630 智能車刀刃磨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+PPT+說明書】

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Have discussed mainly the mathematics between the geometry parameter and edge mill parameter of lathe tool that concerns and begs to untie method and establishes and describes the pose adjustment of lathe tool model. The paper mathematics that has discussed the edge mill of lathe tool model, according to model, beg to have untied the relation between edge mill parameter and the geometry parameter of lathe tool. Because of the edge mill parameter of lathe tool when deciding edge mill, the angle between lathe tool and emery wheel is adjusted. To determine the edge mill parameter of lathe tool of machine tool, first according to the edge mill of cutting tool the analysis of campaign space, have designed realization scheme, select to control construction of system , adopt only flat machine eventually according to edge mill sport equation control angle as 3 walks into generator control, so control machine tool to produce corresponding sport, realize every surface of lathe tool edge mill. adopt only flat machine eventually according to edge mill sport equation control angle as 3 walks into generator control, so control machine tool to produce corresponding sport, realize every surface of lathe tool edge mill. Key words: Edge mill machine Pose adjusts Unload lotus structure Single-chip microcontrol III 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.2 課題研究意義 3 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容 3 1.4 本章小結(jié) 4 第二章 方案設(shè)計(jì)及論證 5 2.1 方案提出 5 【方案 1】 5 【方案 2】 6 2.2 方案論證 8 2.3 本章小結(jié) 9 第三章 方案實(shí)施 11 3.1 數(shù)學(xué)模型建立 11 3.1.1 常見車刀 11 3.1.2 車刀幾何角度分析 12 3.1.3 數(shù)學(xué)模型的建立 13 3.2 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 17 3.2.1 刃磨基本條件 17 3.2.2 磨削力計(jì)算 21 3.2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 IV 3.2.4 失電制動(dòng)器選擇 28 3.2.5 砂輪架升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 3.3 關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)的有限元分析 32 3.3.1 底座零件 33 3.3.2 升降機(jī)構(gòu) 34 3.3.3 進(jìn)刀停止器 35 3.4 本章小結(jié) 37 第四章 車刀刃磨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 38 4.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真簡(jiǎn)介 38 4.2 車刀刃磨機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 39 4.3 運(yùn)動(dòng)仿真分析 40 第五章 總結(jié) 50 參考文獻(xiàn) 51 致 謝 52 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 53 附錄 54 1 第一章 緒論 1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 工欲善其事，必先利其器。刀具在切削加工中占有舉足輕重的地位。在機(jī) 械加工中，刀具的費(fèi)用雖然僅為生產(chǎn)費(fèi)用的2-5%,但它卻對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的效益有重 大的影響。刀具是實(shí)現(xiàn)零件加工成形的主要工具，其性能和質(zhì)量直接影響機(jī)械 加工的加工質(zhì)量、效率和成本。 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明，選用高效的切削刀具，可以使生產(chǎn)成本降低10- 20%。隨著現(xiàn)代化機(jī)械加工技術(shù)朝著高效率、高精度、高自動(dòng)化、高柔性化以及 網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，切削刀具也正朝著精密化、復(fù)雜化的方向發(fā)展。 一般刀具制造和刃磨是采用普通的工具磨床進(jìn)行加工，小批量的生產(chǎn)采用 萬能工具磨床，而大批量的刀具生產(chǎn)則采用專用的工具磨床，比如溝槽磨床、 立銑刀磨床等。然而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這種刀具的生產(chǎn)方式越來越不能適 應(yīng)現(xiàn)代刀具技術(shù)發(fā)展的要求。主要表現(xiàn):(1)一把刀具的生產(chǎn)需要幾臺(tái)機(jī)床，多次 裝夾，多次定位，不僅工藝裝備復(fù)雜，而且刀具的精度很難得以保證;(2)普通的 工具磨床的運(yùn)動(dòng)控制能力有限，對(duì)于一些復(fù)雜的刀具只能采用近似的方法加工; (3)萬能工具磨床在加工能力和加工范圍上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通的工具磨床，但是仍 然不能適應(yīng)現(xiàn)代刀具的多品種、小批量、短周期要求。目前國(guó)外的工具磨床生 產(chǎn)廠家均采用數(shù)控萬能工具磨床和CNC磨削加工技術(shù)，這也是普通刀具和復(fù)雜 刀具制造刃磨的主要途徑和方法。國(guó)內(nèi)車刀刃磨機(jī)械主要是在復(fù)雜刀具刃磨功 能的基礎(chǔ)上帶有車刀的刃磨，臺(tái)灣佳群機(jī)電公司是臺(tái)灣專業(yè)CNC專用機(jī)床磨刀 機(jī)生產(chǎn)廠家， JD-30A型第三代萬能磨刀機(jī)配有刃磨車刀、鉆頭、銑刀的功能 和裝置?？