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数控铣床Z轴进给系统结构设计【优秀数控机床设备全套课程毕业设计含12张CAD图纸+带开题报告+外文翻译+37页加正文14800字】

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关键词：: 数控铣床进给系统结构设计机床设备课程毕业设计数控铣床Z轴进给系统结构设计数控机床设备全套课程毕业设计

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数控铣床Z轴进给系统结构设计【优秀数控机床设备全套课程毕业设计含12张CAD图纸+带开题报告+外文翻译+37页加正文14800字】

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摘要

摘要：

数字控制机床就是人们常说的数控机床，是一种由计算机程序来进行控制系统从而实现自动化加工的机床。数控机床是一种典型的机电一体化产品，是一种高效能、柔性的的自动化机床，它能够较为容易地解决哪些精密、复杂、多品种、小批量的零件的加工问题。

本次毕业设计的意义在于通过类比的方式进行了对数控铣床Z轴进给系统结构的设计，研究其Z轴向的惯量匹配，转矩匹配以及滚珠丝杠预拉伸量的相关计算，进而提高数控铣床的整体性能、加工精度等，以达到提升工厂自动化效率，为其创造更大价值以及提高自身能力的目的。

关键词：数控铣床；Z轴；进给系统；滚珠丝杠

Title CNC milling machine spindle feed system architecture design

Abstract：

Digital control machine tool CNC machine tools is often said, is a program performed by a computer control system to achieve automatic processing machine. CNC machine tools is a typical mechatronics products, is a high-performance, flexible automation tools, it can be more easily solved what sophisticated, complex, multi-species, small batch processing problem parts.

This graduation project meaning that by analogy was designed for CNC milling Z-axis feed system architecture, study Z-axis inertia matching, matching torque and associated pre-calculate the amount of stretch of the ball screw, and then CNC milling machine to improve overall performance, precision machining, factory automation to enhance efficiency in order to achieve, for the creation of greater value and improve their ability purposes.

Key words: CNC milling machine; Z axis; feed system; ball screw

前言 1

第一章绪论 2

1.1数控铣床概述 2

1.2机床的国内外发展现状 2

1.3数控机床的发展及存在问题 4

1.3.1数控机床的发展 4

1.3.2数控机床的存在问题 4

1.4 数控铣床的应用分类及特点 5

1.4.1 数控铣床的分类： 5

1.4.2 数控铣床的应用 5

1.4.3 数控铣床的主要功能及特点 6

第二章进给系统机械结构的设计 7

2.1设计要求 7

2.2数控铣床对于进给系统设计的基本要求 7

2.3数控铣床的进给传动机构的选择 8

2.3.1 滚珠丝杠螺母副 8

2.3.2静压丝杠螺母副 8

2.3.3静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副 9

2.3.4由带自锁的电动机直接驱动 9

第三章传动部件的设计与计算 10

3.1 Z轴的工作载荷分析 10

3.2 Z轴的工作载荷计算 10

3.3滚珠丝杠螺母副的计算及其选型 10

3.4滚珠丝杠螺母副的支撑选择 14

3.5滚珠丝杠螺母副的间隙消除与预紧 16

第四章主要部件的设计计算 17

4.1轴承的选择及校核 17

4.2电机的选择与计算 19

4.3惯量匹配的计算 20

4.4转矩匹配的计算 21

4.4导轨的选择 22

4.4.1导轨的选择 22

4.4.2导轨的间隙调整 24

第五章技术经济分析 25

5.1技术经济分析的目的与意义 25

5.2成本材料分析 25

5.2.1 非标准件 25

5.2.2标准件 26

5.3课题技术经济成本计算依据 27

5.3.1成本计算依据 27

5.4课题技术经济成本计算 28

第六章总结 30

致谢 31

参考文献 33

前言

制造业是经济建设与发展的基础，一个国家制造业的发展水平决定了该国的经济水平，生活水准，科技发展等等。因此，一个国家发达与否，其国内的制造业的发展水平是重中之重，首要之首。

自从工业革命之后，世纪工业格局发生了重大改变，使之生产能力得到了巨大提升，往后几十年里科学技术得到了飞速发展。现今的机械制造产品无论是性能还是其质量都是当初不可想象的，新旧产品之间的更新换代也是日新月异。如今的机床早已完成了从最初的实际加工需求到后来的追求其在生产加工时拥有较高的加工精度和生产率的过程，而为了大大提高机床生产时的加工精度以及生产率，世界上第一台数控机床于1952年在美国诞生了。为了进一步解决那些形状十分复杂且生产批量又不大的特殊零件的实际加工问题；也为了不断的提升其加工的精度，提高其加工后零件的质量以及其生产的能力，不断研发新型的数控机床都是必要的。但是因为在实际研发设计过程中有着种种的条件制约，像：研究经费、技术支持等等的问题。所以从总体上来说，其数控机床的整体技术是很难在短时间内得到大步度的提升。

