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黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 20 頁
1 金剛石鋸片介紹
1.1 金剛石鋸片的用途和特點
金剛石鋸片是一種切割工具,廣泛應用于石材,陶瓷等硬脆材料的加工.金剛石鋸片主要由兩部分組成;基體與刀頭.基體是粘結(jié)刀頭的主要支撐部分,而刀頭則是在使用過程中起切割的部分,刀頭會在使用中而不斷地消耗掉,而基體則不會,刀頭之所以能起切割的作用是因為其中含有金剛石,金剛石作為目前最硬的物質(zhì),它在刀頭中摩擦切割被加工對象.而金剛石顆粒則由金屬包裹在刀頭內(nèi)部。金剛石圓鋸片基體外圓齒頂鑲焊金剛石節(jié)塊（刀頭）后，即成為金剛石圓鋸片，主要用于石材、水泥制品、玻璃、耐火磚等非金屬硬脆材料的切割加工?？稍趩纹袡C上使用，也可在組合切機上使用。金剛石圓鋸片基體加工成金剛石圓鋸片后裝夾在鋸機上，通過鋸片的高速轉(zhuǎn)動，經(jīng)水平進給及垂直進給往復運動，依靠均勻分布于鋸片周圍上的金剛石切削單元，將花崗巖、大理石切割成板材。
1.2 運輸和存放
金剛石圓鋸片基體在搬運時應輕放，運輸時一般采用水平和垂直懸掛兩種方式。在水平運輸時應將基體放置于木托盤或平面橡膠墊上，并在工藝孔處用螺栓緊固。嚴禁將基體直接放于車廂上。垂直運輸時請在工藝孔處將基體固定，防止運輸過程中基體間的碰撞。小直徑基體多以5-10片為一組，用紙質(zhì)（或木質(zhì)）包裝后運輸。
基體貯存時應將基體涂上防銹油后放置在一平面上或懸掛在通風干燥處，并注意防震、防曝曬和隔離熱源。決不可靠墻傾斜放置，以免日久變形或銹蝕。
1.3 金剛石圓鋸片的（焊接）加工
當您按本說明書有關指標檢查基體合格后，選擇相應的刀頭進行焊接（要求：刀頭寬度≥1.27倍基體厚度），焊接前應對基體進行清洗，焊接時應注意以下幾點：
A. 選擇與被切割物相匹配的刀頭，將刀頭平直地焊接在基體齒上，刀頭質(zhì)量影響鋸切效率和基體的壽命。
B. 焊接工裝應能在周圍和徑向調(diào)整刀頭，以保證刀頭相對基體的端面對稱度、圓周方向?qū)ΨQ度的焊接精度要求。
C. 可采用高頻感應電源焊接，選擇合適的銀焊片，其含銀量不低于35%。在焊接過程中嚴格控制溫度和時間，焊接溫度一般控制在600℃~800℃之間。在焊接過程中，應避免因各個齒過長時間加熱或過高溫度焊接造成其感應區(qū)過大而相連，引起片體產(chǎn)生異常變形，造成片體無法使用等問題。
