智能車刀刃磨機機械結構設計【說明書+CAD】

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陜西理工學院畢業(yè)設計 車刀刃磨裝置的結構設計 [摘要] 車刀是一種應用非常普遍的金屬切削刀具，用它可以在普通車床和數(shù)控車床上加工端面、圓柱面和曲面等。在車類加工中心或車類數(shù)控機床上，車刀應用的頻率更高。車刀和其它刀具一樣，切削一段時間后就會變鈍，此時必須對其重磨方可使用。否則，加工精度和生產(chǎn)效率都受到嚴重的影響。車刀刃磨機研究的目的就是提高其刃磨質量，降低制造成本，提高生產(chǎn)率;通過對車刀刃磨的控制研究，實現(xiàn)對車刀的位置幾何角度自動調整，提高刃磨質量和效率，減少工人的勞動強度，及時滿足生產(chǎn)的需求。本課題主要研究內容是分析普通外圓車刀的幾何結構即車刀幾何角度和刃磨方法，建立車刀刃磨刀面的數(shù)學方程;運用步進電機控制技術來實現(xiàn)對執(zhí)行機構的控制，從而實現(xiàn)對車刀刃磨角度自動精確調整。 [關鍵詞] 車刀，車刀的幾何角度，車刀的刃磨，車刀刃磨裝置 目錄 第一章 緒論…………………………………………………………1 （一）研究的目的和意義………………………………………....1 （二）國內外發(fā)展簡況……………………………………………1 （三）課題的來源和研究的主要內容……………………………3 第二章 車刀分析以及刃磨方法……………………………………4 第一部 分車刀的參數(shù)分析………………………………………4 第二部 分車刀的刃磨方法………………………………………12 第三部分 車刀的尺寸大小及角度參數(shù)…………………………15 第三章 裝置的設計............................................................................21 第一部分 車刀刃磨裝置的結構分析……………………………21 第二部分 傳動裝置以及電動機的選擇設計……………………23 第三部分 刃磨裝置控制系統(tǒng)初步設計…………………………39 第四章 總結…………………………………………………………47 感謝......................................................................................................48 參考文獻……………………………………………………………..49 第一章 緒論 一研究目的和意義 隨著機械制造技術的發(fā)展，特別是數(shù)控加工技術，柔性加工的廣泛應用，對金屬切削加工必不可少的刀具及其制造也提出了更高的要求。 刀具狀態(tài)的好壞直接影響著被加工零件的加工質量及其機械加工效率，為保證零件的加工質量，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本，刀具在達到磨鈍標準規(guī)定的值時就應進行重磨(重新刃磨)然后才能繼續(xù)使用。對金屬切削刀具的刃磨既是刀具制造過程中的最后一道工序，也是刀具多次重磨必須進行的一道工序。刀具的刃磨決定了刀具切削部分的最終形狀及其幾何精度，是保證刀具切削性能和產(chǎn)品質量的關鍵。 車刀是一種應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)機加工廠中，車床數(shù)控車床得到廣泛的應用，車刀應用的頻率更高。車刀和其它刀具一樣，切削一段時間后就會變鈍，此時必須對其重磨方可使用。否則，該車刀報廢，所以車刀的重磨工作量非常大。 目前，我國螺旋齒立銑刀的刃磨大約98%以上是在M6020或其變型、改進型的普通萬能工具磨床上進行或者進行手工磨削。磨削質量除了取決于機床自身的剛性、精度外，還主要依賴于操作者的技藝和直觀感覺。由于工具磨床是一個通用 的刀具磨床，所以這種重磨方法的缺點是:(1) 機床調整麻煩，刃磨效率低;(2) 刃磨由工人手工操作，刃磨精度低。 車刀刀刃磨技術及控制研究的目的就是提車刀的刃磨質量，降低制造成本提高生產(chǎn)率;通過對車刀刃磨的控制研究，實現(xiàn)對車刀的自動刃磨和重磨，減工人的勞動強度，及時滿足生產(chǎn)的需求。本設計主要先了解車刀的角度及幾何數(shù)，根據(jù)這些設計出數(shù)控車刀刃磨裝置的結構設計以及利用單片機來控制機構運行實現(xiàn)車刀的刃磨。 二 國內外發(fā)展簡況 對于車刀以及其他復雜形狀刀具的刃磨技術和控制研究方面，國內外已有許多專家。做了不少的研究，也開發(fā)出了一些的刀具刃磨設備。 在國外，對立車刀及其他復雜刀具磨削工藝和數(shù)控工具磨床的研究開發(fā)早，己經(jīng)發(fā)展到了很高的水平。對于車刀刀刃的磨削90%以上是在數(shù)控工具磨上進行的，基本上實現(xiàn)了一次裝件自動完成刀刃的全部磨削。有的數(shù)控工具磨還實現(xiàn)了自動上工件(被磨刀具)、自動磨削、自動修整砂輪、自動補償、自動工件的全過程自動化。 數(shù)控工具磨床的發(fā)展經(jīng)歷了從低檔到高檔的過程，由三軸數(shù)控發(fā)展到了六軸、八軸數(shù)控，并且己開發(fā)出十軸以上的多軸數(shù)控，多軸聯(lián)動的數(shù)控工具磨床，還開發(fā)出不經(jīng)銑制，直接磨出容屑槽和刀刃的整體、強力磨削的數(shù)控工具磨床。 德國 WA LTER公司的五軸HELITRONICP OWERP RODUCTIONC NC工具磨床，可用于制造各種金屬切削刀具。機床配有測量定位系統(tǒng)，將測頭固定安裝在磨頭上，用于實現(xiàn)刀具定位，可縮短磨削周期。該機床采用WALTER公司自己開發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng)HMC500及其軟件。