高效锯片抛光机设计说明书.doc

高效锯片抛光机设计(抛光进给装置)2010年6月摘要金刚石圆锯片广泛应用于石材行业，按规格分类，国内石材加工锯片基体规格从200mm起始，最大达3500mm(国外最大圆锯片的规格为5000mm)。其中，200600mm规格主要用于半成品板材的剪裁(裁边)加工；650mm以上规格主要用于类似墓碑、墓柱等较厚石板(柱)的成型锯切加工，以及用于荒料的锯切成(板)材加工。目前尤以1600mm锯片基体使用最为普遍。随着竞争的日益激烈，对中等直径锯片的加工要求越来越高，这就要求改进生产工艺，提高产品质量，增加产品的附加值，同时降低生产成本，提高生产效率。目前，市场上的抛光机均采用单面抛光，生产效率低；且多是卧式，占地面积大。本课题拟采用双锯片抛光方案，在功率不变的前提下，可同时抛光两个锯片，也可单独加工，从而生产效率可提高将近一倍；并将原来的卧式结构改进为立式结构，占地面积减小。本锯片抛光机抛光进给装置拟采用砂带磨削技术。砂带磨削工艺是将环形砂带套在接触轮和张紧轮的外圆上，在张紧的状态下，使高速旋转的砂带表面与工件的加工表面相接触，并在一定的压力作用下，以产生的相对摩擦运动(切削运动)对工件表面进行磨削加工的一种工艺方法。关键词：锯片 抛光机 效率 砂带磨削 Design of The Highly Effective Saw Blade PG1800 Polishing Machine (Polishing Work Feeder)AbstractDiamond saw blades are widely used in stone industry. By size category, the specifications of domestic blade for stone processing are from 200 mm. And the largest is up to 3500 mm (the foreign largest saw blade specification is 5000 mm). Among them, the saw blades between 200 and 600 mm are mainly used in semi-finished trim plates (cut side) processing. The saw blades which larger than 650 mm are used in forming sawing of thick columns like tombstones and tomb column; furthermore they are used in the saw cutting processing of bland to sheet. Especially, the 1600 mm saw blades are the most common used in recent years.With increasing competition, the processing of medium diameter blade is highly demanded. It requires improved technology of production, high quality and increasing value to their products. At the same time reduce production costs and increase productivity. At present, in the market lays many one-sided polishing machines which have low efficiency of production. And are the horizontal-type which use large area. This topic plans to use the double saw blade. Without changing the power, it can polish two saw blades in the same time. And can also process separately. The production efficiency might enhance a time. We want to change the original horizontal-type to vertical structure. And reduce the area of machine.The polishing work feeder of this saw blade polishing machine plans