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车刀 自动 刃磨机 设计

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The Development Mechanism and the Technical Charac 阅读174次 您的位置：切削技术首页基础知识英语读物The Development Mechanism and the Technical Charac 点击此处：以获得带文本搜索器的该文页面 Introduction Since 1980s cutting technology has developed rapidlyin the developed countries . Up to the end of 20 century orthe beginning of 21 century the cutting technology has enteredthe development phase of modern cutting technologyfeaturing the high cutting speed and high performance machining. Looking back to the history of cutting technology，one century has passed since the metal cutting becameone of the machining technologies from the very beginningof 20 century . Since then，cutting technology had beenplaying a significant role for the industrialization and economicdevelopment for western developed countries as afundamental manufacturing technology . At the same timecutting technology in itself also had made a rather greatprogress，but on the whole it had still been in the categoryof traditional cutting technology until the late 60s orearly 70s，which had the basic symbol i . e . the developmentand production of cutting tools basically separatedwith applications and costumers，being a lack of the developmentmechanism of promoting and developing eachother . After entering the second half of 20 century，thecutting technology has obtained a rapid development andentered the modern cutting technology phase due to thedevelopment of science and technology such as computer，micro electronic and material discipline，which closely relatedto the cutting technology，and the advances of manufacturingand the progress of manufacturing technology .In contrast with traditional cutting technology the moderncutting technology features not only running with the highercutting speed and machining efficiency but also forminga new development mechanism and mode and emergingthe new technical characteristics . To realize the development mechanism and mode andthe new technical characteristics will speed up the developmentof cutting technology in China . The development mechanism of modern cutting technologyWithin a quite long time since the cutting technologycame into being，there were a wrong conception whichhad been puzzling tool manufacturers and end-users for along time and negatively effecting on promoting the cuttingefficiency and pushing the cutting technology forward . Itwas that，the most of tool end-users thought that payingmore money to buy a good performance tool would causeincreasing the manufacturing cost . Therefore the enduserswere reluctant to pay more money to buy a tool withbetter performance or to set an overlong tool life wheneverthey bought a better tool . These points of view had sloweddown the updating of cutting tools in workshop and negativelyeffected on the enhancing of machining productivity，the progressing of cutting technology and the enthusiasmof tool manufacturer to develop new tools . Now we have a cost model from manufacturing economics，which reveals the close relationship between theusing better tool and the reducing manufacturing cost .The model divided the work - piece machining cost intothree parts：one is tool purchasing fee，another is theshare of general overhead and the last one is machiningexpense including machine tool depreciation charge andthe operator wage etc . The proportions of them are as follows：the tool fee is only about 2 . 