增加砂带拉力时, 可提高金属切 除量, 但同时也提高表面粗糙度值和磨料覆盖层的消耗量。经试验表明,砂带的 张力在68N/ mm 范围内,在逆磨削时每次行程能切出最大的金属量。拉紧机构 有各种形式,从简单的机械或弹簧方法到宽砂带与重负载磨削机床用的气动及液 压拉紧装置。同时,为了获得最大的生产率,必须使更换砂带的时间最少,通常操 作者能在1min 之内更换砂带。 2.2.3 砂带导向装置 砂带工作时, 惰轮或张紧轮应当可以调整, 使砂带定位及对中, 根据砂带 的宽度,这一装置可以手动或自动。 砂带宽度大于200mm 时,通常使用自动导向装 置, 使接触轮与张紧轮之间的砂带自动对正。 2.2.4 接触轮 接触轮在磨削点上支承砂带, 其本体是用铝或钢制成, 轮上覆盖橡胶、纤 维、毛毡或其它材料制造的弹性圈(厚度为315mm) 。根据需要,可制成各种密 度橡胶轮, 轮的表面制成交错开槽式或平滑式。 使用各种橡胶化合物作为接触轮 的覆盖面,以满足一定的磨削要求。这些化合物包括: 氯丁橡胶、乙烯树脂、硅 酮橡胶、氯硫酸化聚乙烯合成橡胶。若在砂带后面安装一块型板(钢、硬质合金 或铸铁平板) 来代替接触轮, 则可完成磨边、 四边形、 端面、 平面及精磨工作, 保 证零件的平面度或直线性。此外还有吸尘系统等。 2.3 砂带磨削特点 砂带与易损坏的工具如用于单刃车削、铣削、砂轮磨削等工具相比, 具有下 黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页 列特点: 2.3.1 加工效率高 经过精选的针状砂粒采用先进的“静电植砂法”, 使砂粒均匀直立于基底、 且锋口向上、 定向整齐排列, 等高性好, 容屑间隙大, 接触面小, 具有较好的切 削性能。 应用这一多刀多刃的切削工具进行磨削加工, 对钢材的切除率已达每mm 宽砂带200600mm3 / min。 2.3.2 加工表面质量高 砂带磨削时接触面小摩擦发热少, 且磨粒散热时间间隔长, 可以有效地减 少工件变形及烧伤, 故加工精度高, 尺寸精度可达0.002mm; 平面度可达0. 001mm。另外, 砂带在磨削时是柔性接触, 具有较好地磨削、研磨和抛光等多重 作用, 再加上磨削系统振动小, 磨削速度稳定使得表面加工质量粗糙度值小, 残余应力状态好,工件的粗糙度可达Ra0. 40. 1m ,且表面有均匀的粗糙度。 但由于砂带不能修整,故砂带磨削加工精度比砂轮磨削略低。 2.3.3 工艺灵活性大, 适应性强 砂带磨削可以方便地用于平面、外圆、内圆磨削、复杂的异形面加工、切削 余量20mm 以下的粗加工磨削、去毛刺和为镀层零件的预加工、抛光表面、消除 板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接处的凸瘤、代替钳工作业的手工 劳动。除了有各种通用、专用设备外, 设计一个砂带磨头能方便地装于车床、刨 床和铣床等常规现成设备上, 不仅能使这些机床功能大为扩展, 而且能解决一 些难加工零件如超长、超大型轴类、平面零件、不规则表面等的精密加工。 2.3.4 抗振性好 砂带有很大的弹性, 因而整个系统有较高的抗振性。 2.3.5 经济性好 砂带尺寸可很大, 适用于大面积高效率加工,且设备简单, 操作安全, 使用 维护方便, 更换砂带和培训机床操作人员花费时间较少。 在加工过程中砂带增 黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页 长, 外形和尺寸达不到高精度, 加工零件上的尖锐突出部位和用细粒度磨料精 磨困难, 砂带的坚固性比较低, 同时在大多数情况下砂带不可能修正, 所以使 用期限短。 3 机床的设计及计算 3.1 机床的总体结构设计 该设计是用一个砂带机来磨削金刚石锯片表面的一层氧化磨， 由于用砂带传 动，本机床的结构比较简单，该机床设计主要有下面三部分内容。 3.1.1 传动设计 该机床传动设计相对较简单, 主要由三部组成: A. 砂带的主运动。由电动机直接带动砂带机构运动, 由于该加工的金刚石 锯片直径较小。 轴向较小, 因此电动机前端的轴为悬臂式, 焊接的机座结构刚性 要好, 尤其要注意焊接引起的内应力。 B. 砂带的进给运动。砂带的进给运动通过电机带动主动轮，主动轮带动太 阳轮转动，由太阳轮来磨削工件，中间通过张紧轮来调节使砂带保持张紧。 