智能車刀刃磨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】

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陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [摘要] 車刀是一種應(yīng)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(jī)床上，車刀應(yīng)用的頻率更高。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，加工精度和生產(chǎn)效率都受到嚴(yán)重的影響。車刀刃磨機(jī)研究的目的就是提高其刃磨質(zhì)量，降低制造成本，提高生產(chǎn)率;通過(guò)對(duì)車刀刃磨的控制研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)車刀的位置幾何角度自動(dòng)調(diào)整，提高刃磨質(zhì)量和效率，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)滿足生產(chǎn)的需求。本課題主要研究?jī)?nèi)容是分析普通外圓車刀的幾何結(jié)構(gòu)即車刀幾何角度和刃磨方法，建立車刀刃磨刀面的數(shù)學(xué)方程;運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車刀刃磨角度自動(dòng)精確調(diào)整。 [關(guān)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(guó)內(nèi)外發(fā)展簡(jiǎn)況……………………………………………1 （三）課題的來(lái)源和研究的主要內(nèi)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(shè)計(jì)............................................................................21 第一部分 車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)分析……………………………21 第二部分 傳動(dòng)裝置以及電動(dòng)機(jī)的選擇設(shè)計(jì)……………………23 第三部分 刃磨裝置控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)…………………………39 第四章 總結(jié)…………………………………………………………47 感謝......................................................................................................48 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………..49 第一章 緒論 一研究目的和意義 隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)控加工技術(shù)，柔性加工的廣泛應(yīng)用，對(duì)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(zhì)量及其機(jī)械加工效率，為保證零件的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本，刀具在達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值時(shí)就應(yīng)進(jìn)行重磨(重新刃磨)然后才能繼續(xù)使用。對(duì)金屬切削刀具的刃磨既是刀具制造過(guò)程中的最后一道工序，也是刀具多次重磨必須進(jìn)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(zhì)量的關(guān)鍵。 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。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(wàn)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(jué)。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:(1) 機(jī)床調(diào)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(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(guò)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(lái)控制機(jī)構(gòu)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)車刀的刃磨。 二 國(guó)內(nèi)外發(fā)展簡(jiǎn)況 對(duì)于車刀以及其他復(fù)雜形狀刀具的刃磨技術(shù)和控制研究方面，國(guó)內(nèi)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(shè)備。 在國(guó)外，對(duì)立車刀及其他復(fù)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(duì)于車刀刀刃的磨削90%以上是在數(shù)控工具磨上進(jìn)行的，基本上實(shí)現(xiàn)了一次裝件自動(dòng)完成刀刃的全部磨削。有的數(shù)控工具磨還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上工件(被磨刀具)、自動(dòng)磨削、自動(dòng)修整砂輪、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)工件的全過(guò)程自動(dòng)化。 數(shù)控工具磨床的發(fā)展經(jīng)歷了從低檔到高檔的過(guò)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(dòng)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(qiáng)力磨削的數(shù)控工具磨床。 德國(guó) 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(jī)床配有測(cè)量定位系統(tǒng)，將測(cè)頭固定安裝在磨頭上，用于實(shí)現(xiàn)刀具定位，可縮短磨削周期。該機(jī)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(guò)該軟件可以把刀具磨床變成能夠設(shè)計(jì)刀具的磨床。 瑞士 SC HNEEBERGER公司的五軸五聯(lián)動(dòng)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(dòng)測(cè)量，自動(dòng)上下料，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作。機(jī)床配有自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，方便刀具的安裝及磨削，它采用一個(gè)固定安裝的三維測(cè)頭，既可用于測(cè)定刀具毛坯幾何形狀，在刀具重磨前測(cè)量又可用來(lái)保證刀具磨削質(zhì)量。 