梢葬槍?duì)不同的加工設(shè)備和刀具對(duì)象，對(duì)刀具進(jìn)行修磨。武漢機(jī)床廠 生產(chǎn)的M6245車刀刃磨機(jī)， （如圖1-1所示）天津市北閘門口儀表機(jī)床廠刃磨機(jī) CDM32（如圖1-2所示） 。M6245車刀刃磨機(jī)主要技術(shù)規(guī)格： 最大車刀寬度45mm，最大車刀厚度45mm；砂輪架最大往復(fù)行程50mm砂 2 輪架往復(fù)速度(無級(jí)變速)5-25mm/分，砂輪軸轉(zhuǎn)速2100轉(zhuǎn)/分，當(dāng)用φ200mm砂 輪時(shí)砂輪線速度22米/秒，砂輪數(shù)量可裝數(shù)量4，常用數(shù)量 2；刀架縱向最大移動(dòng) 量550mm刀架橫向最大移動(dòng)量80mm，刀架微調(diào)范圍20mm，微進(jìn)給手輪一格移 動(dòng)量0.01mm，刀架在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度360°，刀架在縱向平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度 ±20°刀架在橫向平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度±20°，虎鉗鉗口旋轉(zhuǎn)角度±90°液壓泵流 量*壓力2.5升/分*25公斤/厘米，系統(tǒng)工作壓力 8-10公斤/ 厘米，電動(dòng)機(jī)主傳動(dòng)電 動(dòng)機(jī)1.5kw。 天津市北閘門口儀表機(jī)床廠刃磨機(jī)CDM32技術(shù)參數(shù)： 夾持刀具的最大截面尺寸 32×32mm。 主 Main worktable 1﹑工作臺(tái)面積 340×170mm 2﹑上下移動(dòng)量 70mm 3﹑左右移動(dòng)量 70mm 4﹑上下移動(dòng)刻度盤每格移動(dòng)量 0.02mm 5﹑工作臺(tái)繞水平軸旋轉(zhuǎn) -30°～+20° Motor of spindle 1﹑繞垂直軸旋轉(zhuǎn) 15 2﹑輸出功率 550W 3﹑轉(zhuǎn)速 2980r.p.m. Vice-wordtable 1﹑工作臺(tái)面積 276×150mm 2﹑工作臺(tái)繞水平軸旋轉(zhuǎn) -30°～+30° Main tool holder 1﹑前后移動(dòng)量 100mm 2﹑前后移動(dòng)刻度盤每格移動(dòng)量 0.02mm 3﹑刀夾繞垂直軸旋轉(zhuǎn) 360° 機(jī)床凈重 140kg 3 圖1-1 M6245車刀刃磨機(jī) 圖1-2 機(jī)床廠刃磨機(jī)CDM32 1.2 課題研究意義 隨著我國(guó)工業(yè)迅猛發(fā)展，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理模式的改變，以前的師徒關(guān)系以 不是很明顯，企業(yè)對(duì)人的要求是技術(shù)工人上崗就要立即能上手操作，作為新的 學(xué)徒和剛上崗的技術(shù)工人沒有數(shù)年的工作經(jīng)驗(yàn)，要想通過手工刃磨一把刀具則 相當(dāng)困難，得不到合理幾何角度的刀具，勢(shì)必影響到生產(chǎn)質(zhì)量和效率。所以刀 具的刃磨技術(shù)在降低成本、提高加工量中顯得尤為重要。針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)一 種既經(jīng)濟(jì)又便于操作的刃磨機(jī)就顯得尤為必要。 本次設(shè)計(jì)就是為了解決生產(chǎn)當(dāng)中企業(yè)和工人的實(shí)際問題。首先對(duì)車刀的刃 磨展開研究，通過調(diào)研、分析、類比、論證。最終設(shè)計(jì)一種智能化、自動(dòng)化的 刃磨機(jī)械，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。車刀刀刃磨技術(shù)及控制研究的目的就是提車 刀的刃磨質(zhì)量，降低制造成本提高生產(chǎn)率;通過對(duì)車刀刃磨的控制研究，實(shí)現(xiàn)對(duì) 車刀的自動(dòng)刃磨和重磨，減工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)滿足生產(chǎn)的需求。本設(shè)計(jì)主 要先了解車刀的角度及幾何數(shù)，根據(jù)這些設(shè)計(jì)出數(shù)控車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 以及利用單片機(jī)來控制機(jī)構(gòu)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)車刀的刃磨。 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容 通過本次設(shè)計(jì)，首先，分析研究車刀幾何參數(shù)和刃磨參數(shù)之間的關(guān)系和求 解方法，建立并描述車刀位姿調(diào)整的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)模型，求解車刀的幾何參 數(shù)和刃磨參數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)刀具刃磨時(shí)活動(dòng)空間位置，分析刃磨運(yùn)動(dòng)控制 角度，設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車刀的各個(gè)面刃磨，最終完成車刀刃磨 4 機(jī)床整體設(shè)計(jì)。通過本次設(shè)計(jì)，一方面可以滿足和解決生產(chǎn)當(dāng)中的實(shí)際基本問 題，另一方面，也可以為我們研究其他刀具的刃磨奠定理論基礎(chǔ)，使刃磨機(jī)械 最終形成系列化、市場(chǎng)化產(chǎn)品。車刀刀刃磨技術(shù)及控制研究的目的就是提車刀 的刃磨質(zhì)量，降低制造成本提高生產(chǎn)率;通過對(duì)車刀刃磨的控制研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)車 刀的自動(dòng)刃磨和重磨，減工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)滿足生產(chǎn)的需求。本設(shè)計(jì)主要 先了解車刀的角度及幾何數(shù)，根據(jù)這些設(shè)計(jì)出數(shù)控車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以 及利用單片機(jī)來控制機(jī)構(gòu)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)車刀的刃磨。 根據(jù)車刀角度及幾何參數(shù)，設(shè)計(jì)出車刀刃磨裝置，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 1.4 本章小結(jié) 通過本章的學(xué)習(xí)了解，我們初步了解了智能車道刃磨機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，以及 它在機(jī)械加工中所占的重要作用。在21世紀(jì)現(xiàn)代化高速發(fā)展的今天，生產(chǎn)力決 定一切，我們要?jiǎng)?chuàng)造生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率。機(jī)械加工方面我們更應(yīng)該改善技 術(shù)與生產(chǎn)力，對(duì)傳統(tǒng)的加工刃磨技術(shù)進(jìn)行改善與提高，使加工智能化自動(dòng)化。 無車刀是一種應(yīng)用非常普遍的金屬切削刀具，用它可以在車床上加工外圓、車 斷面和鏜孔等。