模具加工系列之平面磨床的相关问题解决.doc

基本内容：磨床的用途、特点和类型、M1432A型万能外国磨床的用途、传动和结构特点、典型加工方法、其它类型磨床（平面磨床、内园磨床、无心外园磨床等）简介。教学重点：M1432A型万能外国磨床典型加工方法、传动和结构特点。教学难点：M1432A的主要结构特点基本要求：了解磨床的用途、特点和类型；掌握M1432A型万能外园磨床的用途、运动和布局、主要技术性能、传动和结构特点、典型加工方法。第四章 其它机床5-1 数控机床（另有）5-2 磨床（书P151第六章）（新吉大书P141第三章）一、概述1. 定义：所有以磨料磨具（砂轮、砂带、油石、研磨剂等）为工具进行切削加工的机床磨床2. 加工范围：内、外园柱面、园锥面、平面、齿轮齿廓面、螺旋面及各种成型面，刃磨刀具，切断等。3. 加工特点：高精度一般IT56级细表面粗糙度Ra 0.321.25高精度外园磨尺寸精度0.2mm园度0.1mmD 0.01精密平面磨：平面度10000.0015可加工难加工材料：淬硬钢、硬质合金、玻璃、陶瓷，但切削效率，一般用于淬硬零件精加工，目前发展高速磨削，强力磨削等，使4. 磨床分类根据用途和采用的工艺方法不同可分：1）外园磨：主要用于磨外回转面2）内园磨：主要用于磨内回转面3）平面及端面磨：用于磨各种平面4）导轨磨：用于磨各种形状的导轨面5）刀具刃磨床：用于丸磨各种切削刀具（万能工具磨、车刀刃磨、钻头刃磨、滚刀刃磨等）6）工具磨：用于磨各种工具（样板、卡板等）包括工具曲线磨，卡板磨，钻头沟槽磨等7）专门化磨：用于磨某一类零件上的一种表面（花键轴磨、曲轴磨、凸轮轴磨、活塞环磨、球轴承套圈沟磨等）（书上P151有自看）8）砂带磨：磨各种表面9）精磨机床：以油石、研磨剂为切削刀具，用于光整加工（珩磨机、研磨机、超精加工机等）二、外园磨用途：用于磨外园柱面和外园回转表面磨削方法：纵磨法（或对大工件砂轮）切入磨法：工件（或砂轮）无纵向进给运动S2（一）万能外园磨（M1432A）用途：除磨外园柱面、外园锥面外，还可磨台肩端面和内孔等。1. 总布局床身1：支承头架2：有顶尖。卡盘装零件，还有传动装置电机，驱动工件主轴可与工件一起，也可主轴不转，工件拐销带动死顶尖，回转精度误差消除，都装在工作台3上。尾架6：有顶尖，可调整位置工作台3：由液压传动使工件可也可手轮操纵，有两层，上工作台可相对下工作台转（10）用以加工锥面。砂轮架：可横向（连续或周期）还可横向快进、退，由电机、传动装置操纵。内磨装置4：装在砂轮架上（磨内孔有独立的砂轮主轴）砂轮架及头架都可绕垂直轴线转一定角度，以便磨大锥度园锥面。可翻上翻下，并没有电气联锁装置，工作时压下开关发出电信号，使砂架不能前后快速移动，并在此时起动内磨电机）几种典型加工方法：a）纵磨法磨外园；b）偏转工作台磨小锥度长园锥面；c）转动砂轮架，切入磨法磨大锥度园锥面；d）转动头架，用内磨装置纵磨法磨内锥孔。参看新吉大书P142图3-1幻灯片 P153图6-3，（旧吉大书P120，图3-1）2. 机床的机械传动系统除工作台的砂轮架的快速进退，尾架顶尖套筒的缩回为液压传动其余运动为机械传动。幻灯片吉大新书P144图3-3（旧吉大书P122图3-3）砂轮架丝杠螺母间隙消除机构以及工作台的液动与手动互锁机构。（1）主运动： 砂轮主轴电机砂轮主轴1670r/min1440r/min（4KW）四根三角带 内园磨头电机磨头主轴2840r/min平皮带得两种10,000r/min1.1KW可更换转速15,000r/min（2）工件园周运动电机I（700/1360r/min 0.55/1.1kw双速电机）得25，50，80，112，160，224r/min（3）砂轮架横向进给手轮B进给油缸柱塞G横进给丝杠（t = 4）粗进：手轮B1r 经砂轮架f横 = 2mm，刻度盘D上分200格，0.001mm/格细进：手轮B1r 经砂轮架f横 = 0.5mm，0.0025mm/格（4）工作台手动驱动当自动进给（液压）时，手轮A脱开以免高速碰伤工人，由轴的小油缸推动轴上的双联齿轮，使Z18与Z72脱开，液压传动工作台时手轮A不动，手轮A纵向3. 主要部件结构参看新吉大书P146图3-4 幻灯片P154图6-4（1）砂轮架：用于支承砂轮主轴并传动砂轮高速，主要由体壳、滑鞍、主轴及其轴承、传动装置等组成，壳体4装于滑鞍16上，并可绕销17转动，转角大小可从刻度盘15读出。主轴5短而粗，抗弯，扭刚度用短三瓦动压滑动轴承（提高旋转精度，刚度）使主轴平稳准确地运转（如图P155 6-5）主轴，轴瓦自动到平衡位置，形成楔形缝隙，产生三个独立的压力油膜，主轴浮在中间，主轴旋转精度，必须主轴旋转才能形成压力油膜，并且旋转方向如图示。