還有，美 國(guó)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(jī)床。 為了提高我國(guó)刀具的制造工藝水平及質(zhì)量，80年代后期國(guó)內(nèi)部分廠家陸續(xù)從 美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)引進(jìn)了數(shù)控工具磨床及CNC磨削技術(shù)。主要有 : (1) 營(yíng) 口 機(jī) 床 廠從德國(guó)WALTER公司引進(jìn)了Helitronic30CNC三軸數(shù)控工具磨床。該機(jī)床可實(shí)現(xiàn)任意兩軸和三軸聯(lián)動(dòng)，各軸均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。整機(jī)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(zhì)合金株式會(huì)社引進(jìn)了一臺(tái)RBG-01型模具銑刀數(shù)控專用磨槽機(jī)。該機(jī)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(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)。該機(jī)床剛性好、加工精度高。機(jī)床實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上工件、自動(dòng)磨削、自動(dòng)下工件等全過(guò)程自動(dòng)化，是80年代屬世界先進(jìn)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(guó)ROUCHAUD公司引進(jìn)并進(jìn)行中法合作生產(chǎn)的六坐標(biāo)數(shù)控刀具刃磨設(shè)備。它配備NLM760數(shù)控系統(tǒng)，使用RENISHAW測(cè)頭進(jìn)行刀具參數(shù)測(cè)量，為刀具刃磨程序的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了極為方便的條件。 國(guó)內(nèi)在數(shù)控工具磨床的研究方面開發(fā)起步較晚，可以說(shuō)是從80年代中后期才開始的，其研究、開發(fā)還處于樣機(jī)或單臺(tái)極少量試生產(chǎn)階段。國(guó)內(nèi)有幾家研制的數(shù)控工具磨床，其CNC系統(tǒng)都是從國(guó)外引進(jìn)，使機(jī)床售價(jià)大大的提高，從而影響這些數(shù)控工具磨床的推廣和應(yīng)用。 在數(shù) 控 系 統(tǒng)方面，北京航空航天大學(xué)在80年代就開展了數(shù)控刀具刃磨機(jī)的研制工作，己開發(fā)了幾種型號(hào)的數(shù)控刀具刃磨機(jī)。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(jī)數(shù)控系統(tǒng)。該大學(xué)在國(guó)家“八五”和“863”計(jì)劃中承擔(dān)了高性能開放式數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)。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(jī)床上獲得成功應(yīng)用?！叭A 中 2 000 型 工具磨床專用數(shù)控系統(tǒng)”是在國(guó)家“八五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目 “數(shù)控萬(wàn)能工具磨床產(chǎn)品開發(fā)”科研成果的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)出的用于各種回轉(zhuǎn)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(jī)床廠研制的MH6030型刀具磨削中心，該機(jī)床采用8050M數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)六軸主聯(lián)動(dòng)控制。該機(jī)床適用于加工復(fù)雜工具、復(fù)雜刀具如模具銑刀等，還適用于磨削加工復(fù)雜的中小型零件。 咸陽(yáng)機(jī)床廠MK6025/3三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控萬(wàn)能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床，該機(jī)床采用了華工I型數(shù)控系統(tǒng)，配有華中理工大學(xué)各種刀具加工軟件，該軟件還可以針對(duì)用戶自己的要求進(jìn)行自行編程并設(shè)計(jì)所需軟件。該機(jī)床能自動(dòng)完成各類普通及復(fù)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(fù)雜刃磨問(wèn)題;配備測(cè)量系統(tǒng)，在數(shù)控系統(tǒng)測(cè)量軟件支持下，將被磨刀具的有關(guān)幾何參數(shù)(如螺旋角或?qū)С?及安裝位置(如始點(diǎn)位置)等參數(shù)自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，自檢測(cè)系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷加工刀具的起始點(diǎn)，自動(dòng)生成加工程序并實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工過(guò)程的自動(dòng)磨削。還有 營(yíng) 口 冠華機(jī)床廠的M6025K萬(wàn)能工具磨床和武漢機(jī)床附件廠的GW-1萬(wàn)能磨刀機(jī)，均為普通型工具刃磨機(jī)床。 主要問(wèn)題 國(guó)內(nèi)各大中型機(jī)械廠，對(duì)車刀類的刃磨，主要由工人在萬(wàn)能工具磨床上進(jìn)行手工刃磨。工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，刃磨效率和精度低。刀具重磨時(shí)，刀具的刃形受到磨損或嚴(yán)重的破壞，使得手工刃磨時(shí)不容易控制，沒(méi)法保證刀具的重磨質(zhì)量。 在車刀刃磨技術(shù)及控制技術(shù)研究方面，國(guó)內(nèi)起步較晚，而且相關(guān)設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)主要依靠進(jìn)口和與國(guó)外企業(yè)合作開發(fā)，因而，多數(shù)局限于一些復(fù)雜刃形如球頭車刀等的制造和建模，或者直接依賴進(jìn)口特定的大型數(shù)控加工機(jī)床。 國(guó)外對(duì)刀具刃磨的研究雖然起步較早，但所開發(fā)的設(shè)備主要是三軸、多軸聯(lián)動(dòng)的大型數(shù)控工具磨床或磨削加工中心。對(duì)于通用型的車刀刃磨，進(jìn)口該設(shè)備成本過(guò)高，不合乎國(guó)情。 三 課題來(lái)源與主要研究?jī)?nèi)容 本課題來(lái)源于陜西省教育廳培育項(xiàng)目“智能車刀磨裝置”，，該項(xiàng)目為陜西理工 學(xué)院，項(xiàng)目主持人為戴俊平教授。 課題主要研究?jī)?nèi)容為: 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。 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(jiǎn)史 研究金屬切削加工過(guò)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(xué)科。