修訂車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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)WALTER公司的五軸HELITRONICPOWERPRODUCTIONCNC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(kāi)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(kāi)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SCHNEEBERGER公司的五軸五聯(lián)動(dòng)GEMINCNC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)VL205-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(kāi)發(fā)起步較晚，可以說(shuō)是從80年代中后期才開(kāi)始的，其研究、開(kāi)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(kāi)展了數(shù)控刀具刃磨機(jī)的研制工作，己開(kāi)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(kāi)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(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)任務(wù)。開(kāi)發(fā)出了的基于Windows操作系統(tǒng)的開(kāi)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2000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(kāi)發(fā)”科研成果的基礎(chǔ)上，成功開(kāi)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(kāi)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(kāi)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)史圖2.1車刀的幾何面副正交平面。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?；嬷袦y(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)注車刀工作切削角度及車刀種類（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(kāi)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(kāi)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=6～70К1<90°的外圓車刀和內(nèi)孔車刀、寬刃光刀A2L=8～25端面車刀、不通孔車刀A3L=10～4090°外圓車刀、端面車刀A4L=6～50端面車刀、直頭外圓車刀、內(nèi)孔車刀C1B=4～12螺紋車刀C3B=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?jiàn)A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?？梢怨I(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=tanγoCosλsCotαn=CotαoCosλs2.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）Mp20~258~12（700~1000）MP5~105~8鎳鉻鋼和鉻鋼(700~800)MP5~155~7灰鑄鋼(160~180)HBS126~8(220~260)HBS66~8可緞鑄鋼(140~160)HBS156~8(170~190)HBS126~8鋼鋁巴氏合金25~308~12中硬青銅及黃銅108鎢2015鈮20~2512~15銅合金3010~12鎂合金25~3510~15電木010~12纖維紙板014~16硬橡膠-2~018~20軟橡皮40~7515~20塑料和有機(jī)玻璃20~2530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)。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。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。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)eq\o\ac(○,1)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。eq\o\ac(○,2)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(kāi)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)57BYGH10157BYGH10257BYGH20157BYGH20257BYGH20322.41.51.63.48550.7210.65b57BYGH20457BYGH20557BYGH20657BYGH20757BYGH20857BYGH20957BTGH21057BYGH21157BYGH21257BYGH21357BYGH21457BYGH25157BYGH30157BYGH30257BYGH30357BTGH30457BYGH306圖3.457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(kāi)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)圖3.557BYGH203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）=≈0.77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：3-5①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==0.012k②蝸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算=0.029k③蝸輪蝸桿等效為圓柱體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為=0.095k=0.235④換算到電機(jī)軸上總慣性負(fù)載=0.012+=≈0.012k(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==0.5113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(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]。