內(nèi)錐面鉆頭刃磨機(jī)機(jī)械部分設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 - I - 目 錄 1. 緒論 . 1 1.1 研究目的及其意義 . 1 1 2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及趨勢 . 2 1.2.1 刃磨設(shè)各發(fā)展與現(xiàn)狀 . 2 1 2 2發(fā)展趨勢 . 4 1 3存在的主要問題 . 4 1 4課題來源與主要研究內(nèi)容 . 4 1 5創(chuàng)新點(diǎn) . 5 2. 麻花鉆刃磨的理論分析 . 6 2 1鉆頭 幾何特征 . 6 2 2 鉆頭刃磨原理 . 7 2.3 內(nèi)錐面刃磨參數(shù)的確定 . 7 2.3.1 優(yōu)化優(yōu)化刃磨參數(shù) . 7 2.3.2 刃磨參數(shù)的確定 . 8 2.3.3 刃磨參數(shù)調(diào)整方案 . 9 2.4 內(nèi)錐面鉆頭刃磨機(jī)設(shè)計 . 10 2.4.1 刃磨機(jī)工作原理設(shè)計 . 10 2.4.2 砂輪主軸轉(zhuǎn)速計算 . 10 2.4.3 砂輪選擇與安裝 . 11 2.4.4 麻花鉆的夾具 . 11 2.4.5 磨削散熱 . 11 陜西理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 - II - 2.5 修磨內(nèi)錐面及試磨 . 12 2.6 內(nèi)錐面刃磨機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 . 12 2.6.1 內(nèi)錐面刃磨機(jī)的特點(diǎn) . 12 2.6.2 內(nèi)錐面刃磨機(jī)的應(yīng)用范圍 . 12 2.7 本章小結(jié) . 12 3. 鉆頭刃磨裝置的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 . 14 3 1伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算 . 14 3.1.1 脈沖當(dāng)量的計算 . 14 3 1 2步進(jìn)電機(jī)的選型與計算 . 16 3.2 刃磨裝置的總體方案 . 22 3.3 刃磨機(jī)工作原理設(shè)計 . 24 3.4 刃磨運(yùn)動特性分析 . 25 3.5 刃磨工作流程 . 25 3 6 本章小結(jié) . 26 致 謝 . 27 參考文獻(xiàn) . 28 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 共 28 頁 1. 緒論 1.1研究目的及其意義 鉆孔是金屬 加工工藝系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)零件加工成形的主要工具，其性能和質(zhì)量直接影響機(jī)械加工的質(zhì)量、效 率和成本。為保證零件的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率 ，降低加工成本，麻花鉆 在用鈍后或根據(jù)加工工件的不同需要重磨 (重新刃磨 )然后才能繼續(xù)使用。麻花鉆刃磨是麻花鉆制造中最終成形的加工階段，麻花鉆 的形狀、尺寸、各刀面及幾何角度等，都是 由刀具刃磨來完成的。因此，麻花鉆刃磨是麻花鉆制造工藝過程的一個重要工序，其質(zhì)量好壞對麻花鉆 的切削性能和使用壽命起著關(guān)鍵的作用。 隨著機(jī)械制造技術(shù)向集成化、智能化等方向發(fā)展，其對刀具的材料及制造也提出了更高的要求。如何實(shí)現(xiàn) 麻花鉆 高精度、高效率、高可靠性和專用化，已成為未來機(jī)械領(lǐng)域研究 的主要課題之一。 鉆頭是機(jī)械制造中常用的刀具之一，用來 加工各種孔。鉆頭在機(jī)械加工中起著非常重要的作用 ，消耗數(shù)量也較 多。麻花鉆 和其他刀具一樣，切削一段時間就會變鈍，此時必須進(jìn)行刃磨后使用，否則， 鉆頭 一旦報廢，只能再買新的，大大提高了制造成本。目前國內(nèi)大部分廠家的 鉆頭 是在砂輪機(jī)上手工刃磨或在萬能工具磨床上刃磨。手工刃磨主要依靠于工人師傅的技能，刃磨質(zhì)量取決于工人技術(shù)水平，刃磨精度難以保證；在工具磨床上利用調(diào)整三向鉗來刃磨，此種方法由于調(diào)整比較復(fù)雜，刃磨效率低下，實(shí)際應(yīng)用較少。所以，這兩種刃磨方法有很大的弊端，急需要改進(jìn)。 近些年來，數(shù)控機(jī)床、加工中心以及柔性制造單 元在加工領(lǐng)域中得到迅速普及，而這些先進(jìn)的加工裝備也只有依靠先進(jìn)、精密的切削刀具才能充分發(fā)揮其加工性能。數(shù)控機(jī)床對刀具的幾何形狀精度、表面質(zhì)量等要求很高，國內(nèi)由于長期對工具技術(shù)重視程度不 夠，麻花鉆 的加工水平與國外產(chǎn)品相比具有很大的差距，導(dǎo)致在引進(jìn)國外先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的 同時也不得不引進(jìn)配套麻花鉆 及刃磨設(shè)備。目前，國內(nèi)還缺少專門刃磨麻花鉆 的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車刀刃磨機(jī)。 基于以上因素，最終確定了本課題的研究方向 “依靠數(shù)控技術(shù)，開發(fā)出經(jīng)濟(jì)可行 的刃磨設(shè)備?！毖芯磕康木褪且岣?鉆頭 的刃磨質(zhì)量，降低制造成本，提高生產(chǎn)效率；通過對 鉆頭 刃磨的數(shù)控研究，實(shí)現(xiàn)對 鉆頭 的自動刃磨，減少工人的工作強(qiáng)度，滿足生產(chǎn)的需求。本課題主要對 鉆頭的幾何結(jié)構(gòu)和刃磨方法進(jìn)行分析，建立了鉆頭 各刀面的數(shù)學(xué)方程和運(yùn)動 方程；設(shè)計出一種經(jīng)濟(jì)可行的刃磨裝置并運(yùn)用單片機(jī)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鉆頭 后陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 共 28 頁 刀面的自 動刃磨。 1 2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及趨勢 1.2.1刃磨設(shè)各發(fā)展與現(xiàn)狀 在麻花鉆 刃磨以及其它形狀刀具刃磨技術(shù)和數(shù)控研究方面，近些年來國內(nèi)外專家作了不 少的研究工作，也開發(fā)出一些較先進(jìn)刀具刃磨設(shè)備 目前國外的工具磨床生產(chǎn)均采用數(shù)控萬能工具磨床和 CNC磨削加工技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)有： 一次裝夾、定位，即可完成刀具所有加工表面的加工，能夠很好的保證刀具精度； 數(shù)控萬能工具磨床具有復(fù)雜運(yùn)動控制能力，可以滿足復(fù)雜形狀刀具的加工要求； 通過改變加工程序就可以實(shí)現(xiàn)對不同類型、不同規(guī)格刀具的加工； 采用先進(jìn)的自動檢測裝置和方法，有效的保證刀具的定位精度和加工精度； 數(shù)控萬能工具磨床一般采用標(biāo)準(zhǔn)砂輪進(jìn)行刀具的加工，降低修磨成型砂輪的成本，提高了加工效率 25-26。 