机械毕业设计论文

BSG2213宽带砂光机

The Graduation Design for Bachelor's Degree

BSG2213 Wide Belt Sander

摘要

砂光机是利用磨具对各种板类，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面广，需要量大，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，也能降低工件的表面粗糙度，是木材加工的重要机床之一。

综合了以上考虑之后，我将本次设计的题目定为BSG2213型单面双砂架上砂式宽带砂光机，履带送料，辊式砂架定厚，压磨式砂架精磨的组合。压磨式砂架由接触辊，压磨器，导向辊和张紧辊组成。

为了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，有效增强了整机的稳定性。

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关键词：宽带；砂光机；压磨式砂架；压磨器；辊式砂架

ABSTRACT

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.

After integrate the consideration of above decided to design a machine named BSG2213. 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. This design attaches a good stability.

Key words: Wide Belt; Sander; Press Abrading Grinding

Shelf ; Pressing Block; Rolling Grinding shelf

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1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 3 1.4 本课题的立题依据 4

1.5 本课题研究的内容 5

第2章总体方案拟定 6

2.1 设计的总体原则 6

2.2 砂架的型式 6

2.3 机架的设计 9

2.4 升降系统 10

2.5 吸尘系统 10

2.6 清洁系统 10

2.7 驱动系统 10

2.8 接触辊、张紧辊的具体设计 10

2.9工作原理 12

2.10本章小结 12

第3章机床的结构及工作原理 13 3.1机床的总体结构 13

3.1.1机床的布局 13

3.1.2机床的总体结构 14

3.2 机床的工作原理 15

3.3 设计计算 16

3.3.1电机的选择 16

3.3.2 带轮的选择 17

3.3.3 轴承的选择 18

3.3.4 气缸选择 19

3.4 砂光机的安全防护和润滑 19

3.5本章小结 21

第四章主要的设计计算 22

4.1概述 22

4.2切削速度及接触辊直径的确定 22

4.3电机功率的确定 23

4.4轴强度校核 24

4.5 轴承的校核与计算 29

4.6电动机的校核计算 31

4.7本章小结 31

第5章本机的机构特点和技术经济指标 32

5.1 本机的结构特点 32

5.2 本机的技术经济指标 33

5.3本章小结 34

结论 35

参考文献 36

致谢 38

第1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，需要量大，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，节疤撕裂和表面损坏现象，也可以减少坯料尺寸5-10%，而且克服了刨床不安全，噪声大等缺点。如将其和铣床，车床等组合，可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加磨削，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，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，有较好的跑合和抛光作用，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，不致于像刨切和铣削一

样将木材纤维撕裂或留下刨铣压痕。

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，可多次方便地更换砂带；对于多个砂光头组合而成的宽带式砂光机，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和精细砂光如胶合板，刨花板，中密度纤维板，实木板，门窗框，家具板件等。或精光单板镶板，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各种板件（辊式砂光机主要用于加工平面或曲面，式砂光机可加工较小的平面，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式或经放大显示；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，采用大直径地硬度接触辊，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，近年又出现了微机控制的仿型砂光机。

5.向安全和无粉尘方向发展。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。国内最早地木工宽带砂光机研制厂家是牡丹江木工机械厂，从一九八二年起参照日本菊川之技术生产出了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功能的系列化产品；其次苏州林机厂引进德国BION之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，我国同国外先进国家相比约落后四十多年；就技术水品而言，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的更加激烈。

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。

经过广泛的市场调研及实地考察，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的多，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。所以在平面磨削中宽带砂光机几乎替代了其他结构的砂光机。

宽带砂光机的砂架的结构有：一、接触辊式砂架（如图1.1图a）；二、砂光垫式砂架（如图1.1图b）；三、组合式砂架（如图1.1图c）；四、压带式砂架（如图1.1图d）；五、横向砂架（如图1.1图e）。后两种的原理都是辊式和压磨式的改进。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，适合于精砂光。此两者的作用相辅相成。

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，履带进给。

为了砂带的偏移问题，设计使用了纠偏装置。为了减小整机振动，将主电机置于工件能下方，利用皮带传动带动驱动辊旋转。

综上所述，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，因此依据客观充分，使整机在性能和经济性方面符合客观要求。

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欢迎。七十年代后期，随着我国经济发展和对外开放政策实施，国内许多厂家通过各种渠道引进国外多种型式的砂光机。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，随三

（a） (b)

(c)

(d) (e)

图1.1 砂架结构

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进步起推动作用。

而我国砂光机制造起步较晚，是在85年以后国内先后有六家工厂在引进制造技术，参考进口样机基础上，试制成功多种型号宽带砂光机，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、贴面装饰材料和新型材料等工厂的生产。

可见我国木材和人造板行业对砂光机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，例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工机械企业的蓬勃发展，对我国木工机械行业的进步做出一定贡献。

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，为木制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，近来兴起的一种新型带式砂光机------宽带砂光机已获得广泛应用。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—

2250mm，因此对板材的平面砂磨，只须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。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。宽带砂光机每次最大磨削用量可达1.27mm，进料速度可达18—60m/min。宽带砂光机使用寿命大，砂带的更换较方便、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。