C. 工件的进给运动。由于工件较小, 所以本设计采用人工手拿夹具来进行 磨削。该结构简单，使用方便 3.1.2 主要机构设计 A. 砂带张紧装置。此机构主要是通过丝杠和弹簧来调整接触轮与工件的相 对位置, 以及使张紧轮保持一定的张力。 B. 接触轮设计。选用较硬的橡胶接触轮, 接触轮直径为91mm , 在接触轮表 面采用沟槽纹和较窄的工作表面, 以增加压强、 提高切削效率和砂带寿命, 根据 黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页 该零件特点, 沟槽纹间距取为5mm。 C. 主要技术参数选择 砂带速度22m/ s , 砂带长度2000mm , 宽度30mm , 砂带电动机功率0.75kW。 3.2 传动部分的设计 3.2.1 电机的选择 本设计要求电机转速较低，并且为保证加工精确度要求振动小，主轴负载 不高。功率要求较小。根据要求选择Y801-2三相异步电机。安装形式为B3。该电 机具有振动小，噪声低、运行平稳的特点，适用于驱动小型机床及要求低振动， 低噪声环境中使用。该电机的功率为0.75KW，额定转速为2825rrain。效率为 58，功率因数O6l。起动转矩为22Nm，起动电流为6A，最大转矩为23Nm， 重量为16kg。 所选的是丹东小型电机有限责任公司生产的Y801-2系列三相异步电 动机，采用接线座与机体整体压铸结构，接线盒盖采用胶垫密封，并且前后端盖 预设出轴密封装置，使机座完全符合IP54、IP55的外壳防护等级标准。电机外壳 采用了高热导率的铝合金材料，机壳采用增强散热筋，使电机具备更强的冷却能 力，电机绕组温升大为降低。电机可在工作环境下维持良好的运行性能；精确的 动平衡校正及专用的低噪声轴承，使电机运转更加平稳、静音；优质的原材料以 及先进的加工、装配工艺，完善的测试设备确保了电机的优越性能。电机工作噪 声由通风噪声、电磁噪声和机械噪声组成。通风噪声包括风扇和转子旋转形成的 气体涡流噪声，电磁噪声是由电机气隙中定、转子磁场相互作用产生的径向力， 使定子铁心和机座周期性变形而引起振动产生的噪声， 机械噪声包括由转子机械 不平衡引起的离心力所产生的机械振动噪声和轴承振动噪声。 电机采用精确的动 平衡校正及专用低噪声轴承使得电机噪声远低于国标限值。 电机的轴旋转跳动值 Ft 。 由平带传动原理可知，有效圆周力Ff与张紧力 F0 和轮子结构尺寸之间的关 系是： 0(1 )/(1) uaua f FFee=+ 其中 F0 砂带初张力，选 F0 = 400N e自然对数的底（ e = 2.718.） u砂带与驱动轮接触面的摩擦系数 a砂带绕驱动轮的有效包角 由此可以得出理论圆周力，而实际圆周力应为： Ff0 = Ff + kuFn 式中 k与接触弧长和接触轮开槽情况有关的系数，当接触轮无开槽时 k=1； Fn 法向磨削力。 最后通过计算得出实际圆周力为：Ff0 = 1311 N 3.3 张紧机构及快换操纵机构和调偏机构 为使砂带正常传递动力，使砂带正常磨削，砂带必须张紧。另外，在工作中 由于砂带也会塑形伸长，其预紧力会下降，必须使砂带重新张紧。 张紧方式有内部张紧（张紧轮压在砂带背面）与外部张紧（张紧轮压在砂带 砂面）两类，本设计中采用的是前者内部张紧。此外张紧机构可分为周期性张紧 和自动张紧两类。周期性张紧多采用螺纹和涡轮副等。自动一般采用弹簧、配重 及气动、 液压张紧装置等。 本设计中采用的是弹簧自动张紧装置， 结构见装配图。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页 前文张紧轮设计说明中提到，张紧轮通过设计一个中凸值，可以很好地防止砂带 在磨削运动过程中不致于偏离接触轮，因而不必独立设计调偏机构。快换操纵机 构主要采用了手柄杠杆原理来简单实现，操作简单且高效。详细结构见装配图。 3.4 接触轮主轴设计 3.4.1 选择轴的材料 选用45钢，正火处理。估计轴的直径小于100mm，查的：b =600Mpa，s =300Mpa，-1=275 Mpa，-1=140 Mpa。 3.4.2 所承受的扭矩初估计轴的最小直径 3 33 3 9550 10 = 0.2 T PP dC nn 查的，C =107-118，取 C =118（此轴为定轴）。