参考文献

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内容简介：: 2005) 26: 959964W. S. of 28 003 / 9 004 / 19 004 004he a of A of of of of to of to an of of It is an of of be by to of it to to of is in in in in it to S. . 3, 03043 +3939as it to of by of No on of a 1, 2. or or by on 35. A is in to of a on on In it is in a by of to a of of or on it to an a of It is an It of as at on by of to to be by to of of at to on of a 6so to be of of of of in of in to of in of be in as as In a a is of is It to of of of be or to of is in is to so it in a of as in to to be of it of to by up is of of It is by a of 7, 8is a of to to An on is of A is so of on of A is a a of a It is is a is on It An of so to a by to a on to is by of by is by of on if to a or to a a is is to of a to of a It a is is In be it a a if is is be of be in to a is to an of or of to on of of of of of of a by on of in of is a of a of of a at to to to be of to be be be of to or a of to be to as to be to be of in of in to of we to of in it is to or on of in a to of of of be to of It be on of be be of on of be on In re, of be to in is a as be of of If in rut in f , of a,of is to be of an of of of is to by of or of of a is is is In of of of is of of is a of is by of is of of of of a of In a of of to of on is a of be 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1引言在工业领域中和城市建设中，由于不断增加对拥有复杂几何形状的天然石材元件提供的强烈需求，这就必须要使用日益增加的自动柔性机床，例如数字控制组合加工中心。这些加工中心能够通过金刚石磨削来实现大量的操作指令。现在还没有对这样的作业实行切屑过程优化的研究，所以，一种时而不完美的解决方法已经被接受。优化就意味着降低加工成本切屑时间改进不同的影响因素所得到的产品质量，例如切屑力、刀具的性质、过程温度和振动。决定性的一点就是现行的刀具。与磨损过程相关的刀具性质的优化会带来整个过程的优化。现在的研究目的是理解金刚石刀具的磨损过程。这种研究对能量损耗和刀具寿命有很大的影响。特殊地，金刚石刀具磨损需要适当的界定和测量。总而言之，以清晰明确的方式建立相关参数是非常必要的，这些参数可以通过可靠并且可利用的程序来描述磨损过程和测量方法。目前研究的目的是确定一个关于金刚石烧结刀具磨损的测试草案。由于缺南京工程学院毕业设计外文翻译 3 少用来指导有关金刚石烧结刀具磨损试验方法的书目参考和标准，而且还要进行可获得应用性和比较性较好的试验结果的宏几何学磨损试验，这使得制定一个可提供普遍正确样式的适应性好的测试草案变得紧迫。此草案是正确地进行试验和可靠地解释试验结果必不可少的工具。它为石料切削公司比较生产商所卖相似刀具的性能提供了可行性。但是，在切削过程中，存在的性能还是有所不同。实际上，从目前的状况看，现在市场上的金刚石刀具完全通过它们所拥有的材料的性能来描述，而其他的技术特性都受限于产业专利，所以，云石和花岗岩加工公司却全然不知。