D. 為了減少基體在正常焊接過程中的變形，提高基體的使用壽命，請采用隔齒焊接或?qū)呛附庸に嚒?
E. 焊接后應在焊架上自然冷卻2個小時以上方可取下，然后將鋸片垂直懸掛，空氣自然冷卻，切不可采用急冷的方法（比如用壓縮空氣直吹或用水冷卻焊后鋸齒部位，會引起鋸齒掉塊等現(xiàn)象影響使用）。一般情況焊接后需懸掛10小時以上，投入使用最佳。
F. 本基體在使用前應檢查鋸片的平面度、端面跳動應符合焊接前基體的平面度、端面跳動要求，片體張力符合使用要求。
2 砂帶磨削技術(shù)的介紹
2.1 砂帶磨削的定義
砂帶磨削是根據(jù)工件形狀, 用相應的接觸方式及高速運動的砂帶對工件表面進行磨削和拋光的一種新工藝。隨著汽車、建材、裝飾工業(yè)、模具工業(yè)及其它輕工業(yè)的進步和發(fā)展, 對金屬和非金屬材料特別是難加工材料如塑料、皮革、橡膠、不銹鋼、陶瓷等表面機械加工質(zhì)量、生產(chǎn)率及勞動環(huán)境提出了越來越高的要求, 用一般傳統(tǒng)的切削加工方法已難以滿足這些要求。在過去的五、六十年內(nèi), 砂帶磨削作為一種新工藝, 在這些加工領域發(fā)揮著越來越大的作用。砂帶磨床主要用來作為粗磨、去毛刺、大余量磨削、精磨、細磨、裝飾拋光、無心磨以及成形磨削之用。在現(xiàn)代工業(yè)中, 砂帶磨削技術(shù)以其獨具的加工特點被視為是一種很重要的加工方法。國外有專家曾把砂帶磨床比做“未來的巨人”來加以評述。
2.2 砂帶磨削原理
實現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有: 砂帶自由張緊法、帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動砂帶法和接觸板法。最常用的是帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動砂帶法。砂帶套在傳動輪、接觸輪的外表面上, 并使砂帶張緊和高速運動, 根據(jù)工件形狀和加工要求, 以相應接觸方式和適當磨削參數(shù)對工件進行磨削或拋光。砂帶磨削的基本部件有:
2.2.1 主軸傳動裝置
有單速或具有較大靈活性的變速傳動, 有時裝有可逆電動機, 以改變砂帶的運動方向。皮帶速度為10～ 50m/ min , 通常取16～ 30m/min , 主傳動裝置的功率, 在每10mm 寬的砂帶上是0.3～0. 7kW。
2.2.2 砂帶張緊裝置
保持磨削及導向時砂帶的適當張力在砂帶磨削過程中起到重要作用, 它影響到砂帶的切削性能和加工零件表面粗糙度。當增加砂帶拉力時, 可提高金屬切除量, 但同時也提高表面粗糙度值和磨料覆蓋層的消耗量。經(jīng)試驗表明,砂帶的張力在6～8N/ mm 范圍內(nèi),在逆磨削時每次行程能切出最大的金屬量。拉緊機構(gòu)有各種形式,從簡單的機械或彈簧方法到寬砂帶與重負載磨削機床用的氣動及液壓拉緊裝置。同時,為了獲得最大的生產(chǎn)率,必須使更換砂帶的時間最少,通常操作者能在1min 之內(nèi)更換砂帶。
2.2.3 砂帶導向裝置
砂帶工作時, 惰輪或張緊輪應當可以調(diào)整, 使砂帶定位及對中, 根據(jù)砂帶的寬度,這一裝置可以手動或自動。砂帶寬度大于200mm 時,通常使用自動導向裝置, 使接觸輪與張緊輪之間的砂帶自動對正。
2.2.4 接觸輪
接觸輪在磨削點上支承砂帶, 其本體是用鋁或鋼制成, 輪上覆蓋橡膠、纖維、毛氈或其它材料制造的彈性圈(厚度為3～15mm) 。根據(jù)需要,可制成各種密度橡膠輪, 輪的表面制成交錯開槽式或平滑式。使用各種橡膠化合物作為接觸輪的覆蓋面,以滿足一定的磨削要求。這些化合物包括: 氯丁橡膠、乙烯樹脂、硅酮橡膠、氯硫酸化聚乙烯合成橡膠。若在砂帶后面安裝一塊型板(鋼、硬質(zhì)合金或鑄鐵平板) 來代替接觸輪, 則可完成磨邊、四邊形、端面、平面及精磨工作, 保證零件的平面度或直線性。此外還有吸塵系統(tǒng)等。