在大多數(shù)機(jī)加工廠中，車床數(shù)控車床得到廣泛的應(yīng)用，車刀應(yīng) 用的頻率更高。由于工具磨床是一個(gè)通用的刀具磨床，所以這種重磨方法的缺 點(diǎn)是：機(jī)床調(diào)整麻煩，刃磨效率低;刃磨由工人手工操作，刃磨精度低。 車刀和其它刀具一樣，切削一段時(shí)間后就會(huì)變鈍，此時(shí)必須對(duì)其重磨方可 使用。否則，該車刀報(bào)廢，所以車刀的重磨工作量非常大。目前，我國(guó)螺旋齒 立銑刀的刃磨大約98%以上是在M6020或其變型、改進(jìn)型的普通萬能工具磨床 上進(jìn)行或者進(jìn)行手工磨削。磨削質(zhì)量除了取決于機(jī)床自身的剛性、精度外，還 主要依賴于操作者的技藝和直觀感覺。 5 第二章 方案設(shè)計(jì)及論證 2.1 方案提出 【方案 1】 車刀刃磨實(shí)現(xiàn)上也就是針對(duì)車刀的主后刀面、副后刀面、前刀面三個(gè)面進(jìn)行 磨削，從而保證六個(gè)基本角度。如圖所示2-1所示： Aα ——主后刀面 Aα /——副后刀面 Aγ —— 前刀面 Kr—— 主偏角 λ s——刃傾角 γ o——前 角 α o——后 角 Kr＇——副偏角 α o＇——副后角 6 圖 2-1 車刀 空間應(yīng)該有三個(gè)自由度才能保證三個(gè)面和六個(gè)基本角度，而在我們常用的 夾具里，萬能虎鉗就是最常見的能實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的輔助夾具，所以我們可以 借鑒，從而實(shí)現(xiàn)刃磨。 工作原理： （1） 后刀面的刃磨 首先把車刀緊固在虎鉗1上，將轉(zhuǎn)體5相對(duì)于底座6轉(zhuǎn)動(dòng)（繞Y軸線）--車刀 的主偏角K r，使刀刃與縱向進(jìn)給方向平行，角度值可從刻度盤7讀出，再將虎鉗 相對(duì)于3轉(zhuǎn)動(dòng)（繞Z軸線）--車刀的軸向后角。角度值可從刻度盤2讀出，此時(shí)， 車刀的整個(gè)后刀面都出于切削平面內(nèi)，當(dāng)萬能虎鉗隨工作臺(tái)作縱向往復(fù)直線運(yùn) 動(dòng)時(shí)，即可刃磨出車刀的后刀面。副后刀面刃磨基本相同。 (原理如圖2-2所示) (2) 前刀面的刃磨 車刀在虎鉗上緊固后，將轉(zhuǎn)體 5 相對(duì)于底座 6 轉(zhuǎn)動(dòng)（繞 Y 軸線），--車刀 的主偏角 Kr，角度值可從刻度盤 7 讀出，將虎鉗 1 相對(duì)于轉(zhuǎn)體 3 轉(zhuǎn)動(dòng)（繞 Z 軸 線）--車刀的軸向前角，角度值可從刻度盤 2 讀出。在將轉(zhuǎn)體 3 相對(duì)于轉(zhuǎn)體 5 轉(zhuǎn)動(dòng)（繞 X 軸線）--刃傾角 λs，角度值可從刻度盤 4 讀出（如果 λs=0，則不 需轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)體 3），這樣車刀的整個(gè)前刀面（經(jīng)刃磨后的）都出于水平位置，當(dāng) 萬能虎鉗歲工作臺(tái)作作縱向直線往復(fù)運(yùn) 動(dòng)，即可刃磨前刀面。 7 1一虎鉗; 2、4、7一刻度盤; 3、5一轉(zhuǎn)體； 6一底座 圖2-2 刃磨原理圖 【方案 2】 由于空間需要三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，才能保證三個(gè)面和六個(gè)基本角度，可以借 鑒機(jī)器人的腕關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)刃磨。機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)器人本體，其臂部一般采 用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運(yùn)動(dòng)副（轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個(gè) 數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，按照控 制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作。它輸入的是電信 號(hào)，輸出的是線、角位移量。機(jī)器人使用的驅(qū)動(dòng)裝置主要是電力驅(qū)動(dòng)裝置，如 步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置。如圖 2-3 所示。 1、關(guān)節(jié) 1 2、關(guān)節(jié) 2 3、關(guān)節(jié) 3 圖 2-3 驅(qū)動(dòng)裝置 利用該種結(jié)構(gòu)，用三臺(tái)伺服電機(jī)進(jìn)行輸入，就可實(shí)現(xiàn)空間的三個(gè)角度的旋 8 轉(zhuǎn)輸出，這三條傳動(dòng)路線分別如下: 電機(jī) 1－齒輪 Z1/Z2－齒輪 Z3/Z4－θ 2 實(shí)現(xiàn) X 軸的旋轉(zhuǎn); 電機(jī) 2－齒輪 Z5/Z6－θ 1 實(shí)現(xiàn) Z 軸的旋轉(zhuǎn); 電機(jī) 3－齒輪 Z7/Z8－θ 3 實(shí)現(xiàn) Y 軸的旋轉(zhuǎn); 車刀刀具可以裝夾在托板上，實(shí)現(xiàn)主后刀面、副后刀面、前刀面的刃磨， 角度的調(diào)整，可以通過控制伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，位姿的調(diào)整由控制軟件按照位姿 調(diào)整的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制。從而可以實(shí)現(xiàn)刀具的數(shù)控化刃磨。 2.2 方案論證 方案一，由上述分析可知萬能虎鉗調(diào)整時(shí)需將三個(gè)坐標(biāo)軸都進(jìn)行調(diào)整，但 由于 X、Y、Z 三軸是連動(dòng)的。當(dāng)夾具體繞 X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，Y 軸方向隨著轉(zhuǎn)動(dòng)， 但 Z 軸方向不變。繞 Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，X、Z 軸方位不變。繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，X 、Y 方位隨著變動(dòng)。因此當(dāng)夾具繞 X 或 Z 軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)會(huì)帶動(dòng)其它軸旋轉(zhuǎn)，我們 知道在刃磨刀具的幾個(gè)刀面時(shí)，刃磨的先后順序不同，刃磨的幾何角度也不同， 因此在使用時(shí)，調(diào)整的幾何角度并不是獨(dú)立的刀具角度，而是對(duì)幾何角度在空 間進(jìn)行分析后得到的角度。這樣就會(huì)在刃磨時(shí)，帶來計(jì)算的麻煩，勢(shì)必影響到 刃磨的效率，且萬能虎鉗的調(diào)整是通過目測(cè)，由工人用手調(diào)整，這樣刃磨的質(zhì) 量也很難保證。因此在磨床上利用萬能虎鉗來進(jìn)行車刀的刃磨其缺點(diǎn)是很明顯 的。 方案二，為了解決萬能虎鉗三軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶來的聯(lián)動(dòng)調(diào)整問題以及計(jì)算時(shí) 的麻煩，我提出第二種實(shí)現(xiàn)方案。由刃磨要求可知，在刃磨時(shí)要通過夾具體的 回轉(zhuǎn)使刀具的被刃磨面回轉(zhuǎn)到與磨輪工作面平行的方位。