5%4% and the shareof general overhead is about 25%，then machining expensecould be as high as 70%(Figure).FigureThese proportions tell us that if we excessively emphasizereducing the tool purchasing fee only resulting in alittle percent of work-piece machining cost reduction forinstance about 1% 2% . On the other hand if using thebetter tool though the tool fee increases，the total machiningcost can obviously reduce due to increasing the cuttingspeed or feed rate，At present a popular view is that increasingcutting speed or feed rate such as 15% 20%can reduce the work - piece cost about 10% 15% . Inaddition the many practice case stories show that thoughthe better tool is more expensive，per work-piece tool feeshare is still reduce because of the increasing of machiningproductivity . This model and a number of case stories have revealedthat applying advanced cutting technology and toolsmay create considerable benefit for end-users and society .This conclusion has been accepted by more and more bothtool manufacturers and tool end-users and converted thestrong power to push the cutting technology into the moderncutting technology phase within the latest 20 years . It is the model and the development mechanism tomake the tool manufacturers establish a new business concepti . e .“innovating cutting technology and tool，offeringmachining productivity to customer，Since then the toolmanufacturer accelerates the development course of newtechnology and tool products playing a most important rolefor progress of cutting technology . On the another handthe tools end-user also forms a new idea i . e .“applyingadvanced cutting tool to boost machining productivity andreduce manufacturing cost，”Therefore the manufacturingindustry never has paid so much attention to the advancedtool as it is today and put a unprecedented demand to thenew tools，which has formed the new development mechanismfor cutting technology and converted the traditionalcutting technology into the phase of the modern cuttingtechnology . The technical characteristics of moderncutting technology1. Having developed the new technologies such ashigh speed cutting(HSC)，high performance machining(HPM)，hard machining and dry machining etc . Thesenew technologies have been applied in main manufacturingsectors such as automobile，aircraft，die and mold，andmachinery，not only increasing the machining efficiencybut also benefiting the product updating and technologyinnovation for these industries . Now the aircraft industrycan use the high speed milling technology for machiningaluminum structure part，making the thin-walled monolithicparts enable to replace the assembly of many components，which benefit the aircraft with lighter parts andlower machining cost . The mass-batch automobile industryespecially is a pioneer to develop and apply new machiningtechnology，having developed a series of high-efficienciesnew technology to machining the main parts of powerssystem such as engine block，engine head etc . With respectto the die and mold sector the high speed milling forbig-size mould and hard machining for hardened mouldhave replaced the traditional machining technology in theindustry，reducing the deliver time significantly . 2. Tool materials and coating technology have madegreat progress，which put a strong base for the emergingof the modern cutting technology and stimulating the practicalapplication of HSC，HPM，hard machining and drymachining . The progress of tool materials feature three aspects：one is that the progress involves all kind of toolmaterials， enhancing the machining efficiency coveringevery sorts of machining operations . Second is that theperformance of PCD and PCBN has been improved obviouslyand introduced more grades for various applicationsand played an important role for HSC feasibility . Third isthat the cemented carbide has became a main tool materialbecause of the development of micro- and super-micrograincarbides and cobalt-enriched coated carbide inserts，which improve the performances and expand the range ofapplications for cemented carbide . With respect to the progress of coating technology itis one of the most excite things in machining sector in recentyears . In CVD coating the MT-CVD TiCN and thicklayerAl2O3 increase the abilities of both wear resistanceand toughness . The development of PVD coating includesa variety of new coatings，some of them have excellentwear resistance