可调球头螺钉支承（使轴瓦可自动摆动，接触刚度，可调间隙）轴向力向左由推力轴承10承受，向右由主轴右端轴肩承受 力的传递，自己分析，幻灯片P156图6-6，参看新吉大书P148，图3-6滑浸式润滑，并橡胶圈密封（2）内磨头：内园磨具是磨内孔用的砂轮主轴部件（独立的）装在支架2孔中，以便更换（备有几套尺寸与极限工作转速不同的内园磨具）与砂轮架以铰链安装，可翻上（不加工）如图6-2，翻下（图6-6a）也有固定在砂轮架后，使用时将砂轮架180（图6-6b）也有装卸式的。机床上设电气联锁装置，内磨装置工作时，压下开关发出电信号，使砂轮架不能前后快速移动，并在此时才能起动内磨具电机。4个D级向心推力球轴承（高速小载荷）用脂润滑、锂基脂高速，一般用蜡基脂参看新吉大书P149图3-7，幻灯片P157图6-7（3）头架：用于安装工件并使其，由壳体、主轴及其轴承，传动装置，底座等组成，安装在工作台上，壳体14可绕轴销16相对底座15（090）主轴：可转：此时用卡盘装夹工件（由穿过主轴中心孔的拉杆20锁紧，并通过拔盘9，拔销21传动卡盘和主轴一起转，必须将螺钉2拧松）磨顶尖或其它莫氏锥体工件时，直接插入锥孔，由拔盘经拔块19传动主轴和工件（拧松螺钉2）可不转：此时用顶尖装夹工件，死顶尖，避免了主轴旋转误差的影响，加工精度（由螺套1压紧主轴不转，工件通过拔盘9拔杆7和固定在工件上的夹头传动必须拧紧螺钉2）4个向心推力球轴承，用卸荷式皮带轮。仅有结构可参看新吉大书P152图3-9，幻灯片P159图6-10（4）横向进给机构：用于实现砂轮架周期或连续横向工作进给，调整位移，快速进退以控制被磨工件的直径尺寸，因此，对它的基本要求是保证砂轮架的高定位精度和进给精度。可分为：自动：定距离快进快退由液压油缸1自动控制，周期自动切入进给由油缸柱塞G控制。手动：用于调整位移3. 端面外园磨：MB1632特点：砂轮主轴轴线与头、尾架顶尖中心连线倾斜一角度，砂轮架沿斜向进给，以切入法同时磨工件的外园和台肩端面。4. 无心外园磨（图在书上）（如图P167图6-17）新吉大书P157图3-13，幻灯片P167图6-17（旧吉大书P142图3-18）特点：工件不是顶尖支承，而是放在磨削轮和导轮之间，以工件外园表面作定位基准，支承在托板和导轮上。在磨削力F切及导轮和工件间摩擦力F1作用下被带动园周进给运动。用m摩的树脂、橡胶结合剂砂轮，转速较低，不起磨削作用，用于支承工件，通过F1控制工件的园周线速度，使VI=V导，因此使VIV磨削产生磨削作用，改变n导便可调节工件的园周进给速度。注：工件中心必须高于磨削轮与导轮中心连线，托板的支承面应倾斜，以便加快成园过程和提高工件园度。解释：如果工件中心位于两砂轮中心连线上，托扳顶面是平的，则磨削点在同一直径线的两端如下图示。设工件上有一B点，与导轮接触时，工件被推向磨削轮，于是在凸点的对面磨出一凹坑；工件180凸点与磨削轮接触时，导轮接触面有凹坑，工件靠向导轮，凸点无法磨去。这样，工件在的同时，不断在砂轮间移动，磨出的不是园形而是一个等直径的棱园。若调高托板，使工件中心高于两砂轮中心连线，采用顶面倾斜托板，则当工件上凸点靠在导轮上而在另一面磨出凹坑时，凸点与凹坑不在同一直径线上，且托板顶面倾斜，工件被推向磨削轮时，中心略上升，因此磨出的凹坑深度比凸点小。而当工件凸点转到与磨削轮接触时，前磨出的凹坑并不与导轮接触，于是凸点被磨低，反复修磨，凸点逐渐磨低，凹部逐渐变浅，最终被磨成园形。实践表明，工件中心越高，工件园度越高，磨园过程越快，但工件中心太，导轮、磨削轮作用于工件的向上垂直分力也，易引起工件跳动，影响工件表面粗糙度，工件中心不能太高。一般对小直径工件，中心高约为直径的1/2对大直径工件，中心高则15mm对细长工件，可将工件中心低于两砂轮中心线，两砂轮使工件紧靠在托板上，可防止跳动。磨削方法：（量穿法、切入法）贯穿法：V垂直V导将导轮轴线倾斜一角度a，使工件在送进后，导论和工件间产生一水平摩擦分力，即使工件得到水平速度，沿轴向移动，完成纵向进给，工件从机床后部出去，完成一次走刀，要切出全部余量，则需多次走刀。为保证获得准确的几何形状，需在工件座架上托板的两端装上前、后导板。用于磨不带凸台的园柱形工件，磨削面长度小于或大于磨削轮宽度，工件一只个地依次通过。加工是连续的，生产率高。切入法：一端紧靠定程挡销，一面一面随导轮一起向磨削轮连续慢慢移动作横向进给，至所要求尺寸，然后工件、导轮快退至原位，工件不需纵向进给，导轮仅偏转很小角度（约30）目的是使工件受小轴向力F1紧靠挡销，用于磨带凸台、阶梯形工件及园锥面，回转成型面等。应：磨削长度磨削轮宽度无心磨：导轮一般为回转双曲面。以便与工件接触为线接触（导轮轴线要偏一角度，若导轮为园柱面则与工件为点接触）。机床调整费时，适于大批量、小尺寸，形状简单零件。不能加工不连续的外园表面（键槽、小平面等）。被加工面与其它表面位置精度不易保证。B. 内园磨：（如图P170图6-22图6-23）1. 