冰刀刃研磨机设计

冰刀刃研磨机设计摘要：随着社会的改革开放，滑冰很快成为了人们喜闻乐见的日常体育活动，随着滑冰运动的普及。冰刀刃的刃磨问题也随即成为人们亟待解决的问题。传统的刃磨都是手工刃磨，手工刃磨存在着很多缺点。所以，有必要研究机械研磨冰刀刃机构，改善我国的冰上运动成绩。本次设计的冰刀要水平放置，砂轮轴向垂直放置。尺寸问题主要从以下两个方面考虑：一是根据设计要求里的进给行程确定某些部位的尺寸，；二是尺寸要充分服从刃磨机的刃磨的功能，也就是说最终确定的尺寸要充分保证刃磨的效率和刃磨的质量，此外还要满足人机关系，充分考虑操作工人的一些问题。最后根据设计结果进行二维建模。关键词：冰刀刃，磨削，夹具IIceedgegrindingmachinedesignAbstract：Alongwithsocietysreformandopeningup,Skatingsoonbecamepeoplesdailyphysicalactivity.Asthepopularityoftheskating,grindingproblemhasthenbecometheproblemstobesolved.Thetraditionalgrindingaremanualgrinding,Therearemanyshortcomingsinmanualgrinding.so,Itisnecessarytoresearchthemechanicalgrindingbodytoimprovetheperformanceoftheiceinourcountry.Theiceskatesofthisdesignareputhorizontally.Sizeofthisbodyismainlyconsideredfromthefollowingtwoaspects:oneistodeterminethesizeofthepartsaccordingtothedesignrequirementsoffeedingschedule;Theotheristomakethesizefullyobeythegrindingmachinegrindingfunction,thatistosaythesizeofthefinalshouldfullyguaranteethequalityandtheefficiencyofgrinding,moreoveritalsoshouldmeettheman-machinerelationship,fullyconsideringtheoperatingproblems.Finally,wecompletetwo-dimensionmodellingaccordingtotheresultofthedesign.Keywords:SkateEdge，Grinding，Fixtures目录1前言.11.1研究的背景、目的和意义.11.2冰刀研磨技术概述.21.2.1手工研磨技术.21.2.2常见机械磨削概述.32冰刀刃研磨机整体结构.72.1总体布局.72.2刃磨对象冰刀刃.82.3进给装置的支撑架.82.4丝杠的选择.92.5支撑板的结构.102.6砂轮支撑架结构.112.7夹具结构.122.8砂轮的选择.133选型和校核.153.1选型设计的主要要求.163.2进给轴的行程和尺寸.163.3磨削力的计算.173.4丝杠强度校核.203.5电机的选择.203.5.1进给装置电机的选择.253.5.2砂轮主轴电机的选择.254结论.26参考文献.27致谢.2801前言1.1研究的背景、目的和意义冰刀是装在冰鞋底下的钢制刀状物，有球刀，跑刀和花样刀三种。它是冰上运动的基础。冰刀的锋利程度直接关系到运动员的成绩。冰刀示意图如图1.1所示，冰刀的刀刃线一般是由几段半径（810米）很大的圆弧线组成，刀刃一般厚2毫米。图1.1冰刀外形示意图随着社会的改革开放，滑冰很快成为了人们喜闻乐见的日常体育活动，随着滑冰运动的普及。冰刀刃的刃磨问题也随即成为人们亟待解决的问题。