得 6 .19d 因最小直径在带轮处， 轴的悬伸量较大， 故轴径因适当增大， 参照有关经验， 取标注值d=23mm。 3.4.3 轴的结构设计 A. 确定各段轴的直径 考虑到轴上最小端在调节导杆出处，并紧固在导杆上，为了在接触轮处便于 装卸，并且接触轮处悬伸量较大，所以接触轮轴头处轴径应适当增大，取25mm， 考虑到滚动轴承内径的标准值，所以轴肩直径取标准值25mm。轴肩与轴颈过渡处 的倒圆半径取为1mm，轴身轴径适当增大，取为28mm，轴肩与轴身处退刀槽尺寸 为21mm。在导杆出得最小端需要固定，取轴端直径为24mm。 B. 初选轴承类型及型号 因轴主要承受径向载荷，所以选用深沟球轴承，根据轴的直径合理选取一个 轴承，型号为6005。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页 C. 确定各段轴的长度 轴承的一端带轮处轴径由于需安装端盖进行定位， 根据带轮的宽度合理选择 此段轴颈长度，取L1=16mm，带轮另一端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d,，故 取h=1.7mm,轴环宽度b1.4h,取d=2mm. 由于导杆到带轮处需一定的悬伸量，取 轴身长度为40.5mm,紧连导杆一段的轴径根据导杆的宽度合理选择，取39mm。 3.4.4 轴的受力分析 A. 求轴上扭矩 9550T P n =44.1 N m B. 求接触轮上及带轮上作用力 由前文知，接触轮受磨削力与砂带反作用于它的实际圆周力，分别为： Ff=1311N，Ft=355N ，Fn =511N 带轮上的作用力将在下节作详细介绍，得 F=1384N C. 确定跨距 右端支反力作用点到带轮作用点间的距离为： 1 l =20mm 左端支反力作用点到接触轮作用点间的距离为： 3 l =16mm 两支反力作用点间的距离为： 2 l =42.5mm D. 作计算简图（见图3-1 b ） E. 求水平面内支反力 AH R及 BH R， 并作水平弯矩 H M 图 （见图3-1 c、 d ） N l lFn RAH240 2 3 = = NRFnR AHBH 751=+= 截面1的弯矩： mmNlRM AH H =4800 11 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页 截面2的弯矩： mmNlRM BHH =12016 32 F. 求垂直面内支反力 AV R和 BV R，并作垂直面弯矩 V M 图（见图3-1 e、f ） 1233 2 ()- 1688 AV R F llFfl Ftl N l + = 13232 2 ()- () 1730 BV R FlFf llFt ll N l + = 截面1的弯矩： mmNlRM AVV =33760201688 11 截面2的弯矩： mmNlRM BVV =27680161730 32 G. 作合成弯矩M图（见图3-1 g ） 截面1的合成弯矩： mmN34590337604800MMM 222 V1 2 H11 =+=+= 截面2的合成弯矩： mmN301762768012016MMM 222 V2 2 H22 =+=+= H. 作扭矩T图（见图1-2 h ） 3.4.5 轴的疲劳强度安全系数校核计算 确定危险截面：由下图所示看出，轴上多个截面存在应力集中，但截面3所 受载荷较小，可不考虑。截面2和截面4轴径相同，但所受的载荷小，故排除截面 2和4。所以只需对截面1和截面5进行安全系数校核。 A. 截面5的安全系数校核计算 查得： 有效应力集中系数：K=2.52，K =1.82 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页 绝对尺寸系数： =0.91， =0.89 表面状态系数： 1 =0.85， 2 =1.5，= 12 =1.275 等效系数查得：=0.34，=0.21 截面的抗弯、抗扭截面模量（ T WW、）由轴的直径d=24mm，查得： 333 3 mm1382241 . 0d1 . 0 32 d W= = 333 3 T mm2765242 . 0d2 . 