2.3 砂帶磨削特點
砂帶與易損壞的工具如用于單刃車削、銑削、砂輪磨削等工具相比, 具有下列特點:
2.3.1 加工效率高
經(jīng)過精選的針狀砂粒采用先進的“靜電植砂法”, 使砂粒均勻直立于基底、且鋒口向上、定向整齊排列, 等高性好, 容屑間隙大, 接觸面小, 具有較好的切削性能。應用這一多刀多刃的切削工具進行磨削加工, 對鋼材的切除率已達每mm 寬砂帶200～600mm3 / min。
2.3.2 加工表面質(zhì)量高
砂帶磨削時接觸面小摩擦發(fā)熱少, 且磨粒散熱時間間隔長, 可以有效地減少工件變形及燒傷, 故加工精度高, 尺寸精度可達±0.002mm; 平面度可達0. 001mm。另外, 砂帶在磨削時是柔性接觸, 具有較好地磨削、研磨和拋光等多重作用, 再加上磨削系統(tǒng)振動小, 磨削速度穩(wěn)定使得表面加工質(zhì)量粗糙度值小, 殘余應力狀態(tài)好,工件的粗糙度可達Ra0. 4～0. 1μm ,且表面有均勻的粗糙度。但由于砂帶不能修整,故砂帶磨削加工精度比砂輪磨削略低。
2.3.3 工藝靈活性大, 適應性強
砂帶磨削可以方便地用于平面、外圓、內(nèi)圓磨削、復雜的異形面加工、切削余量20mm 以下的粗加工磨削、去毛刺和為鍍層零件的預加工、拋光表面、消除板坯表面缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接處的凸瘤、代替鉗工作業(yè)的手工勞動。除了有各種通用、專用設備外, 設計一個砂帶磨頭能方便地裝于車床、刨床和銑床等常規(guī)現(xiàn)成設備上, 不僅能使這些機床功能大為擴展, 而且能解決一些難加工零件如超長、超大型軸類、平面零件、不規(guī)則表面等的精密加工。
2.3.4 抗振性好
砂帶有很大的彈性, 因而整個系統(tǒng)有較高的抗振性。
2.3.5 經(jīng)濟性好
砂帶尺寸可很大, 適用于大面積高效率加工,且設備簡單, 操作安全, 使用維護方便, 更換砂帶和培訓機床操作人員花費時間較少。 在加工過程中砂帶增長, 外形和尺寸達不到高精度, 加工零件上的尖銳突出部位和用細粒度磨料精磨困難, 砂帶的堅固性比較低, 同時在大多數(shù)情況下砂帶不可能修正, 所以使用期限短。
3 機床的設計及計算
3.1 機床的總體結(jié)構(gòu)設計
該設計是用一個砂帶機來磨削金剛石鋸片表面的一層氧化磨，由于用砂帶傳動，本機床的結(jié)構(gòu)比較簡單，該機床設計主要有下面三部分內(nèi)容。
3.1.1 傳動設計
該機床傳動設計相對較簡單, 主要由三部組成:
A. 砂帶的主運動。由電動機直接帶動砂帶機構(gòu)運動, 由于該加工的金剛石鋸片直徑較小。軸向較小, 因此電動機前端的軸為懸臂式, 焊接的機座結(jié)構(gòu)剛性要好, 尤其要注意焊接引起的內(nèi)應力。
B. 砂帶的進給運動。砂帶的進給運動通過電機帶動主動輪，主動輪帶動太陽輪轉(zhuǎn)動，由太陽輪來磨削工件，中間通過張緊輪來調(diào)節(jié)使砂帶保持張緊。
C. 工件的進給運動。由于工件較小, 所以本設計采用人工手拿夾具來進行磨削。該結(jié)構(gòu)簡單，使用方便
3.1.2 主要機構(gòu)設計
A. 砂帶張緊裝置。此機構(gòu)主要是通過絲杠和彈簧來調(diào)整接觸輪與工件的相對位置, 以及使張緊輪保持一定的張力。
B. 接觸輪設計。選用較硬的橡膠接觸輪, 接觸輪直徑為91mm , 在接觸輪表面采用溝槽紋和較窄的工作表面, 以增加壓強、提高切削效率和砂帶壽命, 根據(jù)該零件特點, 溝槽紋間距取為5mm。
