砂带机的设计 毕业设计论文.doc

1 砂带机的设计 摘要摘要: :砂带机是对工件进行降低表面粗糙度加工的一类机器。砂带机分为金属类砂带 机和木工类砂带机。木工砂带机也就是人称之为：带式木工砂光机。砂光机主要用 于人造板的基板砂削，砂光机是利用磨具对人造板类，木制品构件进行砂削加工的 设备。砂光机在人造板和家具行业中使用广泛，需求量大，品种较多，近年来发展 迅速。砂光机的特点是适应性强，能提高工作的尺寸精度，也能降低工件的表面粗 糙度，是木材加工的重要机床之一。 综合以上考虑之后，将本次设计内容定为单面双砂架上砂式宽带砂光机的设计， 输送带送料，辊式砂架粗磨，压磨式砂架精磨的组合。压磨式砂架由接触辊，压磨 器，张紧辊组成。 考虑到防止重心过高引起整机振动，设计中将主电机置于下方，并通过皮带传动 带动驱动辊旋转，使整机重心下降，并且机架底端开有地脚螺栓孔，使用前需固定 安装于地板上，有效增强整机的稳定性。 关键词：宽带；砂光机；压磨式砂架；压磨器；辊式砂架 the design of the sand fabrics 2 lixiaojian (machinery and transportation institute,southwest forestry university, kunming,yunnan 650224 china) digest:belt sander is one kind of the machine for reducing the surface roughness of the workpiece. belt sander divided into metal kind of belt sander and carpentry belt sander .carpentry sand is also what machine people called: belt woodworking sanding machine.belt sander is the equipment utilizing attrition tool for machining to every kind of board and woodwork component. the belt sander is widely applicated in the wood-based plate and furniture trade, the requirement is very large. the belt sander have lots of variety and develop fast in recent years. the sander have the characteristic of good adaptability, so it can improve the size precision of the work, take from the surface roughness of the work piece, becoming one of the important lathes of wood working. more comprehensive consideration,so the design content as single double sand on sand in broadband sanding machine design .it has two sand belt shelves which locate on the up part of the sander, feed with track, and have the two kinds of sand shelves. to avoid too big vibrating from the gravity if it was located high, and the electrical engineer drives the roller with leather belt. and the bottom of the anchor bolt holes open have, before the use should be installed on fixed on the floor. this design attaches a good stability. key words: wide belt; sander; press abrading grinding shelf ; pressing block; rolling grinding shelf 目录 1 目 录 第一章 绪论1 1.1 课题背景和研究意义1 1.2 砂光机的发展趋势2 1.3 国内外宽带砂光机的发展动态5 1.4 本课题的立题依据5 1.5 本课题研究的内容7 第二章 总体方案拟定8 2.1 设计的总体原则8 2.2 砂架的形式8 2.3 