and anti-oxidation with nano- or gradientmicrostructureand another may have the lubricant property. Coating technology has become the most effective wayto enhance the cutting performance with the advantages ofmultifunction，good effect and fast development，having avery bright future . Both tool materials specially cemented carbide andcoating technology are the core technologies at present，which support the sound development of the modern cuttingtechnology .3. The innovation speed of new grades and tools isvery fast，continuously providing the manufacturing sectorwith new technical resource . Now most of well-known toolmanufacturers in world introduce a new innovation concepti . e . according to the concrete machining task through theintegrated optimum of tool material，coating，geometerand structure to develop a most suitable tool . On presentmarket a newly developed coated cemented carbide gradecould usually increase the machining productivity by 20%or even as much as 50% 100% . 4. The domain of cutting technology has been expanded. After the cutting technology enters the new phasesome necessary auxiliary technologies relating to the moderncutting technology have been developed . Among themare the interface between machine tool spindle and tool，including HSK and new type of 7 : 24 shank，safety andbalance technology for HSC rotating tools，new type oftool clamping systems including heat-shrink holder，hydraulicexpansion holder as well as the tool managementsoftware and the cutting data bank . These technologiesand products keep the same development pace as that ofthe main tool products . One may say that without theseauxiliary technologies there are no HSC，HPM i . e . anymodern cutting technology . It is the rapid development period of the cuttingtechnology，having showed the large potential energy ofcutting tool for manufacturing industries . China is a countrybeing in the status with relatively backward cutting toolindustry. The domestic tool products can not meet theneeds from the users of NC machine tool and importedproduction lines . To speed up the development of cuttingtechnology and fully use the good-quality technical resourceof cutting tool has the significant meaning for constructionof powerful manufacturing industry of China .中文参考 现代切削技术的发展机制及技术特征本文作者:Chengdu Tool Research Institute Zhao Bingzhen上载于:2007-1-26 15:24:19 声明: 切削技术网站刊载此文不代表同意其说法或描述，仅为提供更多信息。 本页链接1. 数控部分：需要加控制面板（按钮等），步进电动机需要加数显装置（便于控制），下面设计一柜子来装plc，以及其他电子元件）2. 车刀夹具部分：步进电动机的自锁问题，以及有个平面的旋转问题需要解决（夹具需要旋转才能保证满足磨刀要求，而且旋转的方向要求很多）3. Xy工作台需要修改，导轨以及其他一些细节。导师说最好将xy工作台分开，就是说车刀夹具那部分控制x方向的话，y方向可以换到砂轮那边去4. 刻度盘，旋转的部分需要加刻度盘来保证旋转位置跟精度5. 砂轮部分：电机跟砂轮直接连接，不需要那么长的轴连接6. 根据修改好的装配图修改说明书以及其他图纸7. 总体需要你们看看能不能满足任务书上的那些要求，还有一些细节部分需要修改。车刀自动刃磨机设计摘要：本文主要在参照以往刃磨机设计的基础上，针对刀具刃磨机的进料结构，刀具夹具设计，进给装置进行设计研究，将要完成以下几个方面的工作：刀具刃磨机的总图设计，确定刀具刃磨机各个机构系统在刃磨中的工作位置；选择V带传动方式，并分析研究刃磨刀具的工作原理和零部件结构特性，在此基础上对其进行设计计算；确定各部分机构零件尺寸；完成刀具刃磨机的装配图。关键词：刀具刃磨机，电动机，导轨，丝杠文献综述刀具是机床加工的重要零件，经常处在高温(进刀具约在30040o，排刀具约在80090012)条件下工作，其润滑和冷却条件都很差，又在频繁的开闭运动中承受着撞击负荷，故成为易磨损、易损坏的机件之一。为使正常工作，必须对磨损或损坏的刀具及时地予以修磨或修理。发动机使用刀具以来，刀具与刀具座的修磨效率和精度一直都是有待提高的问题。近年来，由于市场的需求，有关部门先后研制的刀具修磨的专用工具有：手动刀具刃磨机，气动刀具刃磨机、电动刀具刃磨机和电磁式刀具刃磨机四种类型。早期的手动刀具刃磨机效率低，不能保证刀具修磨质量。本设计采用电动式，以提高刀具修磨效率和质量。1 磨机的发展现状磨机是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨机是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨机、研磨机和抛光机等。正在精磨轧辊的大型磨机能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨机能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨机。这些磨机是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨机，是首次具有现代磨机基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨机。 1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨机的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨机相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨机、曲轴磨机、凸轮轴磨机和带电磁吸盘的活塞环磨机等。自动测量装置于1908年开始应用到磨机上。到了1920年前后，无心磨机、双端面磨机、轧辊磨机、导轨磨机，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨机；60年代末又出现了砂轮线速度达6080米/秒的高速磨机和大切深、缓进给磨削平面磨机；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨机上得到了广泛的应用。