切削刀具自動刃磨機設計【9張CAD高清圖紙及說明書】【YC系列】
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摘 要 車削加工是金屬切削加工中最重要的工序之一,在機械制造業(yè)中占重要地位。車刀刀刃的質量對加工工件的質量有著很大的影響。然而手工刃磨車刀的難度很大,需要專門的知識和多年的經驗。為此設計了車刀刃磨機。本刀具刃磨機由兩大部分組成,分別是磨刀頭裝置和刀具固定架裝置。磨刀頭裝置可以上下左右移動,還可以調節(jié)磨刀頭的角度。刀具固定架裝置可以調節(jié)刀具的安裝角度,整個刀具還可以實現(xiàn)微動進給。通過上述分析,設計出一臺結構簡單,操作方便,價格低廉的小型車刀刃磨機。關鍵詞: 刀具固定架;磨刀頭裝置;刃磨;Abstract Turning processing is one of the most important processes in metal cutting, occupy the important position in the machinery manufacturing industry. Have a great influence on the quality of tool blade machining. However, hand grinding tool is very difficult, need the special knowledge and experience. This design of cutting machine. The tool grinding machine is composed of two parts, respectively is the knife head device and tool holder device. Grinding head device can move around from top to bottom, also can adjust the knife head angle. The installation angle of the cutter holder device can adjust the tool, the tool also can realize micro feeding. Through the above analysis, design a platform has the advantages of simple structure, convenient operation, small cars cheap knife mill.Keywords: tool holder; grinding head grinding device; 目 錄1 緒 論11.1課題研究的意義11.2刃磨技術的發(fā)展階段11.3 刀具刃磨國內外的發(fā)展21.3.1國外的發(fā)展21.3.2 國內的發(fā)展31.4 課題研究的主要內容42 車刀的基本參數和刃磨工藝52.1車刀概述52.1.1車刀分類及用途52.1.2車刀的結構組成和角度關系52.2 車刀刃磨工藝72.2.1 選取砂輪72.2.2 刃磨步驟73.小型車刀刃磨機的設計方案103.1 砂輪驅動形式的選取103.2 進給傳動裝置的選取103.2.1 齒輪齒條機構103.2.2 絲杠螺母機構103.3 導軌的選取113.3.1導向原理113.3.2 機床導軌類型與應用123.4 總體的設計134 刃磨機整體設計計算144.1主要技術參數的確定144.2電機的選取144.3 砂輪電機進給絲杠的計算144.4 絲杠的校核164.4.1 臨界壓縮負荷164.4.2 臨界轉速174.4.3 絲杠拉壓振動與扭轉振動的固有頻率184.4.4 絲杠扭轉剛度194.5 絲杠進給傳動系統(tǒng)變形計算204.5.1 絲杠精度計算205 底座機架的設計225.1機架結構類型225.1.1 按機架外形分類225.1.2 按機架的制造方法和材料分類225.2 機架結構的選擇225.3 機架設計計算的準則和要求235.3.1機架設計的準則235.3.2 機架設計的一般要求235.4 機架的確認246 砂輪的設計256.1 砂輪的選擇256.2 砂輪的平衡方法266.3 砂輪的修整26總 結28致 謝29參考文獻30IV1 緒 論1.1課題研究的意義在機械加工過程中,金屬的切削及各種零件的加工對刀具的要求都越來越高。刀具質量的好壞直接影響到加工對象的表面質量、精度及加工效率。采用先進的刀具磨刀器和有效經濟的工藝方法,刃磨出高效率、高精度、高可靠性的刀具,是切削加工技術水平提高的一個重要保證。刀具成本在綜合加工成本中占有重要的位置,如何利用刀具的壽命,縮減和提高磨刀的時間和效率,刃磨出符合實際要求的各種刀具,降低刀具成本,以提高工作效率,是企業(yè)需要重點研究的重要問題。