砂帶磨削及其機床設計
摘要：本文從國內外發展和應用的現狀出發，闡述了砂帶磨削的原理、特點及砂帶機床的主要機構，并介紹了一個砂帶磨床設計的實例。
關鍵詞：砂帶磨削 磨床 磨削加工
abrasive belt grinding and its machine's design
chen lianqing et al
abstract:this paper deals with the principle and characteristic of abrasive beltgrinding and major mechanism of abrasive belt grinding machine with starting from the present situation of their developments and applications at home and abroad, and introduces an example of the design of abrasive belt grinding machine.
keywords:abrasive belt grinding grinding machine grinding
1 前言
砂帶磨削是根據工件形狀，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、模具工業及其它輕工業的進步和發展，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量、生產率及勞動環境提出了越來越高的要求，用一般傳統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，砂帶磨削作為一種新工藝，在這些加工領域發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。在現代工業中，砂帶磨削技術以其*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 砂帶磨削原理
實現砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、帶有接觸輪的轉動砂帶法和接觸板法。zui常用的是帶有接觸輪的轉動砂帶法。如圖1所示：
圖1
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，根據工件形狀和加工要求，以相應接觸方式和適當磨削參數對工件進行磨削或拋光。
砂帶磨削的基本部件有：
（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） 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。經試驗表明，砂帶的張力在6～8n/mm范圍內，在逆磨削時每次行程能切出zui大的金屬量。拉緊機構有各種形式，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zui大的生產率，必須使更換砂帶的時間zui少，通常操作者能在1min之內更換砂帶。
（3） 砂帶導向裝置。砂帶工作時，惰輪或張緊輪應當可以調整，使砂帶定位及對中，根據砂帶的寬度，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。
（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。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。
（5） 若在砂帶后面安裝一塊型板（鋼、硬質合金或鑄鐵平板）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。
此外還有吸塵系統等。
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：
（1） 加工效率高。經過精選的針狀砂粒采用*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） 加工表面質量高。砂帶磨削時接觸面小摩擦發熱少，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，再加上磨削系統振動小，磨削速度穩定使得表面加工質量粗糙度值小，殘余應力狀態好，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。
（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、代替鉗工作業的手工勞動。除了有各種通用、設備外，設計一個砂帶磨頭能方便地裝于車床、刨床和銑床等常規現成設備上，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、不規則表面等的精密加工。
（4） 砂帶有很大的彈性，因而整個系統有較高的抗振性。
（5） 砂帶尺寸可 很大，適用于大面積率加工，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。
（6） 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，同時在大多數情況下砂帶不可能修正，所以使用期限短。
4 砂帶磨床設計
根據某廠要求，對該廠的反應罐內壁采用了砂帶磨削加工，目的是去除該零件內壁氧化皮等表面缺陷，以有利于內壁搪瓷。該零件尺寸較大，原來采用砂輪磨削加工，加工中噪聲很大，切屑到處飛揚，工作環境極差。該機床設計主要有下面三部分內容（見圖2）：
圖2
（1） 傳動設計
該機床傳動設計相對較簡單，主要由三部組成：
① 砂帶的主運動。由電動機直接帶動砂帶機構運動，由于反應罐直徑大。軸向較長，因此電動機前端的軸為懸臂式，焊接的機座結構剛性要好，尤其要注意焊接引起的內應力。
② 砂帶的進給運動。砂帶的進給運動通過由絲杠螺母機構組成的小車機構帶動整個砂帶機構沿反應罐軸向運動。為了在加工結束時使砂帶機構以快速返回，因此該機床設有快速電機，快速電機與進給電機之間通過超越離合器連接。
③ 工件的進給運動。由于工件較大，所以單獨設立電動機通過皮帶輪及齒輪降速帶動反應罐轉動。
（2） 主要機構設計
① 砂帶張緊裝置。此機構主要是通過絲杠和彈簧來調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。
② 接觸輪設計。由于該零件尺寸較大，并且是用作粗加工，故選用較硬的橡膠接觸輪，接觸輪直徑為250mm，在接觸輪表面采用較寬的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，根據該零件特點，溝槽紋間距取為10mm。
（3） 主要技術參數選擇
砂帶速度20～30m/s，砂帶長度2500～3150mm，寬度200mm，砂帶電動機功率7.5kw。
5 結束語
砂帶磨削作為一門新技術，在上已有各類砂帶機產品應用，國內尚處在推廣應用階段，它的優越性已逐步被人們所認識。如果這一新技術得到進一步推廣應用，必將對我國的制造業產生較大影響，同時也會對目前不景氣的各中小企業降低成本、提率及提高產品加工精度起到重要作用。
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關鍵詞：砂帶磨削 磨床 磨削加工
abrasive belt grinding and its machine's design
chen lianqing et al
abstract:this paper deals with the principle and characteristic of abrasive beltgrinding and major mechanism of abrasive belt grinding machine with starting from the present situation of their developments and applications at home and abroad, and introduces an example of the design of abrasive belt grinding machine.