有耐磨性決定絲杠中徑的公式為：≥3-10式中:p—絲杠所承受的最大軸向力；—螺母的長(zhǎng)徑比，，L為螺母的長(zhǎng)度（mm）一般取1.2～4，但螺母的螺紋圈數(shù)一般不超過(guò)10。因?yàn)槿?shù)越多，載荷分布越不均，第10圈以后的螺紋，實(shí)際上起不到分擔(dān)載荷的作用。=16mm故取=16mm,耐磨性核算的公式為：3-11代入數(shù)據(jù)得p==72.580,故滿足要求。三蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)選擇計(jì)算（一）蝸輪蝸桿傳動(dòng)的尺寸參數(shù)1蝸輪蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線的夾角圍任意值，通常用的為90。這種傳動(dòng)有以下的特點(diǎn)：（1）當(dāng)使用單頭蝸桿（相當(dāng)于單線螺紋）時(shí)，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過(guò)一齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比i=5～80；在分度機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)中，傳動(dòng)比可達(dá)300。（2）在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是漸漸進(jìn)入嚙合及漸漸退出嚙合，同時(shí)嚙合的齒對(duì)有較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。（3）當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿的傳動(dòng)具有自鎖性。（4）蝸桿傳動(dòng)與螺旋齒輪的嚙合相似，在嚙合處有相對(duì)的滑動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)速度很大，工作條件不夠良好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過(guò)分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)，效率僅為0.4左右。同時(shí)由于摩擦與磨損嚴(yán)重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便于鋼質(zhì)蝸桿配對(duì)組成減摩擦性良好的滑動(dòng)摩擦副。通常應(yīng)用于減速裝置。2蝸輪蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及尺寸（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要求選用普通圓柱蝸桿，蝸桿的的頭數(shù)k=1,模數(shù)m=1，壓力角。和齒輪傳動(dòng)一樣，蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸也以模數(shù)為主要的計(jì)算參數(shù)。蝸桿和蝸輪嚙合時(shí)在中間平面上。蝸桿的軸向模數(shù)應(yīng)和蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等。則有：蝸桿頭數(shù)：蝸輪齒數(shù)：傳動(dòng)比：分度圓直徑：直徑系數(shù)：蝸桿導(dǎo)程角：（2）蝸輪蝸桿其它的尺寸參數(shù)：中心矩：蝸桿軸向齒距：蝸桿導(dǎo)程：蝸桿分度圓直徑：蝸桿齒頂圓直徑：蝸桿齒根圓直徑：蝸桿齒頂高：蝸桿齒根高：蝸桿齒高：蝸桿導(dǎo)程角：蝸輪分度圓直徑：蝸輪齒頂圓直徑：蝸輪齒根圓直徑：蝸輪齒頂高：蝸輪齒根高：蝸輪齒高：由于該結(jié)構(gòu)承載不大，速度不高，根據(jù)蝸桿材料的選用原則，可選用45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為220～300HBS。蝸輪材料選用鑄造錫青銅三滑桿轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)（一）x軸滑桿轉(zhuǎn)軸的形狀設(shè)計(jì)滑桿轉(zhuǎn)軸是該裝置非常重要的設(shè)計(jì)，它的形狀尺寸直接影響著傳動(dòng)的精度，滑桿轉(zhuǎn)軸起到支撐刀架板，螺母抬高時(shí)滑桿轉(zhuǎn)軸繞Y軸滑桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)x軸的轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度增加，因此在一端要進(jìn)行緊固，防止在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滑落。大概結(jié)構(gòu)如圖圖3.7滑桿轉(zhuǎn)軸的大概形狀圖（二）y軸滑桿轉(zhuǎn)軸的形狀設(shè)計(jì)Y軸的設(shè)計(jì)與X軸是有所不同首先，轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)已經(jīng)確定y軸的大概形狀。其中y軸所承受力與x軸所承受的力相同，但是y軸的形狀在于x軸以及轉(zhuǎn)軸的連接處是不同的。在連接處y軸的軸徑要變粗，以便可以在鉆空后插入x軸可以承受一定的壓力。其形狀如圖3.8圖3.8Y軸的形狀設(shè)計(jì)（三）X軸和y軸滑桿轉(zhuǎn)軸的力學(xué)設(shè)計(jì)以知這兩個(gè)軸的所受力的方向和所承受力的因素，我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)滑桿轉(zhuǎn)軸的直徑。根據(jù)我們所總結(jié)的自行車心軸尺寸設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步定出X軸粗徑直徑為12mm細(xì)徑直徑為8mm，采用抗彎性能好的材料硬度較高。Y軸粗徑為20mm細(xì)徑直徑為12mm.采用與x軸相同的材料。表面光潔度為1.6Ra.選擇精度等級(jí)為IT6級(jí)精度。在此不進(jìn)行彎矩圖和扭矩圖的描述。（四）可轉(zhuǎn)動(dòng)銷的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)銷在刃磨裝置中也是非常重要的傳動(dòng)零件之一，滑桿轉(zhuǎn)軸插入轉(zhuǎn)動(dòng)銷的孔中，而銷子插入螺母中的孔中，詳細(xì)裝配位置可見(jiàn)裝配圖。轉(zhuǎn)動(dòng)銷的設(shè)計(jì)為一頭是圓形銷子，另一端是方形中間鉆孔與滑桿轉(zhuǎn)軸配合，該孔與圓形銷子為垂直關(guān)系。