这个草案能够让刀具生产商通过和其他竞争者比较来评价他们的刀具性能，与此同时，还可以利用卖方刀具的有效期信息来配备他们的供应。这最后的方面代表一种服务，即变换器要求增加持续的强迫动作。对于单刃刀具来说，组成这个草案的指标已经从现存的标准中去除。发展到迄今的草案认为试验是在实验室中进行的，指定试验涉及的精度和迟缓性。此草案容许金刚石过程磨损知识的发展，这种金刚石是构成加工天然石材的刀具，也是构成加工优化方法的基本。下面的段落用来描述加工天然石材的金刚石刀具的性能，以及它们自身与磨损的关系。测试草案及其在两种刀具上的应用将在接下来的段落里描述。 2加工天然石材的金刚石烧结刀具的磨损应用于天然石材加工的金刚石刀具可以根据刀削工具来分类：如线状刀具、片状刀具、盘状刀具和磨削刀具，还有加工平面的机床，例如具有不同类型和轮廓的磨床和铣床。两个例子中的刀具都由支承、超级承是研磨料颗粒固定在刀具的那部分，它赋予刀具适当的形式，它把机械能从机床辊子传递到研磨料颗粒，同时吸收加工过程中产生的力。超级着去除材料的任务，它的性能是粒度测量、造型和限制基体密集度。粒度测量表示对超级据实际存在的晶粒性质判断，研磨料颗粒的形式可能是规则的，也可能是不规则的。密集度是扇形单位容量的重量值。结合体是用研磨料颗粒来阻塞刀具支承的硅铝合金，利用工业上正确的技术方法，它能够更加经济地用来实现切屑加工、铣削加工、磨削加工、精加工以及仿形加工等。此结合体必须保证两个相反的要素：提高切屑能力和延长刀具寿命。最后，结合体必须具有适用于超级例如允许试验过程中出现与之相关的隆起以及被加工材料的性征，但最重要的是此结合体必须要允许存在于母体内部新的晶粒积极的弥补已磨损晶体的损失。配制此结合体混合物的金属有铁、铜南京工程学院毕业设计外文翻译 4 、钨、钴、以及镍。金刚石刀具磨损是金刚石晶粒和刀具材料结合物磨损发展的结果。它可以用下面的步骤顺序来描述。首先，由于结合面的腐蚀，结合体表面的晶体隆起不断增加使晶粒和工件相接触。一种突起的结晶物出现在刀具表面。这种微小高度的隆起导致刀具切屑能力的下降。这种坚硬的结合体将会使超级至于在金刚石晶粒完全出现在结合体上之前，刀具区段就产生了研磨。结合体的逐渐腐蚀使全部的结晶物出现在刀具区段的表面上所有的结晶体是具有较大高度隆起和微小表面破坏的金刚石颗粒。它具有很好的切屑性能。一旦工件被接触，晶粒便大量地环绕形成，以至于在晶粒顶部好似形成一个小高原，它可以产生磨光晶粒的机械摩擦和热作用。部分晶粒的高百分率使刀具区段的表面变得透明，这会导致效率较低的切屑能力。刀具旋转所带来与工件的间歇性接触，导致金刚石晶粒产生周期性载荷。由于工件的不同特性和机械振动，这种现象会被扩大。金刚石晶粒的产物可以通过增加晶体表面的切屑边缘数量的微裂缝和微裂纹来描述，尽管他们会减小渗透深度。磨损的逐渐加剧会导致完全破碎的微粒或者母体的破损，这种磨损会使金刚石晶粒被释放。由于结合体金刚石晶粒的释放以及产生的组织分裂，使得这种脱落成为一种现象。当金刚石晶粒在其有效期结束前从金属粘合物上脱落，这会加速刀具的磨损。在这个例子中，最终的分裂将会很大，它将包括在金刚研磨料颗粒出现前所考虑到的结合体磨损。相反地，如果晶粒在它的使用寿命结束后从金属结合体上脱落，分裂将不会很深，移动新的晶粒也不需要消耗太多的结合体体积。脱落现象归结为切屑力或保持固定金刚石结构的凝聚力的增加。新的晶粒将会出现在刀具加工表面，此时，磨损周期将再一次开始。金刚石刀具磨损的进程消耗组成刀具的金刚石和结合物质。这就意味着整个刀具的重量和直径尺寸的减少以及金刚石刀具圆柱形状的改变。刀具从它原始的圆柱边界线处开始移动我们通过决定于整个刀具的四个变量对金刚石磨头的耗损进行评价：刀具重量的减少；刀具直径的减小；刀具外形圆柱度和磨削率的变化。圆柱度是旋转表面上所有的点与公共轴线等距离的状态。这三个宏几何学变量都与磨损进程直接相关，同时，它们的测量都很容易。可以用来监视石料加工过程中的磨头磨损。它们被叫做宏几何学磨损变量。 3烧结金刚石刀具的宏几何学磨损测试草案关于宏几何学磨损的草案明确了测试过程中的待加工材料，工件的标准条件，南京工程学院毕业设计外文翻译 5 工件的性质；使用的冷却液和应用的切削条件。在进行试验的过程中，机床必须具有刚性的结构，不能有振动的倾向和不规则的变形。试验用的机床要有控制速度持续变化的指令，来补偿现行加工过程中应用的整个速度范围。实现有关刀具寿命试验所采用的方法与完成有关注释观测结果和测量的方法相同。宏几何学磨损试验由顺次进行的各种切削过程和插入介于两切口之间的宏几何学磨损参数测量值组成。试验报告要由关于去除材料体积的红几何学磨损参数相关趋势的图表，下面是我们草案的全部正文。床材料使用在天然石材加工领域的材料有很大的数目，利用不同性质的材料或者性质相似的材料进行对比性试验是不可取的。