keywords:abrasive belt grinding grinding machine grinding
1 前言
砂帶磨削是根據工件形狀，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、模具工業及其它輕工業的進步和發展，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量、生產率及勞動環境提出了越來越高的要求，用一般傳統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，砂帶磨削作為一種新工藝，在這些加工領域發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。在現代工業中，砂帶磨削技術以其*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 砂帶磨削原理
實現砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、帶有接觸輪的轉動砂帶法和接觸板法。zui常用的是帶有接觸輪的轉動砂帶法。如圖1所示：
圖1
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，根據工件形狀和加工要求，以相應接觸方式和適當磨削參數對工件進行磨削或拋光。
砂帶磨削的基本部件有：
（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） 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。經試驗表明，砂帶的張力在6～8n/mm范圍內，在逆磨削時每次行程能切出zui大的金屬量。拉緊機構有各種形式，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zui大的生產率，必須使更換砂帶的時間zui少，通常操作者能在1min之內更換砂帶。
（3） 砂帶導向裝置。砂帶工作時，惰輪或張緊輪應當可以調整，使砂帶定位及對中，根據砂帶的寬度，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。
（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。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。
（5） 若在砂帶后面安裝一塊型板（鋼、硬質合金或鑄鐵平板）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。
此外還有吸塵系統等。
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：
（1） 加工效率高。經過精選的針狀砂粒采用*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） 加工表面質量高。砂帶磨削時接觸面小摩擦發熱少，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，再加上磨削系統振動小，磨削速度穩定使得表面加工質量粗糙度值小，殘余應力狀態好，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。
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4 砂帶磨床設計
根據某廠要求，對該廠的反應罐內壁采用了砂帶磨削加工，目的是去除該零件內壁氧化皮等表面缺陷，以有利于內壁搪瓷。該零件尺寸較大，原來采用砂輪磨削加工，加工中噪聲很大，切屑到處飛揚，工作環境極差。該機床設計主要有下面三部分內容（見圖2）：
圖2
（1） 傳動設計
該機床傳動設計相對較簡單，主要由三部組成：
① 砂帶的主運動。由電動機直接帶動砂帶機構運動，由于反應罐直徑大。軸向較長，因此電動機前端的軸為懸臂式，焊接的機座結構剛性要好，尤其要注意焊接引起的內應力。
② 砂帶的進給運動。砂帶的進給運動通過由絲杠螺母機構組成的小車機構帶動整個砂帶機構沿反應罐軸向運動。為了在加工結束時使砂帶機構以快速返回，因此該機床設有快速電機，快速電機與進給電機之間通過超越離合器連接。
③ 工件的進給運動。由于工件較大，所以單獨設立電動機通過皮帶輪及齒輪降速帶動反應罐轉動。
（2） 主要機構設計
① 砂帶張緊裝置。此機構主要是通過絲杠和彈簧來調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。
② 接觸輪設計。由于該零件尺寸較大，并且是用作粗加工，故選用較硬的橡膠接觸輪，接觸輪直徑為250mm，在接觸輪表面采用較寬的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，根據該零件特點，溝槽紋間距取為10mm。
（3） 主要技術參數選擇
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5 結束語
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