这是因为冰刀的质量直接影响了冰刀运动者的速度和灵活性，直接影响了冰上运动者的运动快感。这是因为冰刀在长时间使用之后，冰刀刃会逐渐变钝不再锋利，也就是说冰刀刃的锋利程度在很大程度上影响了冰上运动的快感。而且，随着我国体育事业的发展，冰上运动已经成为了一项体育竞技项目，在冰刀变钝之后，冰上运动员的成绩会受1到很大的影响，直接制约了我国冰上体育项目的发展。只有对变钝的冰刀刃进行刃磨，才能改善冰刀刃的情况，使之变得锋利，继续满足冰上爱好运动者的快感。改善和提高我国冰上运动的成绩和地位。但是，传统的刃磨都是手工刃磨，手工刃磨存在着很多缺点，例如刃磨的效率很低，而且刃磨的质量一般都很低。所以，设计出能代替收工刃磨的机械冰刀刃研磨机对于解决冰上运动的刃磨问题，改善我国的冰上运动成绩至关重要。冰刀的研磨分为手工研磨和机械研磨。从研磨质量上说，机械研磨的研磨质量要比手工研磨的要高得多。并且机械刃磨的效率要比手工刃磨的效率高得多。本次设计主要目的是具有科学机械结构的刃磨机，解决手工刃磨效率低和精度低的问题使手工刃磨过渡到机械刃磨，进一步提高冰刀刃磨的精度，提高冰刀刃磨的效率，促进我国冰上运动体育事业的飞速发展，提升我国滑冰滑冰运动的成绩。1.2冰刀研磨技术概述冰刀随着在冰面上滑行时间的增加会产生磨损，其磨损量非常小，冰刀的机械研磨加工是一种磨削量非常小，精度要求非常高的加工方式。目前，冰刀的研磨方法主要有两种，手工研磨和机械研磨。1.2.1手工研磨技术2图1.2手工研磨冰刀刃手工研磨是人工拿磨具直接在刀具上进行刃磨。手工刃磨也是分为很多步骤。先将粗磨石进行大力度的刃磨，随后再用细磨石进行一定程度的刃磨。最终达到刃磨的效果。如图1.2所示。但是手工研磨存在一些不可避免的缺点，主要有：（1）手工研磨的最大的缺点是研磨力的方向和大小只能凭借经验实施，而不能量化地进行。如果手工刃磨时的磨削力过大的话，就会出现如图1.3所示卷刃现象，也就是磨削力过大，使冰刀刃向用力的方向变形从而产生刀刃堆积的现象；如果研磨冰刀时用力不均匀或者力度不够的话就会出现斜刃或者偏刃的现象，如图1.4所示。（2）因为手工磨具的磨粒的粒度很难控制，所以手工刃磨的冰刀刃的粗糙度很难得到保证；（3）由于手工磨石本身存在几何误差，所以被手工磨石刃磨后的冰刀刃的平面度误差也得不到保证；（4）手工刃磨时，冰刀刃的几何形状要靠人工用力形成，但这是很有挑战性的，所以手工刃磨的冰刀刃的几何轮廓很难控制，进而会影响冰刀刃的磨削效果，甚至影响运动员的滑行成绩。（5）和机械刃磨相比，手工刃磨精度低，效率低，对操作者的挑战更大。3图1.3冰刀刃的卷刃图1.4冰刀刃的偏刃1.2.2常见机械磨削概述磨床(grinder,grindingmachine)是一种利用磨具对被加工对象进行刃磨的磨削加工机床。这里的刃磨磨具大部分指的是砂轮而且是高速旋转的砂轮。除了高速旋转的砂轮外，还有一些其他常见的磨削磨具，例如砂轮带，磨石，还有一些高科技的其他存在状态的磨料，这些都已经被用于磨削被加工件的磨床。磨床的加工对象的类型也非常广泛，一般有硬质合金，经过淬火的硬质钢等等。这些都是硬度比较高的材料。除此之外还可以加工脆性的材料，例如石头，玻璃等等。磨床根据磨具的不同可以完成不同的磨削任务。用砂轮举例，当砂轮为细砂轮时这时可以进行高精度的磨削，因为它加工出来的被加工件的粗糙度会很低。当砂轮为粗砂轮时，可以用来进行效率很高的磨削，因为此时的磨削力会很大，可以缩短磨削时间，但是此时的被加工的工件的粗糙度很大。随着社会的进步，科技的发展。尤其是制造业取得了飞速的发展，磨床也取得了突飞猛进的革命性的进展。各种性能不同，结构不同，用途多样的磨床层出不穷，下面简单介绍一下主要的几种4磨床类型。图1.2.2a普通磨床（1）外圆磨床：是最常见的普通磨床系列，顾名思义，这类磨床主要用来磨削圆锥形和圆柱形外表面。（2）砂带磨床：用快速转动的砂带对工件表面进行磨削的磨床。（3）平面磨床：是一种主要用来磨削工件的平面的磨床。除此之外还可以加工包括平面、弧面、槽等工件。