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冰刀研磨机设计【7张图/19900字】【优秀机械毕业设计论文】

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A0-总装配.dwg

A2-y轴支架.dwg

A2-y轴滑板.dwg

A2-主轴.dwg

A2-支撑架.dwg

A4-夹具1.dwg

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关键词：: 冰刀研磨机设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。41页。19900字左右。
任务书一份。

图纸共7张，如下所示
A0-总装配.dwg
A2-y轴支架.dwg
A2-y轴滑板.dwg
A2-主轴.dwg
A2-支撑架.dwg
A4-夹具1.dwg
A4-夹具2.dwg

目录
摘要......................................................................................................1
ABSTRACT.......................................................................................2
1绪论.................................................................................................3
1.1 研究的背景、目的和现实意义.............................................................................3
1.2 冰刀研磨技术概述..............................................................................4
1.3 国内外研究状况........................................................................................6
1.4 主要内容............................................................................................6
2 冰刀研磨机总体结构.............................................................................................8
2.1 冰刀研磨机的主要指标.........................................................................................8
2.2 冰刀研磨机的基本要求........................................................................................8
2.3 冰刀研磨机总体布局............................................................................................8
2.4 主要部件的设计和选择...................................................................................... 10
2.5 磨削力的计算 ................................................................................12
2.6 冰刀的裝夹技术........................................................................... 12
2.7 本章小结.................................................................................... 15
3 冰刀研磨的数控加工工艺.................................................................................... 16
3.1 数控研磨的特点.............................................................................. 16
3.2 影响冰刀研磨质量的因素.................................................................................. 16
3.3 磨料的选择...................................................................................... 18
3.4 砂轮的结构...................................................... ...............................19
3.5冰刀与砂轮位置关系............................................................................................19
3.6 砂轮的修整.......................................................................................... 20
3.7 本章小结.......................................................................................22
4 冰刀研磨机控制系统方案.....................................................................................23
4.1 系统的硬件结构.................................................................................................. 23
4.2 研磨的运动控制分析.......................................................................................... 23
4.3 砂轮恒线速度的控制.......................................................................................... 24
4.4本章小结..............................................................................................25
5 冰刀研磨机机械结构的几何建模.........................................................................26
5.1 SOLID Edge软件简介 .....................................................................................26
5.2 冰刀研磨机机械结构实体建模过程...................................................................26
5.3 本章小结 ..........................................................................................27
6 总结与展望.................................................................................................. 32
7 参考文献..................................................................................................33

冰刀研磨机设计

摘要

冰上运动的发展对冰刀质量提出了更高的要求，可是冰刀的手工研磨自动化程度低，研磨质量和效率难以得到保证。在国内，本文首次将数控方法应用到冰刀研磨当中去。冰刀的数控研磨需满足设备便携、工艺简单、控制精确、研磨精度高等方面的要求。本文结合国家体育总局冬奥会攻关项目“便携式数控冰刀测量与研磨机的研制”，围绕上述要求进行了系统的深入研究，具体内容如下：
首先，冰刀数控研磨机的便携性主要体现在其设备本身的质量和体积上。本文针对影响冰刀研磨设备便携性的因素，提出了两点实现设备便携性的方法。确定了冰刀研磨机的总体布局和关键元部件的选取，冰刀采取立式，工作台采取卧式，尽量缩小设备的尺寸。PC 机通过打印机接口直接连接冰刀研磨设备，实现 PC 机直接数控，从而去掉了传统数控设备中的工控机，以满足冰刀研磨机便携性的要求。
其次，本文分析了影响冰刀加工质量的因素。结合这些因素，制定了冰刀研磨的加工工艺。冰刀采取粗磨、精磨、抛光磨三级研磨，控制系统根据研磨总量自动生成研磨工艺。研究设计了冰刀研磨的专用砂轮，同时根据砂轮的磨损机理，提出了砂轮修整方法。
最后，在基于华中开放数控平台的基础上，开发了冰刀研磨的系统控制软件。设计了冰刀研磨砂轮的特殊运动方式采用 CNC-PLC 模拟量单元的数据及信号处理环节，用变频器来实现对砂轮主轴电机的控制从而保证砂轮以恒定的线速度进行研磨加工。将面向对象编程技术应用到冰刀的数控编程中，使数控编程变得简单易懂。系统软件提供了友好的人机界面，使人机交互变得容易，更适合于运动员操作使用，同时，系统还提供了加工在线仿真功能，使研磨加工过程变得形象而具体。

关键词：冰刀数控研磨机便携式砂轮修整面向对象编程

Abstract

The development of ice-sports brings more demands to the quality of skates. Aiming at the disadvantages of skates hand-whetting which are poor quality, low automation and efficiency, skates numerical control whetting is proposed in this thesis. Combining with the project of “Development and Research of Portable Numerical Control Skates Muller” from National P.H general bureau, systemic research on the portability and precision and whetting process of skates is madden in this thesis.
Firstly, portability is a very important key demand of skates muller, it is mainly embodied in its equipment. After the analysis of effect factors of portability, two methods are put forward according to equipment portability. The general layout of skates muller and its key parts are brought out. Skates are equipped upright, workbench is mounted horizontally，shorten the size of equipment as possible as can. Through the self-made circuit board that connected with the print port, skates muller is treated as peripheral equipment and is controlled by PC directly. Special skates clamp is developed in order to ensure the fastness rigidity.
Secondly, the factors that influence the precision of skates, are analyzed. Based on these analyses and general amounts of skates, the process of whetting can be created automatically by control system. The whetting can be carved off three steps: rough whetting, accurate whetting, and polishing whetting. the researches on the grade whet of skates, the structure of grinding wheel are given. The adjustment method of grinding wheel is given based on the research of wear and tear mechanism.
Finally, on the basis of hardware system of HNC ( Numerical Control ), the control system of whetting of skates is brought out. the special motion of grinding wheel is proposed. Through CNC-PLC data and tache of signal disposals of simulation unit, principal axis AC motors is controlled by transducer. hence, the constant thread speed of grinding wheel combining with the principal axis motor is gained. the object-oriented programming is used in the muller’s control system, which provides the friendly interface that causes the alternations between machine and operator to become easier, and suits for athletes. And system also provides online simulation of machining process which makes the whetting process more visually.

