3707 新型開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架的設(shè)計(jì)

3707 新型開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架的設(shè)計(jì),新型,開(kāi)式砂帶,振動(dòng),磨削,設(shè)計(jì) 20 世紀(jì)到 21 世紀(jì)水性涂料面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)Robert R.Matheson Jr.摘要涂料技術(shù)是在人類(lèi)掌握的最古老的技術(shù)之一。 相對(duì)來(lái)說(shuō)，水性涂料包括有機(jī)物涂料例如：血液，雞蛋和 2000 年以前就已經(jīng)開(kāi)始使用的從植物中萃取出來(lái)的萃取物質(zhì)。而且，隨著水性涂料原材料和制備、應(yīng)用技術(shù)的逐漸提高，水性涂料開(kāi)始被連續(xù)地大范圍地使用。但是，縱觀所有年代和歷史文明，從水性涂料作為保護(hù)手段和裝飾手段這一根本目的來(lái)看，它依然存在某種缺陷。本文試圖通過(guò)分析水性涂料的研究和發(fā)展方向的關(guān)鍵問(wèn)題所在，從現(xiàn)代科技角度對(duì)水性涂料在新世紀(jì)的發(fā)展趨勢(shì)做一個(gè)預(yù)測(cè)，從而可以作為 21 世紀(jì)研究水性涂料的開(kāi)始。前言人類(lèi)裝飾各種不同物質(zhì)表層的歷史已有數(shù)千年了。完成此項(xiàng)任務(wù)最為行之有效的方式就是在被保護(hù)或者被裝飾物質(zhì)的表層涂上一層耐久性、黏附力等特性都達(dá)到應(yīng)用要求的新型材料。這種新型的材料就是水性涂料。可以想象，水性涂料早期的研究歷史是一部非常規(guī)但又是專(zhuān)門(mén)研究的歷史書(shū)籍。人們經(jīng)常用各種不同的物質(zhì)混合來(lái)做實(shí)驗(yàn)，用當(dāng)時(shí)手頭上有限的、可從自然界獲取的材料意外地達(dá)到了他們的目的。人類(lèi)祖先流下來(lái)的珍貴遺產(chǎn)依然影響著當(dāng)今涂料世界，盡管現(xiàn)在的大都分水性涂料都大量采用人工合成物質(zhì)作為原料，但還是有一些水性涂料使用天然物質(zhì)合成，被稀薄地涂抹在物體表層?，F(xiàn)如今，水性涂料要求能夠簡(jiǎn)單讓大眾使用；涂抹之后能夠在短時(shí)間內(nèi)固化；要求涂料在生產(chǎn)、使用過(guò)程當(dāng)中對(duì)環(huán)境的綜合影響最?。荒軌蜉^好抵抗環(huán)境的腐蝕作用；并且可以提供良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。以上是筆者總結(jié)的影響當(dāng)今水性涂料生產(chǎn)和發(fā)展的五個(gè)重要因素。水性涂料命名原則在水性涂料漫長(zhǎng)、分散和經(jīng)驗(yàn)主義的歷史演變和發(fā)展過(guò)程中留下了一些晦澀難懂而又容易混淆的詞匯 [1]。弄清楚經(jīng)常使用的三種既相互區(qū)別有可互換的用語(yǔ)會(huì)非常有幫助。亮漆(來(lái)自阿拉伯語(yǔ) lakk)是一種在物質(zhì)成膜時(shí)沒(méi)有共價(jià)鍵干預(yù)的涂抹在表層的水性涂料（通常由溶劑的蒸發(fā)物制得） 。相反，油漆（來(lái)自于中世紀(jì)拉丁語(yǔ)系）是一類(lèi)本質(zhì)上要求成膜物質(zhì)在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的水性涂料。而搪瓷漆（來(lái)自于德語(yǔ)）是油漆家族中的一個(gè)部分，它的生產(chǎn)過(guò)程中用到了固化（烘干）這一步驟。在以前，這些區(qū)分是明顯而具有針對(duì)性的，但是，現(xiàn)在水性涂料的發(fā)展使得這些區(qū)別越來(lái)越小。不過(guò)，面對(duì)水性涂料日新月異的發(fā)展，這些區(qū)別還是能夠突出其特殊性的。使水性涂料對(duì)環(huán)境的影響降到最低的方法被公認(rèn)為一項(xiàng)重大技術(shù)難題的是如何減少或者排除現(xiàn)代涂料當(dāng)中有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)(VOCS) [2]。在今天人口數(shù)量龐大、工業(yè)化程度極高的城市中，有機(jī)揮發(fā)物引起了許多環(huán)境問(wèn)題。說(shuō)得更清楚一點(diǎn)，這個(gè)問(wèn)題是水性涂料引起的最為嚴(yán)重的問(wèn)題。水性涂料中相互不起化學(xué)反應(yīng)的組分完全依靠某一人工助劑(組分中的溶劑)使它們能夠發(fā)揮作用，而且使用完之后必須去除那些幫助涂料起保護(hù)和裝飾作用的組分。較低的溶解度會(huì)使得有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)在水性涂料的使用過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)，這是由于使用過(guò)程中產(chǎn)生的熱量所致。當(dāng)加熱的涂料冷卻后，它可以達(dá)到人們裝飾、保護(hù)的目的，但是涂料的使用也存在一定的局限性，因?yàn)楫?dāng)溫度過(guò)高時(shí)它有可能再次變得柔軟或者扭曲。更進(jìn)一步說(shuō)，由于大多數(shù)涂層是無(wú)定形態(tài)或半晶質(zhì)態(tài)，它的抗壓和抗沖擊能力開(kāi)始引起人們的關(guān)注，人們擔(dān)心在低溫狀態(tài)下它的這兩種能力能否達(dá)到要求 [3]。水性涂料中可以被人們接受的有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)是那些不對(duì)環(huán)境造成危害的物質(zhì)（例如二氧化碳和水） 。由于高壓的要求，液態(tài)或超臨界態(tài)二氧化碳在工業(yè)應(yīng)用中受到限制。水是更容易廣泛使用于水性涂料的溶劑，但它也不是萬(wàn)能的，用水作為溶劑的問(wèn)題在于：涂料在相對(duì)濕度不同的環(huán)境中使用，必須不斷地改變它的干燥時(shí)間，而這種改變也是不可避免的。因?yàn)橄鄬?duì)濕度幾乎每個(gè)小時(shí)都改變，所以這是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。事實(shí)上，現(xiàn)今所有的水性涂料都含有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)，與傳統(tǒng)的、使用常規(guī)有機(jī)溶劑的水性涂料相比，新型水性涂料中有機(jī)揮發(fā)物的含量已大大降低，但還是或多或少存在?，F(xiàn)代水性涂料的發(fā)展趨勢(shì)是：既能夠最大程度地保護(hù)環(huán)境，又可以保留涂料中傳統(tǒng)特性、綜合性控制、低成本生產(chǎn)這些性質(zhì)。有機(jī)揮發(fā)物不僅是水性涂料影響環(huán)境的一個(gè)因素，更是阻礙其發(fā)展的因素。因?yàn)樵诿绹?guó)，有關(guān)所謂空氣污染物(HAPs)的章程是非常重要的 [4]，章程明確規(guī)定哪些傳統(tǒng)芳香溶劑不可以使用，眾所周知，大量使用這些溶劑將會(huì)引起人類(lèi)健康方面的疾病。同樣，在世界各地也都明令禁止這些溶劑的大規(guī)模使用。在重金屬使用方面也有著這樣一個(gè)廣泛的制約，但有相當(dāng)多的特殊金屬通過(guò)在表層涂抹水性涂料達(dá)到使用要求的例子 [5]。水性涂料還有一種應(yīng)用方法，即是通過(guò)電鍍的方式在負(fù)極給被保護(hù)物質(zhì)的表層鍍上一層保護(hù)層，例如：給金屬鍍層鍍上一層鉻；以各式各樣的涂層鍍金屬鉻或者鉛；在防止海洋堵塞的物體上鍍錫；甚至用水銀作為鍍層電鍍金屬以達(dá)到抗菌的目的。與其它材料加工的領(lǐng)域相同，電鍍技術(shù)也必須尋找可供選擇的成分，但是沒(méi)有破壞環(huán)境的后顧之憂。雖然取得一定的進(jìn)展，但是同類(lèi)型的，特別是關(guān)于金屬防腐涂層的技術(shù)還未被真正找到。消除水性涂料對(duì)環(huán)境的影響對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響和較低的力學(xué)強(qiáng)度是所有水性涂料的缺陷，也是制約它發(fā)展的關(guān)鍵因素。自然界的腐蝕是多年來(lái)難以解決的問(wèn)題，它嚴(yán)重阻礙了水性涂料的發(fā)展。水性涂料可作為水下涂層的一部分，抵抗含水有機(jī)體的侵蝕，例如蠕蟲(chóng)；作為外部涂層抵抗某些動(dòng)物排出糞便的侵蝕，例如鳥(niǎo)、昆蟲(chóng)；最為內(nèi)部涂層抵抗某些細(xì)菌的侵蝕，例如霉菌。這些技術(shù)上的難題都是相同的，即在不對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響的基礎(chǔ)上使用無(wú)毒的水性涂料抵抗這些侵蝕。專(zhuān)門(mén)為此項(xiàng)任務(wù)研制特殊水性涂料的工作也就應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這條道路通常是昂貴而又不完美的，但偶爾會(huì)卓有成效。但是，客觀地說(shuō)，完全不使用有毒、或者重金屬物質(zhì)而又達(dá)到人們的要求，這樣的例子似乎還沒(méi)有出現(xiàn)?，F(xiàn)在有一個(gè)新的思路，在被涂抹物質(zhì)表面產(chǎn)生包含生物化學(xué)反應(yīng)和簡(jiǎn)單風(fēng)化反應(yīng)的輕型化學(xué)反應(yīng)來(lái)阻止侵蝕 [6]。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，水性涂層的水解可以切斷生物腐蝕。如果人們?cè)O(shè)計(jì)的水性涂料水解后能生成防腐、防塞甚至是可達(dá)到我們?nèi)我饽康牡漠a(chǎn)物，那么這將成為一種有效的手段。最大化控制通過(guò)水性涂料的分子對(duì)于水性涂料來(lái)說(shuō)，防腐是一項(xiàng)重要的任務(wù)，水性涂料的傳統(tǒng)任務(wù)就是保護(hù)被涂物體免受環(huán)境的影響，這種保護(hù)實(shí)質(zhì)上是一種化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的保護(hù)。油漆就是專(zhuān)門(mén)為此目的而開(kāi)發(fā)出來(lái)的，在被保護(hù)物質(zhì)表層涂上一層油漆形成一層保護(hù)層是一種行之有效的手段，避免物體在使用過(guò)程中受到侵蝕。為了控制外界環(huán)境的侵蝕，現(xiàn)代水性涂料的生產(chǎn)技術(shù)中出現(xiàn)了一個(gè)特殊領(lǐng)域，在涂料的各種生產(chǎn)工藝中都不可避免地用到了這些特殊技術(shù)。在物體表層的某一區(qū)域內(nèi)涂抹的是一層水性涂層，用于防止侵蝕，而用于防止輻射和控制熱量的涂層則被涂抹在物體內(nèi)部電子元件的密封處。涂抹在鐘、表等潔凈物體表面的涂層厚度是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，這些物體外界細(xì)微的溫差可能導(dǎo)致水性涂層厚度的改變。另外一個(gè)極端的環(huán)境則是在鐵路機(jī)車(chē)的棚子中，濕氣，溫度，氣流，表面腐蝕等眾多問(wèn)題都可能導(dǎo)致水性涂層的性質(zhì)發(fā)生巨大變化。