手持式砂带打磨机设计开题报告

1. 研究目的与意义

历史背景：打磨工具及磨料的历史可以上溯到人类的远古时期。

我国是应用打磨工具和磨料最早的国家之一，在我国黄河流域曾多次发掘出经过研磨加工得很好的石斧、石箭、刀器及装饰用的动物骨和角等；奴隶制社会就出现了用研磨法制成的青铜镜；十三世纪时用天然树胶将贝壳粉末贴于羊皮纸上制成了磨擦工具；冷兵器时代的刀刃打磨更加离不开这种加工技术。

在埃及，也有存在五千多年由砍平并经过抛光的砂岩垒迭而成的著名金字塔。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：1. 手持式砂带打磨机的总体结构设计2.手持式砂带打磨机的同步带传动系统打磨机一定是需要高速转动的，这样才能起到好的打磨效果，但目前市面上的直流电机转速过大，如果不增加传动比来减小从动轮转速，整体机械结构就要设计的很大来满足电机安全运转的条件。

市面的步进电机虽体积小巧精度高可外加驱动，然后电脑编程灵活控制其转动，但其转速上限低，价格贵，大部分打磨过程中用不到这些精确控制的功能。

因此，手持式砂带打磨机需要有以下特点：高转速，转速可控，转向可控，要实现这些，就需要选购高速直流电机再搭配同步带传动系统来减小传动比从而减少机体振动，这样就可以选择质量较小的材料来进行整体结构设计，从而既满足整体机械强度要求，又能使整体体积缩小，从而方便携带体现其便携性。