Keywords: Skates NC muller Portable Adjustment of grinding wheel
Object-Oriented Programming

设计题目：冰刀研磨机的设计

内容提要：
本文针对影响冰刀研磨设备便携性的因素，提出了两点实现设备便携性的方法。
确定了冰刀研磨机的总体布局和关键元部件的选取，冰刀采取立式，工作台采取
卧式，尽量缩小设备的尺寸 PC 机通过打印机接口直接连接冰刀研磨设备，实现
PC机直接数控，从而去掉了传统数控设备中的工控机，以满足冰刀研磨机便携性
的要求。
其次，本文分析了影响冰刀加工质量的因素。结合这些因素，制定了冰刀研磨
的加工工艺。冰刀采取粗磨、精磨、抛光磨三级研磨，控制系统根据研磨总量自动
生成研磨工艺。研究设计了冰刀研磨的专用砂轮，同时根据砂轮的磨损机理，提出
了砂轮修整方法。
最后，在基于开放式数控平台的基础上，开发了冰刀研磨的系统控制软件。
设计了冰刀研磨砂轮的特殊运动方式。采用 CNC-PLC 模拟量单元的数据及信号处理
环节，用变频器来实现对砂轮主轴电机的控制，从而保证砂轮以恒定的线速度进行
研磨加工。将面向对象编程技术应用到冰刀的数控编程中，使数控编程变得简单易懂。
系统软件提供了友好的人机界面，使人机交互变得容易，更适合于运动员操作
使用，同时，系统还提供了加工在线仿真功能，使研磨加工过程变得形象而具体。
指导教师评语
同学设计的题目是冰刀研磨机的设计，立题指导思想明确，结构设计合理可行，设计原理正确无误，毕业设计计算说明书条理层次较为清楚，撰写思路清晰，语言流畅简练，逻辑性较强，计算内容规范准确，文献引用合理，科学性较强，设计的软件能够正常运行，图纸设计合理，设计思路和功能实现上，都有自己一定的想法，并得到了初步实现，
同意该生参加答辩，建议成绩评定为良好