机架的设计12 2.4 升降系统12 2.5 吸尘系统12 2.6 清洁系统12 2.7 进给系统13 2.8 总体方案13 2.9 技术要求13 第三章 机床的结构及工作原理15 3.1 机床的总体结构15 3.1.1 机床的布局.15 3.1.2 机床的总体结构.16 3.2 机床的工作原理18 3.3 设计计算20 3.3.1 电机的选择20 3.3.2 带轮的选择.21 3.3.3 轴承的选择.22 3.3.4 气缸选择.23 3.3.5 砂光机的安全防护和润滑.23 第四章 主要的设计计算26 4.1 概述26 4.2 切削速度及接触辊直径的确定27 4.3 机床对比27 4.4 轴强度校核29 4.5 轴承的校核与计算34 4.6 电动机的校核计算36 第 5 章 本机的机构特点和技术经济指标37 5.1 本机的结构特点37 5.2 本机的技术经济指标.37 目录 2 结 论39 参考文献40 指导教师简介41 致 谢42 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 课题背景和研究意义 砂光机是利用磨具对各种板类，木制品构件进行砂削（或称磨削）加工的设备。 砂光机在人造板和家具行业中使用面广，需求量大，品种较多，近年来发展速度较 快。 砂光机的特点是适应性强，能提高工作的尺寸精度，也能提高工件的表面粗糙 度；能加工宽度较大的工件，也能加工窄的工件；能加工各种平面，也能加工各种 曲面；能用于大量生产，也能用于小批量生产。目前，国外的砂光机越来越多的代 替刨床加工。砂光不仅可以大大的减少刨刀造成的木材撕裂，结疤撕裂和表面损坏 现象，也可以减少坯料的尺寸 5-10%，而且克服了刨床不安全，噪声大等缺点。如 将其与铣床，车床等组合，可以连续完成成型和砂光加工。因此，砂光机成为木材 加工的重要机床之一。 砂光机的主要特点有： （1）具有“快削法”之称。由于粘满尖锐磨粒的磨具是一种多刀多刃的特殊切 削工具，砂粒均为精选的针状磨粒，其长宽比大于 1.5，粒度均布，磨粒等高性好， 可使全部磨粒同时参与磨削，对工件的砂削效率很高，带式磨削的效率可达铣削的 十倍左右。 （2）具有“冷态磨削”之称。由于现在的砂带，砂纸大都采用静电植砂工艺， 所以磨粒均直立于基底且锋刃向上，定向整齐排列，磨粒间容屑空间大，磨粒与工 件的接触面积小，磨削热产生少。尤其带式砂光机，磨粒散热时间间隔长。磨削后 的工件表面残余应力和表面硬化层的深度均大大低于砂轮磨削和辊式磨削，减少了 工件的变形和烧伤。 （3）具有“弹性磨削”之称。砂光机在砂削过程中与工件的接触大都为柔性接 触，有较好的跑合合抛光作用，且静电植砂后的磨粒具有较小的负前角和较大的后 角，即使对木纹较乱的木材表面进行加工也能得到好的表面粗糙度，不至于刨削和 铣削一样将木材纤维撕裂或刨铣压痕。 （4）辅助时间少。对于宽带式砂光机而言，工件在一次定位以后，可以多次方 便地更换砂带；对于多个砂光头组合而成 第一章 绪论 2 的宽带式砂光机，工件可以在一次送料中通过各个砂光头上不同粒度砂带的连续砂 削而得到精美的表面质量，提高了生产效率。 砂光机主要包括以下几大类： （1）窄带式砂光机：主要用于家具行业中砂光家具板件，成型板件等； （2）宽带式砂光机（砂带宽度大于 600mm）：主要用于人造板行业和家具行业 中定厚砂光如胶合板，刨花板，中密度纤维板，实木板，门窗框，家具板件等。或 精光单板乡办，贴面板，油漆面等； （3）盘式砂光机：主要用于木材厂和家具厂加工各种板件的平面和斜面； （4）辊式（包括轴式）砂光机：主要用于木材厂和家具厂砂光机各种板件（辊 式砂光机主要用于加工平面或曲面，辊式砂光机可以加工较小的平面，端面，斜面， 内曲面和外曲面）； （5）手提式砂光机：主要用于砂光或抛光板件的平面。 1.2 砂光机的发展趋势 （1）向高精度发展。为提高加工精度，各国都采取了许多措施：如提高接触辊 的制造精度和调整精度；提高输送带式工作台的平度；接触辊等回转件都经动平衡 矫正；采用厚度微调机构，加工厚度采用数字仪器经放大显示；有的砂光机已能加 工 0.4mm 厚的单板。 （2）向低粗糙度发展。砂带横向摆动方式趋于普遍应用。许多砂光机上采用了 电子控制砂带的横向摆动，气垫式压带器，电子控制分段式压带器，采用大直径的 硬度接触辊，附设精光辊等措施。 （3）向高加工能力发展。为了提高砂光效率，有的砂光机上采用大功率电机， 高砂削速度（达 40m/s），高进给速度（达 75m/min），为提高加工短工件和油漆面 的能力，许多砂光机上采用真空输送带式工作台，采用橡胶输送带，采用特制的进 料压管，压板，压靴式组合式进料装置，采用各种软质压带器等。加工工件最短为 100mm，最薄可至 2mm，厚度为 3mm 的一组工件也可同时加工。 （4）向高自动化程度发展。如工件自动定厚；实现定厚精砂自动转换，采 用电子程序控制压带器；砂带和输送带自动对中等，近年来又出现了微机控制的仿 型砂光机。 