刀具角度测量装置设计-车刀【3张PDF图纸+CAD制图+文档】
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本科毕业设计开题报告 题 目： 刀具角度测量装置设计 院 （系）： 机械工程学院 班 级： 机制08-3班 姓 名： 黄文涛 学 号： 080514020421 指导教师： 张文生 教师职称： 教授 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目刀具角度测量装置设计来源工程实际1、研究目的和意义在金属切削加工中，车刀是一种广泛使用的刀具，在车床上使用各种车刀，可完成工件的外圆、端面、车槽或切断，以及车孔和车内外螺纹等加工工艺。为了满足机器制造、金属加工及其他部门对金属切削刀具的需求，首先必须提高其生产速度，其次，要显著提高刀具质量，最后，要改进刀具的使用。其中，提高金属切削刀具的质量乃是达到最大限度满足对切削刀具需求的基本方法。通过对刀具几何角度测量装置的设计，有利于巩固和综合应用本专业基础理论和专业知识，在结构设计和工艺设计方面都得到训练和提高。选题具有一定的实际意义。在现代机械制造工业中，加工机器零件的方法有很多种，如铸造、锻造、焊接、切削加工以及各种特种加工，其中切削加工是将金属毛坯加工成具有一定精度、尺寸和表面质量的主要加工方法。在加工精密零件时，目前主要依靠切削加工来达到所需的加工精度。随着科学技术的高速发展，机械制造工业也在飞速发展。相辅相成，科学技术的发展对机械制造工业也提出了越来越高的要求。许多的设备零件所需达到的形位精度和表面质量逐年提高。这不光是对机床的制造、改进是一大挑战，而且对刀具也提出了更高的要求。为了延长刀具寿命，提高刀具的使用效率，满足加工零件所需的形位精度和表面质量需要，除了在设计刀具时正确决定刀具的几何形状，合理地选用刀具材料，规定必要的热处理以外，在制造过程中对刀具进行严格的检验也不容忽视。所以，对刀具进行严格、精确的测量越来越被人们重视，为了能精确地测量出各种刀具的几何角度，人们已经设计出了各种各样的专用的刀具测量装置。刀具的角度是刀具在选择使用的一个重要依据，角度测量的准确程度对刀具在切削过程中的性能要求和使用寿命起着关键的作用，对实际加工要求达到的切削性能和工艺要求都有一定影响。通过对刀具角度测量装置的设计，能增强对刀具切削部分几何特征参数的感性认识，理解切削加工中的切削机理，掌握金属切削理论基础概念。有利于巩固和综合应用本专业基础理论和专业知识，在结构设计和工艺设计方面都得到训练和提高。选题具有一定的实际意义。2、国内外发展情况(文献综述)目前，英国、美国、德国、同本等国都有多种型号的刀具预调测量仪产品，如德国的Zoller和美国的EXCELL公司的产品，不仅能够迅速对刀具进行瞄准测量，而且能够用微机刀具库进行管理，测量时采用光电自动瞄准，对刀具的进给速度无特别要求。我国的大部分类似的刀具测量系统仍停留在机械光学式，依靠人眼通过影屏将刀具放大后进行瞄准测量，容易带来主观误差，同时测量速度低近来我国科研人员也开发一些新型的刀具测量系统和测量方法，例如采用解调测量法的计算机视觉二维刀具检测仪、基于CCD图像处理的刀具测量仪以及原子力显微镜（AFM）测量法。下面主要介绍几种典型的刀具测量方法。（1）：机械式测量法;机械式测量法是指人工用卡尺测量或将量尺规固定于机床上测量。文献刘浏.用于卧式加工中心的简易对刀测量装置M.工具技术.2003.介绍了一种用于卧式加工中心，可测量刀具悬伸长度和刀具半径的简易对刀测量装置。该测量装置主要由千分表、测量杆、弹簧和测量座构成，能够达到的极限误差为39m。（2）：光学投影法；光学投影法师是指将刀具的光学影像通过光路放大变换，显示在投影屏上，然后人工瞄准测量。文献袁圣军.1610型刀具预调测量仪的研制M.工具技术.介绍了利用光学投影的方法来测量刀具的坐标位置和刀尖角度、圆角。该装置将刀具放入定位主轴中，并用投影屏瞄准定位，即可在光栅显表上显示出刀具的坐标值，同时可测量出其他几何参数。（3）：解调测量法；解调测量法是利用硬件或软件，将光电脉冲幅度表示的视频信号恢支承螺钉进行工件队中。