冰刀研磨机设计

内容简介：: 计算机辅助设计 34（ 2002） 807 814 计算机科学与工程学院，南佛罗里达大学， 4202福勒大道，英 118，坦帕佛罗里达州 33620，美国系 3035大橡树圈，泰勒，到 2001年 5月 29日 ;经修订的 2001年 7月 23日 ;接受 2001年 7月 26日摘要一个算法逼近任意主要思想是近似与后用方法使用的参数配方适当使用参数曲线的几何设计。该方法在数控是最有用的，以沿驱动所述切割器直线或圆弧路径。科学有限公司保留所有权利。关键词：曲线近似 ; 线和曲面 ;算法 1引言近似的数据，点，线或任意曲线，用各种形式的曲线是在一个基本操作工程设计。逼近直线和圆弧是特别重要的，因为该简单起见这些曲线的能力，并且由于的铣床沿直线移动，圆形路径 12,19。逼近数据被通过弧7,9,15,18,21,22,25,26已调查门控过去。逼近给定曲线 1,4,8,10,11,14,15,22,24,27也一直的主题广泛的研究。因为固有的限制圆逼近，双圆弧逼近是迄今为止还不如很好的研究数据所花键的逼近。本文提出了一个近似的曲线由一组双圆弧曲线向用户指定内宽容。该方法的主要思想总结，如下：通过多边形逼近近似与其结束点位于多边形曲线上，且其末端切线的切线曲线采取的双圆弧的终点 ; 曲线位于从给定的在公差范围内的曲线。本文的结构如下。在第 2节一双圆弧配方给予，其次是第 3节，其中在近似方法的细节介绍。一些测试和例子在第 4节的纸张前关闭了一些结论。 2双圆弧配方在 20世纪 70年代 2,3,21 ，研究一直在持续，虽然比较温和，直到今天 9,13,15,20,22,23,26 。利用两个圆弧代替的想法之一，是由于这一事实，即圆弧所无法比拟的两端点和两个端相切条件。选择两条曲线，即分段曲线，这些条件很好地满足。更精确地说，给定的两个位置和两个单元结束切线一个件明智的圆弧寻求使：它传递至它是切线为 s，并在到弧加入在一般情况下，两个圆弧是令人满意的，但是，一些特殊情况下需要 4个圆弧。绝大多数双圆弧配方坐标依赖于系统中，计算各个半径基于角度和三角学。虽然这是一个正确的做法，它是不恰当的参数曲线的世界。下面我们给所独立的坐标系统中的推导并依托完善的图参照图如图 1所示，未知控制点 3被寻求。下面，欧几里德突起3 首先被计算，然后适当的权重被分配给它们。由于端切线被假定为单位的长度，我们得到因为圆的控制三角形必须是一个等腰三角形，下面必须持有这相当于和入其中。计算点积公式中。（ 3），一个得到简化后唯一的未知数的方程。（ 6）是常数 a和 b。各种条件可以在比 A / 在本研究，您的选择是设置 B，在此之后，通用公式简化为式。（ 6）是一个类似于在参考文献中找到。 13与选择的 b 为与文献一致。这种选择不仅使计算简单，它成为关键再生循环数据。在一般情况下，方程（ 7）总是有一个正根，它与方程在一起（ 1）唯一确定的未知控制点。上述配方的吸引人之处在于特殊情况下，很容易识别和计算。这些情况出现时；第一个条件意味着该端的切线平行，而第二状态，该结束的矢量和切线垂直于弦连接的端点中的平行端切线以构建无解二次方程。该第二种类型的特殊情况是由接头 2 决一起在弦接合结束点的中点，使用切线作为结束切线的平分线方向蒸发散。表达式，除还需要控制点，节点值和权重。为双弧双圆弧曲线设那么节点矢量简直是它可以重新缩放到任何其他跨度以产生更一般形式权重分配如下其中 2 表示第一个的一半扫描角度和第二圆弧，分别。对于符号上的便利，我们开始与曲线定义。度定义为如下：其中加权控制点，以及样条给定一个用户定义的公差 E，分段寻求使双圆弧不会从曲线偏离大于 E。也就是说，对于任何给定的点其中图 2，多边形分解为了获得这种近似，下面概念性程序被应用，图 2：获得的 /2; 偏移通过 e/2在每个方向上的多边形来获得脂肪宽度和构建分段位于内脂肪多边形。由于 E /2多边形逼近，原果接近曲线内。因此，第一个目标是获得一个形分解曲线。基本上有两种多边形分解为：（ 1）参数 ;和（ 2）的几何。该参数分解来计算一组参数，其中多边形的顶点被假定。为了避免整个计算，如弯曲，同样的间隔参数进行计算。如果曲线是参数在 0， 1，点的数量计算如下 : 其中定 n，则多边形分解需要计算点的 1 / n 增量。虽然这是一个非常简单的方法，并且它工作相当充分的公差大，它有许多不足之处：它是参数化依赖，同样的曲线，即不同的参数化可能会大大不同的衍生工具，因此点数 ;计算一个尖锐界的二阶导数是一个具有挑战性的问题，特别是对理性的曲线 ;和在式趋于过采样的曲线相当多的使算法中一个缓慢的下降（见表 1）。其中 l示 P 之间为什么因是直线双重的：（ 1）个体及（ 2）细分将这两种方法的比较，发现在表 1所示的测试曲线。 2， p 和然，对于高精密制造础的方法提供点的望而却步使在 10 的范围 23 1024它过样品以 25 的平均系数，因此，在这研究几何方法选择。错控制由于顶点的一个子集中，目的是要检查双圆弧，装到切线那里，是可以接受的近似。也就是说，双圆弧必须在 S， 2。的核心要素差错控制的是距离的计算之间的线段 3。假设这两个点是圆弧的扫描角范围内，该距离是德定义为如表 1 图 3。线段和圆弧的距离点 M 是中心 C 的垂直投影到线段如果其中一个点是不属于扫掠角，线段是夹相对于的边界射线和新业务进行测试。如果两个点的后掠角外，线段是不接受和谓的定义，是返回。现在，给定一个双圆弧曲线和多边形，则算法过程如下。 1，对于每个顶点，第二最接近的双圆弧。请注意，一个多边形顶点可以更加扫描角度范围内谎言不止一个双圆弧。 2，对于每个多边形计算腿从距离参与第一步中获得的圈子。一些例子示于图 4 所示。图 4（ a）示出了 C 形双圆弧中，几乎所有的点都在范围内扫两个段朝向的双圆弧的中间被分割，使得第一部分被测试靠第一圆弧，而第二个是针对测试第二电弧。一个（ b）所示。只有一个弧是从每个点可见，两个多边形必须被分割为成功的错误检查。图。图 4（ c）所示。当端部切线的矢量和是特例垂直于弦。有几个点是从可见 3个圆弧，并且只有一条腿分割是必要的，因为所有的点都在各自最亲密的弧线，只有一个除外。特殊情况下的直线，由共线端部的切线定义的，是在图 1 所示。图 4（ d）所示。所有点都必须突出到内部线段的一部分并且必须是在公差范围内。图 4（ a）与点的子集。（ b）（ c）四部分双圆弧与点的子集。