(4)内圆磨床：也是较常见的普通磨床系列，和外圆磨床相似。这类磨床主要用于磨削圆锥形和圆柱形内表面的磨床。(5)无心磨床：这种磨床主要是根据其被加工对象的固定方式命名的。这种磨床被加工对象采用无心夹持，而是被放置在一个导轮与一个托架之间，其中导轮会进行转动，用来驱动工件的旋转，从而实现被加工工件和砂轮之间的磨削。(6)导轨磨床：这类磨床主要是根据他的被加工对象的类型命名的。这类磨床主要用来磨削机床的导轨面的一类磨床。因为机床的导轨是一种对粗糙度要求比较高的一种零部件，而且这类导轨的形状也比较特殊，所以针对这种零部件专门设计的一种磨床(7)珩磨机：这类磨床主要是用来加工各种孔的磨床，这些孔主要包括普通的圆孔也包括不规则的圆孔例如椭圆孔，圆锥孔等等。这类磨床既可以加工通孔也可以加工盲孔。因此这类磨床在机械加工中占有一定的地位，起到了一定的重要作用(8)工具磨床：主要用来加工工具的磨床叫做工具磨床。(9)专用磨床：专门用来对某一种特定类型零件进行磨削的专用机床。这类机床根据具体加工对象的不同又可细分为很对小类型的磨床。1730年左右，为了满足一些传统的简单的一些刃磨工件的要求，一些国家就相继研究出了最简单的一些原始磨床。这些磨床不是严格意义上的磨床这些磨床的结构非常简单，他们是在一些已有的机床例如车床等机床的原有基础上安装一些砂轮整合改造而成的。他们这些砂轮都是有天然的磨料组成的。因为这些原始磨床结构简单，技术不成熟，一些技术性问题还都存在，例如精度不高，极易产生震动和误差等等。他们还不能充分满足机械精加工的一些要求。20世纪初，随着科技的发展，传统磨床在磨料和传动等方面都有了一些长足的发展和演变。尤其是磨料的发展，对磨削起到了至关重要的作用。因为磨料的改善直接改进了磨具的性能，改变了磨削的机理和磨削力的性能。传动技术的改进更是提高了磨床的效率，改善了机械刃磨的质量。在传统磨床发挥作用的同时。其他的科技也相继和磨床结合起来。例如计算机技术，电子技术，控制技术，测量技术等等，这些技术的问世很大程度上解决了传5统磨床的不足，拓展了传统磨床的功能和作用。相继产生了一大批的富含现代科技的先进磨床，对传统磨床的发展起到了举足轻重的作用，在传统磨床的发展进化史上具有里程碑式的意义。图1.2.2b磨床磨床不仅种类繁多，而且应应用非常广泛，因为其加工的特点和作用，磨床在精密仪器零件的加工方面应用尤为广泛。但是磨床的操作具有一些特殊的要求。因为其主要部件砂轮在磨削时是高速旋转的。所以在操作砂轮时要尤其的小心。如果操作不慎。会发生很危险的后果，如果操作不慎，不仅会影响到磨削的效果，甚至还会伤及操作人员，威胁到操作人员的生命安全。所以，在进行磨削的同时，我们还要高度注意安全问题。第一，在工作人员进行操作磨床时要做好防护工作，避免离砂轮太近，避免与砂轮有很亲密的接触。而且操作砂轮时砂轮和工件磨削时会有火花溅出，这时候就一定要保护好操作者的眼睛。因为如果这些火花或者微尘进入眼睛，会对人体的眼睛产生很大的危害。同时操作者还要带好口罩，防止呼吸时吸入这些磨削微尘，伤及自己的身体。62.冰刀刃研磨机整体结构2.1总体布局冰刀刃研磨机的总体设计布局是本次设计中的一个很重要的部分。如果没有一个整体的布局，其他的零部件就无法进行下一步的设计，也就是说部分的设计是以整体的设计为基础的。有了整体的布局，如果整体的布局不合理。那么就会影响到冰刀刃磨机的最终设计效果，会影响到刃磨的效率，影响到冰刀刃磨的刃磨质量。一个良好的设计要从他的设计目的或者说是他的产品功能出发，本次设计的功能就是对冰刀刃进行砂轮刃磨。所以冰刀刃和砂轮的配合方式和相对运动就是决定本次设计机构的一个很重要的因素。本次设计的冰刀要水平放置，砂轮轴向垂直放置。这种相对位置关系确定后。冰刀刃磨机的很大一部分的结构，布局就可以确定了。进一步考虑，用纵向横向的进给装置来实现冰刀的水平的二维运动，用垂直方向的进给装置实现砂轮的垂直运动。另外为了保证砂轮的转动平衡，确保砂轮的磨削效果，还要设计一个砂轮固定装置。除此之外，电动机的位置布局也是影响刃磨效果的一个很重要的一个因素。