第一章 绪论 3 （5）向安全和无尘方向发展。在各种砂光机上普遍采用高效的集尘除尘装置， 改善工作环境卫生条件，保持工件表面的清洁。 随着中国改革开放带来的信息技术，中国的木工机械厂家也开始研制自己的砂 光机。国内最早的木工宽带砂光机研制厂家是牡丹江木工机械厂，从一九八三年起 参照日本菊川的技术生产出了 bsg 系列砂光机；然后青岛木工机械制造总公司从一 九八七年引进意大利 dmc 整套技术取得了成功，并逐步拓展成多规格和多功能的系 列化产品；其次苏州林机厂引进德国 bion 的技术生产出重型砂光机，主要用于人造 板生产线,随后其精细类宽带砂光机也应运而生。 就砂光机的生产起步来说，我国同国内外先进国家相比约落后四十多年；就技 术水平而言，由于起点较高，约落后十五年左右。 在中国，砂光机的市场还是很大的，但面对国际市场的冲击，还有价格低，功 能全的中国台湾木工砂光机的冲击，使得国内大陆砂光机的生产厂家变得较为严峻， 而且我国砂光机的研制厂家都在纷纷上马，使得砂光机市场竞争变得更加激烈。 随着木材工业的迅猛发展，砂光机已成为木材加工和家具行业广泛应用的设备， 砂光机的功能是：一、进行精确的几何尺寸加工。即对人造板和各种实木板材进行 定厚加工使厚度尺寸误差减小到最小限度。二、对木制品零部件的装饰表面进行修 整加工，以获得平整光洁的装饰面和最佳的装饰效果。前者一般采用定厚磨削的加 工方式，后者一般采用定量磨削的加工方式。 宽带砂光机的砂架结构有：一、接触辊式砂架（如图 1-1 a） ；二、砂光垫式砂 架（如图 1-1 b） ；三、组合式砂架（如图 1-1 c） ；四、压带式砂架（如图 1-1 d） ；五、横向砂架（如图 1-1 e） 。后两种的原理都是辊式和压磨式的改进型。辊 式砂架的砂带与工件之间是线接触，砂削力大，一定程度上代替了刨的功能，但砂 削质量粗糙，只适合板材二次加工中的定厚及粗砂；压磨式砂架的砂带与工件之间 是面接触，接触面大，砂削力小，适合于精砂加工。此两者的作用相辅相成。 第一章 绪论 4 （a a） （b b） （c c） 第一章 绪论 5 （d d） （e e） 图 1-1 砂架结构 1.3 国内外宽带砂光机的发展动态 宽带砂光机作为一种先进的技术手段，特别是其高生产率和完美的加工质量深 受用户的欢迎。七十年代后期，随着我国经济发展和对外开放政策的实施，国内许 多厂家通过各种渠道引进国外多种形式的砂光机。88 年之前引进了来自日本、意大 利、德国、美国、英国、荷兰、芬兰等七个国家 18 个厂商超过 200 台砂光机；89 年以后，随着三资企业的兴起，台湾、香港等地的砂光机纷纷进入大陆。这些砂光 机均能起到满意效果，对我国木材加工行业的进步起到推动作用。 而我国砂光机制造起步较晚，是在 85 年以后又六家工厂在引进制造技术，参考 样机基础上，试制成功多种型号的宽带砂光机，填补我国砂带磨削机械生产上的空 白。这些砂光机已被广泛应用于家具、木制品、胶合板、刨花板、中密度纤维板、 竹材人造板、贴面装饰材料等工厂的生产。 可见我国木材和人造板行业对砂光机的应用已达到相当规模。现在国产砂光机 与国外同类产品的差距已经不是很大，列如苏福马股份有限公司，青岛千川木业设 备有限公司等厂家，他们的产品已经达到了很高的水平。随近几年国内几家乡镇木 业机械企业的蓬勃发展，多我国木工机械行业的进步做出了一定贡献。 宽带砂光机作为一种技术要求较高，生产工艺复杂的木工机械在中国的发展还 须全体同仁共同努力，开创我国木工行业的新纪元。 1.4 本课题的立题依据 砂光机是现代木材加工生产中广泛应用的设备之一，用于各种人造板材、木制 品构件和木制零件的精加工，以提高其尺寸精度，表面平直度和光洁度，为木质零 件的油漆或板材的二次加工获得良好的基面。 砂光机的形式多种多样，近年来兴起的的一种新型带式砂光机宽带砂光机 已获得广泛应用。 宽带式砂光机的优点： （1）宽带砂光机的砂带宽度大于工件的宽度，一般砂带宽度为 630 第一章 绪论 6 2250mm，因此对板材的平面砂磨为线性接触面小，只需工件作进给运动即可，且允 许有较高的进给速度，故生产率高。 （2）宽带式砂光机的磨削量大，可达 0.5mm，大的磨削量，可以基本磨去胶纸 带，因而可以用来砂光有纸带胶的木板、胶合板或人造板。 (3)宽带砂光机的砂带比辊式砂光机的砂带要长得多，因此砂带易冷却，且砂 带上磨粒之间的空隙不易于被磨屑堵塞，故宽带砂光机的磨削用量可比辊式砂光机 大。 (4)宽带砂光机使用寿命长，可磨 5000 张木板以上。砂带的更换方式较简单， 方便，不需要高级技工指导，且更换砂带所需时间短省时。由于种种优点，在平面 磨削中，宽带砂光机几乎代替了其他结构形式的砂光机。 经过广泛的调查了解，本次设计综合考虑了产品性价比、应用范围、工艺性、 国内生产现状及个人能力，以下对立题过程进行简要的分析。 与窄带式砂光机相比宽带式砂光机的砂带宽度大于工件的宽度，且允许以较高 的速度进给，其生产率高于窄带式砂光机；此外，宽带砂光机的砂带比辊式砂光机 的砂带要长得多，因此砂带易于冷却，且砂带上磨粒之间的空隙不易被磨屑堵塞， 故宽带砂光机的磨削用量可比辊式砂光机大。