综上所述，选择“单面上砂式双砂架砂光机”这个题目，这个砂光机主要用于板式家具生产线的定厚砂光和表面精磨光。

1.5 本课题研究的内容

设计BSG2213单面上砂式双砂架砂光机，主要用于板式家具表面精磨光。

该砂光机可与每年1-20万立方米人造板生产线配套。

主要技术参数：

最大加工宽度

mm

工件厚度范围

mm

加工精度

mm

进料速度

m/min

砂带尺寸（长×宽）

mm

砂带线速度

m/s左右

吸尘风速

m/min

主电机功率 18.5kw

除尘装置风量 9800m3/h

压缩空气工作压力 0.6MPa

外型尺寸（长×宽×高）

mm

净重量 4500kg

第2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、修理和调整。

(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。

(4) 降低成本，经济实惠，耐用、电能、压缩空气消耗适中。

(5) 结构布局及色调要和谐，保证其外观质量。

(6) 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 砂架的型式

根据砂削部分的结构不同，砂光机有三种基本型式的砂架：

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）。砂光机砂架设计主要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，因此有利于去处大的砂光余量，用于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。

压磨垫磨削：工作区的面积比较大，为平面磨削，参与磨削的磨料较多，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。相应砂光头上需安装细粒度的砂带。

组合磨削：接触辊与压磨垫的组合，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。当定厚砂削是将接触辊调整到工作位置，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，解除辊和压磨垫磨削量不同的比率根据具体情况进行设置。

图2.1 辊式砂架

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。

2.4 升降系统

一般砂光机的升降行程为3-150mm,为了保证不同厚度工件的砂光质量，采用电机带动丝杠升降，上机架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。

升降系统采用电控。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。

图2.2 压磨式砂架

图2.3 组合式砂架

2.5 吸尘系统

工件在磨削制造过程中要产生大量的粉尘，因此在砂光处都要装有吸尘装置。

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，砂粒将被堵塞，砂带将丢失应有的磨削作用，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，砂带的高速切削必然产生大量的热量，这些这种吸风系统会使砂带快速冷却。

2.7 驱动系统

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。

本机床采用皮带进给、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给辊，后进给辊从动。辊筒直径为130mm,进给速度在6-30m/min之间进行无级调速。支承辊筒的工作台必须坚固可靠，以免除因振动带来的不良砂光效果。

各送料滚筒精度高，转动灵活。

2.8 接触辊、张紧辊的具体设计

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。

各辊子由于在砂光过程中转速较高，所以要求各辊子及支承各辊子的轴承座的加工精度要高，各辊子的配套轴承精度也要严格。只有满足了以上条件，才能减轻振动和由振动和由振动带来的波纹状的加工痕迹。

为了增加各辊子的刚度及抗震性能，本机床接触辊内部设置了加强肋，接触辊外通常包一层橡胶，以获得较大的耐磨性。接触辊表面开有螺旋沟槽，以起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，借以改变砂削压力和砂削量，以达到不同砂削工艺的需求。

1.最大加工宽度和砂带宽度

最大加工宽度为宽带式砂光机的主参数。国家标准规定的主参数为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误差，砂带的宽度应按最大加工宽度上加上40mm-60mm选取。

2.砂削板厚范围

一般用途的的宽带式砂光机，最小加工厚度应不大于3mm，最大加工厚度应不小于120mm。通常砂削板材的厚度范围为3-200mm。

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率，但砂带的速度过大，易使砂粒变钝或脱落，也易使砂带堵塞，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/s-30m/s；压磨式砂架应取15m/s-25m/s；组合式砂架应取18m/s-25m/s。柔光涂漆表面时的砂带速度：瓷漆表面3m/s-7m/s；聚脂漆表面8m/s-10m/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进给速度通常

16m/min-70m/min；用于刨花板，中密度纤维板砂削的最大进给速度为24m/min-36m/min，国外最大可达70m/min。柔光涂漆表面的进给速度通常为5-10m/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；但也使表面质量下降，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，而降低砂削质量。

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。

2.9工作原理

该机主要由机座，上机架，砂架，厚度调整装置，进给机构，控制及除尘装置等组成。

其工作原理为：被砂削的工件从机器左端进入，在下主动进给辊和和上从动压紧辊筒的带动下，首先通过对称配置的辊式砂架，同时砂削工件的两面，完成定厚粗砂，砂削量约占其总量的60-70%。然后依次通过错开配置的下组合式砂架和上组合式砂架，完成两面精砂。最后通过出料端的一对刷辊，清除砂削表面残留的粉尘。砂带的旋转方向与工件懂得进给方向相反，砂下的木粉经各自的吸尘口被强力气流吸出。

宽带砂光机的砂架的结构有：一、接触辊式砂架（如图1.1图a）；二、砂光垫式砂架（如图1.1图b）；三、组合式砂架（如图1.1图c）；四、压带式砂架（如图1.1图d）；五、横向砂架（如图1.1图e）。但其原理都是辊式和压磨式的改进。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，适合于精砂光。此两者的作用相辅相成。

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。由于砂带与工件的接触面积小，砂削压力大，砂带粒度粗，砂削量大，砂削表面残留划痕，故用于粗砂。

压板是铝制长条平板，其工作表面经过研磨达到光洁，并包覆一层含石墨的布，用以减少摩擦和热量。压板被安装在可调整的额垂直支架上，压板使砂带与工