普通内园磨：幻灯片P170图6-22，图6-23（旧吉大书P143外形，图3-20，0075）有些内园磨装有端磨装置，在一次装夹中磨内孔和端面。2. 无心内园磨：工件支承在滚轮和导轮上，压紧轮使工件紧靠导轮，以外园定。由导轮带动，实现园周进给S1，磨削轮，主运动V纵向进给S2和周期横向进给S3。加工循环结束时，压紧轮沿A方向摆开，工件和磨削轮的轴线高于导轮轴线（保证尺寸与形状误差小）。3. 行星式内园磨（新吉大书P159图3-15）对箱体等大尺寸非园零件的孔加工，工件固定不转，而砂轮自转主运动V、公转园周进给S2，周期地改变砂轮与被磨内孔轴线间的偏心距增大砂轮公转运动的回转半径横向进给S3砂轮纵向进给S。用闸缸4消除丝杠12和螺母11间的间隙，保证重复定位精度，工作时，闸缸接通压力油，柱塞3挡块2，使砂轮架受向后的作用力F，使半螺母与丝杠始终紧靠在螺纹一侧。（三）其它磨床简介A. 其它外园磨床1. 普通外园磨：M1332头架主轴直接固定在体壳上，不能回转，只能用死顶尖磨工件。头架、砂轮架不能绕垂直轴线调角度。只能磨外园柱面，锥度小的外园锥面和台肩面。结构层次少，刚性好，可用大磨削用量，生产率，精糙度、精度易保证。2. 宽砂架外园磨：MB1532书P164图6-14结构与外园磨类似，以切入磨法磨削，工作台或砂轮主轴可短距离往复抖动。有自动切入进给（连续横向进给）机构，可用自动测量仪控制加工尺寸及加工精度，生产率；热量、磨削力大，工件易变形；精度、粗糙度较低。c. 平面磨磨削各种工件上的平面工件安装在矩形或园形工作台上，作纵向往复运动或园周进给砂轮主运动V幻灯片P174图6-29，图6-30（旧吉大书P146，图3-24，图3-25，0078，0079）0076旧吉大书图3-23，平面磨加工示意图（可用砂轮的周边或端面磨削）除V，S1外，砂轮沿轴线方向横向进给S2周期地沿垂直于工件被磨面方向进给S3。按机床布局不同平面磨分：卧轴矩台平面磨P174图6-29，用磁力工作台装夹工件卧轴园台平面磨P174图6-29，非磁性材料工件需用特殊夹具立轴园台平面磨P174图6-30立轴矩台平面磨发展：自动化、自动测量、强力磨削、高速磨削35rpm100rpm。（二）高精度外园磨床的特点，新吉大书P1533-21. 概述高精度：加工质量：我国目前园度在0.5mmRa0.01mm(D14)2. 提高精度的措施A. 提高主要件的制造精度 新吉大书P153自看一下B. 提高整机的装配精度 新吉大书P154自看一下C. 机床结构方面改进a. 提高砂轮架主轴、头架主轴组件的旋转精度，刚度和抗振性，如用整体式多油楔动压滑动轴承或静压轴承。电动机等仔细动平衡，采用无接头平皮带传动。b. 提高微量进给精度最小刻度值（分辨率）1mm：防止爬行，提高横向进给传动链刚性，不经齿轮直接用丝杠螺母传动，静压导轨或抗振性较好的闭式滚动导轨。国外：直接利用部件的弹性变形实现微进给。c. 提高机床的刚度及减小振动，采用双壁床身，在振源下加防振垫等。d. 减少发热及热变形热源远离机床，配预热器，冷凝器，机床放于恒温车间D. 配高精度自动测量仪E. 配高净化能力的冷却液净化装置，为，冷却液要清洁金切习题P38，1，4平面磨床的操作规程1 操作者必须熟悉机床操作顺序和性能，严禁超性能使用设备 2 操作者必须经过培训、考试或考核合格后，持证上岗。 3 开机前，按设备润滑图表进行注油润滑，检查油标油位。 4 检查各手柄、档位、开关、旋钮等应确保在原位或所需的位置。5 启动润滑油泵、液压油泵电机，检查调整液压系统压力、润滑系统压力、调整磁盘磁力。 6 手动磨头升降、横向移动、工作台，拖板移位，调整档位开关7 新安装砂轮前，应检查是否有裂纹、缺口，安装时应进行二次平衡。检查金刚笔与砂轮的相对位置。 8 点动磨头升降机构、横向移位，调整限位档块、开关。9 手转磨头检查是否轻快，关闭冷却喷头，开启冷却泵、横向进给开位、工作台往复运动，启动磨头电机，空转1520分钟，检查磨头主轴温升。 10 停机，往复运动停止，关闭冷却液喷头23分钟，关闭磨头电机，待磨头停止后，关闭液压油泵、润滑油泵、冷却泵电机。11 关闭机床电控总开关，关闭电控柜空气开关。12 清洁机床后，按设备润滑图表进行注油，磁盘抹油。把手柄开关、节流阀、旋钮恢复到原位或关闭位置。砂带使用前的处理？ 砂带使用时要使其运转方向和砂带背面所标志的方向一致，以免砂带在运转中断裂或影响加工厂工件的表面质量。砂带磨削前应先转几分钟，待砂带运转正常时再开始磨削。 砂带使用前应做悬挂处理，即将拆开包装的砂带挂在100-250mm直径的管子上，让其悬挂23天。管子直径大小的选择应根据砂带粒度的粗细来决定。悬挂时接头应处于管子上端，管子应成水平状态。