能做镜面磨削的精密磨机随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨机的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。磨机是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨机、内圆磨机、平面磨机、无心磨机、工具磨机等。外圆磨机是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨机。万能外圆磨机还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨机的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。内圆磨机的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨机仅适于单件、小批生产。自动和半自动内圆磨机除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。平面磨机的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨机；无心磨机通常指无心外圆磨机，即工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨机的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中。大型曲轴磨机工具磨机是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨机，有万能工具磨机、钻头刃磨机、拉刀刃磨机、工具曲线磨机等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。砂带磨机是以快速运动的砂带作为磨具，工件由输送带支承，效率比其他磨机高数倍，功率消耗仅为其他磨机的几分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐热难加工材料和大量生产的平面零件等。专门化磨机是专门磨削某一类零件，如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨机。除以上几类外，还有珩磨机、研磨机、坐标磨机和钢坯磨机等多种类型。 砂轮磨削的特点磨削是在磨机上用砂轮作为切削刀具对工件进行切削加工的方法。该方法的特点是：（1）由于砂轮磨粒本身具有很高的硬度和耐热性，因此磨削能加工硬度很高的材料，如淬硬的钢、硬质合金等。（2）砂轮和磨机特性决定了磨削工艺系统能作均匀的微量切削，一般ap=0.0010.005mm；磨削速度很高，一般可达v=3050m/s；磨机刚度好；采用液压传动，因此磨削能经济地获得高的加工精度（IT6IT5）和小的表面粗糙度（Ra=0.80.2m）。磨削是零件精加工的主要方法之一。（3）由于剧烈的磨擦，而使磨削区温度很高。这会造成工件产生应力和变形，甚至造成工件表面烧伤。因此磨削时必须注入大量冷却液，以降低磨削温度。冷却液还可起排屑和润滑作用。（4）磨削时的径向力很大。这会造成机床砂轮工件系统的弹性退让，使实际切深小于名义切深。因此磨削将要完成时，应不进刀进行光磨，以消除误差。（5）磨粒磨钝后，磨削力也随之增大、致使磨粒破碎或脱落，重新露出锋利的刃口，此特性称为“自锐性”。自锐性使磨削在一定时间内能正常进行，但超过一定工作时间后，应进行人工修整，以免磨削力增大引起振动、噪声及损伤工件表面质量。 3 砂轮介绍砂轮是磨削的切削工具，它由许多细小而坚硬的磨粒和结合剂粘而成的多孔物体。磨粒直接担负着切削工作，必须锋利并具有高的硬度，耐热性和一定的韧性。常用的磨料有氧化铝（又称刚玉）和碳化硅两种。氧化铝类磨料硬度高、韧性好，适合磨削钢料。碳化硅类磨料硬度更高、更锋利、导热性好，但较脆，适合磨削铸铁和硬质合金。同样磨料的砂轮，由于其粗细不同，工件加工后的表面粗糙度和加工效率就不相同，磨粒粗大的用于粗磨，磨粒细小的适合精磨、磨料愈粗，粒度号愈小。结合剂起粘结磨料的作用。常用的是陶瓷结合剂，其次是树脂结合剂。结合剂选料不同，影响砂轮的耐蚀性、强度、耐热性和韧性等。磨粒粘结愈牢，就愈不容易从砂轮上掉下来，就称砂轮的硬度，即砂轮的硬度是指砂轮表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。容易脱落称为软，反之称为硬。砂轮的硬度与磨料的硬度是两个不同的概念。被磨削工件的表面较软，磨粒的刃口（棱角）就不易磨损，这样磨粒使用的时间可以长些，也就是说可选粘接牢固些的砂轮（硬度较高的砂轮）。反之，硬度低的砂轮适合磨削硬度高的工件。砂轮在高速条件下工作，为了保证安全，在安装前应进行检查，不应有裂纹等缺陷；为了使砂轮工作平稳，使用前应进行动平衡试验。砂轮工作一定时间后，其表面空隙会被磨屑堵塞，磨料的锐角会磨钝，原有的几何形状会失真。因此必须修整以恢复切削能力和正确的几何形状。砂轮需用金刚石笔进行修整。 4 平面磨机的结构与磨削运动磨机的种类很多，主要有平面磨机、外圆磨机、内圆磨机、万能外圆磨机（也可磨内孔）、齿轮磨机、螺纹磨机，导轨磨机、无心磨机（磨外圆）和工具磨机（磨刀具）等。这里介绍平面磨机及其运动。 1平面磨机的结构（以M7120A为例，其中：M磨机类机床；71卧轴矩台式平面磨机；20工作台面宽度为200mm;A第一次重大改进。）（1）砂轮架安装砂轮并带动砂轮作高速旋转，砂轮架可沿滑座的燕尾导轨作手动或液动的横向间隙运动。（2）滑座安装砂轮架并带动砂轮架沿立柱导轨作上下运动。（3）立柱支承滑座及砂轮架。（4）工作台安装工件并由液压系统驱动作往复直线运动。（5）床身支承工作台、安装其它部件。（6）冷却液系统向磨削区提供冷却液（皂化油）。（7）液压传动系统其组成有： 1）动力元件为油泵，供给液压传动系统压力油； 2）执行元件为油缸，带动工作台等部件运动；3）控制元件为各种阀，控制压力、速度、方向等； 4）辅助元件如油箱、压力表等。液压传动与机械传动相比具有传动平稳，能过载保护，可以在较大范围实现无级调速等优点。2平面磨削运动（1）主运动砂轮的高速旋转运动。（2）进给运动1）纵向进给工作台带动工件的往复直线运动； 2）垂直进给砂轮向工件深度方向的移动； 3）横向进给砂轮沿其轴线的间隙运动。5 课题研究的主要内容本课题的研究对象为刀具刃磨机，我们将进行以下几个方面的工作:（1） 对刀具刃磨机电动机传动部分（砂轮的回转运动动力来源）进行设计， （2） 对刀具刃磨机送料部分（丝杠的设计）进行设计，（3） 对刀具夹紧装置和转动运动的设计1 引言毕业设计是我们大学期间的最后一个教学环节，是一个综合性的教学实践环节，是培养我们工程技术人员的主要教学环节，是对几年学习成果的综合性检验。通过这一环节培养我们综合运用所学知识解决问题的能力，提高我们开拓创新的能力。刀具刃磨机的设计是机制专业学生的比较对口课题，同时又是一个有深度和难度的课题，是综合性和实践性很强的课题。本次毕业设计以刀具刃磨机刀具夹具，进给运动和砂轮的设计为主要内容，设计了刀具刃磨机技术参数，其中包括刀具夹具，丝杠、电动机的选择、轴承的选择、导轨、键的选用等等设计。2 刀具刃磨机的方案论证随着修磨技术的应用，各国分别开发出一系列的刃磨机。修磨的方法种类：包括有回转修磨法，振动修磨法，离心修磨法，水涡流式修磨法，2.1 回转修磨法回转修磨法是在修磨槽内装好工件，修磨石，修磨剂，水给于所定的回转运动，使物质表面产生流动层，进行光饰的加工方法。这种修磨法比较适合于中小零件以及多品种小批量工件修磨。目前典型产品是滚桶刃磨机，其特点包括：（1）采用水平式回转桶，内桶覆PU其内衬，可耐酸碱，耐磨，又可防工件碰撞。 （2）桶内无披覆内衬，适合钢珠或钢铁制品，因可加强切削力，促使更大效果。（3）桶身可任意回转，有适当的斜度，所以下料方便。 （4）为刃磨机系列中，最简单、方便的机型，适合加工，并最符合经济的机械购置成本。（5）本机适合用于锻造，铸造，翻砂之工作物须有强大切削力。 （6）修磨工作需要有去黑膜，黑头及细磨，倒角抛光之用。 （7）噪音小、操作方便等优点。2.2 振动修磨法振动修磨法是在修磨槽内装好工件，修磨石，修磨剂，水给于振动，利用因振动而产生的修磨石和工件之间的相对运动差，进行修磨的加工方法。排除了回转式刃磨机产生的净空间，发挥了100%的修磨槽内溶剂。这种修磨方法比回转刃磨机工效提高35倍，而且被加工的工件无打痕，变形等现象。是目前被广泛采用的修磨方法。目前典型产品是振动刃磨机 ，其特点包括：（1） 采用世界上先进的螺旋翻滚流动，三次元振动的原理，使零件与修磨石相互修磨。从而去除工件表面的毛刺，氧化皮，油污等。根据工件材质及形状的差异可对应选择不同的修磨石及修磨助剂。可大大提高工件表面的光整及光亮度；（2） 适用大批量中小尺寸零件的抛光修磨加工，提高工效610倍。 （3） 加工过程不破坏零件的原有尺寸及形状。 （4） 能实现自动化，无人化作业，操作方便，在工作过程中，可随时抽查零件的加工情况。