（ d）简并双圆弧与点的子集。图 4 （ a）（ b） S- 双圆弧拟合给出的双圆弧配方和误差控制机制，一个非常强大的算法可以被设计为近似任意算法的主要步骤概述如下。 1，分解的线进入的至少连续性。即，从输入的曲线具有多重性的结不到的程度提取物片段。后面这一步的原理是捕捉到尖点或直线段。如果一个轮廓曲线包含了弯道，直线和圆弧，这些段通常由多重海里等于拼凑度。 2，对于每个至少操作步骤如下。获取一个多边形分解为 E / 2 。同时存储多边形的顶点以及参数，其中这些顶点假设。计算单元的切线在多边形的顶点。段顶点设置成一个子集，从而使装一块 1矢量由下式计算交界处的弦长参数化点作为概括为两部分以上。编双圆弧与点的子集。（ c）四部分双圆弧与点的子集。（ d）简并双圆弧与点子集。都在从多边形逼近宽容，其数量优能是许多形式，例如弧的最小数目，最小平均误差，最小曲率范围等经验表明这种计算最佳是相当昂贵甚至有可能不会产生美观的曲线。该这是应用方法是一个简单的搜索技术，尝试第二最长的圆弧一旦一个起点和一个开始切线计算。该方法首先找到最长的电弧从起始开始。一旦第一电弧被发现时，增量置为开始和结束索引之间的差。这个想法是从计算机图形借来的，被称为一致性原则。即，预期的第 i 2 1 ）个人做。如果碰巧第终指数科延伸。二进制搜索开始一旦点设置能由一个近似电弧所需的公差范围内。即使在上述分割方法不严格优化，实践经验表明，此外，根据一致性原则，使搜索该算法相当快，因为每个新的双圆弧建设要求不超过几个迭代多。图 5示出了该算法的工作。该线）和原始曲线（虚线）示于图图 5（ a ）使用为了更好地可视化，该控制点在图上被关闭。 5（ b）所示。图 5（ c ）是关键始曲线（虚线），该双圆弧逼近（固体）为以及多边形逼近（实线），是内脂肪多边形。图。图 5（ d ）（六）目前曲率曲线的耐受元代，分别为。注意变化在沿原曲线的曲率。该双圆弧近似的目的是要再现的形状这条曲线有一个阶梯函数。这清楚地表明这更适合于双圆弧近似的曲线是那些已经顺利曲率变化。它采取了 10 公差夺回路径的弯曲的细节节，图 5 （ f）所示。请注意，两个小区不重叠由于在这两条曲线的参数的差（原线和它的双圆弧逼近）。然而，曲率情节无论是外形，以及作为峰相当不错转载。 4，测试和实例上述算法已经过测试的各种数据集，包括开放式和封闭式的曲线。我们能够实时近似任意线最多 27 宽容在作站上。错误检查也被执行，并且发现，该近似是很好的给定公差，即在大多数情况下，内最大误差被认为是比一半稍多的需要宽容。两个测试案例示于图 6和 7所示。图 6（ a）表示的直链曲线的双圆弧近似和、图 a）双圆弧近似： = （ b）双圆弧逼近，控制点关闭： = （ c）双圆弧逼近脂肪多边形： = （ d）曲率曲线 ;。 = （ e）曲率曲线： =0曲率图：。 = 尖角使用率曲线示于图。图 6（ b）和（ c）为 22的公差和 25，分别为。请注意如何做好峰以及该的曲率情节形状近似。一种鞋内底的设计示于图。 7，鞋垫是由数字化的点插值得到的，随后它被近似双圆弧。图。图 7（ a）显示原始曲线和它的双圆弧逼近（与控制点）为电子率图是图 7（ b）和（ c）为公差 24。请注意在图重叠。这是因为这两个曲线参数都以相同的方式，即采用弦长参数化。一个合法的问题是，为什么没有参数化的双圆弧相同的方式，原始曲线是参数化的答案是双重的：（ 1）双圆弧不需要任何参数化，即用 1给出了紧凑存储和（ 2）多输入曲线不是很好参数化的，它是继承一个不那么好一个参数化。一个有趣的问题是如何做的次数圆弧 ,表 2 示出上图的曲线进行了实证研究的结果。表 2 图 a）双圆弧逼近的例子： = （ b）曲率曲线： = (c) 曲率曲线： = a）双圆弧逼近的例子： = （ b）曲率曲线： = （ c）曲率曲线： =际测试证实，由于耐受性下降由数量级，段数大致双。这实际上是一个相当合理的增长考虑到减少的十倍。 5 结论 1 双圆弧曲线的特殊配方参数使得该方法适用于一个模环境。该算法是稳健的几乎所有操作都是几何计算，如线交点，点的预测，以及各种矢量操作，如点和交叉产品。因为计算的简单性，算法的实时即使是在普通的作站上执行高达约 27。该方法是最合适在工程应用中，原始曲线已经顺利曲率变化，输出曲线都必须是直线或圆弧，或致谢作者感谢教授正日对他们的许多宝贵的意见和批评。参考文献 1安江，金，何，李的 1圆弧的二次样条逼近算机辅助设计 1998 ， 2 E 。数控：数学与应用。新纽约：约翰威利父子， 1972。 3 博尔顿公里。双圆弧曲线。计算机辅助设计 1975; 4 庄高脑辅助设计 1999 ; 5 菲利普 D，，算机辅助几何设计 1986; 6 里的里森费尔德射频。对于计算机的理论发展代和分段多项式曲面的显示。式分析与机器智能交易 1980; 2（ 1） 7 算机辅助设计 1992 ; 8 ，螺旋由分段曲线朴子脑辅助设计 1984 ; 16 （ 2）： 9 温顺的沃尔顿的算机辅助设计 1992 ， 10 温顺的沃尔顿的过逼近二次算机辅助设计 1993 ， 11 温顺的沃尔顿的圆弧逼近光滑的平面曲线样条曲线。计算与应用数学 1995 , 12 摩的帕金森数据库。双圆弧技术的应用数控加工。计算机辅助工程设计杂志 1991 ; 13 W，马丁分几何应用于曲线和面设计，第一卷 1988 。 14 王仓颉，王渝生，罗羟色胺，香港为优化方法样条曲线的双圆弧曲线拟合。电脑辅助设计 1996 ， 15帕金森数据库，摩的最佳双圆弧曲线拟合。电脑计算机辅助设计 1991 ， 16 算法进行粗加工。电脑辅助设计 1986 ， 17 时，微耕机二版，纽约：施普林格 1997 。 18 ，分蘖技术报告计算机科学，南佛罗里达大学 19邱红，程 K，李彦最优圆弧插补的脑辅助设计 1997 20 R ，段圆形曲线几何建模。研究和开发的 987; 21萨宾马。对于数值代表性利用分段形式化形。报告 1977 ; 22 脑辅助设计 1993 ， 23 苏，刘丹计算表面建模。纽约：学术出版社，1989 。 24由圆弧样条十阳逼近丁王伟，编辑。几何建模和处理2000托斯，。 25杨沃尔顿的线拟合与圆弧样条的具路径一代。计算机辅助设计 1994 ， 26 用胡 S M ，孙洁离散数据的近似的注意事项算机辅助设计 1999 莱斯答荷兰国际集团，南佛罗里达大学，坦帕，美国佛罗里达州的一个教授。