to use the belt grinding technology. The belt grinding craft is one technique of making the belt work on the outside circles of contact wheel and stretching pulley. In a state of tension, make the belt surface and high speed processing of the work piece surface in contact. And generate relative friction movement (cutting exercise) to grind the work piece surface.Key word: saw blade polishing machine efficiency belt grinding目 录1 引言12 概述22.1 砂带磨削22.2 砂带磨削技术的现状及趋势22.3 应用范围33 抛光机的总体结构43.1 磨头部分布置43.1.1 平面砂带磨削基本形式与工作台运动43.1.2 平面精度43.1.3 平面砂带磨削常用磨头布置53.2 砂带磨削装置63.3 进给部分结构63.4 具体结构64 磨头部分74.1 接触轮设计74.1.1 接触轮结构形式、材料与硬度74.1.2 接触轮尺寸及表面形状74.1.3 鼓形接触轮外表凸弧高度值(1)的选择84.1.4 接触轮修磨84.1.5 选择接触轮94.2 驱动电动机的选择94.3 张紧导向部分104.3.1 砂带的张紧方法114.3.2 常用的砂带张紧机构114.3.3 张紧机构中弹簧的校核114.4 砂带154.4.1 砂带的磨损机理及影响因素154.4.2 砂带的选择与养护164.4.3 砂带使用中易出现的问题及解决方法185 径向进给部分225.1 丝杠的设计225.1.1 螺旋传动225.1.2 丝杠的选择与校核235.2 电动机的选择295.3 轴承的校核305.3.1 滚动轴承305.3.2 丝杠轴端部轴承部分结构及校核315.4 键的校核325.4.1 电动机轴端结构325.4.2 键的校核326 轴向进给部分356.1 轴向进给部分结构356.2 轴承的校核357 导轨397.1 导轨397.1.1 导轨的功用397.1.2 对导轨的基本要求397.1.3 导轨的分类407.2 滑轨的选择407.2.1 使用条件407.2.2 选择导轨型号407.2.3导轨工作计算41结论47谢辞48参考文献49外文资料50唐 山 学 院 毕 业 设 计1 引言中国锯业从上世纪90年代开始大批量兴起到现在已有20多年的历史。从初始的低质量、单规格、高厚度(以厚度弥补质量的不足)开始，随着锯片制造业由欧美向亚洲的转移进程的加快和中国制锯人的不断追求，到现在形成了高质量、多规格、大直径、组锯和超薄组合锯产品的不断推出的格局，中国锯业已从最初的底子薄、技术落后、产能低下发展成为世界产量第一的国家，成为世界合金锯片和金刚石锯片最大的生产基地。虽然锯片生产总量我国居于首位，但是看似工序简单的锯片基体实际上是综合了金属处理和机械加工等各道技术工序，是具有较高技术含量的产品。低档次产品生产非常简单，高档产品的生产技术还未能在中国的锯片行业很好地展开，实际上我们中国现阶段的产品大部分处于中低档次，价值较低。主要原因在于我们这个行业起步较晚、技术薄弱、设备工艺落后、专业人才缺乏、行业内恶性竞争等问题3。砂带磨削特点4：加工效率高，砂带磨削具有“快削法”之称；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；砂带磨削具有“弹性”磨削之称，整个系统有较高的抗振性，砂带磨削与工件是柔性接触，具有较好的跑合和抛光作用；砂带磨削设备结构简单，制造成本低，接触轮极少磨损，可使砂带保持恒速，传动链短，机床功率利用率可达85；适应性强操作简单，安全可靠；辅助时间少，工件装夹一次定位后，可多次更换砂带完成全部加工，无需像砂轮那样进行平衡及修整工作。2 概述2.1 砂带磨削砂带磨削正是利用砂带，按照待加工工件的要求，在一定的机械装置上，以相应的接触方式，并在一定的压力作用下，使高速运转着砂带与工件表面接触产生摩擦，将工件加工表面的余量逐渐磨除或抛磨光滑的新工艺。随着涂附磨具生产技术的飞速发展，砂带磨削已完成从简单的加工向强力磨削(重磨削)、高精度和低粗糙度磨削加工的转变。砂带的磨削过程中，单个磨粒的切削运动，可看作随机床的进给运动，即在接触轮支撑下，以一定的压力压向工件表面的进给运动，同时砂带又在驱动轮、张紧轮及接触轮作用作高速旋转运动。其磨粒在与工件表面的相对运动中，磨粒和工件表面间产生一定的干涉。按照干涉的程序，可区分为三个不同的过程。