隨著科技的發(fā)展,對制造精度的要求也越來越高,因此刀具刃磨的精度要求也越來越高,在砂輪機上手工刃磨刀具,雖然簡便易行,但刃磨的質量要取決于操作者的技術水平,而且手工磨修刀具的難度很大,需要專門的知識和多年的經驗。本設計設計了一個小型車刀刃磨機,可輕易的磨出各種角度。磨刀最重要的是要磨好刀尖,工件已加工表面的光潔度幾乎完全決定于刀尖的刃磨質量,本磨刀機可把刀尖磨出標準的圓弧形狀,從而保證了加工工件的光潔度。這是手工刃磨難以做到的。1.2刃磨技術的發(fā)展階段高質量、高耐用度刀具的生產要求,高效的、高精度的刀具修模要求,促使刀具刃磨機床的多功能結構由簡單到復雜,自動化程度由低到高不斷發(fā)展。刀具刃磨機床的發(fā)展經歷了如下三個階段:磨刀機-手動工具磨床-數控工具磨床1.磨刀機磨刀機是最早開發(fā)的,結構最簡單最小型的手動刀具刃磨機床。其典型機型主要由機體,驅動電機,砂輪,軸向可微調主軸,砂輪整形器,懸裝式分度頭,照明等組成。磨刀機制造精度不高,而且在刀具刃磨過程中全部靠手動操作。一般沒有精密度定為裝夾機構和檢測裝置。2.手動工具磨床手動工具磨床制造精度比磨刀機高,功能結構也相比磨刀機復雜。一般均有五個自由度以上,移動均采用手搖滑臺機構,旋轉均采用帶刻度的回轉臺。大多數采用模塊化設計,針對不同刃磨對象選擇相應的裝夾刃磨附件,依靠相應的機械結構來實現(xiàn)刃磨功能。3.數控工具磨床 數控工具磨床是精度效率高、制造修磨范圍廣的刀具刃磨機床。數控工具磨床與手動工具磨床最大區(qū)別是拋棄了手動工具磨床的手搖滑臺以及特制的復雜工藝裝備附件,機械結構大為簡化。手動工具磨床上的特殊機構和通過人為操作所實現(xiàn)的刀具刃磨形式,在數控工具磨床上則通過數控系統(tǒng)控制聯(lián)動軸之間的柔性協(xié)調運動來輕松實現(xiàn)。1.3 刀具刃磨國內外的發(fā)展1.3.1國外的發(fā)展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控工具磨床的研究開發(fā)早,己經發(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。數控工具磨床的發(fā)展經歷了從低檔到高檔的過程,由三軸數控發(fā)展到了六軸、八軸數控,并且己開發(fā)出十軸以上的多軸數控,多軸聯(lián)動的數控工具磨床,還開發(fā)出不經銑制,直接磨出容屑槽和刀刃的整體、強力磨削的數控工具磨床。德國 WALTER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型數控工具磨床,瑞士STRAUSAK公司的57W /CNC-4G四軸數控磨床,日本牧野公司的NX-40型十軸數控工具磨床等都是性能優(yōu)越的數控機床。1.3.2 國內的發(fā)展國內在數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階段。國內有幾家研制的數控工具磨床,其CNC系統(tǒng)都是從國外引進,使機床售價大大的提高,從而影響這些數控工具磨床的推廣和應用。在數控系統(tǒng)方面,北京航空航天大學在80年代就開展了數控刀具刃磨機的研制工作,己開發(fā)了幾種型號的數控刀具刃磨機。在已有的研究成果上,還開發(fā)了一套性能優(yōu)越的數控刀具刃磨機數控系統(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?!叭A 中 2 000 型 工具磨床專用數控系統(tǒng)”是在國家“八五”重點攻關項目 “數控萬能工具磨床產品開發(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 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),在數控系統(tǒng)測量軟件支持下,將被磨刀具的有關幾何參數(如螺旋角或導程)及安裝位置(如始點位置)等參數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。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。1.4 課題研究的主要內容(1)查閱相關書籍資料,了解關于刀具刃磨機床的基本原理,確認設計總體方案。(2)方案確認后,對整個刃磨機進行設計計算。(3)完成刃磨機工程圖紙的繪制。2 車刀的基本參數和刃磨工藝2.1車刀概述2.1.1車刀分類及用途車刀的種類如下圖2-1所示:圖2-1 常用車刀分類a) 90偏刀 b)75外圓車刀 c)45外圓、端面車刀 d)切斷刀 e)內孔車刀 f)成形刀、g)螺紋車刀其用途分別如下:90車刀(外圓車刀) 又叫偏刀,主要用于車削外圓、階臺和端面;45車刀(彎頭車刀) 主要用來車削外圓、端面和倒角;75車刀 用于車削外圓;切斷刀 用于切斷或車槽;內孔車刀 用于車削內孔;成形車刀 用于車削成形面;螺紋車刀 用于車削螺紋。2.1.2車刀的結構組成和角度關系 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。