其結(jié)構(gòu)如圖3.9圖3.9可轉(zhuǎn)動(dòng)銷的結(jié)構(gòu)當(dāng)螺母在絲杠上上下串動(dòng)時(shí)，螺母帶動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)銷上下運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)銷的孔中插入滑桿轉(zhuǎn)軸（滑桿轉(zhuǎn)軸一端為鉸鏈）形成一個(gè)類似于搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，而滑桿轉(zhuǎn)軸直接帶動(dòng)刀架板繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第三部分刃磨裝置控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中各部件不是獨(dú)立存在的，而是相互聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。其中控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的“大腦”，它處理各種信息，把由傳感器把機(jī)械本體的各種信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，送到控制器中進(jìn)行存儲(chǔ)、運(yùn)算、變換、加工，控制器根據(jù)檢測(cè)及運(yùn)算結(jié)果，發(fā)出相應(yīng)的指令，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使機(jī)械本體完成規(guī)定的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品所要求的功能。圖3.8控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖在我國(guó)，經(jīng)濟(jì)型機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)一般以MCS-51系列8位單片機(jī)為控制中心。本控制系統(tǒng)如圖十七，控制電路主要由以下幾個(gè)部分組成:8031AH最小系統(tǒng)，數(shù)碼顯示及鍵盤輸入電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，1/O接口電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾個(gè)方面。（一）單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖3.8為單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。該電路以8031AH單片機(jī)為核心，從鍵盤選擇刃磨的種類，輸入加工工件的參數(shù)，通過(guò)單片機(jī)判斷當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，控制步進(jìn)電機(jī)按照工藝要求運(yùn)動(dòng)從而完成整個(gè)工件的刃磨過(guò)程。下面簡(jiǎn)要介紹一下各部分的功能:(1)8031AH它是單片機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)外圍芯片的信息交換和控制，完成機(jī)床所需要的控制功能。(1)數(shù)碼顯示及鍵盤輸入電路主要是進(jìn)行加工工件參數(shù)的輸入、顯示，加工工作狀態(tài)的指示。(2)傳感器信號(hào)采集電路主要包括A/D轉(zhuǎn)換電路和其它位置傳感器輸入電路。將外部的傳感器信息的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，讓主芯片進(jìn)行判斷處理。這里主要是進(jìn)行機(jī)床限、定位傳感器信息的采集，工件在加工過(guò)程中所處的位置信息。(3)I/0接口電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的輸入輸出控制，并使單片機(jī)數(shù)字電路和其控制對(duì)象隔離開(kāi)來(lái)，增強(qiáng)單片機(jī)的抗千擾能力。這里包括步進(jìn)電機(jī)接口控制電路，傳感器接口電路，照明接口電路等。圖3.9系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖eq\o\ac(○,一)單片機(jī)最小系統(tǒng)a.單片機(jī)的選擇1980年Intel公司在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，又推出了MCS-51系列8位單片機(jī)、MCS-96系列16位單片機(jī)、以及32位單片機(jī)等。目前使用較多的是51系列和%系列的單片機(jī)。本課題采用的是8031AH單片機(jī)。其主要功能特點(diǎn)如下:(1)8位CPU;(2)片內(nèi)128字節(jié)RAM;(3)特殊功能寄存器區(qū);(4)2個(gè)優(yōu)先級(jí)的5個(gè)中斷源結(jié)構(gòu);(5)4個(gè)8位并行1/O口(P0,P1,P2,P3);(6)2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器;(7)全雙工串行口;(8)布爾處理器;(9)64KB外部數(shù)據(jù)存貯器地址空間，64KB外部程序存貯器地址空間;(10)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。該類單片機(jī)具有體積小功能全，價(jià)廉，面向控制、開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在我國(guó)工業(yè)界應(yīng)用廣泛。b最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)由CPU,鎖存器、譯碼器、RAM,EPROM組成，采用12MHZ晶振。由于8031AH單片機(jī)內(nèi)部無(wú)ROM，且考慮系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需的容量，在外部擴(kuò)展了一片2764EPROM,一片6264RAMo51系列單片機(jī)采用的是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用技術(shù)，因此在擴(kuò)展外部1/O口設(shè)備時(shí)必須采用鎖存器。由于系統(tǒng)是8位總線方式，故用一片74LS373將與數(shù)據(jù)總線復(fù)用的地址線鎖存，以便使地址和數(shù)據(jù)分離開(kāi)來(lái)。