因此，當(dāng)夾具回轉(zhuǎn)則 需要三個(gè)旋轉(zhuǎn)的自由度以保證刃磨時(shí)所要求的角度，由以上對(duì)萬能虎鉗的分析 知，該夾具的三個(gè)方向的回轉(zhuǎn)自由度并不是獨(dú)立的，在旋轉(zhuǎn)時(shí)角度是很難控制 的，因此為了方便而準(zhǔn)確的控制三個(gè)方向的自由度，我們將這些自由度的生成 關(guān)系獨(dú)立開來，我們采取第二個(gè)實(shí)施方案。該結(jié)構(gòu)由三部分組成，一部分有一 個(gè)自由度，并且三部分的軸線交于一個(gè)平面。三部分的實(shí)現(xiàn)由三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控 制，則三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)自由度就可實(shí)現(xiàn)，并且是獨(dú)立的存在，不會(huì)有干涉的現(xiàn) 象，再采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，這樣在刃磨車刀時(shí)，要 9 使刀具待磨面與磨輪工作面平行，我們只需要分別控制三臺(tái)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)三個(gè)軸 的旋轉(zhuǎn)，三個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)由數(shù)學(xué)建模關(guān)系控制，就可輕易的實(shí)現(xiàn)人為控制，得到 我們所需的角度。 在三個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)上，有兩種方案可以實(shí)現(xiàn)，第一種就是三臺(tái)電機(jī)同時(shí) 布置在一個(gè)機(jī)體內(nèi)，第二種可以使進(jìn)給方向有兩個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，然后再利用 砂輪的旋轉(zhuǎn)，提供第三個(gè)自由度，這樣也可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的控制，在整個(gè) 設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們對(duì)這兩個(gè)方案也進(jìn)行了論證，最后在實(shí)現(xiàn)控制上，我們發(fā)現(xiàn)， 第一、數(shù)學(xué)模型的建立，都是以刀具的旋轉(zhuǎn)為研究對(duì)象的；第二、考慮到設(shè)計(jì) 的結(jié)構(gòu)的緊湊性，我們最終考慮采用了第二種方案中的 2，利用三臺(tái)步進(jìn)電機(jī) 實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的控制，從而得到要磨的刃磨角度。 圖 2-3 方案可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)回轉(zhuǎn)軸線相交于一點(diǎn)，這樣三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)彼此不 會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，三個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，這樣控制算法上比較簡(jiǎn)單容易實(shí) 現(xiàn)，但在結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)的相對(duì)復(fù)雜，為此，我們?cè)谶@個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)這個(gè)方案部分結(jié) 構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行改型，從而力求得到比較合理的適合于刀具刃磨的結(jié)構(gòu)。 圖 2-4 結(jié)構(gòu)方案 Z 軸方向布置一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)垂直水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，平行于水 平面布置一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)繞 X 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，水平面內(nèi)垂直于 X 軸布置 10 一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，從而就可實(shí)現(xiàn)繞 Y 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？傮w結(jié)構(gòu)方案如圖 2-4 所示， 為此 在次方案的基礎(chǔ)上我們只需進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制的設(shè)計(jì)，就可實(shí)現(xiàn) 我們的設(shè)計(jì)要求。 2.3 本章小結(jié) 我國(guó)工具行業(yè)，長(zhǎng)期處在低水平數(shù)量型發(fā)展軌道，加上目前正處在國(guó)家深 化改革，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，客觀和主觀都造成我國(guó)的工具行業(yè)難以適應(yīng)當(dāng)今飛速 發(fā)展的市場(chǎng)變化。我國(guó)刀具制造同先進(jìn)國(guó)家的差距進(jìn)一步拉大。為了降低成本， 提高刃磨質(zhì)量和效率，尤為重要。車刀的刃磨就是最基礎(chǔ)的。 而長(zhǎng)期以來車刀的刃磨，主要由車床工人用手工刃磨，憑目測(cè)控制刃磨角 度，這種刃磨方式，刃磨的角度不太正確，效率也較低，所以開發(fā)高效可靠、 功能強(qiáng)大、成本低廉的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車刀刃磨機(jī)具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義和深遠(yuǎn)的社 會(huì)意義。 11 12 第三章 刃磨機(jī)設(shè)計(jì)方案實(shí)施 3.1 數(shù)學(xué)模型建立 3.1.1 常見車刀 圖 3.1 車 刀 的 種類 a)外圓車刀 b) 外圓車刀 d)內(nèi)孔車刀 f)螺紋車刀 e)圓弧車刀 c)切斷刀 圖3-1 常用車刀 車刀是應(yīng)用最廣的一種單刃刀具。也是學(xué)習(xí)、分析各類刀具的基礎(chǔ)。車刀 用于各種車床上，加工外圓、內(nèi)孔、端面、螺紋、車槽等。車刀按結(jié)構(gòu)可分為 整體車刀、焊接車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)位車刀和成型車刀。車刀由刀頭和刀桿 兩大部分組成。刀桿是刀具上夾持部分組成。刀頭直接擔(dān)負(fù)切削工作，它由以 下部分組成。 13 3.1.2 車刀幾何角度分析 圖 3-2 車刀幾何角度投影 為了表示刀具空間集合形狀及位置，需通過刀具幾何角度來表示。再表達(dá) 刀具幾何角度時(shí)，僅靠刀頭上的幾個(gè)面是不夠的，還需要建立幾個(gè)坐標(biāo)平面， 以便與刀具刀頭上的各個(gè)面組成相應(yīng)的角度。 刀具切削角度的坐標(biāo)平面: 刀具的切削角度是刀具在切削運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下確定的角度。所以刀具的切削角 度的坐標(biāo)系應(yīng)該用合成切削速度來說明。 切削平面 通過切削刃某選定點(diǎn)，切與加工表面的平面?！?1 基面 通過切削刃某選定點(diǎn)，垂直于合成切削速度向量的平面?！?2 正交平面 通過切削刃某選定點(diǎn)垂直于主切削刃在基面上的投影平面。 ○ 3 副切削刃正交平面 垂直與副切削刃在基面上的投影?！?4 刀具標(biāo)注角度 正交平面坐標(biāo)系 為便于刀具設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)刀具時(shí)標(biāo)注，需要對(duì)上述參考○ 1 平面做一些假設(shè)，車削時(shí)的假設(shè)條件是： A.裝刀時(shí)，刀尖恰在工件的中心線上； B.刀桿對(duì)稱面垂直于工件軸線； C.沒有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)； 14 D.工件以加工表面的形狀是圓柱表面； 根據(jù)這些條件，外圓車刀主切削刃某選定點(diǎn)的標(biāo)注角度參考坐標(biāo)平面為; 基面 通過切削刃上選定點(diǎn) M，平面與刀桿底面的平面；切削平面 通過??tP ??sp 切削刃上選定點(diǎn) M，與主切削刃相切并垂直于基面的平面 正交平面 通過切削刃上選定點(diǎn) M，垂直于主切削刃在基面上投影的o 平面。因此正交平面坐標(biāo)系內(nèi)的三個(gè)坐標(biāo)平面互相垂直，構(gòu)成了 1 個(gè)空間直角 坐標(biāo)系，稱為正交平面坐標(biāo)參考系 正交平面坐標(biāo)系的刀具角度標(biāo)注 如圖所示正交平面參考系中，刀具角度○ 2 有以下幾個(gè)。 刀具的前刀面，后刀面及主切削刃的方位，用前角 ，后角 ，主偏角 ，arork 刃傾角 4 個(gè)角度就可以確定。其中， 于 確定了前刀面的方位， 和 確s?ars?roa 定了后刀面的方位， 與 確定了主切削刃的方位。rks? 3.1.3 數(shù)學(xué)模型的建立 車 刀 刀 面 方 程 建 立 1、建立坐標(biāo)系 1.1 車刀坐標(biāo)系 以外圓車刀的刀尖0為坐標(biāo)原點(diǎn)，負(fù)進(jìn)給方向?yàn)閤 d 軸方向， 吃刀運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?Yd 軸方向， 按右手法則建立車刀坐標(biāo)系。O-x dydzd，并與車刀“固結(jié)”。 1.2機(jī)床坐標(biāo)系 以 車 刀 坐 標(biāo) 系 的 原 點(diǎn) 0為 坐 標(biāo) 原點(diǎn)，x d軸方向?yàn)閤軸 方向， Yd軸方向?yàn)閥軸方 向， 按右手法則建立機(jī)床坐標(biāo)系。O-xyz，并與機(jī)床“固結(jié)”。 2、建立刀面方程式 設(shè)車刀的三個(gè)刀面為平面， 并設(shè)主偏角為k r、 ， 副偏角 為k r’： ， 主后角為a 0、 法向主后角為a n進(jìn)給剖面主后a f,切深剖面主后角為a p,主前角為γ 0,法向前角為 γ n,進(jìn)給剖面前角為γ f,切深剖面前角為γ p,刃傾角為λ s,副后角為α o＇,進(jìn)給 剖面副后角為α p＇。 15 2.1主后刀面方程式 過刀尖o做主后刀面的單位法線，如圖4-3可知，該單位的法線的方向數(shù) （即Na在x d、y d、z d軸上的坐標(biāo)分量）p a，q a，r a分別為 pa=-cosα o×sinkr qa= cosα o×coskr ra=-sinα o 于是，主后面的方程式可表示為： xd -cosα o·sinkr T xd pa qa ra · yd = cosα o·coskr yd =0 (1) zd -sinα o zd 2.2 副后刀面方程式 過 刀 尖 O作 副 后 刀 面 的 單 位 法 線 Na’， 由 圖 4-3可 知 ， 該 單 位 法 線 的 方 向 數(shù) (即 Na’在 Xd、 Yd、 zd軸 上 的 坐 標(biāo) 分 量 pa’ 、 qa’、r a’： 分別為： 圖 3-3 刀具角度投影關(guān)系圖 16 pa’=-cosα o’×sinkr qa’= cosα o’×coskr ’ ra’=-sinα o’ 于是，副后刀面方程式為: xd -cosα o’·sinkr ’ T xd pa’ qa ‘ ra ‘ · yd = cosα o’·coskr ’ yd =0 (2) zd -sinα o’ zd 2.3 前刀面方程式 過 刀 尖 O作 前 刀 面 的 單 位 法 線 Nr， 由 上 圖 可 知 ， 該 單 位 法 線 的 方 向 數(shù) (即 Nr,在 Xd、 Yd、 zd軸 上 的 坐 標(biāo) 分 量 )pr 、q r、r r： 分別為： pr=sinγ n·sinkr - cosγ n·sinλ s ·coskr qr=-sinγ n·coskr - cosγ n·sinλ s ·sinkr rr= cosγ n·cosλ s 于是前刀面的方程式可表示為： xd sinγ n·sinkr - cosγ n·sinλ s ·coskr xd pr 、q r、r r · yd = -sinγ n·coskr - cosγ n·sinλ s ·sinkr yd =0 (3) zd cosγ n·cosλ s zd 車刀的位姿調(diào)整 1、 建立砂輪的磨削平面方程 設(shè) 磨 刀 砂 輪 的 軸 線 與 機(jī) 床 坐 標(biāo) 系 。 O-XYZ 的 x 軸平行． 并以砂輪的端平面刃 磨車刀的各表面， 那么砂輪的磨削平面方程可描述為： x 1 0 0 · y = 0 z 2、車刀的位姿調(diào)整 要 求 ： (1)能 實(shí) 現(xiàn) 任 意 一 個(gè) 被 刃 磨 刀 面 與 砂 輪 的 磨 削 平 面 重合； 17 (2)能 實(shí) 現(xiàn) 沿 磨 刀 砂 輪 軸 線 方 向 的 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) ； (3)能 保 證 磨 削 在 砂 輪 的 輪 沿 附 近 進(jìn) 行 ； 圖 3-4 主后刀面刃磨 3、 車刀的姿態(tài)調(diào)整 姿 態(tài) 調(diào) 整 的 理 論 依 據(jù) 是 坐 標(biāo) 旋 轉(zhuǎn) ， 任 意 一 個(gè) 被 刃 磨 刀 面 經(jīng) 過 坐 標(biāo) 旋 轉(zhuǎn) 以 后 應(yīng) 能 夠 與 砂 輪 的 磨 削 平 面 重 合 或 平 行 、 車刀坐 標(biāo) 系 的 起 始 位 置 與 機(jī) 床 坐 標(biāo) 系 重合?？紤]到設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和刃磨時(shí)主要利用砂輪的端面刃磨，為了 提高刃磨效率和提高刃磨質(zhì)量，所以需確定刃磨的先后順序。綜合考慮上述因 素，我們確定了如下刃磨順序。 3.1 主后刀面刃磨 要 想 讓 主 后 刀 面 調(diào) 整 到 與 機(jī) 床 坐 標(biāo) 系 的 yoz平 面 相 平 行 的 位 置 需 要 經(jīng) 過 兩 次 旋 轉(zhuǎn) 變 換 。 第 一 次 讓 刀 具 連 同 坐 標(biāo) 系 。 讓 步 進(jìn) 電 機(jī) 繞 Z軸 沿 順 時(shí) 針 方 向 轉(zhuǎn) kr 。 如 圖 3 - 4 所 示 ，然后讓X向步進(jìn)電機(jī)繞X軸選轉(zhuǎn)一個(gè)后角，則主后刀面 就可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的刃磨。 3.2 副后刀面刃磨 副后刀面的刃磨和主后刀面的刃磨基本相似，所不同的就是第一步的旋轉(zhuǎn) 18 方向有所不同，首先應(yīng)該逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)副偏角，副后角同樣需要 X 方向步進(jìn) 電機(jī)調(diào)整。 3.3 前刀面的刃磨 前刀面的刃磨時(shí)，首先旋轉(zhuǎn)一個(gè)主偏角，然后再旋轉(zhuǎn)一個(gè)軸向前角，最后 旋轉(zhuǎn)一個(gè)刃傾角。