在選取水性涂料的各種組分時(shí)額外小心是面對(duì)這種挑戰(zhàn)的一個(gè)思路，這樣做可以避免許多副反應(yīng)的產(chǎn)生。不管什么情況，一旦副反應(yīng)發(fā)生，就會(huì)帶來(lái)一定的危害，產(chǎn)生不必要的麻煩。這將導(dǎo)致聚合過(guò)程無(wú)法受到控制（事實(shí)已經(jīng)證明，某些聚合物例如聚丙烯酸酯的聚合過(guò)程無(wú)法控制 [7]）。不參與反應(yīng)的基體材料要嚴(yán)格排除在外，另外要優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，避免原料的浪費(fèi)。由于極其苛刻的性能要求，汽車(chē)涂料走到了水性涂料應(yīng)用領(lǐng)域的前沿，在強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)作用的刺激下，人們生產(chǎn)了大量的汽車(chē)?，F(xiàn)在已經(jīng)有一些文獻(xiàn)開(kāi)始介紹關(guān)于監(jiān)測(cè)和控制汽車(chē)涂料性能的新型綜合性分析技術(shù) [8]。用作裝飾的水性涂料特別需要添加顏料、云母和某種金屬微粒。有效分散這些微粒的手段是在水性涂料的生產(chǎn)過(guò)程中大量使用分散劑來(lái)分散它們，并且要防止在以后的使用過(guò)程中出現(xiàn)復(fù)聚。為了使水性涂層分子具有較小的流動(dòng)性，需要對(duì)其進(jìn)行精密的控制，否則，一旦使用，外界壓力會(huì)導(dǎo)致微粒復(fù)聚、涂層黏附力下降等一系列問(wèn)題。由于顏料是水性裝飾涂料中最為昂貴的成分，因此合理使用、節(jié)約成本也是非常重要的。另外，由于原料的集中溶解和使用過(guò)程中外界環(huán)境的壓力，涂層中微粒的分散成為一個(gè)突出的問(wèn)題。但是，日新月異的化學(xué)技術(shù)使得分散劑有了很大的發(fā)展，從而在控制涂層分子這一方面出現(xiàn)了一個(gè)較大的飛躍。而且，制造嵌段式共聚物（專(zhuān)為微粒在某一物體表面或者某一溶解環(huán)境的親和力設(shè)計(jì)）的技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)并用于商業(yè)。這樣的專(zhuān)利技術(shù)有很多而且越來(lái)越多，但是C. Hosotte-Filbert [9]的專(zhuān)利是一個(gè)典型。功能水性涂料在第四屆世界涂料學(xué)術(shù)會(huì)議上，水性涂料被描述成具有修復(fù)作用的油漆涂料或者是在使用過(guò)程中能夠起化學(xué)反應(yīng)的亮漆涂料。為了抵抗自然界長(zhǎng)期的氧化作用，我們?cè)O(shè)計(jì)了許多類(lèi)型的功能涂料。在通常人眼中，這種長(zhǎng)期的氧化作用被視為麻煩。然而，學(xué)會(huì)適應(yīng)并利用它也是有好處的，搪瓷功能涂料中硅氧鍵的形成、互換就是依靠這種長(zhǎng)期的氧化作用 [10]。當(dāng)然，此種行為會(huì)導(dǎo)致涂層外部在光和氧氣的環(huán)境中受到一定損傷。此外，對(duì)壓力和破裂起抵抗作用的特種功能涂料還在研制當(dāng)中 [11]。如今，傳統(tǒng)功能涂料的生產(chǎn)控制和運(yùn)輸控制都成為一個(gè)難題，值得注意的是許多成功的涂料（通常用于減緩或者防止腐蝕）都是用于各種材料的運(yùn)輸和滲透。大氣中的氧氣滲透進(jìn)入食物、二氧化碳滲透進(jìn)入碳酸飲料、藥物滲透進(jìn)入身體，電荷滲透進(jìn)入設(shè)備，這些熱滲透都在一個(gè)等溫環(huán)境中或易受腐蝕的環(huán)境中進(jìn)行的，而此種環(huán)境中水和離子材料的滲透是水性涂料在生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中最需要考慮的因素。因此人們也長(zhǎng)期致力于防止或者是減緩?fù)苛显陂L(zhǎng)期使用過(guò)程中化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的降低。水性涂料大規(guī)模工業(yè)化所面臨的挑戰(zhàn)阻礙水性涂料發(fā)展的關(guān)鍵因素在于其高昂的成本和固化手段的局限性。毫無(wú)疑問(wèn)，這些問(wèn)題包括大量資本和能源的消耗，資金周轉(zhuǎn)，庫(kù)存積壓等等。生產(chǎn)過(guò)程中熱量對(duì)敏感基體的損傷也是其中的一個(gè)制約因素。直接的解決方法就是降低固化溫度、減少固化時(shí)間，還可以從已經(jīng)引起人們注意的化學(xué)反應(yīng)和催化劑這兩個(gè)方面著手，來(lái)解決問(wèn)題?；蛘?，除開(kāi)簡(jiǎn)單的固化反應(yīng)，如果能找到一種修復(fù)反應(yīng)使得基體重新被激活，在不損失涂層表面的基礎(chǔ)上將問(wèn)題解決，這樣是最好的。目前，已經(jīng)有一些文獻(xiàn)開(kāi)始介紹用于放射性治療（與紫外光、電子束甚至是可見(jiàn)光配合使用)的水性涂料，這方面的研究將擴(kuò)大水性涂料的使用領(lǐng)域 [12]。粉末涂料和水性涂料都可以作為創(chuàng)新和研究的對(duì)象。而水性涂料所面臨的主要挑戰(zhàn)在于如何均一修復(fù)半透明涂層（要求被修復(fù)涂層不受各種輻射的影響）和復(fù)雜形狀的涂層。可以在很多地方或者可以從實(shí)驗(yàn)室中找到新開(kāi)發(fā)出來(lái)的水性涂料的事例，這些事例都對(duì)應(yīng)著新世紀(jì)影響水性涂料發(fā)展的五要素中的一個(gè)或者幾個(gè)?？赡軟](méi)有全部五項(xiàng)都對(duì)應(yīng)，但至少都有一項(xiàng)是對(duì)應(yīng)著的。人們需要一個(gè)評(píng)估系統(tǒng)來(lái)測(cè)試水性涂料中的成分（特別是有機(jī)揮發(fā)物質(zhì)）對(duì)于環(huán)境的影響，而且這個(gè)系統(tǒng)還可以提高水性涂料中抵抗環(huán)境侵蝕（特別是抗沖擊性能） 、耐久性和耐腐蝕性等性能，這些性能的研究可能需要十年時(shí)間。這種需求已經(jīng)與現(xiàn)代水性涂料的發(fā)展體系結(jié)合在一起?，F(xiàn)代涂料的應(yīng)用有著四層要求：第一，水性涂料要求應(yīng)用于電鍍涂層上（這對(duì)于重金屬來(lái)說(shuō)已是非常簡(jiǎn)單的了） ；第二，水性涂料的粉末底料要求不含有機(jī)揮發(fā)物；第三，水性涂層的有機(jī)顏料要求含有極少的有機(jī)揮發(fā)物和空氣污染物；第四，水性涂料的表層要求含有不超過(guò)20%的有機(jī)揮發(fā)物，而且還要求有較好的抗沖擊性能、抗酸雨、化學(xué)攻擊和化學(xué)曝光的性能。當(dāng)然，所有的應(yīng)用都與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，包括自動(dòng)和手動(dòng)設(shè)備，有關(guān)，但這樣的確可以降低成本和能耗，增強(qiáng)視覺(jué)效果。由于車(chē)內(nèi)環(huán)境對(duì)于水性涂料的要求是非?？量痰?，而且這樣的評(píng)估系統(tǒng)剛剛啟用，所以各方面還有待努力。從目前情況看，預(yù)計(jì)花十年時(shí)間研究出來(lái)一種各方面性能都達(dá)標(biāo)的新型水性涂料是有點(diǎn)困難的，關(guān)鍵性的制約在于如何提高水性涂料的抗沖擊性能。展望那五個(gè)關(guān)鍵因素已經(jīng)預(yù)示了水性涂料在新世界的發(fā)展趨勢(shì)。最主要的趨勢(shì)是在水性涂料的鏈長(zhǎng)和分子結(jié)構(gòu)上做改進(jìn)，從水性涂料的修復(fù)性能這一角度來(lái)看，在不傷及環(huán)境或者說(shuō)對(duì)環(huán)境影響很小的前提下，著力提高水性涂料的均一修復(fù)性能是一種思路。第二種趨勢(shì)解決一些傳統(tǒng)水性涂料的問(wèn)題，消除它的某種限制。不管是通過(guò)緩慢的化學(xué)反應(yīng)來(lái)解決傳統(tǒng)水性涂料的問(wèn)題，還是采用放射手段來(lái)輔助水性涂料中各種組分的交聯(lián)，人類(lèi)的技術(shù)手段總是在無(wú)限拓展，永遠(yuǎn)沒(méi)有盡頭。有一個(gè)可以歸納以上兩種發(fā)展趨勢(shì)的措辭：為達(dá)到所要求的性能，你想去除水性涂料中哪些不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在涂料的哪種化學(xué)過(guò)程中采取必要的控制，是生產(chǎn)過(guò)程，使用過(guò)程，還是涂料的均一修復(fù)過(guò)程?這最本質(zhì)的觀察也許能幫你看清楚問(wèn)題所在，筆者有一種預(yù)感，水性涂料的技術(shù)瓶頸將存在很長(zhǎng)一段時(shí)間。涂料技術(shù)是一項(xiàng)萃取衍生物的技術(shù)，這種技術(shù)使得從復(fù)雜原料中提取的物質(zhì)能夠在某一區(qū)域內(nèi)一起使用，然而這個(gè)過(guò)程也會(huì)伴隨有副產(chǎn)物的產(chǎn)生。涂料的生產(chǎn)制備也總是向人們提出這樣那樣的問(wèn)題，當(dāng)水性涂料的應(yīng)用程序變得再簡(jiǎn)單不過(guò)的時(shí)候，減少涂料對(duì)環(huán)境的污染、提高其耐腐蝕性、抗沖擊性和使用壽命就成為發(fā)展水性涂料的挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)要求使用最少的原料發(fā)揮涂料最大的作用、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生最小的影響以及副產(chǎn)物的最大回收利用。由于要求使用最少的資源，因此需要極高的智慧來(lái)研究開(kāi)發(fā)。與現(xiàn)代物質(zhì)注冊(cè)、資本投資和廢物管理等新興的職業(yè)一樣，水性涂料這一職業(yè)也需要持續(xù)地創(chuàng)新。今天，我們只是站在水性涂料的一個(gè)歷史階段來(lái)縱觀它的過(guò)去，展望它的未來(lái)。參考文獻(xiàn)[1] P. Nylen,E. Sunderland, Modern Surface Coatings(Interscience,New York, 1965), pp.1–10.[2] Superintendent of Documents, Clean Air Act Amendments of 1990, Title III (U.S. Government Printing Office, Washington, DC, 1990).[3] D.W.Van Krevelen, P. J. Hoftyzer, Properties of Polymers (Elsevier, Amsterdam, ed.2, 1976), pp. 275–294.[4] See www.epa.gov/ttn/atw/188polls.html.[5] V.P. Preuss,Paint Additives (Noyes Data, Park Ridge,NJ, 1970).[6] K.Uhrich, (see uhrich@rutchem.rutgers.edu).[7] O.Webster, U.S.Patent 4,417,034 (1983).[8] K.Adamsons et al.in Proceedings of the XXIII Athens Conference on Organic Coatings (1997), pp.151–160.