近幾屆的國際機(jī)床展覽會上美國、德國、瑞典、瑞士等國都展出的多軸 (五軸及五軸以上 )聯(lián) 動數(shù)控萬能工具磨床都可以用來制造和刃磨各種刀具。 德國 Walter27公司的 HELITRONIC POWER PRODUCTION CNC工具磨床是一臺生 產(chǎn)型(PRODUCTl0N)五軸 CNCI具磨床，可用于制造各種金屬切削刀具。機(jī)床配有測量定位系統(tǒng)，將測頭固定安裝在磨頭上，用于實(shí)現(xiàn)刀具定位，可縮短磨削周期。該機(jī)床采用 Walter公司自己開發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng) HMC500及其軟件。除了能提供各種通用刀具磨削軟件外，它還開發(fā)了一種新的“靈活編程”軟件，通過該軟件可以設(shè)計刀具。 瑞士 SCHNEEBERGERl公 司的 GEMINI CNC工具磨床是一臺五軸 CNCI具磨床，它 主要用于生產(chǎn)和修磨各種不同形狀的 小尺寸刀具 。機(jī)床采用立柱移動式布局結(jié)構(gòu)，剛性好，結(jié)構(gòu)緊湊，精度高，同時配有自動測量系統(tǒng)，方便刀具的安裝及磨削，它采用一個固定安裝的三維測頭，既可用于測定刀具毛坯幾何形狀，在刀具修磨前測量又可用來保證刀具磨 削質(zhì)量，它適合于磨削各類刀具。 還包括有日本 (株 )宇都宮制作所開發(fā)生產(chǎn)的 SGR 003A型全自動小直徑刀具磨床，五軸五聯(lián)動的 JUNGNER560cNC工具磨床，美國 HUFFMAN公司的 HS 87R型數(shù)控工具磨床，日本 牧野公司的 NX 40型十軸數(shù)控工具磨床等都是技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)越的數(shù)控機(jī)床。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 28 頁 我國在過去的幾十年里，由于對工具技術(shù)重視不夠，導(dǎo)致在引進(jìn)國外先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的同時，由于國內(nèi)刀具質(zhì)量不過關(guān) (材料和刃磨技術(shù)都有很大差距 )，不得不同時進(jìn)口刀具及刃磨設(shè)備，其幾個相當(dāng)昂貴，而且僅配有限的刃磨軟件，如需刃磨各種刀具，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)床的價值、充分發(fā)揮其優(yōu)勢還需另購其軟件，生產(chǎn)成本更高了。這些廠家為了保持技術(shù)壟斷，其系統(tǒng)往往是封閉的，用戶想自行開發(fā)應(yīng)用軟件是非常困難的。萬能數(shù)控磨床價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的加工中心，由此可見其技術(shù)含量較高。 國內(nèi)在數(shù)控工具磨床的研究、開發(fā)方面起步較晚，可以說是從 80年代中期開始的，其研究、開發(fā)還處于樣機(jī)或單臺極少量試生產(chǎn)階段。近些年，我國已有幾家在研制數(shù)控工具磨床，取得了一些成就。武漢機(jī)床廠的 MK6025 3數(shù)控萬能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床。該機(jī)床采用了華中 I型數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動，并且配有華中理工大學(xué)各種刀具加工軟件，能自動完成各類普通及復(fù)雜刀具的加工或刀具的刃磨，解決了普通工具磨床需要附件才能解決的復(fù)雜磨削問題。該機(jī)床還配備測量系統(tǒng)，在數(shù)控系統(tǒng)測量軟件支持下，將被磨刀具 的有關(guān)幾何參數(shù) (如螺 旋角或?qū)С?)及安裝位置 (如起始點(diǎn)位置 )等參數(shù)自動輸入計算機(jī)系統(tǒng)，自檢測系統(tǒng)可以自動判斷加工刀具的起始點(diǎn)，自動生成加工程序并實(shí)現(xiàn)整個加工過 程的自動磨削。 湖南大學(xué)研制的 MK6340 3數(shù)控群鉆刃磨機(jī)床。該機(jī)床五軸數(shù)控，交流伺服驅(qū)動，液壓夾緊， TVGA彩顯，中文操作界面，固化一組標(biāo)準(zhǔn)群鉆刃磨程序，使用這些程序時用戶只需輸入鉆頭的特征參數(shù)即可進(jìn)行刃磨。用戶可用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控語言進(jìn)行編程，自行開發(fā)新鉆型刃磨程序?？扇心ト恒@、螺旋面鉆、雙平面鉆及其它鉆頭。目前己有產(chǎn)品。 陜西理工學(xué)院研制的“內(nèi)錐面鉆頭刃磨機(jī) 項目通過了陜西省 科技廳技術(shù)成果鑒定，結(jié)論為“屬國內(nèi)首創(chuàng)，居國內(nèi)領(lǐng)先水平 ， 2003年獲陜西省科學(xué)技術(shù)三等獎，并獲國家專利。該成果已在生產(chǎn)實(shí)際中推廣應(yīng)用，取得了明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)在還在研究與開發(fā)“智能銑刀刃磨機(jī) 和“智能車刀刃磨機(jī)”等項目。 此外，北京航空航天大學(xué)從七十年代開始，在刀具刃磨方面開展了一系列的工作，先后研制開發(fā)了四代數(shù)控刀具刃磨機(jī)床。四代刃磨機(jī)都采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動單元，控制系統(tǒng)依次為單板機(jī)、單片機(jī)及微機(jī)。第一代為六軸數(shù)控刃磨機(jī)，第二代為七軸數(shù)控群鉆刃磨機(jī)，它們的控制機(jī)采用 TP841單板機(jī)，上位機(jī)采用 APPLE II微機(jī)。第二代的改進(jìn)型為單片機(jī)控制系統(tǒng)。第三代刃磨機(jī)采用美國 HUFFMAN工具磨的結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)采用工業(yè) PC機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為控制機(jī)。第四代采用六桿結(jié)構(gòu)，在世界上率先將虛軸的結(jié)構(gòu)引 進(jìn)到刃磨機(jī)上。 