這樣需要三次旋轉(zhuǎn)才可實(shí)現(xiàn)前刀面的刃磨，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)順序 為 Z 向步進(jìn)電機(jī)-Y 向步進(jìn)電機(jī)-X 向步進(jìn)電機(jī)。 3.2 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3.2.1 刃磨基本條件 車刀的材料 常用車刀材料一般有高速鋼(High-speed steel)和硬質(zhì)合金(Horniness metal)兩類。 （1）高速鋼車刀 高速鋼是一種加了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高速工具鋼，特點(diǎn) 是較高的熱穩(wěn)定性，且學(xué)溫度達(dá) 500～600 攝氏度，與碳素工具鋼，合金工具鋼 相比，切削速度提高 1～3 倍，耐用度提高 10～40 倍。 （2）硬質(zhì)合金車刀 硬質(zhì)合金是以鎢的碳化物（WC）鈦的碳化物（TiC）的粉末為基礎(chǔ)，以鈷為 粘結(jié)劑，用粉末冶金法，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，硬質(zhì)合金的紅硬性為 W80～1000 攝 氏度，它的切削速度為高速鋼的 4～10 倍，常溫時(shí)，硬質(zhì)合金較脆，怕沖擊和 振動(dòng)，不能制成復(fù)雜刀具，用其制成整體式的較少，大多為刀片。 刀具的磨損形式 刀具的磨損按其發(fā)生部位主要有以下形式:如圖 3-5 所示 1、刀面磨損 磨損主要發(fā)生在刀具的后刀面上,后刀面磨損后,形成后角等 于零的小棱面,磨損程度以棱面高度 h 后 表示。 2、前刀面的磨損 磨損部位主要發(fā)生在刀具的前刀面上，在主切削刃的后 方產(chǎn)生一個(gè)月牙洼，磨損程度與月牙洼的深度 h 前 表示。 19 3、前刀面與后刀面同時(shí)磨損 這種磨損是指刀具前刀面的月牙洼與后刀面 上的棱面同時(shí)產(chǎn)生 一般，刀具在切削工件的過程中，其后刀面都有磨損，h 后 的大小直接影響 工件的加工精度、表面的光潔度和生產(chǎn)效率，同時(shí) h 后 測(cè)量方便，故生產(chǎn)實(shí)踐 中常以 h 后 的大小表示刀具磨損程度。 圖 3- 5 刀具磨損形式 砂輪選取 ( 1 )材料選取 砂輪是由磨料加結(jié)合劑用制造陶瓷的工藝方法制成的。砂輪的特性由下列 五個(gè)因素來決定：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度和組織。常用的磨料有氧化物系、 碳化物系、高硬磨料系三類。如表 1-1 所示。 選用原則 刃磨刀具的砂輪應(yīng)使刃磨后的刀具具有鋒利的切削刃和一定的光潔度，并 且刀面無退火燒傷現(xiàn)象。選擇砂輪是主要依據(jù)刀具材料的性質(zhì)、磨削性質(zhì)、圖 紙要求等，選擇砂輪的磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑、形狀和尺寸。 20 表 3-1 所示 砂輪材料 具體有一些基本原則： 工件硬度工件越硬，砂輪硬度應(yīng)選得軟些，使磨鈍了的磨粒快點(diǎn)脫落，以 便砂輪經(jīng)常保持有銳利的磨粒在工作，避免工件因磨削溫度過高而燒傷。 工件 材料越軟，砂輪的硬度應(yīng)選得硬些，使磨粒脫落得慢些，以便充分發(fā)揮磨粒的 切削作用。 砂輪與工件的接觸面積大時(shí)，應(yīng)選用軟砂輪，使磨粒脫落快些，以 免工件因磨屑堵塞砂輪表面而引起表面燒傷。內(nèi)圓磨削和端面平磨時(shí)，砂輪硬 度應(yīng)比外圓磨削的砂輪硬度低。磨削薄壁零件及導(dǎo)熱性差的工件時(shí)，砂輪硬度 也應(yīng)選得低些。精磨和成型磨精磨和成型磨削時(shí)，應(yīng)選用硬一些的砂輪，以保 持砂輪必要的形狀精度。砂輪粒度大砂輪的粒度號(hào)越大時(shí)，其硬度應(yīng)選低一些 的，以避免砂輪表面組織被磨屑堵塞。工件材料磨削有色金屬、橡膠、樹脂等 軟材料，應(yīng)選用較軟的砂輪，以免砂輪表面被磨屑堵塞。 表 3 磨 料名稱 代號(hào) 特 點(diǎn) 適 用 范 國(guó) 棕剛玉 GZ 有 足 夠 的 硬 度 ， 韌 性 大 ， 抗 彎 強(qiáng) 度 高 ， 價(jià) 格便宜 磨 削 碳 素 鋼 、 一 般 合 金 鋼 ， 可 鍛 鑄 鐵 ， 硬 青 銅 等 。 特 剮 適 于 墨 未 淬 硬 鋼 和 調(diào) 質(zhì) 鋼 以 及 粗磨工序白剛玉 GB 比棕剛玉硬而脆， 自銳性好， 磨 削力和磨削熱量較小，價(jià)格比 棕剛玉高 磨削淬硬鋼， 高速鋼， 高碳鋼， 螺紋， 齒輪， 薄壁．薄片零件以及刃磨刀具等 鉻剛玉 GG 硬度與白剛玉相近而韌性較好 可磨削合金鋼， 高速鋼， 錳鋼等高強(qiáng)度材 料以及光潔度要求較高的工序。也適于成 型磨削，刃磨刀具等單晶剛 玉 GD 硬度和韌性都比白剛玉高 磨 削 不 銹 鋼 和 高 釩 高 速 鋼 等 韌 性 大 、 硬 度 高的材料微晶剛 玉 GW 強(qiáng)度高，韌性和自銳性好 磨 削 不 銹 鋼 ， 軸 承 鋼 和 特 種 球 墨 儔 鐵 等 黑碳化 硅 TH 硬度比白剛玉高，但脆性大 磨 削 鑄 鐵 ， 黃 銅 、 軟 青 銅 以 及 橡 皮 ， 塑 科 等 非金屬材料綠碳化 硅 TL 硬度與黑碳化硅相近而脆性更 大 磨削硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃等 金剛石 JR JT 硬度最高，磨削性能好，價(jià)格 昂貴 磨削硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃等高硬度材料 21 根據(jù)上述理論對(duì)于車刀的刃磨應(yīng)分別選取砂輪材料 ① 氧化鋁砂輪適用于高速鋼車刀 ② 碳化硅砂輪適用于硬質(zhì)合金車刀 （2）砂輪形狀及尺寸選取 砂輪形狀選擇 對(duì)于車刀的刃磨主要是氧化鋁砂輪和碳化硅砂輪，根據(jù)如表 3-2 所示砂輪 結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)刃磨機(jī)結(jié)構(gòu)安裝尺寸和車刀角度刃磨時(shí)空間位置，可以對(duì)砂輪進(jìn)行 外形選擇。 表 3-2 所示 砂輪類型 砂輪類型 斷面簡(jiǎn)圖 代號(hào) 直徑(mm) 厚度(mm) 孔徑(mm) 平型砂輪 P 6-600 5-200 2-305 雙斜邊一號(hào)砂輪 PSX1 100-350 10-32 20-127 單斜邊二號(hào)砂輪 PDX2 150-350 10-25 25-127 單面凹砂輪 PDA 30-600 25-75 10-305 雙面凹砂輪 PSA 200-600 25-75 25-203 薄片砂輪 PB 100-400 1-5 20-32 筒形砂輪 N 150-400 50-200 100-350 杯形砂輪 B 50-250 40-200 13-150 碗形砂輪 BW 50-175 25-63 13-32 碟形砂輪 D 100-300 13-25 13-32 磨量規(guī)砂輪 JL 150-250 10-32 32-75 磨針砂輪 JZ 400-450 150-200 100-150 22 表 3-3 所示 砂輪刀具類型 砂輪的粒度、硬度組織和材料的選擇不同，都會(huì)對(duì)被磨工件表層金屬的塑 性變形產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響表面粗糙度。砂輪的速度越高，單位時(shí)間內(nèi)通過被 磨表面的磨粒數(shù)就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。砂輪粒度和砂輪修 整對(duì)表面粗糙度的影響。 通常，用碗形(或杯形)砂輪刃磨刀具的后刀面，在刃磨過程中，由于杯形 砂輪的直徑不變，因而更適用于無變速裝置的磨床。目前碗形(杯形)砂輪的直 徑都較小，砂輪圓周速度低，磨粒易變鈍，刀具表面光潔度差，故實(shí)際當(dāng)中為 了提高砂輪圓周速度，選用直徑較大的平形砂輪，經(jīng)適當(dāng)調(diào)整，用來刃磨后刀 面。