因为如果电动机的位置布置不好的话，电动机产生的震动会严重影响到冰刀刃磨机的刃磨效果。所以最终决定把电动机和进给轴直接相连。除了考虑布局之外，还要考虑各部分结构的尺寸问题。尺寸问题主要从以下两个方面考虑：一是根据设计要求里的进给行程确定某些部位的尺寸，这些部位的尺寸的最主要的一个标准就是设计要求；二是尺寸要充分服从刃磨机的刃磨的功能，也就是说最终确定的尺寸要充分保证刃磨的效率和刃磨的质量，此外还要满足人机关系，充分考虑操作工人的一些问题。冰刀刃研磨机机械部分的总体布局如图2.1所示，考虑到上述的设计要求本次设计中冰刀刃研磨机采用立式机构，机构主要主要由横向向进给装置、纵向进给装置、竖直方向进给装置、冰刀夹具、刃磨砂轮装置等五部分组成。冰刀刃研磨过程主要包括冰刀磨削运动进给运动和竖直方向调节砂轮运动，通过这三个运动来实现对空间冰刀刃的研磨。本次设计将电机与丝杠直接相连，原因是冰刀刃研磨机进给装置体积较小、质量较轻，转动丝杠的转动惯量较小。7图2.1冰刀刃研磨机示意图2.2刃磨对象冰刀刃如图所示冰刀的刀刃线一般是由几段半径（810米）很大的圆弧线组成，刀刃一般厚2毫米。图2.2冰刀刃示意图2.3进给装置的支撑架根据设计要求确定此冰刀刃研磨机采用立式设计，结构主要由横向进给装置、纵向进给装置、竖直方向进给装置、夹具、砂轮装置五部分组成。其中横向进给装8置和纵向进给装置都有支撑架组成。支撑架的示意图如图2.3所示，根据设计要求，纵向进给行程为450mm，横向进给运动行程为50mm。但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，并且刀具的长度为450mm，支撑架的宽度为300，所以将纵向支撑架长度设定为1100mm；横向进给的支撑架长度设定为400mm。图2.3进给装置示意图2.4丝杠的选择在机械零件中，丝杠有很多种类型。例如有滚珠丝杠，梯形丝杠以及滚柱丝杠等。（1）滚珠丝杠：滚珠丝杆可以将回转运动转化为直线运动，也可以将直线运动转化为回转运动的一种丝杠。滚珠丝杆通常由螺杆、滚珠和螺母组成。它最主要的特点是将旋转运动和直线运动互相转化，他的内部机构如图图2.4a所示滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间存在很多滚珠,这些滚珠可以在滚道内做滚动运动，所以滚珠丝杠的摩擦力小，传动效率很高。滚珠丝杠由于运动效率很高、摩擦力小、发热小、经常用于高速传动。滚珠丝杠也因此被广泛应用于各种工业设备和精密仪器的传动装置。如图2.4a所示。（2）梯形丝杠：梯形丝杠的螺纹的横截面为梯形，也因此被称之为梯形丝杠。其牙型为等腰梯形，牙型角为30度。梯形丝杠和其他配合9的螺纹孔之间是以锥面相接触，所以梯形丝杠连接比较牢固，传动效率比较高。而且因为牙型的原因，其强度非常高。也因此梯形螺纹也是传动螺纹中最常见的螺纹。（3）滚柱丝杠：行星滚柱丝杠也是将旋转运动转化为直线运动的一种丝杠机构，但特殊的是在螺母和丝杠中间的滚动元件为圆柱形滚柱，因为滚柱和的螺母之间的接触方式是线接触，所以这种接触方式大大增强了行星滚柱丝杠的承载能力。如图2.4b所示，在螺纹丝杠的周围，布置了若干个螺纹滚柱。也因此滚柱丝杠就能够在重载的情况下长时间承受重载，所以滚柱丝杠特别适合在重载荷的条件下长时间工作。综上所述，根据本次设计的要求和实际情况，选定本次设计丝杠为梯型丝杠，型号为tr225，即丝杠外径为22mm导程为5mm，d3min=15.29mm材质为45号钢。图2.4a滚珠丝杠图2.4b滚柱丝杠2.5支撑板的结构如图2.1装配示意图所示，和支撑架上的丝杠相连的是支撑板。横向的支撑板上放置的是纵向支撑架，纵向支撑架上方是纵向支撑架。纵向支撑架上固定着夹具。本次设计的支撑板如图2.5所示，板上共有五个连接孔，四周的孔分别和支撑架上的两个导轨相连，中间的连接孔和传动丝杠相连。10图2.5支撑板示意图2.6砂轮支撑架结构如图2.5装配图所示，在竖直方向的导轨和砂轮之间的结构是砂轮支撑架。