他的研究兴趣在何建模，数据结构和算法，计算机图形和软件工程上。他花了很多时间研究和实施在学术界门庭几何算法以及在工业上。他的教科书，是由担任作为编辑器的计算机辅助设计。韦恩分蘖是司的总裁，很专业的技术，熟练的使用拥有 28年应用数学计算上的经验，致力于科学和软件开发。自 1981年以来，他开展研究和实施软件。就有关于这一主题发表了大量的论文。 97111789965808784507750114507450975074501129711611697116112119981161191161141168410911797 10211197105103100117112998410910510911710511099116100116999710811199112113 698376651141146797666797115651001121081119799991111181021059710111110510065981151089797105111112105981111161111169997981111169911610910911610997115108971129165116100986798719110498105105116112651161039910497981161151111146611111611410510597989710598102110971159711697111100981159897 111989911611997 11584109105111116109971151029711678999897 11611997116979911697116101112111116989710411911611111111611210597102738350 102105103102988351 1111169710997112831191159997105116101100108979711649919711410499113109117116112100841051111171169710511110510011611610211697 97991091019711610199679910597 991169997109771121031161128080117136 136 99971051151151161051121161051051169797979711697106105719911410297103109111981029799100991161141149811111097105116119111112996610397 11610599115105114111116119101781026851405645 102109113 6983766511411483671124080103841167049116117991121156611669112971168311610111697971169811111711910380801169911611197 10998971059111610210910497 98 10510111697989799971026711610011210569401151111038448 1111171056940971169997 98989711611611597 989711911610310111411648 136 105109991151059899105991007311610399694010497 11411911611969401001161179911297102111116971021051169997101105979984971191238648 116115115116116118115111116101116991111121011169899981191151161131018411611111599105115981121169897116109111116991061161011121161169711698111116101116100911011169810578102105971161161079713680116107118105115136 133999811411697111 湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题目：冰刀研磨机设计专业：机械设计制造及其自动化学号： 2010963133 姓名：许国柱指导教师：吴继春完成日期： 2014 年 5 月 28 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见论文设计题目：冰刀研磨机设计学号： 2010963133 姓名：许国柱专业：机械设计制造及其自动化指导教师：吴继春系主任：刘柏希一、主要内容及基本要求毕业设计的主要内容应包括文献综述、任务提出、方案论证、设计思想、设计计算或理论分析、实验结果、技术分析、结论等，并要有相应的设计图纸和设计说明书 1、学生完成的毕业设计书面材料应包括：（ 1）开题报告（单独装订）。（ 2）封面内容：湘潭大学学生毕业设计，中英文题目，所属学院，项目组成员，指导教师，专业，年级（班级），起止日期，制表日期。（ 3）中英文摘要：论文摘要以浓缩的形式概括研究课题的内容，具有独立性，即不阅读毕业设计报告全文即可获得其主要信息，主要说明毕业设计的内容、研究方法、成果、价值和结论，字数控制在 800 字以内，英文摘要应与中文摘要基本相对应。（ 4）中英文关键词：关键词为毕业设计报告中使用到的重要词语，各关键词中间用分号隔开，最后一个关键词后不用标点符号，关键词一般为 5 8 个。（ 5）中英文摘要和关键词的排列顺序为：中文摘要（标识为摘要）、中文关键词（标识为关键词）、英文摘要（标识为、英文关键词（标识为，四部份内容独立成页，顶格排版。（ 6）目录：各标题及附件目录。（ 7）正文：毕业设计报告字数一般在 10000 15000 字之间，毕业论文在8000 15000 字。（ 8）标题：标题应层次清晰，以“ 1”、“ “ 层次标注标题序号。（ 9）附录：对正文内容提供支撑的相关材料，如必要的数据、图表、源程序、图片等。（ 10）参考文献：毕业设计 20 篇及以上，连续编号（ 11）致谢：对完成本设计（论文）提供帮助的人员表示感谢，独立成页。 2、毕业设计的书面成果使用印纸双面打印或复印，按以上顺序装订。 