2.3离心修磨法普通的回转式刃磨机高速回转时其物质（混合物）会围着修磨槽周围，工件与修磨石无相对运动，故无相对运动差，修磨作用就会大大的减弱。而离心修磨法在回转头圆盘的回转轴上等距离的装上几个修磨槽，进行行星旋转运动，给予离心力，物质就会因离心作用围着在槽壁的回转外圆一侧，回转外盘圆旋转修磨一次，修磨槽逆转一次，物质往修磨槽内空间与上层部分接触的回转方向移动。物质因离心力的压力和强制流动速度，使物质中的游离修磨石与工件产生流动，因流动产生相对运动差，由于相对运动差的存在，因而产生修磨作用。回转速度在140180r/min，与回转数成正比例的相对运动差以及离心力会增加。其修磨作用超过回转式刃磨机的60倍，是振动刃磨机的58倍。离心刃磨机的修磨能力非常良好，显示很大的修磨力。较多的应用在钟表、电子、电气零部件等精密机械的光饰，尤其适合于小型工件的修磨。目前典型产品是离心刃磨机 ，其特点包括：（1） 采用行星传动方式，利用离心运动的原理，抛光修磨效率高，提高工效1020倍。（即其修磨桶同时在做自转和公转运动，从而大大提高了修磨石与工件的磨擦效率） （2） 适用批量中小型的工件抛光修磨加工，特别适用有民型腔孔及热处理后的工件。（可快速去除工件表面的毛刺，氧化皮。还可以提高工件表面的光亮度） （3）加装数显计时器及点动开关及行位开关，从而使操作更加安全方便；2.4水涡流式修磨法水涡流式修磨法是在安装于垂直或水平面上的圆筒修磨槽内装入修磨石、水、修磨剂，随着修磨槽的回转，修磨石会因离心力而形成细密而具有刚性的修磨层。在修磨层内装入工件，会产生与修磨石相对运动差而形成的高效率的修磨作用。目前典型产品是涡流刃磨机，其特点包括：（1） 采用独创的涡流流动原理，使工件与修磨石能达到快速充分的磨擦，光整效率超群，提高工效15-30倍。 （2） 转盘电机为调速电机，可根据需要选择转盘的转速；配有数显计时器，操作方便，可随时抽查工件加工情况。 （3） 固定槽内及转盘衬有聚氨橡胶，强度高。耐磨性好，使用寿命长。（4） 适用于较小工件。 （5）本机台具有强力修磨能力可去毛边，倒角，去黑膜，抛光。 3 总体设计3.1 电路系统本机选用380伏三相电源，控制操作线路应用36伏，并配用QC810-30型矿用隔爆兼安全火花型磁力启动器。3.2 刀具零件参数 1.刀具元件参数：（1）可刃磨的车刀范围为2020和2525两种；（2）车刀前角可调整，范围为-515；（3）车刀后角可调整，范围为-515；（4）车刀主偏角可调整，范围为7595，车刀主副偏角可调整，范围为025。（5）刃磨操作简单、可靠，刃磨机小巧，方便搬运、维护。 3.3 刀具刃磨机的工作原理刀具刃磨机传动原理如图2所示，X轴电机主轴上面装有丝杠，当电机启动，其主轴做回转运动，带动丝杠转动，从而带动滑块做直线运动，（Y轴同理），滑块上面装有电机，电机主轴上面装有刀具夹紧装置，从而实现刀具角度任意调整，当滑块做直线运动时，刀具进给，从而实现对刀具的研磨。电机独立装夹在底板上面，其主轴连接V带，带动砂轮轴转动，砂轮角度磨合成跟刀具角度一致，实现对刀具的研磨。.4 刀具刃磨机安装图（如图2所示）图25XY工作台设计（一） X轴方案及参数计算1 方案拟定方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。（1）驱动控制方式 由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。（2）传动形式确定工作台X方向和Y方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。工作台X方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。工作台Y方向采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。2. X轴步进电机参数确定及选择X参数选定与计算vx=2.0m/min=0.033m/s, Fx=180N, Px=Fxvx=6 W1）脉冲当量选择初选五相电机，按五相五拍工作时，步矩角=0.9,初定脉冲当量 =0.01mm/p, 丝杠导程tsP=5 mm,中间齿轮传动比i为: i=(tsP)(360)=0.95(3600.01)=1.25由i确定齿轮齿数为Z1=20,Z2=25,模数m=2mm,齿宽b1=12mm,b2=10mm(计算见后)2)等效传动惯量计算(不计传动效率)Jg1=(d14b1)32=(4)41.27.8510-332 =0.2104 kg.m2式中 钢密度=7.8510-3 kg/cm3同理,大齿轮转动惯量 Jg2=0.481104 kg.m2 由3表3-13初选滚珠丝杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=400 mm滚珠丝杠转动惯量 Js=(d04l)32=(2)4407.810-33210-4 kg.m2 =5.25104 kg.m2拖板及工作物重折算到电机轴上的转动惯量,拖板及工作物重之和约为8kgJw=(w/g)(tsP2) 2 i2 =8(0.52) 2 (1.25)2 =0.0325104 kg.m2因此,折算到电机轴上的等效转动惯量JeJe= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) i2 =0.2104 kg.m2+0.0325104 kg.m2+(0.481104 kg.m2 +5.25104 kg.m2) (1.25)2 =3.91104 kg.m2 3)等效负载转矩计算(以下为折算到电机轴的转矩)由3式(2-7)(2-9)可知:Mt=(Fx+Fy) tsP/(2i)= (180+0.06140) 0.005/(20.81.25)=0.171 N.mMf= (Ff tsP)/(2i)= (W tsP)/(2i)=(0.06800.005)/ (20.81.25)=0.0038m上述式中 丝杠预紧时的传动效率取 =0.8nmax=(vmax/)(/360)=(2000/0.01) (0.9/360)=500r/min取起动加速时间t=0.03 s初选电动机型号60BYG550B,矩频特性如下图所示,其最大静转矩 Mjmax=1.4 N.m,转动惯量Jm=0.46104 kgm2, fm=4000Hz.故 M0=(Fp0tsp)(2i) (1-02)= (1/3Fxtsp)(2i) (1-02) =(1/3) 1800.005(20.81.25) 1-(0.9)2=0.0003 N.m式中 Fp0滚珠丝杠预加负荷,一般取Fx/3 Fx进给牵引力(N) 0滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取0.9J=( Je +Jm)= 3.91104 kgm2+0.46104 kg.m2 =4.46104 kg.m2M=( Je +Jm)( 2nmax)/(60t)= 4.46104 (2500)(600.03)=0.7780N.mMq= Mmax+ Mf+ M0=0.7780+0.0038+0.0003=0.7821 N.mMc= Mt+ Mf+ M0=0.171+0.0038+0.0003=0.175 N.mMk= Mf+ M0=0.0038+0.0003=0.0068 N.m从计算可知, Mq最大,作为初选电动机的依据.Mq/ Mjmax=0.5580.9 满足所需转矩要求.4)步进电机动态特性校验Je /Jm=0.91/0.46=1.9 fLfc=v1max/(60)=500/(600.01)=833.3=2KtT1（u1）(ZHZE)2/dauH2(1/3)1).试选Kt=1.6, (由1表10-6)得材料弹性影响系数ZE189.8MPa2).(由1图10-30得)选取区域系数ZH=2.433,(由1表10-7)选取齿宽系数d1，3). （由1图10-26）查得a10.758，a2 0.76，则aa1+a2 1.5184).应力循环系数取j=1 所以 N1=60n2jLh=6012401(2830015)5.3568109 N2=N1/u=5.3568109/1.045.15081095）.（由1图10-19）查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.87,KHN2=0.88,6).（由1图10-21d）查得小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1=600MPa,大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa,7).计算疲劳强度许用应力，取安全系数S=1, H1KHN1Hlim1/S=0.87600/1522MPaH2KHN2Hlim2/S=0.88550/1484MPa8)计算小齿轮传递的转矩T1=95.5105Px/nx=15.6N.mm（2）.计算 1）.试算小齿轮分度圆直径d1t=21.615.62.5/（0.31.5181.04）（2.433189.8/503）2）（1/3）5.66 mm 2).