[9] C. Hosotte-Filbert, U.S.Patent 5,681,877 (1997).[10] F.D.Osterholtz,F.R.Pohl,J.Adhesion Sci.Tech.6,127(1992).[11] K.Chung,New York Times,5 March 2002, p.23.[12] M.Nichols et al.Rad Tech Report,Nov-Dec 2001. 湘 潭 大 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文（設(shè)計(jì)）題目： 新型開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架的設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2008963110 姓名： 顏思良 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 周后明 系主任： 周友行 一、主要內(nèi)容及基本要求砂帶磨削是一種新的高效磨削方法，能得到高的加工精度和表面質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景和應(yīng)用范圍，可以補(bǔ)充或部分代替砂輪磨削，對(duì)一些砂輪磨削難以加工的工件，在普通床上安裝磨削頭架后就可以對(duì)其進(jìn)行精加工。而砂帶振動(dòng)磨削，是將開(kāi)式砂帶磨削和振動(dòng)疊加起來(lái)形成的一種復(fù)合加工，關(guān)鍵部件是砂帶頭架。本設(shè)計(jì)為砂帶磨削機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，其主要技術(shù)指標(biāo)與要求如下： 1、接觸輪的直徑 80mm； 2、砂帶速度約為 20-30m/s； 3、整機(jī)形式：立式，要求構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低 設(shè)計(jì)要求： 1、完成新型開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架的方案設(shè)計(jì)和選型論證 2、新型開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制部件裝配圖和主要零件圖，圖紙總量折合成 A0，不少于 2 張 3、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，關(guān)鍵零件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算，說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)不少于 1~5 萬(wàn)4、完成資料查閱和 3000 字的文獻(xiàn)翻譯 二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題新型開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)強(qiáng)度校核。 三、進(jìn)度安排序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間1 查閱資料、調(diào)研 第 1，2 周2 制訂設(shè)計(jì)方案 第 3，4 周3 分析與計(jì)算 第 5，6 周4 繪部件裝配圖 第 7，8、9 周5 繪零件圖 第 10，11 周6 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12，13 周7 準(zhǔn)備答辯材料 第 14 周8 畢業(yè)答辯 第 15 周四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 2、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 3、于思遠(yuǎn)，林彬. 工程陶瓷材料的加工技術(shù)及其應(yīng)用[M] . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008. 4、袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技術(shù)-第 2 版[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007. 5、袁巨龍. 功能陶瓷的超精密加工技術(shù)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000 6、王先逵. 精密加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007 7、李衛(wèi)東，王先逵. 開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削. 機(jī)械制造，2010,6 8、瀏覽相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資訊 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文題 目： 新型開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架的設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2008963110 姓 名： 顏思良 指導(dǎo)教師： 周后明 完成日期： 2012.5.20 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I摘 要本設(shè)計(jì)是新型開(kāi)式砂帶磨削頭架的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要是用于軸頸外圓的精加工，砂帶磨削技術(shù)是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，是進(jìn)行超精密加工的一種機(jī)械加工方法，近年來(lái)砂帶磨削在機(jī)械磨削加工的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，而現(xiàn)今國(guó)內(nèi)的軸頸研磨加工則還處于初級(jí)階段。本文以砂帶磨削原理為基礎(chǔ)，闡述了軸頸研磨機(jī)磨頭的設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)結(jié)果，并以 AutoCAD、CAXA、ProE 等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件為工具，對(duì)磨削頭架進(jìn)行設(shè)計(jì)建模分析。研磨機(jī)磨頭總體采用開(kāi)式砂帶磨削磨頭，針對(duì)軸頸外圓表面精度要求高及圓跳動(dòng)精度高等特點(diǎn)，并考慮實(shí)際加工要求，設(shè)計(jì)出研磨效率高，操作方便，且安全可靠，能夠滿足高精度研磨的理想磨削頭架。在機(jī)械制造技術(shù)飛速發(fā)展的今天，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)有著廣闊的發(fā)展空間和前景。關(guān)鍵詞： 砂帶磨削，軸頸研磨機(jī)磨頭，AutoCAD，ProE本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IIABSTRACTBelt Grinding is an advanced manufacture technology, it’s an mechanical workout way to super-accuracy processing. In recent years, the machinery of grinding axle journal has been used in mechanical grinding processing more and more, but nowadays,The processing of grinding axle journal still located in primary stage, so the research of grinding axle journal technology is necessary to mechanical workout. This paper based on theory of Belt Grinding, it expounded the design process and design result of the wheel head of grinding axle journal machinery, and it recurred to the CAD software of AutoCAD、CAXA、ProE ,to analytical study of the wheel head of grinding axle journal machinery modeling .The wheel head adopted the open belt grinding head generally . To the high requirements of the axle journal surface quality and the circular runout precision, and considered the requirements of practical machining ,this paper worked out the wheel head of grinding axle journal machinery with high grinding efficiency, easy to operate and on the safe side, this wheel head can satisfied in high-precision grinding .Nowadays, the mechanical manufacture technology has boomed industry, this graduation design has wide develop space and prospect.Keywords: Belt Grinding; wheel head of grinding axle journal machinery; AutoCAD; ProE,本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III目 錄中文摘要 ...................................................................................................ⅠABSTRACT..............................................................................................Ⅱ1 緒論 .........................................................................................................11.