砂轮架是用来支撑带动砂轮作高速旋转的很关键零件，图2.6是本次设计的冰刀刃研磨机的砂轮架结构示意图。其中，砂轮架的关键部分是主轴和轴承之间的配合。主轴和轴承的装配精度高的话，会一定程度上提高刃磨的效率、加工的精度和刃磨刀具表面的光洁度。继而会提高冰刀刃磨的质量。满足本次设计要求。图2.5砂轮支撑架示意图112.7夹具结构在刃磨冰刀刃是，夹具是一个必不可少的问题，也是一个必须要解决的问题，因为一副合适的夹具不仅会满足冰刀的定位需求，还会充分保证冰刀刃的加工时的刚度需求，进而会提高冰刀刃磨的效率，提高冰刀刃磨的刃磨质量。结合本次设计的要求，我们可以了解到，本次设计的冰刀刃磨机是用来刃磨冰刀刃的一种简单的机床。设计夹具不仅要了解机器的功能和要求，我们还要了解被加工对象的一些特点。此次设计的冰刀刃研磨机的刃磨对象是一种冰刀，首先冰刀的特点是非常小巧，还有一定的形状特点，宽度不大，但是具有一定的长度。也就是根据这种特有的特点，我们要设计出一种特定的专用夹具，因为通用夹具根本满足不了这种具有特别特点的被加工对象的刃磨的。其次，从冰刀刃刃磨的频率可以分析得出，刃磨机的夹具的使用频率是不高的，这个特点也要充分考虑到夹具设计的要求当中去。如图2.7和2.8是本次冰刀刃刃磨机的夹具的示意图。本套夹具主要分为两部分。一部分是夹爪，另一部分是用于放置夹爪的底槽。底槽上有两个螺纹孔，当夹爪放入底槽后，拧紧螺钉，由于夹爪上的楔形结构夹爪会受到向下的预紧力，进而会起到紧固冰刀的作用。此套加夹具结构简单，而且最重要的是操作方便，效率高。能满足工艺的条件，满足设计的需要。顾名思义夹具是一种在机械加工过程中用来固定加工对象的装置。为了满足加工的诸多条件，例如尺寸精度，表面精度，几何形状等等要求，这些都必须有夹具来保证图2.7夹具一12图2.8夹具二2.8砂轮的选择砂轮对于刃磨的效果至关重要，所以我们有必要对砂轮对于刃磨效果的影响进行一定的研究。根据金属切削原理我们可知对于砂轮，能够影响刃磨效果的不仅有砂轮的速度还有砂轮的材料。砂轮的速度可以影响到刃磨的效果和刃磨的效率。砂轮的材料则同样可以影响到刃磨的效果和效率。这是因为，机械刃磨和手工刃磨不一样，机械刃磨的速度非常大，摩擦力非常大，产生的磨削热就比较多，在很高的温度情况下，不同的砂轮材料对于刃磨工件的效果就不一样，不同的材料会在高温下和被刃磨的工件材料发生不同的反应。所以就非常有必要对砂轮的材料进行一定的了解和研究。了解砂轮材料的物理性能和化学性能，使其有利于刃磨的效果。只有选择最佳的砂轮材料，才能在刃磨时产生最佳的刃磨效果。由金属切削原理可知，制成砂轮的材料一般有：金刚石，碳化硅。此外还有立方氮化硼。并且这三种不同的材料在性能上也有很大的区别和差异性。例如金刚石的成份其实是碳元素，在化学研究范围内，金刚石算是碳元素的一种同素异形体。由于他的内部结构，金刚石是世界上很多天然存在的物质中最坚硬的一种物质。因此，他经常被用作砂轮的成份。但是金刚石在高温的情况下容易和空气中的氧气发生化学反应。所以，本次设计不采用金刚石作为砂轮的磨料。碳化硅有很多良好的化学性能，例如耐磨性好，硬度大等等。但是，碳化硅极易在刃磨过程中和被刃磨的钢铁工件发生化学反应。所以也不适合作为冰刀刃研磨机砂轮的材料。所以本次设计最终选择立方氮化硼作为刃磨砂轮的材料。13砂轮的磨料选择完，可以一定程度上提高砂轮的强度。但是随着砂轮使用时间的增加。砂轮会出现不可避免的磨损。虽然磨损量很小，但还是会在一定程度上影响刃磨的质量。因为磨损会体现在一下几个方面。第一，也是最为直观的就是砂轮的半径会减小。砂轮的磨削面由于和工件在接触的时候发生剧烈的摩擦会出现平面度的改变。整个砂轮的圆度也会受到一定程度的影响。这些因素会综合起来影响砂轮的磨削效果和磨削效率。从而影响冰刀刃的磨削质量。这些都要求我们要及时地对砂轮进行修整。修整主要包括修形和修锐两个方面。下面详细介绍修形和修锐两方面。修形是修整的一个重要内容。砂轮经过长时间使用之后。外表面会出现一些缺陷，随之砂轮的圆整度也会受之影响发生变化。