该中心架具有刚性好，回转精度高，找正方便等优点，但工件的装夹不如局部策动式中心架方便、需要移动中心架。（4）：测头测量法;测头测量法是指将坐标机测量技术应用于数控加工中，利用控制测头对刀具表面形状进行测量。文献周永麟.用于车削中心的刀具自动测量系统M.工具技术.1999.介绍了一种数控测量系统，由反馈型测头、数控系统和测量控制软件组成。控制测头与被测刀具表面接触，感应被测件形状的变化，并把位移量转变成模拟量以正弦波的形式输出，再经过A/D变化输入计算机处理。在测量中可利用波形细分技术来提高测量精度。（5）；原子力显微镜测量法。对于超精密加工，测量精度要求达到亚微米级、纳米级。传统上采用扫描电子显微镜量法可达到亚微米级。文献孙涛,谭久彬，董申.基于原子力显微镜扫描的金刚石刀具纳米刃口轮廓测量方法研究.仪器仪表学报J.2000，（2）：35-46.介绍了原子力显微镜测量法。该测量法利用AFM的弹性微悬臂的探针与被测样品相互接近。产生可以根据微悬臂的弹簧刚度实现微弱力的测量，从而得到被测样品的表面形象，测量精度可达到纳米段。（6）图像测量法。图像测量法是指利用CCD图像传感器摄取刀具的对刀图像，传输到计算机电子科技大学硕士研究生毕业论文中经过数字图像算法处理，得到刀具几何参数的测量结果。图像测量法具有非接触、高精度、高效率等许多优点。文献王建民，浦昭邦，晏磊等.二维图像测量机系统的研究J.仪器仪表学报，2001.介绍了一种二维图像测量机系统，可以用来测量工件、刀具的坐标位置和尺寸参数，获得很高的精度。切削加工追求的目标是高精度、高效率、低成本、绿色环保。近年来，切削加工技术在高速切削、硬态切削、微雾润滑切削、干式切削、复合切削等领域迅速发展，这些切削加工技术是实现以最小限度生产设备高效率、低成本加工零件的生产方式的核心，到目前为止，切削加工技术发展的最大标志就是高速切削加工的发展。由于长期习惯于仿制国外产品，我国的仪器仪表工业缺乏创新能力，跟不上科学研究和工程建设的需要。我国仪器科学与技术研究领域积累了大量科研成果，许多成果处于国际领先水平，有待筛选。提高和转化，但产业化程度很低，没有形成具有国际竞争力的完整产业。（1）发展方向与科学前沿。数控设备的主要误差来源可分为几何误差和热误差。对于重复出现的系统误差，可采用软件修正；对于随机误差较大的情况，要采用实时修正方法。对于热误差，一般要通过温度测量进行修正。我国机床行业市场萎缩同时又大量进口国外设备的原因之一就是因为这方面的技术没有得到推广应用。为此需要高速多通道激光干涉仪：其测量速度达60m/min以上，以适应热误差和几何误差测量的需要。其测量结果和长度测量结果可同步输入计算机。（2）运行和制造过程的监控和在线监测技术。综合运用图像、频谱、光谱、光纤以及其它光与物质相互作用原理的传感器具有非接触、高灵敏度、高柔性、应用范围广的优点。在这个领域综合创新的天地十分广阔，如振动、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸及相互位置等。（3）配合信息产业和生产科学的技术创新。为了在开放环境下求得生存空间，没有自主创新技术是没有出路的。因此应该根据有专利权、有技术含量、有市场等原则选择一些项目予以支持。根据当前发展现状，信息、生命医学、环保、农业等领域需要的产品应给予优先支持。如医用中介入治疗的精密仪器设备、电子工业中的超分辨光刻和清洁方法和机理研究等。3、研究/设计的目标：(1）主要设计参数：综合运用知识，全面考虑有关科学的、经济的及社会的情况，设计刀具角度仪装置。可实现自动测量刀具的前角、后角、主偏角、副偏角、副后角、刃倾角。(2）完成总工作量如下：2.1）测量仪总装配图(A1图纸3张)；2.2）零件图纸（手绘图纸1张）。(3）设计说明书一本（1.5万2万字）。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：总体结构设计通过理论学习与毕业实习对题目进行分析可知该装置由两部分组成, 夹持装置与角度测量装置。夹持装置用于刀具的夹紧与定位，角度测量装置用于测量刀具的几何角度，只要包括：前角、后角、主偏角、副偏角、副后角、刃倾角。