智能車刀刃磨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【說明書+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。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。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。咸陽機(jī)床廠MK6025/3三軸聯(lián)動(dòng)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(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)加工過程的自動(dòng)磨削。還有 營(yíng) 口 冠華機(jī)床廠的M6025K萬能工具磨床和武漢機(jī)床附件廠的GW-1萬能磨刀機(jī)，均為普通型工具刃磨機(jī)床。主要問題國(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)備成本過高，不合乎國(guó)情。三 課題來源與主要研究?jī)?nèi)容本課題來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19241926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）。19381940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(jī)理。40年代以來，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。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。 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。 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。 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、后角主偏角刃傾角 S、副偏角 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1015；在切削鉻錳鋼或淬火鋼時(shí)取 -2-10。一般情況下后角取 610主偏角根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性條件而定,一般取3075,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)上的砂輪沒有經(jīng)過嚴(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23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A1C3V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A1L=670190的外圓車刀和內(nèi)孔車刀、寬刃光刀A2L=825端面車刀、不通孔車刀A3L=104090外圓車刀、端面車刀A4L=650端面車刀、直頭外圓車刀、內(nèi)孔車刀C1B=412螺紋車刀C3B=3.516.5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s0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： tann=tanoCoss Cotn=CotoCoss 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o、o、r、s的情況下，可計(jì)算出f、f和 p、p。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（400500）Mp2025812（7001000）MP51058鎳鉻鋼和鉻鋼 (700800)MP51557灰鑄鋼(160180) HBS1268(220260)HBS668可緞鑄鋼(140160)HBS1568(170190) HBS1268鋼鋁 巴氏合金2530812中硬青銅及黃銅108鎢2015鈮20251215銅合金301012鎂合金25351015電木01012纖維紙板01416硬橡膠-201820軟橡皮40751520塑料和有機(jī)玻璃202530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，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，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，就是在螺母中沒有滾珠，雖然在傳動(dòng)過程中，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)過一個(gè)角度。并能穩(wěn)定下來，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，一般來說材大的電機(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VAmHKg.cmmmKg.cmmmKg57BYGH101431.32.32.24.9450.3210.45a57BYGH10225.10.756.812.55450.3210.45b57BYGH2014160.440608.5550.7210.65a57BYGH2024120.717.5228.5550.7210.65a57BYGH20322.41.51.63.48550.7210.65b57BYGH204451.53.33.68.5550.7210.65a57BYGH205260.61026.58.5550.7210.65b57BYGH20642.730.91.48.5550.7210.65a57BYGH20724.41.153.889550.7210.65b57BYGH20827.20.612338.5550.7210.65b57BYGH209441.62.53.58.5550.7210.65a57BTGH21044.81.53.248550.7210.65a57BYGH2114321.528.5550.7210.65a57BYGH21221.830.61.38.5550.7210.65b57BYGH21324.51.535.49550.7210.65b57BYGH214232.51.54.414550.70.65b57BYGH25125.11.53.46.812680.7210.65b57BYGH30144.622.3414760.9211.0a57BYGH30242.62.41.11.914760.9211.0a57BYGH30345.41.53.66.812760.9211.0a57BTGH304471.54.77.414760.9211.0a57BYGH30622.730.92.215760.9211.0b 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，一般來說最大靜轉(zhuǎn)矩T-大的電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也大，通常取T /T=0.20.5。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 100M 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0.10.3, =0.850.950，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)過折算，其公式為： 3-5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蝸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算=0.029k蝸輪蝸桿等效為圓柱體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 =0.095 k=0.235 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= =0.5113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.M4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
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