車刀刃磨機(jī)的改造 武鵬濤

1、44 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 車刀是一種應(yīng)用非常普遍的金屬切削刀具，用它可以在普通車床和數(shù)控車床上加工端面、圓柱面和曲面等。在車類加工中心或車類數(shù)控機(jī)床上，車刀應(yīng)用的頻率更高。車刀和其它刀具一樣，切削一段時(shí)間后就會(huì)變鈍，此時(shí)必須對(duì)其重磨方可使用。否則，加工精度和生產(chǎn)效率都受到嚴(yán)重的影響。車刀刃磨機(jī)研究的目的就是提高其刃磨質(zhì)量，降低制造成本，提高生產(chǎn)率;通過對(duì)車刀刃磨的控制研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)車刀的位置幾何角度自動(dòng)調(diào)整，提高刃磨質(zhì)量和效率，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)滿足生產(chǎn)的需求。本課題主要研究內(nèi)容是分析普通外圓車刀的幾何結(jié)構(gòu)即車刀幾何角度和刃磨方法，建立車刀刃磨刀面的數(shù)學(xué)方程

2、;運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車刀刃磨角度自動(dòng)精確調(diào)整。關(guān)鍵詞 車刀，車刀的幾何角度，車刀的刃磨，車刀刃磨裝置目錄第一章 緒論1（一）研究的目的和意義.1（二）國內(nèi)外發(fā)展簡況1（三）課題的來源和研究的主要內(nèi)容3第二章 車刀分析以及刃磨方法4 第一部 分車刀的參數(shù)分析4第二部 分車刀的刃磨方法12第三部分 車刀的尺寸大小及角度參數(shù)15第三章 裝置的設(shè)計(jì).21 第一部分 車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)分析21 第二部分 傳動(dòng)裝置以及電動(dòng)機(jī)的選擇設(shè)計(jì)23 第三部分 刃磨裝置控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)39第四章 總結(jié)47感謝.48參考文獻(xiàn).49第一章 緒論一研究目的和意義隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，特

3、別是數(shù)控加工技術(shù)，柔性加工的廣泛應(yīng)用，對(duì)金屬切削加工必不可少的刀具及其制造也提出了更高的要求。刀具狀態(tài)的好壞直接影響著被加工零件的加工質(zhì)量及其機(jī)械加工效率，為保證零件的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本，刀具在達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值時(shí)就應(yīng)進(jìn)行重磨(重新刃磨)然后才能繼續(xù)使用。對(duì)金屬切削刀具的刃磨既是刀具制造過程中的最后一道工序，也是刀具多次重磨必須進(jìn)行的一道工序。刀具的刃磨決定了刀具切削部分的最終形狀及其幾何精度，是保證刀具切削性能和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。車刀是一種應(yīng)用非常普遍的金屬切削刀具，用它可以在車床上加工外圓、車斷面和鏜孔等。在大多數(shù)機(jī)加工廠中，車床數(shù)控車床得到廣泛的應(yīng)用，車刀應(yīng)用的頻率更高

4、。車刀和其它刀具一樣，切削一段時(shí)間后就會(huì)變鈍，此時(shí)必須對(duì)其重磨方可使用。否則，該車刀報(bào)廢，所以車刀的重磨工作量非常大。目前，我國螺旋齒立銑刀的刃磨大約98%以上是在M6020或其變型、改進(jìn)型的普通萬能工具磨床上進(jìn)行或者進(jìn)行手工磨削。磨削質(zhì)量除了取決于機(jī)床自身的剛性、精度外，還主要依賴于操作者的技藝和直觀感覺。由于工具磨床是一個(gè)通用的刀具磨床，所以這種重磨方法的缺點(diǎn)是:(1) 機(jī)床調(diào)整麻煩，刃磨效率低;(2) 刃磨由工人手工操作，刃磨精度低。車刀刀刃磨技術(shù)及控制研究的目的就是提車刀的刃磨質(zhì)量，降低制造成本提高生產(chǎn)率;通過對(duì)車刀刃磨的控制研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)車刀的自動(dòng)刃磨和重磨，減工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)滿足

