车刀刃磨装置的结构设计

[摘要] 车刀是一种应用非常普遍的金属切削刀具，用它可以在普通车床和数控车床上加工端面、圆柱面和曲面等。在车类加工中心或车类数控机床上，车刀应用的频率更高。车刀和其它刀具一样，切削一段时间后就会变钝，此时必须对其重磨方可使用。否则，加工精度和生产效率都受到严重的影响。车刀刃磨机研究的目的就是提高其刃磨质量，降低制造成本，提高生产率;通过对车刀刃磨的控制研究，实现对车刀的位置几何角度自动调整，提高刃磨质量和效率，减少工人的劳动强度，及时满足生产的需求。本课题主要研究内容是分析普通外圆车刀的几何结构即车刀几何角度和刃磨方法，建立车刀刃磨刀面的数学方程;运用步进电机控制技术来实现对执行机构的控制，从而实现对车刀刃磨角度自动精确调整。

[关键词] 车刀，车刀的几何角度，车刀的刃磨，车刀刃磨装置

目录

第一章 绪论…………………………………………………………1

（一）研究的目的和意义………………………………………....1

（二）国内外发展简况……………………………………………1

（三）课题的来源和研究的主要内容……………………………3

第二章 车刀分析以及刃磨方法……………………………………4

         第一部 分车刀的参数分析………………………………………4

第二部 分车刀的刃磨方法………………………………………12

第三部分 车刀的尺寸大小及角度参数…………………………15

第三章 装置的设计......................21

         第一部分 车刀刃磨装置的结构分析……………………………21

第二部分 传动装置以及电动机的选择设计……………………23

         第三部分 刃磨装置控制系统初步设计…………………………39

第四章 总结…………………………………………………………47

感谢............................48

参考文献……………………………………………………………..49

第一章 绪论

一研究目的和意义

随着机械制造技术的发展，特别是数控加工技术，柔性加工的广泛应用，对金属切削加工必不可少的刀具及其制造也提出了更高的要求。

刀具状态的好坏直接影响着被加工零件的加工质量及其机械加工效率，为保证零件的加工质量，提高生产效率，降低加工成本，刀具在达到磨钝标准规定的值时就应进行重磨(重新刃磨)然后才能继续使用。对金属切削刀具的刃磨既是刀具制造过程中的最后一道工序，也是刀具多次重磨必须进行的一道工序。刀具的刃磨决定了刀具切削部分的最终形状及其几何精度，是保证刀具切削性能和产品质量的关键。

车刀是一种应用非常普遍的金属切削刀具，用它可以在车床上加工外圆、车断面和镗孔等。在大多数机加工厂中，车床数控车床得到广泛的应用，车刀应用的频率更高。车刀和其它刀具一样，切削一段时间后就会变钝，此时必须对其重磨方可使用。否则，该车刀报废，所以车刀的重磨工作量非常大。

目前，我国螺旋齿立铣刀的刃磨大约98%以上是在M6020或其变型、改进型的普通万能工具磨床上进行或者进行手工磨削。磨削质量除了取决于机床自身的刚性、精度外，还主要依赖于操作者的技艺和直观感觉。由于工具磨床是一个通用

的刀具磨床，所以这种重磨方法的缺点是:(1) 机床调整麻烦，刃磨效率低;(2) 刃磨由工人手工操作，刃磨精度低。

车刀刀刃磨技术及控制研究的目的就是提车刀的刃磨质量，降低制造成本提高生产率;通过对车刀刃磨的控制研究，实现对车刀的自动刃磨和重磨，减工人的劳动强度，及时满足生产的需求。本设计主要先了解车刀的角度及几何数，根据这些设计出数控车刀刃磨装置的结构设计以及利用单片机来控制机构运行实现车刀的刃磨。

二 国内外发展简况

对于车刀以及其他复杂形状刀具的刃磨技术和控制研究方面，国内外已有许多专家。做了不少的研究，也开发出了一些的刀具刃磨设备。

在国外，对立车刀及其他复杂刀具磨削工艺和数控工具磨床的研究开发早，己经发展到了很高的水平。对于车刀刀刃的磨削90%以上是在数控工具磨上进行的，基本上实现了一次装件自动完成刀刃的全部磨削。有的数控工具磨还实现了自动上工件(被磨刀具)、自动磨削、自动修整砂轮、自动补偿、自动工件的全过程自动化。

数控工具磨床的发展经历了从低档到高档的过程，由三轴数控发展到了六轴、八轴数控，并且己开发出十轴以上的多轴数控，多轴联动的数控工具磨床，还开发出不经铣制，直接磨出容屑槽和刀刃的整体、强力磨削的数控工具磨床。

德国 WA LTER公司的五轴HELITRONICP OWERP RODUCTIONC NC工具磨床，可用于制造各种金属切削刀具。机床配有测量定位系统，将测头固定安装在磨头上，用于实现刀具定位，可缩短磨削周期。该机床采用WALTER公司自己开发的专用数控系统HMC500及其软件。除了能提供各种通用刀具磨削软件外，它还开发了一种新的“灵活编程”软件，通过该软件可以把刀具磨床变成能够设计刀具的磨床。