(1) 外圆车刀在正交平面参考系的正交平面上测得的基本角度： 1)前角 在过切削刃上选定点的正交平面内前刀面与基面之间的夹角。 2)后角 在过切削刃上选定点的正交平面内，后刀面与切削平面之间的夹角。 在正交平面内，前角和后角分别决定了前刀面和后刀面的位置。前刀面和后刀面之间所夹的角度称为楔角o，它可以由前角和后角派生而来。 (2) 外圆车刀在正交平面参考系的基面内测得的基本角度 1)主偏角 在过主切削刃上选定点的基面内，主切削刃和进给运动方向的夹角。 2)副偏角 在过副切削刃上选定点的基面内，副切削刃与进给运动方向的夹角。 3)副后角 在副切削刃上选定点的副正交平面内，副后角与副切削平面之间的夹角。 4)刃倾角 s 在过切削刃上选定点的切削平面内，主切削刃与基面的夹角称作刃倾角。 刃倾角与主偏角共同确定了主切削刃的空间位置。 对于前刀面为平面的普通外圆车刀，由上述6个角度就可以确定其切削部分的几何形状，这个角度是普通外圆车刀的基本角度。5、方案的可行性分析：通过机械设计、机械原理和金属切削原理等课程中的相关知识的学习，结合工程实训和毕业实习对相关装置的了解与认识，各部分结构符合理论要求和实际要求，能达到设计要求。6、该设计的创新之处 测量装置与自动换位调角装置组合使用，可对多种刀具进行各个角度的测量，且测量过程只需一次装夹、定位，即可完成刀具的所有角度的加工，操作简便，容易上手。7、设计产品的主要用途和应用领域：车刀测量装置结构简单，操作方便，比手工刃磨的效率高，比较如以保证精度。而刀具是机械加工中重要的组成部分，是实现零件加工成形的主要工具。根据当前发展状态，信息、生命医学、环保农业等领域需要的产品。而使用车刀测量装置就只需调节X、Y，Z三轴的角度就可以对有不同角度要求的车刀进行刃磨，并能较容易的保证精度。8、时间进程3月12日-3月25日 收集资料、进行毕业实习3月26日-4月8日 整理实习日记、撰写实习总结和开题报告4月9日-4月28日 设计计算、总体结构草图设计5月1日-5月15日 总体图和部件图设计5月16日-5月29日 零件图设计5月30日-6月10日 整理、撰写毕业设计说明书和设计图纸9、参考文献：1 刘浏.用于卧式加工中心的简易对刀测量装置M.工具技术.2003.2 袁圣军.1610型刀具预调测量仪的研制M.工具技术.3 林玉池，孙旭东.计算机视觉二维刀形检测及刀具预调仪系统的研究.电子测量 与仪器学报J.1998,(4):62-674 周永麟.用于车削中心的刀具自动测量系统M.工具技术.1999.5 孙涛,谭久彬，董申.基于原子力显微镜扫描的金刚石刀具纳米刃口轮廓测量方法 研究.仪器仪表学报J.2000，（2）：35-46.6 王建民，浦昭邦，晏磊等.二维图像测量机系统的研究J.仪器仪表学报，2001.7 翁心钧，刀具的检验M.机械工业出版社，1958.8 陈日耀金属切削原理M北京：机械工业出版社，2002.9 许洪基现代机械传动手册 M 北京：机械工业出版社，2002.10 上海机床厂“七二一”工人大学.磨床设计制造M.上海人民出版社，1972.11 成大先机械设计手册（轴承）M 北京：化学工业出版社，2010.12 李维荣标准紧固件实用手册M 北京：中国标准化出版社，2006.13 机床设计手册编写组.机床设计手册1M.机械工业出版社，1978.14 任金泉.机械设计课程设计M.西安交通大学出版社，2002.15 大连理工大学工程画教研室.机械制图M.高等教育出版社，2003.16 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院.机床夹具设计手册M.上海科学技术出 版社，1979.17 熊良山.机械制造技术基础M.武汉：华中科技大学出版社，2007.18 乐总谦.金属切削刀具M.北京：机械工业出版社，1993.19 孙东明，陈君若，李珊，等。虚拟产品设计在金属切削刀具几何角度在研究中 的应用J.机械设计与制造，2005，（2）：2
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