由于此原因，所用机床材料的性能必须规定在试验一览表中根据表 2 所列出了两种论述的花岗岩的具体细节，这两种花岗石是：黑色非洲花岗岩和撒丁岛花岗岩。件的标准条件切屑试验必须包含整个刀具的表面（例如，切屑径向深度必须要等于刀具的直径）。在试验过程中，必须要在能够减小工件的振动且具有一定面积的板坯上进行试验。固定工件的转轴和平台必须要保持良好稳定性和平衡性。必须要避免工件定位在工作台时产生的变形。具刀具的剧烈磨损决定于现行刀具的组成材料。在继续的试验过程中，所使用的刀具的特性必须根据表 3 中论述的两种刀具的指示信息进行规定。削液所有切削液不变的切屑试验都必须利用水作为切削液，这样才能完成。切削液必需直接喷溅在刀具表面上并且完全作用在刀具的工作部分，如果可能的话，最好显示后续试验过程的喷溅能力和喷流压力。削条件所有切削试验中的进给速度 f、轴向切削深度 a 和切削速度能组成主要的试验变量切削条件必须要用到表 4 中所示的参考值。如果研究的目的是评价刀具磨损和切削参数之间的关系，那么切削条件必须通过实验技术方法（设计制定许多不同的等级，使其包含在来自产业观点兴趣的范围内。几何学磨损试验法南京工程学院毕业设计外文翻译 6 3 1 引言刀具耐用度试验的目的是通过实验性检验确定一个或几个参数如何产生对切削刀具寿命的影响。由于加工方法的不同，决定特殊材料切削刀具寿命结束的原因也常常是不同的。最简单的例子就是发生在刀具完全报废的时候。在大量的实例中，刀具的逐渐磨损和所实行的切削操作都令人感到很不满意，例如，切削力的增加和加工过程中的变形和振动。固定比较性的因素决定刀具寿命的终止。金刚石刀具磨损是金刚石和结合体逐渐消耗的结果。金刚石晶粒的磨损与晶粒的性质的关系紧密相关，粘结体的消耗是粘结硬化的函数，宏几何作用就是组成区段层的金刚石晶粒消失和损坏以及结合体的腐蚀。宏几何作用的结果会导致刀具直径和重量随着刀具柱状形状的适时变化而减小。金刚石刀具磨损的发展强烈地影响刀具的性能，而且还会影响到石材加工的效果和效率。实际上，一个磨损的刀具会加快切屑能力的损失，增加制造切屑过程中的振动的数目以及产生断续切屑过程的可能性。所以，最终的石材制品上就会出现片状或波浪形误差。因此，刀具的性能是石材加工的关键因素。 3 2 机床在测试过程中，应用于试验的机床一定要具备刚性结构，而且不能具有不规则振动和弯曲变形的趋势。试验用的机床要有控制速度持续变化的指令，来补偿现行加工过程中应用的整个速度范围。此外，变化的速度指令容许切屑速度的精确设定，还可以减少获得刀具寿命曲线所需要的时间。 3 3 仪器设备为了能够验证显示在当时指示仪器上的误差，必须要准备好实行必要测量并且制造准确的下列仪器：记录切屑时间的秒表测量刀具尺寸的具有测微装置的光学显微镜灵敏度为电子秤测量切屑液流速的仪器（可以通过测量已知容积容器的排空时间来获得）几何磨损试验的过程由于每个具体例子的情况是变化的，所以，刀具寿命的试验过程只能泛泛地描述。完成刀具寿命试验采用的方法与完成良好加工过程所用的方法相同，此加工过程包括采用必要的预防措施，记录观测值以及进行必要的测量。南京工程学院毕业设计外文翻译 7 在开始试验之前，必须保证机床、工件和刀具与当时草案中的指示相一致。验的概况总结与试验结果的表达由此试验，可以得出以下结论：刀具直径随石材减少体积不断增加的变化刀具重量随石材减少体积不断增加的变化刀具圆柱度随石材减少体积不断增加的变化 4应用举例这个可靠的草案已经被一个加工两种类型花岗岩的知名生产商用来研究投入市场的两种刀具的磨损（见表 1）。关于非洲黑色花岗岩和撒丁岛花岗岩的切屑试验已经被实施，这两种花岗岩的特性必须要根据表 2 中所给出的测试草案来报表。线性切屑要在尺寸为 1000板坯上实行，为了得到机床工作台上适用于床 30和床 40的卡具，切屑加工处必须与下一个切屑加工处要保持一定的距离，以保证彼此间的完全独立性。两种类型刀具的特征参数参见表 3。考虑到现行磨床要适当布置喷油系统和防尘系统的因素，水被直接喷溅在切屑区域。水也是加工中普遍运用的切削液。表 5 中所给定的试验条件正用于 3 轴数控加工中心，使其具有连续控制卡盘旋转速度和进给的速度的装置。在每次切屑结束时，为了清除加工尾渣，刀具必须要远离主轴放置，清洁好刀具，然后，对刀具的直径、重量和圆柱度进行评析。磨头的重量通过灵敏度为电子秤来测量，直径利用雷卡光学显微镜在均匀分布在刀具分界面上的六个位置的测量值来获得，磨头直径被看作这六次相关测量的平均值。显微镜具有 m 的分辨率和大约 m 的测量误差。直径的测量也被用于评析刀具的圆柱度。直径在一组同轴圆柱中的测量值已被确定两同轴圆柱间的径向距离等于圆柱度引起的公差值。表 1. 