1、 車刀的組成 車刀的結構組成見下圖2-2所示圖2-2車刀結構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(1)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。(2)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。(3)刀尖主切削刃與副切削刃的的交點。2、刀具角度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。車刀的主要角度見下圖2-3所示:圖2-3 刀具的主要角度2.2 車刀刃磨工藝2.2.1 選取砂輪目前常用的砂輪有兩種;一種是氧化鋁砂輪,氧化鋁砂輪多呈白色其砂粒韌性好,比較鋒利,但硬度稍低(即砂輪磨粒容易從砂輪上脫落),適用于刃磨高速鋼車刀和硬質合金車刀的刀柄部分,氧化鋁砂輪又稱白剛玉砂輪;另一種是碳化硅砂輪,其砂粒硬度高,切削性能好,但較脆,適用于刃磨硬質合金材料的刀具,該砂輪外表顏色一般是綠色。砂輪的粗細以粒度來表示;GB/T2477-1983中規(guī)定了砂輪分為41個粒度號,如“60#、80#、120#、”等。粒度號越大砂輪越細,反之粒度號越小則砂輪越粗。粗磨車刀的刀柄時一般應選用60#以下砂輪,精磨車刀的硬質合金時應選80#或120#砂輪(即粗磨車刀時使用粒度號小的砂輪;精磨車刀時使用粒度號大的砂輪)。2.2.2 刃磨步驟下面以90硬質合金(YT15)外圓車刀為例,介紹手工刃磨車刀的方法,總體的刃磨步驟如下圖2-4所示。圖2-4 車刀刃磨步驟圖a)磨前刀面 b)磨主后刀面 c)磨副后刀面 d)磨刀尖圓弧1) 先磨去車刀前面、后面上的焊渣。2) 粗磨主后面和副后面的刀柄部分。刃磨時,在略高于砂輪中心的水平位置處將車刀翹起一個比刀體上的后角大23的角度,以便再刃磨刀體上的主后角和副后角。3) 粗磨刀體上主后面 磨主后面時,刀柄應與砂輪軸線保持平行,同時將刀體底平面向砂輪方向傾斜一個比主后角大2的角度。刃磨時,先把車刀已磨好的后隙面靠在砂輪的外圓上,以接近砂輪中心的水平位置為刃磨的起始位置,然使刃磨位置繼續(xù)向砂輪靠近,并作左右緩慢移動。當砂輪磨至刀刃處既可結束。這樣可同時磨出Kr=90的主偏角和主后角。4) 粗磨刀體上的副后面 磨副后面時,刀柄尾部應向右轉過一個副偏角Kr的角度,同時車刀底平面向砂輪方向傾斜一個比副后角大2。具體刃磨方法與粗磨刀體上主后面大體相同。不同的是粗磨副后面時砂輪應磨到刀尖處為止。如此,也可同時磨出副偏角Kr和副后角。5) 粗磨前刀面 以砂輪的端面粗磨出車刀的前面,并在磨前面的同時磨出前角。6) 磨斷屑槽 解決好斷屑是車削塑性金屬的一個突出問題。若切削連綿不斷、成帶狀纏繞在工件或車刀上,不僅會影響正常車削,而且會拉毛已加工表面,甚至會發(fā)生事故。在刀體上磨出斷屑槽的目的就是當切屑經過斷屑槽時,使切削產生內應力而強迫它變形而折斷。7) 精磨主后面和副后面 精磨前要修整好砂輪,保持砂輪平穩(wěn)旋轉。刃磨時將車刀底平面靠在調整好角度的托架上,并使切削刃輕輕地靠住砂輪的端面上,并沿砂輪端面緩慢地左右移動,使砂輪磨損均勻、車刀刃口平直。8) 磨負倒棱 刀具主切削刃擔負著絕大部分的切削工作。為了提高主切削刃的強度,改善其受力和散熱條件,通常在車刀的主切削刃上磨出負倒棱(見下圖)。負倒棱的傾斜角度f一般為-5-10,其寬度b為走刀量的0.50.8倍,即b=(0.50.8)f。對于采用較大前角的硬質合金車刀,及車削強度、硬度特別低的材料,則不宜采用負倒棱。刃磨負倒棱時,用力要輕微,要使主切削刃的后端向刀尖方向擺動。刃磨時可采用直磨法和橫磨法。為了保證切削刃的質量,最好采用直磨法。9) 磨過渡刃 過渡刃有直線型和圓弧型兩種。其刃磨方法與精磨后刀面時基本相同。刃磨車削較硬材料車刀時,也可在過渡刃上磨出負倒棱。10) 車刀的手工研磨 在砂輪上上磨的車刀,其切削刃有時不夠平滑光潔。若用放大鏡觀察。可以發(fā)現(xiàn)其刃口上呈凹凸不平狀態(tài)。使用這樣的車刀車削時,不僅直接影響工件的表面粗糙度,而且也會降低車刀的使用壽命。若是硬質合金車刀,在切削過程中還會產生崩刃現(xiàn)象。所以的工刃磨的車刀還應用細油石研磨其刀刃。研磨時,手持油石在刀刃上來回移動。要求動作平穩(wěn)、用力均勻。研磨后的車刀,應消除在砂輪上刃磨后的殘留痕跡,刀面表面粗糙度值應達到Ra0.40.2m。3.小型車刀刃磨機的設計方案 3.1 砂輪驅動形式的選取目前機械設備的主要驅動形式有三大類:液壓驅動、氣動驅動和電機驅動。液壓驅動具有輸出功率大、控制精度高、可無級調速,反應靈敏,可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制等優(yōu)點。但是液壓傳動有較多的能量損失(泄漏損失、壓力損失等),傳動效率相對低。液壓傳動需要配套設備如:液壓站、各種液壓控制閥等,它適用于重載、低速驅動,成本較高。