瑞士 SC HNEEBERGER公司的五轴五联动GEMIN CNC工具磨床，主要用于生产和修磨各种不同形状的小尺寸刀具，能自动测量，自动上下料，实现了无人操作。机床配有自动测量系统，方便刀具的安装及磨削，它采用一个固定安装的三维测头，既可用于测定刀具毛坯几何形状，在刀具重磨前测量又可用来保证刀具磨削质量。

还有，美 国的HUFFMAN 公司的HS-87R型数控工具磨床，瑞士STRAUSAK公司的57W /CNC-4G四轴数控磨床，日本牧野公司的NX-40型十轴数控工具磨床等都是性能优越的数控机床。

为了提高我国刀具的制造工艺水平及质量，80年代后期国内部分厂家陆续从 美国、德国、日本等国引进了数控工具磨床及CNC磨削技术。主要有 :

(1) 营 口 机 床 厂从德国WALTER公司引进了Helitronic30CNC三轴数控工具磨床。该机床可实现任意两轴和三轴联动，各轴均由步进电机驱动。整机刚性和精度较好，适用于立铣刀等的磨削加工。

(2 )上 海 工具厂从日本东芝硬质合金株式会社引进了一台RBG-01型模具铣刀数控专用磨槽机。该机床数控轴数为6轴，6M-B控制x, y, A, B,C轴，SM-C控制z轴。联动轴数为4轴(x, y, A, C)由6M-B系统控制。各轴均由直流伺服电机驱动。该机床刚性好、加工精度高。机床实现了自动上工件、自动磨削、自动下工件等全过程自动化，是80年代属世界先进水平的数控工具磨床。

(3 )V L 205-CNC数控刀具磨床是从法国ROUCHAUD公司引进并进行中法合作生产的六坐标数控刀具刃磨设备。它配备NLM760数控系统，使用RENISHAW测头进行刀具参数测量，为刀具刃磨程序的参数化设计提供了极为方便的条件。

国内在数控工具磨床的研究方面开发起步较晚，可以说是从80年代中后期才开始的，其研究、开发还处于样机或单台极少量试生产阶段。国内有几家研制的数控工具磨床，其CNC系统都是从国外引进，使机床售价大大的提高，从而影响这些数控工具磨床的推广和应用。

在数 控 系 统方面，北京航空航天大学在80年代就开展了数控刀具刃磨机的研制工作，己开发了几种型号的数控刀具刃磨机。在已有的研究成果上，还开发了一套性能优越的数控刀具刃磨机数控系统。该大学在国家“八五”和“863”计划中承担了高性能开放式数控系统的开发任务。开发出了的基于Windows操作系统的开放式数控系统CH-2010,在车床、铣床、加工中心、凸轮磨床等多种机床上获得成功应用。“华 中 2 000 型 工具磨床专用数控系统”是在国家“八五”重点攻关项目 “数控万能工具磨床产品开发”科研成果的基础上，成功开发出的用于各种回转刀具磨削加工的集成化CNC系统。在数 控 磨 床方面，武汉机床厂研制的MH6030型刀具磨削中心，该机床采用8050M数控系统，实现六轴主联动控制。该机床适用于加工复杂工具、复杂刀具如模具铣刀等，还适用于磨削加工复杂的中小型零件。

咸阳机床厂MK6025/3三轴联动数控万能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床，该机床采用了华工I型数控系统，配有华中理工大学各种刀具加工软件，该软件还可以针对用户自己的要求进行自行编程并设计所需软件。该机床能自动完成各类普通及复杂刀具的刃磨或重磨，解决了普通工具磨床需要附件才能完成的复杂刃磨问题;配备测量系统，在数控系统测量软件支持下，将被磨刀具的有关几何参数(如螺旋角或导程)及安装位置(如始点位置)等参数自动输入计算机系统，自检测系统可以自动判断加工刀具的起始点，自动生成加工程序并实现整个加工过程的自动磨削。还有 营 口 冠华机床厂的M6025K万能工具磨床和武汉机床附件厂的GW-1万能磨刀机，均为普通型工具刃磨机床。

主要问题

国内各大中型机械厂，对车刀类的刃磨，主要由工人在万能工具磨床上进行手工刃磨。工人劳动强度大，刃磨效率和精度低。刀具重磨时，刀具的刃形受到磨损或严重的破坏，使得手工刃磨时不容易控制，没法保证刀具的重磨质量。

在车刀刃磨技术及控制技术研究方面，国内起步较晚，而且相关设备和数控系统主要依靠进口和与国外企业合作开发，因而，多数局限于一些复杂刃形如球头车刀等的制造和建模，或者直接依赖进口特定的大型数控加工机床。

国外对刀具刃磨的研究虽然起步较早，但所开发的设备主要是三轴、多轴联动的大型数控工具磨床或磨削加工中心。对于通用型的车刀刃磨，进口该设备成本过高，不合乎国情。