测试草案举例测试草案机床材料黑色非洲花岗岩参见表 2 中所示性质撒丁岛花岗岩参见表 2 中所示性质南京工程学院毕业设计外文翻译 8 工件的标准条件板坯尺寸 1000寸 1000具见表 3 中所示性质见表 3 中所示性质切屑液水压强速 10 l 屑条件进给速度 f 见表 4 轴向切削深度 a 见表 4 切削速度表 4 宏几何磨损试验过程机床 3 轴数控加工中心仪器雷卡光学显微镜灵敏度 m 电子秤灵敏度表灵敏度具磨损测试过程南京工程学院毕业设计外文翻译 9 均匀分布在刀具长度方向上直径的 6 次测量值每个工部后刀具重量的 3 次测量值结论概括刀具直径随石材减少体积不断增加的变化刀具重量随石材减少体积不断增加的变化刀具圆柱度随石材减少体积不断增加的变化表 2. 加工材料的性质材料特性撒丁岛花岗岩黑色非洲花岗岩密度 kg/2608 3010 吸水率 % 压强度 145 180 抗磨强度 40 65 冲击抗力 90 90 努氏硬度 5000 3000 果与讨论试验已经得出：预定义宏几何学变量变化的限定条件是石料减少体积的函数，这就意味着要及时监视宏几何学磨损变量。图 1 表明了两种磨削刀具直径的变化趋势。床的曲线是关于石材减少体积扩大到大约 90000的直径的变化，它们具有线性趋势。床的曲线是石材减少体积达到 50000的直径变化，它们具有非线性的趋势。磨头直径总的减少量与这两种论述的刀具相同：大约 6就意味着在刀具报废前，床的机械切削加工量为床石料数量的一半。线性趋势涉及适时的恒定磨损率，所南京工程学院毕业设计外文翻译 10 石材减少体积（以，磨头的进一步磨损可以很容易的预见。图 2 表明了两种磨头重量的减小，两种曲线的对比应用在前面出现的直径减小分析的图样论述中。床的重量是成线性减少的，显示了线性磨损率和均匀降低的切屑能力。图 3 表明了两种磨床刀具圆柱度是石料减少体积的函数。床的曲线显示了位于原始值附近大约规则的阻尼振动。床的圆柱度曲线从剧增加到就意味着头的柱状分布图不伴随着刀具的渐进磨损而改变，而头随着金刚石以及结合体的损耗快速地改变其柱状外形。在磨损进行到快结束时，头的圆柱分界面出现大约基体分布（ 75%重量减少值）。石材加工过程中记录的曲线图样随着逐渐磨损急剧变化，切削槽的结合体表面形成凸起的分布轮廓，这使得与其余铺设装饰物相联结变得十分困难。所以，为了获得更高的圆柱度等级，必须要在进行的磨光过程中，减少或降低由磨损的加工磨头所带来的圆角外形轮廓。最后，已论述的 3 个宏几何学变量表明床具有比床更高的切屑性能，在报废前，它可以加工较大数量的石材。刀具重量和直径的减少量与减少花岗岩的体积是成线性的，因此，我们可以非常容易地计算由磨损的逐渐进行所引起的磨头直径的变化，这通常被用来调整数控加工磨头轴线的方向，此外，磨头的柱状外形不随磨损的进行而变化。总体来说，我们可以说此先进的草案可以让我们按照刀具的特性来完成结果的测量以及对具有不同特征的刀具进行比较分析。图 1. 刀具直径随石材减少体积不断增加的变化平均磨头直径（京工程学院毕业设计外文翻译 11 表 3. 刀具特性刀具特性 9合物化学组成菱形金属网 # u/5/50 u/5/50 金刚石密度具重量 g 238 177 刀具直径 23 20 区段数 5 6 区段深度 35 44 表 4. 切削标准条件石材轴向切削深度切削速度进给率 mm/花岗岩 20000 300 大理岩 20000 400 花岗岩 30500 200 大理岩 30000 400 花岗岩 40500 200 大理岩 40500 400 表 5. 实验设定南京工程学院毕业设计外文翻译 12 石材减少体积试验磨床类型切削速度过程变量进给率 mm/轴向切削深度 500 200 30 500 200 40 石材减少体积图 2. 刀具重量随石材减少体积不断增加的变化磨头重量的减少g磨头圆柱度京工程学院毕业设计外文翻译 13 图 3. 刀具圆柱度随石材减少体积不断增加的变化 5结论目前的研究提出了关于金刚石刀具宏几何学磨损测量的测试草案，应用这种方式我们有可能获得关于烧结金刚石刀具磨损的可比较和利用的结果。草案明确了被加工材料、工件的标准条件、刀具特性、采用的切削液和试验过程中应用的切削条件。测试报告包括了描述与加工材料体积相关的宏几何学磨损参数变化趋势的图表，此先进的草案已被一个从事加工两种花岗岩的知名生产商用于研究投放于市场上的两种类型刀具的磨损。确认通知：该著作由提供的资金实行出版，它包含在名为“石材加工技术”的工程方案中（，作者衷心地感谢位于卡希诺的司为实验测试提供的石材参考文献 1. K,（ 1982）石材磨床研究，硬材料应用技术的发展。业金刚石划分， 6. ， K, (1999) 切削原理，石材和工程工业中的金刚石刀具的磨损和应用，车间金刚石刀具生产的步骤， . Y, S（ 1995）石材加工过程中金刚石磨削性能状况的研究。 