刃磨前刀面一般用碟形砂輪。在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中為了提高刃磨效率和簡(jiǎn)化刃 磨機(jī)床結(jié)構(gòu)，采用了平行砂輪進(jìn)行刀具各個(gè)面的刃磨。 3.2.2 磨削力計(jì)算 磨削力 F 可分解為互相垂直的三個(gè)分力，即沿砂輪徑向的法向磨削力 Fn， 沿砂輪切向的切向磨削力 Ft；以及沿砂輪回轉(zhuǎn)軸線方向的軸向磨削力 Fα。軸 向分力 F。較小，可不計(jì)，如圖 3-6 所示。由于砂輪磨粒具有較大的負(fù)前角， 所以法向磨削力 Fn 大于切向磨削力 Ft，通常 Fn/Ft 在 1.5～3 范圍內(nèi)。Fn 和 砂輪 刀具材料 加工情況 磨料 粒度 硬度 結(jié)合劑 碳素工具鋼 粗 磨精 磨 棕剛玉棕剛玉 46 #-60# 80#-120# ZR1-ZR2 ZR1-ZR2 陶瓷 瓷陶 高速鋼及合 金鋼 粗 磨 精 磨 精 磨 白剛玉 白剛玉 碳化硅 46#-60# 80#-120# 120#-180# R3-ZR1 R3-ZR1 ZR1-ZR2 瓷陶 瓷陶 樹脂或橡 膠 硬質(zhì)合金 粗 磨 精 磨 粗 磨 半精磨 精 磨 碳化硅 碳化硅 人造金剛 石 人造金剛 石 人造金剛 石 60#-80# 100#-150# 80# 150#-180# 180#-280# R1- R3 R2- R3 100-150% 50-75% 50% 瓷陶 瓷陶 金屬結(jié)合 劑 金屬結(jié)合 劑 樹脂結(jié)合 劑 23 Ft 的比值與砂輪銳利程度有關(guān)，砂輪鈍化，F(xiàn)n／Ft 值增大。另外，F(xiàn)n 與 Ft 的 比值也隨被磨材料而異，例如，磨削普通鋼料時(shí)，F(xiàn)n/Ft=1.6～1.8；磨削淬硬 鋼時(shí) Fn/Ft=1.9～2.6；磨削鑄鐵時(shí) Fn/Ft=2.7～3.2；Fn 與 Ft 的比值還與磨削 方式有關(guān)。 圖 3-6 磨削分力 由于在車刀刃磨過程當(dāng)中，磨削力主要為切向力，而且其非常小，故通常 采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)公式可得到下列表中數(shù)據(jù)：如表 3-2 所示 表 3-4 所示 磨削時(shí)磨削力 F、摩擦系數(shù) 工件材料 Vs（m/s ） Vw（m/min ） Ftc（N） Fnc（N） Ftc/ Fnc μ 20 鋼 31.75 2.44 5.78 5.92 0.98 0.61 GGr15 31.75 2.44 6.89 14.10 0.49 0.31 W18Cr4V 31.75 2.44 5.96 20.11 0.30 0.21 鈦 31.75 2.44 7.12 27.89 0.26 0.66 鈮 31.75 2.44 10.41 5.36 1.84 0.46 鉬 31.75 2.44 9.47 12.90 0.73 0.57 鎢鉻鈷合 金 31.75 2.44 － － － 0.15 24 砂輪的選取 砂輪的圓周速度， 即砂輪 外 圓 表 面 上 任 意 一 點(diǎn) 在 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 所 走 過 的 距 離 ， 若 知 道 砂 輪 的 直 徑 D， 當(dāng) 砂 輪 轉(zhuǎn) 一 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 在 砂 輪 外 圓 表 面 上 上任意一 點(diǎn)所走過的距離等于砂輪圓周長(zhǎng)，即 圓周長(zhǎng)(毫米)=π·D，假設(shè)砂輪每分鐘轉(zhuǎn) n轉(zhuǎn)， 則砂輪表面上任意一點(diǎn)在每分鐘內(nèi)所走過的距離，即每分鐘所走過的距離 （毫米）=π·D 砂輪 ·n砂輪 ν 砂輪 =π·D 砂輪 ·n 砂輪 /60×1000（m/s） ………公式 2 ν 砂輪 ………砂輪圓周速度（m/s） D 砂輪………砂輪直徑（mm） n 砂輪 ………砂輪轉(zhuǎn)速 r/min 砂輪的安全圓周速度，就是砂輪最大的工作線速度，它表示砂輪在回轉(zhuǎn)情 況下的回轉(zhuǎn)強(qiáng)度，即在離心力作用下不致破壞的程度。也就是說，砂輪在等于 或小于安全圓周速度下磨削時(shí)，砂輪不會(huì)破碎，工作安全，如果大于砂輪的安 全圓周速度時(shí)，其離心力會(huì)超過結(jié)合劑的粘結(jié)能力，砂輪便發(fā)生破碎。所以， 磨削加工時(shí)，為了安全起見，砂輪最大工作線速度不應(yīng)超過表 2-3 的規(guī)定。其 中，粒度為 36。及更粗而硬度為 R。及更軟的砂輪，最大工作線速度應(yīng)低于表 2-3 中規(guī)定的 20％，橡膠結(jié)合劑柔軟拋光砂輪，工作線速度不得大于 35m/s， 用于高速磨削的砂輪，其最大工作線速度見表 2-3。在磨削工作中，砂輪的安 全圓周速度已給定，從上述公式可知，根據(jù)砂輪直徑，能夠求出砂輪的轉(zhuǎn)速， 其換算公式為 根據(jù)刃磨經(jīng)驗(yàn)，通常取砂輪圓周速度 ν 砂輪 =20m/s，由于在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中， 砂輪和電機(jī)直接固聯(lián)，砂輪電動(dòng)機(jī)統(tǒng)常采用三相異步電動(dòng)機(jī)，由于固聯(lián)，所以 最高轉(zhuǎn)速為 3000r/min。根據(jù)計(jì)算公式 2 D 砂輪 =60×1000×ν 砂輪 /（π·n 砂輪 ） 代入數(shù)據(jù)： =60×1000×20/（π·3000） =127.4mm 根據(jù)砂輪參數(shù)表：可以選取砂輪為 D=150mm 由上述知碳化硅砂輪適用于硬質(zhì)合金車刀，進(jìn)一步選區(qū)砂輪的粒度為 60#- 150#，硬度為 R1-R3，氧化鋁砂輪適用于高速鋼車刀、粒度為 180#-220#，硬度為 25 R1-R3，結(jié)合劑為陶瓷。 硬質(zhì)合金刀具磨削方式：硬質(zhì)合金刀具可以成倍的提高切削速度，其耐磨性好， 使用壽命長(zhǎng)，但硬質(zhì)合金硬度高，脆性大，導(dǎo)熱系數(shù)小，加工中容易產(chǎn)生裂紋， 崩缺現(xiàn)象，實(shí)際反復(fù)試驗(yàn)，在碳化硅砂輪工作面開一定的數(shù)量的溝槽，用于加 工硬質(zhì)合金，可以得到較好的刃磨表面，砂輪上由于開了槽，磨鈍脫落的磨粒、 碎裂的磨粒可納入槽內(nèi)，砂輪不易堵塞，易于保持鋒利，刀具不易劃傷工作表 面，從而改善工作條件。 砂輪電動(dòng)機(jī)的選取： 砂輪電動(dòng)機(jī)通常采用三相異步電動(dòng)機(jī)，其可分為籠式和繞線式兩種?；\式 轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格便宜，得到了廣泛的應(yīng) 用，其中 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)，做為一般用途全封閉 (或防護(hù)式)三相鼠籠型、 自扇冷三相異步電動(dòng)機(jī),是國(guó)內(nèi)中小型電機(jī)的基本系列。