刚开始一直没有看懂你想问什么，现在看了图片明白了，兄弟是想了解的砂带叫超涂层砂带，超涂层砂带是近年来出现的一种新型砂带，其构成中除了基材、磨料、底胶和复胶外，还再涂了一层具有特殊功能的涂层，这种涂层称为超涂层或第三层。超涂层与二次复胶有本质区别，二次复胶的主要作用是弥补一次复胶之不足，目的是要使磨粒粘结更可靠；超涂层则是为了改善砂带的某种使用性能，在这种涂层中粘结剂含量很少，它常常是由含硫或某种卤族元素(如氟化钾、氟化钠或其它活性填料)组成的化学添加物(也称磨削助剂)。虽然人们对超涂层添加物的作用机理认识还不够透彻，但使用的效果表明它对阻止磨屑与工件的再焊或与磨粒的粘接，降低磨削界面剪切力，减少磨料磨损、消除静电吸附、防止砂带填塞、增加表面散热、提高砂带切除率、改善某种加工条件下的表面质量都具有明显的作用。超涂层砂带在磨削时所需功率和法向力都比普通砂带小。尤其在磨不锈钢、钛合金等难磨材料时，超涂层砂带具有特殊的优越性。日本的野牛韩国的鹿牌美国的3m是较早生产超涂层砂带的厂家，随着我国近几年涂附磨具行业的飞速发展，超涂层砂带在国内的很多涂附磨具企业都在生产，虽然和国外的品牌还有一定的差距，但是通过涂附磨具同仁们的不断努力，产品的质量也越来越好，我想满足兄弟你的要求应该不成问砂带磨削技术的发展现状及关键技术1概述 砂带磨削几乎能加工所有的工程材料,从一般家庭生活到工业生产的各个领域无所不用。作为有着“万能磨削”和“冷态磨削”之称的新型涂附磨削工艺,砂带磨削技术已经被当作与砂轮磨削同等重要的不可缺少的加工方法。综观近几年来国内外各类机床及工具展览会情况，结合砂带磨削在国内外各行业的应用状况，可以看出砂带磨削技术在制造业中发挥着越来越重要的作用，更有着广泛的应用及发展前景。2砂带磨削技术的国内外现状、发展趋势 国外的砂带磨削发展非常迅速，自20世纪60年代以来，特别是静电植砂及涂附磨具技术的出现及发展，欧、美、日等工业发达国家在砂带制造技术和砂带磨床技术上都取得了巨大的成就。在砂带制造技术方面，随着许多特殊的涂附磨料及涂附形式的出现，产生了如金刚石、立方氯化硼（CBN）、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、高速，大吃刀量等的重磨削领域，及高精密零件的磨削加工领域。日本已经开发出用软刚带作为基底的金刚石砂带，可有效加工一些特殊难加工的高硬度材料，如单晶硅片等。在国际上知名的砂带品牌有美国3M、美国Norton、德国Hermes、德国VSM、德国Klingspor、韩国DEER、日本牛头等。在砂带磨床方面，有大至磨削宽度5米以上的巨型平面磨床，小至牙医用的修齿机等结构形式各异种类，另外，随着自动化技术的发展，像六轴五联动数控砂带磨床、机器人砂带磨削中心、砂带磨削FMS、并联机构的数控砂带磨床都已经得到应用。砂带磨削技术现已成为这些发达国家获得高额经济效益的一种重要手段,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年代末才得以真正发展，随着国内的改革开放，砂带磨削技术日益引起了各行业、研究单位和企业的重视，加之砂带制造技术的提高及品种的增加，使得砂带磨削设备的研究和生产也得到了较大的发展。砂带磨削设备开发与生产的厂家有新乡机床厂、上海机床厂、北京二机等十来家企业；有包括郑州三磨所、湖南大学、东北大学、广东工业大学、广西大学、重庆大学等在内的多家科研院所和高校。砂带磨削总的趋势正向着强力、高速、高效和精密方向发展。在磨床结构方面,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方法是砂带磨削很有前途的发展方向之一，如与超声振动结合可形成超声砂带精密磨削；与电化学加工结合可形成电解砂带磨削。另一方面自动化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，使得砂带磨削的加工效率和精度有了很大的提高，已经使得砂带磨削精度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、粒度复合砂带等等。砂带在我国的制造从国产到从磨料、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。3我国砂带磨削技术与国外的差距 高性能砂带磨削技术以其独特的工艺性、广泛的用途、较强的适应性能得到了较广泛地推广，但国内砂带磨削的发展与国外相比仍存在较大差距，主要体现在以下几个方面：3.1砂带寿命短品种规格不齐全 目前，国产砂带寿命一般在24h左右,往往使用1h就不能继续使用,而国外砂带的寿命可达到812h；从磨料品种来看,国内使用最多的两类磨料是SiC和Al2O3,而在金刚石磨料、陶瓷氧化铝、复合磨料等磨料的开发上基本处于空白,微粉级磨料的砂带还没有，因而限制了砂带在精密和超精密加工中的应用。