所以在平面磨削中宽带砂光机几乎替 代了其它结构的砂光机。 综合了以上的考虑之后，我将本次设计的题目定为单面上砂式双砂架砂光机， 其形式为辊压组合式，皮带送料。这个砂光机的设计目标主要用于板式家具生产线 的定厚砂光和表面磨光。本机在设计过程中进行了充分的立题论证，从理论到实践 都符合设计的基本要求，因此客观依据充分，使整机在性能和经济性方面符合客观 要求。 第一章 绪论 7 1.5 本课题研究的内容 设计此单面上砂式双砂架砂光机，主要用于板式家具表面精磨光。单面双砂架 上砂式宽带砂光机，辊式砂架定厚，压磨式砂架精磨的组合形式，有效降低生产成 本，缩短生产周期，提高生产率。 主要技术参数： 最大加工宽度 1300mm 工件厚度范围 2.5110mm 加工精度 + 0.05mm 进料速度 630m/min 砂带尺寸（长 x 宽） 1330 x 3615mm 砂带线速度 20m/s 吸尘风速主电机功率 18.5kw 除尘装置风量 9800/h 压缩空气工作压力 0.6mpa 外形尺寸（长 x 宽 x 高） 2780x2380x2370 净重量 4500kg 第一章 绪论 8 第二章 总体方案拟定 9 第二章 总体方案拟定 2.1 设计的总体原则 （1）应考虑木材砂削工艺方面的各种因素，以适合于不同工件加工的工艺灵活 性，保证较高的加工精度和稳定的加工质量。 （2）操作方便舒适，易于维护、维修和调整。 （3）最大限度地降低振动、粉尘和噪声，提高机床的整体强度，保证其可靠性 和安全性。结构布局要合理，保证机床的使用寿命。 （4）降低成本，经济实惠性，耐用、电能、压缩空气的消耗适中。 （5）整个机床的几何精度、工作精度、制造与验收条件、安全防护等均应符合 国家规定的宽带砂光机的标准。 2.2 砂架的形式 根据砂削部分的结构不同，砂光机有三种基本形式的砂架： 辊式砂架（如图 2-1 所示） 、压磨式砂架（如图 2-2 所示）和组合式砂架（如图 2-3 所示） 。砂光机砂架的设计应保证刚度及抗震性能，砂架与机架结合应紧密，使 之与机架成一牢固整体。只有满足上述两个条件才能保证砂光机工作过程的稳定性 和较强的砂削力。 相应的，砂带磨削方式也有三种：接触辊式、压磨垫式和组合式。 接触辊磨削：从理论上讲，砂带与工件的接触是线接触，接触面小，分配到单 个磨料上的压力非常大，因此有利于去除大的加工余量，用于对对板材进行厚度方 向的几何尺寸的精确校准加工，以获得所需的均匀一致的板材厚度，是用于定厚磨 削工序。相应的砂光头上需安装粗粒度的砂带。 压磨垫式磨削：工作区面积较大，为平面磨削，参与磨削的磨料多单个磨料受到 的压力较小，有很多磨料同时参与工作，适用于磨削量小、需要增加光洁度的抛光 工序，用于去除粗砂砂痕，和砂光波痕，以获得手感细腻光滑的砂光表面。相应的 砂光头上需安装细粒度的砂带。 组合磨削：接触辊与压磨式垫的组合，兼有定厚和精砂的功能。定厚辊和压磨器 可以分别单独调整。当定厚是将接触辊调 第二章 总体方案拟定 10 整到工作位置，此时定厚辊作为过渡导向辊使用。这种砂削方式的灵活性好，常设 置在定厚磨削之后，抛光磨削之前，接触辊和压磨垫磨削量不同的比例根据具体情 况进行调整设置。 第二章 总体方案拟定 11 第二章 总体方案拟定 12 图 2-1 辊式砂架 图 2-2 压磨式砂架 图 2-3 组合式砂架 第二章 总体方案拟定 13 第二章 总体方案拟定 14 2.3 机架的设计 （1）对振动、噪声、刚度、可靠性等因素要着重考虑，如有的砂光机整个焊接 机架里面注满了水泥沙石，这种结构坚实，抗震的钢框架结构保证了定厚砂光的精 度。 （2）应考虑整个机床的吊装、运输、校平与固定的问题。 （3）机床应具有快速更换砂带的功能，清扫方便，便于维修人员进行日常维护 的基本要求。 （4）机架采用厚钢板焊接而成经济实用。 2.4 升降系统 一般砂光机的升降行程为 3150mm，为了保证不同厚度工件的砂光质量，砂光 辊和压磨器的升降采用电机带动丝杠升降和手轮旋转升降复合的形式。上机架由四 个升降支柱稳固支撑，升降支柱一侧设有升降扳手孔运用扳手即可人工控制上机架 的升降。在升降过程中的不同位置的平行度必须符合砂光机的几何精度标准。升降 系统设计有精密厚度显示器。保证工件的厚度公差在 0.05mm 之内。 2.5 吸尘系统 工件在磨削制造过程中要产生大量的粉尘，因此在砂光处要装有吸尘吹尘装置。 吸尘装置与集尘器的接口管径的大小视机床的磨削宽度和砂削功率的大小而定。 设计吸尘装置时要保证集尘器与吸尘装置接口处的真空度。吸尘管内的平均气流速 度及吸尘风量，要保证吸尘罩的设计以及接近砂带磨削区除尘点的配置能耗低而且 除尘效率高，还可以在吸尘管的中心管道处安装空气流量控制器，并加置控制器对 吸尘流量进行调节。 