0 16 d W= = 截面上的应力： 弯曲应力为对称循环变化，弯曲应力幅： MPa9 .69 W M2 a = 平均应力 m =0； 扭转切应力为脉动循环变化，扭转切应力： MPa16 2765 44100 W T T T = 扭转切应力幅与平均切应力相等， MPa8 2 16 2 T ma = = 安全系数： 弯曲安全系数： 1 275 1.81 2.52 69.9 1.275 0.91 am K S = + 扭转安全系数： - 1 140 =1.24 1.82 69.90.21 4.1 1.275 0.89 am k S = + 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页 综合安全系数： 2222 1.81 1.24 =1.1 +1.81 +1.24 S S SS S = 取S=1.0-1.1，SS，合适。 B. 截面1的安全系数计算 查得： 有效应力集中系数：K=1.86，K =1.54 绝对尺寸系数： =0.91， =0.89 表面状态系数： 1 =0.93， 2 =1，= 12 =0.93 等效系数查得：=0.34，=0.21 截面的抗弯、抗扭截面模量（ T WW、）由轴的直径 d =25mm，紧固螺钉的 直径是6mm , 取t =6 mm ，查得： 3 33 mm8 .1426 252 )625(4 32 25 d2 ) td( t 32 d W= = = 3 33 T mm44.3151 252 )625(4 16 25 d2 ) td( t 16 d W= = = 截面上的应力： 弯曲应力为对称循环变化，弯曲应力幅： MPa7 .59 W M1 a = 平均应力 m =0； 扭转切应力为脉动循环变化，扭转切应力： 44100 14 3151.44 T T T MPa W = 扭转切应力幅与平均切应力相等， 14 7 22 T am MPa= 黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页 安全系数： 弯曲安全系数： 1 275 2 1.86 59.7 0.93 0.89 am K S = + 扭转安全系数： - 1 140 =1.24 1.54 59.70.21 7 0.93 0.89 am k S = + 综合安全系数： 2222 2. 1.24 =1.1 +2 +1.24 S S SS S = 取S=1.0-1.1,SS,合适。 a) 黄河科技学院毕业设计说明书 第 16 页 图3.1 轴的受力计算图 3.5 张紧轮 由于张紧轮只受张紧力的作用，张紧轮轴所要求较低，到市场上买取标准的 轮子，只要起到张紧的作用就好；张紧轮的设计上要安装张紧轮调节块，这样可 以更好的调节张紧的程度，对砂带进行预紧。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页 4 夹具的设计 为了提高劳动生产率， 保证加工质量， 降低劳动强度， 需要设计专用的夹具。 经过和指导老师的协商，决定对本加工零件设计一个能用手拿的夹具，由于 加工零件小，结构简单，故设计此样夹具，请参照装配图XYZ-00。 4.1 问题提出 利用本夹具主要是给金刚石锯片定位，装卡，让人方便拿起加工，为达到要 求，结构应尽量简单，便于操作。 4.2 夹具结构设计 如图是所加工金刚石锯片的尺寸， 根据加工零件的尺寸，来设计夹具的尺寸，如图： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 18 页 该夹具由两个模块组成，给予加工零件充分的定位，上面和前面各用一个螺 栓来是加工零件能紧紧的固定在夹具上，右端设计一个手柄，便于手拿操作。本 夹具直接用手拿着去使加工零件和接触轮接触，进行加工，操作简单方便，可以 更直观的对零件进行磨削。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 19 页 结 论 本文针对磨削金刚石锯片这一加工要求， 通过研究金刚石锯片的磨削加工现 状，最后提出通过设计砂带磨削机床来实现。由于砂带磨削是一种高效、经济、 用途广泛，并有“万能磨削”之称的新型磨削工艺。在现代工业中，砂带磨削技 术已被当作是与砂轮磨削同等重要的一种不可或缺的加工方法。 因其具有的众多 优点和特点，所以砂带磨削机床能够很好的完成这一加工任务。本设计，可以说 是设计了一个专用机床。通过对磨削金