(1)滑擦实际上此时开始接触工件，干涉很少，磨粒只摩擦工件表面，起“滑擦”作用，此时磨粒在工件上滑擦，实际上产生了切除材料的弹性和塑性变形。(2)耕犁随着机床进给，切削厚度的增加，干涉增大了，这时磨粒在工件表面上犁出“刻线”，称为“耕犁”。此时工件材料产生塑性流动，材料产生一个挤压式的运动，而从磨粒下方向前面和两侧挤出，同时切除少量材料。(3)切削在一定压力的作用下，当有足够的干涉并伴随一定的切削温度时，开始真正的“切削”，此时在滑动磨粒的前方产生断裂而形成切屑，有相当快的切除率。砂带上的众多磨粒，在与工件接触的瞬间，一部分磨粒进行切削，另一部分犁出沟槽，还有一些只起滑擦作用，甚至同一颗磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工时间里所起的作用也不同。除此之外，砂带的旋转运动又起了擦净切屑的作用，将前进着的磨粒前方的切屑清除干净。2.2 砂带磨削技术的现状及趋势国外的砂带磨削发展得非常迅速，自20世纪60年代以来，特别是静电植砂技术及涂附磨具技术的出现和发展，欧、美、日等在砂带制造技术和砂带磨床制造技术上都取得了巨大的进步。在砂带制造技术方面，随着许多特殊涂附磨料及涂附形式的出现，产生了如金刚石、立方氮化硼、锆刚玉、陶瓷磨料、复合磨料、堆积磨料等各类砂带，使得砂带已经能用于干磨和高速、大吃刀量的重磨削领域，以及高精密零件的磨削加工领域5。砂带磨削现已成为发达国家获得高额经济利润的重要手段，且砂带磨削量已占磨削总加工量一半以上。国内的砂带磨削技术是在20世纪70年代末才开始得以真正发展，随着国内的改革开放，砂带磨削技术引起了各行业、各研究单位和各企业的日益重视，加之砂带制造技术的发展及砂带品种的增加，使得砂带磨削设备的研究和生产也得到了较大的发展6。砂带磨削正向着强力、高速、高效和高精方向发展。磨床结构从单一磨头向大型、组合(多磨头、多功能、多工位)形式发展。在加工工艺方面，与特种加工相结合的复合加工是砂带磨削很有前途的发展方向之一，如与超声振动结合形成的超声砂带精密磨削，与电化学加工结合形成的电解砂带磨削等是砂带磨削的重要发展方向。另一方面，自动化技术在砂带磨削中的应用，尤其是数控砂带磨床及自适应控制技术的应用，使砂带磨削的加工效率和精度有了很大的提高，使得砂带磨削已经进入精密和超精密加工行列。砂带本身在不断的发展和完善中。在砂带结构方面，近年出现了堆积磨料砂带、金字塔型砂带、空心球型砂带、复层砂带、高弹性砂带、防跑偏砂带、不等厚砂带、粒度复合砂带等。砂带在我国从国产到从磨料、半成品、成品的进口，再到与国外砂带企业的合资等多种形式，这些都极大地丰富了我国的砂带品种，为国内用户提供了更大的选择空间7。2.3 应用范围砂带磨削应用范围的特点是适应性强，表现如下89：（1）适应于各种形状零件的加工1）板件加工：薄板件，特别是宽度较大时，采用砂轮就难以加工用砂带磨削的最大宽度能达到4.9米。2）异形面磨削：在具有光滑过渡的异形面零件(如曲面、罐及大型轴颈等)的磨削中，砂带磨削是一种高效高精度的加工方法。砂带作为一种柔性磨具，能和接触轮、压磨板等随工件形状的变化而自动调整位置，而获得较好的加工效果。3）球体加工：对具有一定圆度和表面粗糙度的球体，只有采用砂带柔性磨削，才能获得较好的加工效果。4）复杂无夹持基面零件的加工：如摩托车汽油箱体盖，不但无规则的夹持基面，而且壁又薄，在砂轮磨削时采用机械夹持易发生变形和断裂，易导致汽油箱在使用过程中漏油。因此，仅能采用砂带磨削。（2）适应于各种材料的加工砂带磨削，不但适应于铸铁、钢件的加工，而且对粘性较大的铝、铜、银等合金零件的磨削，也能取得良好的效果。如采用砂轮磨削，这些材料的切屑非常容易堵塞砂轮的空隙，使砂轮磨削失效。（3）用砂带磨削冲裁件毛刺用砂带磨削冲裁件毛刺，可以很方便的清除毛刺，而且能确保其表层不被划伤。3 抛光机的总体结构砂带磨削的基本要素：（1）砂带：它是砂光机磨削的“刀具”。（2）驱动轮(或驱动机构)：它是驱动砂带运动进行磨削的直接动力传递件。（3）张紧轮(或张紧机构)：它使砂带张紧，形成一定的初张力。（4）接触方式：砂带以何种方式接触工件进行磨削，这是砂带磨削十分重要的因素。（5）磨削参数：指砂带磨削过程中为达到磨削的目的所必须满足的条件，它包含了砂带的线速度V、工件运动速度v，磨削深度a等。（6）磨削对象：即工件。砂带磨削的基本形式：（1）接触轮式。砂带通过接触轮与工件接触进行磨削。（2）压板式。磨削时砂带通过压磨板与工件接触，压磨板起加压作用，一般用于平面加工，可增大接触面积，提高磨削效率和工件几何精度，特别是平面度，该种磨削在压磨板与砂带之问设计有一层具有弹性的填充材料和耐磨衬垫(羊毛粘+石墨垫)。3.1 磨头部分布置3.1.1 平面砂带磨削基本形式与工作台运动在砂带磨削三种基本形式中，只有接触轮式和压磨板式能用于平面加工。