J 1： 296. Y, S（ 1992）盘形磨削过程中烧结金刚石复合材料的磨损特征。磨损 157： 325. N， (1986) 磨削过程中金刚石磨损的调查与预测。 5:239. 国际标准组织（ 1977） 685，单刃车刀的刀具寿命测试 7. ,（ 1999）陶瓷材料和复合材料的加工。南京工程学院毕业设计外文翻译 14 纽约 8. , ( 2002) 金刚石磨头的渐进磨损，宏几何学研究。论文集于金刚石刀具和硬质材料的欧洲会议， 7 南京工程学院毕业设计外文翻译 1 南京工程学院毕业设计 (论文 )外文资料翻译原文题目： of 原文来源： 2005) 26: 959 964 学生姓名：谢顺学号： 231120333 所在院 (系 )部：工业中心专业名称：机械设计制造及自动化南京工程学院毕业设计外文翻译 2 金刚石刀具磨损的评价 W S 到： 5月 28日 2003/接受： 1月 9日 2004/出版： 2004年 5月 19，斯普林格伦敦有限公司 2004 年摘要目前的研究提出了一个关于烧结而成的金刚石刀具磨损的测试草案。一系列能够表达刀具磨损等级特征的参数，以及这些参数与被检验刀具的切削能力之间的关系被建立起来。该草案制定了即将要进行测试的过程、需要的仪器、所用材料的性质特征以及提交测得实验结果的报告的格式。此先进的测试草案表明了一种普遍可用的测量金刚石刀具磨损的方法。这也是正确地进行磨损试验与可靠地解释试验结果的依据。草案发展到迄今主要是应用于实验室试验，分析所得测量值的迟缓性和精确性。假使缺少全部标准，该草案能够吸引国内和国外的标准制定机构的关注。该草案也已经应用于两种类型的刀具，所测定的结果显示很可靠并且可以应用。研究中拟定的测试草案使克服有关刀具性能技术数据不足的难题成为可能，由于刀具的生产具有专利性质，所以，该草案在这个领域是个很典型的提议。关键词：切削刀具；烧结金刚石铣刀；宏观几何磨损参数；测试草案；磨损 1 引言在工业领域中和城市建设中，由于不断增加对拥有复杂几何形状的天然石材元件提供的强烈需求，这就必须要使用日益增加的自动柔性机床，例如数字控制组合加工中心。这些加工中心能够通过金刚石磨削来实现大量的操作指令。现在还没有对这样的作业实行切屑过程优化的研究，所以，一种时而不完美的解决方法已经被接受。优化就意味着降低加工成本切屑时间改进不同的影响因素所得到的产品质量，例如切屑力、刀具的性质、过程温度和振动。决定性的一点就是现行的刀具。与磨损过程相关的刀具性质的优化会带来整个过程的优化。现在的研究目的是理解金刚石刀具的磨损过程。这种研究对能量损耗和刀具寿命有很大的影响。特殊地，金刚石刀具磨损需要适当的界定和测量。总而言之，以清晰明确的方式建立相关参数是非常必要的，这些参数可以通过可靠并且可利用的程序来描述磨损过程和测量方法。目前研究的目的是确定一个关于金刚石烧结刀具磨损的测试草案。由于缺南京工程学院毕业设计外文翻译 3 少用来指导有关金刚石烧结刀具磨损试验方法的书目参考和标准，而且还要进行可获得应用性和比较性较好的试验结果的宏几何学磨损试验，这使得制定一个可提供普遍正确样式的适应性好的测试草案变得紧迫。此草案是正确地进行试验和可靠地解释试验结果必不可少的工具。它为石料切削公司比较生产商所卖相似刀具的性能提供了可行性。但是，在切削过程中，存在的性能还是有所不同。实际上，从目前的状况看，现在市场上的金刚石刀具完全通过它们所拥有的材料的性能来描述，而其他的技术特性都受限于产业专利，所以，云石和花岗岩加工公司却全然不知。这个草案能够让刀具生产商通过和其他竞争者比较来评价他们的刀具性能，与此同时，还可以利用卖方刀具的有效期信息来配备他们的供应。这最后的方面代表一种服务，即变换器要求增加持续的强迫动作。对于单刃刀具来说，组成这个草案的指标已经从现存的标准中去除。发展到迄今的草案认为试验是在实验室中进行的，指定试验涉及的精度和迟缓性。此草案容许金刚石过程磨损知识的发展，这种金刚石是构成加工天然石材的刀具，也是构成加工优化方法的基本。下面的段落用来描述加工天然石材的金刚石刀具的性能，以及它们自身与磨损的关系。测试草案及其在两种刀具上的应用将在接下来的段落里描述。 2 加工天然石材的金刚石烧结刀具的磨损应用于天然石材加工的金刚石刀具可以根据刀削工具来分类：如线状刀具、片状刀具、盘状刀具和磨削刀具，还有加工平面的机床，例如具有不同类型和轮廓的磨床和铣床。两个例子中的刀具都由支承、超级承是研磨料颗粒固定在刀具的那部分，它赋予刀具适当的形式，它把机械能从机床辊子传递到研磨料颗粒，同时吸收加工过程中产生的力。超级的性能是粒度测量、造型和限制基体密集度。粒度测量表示对超级据实际存在的晶粒性质判断，研磨料颗粒的形式可能是规则的，也可能是不规则的。