这就需要对砂轮整体的圆度和砂轮磨削面的平整度进行修改。修形的具体操作就是使用金刚石笔对砂轮的外圆面进行磨削。如图2.8所示。磨削之后，砂轮的圆柱度得以提高。使砂轮的外形得到恢复。图2.8修形示意图除了修形之后另外一种修整的方式是修锐。经过长时间使用的砂轮不仅外形会有变化，其中的磨粒会被磨平失去原有的锐度。更严重的是其磨粒之间的缝隙会被磨屑填充。造成整体的磨削效果的下降。这是进行修锐的客观条件。修锐的具体做法就是使用一定的工具对砂轮进行打磨。提高磨粒的锐度，队增强磨削效果和磨削效率起到了重要的作用。磨粒的大小对磨削的效果也起着至关重要的作用。一般情况下。磨粒尺寸被分14为三个等级。三个磨粒的等级对应的是三个磨削阶段：粗磨，精磨，抛光磨。选取磨粒的时候要参考一定的选取原则。通常的原则是在保证磨削效果和磨削质量的情况下，选择的磨粒粒度越大越好。这样既可以保证磨削质量也可以提高磨削效率。通常情况下，粗磨的砂轮磨粒粒度选择号数为4080的砂粒，精磨的砂轮磨粒粒度选择100200的砂粒，抛光磨时的砂轮磨粒粒度选择号数为200W20的砂粒。这样可以在一定程度上提高磨削效率和质量。除了砂轮的磨粒和磨料对磨削的结果又影响，砂轮和冰刀刃的相对位置关系也会影响到刃磨的质量。通常的磨削过程中经常出现以下问题。一是由于磨削用力不均匀，很容易把刀刃磨得不平整，造成偏刃的现象。在进行机械磨削的过程同样会出现上述问题，所以我们要注意砂轮的位置。冰刀和砂轮的位置关系要保证两点（1）冰刀要能落在砂轮的加工范围内，如图2.8（a）所示。（2）砂轮的轴线要与冰刀面的法线（与冰刀面垂直的竖线）必须平行，否则就会产生偏刃，如图2.8（b），（c），（d）所示。15图2.8b冰刀与砂轮的位置关系163选型和校核3.1选型设计的主要要求在选型和设计冰刀刃研磨机的时候，要考虑很多因素。但主要是使选型和设计的结构能够充分满足冰刀刃研磨机的精度，刚度等一些要求。此外，还要充分考虑到刃磨时的刃磨效果和刃磨效率。以及如何能便于工人的操作，工人的维修等等要求。3.2进给轴的行程和尺寸根据设计要求，纵向进给行程为450mm，横向进给运动行程为50mm。但在加工开始和结束时，进给装置都要有一段加速行程和减速行程，并且刀具的长度为450mm，工具台的长度为300，所以将纵向设定为1100mm；横向进给的导轨长度设定为400mm。设计要求规定砂轮架的垂直升降运动方向的最大行程为50mm，加上加速减速的行程和工具台的高度。所以垂直方向导轨长度设定为300mm。图2.2冰刀加工尺寸示意图173.3磨削力的计算磨削力是冰刀刃研磨机的一个重要的参数，如果磨削力过小，则会增加磨削时间，继而降低磨削效率，甚至会降低磨削效果。磨削力是砂轮和冰刀刃相互作用时由于相互变形而产生的一种力的效果。磨削时的磨削力通常在方向和大小上非常复杂，不适合直接用来研究。所以为了便于研究磨削力通常被人为地分为和砂轮轴线方向平行的轴向力，在实际情况中，轴向力一般数值很小，所以在研究当中经常aF被忽略不计。沿着砂轮边缘切线方向的切向磨削力tF还有沿着砂轮径向的磨削力称之为法向磨削力n。在研究磨削力的时候，有一个不可避免的概念就是磨削比。磨削比就是法向磨削力与切向磨削力的比值/。由金属切削知识可知磨削时的法nt向磨削力一般要比切向磨削力大得多。也就是说磨削比一般是要大于1的。此外磨削比还和被加工工件的材料有关，当被磨削材料为普通的钢料是，磨削比的值一般为1.53。磨削力的计算方法通常分为经验公式法和解析法。但是一般的经验公式法的计算结果会和实际差别比较大。所以本次课题设计中磨削力的计算采用解析法对冰刀刃磨削过程进行分析。磨削力的示意图如图3.3所示。三角形为磨削砂轮磨粒的放大之后的横截面。表示砂轮上的磨粒磨削是进入冰刀刃的深度，称之为磨粒切削ga深度。在理想状态下，磨削力是要和磨粒锥面相垂直的。为了便于研究，我们把xdF作用力人为地分解为法向推力和切向推力。由于磨削沙粒是轴对称的，xdFntxdF所以整个锥形磨粒上两侧的切向力tx会相互抵消掉。