5、生產(chǎn)的需求。本設(shè)計(jì)主要先了解車刀的角度及幾何數(shù)，根據(jù)這些設(shè)計(jì)出數(shù)控車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及利用單片機(jī)來控制機(jī)構(gòu)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)車刀的刃磨。二 國內(nèi)外發(fā)展簡況對(duì)于車刀以及其他復(fù)雜形狀刀具的刃磨技術(shù)和控制研究方面，國內(nèi)外已有許多專家。做了不少的研究，也開發(fā)出了一些的刀具刃磨設(shè)備。在國外，對(duì)立車刀及其他復(fù)雜刀具磨削工藝和數(shù)控工具磨床的研究開發(fā)早，己經(jīng)發(fā)展到了很高的水平。對(duì)于車刀刀刃的磨削90%以上是在數(shù)控工具磨上進(jìn)行的，基本上實(shí)現(xiàn)了一次裝件自動(dòng)完成刀刃的全部磨削。有的數(shù)控工具磨還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上工件(被磨刀具)、自動(dòng)磨削、自動(dòng)修整砂輪、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)工件的全過程自動(dòng)化。數(shù)控工具磨床的發(fā)展經(jīng)歷了從低檔到高檔的過

6、程，由三軸數(shù)控發(fā)展到了六軸、八軸數(shù)控，并且己開發(fā)出十軸以上的多軸數(shù)控，多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控工具磨床，還開發(fā)出不經(jīng)銑制，直接磨出容屑槽和刀刃的整體、強(qiáng)力磨削的數(shù)控工具磨床。德國 WA LTER公司的五軸HELITRONICP OWERP RODUCTIONC NC工具磨床，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，通過該軟件可以把刀具磨床變成能夠設(shè)計(jì)刀具的磨床。瑞士 SC HNEEBERGER公司的

7、五軸五聯(lián)動(dòng)GEMIN CNC工具磨床，主要用于生產(chǎn)和修磨各種不同形狀的小尺寸刀具，能自動(dòng)測量，自動(dòng)上下料，實(shí)現(xiàn)了無人操作。機(jī)床配有自動(dòng)測量系統(tǒng)，方便刀具的安裝及磨削，它采用一個(gè)固定安裝的三維測頭，既可用于測定刀具毛坯幾何形狀，在刀具重磨前測量又可用來保證刀具磨削質(zhì)量。還有，美 國的HUFFMAN 公司的HS-87R型數(shù)控工具磨床，瑞士STRAUSAK公司的57W /CNC-4G四軸數(shù)控磨床，日本牧野公司的NX-40型十軸數(shù)控工具磨床等都是性能優(yōu)越的數(shù)控機(jī)床。為了提高我國刀具的制造工藝水平及質(zhì)量，80年代后期國內(nèi)部分廠家陸續(xù)從 美國、德國、日本等國引進(jìn)了數(shù)控工具磨床及CNC磨削技術(shù)。主要有 :(

8、1) 營 口 機(jī) 床 廠從德國WALTER公司引進(jìn)了Helitronic30CNC三軸數(shù)控工具磨床。該機(jī)床可實(shí)現(xiàn)任意兩軸和三軸聯(lián)動(dòng)，各軸均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。整機(jī)剛性和精度較好，適用于立銑刀等的磨削加工。(2 )上 海 工具廠從日本東芝硬質(zhì)合金株式會(huì)社引進(jìn)了一臺(tái)RBG-01型模具銑刀數(shù)控專用磨槽機(jī)。該機(jī)床數(shù)控軸數(shù)為6軸，6M-B控制x, y, A, B,C軸，SM-C控制z軸。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為4軸(x, y, A, C)由6M-B系統(tǒng)控制。各軸均由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。該機(jī)床剛性好、加工精度高。機(jī)床實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上工件、自動(dòng)磨削、自動(dòng)下工件等全過程自動(dòng)化，是80年代屬世界先進(jìn)水平的數(shù)控工具磨床。(3 )V L