此外,国内砂带宽度明显低于国外的砂带宽度,国内最宽砂带在2m左右,而国外可达5m，且国内锆刚玉砂带也不普及。因此,开发新磨料、新基材、新粘结剂及表面涂层材料来改善磨粒的结构形态、砂带性能和质量,提高使用寿命是砂带磨削推广应用的一个关键问题。3.2提高加工精度问题 近年来,国外将砂带磨削用于精密、超精密加工,精度已达微米级,表面粗糙度已达到Ra(0.010.025)m;而国产320#砂带的磨削精度只能达到2010m。原因有两方面,一方面是国内机床的切深微进给精度较低,普通机床最小微进给在1020m,某些数控机床的微进给可控制到5m,这对利用现有机床进行砂带磨削、提高精度产生了一定影响；另一方面,砂带磨削为弹性加工,由于弹性变形使得砂带磨削精度降低，因此对磨削深度的微量控制问题的解决是提高砂带磨削精度的先决条件。3.3砂带磨削机理的研究差距 砂带磨削技术已在国内许多单位得到了推广和应用,并取得了一定的成绩,解决了许多生产中存在的问题.但对砂带磨削过程的全面基础理论研究、砂带及砂带磨削热和磨削力的研究、砂带磨削表面的形貌研究还远远落后于国外研究水平.因此,今后研究的方向应在现有基础上,从理论上分析研究砂带磨粒的磨削过程,推动砂带磨削技术更广泛地应用。3.3砂带磨削机理的研究差距 砂带磨削技术已在国内许多单位得到了推广和应用,并取得了一定的成绩,解决了许多生产中存在的问题.但对砂带磨削过程的全面基础理论研究、砂带及砂带磨削热和磨削力的研究、砂带磨削表面的形貌研究还远远落后于国外研究水平.因此,今后研究的方向应在现有基础上,从理论上分析研究砂带磨粒的磨削过程,推动砂带磨削技术更广泛地应用。3.4砂带磨削的强力高效加工问题 国外已成功地将砂带磨削用于强力磨削,以实现大切除量和高金属去除率磨削.如国外3M公司生产的砂带每分钟对铸铁的切削率在其砂带宽度方向上已达到870cm3/cm，EmeersonElectric公司的砂带磨床一次切深铸铁件可达510mm,其加工效率比铣削加工提高了510倍。而国内目前最高切深的砂带磨削是由重庆三磨海达磨床有限公司研制的2M56150-4JB型砂带磨床达到了对40Mn2高强度结构钢的4.5mm/单次的强力磨削。因此,今后应加强研究和推广砂带的强力高效磨削技术,发挥砂带潜在的加工能力,提高切削效率,解决一些难加工材料和高脆硬度材料粗加工的问题。3.5运用现代化技术开发新型砂带磨床的差距 目前,国外砂带磨床已有较大发展,全球工业发达国家有数百家砂带磨床专业制造公司,每年向市场提供40多万台砂带磨床,这些砂带磨床（含磨头装置）已从初期的作为机床的附件水平发展到与砂轮磨床相匹敌的水平,并和CAX、NC、CNC等现代化技术紧密结合，出现了六轴数控砂带磨床、机器人砂带磨削中心、砂带磨削FMS、并联机构的数控砂带磨床等先进技术和装备，而国内砂带磨床发展较缓慢,在研究、试验和开发手段上比起国外都有不小的差距，我国目前砂带磨床与砂轮磨床产量比大约为1：10左右，据统计,我国各类行业每年对砂带磨床的需求总量约45万台，但由于受国外砂带磨床的冲击，国内目前砂带磨床专业制造公司只剩下重庆三磨海达磨床有限公司、北京二机等为数不多的企业还在进行砂带磨床生产，因此，我国砂带磨床行业既有机遇，也存在挑战，并有待奋起直追4砂带磨削关键技术 根据国内外砂带磨削技术的现状和发展趋势的分析，结合我国在砂带磨削技术上与国外的差距，作者认为砂带磨削的关键技术主要体现在以下五个主要方面。4.1砂带磨削基础研究砂带磨削具有复合加工的特点，其机理较复杂，蕴含了较多科学基础问题，尽管多年来各国学者对砂带磨削机理做了很深的研究，但是到目前为止各类砂带磨削的材料去除基本机理尽管国内外学者做了较多研究，但目前为止，完整的砂带磨削的材料去除基本理论还没有建立起来。因为表面完整性、亚表面层损伤、零件几何形状以及磨削和抛光加工生产能力等输出参数受很多因素的影响，对某一企业，有可能对研磨抛光加工工艺运用或者控制得很好，但在加工前却几乎无法预测其加工行为。因此，有必要深入展开砂带磨削加工机理及相关工艺的研究。只有通过对磨削机理和磨削工艺的研究,揭示各种磨削过程,磨削现象的本质,找出其变化规律,才能确定最佳的磨削范围,获取最佳的磨削参数。这是我们行业领域一个长期基础研究的基本任务。4.2砂带磨料及制品工艺技术改进和开发 砂带是砂带磨削技术发展的关键和重要标志，能否制造高品质的砂带已经作为衡量一个国家砂带磨削技术高低的标准。作为构成砂带三要素的基体、磨料、粘结剂以及由此导致影响磨削性能的十种要素，结合近年来像高分子新材料、新技术、新工艺在涂附磨具中的广泛应用，我国的广大砂带生产企业及相关研究机构应该在如下五个方面加大研究和开发力度，争取获得有自主知识产权的高品质砂带：新型基体的应用和开发国外纸基砂带的基体用纸通过在纸浆中加入添加剂，并通过浸渍和表明涂附处理，使纸张到达了砂带的要求；布基砂带中的棉纤维随着化工技术的发展逐渐被聚酯纤维和尼龙纤维所代替，特别是聚酯纤维由于它的断裂强度高、耐热耐水性好、耐磨性优良已经成为重负荷砂带的优良基体，国外最新出现的聚酯超强化薄膜基金刚石砂带、电镀金刚石或CBN的金属基砂带、铜与纤维复合基金刚石砂带等产品，在加工非金属材料（陶瓷和硅晶体等）方面呈现了优异的磨削性能。