還有華中理工大學(xué)研制了 MK6026六軸五聯(lián)動數(shù)控刃磨機(jī)，咸陽機(jī)床廠開發(fā)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 28 頁 的 MK6025 3數(shù)控萬能工具磨床，營口冠華機(jī)床廠的 M6025K萬能工具磨床和武漢機(jī)床附件廠的 GW 1萬能磨刀機(jī)，均為普通型工具刃磨機(jī)床。 1 2 2發(fā)展趨勢 通過以上刃磨設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r，不難看出數(shù)控刃磨是未來的發(fā)展方向。機(jī)械式刃磨機(jī)，它 的刃磨運(yùn)動由齒輪和凸輪來實(shí)現(xiàn)，要在一個刃磨機(jī)上實(shí)現(xiàn)多品種多規(guī)格的工具的刃磨，機(jī)床機(jī)構(gòu)復(fù)雜，同時需要附帶許多配件，即使這樣也只能刃磨系列的產(chǎn)品，而不能刃磨用戶隨意要求的刀具。數(shù)控刃磨機(jī)的刃磨運(yùn)動由數(shù)控軸運(yùn)動合成，理論上可以實(shí)現(xiàn)各種刃磨，調(diào)整簡便，功能擴(kuò)展容易。隨著數(shù)控技術(shù)的日益發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)成本的下降，可靠性增強(qiáng)， 開發(fā)、使用和維護(hù)越來越簡單，其性能價格比將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械式自動刃磨機(jī)，而且它更能適應(yīng)未來市場小批量多品種多樣化的需求，更有利于計算機(jī)集成制造。 1 3存在的主要問題 國內(nèi)大部分廠家的對 麻花鉆 的刃磨， 還停留在由技術(shù)工人手工刃磨階段，而手工刃磨主要依靠工人的技能，刃磨質(zhì)量受操作者技術(shù)水平的影響。工人勞動強(qiáng)度大， 麻花鉆幾何角度不易控制，一致性差，隨意性大，自動化程度低，刃磨效率低下，刃磨質(zhì)量無法保證。 在麻花鉆 數(shù)控刃磨技術(shù)研究方面，國內(nèi)起步較晚，相關(guān)的設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)主要依賴于進(jìn)口，因此，刀具的數(shù)控刃磨技術(shù)受到了很大的局限性。 國外對于刀具的數(shù)控刃磨的研究較早，開發(fā)的設(shè)備主要是三軸、多軸聯(lián)動的大型數(shù)控工具磨床或磨削加工中心，它們的價格昂貴，對于普通的車刀刃磨來講，進(jìn)口的成本過高， 不合乎國情。 1 4課題來源與 主要研究內(nèi)容 本課題是內(nèi) 錐面鉆頭刃磨機(jī)機(jī)械部分設(shè)計 課題 的主要內(nèi)容為： (1)分析 麻花鉆 的本結(jié)構(gòu)參數(shù)、幾何角度和刃磨方法，建立車刀各刀面的方程和刃磨裝置的數(shù) 基 學(xué)模型。 (2)設(shè)計一種新的 麻花鉆 自動刃磨裝置，分析其刃磨參數(shù)和刃磨運(yùn)動。 (3)采用 AT89C51單片機(jī)作為控制核心，以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動單元，根據(jù)系統(tǒng)功能，擴(kuò)展了外部 EPROM、 RAM、鍵盤顯示、信號采集等硬件，并進(jìn)行主控部分和外部接口電 路陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 28 頁 設(shè)計。 (4)采用模塊化程序設(shè)計方法，對刃磨控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計。整個系統(tǒng)軟件分為監(jiān)控主程序模塊、鍵盤輸入和顯示模 塊、數(shù)據(jù)采集模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、故障診斷模塊等，整個軟件采用 Keil C語言編寫，以 uVision2作為開發(fā)環(huán)境。 (5)單片機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)抗干擾設(shè)計，保證整個系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性和可靠性。 其中（ 3）、（ 4）、（ 5）由我們一組的做內(nèi) 錐面鉆頭刃磨機(jī)控制部分設(shè)計的同學(xué)完成。 1 5創(chuàng)新點(diǎn) (1)本課題根據(jù)國內(nèi) 麻花鉆刃磨現(xiàn)狀，設(shè)計一臺麻花鉆刃磨角度自動調(diào)整的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置，能提高麻花鉆 刃磨效率，減少工人勞動強(qiáng)度。 (2)系統(tǒng) 采用單片機(jī)控制技術(shù)組成開環(huán)伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對刃磨的運(yùn)動控制，提高麻花鉆 刃磨的精度 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 28 頁 2. 麻花鉆刃磨 的理論分析 麻花鉆 是金屬切削加工中使用最廣泛刀具，它可以在各種零件加工中使用，其種類較多，由于它的作用不同，因此，它的形狀、尺寸、結(jié) 構(gòu)等也就不同。本章只研究普通外 麻花鉆 的幾何特征以及參數(shù)，以下對鉆頭進(jìn)行分析。 2 1鉆頭幾何特征 圖 2.1 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 28 頁 圖 2.2 2 2 鉆頭刃磨原理 麻花鉆是一種常用的孔加工刀具 ,制造和刃磨麻 花鉆常采用內(nèi) 錐面法刃磨。內(nèi)錐面刃磨法是刃磨麻花鉆的一種新方法 ,刃磨原理如圖 1 所示 ,砂輪修 成內(nèi)錐面 ,鉆頭放在砂輪的內(nèi)錐面上磨削 ,形成麻花鉆的圓錐面后刀面。刃磨鉆頭時 ,通過修整砂輪半錐角 ,調(diào)整軸間角 、錐頂距 A 、偏距 e 、附加旋轉(zhuǎn)角 ,可使鉆頭得到所需的后角 ,橫刃斜角 和頂角 2 。根據(jù)參考文獻(xiàn) ,為使鉆頭刃磨后得到合理的主切削刃外緣后角 ,橫刃斜角 和頂角 2 。 圖 2.3 2.3 內(nèi) 錐面刃磨參數(shù)的確定 2.3.1 優(yōu)化 優(yōu)化刃磨參數(shù) 根據(jù)參考文獻(xiàn) , 為使鉆頭刃磨后得到合理的主切削刃外緣后角 ,橫刃斜角 和頂角 2 ,建立錐面與鉆頭幾何角度的理論計算公式 ,考慮到砂輪的結(jié)構(gòu)及刃磨中鉆 頭與陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 28 頁 砂輪不得干涉等約束條件 ,對半錐角 ,軸間角 、錐頂距 A 、偏距 e 、附加旋轉(zhuǎn)角 五個刃磨參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 , 就可得到麻花鉆的優(yōu)化刃磨參數(shù) , 即 :每一直徑的麻花鉆在要求的刃磨角度下對應(yīng)著幾組刃磨參數(shù)?？