這種驅動方式顯然不適合。氣動驅動功率/質量比大,體積小,結構緊湊,密封問題較小,成本低。但是由于氣體壓縮性大,精度低,低速時不易控制,需要專門的氣源輸送站。所以這種驅動方式和液壓驅動一樣,不適合。電機驅動與氣動驅動和液壓驅動相比,具有能精確定位,反應靈敏,可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制,伺服性好等優(yōu)點;另外結構簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境,因此本設備采用電機驅動。3.2 進給傳動裝置的選取3.2.1 齒輪齒條機構 此機構的特點是制造簡單,成本低。一般由于結構上和降速的需要,齒輪的齒數都做得很少(如在C620-1型車床上用12齒),因此嚙合系數小,加上有齒側間隙,所以傳動的平穩(wěn)性較差,特別在速度很低時更為明顯。它主要用于速度比較高些,而精度又不需要太高的普通機床進給系統(tǒng)中。齒輪齒條由于不能自鎖,在垂直移動時用它不可靠。有的機構,如龍門銑床,為了提高它的平穩(wěn)性,才用蝸桿和斜齒條傳動。不適合本次設計。3.2.2 絲杠螺母機構絲杠螺母傳動的特點有如下幾點:(1) 本身降速比大,因此在中速和低速移動部件上,無需采用降速很大的減速機構。但是由于本身降速比大,這就不適合于高速運動。如果移動速度較高時,絲杠轉速高,磨損就快。因此這種機構使用于中、低速的機床上。(2) 能傳遞較大的軸向力。因本身的轉速比大,因而傳遞的力大,而回轉絲杠所需的里比較小,適用于重型機床和加緊機構。(3) 移動準確,運動平穩(wěn)。因絲杠和螺母接觸面積大,且連續(xù)接觸,故傳遞比較平穩(wěn)。提高絲杠的精度比提高齒條的精度容易。因此,易作為精密機床的執(zhí)行機構和調整機構。(4) 傳遞效率低,能自鎖。傳遞的效率一般為50%左右,因此不宜用在主傳動中。絲杠螺母機構用于垂直移動部件能有自鎖作用,防止部件下滑。因此本次刃磨機選用絲杠螺母傳動形式。3.3 導軌的選取機床的工作部件是沿著導軌的表面運動的。導軌是保證工作臺、刀架、溜板等運動方向的導向面,為了使工作部件沿著一定的方向運動和承受一定的力矩,一般機床都是二根導軌組合而成,某些大型機床為了保證工作部件的剛度,也有用三根導軌的(如大型的龍門刨床等)。機床上常用的導軌通常都是由二根導軌組成,而且常常配置著鑲條或壓板,以調整導軌面的間隙或防止顛覆。3.3.1導向原理圖3-1導向原理對于直線運動的導軌,為了使運動部件只沿著一個方向運動,導軌必須限制運動部件繞X、Y、Z三根軸線的轉動和兩個方向的移動。并且導軌必須只具有單方向的導向性。由平面所組成的導軌。每根導軌都是由二個窄長的平面組成,他限制了X向和Z向的移動及Z軸和X軸的轉動。但由于導軌面很窄,所以還不能限制繞Y軸的轉動。為此,我們通常增加了一個平面或加寬一個導軌面來限制其繞Y軸轉動。由圓柱所組成的導軌。單根圓柱只能限制X向和Z向的移動及繞X軸和Z軸的轉動。加鍵以后可以限制繞Y軸的轉動。一般情況都采用雙圓柱式,這樣即滿足了導向要,同時受力情況也好。3.3.2 機床導軌類型與應用 1、三角形導軌因為三角形導軌靠三角形的兩個側面導向,當導軌磨損后,工作臺(或溜板等)會自行下沉,不會出現(xiàn)間隙,可保持原有的導向性,因而對加工精度影響較小,常用于精度要求較高的機床上。但它制造比較麻煩,要求較高。三角形導軌的兩導軌面之間的夾角,取決于機床的工作要求。當導軌面的高度一定時,增大夾角可以增大導軌的承載面積,以提高其承載能力。例如重型機床一般取夾角為110120(龍門銑床就是110),一般機床取夾角為90(如車床、磨床等),精密機床往往取較小的夾角,如滾齒機立柱上的導軌就是70。因為角度小一些,導向精度就高一些。2、平導軌制造和維修都比較方便,剛度好,在不增加導軌高度的條件下能不受限制地增大導軌的寬度,故承載能力大?,F(xiàn)代機床已廣泛采用,如鏜床、銑床等。它的缺點是側表面磨損后不能自動補償,而且調整間隙也比較麻煩,同時它容易積存贓物,要有很好的防護。3、燕尾形導軌它的優(yōu)點是能承受顛覆力矩,結構緊湊,調整間隙方便,特別適用于層次較多的不運動部件上,如車床刀架,銑床工作臺等。但它制造比較困難,剛度差,摩擦力大,存油性能差,所以只適用與受力不大,移動速度不高,精度要求不高的導軌。目前有逐漸被平導軌所代替的趨勢。4、圓柱形導軌它制造簡單,容易保證精度,但磨損后間隙難于調整,所以僅適用于受軸向載荷為主的機床上,如拉床、沖床等。根據上面的分析可以看出:四種導軌的結構形式都可以分為凹形與凸形兩大類。凸形導軌的主要特點是不容易積存切削和贓物,也不容易保存潤滑油,故只能用作低速運動部件的導軌,如車床、銑床、鏜床等。而凹形導軌剛好相反,他容易存油,故可以作高速運動部件的導軌,如磨床、龍門刨床等,但它也容易積存切屑和贓物,故必須很好的保護。 