密集度是扇形单位容量的重量值。结合体是用研磨料颗粒来阻塞刀具支承的硅铝合金，利用工业上正确的技术方法，它能够更加经济地用来实现切屑加工、铣削加工、磨削加工、精加工以及仿形加工等。此结合体必须保证两个相反的要素：提高切屑能力和延长刀具寿命。最后，结合体必须具有适用于超级如允许试验过程中出现与之相关的隆起以及被加工材料的性征，但最重要的是此结合体必须要允许存在于母体内部新的晶粒积极的弥补已磨损晶体的损失。配制此结合体混合物的金属有铁、铜南京工程学院毕业设计外文翻译 4 、钨、钴、以及镍。金刚石刀具磨损是金刚石晶粒和刀具材料结合物磨损发展的结果。它可以用下面的步骤顺序来描述。首先，由于结合面的腐蚀，结合体表面的晶体隆起不断增加使晶粒和工件相接触。一种突起的结晶物出现在刀具表面。这种微小高度的隆起导致刀具切屑能力的下降。这种坚硬的结合体将会使超级至于在金刚石晶粒完全出现在结合体上之前，刀具区段就产生了研磨。结合体的逐渐腐蚀使全部的结晶物出现在刀具区段的表面上所有的结晶体是具有较大高度隆起和微小表面破坏的金刚石颗粒。它具有很好的切屑性能。一旦工件被接触，晶粒便大量地环绕形成，以至于在晶粒顶部好似形成一个小高原，它可以产生磨光晶粒的机械摩擦和热作用。部分晶粒的高百分率使刀具区段的表面变得透明，这会导致效率较低的切屑能力。刀具旋转所带来与工件的间歇性接触，导致金刚石晶粒产生周期性载荷。由于工件的不同特性和机械振动，这种现象会被扩大。金刚石晶粒的产物可以通过增加晶体表面的切屑边缘数量的微裂缝和微裂纹来描述，尽管他们会减小渗透深度。磨损的逐渐加剧会导致完全破碎的微粒或者母体的破损，这种磨损会使金刚石晶粒被释放。由于结合体金刚石晶粒的释放以及产生的组织分裂，使得这种脱落成为一种现象。当金刚石晶粒在其有效期结束前从金属粘合物上脱落，这会加速刀具的磨损。在这个例子中，最终的分裂将会很大，它将包括在金刚研磨料颗粒出现前所考虑到的结合体磨损。相反地，如果晶粒在它的使用寿命结束后从金属结合体上脱落，分裂将不会很深，移动新的晶粒也不需要消耗太多的结合体体积。脱落现象归结为切屑力或保持固定金刚石结构的凝聚力的增加。新的晶粒将会出现在刀具加工表面，此时，磨损周期将再一次开始。金刚石刀具磨损的进程消耗组成刀具的金刚石和结合物质。这就意味着整个刀具的重量和直径尺寸的减少以及金刚石刀具圆柱形状的改变。刀具从它原始的圆柱边界线处开始移动我们通过决定于整个刀具的四个变量对金刚石磨头的耗损进行评价：刀具重量的减少；刀具直径的减小；刀具外形圆柱度和磨削率的变化。圆柱度是旋转表面上所有的点与公共轴线等距离的状态。这三个宏几何学变量都与磨损进程直接相关，同时，它们的测量都很容易。可以用来监视石料加工过程中的磨头磨损。它们被叫做宏几何学磨损变量。 3 烧结金刚石刀具的宏几何学磨损测试草案关于宏几何学磨损的草案明确了测试过程中的待加工材料，工件的标准条件，南京工程学院毕业设计外文翻译 5 工件的性质；使用的冷却液和应用的切削条件。在进行试验的过程中，机床必须具有刚性的结构，不能有振动的倾向和不规则的变形。试验用的机床要有控制速度持续变化的指令，来补偿现行加工过程中应用的整个速度范围。实现有关刀具寿命试验所采用的方法与完成有关注释观测结果和测量的方法相同。宏几何学磨损试验由顺次进行的各种切削过程和插入介于两切口之间的宏几何学磨损参数测量值组成。试验报告要由关于去除材料体积的红几何学磨损参数相关趋势的图表，下面是我们草案的全部正文。床材料使用在天然石材加工领域的材料有很大的数目，利用不同性质的材料或者性质相似的材料进行对比性试验是不可取的。由于此原因，所用机床材料的性能必须规定在试验一览表中根据表 2 所列出了两种论述的花岗岩的具体细节，这两种花岗石是：黑色非洲花岗岩和撒丁岛花岗岩。件的标准条件切屑试验必须包含整个刀具的表面（例如，切屑径向深度必须要等于刀具的直径）。在试验过程中，必须要在能够减小工件的振动且具有一定面积的板坯上进行试验。固定工件的转轴和平台必须要保持良好稳定性和平衡性。必须要避免工件定位在工作台时产生的变形。具刀具的剧烈磨损决定于现行刀具的组成材料。在继续的试验过程中，所使用的刀具的特性必须根据表 3中论述的两种刀具的指示信息进行规定。削液所有切削液不变的切屑试验都必须利用水作为切削液，这样才能完成。切削液必需直接喷溅在刀具表面上并且完全作用在刀具的工作部分，如果可能的话，最好显示后续试验过程的喷溅能力和喷流压力。削条件所有切削试验中的进给速度 f、轴向切削深度中所示的参考值。如果研究的目的是评价刀具磨损和切削参数之间的关系，那么切削条件必须通过实验技术方法（设计制定许多不同的等级，使其包含在来自产业观点兴趣的范围内。几何学磨损试验法南京工程学院毕业设计外文翻译 6 3 1 引言刀具耐用度试验的目的是通过实验性检验确定一个或几个参数如何产生对切削刀具寿命的影响。