计算圆周速度 v=d1tn1/(601000)0.37 m/s3).计算齿数b及模数mnt, b=dd1t=0.35.661.698 mmmnt=d1tcos/Z1=5.66cos14o/20=0.275 h=2.25mnt=2.250.275mm =0.619 mmb/h=1.698/0.619=2.7434).计算纵向重合度0.318dZ1tan=0.3180.320tan14o=0.4765).计算载荷系数K,（查1表10-2）得使用系数KA=1.25,根据v=0.37 m/s ,7级精度，由（1图10-8）查得动载系数Kv=1.01,（由1表10-4）查得KH的计算公式：KH=1.12+0.18(1+0.67d2) d2+0.2310-3b=1.15由b/h=2.743,(由1图10-13)查得KF=1.09, 由（1表10-3）查得KH=KF=1.2,故载荷系数K=KAKvKHKF=1.251.011.21.151.746）.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径d1=d1t(K/Kt)(1/3)=5.66（1.74/1.6）（1/3）=6.91 mm7).计算模数mn=d1cos/Z1=6.91cos14o/20=0.335 mm31).按齿轮弯曲强度设计mn=(2KT2YCOS2/dZ12)(YFYS/F)(1/3)计算载荷系数，K=KAKvKFKF=1.251.011.21.091.65根据纵向重合度0.476，由（1图10-28）查得螺旋角影响系数Y=0.94计算当量齿数Zv1=Z1/cos3=20/cos314o=21.89Zv2=Z2/cos3=21/cos314o=22.89由（1表10-5）查出,YFa1=2.72,YSa1=1.57,YFa2=2.69,YSa2=1.575,因为小齿轮弯曲极限强度FE1=500MPa,大齿轮FE2380MPa,由（1图10-18）得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85KFN2=0.88,取安全系数S=1.1F1KHN1FE1/S=386.36MPaF2KHN2FE1/S304MPa计算大、小齿轮YFa1 YSa1/F1并加以比较YFa1 YSa1/F12.721.57/386.36=0.011053YFa2YSa2/F2=2.691.575/3040.013937 取大齿轮数据2).设计计算mn=21.6515.60.940.013937(cos14)2/（0.32021.518）（1/3）0.1486mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数mn大于齿根弯曲疲劳强度计算得法面模数，取mn2 mm，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度计算得的分度圆直径d1=40mm ,来计算应有的齿数，于是有Z1=d1cos/mn=40cos14o/219.4，取Z120，则Z2uZ1=1.25254几何尺寸计算中心距 a=(Z1+Z2)mn/(2cos)=(20+21)2/（2cos14o）42.3 mm 所以圆整为43 mm按圆整后的中心距修正螺旋角arccos(Z1+Z2)mn/2a=arcos(20+21)*2/(2*43) =17o32, 因值改变不多，故参数、K、ZH等不必修正计算大、小齿轮分度圆直径d1=Z1mn/cos=20*2/cos17o32 =41.95 mmd2=Z2mn/cos=21*2/cos17o32 =44.05 mm计算齿轮宽度b=dd1=0.3*41.9512.6 mm所以取B2=13mm,为易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，所以小齿轮约为B1=10mm(四).X轴机械结构总体设计计算1.X轴滚珠丝杠设计计算(1)滚珠丝杠副的结构类型滚珠循环方式 由3表3-1查得,选择外循环插管式轴向间隙预紧方式 预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度.由3表3-2查得,采用双螺母垫片预紧方式.(2)滚珠丝杠副直径和基本导程系列由3表3-3查得,采用丝杠直径20mm,导程为5mm(3)滚珠丝杠精度等级确定丝杠有效行程 由3表3-4查得le=20mmlv=lu-le=400-20=380 mm精度等级 根据有效行程内的平均行程允许偏差ep=0.02/300*120*103=8查3表3-5得,精度等级为T2(4)滚珠丝杠副支承形式选择滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承.滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束.由3表3-6查得,采用一端固定一端游动(F-S)支承形式.(5)滚珠丝杠副的选择高速或较高转速情况 按额定动负荷CCj选择滚珠丝杠副Cj=(Fefw)/(fhftfafk)(60Lhne)/(106)1/3式中 Cj -滚珠丝杠副的计算轴向动负荷(N) Fe-丝杠轴向当量负荷(N). Fe=39.6N ne-丝杠当量转速(r/min). ne=500/5=100 r/min. Lh-丝杠工作寿命(h). 查考3表3-7得Lh=15000 h. ft-温度系数. 查3表3-8,得ft=0.70. fa-精度系数. 查3表3-9得fa=1.0 fw-负载性质系数. 查3表3-10得fw=0.95 fh-硬度系数.查3表3-11得fh=1.0 fk-可靠性系数.查3表3-12得fk=0.21计算得Cj=1147N(6)滚珠丝杠副校核临界压缩负荷 对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计算.不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用Fn表示Fn=3.41010(f1d24)(L02) K1式中 L0-最长受压长度.取400 mm f1-丝杠支承方式系数, F-S取2 d2-丝杠螺纹底径,取17.6 mmFn=1.361010Fmax临界转速ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f2-丝杠支承方式系数,F-S取3.927. Lc -临时转速计算长度. Lc =0.04m. d2-丝杠螺纹底径,取0.0176mncr=15750.9 r/min nmax取,同时验算丝杠另一个临界值d0n=20*1240=2480070000轴承选择校核由1表6-1选择深沟球轴承6201,由1表6-6选角接触球轴承7001C.校核(略)定位精度验算(略)(7)滚动导轨副的防护滚珠丝杠副的防护装置 ,采用专业生产的伸缩式螺旋弹簧钢套管.滚珠丝杠副的密封 滚珠丝杠副两端的密封圈如装配图所示.材料为四氟乙烯,这种接触式密封须防止松动而产生附加阻力.滚珠丝杠副的润滑 润滑剂用锂基润滑剂.2.X轴滚动导轨设计计算导轨的功用是使运动部件沿一定的轨迹运动,并承受运动部件上的载荷,即起导向和承载作用,导轨副中,运动的一方称作运动导轨,与机械的运动部件联结,不动的一方称作支承导轨,与机械的支承部件联结.支承部件用以支承和约束运动导轨,使之按功能要求作正确的运动.(1)选日本NSK滚动导轨,E级精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,f=1,fw=1.(2)寿命按每年工作300天,每天两班,每班8h,开机率0.8计,额定寿命为:Lh=10300280.8=38400 h ,每分钟往复次数nz=8L=(2lsnz60Lh)/(103)=(20.386038400)/ (103)=11059.2Km计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为0.8KN计算需要的动载荷CC=( fP)(fh ft fc f)(L/50)1/3=1.2 KN由3表3-20中选用LY25AL直线滚动导轨副,其C=1740 N, C0=2651 N.(3)滚动导轨间隙调整预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量.(4)润滑与防护润滑:采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘.防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命.防护方式用盖板式.