綜合上面的分析,本設計中選用三角形導軌和雙圓柱形導軌選用三角形導軌來導向是因為:三角形導軌靠三角形的兩個側面導向,當導軌磨損后,工作臺會自行下沉,不會出現(xiàn)間隙,可保持原有的導向性,因而對加工精度影響較小,制造比較簡單。3.4 總體的設計該機器是屬于小型的工具機械,設計要求機構簡單、結構緊湊、外形小、體積小、質量輕、方便搬運、操作簡單,使得加工效果好、效率高。其結構總圖如下圖3-2所示:圖3.1 機床總體布局圖一 砂輪直接連接在電機主軸上,電機座通過三角形導軌、絲杠螺母和手輪實現(xiàn)左右方向移動,同時還可以實現(xiàn)升降和俯仰運動。刀具可以調節(jié)角度同時還可以微動進給,本裝置的優(yōu)點是通過更換刀具夾具可以適應不同形式的刀具,達到萬能的效果。4 刃磨機整體設計計算4.1主要技術參數的確定 根據金屬切削手冊和金屬切削原理及刀具設計查得:1. 目前大多數車刀的刀高為10mm30mm,故確定本設計中車刀刃磨機的刀高范圍為10mm30mm。2. 刀具前后角范圍為:015o ,故確定本設計中車刀刃磨機的范圍為: 015o3. 刀尖圓弧范圍:R0.45mm4.2電機的選取 合理地確定磨床的電動機功率砂輪架電動機功率,若功率選的過大,則消耗電力多,造成浪費;選用的過小,則又使機床的使用效能受到限制。 在確定電動機功率時,選用公式:; (4-1) 式中:-砂輪架電動機功率, Kw -磨削功率, Kw -損耗功率, Kw 根據對設計提出的要求,本設計磨削機上采用GBDABW125x63x25砂輪,砂輪線速度V=35 m/s;磨削深度t從0.02 mm0.1mm。=0.60.7。代入計算公式計算: Kw根據經驗公式,估計空載時所消耗的功率0.010.02kw; 則 =0.230.25 Kw根據上述的估算,并考慮機床的效率,應選用0.25 Kw的電動機比較合適。 選取電動機型號:YS-71L 1-2。上海革新電機廠。 防護等級IP44,工作方式,冷卻方法IOC41,絕緣等級E級。4.3 砂輪電機進給絲杠的計算1、 擬定設計參數: 估算砂輪結構總重量:50KG 手輪直徑:90mm 有效傳動距離:270mm2、確定絲杠的工作負載工作負載是指機器工作時,實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力。選定導軌為滑動導軌,取摩擦系數為0.05。 (4-2) 3、確定絲杠的螺紋中徑 (4-3)式中:F為軸向載荷,N p為許用比壓, 因為是整體式螺母,取故初選4、螺母高度的計算5、基本牙型高度6、手輪驅動力計算 圖4-1 絲杠受力圖 絲杠傳遞力的計算如圖所示,當用P力去轉動半徑為R的手輪時,所產生的扭距M使絲杠中徑r出產生切向力Q ,計算公式計算如下: (4-4) 這個Q力可使螺母獲得軸向牽引力W: (4-5) 考慮摩擦力,則 將Q帶入,得 (4-6) 式中: W軸向牽引力,N P轉動手輪的力,N r絲杠中徑,mm 螺旋升角,“+”號表示右旋螺紋逆時針旋轉,“-”表示右旋螺紋順時針旋轉。 -摩擦角,以知梯形螺紋摩擦角。 查表得,絲杠螺母的摩擦系數f=0.15,梯形螺紋的齒形半角=15, 所以,。又因為,絲杠中徑r=10mm,螺距S=4mm,手輪半徑R=20mm,則螺母的軸向牽引力為: 當時,絲杠螺母機構具有自鎖性,它能使導軌不因為振動而造成偏移。4.4 絲杠的校核 絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動固有頻率,其扭轉剛度影響扭轉固有頻率。承受軸向負荷的絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度Ke由絲杠本身的拉壓剛度Ks,絲杠副內滾道的接觸剛度Kc,軸承的接觸剛度KB,螺母座的剛度KH,按不同支承組合方式的計算而定。扭轉剛度按絲杠的參數計算。 4.4.1 臨界壓縮負荷絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大,采用兩端固定的支承方式并對絲杠進行預拉伸,可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。臨界壓縮負荷按下式計算: (4-7)式中 E材料的彈性模量E鋼=2.11011(N/m2); L0最大受壓長度(m); K1安全系數,取K1=1/3; Fmax最大軸向工作負荷(N); f1絲杠支承方式系數;(支承方式為雙固雙固時,f1=4,f2=4.730) I絲杠最小截面慣性矩(m4): (4-8)式中 d0絲杠公稱直徑(mm);經過設計論證絲杠全長為 可見遠大于,臨界壓縮負荷滿足要求。4.4.2 臨界轉速 (4-9)式中 A絲杠最小橫截面: 臨界轉速計算長度:取 ,安全系數,一般取 ;材料的密度:;絲杠支承方式系數,查表得,滿足要求。4.4.3 絲杠拉壓振動與扭轉振動的固有頻率絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計算公式:兩端固定: (4-10)式中 Ke 絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/m); KH螺母座的剛度(N/m);Kc絲杠副內滾道的接觸剛度(N/m);KS絲杠本身的拉壓剛度(N/m);KB軸承的接觸剛度(N/m)。