2.6 清洁系统 砂带在砂削工件过程中，会有一些木粉粘在砂带表面，如果不及时清除，砂粒间 的间隙将被堵塞，砂带将失去应有的磨削作用，砂带的发热将急剧升高不利于继续 砂削，若用一定的压缩空气喷射砂带，使砂带无论什么时候都保持清洁和锋利的砂 第二章 总体方案拟定 15 粒刃口，以保证砂带砂削量的可靠和长的使用寿命。另外，砂带的高速砂削必然会 产生大量的热量，这些压缩空气的不断吹动会使砂带快速冷却。 工件在砂削之前和砂削之后需要采用软质的毛刷辊清扫杂质和木屑，便于砂削的 正常进行和砂削质量的鉴定。 2.7 进给系统 在确定砂光机的驱动功率时，应考虑以下因素：工件的硬度、砂削量、进给速度、 砂削工件的最大宽度、接触辊直径等。 本机床采用输送带进给。前辊筒主要起驱动作用，电动机经蜗轮蜗杆减速器带动 前进辊，后进给辊从动。进给速度在 630m/min 之间进行无极调速。输送带下面的 工作台必须坚固可靠平整，输送带需要采用耐高温、抗拉强度大的材料，输送带必 须有张紧装置，按时添加润滑剂，转动灵活，以免除因振动带来的不良砂光效果。 2.8 总体方案 本机采用辊式砂架和压磨式砂架的组合式砂架，兼具定厚粗砂和精砂的功能。机 架大量采用厚钢板的焊接形式，有效降低整机质量，机床内部空间较大利于砂带的 冷却和工作粉尘的排出，使结构简单易于制造。升降系统采用手动与电控配合方式， 移动快速精准，电控装置在工作过程中提供动态反馈对产品的质量进行自动控制， 降低工人的工作强度。在机床的顶部开有三个吸尘孔，用于将砂光过程中产生的粉 尘吸出机床内部，改善工作环境。工件在砂削之前和砂削之后需要采用软质的毛刷 辊清扫杂质和木屑，便于砂削的正常进行和砂削质量的鉴定。采用输送带进给，工 件平放于皮带上面，皮带带动工件向前移动到与砂带接触砂削开始进行。 2.9 技术要求 (1) 最大的加工宽度和砂带宽度 最大加工宽度为宽带式砂光机的主要参数。国家标准规定的主要参数为 630mm，800mm，1000mm，1250（1300）mm，1600mm 等 6 种规格。 砂带的宽度主要根据最大加工宽度确定。考虑到进板时的对中误差和歪斜造成 的误差，砂带的宽度应按最大加工宽度上加上 4060mm 来选取。 第二章 总体方案拟定 16 (2)砂削板厚度范围 一般用途的宽带式砂光机，最小加工厚度应不小于 3mm，最大加工厚度应不大于 120mm。通常砂削板材的厚度范围为 3200mm。 (3)砂带速度 提高砂带速度可以提高工件表面光洁度和砂光机的生产效率，但砂带的速度过 大，易使砂粒快速变钝和脱落，也易使砂带间隙堵塞，木材表面烧焦。砂削木质材 料时的砂带速度：辊式砂架应取 20m/s30m/s；压磨式砂架应取 15 m/s25 m/s； 组合式砂架应取 18 m/s25 m/s。柔光涂漆表面时的砂带速度：瓷漆表面 3 m/s7 m/s；聚酯漆表面 8 m/s10 m/s。 (4)进给速度 进给速度影响砂光的表面质量，生产率和动力消耗；进给速度大，砂削生产率 高但表面质量会下降，砂削功率增加。进给速度应与砂带速度，砂削量，工件的宽 度及其材料的硬度等相匹配。国产的用于砂削木质材料的砂光机的进给速度通常为 16m/min70 m/min；用于刨花板，中密度纤维板砂削的最大进给速度为 24 m/min36 m/min，国外最大可达 70 m/min。柔光涂漆表面的进给速度通常为 5 m/min10 m/min。 (5)砂削压力 增大砂削压力，可使砂削深度增加，砂削量增大；也使砂削表面质量下降，对 湿材的影响更为显著，砂削压力过大，易使砂削表面起毛，木纹浮起，砂带易被堵 塞或损坏。另一方面，随着砂带压力的增加，砂削温度急剧上升，使砂带软化伸长 从而降低砂削质量和效率。 (6)砂削功率 砂削力和砂削功率主要与被砂削材料，砂削深度，加工宽度，进料速度和砂带 速度等有关。所选用的主电机功率一般是按最大加工宽度，最大砂削深度和中等的 进料速度进行计算确定的，以保证砂削过程中不会过载而损坏主电机。 第三章 机床的结构及工作原理 17 第三章 机床的结构及工作原理 3.1 机床的总体结构 3.1.1 机床的布局 本机床在布局上采用上砂式双砂架布局，先粗后精，即按进料顺序首先进行粗砂， 相应的布局为辊式砂架;然后进行精砂，采用压磨式砂架。砂架位于工作台上方，为 了平衡整机的重心，主电机置于工作台的下方，采用皮带传动，粗砂时驱动辊为砂 光辊，精砂时为导向辊，传动原理如 3-1 图。 1 2 3 4 1. 辊式砂架 2.压磨式砂架 3.4.驱动电机 图 3-1 传动原理 如图 3.1 所示：此图为砂光机的工作部分结构简图，其中 1 为辊式砂架，砂光辊 兼作驱动辊，由电机 3 驱动；2 为压磨式砂架，由电机 4 驱动，驱动辊为两个导向 辊共同承担。既保证了导向辊转速的同步，又使轴上的转矩得到平衡，同时承担砂 削时的应力，降低了对轴的要求，增加了轴的安全系数。两电机因工作条件的不同 第三章 机床的结构及工作原理 18 所选用的电机型号也不同。 3.1.2 机床的总体结构 下面，我们把机床的外壳打开，来具体分析一下机床的总体结构和特点。