在設(shè)計(jì)機(jī)床和刀具、制訂機(jī)器零件的切削工藝及其定額、合理地使用刀具和機(jī)床以及控制切削過(guò)程時(shí)，都要利用金屬切削原理的研究成果，使機(jī)器零件的加工達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)和高效率的目的。 ?? 簡(jiǎn)史??金屬切削原理的研究始于19世紀(jì)中葉。1851年，法國(guó)人M.科克基拉最早測(cè)量了鉆頭切削鑄鐵等材料時(shí)的扭矩,列出了切除單位體積材料所需功的表格1864年，法國(guó)人若塞耳首先研究了刀具幾何參數(shù)對(duì)切削力的影響1870年,俄國(guó)人NA.季梅首先解釋了切屑的形成過(guò)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(diǎn)。1896年，俄國(guó)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(guó)人J.F.尼科爾森制造了第一臺(tái)三向測(cè)力儀，使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美國(guó)人F.W.泰勒研究了切削速度對(duì)刀具壽命的影響，發(fā)表了著名的泰勒公式。1915年，俄國(guó)人RT.烏薩喬夫?qū)犭娕疾宓娇拷邢魅械男】字袦y(cè)得了刀具表面的溫度(常稱人工熱電偶法)，并用實(shí)驗(yàn)方法找出這一溫度同切削條件間的關(guān)系1924～1926年,英國(guó)人E.G.赫伯特、美國(guó)人H.肖爾和德國(guó)人K.科特文各自獨(dú)立地利用刀具同工件間自然產(chǎn)生熱電勢(shì)的原理測(cè)出了平均溫度（常稱自然熱電偶法）。1938～1940年美國(guó)人H.厄恩斯特和M.E.麥錢特利用高速攝影機(jī)通過(guò)顯微鏡拍攝了切屑形成過(guò)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(jī)理。40年代以來(lái)，各國(guó)學(xué)者系統(tǒng)地總結(jié)和發(fā)展了前人的研究成果，充分利用近代技術(shù)和先進(jìn)的測(cè)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(dān)負(fù)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(duì)的表面。 c.副后刀面 與工件已加工表面相對(duì)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(diǎn)。 （2） 刀具角度 （3） 為了表示刀具空間集合形狀及位置，需通過(guò)刀具幾何角度來(lái)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。 1） 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(lái)說(shuō)明。 切削平面 通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，切與加工表面的平面。 基面 通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，垂直于合成切削速度向量的平面。 正交平面 通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)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(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(méi)有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)； 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(guò)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(guò)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(guò)切削刃上選定點(diǎn)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(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，刀具角度有以下幾個(gè)。 A． 正交平面中測(cè)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(cè)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(cè)量的角度； 主偏角。進(jìn)給方向與主切削刃在基面上的投影之間的夾角。 負(fù)偏角（）進(jìn)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(cè)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(gè)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(biāo)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(gè)切削部分的刀具。車刀是切削加工中應(yīng)用最廣的刀具之一。圖1.1為常用外圓車刀的典型結(jié)構(gòu)形式。 結(jié)構(gòu)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(qiáng)度來(lái)選取，切削強(qiáng)度較高的材料時(shí)，應(yīng)取較小的值。例如，硬質(zhì)合金車刀在切削普通碳素鋼時(shí)前角取10°～15°；在切削鉻錳鋼或淬火鋼時(shí)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(shí)取較大的值，在車階梯軸時(shí)，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(qiáng)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(zhì)而定。最簡(jiǎn)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(zhì)合金車刀，負(fù)前角的平面型適用于加工高強(qiáng)度鋼和粗切鑄鋼件的硬質(zhì)合金車刀。帶倒棱的平面型是在正前角平面上磨有負(fù)倒棱以提高切削刃強(qiáng)度，適用于加工鑄鐵和一般鋼件的硬質(zhì)合金車刀。對(duì)于要求斷屑的車刀，可用帶負(fù)倒棱的圓弧面型，或在平面型的前面上磨出斷屑臺(tái)。 ?? 車刀的切削部分和柄部(即裝夾部分)的結(jié)合方式主要有整體式、焊接式、機(jī)械夾固式和焊接 -機(jī)械夾固式。機(jī)械夾固式車刀可以避免硬質(zhì)合金刀片在高溫焊接時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋，并且刀柄可多次使用。機(jī)械夾固式車刀一般是用螺釘和壓板將刀片夾緊，裝可轉(zhuǎn)位刀片（見可轉(zhuǎn)位刀具）的機(jī)械夾固式車刀。刀刃用鈍后可以轉(zhuǎn)位繼續(xù)使用，而且停車換刀時(shí)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(tái)肩、端面、切槽、切斷、螺紋和成形車刀等。