紤]到砂輪的結(jié)構(gòu)及刃磨中鉆頭與砂輪不得干涉等約束條件 , 對刃磨參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化 ,表 2. 1列出了0d = 3 20mm 范圍內(nèi)部分麻花鉆的優(yōu)化刃磨參數(shù)。 半錐角 29 軸間角 30 （ 20 35） 直徑 (mm) ( ) e(mm) A(mm) 后角 （） 橫刃斜角 （） =3 25 0.6 2.7 13.91062 54.17435 =4 25 0.8 3.6 13.91061 54.17435 =5 25 1 4.5 13.9106 54.17428 =10 25 2 9 13.9106 54.17428 =15 25 2.3 10 11.9906 53.07282 =20 25 3.1 14 11.93252 54.28738 表 2.1 2.3.2 刃磨參數(shù)的確定 軸間角 : = 標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆 2 = 118 , 0 即 : 59 圖 2.4所示 ,砂輪半錐角 較小時 ,鉆頭柄部及裝夾鉆頭夾具與砂輪錐面發(fā)生干涉。 圖 2.4 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 28 頁 刃磨標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆時 , 當(dāng) = 29. 5 鉆頭柄部與砂輪錐面母線相平行 ,可利用較 多地錐面來磨削鉆頭。 為使鉆頭刃磨方法簡單 ,便于調(diào)整 , 刃磨參數(shù)易優(yōu)化 , 軸間角 、砂輪半錐角 取為定值。取 = 30 ,則 = 29 。 當(dāng)刃磨 鉆頭頂角 2 不是標(biāo)準(zhǔn)值時 ,軸間角、砂輪半錐角取 : = = / 2 。 錐頂距 A 是鉆尖中心點(diǎn)到內(nèi)錐面頂點(diǎn)的距離 , A 的大小隨鉆頭直徑變化 , 直徑越小 , A 值越小。 刃磨鉆頭 , A 值較大時 ,鉆頭靠近砂輪外口處 ,觀察操作方便便于刃磨 ,確定刃磨參數(shù)應(yīng)選取 A 值較大優(yōu)化刃磨參數(shù)組。 偏距是鉆頭中心低于砂輪錐面中心的距離 ,鉆頭附加轉(zhuǎn)動角度是被磨削的主切削刃水平安裝后再附加轉(zhuǎn)動一個角度。 2.3.3 刃磨參數(shù)調(diào)整方案 （ 1） 砂輪半錐角、軸間角調(diào)整 內(nèi)錐面是通過金剛筆修磨出來的 ,將鉆頭換為金剛筆 , 當(dāng)金剛 筆沿著錐面母線方向直線移動 ,沿著自身軸線方向進(jìn)給 ,就可修磨出半錐角為 的內(nèi)錐面。 修磨內(nèi)錐面和刃磨鉆頭一樣 ,需要滿足 : = + 關(guān)系。當(dāng)砂輪軸線位置確定時 ,鉆頭夾具應(yīng)調(diào)整 角度 ,同時鉆頭夾具體調(diào)整成能夠沿錐面母線方向運(yùn)動。 （ 2） 錐頂距的調(diào)整 （ 3） 圖 2.5所示 , O 為錐面頂點(diǎn) ,調(diào)整錐頂距大小時 ,可使鉆頭沿 EF 方向或 EO 方向移動 , 為了調(diào)整簡單 ,同時可修磨砂輪內(nèi)錐面 ,選擇鉆頭沿 EO 方向移 動調(diào)整錐頂距 A 的大小 ,但 A 的大小很難測量 ,無 法保證精度要求。 圖 2.5 修磨砂輪內(nèi)錐面后 ,可測量出砂輪口徑 D ,刃磨時以 E 點(diǎn)為基準(zhǔn) ,沿 EO 方向進(jìn)給 L 時 , 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 28 頁 A 值的計算公式為 : A =Dsin 2sin - L sin -d0/2。 （ 4） 偏距、附加轉(zhuǎn)動調(diào)整 初始位置砂輪中心與鉆頭夾具中心調(diào)整為同高 , 通過升高砂輪調(diào)整偏距 e 值。裝夾鉆頭的夾具能夠調(diào)整轉(zhuǎn)動角度 且調(diào)整后能夠鎖緊。同時 ,當(dāng)一切削刃磨完后 ,夾具轉(zhuǎn)動180 刃磨另一切削刃 ,起到分度作用 ,保證了兩切削刃的對稱性。 2.4 內(nèi)錐面鉆頭刃磨機(jī)設(shè)計 2.4.1 刃磨機(jī)工作原理設(shè)計 設(shè)計刃磨標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的刃磨機(jī) ,砂輪半錐角、軸間角參數(shù)成為定值 ,所以選取 = 30 , = 29 。刃磨不同直徑的鉆頭 ,半錐角、軸間角參數(shù)是定值 ,需調(diào)整的刃磨參數(shù)只有 :錐頂距 A 、偏距 e 、附加轉(zhuǎn)動角 三個參數(shù)。 A 、 e 、 三個刃磨參數(shù)對不同直徑的鉆頭其大小不同。為了準(zhǔn)確調(diào)整 A 、 e 、 的大小 ,采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 ,單片機(jī)控制。 裝上金剛筆 ,通過手動驅(qū)動水平絲杠使金剛筆沿砂輪錐面母線往復(fù)移動和軸向進(jìn)給絲杠修磨內(nèi)錐面。刃磨麻花鉆 , 將切削刃調(diào)整為水平位置安裝在夾頭上輸入刃磨鉆頭直徑 ,機(jī)床自動選擇優(yōu)化刃磨參數(shù)調(diào)整 A 、 e 、 值 ,然后手動軸向進(jìn)給刃磨 ,得到合理的鉆頭幾何角度。 2.4.2 砂輪主軸轉(zhuǎn)速計算 砂輪轉(zhuǎn)速為 n ,麻花鉆切削刃外緣 B 點(diǎn)對應(yīng)的砂輪口徑 DB ,圖 3 示 , DB 的 計 算公式 :DB =2sin ( A + d0/ 2)/sin (mm) B 點(diǎn)的切削速度 : VB =n DB/60000(m/s) 砂輪轉(zhuǎn)速 : n =60000VB/ DB(rpm) 若刃磨 20鉆頭 ,砂輪口徑 DB =26.76 ,切削速度選取 VB =15(m/s) ,砂輪轉(zhuǎn)速 n = 10 710 (rpm)。 表 5 列出了主軸轉(zhuǎn)速 : n=15000(rpm) 時 ,麻花鉆切削刃外緣點(diǎn)的切削速度?？梢钥闯?,切削速度隨著鉆頭直徑的減小 , DB 減小 , V B 減小 ；磨削小鉆頭時切削速度 V B 較低 ,鉆心處的切削速度更低。切削速度較低時導(dǎo)致砂輪磨削切削不鋒利 ,磨削效率低 ,且砂輪易磨損。內(nèi)錐面刃磨 ,砂輪口徑受到刃磨參數(shù)的制約 ,砂輪的徑向尺寸小 ,只能通過提高砂輪的轉(zhuǎn)速來提高線速度。