單片機(jī)在擴(kuò)展其它一些外圍1/O接口芯片時(shí)，通過(guò)將這些1/O接口設(shè)備映像于單片機(jī)的地址空間，來(lái)訪問(wèn)這些芯片并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。尋址1/O接口設(shè)備常用兩種方法:線選法和譯碼法。對(duì)于線選法，每條地址線只能尋址一個(gè)接口芯片，使得芯片占用地址不連續(xù)，且浪費(fèi)資源，設(shè)備多時(shí)地址線不夠用，所以它一般用于簡(jiǎn)單設(shè)備較少的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。而譯碼法能使外設(shè)地址連續(xù)分配，并能擴(kuò)容地址線，如采用一片譯碼器就能將3根地址線擴(kuò)展為8根地址譯碼線，尋址8個(gè)接口芯片。根據(jù)本系統(tǒng)的外設(shè)，采用譯碼法尋址1/O空間，即用一片74LS138產(chǎn)生片選信號(hào)。根據(jù)圖十八，擴(kuò)展的存儲(chǔ)空間的順序?yàn)镋PROM-RAM-1/0芯片，單片機(jī)地址資源進(jìn)行分配后，CPU運(yùn)行根據(jù)外圍1/O設(shè)備的地址查找該設(shè)備，進(jìn)行輸入、輸出操作，即CPU對(duì)1/O空間的尋址。相對(duì)應(yīng)于單片機(jī)1/O接口芯片地址譯碼列表如圖十九圖3.10系統(tǒng)地址分配表eq\o\ac(○,二)I/O接口電路單片機(jī)與被控制對(duì)象的聯(lián)系是通過(guò)接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。接口電路的設(shè)計(jì)主要是起到隔離和驅(qū)動(dòng)作用。主要包括單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的接口和與繼電器接口等。8031AH有四個(gè)8位UO口，其中PO作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線用，P2地址總線的高八位使用，P3口是雙功能口，主要是用于系統(tǒng)的控制功能。這樣就只剩下一個(gè)P1口，P1口是準(zhǔn)雙向口，即用作輸入時(shí)，口鎖存器必須先寫“1"。因此在控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，擴(kuò)展一片8255用它的PA.PC口控制幾路步進(jìn)電機(jī)。其接口電路如圖3-118255芯片的端口設(shè)置為輸出方式，從信號(hào)端輸入所需的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電禍合器，至驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。圖3.11p1接口的電路外部執(zhí)行裝置不但要求單片機(jī)輸出一定的電壓，而且要求輸出一定的電流，以便帶動(dòng)執(zhí)行裝置動(dòng)作。設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是執(zhí)行裝置功率與單片機(jī)輸入的電信號(hào)相匹配。上圖是通過(guò)單片機(jī)的P1口接74LS04反向器控制三極管C9013來(lái)驅(qū)動(dòng)5V的繼電器來(lái)控制外部的220V電壓通斷。eq\o\ac(○,三)鍵盤與顯示電路顯示器和鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)人一機(jī)交互界面設(shè)備之一。車刀刃磨時(shí)的工藝參數(shù)，主要是車刀(工件)的幾何參數(shù)，車刀切削刃的角度，車刀的前角，車刀的后角，刃傾等。還有選擇刃磨的方式不同，機(jī)床調(diào)整的參數(shù)不一樣。該部分電路控制如下圖二十一顯示器接口與布局發(fā)光二極管(LED)是一種簡(jiǎn)單而常用的輸出設(shè)備，通常用來(lái)指示機(jī)器的狀態(tài)或其它信息，它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、壽命長(zhǎng)、對(duì)電流、電壓的要求低及容易實(shí)現(xiàn)多路控制等;LED適宜于脈沖工作狀態(tài)，在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生比直流工作狀態(tài)較強(qiáng)的亮度。LED有單個(gè)、七段及點(diǎn)陣等類型本硬件系統(tǒng)中，主要采用單個(gè)LED作為狀態(tài)指示，由于系統(tǒng)顯示的內(nèi)容簡(jiǎn)單，顯示量少，所以采用八位共陰七段LED作為顯示器，這樣既經(jīng)濟(jì)又方便。圖3.12顯示鍵盤控制電路圖在顯示器部分中，左邊的三位用作整個(gè)系統(tǒng)的操作指示部分，其余的五位用作數(shù)據(jù)顯示部分，則數(shù)據(jù)輸入的范圍為(0-999.99mm)。其布置如下圖二十三所示。b.鍵盤接口與布局所用的鍵盤可分為兩種基本類型:全編碼鍵盤和非編碼鍵盤。全編碼鍵盤由硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的編碼，鍵盤編碼器自動(dòng)提供按鍵的編碼，在有新的按鍵按下之前，保持被按鍵的編碼，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)通知CPU產(chǎn)生相應(yīng)的操作。全編碼鍵盤主要是在硬件上處理方便，軟件簡(jiǎn)單，但價(jià)格昂貴，故應(yīng)用較少。而非編碼鍵盤的硬件無(wú)編碼邏輯，僅提供行列矩陣按鍵。鍵的識(shí)別、鍵的代碼、消除抖動(dòng)等按鍵保護(hù)均由軟件完成，由于非編碼鍵盤所需硬件少，價(jià)格便宜，故應(yīng)用較廣泛。由上述的原因，本系統(tǒng)選用了非編碼鍵盤，并采用了專門管理鍵盤和LED顯示的8279芯片。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，鍵盤采用標(biāo)準(zhǔn)的4x4系列鍵盤如圖二十四所示。16個(gè)鍵值是按16進(jìn)制編寫的，每個(gè)鍵可以根據(jù)用戶系統(tǒng)的功能來(lái)進(jìn)行編程自定義。圖3.13顯示器構(gòu)造圖C．鍵盤顯示電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的鍵盤、顯示電路采用美國(guó)Intel公司生產(chǎn)的8279芯片作為控制核心，它具有16x8位顯示RAM和8x8先進(jìn)先出(FIFO)鍵盤緩沖區(qū)，可自動(dòng)提供鍵盤和顯示的掃描信號(hào)，識(shí)別按鍵，產(chǎn)生鍵碼，并為鍵盤提供抖動(dòng)消除和多鍵保護(hù)功能。其實(shí)現(xiàn)鍵盤顯示的接口框圖如圖二十四圖中的SLO-SL3為掃描輸出線，用來(lái)掃描鍵盤和顯示器;RLO-RL7為鍵盤矩陣的信號(hào)檢測(cè)輸入端。圖3.14鍵盤布局接線和編碼8279的鍵盤掃描工作方式分編碼掃描和譯碼掃描兩種。