Y 系列電機(jī)具有效率高、 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、噪音低、振動(dòng)小、外形美觀、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等 優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)實(shí)際的轉(zhuǎn)速要求和刃磨時(shí)刀具所需的實(shí)際扭矩情況，砂輪電動(dòng)機(jī)可以 選則 Y 系列當(dāng)中的電機(jī)：參數(shù)如下 型號(hào) Y801-2 額定功率 0.75 千瓦 同步轉(zhuǎn)速 3000 轉(zhuǎn)/分鐘 額定轉(zhuǎn)矩 2.2N·m 3.2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于本次設(shè)計(jì)當(dāng)中為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，所以采用三臺(tái)電機(jī)布置在同一個(gè)安 裝平面的結(jié)構(gòu)形式，這勢(shì)必要考慮相互之間的連接問題，為了避免由于電機(jī)的 重量、刀架和刀具的質(zhì)量過重對(duì)電機(jī)軸產(chǎn)生附加徑向力，造成電機(jī)軸必須承受 彎矩的情況，本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，有三處采用了空心軸的聯(lián)結(jié)，利用空心軸和軸承 形成卸荷結(jié)構(gòu)，把附加彎矩轉(zhuǎn)化的機(jī)體上，從而解決了實(shí)際結(jié)構(gòu)存在的問題。 關(guān)節(jié) 1 采用圓桶型空心軸（如圖 3-7 所示） ，用二個(gè)圓錐滾子軸承支承，軸 承間隙可調(diào)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、承載能力強(qiáng)、旋轉(zhuǎn)精度高、并可在軸內(nèi) 走線的特點(diǎn)。關(guān)節(jié) 2 采用兩端支承的空心軸結(jié)構(gòu)（如圖 3-8 所示） ，使電機(jī)組的 一部分能插入空心軸里，縮短了電機(jī)外露長(zhǎng)度，減小整機(jī)尺寸，外觀形狀好。 同時(shí)，還具有支承剛度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)輕巧靈活的特點(diǎn)。關(guān)節(jié) 3 與其機(jī)架 26 殼體組合成一個(gè)整體，整個(gè)電機(jī)組安裝在機(jī)架殼體內(nèi)。關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)輸出軸設(shè)計(jì)有 卸荷結(jié)構(gòu)，即：將與之連接的其刀架和部件自重產(chǎn)生的重力矩不作用到驅(qū)動(dòng)輸 出軸上去，而是利用二個(gè)軸承傳到機(jī)架殼體上，由機(jī)架殼體去承擔(dān)，驅(qū)動(dòng)軸只 承受扭矩，不承受彎矩。這樣的結(jié)構(gòu)剛性好、運(yùn)動(dòng)靈活可靠、運(yùn)動(dòng)精度高；而 且結(jié)構(gòu)整體性好，并且有模塊式特點(diǎn)，部件之間裝拆方便，有利于各部件單獨(dú) 調(diào)試和維修。 這個(gè)機(jī)械部分，通過空心軸減小了安裝尺寸，在結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了最小化，由于 兩個(gè)軸的軸心相交于一點(diǎn)，有力于控制算法的實(shí)現(xiàn)。 1.地盤 2.關(guān)節(jié) 1 軸套 3.液動(dòng)軸承 32917 4.關(guān)節(jié) 1 軸 5.液動(dòng)軸承 32912 6.加持機(jī) 構(gòu) 7.連接體 2 8.關(guān)節(jié) 1 軸 9.液動(dòng)軸承 32912 10.關(guān)節(jié) 2 軸套 11. 連接體 1 圖 3-7 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 1 27 12.關(guān)節(jié) 3 軸 13. 關(guān)節(jié) 3 軸套 圖 3-8 機(jī)械接構(gòu)圖 2 圖 3-9 機(jī)械接構(gòu)圖 3 28 這里的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，只是比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)圖，我們只是作為參考，大致了 解只能刃磨機(jī)的結(jié)構(gòu)以及三視圖，具體的零部件我們可以參考附件里面的裝配 圖紙，里面有詳細(xì)的介紹和描述。 軸承的選取 由于滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，起動(dòng)快，起動(dòng)阻力矩小，效率高，對(duì)于同一 尺寸的軸頸滾動(dòng)軸承的寬度小，可使機(jī)器軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)精度高， 徑向游隙比較小并可用預(yù)緊完全消除，冷卻、潤(rùn)滑裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)保養(yǎng)方 便，不需要用有色金屬，對(duì)軸的材料和熱處理要求不高，所以在刃磨機(jī)的空心 軸上選用滾動(dòng)軸承；根據(jù)其空間的安裝位置、尺寸，受載荷不同，X 方向選用 深溝球軸承，只能承受徑向力；由于 Y 方低轉(zhuǎn)速、徑向尺寸受限制的裝置中， 選用滾針軸承，而 Z 方向承載能力較大，選用圓錐滾子軸承。 （ 機(jī)械設(shè)計(jì)手 冊(cè)·第四卷 第二版 2000 ）選用型號(hào)如表 3-3： 表 3-5 軸承基本參數(shù) 類 型 型號(hào) d D Cr Cor 極限轉(zhuǎn)速 液動(dòng)軸承 32917 100 150 64.5 56.2 3800 液動(dòng)軸承 32912 30 55 43.8 58.8 6300 滾針軸承 NA4900 10 22 8.6 9.2 15000 （1） 刀架板的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)刀架板時(shí)主要要考慮到刀架板在工作時(shí)是否對(duì)其它零件產(chǎn)生干涉，還有 刀架板中刀架的位置，要能切削方便與砂輪有一個(gè)好的位置不至于砂輪闖到磨 削裝置上。根據(jù)這些要求我們?cè)O(shè)計(jì)出將刀架部分用一半圓弧凸出使砂輪與磨削 裝置有一定距離。我們?cè)O(shè)計(jì)刀架板厚 20mm 總長(zhǎng) 180mm 在邊緣處有一半徑為 45mm 的圓弧突出。具體零件可參考刀架板零件圖。 （2） 底板的設(shè)計(jì) 底板設(shè)計(jì)中，首先要考慮到板的厚度以及部分細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì) 再裝絲杠螺母的地方采用厚度為 35mm，比其它地方后。這樣要鉆空放○ 1 入軸承。 29 在其它地方板厚為 15mm ，底板總長(zhǎng)為 175mm 總寬為 165mm。材料○ 2 為 q235。 3.2.4 失電制動(dòng)器選擇 失電制動(dòng)器又叫安全制動(dòng)器。由于三臺(tái)電機(jī)是布置在空間位置，電機(jī)整個(gè) 相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，在電機(jī)失電的情況下，電機(jī)失去保持力矩，在慣性的作用 下就會(huì)發(fā)生刀架和機(jī)體的回轉(zhuǎn)，而不能保持原有位置，因此必須從結(jié)構(gòu)上考慮 解決方案。 而失電制動(dòng)器其原理與通電制動(dòng)的電磁制動(dòng)器相反，即斷電（失電）制動(dòng)。 該產(chǎn)品是伴隨著各類交直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，為保持與電機(jī)得電、失電狀態(tài)的協(xié) 調(diào)一致而發(fā)展起來的。因此該產(chǎn)品特別適用于各類有制動(dòng)功能的電機(jī)配套和斷 電后有保持制動(dòng)要求的機(jī)械設(shè)備，如升降機(jī)械、傳輸機(jī)械等選用。 按形成制動(dòng) 扭矩的作用原理，失電制動(dòng)器又可分為機(jī)械（壓簧）式和永磁式兩大類。隨著 鐵氧體、釹鐵硼、釤鈷等各種磁性材料的發(fā)展，永磁型失電制動(dòng)器也隨之發(fā)展。 在上述各類磁性材料，只要其各種磁性能系數(shù)