3、毕业设计的书面成果正文、附录、参考文献、致谢等统一编写页顺序号。二、重点研究的问题 1、设计冰刀研磨机的总体结构，尤其对机械部分作为主要研究内容； 2、确定冰刀研磨机数控加工工艺和控制系统方案； 3 采用图软件对冰刀研磨机建模。三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间 1 查阅资料、熟悉课题、熟悉件 2014 年 2 月末 2 撰写开题报告、制订设计方案 2014 年 3 月初 3 撰写设计计算说明书 2014 年 3 月中 4 三维图建模设计分析 2014 年 3 月末 5 画出工程图 2014 年 4 月初 6 修改计算说明书与工程图 2014 年 4 月中 7 装订成稿 2014 年 5 月中 8 答辩 2014 年 5 月底四、应收集的资料及主要参考文献 1 李斌李曦 . 数控技术 . 武汉华中科技大学出版社 2010 2 纪名刚机械设计北京高等教育出版社 2006 3 冯勇 , 霍勇进 . 现代计算机数控系统 . 北京 : 机械工业出版社 , 1996 4 惠延波 . 数控编程的作用与目的 . 机械工业出版社 , 2001 5 王石安 . 冰雪运动 . 北京 :人民体育出版社 , 2001 6 向华，王小江便携式数控冰刀研磨机的研制中国制造业信息化， 2005 7 陆剑中孙家宁金属切削原理与刀具，北京机械工业出版社 2011 8 吴南星，孙庆鸿机械系统动态仿真技术研究制造业自动化， 2002 9 周泽华等金属切削原理上海：上海科学技术出版社， 1993 10 左宏志金属研磨平板消除冰刀卷刃的实验研究体育学， 2001 11 王平江曲面测量、建模及数控加工集成技术研究武汉：华中理工大学， 1995 12 王明祖对短道速滑刀弧度的分析冰雪运动 1994 13 孙恭寿，汤锡铨磨床精化与改造北京：机械工业出版设， 1986 14 张俊生，徐焕铭，谢渭芳等金属切削机床与数控机床北京，机械工业出版社， 1994 15 戴曙金属切削机床设计北京，机械工业出版社， 1986 16 诸兴华磨削原理北京：机械工业出版社， 1988 17 李伯民、赵波现代磨削技术北京：机械工业出版社， 2003 18 陈晓华，邸阳多功能水平定位便携式冰刀刃磨机的研制及应用冰雪运动，2003 19 王德泉 , 陈艳 , 魏仁选等 . 可重用面向对象数控系统及其开发环境研究 , 华中理 2000 20 , A, et . 1993 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010963133 姓名许国柱专业机械设计制造及其自动化毕业设计题目：冰刀研磨机设计评价项目评价内容选题现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；量是否适当；研、社会等实际相结合。能力合归纳资料的能力；究方法和手段的运用能力；论文（设计）质量述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；实际应用价值，有无创新之处。综合评价许国柱同学的毕业设计为冰刀研磨机设计，该选题符合专业培养目标，具有学术研究价值。该生查阅文献资料能力较强，能够全面收集关于冰刀研磨机的资料，设计计算说明书格式正确，完全符合学院规定，内容较为完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，有一定的个人见解，设计思路较为清晰，综合运用知识能力较强。毕业设计质量良好，同意参加答辩。评阅人：年月日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2010963133 姓名：许国柱专业：机械设计制造及其自动化毕业设计说明书 33 页图表 7 张设计题目：冰刀研磨机的设计内容提要：本文针对影响冰刀研磨设备便携性的因素，提出了两点实现设备便携性的方法。确定了冰刀研磨机的总体布局和关键元部件的选取，冰刀采取立式，工作台采取卧式，尽量缩小设备的尺寸通过打印机接口直接连接冰刀研磨设备，实现直接数控，从而去掉了传统数控设备中的工控机，以满足冰刀研磨机便携性的要求。其次，本文分析了影响冰刀加工质量的因素。结合这些因素，制定了冰刀研磨的加工工艺。冰刀采取粗磨、精磨、抛光磨三级研磨，控制系统根据研磨总量自动生成研磨工艺。研究设计了冰刀研磨的专用砂轮，同时根据砂轮的磨损机理，提出了砂轮修整方法。最后，在基于开放式数控平台的基础上，开发了冰刀研磨的系统控制软件。设计了冰刀研磨砂轮的特殊运动方式。采用拟量单元的数据及信号处理环节，用变频器来实现对砂轮主轴电机的控制，从而保证砂轮以恒定的线速度进行研磨加工。将面向对象编程技术应用到冰刀的数控编程中，使数控编程变得简单易懂。系统软件提供了友好的人机界面，使人机交互变得容易，更适合于运动员操作使用，同时，系统还提供了加工在线仿真功能，使研磨加工过程变得形象而具体。指导教师评语许国柱同学设计的题目是冰刀研磨机的设计，立题指导思想明确，结构设计合理可行，设计原理正确无误，毕业设计计算说明书条理层次较为清楚，撰写思路清晰，语言流畅简练，逻辑性较强，计算内容规范准确，文献引用合理，科学性较强，设计的软件能够正常运行，图纸设计合理，设计思路和功能实现上，都有自己一定的想法，并得到了初步实现，同意该生参加答辩，建议成绩评定为良好。指导教师：年月日答辩简要情况及评语。答辩小组组长：年月日答辩委员会意见经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为答辩委员会主任：年月日目录摘要 . 绪论 .究的背景、目的和现实意义 . 刀研磨技术概述 .内外研究状况 .要内容 . 冰刀研磨机总体结构 .刀研磨机的主要指标 .刀研磨机的基本要求 .刀研磨机总体布局 .要部件的设计和选择 . 10 削力的计算 .刀的裝夹技术 . 12 章小结 . 15 3 冰刀研磨的数控加工工艺 . 16 控研磨的特点 . 16 响冰刀研磨质量的因素 . 16 料的选择 . 18 轮的结构 . .刀与砂轮位置关系 .轮的修整 . 20 章小结 . 冰刀研磨机控制系统方案 .统的硬件结构 . 23 磨的运动控制分析 . 23 轮恒线速度的控制 . 24 章小结 . 冰刀研磨机机械结构的几何建模 .件简介 .刀研磨机机械结构实体建模过程 .