结合工件或工作台运动轨迹，其组合形式见表3-1。表 3-1 平面砂带磨削基本形式与工作台运动选取 工件运动轨迹 基本形式 直线式 回转式 往复式 单向传输式 小转台 大转台 接触轮式 常用 常用（多头） 常用 常用（多头） 压磨板式 常用 常用 常用 常用 复合式 不常用 常用 不常用 常用3.1.2 平面精度砂带磨削基本形式、运转速度与磨头布置等会影响磨削平面精度，下边举出几种加工的平面精度及比较：（1）压磨板式比接触轮式磨削平面精度高，但后者效率更高，故对复合式，压磨板式多为精磨头，接触轮式为粗磨头。（2）工件作回转运动所获得平面度高于作直线运动的，前者使砂带磨损均匀，且切痕轨迹复杂，Ra值小，密封性更好，若附加砂带横向振动，则平面度还要好。（3）对接触轮式，“接触轮一张紧轮一导轮”的三角形布置比两轮布置加工平面度好。（4）顺磨比逆磨(砂带速度与工件速度相反)的平面度要高。（5）空心球体磨料砂带比普通单层磨粒砂带加工的平面度高。3.1.3 平面砂带磨削常用磨头布置10平面砂带磨削常用磨头布置见图3-1。其用途与特点：A工件往复运动，磨头宽度可覆盖工件宽度，勿需横向进给；B工件随工作台回转，压磨板垂直可调适于不同高度工件加工；C压磨板角度可由油压缸调整，从而调整磨削压力和磨除量，越大，效率越高，用于精磨；D一次完成粗、精加工，效率较高，精度好，但机床庞大。 A B 1、张紧轮 2、接触轮 3、板材 4、夹持 1、张紧轮 2、砂带 3、压板 4、驱动轮 5、5、支承辊 6、往复工作台 7、砂带工件 6、工作台 C D 1、张紧轮 2、油缸 3、砂带 4、侧调压模板 5、驱动轮 6、工件 图 3-1 平面砂带磨削常用磨头布置本设计选择平面砂带磨削基本形式中的接触轮式，其适合回转式大转台的工件运动轨迹，且加工时锯片做回转运动。采用“接触轮-张紧轮-导轮”三角形布置比两轮加工的平面度好。3.2 砂带磨削装置砂带磨削装置有几种不同的结构：一种是由电机输出轴直接传动砂带的装置，另一种是由电机经磨削主轴传动砂带的装置，还有一种是供内圆磨削使用的装置。对于第1种装置，它的特点是接触轮直接安装并固定在具有1：10锥度的电机输出轴上，该装置具有砂带张紧及快换操纵机构。因为这种磨削装置可以借助夹持架安装在多种金属切削机床上进行磨削加工，故称其为通用砂带磨削装置。砂带的线速度受允许的最大极限限制，一般选为25ms。工件每转动一圈，砂带沿工件轴线的纵向进给量一般控制在砂带宽度的一半以内，精加工时可适当减少一些。另外，磨粒的粒度与磨削的表面粗糙度有直接关系，粒度越小，磨削后的表面粗糙度数值越低。使用时，应保证有充足的冷却润滑液和相应的除尘设备。3.3 进给部分结构进给部分由电动机驱动通过转向箱将动力传递给丝杠，磨头部分径向进给。丝杠，常用于普通机床的进给，本设计中的抛光机进给部分要求精度不高，且受力不大。所以，选用滑动丝杠。磨头部分径向运动的动力来自丝杠，承载其重力是导轨，并在导轨上运动。由于导轨受力来自各个方向，选用一种滚动导轨来承受。在设计结构时，采用转向箱，可以起到降低转速、改变速度方向以及提高转速的作用。如果不改变速度方向，电机直接垂直与丝杠轴联接，这样电机转速太高也，必须通过减速器减速。这样的结构虽然减速器简单，且能起到减速的作用，但是结构不仅凑。一台机器要力求结构紧凑，最后选择使用转向结构。轴向进给，采用手动进给结构。3.4 具体结构磨头部分布置具体结构看装配图PGJ00，其它部分的具体结构看下文各部分具体分析。4 磨头部分砂带磨削性能取决于砂带磨削设备的设计和制造水平。而磨头又是设备中影响磨削加工质量和效率最为关键的因素。一般的砂带磨头都由接触轮(压磨板)、张紧轮或驱动轮、砂带等11。主要部件由张紧快换机构、调偏机构和防(除)尘装置等功能部件组成。4.1 接触轮设计接触轮是砂带磨头中最为重要的元件。磨削中它不仅要支承砂带，承受磨削压力，有时还兼作驱动轮传递动力和运动。其设计制造精度及运动精度都会通过砂带影响加工质量、效率及工作可靠性。4.1.1 接触轮结构形式、材料与硬度接触轮呈圆柱形，结构上可分气胎式、自由对中式和实体式三种。气胎式尤如汽车内胎，可以通过胎内空气压力的变化改变接触轮硬度，对复杂曲面加工有独特效果。自由对中式常用于抛光中。 实体式是最广泛的一种形式，它常由钢、铝、铸铁筹金属或尼龙等非金属车削而成。最常用的却是以钢、铝等为轮芯，在其外表硫化橡胶层制成，如氟橡胶FPM、聚丙烯酸脂ACM、氟硅胶FMQ、J腈胶NBR、聚氨酯AU和聚硫橡胶T等。根据需要，其表层橡胶硬度变化值很大，既可适应重载磨削，又能用于精密磨削或抛光中。 接触轮硬度是指其表层橡胶抵抗外力压入能力的量度。通常以日邵氏硬度Hs(A)标示，加工中选择如表4-1。