由于我国国产纸强度、均匀性、耐水性等方面达不到砂带生产要求，因此我们进一步开展在这方面的研究是很有意义的。合成浆料的应用和开发随着高分子材料工业的发展，利用人工合成的浆料如丙烯酸乳液与水溶性酚醛树脂浆料、丁苯胶乳液与水溶性酚醛树脂浆料、PVA溶液和聚醋酸乙烯乳液浆料、抗静电浆料等等都被国外较好地应用到了砂带生产的人工合成浆料当中，我国尽管有一些应用，但在工艺上与国外比起来差距也不小。粘结剂的应用与开发高分子粘结剂的应用和发展促进了砂带磨削的发展和进步，特别是强力磨削在干、湿磨条件的性能与砂带所使用的粘结剂密切相关，国产砂带使用寿命短的很大一个因素就是粘结剂问题，因此有必要对砂带使用的粘结剂如水溶性酚醛树脂、水溶性脲醛树脂、水溶性醇醛树脂、水溶性白乳胶、油溶性醇醛酸清漆及环氧树脂等进行在耐水性、耐油性、耐热性等的改性研究和试验，彻底地提高我国的砂带品质。磨料的应用与开发随着砂带磨削的加工对象不断扩展，传统的磨料已经不能满足要求了，近年来随着工艺的改进,锆刚玉磨料和SG(微晶结构烧结陶瓷磨料)等已经成为在砂带磨料里面的重要发展方向。原美国Norton公司（现已属于法国圣哥班集团）最近又推出了SG磨料的第二代产品（TG磨料），它保留了SG的特点，在磨料形状上作了新突破，它有很细的棒状晶态结构，适用于缓进给磨削及加工镍铬铁和钛合金等难加工材料。据报道，TG磨料的材料去除率为锆刚玉的4倍以上，寿命为刚玉的10倍以上。世界各大砂带生产厂商都有自己的锆刚玉磨料和SG磨料的砂带，而国内这方面还出处于试制和起步阶段。我们应该在这方面引起重视并发展具有自主知识产权并与此相关的复合磨料、堆积磨料砂带。砂带表面涂层的应用与开发近年国外出现了一种经表面涂层处理过的超涂层砂带，其构成除了基材、磨料、底胶和复胶外，还再涂了一层具有特殊功能的涂层，它使得砂带具有特殊的使用性能，如阻止磨屑与工件的再焊或磨粒的粘结，降低磨削界面剪切力、减少磨料磨损、消除静电吸附、防止砂带填塞、增加磨削表面散热、提高砂带切除率等等。这对磨削不锈钢、钛合金等难磨材料有特殊的优越性。但我国在这类特殊砂带的开发上还基本处于空白，此类砂带国内使用上完全依赖进口。因此，我们应该在这方面引起重视。另外面对激烈的国内砂带市场竞争，作为国内的砂带生产企业在不断自身加大研发产品力度、提高产品质量及积极开拓市场的同时，还应该积极加强与国内各砂带制造企业以及国外知名砂带制造厂商的交流合作，主要体现在技术能力的研究与合作，新产品开发中技术的获取与运用，技术在价值链中的运用和技术营销等几个方面。4.4砂带磨削的高效与精密加工技术研究 砂带磨削目前正沿着强力、高速、高效和精密方向发展。高效强力砂带磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快,如德国的Aachen大学、Bremm大学、美国Connecticut大学等,据报道，目前砂带磨削在德国最高线速度接近100m/s。美国EmersonElectric公司生产的砂带磨床1台可以完成5台铣床的工作量，以往用硬质合金端铣刀加工铸铁轴承体，每件加工时间为4.8min，采用强力砂带磨床，加工时间减少到0.8min，一年可节约加工费4.5万美元。我国对高效强力砂带磨削的研究已有多年的历史,如重庆大学在90年代初中期便进行了5060m/s的高速砂带磨削工艺实验，但这些高速高效强力砂带磨削技术大多只是实验而已,技术还不够成熟。在实际应用中,砂带线速度Vs一般还是1540m/s。不过近年国内在高效砂带磨削方面已经获得较大突破，重庆大学对汽车和船用柴油机发动机连杆端面、西气东输石油管道焊缝、核电高压容器、高合金热轧钢管等方面的强力砂带磨削研究，研制了多种高效砂带磨削的成套装备，解决了多个涉及国民经济发展相关的工程技术难题。目前,国外将砂带磨削用于精密、超精密加工,精度已达微米级,表面粗糙度已达到Ra(0.010.025)m，如日本在90年代初就利用电泳吸附现象研制成功超微磨粒砂带，加工如精密陶瓷、石英、硅片等脆性材料的精度可达十几个纳米，并能实现塑性方式磨削。国内砂带磨削正朝着超精密方向发展,如超声砂带磨削技术,这是一项由清华大学开创的具有世界领先水平的新型精密砂带复合加工方法，该法是将超声振动与开式砂带磨削复合的新工艺，应用这种技术对计算机硬盘进行研抛加工，表面粗糙度可达Ra0.01m，所用砂带是日本的W3氧化铝磨料的聚酯砂带。在石材表面精密加工方面，广东工业大学采用聚酯膜金刚石微粉涂层砂带对石材加工实现了110光度的表面精密加工精度。