除了能提供各種通用刀具磨削軟件外，它還開發(fā)了一種新的“靈活編程”軟件，通過該軟件可以把刀具磨床變成能夠設計刀具的磨床。 瑞士 SC HNEEBERGER公司的五軸五聯(lián)動GEMIN CNC工具磨床，主要用于生產(chǎn)和修磨各種不同形狀的小尺寸刀具，能自動測量，自動上下料，實現(xiàn)了無人操作。機床配有自動測量系統(tǒng)，方便刀具的安裝及磨削，它采用一個固定安裝的三維測頭，既可用于測定刀具毛坯幾何形狀，在刀具重磨前測量又可用來保證刀具磨削質量。 還有，美 國的HUFFMAN 公司的HS-87R型數(shù)控工具磨床，瑞士STRAUSAK公司的57W /CNC-4G四軸數(shù)控磨床，日本牧野公司的NX-40型十軸數(shù)控工具磨床等都是性能優(yōu)越的數(shù)控機床。 為了提高我國刀具的制造工藝水平及質量，80年代后期國內部分廠家陸續(xù)從 美國、德國、日本等國引進了數(shù)控工具磨床及CNC磨削技術。主要有 : (1) 營 口 機 床 廠從德國WALTER公司引進了Helitronic30CNC三軸數(shù)控工具磨床。該機床可實現(xiàn)任意兩軸和三軸聯(lián)動，各軸均由步進電機驅動。整機剛性和精度較好，適用于立銑刀等的磨削加工。 (2 )上 海 工具廠從日本東芝硬質合金株式會社引進了一臺RBG-01型模具銑刀數(shù)控專用磨槽機。該機床數(shù)控軸數(shù)為6軸，6M-B控制x, y, A, B,C軸，SM-C控制z軸。聯(lián)動軸數(shù)為4軸(x, y, A, C)由6M-B系統(tǒng)控制。各軸均由直流伺服電機驅動。該機床剛性好、加工精度高。機床實現(xiàn)了自動上工件、自動磨削、自動下工件等全過程自動化，是80年代屬世界先進水平的數(shù)控工具磨床。 (3 )V L 205-CNC數(shù)控刀具磨床是從法國ROUCHAUD公司引進并進行中法合作生產(chǎn)的六坐標數(shù)控刀具刃磨設備。它配備NLM760數(shù)控系統(tǒng)，使用RENISHAW測頭進行刀具參數(shù)測量，為刀具刃磨程序的參數(shù)化設計提供了極為方便的條件。 國內在數(shù)控工具磨床的研究方面開發(fā)起步較晚，可以說是從80年代中后期才開始的，其研究、開發(fā)還處于樣機或單臺極少量試生產(chǎn)階段。國內有幾家研制的數(shù)控工具磨床，其CNC系統(tǒng)都是從國外引進，使機床售價大大的提高，從而影響這些數(shù)控工具磨床的推廣和應用。 在數(shù) 控 系 統(tǒng)方面，北京航空航天大學在80年代就開展了數(shù)控刀具刃磨機的研制工作，己開發(fā)了幾種型號的數(shù)控刀具刃磨機。在已有的研究成果上，還開發(fā)了一套性能優(yōu)越的數(shù)控刀具刃磨機數(shù)控系統(tǒng)。該大學在國家“八五”和“863”計劃中承擔了高性能開放式數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)任務。開發(fā)出了的基于Windows操作系統(tǒng)的開放式數(shù)控系統(tǒng)CH-2010,在車床、銑床、加工中心、凸輪磨床等多種機床上獲得成功應用。“華 中 2 000 型 工具磨床專用數(shù)控系統(tǒng)”是在國家“八五”重點攻關項目 “數(shù)控萬能工具磨床產(chǎn)品開發(fā)”科研成果的基礎上，成功開發(fā)出的用于各種回轉刀具磨削加工的集成化CNC系統(tǒng)。在數(shù) 控 磨 床方面，武漢機床廠研制的MH6030型刀具磨削中心，該機床采用8050M數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)六軸主聯(lián)動控制。該機床適用于加工復雜工具、復雜刀具如模具銑刀等，還適用于磨削加工復雜的中小型零件。 咸陽機床廠MK6025/3三軸聯(lián)動數(shù)控萬能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床，該機床采用了華工I型數(shù)控系統(tǒng)，配有華中理工大學各種刀具加工軟件，該軟件還可以針對用戶自己的要求進行自行編程并設計所需軟件。該機床能自動完成各類普通及復雜刀具的刃磨或重磨，解決了普通工具磨床需要附件才能完成的復雜刃磨問題;配備測量系統(tǒng)，在數(shù)控系統(tǒng)測量軟件支持下，將被磨刀具的有關幾何參數(shù)(如螺旋角或導程)及安裝位置(如始點位置)等參數(shù)自動輸入計算機系統(tǒng)，自檢測系統(tǒng)可以自動判斷加工刀具的起始點，自動生成加工程序并實現(xiàn)整個加工過程的自動磨削。還有 營 口 冠華機床廠的M6025K萬能工具磨床和武漢機床附件廠的GW-1萬能磨刀機，均為普通型工具刃磨機床。 主要問題 國內各大中型機械廠，對車刀類的刃磨，主要由工人在萬能工具磨床上進行手工刃磨。工人勞動強度大，刃磨效率和精度低。刀具重磨時，刀具的刃形受到磨損或嚴重的破壞，使得手工刃磨時不容易控制，沒法保證刀具的重磨質量。 在車刀刃磨技術及控制技術研究方面，國內起步較晚，而且相關設備和數(shù)控系統(tǒng)主要依靠進口和與國外企業(yè)合作開發(fā)，因而，多數(shù)局限于一些復雜刃形如球頭車刀等的制造和建模，或者直接依賴進口特定的大型數(shù)控加工機床。 國外對刀具刃磨的研究雖然起步較早，但所開發(fā)的設備主要是三軸、多軸聯(lián)動的大型數(shù)控工具磨床或磨削加工中心。對于通用型的車刀刃磨，進口該設備成本過高，不合乎國情。 三 課題來源與主要研究內容 本課題來源于陜西省教育廳培育項目“智能車刀磨裝置”，，該項目為陜西理工 學院，項目主持人為戴俊平教授。 課題主要研究內容為: 根據(jù)車刀角度及幾何參數(shù)，設計出車刀刃磨裝置。