9、205-CNC數(shù)控刀具磨床是從法國ROUCHAUD公司引進(jìn)并進(jìn)行中法合作生產(chǎn)的六坐標(biāo)數(shù)控刀具刃磨設(shè)備。它配備NLM760數(shù)控系統(tǒng)，使用RENISHAW測頭進(jìn)行刀具參數(shù)測量，為刀具刃磨程序的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了極為方便的條件。國內(nèi)在數(shù)控工具磨床的研究方面開發(fā)起步較晚，可以說是從80年代中后期才開始的，其研究、開發(fā)還處于樣機(jī)或單臺(tái)極少量試生產(chǎn)階段。國內(nèi)有幾家研制的數(shù)控工具磨床，其CNC系統(tǒng)都是從國外引進(jìn)，使機(jī)床售價(jià)大大的提高，從而影響這些數(shù)控工具磨床的推廣和應(yīng)用。在數(shù) 控 系 統(tǒng)方面，北京航空航天大學(xué)在80年代就開展了數(shù)控刀具刃磨機(jī)的研制工作，己開發(fā)了幾種型號(hào)的數(shù)控刀具刃磨機(jī)。在已有的研究成果上，還開

10、發(fā)了一套性能優(yōu)越的數(shù)控刀具刃磨機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。該大學(xué)在國家“八五”和“863”計(jì)劃中承擔(dān)了高性能開放式數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)。開發(fā)出了的基于Windows操作系統(tǒng)的開放式數(shù)控系統(tǒng)CH-2010,在車床、銑床、加工中心、凸輪磨床等多種機(jī)床上獲得成功應(yīng)用。“華 中 2 000 型 工具磨床專用數(shù)控系統(tǒng)”是在國家“八五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目 “數(shù)控萬能工具磨床產(chǎn)品開發(fā)”科研成果的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)出的用于各種回轉(zhuǎn)刀具磨削加工的集成化CNC系統(tǒng)。在數(shù) 控 磨 床方面，武漢機(jī)床廠研制的MH6030型刀具磨削中心，該機(jī)床采用8050M數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)六軸主聯(lián)動(dòng)控制。該機(jī)床適用于加工復(fù)雜工具、復(fù)雜刀具如模具銑刀等，還適用于磨削

11、加工復(fù)雜的中小型零件。咸陽機(jī)床廠MK6025/3三軸聯(lián)動(dòng)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)床采用了華工I型數(shù)控系統(tǒng)，配有華中理工大學(xué)各種刀具加工軟件，該軟件還可以針對(duì)用戶自己的要求進(jìn)行自行編程并設(shè)計(jì)所需軟件。該機(jī)床能自動(dòng)完成各類普通及復(fù)雜刀具的刃磨或重磨，解決了普通工具磨床需要附件才能完成的復(fù)雜刃磨問題;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(如始點(diǎn)位置)等參數(shù)自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，自檢測系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷加工刀具的起始點(diǎn)，自動(dòng)生成加工程序并實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工過程的自動(dòng)磨削。還有 營 口 冠華機(jī)床廠的M6025K萬能工具磨床和武漢機(jī)

12、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。主要問題國內(nèi)各大中型機(jī)械廠，對(duì)車刀類的刃磨，主要由工人在萬能工具磨床上進(jìn)行手工刃磨。工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，刃磨效率和精度低。刀具重磨時(shí)，刀具的刃形受到磨損或嚴(yán)重的破壞，使得手工刃磨時(shí)不容易控制，沒法保證刀具的重磨質(zhì)量。在車刀刃磨技術(shù)及控制技術(shù)研究方面，國內(nèi)起步較晚，而且相關(guān)設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)主要依靠進(jìn)口和與國外企業(yè)合作開發(fā)，因而，多數(shù)局限于一些復(fù)雜刃形如球頭車刀等的制造和建模，或者直接依賴進(jìn)口特定的大型數(shù)控加工機(jī)床。國外對(duì)刀具刃磨的研究雖然起步較早，但所開發(fā)的設(shè)備主要是三軸、多軸聯(lián)動(dòng)的大型數(shù)控工具磨床或磨削加工中心。對(duì)于通用型的車刀刃磨，進(jìn)口該設(shè)方案