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................................................11.1.1 砂帶磨削的發(fā)展 ...................................................................................11.1.2 新型開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 ..............................................21.1.3 外圓精密砂帶磨削頭架的研究現(xiàn)狀 ..........................................................41.2 研究?jī)?nèi)容 .............................................................................................42 總體方案的分析 ....................................................................................52.1 砂帶磨削的金屬切除率 .........................................................................52.2 砂帶磨削與砂輪磨削在機(jī)械加工中的比較 .............................................52.2.1 加工機(jī)理 ............................................................................................52.2.2 磨削特點(diǎn)的比較 ...................................................................................52.3 新型開(kāi)式磨削的基本原理 .....................................................................62.4 外圓砂帶磨削 ......................................................................................72.5 本課題最終選擇方案 .................................................................................83 新型開(kāi)式砂帶磨削頭架組件設(shè)計(jì) ........................................................93.1 頭架結(jié)構(gòu)的尺寸及幾何關(guān)系 ........................................................................93.1.1 磨削頭架電機(jī)的選用及砂帶磨削驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算 .........................................931.2 驅(qū)動(dòng)輪直徑（D1）的確定 .....................................................................103.2 磨削頭架主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì) .......................................................................103.2.1 接觸輪的參數(shù)設(shè)計(jì) ..............................................................................103.2.2 張緊力與驅(qū)動(dòng)輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì) ............................................................123.2.3 砂帶張緊力的設(shè)計(jì)計(jì)算 .......................................................................134 磨削頭頭架功能部件的設(shè)計(jì) ...............................................................154.1 砂帶張緊快換操縱機(jī)構(gòu)的選擇 ....................................................................154.2 砂帶調(diào)偏機(jī)構(gòu)及砂帶橫向振動(dòng)裝置 ..............................................................154.2.1 砂帶調(diào)偏機(jī)構(gòu) ....................................................................................154.2.2 砂帶橫向振動(dòng)裝置 ..............................................................................165 主要零、部件的設(shè)計(jì)與校 ...................................................................175.1 接觸輪主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 ..............................................................175.1.1 選擇軸的材料 ....................................................................................175.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................................................18本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV5.1.3 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 ..............................................................................196 結(jié)論 .......................................................................................................247 結(jié)束語(yǔ) ...................................................................................................25參考文獻(xiàn) ...................................................................................................26本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 01 緒論1.1　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：1.1.1 砂帶磨削的發(fā)展：砂帶磨削是一種高效、經(jīng)濟(jì)、用途廣泛，并有“萬(wàn)能磨削”之稱(chēng)的新型磨削工藝，現(xiàn)今得到極大發(fā)展。在現(xiàn)代工業(yè)中，砂帶磨削技術(shù)已被當(dāng)作是與砂輪磨削同等重要的一種不可缺少的加工方法。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，砂帶磨削應(yīng)用已十分普遍，各種高精度、高效率、自動(dòng)化程度很高的砂帶磨床被廣泛應(yīng)用于航天、航空、艦船、汽車(chē)、冶金、化工及能源設(shè)備等制造行業(yè)，并成為國(guó)際上名牌機(jī)床公司競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)也是歷屆國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)中展銷(xiāo)的重要組成部分。砂帶磨削屬于涂附模具磨削的一種形式，其產(chǎn)生源于砂紙的出現(xiàn)，即 1760 年。但當(dāng)時(shí)只局限于手工操作，直到 1900~1910 年才進(jìn)入機(jī)械使用砂紙的時(shí)代，并開(kāi)始應(yīng)用于木材行業(yè)。1930 年后，砂帶磨削逐步向金屬加工方面發(fā)展，第二次世界大戰(zhàn)中美國(guó)率先在兵器制造中使用砂帶磨削，取得明顯效果。本世紀(jì) 50 年代初，靜電植砂方法的研制成功把砂帶磨削推到了一個(gè)新的階段，砂帶磨削應(yīng)用逐漸普遍。以后歐洲幾個(gè)工業(yè)國(guó)和日本也相繼開(kāi)展了砂帶磨削技術(shù)的研究和應(yīng)用，逐步使砂帶磨削發(fā)展成為一個(gè)較為完整和自成體系的加工技術(shù)領(lǐng)域。就砂帶磨削和拋光來(lái)說(shuō)，砂帶磨削作為一種獨(dú)立而成體系的加工技術(shù)從它的產(chǎn)生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了由僅限于手工粗磨、機(jī)械半精磨到機(jī)械化、自適應(yīng)控制精密或超精密加工的發(fā)展過(guò)程。特別是近二三十年來(lái)，砂帶磨削得到很大的發(fā)展，實(shí)用范圍越來(lái)越廣泛，早已經(jīng)超越了砂帶磨削產(chǎn)生之初所形成的只能用于粗加工的陳舊概念。隨著砂帶制造技術(shù)水平的提高以及新的高強(qiáng)度磨料的出現(xiàn)，現(xiàn)狀地提高了砂帶磨削效率、磨削精度和砂帶使用壽命，使砂帶磨削進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。目前，國(guó)內(nèi)外都非常重視砂帶磨削的理論基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，并出現(xiàn)了一些新的發(fā)展方向，如電解復(fù)合砂帶磨削，超聲砂帶磨削以及電鍍金剛石金屬砂帶磨削等，使得砂帶磨削技術(shù)不斷向強(qiáng)力、高效、自動(dòng)化的方向發(fā)展，充分顯示了砂帶磨削在未來(lái)制造業(yè)中的強(qiáng)大生命力。國(guó)外砂帶磨削發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已達(dá)到相當(dāng)高的水平。