并實現(xiàn)自動化控制。 第二章 車刀分析以及刃磨方法 第一部分 車刀的參數(shù)分析 一，金屬切削發(fā)展簡史 研究金屬切削加工過程中刀具與工件之間相互作用和各自的變化規(guī)律的一門學科。在設計機床和刀具、制訂機器零件的切削工藝及其定額、合理地使用刀具和機床以及控制切削過程時，都要利用金屬切削原理的研究成果，使機器零件的加工達到經(jīng)濟、優(yōu)質和高效率的目的。 ?? 簡史??金屬切削原理的研究始于19世紀中葉。1851年，法國人M.科克基拉最早測量了鉆頭切削鑄鐵等材料時的扭矩,列出了切除單位體積材料所需功的表格1864年，法國人若塞耳首先研究了刀具幾何參數(shù)對切削力的影響1870年,俄國人NA.季梅首先解釋了切屑的形成過程，提出了金屬材料在刀具的前方不僅受擠壓而且受剪切的觀點。1896年，俄國人AA.布里克斯開始將塑性變形的概念引入金屬切削。至此，切屑形成才有了較完整的解釋。1904年，英國人J.F.尼科爾森制造了第一臺三向測力儀，使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美國人F.W.泰勒研究了切削速度對刀具壽命的影響，發(fā)表了著名的泰勒公式。1915年，俄國人RT.烏薩喬夫將熱電偶插到靠近切削刃的小孔中測得了刀具表面的溫度(常稱人工熱電偶法)，并用實驗方法找出這一溫度同切削條件間的關系1924～1926年,英國人E.G.赫伯特、美國人H.肖爾和德國人K.科特文各自獨立地利用刀具同工件間自然產(chǎn)生熱電勢的原理測出了平均溫度（常稱自然熱電偶法）。1938～1940年美國人H.厄恩斯特和M.E.麥錢特利用高速攝影機通過顯微鏡拍攝了切屑形成過程，并且用摩擦力分析和解釋了斷續(xù)切屑和連續(xù)切屑的形成機理。40年代以來，各國學者系統(tǒng)地總結和發(fā)展了前人的研究成果，充分利用近代技術和先進的測試手段，取 得了很多新成就，發(fā)表了大量的論文和專著。 二，刀具切削部分的組成及角度 金屬切削種類繁多，形狀各異。但就其切削部分而言，都可以看成是由外 圓車刀演變而成。 圖2.1車刀的幾何面 （1） 車刀及切削部分的組成。 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。刀頭直接擔負切削工作，它由以下部分組成 刀面 a.前刀面 新切屑流出的表面。 b.后刀面 與加工表面相對的表面。 c.副后刀面 與工件已加工表面相對的表面。 刀刃 a. 主切削刃 前刀面與主后刀面相交形成的切削刃。 b. 副切削刃 前刀面與副后刀面相交形成的切削刃。 刀尖 主切削刃與副切削刃的的交點。 （2） 刀具角度 （3） 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。再表達刀具幾何角度時，僅靠刀頭上的幾個面是不夠的，還需要建立幾個坐標平面，以便與刀具刀頭上的各個面組成相應的角度。 1） 刀具切削角度的坐標平面 刀具的切削角度是刀具在切削運動狀態(tài)下確定的角度。所以刀具的切削角度的坐標系應該用合成切削速度來說明。 切削平面 通過切削刃某選定點，切與加工表面的平面。 基面 通過切削刃某選定點，垂直于合成切削速度向量的平面。 正交平面 通過切削刃某選定點垂直于主切削刃在基面上的投影平面。 副切削刃正交平面 垂直與副切削刃在基面上的投影。 2） 刀具標注角度 正交平面坐標系 為便于刀具設計者在設計刀具時標注，需要對上述參考平面做一些假設，車削時的假設條件是： A． 裝刀時，刀尖恰在工件的中心線上； B． 刀桿對稱面垂直于工件軸線； C． 沒有進給運動； 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的標注角度參考坐標平面為; 基面 通過切削刃上選定點M，平面與刀桿底面的平面； 切削平面 通過切削刃上選定點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M，垂直于主切削刃在基面上投影的平面。因此正交平面坐標系內的三個坐標平面互相垂直，構成了1個空間直角坐標系，稱為正交平面坐標參考系 ㎝ 正交平面坐標系的刀具角度標注 如圖所示正交平面參考系中，刀具角度有以下幾個。 A． 正交平面中測量的角度； 前角前刀面與基面之間的夾角； 后角后刀面與切削平面之間的夾角； 楔角前刀面與后刀面之間的夾角。有 B． 副正交平面。中測量的角度； 副后角 副后刀面與副切削平面之間的夾角。 C． 基面中測量的角度； 主偏角。進給方向與主切削刃在基面上的投影之間的夾角。 負偏角（）進給方向與副切削刃在基面上的投影之間的夾角。 刀尖角（）主切削刃與副切削刃在基面上投影之間的夾角。有 D． 切削平面中測量的角度； 刃傾角（）主切削刃與基面之間的夾角。 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，刃傾角4個角度就可以確定。其中，于確定了前刀面的方位，和確定了后刀面的方位，與確定了主切削刃的方位。 圖2.2 車刀正交平面參考系角度標注 （3） 車刀工作切削角度及車刀種類 用于車削加工的、具有一個切削部分的刀具。車刀是切削加工中應用最廣的刀具之一。圖1.1為常用外圓車刀的典型結構形式。 結構車刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前面后面和副后面等組成它的幾何形狀由前角、后角主偏角κ刃傾角 S、副偏角κ 和刀尖圓弧半徑所決定。車刀幾何參數(shù)的選擇受多種因素影響，必須根據(jù)具體情況選取。前角根據(jù)工件材料的成分和強度來選取，切削強度較高的材料時，應取較小的值。例如，硬質合金車刀在切削普通碳素鋼時前角取10°～15°；在切削鉻錳鋼或淬火鋼時取 -2°～-10°。一般情況下后角取 6°～10°主偏角κ根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性條件而定,一般取30°～75°,剛性差時取較大的值，在車階梯軸時，由于切削方式的需要取大于或等于90°。