13、的設(shè)計(jì)和比較該設(shè)計(jì)的題目是刀具刃磨機(jī)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求該機(jī)床能夠刃磨多種刀具如盤銑 刀、鉸刀、拉刀、麻花鉆等。要根據(jù)刀具在實(shí)際刃磨時(shí)的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于刀 具有不同的刀角，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要實(shí)現(xiàn)不同刀角刃磨，就要使磨頭和工作臺(tái)滿足 運(yùn)動(dòng)靈活的需要。 關(guān)于磨頭部分的設(shè)計(jì)和工作臺(tái)部分的設(shè)計(jì)現(xiàn)在提出以下幾種方案以供設(shè)計(jì) 的選擇。 磨頭設(shè)計(jì)的方案比較： 方案一：在磨頭放置上采用磨頭水平放置（即磨頭軸線水平），在磨刀時(shí)如 果需要角度的調(diào)整，磨頭可以在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn) 360°。在垂直面內(nèi)可以左右擺動(dòng)， 磨頭的前后運(yùn)動(dòng)通過搖動(dòng)手柄帶動(dòng)水平放置的傳動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)磨頭的底座 在前后方向上運(yùn)動(dòng)。 方案二：在磨頭

14、放置的方向上采用磨頭垂直方向放置（即磨頭軸線豎直）， 在磨刀時(shí)通過立柱上的垂直導(dǎo)軌來實(shí)現(xiàn)磨頭的上下運(yùn)動(dòng)。磨頭的左右運(yùn)動(dòng)和方案 一一樣通過絲杠傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。磨頭在垂直水平面上的回轉(zhuǎn)可以通過在立柱上安裝 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 在磨頭部分垂直升降設(shè)計(jì)方案，可以采用滾珠絲杠傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)兩種 方案可進(jìn)行對(duì)比選擇。 工作臺(tái)設(shè)計(jì)方案比較： 方案一：采用蝸輪副回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，通過蝸輪蝸桿傳動(dòng)使工作臺(tái)在水平面上進(jìn) 行回轉(zhuǎn)。而工作臺(tái)在縱行的移動(dòng)采用絲杠傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)?？v向的慢速移動(dòng)采用齒輪 減速器來完成，導(dǎo)軌形式采用接觸面為滑動(dòng)摩擦副的滑動(dòng)導(dǎo)軌。 方案二：兩工作臺(tái)面用凸臺(tái)連接來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的水平面上的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而工 作

15、臺(tái)的縱向快速移動(dòng)采用齒輪齒條傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，工作臺(tái)的縱向慢速移動(dòng)采用行星 減速機(jī)構(gòu)來完成。導(dǎo)軌采用鑲鋼 V 形導(dǎo)軌，以鋼球?yàn)闈L動(dòng)體實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)縱向移動(dòng)。2.2 方案的評(píng)價(jià)和確定2.2.1 磨頭設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)和確定 方案一的評(píng)價(jià)： 方案一中采用磨頭水平放置。在參觀和生產(chǎn)實(shí)習(xí)中經(jīng)?？吹侥ヮ^的這種放置 方法，由于對(duì)該放置方法比較了解，所以提出了這種設(shè)計(jì)方案。該方案比較適合 長形工件的刃磨，另外從工件座及實(shí)際加工對(duì)象（以下加工對(duì)象以銑刀盤為例） 方面來考慮，由于磨頭的最大高度是 300mm，在銑刀盤水平放置時(shí)，該工件座的 最大高度不應(yīng)該超過 200mm，如果超出 200mm，將不能磨削銑刀盤。因?yàn)?12銑 刀