特別是歐美及日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，從事砂帶磨削技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)的研究機(jī)構(gòu)和砂帶、砂帶磨床制造廠家（或集團(tuán)）數(shù)量很多且實(shí)力雄厚，其成果和產(chǎn)品代表了當(dāng)今世界砂帶磨削技術(shù)的最高水平。砂帶磨削當(dāng)前除向超精密、高效率和超硬磨料方向發(fā)展外，自動(dòng)化也是磨削技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。目前砂帶磨削自動(dòng)化在 CNC 技術(shù)日趨成熟和普及基礎(chǔ)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1上，正在進(jìn)一步向數(shù)控化和智能化方向發(fā)展，許多專(zhuān)用磨削 NC 軟件和系統(tǒng)已經(jīng)商品化。砂帶磨削是一個(gè)復(fù)雜的多變量影響過(guò)程，對(duì)其信息的智能化處理和決策，是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化和最優(yōu)化的重要基礎(chǔ)。目前磨削中人工智能的主要應(yīng)用包括磨削過(guò)程建模、磨具和磨削參數(shù)合理選擇、磨削過(guò)程監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和控制、自適應(yīng)控制優(yōu)化、智能化工藝設(shè)計(jì)和智能工藝庫(kù)等方面。近幾年來(lái)，磨削過(guò)程建模、模擬和仿真技術(shù)有很大發(fā)展，并已達(dá)到實(shí)用水平。1.1.2 開(kāi)式砂帶研磨機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用盡管我國(guó)近年來(lái)在砂帶磨削基礎(chǔ)研究、應(yīng)用推廣方面也已初具規(guī)模，但與國(guó)外相比扔然存在很大距離，如砂帶磨削機(jī)理研究不夠深入，砂帶及砂帶磨床產(chǎn)品品種還十分有限，應(yīng)用范圍仍不夠?qū)?，尤其是在金屬加工行業(yè)中，相應(yīng)的開(kāi)式軸頸研磨機(jī)磨頭磨削技術(shù)的研究還有很大不足。（1）開(kāi)式砂帶磨削機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)：軸頸研磨屬于超精密砂帶磨削，現(xiàn)今國(guó)外磨削業(yè)對(duì)軸頸研磨拋光這方面的研究發(fā)展迅速，而國(guó)內(nèi)在這方面的研究?jī)H處于初級(jí)階段，很多人還不能完全接受這種加工方法，在機(jī)械加工行業(yè)，軸頸研磨機(jī)磨頭磨削屬于極為先進(jìn)的拋光技術(shù)。近年來(lái)，部分院校和科研單位已逐步加強(qiáng)這一方面的研究，以期更好的利用砂帶磨削加工，為加工業(yè)帶來(lái)重大革命。在機(jī)械加工業(yè)中，開(kāi)式砂帶磨削機(jī)主要用于磨削軸頸外圓表面，研磨時(shí)，工件作高速旋轉(zhuǎn)，砂帶勻速運(yùn)動(dòng)摩擦工件，從而達(dá)到研磨拋光的目的。其研磨效率高，操作方便，安全可靠，是要求高精度軸頸研磨的理想設(shè)備。隨著精密機(jī)械工業(yè)的發(fā)展,精密軸套零件在精密機(jī)械上的應(yīng)用越來(lái)越多。軸套零件的直徑尺寸精度一般達(dá)到 1 微米左右,幾何形狀精度達(dá)到 0.1 微米,粗糙度達(dá)到 0.029 微米。這樣高的精度用一般外圓磨床加工很難達(dá)到,只有采用研磨來(lái)完成。特別是對(duì)于表面精度和圓跳動(dòng)及圓度都要求極高的軸頸加工中，應(yīng)用更為廣泛。近年，重慶三磨海達(dá)有限公司研制成功的 2M5109—2B 雙頭臺(tái)式外圓精密振動(dòng)砂帶磨床系列機(jī)床在軸頸加工方面達(dá)到了很好的效果。在以后工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，軸頸研磨機(jī)的發(fā)展將向高精密、高效率及自動(dòng)化的方向發(fā)展。（2）砂帶磨削的最新發(fā)展：近年來(lái)，砂帶磨削技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都獲得了極大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也日益廣泛。美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的砂帶磨床已遍及各行業(yè)，大至磨削寬 5 米以上的巨型平面磨床，小至口腔醫(yī)生使用的修齒機(jī)，磨床結(jié)構(gòu)形式各異。目前砂帶磨削的生產(chǎn)率已經(jīng)超過(guò)常規(guī)車(chē)、銑等加工方法，是普遍切削的 10倍，普通磨削的 5 倍。同時(shí)砂帶磨削的功率利用率高，材料去除率高達(dá) 700∕s,此外砂帶磨床還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工范圍廣，綜合成本低，投資少，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)輔助時(shí)間少，工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此，砂帶磨床與砂帶的生產(chǎn)與日俱增，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的砂帶磨床擁有量已逐步接近砂輪磨床。砂帶磨削能加工的材本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2料很多，從非金屬材料到金屬材料，從一般材料到難加工材料（如鈦合金、高鎳合金、陶瓷、寶石等）都可以用砂帶磨削進(jìn)行加工。由于砂帶磨削的特有的加工性能和高的材料去除率，砂帶磨削進(jìn)入到許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，解決了許多加工難題。如國(guó)內(nèi)某廠產(chǎn)品零件“磁軛”的多面體長(zhǎng) 2200㎜,用常規(guī)精刨的方法達(dá)不到質(zhì)量要求。后用砂帶磨削進(jìn)行加工，零件合格率達(dá)到了 100%，產(chǎn)品性能也有所提高。又如某刃具廠生產(chǎn)的切煙機(jī)刀片，工件材質(zhì)為 65Mn 冷軋帶鋼，硬度HRC59～64，需要去除原材料的脫碳層，單面余量 a≥0.06mm。以前采用手工布砂輪拋光，工件易產(chǎn)生退火現(xiàn)象，且脫碳層不易完全磨掉，造成刀片在使用中“卷刃” 。后來(lái)采用砂帶磨削，不但消除了退火現(xiàn)象，完全磨除脫碳層，而且生產(chǎn)率也由以前的 8 小時(shí) 100 件提高到 6 小時(shí) 1440 件。在高速磨削方面，美國(guó)研制成功了 100m∕s 高速砂帶磨床。隨著砂帶制造工藝的改善，機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度的提高，機(jī)床功率的增加使砂帶磨床的金屬切除率逐步提高。近年來(lái)砂帶磨削與特種加工（超聲、電解）的復(fù)合發(fā)展迅速。超聲砂帶磨削使將超聲振動(dòng)疊加到拋磨接觸的砂帶部位，使砂帶在拋磨的同時(shí)以超聲頻率振動(dòng)，起到拋磨強(qiáng)化作用和磨粒更新作用，并在表面形成微觀網(wǎng)紋。電解砂帶磨削是將電解加工的電化學(xué)作用與砂帶磨削的機(jī)械作用相結(jié)合，以去除脆性、硬性、韌性的難加工材料的環(huán)保新型的復(fù)合加工方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不銹鋼、鈦合金等難加工材料的大余量精密拋磨加工，效率高，加工精度好，表面粗糙度低，砂帶磨損少，使用壽命長(zhǎng)，加工成本低。隨著砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展，它與現(xiàn)代加工技術(shù)的結(jié)合自然越來(lái)越緊密。模具與工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用 CNC 控制，達(dá)到完全自動(dòng)控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給速度，以取得最佳磨削參數(shù)，使對(duì)異型面、難加工材料的磨削以及表面光飾作用達(dá)到最佳效果。國(guó)外數(shù)控砂帶磨床已成熟用于生產(chǎn)，如美國(guó)清理鑄件毛邊的數(shù)控砂帶磨床，能方便的改變程序，因此特別適用于批量不大的鑄件加工。為了提高加工效率，近年來(lái)對(duì)砂帶磨削的自動(dòng)化研究非常深入。目前開(kāi)發(fā)出的工件上料工位→加工工位→卸料工位的連續(xù)傳送機(jī)構(gòu)，可以方便的編入自動(dòng)線，提高效率。開(kāi)發(fā)多磨頭、多工位、回轉(zhuǎn)塔式或運(yùn)輸帶式砂帶磨床是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的手段，多磨頭、多工位磨削可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾，一次完成粗、精、拋等工序，減少定位誤差。這種加工方法自動(dòng)化程度高，加工輔助時(shí)間少，效率高。美國(guó)發(fā)明的自動(dòng)化平面砂帶磨床話裝有自動(dòng)測(cè)量工件厚度及表面粗糙度的傳感器，可極好的保證工件的加工精度和表面質(zhì)量。德國(guó) METABO WERKE 公司生產(chǎn)的砂帶磨削足以由兩個(gè)或多個(gè)砂帶磨削部件和工業(yè)機(jī)器人部件組合而成，根據(jù)加工表面形狀不同要求，磨削部件上配置不同形狀和直徑的接觸輪或砂帶，能夠自動(dòng)更換砂帶，并從零件庫(kù)中自動(dòng)取出零件并放到固定位置，從而極大的提高了加工效率。美國(guó)還把砂帶磨削應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)的本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3FMS 生產(chǎn)線上，自動(dòng)化程度已達(dá)到相當(dāng)高的水平。今后砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展方向可概括為三高：高切除率、高加工精度、高自動(dòng)化。1.1.3 外圓精密砂帶磨削頭架的研究現(xiàn)狀：砂帶磨削技術(shù)在加工軸頸外圓的應(yīng)用已有一定的發(fā)展，英國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)在應(yīng)用砂帶磨削技術(shù)磨削軸頸外圓都走在前列。美國(guó)是世界上最早研制砂帶磨床的國(guó)家，第一臺(tái)砂帶磨床用于加工木材，隨后，廣泛用于加工金屬，砂帶磨床遍布于美國(guó)一切行業(yè)。德國(guó)的以布勞施韋格大學(xué)的帕茨教授為首的研究人員，從 50 年代開(kāi)始至今一直致力于研究砂帶磨削，因此德國(guó)的基礎(chǔ)很扎實(shí)，各類(lèi)型的砂帶磨床都生產(chǎn)。英國(guó)除生產(chǎn)平面、內(nèi)圓和萬(wàn)能砂帶磨床外，著重發(fā)展運(yùn)輸帶式砂帶磨床、外圓砂帶磨床以及渦輪葉片砂帶磨床，布魯克（brook）廠生產(chǎn)的外圓砂帶砂帶，在加工精度和加工效率方面都達(dá)到很高的水平。