(1)絲杠副內滾道的接觸剛度可查絲杠副型號樣本;(2)軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本;(3)螺母座的剛度可近似估算為1000;(4)絲杠本身的拉壓剛度。對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式: (4-12)式中 A絲杠最小橫截面,;E材料的彈性模量,E=2.11011(N/m2);l兩支承間距(m);a螺母至軸向固定處的距離(m)。已知:軸承的接觸剛度,絲杠螺母的接觸剛度,絲杠的最小拉壓剛度,螺母座剛度。30絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率: (4-13)式中 m絲杠末端的運動部件與工件的質量和(N/m);Ke絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度(N/m)。顯然,能滿足要求。4.4.4 絲杠扭轉剛度絲杠的扭轉剛度按下式計算: (4-14)式中 絲杠平均直徑:L絲杠長度扭轉振動的固有頻率: (4-15)式中 JW運動部件質量換算到絲杠軸上的轉動慣量(kgm2); JZ絲杠上傳動件的轉動慣量(kgm2); JS絲杠的轉動慣量(kgm2)。由文獻7,8得:平移物體的轉動慣量為:絲杠轉動慣量: 顯然,可以滿足設計要求。4.5 絲杠進給傳動系統(tǒng)變形計算4.5.1 絲杠精度計算1、絲杠的軸向變形量計算絲杠的拉伸或壓縮變形量在軸向載荷作用下,絲杠在軸線方向上被拉伸或壓縮,變形量的大小與支承方式和螺母工作位置有關。由于絲杠采用兩端固定的形式,根據材料力學求解超靜定計算式,求得變形量: (4-16) 式中,F(xiàn)軸向工作載荷,N;E彈性模量,對于鋼,E=20.6N/; A絲杠截面積(按底徑定),;L絲杠在支承間的受力長度,;a,b螺母至兩支承端的距離,當螺母運動到兩支承端中點時,變形最大,其最大變形量: (4-17)絲杠底徑為21.9,F(xiàn)=209N,根據前面計算結果,取L=1000,代入數值,得, 絲杠扭轉變形所產生的軸向變形量絲杠工作過程中受到扭矩作用,扭轉變形將引起絲杠導程發(fā)生變化。一個導程的變化量: (4-18) 式中,絲杠導程,mm; 扭矩作用下絲杠每一導程長度兩截面上的相對扭轉角,rad。則絲杠受扭矩作用在支承長度L上產生的軸向變形量: (4-19)根據材料力學公式,計算扭轉角: (4-20)式中,絲杠的驅動扭矩,;剪切彈性模量,對鋼,G=8.24N/;絲杠截面慣性矩,。根據進給系統(tǒng)設計過程中驅動電機的選擇計算,已算出M=2700 Nmm,因此,得:由于絲杠較短,絲杠自重彎曲所引起的軸向變形量可以忽略不計。 故可以求得在載荷作用下,絲杠的軸向變形量:滿足定位精度要求。5 底座機架的設計 在機器中支承或容納零部件稱為機架。如支承罐的塔架、容納傳動齒輪的減速器的殼體,機床的床身等等統(tǒng)稱為機架。5.1機架結構類型5.1.1 按機架外形分類按機架外形分類:網架式、框架式、梁柱式、板塊式和箱殼式。5.1.2 按機架的制造方法和材料分類按制造方法,機架可分為鑄造機架、焊接機架和螺栓或鉚接機架。按機架材料可分為金屬機架、非金屬機架。非金屬機架又可分為混凝土機架、素混凝土機座平臺、花崗巖機架、塑料機架等。鑄造機架常用材料為鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。小型設備(如儀表等)的機架則有銅制或塑料制造。5.2 機架結構的選擇進行機架結構形式的選擇是一個較復雜的過程,對結構形式、構件截面和結點構造等均需要結合具體的情況進行仔細的分析。對結構方案要進行技術經濟比較。由于各種設備有不同的規(guī)范和要求,制定統(tǒng)一的機架結構選擇方法較困難。但是,可以利用結構力學的知識提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形式時應遵守的一般規(guī)律。1結構的內力分布情況要與材料的性能相適應,以便發(fā)揮材料的優(yōu)點。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時,截面上的材料分布是均勻的,所有材料都能得到充分利用。但在彎矩作用下截面的應力分布是不均勻的,所以材料的應力分布不夠經濟。機械結構中許多構件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的。彎矩沿桿變化很迅速。有垂直載荷處,彎矩曲線有曲率,且曲率與載荷集度成正比。最大的彎矩限于一小段內,在較長段內材料不能充分利用,這是彎曲構件不經濟的另一原因。2.結構的作用在于把載荷由施力點傳到基礎。載荷傳遞的路程愈短,結構使用的材料愈省。