16、盤的高度為 68mm,再加上砂輪的半徑將會(huì)超過 300mm，故不符合磨頭的最大高 度。如果能在不大于 200mm 的高度內(nèi)設(shè)計(jì)出工件座和夾具，本方案將完全可以采用。 方案二的評(píng)價(jià)： 方案二中采用磨頭垂直放置。這種設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)是熱變形小，精度穩(wěn)定，但 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。該方案適合大型工件刃磨。 從工件座及夾具的大小來考慮，由于銑刀盤垂直放置，故放在水平方向的長 短完全不受限制，只是在垂直方向受到了限制，但銑刀盤的最大直徑是 400mm， 這樣將不會(huì)超出磨頭的最大高度 300mm。所以，從這點(diǎn)考慮該方案也可以用。 從加工方面看，由于刃磨刀具時(shí)經(jīng)常采用單斜邊平面砂輪，在磨刀時(shí)是用砂 輪的斜邊來磨刀的，故銑刀

17、盤或者砂輪要有一個(gè)來回的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果這種往復(fù) 運(yùn)動(dòng)靠手動(dòng)來完成，則對(duì)于工人的勞動(dòng)量將大幅度增加。如果采用液壓系統(tǒng)，則 會(huì)明顯提高機(jī)床的造價(jià)，同時(shí)還會(huì)給人們的感覺是不穩(wěn)定的。因此，此方案二只 能在方案一不能實(shí)現(xiàn)的時(shí)候采用。 通過以上兩種方案的評(píng)價(jià)，從上述的評(píng)價(jià)中完全可以看出，方案一較方案二 要好，所以采取方案一的設(shè)計(jì)方案。 2.磨頭部分垂直升降方案的評(píng)價(jià)和確定 用滾珠絲杠螺母副作為垂直升降機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)： 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)形式是滾動(dòng)摩擦副，其絲杠和螺母上分別加工半圓弧 形溝槽，合在一起形成滾珠的圓形軌道，并在螺母上加工有使?jié)L珠形成循環(huán)的回 珠通道，當(dāng)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠可以在滾道內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)

18、，因而迫使絲杠 和螺母產(chǎn)生軸向的相對(duì)移動(dòng)。由于絲杠和螺母之間是滾動(dòng)摩擦所以具有摩擦損失 小，傳動(dòng)效率高，可以達(dá)到 0.900.95，是普通絲杠副的 34 倍。摩擦阻力小， 幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，動(dòng)、靜摩擦力之差很小，因而運(yùn)動(dòng)靈敏、平穩(wěn)、低速時(shí)不 容易產(chǎn)生爬行；且磨損小、精度保持性好、壽命長。絲杠螺母之間進(jìn)行消隙或預(yù) 緊，可以消除反向間隙，使反向無死區(qū)，定位精度高、軸向剛度大。但滾珠絲杠 螺母副的結(jié)構(gòu)不能自鎖，傳遞具有可逆性，因此在某些場合傳遞垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng) 增加制動(dòng)或防止逆轉(zhuǎn)裝置，以防因自重而自動(dòng)下降。 用齒輪齒條傳動(dòng)作為垂直升降機(jī)構(gòu)評(píng)價(jià)： 1) 齒條同側(cè)齒廓為平行線,它在與齒定線平行的任一直線

19、上具有相同齒距, m pp i p = 。2) 齒條直線齒廓上各點(diǎn)具有相同的壓力角,等于直線齒廓的齒形角,一般為標(biāo)準(zhǔn)值 o 20= aa 。3) 當(dāng)齒輪齒條標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí),齒輪分度圓與齒條分度線重合,嚙合角等于齒形角;齒輪以角速度轉(zhuǎn)動(dòng), 帶動(dòng)齒條以線速度wg =pV 。由以上特點(diǎn)可以知道齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)精確度和傳動(dòng)效率不如滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)。其中有一個(gè)最為 重要的因素是齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)方向上的連續(xù)移動(dòng)，這就使磨 頭部分垂直升降在工作需要的高度范圍內(nèi)不能任意的上下移動(dòng)，而滾珠絲杠則可 以實(shí)現(xiàn)在任何位置上連續(xù)的移動(dòng)，而不像齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)出現(xiàn)位移的不連續(xù) 現(xiàn)象。 通過對(duì)上述兩種方