蘇聯(lián)早期曾生產(chǎn)立式、臥式兩用砂帶磨床，現(xiàn)有的外圓砂帶磨床也是應(yīng)用極為廣泛。國(guó)內(nèi)僅有幾家研究機(jī)構(gòu)和高校，比如三磨海達(dá)磨床有限公司生產(chǎn)的 51 系列外圓砂帶磨床等。1.2 研究?jī)?nèi)容：研究?jī)?nèi)容： 1) 分開(kāi)式磨削頭架的加工工藝，進(jìn)行開(kāi)式磨削頭架的功能分析；結(jié)合實(shí)際問(wèn)題研究，對(duì)開(kāi)式磨削頭架進(jìn)行方案設(shè)計(jì)；?2結(jié)合實(shí)際問(wèn)題研究，對(duì)開(kāi)式磨削頭架進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)；3結(jié)合實(shí)際問(wèn)題研究，對(duì)開(kāi)式磨削頭架進(jìn)行測(cè)試優(yōu)化；4本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 52 總體方案的分析與設(shè)計(jì)砂帶磨削是一項(xiàng)高效、經(jīng)濟(jì)、安全和用途極廣泛的新工藝，其磨削性能在許多方面都明顯優(yōu)于砂帶磨削，并有“萬(wàn)能磨削”之稱(chēng)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，砂帶磨削應(yīng)用已十分普遍，從日用餐具到宇航器具，從金屬（包括難磨金屬和合金材料）非金屬材料，無(wú)不競(jìng)相采用砂帶磨削工藝。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料介紹，砂帶磨削的生產(chǎn)率比銑削高十倍，比砂輪磨削高 4—10 倍，用砂帶磨削進(jìn)行加工，已成為許多行業(yè)獲得高額經(jīng)濟(jì)效益的一種重要手段。因此，而今砂帶和砂輪的消耗量幾乎達(dá)1：1，但其磨除量已超過(guò)砂輪，占整個(gè)磨材總需求量的 60%，砂帶磨床總臺(tái)數(shù)接近砂輪磨床。砂帶磨床的技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展到與砂輪磨床相當(dāng)?shù)乃剑⒊蔀閲?guó)際名牌機(jī)床公司競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。2. 1 砂帶磨削的金屬切除率比車(chē)削、銑削和砂輪磨削大的多：我們都知道車(chē)削和銑削切下的切屑為帶狀切屑，而砂帶工作時(shí)的情形與車(chē)削和銑削很相似，每顆磨粒都相當(dāng)于一把車(chē)（銑）刀。從砂帶磨削下的磨屑來(lái)看，也是帶狀的，但砂帶上的磨粒比車(chē)（銑）刀的刀刃數(shù)多得多。以粒度 50 的砂帶為例，寬為 100 長(zhǎng)為 1240 的砂帶，其表面總共有 50 萬(wàn)顆磨?？梢詤⒓忧邢鳎疵糠昼娍梢郧邢魅齼|塊微細(xì)切屑的能力，顯然它比車(chē)（銑）刀切除金屬要多得多。2. 2 砂帶磨削與砂輪磨削在機(jī)械加工中的比較：2. 2. 1 加工機(jī)理：砂帶磨削和砂輪磨削一樣，都是多刀切削工具，其切削功能是通過(guò)黏在基體上的磨粒來(lái)完成的。根據(jù)砂輪和砂帶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，砂輪磨削工作時(shí)，由于磨粒在砂輪表面的分布是隨機(jī)的，高低不平，形狀各異，有的磨粒能切下金屬切屑，有的則不能切下切屑，砂帶磨削工件時(shí)，由于磨粒是單層涂附在砂帶基體上，顆粒均勻，刀刃的等高性好，且定向排列，幾乎所有磨粒都能參加切削，所以切削性能好。2. 2. 2 磨削特點(diǎn)的比較：1). 砂帶磨削的生產(chǎn)效率高：由于砂帶固有的特點(diǎn)，在砂帶與工件接觸區(qū)可同時(shí)投入更多且鋒利的磨粒來(lái)進(jìn)行切削，故砂帶磨削的金屬切除率要遠(yuǎn)高于砂輪磨削（生產(chǎn)效率約為普通砂輪磨削的 5~10 倍以上。在需要的情況下，還可采用多個(gè)磨頭進(jìn)行磨削，同時(shí)進(jìn)行粗磨、精磨、高精度磨削及拋光，一次就可以完成整個(gè)加工過(guò)程，痛砂輪磨削相比，其加工時(shí)間可縮短幾十到幾百倍，大大提高了生產(chǎn)率。因此就其原理和應(yīng)用的廣泛性而言，砂帶是涂附磨具中磨削效率最高的磨本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6具。2). 砂帶磨削的機(jī)床利用率高：機(jī)床主電機(jī)的功率 N 主包括以下三部分：N 主 ＝Ｎ 切 ＋Ｎ 空 ＋Ｎ 附其中：Ｎ 切 —用于切削的有效功率Ｎ 空 —消耗于傳動(dòng)中各種摩擦損失的空載功率Ｎ 附 —由切屑在時(shí)所增加的機(jī)械摩擦消耗的功率Ｎ 附 一般用機(jī)床效率的形式表示，早在 60 年代就有報(bào)道，砂帶磨床的效率高于其他機(jī)床。近幾年來(lái)，砂帶磨床的利用率還在不斷提高，據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，在同一臺(tái)平面磨床上，在金屬切除率相等時(shí)，砂帶磨床所消耗的功率比砂輪磨床?。潮?，砂帶磨床功率利用率已高達(dá) 96%。3. 砂帶磨削的成本低：隨著科技的發(fā)展，砂帶制造的技術(shù)也越來(lái)越高，砂帶的使用壽命現(xiàn)已提高到 812 小時(shí)，且價(jià)格越來(lái)越便宜。砂帶磨削所需的機(jī)床為普通機(jī)床即可，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。由于砂帶磨削生產(chǎn)率高，加工時(shí)間短，用同樣的成本購(gòu)置砂輪和砂帶時(shí)，則砂帶能加工更多的工件。4. 砂帶磨削為“冷態(tài)” 磨削和彈性磨削：無(wú)論是砂輪還是砂帶，在磨削時(shí)都會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致磨削表面溫度升高，其溫度是隨著磨削深度飛升高而呈上升趨勢(shì)。由于砂帶的特殊結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的磨削熱少，磨粒之間分布空隙大及磨粒在空間接觸時(shí)間長(zhǎng)，易于磨削熱散發(fā)，故砂帶磨削溫度的的變化比較平緩，對(duì)工件表面的磨削燒傷降低。而砂帶磨削隨磨削深度的增加或磨削時(shí)間的延長(zhǎng)其溫度明顯升高。相對(duì)砂輪而言，砂帶的柔軟性非常好，磨削時(shí)穩(wěn)定，加上具有彈性的橡膠接觸輪，故對(duì)振動(dòng)相應(yīng)不敏感，易實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性磨削。2. 3 開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削機(jī)磨削的基本原理：開(kāi)式砂帶研磨是外圓精密砂帶磨削的一種，外圓精密砂帶磨削以砂帶、研磨帶或纖維拋光輪等為磨具，采用典型外圓磨削技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工件工件表面磨削拋光，曲軸等偏心類(lèi)零件則采用仿型或數(shù)控跟蹤磨削，多頭布置可實(shí)現(xiàn)多工位同步操作。外圓精密砂帶磨削適用于加工各種軸類(lèi)零件外圓、錐面、回轉(zhuǎn)曲面磨削拋光；齒輪軸、傳動(dòng)軸、軋輥、紡機(jī)滾桶、大型軸件；曲軸、偏心軸、凸輪軸、汽車(chē)半軸、法蘭盤(pán)；標(biāo)準(zhǔn)磨頭還可裝于各種型號(hào)車(chē)床上使用。本設(shè)計(jì)用于磨削軸頸外圓表面，研磨時(shí)，工件作高速旋轉(zhuǎn)，研磨帶作往復(fù)擺動(dòng)，從而達(dá)到研磨的目的。開(kāi)式砂帶研磨機(jī)主要是用與對(duì)軸類(lèi)工件的精加工和超精加工，而其切削機(jī)理與普通砂帶磨床機(jī)理相似，開(kāi)式砂帶研磨機(jī)的磨削也是以砂帶作為磨具并輔之以接觸輪(或壓磨板)、張緊輪、驅(qū)動(dòng)輪等磨頭主體以及張緊快換機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)、防(吸)塵裝置等功能部件共同完成對(duì)工件的加工過(guò)程。具體講，開(kāi)式砂帶磨削就本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7是用成卷的砂帶由電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)卷帶輪作極緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)砂帶作緩慢的移動(dòng)，砂帶由接觸輪壓向工件，工件作高速回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的磨削加工。由于砂帶緩慢的移動(dòng)，磨粒不斷投入磨削，磨削效果一致性好。如下圖所示。卷 帶 輪砂 帶 輪砂 帶 接 觸 輪工 件圖 1-1普通砂帶磨削有接觸輪式、壓磨板式和自由式等幾種基本形式，由于開(kāi)式砂帶研磨機(jī)屬于表面超精密加工機(jī)床，因此多采用接觸輪式的磨削方式。在砂帶磨粒與工件表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，砂帶磨粒于工件表面之間產(chǎn)生一定的干涉，按照干涉的程度，可以區(qū)分為擠壓、滑擦、耕犁和切削四個(gè)不同的過(guò)程：①“擠壓”——最初磨粒擠入工件，由于切入深度小于磨粒刃尖圓弧半徑，形成很大的負(fù)前角，工件表面僅發(fā)生彈性變形；②“滑擦”——隨著切入深度增加，磨粒對(duì)工件表面的壓力逐漸增大，工件表面起“滑擦”作用。此時(shí)磨粒在工件上的滑擦，實(shí)際上產(chǎn)生了切除材料的彈性和塑性變形；③“耕犁”——隨著機(jī)床進(jìn)給、切削厚度的增加，干涉增大，磨粒在工件表面上犁出刻線，稱(chēng)為“耕犁” 。此時(shí)工件材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)，材料產(chǎn)生一個(gè)擠壓式的運(yùn)動(dòng)而從磨下方向前害人兩側(cè)擠出，同時(shí)切除少量材料；④“切削”——在一定壓力的作用下，當(dāng)有足夠的干涉并伴隨一定的切削溫度時(shí)，開(kāi)始真正的“切削” ，此時(shí)在滑動(dòng)磨粒的前方產(chǎn)生斷裂而形成切屑。在磨削過(guò)程中，砂帶上的眾多磨粒在與工件接觸的瞬間，一部分磨粒進(jìn)行切削，另一部分犁出溝槽，還有一些只起滑擦作用。即使同一顆磨粒的不同部位以及同一部位在不同的加工時(shí)間里所起的作用也不相同。2.4 外圓砂帶磨削：對(duì)于外圓加工，砂帶磨削明顯比砂輪磨削具有優(yōu)勢(shì)，與砂輪磨削相比，外圓砂帶磨削不僅可以磨外圓、圓錐面、球面及其他回轉(zhuǎn)曲面等，還可以有效的磨削長(zhǎng)徑比很大的細(xì)長(zhǎng)件（如成卷線材最小直徑可至 Ф1.5mm） ，直徑很大的罐體、管件（如石油、天然氣管道）等。而這些恰恰是砂輪磨削難以解決的問(wèn)題。本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8外圓砂帶磨削基本上可分為定心磨削和無(wú)心磨削兩種，定心磨削一方面可在普通車(chē)床、砂輪磨床或銑床等現(xiàn)有設(shè)備上裝置砂帶磨頭進(jìn)行，另一方面是在各種外圓砂帶磨床進(jìn)行。無(wú)心磨削則必須采用專(zhuān)門(mén)的無(wú)心外圓砂帶磨床進(jìn)行。