(五) Y轴方案及参数计算1. Y轴步进电机参数确定及选择Y参数选定与计算vy=2.5 m/min=0.0416 m/s, Fy=140 N, Py=Fyvy=5.8 W1）脉冲当量选择初选五相电机，按五相五拍工作时，步矩角=0.9,初定脉冲当量 =0.01mm/p,丝杠导程tsP=5 mm,中间齿轮传动比i为: i=(tsP)(360i)=0.95(3600.01)=1.25由i确定齿轮齿数为Z1=20,Z2=25,模数m=2mm,齿宽b1=12mm,b2=10mm(计算见后)2)等效传动惯量计算(不计传动效率)Jg1=(d14b1)32=(4)41.27.8510-332 =0.2104 kg.m2式中 钢密度=7.8510-3 kg/cm3同理,大齿轮转动惯量 Jg2=0.481104 kg.m2 由3表3-13初选滚珠丝杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=400 mm滚珠丝杠转动惯量 Js=(d04l)32=(2)4407.810-33210-4 kg.m2 =5.25104 kg.m2拖板及工作物重折算到电机轴上的转动惯量,拖板及工作物重之和约为8kgJw=(w/g)(tsP2) 2 i2 =8(0.52) 2 (1.25)2 =0.0325104 kg.m2因此,折算到电机轴上的等效转动惯量JeJe= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) i2 =0.2104 kg.m2+0.0325104 kg.m2+(0.481104 kg.m2 +5.25104 kg.m2) (1.25)2 =3.91104 kg.m2 3)等效负载转矩计算(以下为折算到电机轴的转矩)由3式(2-7)(2-9)可知:Mt=(Fy+Fx) tsP/(2i)= (140+0.06180) 0.005/(20.81.25)=0.171 N.mMf= (Ff tsP)/(2i)= (W tsP)/(2i)=(0.06800.005)/ (20.81.25)=0.0038m上述式中 丝杠预紧时的传动效率取 =0.8nmax=(vmax/)(/360)=(2000/0.01) (0.9/360)=500r/min取起动加速时间t=0.03 s初选电动机型号60BYG550B,矩频特性如下图所示,其最大静转矩 Mjmax=1.4 N.m,转动惯量Jm=0.46104 kgm2, fm=4000Hz.故 M0=(Fp0tsp)(2i) (1-02)= (1/3Fytsp)(2i) (1-02) =(1/3) 1400.005(20.81.25) 1-(0.9)2=0.0003 N.m式中 Fp0滚珠丝杠预加负荷,一般取Fx/3 Fy进给牵引力(N) 0滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取0.9J=( Je +Jm)= 3.91104 kgm2+0.46104 kg.m2 =4.46104 kg.m2M=( Je +Jm)( 2nmax)/(60t)= 4.46104 (2500)(600.03)=0.7780N.mMq= Mmax+ Mf+ M0=0.7780+0.0038+0.0003=0.7821 N.mMc= Mt+ Mf+ M0=0.171+0.0038+0.0003=0.175 N.mMk= Mf+ M0=0.0038+0.0003=0.0068 N.m从计算可知, Mq最大,作为初选电动机的依据.Mq/ Mjmax=0.5580.9 满足所需转矩要求.4)步进电机动态特性校验Je /Jm=0.91/0.46=1.9 fLfc=v1max/(60)=500/(600.01)=833.3Fmax临界转速ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f2-丝杠支承方式系数,F-S取3.927. Lc -临时转速计算长度. Lc =0.27m. d2-丝杠螺纹底径,取0.0175 mncr=36686 r/min nmax取,同时验算丝杠另一个临界值d0n=20*1240=2480070000轴承选择校核由1表6-1选择深沟球轴承6201,由1表6-6选角接触球轴承7001C.校核(略)定位精度验算(略)(7)滚动导轨副的防护滚珠丝杠副的防护装置 ,采用专业生产的伸缩式螺旋弹簧钢套管.滚珠丝杠副的密封 滚珠丝杠副两端的密封圈如装配图所示.材料为四氟乙烯,这种接触式密封须防止松动而产生附加阻力.滚珠丝杠副的润滑 润滑剂用锂基润滑剂.2.Y轴滚动导轨设计计算导轨的功用是使运动部件沿一定的轨迹运动,并承受运动部件上的载荷,即起导向和承载作用,导轨副中,运动的一方称作运动导轨,与机械的运动部件联结,不动的一方称作支承导轨,与机械的支承部件联结.支承部件用以支承和约束运动导轨,使之按功能要求作正确的运动.(1)选日本NSK滚动导轨,E级精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,f=1,fw=1.(2)寿命按每年工作300天,每天两班,每班8h,开机率0.8计,额定寿命为:Lh=10300280.8=38400 h ,每分钟往复次数nz=8L=(2lsnz60Lh)/(103)=(20.186038400)/ (103)=36864 Km计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为0.12 KNP4=0.124=0.03 KN计算需要的动载荷CC=( fP)(fh ft fc f)(L/50)1/3=0.6 KN由3表3-20中选用LY25AL直线滚动导轨副,其C=1740 N, C0=2650 N.(3)滚动导轨间隙调整预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量.(4)润滑与防护润滑:采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘.防护装置的功能主要是防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命.防护方式用盖板式.(七)绘制装配图1.标注装配图尺寸、配合与精度等级。包括特性尺寸、最大体形尺寸、安装尺寸和主要零件的配合尺寸。2.写出工作台的技术特征。3.编写技术要求。4.对所有零件进行编号。5.列出零件明细表及标题栏。6检查装配图。 (八)电气原理图设计1.典型数控工作台电气原理图的说明单片机是把微型计算机的主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机,因而可以把它看成是一个不带外部设备的微型计算机。不同系列的单片机共同的特点是：控制功能强；体积小；功耗低；成本低。由于上述优越性能，单片机已在工业、民用、军用等工业控制领域得到广泛应用，特别是随着数字技术的发展，它在很大程度上改变了传统的设计方法。在软件和扩展接口支持下，单片机可以代替以往由模拟和数字电路实现的系统。如电气原理图所示的就是通过单片机及其外围接口实现的二坐标数控工作台电气原理图。它由8031型单片机、数据锁存器74LS373、存储器EPROM2764、RAM6264、地址译码器74LS138、并行I/O接口8255等集成电路构成。下面分别说明它们在整个控制部分中的功能、用法及其选择原则。（1）单片机的选择设计单片机应用系统，首先要设计其核心的单片机系统。从一开始就有一个单片机芯片选型问题。面对不同字长，如4位、8位、16位，各具特色的单片机芯片如何进行选择呢？首先要满足所设计系统的功能和性能要求；其次要选择价格较低的芯片，不要盲目追求过多功能和过高性能；另外要选择那些在国内有成熟的开发系统和稳定的供货来源。如采用流行普遍使用的芯片，资料丰富，能有效地缩短开发周期。本课程设计目的是设计一种经济型的二坐标数控工作台，其功能比较简单，成本低。因而这里选用MCS-51系列的8031单片机作为CPU，它具有良好的性能价格比，且易扩展。（2）外部程序存储器的扩展MCS-51的程序存储器空间为64K字节。对于片内无ROM的单片机（如8031），或当单片机内部程序存储器容量不够时，进行程序存储器的扩展是必不可缺的。半导体存储器EPROM、EEPROM、ROM等在原理上都可用作单片机的外部程序存储器。由于EPROM价格低廉，性能可靠，所以单片机外部扩展的程序存储器一般为EPROM芯片（紫外线可擦除、电可编程的只读存储器），掉电后信息不会丢失。在选择外部程序存储器电路时，应注意电路的读取时间能否与MCS-51的PESN信号匹配。其片选端接地。由于本设计程序容量不大，因而选用2764作为外部程序存储器。（3）外部数据存储器的扩展对大多数控制性应用场合，MCS-51系列单片机内部RAM已能满足系统对数据存储的要求。对需要较大容量数据缓冲器的应用系统，就需要在单片机的外部扩展数据存储器。在电气原理图中根据设计功能要求选用一片6264作为外部数据存储器。图中其高5位地址线A8A12由8031的P2.0P2.4口线提供，低8位地址线A0A7接地址锁存器74LS373输出端。读、写控制信号分别接8031的RD、WE。其片选信号通过地址译码法进行选通。（4）I/O口扩展电路本课程设计因采用步进电机作为驱动装置。为了降低成本，特采用可编程外围并行接口芯片8255。使其不仅完成驱动步进电机的功能，同时完成与键盘/显示器的接口操作功能。（5）显示器接口设计电气原理图中，由10片共阳极LED显示块拼成10位LED显示器。为了简化硬件电路，采用动态显示方式。