20、案的評(píng)價(jià)中完全可以看出方，滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)方案與齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)方案相比，滾珠絲杠螺母副傳動(dòng) m pp i p = 方案有明顯的優(yōu)10勢。所以采取滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2.2 工作臺(tái)設(shè)計(jì)方案的確定首先比較方案一和方案二所采用的角度回轉(zhuǎn)裝置，采用蝸輪副回轉(zhuǎn)工作臺(tái)具 有準(zhǔn)確，容易操作的特點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜安裝和制造都不方便。而兩工作臺(tái)之間用 凸臺(tái)連接，結(jié)構(gòu)簡單，安裝和制造都非常方便，但在回轉(zhuǎn)角度的時(shí)候需要手動(dòng)上 工作臺(tái)面。關(guān)于工作臺(tái)慢速移動(dòng)的方案進(jìn)行比較，如果采用方案一的方法利用齒 輪減速器完全可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)慢移的目的，但齒輪減速器的結(jié)構(gòu)大，在磨床內(nèi)進(jìn) 行安裝不容易，傳動(dòng)平穩(wěn)性不如行

21、星齒輪減速器。而行星齒輪減速器具有體積小， 變速范圍大，傳動(dòng)平穩(wěn)?；緦儆诤闩ぞ貍鲃?dòng)，傳動(dòng)效率高的特點(diǎn)。最后對(duì)工作 臺(tái)選用的導(dǎo)軌進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，方案一導(dǎo)軌形式采用接觸面為滑動(dòng)摩擦副的滑動(dòng)導(dǎo) 軌。該導(dǎo)軌的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，使用維修方便,但它的摩擦系數(shù)大， 磨損快，壽命短，容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。方案二導(dǎo)軌采用了鑲鋼 V 形導(dǎo)軌，以鋼球 為滾動(dòng)體實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的縱向運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)導(dǎo)軌。該導(dǎo)軌的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)靈敏度高，牽 引力??；低速運(yùn)行平穩(wěn)性好，定位精度高；摩擦小、精度保持性好，使用壽命長； 潤滑簡單，可以采用最簡單的油脂潤滑，維修方便，但滾動(dòng)導(dǎo)軌的剛度和抗振性 較差，對(duì)臟物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置。

22、 通過以上對(duì)方案一和方案二的對(duì)比分析評(píng)價(jià)，同時(shí)與具體的實(shí)際情況相結(jié) 合，可以發(fā)現(xiàn)選用方案二的設(shè)計(jì)優(yōu)于方案一的設(shè)計(jì)。故選用方案二的設(shè)計(jì)方法進(jìn) 行設(shè)計(jì)。 以上是對(duì)磨頭部分的設(shè)計(jì)方案和工作臺(tái)部分的設(shè)計(jì)方案的比較評(píng)價(jià)，與生產(chǎn) 實(shí)際相結(jié)合，最后確定了兩部分具體的設(shè)計(jì)方案。第 3 章 刀具刃磨機(jī)床總體介紹3.1 機(jī)床的用途和參數(shù)刀具刃磨機(jī)床主要是用來刃磨各種金屬切削刀具，同時(shí)也可以磨削多種多樣 的中小型零件的外圓、平面和溝槽等。適用于各種類型的工廠工具車間，機(jī)修車 間使用。1) 被磨削工件最大直徑 250 fmm2) 前后頂尖最大距離 650mm113) 工作臺(tái)面尺寸（長×寬） 940×

23、;135mm 4) 工作臺(tái)縱向最大移動(dòng)量 480mm 5) 工作臺(tái)最大回轉(zhuǎn)角度 20°(±10°) 6) 磨頭（或溜板）水平方向最大移動(dòng)量 230mm 砂輪中心線對(duì)頂尖中心線最小距離 50mm 砂輪中心線對(duì)頂尖中心線最大距離 280mm 7) 磨頭垂直方向最大移動(dòng)量 230mm 砂輪中心線對(duì)頂尖中心線上升量 175mm 砂輪中心線對(duì)頂尖中心線下降量 55mm 8) 砂輪的回轉(zhuǎn)角度 在水平面內(nèi) 360° 在垂直面內(nèi) 30°（±15°） 9) 磨頭電動(dòng)機(jī)（50HZ） 功率 0.45/0.6 千瓦 轉(zhuǎn)數(shù) 1400/2800 轉(zhuǎn)/分