C. 主要技術(shù)參數(shù)選擇
砂帶速度22m/ s , 砂帶長度2000mm ,
寬度30mm , 砂帶電動機功率0.75kW。
3.2 傳動部分的設計
3.2.1 電機的選擇
本設計要求電機轉(zhuǎn)速較低，并且為保證加工精確度要求振動小，主軸負載不高。功率要求較小。根據(jù)要求選擇Y801-2三相異步電機。安裝形式為B3。該電機具有振動小，噪聲低、運行平穩(wěn)的特點，適用于驅(qū)動小型機床及要求低振動，低噪聲環(huán)境中使用。該電機的功率為0.75KW，額定轉(zhuǎn)速為2825r／rain。效率為58％，功率因數(shù)O．6l。起動轉(zhuǎn)矩為2．2Nm，起動電流為6A，最大轉(zhuǎn)矩為2．3Nm，重量為16kg。所選的是丹東小型電機有限責任公司生產(chǎn)的Y801-2系列三相異步電動機，采用接線座與機體整體壓鑄結(jié)構(gòu)，接線盒蓋采用膠墊密封，并且前后端蓋預設出軸密封裝置，使機座完全符合IP54、IP55的外殼防護等級標準。電機外殼采用了高熱導率的鋁合金材料，機殼采用增強散熱筋，使電機具備更強的冷卻能力，電機繞組溫升大為降低。電機可在工作環(huán)境下維持良好的運行性能；精確的動平衡校正及專用的低噪聲軸承，使電機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)、靜音；優(yōu)質(zhì)的原材料以及先進的加工、裝配工藝，完善的測試設備確保了電機的優(yōu)越性能。電機工作噪聲由通風噪聲、電磁噪聲和機械噪聲組成。通風噪聲包括風扇和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)形成的氣體渦流噪聲，電磁噪聲是由電機氣隙中定、轉(zhuǎn)子磁場相互作用產(chǎn)生的徑向力，使定子鐵心和機座周期性變形而引起振動產(chǎn)生的噪聲，機械噪聲包括由轉(zhuǎn)子機械不平衡引起的離心力所產(chǎn)生的機械振動噪聲和軸承振動噪聲。電機采用精確的動平衡校正及專用低噪聲軸承使得電機噪聲遠低于國標限值。電機的軸旋轉(zhuǎn)跳動值
Ft 。
由平帶傳動原理可知，有效圓周力Ff與張緊力 F0 和輪子結(jié)構(gòu)尺寸之間的關系是：
其中 F0 ——砂帶初張力，選 F0 = 400N
e——自然對數(shù)的底（ e = 2.718...）
u——砂帶與驅(qū)動輪接觸面的摩擦系數(shù)
a——砂帶繞驅(qū)動輪的有效包角
由此可以得出理論圓周力，而實際圓周力應為：
Ff0 = Ff + kuFn
式中 k——與接觸弧長和接觸輪開槽情況有關的系數(shù)，當接觸輪無開槽時k=1；
Fn ——法向磨削力。
最后通過計算得出實際圓周力為：Ff0 = 1311 N
3.3 張緊機構(gòu)及快換操縱機構(gòu)和調(diào)偏機構(gòu)
為使砂帶正常傳遞動力，使砂帶正常磨削，砂帶必須張緊。另外，在工作中由于砂帶也會塑形伸長，其預緊力會下降，必須使砂帶重新張緊。
張緊方式有內(nèi)部張緊（張緊輪壓在砂帶背面）與外部張緊（張緊輪壓在砂帶砂面）兩類，本設計中采用的是前者內(nèi)部張緊。此外張緊機構(gòu)可分為周期性張緊和自動張緊兩類。周期性張緊多采用螺紋和渦輪副等。自動一般采用彈簧、配重及氣動、液壓張緊裝置等。本設計中采用的是彈簧自動張緊裝置，結(jié)構(gòu)見裝配圖。前文張緊輪設計說明中提到，張緊輪通過設計一個中凸值，可以很好地防止砂帶在磨削運動過程中不致于偏離接觸輪，因而不必獨立設計調(diào)偏機構(gòu)?？鞊Q操縱機構(gòu)主要采用了手柄杠桿原理來簡單實現(xiàn)，操作簡單且高效。詳細結(jié)構(gòu)見裝配圖。
3.4 接觸輪主軸設計