但是也是由于对称的原因法向力会相互叠加使得整个磨粒受到的法向磨削力增大。所以对于整个磨削沙粒来讲都是切向的磨削力要小于法向磨削力。18图3.3磨粒上的作用力如图3.3所示，在XX截面内作用在磨削沙粒上的切削力可按下式求得：xdF(3-1)cosdFpx(1)式中，垂直磨削方向平面内的单位面积磨削力（N/mm2）；pF接触面积；ds磨粒半顶锥角；切削力方向与x方向的夹角。分布如图c中虚线范围所示，设图中磨粒是具有一定的锥角的圆锥，中心xF线指向砂轮的半径，且圆锥母线的长度为，则接触面积(3-2)ddsin21将(3-2)式代入(3-1)得(3-3)19因为(3-4)将式(3-3)代入(3-4)中两式则得因此，可求得作用于整个磨粒上的磨削力如下：于是可得到磨削力的计算式，blNstd为动态有效磨刃数，dN为砂轮表面上的单位长度静态有效刃数，t为砂轮与工件的接触弧长度，sl为磨削宽度；b查相关资料得：当粗磨时，将，代入式中，mag05.20.8,5,94270dpNF可得:，NFnt,2当精磨时时，将代入式中，ag0.6.15,280dp可得:nt28,96203.4丝杠强度校核因为固定冰刀的纵向进给装置里的丝杠在磨削过程中要受到切向磨削力，所以有必要对其进行强度校核。根据拉压杆的强度计算得：tFA=0.5MPa=230MPa所以丝杠符合强度要求。3.5电机的选择电机是一种可以将电能转化为动能的一种动力装置，俗称马达。他可以将电能转化为驱动转矩。用于电器或者各种机械装置的动力源。发电机在电路中用字幕G表示，而电机在电路图中用M表示。直流电机是众多电机中的一种。它是一种能将直流电能转换成机械能的一种能量转换装置。直流电机的结构一般比较简单。直流电机一般有定子和转子两部分组成。定子是指不会随电机的转动而运动的一部分装置。而可以随着电机转动而运动的部分称为转子。图3.5a直流电机和直流电机相对的是交流电机。和直流电机的原理相似，交流电机是一种可以将交流电能和机械能相互转化的一种能量转换装置。和直流电机相比，交流电机是目前应用最广的电机。原因是交流电机的结构和直流电机有所不同。交流电机没有换向器，所以结构比较简单，稳定性好。因此交流电机的抗震性能非常好，不会因21为转子的高速转动而发生意外。除此之外，交流电机的电机功率也比直流电机大的多。这也是交流电机应用这么广泛的原因。图3.5b交流电机异步电动机是众多电动机的一种，它同样是一种将电能转换为机械能的一种交流电机。具体是由磁场具体为旋转磁场驱动感应电流产生一种转矩，从而继续驱动动力装置。异步电动机也包括很多类，常见的有三相异步电动机。异步电动机的应用也非常广泛，因为其可使用的功率范围非常广，具体可以从几瓦到几万千瓦。所以异步电动机在众多工业机械设备和家用电器中经常扮演动力装置的角色。在人们的日常生活中扮演着非常重要的角色，为国民经济的发展做出了很大的贡献22图3.5c异步电动机同步电动机是众多交流电动机的一种。如图3.5d所示。之所以叫做同步电机是因为其转子的旋转速度和磁场的旋转速度是一样的或者是同步的。其工作原理同样是磁场与电枢产生的磁场相互作用而发生转动继而带动动力装置。和异步电动机不同的是，同步电动机的转速主要是由电源的频率决定的。也就是说同步电动机的转速和负载没太大的关系，当频率一定而负载变化时，电动机的转速一般不变。这是同步电动机的一个很重要的特点。因为这个特点，同步电动机在很多领域都有很重要的应用，起着不可替代的重要作用。除此之外同步电机的稳定性也非常好，不会因为其他参数的变化而发生震动等一些不良的意外。其次同步电动机的电压对去转矩的影响也比较小，再次为同步电动机的广泛应用提供了良好的物质条件。23图3.5d同步电动机步进电机是一种特殊的电机。它不是将电能转换为动能的装置，而是可以用脉冲信号控制电机转动的一种电机。如果需要步进电机转动，需要输入一个脉冲信号。收到脉冲信号后，步进电机可以根据脉冲信号按照设定的方向转动一个固定的角度，这个角度叫做步距角。步距角是步进电机的一个重要的参数。在实际应用中可以通过控制脉冲个数来控制转动的角度。