還有專供自動(dòng)線和數(shù)字控制機(jī)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(cè)必須磨有副偏角，因而根部的強(qiáng)度大大削弱。此外,切斷車刀在切近工件中心處時(shí),切削速度趨近于零，不利于切削。因此,切斷車刀在工作時(shí)極易“打刀”(崩裂)。先進(jìn)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(gè)方向穩(wěn)定地排出，不致堵塞在槽中，同時(shí)再將刀頭底部制成凸肚形，以最大限度地提高強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(shí)其刀刃廓形才與工件的截形相同；前角不是零度時(shí)，則稍有不同，需要經(jīng)過(guò)計(jì)算或用圖解法求出車刀的截形。 ?? 自動(dòng)線和數(shù)控機(jī)床用車刀??這類車刀應(yīng)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(duì)刀片的質(zhì)量要求更高，使用中采取強(qiáng)制換刀，以避免過(guò)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(yàn)確定，使切屑形狀為碎裂的短弧形。為了減少換刀和調(diào)整的停機(jī)時(shí)間，刀具的調(diào)整應(yīng)用各種類型的對(duì)刀工具或?qū)Φ秲x在機(jī)外進(jìn)行。圖1.5[自動(dòng)線和數(shù)字控制機(jī)床用車刀] 圖2.5 自動(dòng)線數(shù)控車刀 是利用螺釘或楔塊來(lái)調(diào)整車刀的徑向尺寸L軸向尺寸W 和刀尖高度H 的自動(dòng)線和數(shù)字控制機(jī)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(xiàng)具有較高技術(shù)含量的基本操作,操作者需要熟悉相關(guān)理論知識(shí)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(nèi)孔和螺紋,切斷成形也常用;車刀刃形分三種,直線曲線加復(fù)合;車刀材料種類多,常用碳鋼氧化鋁,硬質(zhì)合金碳硅,根據(jù)材料選砂輪;砂輪顆粒分粒度,粗細(xì)不同勿亂用;粗砂輪磨粗車刀,精車刀選細(xì)砂輪。 (2) 車刀刃磨操作技巧與注意事項(xiàng)刃磨開機(jī)先檢查,設(shè)備安全最重要;砂輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,雙手握刀立輪側(cè);兩肘夾緊腰部處,刃磨平穩(wěn)防抖動(dòng);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(yīng)小心,保護(hù)刀尖先抬起;高速鋼刀可水冷,防止退火保硬度;硬質(zhì)合金勿水淬,驟冷易使刀具裂;先停磨削后停機(jī),人離機(jī)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(shí),左手握住前支點(diǎn);右手轉(zhuǎn)動(dòng)桿尾部,刀尖圓弧自然成;面平刃直穩(wěn)中求,角度正確是關(guān)鍵;樣板角尺細(xì)檢查,經(jīng)驗(yàn)豐富可目測(cè)。 （二）刃磨時(shí)的注意事項(xiàng) 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(shí)，用白色氧化鋁砂輪；刃磨硬質(zhì)合金車刀時(shí)，用綠色碳化硅砂輪。如果條件允許，在精磨硬質(zhì)合金車刀時(shí)，可采用金鋼石砂.刃磨車刀時(shí)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(dòng)，使刀具受熱均勻，防止產(chǎn)生硬質(zhì)合金刀片裂紋和高速鋼刀頭燒傷而退火。刃磨硬質(zhì)合金車刀時(shí)，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(shí)，應(yīng)隨時(shí)用水冷卻以 防車刀過(guò)熱退火，降低硬度。刃磨時(shí)，車刀高低必須控制在砂輪水平中心， 刃頭略向上翹，否則會(huì)出現(xiàn)后角過(guò)大或負(fù)后角等缺陷。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金車刀，因?qū)錈岷蜎_擊的敏感性較強(qiáng)，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生裂紋，如在我國(guó)北方的冬季，如果把磨得很熱的車刀放在冷空氣中，往往會(huì)產(chǎn)生裂紋，最好是進(jìn)行保溫緩慢冷卻。1、刃磨斷屑槽時(shí)，由于車刀和砂輪接觸時(shí)容易打滑，必須注意安全。2、刃磨時(shí)，砂輪旋轉(zhuǎn)方向必須由刃口向刀體方面轉(zhuǎn)動(dòng)，以免造成刀刃呈鋸齒形缺陷。砂輪要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢查和良好平衡，裝夾牢固，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。3、砂輪磨削表面須經(jīng)常修整，使砂輪沒(méi)有明顯的跳動(dòng)。重新安裝砂輪后，要進(jìn)行檢查，經(jīng)試轉(zhuǎn)才可使用。 （三）車刀的刃磨和研磨 刃磨、研磨 預(yù)磨刀體部分在刃磨硬質(zhì)合金切削角度之前，應(yīng)先磨去焊渣，并將刀體部 分磨出一個(gè)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(yīng)采用白色氧化鋁砂輪，硬度為中軟，刃磨時(shí)要左右移動(dòng)，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(shí)砂輪需進(jìn)行修整，保持砂輪旋轉(zhuǎn)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(yàn)，和車刀刃磨知識(shí)。該方法是:工人師傅手拿車刀刀柄部分在磨削機(jī)上進(jìn)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(shù)之一。具體方法如下； 首先刃磨過(guò)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(jī)上的砂輪沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的平衡，存在較大的振動(dòng)偏擺，同時(shí)砂輪表面也不夠平整，刃磨過(guò)程中用雙手握著車刀穩(wěn)定性又較差，因此在刃磨時(shí)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(duì)于硬質(zhì)合金車刀，在車削時(shí)還容易產(chǎn)生掉渣和崩刃現(xiàn)象，所以對(duì)車刀必須進(jìn)行研磨。車刀研磨時(shí)，可用油石或研磨粉進(jìn)行。研磨硬質(zhì)合金車刀時(shí)用碳化硼；研磨高速鋼車刀時(shí)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(shí)，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(dòng)，推時(shí)用力，回來(lái)時(shí)不用力。不要上下方向移動(dòng)，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(jí)-2 級(jí)。