刃磨機(jī)刃磨鉆頭直徑范圍與砂輪轉(zhuǎn)速選取 : 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 28 頁 鉆頭直徑0d（ mm） 砂輪口徑BD（ mm） 切削速度Bv（ m/s） 5 8.73 6.9 10 15.37 12.1 15 19.53 15.3 20 26.76 21 表 2.2 砂輪的切削速度 d0 20時 ,砂輪轉(zhuǎn)速取 :n =8000(rpm)。 2.4.3 砂輪選擇與安裝 由于砂輪的 外錐面 錐面結(jié)構(gòu) ,切屑不易排除 ,造成砂輪堵塞 ,使砂輪變鈍。在選擇砂輪時 ,應(yīng)注意考慮 外 錐面磨削不易排屑 ,外錐面的修磨及修磨后應(yīng)有較長的使用時間等因素。外 錐面刃磨砂輪應(yīng)比一般刃磨刀具砂輪 硬度大、粒度大、組織松。選擇專用外 錐面金剛石砂輪 ,不需要修磨內(nèi)錐面且切削性能好。 砂輪與主軸連接 ,刃磨鉆頭直徑 d0 10 時 ,砂輪外徑較大 ,砂輪內(nèi)孔也大 ,砂輪可采用螺釘壓緊連接在主軸上。當(dāng)刃磨鉆頭直徑 d0 10 時 ,砂輪直徑較小 ,砂輪內(nèi)孔也小 ,可用磷酸和氧化銅把砂輪粘結(jié)在主軸上。 2.4.4 麻花鉆的夾具 刃磨麻花鉆時 ,為了保證鉆頭具有一定的剛度 , 防止振動 , 鉆頭伸出不能太長 , 所以不能夾持在柄部 ,應(yīng)夾持在鉆頭的桿部。麻花鉆的桿部由兩條螺旋刃帶組成 ,為使鉆頭定位可靠 ,采用長爪型四爪夾頭 ,保證對稱四點(diǎn)定位夾緊。 2.4.5 磨削散熱 外 錐面刃磨麻花鉆是由砂輪的錐面形成鉆頭的后刀面 , 屬于成型磨削。鉆頭與砂輪面接觸 , 摩擦大 ,磨削發(fā)熱大 ,干磨削鉆頭易燒傷。采用乳化液噴射冷卻磨削 ,可有效解陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 28 頁 決磨削散熱問題 ,刃磨出合格的鉆頭 ,同時噴射的冷卻液有利于切屑的排除。 2.5 修磨內(nèi)錐面及試磨 在三爪卡盤上裝夾金剛筆 ,啟動砂輪橫向刀 ,縱向往復(fù)進(jìn)給修磨內(nèi)錐面 ,通過測量內(nèi)錐面大端口徑 D 控制內(nèi)錐面的大小。修完內(nèi)錐面 ,將 砂輪主軸軸線相對三爪卡盤軸線升高偏距 e 。麻花鉆主切削刃處于水平位置時裝夾在三爪卡盤上 ,為保證裝夾定位可靠 ,先將麻花鉆裝在彈性套內(nèi)。調(diào)整分度頭使麻花鉆附加轉(zhuǎn)動角度 后鎖緊 ,主切削刃外 緣點(diǎn)對在砂輪端面上 ,縱向移動工作臺調(diào)整 L 值保證錐頂距 A 。 D、 、 A 、 L 、 、 d0 之間的關(guān)系如下 : A=Dsin /2sin -Lsin -d0/2 啟動砂輪 ,橫向進(jìn)給刃磨后刀面 ,當(dāng)磨完一個后刀面 ,記下刻度值退刀 ,麻花鉆轉(zhuǎn)動 180后鎖緊 ,磨削另一后刀面進(jìn)給至上次刻度值 ,退刀磨削完畢。 2.6 內(nèi) 錐面 刃磨機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 2.6.1 內(nèi) 錐面刃磨機(jī)的特點(diǎn) 內(nèi)錐面鉆頭刃磨機(jī)由砂輪的內(nèi) 錐面形成麻花鉆的后刀面 ,無須擺動夾具 ,因而機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊 ,尺寸較小 ；采用優(yōu)化刃磨參數(shù) ,計算機(jī)控制自動調(diào)整刃 磨參數(shù) ,刃磨的鉆頭幾何角度精確且兩切削刃對稱性好 ,特別適合刃磨使用要求較高的鉆頭 ,如數(shù)控機(jī)床用麻花鉆 ；內(nèi) 錐面鉆頭刃磨機(jī) ,只需輸入鉆頭直徑 ,機(jī)床自動調(diào)整 ,可以精確刃磨不同直徑的鉆頭 ,機(jī)床操作簡單 ,適用于一般機(jī)械制造廠的工具車間或磨刀站。 2.6.2 內(nèi) 錐面刃磨機(jī)的應(yīng)用范圍 內(nèi)錐面鉆頭刃磨機(jī)適合刃磨 3 20 直徑尺寸范圍的鉆頭。鉆頭直徑較小時 , A 值較小 ,刃磨口徑較小 ,砂輪轉(zhuǎn)速受到主軸結(jié)構(gòu)、潤滑、傳動件精度等限制 ,很難滿足切削速度的要求 ；鉆頭直徑較大時 ,接觸面積大 ,磨削面積大 ,磨削效率低 ,發(fā)熱大 ,易燒傷鉆 頭 ；內(nèi) 錐面法刃磨應(yīng)注意砂輪的選擇和冷卻液的使用。 2.7 本章小結(jié) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 28 頁 本章分析了麻花鉆的幾何特征，闡述了刃磨原理以及刃磨方法，為下面的刃磨裝置的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)硬件和軟件提供了理論依據(jù)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 28 頁 3. 鉆 頭刃磨裝置的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 目前，在我國大部分廠機(jī)械制造廠家對于車刀用鈍后的重磨主要是在砂輪機(jī)上手工刃磨，或者是在萬能工具磨床及其變形、改進(jìn)型設(shè)備上借助附件手工操作完成。這樣不僅加工效率低、成本高、勞動強(qiáng)度大，而且刃磨的質(zhì)量難以保證。對 于越來越要求高精度、高效率的現(xiàn)代機(jī)械加工是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足的，因此迫切需要對車刀等刀具常規(guī)的刃磨工藝及普通刃磨機(jī)床必須進(jìn)行變革 。 3 1伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算 車刀刃磨裝置的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算，絲杠螺母副的設(shè)計計算。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算包括脈沖當(dāng)量的計算、減速蝸輪蝸桿副的選擇、角度的換算和步進(jìn)電機(jī)選型。下面詳細(xì)闡述一下設(shè)計計算的內(nèi)容。 3.1.1 脈沖當(dāng)量的計算 參照普通工具磨床的參數(shù)，其定位精度一般在 O.Olmm O.005mm，根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的要求，刃磨裝置對定位精度要求不高， 可選脈沖當(dāng)量 p=0.01mm/step。 確定刃磨裝置的基本參數(shù)為： 1. 刃磨鉆頭直徑范圍： 3mm 20mm 2. 砂輪 砂輪規(guī)格：外徑寬度孔徑 = 125 30 40（ mm） 砂輪線速度： 18m/s 3.縱向溜板移動機(jī)構(gòu) 最大行程： 200mm 手輪轉(zhuǎn)一格移動量 ： 0.05mm 手輪轉(zhuǎn)一圈移動量： 4mm 4.橫向溜板移動機(jī)構(gòu) 最大行程： 120mm 手輪轉(zhuǎn)一格移動量： 0.05mm 手輪轉(zhuǎn)一圈移動量： 4mm 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 28 頁 5.