3.4.1 選擇軸的材料
選用45鋼，正火處理。估計軸的直徑小于100mm，查的：δb =600Mpa，δs =300Mpa，δ-1=275 Mpa，τ-1=140 Mpa。
3.4.2 所承受的扭矩初估計軸的最小直徑
查的，C =107-118，取 C =118（此軸為定軸）。得
因最小直徑在帶輪處，軸的懸伸量較大，故軸徑因適當增大，參照有關經(jīng)驗，取標注值d=23mm。
3.4.3 軸的結(jié)構(gòu)設計
A. 確定各段軸的直徑
考慮到軸上最小端在調(diào)節(jié)導桿出處，并緊固在導桿上，為了在接觸輪處便于裝卸，并且接觸輪處懸伸量較大，所以接觸輪軸頭處軸徑應適當增大，取25mm，考慮到滾動軸承內(nèi)徑的標準值，所以軸肩直徑取標準值25mm。軸肩與軸頸過渡處的倒圓半徑取為1mm，軸身軸徑適當增大，取為28mm，軸肩與軸身處退刀槽尺寸為2×1mm。在導桿出得最小端需要固定，取軸端直徑為24mm。
B. 初選軸承類型及型號
因軸主要承受徑向載荷，所以選用深溝球軸承，根據(jù)軸的直徑合理選取一個軸承，型號為6005。
C. 確定各段軸的長度
軸承的一端帶輪處軸徑由于需安裝端蓋進行定位，根據(jù)帶輪的寬度合理選擇此段軸頸長度，取L1=16mm，帶輪另一端采用軸肩定位，軸肩高度h﹥0.07d,，故取h=1.7mm,軸環(huán)寬度b≧1.4h,取d=2mm. 由于導桿到帶輪處需一定的懸伸量，取軸身長度為40.5mm,緊連導桿一段的軸徑根據(jù)導桿的寬度合理選擇，取39mm。
3.4.4 軸的受力分析
A. 求軸上扭矩
=44.1
B. 求接觸輪上及帶輪上作用力
由前文知，接觸輪受磨削力與砂帶反作用于它的實際圓周力，分別為：Ff=1311N，F(xiàn)t=355N ，F(xiàn)n =511N
帶輪上的作用力將在下節(jié)作詳細介紹，得 F=1384N
C. 確定跨距
右端支反力作用點到帶輪作用點間的距離為：=20mm
左端支反力作用點到接觸輪作用點間的距離為：=16mm
兩支反力作用點間的距離為：=42.5mm
D. 作計算簡圖（見圖3-1 b ）
E. 求水平面內(nèi)支反力 及 ，并作水平彎矩 圖（見圖3-1 c、d ）
截面1的彎矩：
截面2的彎矩：
F. 求垂直面內(nèi)支反力和，并作垂直面彎矩圖（見圖3-1 e、f ）
截面1的彎矩：
截面2的彎矩：
G. 作合成彎矩M圖（見圖3-1 g ）
截面1的合成彎矩：
截面2的合成彎矩：
H. 作扭矩T圖（見圖1-2 h ）
3.4.5 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核計算
確定危險截面：由下圖所示看出，軸上多個截面存在應力集中，但截面3所受載荷較小，可不考慮。截面2和截面4軸徑相同，但所受的載荷小，故排除截面2和4。所以只需對截面1和截面5進行安全系數(shù)校核。
A. 截面5的安全系數(shù)校核計算
查得：
有效應力集中系數(shù)：=2.52， =1.82
絕對尺寸系數(shù)：=0.91，=0.89
表面狀態(tài)系數(shù)：=0.85，=1.5，β= =1.275
等效系數(shù)查得：=0.34，=0.21
截面的抗彎、抗扭截面模量（）由軸的直徑d=24mm，查得：
截面上的應力：
彎曲應力為對稱循環(huán)變化，彎曲應力幅：
平均應力0；
扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變化，扭轉(zhuǎn)切應力：
扭轉(zhuǎn)切應力幅與平均切應力相等，
安全系數(shù)：
彎曲安全系數(shù)：
扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)：