刀尖圓弧半徑和副偏角κ一般按加工表面粗糙度的要求而選取。刃傾角 S則根據(jù)所要求的排屑方向和刀刃強度確定。 車刀前面的型式主要根據(jù)工件材料和刀具材料的性質而定。最簡單的是平面型，正前角的平面型適用于高速鋼車刀和精加工用的硬質合金車刀，負前角的平面型適用于加工高強度鋼和粗切鑄鋼件的硬質合金車刀。帶倒棱的平面型是在正前角平面上磨有負倒棱以提高切削刃強度，適用于加工鑄鐵和一般鋼件的硬質合金車刀。對于要求斷屑的車刀，可用帶負倒棱的圓弧面型，或在平面型的前面上磨出斷屑臺。 ?? 車刀的切削部分和柄部(即裝夾部分)的結合方式主要有整體式、焊接式、機械夾固式和焊接 -機械夾固式。機械夾固式車刀可以避免硬質合金刀片在高溫焊接時產(chǎn)生應力和裂紋，并且刀柄可多次使用。機械夾固式車刀一般是用螺釘和壓板將刀片夾緊，裝可轉位刀片（見可轉位刀具）的機械夾固式車刀。刀刃用鈍后可以轉位繼續(xù)使用，而且停車換刀時間短，因此取得了迅速發(fā)展。 ?? 種類??車刀按用途可分為外圓、臺肩、端面、切槽、切斷、螺紋和成形車刀等。還有專供自動線和數(shù)字控制機床用的車刀。 ?? 切斷車刀??切斷車刀切既窄且深的槽，排屑空間小，切屑極易堵塞，為了減小同已加工表面的摩擦，其切削部分的兩側必須磨有副偏角，因而根部的強度大大削弱。此外,切斷車刀在切近工件中心處時,切削速度趨近于零，不利于切削。因此,切斷車刀在工作時極易“打刀”(崩裂)。先進的切斷車刀一般將主切削刃做成人字形,前面磨成屋脊形，使切屑產(chǎn)生橫向收縮，朝一個方向穩(wěn)定地排出，不致堵塞在槽中，同時再將刀頭底部制成凸肚形，以最大限度地提高強度和剛度（圖1.3[切斷車刀]）。 圖2.3 切斷車刀 ?? 成形車刀??成形車刀在結構上有平體形、棱體形和圓形3種（圖1.4[成形車刀]）。 圖2.4 成型車刀 成形車刀只有在前角為零度時其刀刃廓形才與工件的截形相同；前角不是零度時，則稍有不同，需要經(jīng)過計算或用圖解法求出車刀的截形。 ?? 自動線和數(shù)控機床用車刀??這類車刀應滿足一些特殊要求：切削性能穩(wěn)定可靠，斷屑穩(wěn)定，刀具可快速更換。因此，對刀片的質量要求更高，使用中采取強制換刀，以避免過度的磨損。斷屑槽的形狀和尺寸必須根據(jù)加工條件經(jīng)試驗確定，使切屑形狀為碎裂的短弧形。為了減少換刀和調整的停機時間，刀具的調整應用各種類型的對刀工具或對刀儀在機外進行。圖1.5[自動線和數(shù)字控制機床用車刀] 圖2.5 自動線數(shù)控車刀 是利用螺釘或楔塊來調整車刀的徑向尺寸L軸向尺寸W 和刀尖高度H 的自動線和數(shù)字控制機床用車刀。 第二部分車刀的刃磨方法 車刀的刃磨是切削加工中一項具有較高技術含量的基本操作,操作者需要熟悉相關理論知識和刃磨原理,熟練掌握刃磨方法及操作技巧。車刀刃磨分為如下幾步： （一）車刀刃磨大概步驟 (1) 常用車刀種類和材料,砂輪的選用 常用車刀五大類,切削用途各不同,外圓內孔和螺紋,切斷成形也常用;車刀刃形分三種,直線曲線加復合;車刀材料種類多,常用碳鋼氧化鋁,硬質合金碳硅,根據(jù)材料選砂輪;砂輪顆粒分粒度,粗細不同勿亂用;粗砂輪磨粗車刀,精車刀選細砂輪。 (2) 車刀刃磨操作技巧與注意事項刃磨開機先檢查,設備安全最重要;砂輪轉速穩(wěn)定后,雙手握刀立輪側;兩肘夾緊腰部處,刃磨平穩(wěn)防抖動;車刀高低須控制,砂輪水平中心處;刀壓砂輪力適中,反力太大易打滑;手持車刀均勻移,溫高燙手則暫離;刀離砂輪應小心,保護刀尖先抬起;高速鋼刀可水冷,防止退火保硬度;硬質合金勿水淬,驟冷易使刀具裂;先停磨削后停機,人離機房斷電源 (3) 90°、75°、45°等外圓車刀刃磨步驟粗磨先磨主后面,桿尾向左偏主偏;刀頭上翹38 度,形成后角摩擦減;接著磨削副后面,最后刃磨前刀面;前角前面同磨出,先粗后精順序清;精磨首先磨前面,再磨主后副后面;修磨刀尖圓弧時,左手握住前支點;右手轉動桿尾部,刀尖圓弧自然成;面平刃直穩(wěn)中求,角度正確是關鍵;樣板角尺細檢查,經(jīng)驗豐富可目測。 （二）刃磨時的注意事項 必須根據(jù)刀具材料決定砂輪種類。一般刃磨車刀刀體和高速鋼車刀時，用白色氧化鋁砂輪；刃磨硬質合金車刀時，用綠色碳化硅砂輪。如果條件允許，在精磨硬質合金車刀時，可采用金鋼石砂.刃磨車刀時手握刀具要平穩(wěn)，壓力不能太大，要不斷地作左右或前后移動，使刀具受熱均勻，防止產(chǎn)生硬質合金刀片裂紋和高速鋼刀頭燒傷而退火。刃磨硬質合金車刀時，不可把刀頭部分放入水中冷卻，以防刀片突然冷卻而碎裂。刃磨高速鋼車刀時，應隨時用水冷卻以 防車刀過熱退火，降低硬度。刃磨時，車刀高低必須控制在砂輪水平中心， 刃頭略向上翹，否則會出現(xiàn)后角過大或負后角等缺陷。鎢鈦鈷類硬質合金車刀，因對冷熱和沖擊的敏感性較強，當環(huán)境溫度變化較大時，也會產(chǎn)生裂紋，如在我國北方的冬季，如果把磨得很熱的車刀放在冷空氣中，往往會產(chǎn)生裂紋，最好是進行保溫緩慢冷卻。1、刃磨斷屑槽時，由于車刀和砂輪接觸時容易打滑，必須注意安全。2、刃磨時，砂輪旋轉方向必須由刃口向刀體方面轉動，以免造成刀刃呈鋸齒形缺陷。砂輪要經(jīng)過嚴格檢查和良好平衡，裝夾牢固，運轉平衡。3、砂輪磨削表面須經(jīng)常修整，使砂輪沒有明顯的跳動。重新安裝砂輪后，要進行檢查，經(jīng)試轉才可使用。 （三）車刀的刃磨和研磨 刃磨、研磨 預磨刀體部分在刃磨硬質合金切削角度之前，應先磨去焊渣，并將刀體部 分磨出一個比后角略大。 (的后隙角，以便刃磨刀具的后角。刃磨刀體部分，應采用白色氧化鋁砂輪，硬度為中軟，刃磨時要左右移動，防止刃磨受熱不均而使刀頭部分產(chǎn)生裂紋。粗磨以砂輪外圓磨出副偏角和副后角。以砂輪外圓磨出主偏角和主后角。以砂輪外圓磨出車刀的前面。以砂輪的棱面磨出斷屑槽，并留出倒棱的寬度。 精磨精磨時砂輪需進行修整，保持砂輪旋轉的平穩(wěn)。