鉆頭主軸機(jī)構(gòu) 主軸內(nèi)移動套莫氏錐度：莫氏 3號 莫氏錐套移動量： 110mm 主軸刻度盤刻線單位 :度 主軸座最大升高量： 20mm 6.電氣系統(tǒng) 電源： 380V、 50Hz；電機(jī)功率： 0.55KW；電機(jī)轉(zhuǎn)速： 2800r/min 7.機(jī)床外形尺寸：長寬高 750 700 600（ mm） 8.機(jī)床 凈重： 100Kg 絲杠螺母副的選擇： 選用單螺母內(nèi)循環(huán)式絲杠螺母副，如上圖所示，具體結(jié)構(gòu)如下： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 28 頁 初步選用型號為 FF1204 3公稱直徑為 16、公稱導(dǎo)程為 4的單螺母內(nèi)循環(huán)式絲杠螺母副。 初選步進(jìn)電機(jī)的步距角為： Ob=0.9 ，步進(jìn)電機(jī)每發(fā)一個脈沖 (0.9 )，絲杠螺母移動的距離為： p=0.9 4 1/360=0.01mm 因此，步進(jìn)電機(jī)和絲杠螺母副之間無需加減速裝置，脈沖當(dāng)量 p?？梢詽M足 所需精度。 3 1 2步進(jìn)電機(jī)的選型與計算 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 (稱為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差的特點(diǎn)，廣泛應(yīng) 用于各種開環(huán)控制。 1） 步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo)是： （ 1） 步距角b 指每給一個電脈沖信號，電動機(jī)轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過角度的理論值，可有下列公式來計算： b=mkz360 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 共 28 頁 式中， m為電動機(jī)相數(shù)； z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)； k為通電方式系數(shù)，當(dāng)采用單三拍或雙通電方式時， k=1；而采用三相六拍通電方式時， k=2。 (2)精度 通常步進(jìn)電機(jī)的精度有兩種表示方法：一種用步距誤差的最大值來表示；一 種用步距累積誤差最大值表示。前者是指電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈內(nèi)相鄰兩步之間最大步距和理想步距的差值，用理想步距的百分?jǐn)?shù)表示；后者是指任意位置開始經(jīng)過任意步之后，角位移誤差的最 大值。 (3)轉(zhuǎn)矩 保持轉(zhuǎn)矩 (或定位轉(zhuǎn)矩 )，是指繞組不通電時電磁轉(zhuǎn)矩的最大值，或轉(zhuǎn)角不超過一定值時的轉(zhuǎn)矩值。通常反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩為零，而若干類型的永磁式步進(jìn)電機(jī)具有 一定的保持轉(zhuǎn)矩。 靜轉(zhuǎn)矩是指不改變控制繞組通電狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩。它是繞組內(nèi)的電流及失調(diào)角 (轉(zhuǎn)子偏離空載時的初始穩(wěn)定平衡位置的電角度 )的函數(shù)。當(dāng)繞組內(nèi) 的電流值不變時，靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。對應(yīng)于某一失調(diào)角時，靜轉(zhuǎn)矩的值為最大，稱之為最大靜轉(zhuǎn)矩 (Tk)，它的值取決于通電狀態(tài)及繞組內(nèi)電流的值。動轉(zhuǎn)矩是指轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動情況下的最大輸出轉(zhuǎn)矩值，它與運(yùn)行頻率有關(guān)。 (4)響應(yīng)頻率 在某一個頻率范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)可以任意運(yùn)行而不丟步，則這一最大頻率稱為響應(yīng)頻率。通常用啟動頻率后作為衡量指標(biāo)。它是指在一定負(fù)載下直接起動而不丟步的極限頻率。 (5)運(yùn)行頻率和矩頻特性 運(yùn)行頻率是指頻率連續(xù)上升時，電動機(jī)能不失步運(yùn)行的極限頻率。它的值也與負(fù)載的大小有關(guān)。在相同負(fù)載情況 下，連續(xù)頻率尼的值高于響應(yīng)頻率或起動頻率后的值。運(yùn)行矩頻特性是指在負(fù)載慣量不變時，運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，稱之為運(yùn)行矩頻特性。起動矩頻特性是指在給定的驅(qū)動條件下，負(fù)載慣量一定時，起動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為起動矩頻特性。它們之間的關(guān)系典型曲線如圖 3.2所示，起動矩頻特性是牽入轉(zhuǎn)矩與頻率之間的關(guān)系曲線，運(yùn)行矩頻特性是失步轉(zhuǎn)矩與頻率之間的關(guān)系曲線。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 共 28 頁 圖 3.2 起動矩頻特性與運(yùn)行矩頻特性曲線圖 圖中當(dāng)工作在 I區(qū)范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)可以直接停止和再起動，或者反向轉(zhuǎn)動，而不會失步。步進(jìn)電機(jī)在 I區(qū)的工作速度上所產(chǎn)生的最大力矩坐標(biāo)位于起動矩頻特性曲線上，起 動矩頻特性曲線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為最大靜力矩，與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為最大起動頻率。 II區(qū)為 單向工作區(qū)，在此區(qū)電機(jī)不能直接啟動，若電機(jī)不停止、起動和換向，在此區(qū)域內(nèi)工作，電機(jī)不會失步。為了在 II區(qū)內(nèi)工作，電機(jī)必須首先在 I區(qū)內(nèi)工作，然后利用控制加速度斜坡，轉(zhuǎn)變到 lI區(qū)。若達(dá)到不失步停止時，也要在限制加速度的條件下，由 II區(qū)轉(zhuǎn)移到 I區(qū)，在減速時慣性反作用力矩為負(fù)，對電機(jī)有利。 III區(qū)為失步區(qū)域，在任何情況下都是不允許的。 (6)起動慣頻特性 起 動慣頻特性是指負(fù)載力矩一定時，起動頻率與負(fù)載慣量之間的關(guān)系稱為起動慣頻特性或牽入慣頻特性，如圖 3 3所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 共 28 頁 圖 3.3 慣頻特性曲線 上述各項是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的綜合指標(biāo)，是生產(chǎn)廠家產(chǎn)品出廠時提供的。這些指標(biāo)是步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器選用和靜動態(tài)特性計算的重要依據(jù)。 2） 步進(jìn)電機(jī)的選取原則 步進(jìn)電機(jī)在工作中要求能嚴(yán)格跟隨指令脈沖，不發(fā)生失頻、振蕩；能快速起動、停止、正反轉(zhuǎn)和高效運(yùn)轉(zhuǎn)；能滿足各項性能指標(biāo)且具有良好的動態(tài)特性。步進(jìn)電機(jī)在選用時首先必須保證步進(jìn)電 機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，使 電動機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定余量以保證運(yùn)行可靠，一般來說，大靜轉(zhuǎn)矩Tm缸大的電動機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也大，通常取 Tm缸廠 r=0 2-0 5。 此外在選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動的需要。 選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。因此，步進(jìn)電機(jī)的合理選擇是保證電機(jī)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán) 節(jié)。 1.步進(jìn)電機(jī)的選取計算 步進(jìn)電機(jī)有步距角 (涉及到相數(shù) )、靜轉(zhuǎn)矩和相電流三大要素組成。三大要素確定下來，步進(jìn)電機(jī)的型號就能確定下來了?？紤]到步進(jìn)電機(jī)的步距角要小，且有較高的起動和運(yùn)行頻率。初步選用型號為 57BYGH203兩向混合式步進(jìn)電機(jī)，如圖 3 4所示和 圖 3.5： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 共 28 頁 圖 3.4 57BYGH203型混合式步進(jìn)電機(jī) 圖 3.5 SH-2024A型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 57BYGH203型混合式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是步距角較小，有較高的起動和運(yùn)行頻率，消耗功率小，有 定位力矩，兼有永磁式和反應(yīng)式兩種步進(jìn)電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。同時還具有良好的內(nèi)部阻尼特性，因而運(yùn)行平穩(wěn)，無明顯的低頻振蕩區(qū)，噪音小，可靠性高。既可用于組建穩(wěn)定、可靠的開環(huán)系統(tǒng)，也可用于組建閉環(huán)系統(tǒng)。其主要性能參數(shù)如表 3 1所 示 型號 相數(shù) 步距角 電壓 電流 靜轉(zhuǎn)矩 定位轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量 重量 DEG V A Kg cm Kg cm 2cmKg Kg 57BYGH203 2 0.9/1.8 . 2.4 1.5 9 0.7 0.26 0.65 表 3.1 57BYGH203型步進(jìn)電機(jī)主要參數(shù)表 根據(jù)以上對于步進(jìn)電機(jī)的選取原則，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，對幾項參數(shù)進(jìn)行計算如下： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 共 28 頁 a.負(fù)載轉(zhuǎn)矩的估算 精確計算驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩是比較復(fù)雜的，習(xí)慣的做法是根據(jù)實(shí)際裝置實(shí)測求取，在選抒步進(jìn)電機(jī)時，常常使用近似的公式，先估算出負(fù)載的轉(zhuǎn)矩，從而為選定步進(jìn)電機(jī)提供 依掘。 根據(jù)設(shè)計要求，估算電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 fl機(jī)械結(jié)構(gòu)可知。電機(jī)驅(qū)動絲杠螺母剮再劉刀架，該直線運(yùn)動系統(tǒng)換到電動 機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 t一般由下式估算： LT=i2 DWF ）（ 式中 F-直線運(yùn)動機(jī)械的軸向力， kg： D-絲杠螺母傳動中的絲杠中徑， cm； W 負(fù)載質(zhì)量， kg； i 減速傳動比； -驅(qū)動系統(tǒng)的效率； 滑動摩擦系統(tǒng)。 其中， 3.01.0 取 ， 950.085.0 ， D=1.6cm 由叫磨裝置的參數(shù)，估算工作平臺的總質(zhì)量 (包括旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、蝸輪、蝸桿、刀架等 )為 W=15kg，根據(jù)刀具刃磨載荷輕的特點(diǎn)，直線運(yùn)動受到的軸向力可根據(jù)力矩平衡原理計算得出軸向力矩與切向磨削力 Fc的力矩相等，放有： FL1=FcL2 根據(jù)磨削手冊查得計算切向磨削力 Fc的公式為： Fc=cV2 C F V W f r Btan 式中， Vc 砂輪速度， m s，一般取 Vc-35 m s； VW一工件 速度， m s，取 VW-0 2 m s； FC一切除單位體積的切屑所需的能， kg mm2 ， 查表 3 3取 Cv-1800 kg mm2 ； 一磨粒為圓錐形時的錐頂半角，一般取 =65。 ； rf 徑向進(jìn)給量， mm，取rf=0 01 mm； B 砂輪寬度， mm，取 B=25 mm： 表 3.2 各種工件材料的 CF值 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 共 28 頁 工具材料 花崗巖 硅 純鐵 鑄鐵 高速鋼 FC（ kg/ 2mm ） 430 550 280 490 1800 故經(jīng)計算得出切向磨削力 Fc值為： Fc =352 1800 0 01 0 2 25 tan65 =8 66 N已知 L1=90mm， L2=115mm，F(xiàn)c=15 N，代入式得到軸向力 F=9011566.8 =11.07將以上數(shù)據(jù)代入 可得： LT = 56.119.02 153.08.9/07.11 ）（kg cm 3.2刃磨裝置的總體方案 本畢業(yè)設(shè)計采用內(nèi)錐面刃磨的方法對鉆頭進(jìn)行刃磨。 