3.結構的連續(xù)性可以降低內力,節(jié)省材料。5.3 機架設計計算的準則和要求5.3.1機架設計的準則1 工況要求 任何機架的設計首先必須保證機器的特定工作要求。例如,保證機架上安裝的零部件能順利運轉,機架的外形或內部結構不致有阻礙運動件通過的突起;設置執(zhí)行某一工況所必須的平臺;保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。2 剛度要求 在必須保證特定外形條件下,對機架的主要要求是剛度。例如機床的剛度決定了機床的效率和加工的精度;在齒輪減速器中,箱殼的剛度決定了齒輪的嚙合性及運轉性能。3 強度要求 對于一般的機架,剛度達到要求,同時也能滿足強度的要求。但對于重載設備的強度要求必須引起足夠的重視。其準則是在機器運轉中可能發(fā)生的最大載荷情況下,機架上任何點的應力都不得大于容許應力。此外,還要滿足疲勞強度的要求。4 穩(wěn)定性 對于細長的或薄壁的受力結構及受彎壓結構存在失穩(wěn)問題,某些板殼結構也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結構會產生很大的破壞,設計時必須校核。5 美觀 目前對機器的要求不僅要求能完成特定的工作,還要使外形美觀。6 其他 如散熱的要求;防腐蝕及特定環(huán)境的要求;對于精密機械儀表等熱變形小的要求,等等。5.3.2 機架設計的一般要求在滿足機架設計準則的前提下,必須根據機架的不同用途和所處環(huán)境,考慮下列各項要求,并有所偏重。1.機架的重量輕,材料選擇合適,成本低。2.結構合理,便于制造。3.結構應使機架上的零部件安裝、調整、修理和更換都方便。4.結構設計合理,工藝性好,還應使機架本身的內應力小,由于溫度變化引起的變形應力小。5.抗振性能好。6.耐腐蝕,使機架結構在服務期限內盡量少修理。7.有導軌的機架要求導軌面受力合理,耐磨性良好。5.4 機架的確認 綜合考慮機器的工作時所受的力,我選用機體材料HT200鑄造機架,力學性能:=200MPa, =340MPa.適于制造箱體、底座類零件。6 砂輪的設計6.1 砂輪的選擇圖6-1碗形砂輪GBDABW125x63x25砂輪的特性由磨料、粒度、硬度、結合劑和組織5個因素決定。1) 磨料,常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系3種。船上和工廠常用的是氧化鋁砂輪和碳化硅砂輪。氧化鋁砂輪磨粒硬度低(HV2000-HV2400)、韌性大,適用刃磨高速鋼車刀,其中白色的叫做白剛玉,灰褐色的叫做棕剛玉。 碳化硅砂輪的磨粒硬度比氧化鋁砂輪的磨粒高(Hv2800以上) 。性脆而鋒利,并且具有良好的導熱性和導電性,適用刃磨硬質合金。 其中常用的是黑色和綠色的碳化硅砂輪。而綠色的碳化硅砂輪更適合刃磨硬質合金車刀。2) 粒度:粒度表示磨粒大小的程度。以磨粒能通過每英寸長度上多少個孔眼的數字作為表示符號。例如60粒度是指磨粒剛可通過每英寸長度上有60個孔眼的篩網。因此,數字越大則表示磨粒越細。 粗磨車刀應選磨粒號數小的砂輪,精磨車刀應選號數大( 即磨粒細) 的砂輪。船上常用的粒度為46 號臺0 號的中軟或中硬的砂輪。3) 硬度:砂輪的硬度是反映磨粒在磨削力作用下,從砂輪表面上脫落的難易程度。 砂輪硬,即表面磨粒難以脫落;砂輪軟,表示磨粒容易脫落。 砂輪的軟硬和磨粒的軟硬是兩個不同的概念,必須區(qū)分清楚。 刃磨高速鋼車刀和硬質合金車刀時應選軟或中軟的砂輪.另外,在選擇砂輪時還應考慮砂輪的結合劑和組織。 船上和工廠一般選用陶瓷結合劑(代號A)和中等組織的砂輪。 綜上所述,我們應根據刀具材料正確選用砂輪。選擇砂輪如圖所示。采用碗型(BW)砂輪端面刃磨法,選擇砂輪的粒度80,磨料為單晶白剛玉(符號為GBD),硬度為中軟(符號為),陶瓷(符號為A)黏結劑。結構參數為:外徑125mm。厚度:63mm,內徑25mm。具體的砂輪型號為:GBDABW125x63x25。6.2 砂輪的平衡方法 砂輪的中心與它的回轉軸線不重合時,砂輪就不平衡。引起砂輪不平衡的原因是:砂輪幾何形狀不對稱;砂輪個部分的密度不平衡;以及安裝時偏心等。 不平衡的砂輪在高速回轉時會產生震動,從而影響加工質量,嚴重時還會造磨床損壞和砂輪碎裂。因此,使用直徑大于125毫米的砂輪必須進行平衡。 (1)砂輪平衡的方法 1. 自動平衡法:在機床上裝的傳感器,儀表顯示出旋轉時砂輪的不平衡量(包括砂輪卡盤),通過手柄或按鈕,調整平衡塊的方位與距離,同時觀察儀顯示的數值,使其調整到最小的不平衡量。 2. 靜平衡法: 出砂輪的重心所在的直徑AB。 重心的位置加上平衡塊C,并使A和B兩點位置不變。 加上平衡塊D、E,并使A和B位置不變;若有變動可以調整D、E,使A、B兩點恢復原位。此時砂輪左右已平衡。 將砂輪轉動90度,若不平衡,將D、E兩平衡塊同時向一個方向移動,只動平衡為止。 經過上述反復后,一般砂輪在八個方位都能保持平衡。 綜合考慮個方面因素,本設計中采用靜平衡法來平衡砂輪。