智能车刀刃磨机机械结构设计(一)

智能车刀刃磨机机械结构设计

【摘  要】该论文主要研究了车刀刃磨机的设计以及控制方法。主要论述了车刀几何参数和刃磨参数之间的关系和求解方法，建立并描述车刀位姿调整的数学模型。论文论述了车刀刃磨的数学模型，根据模型，求解了车刀的几何参数和刃磨参数之间的关系。由于车刀刃磨参数决定刃磨时车刀和砂轮间的角度调整。为了确定车刀刃磨机床参数，首先根据刀具刃磨时活动空间的分析，设计了实现方案，选取控制系统结构，根据刃磨运动方程控制角度，最终采用单片机对三台步进电机控制，从而控制机床产生相应的运动，实现车刀的各个面刃磨。
【关键词】刃磨机   位姿调整   卸荷结构  单片机控制

目      录
 第一章 绪  论 …………………………………………3
 §1.1 本课题国内外研究现状……………………4
 §1.2 课题的提出…………………………………5
 §1.3 课题主要研究内容…………………………5
 §1.4 本章小结……………………………………5
 第二章 方案设计及论证 ………………………………5
     §2.1 方案提出……………………………………5
     §2.2 方案论证……………………………………8
 第三章 方案实施 ………………………………………9
     §3.1 数学模型建立………………………………9
     §3.2 机械部分设计………………………………14
           §3.2.1 刃磨基本条件……………………14
           §3.2.2 磨削力估算………………………18
           §3.2.3 机械结构设计……………………20
           §3.2.4 失电制动器选择…………………22
           §3.2.5砂轮架升降机构设计 ……………25
     §3.3 控制部分设计………………………………26
           §3.3.1控制方案设计 ……………………26
           §3.3.2硬件电路设计 ……………………26
           §3.3.3软件设计 …………………………37
           §3.3.4驱动电源 …………………………45
 第四章 使用说明书 ……………………………………47
 第五章 结论 ……………………………………………50
 致谢词  …………………………………………………51
 参考文献  ………………………………………………52
 附件 §1 英文翻译 
      §2 开题报告 
第一章  绪 论
 §1.1 本课题领域国内外发展现状
 工欲善其事，必先利其器。刀具在切削加工中占有举足轻重的地位。在机械加工中，刀具的费用虽然仅为生产费用的2-5%,但它却对整个生产的效益有重大的影响。刀具是实现零件加工成形的主要工具，其性能和质量直接影响机械加工的加工质量、效率和成本。
 工业发达国家的经验表明，选用高效的切削刀具，可以使生产成本降低10-20%。随着现代化机械加工技术朝着高效率、高精度、高自动化、高柔性化以及网络化的方向发展，切削刀具也正朝着精密化、复杂化的方向发展。
 一般刀具制造和刃磨是采用普通的工具磨床进行加工，小批量的生产采用万能工具磨床，而大批量的刀具生产则采用专用的工具磨床，比如沟槽磨床、立铣刀磨床等。然而随着技术的不断发展，这种刀具的生产方式越来越不能适应现代刀具技术发展的要求。主要表现:(1)一把刀具的生产需要几台机床，多次装夹，多次定位，不仅工艺装备复杂，而且刀具的精度很难得以保证;(2)普通的工具磨床的运动控制能力有限，对于一些复杂的刀具只能采用近似的方法加工;(3)万能工具磨床在加工能力和加工范围上，远远超过普通的工具磨床，但是仍然不能适应现代刀具的多品种、小批量、短周期要求。目前国外的工具磨床生产厂家均采用数控万能工具磨床和CNC磨削加工技术，这也是普通刀具和复杂刀具制造刃磨的主要途径和方法。国内车刀刃磨机械主要是在复杂刀具刃磨功能的基础上带有车刀的刃磨，台湾佳群机电公司是台湾专业CNC专用机床磨刀机生产厂家， JD-30A型第三代万能磨刀机配有刃磨车刀、钻头、铣刀的功能和装置。可以针对不同的加工设备和刀具对象，对刀具进行修磨。武汉机床厂生产的M6245车刀刃磨机，（如图1-1所示）天津市北闸门口仪表机床厂刃磨机CDM32（如图1-2所示）。M6245车刀刃磨机主要技术规格：
 最大车刀宽度45mm，最大车刀厚度45mm；砂轮架最大往复行程50mm砂轮架往复速度(无级变速)5-25mm/分，砂轮轴转速2100转/分，当用φ200mm砂轮时砂轮线速度22米/秒，砂轮数量可装数量4，常用数量2；刀架纵向最大移动量550mm刀架横向最大移动量80mm，刀架微调范围20mm，微进给手轮一格移动量0.01mm，刀架在水平面内旋
转角度360°，刀架在纵向平面内旋转角度±20°刀架在横向平面内旋转角度±20°，虎钳钳口旋转角度±90°液压泵流量*压力2.5升/分*25公斤/厘米，系统工作压力  8-10公斤/厘米，电动机主传动电动机1.5kw。
天津市北闸门口仪表机床厂刃磨机CDM32技术参数：
夹持刀具的最大截面尺寸32×32mm。
主Main worktable 1﹑工作台面积 340×170mm
 2﹑上下移动量 70mm
 3﹑左右移动量 70mm
 4﹑上下移动刻度盘每格移动量 0.02mm
 5﹑工作台绕水平轴旋转 -30°～+20°
Motor of spindle 1﹑绕垂直轴旋转 15
 2﹑输出功率 550W
 3﹑转速 2980r.p.m.
Vice-wordtable 1﹑工作台面积 276×150mm
 2﹑工作台绕水平轴旋转 -30°～+30°
Main tool holder 1﹑前后移动量 100mm
 2﹑前后移动刻度盘每格移动量 0.02mm
                   3﹑刀夹绕垂直轴旋转            360°
机床净重                                           140kg
                                     
 

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