車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(一)

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。本課題主要研究內(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）國內(nèi)外發(fā)展簡況……………………………………………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 國內(nèi)外發(fā)展簡況

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 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。

為了提高我國刀具的制造工藝水平及質(zhì)量，80年代后期國內(nèi)部分廠家陸續(xù)從 美國、德國、日本等國引進(jìn)了數(shù)控工具磨床及CNC磨削技術(shù)。主要有 :

(1) 營 口 機(jī) 床 廠從德國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。國內(nèi)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(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。“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(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 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，不合乎國情。