表 4-1 接触轮邵氏硬度与选择类别 软 中等 硬 Hs（A） 550 5080 80105 应用 精磨、抛光 普通磨削 重载磨削4.1.2 接触轮尺寸及表面形状（1）尺寸对加工影响最大的两个尺寸为接触轮外径(D)和宽度(B)。外径和宽度这两个尺寸选择范围比较大，既可根据标准尺寸制作，也可以按需要自行设计。D的常用范围为180450mm，对手持式砂带机D可小至10mm。接触轮宽度（B）常按加工载荷划分如下系列：窄宽度系列550mm；中等宽度系列50100mm；重载宽度系列100300mm；特宽系列300mm。特宽系列接触轮又常被叫作接触辊，常用于大型板材加工，如木板抛光的接触辊宽已达5m。还有一个影响加工较大的尺寸是包胶层厚度，根据使用可在540mm间选取。（2）表面形状接触轮表面形状可分为平滑型和开齿槽型两大类。平滑型表面保证工件与砂带接触面积大，加工精度高，粗糙度(Ra)值较小，常用于精磨、抛光或成型表面加工。齿槽型可提高轮的传载能力，减少砂带阻塞，提高砂带寿命，且切除率高，故常用于粗加工中。对开齿槽接触轮，齿形参数对加工性能有较大影响。这些参数包括：齿形导角，齿宽la，齿槽宽lb，槽深h等。齿形导角定义类似于螺杆的螺旋升角。越犬，切除率越高。4.1.3 鼓形接触轮外表凸弧高度值(1)的选择一般情况，接触轮母线为直线。但在无防偏装置时且张紧轮也不宜设计成鼓形时，接触轮才设计成鼓形(图 4-1)。鼓形不仅可防止砂带跑偏，且还有利于砂带沿宽度方向进给时砂带导入，其值可按下式计算 （4-1）1越大，砂带对中性越好，但过大会造成砂带磨损不均而降低寿命。 图 4-1 接触轮凸弧高度4.1.4 接触轮修磨接触轮修磨与砂轮不同，多数情况是采用一条新砂带缠绕在一个平板上，让接触轮运转并与之轻轻接触。修磨压力要轻，基准要准确。对钢、铝等硬质接触轮还须用心轴穿上，在外圆磨床上进行，并应达到径向跳动O.OO5mm。4.1.5 选择接触轮（1）选择接触轮材料接触轮形式为实体式，用灰铸铁制作，外表用硅橡胶制成。硅橡胶制品是以甲基乙烯基硅橡胶为基胶，加入各种填料（补强剂、耐热剂、改性剂等）经混炼、簿通、过滤、加硫、模压、挤出、粘接等生产工艺制成。硫化胶制品具有如下特性： 1）耐高低温性：在200下可长期使用，在-60下仍有弹性；2）电绝缘性能：硅橡胶的介电性能极好，尤其是高温下的介电性能大大超过一般有机橡胶，介电强度在20-200范围内几乎不受温度的影响。3）优异的耐天候、耐臭氧和耐紫外线照射性能，长期在室外使用不发生龟。一般认为硅橡胶可在室外使用20年以上。4）优良的高温压缩永久变形。5）良好的加工性能、易成型等优点，可通过挤出热空气硫化成型、模加成型、加延成型等方法制作出各种制品。由于硅橡胶制品具有优异的综合性能和良好的技术经济效果，已在航空，宇航，原子能、电器、电子，仪表、汽车、机械、冶金、化工、医疗卫生、日常生活各个领域中获得了广泛的应用。（2）接触轮的形状与尺寸本设计接触轮的表面形状为平滑型，直径D为250mm，宽度B为60mm。4.2 驱动电动机的选择磨削驱动电动机的选择主要包括电动机的类型、结构型式、功率和转速等。由于该磨削装置工作条件无特殊要求，所以,可选用一般用途的Y系列三相异步电动机，其结构为卧式封闭结构。电动机功率的确定有两种方法，包括采用恒力磨削的功率计算和采用恒切除率磨削的功率计算，本磨削装置属于恒切除率磨削，在磨削过程中，砂带磨削去除的材料在每一单位时间内都是恒定的，其值的大小取决于磨削深度和工件在纵横两个方向的进给量。恒切除率磨削的功率计算公式为12： （4-2）由于，所以， （4-3）式中：v抛光进给速度，mm/s；当工件的材料为钢代入式 4-3，则砂带磨削的传动效率一般取为：，这里取，则电动机的功率为： （4-4）按照电动机的型号标准，最后确定电动机的型号为Y802-2型，其功率为P=5.5kw，同步转速为3000r/min，满载转速为2830r/min。4.3 张紧导向部分通用的砂带磨削设备除了有接触轮(或压磨板)、张紧轮、驱动轮和砂带等基本元件以完成磨削行为，它还必须有与其磨削性能相关的功能部件相辅之。如砂带张紧快换机构，不仅让砂带得以张紧，保证磨削顺利进行，而且在砂带磨钝后操纵此机构能壤在极短时间更换新砂带；砂带横向振动机构和冷却润滑装置都是保证加工质量的重要因素；除尘、防尘装置对人和机器的良好工作环境都是很必要的。一某种程度上，这些功能部件工作状况也影响加工生产的经济效益和社会效益13。砂带的张紧与振荡是砂带磨床设计与调整的重要环节之一，尤其是砂带的振荡原理及结构，在世界各国都是作为专利加以保护的。由此可见，砂带的振荡在砂带磨床的设计和使用中所占的重要地位。当然，在砂带磨削的范筹内，既有不需张紧、也有不需振荡的。例如，意大利生产的皮革砂光机，它是将砂带直接缠绕在磨辊上的，就无需张紧。又如，螺旋卷式，叶轮式，砂片式等砂啦制成工具，都不需张紧。不需要振荡机构的砂带机械工具就更多了，例如，手提式砂带抛磨工具和砂带宽度300mm的砂带磨床，一般都不设置振荡装置。