3. 国内外研究现状（文献综述）

手持式砂带打磨机虽功能简单，但其实现的难点在于打磨带的整个驱动系统，以及结构设计要小巧。市面上大多数手持式砂带打磨机的驱动方式都是气动（通过气泵装置产生高速气体，气体带动打磨机内叶片转动进而驱动砂带），虽然气动式的整体机身极为轻便，但机身的一体化设计十分复杂造价昂贵（需要保证气体在流动时的密封性），并且需要搭配气泵装置才能使用，如果只是个人使用的话，再购置一台气泵装置无疑是多余且不经济的，因此本次设计中驱动方式采用电动。除驱动方式不同外，其他的结构设计，强度校验方法与气动手持砂带打磨机基本一致，因此可以参考其相关设计。本研究通过在数据网站搜集资料，将所查阅的文献进行筛选归纳，最终将文献分为国内外砂带磨削设备的发展状况、砂带磨削工艺的特点、砂带磨削设备的结构设计研究三部分。一、国内外砂带磨削设备的发展状况 [1] 1.2.1 国外砂带磨削设备的发展状况在过去的几十年的里，国外的砂带磨削进入到了一个新阶段，一个现代化发展的新阶段。砂带磨削大约取代了三分之一的磨削加工。砂带磨床的数量几乎与砂轮磨床持平。其产值比德国为 45:55，日本的是 25:75，美国的为 49:51。在二十世纪末期，日本研制出电泳吸附超微磨粒砂带，加工精度达到了十几个纳米。砂带的寿命较长，可达到(8~12) h 。在世界上 个国家，都争相采用砂带磨削技术。于是就涌现出大量的砂带磨床。砂带磨削已经到了高效、强力、自动化的阶段。尤其是德国和英国，小到日用品，大到航空航天领域内难加工的材料，为表面完整性和高效抗疲劳的磨削方法提供了研究方向。在美国有 55 家公司生产砂带磨削机床供应向工业界。英、德、日等国家有数十家企业集团也在很积极地生产和制造砂带磨削机设备。目前，在全世界内，工业发达的一些国家在每一年生产接近 40 万台各类型的砂带磨削机设备，和接近 9500 万平方米各种规格的砂带提供给工业界。在美国，使用砂带的场合有 600 多种 3。从一般家庭生活起居用品到工业化生产等很多领域内都会用到砂带磨削设备。原苏联就一直致力于数控磨床方面的研究，原西德的大平面磨床已采用了数字显示的装置。德国研制出了六轴五联动的数控砂带磨床，瑞典和德国把关节式机器人应用于抛光机，美国已生产出了能用于fms 生产线的砂带磨床 。1.2.2 国内砂带磨削设备的发展状况我国对砂带磨削技术的应用从 50 年代开始，以沈阳矿山机器厂为代表的厂家研究了砂带磨削原理以及砂带磨削工艺，取得成果，为我国在此方面的应用做出了卓越的贡献。随着研究不断进步，国内已经有了砂带磨削设备的制造厂家，如新乡机床厂。国内也有研究砂带磨削的单位，如重庆大学，华中理工大学等。另外，中国第二砂轮厂和浙江海门砂布厂则是我国主要的涂附磨具制造厂。中国第二砂轮厂引进前西德的砂带生产线，推动砂带磨削技术在国内进入到一个新阶段。不仅如此，就连普通的砂轮磨床也可以有针对性地改造成砂带磨床 5。砂带磨削不仅能加工平面和简单的曲面，随着技术的发展与进步，砂带磨削逐渐可以加工到叶片的型面和对曲轴进行精加工 。砂带打磨机是复合材料冷轧生产线上的关键设备之一，主要用于复合材料类冷轧前带材表面粗糙度的处理 。东北工学院通过实验研究对金属材料表面用砂带进行磨削时砂带修磨压力对线材修磨时金属的去除率和磨削比的影响。重庆大学三十年来完成了'高精度平面砂带磨削工艺'、'摆线砂带磨齿工艺'等项目的研究，并率先成立了海达砂带磨床公司，随后又对电解砂带复合磨削的新工艺进行研究和效果论证 。1.3 砂带磨削设备的发展趋势目前，国产的砂带寿命比较短，一般只有几个小时，在使用过一段时间后就不能继续使用了，如何提高砂带的使用寿命是一个值得研究的问题。采用细粒度的金刚石砂带还有合理的磨削工艺以及适当的工艺参数能减少磨削裂纹的产生和降低工件的表面粗糙度 。从磨料的品种上来看，国内使用最多的是碳化硅和氧化铝这两类的磨料，而德国已开发出空心球复合磨粒，日本拥有软木砂带磨粒和多层涂附磨粒技术，而国内金刚石磨料和陶瓷氧化铝磨料还有待开发。国内砂带磨削的精度比国外的低，关于如何提高砂带磨削加工精度也是一个值得考虑的问题。砂带磨削应用越来越广泛，形式也越来越多样化。砂带磨床主要朝向两个方向发展，一方面是向小型化发展，另一方面是朝向强力、高效、大功率宽砂带机床的方向发展 。国外已经将砂带磨削用于强力磨削，实现了砂带磨削大切除量以及高去除率的磨削。二、砂带磨削工艺的特点 [2] 砂带磨削工艺，就是将环形砂带套在接触轮和张紧轮的外圆上，在张紧的状态下，使高速旋转的砂带表面与工件的加工表面相接触，并在一定的压力作用下，以产生的相对摩擦运动（切削运动）对工件表面进行磨削加工的一种工艺方法。砂带磨削分为轮压式和带压式两种方法。砂带抛光原理；砂带磨削是一种高效率、低成本、多用途的磨削加工新方法，它对于各种材料及形状零件加工的适应性和灵活性远超过常规砂轮磨削工艺。在加工工件表面时，砂带与砂轮的不同之处在于：砂轮在磨削时处于拉应力状态，且因为热量积聚，易在工件表面磨削中产生微观裂纹和烧伤现象；而砂带具有磨削和抛光双重作用，呈压应力状态，发热少，不易烧伤，因此又称冷态磨削，且其切削性能明显高于一般的砂轮磨削。砂带磨削的特点：(1）砂带磨削具有'快削法'之称。砂带磨削效率高，已达到铣削的 10 倍，普通砂轮磨削的 5~20倍。(2）砂带磨削还具有'冷态'磨削之称。由于加工时摩擦生热少，且因磨粒散热时间间隔长，可有效地减少工件变形和烧伤，加工精度一般可达到普通砂轮磨床的加工精度，有的尺寸精度已达到士0.005mm，最高可达到士 0.0012mm。(3）砂带磨削具有'弹性'磨削之称。由于砂带磨削与工件是柔性接触，具有较好的跑合和抛光作用，工件表面粗糙度可达 ra0.8~0.2μ m 。(4）砂带磨削设备结构简单，制造成本低，接触轮极少磨损，可使砂带保持恒速，传动链短，机床功率利用率可达 85%。(5）辅助时间少。工件装夹一次定位后，可多次更换砂带完成全部加工，无需象砂轮那样进行平衡及修整工作。三、砂带磨削设备的结构设计研究 （1）晋江市九皋智能科技有限公司[3]：一种手持砂带打磨机,包括手柄部和连接部,该手柄部的前端与连接部的后端连接,所述手柄部的前端设有气动马达,该气动马达的输出轴穿过连接部与一主带轮连接,所述手柄部内设有与气动马达连通的供气管道,该供气管道的末端伸出手柄部的后端,所述手柄部的