麻花鉆是孔加工刀具中應(yīng)用最普遍的一種刀具 , 其后角值規(guī)定在圓柱剖面內(nèi)測量 , 并要求刃磨時將主切削刃上各點(diǎn)的后角磨得大小不等 , 即外緣處后角較小 , 越接近鉆芯后角越大。為了滿足這一要求 , 制造和刃磨鉆頭時多采用內(nèi) 錐面刃磨法 。 這樣鉆頭的后面被砂輪磨成圓錐面 , 越靠近錐頂處半徑越小 , 曲率越大 , 從而即可實(shí)現(xiàn)主切削刃上各點(diǎn)后角不等 , 越靠近鉆芯處后角越大的要求。 用此法刃磨麻花鉆可采用專用或改裝設(shè)備 , 如 6315 型普通鉆頭磨床和經(jīng)改裝 的外圓磨床 (在床面上安裝一個擺動夾具 )。由于砂輪的線速度高 , 又有充足的冷卻潤滑液 , 所以刃磨效率高 , 刃磨質(zhì)量也好。但是 , 采用外錐面刃磨法也有不足之處 , 如專用或改裝的設(shè)備比較大 ； 鉆頭的幾何角度與刃磨參數(shù)之間沒有定量的函數(shù)關(guān)系 , 刃磨參數(shù)的調(diào)整控制多憑操作工人的經(jīng)驗和技藝 , 難以保證刃磨質(zhì)量的穩(wěn)定性。 圖 3.1為鉆頭刃磨機(jī)的總體設(shè)計圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 共 28 頁 圖 3.1 鉆頭刃磨機(jī)的總體設(shè)計圖 其主視圖大體分布為 本 內(nèi)錐面鉆頭刃磨機(jī)，它是將刃磨機(jī)的磨輪改換成一個內(nèi)錐面 磨輪， 由控制面板 、底座、垂直步進(jìn)電機(jī)、垂直燕尾副、垂直絲杠螺母副、主電機(jī)、 砂輪、三爪自動定心夾頭 10、主軸 11、主軸箱 12、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī) 13、 進(jìn)刀燕尾副 14、進(jìn)刀絲杠螺母副 15、進(jìn)刀燕尾手柄 16、旋轉(zhuǎn)副 17、水平燕尾副 18、水平絲杠螺母副 19、水平燕尾手柄 20、水平步進(jìn)電機(jī) 21等組成。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 共 28 頁 其特征在于：砂輪是一個內(nèi)錐面磨輪，主電機(jī)在支架的上端，支架固接在垂直燕尾副的滑動燕尾上，內(nèi)錐面砂輪通過砂輪接頭連接在主電機(jī)的軸上，上述的三個步進(jìn)電機(jī)即垂直步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī) 13和水平步進(jìn)電機(jī) 21與一個根據(jù)五個優(yōu)化的刃磨參數(shù)即 半錐角； 軸間角； 偏距； 錐頂距和鉆頭旋轉(zhuǎn)角來控制三個步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的單片機(jī)電連接。刃磨機(jī)的三個步進(jìn)電機(jī)即垂直步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和水平步進(jìn)電機(jī)外接一個單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)五個刃磨參數(shù)： 半錐角； 軸間角； 偏距； 錐頂距和鉆頭旋轉(zhuǎn)角來控制三個步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是它刃磨的麻花鉆，其后角、橫刃斜角精度高，并適合多品種、小批量、變化頻繁的鉆頭刃磨，刃磨效率高。 3.3刃磨機(jī)工作原理設(shè)計 設(shè)計刃磨標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的刃磨機(jī) ,砂輪半錐角、軸間 角參數(shù)成為定值 ,所以選取 = 30 , = 29 。刃磨不同直徑的鉆頭 ,半錐角、軸間角參數(shù)是定值 ,需調(diào)整的刃磨參數(shù)只有 :錐頂距 A 、偏距 e 、附加轉(zhuǎn)動角 三個參數(shù)。 A 、 e 、 三個刃磨參數(shù)對不同直徑的鉆頭其大小不同。為了準(zhǔn)確調(diào)整 A 、 e 、 的大小 ,采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 ,單片機(jī)控制。 圖 4 為內(nèi)錐面鉆頭刃磨機(jī)傳動原理圖 , X 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動水平絲杠調(diào)整錐頂距 A 值 , Y 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動鉆頭夾具轉(zhuǎn)動調(diào)整附加轉(zhuǎn)動 值和分度 ,Z 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動垂直絲杠調(diào)整偏距 e 值。 裝上金剛筆 ,通過手動驅(qū)動水平絲杠使金剛筆沿砂輪錐面 母線往復(fù)移動和軸向進(jìn)給絲杠修磨內(nèi)錐面。刃磨麻花鉆 , 將切削刃調(diào)整為水平位置安裝在夾頭上 ,輸入刃磨鉆頭直徑 ,機(jī)床自動選擇優(yōu)化刃磨參數(shù)調(diào)整 A 、 e 、 值 ,然后手動軸向進(jìn)給刃磨 ,得到合理的鉆頭幾何角度。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 共 28 頁 主電機(jī)z 3.4 刃磨運(yùn)動特性分析 由第二章的 麻花鉆 刃磨的理論分析和本章對刃磨裝置的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，對于 麻花鉆的刃磨而言，其刃磨運(yùn)動主要是通過刃磨裝置實(shí)現(xiàn)刀架的三軸獨(dú)立旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。本控制系統(tǒng)主要通過三個步進(jìn)電機(jī)分別控制三個軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn) 麻花鉆 的刃磨運(yùn)動。 3.5 刃磨工作流程 在實(shí)際刃磨中，刃磨位置的調(diào)整工 作是由程序自動控制的，應(yīng)盡可能減小空行程，刃磨的橫向和縱向的進(jìn)給運(yùn)動還是靠手動來完成。且考慮到計算和程序編寫簡單，故擬定如下工工藝方案： (1)坯料準(zhǔn)備：只需準(zhǔn)備粗磨 鉆頭內(nèi)錐面的坯料 即可。 (2)修整砂輪；