這種方法可以減少車刀磨削成本而且可以當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行非常方便。 （2）使用工具磨床進(jìn)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(yàn)非常豐富的工人。使用M6020工具磨床進(jìn)行磨削，用三向鉗夾緊車刀，利用分度盤對(duì)車刀角度進(jìn)行調(diào)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(jié)構(gòu)分類。 1.按用途分類 車刀可分為：外圓車刀、內(nèi)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(nèi)孔車刀 f)端面車刀 g)切斷車刀 h)螺紋車刀 按結(jié)構(gòu)分類 車刀按其結(jié)構(gòu)可分為：整體車刀、焊接車刀、機(jī)夾車刀和可轉(zhuǎn)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(shí)采用方形，圓形多用于內(nèi)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(yīng)根據(jù)車刀類型、刀片型號(hào)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(yīng)該是：在保證焊接強(qiáng)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(yīng)力。 表2.1 焊接車刀常用刀槽形狀 名稱 簡(jiǎn) 圖 特點(diǎn) 適用刀具 配用刀片 開口槽 制造簡(jiǎn)單，焊接面最少，刀具應(yīng)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(yīng)力 外圓車刀 A2、A3、A4、A5、A6、B3、D1 封閉槽 夾持刀片牢固，焊接應(yīng)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(jié)合強(qiáng)度 切斷刀 切刀槽刀 A1　C3 V形槽 燕尾槽 3.硬質(zhì)合金刀片及選擇 （1）刀片牌號(hào) 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(hào)。 （2）刀片型號(hào) 指刀片形狀和規(guī)格尺寸。刀片型號(hào)由一個(gè)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(hào)，后兩位數(shù)字代表刀片主要尺寸參數(shù)。 我國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5244-85、GB5245-85）中部分硬質(zhì)合金刀片的常用型號(hào) 型號(hào) 刀片簡(jiǎn)圖 主要尺寸 /mm 用途舉例 A1 L=6～70 К1<90°的外圓車刀和內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)位車刀 1.可轉(zhuǎn)位車刀特點(diǎn) 可轉(zhuǎn)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(guò)精磨，可以轉(zhuǎn)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(lái)很方便。 圖2.7 可轉(zhuǎn)位車刀的組成 1—刀桿 2—刀墊 3—刀片 4—夾緊元件 可轉(zhuǎn)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(zhì)合金可轉(zhuǎn)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(zhuǎn)位車刀刀片夾緊結(jié)構(gòu) 對(duì)夾緊結(jié)構(gòu)的要求是：夾緊可靠，重復(fù)定位精確，操作 方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，而且夾緊元件不應(yīng)防礙切屑流出。常用的夾緊機(jī)構(gòu)有偏心式，杠銷式、杠桿式、楔銷式和上壓式。 4. 轉(zhuǎn)位車刀與焊接式的刀具比較，有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 因刀片不經(jīng)焊接、刃磨，可避免熱應(yīng)力和裂紋，硬質(zhì)合金材料保持了原有的機(jī)械性能、切削性能、硬度、抗彎強(qiáng)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(jìn)的、合理的刀具幾何參數(shù)。 （3） 只有這種可轉(zhuǎn)位式的車刀才能采用先進(jìn)的涂層刀片。 （4） 刀片轉(zhuǎn)位迅速、準(zhǔn)確，更換方便，效率提高，在數(shù)控、加工中心、自動(dòng)線上尤為重要。 （5） 有利于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和大量生產(chǎn)，保證質(zhì)量。 （6） 刀桿長(zhǎng)期使用，節(jié)省大量鋼材；省卻刃磨工序，減少硬質(zhì)合金的額外消耗，刀具費(fèi)用降低。 （4）車刀角度的換算 在設(shè)計(jì)和制造刀具時(shí)，需要對(duì)不同參考系之間的角度進(jìn)行換算。 1.法平面與正交平面角度的換算 當(dāng)車刀刃傾角較大時(shí)，常需要標(biāo)注出法平面內(nèi)角 度?？赊D(zhuǎn)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(jì)算出正交平面內(nèi)的角度。 圖2.8 給出了刃傾角λs≠0°車刀主切削刃上選定點(diǎn)在正交平面、法平面內(nèi)的各標(biāo)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(jì)算出γf、αf和 γp、αp。 以上為機(jī)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(gè)車刀可多次使用因此使用。因此該裝置可應(yīng)用于大多數(shù)普通機(jī)加工廠。 2刀具刃磨參數(shù) 由于刀具加工材料的不同，對(duì)刀具的各項(xiàng)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(jī)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(shè)計(jì)出車刀刃磨裝置的機(jī)構(gòu)和具體設(shè)計(jì)及零件設(shè)計(jì)。 第三章 裝置的設(shè)計(jì) 第一部分 車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)分析 根據(jù)以前的車刀刃磨大致可分為手動(dòng)刃磨和用工具磨床進(jìn)行刃磨。手動(dòng)刃磨在前面已經(jīng)講過(guò)，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(jìn)行進(jìn)行夾緊和進(jìn)行角度確定，但是磨削過(guò)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(dòng)磨削）。因此需要設(shè)計(jì)出一磨削精度高于其他磨削方法，磨削效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的自動(dòng)化磨削裝置。 