即所有位的段选线相应地并联在一起，由8031的P1.0P1.7口来控制LED显示器的段码，而各位的位选线分别由相应的I/O口线控制。即PC0PC7、PB6PB7共10个I/O口线控制，实现各位的分时选通。为了保证各位LED能够显示出本位相应的显示字符，而不出现闪烁，导致人眼看不清，必须根据人眼视觉暂留现象，选择一个合适的扫描频率。图中选用74LS07进行同相驱动。（6）键盘接口电路设计键盘实质上是一组按键开关的集合。电气原理图中采用矩阵式键盘接口，键盘接口电路通过8255（U5）的PA0PA3和PC0PC7、PB6PB7构成行、列线。按照逐行逐列地检查键盘状态（即扫描）来确定闭合键的位置。（7）步进电机的接口电路设计对于本课程设计中选用的步进电机，为五相，无论它工作在什么方式，都需要五路控制电路，并且每一路对应于步进电机的一相。而每一路控制电路的结构是一样的。电气原理图中通过8255（U5）的PB0PB4分别控制X方向步进电机的五相。对于Y轴步进电机通过8255（U6）的PC0PC4分别控制Y方向步进电机的五相。（8）其他1）电源 整个系统的供电部分由3图4-11提供。2）限位开关及其反馈信号检测选择限位开关时可根据额定电压、额定电流、开启频率、触点数等参数进行。选择行程开关，安装于导轨的两端。其作用是控制信号的通断，然后由单片机系统检测该信号的有无，实现控制电机的换向与否的目的。原理图中通过8255（U5）的PA4PA7口检测步进电机是否到位，从而采取相应的控制措施。6 刀具夹具设计夹具设计技术要求：1保证工件加工的各项技术要求要求正确确定定位方案、夹紧方案，正确确定刀具的导向方式，合理制定夹具的技术要求，必要时要进行误差分析与计算。2具有较高的生产效率和较低的制造成本为提高生产效率，应尽量采用多件夹紧、联动夹紧等高效夹具，但结构应尽量简单，造价要低廉。3尽量选用标准化零部件尽量选用标准夹具元件和标准件，这样可以缩短夹具的设计制造周期，提高夹具设计质量和降低夹具制造成本。4夹具操作方便安全、省力为便于操作，操作手柄一般应放在右边或前面；为便于夹紧工件，操纵夹紧件的手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间；为减轻工人劳动强度，在条件允许的情况下，应尽量采用气动、液压等机械化夹紧装置。5夹具应具有良好的结构工艺性所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整和维修。在本设计中，考虑到刀具重量较轻，属于小零件，又因为刀具小端外径410，因而夹具部分开孔直径为，工作时，通过扳手螺丝将其紧固，方便加工，提高效率。7 砂轮设计与使用要求砂轮是磨削的主要工具，它是由磨料和结合剂构成的多孔物体。其中磨料、结合剂和孔隙是砂轮的三个基本组成要素。随着磨料、结合剂及砂轮制造工艺等的不同，砂轮特性可能差别很大，对磨削加工的精度、粗糙度和生产效率有着重要的影响。因此，必须根据具体条件选用合适的砂轮。 砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、结合剂、形状及尺寸等因素来决定，现分别介绍如下。 7.1 磨料及其选择磨料是制造砂轮的主要原料，它担负着切削工作。因此，磨料必须锋利，并具备高的硬度、良好的耐热性和一定的韧性。常用磨料的名称、代号、特性和用途见表1 。 表1 常用磨料 类 别 名 称 代号 特 性 用 途 氧化物系 棕刚玉 A(GZ) 含 9196% 氧化铝。棕色，硬度高，韧性好，价格便宜 磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁、硬青铜等 白刚玉 WA(GB) 含 9799% 的氧化铝。白色，比棕刚玉硬度高、韧性低，自锐性好，磨削时发热少 精磨淬火钢、高碳钢、高速钢及薄壁零件 碳化物系 黑色碳化硅 C(TH) 含 95% 以上的碳化硅。呈黑色或深蓝色，有光泽。硬度比白刚玉高，性脆而锋利，导热性和导电性良好 磨削铸铁。黄铜、铝、耐火材料及非金属材料 绿色碳化硅 GC(TL) 含 97% 以上的碳化硅。呈绿色，硬度和脆性比 TH 更高，导热性和导电性好 磨削硬质合金、光学玻璃、宝石、玉石、陶瓷、珩磨发动机气缸套等 高硬磨 料系 人造金刚石 D(JR) 无色透明或淡黄色、黄绿色、黑色。硬度高，比天然金刚石性脆。价格比其它磨料贵好多倍 磨削硬质合金、宝石等高硬度材料 立方氮化硼 CBN (JLD) 立方型晶体结构，硬度略低于金刚石，强度较高，导热性能好 磨削、研磨、珩磨各种既硬又韧的淬火钢和高钼、高矾、高钴钢、不锈钢 注：括号内的代号是旧标准代号。 7.2 粒度及其选择 粒度指磨料颗料的大小。粒度分磨粒与微粉两组。磨粒用筛选法分类，它的粒度号以筛网上一英寸长度内的孔眼数来表示。例如 60 # 粒度的的磨粒，说明能通过每英寸长有 60 个孔眼的筛网，而不能通过每英寸 70 个孔眼的筛网。微粉用显微测量法分类，它的粒度号以磨料的实际尺寸来表示（ W ）。各种粒度号的磨粒尺寸见表2 。 表2 磨料粒度号及其颗粒尺寸磨 粒 磨 粒 微 粉 粒度号 颗粒尺寸（ mm ） 粒度号 颗粒尺寸（ mm ） 粒度号 颗粒尺寸（ mm ） 14 # 16001250 70 # 250200 W40 4028 16 # 12501000 80 # 200160 W28 2820 20 # 1000800 100 # 160125 W20 2014 24 # 800630 120 # 125100 W14 1410 30 # 630500 150 # 10080 W10 107 36 # 500400 180 # 8063 W7 75 46 # 400315 240 # 6350 W5 53.5 60 # 315250 280 # 5040 W3.5 3.52.5 注：比 14 # 粗的磨粒及比 W3.5 细的微粉很少使用，表中未列出。 磨料粒度的选择，主要与加工表面粗糙度和生产率有关。 粗磨时，磨削余量大，要求的表面粗糙度值较大，应选用较粗的磨粒。因为磨粒粗、气孔大，磨削深度可较大，砂轮不易堵塞和发热。精磨时，余量较小，要求粗糙度值较低，可选取较细磨粒。一般来说，磨粒愈细，磨削表面粗糙度愈好。 不同粒度砂轮的应用见表3 。 表3 不同粒度砂轮的使用范围砂轮粒度 一般使用范围 砂轮粒度 一般使用范围 14 # 24 # 磨钢锭、切断钢坯，打磨铸件毛刺等 120 # W20 精磨、珩磨和螺纹磨 36 # 60 # 一般磨平面、外圆、内圆以及无心磨等 W20 以下 镜面磨、精细珩磨 60 # 100 # 精磨和刀具刃磨等 7.3 结合剂及其选择 砂轮中用以粘结磨料的物质称结合剂。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及抗腐蚀能力主要决定于结合剂的性能。常用的结合剂种类、性能及用途见表4 。 表4 常用结合剂名 称 代号 性 能 用 途 陶瓷结合剂 V(A) 耐水、耐油、耐酸、耐碱的腐蚀，能保持正确的几何形状。气孔率大，磨削率高，强度较大，韧性、弹性、抗振性差，不能承受侧向力 V 轮 35m/s 的磨削，这种结合剂应用最广，能制成各种磨具，适用于成形磨削和磨螺纹、齿轮、曲轴等 树脂结合剂 B(S) 强度大并富有弹性，不怕冲击，能在高速下工作。有摩擦抛光作用，但坚固性和耐热性比陶瓷结合剂差，不耐酸、碱，气孔率小，易堵塞 V 轮 50m/s 的高速磨削，能制成薄片砂轮磨槽，刃磨刀具前刀面。高精度磨削。湿磨时切削液中含碱量应 1.5% 橡胶结合剂 R(X) 弹性比树脂结合剂更大差，强度也大。气孔率小，磨粒容易脱落，耐热性差，不耐油，不耐酸，而且还有臭味 制造磨削轴承沟道的砂轮和无心磨削砂轮、导轮以及各种开槽和切割用的薄片砂轮，制成柔软抛光砂轮等 金属结合剂 ( 青铜、电镀镍 ) J 韧性、成型性好，强度大，自锐性能差 制造各种金刚石磨具，使用寿命长 注：括号内的代号是旧标准代号。 7.4硬度及其选择 砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在磨削力作用下脱落的难易程度。砂轮的硬度软，表示砂轮的磨粒容易脱落，砂轮的硬度硬，表示磨粒较难脱落。砂轮的硬度和磨料的硬度是两个不同的概念。同一种磨料可以做成不同硬度的砂轮，它主要决定于结合剂的性能、数量以及砂轮制造的工艺。磨削与切削的显著差别是砂轮具有“自锐性”，选择砂轮的硬度，实际上就是选择砂轮的自锐性，希望还锋利的磨粒不要太早脱落，也不要磨钝了还不脱落。 根据规定，常用砂轮的硬度等级见表5 。 表5 常用砂轮硬度等级硬度 等级 大级 软 中 软 中 中 硬 硬 小级 软 1 软 2 软 3 中软 1 中软 2 中 1 中 2 中硬 1 中硬 2 中硬 3 硬 1 硬 2 代 号 G (R 1 ) H (R 2 ) J (R 3 ) K (ZR 1 ) L (ZR 2 ) M (Z 1 ) N (Z 2 ) P (ZY 1 ) Q (ZY 2 ) R (ZY 3 ) S (Y 1 ) T (Y 2 ) 注：括号内的代号是旧标准代号；超软，超硬未列入；表中 1 ， 2 ， 3 表示硬度递增的顺序。 选择砂轮硬度的一般原则是：加工软金属时，为了使磨料不致过早脱落，则选用硬砂轮。加工硬