底部设有控制气动马达通断气的阀门按钮,所述连接部的前端与一连接杆的后端连接,该连接杆的前端设有上下贯通的容纳槽,该容纳槽内设有从带轮,该从带轮与主带轮之间设有砂带。本实用新型结构新颖、设计巧妙,而且体积小,易于携带。所述气动马达带动主带轮转动,从而带动砂带转动对铸造产品进行打磨,对于形状复杂铸造产品的狭小研磨面、小角度及死角处均可完美进行研磨。

（2）admin[4]砂带机的结构组成：砂带机,从最基本的机构上来说,一般须具备以下三个要素。1、砂带机驱动机构,也就是指驱动砂带运转的机构部分,通常包含一个气动马达或电机提供运转动力.一个或多个传动轮来带动砂带旋转.2、砂带机张紧机构,砂带必须有适当的张紧力,才能稳定运转.所以砂带机必须有机构来实现砂带的张紧.单轮式砂带磨削机通过砂带和轮子外径本身的尺寸配合及轮子旋转时的离心力来实现张紧,现采用较少,一般砂带机都有二个以上的传动轮,通过其中一个轮子的位置变化来实现砂带的张紧.而张紧轮的位置变化一般有螺栓顶压,弹簧张紧,气缸张紧三种主要方式.其中弹簧及气缸张紧方式应用最多.3、砂带机的调偏机构,砂带机通常需要一个砂带纠偏机构,用于修正调节砂带在运转时的偏离,以获得稳定良好的工作效果.其实现原理都是通过改变一个或多个传动轮的角度变化来实现砂带运转时的位置变化.最为常见的为螺丝纠偏方式,在一些自动化机型中也有采用纠偏电机,传感器等来实现自动纠偏.

4. 研究方案

方案一：整体框架方面：采用铝合金制造关键安装配件，采购适配螺钉螺母安装主要零件；打磨砂带装套方面：采用环形 533*30mm 砂带，设计适配砂带的主动轮及副轮来约束砂带；电机方面：使用 57 步进大电机搭配同步带传动并减小传动比获得高转速，工作电流为直流需要电源适配器，体积小巧精度高可外加驱动，然后电脑编程灵活控制其转动，但其转速上限低，价格贵，大部分打磨过程中用不到这些精确控制的功能；同步带传动系统方面：设计一体主轴满足同步轮及砂带主动轮的安装，电机搭配同步带将动力传递到一体主轴的这个过程中，需要设计计算中心距以及传动比，以此满足整体机械强度要求。方案二：整体框架、打磨砂带装套、同步带传动系统这几个方面与方案一相同。电机方面：采用895 高速大扭力电机搭配同步带传动并增大传动比控制其高转速，体积小巧噪声小，价格相较步进电

机便宜，但因其为直流电机，需要搭配对应的电源适配器以及电机调速器。

通过对比方案一和方案二，从材料和经济实用性方面方案二的研究方案较好，可以节约材料成本的同时保证手持式砂带打磨机较好的整体稳定性，尤其在转速控制方面，方案一通过减小传动比来增大打磨带的极限转速，但功率低，打磨时工件收到的力小，打磨效果不好，而方案二则是增大传动比，在控制高转速的同时增大了工件打磨时受到的力，从而获得更好的打磨效果。所以最后确定方案二的总体设计思路和分析。

5. 工作计划

毕业设计前一学期末完成英文翻译，收集、查阅、文献资料并准备开题报告。

第 1 周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。

英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至“毕业设计管理系统”,译文封面用标准模板。