外圓砂帶磨削的形式及特點(diǎn)可參見(jiàn)下表此外，外圓砂帶磨床還有單磨頭和多磨頭之分。單磨頭是指一臺(tái)磨床只有一個(gè)砂帶磨頭的機(jī)構(gòu)，多磨頭則是單磨頭磨床的發(fā)展形式，即一臺(tái)磨床上有多個(gè)砂帶磨頭，最多的現(xiàn)已達(dá) 16 個(gè)。多磨頭砂帶磨床能使工件在一次裝夾過(guò)程中完成粗磨、半精磨和精磨或拋光等多道工序。工件裝夾次數(shù)少，加工精度穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，因而是砂帶磨床的一個(gè)發(fā)展方向。2. 5 本課題最終選擇方案：通過(guò)以上的分析后，對(duì)開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架的設(shè)計(jì)，我們選擇以下方案來(lái)：1） 采用砂帶磨削工藝；2） 運(yùn)用接觸輪式砂帶磨削，工件高速旋轉(zhuǎn)，研磨帶作軸向往復(fù)擺動(dòng)；3） 接觸輪采用軸向磨削方式；本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 93 開(kāi)式砂帶振動(dòng)磨削頭架組件設(shè)計(jì)砂帶磨削技術(shù)優(yōu)越性的發(fā)揮，很大程度上要依賴磨床本身，因而磨床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵工作，而早磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，頭架又是最為關(guān)鍵的；它的結(jié)構(gòu)方案、參數(shù)選擇及主要零件的制造精度、剛性等指標(biāo)，將對(duì)工件表面質(zhì)量、加工精度有很大的影響。3. 1 磨削頭架結(jié)構(gòu)的尺寸及幾何關(guān)系：3. 1. 1 磨削頭架電機(jī)的選用及砂帶磨削驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算：砂帶磨削驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算：砂帶磨削所需功率是一個(gè)很重要的參數(shù)。如果電機(jī)功率過(guò)大，勢(shì)必造成電能浪費(fèi)，而且體積、重量加大，不利于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。反之若選得過(guò)小，則又達(dá)不到預(yù)期的磨削效果。因此，針對(duì)具體的加工條件，對(duì)所需驅(qū)動(dòng)功率做出比較準(zhǔn)確的估算是十分必要的。磨削功率：（KW）10VFNste?式中 —切向磨削力（N）t—砂帶磨削線速度（m/s ）s恒壓力磨削中，法向磨削力 通常是已知的，而切向力 取決于 ，但是Fn Ftn隨著砂帶變鈍，兩者的關(guān)系也隨著變化。在整個(gè)壽命期內(nèi)， 與 的曲線關(guān)系如下圖所示： 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10磨削時(shí)間摩擦系數(shù)圖 1-2值得注意的是新砂帶開(kāi)始磨削時(shí)，切向力約等于法向力，但這段時(shí)間極為短暫，F(xiàn)t 值很快減至大約 Fn 值的一半；另一個(gè)極端情況是砂帶耗盡時(shí)，F(xiàn)t 值大致等于 Fn 乘以砂帶與工件間摩擦系數(shù)，即 Ft= Fn?該所示的關(guān)系曲線代表了一般恒力磨削中 隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，不同的ntF加工對(duì)象，這種關(guān)系有所不同，因?yàn)槟Σ料禂?shù)隨工件材質(zhì)不同而變化。但從普通情況來(lái)看，這條曲線對(duì)恒力磨削是比較有代表性的，因而可以用它作為估算功率的依據(jù)，設(shè) ntFR?則磨削功率為snNeV式中， 、 符號(hào)意義同上， 為砂帶切向磨削力與法向磨削力之比值 。nFsVN ntF砂帶在進(jìn)行有效磨削的絕大部分時(shí)間內(nèi) =0.33~0.65，本課題研究的機(jī)床加NR工對(duì)象為軸頸外圓，取較小 值，取 =0.43，屬于輕載精加工，取砂帶線速度NR=25~35m/s。sV根據(jù)式，磨削功率為=0.43×50×35=0.75kWsnNeVF?根據(jù)強(qiáng)力砂帶磨削的磨削機(jī)理與加工特點(diǎn)，選擇同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min，又電動(dòng)機(jī)的額定功率為 0.75kW，查手冊(cè)選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 Y802-4，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min。本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 113. 1. 2 驅(qū)動(dòng)輪直徑（D1）的確定：驅(qū)動(dòng)輪直徑（D1）可由下式計(jì)算，即：snVD?1061??式中 ——砂帶速度（m/s）, 按下列原則選擇：重載大功率加工sVs=12.5~20m/s; 中等載荷加工 =20~25m/s;輕載荷加工 =25~35m/s。在本設(shè)計(jì)s sVsV中取 =30m/s。 為驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速， =1390m/s.sNN所以：= =41.24mmSsnD?106??13906?根據(jù)機(jī)床裝配和傳動(dòng)要求，我們選取 =45mm.13. 2 頭架主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)：3. 2. 1 接觸輪的參數(shù)設(shè)計(jì)：接觸輪在砂帶磨削中的作用表現(xiàn)在：支撐砂帶；抵抗施加于砂帶上的接觸壓力；有時(shí)接觸輪還用作驅(qū)動(dòng)輪，把必須的向前的運(yùn)動(dòng)力或圓周力傳至砂帶。它的運(yùn)動(dòng)精度會(huì)通過(guò)砂帶復(fù)映到工件之上，并影響加工平穩(wěn)性及表面質(zhì)量等；其輪緣與砂帶背面必須有足夠的摩擦力以傳遞磨削所需的功率。所以接觸輪是砂帶磨削裝置中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件。（1）接觸輪直徑的確定及其寬度：接觸輪的直徑對(duì)材料的切除率有影響，直徑越小，砂帶與工件接觸面積越小，單位面積上壓力增大，切削作用增強(qiáng)，磨粒能更好的切入材料，但是接觸輪的直徑過(guò)小，砂帶的彎曲應(yīng)力增大，同時(shí)粘結(jié)的磨粒也會(huì)由于過(guò)度撓曲而易脫落，影響砂帶壽命，故接觸輪直徑的減小也要受到一定的限制。由于本設(shè)計(jì)是磨削一定直徑的軸頸外圓，加工范圍≤100mm；根據(jù)整個(gè)工藝結(jié)構(gòu)尺寸、砂帶規(guī)格、磨頭允許占用空間及主軸轉(zhuǎn)速確定接觸輪直徑 D=80mm。接觸輪寬度就等于砂帶寬度，所以 B=25.4mm。（2）接觸輪的結(jié)構(gòu)形式、材料及其硬度：接觸輪的結(jié)構(gòu)形式大致可以分為氣胎式、自由對(duì)中式和實(shí)體式三種，本設(shè)計(jì)采用實(shí)體式，它是目前使用最廣泛、最主要的一種接觸輪。它或由鋼、鋁、鑄鐵、尼龍等材料直接制成，或是由以鋼、鋁等金屬材料為輪芯，外包橡膠等彈性材料本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12制成，實(shí)體式接觸輪的軟硬程度變化范圍很大，能適應(yīng)多種磨削的需要，既能用于精密磨削、拋光，又能用于重載強(qiáng)力磨削。本設(shè)計(jì)采用的實(shí)體式接觸芯的金屬材料采用 HT200，外包彈性材料采用丁晴橡膠。接觸輪硬度是影響砂帶磨削特性的重要參數(shù)，它對(duì)加工的表面粗糙度，材料切除率及尺寸精度都有很大的影響。在其他條件相同時(shí)，硬度越大，有效切削深度越大，因而切除率也越高，而且磨削精度也越高，但加工表面粗糙度卻相應(yīng)的增大。為了獲得教理想的綜合加工效果，接觸輪硬度與直徑之間有一定的搭配關(guān)系，見(jiàn)下表 直徑(mm) ＜150 ＜200 ＜300硬度(Hs) 65 75 85表 1-1 接觸輪直徑與硬度的搭配選擇所以有接觸輪直徑 D=80mm,選取其硬度（Hs）為 65 。（3）接觸輪外表的凸緣高度（ ）：1?嚴(yán)格的說(shuō)，接觸輪的外圓素線應(yīng)是一條直線，但為使砂帶在沿其寬度方向作恒進(jìn)給時(shí)便于導(dǎo)入，其兩端略有坡度。只有在成型磨削或其他特殊情況（如無(wú)其他的防止砂帶跑偏裝置）時(shí)，才將其設(shè)計(jì)成中凸弧形。中凸量越大，砂帶對(duì)中性越好，但過(guò)大會(huì)造成砂帶磨損和長(zhǎng)度方向受力不均，砂帶中部易于損壞，故中凸量應(yīng)在滿足砂帶不跑偏或成型磨削所要求弧形參數(shù)的條件下盡量小，其中凸量可按下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即： = —式中 B 為接觸輪的寬度。1?2.0所以： = = =1.011?B2.04.5（4）接觸輪線速度與橡膠粘結(jié)強(qiáng)度的校核：一般而論，提高磨削速度能夠改善磨削性能， ，但磨削速度越高，相應(yīng)的接觸輪的線速度也增高，對(duì)于大多數(shù)包膠接觸輪來(lái)說(shuō)，速度過(guò)高將產(chǎn)生較大的動(dòng)應(yīng)力，使橡膠脫落。此外，線速度過(guò)高還會(huì)使接觸輪硬化。軟橡膠接觸輪（H s＜50）通常在超過(guò) 28m/s 時(shí)就會(huì)變硬而達(dá)不到預(yù)期效果。砂帶磨削的線速度一般在15～50 內(nèi)選擇，這在很大程度上是由于接觸輪膠層的脫落限制了線速度的進(jìn)一步提高，為了保證橡膠粘結(jié)強(qiáng)度，對(duì)接觸輪的線速度一般應(yīng)作校核，即：RssngV???本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13式中 g——重力加速度（ ）2/scm——橡膠比重（容重） （N/ ）R?——接觸輪線速度（即砂帶速度） （m/s）sV——橡膠與金屬粘結(jié)強(qiáng)度（N/ ）?2cN——安全系數(shù)，取 1.25~1.5查資料知橡膠比重為 18 N/ ，橡膠與金屬的粘結(jié)強(qiáng)度為 65 N/ 。2m2cm所以： = =48.5m/snsg??518.609?=30m/s＜48.5m/ssV故合適。3.2.2 張緊力與驅(qū)動(dòng)輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)：砂帶必須在一定的張緊力作用下才能工作，張緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的張緊力通過(guò)張緊輪使砂帶得以張緊，并在驅(qū)動(dòng)輪作用下使砂帶進(jìn)行磨削，張緊輪不但起張緊砂帶的作用，而且還起導(dǎo)向作用，使砂帶不致偏離接觸輪。張緊輪直徑越大，導(dǎo)向控制越靈敏。一般情況下建議直徑大于 。張緊輪過(guò)小會(huì)引起砂帶彎曲過(guò)分m125?或振動(dòng)，也會(huì)使其轉(zhuǎn)速過(guò)高帶來(lái)其他不利影響。