如果步距角足够精确，则可以通过步进电机实现很精确的传动。此外还可以通过控制脉冲的频率来影响步进电机的速度和加速度。所以步进电机是一种应用很广泛的点击。在正常工作是，电机的角度位移和速度只和脉冲有关，和负载没关系。所以这也是步进电机一个很重要的一个优点。由于受脉冲控制，步进电机的结构和组成也和普通的电机有所不同。步进电机需要利用电子电路对电流进行处理，把正常电流处理成控制电流，由控制电流对步进电机进行正常控制。驱动器就是一种处理正常电流的一种机构。可以保证步进电机的正常工作。由于步进电机的特点，步进电机得到了很广泛的应用。步进电机作为一种动力装置，是机械中一种很好的控制元件，广泛应用于自动化控制系统中。他不是传统意义上的电动机。它的正常使用涵盖了许多知识，例如机械，电机，电子及计算机等许多领域。随着现代科学技术，尤其是微电子和计算机的发展，步进电机在电机的领域中的地位日益提高，对国民经济的发展起到了很重要的作用。常见的步进电机如下图图3.5e所示。24图3.5e步进电机伺服电机是一种控制精度更高的的电机。首先来介绍伺服系统。伺服系统是一种特殊的控制系统。这个系统包括一个闭环控制系统。伺服电机本身可以发出脉冲信号，当步进电机发出一个脉冲信号，电机转动一个脉冲信号对应的角度后，伺服电机同时会产生一个脉冲信号。最后系统可以通过统计脉冲信号的个数来了解伺服电机的位移量，如果位移量发生偏差，控制系统里的控制转置可以通过执行装置来控制伺服电机进行误差调节。由于闭环系统具有很多优点。所以伺服电机也就有了很多的至关重要的优势。例如结构简单，转矩大，精度高。所以伺服电机在机械领域有很重要不可替代的地位。由于闭环系统的优点，伺服电机在将电压信号转化为角度位移的时候，可以很好地控制速度和精度的准确性。不仅如此，伺服电机还有反应快，反应时间短等优点。当伺服电机把电信号转化为电动机轴上的角位移输出时会有很好的效果。和其他电机相比，伺服电机有很多优点。例如输出转矩很大，输出速度范围很广，加速度大，体积小，已操作。运行平稳，噪音小，频率可以变化，适用范围广。伺服电机如下图图3.5f所示。25图3.5f伺服电机3.5.1进给装置电机的选择根据本次冰刀刃研磨机的进给装置设计要求：刃磨过程中纵向进给运动为410m/min，横向进给运动速度为0.25m/min。又因为本次选取的横向纵向传动装置的MAILI5RK60GN-CF的电机，他的额定转速为0-1350r/min。所以他的转速完全符合设计要求中的进给要求。3.5.2砂轮主轴电机的选择电机的选择主要是选择电机的转速，因为电机的转速会产生很多后续的影响。例如如果砂轮转速太高就很容易导致冰刀刃刃磨的质量下降，这是因为砂轮转速太高，会产生很多热量，继而增大磨料的磨粒的活性，又因为磨削力很大。这时候就很容易早成砂轮磨料的脱落。但是如果磨削速度太小的话，磨削力会减小，磨削效果就会降低，同时由于磨削速度降低，磨削时间就会增加，所以磨削速度太小的话，也会降低磨削效率。所以砂轮主轴的磨削速度要兼顾很多因素，在本次设计中，砂轮主轴电机选择型号为Y80M1-2电机，他的转速为2830r/min。264.结论本文是在我国冰上体育事业飞速发展的大背景下，对冰刀刃研磨机进行了一定的结构性设计和说明。并且进行了一些关键部位的参数的计算和校核，弥补了手工刃磨冰刀刃的不足。设计首先确定了本次设计的最终目的。然后了解国内外的冰刀刃研磨机的大致情况，结合我国特定的情况。了解被刃磨对象冰刀刃的特点及其参数和结构以及一些具体的细节性问题，确立出本次设计的冰刀刃研磨机的最初的机械结构的总体的布局。其次，根据设计给出的一些任务要求和研磨机的指标参数。通过一定的计算说明来确定出一些关键部位例如丝杠，磨削力，电机型号等参数。确定一些参数和结构，以及完成必要的校核之后。对本次设计的关键部分零部件进行二维建模，最终完成本次任务。27参考文献1纪名刚.机械设计.北京:高等教育出版社,2006.2王石安.冰雪运动.北京:人民体育出版社,2001.3陆剑中,孙家宁.金属切削原理与