由于加工方法的不同，决定特殊材料切削刀具寿命结束的原因也常常是不同的。最简单的例子就是发生在刀具完全报废的时候。在大量的实例中，刀具的逐渐磨损和所实行的切削操作都令人感到很不满意，例如，切削力的增加和加工过程中的变形和振动。固定比较性的因素决定刀具寿命的终止。金刚石刀具磨损是金刚石和结合体逐渐消耗的结果。金刚石晶粒的磨损与晶粒的性质的关系紧密相关，粘结体的消耗是粘结硬化的函数，宏几何作用就是组成区段层的金刚石晶粒消失和损坏以及结合体的腐蚀。宏几何作用的结果会导致刀具直径和重量随着刀具柱状形状的适时变化而减小。金刚石刀具磨损的发展强烈地影响刀具的性能，而且还会影响到石材加工的效果和效率。实际上，一个磨损的刀具会加快切屑能力的损失，增加制造切屑过程中的振动的数目以及产生断续切屑过程的可能性。所以，最终的石材制品上就会出现片状或波浪形误差。因此，刀具的性能是石材加工的关键因素。 3 2 机床在测试过程中，应用于试验的机床一定要具备刚性结构，而且不能具有不规则振动和弯曲变形的趋势。试验用的机床要有控制速度持续变化的指令，来补偿现行加工过程中应用的整个速度范围。此外，变化的速度指令容许切屑速度的精确设定，还可以减少获得刀具寿命曲线所需要的时间。 3 3 仪器设备为了能够验证显示在当时指示仪器上的误差，必须要准备好实行必要测量并且制造准确的下列仪器：记录切屑时间的秒表测量刀具尺寸的具有测微装置的光学显微镜灵敏度为电子秤测量切屑液流速的仪器（可以通过测量已知容积容器的排空时间来获得）几何磨损试验的过程由于每个具体例子的情况是变化的，所以，刀具寿命的试验过程只能泛泛地描述。完成刀具寿命试验采用的方法与完成良好加工过程所用的方法相同，此加工过程包括采用必要的预防措施，记录观测值以及进行必要的测量。南京工程学院毕业设计外文翻译 7 在开始试验之前，必须保证机床、工件和刀具与当时草案中的指示相一致。验的概况总结与试验结果的表达由此试验，可以得出以下结论：刀具直径随石材减少体积不断增加的变化刀具重量随石材减少体积不断增加的变化刀具圆柱度随石材减少体积不断增加的变化 4 应用举例这个可靠的草案已经被一个加工两种类型花岗岩的知名生产商用来研究投入市场的两种刀具的磨损（见表 1）。关于非洲黑色花岗岩和撒丁岛花岗岩的切屑试验已经被实施，这两种花岗岩的特性必须要根据表 2 中所给出的测试草案来报表。线性切屑要在尺寸为 1000板坯上实行，为了得到机床工作台上适用于 090屑加工处必须与下一个切屑加工处要保持一定的距离，以保证彼此间的完全独立性。两种类型刀具的特征参数参见表 3。考虑到现行磨床要适当布置喷油系统和防尘系统的因素，水被直接喷溅在切屑区域。水也是加工中普遍运用的切削液。表 5 中所给定的试验条件正用于 3 轴数控加工中心，使其具有连续控制卡盘旋转速度和进给的速度的装置。在每次切屑结束时，为了清除加工尾渣，刀具必须要远离主轴放置，清洁好刀具，然后，对刀具的直径、重量和圆柱度进行评析。磨头的重量通过灵敏度为电子秤来测量，直径利用雷卡光学显微镜在均匀分布在刀具分界面上的六个位置的测量值来获得，磨头直径被看作这六次相关测量的平均值。显微镜具有分辨率和大约测量误差。直径的测量也被用于评析刀具的圆柱度。直径在一组同轴圆柱中的测量值已被确定两同轴圆柱间的径向距离等于圆柱度引起的公差值。表 1. 测试草案举例机床材料黑色非洲花岗岩参见表 2中所示性质撒丁岛花岗岩参见表 2中所示性质测试草案南京工程学院毕业设计外文翻译 8 工件的标准条件板坯尺寸 1000寸 1000具参见表 3中所示性质参见表 3中所示性质切屑液水压强速 10 l切屑条件进给速度 f 见表 4 轴向切削深度 a 见表 4 切削速度见表 4 宏几何磨损试验过程机床 3轴数控加工中心仪器雷卡光学显微镜灵敏度电子秤灵敏度表灵敏度具磨损测试过程南京工程学院毕业设计外文翻译 9 均匀分布在刀具长度方向上直径的 6次测量值每个工部后刀具重量的 3次测量值结论概括刀具直径随石材减少体积不断增加的变化刀具重量随石材减少体积不断增加的变化刀具圆柱度随石材减少体积不断增加的变化表 2. 加工材料的性质密度 kg/ 2608 3010 吸水率 % 压强度 145 180 抗磨强度 40 65 冲击抗力 90 90 努氏硬度 5000 3000 果与讨论试验已经得出：预定义宏几何学变量变化的限定条件是石料减少体积的函数，这就意味着要及时监视宏几何学磨损变量。图 1 表明了两种磨削刀具直径的变化趋势。床的曲线是关于石材减少体积扩大到大约 90000们具有线性趋势。床的曲线是石材减少体积达到 50000的直径

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