為使砂帶定心，張緊輪和驅(qū)動(dòng)輪外圓要求做成中凸弧形，中凸高度（ ）不2?能過(guò)大，否則會(huì)引起砂帶震動(dòng)及受力不均并使砂帶中部損傷。中凸高度值應(yīng)根據(jù)操作情況而定，實(shí)踐中常由砂帶寬度決定，也可按公式計(jì)算，即： =（0.25~0.30）2?'B式中， 為驅(qū)動(dòng)輪寬度，即 =B+25mm，B 為砂帶寬度。所以：'B'=（0.25~0.30） =（0.25~0.30） =1.77~2.132?' 254.?sV而根據(jù)中凸值選擇標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)下表） ，張緊輪、驅(qū)動(dòng)輪輪緣中凸值 選擇為 1。?B ＞40～60 ≥60～100 ≥100～150 ≥150～250 ≥250～4001 1.25 1.5 2 2.5表 1-2 張緊輪、驅(qū)動(dòng)輪輪緣中凸值 的選擇?張緊輪寬度 比砂帶寬 25mm 其目的在于啟動(dòng)時(shí)砂帶可能稍有橫向移動(dòng)而不'B2?本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14會(huì)磨壞其他磨頭附件。另外，張緊輪和驅(qū)動(dòng)輪的輪緣中凸高度值，也可根據(jù)輪徑來(lái)選擇，具體見(jiàn)下表，從表中可知，隨著輪徑的增大，凸弧高呈減小趨勢(shì)。表 1-3輪子直徑 100 125 150 175 200 225 250 275中凸高度 3 2.5 2 1.5 1.3 1 0.9 0.9根據(jù)張緊輪、驅(qū)動(dòng)輪直徑選擇中凸值3.2.3 砂帶張緊力的設(shè)計(jì)計(jì)算：砂帶的張緊程度對(duì)砂帶磨削過(guò)程有重要的作用，這表現(xiàn)在張緊力大小對(duì)加工效率和加工質(zhì)量及砂帶使用壽命等方面的直接影響。在砂帶強(qiáng)度允許情況下，材料切除率隨張緊力的增大而增加，故選擇張緊力應(yīng)在保證接觸輪不失彈性的條件下，張緊力越大越好。張緊力值的選擇范圍常在 7~80N/cm（砂帶寬）之間，其理論計(jì)算見(jiàn)下。如上所述，張緊力的選擇應(yīng)考慮接觸輪的軟硬程度，軟接觸輪通常采用較低砂帶速度以使砂帶獲得良好的柔性，及在成形磨削或精磨、拋光加工中獲得較好的效果，故宜選擇較小的張緊力，但應(yīng)以保證砂帶不走偏為前提。采用硬接觸輪重磨時(shí)，宜選用較大的張緊力。若張緊不足，磨削時(shí)會(huì)引起砂帶在接觸區(qū)前后發(fā)生形變，造成砂帶折疊、打卷、起皺等，或產(chǎn)生反向柔曲引起粘結(jié)劑松弛、磨粒脫落或破損，但是張緊力過(guò)大也不好，它可能引起以下不良后果：（1）接觸輪變形，使磨削能力減弱，同時(shí)接觸輪彈性喪失，不能進(jìn)行有效磨削。對(duì)開(kāi)齒槽接觸輪會(huì)引起較大噪聲，接觸載荷加大，邊緣磨損加劇。（2）砂帶的延伸量加大，并有可能引起砂帶斷裂或砂帶壽命縮短。（3）接觸輪支承軸及軸承載荷加大?？傊?，選擇張緊力的要求是既能避免砂帶受力過(guò)大而被拉斷，又能保持在運(yùn)行中不跑偏、不打折，有高的切除率。砂帶的張緊通常是采用動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行的，因?yàn)樯皫чL(zhǎng)度的變化是隨磨削過(guò)程的一個(gè)動(dòng)態(tài)漸近增長(zhǎng)過(guò)程。在初始工作時(shí)，砂帶周長(zhǎng)較小，經(jīng)過(guò)一段工作時(shí)間后，磨削力和磨削熱會(huì)引起砂帶變長(zhǎng)，同時(shí)，砂帶的部分彈性喪失一會(huì)使長(zhǎng)度加大。所以必須對(duì)變長(zhǎng)后的砂帶進(jìn)一步張緊，才能保持所需的砂帶張緊力。1）砂帶張緊力的計(jì)算：按接觸輪的接觸應(yīng)力計(jì)算，砂帶張緊力的簡(jiǎn)單公式為：F=P*B式中 F——張緊力（ N） ；Ｐ——接觸輪接觸應(yīng)力，一般取Ｐ＝50~100N/25mm，重負(fù)荷用較硬接觸輪或剛性接觸輪時(shí)，P 取上限。本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15B——砂帶寬度（mm）所以張緊力：Ｐ＝50~100N/25mm*25.4mm=50~100N2）砂帶張緊力強(qiáng)度校核：砂帶張緊力在工作時(shí)受三種應(yīng)力，即拉應(yīng)力、離心力和彎曲應(yīng)力，則砂帶上所承受的最大拉應(yīng)力應(yīng)滿足： ][maxFBnF???式中， n——安全系數(shù)，取 1.25~2；B——砂帶寬度。查資料[F]為 30~50所以：B×[F]=762~1270NmaxF?][?故滿足要求。本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 164 磨削頭架功能部件的設(shè)計(jì)一個(gè)完整的砂帶磨削頭架，除具有基本的驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪和接觸功能件（如接觸輪、壓磨板等）外，還必須有許多與磨削戚戚相關(guān)的功能部件，這些功能部件的合理設(shè)計(jì)或選擇對(duì)砂帶磨床的工作性能亦有一定的影響。例如，砂帶張緊及快換操縱機(jī)構(gòu)影響加工輔助時(shí)間，從而影響總的效率；橫向振蕩（軸向竄動(dòng)）機(jī)構(gòu)影響砂帶磨損的均勻性，加工精度及表面粗糙度；防跑偏機(jī)構(gòu)影響砂帶壽命及安全性；除塵防塵裝置影響機(jī)器和工人操作環(huán)境；軸承的選擇影響零部件的工作性能及功率利用率等等。這些功能部件對(duì)于有效地實(shí)現(xiàn)砂帶磨削整個(gè)過(guò)程都是不可缺少的。4.1 砂帶張緊快換操縱機(jī)構(gòu)的選擇：砂帶的張緊主要是通過(guò)改變張緊輪與接觸輪間的中心距來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際應(yīng)用中有兩種張緊方法，一種周期性張緊；另一種是自動(dòng)張緊，周期性張緊是指砂帶因工作而拉伸松弛后，定期地對(duì)其進(jìn)行張緊調(diào)節(jié)，如用絲杠螺母機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，對(duì)于加工余量小的零件拋光可采用這種張緊方法，但總的應(yīng)用較少，砂帶磨削中更多的是自動(dòng)張緊法，有利用彈簧和配重自動(dòng)張緊。這種方法最為簡(jiǎn)單，它可通過(guò)彈簧的彈力，或配重物件的重力控制砂帶的張緊力，并保持砂帶始終張緊。自動(dòng)張緊機(jī)構(gòu)常用的有彈簧手柄式，絲桿滑塊式，偏心軸式和杠桿式等。比較高級(jí)的則采用液壓及氣動(dòng)裝置。一般來(lái)說(shuō)，砂帶在磨削時(shí)，從動(dòng)邊的應(yīng)力的應(yīng)力較小，故張緊輪應(yīng)布置在從動(dòng)邊上以使整條砂帶受力均勻，保證從動(dòng)邊的拉力恒定。常用的砂帶張緊機(jī)構(gòu)主要有：配重張緊裝置、彈簧手柄式砂帶張緊快換機(jī)構(gòu)、杠桿式砂帶張緊機(jī)構(gòu)、偏心軸套砂帶張緊機(jī)構(gòu)、絲桿滑枕式張緊機(jī)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)需要，選用彈簧手柄式砂帶張緊快換機(jī)構(gòu)的類(lèi)似機(jī)構(gòu)作為張緊組織，這種機(jī)構(gòu)及類(lèi)似機(jī)構(gòu)在砂帶磨床上使用較多，彈簧力使砂帶自動(dòng)張緊，此時(shí)操縱手柄的位置處于圖中的虛實(shí)線之間，當(dāng)砂帶需要更換時(shí)，只需將手柄按圖中箭頭方向所示扳動(dòng)，彈簧被壓縮，張緊輪回縮，此時(shí)便可更換砂帶。松開(kāi)手柄，彈簧自動(dòng)將砂帶張緊。4.2 砂帶調(diào)偏機(jī)構(gòu)及砂帶橫向振動(dòng)裝置：4.2.1 砂帶調(diào)偏機(jī)構(gòu)：砂帶的防偏裝置是砂帶磨頭不可缺少的一個(gè)部分，特別是寬砂帶的防偏就更為重要，這是由于砂帶兩邊的周長(zhǎng)存在誤差，運(yùn)動(dòng)中難免不跑偏。砂帶的調(diào)偏機(jī)構(gòu)大致可以劃分為兩種基本形式，即張緊輪（或?qū)ｉT(mén)由于調(diào)偏的支撐輪）軸線相對(duì)于砂帶在該輪上的包角 的中心對(duì)稱(chēng)平面內(nèi)兩個(gè)方向的擺動(dòng)方式，如下圖所示2?本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17的 x、y 兩個(gè)方向的擺動(dòng)。運(yùn)行中重要將張緊輪軸沿 x、y 兩個(gè)方向任何一個(gè)方向擺動(dòng)，就能夠調(diào)整砂帶的位置。圖 1-3有分別沿上述 x、y 兩個(gè)方向擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)砂帶調(diào)偏的典型示例，一種是沿Ｙ方向的擺動(dòng)調(diào)偏結(jié)構(gòu)，張緊輪軸兩端銑成方形，一端用銷(xiāo)子固定在支撐架上，并能在一定角度內(nèi)在 Y 平面上轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端端部銑成斜方，同時(shí)由支承架一側(cè)的叉口夾持，上下由調(diào)節(jié)螺絲調(diào)整。限位螺絲用于防止輪軸跳出支承架側(cè)面叉口。防松彈簧用以固定調(diào)節(jié)螺絲的位置。砂帶跑偏時(shí)，只需轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲，使輪軸擺動(dòng)即可控制砂帶的位置；另一種是沿Ｘ方向的擺動(dòng)調(diào)偏結(jié)構(gòu)，張緊輪的支承軸兩端都銑出扁平面，以便放入支架的長(zhǎng)槽中，螺釘將扁軸與支架活動(dòng)連接，使扁軸只能在水平面上繞螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)砂帶的調(diào)偏操作，調(diào)整后螺釘將扁軸從兩方固定鎖緊。這種沿 X 方向擺動(dòng)調(diào)偏的結(jié)構(gòu)，還可以是整個(gè)支承架連同張緊輪一起擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)偏，如寬砂帶機(jī)中的調(diào)偏機(jī)構(gòu)和下面將要介紹的砂帶橫向振動(dòng)機(jī)構(gòu)就是這種方式。在上述兩種調(diào)偏的基本形式中，沿 X 方向的調(diào)整方案比沿Ｙ方向的調(diào)偏效果，一般來(lái)說(shuō)要明顯些，而且包角越大，這種方式調(diào)偏效果越明顯，所以對(duì)寬砂帶來(lái)說(shuō)打多數(shù)都是采用這種調(diào)偏方式，而且結(jié)構(gòu)上也易于實(shí)現(xiàn)。4.2.2 砂帶橫向振動(dòng)裝置：本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18寬砂帶磨床中，磨頭上均有具有使砂帶沿其寬度方向自動(dòng)竄動(dòng)的裝置。橫向振動(dòng)的頻率和幅度取決于砂帶的寬度和加工要求。這可使砂帶兼有縱橫雙向切削作用，使加工表面形成網(wǎng)狀紋路，從而改善加工表面粗糙度，并充分利用砂帶有效面積，更重要的是它能使砂帶磨損均勻，以高加工精度，延長(zhǎng)砂帶壽命。砂帶橫向振動(dòng)實(shí)質(zhì)上是調(diào)偏的一