当然，也有例外，如2M58152和2M5880x2平面砂带磨床的砂带宽度，前者为150mm，后者为300mm，也都设置有振荡机构。所以砂带振荡机构的设置，尚无法划分一个具体的界限，主要还是根据砂带磨削工艺的需要而定。4.3.1 砂带的张紧方法砂带通常是在张紧状态下工作的，在砂带因受热等因素影响变长后，还需进一步张紧。张紧动作的实现靠改变张紧轮与接触轮(或其他轮)的中心距来完成。而快换则是靠压缩这个中心距来完成。从张紧实现过程看可分为及时自动张紧和间断周期性张紧两种方法。间断周期性张紧法是指：砂带因工作延伸松弛后，定期的对其进行张紧调节以确保加工顺利进行，间断周期性张紧机构(如丝杆螺母调节机构)具有结构简单操作方便，但生产率低等特点。及时自动张紧是生产中常用的方法。它使砂带保持良好的张紧状态。及时自动张紧机构结构相对复杂，更换砂带方便生产率高。生产常用的有弹簧手柄式、配重式、偏心辅套式和杠杆式等。张紧轮主要起张紧砂带的作用，同时还起导向作用，使砂带不致偏离接触轮。张紧轮直径越大，导向控制越灵敏。张紧轮过小会引起砂带弯曲过分或振动，也会使其转速过高带来其它不利影响。4.3.2 常用的砂带张紧机构砂带张紧机构的选用原则应是：简单、方便、可靠和价廉14。（1)弹簧手柄式，这是使用较多的一类，具有结构紧凑、操作方便等特点。弹簧力使砂带自动张紧，欲增大张紧力，需调节弹簧初始压缩量。砂带更换时，只需搬动手柄。但是，由于弹簧本身特性所决定，随着砂带的伸长，张紧力也逐渐减小。因为它的结构简单紧凑，小型砂带磨床，尤其是手工砂带工具用得很普遍。（2)配重张紧装置，配重物通过线绳及杠杆将重力传至张紧轮上使砂带自动张紧，欲增大张紧力只需添加砝码即可。比弹簧张紧稳定，既便是砂带有所伸长，张紧力也不发生变化。所以，它虽然形式较原始，仍然有人采用（3)偏心轴套式，张紧轮轴装于心轴套上，借助扭簧使偏心轴套旋转，从而使接触轮与张紧轮之中心距变大进而张紧砂带。更换砂带时，仅需用手反向旋转手柄使中心距变小即可。主要用于砂带长度较短，总的伸长量小的地方。（4）螺栓张紧，这种张紧形式的主要特点是结构简单，造价低，同时肩负砂带的调偏。但它投有自动调节张力的能力，须用手经常调整。（5）气动(油压)张紧，中、大型砂带磨床一般都采用气动或油压张紧。其特点是：操作方便、迅速，具有随机性调节砂带张力的能力。气动张紧装置的结构简单，工作干净，维修方便，成本低。基于上述特点，在本设计中选用弹簧手柄式张紧机构。4.3.3 张紧机构中弹簧的校核（1）弹簧的功能及类型弹簧是机械中常用的弹性元件。在外力作用下，弹簧能逐渐变形并储存形能，当外力撤除后，弹簧能逐渐减小变形并释放变形能。利用弹簧的这一特性，可将弹簧作为短行程单向运动的动力源（产生弹簧力），又可作为机械中防止冲击或振动的缓冲零件，广泛用于机械的各种机构中。弹簧的主要功能有15：1）控制机械的运动，如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。2）吸收振动和冲击能量，如汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振簧等。3）储存及输出能量作为动力，如钟表弹簧、枪械中的弹簧等。4）用作测力元件，如测力器、弹簧秤中的弹簧等。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。 按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧，按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等。普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。（2）弹簧的结构及制造本设计中弹簧用于张紧轮中，是圆柱螺旋压缩弹簧。在自由状态下，各圈之间应有适当的间隙，以便弹簧受压时有产生相应变形的可能。为了使弹簧在压缩后仍能保持一定的弹性，设计时应考虑在最大载荷作用下，各圈之间仍需保留一定的间距。弹簧的两个端面应与临圈并紧，只起支承作用，不参与变形。螺旋弹簧的制造工艺包括卷制、挂钩的制作或端面圈的精加工、热处理、工艺试验及强压处理。卷制分冷卷及热卷两种。冷卷用于经预先热处理后拉成的直径d(810)mm的弹簧丝；直径较大的弹簧丝制作的强力弹簧用热卷。弹簧在完成上述工序后，均应进行热处理。（3）弹簧的校核计算1）砂带张紧力的计算12砂带的张紧程度对砂带磨削过程有重要作用，这表现在张紧力大小对加工效率、加工质量及砂带使用寿命等方面的直接影响。在砂带强度允许情况下，材料切除随张紧力的增大而增加。故选择张紧力应在保证接触轮不失弹性和砂带不产生明显延伸的条件下，张紧力可尽量增大。