根據(jù)以上磨削方法，我們?cè)O(shè)想一可以實(shí)現(xiàn)可繞X軸，Y軸，Z軸，旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)并且在繞X軸時(shí)，不干涉Y軸的運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)與工具磨床組合可實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度，該機(jī)構(gòu)最初設(shè)想為利用球角控制刀架角度變化,但是該機(jī)構(gòu)在磨削過(guò)程中不能承受磨削力，出現(xiàn)偏移，使磨削精度下降。同時(shí)我們又設(shè)想出改造三向鉗，改造成步進(jìn)電機(jī)控制，但是設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大不符合設(shè)計(jì)要求。因此以上兩種機(jī)構(gòu)都不符合要求。 根據(jù)以上的設(shè)想，我們?cè)O(shè)計(jì)出利用類似與十字軸的結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)繞X軸的旋轉(zhuǎn)，以及繞Y軸的旋轉(zhuǎn)。同時(shí)利用步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。如圖九所示。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母上下移動(dòng)，當(dāng)螺母上下移動(dòng)時(shí)，使滑桿轉(zhuǎn)軸抬高或降低，帶動(dòng)工作臺(tái)面繞Y軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。同理底下步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母使工作臺(tái)面繞X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。工作臺(tái)面底下的電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使刀架繞Z軸旋轉(zhuǎn)，因此實(shí)現(xiàn)車刀在磨前刀面，后到面，副前刀面及副后刀面，所轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，X 軸 和Z軸是聯(lián)動(dòng)的，也可以先走繞X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后繞Z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)前刀面與后刀面有一定角度時(shí)，X，Y，Z軸是聯(lián)動(dòng)的也可以分別轉(zhuǎn)動(dòng)，這些主要是控制方面做的，該機(jī)構(gòu)是可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)也可以分別轉(zhuǎn)動(dòng)各個(gè)軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)該機(jī)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)自由度的約束。 這種機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)十字軸與普通十字軸完全不同，它是由三根軸構(gòu)成的，X滑桿轉(zhuǎn)軸，Y滑桿轉(zhuǎn)軸，和固定轉(zhuǎn)軸，固定轉(zhuǎn)軸要比其他兩軸要粗，固定轉(zhuǎn)軸在和其他兩軸連接處是在中心線開了個(gè)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(zhuǎn)軸的槽中同時(shí)中間也打孔與固定轉(zhuǎn)軸孔的軸線重合，使x軸插入該孔中，實(shí)現(xiàn)當(dāng)工作臺(tái)繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)以y軸軸線為中心旋轉(zhuǎn)，x軸也是一樣的。 圖3.1 車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)圖 1. 步進(jìn)電機(jī) 2.. 絲杠 3. 螺母 4. x滑桿轉(zhuǎn)軸 5. y滑桿轉(zhuǎn)軸 6. 車刀 7. 蝸桿 8. 刀架 9. 蝸桿 Z軸是通過(guò)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的，整個(gè)裝置所采用的傳動(dòng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化了。如果在裝置中不采用具有自鎖功能的傳動(dòng)零件在整個(gè)切削過(guò)程中，刃磨裝置所受磨削力是可以產(chǎn)生逆?zhèn)鲃?dòng)的，因此，我們采用的是非滾珠絲杠，就是在螺母中沒(méi)有滾珠，雖然在傳動(dòng)過(guò)程中，使傳動(dòng)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(jī)構(gòu)本身是具有自鎖能力的，它們的具體細(xì)節(jié)將會(huì)在下一部分說(shuō)明。 我們所設(shè)計(jì)的車刀刃磨裝置，機(jī)構(gòu)不僅可以用于刀具刃磨而且這種機(jī)構(gòu)是可以用于其它機(jī)床加工復(fù)雜工件。我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到工作臺(tái)面可繞x軸y軸各旋轉(zhuǎn)正負(fù)30度的角度變換，而在z軸可進(jìn)行完全旋轉(zhuǎn)。這種機(jī)構(gòu)的通用性強(qiáng)，使用方便，可以和多種機(jī)床進(jìn)行組合。也可以把該種裝置看成是一個(gè)數(shù)控夾具。 （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。這樣要鉆空放入軸承。 在其它地方板厚為15mm ，底板總長(zhǎng)為175mm總寬為165mm。材料為q235 第二部分傳動(dòng)裝置以及電機(jī)的選擇設(shè)計(jì) 一 歩進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算 （一）步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性 步進(jìn)電機(jī)如同普通電機(jī)，有轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組分成若干相，每相的磁極上有極齒，轉(zhuǎn)子在軸上也有若干齒。當(dāng)某相定子繞組通以直流電激勵(lì)后，便能吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子上的齒和定子上的齒對(duì)齊。因此，它是按電磁鐵作用的原理進(jìn)行工作的，在外加脈沖信號(hào)的作用一步一步的運(yùn)轉(zhuǎn)，是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換相應(yīng)角位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)和特性有: (1) 步距角。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的定子繞組為m，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Z，通電方式系數(shù)為k時(shí)，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角，用表示則有 (5-1) 單拍 通 電 時(shí)k=1，雙拍通電時(shí)k=2。 (2) 靜態(tài)步距角誤差 是指步進(jìn)電機(jī)空載時(shí)，每步實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)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?jǐn)?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(yùn)行一步的實(shí)際轉(zhuǎn)角的穩(wěn)定值和理論值之間的最大值，用理想步距的百分?jǐn)?shù)表示。累積誤差時(shí)指，從任意位置開始，經(jīng)過(guò)任意步后任意的實(shí)際角位移和理論角位移之差。 (4) 最大靜轉(zhuǎn)矩 所謂靜態(tài)是指步進(jìn)電機(jī)的通電狀態(tài)不變，轉(zhuǎn)子保持不動(dòng)的定位狀態(tài)。靜轉(zhuǎn)矩即是步進(jìn)電機(jī)處于定位狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩，它繞組內(nèi)的電流和失調(diào)角之間的函數(shù)。 失調(diào)角就是在定位狀態(tài)下，如果在轉(zhuǎn)子上加一個(gè)負(fù)載使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度。并能穩(wěn)定下來(lái)，這時(shí)轉(zhuǎn)子上受到的電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，該電磁轉(zhuǎn)矩即為靜轉(zhuǎn)矩。角度B稱為失調(diào)角。對(duì)應(yīng)于某式調(diào)角最大的轉(zhuǎn)矩，為最大靜轉(zhuǎn)矩，一般來(lái)說(shuō)材大的電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也大。 (5) 最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 只有在外加的轉(zhuǎn)矩小于峨時(shí)才能啟動(dòng)，該性能表示步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載能力。 (6) 響應(yīng)頻率 在某一個(gè)頻率范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)可以任意運(yùn)行而不丟步，則這一最大頻率稱為響應(yīng)頻率。通常用啟動(dòng)頻率來(lái)作為衡量指標(biāo)。它是指在一定負(fù)載下直接起動(dòng)而不丟步的極限頻率。 (7) 運(yùn)行頻率和矩頻特性 運(yùn)行頻率指拖動(dòng)一定負(fù)載使頻率連續(xù)上升時(shí)，能使步進(jìn)電機(jī)不失步運(yùn)行的極限頻率。矩頻特性包括起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。起動(dòng)矩頻特性指在給定的驅(qū)動(dòng)條件下，負(fù)載慣量一定時(shí)，起動(dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，又稱為牽入特性。運(yùn)行矩頻特性指負(fù)載慣量不變時(shí)，運(yùn)行頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，又稱為牽出特性。矩頻特性如圖3.2所示。 圖3.2步進(jìn)電機(jī)矩頻特性 圖3.3 步進(jìn)電機(jī)慣頻特性 (8) 慣頻特性 在負(fù)載力矩一定時(shí)，頻率和負(fù)載慣量之間的關(guān)系，稱為慣頻特性。慣頻特性分為啟動(dòng)慣頻特性和運(yùn)行慣頻特性。如圖5-2所示。 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制，了解其性能參數(shù)必須的，因?yàn)樵谶M(jìn)行步進(jìn)電機(jī)選擇和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，它的性能決定整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。 (二)步進(jìn)電機(jī)選擇和計(jì)算 1初選步進(jìn)電機(jī) 型? 號(hào) 相數(shù) 電壓 電流 電阻 電感 靜轉(zhuǎn)矩 機(jī)身長(zhǎng) 定位轉(zhuǎn)矩 出軸長(zhǎng) 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(jī)的外形圖 初步選用型號(hào)是57BYGH203系列的混合式步進(jìn)電機(jī)，這種電機(jī)產(chǎn)品同時(shí)兼有反應(yīng)式和永磁式兩種步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品具有體積小、驅(qū)動(dòng)電流和功耗小、起動(dòng)和運(yùn)行頻率高、動(dòng)態(tài)性好的特點(diǎn)，同時(shí)還具有良好的內(nèi)部阻尼特性，因而運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)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(jìn)電機(jī)能嚴(yán)格跟隨指令脈沖,不發(fā)生失頻、振蕩;能快速起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)和高效運(yùn)轉(zhuǎn);能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)且具有良好的動(dòng)態(tài)特性。步進(jìn)電機(jī)選用時(shí)首先必須保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，使電動(dòng)機(jī)的矩頻特性有一定余量以保證運(yùn)行可靠，一般來(lái)說(shuō)最大靜轉(zhuǎn)矩T-大的電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也大，通常取T /T=0.2~0.5。對(duì)于相數(shù)較多，突跳頻率要求不高時(shí)取大值，反之取小值。其次要求計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載慣量和產(chǎn)品所要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)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(dòng)的要求。選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)還必須注意到要使其步距角和機(jī)械系統(tǒng)相匹配，以得到所需要的脈沖當(dāng)量。 57電機(jī)的參數(shù) 步 距 角：0.9/1.8???????? DEG ?? 絕緣電阻：500V????? ????? DC?? 100MΩ?? 絕緣強(qiáng)度：500V????? ????? AC 1 Minute ?? 溫??? 升：65K?? 環(huán)境溫度：-10~+55℃?? 絕緣等級(jí)：B?? 