让大家 更清楚地了解本机床的结构组成。 该机床主要由下机架，上机架，砂架，厚度调整装置，快速更换机构，除尘装置， 进给机构组成。首先机身的上部装有三个排气管，三个排气管共同连接到一个总排 气管中。排气管的作用是保证机床内外的气压平衡，并及时将加工过程中产生的粉 尘排出机床内部。整机分为两大部分，从进给皮带处划分，以上部分为上机身，以 下部分为下机身。上下机身由四个上下可调的支撑柱连接，可以人工调节上机架与 下机架的间隙。上机身正面设有砂带快速更换机构，可大大减少砂带的更换速度和 停机时检查内部情况。上机身的主要部件为两个砂架，即前面提到的辊式砂架和压 磨式砂架，辅助部分有升降装置、砂带纠偏装置、砂带防窜动装置及其行程控制开 关、各种气缸、安全防护装置等。另外还有包括各种控制手柄。在进料口处设有导 向辊，保证物料的正确进给方向，在物料进给过程中设有前、中、后三组压板，用 来固定被加工物料。整机的设计综合考虑了机床的性能，操作方便和安全性，工作 环境的舒适性，工作的可靠性等多重因素，以完成设计的预期目标。机床机构如图 3.2 所示。 第三章 机床的结构及工作原理 19 1 2 3 4 5 6 7 8 1.排气管 2.张紧辊 3. 上机架 4. 砂带快速更换机构 5.接触辊 6.可调支撑柱 7.工件 8.下机架 图 3-2 机床结构 第三章 机床的结构及工作原理 20 3.2 机床的工作原理 本机是在原有单一砂光形式砂光机的基础上，经过创造性设计改造成的一类新型 砂光机，它的特点是用双砂架取代原有的单砂架，使砂削周期明显变短，砂削力更 均匀，砂削质量更高。根据砂架的形式，分为由压辊直接压紧砂带进行砂削和由压 板压紧砂带进行砂削，前者使用辊式砂架主要进行定厚及粗砂光，后者使用压磨式 砂架主要进行精加工。 辊式砂架是由接触辊，张紧辊，支架等组成。砂带被张紧辊张紧后，接触辊将砂 带压紧在工件表面上进行砂光的。辊式砂架的砂带与工件之间是线接触，接触面积 小，砂带粒度粗，砂削力大，砂削量大，一定程度上代替了刨的功能，但砂削质量 粗糙，砂削表面残留划痕，只适合板材二次加工中的定厚及粗砂。 接触辊是用来砂光工件的砂带驱动器，张紧辊是用来张紧砂带的辊子。为了增 加个辊子的刚度及抗震性能，在接触辊内部设置了加强肋，接触辊外通常包一层橡 胶，以获得较大的摩擦力。接触辊表面开有螺旋沟槽，以起到散热和疏通砂带内表 面粉尘的作用。接触辊设计成上下可调，并装有显示辊子精准位置的装置，借以改 变砂削压力和砂削量，已达到不同的砂削工艺的需要。接触辊的结构如图 3-3 所示。 图 3-3 接触辊 一般驱动辊为压紧辊或导向辊，通过皮带由电机带动。本机中的两个砂架由不同 的电机带动，以满足不同的砂削质量及砂削功率的要求。为了使砂带始终保持足够 的张紧力，砂带绝大多数是采用气缸或气囊张紧，本机采用的是气缸张紧，张紧力 第三章 机床的结构及工作原理 21 大小通过调压阀调整，由压力表指示，通过压力开关控制，当砂带的张紧力低于调 整值时，其驱动电机不能启动。 压磨式砂架是由驱动辊，张紧辊，压板，支架等组成。砂带张紧后调整压板，压 板将砂带压紧在工件表面上进行砂光。压磨式砂架的砂带与工件的接触是面接触， 接触面积大，砂削力小，砂削量小，砂削质量光滑，适合于精砂光。压板是钢制长 条平板，其工作表面经过研磨达到光洁，外层包覆一层含有石墨的橡胶层，用以减 少摩擦和传导热量。压板被安装在可上下调整的垂直支架上，压板使砂带与工件成 较宽的平面接触，而且砂带的粒度号较小，所以参与砂削的砂粒多而细，单位压力 较低，以较小的磨削用量消除接触辊砂削时遗留的刮痕，达到表面光滑平整的精磨 目的。 此两者的作用相辅相成才能加工出高质量，高品质的木质产品，才能满足市场的 需要。机床的工作原理如图 3-4 所示。 1 进料方向 第三章 机床的结构及工作原理 22 2 3 4 1.排气管 2. 支撑柱 3.气缸 4.工件 图 3-4 机床工作原理 其工作方式为：被砂削的工件从机器左端进入平放在输送带上，输送皮带缠绕 在左主动进给辊和右从动张紧辊上，在进给电机带动下输送带带动工件向右缓慢移 动。调节所要加工的厚度值使砂光辊和压磨器到位。气缸负责对砂带进行张紧。工 件首先通过单面配置的辊式砂架，在高速电动机的带动下砂光辊高速转动，带动砂 带高速旋转砂带接触到工件缓慢砂削工件的一面，完成定厚粗砂，砂削量约占其总 量的 6070%。然后工件继续移动通过压磨式砂架，高速电动机带动两个张紧辊驱 动砂带高速旋转，砂带在压磨器的压紧下接触工件高速精砂工件。最后通过出料端 的一个刷辊，清除砂削表面残留的粉尘。粉尘和砂带在高压气流的吹动下粉尘被吹 到上部由排气管吸出，同时进行高速砂削后的砂带在高速气流的吹动下冷却，高温 气体也由上部排气管吸走。工件就完成从粗到精的砂光，工件的一面被加工完成。 砂带的旋转方向与工件的进给方向相反，砂下来的木粉经吸尘口被强力气流吸出进 行无尘化处理。进行另外一面时需将工件翻面，或是两个机床配合使用，使工件在 生产线上完成坯料进入到成品产出的高效率生产线。 