45砂带磨床国家标准的制定 砂带磨削技术优异性的发挥，很大程度依赖于砂带磨床本身。因而磨床设计及制造是一项非常关键的工作。目前我国在这方面并没有相关的行业技术标准，而国外发达工业国家如德国、美国、日本等均在砂带磨床方面制定了在相关技术和产品标准，这也是他们的砂带磨削设备在其国内得到广泛支持和推广的重要原因之一。在砂带磨床的设计中，磨头是最关键的，其结构方案、参数选择及主要零部件的制造精度和刚度等指标将对工件表面质量、加工精度等产生很大影响。因此，我们迫切需要根据我国行业的实际情况建立我们国家自己的有关砂带磨床技术、产品及评价标准，从而更好地推动砂带磨削这一先进的高效磨削技术在我国的产业化发展，值得鼓舞的是2007年12月国家标准化委员会正式批准重庆三磨海达磨床有限公司承担全国金属切削机床标准化技术委员会磨床分技术委员会砂带磨削机床工作组的筹建工作（国标委综合2007104号文件），该工作组将联合国内相关行业专家学者起草和制订我们国家砂带磨床的相关标准，以填补国内空白。5结论及展望 经过多年的发展，我国的砂带磨削技术在基础研究、应用推广方面已初具规模，并在强力、高效、精密、数控及复合加工等方面都有新的进展。但与发达工业国家相比，我国在砂带磨削机理上的研究还不够深入，砂带及砂带磨床的品种及质量有待完善及改进，砂带磨床的数量还远远比不上砂轮磨床。因此，面对21世纪中国制造业的迅猛发展和砂带磨削的良好的应用市场前景，中国砂带磨削加工及其关键技术急需加强研究和完善，我国的砂带磨削的产业化进程相信一定会取得更大的成功。砂带磨削工艺简介砂带磨削工艺 砂带磨削经过近三十年的发展，现已成为一项较完整且自成体系的新的加工技术。因其加工效率高、应用范围广、适应性强、使用成本低、操作安全方便等特点而深受用户亲睐。在国外，砂带磨削技术已有了很大的进步，其加工对象和应用领域日趋广泛，它几乎能加工所有的工程材料，从一般日常生活用具到大型宇航器具无所不可应用，并已成为获取显著经济效益的一种重要手段。 其作为一种加工技术之所以受到人们日益广泛的重视，得到迅速发展，是因为它具有以下一些重要的特点：砂带磨削是一种弹性磨削，是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。砂带上的磨粒比砂轮磨粒具有更强的切削能力，所以其磨削效率非常高。砂带磨削效率高表现在它的切除率、磨削比（切除工件重量与与磨料磨损重量之比）和机床功率利用率三个方面都很高。目前已知的砂带磨削对钢材的切除率已达到700mm3/mms,甚至超过了车削或铣削等。砂带的磨削比大大超过了砂轮，高达300:1，甚至400:1，而砂轮才30:1。砂带磨床的功率利用率，远在砂带磨削发展初期就已达到80%，领先于其它机床，而今则高达96%，相比之下，砂轮磨床只有52%，铣床57%，车床65%，所以砂带磨削还是一种很好的节能加工技术。砂带磨削工件表面质量高。这除了因其具有磨削、研磨和抛光的多重作用外，还因为：相对砂轮磨削而言，砂带磨削有冷态磨削之称，即磨削温度低，工件表面不易出现烧伤等现象。 砂带磨削系统震动小且稳定性好。由于砂带本身质量轻，其磨削工艺结构系统的平衡状态易于控制，所有的回转部件(如接触轮、驱动轮、张紧轮等)磨损极小，不会出现象砂轮那样的动不平衡因素。此外，砂带的弹性磨削效应能够大大减轻或吸收磨削时产生的震动和冲击。磨削速度稳定，砂带驱动轮不会象砂轮一样越磨直径越小速度越慢。砂带磨削工件表面质量高主要表现在表面粗糙度值小，残余应力状态好，以及表面无微观裂纹或金相组织变化等现象。从表面粗糙度来看，砂带磨削目前已可达Ra0.01mm，达到了镜面磨削的效果，而对于粗糙度值在Ra0.1mm以上的情况,则非常容易达到。砂带磨削工件表面残余应力多呈压应力状态，其值一般在-60-5Kg/mm2，而砂轮磨削则多是张应力，所以砂带磨削非常有利于强化工件表面，提高工件疲劳强度。砂带磨削精度高。由于砂带制作质量和砂带磨床生产水平的提高，砂带磨削早已跨入精密和超精密加工的行列，最高精度已达到0.1mm以下。砂带磨削成本低。 这主要表现在：砂带磨削设备简单。与砂轮磨床相比，砂带磨床简单得多，这主要是因为砂带质量轻，磨削力小，磨削过程中震动小，对机床的刚性及强度要求都远低于砂轮磨床。砂带磨削操作简便，辅助时间少。不论是手动还是机动砂带磨削，其操作都非常简便。从更换调整砂带到被加工工件的装夹，这一切都可以在很短的时间内完成。砂带磨削比大，机床功率利用率高，切削效率高。这使得切除同等重量或体积的材料所消耗的工具和能源费用减少，占用时间短。砂带磨削非常安全，噪音和粉尘小，且易于控制，环境效益好。由于砂带本身质量很轻，即使断裂也不会有伤人的危险。砂带磨削不象砂轮那样脱砂严重，特别是干磨时，磨屑构成主要是被加工工件的材料，很容易回收和控制粉尘。