綜合安全系數(shù)：
取[S]=1.0-1.1，S>[S]，合適。
B. 截面1的安全系數(shù)計算
查得：
有效應力集中系數(shù)：=1.86， =1.54
絕對尺寸系數(shù)：=0.91，=0.89
表面狀態(tài)系數(shù)：=0.93，=1，β= =0.93
等效系數(shù)查得：=0.34，=0.21
截面的抗彎、抗扭截面模量（）由軸的直徑 d =25mm，緊固螺釘?shù)闹睆绞?mm , 取t =6 mm ，查得：
截面上的應力：
彎曲應力為對稱循環(huán)變化，彎曲應力幅：
平均應力0；
扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變化，扭轉(zhuǎn)切應力：
扭轉(zhuǎn)切應力幅與平均切應力相等，
安全系數(shù)：
彎曲安全系數(shù)：
扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)：
綜合安全系數(shù)：
取[S]=1.0-1.1,S>[S],合適。
a)
圖3.1 軸的受力計算圖
3.5 張緊輪
由于張緊輪只受張緊力的作用，張緊輪軸所要求較低，到市場上買取標準的輪子，只要起到張緊的作用就好；張緊輪的設計上要安裝張緊輪調(diào)節(jié)塊，這樣可以更好的調(diào)節(jié)張緊的程度，對砂帶進行預緊。
4 夾具的設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用的夾具。
經(jīng)過和指導老師的協(xié)商，決定對本加工零件設計一個能用手拿的夾具，由于加工零件小，結(jié)構(gòu)簡單，故設計此樣夾具，請參照裝配圖XYZ-00。
4.1 問題提出
利用本夾具主要是給金剛石鋸片定位，裝卡，讓人方便拿起加工，為達到要求，結(jié)構(gòu)應盡量簡單，便于操作。
4.2 夾具結(jié)構(gòu)設計
如圖是所加工金剛石鋸片的尺寸，
根據(jù)加工零件的尺寸，來設計夾具的尺寸，如圖：
該夾具由兩個模塊組成，給予加工零件充分的定位，上面和前面各用一個螺栓來是加工零件能緊緊的固定在夾具上，右端設計一個手柄，便于手拿操作。本夾具直接用手拿著去使加工零件和接觸輪接觸，進行加工，操作簡單方便，可以更直觀的對零件進行磨削。
結(jié) 論
本文針對磨削金剛石鋸片這一加工要求，通過研究金剛石鋸片的磨削加工現(xiàn)狀，最后提出通過設計砂帶磨削機床來實現(xiàn)。由于砂帶磨削是一種高效、經(jīng)濟、用途廣泛，并有“萬能磨削”之稱的新型磨削工藝。在現(xiàn)代工業(yè)中，砂帶磨削技術(shù)已被當作是與砂輪磨削同等重要的一種不可或缺的加工方法。因其具有的眾多優(yōu)點和特點，所以砂帶磨削機床能夠很好的完成這一加工任務。本設計，可以說是設計了一個專用機床。通過對磨削金剛石鋸片砂帶磨削過程的分析與計算，得出砂帶磨削運動中的各種參數(shù)，并根據(jù)這些必要的參數(shù)設計出機械機構(gòu)來最終完成砂帶磨削過程。此外為了更好的輔助完成這一工藝要求，設計出了專用夾具，使操作方便快捷，更好的達到了加工要求。
致 謝
在本次畢業(yè)設計中，首先感李長詩老師的辛勤指導，在本人設計完成過程中，他們傾注了大量的精力給予本人精心指導與幫助，并提出許多建設性的建議，使得本次設計能夠順利完成。
本設計是在老師無私的幫助和支持下，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向李長詩老師表示由衷的謝意。在論文的完成過程當中，同時得到了同學們的熱情幫助，對他們表示深深地感謝!
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