章小结 . 总结与展望 . 32 7 参考文献 .1 冰刀研磨机设计摘要冰上运动的发展对冰刀质量提出了更高的要求，可是冰刀的手工研磨自动化程度低，研磨质量和效率难以得到保证。在国内，本文首次将数控方法应用到冰刀研磨当中去。冰刀的数控研磨需满足设备便携、工艺简单、控制精确、研磨精度高等方面的要求。本文结合国家体育总局冬奥会攻关项目“便携式数控冰刀测量与研磨机的研制”，围绕上述要求进行了系统的深入研究，具体内容如下：首先，冰刀数控研磨机的便携性主要体现在其设备本身的质量和体积上。本文针对影响冰刀研磨设备便携性的因素，提出了两点实现设备便携性的方法。确定了冰刀研磨机的总体布局和关键元部件的选取，冰刀采取立式，工作台采取卧式，尽量缩小设备的尺寸。通过打印机接口直接连接冰刀研磨设备，实现直接数控，从而去掉了传统数控设备中的工控机，以满足冰刀研磨机便携性的要求。其次，本文分析了影响冰刀加工质量的因素。结合这些因素，制定了冰刀研磨的加工工艺。冰刀采取粗磨、精磨、抛光磨三级研磨，控制系统根据研磨总量自动生成研磨工艺。研究设计了冰刀研磨的专用砂轮，同时根据砂轮的磨损机理，提出了砂轮修整方法。最后，在基于华中开放数控平台的基础上，开发了冰刀研磨的系统控制软件。设计了冰刀研磨砂轮的特殊运动方式采用拟量单元的数据及信号处理环节，用变频器来实现对砂轮主轴电机的控制从而保证砂轮以恒定的线速度进行研磨加工。将面向对象编程技术应用到冰刀的数控编程中，使数控编程变得简单易懂。系统软件提供了友好的人机界面，使人机交互变得容易，更适合于运动员操作使用，同时，系统还提供了加工在线仿真功能，使研磨加工过程变得形象而具体。关键词：冰刀数控研磨机便携式砂轮修整面向对象编程 2 he of to of at of is in .H on of is in is a of it is in of of to of is of as as is as is C is in to of on of of be by be on of of of is on of on of , of of is of is of of C is by of is is in s to of C of 3 1 绪论究的背景、目的和意义本次研究课题来源于国家体育总局 2006 年冬奥会攻关项目“便携式数控冰刀测量与研磨机的研制”，项目编号 03038，本文属于项目中的冰刀数控研磨机部分。滑冰运动起源于荷兰。 13 世纪中叶 ,荷兰出现铁制冰刀。冰刀是冰上运动鞋下面的块刀片，它是冰上运动的基础。如图刀外形示意图和示，冰刀的刀刃线一般是由几段半径（ 8 10 米）很大的圆弧线组成，刀刃一般厚 2 毫米。到了 17 世纪 ,溜冰逐渐发展成为一种运动项目。冰刀是冰上运动的基础。今天 ,运动员和滑冰运动爱好者取得了越来越好的成绩而 ,冰刀使用一段时间后 ,其刃口会变钝 ,这时需要对其重新研磨 ,使其恢复原来的形状。因此冰刀的研磨分为手工研磨和数控研磨。从研磨质量上说，数控研磨的加工质图段圆弧的冰刀刀刃线量要比手工研磨的要高得多。目前，国外已经有商品化的数控冰刀研磨机，而国内目前在冰刀研磨机领域的研究和开发则比较落后 ,只有少数厂家能生产简 4 易磨刀架和磨刀机。产品技术含量低 ,自动化程度不高 ,冰刀的研磨质量完全取决于操作者的熟练程度 ,严重影响冰刀研磨的效率和质量 ,商品化的手工冰刀研磨机则尚属空白 ,更谈不上全自动的数控冰刀研磨机了 ,这对我国冰上运动的发展是一个极大的制约。因此 ,开发具有自主知识产权的国产数控冰刀研磨机势在必行。本文目的是解决我国冰刀研磨行业的共性技术问题，开发具有自主知识产权的数控冰刀研磨机，使冰刀由手工研磨过渡到全自动研磨，在冰刀研磨技术上产生质的飞跃，提高冰刀研磨的质量和效率，促进滑冰运动的体育器材技术升级，提升我国滑冰运动员的运动成绩。本文的开展，对提高我国滑冰运动训练科学化水平和综合实力，促进我国体育器材新产品的开发及科技成果的转化，营造体育科技产业化环境，提高冰刀研磨技术，促进体育产品结构的调整，提高运动员备战奥运会的运动成绩都将具有非常重要的意义。本文研究的数控技术及其在冰刀研磨领域的应用，对于提高我国体育装备水平和实力、提冰上项目竞争能力、促进社会生产率的发展等方面都具有很好的社会效益和经济效益。刀研磨技术概述冰刀在冰面上滑行产生磨损，其磨损量小，冰刀的研磨加工是一种磨削量小，精度要求高的加工方式。目前，冰刀的研磨方法主要有两种，手工研磨和数控研磨刀的手工研磨手工研磨是使用多级目数的精细磨料对工件表面进行多次的磨削加工。先将较粗的磨料混合猪油和煤油，在利用附着体（如铸铁）对零件表面给予一定的压力，进行圆周运动，经过多级的研磨，达到表面要求。如图工研磨冰刀方法但是手工研磨存在一些严重的问题，主要有 5 （ 1）手工研磨时的作用力不易控制，在研磨的过程中容易出现各种问题，如图示，当手压磨具作用力过大，就会出现切屑向刀刃处堆积形成卷刃；若研磨冰刀用力不均还将造成偏刃和脊刃，如图示。（ 2）用油石在冰刀侧面研磨冰刀的卷刃时，手控制油石的平稳度不够，易产生偏斜，用力程度也难以控制到最佳状态，常出现油石在刃侧面滑掉，直接伤及刀刃造成局部钝刀，如图示；（ 3）现阶段用的油石磨料粒度受限制，无法加工出最低粗糙度的冰刀锋刃；（ 4）油石不易修平，平面度差的油石难以保证被研磨冰刀表面的几何形状；（ 5）手工研磨，冰刀的轮廓曲线难以与设计值吻合，这将影响冰刀的滑行质量；（ 6）手工研磨精度不高、生产效率低，劳动强度大。图刀的卷刃图刀的偏刃和脊刃图刀的局部钝刀刀的数控研磨技术冰刀的数控研磨，是数控技术应用到冰刀研磨当中去。与手工冰刀研磨相比，数控冰刀研磨具有质的飞跃，使得冰刀的研磨加工质量更稳定，效率更高，更可靠。数控冰刀研磨机，从本质意义上讲和一台普通的数控磨床没有什么区别，产品加工都要经过数控编程、刀补、插补、最后控制运动轴加工的过程。所不同的是，冰刀数控研磨机床是一个非常专业化的数控机床。冰刀本身的结构小巧，研磨机是在体育项目中使用，要求能够经常随运动队携带，这决定了冰刀的数控研磨机应该是便携式的体积小、重量轻利用数控的编程技术可以编出任何平面的冰刀刀刃线。数控系统可控制 X、Y、 Z 轴实现冰刀的测量、研磨、砂轮修整。利用工艺卡编程，可控制机床对冰刀进行粗、精、抛光 3 级研磨。粗磨完成主要的轮廓加工，精磨、抛光磨主要是提高精度和表面光洁度。