24、 10) 磨頭外圓附件電動(dòng)機(jī)(50HZ) 功率 80 瓦 轉(zhuǎn)數(shù) 700 轉(zhuǎn)/分 11) 機(jī)床最小輪廓尺寸（長×寬×高） 1480×1102×1215 12) 機(jī)床重量 1000 千克3.2 機(jī)床結(jié)構(gòu)說明3.2.1 床身部分1.床身頂平面采用了 V平型組合式導(dǎo)軌。 2.尾部下面（內(nèi)側(cè)）有一貯（潤滑）余油的油池，當(dāng)盛油量達(dá)到一定的高度 時(shí)前旋開尾部下面（外側(cè)）的油塞機(jī)可以放油。3.2.2 升降溜板部分1.溜板采用了與床身相適應(yīng)的組合形式導(dǎo)軌。 2.橫向進(jìn)給采用了雙螺母副的結(jié)構(gòu)形式，調(diào)節(jié)墊板的厚度利用壓緊螺母可以 達(dá)到絲杠進(jìn)給精度的合理。 3.磨頭部分垂直升降

25、采用了滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)形式，是滾動(dòng)摩擦副。 由于磨頭部分及立柱等本身的影響，導(dǎo)致磨頭上升與下降輕重不一，操作時(shí) 有不便之感，為此采用了滾柱式超越離合器結(jié)構(gòu)，使磨頭在下降時(shí)，平面軸承失 去作用。代替的是平面摩擦，于是基本上克服了使磨頭在上升與下降時(shí)輕重差別 較大的弊端。 4.橫溜板在移動(dòng)時(shí)，采用了花鍵與花鍵套滑合的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式。3.2.3 工作臺(tái)部分1.采用齒輪齒條傳動(dòng)形式來傳動(dòng)工作臺(tái)。 2.導(dǎo)軌采用了鑲鋼 V 形導(dǎo)軌，以鋼球?yàn)闈L動(dòng)體實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的縱向運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng) 導(dǎo)軌。123.本機(jī)床雖然以干磨為主，但在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的周圍留有水槽，以便在工作中 使用微量冷卻時(shí)有一回路。 4.慢速移動(dòng)工作臺(tái)，是采用

26、行星減速機(jī)構(gòu)，降速比為 8.26，即行星手輪轉(zhuǎn) 一轉(zhuǎn)，工作臺(tái)縱向移動(dòng)量為 17.49 毫米。3.2.4 磨頭部分1.主軸軸承采用單列向心球軸承經(jīng)過精心的調(diào)整成對(duì)安裝在主軸上。 2.主軸的兩端采用莫氏錐孔，以便于在其上連接加軸。 3.主軸在垂直水平面內(nèi)可以旋轉(zhuǎn) 15°采用扇形齒輪，齒輪副可以進(jìn)行所要 求旋轉(zhuǎn)角度的微調(diào)（包括粗調(diào)旋轉(zhuǎn)角度的作用） 4.磨頭殼頂平面與主軸有中心線在設(shè)計(jì)與制造中有一定的要求，因此，可以 借用殼頂平面作基準(zhǔn)來調(diào)整與恢復(fù)主軸軸線在所要求的水平位置。3.2.5 工作臺(tái)與夾具連接方式本機(jī)床是一種輕型萬能工具磨刀機(jī)。因此可知，該機(jī)床可以用來磨各種類型 的刀具，由于在磨削