由于采用橡胶接触轮，砂带磨削不会象砂轮那样形成对工件的刚性冲击，故加工噪音很小，通常70dB。 由此可见，从环保角度来看砂带磨削也是十分值得推广的。砂带磨削工艺灵活性大、适应性强。这表现在：砂带磨削可以十分方便地用于平面、内、外圆和复杂曲面的磨削。设计一台砂带磨头装置作为功能部件可以装在车床上进行车后磨削，也可以装在刨床上使用，同时还可以设计成各种专用的磨床。利用砂带磨削的这种特性能够很容易地解决一些难加工零件，如超长、超大的轴类和平面零件的精密加工。砂带的基材、磨料、粘结剂均有很大的选择范围，能适应各种用途的需要。砂带的粒度、长度和宽度也有各种规格，并有卷状、环状等多种形式可供选用。对同一种工件，砂带磨削可以采用各种不同的磨削方式和工艺结构进行加工。砂带磨削的应用范围极其广泛砂带优越的磨削性能和灵活的工艺特性决定了它具有极其广泛的应用范围，从日常生活到工业生产的各行各业，砂带磨削几乎遍及所有领域。其应用形式之多样，范围之广泛是其它任何一种加工方法所不能比拟的。 具体表现在：砂带磨削几乎能磨削一切工程材料。除了砂轮磨削能加工的材料外，其还可以加工诸如铜、铝等有色金属和木材、皮革、塑料等非金属软材料。特别是砂带磨削的冷态磨削效应使之在加工耐热难磨削材料时更显出独特的优势。砂带磨削能够加工表面质量及精度要求高的各种形状的工件。砂带磨削不但可以加工常见的平面、内外圆表面的工件，还能以极高的效率加工表面质量及精度要求都较高的大型或异型件。例如：大面积板材的抛磨加工。砂轮的宽度最大仅1000mm，而砂带可以做到2500mm以上。目前已知最宽的砂带磨床所使用的砂带宽达4900mm。实际使用中砂带磨削常见的加工宽度为502000mm，加工厚度0.4150mm。其生产率高达1000m2/h。这种宽砂带磨削可广泛用于钢板、不锈钢板、硅钢片、铝板、铜板、刨花板、胶合板、中密度纤维板、皮革、绝缘板、陶瓷板以及宇航器具、舰船和核物理研究装置上使用的各种高精度低粗糙度的大型板材等的表面加工。 发动机变速箱体断面等断续平面的精密加工也可以用宽砂带磨削一次成形，并能保证比传统铣、刨加工的表面有更好的密封性。金属带材或线材的连续抛磨加工。由于宽砂带磨削的发展，使薄型带材在整个宽度上都有相同的磨削条件，不至于发生局部受力过大，产生应力变形，故冷扎钢带、铜、铝带及其它合金带材等的表面都适合于用砂带连续抛磨。其加工宽度为6002100mm，加工厚度0.12.2mm，表面粗糙度值Ra3.20.1mm，带材运行速度为380m/min。行星式砂带磨削为不锈钢或其它材料的成卷线材的抛磨提供了一种十分有效和经济的加工方法。已知的线材抛磨直径在0.820mm.连续运行速度6150m/min.长径比很大的工件内、外圆抛磨。现代工业中的各种大型的、长径比很大的轴类工件的外圆和管类工件的内圆表面的加工利用砂带磨削十分方便。 一般可在大型标准设备上增加一个砂带磨削装置便可实现。批量大的则可采用专用的砂带磨床。如大型发电机转子、轧辊、造纸烘缸等工件的外圆和汽缸、石油管道、压力容器等工件的内圆表面加工。复杂异型工件的抛磨。曲面工件的成型磨削，难度较大。然而利用砂带的柔性可方便地加工各种复杂曲面，曲率半径仅为3mm的内圆角，砂带亦可对其进行抛磨。如飞机发动机页片、汽轮机叶片、导航叶片、聚光镜灯碗、反射镜、餐具、手柄、水暖器具等等都可用砂带进行高效率高质量的抛磨加工。砂带磨削设备形式多样，品种繁多。其可在各种通用型砂带磨削设备上进行。通用型砂带磨削设备小的有手提式砂带机、万能砂带机、台式砂带机；大的有外圆砂带磨床、平面砂带磨床、无心砂带磨床和内圆砂带磨床等等。专用的砂带磨床有凸轮轴砂带仿形磨床、工业罐体砂带抛磨机、汽车轮胎钢圈端面砂带抛磨机、摩托车油箱砂带抛磨机、专用不锈钢星盆发丝机等砂带磨削原理、特点及其机床设计1前言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：(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1050m/min,通常取1630m/min，主传动装置的功率，在每10mm宽的砂带上是0.30.7kW。(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。(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。(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。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。(5) 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