利用以上数控技术，数控冰刀研磨机床具有很强的灵活性，能适应任何一把冰刀的研磨。手工冰刀研磨的精度主要取决于操作人的经验程度。而冰刀的数控研磨其精度则取决于控制系统的质量和机床的机械传动精度。 6 内外研究状况有关研磨冰刀的机器，在国外已有手工和数控两种商品化的产品例如美国的司就是生产手工冰刀研磨机的著名厂家，图司也提供一系列手工和数控冰刀研磨机，其产品如图示。图司的手工冰刀研磨机图司冰刀研磨机我国在冰刀研磨机领域的研究和开发则比较落后，只有少数厂家能生产简易磨刀架和磨刀机，如图示图产手工冰刀磨刀机我国手工冰刀磨刀机产品技术含量低，自动化程度不高，冰刀的研磨质量完全取决于作者的熟练程度，严重影响冰刀研磨的效率和质量，商品化的手工冰刀研磨机则尚属空白，更谈不上全自动的数控冰刀研磨机了，这对我国冰上运动的发展是一个极大的制约。因此，开发具有自主知识产权的国产数控冰刀研磨机势在必行。要内容（ 1）针对数控冰刀研磨机便携式、刚度、精度的要求，本文确定了冰刀研磨 7 机床的总体布局和关键部件的选取；通过打印机接口外接自行设计的板卡把冰刀研磨机作为通用的一个外设，从而实现接数控，满足了冰刀研磨机便携式的要求；同时研制了适合冰刀研磨加工的专用夹具。（ 2）冰刀的手工研磨，刀刃线形状、研磨量、研磨的分级、控制过程全依赖操作员的手感和经验程度，难以达到形状精度和表面精度的要求。本文分析了影响冰刀精度的各种因素，并针对研磨刀刃线的控制和工艺特点，对冰刀的分级研磨和砂轮的结构和运动进行了研究。数控系统根据研磨量，自动生成冰刀研磨的加工工艺卡。（ 3）本文结合了砂轮的磨损机理，提出了控制砂轮修整、补偿的方法。（ 4）在华中数控系统硬件体系的基础上，详细分析了冰刀研磨加工的控制过程，设计了研磨砂轮的特殊运动方法，采取了半闭环的伺服位置控制方案，采取拟量单元的数据及信号处理环节，用变频器来实现对砂轮主轴电机的控制，从而保砂轮以恒定的线速度进行研磨加工。（ 5）本文对基于华中开放式数控平台的专用机床控制软件开发进行了的研究和探讨，研制了冰刀研磨控制软件，将面向对象编程技术应用到冰刀的数控编程中去。数控系统具备友好的人机界面和加工过程的在线仿真功能。 8 2. 冰刀研磨机总体结构本文研究的数控冰刀研磨机是集机械、电气、计算机和控制技术于一体的机械加工设备。其中，机械部分是冰刀研磨机的重要组成部分。机械部分的布局、结构设计、裝夹技术将对加工精度、系统可靠性和设备的便携性具有十分重要的意义。刀研磨机的主要指标冰刀的数控研磨有其行业特点。首先，由于每个冰刀的磨损程度不同，其轮廓形状位置是未知的。其次，冰刀数控研磨属于成形加工，不但要将刀刃磨出来，还必须将冰刀轮廓形状修复成规定的形状。再次，冰刀的刀刃面要求有较低的粗糙度。最后，研磨冰刀时，在保证质量的前提下，应尽量考虑冰刀的使用寿命，每把冰刀的研磨量设定要合理。综合上述冰刀研磨的特点后，确定冰刀研磨机的主要指标为： 1能够按特定参数和仿形自动研磨 300 450高 10速滑、短道速滑冰刀的任意弧度。通过 X 、 Y、 Z 三个轴的伺服电机控制三维运动平台和研磨运动。 2冰刀研磨过程分粗磨、精磨、抛光三级研磨，磨轮驱动为变频、低噪、小功率电机。冰刀刃平面粗糙度达到 90边刃角直接打磨。一次研磨时间为 3 5 分钟。 3采用弧度采集器、线阵 A/D 转换卡、单片机进行接口通讯，能检测冰刀弧度、刀刃磨损量；接收、运算采样数据；显示研磨过程图形、进行数据对比和按弧度检测数据分级研磨。刀研磨机的基本要求（ 1）该设备是用于运动员研磨冰刀，设备应简单、可靠、易操作、精度高；（ 2）为了保障冰刀的形状精度，机械夹持部分应具有良好的刚性和精度；（ 3）设备的布局、功能应适应不同种类冰刀研磨的要求。刀研磨机总体布局研磨机的总体布局是设计研磨机时影响全局性的决策部署。在总体布局确定后，才能确定部件之间的相对位置及运动关系，进一步具体设计研磨机。总体布局的影响因素是多方面的，其中，工件的表面形成方法，即冰刀与砂轮怎么做相对运动来加工刀刃是设计研磨机时首先要决定的。表面形成的方法确定后，研磨机的布局、传动、结构及外形等就可初步决定。为了减少或消除研磨机的振动及热变形，应特别注意主轴变速箱、电动机等的布局。此外，被加工工件的尺寸、 9 重量和技术要求与研磨机的布局有密切关系。总体布局还必须考虑人的因素，能够满足操作要求，必须有利于减轻操作者的劳动强度，以提高工作效率，并应注意留出必要的维修空间。数控冰刀研磨机机械部分的总体布局如图示，此冰刀研磨机采用立式设计，主要由 X 向进给装置、 Y 向进给装置、 Z 向进给装置、夹具、砂轮装置五部分组成。由于冰刀的长度在 300450间， Y 向运动行程为 60Z 向运动行程只要 20以整个机床的尺寸可以设计成：长 850300 565 冰刀的研磨过程主要有 X 向冰刀磨削运动， Y 向进给运动和 Z 向调节砂轮运动，通过这三个运动来实现对任意弧度冰刀的研磨。本文研究的数控冰刀研磨机体积、质量较小，转动惯量小，所以可将电机与丝杠直接相连。如图刀固定在夹具 11 上； X 轴电机 9 带动丝杠 2 旋转，使滑板 8 沿而带动冰刀实现 X 方向的运动，行程为 550削刀刃表面和 90边刃角；同理， Y 轴电机 5 带动丝杠 6 旋转，使滑板 3 沿 Y 方向移动，从而带动冰刀实现 Y 方向的运动，行程为 60削冰刀的拱高， X 轴和 Y 轴的联动可实现砂轮的磨削运动；手轮 13（为了减轻重量，用手轮代替 Z 向电机）带动丝杠 12 旋转，实现砂轮 16 的上升下降即 Z 方向的运动。砂轮安装在砂轮架 15 上，由砂轮电机 14 带动砂轮 16 转动。 1 X 轴支撑架 2 X 轴丝杠 3 Y 轴滑板 4 底座 10 5 Y 轴电机 6 Y 轴丝杠 7 X 轴导轨 8 X 轴滑板 9 X 轴电机 10 夹具导轨 11 夹具 12 Z 轴丝杠 13 手轮 14 砂轮电机 15 砂轮架 16 砂轮图控冰刀研磨机的总体布局要部件的设计和选择对主要部件的设计和选择要能满足冰刀研磨机的精度、刚度等性能上的要求。给轴的行程和尺寸冰刀的长度为 300 450作台的实际加工行程就是所加工冰刀的长度，即工作台的实际加工行程为 300 450在加工开始和结束时，工作台要有一段加速行程和减速行程，所以将 X 轴的总行程设定为 550加上工作台本身的长度（

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