6.3 砂輪的修整 砂輪工作一段時間后,工作表面會出現(xiàn)磨粒鈍化,表面堵塞,外形失真等現(xiàn)象,將會影響磨削工作的正常進行,而且直接影響被加工工件的表面質量。所以,砂輪必須定期修整,以保持磨粒的鋒利,以避免產生燒傷退火及磨削裂紋。對于本設計中的碗形砂輪端面,一般采用油石手工修整,使其呈現(xiàn)內凹的錐面,如圖6-2所示。圖6-2油石修整砂輪油石的硬度要比砂輪硬,一般可采用TH24CYASF20x150-200。如果用砂輪的外圓錐面或外圓柱面為磨削工作面時,特別是刀具的幾何形狀精度及表面光潔度要求較高時,手工修整較難滿足要求,一般采用金剛石筆借助修整夾具修整???結畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程?;仡欉@次畢業(yè)設計,從選題到定稿,從理論到實踐,在這段畢業(yè)設計期間里,可以說得是苦多于甜。通過本次畢業(yè)設計,不僅鞏固了以前所學過的知識,而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。對我來說,收獲最大的是方法和能力那些分析和解決問題的方法與能力。在整個設計過程中,我發(fā)現(xiàn)我們這些學生最最缺少的是經驗,沒有感性的認識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié)。此次設計需要我們將學過的相關知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進。通過這次畢業(yè)設計,我懂得了理論與實際相結合是很重要的只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識與實踐相結合起來,從理論中得出結論,才能真正為社會服務,從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題,可以說得是困難重重。在設計的過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處:對以前所學過的知識理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固,比如電機選用的確定、絲杠部分的具體應該怎么設計。機架的分類等都有了詳細的認識。通過這次畢業(yè)設計之后,又把以前所學過的知識重新溫故。這次畢業(yè)設計使我受益匪淺,為我今后的學習和工作打下了一個堅實而良好的基礎。在此衷心感謝各位老師的幫助和指導。致 謝這次畢業(yè)設計可以圓滿的完成,離不開導師XXX的悉心指導。從課題的提出和論證到論文完成,X導師淵博的學識、先進的學術思想、對待研究的嚴謹態(tài)度和無私的奉獻精神都是學生的楷模,使我受益匪淺,在論文完成之際,謹向尊敬的X導師致以崇高的敬意和由衷的感謝。經過這段時間的畢業(yè)設計,我感覺到掌握扎實的基礎知識和學會使用必要工具的重要性,深刻體會到網絡資源的巨大作用,在遇到難以解決的問題時,可以在網絡中尋找所需的資料,到相關的論壇上去求得幫助;學會靈活運用電腦網絡這個現(xiàn)代工具是我們必備的素質。同時畢業(yè)設計對我的英語水平也提出了較高的要求,通過閱讀英文資料、翻譯英文材料切實提高了我使用英語的水平,使我在今后的學習中不至落后現(xiàn)代技術發(fā)展的潮流。在進行畢業(yè)設計的過程中 ,我的感激之情無以言表,僅以此文獻給他們,感謝我的朋友們,大家這四年來無論深處何地,距離多遠,我始終感受的到與你們大家在一起;感謝我的老師,四年來對我的關心幫助讓我在學校的生活和學習中都能有親人般的感覺;感謝我的同學們,大家雖然來自不同的地方,但是大家始終相親相愛,團結一致。我很慶幸能有了你們大家陪我一路走過艱難的歷程?;厥状髮W四年,往事歷歷在目,心緒難以平復,如此多的關心和幫助讓我感到莫大的幸運,感覺充滿力量,無論是身邊的同學老師還是遠方的親人朋友們,他們的支持是我可以努力和堅持的最大動力,有了他們才真正讓我感受到這個世界是無與倫比的美麗,這些都將支持我走向新的崗位,為社會為他人貢獻我的綿薄之力。參考文獻1 鞏云鵬,田萬祿,張祖立,黃秋波編. 機械設計課程設計. 東北大學出版社. 2001.52 吳宗澤 主編. 機械設計師. 機械工業(yè)出版社. 2000.53 武友德,李先躍 編著. 車刀刃磨技術. 化學工業(yè)出版社. 2002.44 上海市金屬切削技術協(xié)會編. 金屬切削手冊(第二版). 上??茖W技術出版社. 2002.65 高學滿 主編. 金屬切削機床掛圖. 上海交通大學出版社. 2000.56 天津大學,哈爾濱工業(yè)大學 主編. 機床設計圖冊. 上??茖W技術出版社. 1986.37 湖南大學機械系機造教研室 編. 機床設計. 國防工業(yè)出版社. 1995.58 上海機床廠“七二一”工人大學. 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