3.3 设计计算 3.3.1 电机的选择 功率的确定方法有计算法、实验法和类比法，此处选用类比法初选。最后还须对 电机进行校核。 辊式砂架电机 所选型号为 y180m-4 技术参数：p =18.5kw =1470r/min 1 n 压磨式砂架电机所选型号为 y160m-4 技术参数：p =11kw =1460r/min 1 n 进给机构电机 所选型号为 y90l-4 技术参数：=1.5kw =1400r/min p 2 n 第三章 机床的结构及工作原理 23 3.3.2 带轮的选择 (1).工况系数：=1.2 a k (2).设计功率： 1.2 18.522.2 caa pk pkwkw 是工况系数，p是传递功率，初定 18.5kw，故=22.2kw。 a k ca p (3). 初选小带轮直径 1 200dmm 大带轮直径 d=250mm 通常带轮的节圆直径可看作为基准直径。 (4).带速：v= 1 1 60 1000 d n max vv20v 普通 v 带 =25-30，窄 v 带=35-40。一般 v 不低于 5m/s，为充分发挥 v max v max v 带传动能力，应使 v 带速约为 20m/s。v=15.39m/s (5).大带轮转速 =(1-)=(1-0.01) =1176r/min (3.2) 2 n 1 1 2 dn d 200 1470 250 (6).初定轴间距： 0.7（）2（） 12 dd 0 a 12 dd 所以=600mm 0 a (7).所需带长： =2+（）+=1407.54mm (3.3) 0d l 0 a/2 12 dd 2 21 0 () 4 dd a (8).基准带长： =2000mm 0d l (9).实际轴间距 a+=236.33mm，安装时需最小轴间距=a- 0 a 00 2 dd l l min a 0.015，张紧或补偿所需最大轴间距=a+0.03 0d l max a 0d l (10).小带轮包角：=175.57，如果较小，应增大 a 或用 1 180 21 dd a 57.3o 1 第三章 机床的结构及工作原理 24 张紧轮。 (11).单根 v 带传递的额定功率：=5.17kw。是 a=，载荷平稳时，特定基 1 p 1 p180o 准长度的单根 v 带的基本额定功率。 (12).传动比不为 1 时的额定功率增量：=0.32kw。 1 p (13).小带轮包角修正系数：=0.99k (14).带长修正系数：=0.98 l k (15).v 带的根数：z=5 (3.4) 11 () ca al p pp k k (16).v 带每米长的质量：m=0.17kg/m (17).单根 v 带的预紧力：n，m 是 v 带每米长的 2 0 2.5 500(1)256.63 ca p fmv kzv 质量。 (18).作用在轴上的力：=2564.47n (3.5) 0 2sin 2 frf z 3.3.3 轴承的选择 砂光辊的轴承： （1） 轴左端轴承处直径 40，所选轴承为带立式座顶丝外球面轴承，代号为 ucp208。 安装尺寸：d=50 b=160 （2） 轴右端直径 40，所选轴承为带立式座顶丝外球面轴承，代号为 ucp208。 安装尺寸 d=50 b=160 轴承校核：附加轴向力=n 1s f 2 2880 900 22 1.6 r f y =n (3.6) 2s f 2 1120 350 22 1.6 r f y 轴承轴向力 因+ =230+900=1130fs2 a f s1 f 轴承 2 被压紧，故： n a1s1 ff900 21 9002301130 asa fff 第三章 机床的结构及工作原理 25 x，y 值 e,查表得=1，=0 1 1 a r f f 900 0.31 2880 1 x 1 y e,查表得=0.4, =1.6 2 2 1130 1.01 1120 a r f f 2 x 2 y 冲击载荷系数=1.5 d f 当量动载荷 =n 1 p 1111 ()1.5 (1 28800 9004320 dra fx fy f ） =n 2 p 2222 ()1.5 (0.4 1120 1.6 11303384 dra fx fy f） 轴承寿命 因,只计算轴承 1 寿命 1 p 2 p =206807hh 10h l 3 1667063000 () 2504320 5 10 所以，所选轴承合格。 3.3.4 气缸选择 根据气动系统系统需要，所选的气缸型号为 esc-6380-s-lb。气缸在本机床 的作用：为砂带张紧提供预紧力吸收接触辊和压磨器在加工过程中所产生的振动， 因为只要气压稳定气缸就会保持接触辊和压磨器对工件的压紧，无需人为干预方便 实用。而且空气压缩机在为气缸提供高压气体的同时也可以为机床除尘和砂带冷却 提供高压空气，一物多用经济实用。 本气缸特点： （1）采用含油轴承，使活塞杆无需加油润滑。 （2）除带固定缓冲外，气缸终端还带可调缓冲，使气缸换向时平稳无冲击。 （3）多种安装附件供客户选择。 3.3.5 砂光机的安全防护和润滑 1) 安全防护 本机床的安全防护主要是针对以下几方面: （1）皮带轮的制动 主运动中，当机床发生故障时，如拖带或断裂，需要马上停机。此时砂带作用 于安全开关上，切断各台电动机的电源，同时接触辊端部的气压制动闸立即发生作 第三章 机床的结构及工作原理 26 用，可在 23s 内夹紧摩擦轮，使接触辊停止运动，摩擦轮（即制动轮）安装在皮 带轮旁边，在正常时，气缸不动作，摩擦轮随皮带一起转动，当发生故障时，气缸 轴伸出，使虎钳上的弹簧张紧，带动虎钳夹住摩擦轮，使摩擦轮制动。 本机中，摩擦轮上下各一个，其材料是耐磨的铸铁。在图纸上，摩擦轮的制动 原理图并未画出。由于本次设计资料有限，有关气动方面的问题，并不在本设计重 量之列。故其传动原理图不作任何显示。 （2）整机的防护 整机的防护措施有以下几方面： 机架及外露部分喷涂深绿漆，防止其受腐蚀而生锈，影响机床外观及使用寿命。 1 定期检查各重要部件，如立柱是否强度刚度保持足够，摩擦轮是否反应灵敏，各 2 配合处是否仍符合标准。 定期注油或涂油，加强润滑，防止机床过度磨损。 3 2) 润滑 在木工机床中凡是具有相对运动零件表面都会由于摩擦而造成不同程度的磨损， 为了控制摩擦，减小磨损，必须加强润滑。 润滑的作用有以下几个方面： （1）控制摩擦 在摩擦表面之间加入润滑剂，形成油膜，就可以降低摩擦系数，减小摩擦阻力。 例如在良好的液体摩擦条件下可以将摩擦系数降低到 0.001 甚至更低。 （2）减小摩损 只有选用合适的润滑剂，就能形成良好的润滑条件，避免油膜的破坏，保持零 件配合精度，从而大大减小摩损。 （3）降低温度 机床运转时，摩擦消耗的机械能转化为热能，引起摩擦部件的温度升高。使用 润滑油，可以使摩擦表面温度降低，起到降温冷却作用，使机械控制在所要求的温 度范围内运转。 （4）防止腐蚀，保护金属表面 润滑剂对金属没有腐蚀作用，能隔绝空气中的水分和有害介质的腐蚀，在机械 的金属表面添加润滑剂使可起到防腐，防锈和保护金属表面的作用。 第三章 机床的结构及工作原理 27 （5）密封作用 润滑剂不仅起到润滑，减小摩擦作用，而且还有增强密封的作用，防止水湿或 其他灰尘，杂质，进入摩擦幅从而起到良好的密封效果。 第四章 主要设计计算 28 第四章 主要的设计计算 4.1 概述 机床的主运动为驱动辊即接触辊或两导向辊的转动，其中也包括一些辅助运动 比如砂带的轴向串动等。主运动原理如图 4-1 所示。 1 2 3 4 5 6 7 1.驱动辊（接触辊或导向辊）2.轴承 3.驱动轴 4.大带轮 5.高速电动机 6.电动机轴 7. 小带轮 图 4-1 砂光机主要运动原理图 主电机 5 由皮带轮经 v 型皮带传动，带动轴 3 转动，将回转运动传给驱动辊 1，驱动辊带动砂带高速转动。实现电机高速转动传递到砂带的高速转动，为砂带高 速砂削工件提供动力。 第四章 主要设计计算 29 4.2 切削速度及接触辊直径的确定 经多方面查证，宽带砂光机的砂带运行速度一般为 1832m/s。 则：/60000 i vdn 其中： v-砂带线速度 d-接触辊直径 n-电机转速 i-皮带轮传动比（i=1.25） 故：=60000 20/(3.14 1470 1.25)=207.98mm60000/ i dvn 所以取d=210mm 4.3 机床对比 功率的确定方法有计算法、实验法和类比法，此处选用类比法。 根据青岛千川木工机械有限公司的 spr130 砂光机的设备数据，同类设备主电机 功率进行类比确定。见表 4-1（设计主参数的类比对照表） 。 第四章 主要设计计算 30 spr130 双砂架砂光机 双砂架 砂光机 加工宽度 mm501300501300 加工厚度 mm2.51202.5150 第一组砂架速度 m/s 1820 第二组砂架速度 m/s 1218 输送速度 m/min525630 砂带尺寸（宽周长）mm 1330220013302785 电机总功率 kw 3431 工作气压 mp 0.550.55 吸风速度 m/s25302530 所需吸尘风量 /h 3 m 95009800 外型尺寸 mm 223026502070262327702520 重量 kg 30004500 表 4-1 设计主参数的的类比对照表 由图对比可知本机床可加工厚度大、砂削速度高、允许较高速度的进给、砂带长 度大易于冷却、电机总功率小节能环保，本机具有明显的优点。 第四章 主要设计计算 31 4.4 轴强度校核 轴的形式见图 4-2： 160 1500 160 240 图 4-2 轴的形式图 计算接触辊的受力情况见图 4-3： a b ft 160 1500 160 240 fr 图 4-3 接触辊的受力图 在水平面上的受力情况见图 4-4： fr rax rbx a b ft 160 1500 160 240 图 4-4 水平面受力图 在水平面上： =0 1500=160 ax m n f