圖3.5 57BYGH203以及57BYGH301運(yùn)行矩頻特性 2負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量的計(jì)算 (1)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的估算 精確計(jì)算驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩是比較復(fù)雜的，習(xí)慣的做法是根據(jù)實(shí)際裝置實(shí)測(cè)求取，在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，常常使用近似的公式，先估算出負(fù)載的轉(zhuǎn)矩，從而為選定步進(jìn)電機(jī)提供依據(jù)。 根據(jù)該課題的要求,估算電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。由機(jī)械結(jié)構(gòu)可知,電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)在到工作臺(tái)，該直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)換到電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩　一般由下式估算: (3-1) F一直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械的軸向力，kg； D一齒輪齒條傳動(dòng)中的齒輪直徑，cm； W一負(fù)載質(zhì)量，kg； i一減速傳動(dòng)比； 一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率； 一滑動(dòng)摩擦系數(shù)。 式中其中，取0.1～0.3, =0.85～0.950，D=14mm。 由機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)，估算工作平臺(tái)的總質(zhì)量(包括旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、蝸輪、蝸桿、刀架等)為15kg，根據(jù)刀具刃磨載荷輕的特點(diǎn)，直線運(yùn)動(dòng)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(fù)載慣量的計(jì)算 根據(jù)慣量的定義，物體對(duì)某軸的慣量定義為該物體微小體積的質(zhì)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(zhuǎn)體的慣量計(jì)算： 3-4 式中：—回轉(zhuǎn)體的材料密度 D—回轉(zhuǎn)體直徑 L—回轉(zhuǎn)體的長(zhǎng)度 該機(jī)構(gòu)是經(jīng)過(guò)一級(jí)蝸輪蝸桿減速傳到工作臺(tái)上故其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量必須經(jīng)過(guò)折算，其公式為： 3-5 ①工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳到工作臺(tái)，這時(shí)根據(jù)動(dòng)能守恒定律可得到工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)慣量換算到驅(qū)動(dòng)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 3-6 = =0.012k ②蝸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 =0.029k ③蝸輪蝸桿等效為圓柱體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 =0.095 k =0.235 ④換算到電機(jī)軸上總慣性負(fù)載 =0.012+ = ≈0.012 k (3)加速轉(zhuǎn)矩 驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)往往需要進(jìn)行加減速度運(yùn)行。慣性體就會(huì)產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式為： 式中S—每轉(zhuǎn)走的步數(shù)，，為步進(jìn)電機(jī)的步距角； F— 最大驅(qū)動(dòng)頻率，Hz(pps)； T—加速時(shí)間； g—重力加速度，。 二 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇計(jì)算 （一）絲杠螺母機(jī)構(gòu)概述 1絲杠螺母機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) （1）用較小的扭矩傳動(dòng)絲杠，可使得螺母獲得較大的軸向牽引力； （2）可達(dá)到很大的降速比，使得機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化； （3）能達(dá)到較大的傳動(dòng)精度。用于機(jī)構(gòu)進(jìn)給時(shí)，還可算作測(cè)量元件，通過(guò)刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小度數(shù)值可達(dá)到0.01mm； （4）傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲； （5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進(jìn)行逆?zhèn)鲃?dòng)。此特點(diǎn)可用于部件升降移動(dòng)，防止因部件自重而降落。 2絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選用 根據(jù)該設(shè)計(jì)方案，要求工作臺(tái)能夠上下移動(dòng)，而且要能夠自鎖，故根據(jù)選用如圖所示結(jié)構(gòu)： (二)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的計(jì)算 1絲杠的導(dǎo)程：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和要求，選用絲杠頭數(shù)k=1,螺距t=4mm,故絲杠螺母機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程s=kt=4mm。 2絲杠的效率：正傳動(dòng)的效率即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的效率為： 3-7 式中：—中徑處的螺紋升角，； —絲杠螺紋中徑； —當(dāng)量摩擦角。 = = 對(duì)于滑動(dòng)絲杠： ，當(dāng)f=0.1, =時(shí)，。 代入數(shù)據(jù)得= =0.511 3驅(qū)動(dòng)扭矩M計(jì)算 設(shè)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(qū)動(dòng)扭矩M為： 3-9 用代入得：= 6.9=8.6N.M 4耐磨性計(jì)算 滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀態(tài)等因素有關(guān)。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(guò)渡磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)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