以砂輪的外圓分別磨出車刀的主、副偏角和主副后角保持主切削刃平直光潔。用砂輪的棱面精磨車刀前角磨出刀尖圓弧及修光刃。以砂輪的端面磨出主切削刃上的倒棱。 （四）工廠中車刀刃磨的方法 （1）手工刃磨，該方法工人需要有豐富的工作經(jīng)驗，和車刀刃磨知識。該方法是:工人師傅手拿車刀刀柄部分在磨削機上進行磨削該方法又稱研磨，俗稱“背刀”，也是車工在刀具方面必須掌握的技術之一。具體方法如下； 首先刃磨過的車刀或使用后的車刀有輕微磨損現(xiàn)象，可用油石或研磨板研磨刀面。由于一般砂輪機上的砂輪沒有經(jīng)過嚴格的平衡，存在較大的振動偏擺，同時砂輪表面也不夠平整，刃磨過程中用雙手握著車刀穩(wěn)定性又較差，因此在刃磨時砂輪與車刀有微量沖擊現(xiàn)象，刃磨出的刀具切削刃通常不夠平滑光潔，表面粗糙度較差。這樣的車刀不僅直接影響被加工零件的表面粗糙度，而且還降低了車刀的使用壽命。對于硬質合金車刀，在車削時還容易產(chǎn)生掉渣和崩刃現(xiàn)象，所以對車刀必須進行研磨。車刀研磨時，可用油石或研磨粉進行。研磨硬質合金車刀時用碳化硼；研磨高速鋼車刀時用氧化鋁。這里主要講解用油石研磨車刀的方法。用油石研磨刀具時，手持油石要平穩(wěn)，如下圖所示。油石與刀具接觸的被研磨表面，要貼平前后刃面沿水平方向平穩(wěn)移動，推時用力，回來時不用力。不要上下方向移動，如圖所示，這樣容易將刀尖磨鈍，影響切削刃的鋒利。研磨后的車刀將消除刃磨的殘留痕跡，降低刃面的表面粗糙度值1 級-2 級。這種方法可以減少車刀磨削成本而且可以當場進行非常方便。 （2）使用工具磨床進行研磨 該方法研磨精度高于手工磨削并且不需要工作經(jīng)驗非常豐富的工人。使用M6020工具磨床進行磨削，用三向鉗夾緊車刀，利用分度盤對車刀角度進行調節(jié)。其刃磨步驟為： 1)把車刀的前.后.副后面及底面的焊渣磨掉. 2)磨前.后面的刀桿部為,角度比刀片大2~3度 3)粗磨主后角.副后角及前刀面. 4)精磨前刀面及斷削槽 5)精磨主.副后刀面為： 第三部分 常用車刀的尺寸大小及角度參數(shù) （1）車刀的種類和用途 車刀種類很多，具體可按用途和結構分類。 1.按用途分類 車刀可分為：外圓車刀、內孔車刀、端面車刀、切斷車刀、螺紋車刀等。 圖2.6 常用的幾種車刀 a)直頭外圓車刀 b)彎頭外圓車刀 c)90°外圓車刀 d)寬刃精車外圓車刀 e)內孔車刀 f)端面車刀 g)切斷車刀 h)螺紋車刀 按結構分類 車刀按其結構可分為：整體車刀、焊接車刀、機夾車刀和可轉位車刀。 （2）焊接車刀 1. 車刀刀桿截面形狀及選擇 車刀刀桿截面形狀有矩形、方形和圓形三種。一般用矩形，切削力較大時采用方形，圓形多用于內孔車刀。刀桿高度H可按車床中心高選擇。 2. 刀槽形狀及選擇 刀槽形狀應根據(jù)車刀類型、刀片型號選擇。表1.1所列為常用車刀刀槽形狀。 刀槽形狀的選擇原則應該是：在保證焊接強度前提下，盡量減少焊接面數(shù)及焊接面積兩種。目前在于盡量減小焊接應力。 表2.1 焊接車刀常用刀槽形狀 名稱 簡 圖 特點 適用刀具 配用刀片 開口槽 制造簡單，焊接面最少，刀具應力小 外圓刀、彎頭刀、切槽刀 A1、C3、C4、B1、B2 半封閉槽 夾持刀片較牢固，焊接面大，容易產(chǎn)生焊接應力 外圓車刀 A2、A3、A4、A5、A6、B3、D1 封閉槽 夾持刀片牢固，焊接應力大，易產(chǎn)生裂紋 螺紋刀 C1 嵌入槽 用于底面積較小的刀片，增加焊接面，提高結合強度 切斷刀 切刀槽刀 A1　C3 V形槽 燕尾槽 3.硬質合金刀片及選擇 （1）刀片牌號 指車刀切削部分的刀具材料。一般根據(jù)工件材料選擇刀片牌號。 （2）刀片型號 指刀片形狀和規(guī)格尺寸。刀片型號由一個字母和三位數(shù)字組成。字母和第一位數(shù)字表示刀片形狀的型號，后兩位數(shù)字代表刀片主要尺寸參數(shù)。 我國目前將刀片分A、B、C、D、E、F六種型式，各式又有多種形狀。其中A、B、C型主要用制造各種車刀，D、E用于制造銑刀、鉆頭和絞刀，F(xiàn)型用于制造工具。 表2.2為國家標準（GB5244-85、GB5245-85）中部分硬質合金刀片的常用型號 型號 刀片簡圖 主要尺寸 /mm 用途舉例 A1 L=6～70 К1<90°的外圓車刀和內孔車刀、寬刃光刀 A2 L=8～25 端面車刀、不通孔車刀 A3 L=10～40 90°外圓車刀、端面車刀 A4 L=6～50 端面車刀、直頭外圓車刀、內孔車刀 C1 B=4～12 螺紋車刀 C3 B=3.5～16.5 切斷刀、切槽刀 （3）可轉位車刀 1.可轉位車刀特點 可轉位車刀由刀桿、刀片和夾緊元件組成（圖1.7）。正多邊形刀 片上壓制出卷屑槽并經(jīng)過精磨，可以轉位使用，幾條切削刃全用鈍后，可更換相同規(guī)格的刀片，使用起來很方便。 圖2.7 可轉位車刀的組成 1—刀桿 2—刀墊 3—刀片 4—夾緊元件 可轉位車刀的幾何角度完全由刀片和刀槽的幾何角度組合而成。切削性能穩(wěn)定，適合于大批量生產(chǎn)。 2.硬質合金可轉位刀片 刀片形狀很多，常用的有三角形、偏8°三角形、凸三角形、 正方形、五角形和圓形等。 3.轉位車刀刀片夾緊結構 對夾緊結構的要求是：夾緊可靠，重復定位精確，操作 方便，結構簡單，制造容易，而且夾緊元件不應防礙切屑流出。常用的夾緊機構有偏心式，杠銷式、杠桿式、楔銷式和上壓式。 4. 轉位車刀與焊接式的刀具比較，有以下優(yōu)點： （1） 因刀片不經(jīng)焊接、刃磨，可避免熱應力和裂紋，硬質合金材料保持了原有的機械性能、切削性能、硬度、抗彎強度，提高了刀具的耐用度。 （2） 可以工業(yè)大生產(chǎn)的方式，提供了先進的、合理的刀具幾何參數(shù)。 （3） 只有這種可轉位式的車刀才能采用先進的涂層刀片。 （4） 刀片轉位迅速、準確，更換方便，效率提高，在數(shù)控、加工中心、自動線上尤為重要。 （5） 有利于標準化設計和大量生產(chǎn)，保證質量。 （6） 刀桿長期使用，節(jié)省大量鋼材；省卻刃磨工序，減少硬質合金的額外消耗，刀具費用降低。 （4）車刀角度的換算 在設計和制造刀具時，需要對不同參考系之間的角度進行換算。 1.法平面與正交平面角度的換算 當車刀刃傾角較大時，常需要標注出法平面內角 度?？赊D位車刀刀片本身角度是法平面給出的，但安裝到刀槽就需計算出正交平面內的角度。 圖2.8 給出了刃傾角λs≠0°車刀主切削刃上選定點在正交平面、法平面內的各標注角度。 圖2.8 正交平面與法平面的角度換算 圖中Mb為正交平面Po與前刀面Ar的交線，MC為法平面Pn與前刀面Ar的交線，Ma為正交平面Po、法平面Pn與基面Pr三者的交線。則有： tanγn=tanγoCosλs Cotαn=CotαoCosλs 2.垂直于基面的各平面角度與正交平面角度的換算 ，一般在已知γo、αo、Кr、λs的情況下，可計算出γf、αf和 γp、αp。 以上為機加車刀與普通車刀不同該車刀大多部分為一次性刀頭，但是該車刀刃磨裝置用于普通外圓車刀，可減少加工成本，一個車刀可多次使用因此使用。因此該裝置可應用于大多數(shù)普通機加工廠。 2刀具刃磨參數(shù) 由于刀具加工材料的不同，對刀具的各項參數(shù)要求也不盡相同。故為了滿足加工需求，必須選出合理的刀具參數(shù)。 如表2.3所示為刀具加工不同材料所常用的一些刀具角度。 （1） 高速鋼車刀 工件材料 前角 后角 鋼和鑄鋼 （400~500）Mp 20~25 8~12 （700~1000）MP 5~10 5~8 鎳鉻鋼和鉻鋼 (700~800)MP 5~15 5~7 灰鑄鋼 (160~180) HBS 12 6~8 (220~260)HBS 6 6~8 可緞鑄鋼 (140~160)HBS 15 6~8 (170~190) HBS 12 6~8 鋼鋁 巴氏合金 25~30 8~12 中硬青銅及黃銅 10 8 鎢 20 15 鈮 20~25 12~15 銅合金 30 10~12 鎂合金 25~35 10~15 電木 0 10~12 纖維紙板 0 14~16 硬橡膠 -2~0 18~20 軟橡皮 40~75 15~20 塑料和有機玻璃 20~25 30 表2.3 車刀的刀具角度 根據(jù)以上金屬切削資料及刀具資料設計出車刀刃磨裝置的機構和具體設計及零件設計。 第三章 裝置的設計 第一部分 車刀刃磨裝置的結構分析 根據(jù)以前的車刀刃磨大致可分為手動刃磨和用工具磨床進行刃磨。手動刃磨在前面已經(jīng)講過，利用工具磨床刃磨可減小加工誤差，并且效率高于手工刃磨。磨床刃磨是利用三向鉗進行進行夾緊和進行角度確定，但是磨削過程中需要多次裝夾工件而且磨削精度不高（精度不一定高于手動磨削）。因此需要設計出一磨削精度高于其他磨削方法，磨削效率高，結構簡單，成本低廉的自動化磨削裝置。 根據(jù)以上磨削方法，我們設想一可以實現(xiàn)可繞X軸，Y軸，Z軸，旋轉的機構并且在繞X軸時，不干涉Y軸的運動。該機構與工具磨床組合可實現(xiàn)6個自由度，該機構最初設想為利用球角控制刀架角度變化,但是該機構在磨削過程中不能承受磨削力，出現(xiàn)偏移，使磨削精度下降。同時我們又設想出改造三向鉗，改造成步進電機控制，但是設計出結構尺寸過大不符合設計要求。因此以上兩種機構都不符合要求。 根據(jù)以上的設想，我們設計出利用類似與十字軸的結構，來實現(xiàn)工作臺繞X軸的旋轉，以及繞Y軸的旋轉。同時利用步進電機可實現(xiàn)聯(lián)動。如圖九所示。 當步進電機轉動時帶動絲杠轉動，使螺母上下移動，當螺母上下移動時，使滑桿轉軸抬高或降低，帶動工作臺面繞Y軸旋轉，轉動一定角度。同理底下步進電機帶動絲杠螺母使工作臺面繞X軸進行旋轉。工作臺面底下的電機帶動蝸輪蝸桿機構使刀架繞Z軸旋轉，因此實現(xiàn)車刀在磨前刀面，后到面，副前刀面及副后刀面，所轉動的角度。但是一般磨削是用砂輪面去磨，因此在磨削后刀面時，X 軸 和Z軸是聯(lián)動的，也可以先走繞X軸進行旋轉，然后繞Z軸進行旋轉，當前刀面與后刀面有一定角度時，X，Y，Z軸是聯(lián)動的也可以分別轉動，這些主要是控制方面做的，該機構是可以同時聯(lián)動也可以分別轉動各個軸，根據(jù)實驗該機構不會出現(xiàn)自由度的約束。 這種機構，在設計時主要考慮到x軸和y軸的連接部分，也就是十字軸的初步設計，該機構十字軸與普通十字軸完全不同，它是由三根軸構成的，X滑桿轉軸，Y滑桿轉軸，和固定轉軸，固定轉軸要比其他兩軸要粗，固定轉軸在和其他兩軸連接處是在中心線開了個槽子和孔，Y軸在連接處是削去兩端圓弧部分使其插入固定轉軸的槽中同時中間也打孔與固定轉軸孔的軸線重合，使x軸插入該孔中，實現(xiàn)當工作臺繞y軸轉動時以y軸軸線為中心旋轉，x軸也是一樣的。 圖3.1 車刀刃磨裝置的結構圖 1. 步進電機 2.. 絲杠 3. 螺母 4. x滑桿轉軸 5. y滑桿轉軸 6. 車刀 7. 蝸桿 8. 刀架 9. 蝸桿 Z軸是通過，蝸輪蝸桿機構實現(xiàn)傳動的，整個裝置所采用的傳動部件都是具有自鎖功能的，因此減少了裝置的零件數(shù)目，把結構簡單化了。如果在裝置中不采用具有自鎖功能的傳動零件在整個切削過程中，刃磨裝置所受磨削力是可以產(chǎn)生逆?zhèn)鲃拥?，因此，我們采用的是非滾珠絲杠，就是在螺母中沒有滾珠，雖然在傳動過程中，使傳動摩擦大，但是它具有自鎖功能。而在z軸所采用的蝸輪蝸桿機構本身是具有自鎖能力的，它們的具體細節(jié)將會在下一部分說明。 我們所設計的車刀刃磨裝置，機構不僅可以用于刀具刃磨而且這種機構是可以用于其它機床加工復雜工件。我們在設計過程中，考慮到工作臺面可繞x軸y軸各旋轉正負30度的角度變換，而在z軸可進行完全旋轉。這種機構的通用性強，使用方便，可以和多種機床進行組合。也可以把該種裝置看成是一個數(shù)控夾具。 （1） 刀架板的設計 在設計刀架板時主要要考慮到刀架板在工作時是否對其它零件產(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)這些要求我們設計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。我們設計刀架板厚20mm總長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） 底板的設計 底板設計中，首先要考慮到板的厚度以及部分細節(jié)方面的設計 再裝絲杠螺母的地方采用厚度為35mm，比其它地方后。這樣要鉆空放入軸承。 在其它地方板厚為15mm ，底板總長為175mm總寬為165mm。材料為q235 第二部分傳動裝置以及電機的選擇設計 一 歩進電機選擇計算 （一）步進電機的工作原理和特性 步進電機如同普通電機，有轉子、定子和定子繞組分成若干相，每相的磁極上有極齒，轉子在軸上也有若干齒。當某相定子繞組通以直流電激勵后，便能吸引轉子，使轉子上的齒和定子上的齒對齊。因此，它是按電磁鐵作用的原理進行工作的，在外加脈沖信號的作用一步一步的運轉，是一種將電脈沖信號轉換相應角位移的機電元件。步進電機定子可以做成兩相或三、四、五和十相等。相繞組可以單拍或 雙拍方式通電。步進電機主要技術參數(shù)指標和特性有: (1) 步距角。 當步進電機的定子繞組為m，轉子齒數(shù)為Z，通電方式系數(shù)為k時，每輸入一個脈沖信號，轉子轉過的角度稱為步距角，用表示則有 (5-1) 單拍 通 電 時k=1，雙拍通電時k=2。 (2) 靜態(tài)步距角誤差 是指步進電機空載時，每步實際轉過的角度與理論步距角之差。以角度單位或理論步距角的百分數(shù)表示。 (3) 精度 通常指的是最大步距誤差和最大累積誤差，步距誤差是空載運行一步的實際轉角的穩(wěn)定值和理論值之間的最大值，用理想步距的百分數(shù)表示。累積誤差時指，從任意位置開始，經(jīng)過任意步后任意的實際角位移和理論角位移之差。 (4) 最大靜轉矩 所謂靜態(tài)是指步進電機的通電狀態(tài)不變，轉子保持不動的定位狀態(tài)。靜轉矩即是步進電機處于定位狀態(tài)下的電磁轉矩，它繞組內的電流和失調角之間的函數(shù)。 失調角就是在定位狀態(tài)下，如果在轉子上加一個負載使轉子轉過一個角度。并能穩(wěn)定下來，這時轉子上受到的電磁轉矩和負載轉矩相等，該電磁轉矩即為靜轉矩。角度B稱為失調角。對應于某式調角最大的轉矩，為最大靜轉矩，一般來說材大的電機，負載轉矩也大。 (5) 最大起動轉矩 只有在外加的轉矩小于峨時才能啟動，該性能表示步進電機啟動時的負載能力。 (6) 響應頻率 在某一個頻率范圍內，步進電機可以任意運行而不丟步，則這一最大頻率稱為響應頻率。通常用啟動頻率來作為衡量指標。它是指在一定負載下直接起動而不丟步的極限頻率。 (7) 運行頻率和矩頻特性 運行頻率指拖動一定負載使頻率連續(xù)上升時，能使步進電機不失步運行的極限頻率。矩頻特性包括起動矩頻特性和運行矩頻特性。起動矩頻特性指在給定的驅動條件下，負載慣量一定時，起動頻率和負載轉矩之間的關系，又稱為牽入特性。運行矩頻特性指負載慣量不變時，運行頻率和負載轉矩之間的關系，又稱為牽出特性。矩頻特性如圖3.2所示。 圖3.2步進電機矩頻特性 圖3.3 步進電機慣頻特性 (8) 慣頻特性 在負載力矩一定時，頻率和負載慣量之間的關系，稱為慣頻特性。慣頻特性分為啟動慣頻特性和運行慣頻特性。如圖5-2所示。 對于步進電機的控制，了解其性能參數(shù)必須的，因為在進行步進電機選擇和軟件設計時，它的性能決定整個控制系統(tǒng)的性能。 (二)步進電機選擇和計算 1初選步進電機 型? 號 相數(shù) 電壓 電流 電阻 電感 靜轉矩 機身長 定位轉矩 出軸長 重量 接線圖 單? 位 V A Ω mH Kg.cm mm Kg.cm mm Kg 57BYGH101 4 3 1.3 2.3 2.2 4.9 45 0.3 21 0.45 a 57BYGH102 2 5.1 0.75 6.8 12.5 5 45 0.3 21 0.45 b 57BYGH201 4 16 0.4 40 60 8.5 55 0.7 21 0.65 a 57BYGH202 4 12 0.7 17.5 22 8.5 55 0.7 21 0.65 a 57BYGH203 2 2.4 1.5 1.6 3.4 8 55 0.7 21 0.65 b 57BYGH204 4 5 1.5 3.3 3.6 8.5 55 0.7 21 0.65 a 57BYGH205 2 6 0.6 10 26.5 8.5 55 0.7 21 0.65 b 57BYGH206 4 2.7 3 0.9 1.4 8.5 55 0.7 21 0.65 a 57BYGH207 2 4.4 1.15 3.8 8 9 55 0.7 21 0.65 b 57BYGH208 2 7.2 0.6 12 33 8.5 55 0.7 21 0.65 b 57BYGH209 4 4 1.6 2.5 3.5 8.5 55 0.7 21 0.65 a 57BTGH210 4 4.8 1.5 3.2 4 8 55 0.7 21 0.65 a 57BYGH211 4 3 2 1.5 2 8.5 55 0.7 21 0.65 a 57BYGH212 2 1.8 3 0.6 1.3 8.5 55 0.7 21 0.65 b 57BYGH213 2 4.5 1.5 3 5.4 9 55 0.7 21 0.65 b 57BYGH214 2 3 2.5 1.5 4.4 14 55 0.7 0.65 b 57BYGH251 2 5.1 1.5 3.4 6.8 12 68 0.7 21 0.65 b 57BYGH301 4 4.6 2 2.3 4 14 76 0.9 21 1.0 a 57BYGH302 4 2.6 2.4 1.1 1.9 14 76 0.9 21 1.0 a 57BYGH303 4 5.4 1.5 3.6 6.8 12 76 0.9 21 1.0 a 57BTGH304 4 7 1.5 4.7 7.4 14 76 0.9 21 1.0 a 57BYGH306 2 2.7 3 0.9 2.2 15 76 0.9 21 1.0 b 圖3.4 57電機的外形圖 初步選用型號是57BYGH203系列的混合式步進電機，這種電機產(chǎn)品同時兼有反應式和永磁式兩種步進電機優(yōu)點。