如上所述，张紧力的选择应考虑接触轮的软硬程度和砂带的延伸变形，软接触轮通常采用较低的砂带速度以使砂带获得良好的柔性，使之在成形磨削或精密、抛光加工中获得较好的效果，故宜选择较小的张紧力，但应以保证砂带不走偏为前提。采用硬接触轮重磨时，宜选用较大的张紧力。若张紧不足，磨削时会引起砂带在接触区前后发生形变，造成砂带折叠、打卷、起皱等，或产生反向柔曲引起粘结剂松弛、磨粒脱落或破损，但是张紧力过大也不好，它可能引起以下不良后果；a 接触轮变形，使磨削能力减弱，同时接触轮弹性丧失，不能进行有效磨削。对开齿槽接触轮会引起较大噪声，接触载荷加大，边缘磨损加剧。b 砂带的延伸量加大，并有可能引起磨粒脱落，砂带断裂或砂带寿命缩短。c 整个传动轮系支承轴及轴承载荷加大。总之，选择张紧力的要求是既能避免砂带受过大而被拉变形或断裂，又能保持砂带在运行中不跑偏、不打折，有高的切除率。砂带张紧力对加工效率、加工质量及砂带的使用寿命等均有影响，砂带的最小张紧力F0可按类似平带传动的方式进行计算，即 （4-5）式中：f砂带与驱动轮的摩擦系数，对于布基砂带与橡胶接触轮 ；砂带在驱动轮上的包角，。代入公式，可得该计算未考虑砂带工作时离心力的影响，实际工作时，砂带所受到的最大拉力要大于砂带的初张力。假定工作时砂带的拉力为150N。张紧轮结构如图4-2图 4-2 张紧轮结构给张紧轮的力 （4-6）初选弹簧 2)稳定性的校核15对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性，这在工作中是不允许的。为了便于制造及避免失稳现象，控制长细比： (4-7)自由长度 ，弹簧中径 。 代入式（4-7）中，。两端固定时 ，稳定。在张紧部分中张紧弹簧中套有轴，稳定性大大提高。由GB/T 1239.6-1992知，弹簧直径，弹簧与轴的间隙为0.6mm。3）静应力强度校核由于张紧轮的载荷变化不大，对其进行静应力强度校核静应力强度安全系数计算值Sca的计算公式及强度条件为： （4-8）式中：s弹簧材料的剪切屈服极限，Mpa；max最大剪切应力，102Mpa。本设计弹簧选择用65Mn制造，与碳素弹簧钢相比，优点是淬透性好和强度较高。价格较便宜，常用于制造一般机械上尺寸不大的弹簧。最大剪切应力 （4-9）式中：K曲度系数，(C为常用旋绕比)，C取7，则。代入式（4-9）中：弹簧材料的剪切屈服极限 。将以上数字代入式（4-8）中：当精度比较低时，取，。符合要求。张紧机构中选择弹簧 4.4 砂带4.4.1 砂带的磨损机理及影响因素（1）砂带的磨损机理作为磨具的砂带同其他任何切削加工工具一样，由于刀具和工件之间的相对运动，在加工过程中必然产生各种形式的磨损。砂带磨损在正常情况下有三种基本形式：粘盖、脱落和磨钝。粘盖和脱落两种形式往往是由于砂带选择和使用不当引起的，或者是加工的材料特别软和砂带粘结剂质量太差造成的；变钝则贯穿于整个磨削过程中。磨粒钝化主要由磨粒的磨耗磨损和破碎磨损造成。磨耗磨损是由于磨粒与工件相对运动时摩擦所致；破碎磨损是磨粒因受冲击顶尖破碎或整个磨粒因粘结剂的破裂而脱落。破碎磨损比磨耗磨损对磨具的磨削性能影响更大，其强烈程度取决于磨削力的大小和磨粒及粘结剂的强度。通过对砂带形貌的电镜分析，新砂带的磨粒顶部几乎没有小平台，而是参差不齐的尖峰垂直“耸立”，随着磨削的进行，顶部出现小平台的数量逐渐增多，小平台面积加大。砂带磨损基本上可分为初期快速磨损阶段和稳定磨损阶段。一般初期磨损时间较短，若初期磨损高度以表示，的大小对工件的尺寸精度和粗糙度都有较大影响。一条新的砂带在用于精磨和抛光时，都要进行适当处理，其方法是将其在试磨件上磨削或用旧砂带对磨一下，使表面起到校平作用，其实质就是让砂带在正式加工之前人为地使之度过这个初期快速磨损阶段，经过这样的校平修正，砂带加工的精度和表面质量都会好得多。砂带在经过初期快速磨损之后，直至使用寿命终结，砂带一直处于稳定磨损阶段。砂带表层锋刃高的磨粒，一方面切除材料，另一方面和工件发生摩擦，在峰顶部形成不断增大的磨钝小平面。同时，一些锋刃较低的磨粒逐步从砂带底部显露出来，参与磨削工作。由于参与工作的磨粒数较多，单个磨粒承受的法向压力和切向力减小，磨粒发生破碎的现象较少，而主要是摩擦引起磨耗磨损，但仍有一些磨粒由于自身已有的裂纹等原因，在稳定磨损期间会发生破碎磨损。所以，砂带在稳定磨损期内磨损主要形式是磨耗磨损和部分的破碎磨损，磨粒的磨损量(容屑空间、锋刃磨损高度的变量等)主要取决其磨耗量。（2）砂带磨损的影响因素不同的磨削力，砂带的磨损量是不同的。随着砂带磨削力的增加，砂带磨粒脱落和破碎的比例增加。这是因为磨削力增加，磨粒切削深度增大，单个磨粒的切向载荷也增大，同时摩擦发热的温度也增加，这使磨耗磨损增加，磨粒也会因为承载过大而破碎，从而使得砂带的磨损量增加同时，随着砂带速度的增加，砂带磨损加剧，其中磨耗磨损所占的比例增加更显著。