該產(chǎn)品具有體積小、驅動電流和功耗小、起動和運行頻率高、動態(tài)性好的特點，同時還具有良好的內部阻尼特性，因而運行平穩(wěn)，無明顯的低頻振蕩區(qū)，噪音小，可靠性高。既可用于組建穩(wěn)定、可靠的開環(huán)系統(tǒng)，也可用于組建閉環(huán)系統(tǒng)。工作中要求步進電機能嚴格跟隨指令脈沖,不發(fā)生失頻、振蕩;能快速起動、停止、正反轉和高效運轉;能滿足各項性能指標且具有良好的動態(tài)特性。步進電機選用時首先必須保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率，使電動機的矩頻特性有一定余量以保證運行可靠，一般來說最大靜轉矩T-大的電機，負載轉矩也大，通常取T /T=0.2~0.5。對于相數(shù)較多，突跳頻率要求不高時取大值，反之取小值。其次要求計算機械系統(tǒng)的負載慣量和產(chǎn)品所要求的啟動頻率，使之與步進電機相匹配并有一定余量，并使最高連續(xù)工作頻率能滿足產(chǎn)品快速移動的要求。選用步進電機時還必須注意到要使其步距角和機械系統(tǒng)相匹配，以得到所需要的脈沖當量。 57電機的參數(shù) 步 距 角：0.9/1.8???????? DEG ?? 絕緣電阻：500V????? ????? DC?? 100MΩ?? 絕緣強度：500V????? ????? AC 1 Minute ?? 溫??? 升：65K?? 環(huán)境溫度：-10~+55℃?? 絕緣等級：B?? 圖3.5 57BYGH203以及57BYGH301運行矩頻特性 2負載轉矩和慣量的計算 (1)負載轉矩的估算 精確計算驅動系統(tǒng)的轉矩是比較復雜的，習慣的做法是根據(jù)實際裝置實測求取，在選擇步進電機時，常常使用近似的公式，先估算出負載的轉矩，從而為選定步進電機提供依據(jù)。 根據(jù)該課題的要求,估算電機的負載轉矩。由機械結構可知,電機驅動絲杠螺母機構在到工作臺，該直線運動系統(tǒng)換到電動機軸的負載轉矩　一般由下式估算: (3-1) F一直線運動機械的軸向力，kg； D一齒輪齒條傳動中的齒輪直徑，cm； W一負載質量，kg； i一減速傳動比； 一驅動系統(tǒng)的效率； 一滑動摩擦系數(shù)。 式中其中，取0.1～0.3, =0.85～0.950，D=14mm。 由機床的結構參數(shù)，估算工作平臺的總質量(包括旋轉步進電機、蝸輪、蝸桿、刀架等)為15kg，根據(jù)刀具刃磨載荷輕的特點，直線運動受到的軸向力可根據(jù)力矩平衡原理得出，如圖5-3所示，軸向力矩與摩擦分力的力矩相等： （3-2） = ≈0.77kg 代入（3-1）可得： = (2)負載慣量的計算 根據(jù)慣量的定義，物體對某軸的慣量定義為該物體微小體積的質量dm與該微小體積到軸的距離r的平方的乘積之總和，即 3-3 回轉體的慣量計算： 3-4 式中：—回轉體的材料密度 D—回轉體直徑 L—回轉體的長度 該機構是經(jīng)過一級蝸輪蝸桿減速傳到工作臺上故其轉動慣量必須經(jīng)過折算，其公式為： 3-5 ①工作臺轉動慣量計算 步進電機驅動蝸輪蝸桿傳動機構，通過蝸輪蝸桿機構傳到工作臺，這時根據(jù)動能守恒定律可得到工作臺運動慣量換算到驅動軸上的等效轉動慣量為： 3-6 = =0.012k ②蝸輪軸轉動慣量計算 =0.029k ③蝸輪蝸桿等效為圓柱體，其轉動慣量為 =0.095 k =0.235 ④換算到電機軸上總慣性負載 =0.012+ = ≈0.012 k (3)加速轉矩 驅動負載時往往需要進行加減速度運行。慣性體就會產(chǎn)生加速轉矩，其計算式為： 式中S—每轉走的步數(shù)，，為步進電機的步距角； F— 最大驅動頻率，Hz(pps)； T—加速時間； g—重力加速度，。 二 絲杠螺母機構的選擇計算 （一）絲杠螺母機構概述 1絲杠螺母機構的特點 （1）用較小的扭矩傳動絲杠，可使得螺母獲得較大的軸向牽引力； （2）可達到很大的降速比，使得機構大為簡化； （3）能達到較大的傳動精度。用于機構進給時，還可算作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小度數(shù)值可達到0.01mm； （4）傳動平穩(wěn)，無噪聲； （5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進行逆?zhèn)鲃?。此特點可用于部件升降移動，防止因部件自重而降落。 2絲杠螺母機構的選用 根據(jù)該設計方案，要求工作臺能夠上下移動，而且要能夠自鎖，故根據(jù)選用如圖所示結構： (二)絲杠螺母機構的計算 1絲杠的導程：根據(jù)結構設計和要求，選用絲杠頭數(shù)k=1,螺距t=4mm,故絲杠螺母機構的導程s=kt=4mm。 2絲杠的效率：正傳動的效率即回轉運動轉換為直線運動的效率為： 3-7 式中：—中徑處的螺紋升角，； —絲杠螺紋中徑； —當量摩擦角。 = = 對于滑動絲杠： ，當f=0.1, =時，。 代入數(shù)據(jù)得= =0.511 3驅動扭矩M計算 設所受的軸向力為P，則螺紋中徑處的圓周力Q為： 3-8 =6.9 =1.34N 驅動扭矩M為： 3-9 用代入得：= 6.9=8.6N.M 4耐磨性計算 滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大，螺旋副間越容易形成過渡磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p,使其小于材料的許用壓力[p]。有耐磨性