这是因为线速度的增加，使单位时间内磨粒同工件接触的次数增多，磨粒在接触加工区内停留时间短，磨粒刃口不易切人工件，减少了实际切除量，增加了磨损过程中的滑擦和耕犁效应，使得接触区发热增加，并促使摩擦磨损的产生，有时甚至可能使微屑粘结在磨粒刃尖上，即发生所谓粘盖现象，极大地降低砂带磨削能力。另一方面，砂带速度的增加，砂带磨粒破碎磨损现象减少，这是因为砂带速度增加后，单颗磨粒磨削厚度减小、磨削力减小，因此破碎磨损变慢。（3）影响砂带磨削的因素1）接触轮对接触轮性能有影响的因素包括其材质、硬度、直径和形状等。目前接触轮一般采用钢辊外敷硬橡胶材料制造，其上开螺旋形沟槽，通常接触轮直径越大砂光效果越好。2）砂带速度与进给速度砂带速度越高，单位时间参与磨削的磨粒就越多，磨削量也越大，光洁程度越好；进给速度越低，单位时间内单位长度制品上的磨削次数越多，光洁程度越好。3)砂带张紧力砂带只有在张紧状态下才能进行磨削加工。砂带张紧力大磨削量也可以加大，通常砂带的张紧力为0.4-0.6MPa。4)接触压力砂带磨削时，磨削区必须有足够的压力，磨粒才能更好地切入加工工件。在一定范围内压力越大，磨削量越大。4.4.2 砂带的选择与养护（1）砂带的分类与选择目前市场上的砂带主要分为纸基砂带和布基砂带两种。其中纸基砂带的价格是布基砂带价格的一半或更低，但其受基材的影响容易破损，并且受温度和湿度的影响较大，如：受潮时失去稳定性，容易出现皱折、砂粒脱落等现象，影响板材的砂光质量。值得一提的是相同粒度的纸基砂带比布基砂带能获得更小的表面粗糙度数值；而布基砂带与纸基砂带相比更经久耐用，这就大大降低了砂削板材的加工成本。生产时，究竟是选择纸基砂带还是布基砂带要视具体情况而定。例如，砂削中密度板和刨花板时，应选用质地较为坚固的布基砂带 这是由于人造板中树脂胶的含量较高，因此质地较为坚硬，砂光时容易损坏砂带。而布基砂带与纸基砂带相比其抗拉性及稳定性更好，因此布基砂带比纸基砂带更适合于砂削人造板。当砂削异型面时，亦应采用质地柔软性好的布基砂带，以便于容易与各种造型相贴合。在大多数情况下，粗砂光或定厚砂光均采用布基砂带，而终了砂光应采用纸基砂带。（2）砂带磨料粒度的选择砂带磨料粒度是影响砂削量和砂光质量的重要因素之一。正确选择麝料粒度将获得满意的砂削效果。一般而言，磨粒较细的砂带比磨粒较粗的砂带更易磨损，但可使制件获得较小的表面粗糙度数值。通常磨粒较粗的砂带用于砂削硬度大于实体木材的刨花板和中密度纤维板等人造板，或用于板材的定厚砂削中；而磨粒较细的砂带通常用于板材的抛光，可获得较为理想的表面粗糙度。如对未经油漆的家具制件表面砂光，应采用粒度为6O 240 的砂带；对已经油漆的家具砂光，应采用粒度范围为280 1OO0的砂带。（3）砂带磨料的选择木材加工行业通常采用氧化铝磨粒和金刚砂(碳化硅)磨粒的砂带。氧化铝磨粒(分为不易碎的褐色氧化铝、半易碎氧化铝、易碎的白氧化铝)、金刚砂磨粒具有锋利的锐棱，在使用过程中锐棱会逐渐变钝并逐渐失去砂削功能，开始产生摩擦热，随着温度的增加，当达到木质素的流变点(约60o65o)时，砂削板材内的木质素将会熔化并在砂带表面引起磨屑嵌塞现象。此时如果砂带是防水的，可采用刷洗的方式解决磨屑嵌塞(一般可刷洗56次且每次刷洗的时间间隔变短)的问题，但这毕竟不是长久之计。因此，较佳的办法是采用陶瓷涂层或热处理后的氧化铝磨粒来使其保护锐棱和抗破裂的能力。如在砂削时产生大量的热量而需要较好的散热时，宜采用石榴石(一种廉价的人工钻石)磨粒的砂带，但其价格也相对较高。这里重点介绍一下氧化锆铝砂带和胶粒磨料。氧化锆铝砂带具有良好的抗破裂能力和抗磨能力，能有效地防止磨屑嵌塞，可获得稳定的砂削质量，通常用于较大砂削量的场合，如人造板的定厚砂光中。此外，氧化锫铝砂带还具有消耗动力低、砂带温度低等优点。以上特点决定了氧化错铝砂带具有较长久的使用寿命胶粒磨料是最新的优质磨料，有极好的自行锐化特性，粗细两种粒度使用时效果都非常好，这种磨料价格比氧化锫铝磨料还贵，但是可以获得更长的使用寿命和优质的砂光质量，对于经常出现砂粒嵌塞现象的砂削作业场合具有极好的使用价值16。4.4.3 砂带使用中易出现的问题及解决方法（1）砂带的贮存及使用前的处理砂带属于涂附磨具，它的性能会受气侯的影响而发生变化。一般来说，贮存砂带的仓库要阴凉、干燥、通风，并整齐地摆放在货物架上而不能码放在地上，且要和地面、墙壁保持一定的距离，同时还不能靠近散热和排水装置。高温、低湿都易会使砂带变硬断裂，粘结剂易老化；高湿、低温又易吸潮变形，故砂带的理想贮存温度为l822 ，湿度为5565 ，砂带在未使用前尽可能不要打开包装。砂带理想的贮存固然很重要，但使用前若不能得到正确的处理仍会严重影响它的使用性能。砂带使用前应作悬挂处理，即将拆开包的砂带挂在l00250mm直径的管子上23天。管子直径的选择应根据粒度粗的砂带选择直径大的管子，