27、不同類型的刀具時(shí)，使用的夾具也不一樣，故機(jī)床在設(shè)計(jì)時(shí)， 在小工作臺(tái)上面留有 T 形槽，T 形槽是用來固定工件座。在機(jī)床的制造時(shí)候，同 時(shí)也用了不同刀具的夾具裝置（夾具在制造的時(shí)要考慮刀具的最大回轉(zhuǎn)角度）， 以供用戶在需要時(shí)更換。3.3 磨頭的使用調(diào)整在刃磨銑刀盤時(shí)由于需要調(diào)整角度，所以磨頭也必須進(jìn)行調(diào)整。下面對(duì)磨頭13的調(diào)整做簡要的介紹。 該磨刀機(jī)的磨頭是可以繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng) 360°，而磨頭左右的擺角則只能在± 15°范圍內(nèi)調(diào)整。在刃磨銑刀盤的時(shí)候，首先應(yīng)該將砂輪的軸線調(diào)成與小工作臺(tái) 的 T 形槽垂直。在調(diào)整其垂直的方法是將其緊固螺母擰松，然后將磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)到需 要的角

28、度位置，在擰緊緊固螺母，其次應(yīng)調(diào)整砂輪軸線的水平，此磨刀機(jī)在磨頭 的加工時(shí)，將磨頭的頂端平面加工成與軸線水平的，在調(diào)整砂輪軸線的水平時(shí)， 只需要調(diào)整磨頭頂平面就可以了。在調(diào)整磨頭的軸心線水平時(shí)，可以利用內(nèi)孔扳 手轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿通過齒輪帶動(dòng)扇形齒轉(zhuǎn)動(dòng)，扇形齒轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)磨頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到 磨頭的水平。3.4 基座的結(jié)構(gòu)介紹磨頭的底端是一個(gè)基座，基座的上面做成弧形，在弧形槽內(nèi)裝有導(dǎo)塊。導(dǎo)塊 和基座通過 T 形螺釘和螺母配合而連接成一體，當(dāng)擰松時(shí)，導(dǎo)塊可以在基座的弧 形槽內(nèi)滑動(dòng)。為了減少其滑動(dòng)過程的阻力（摩擦力），采用了弧形導(dǎo)軌?；⌒螌?dǎo) 軌應(yīng)經(jīng)表面處理后，硬度可以達(dá)到 HRC5864，這樣可以減少導(dǎo)軌的磨

29、損量。導(dǎo) 塊在基座弧形槽內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是由齒輪和扇形齒嚙合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。在導(dǎo)塊的上面裝 有夾具軸和分度盤，分度盤通過過盈鍵和夾具軸連接在一起。下端由軸承蓋固定 在箱體上阻擋其軸向的運(yùn)動(dòng)。箱體與導(dǎo)塊是通過螺栓連接在一起。當(dāng)擰松螺栓時(shí)， 通過蝸輪蝸桿傳動(dòng)來帶動(dòng)導(dǎo)塊上面所有的零件一起轉(zhuǎn)動(dòng)（即微調(diào)）。當(dāng)達(dá)到一定 的位置要求時(shí)，擰緊螺母便可以了。此處用的分度盤要有很高的精度，故其要防 止灰塵，如果有灰塵的影響，必須將分度盤密封起來。在制造箱體時(shí)，考慮到安 裝的方便，將箱體分為上下兩部分。即上箱蓋和下箱座。上下箱體通過螺母和螺 釘連接在一起。在整個(gè)箱體旋轉(zhuǎn)時(shí)，同樣為了減少摩擦，在下箱體做里一個(gè)導(dǎo)軌， 該導(dǎo)軌為了

30、防止其橫向竄動(dòng)，才做成了圓形導(dǎo)軌。第二章 車刀分析以及刃磨方法第一部分 車刀的參數(shù)分析一，金屬切削發(fā)展簡史研究金屬切削加工過程中刀具與工件之間相互作用和各自的變化規(guī)律的一門學(xué)科。在設(shè)計(jì)機(jī)床和刀具、制訂機(jī)器零件的切削工藝及其定額、合理地使用刀具和機(jī)床以及控制切削過程時(shí)，都要利用金屬切削原理的研究成果，使機(jī)器零件的加工達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)和高效率的目的。    簡史  金屬切削原理的研究始于19世紀(jì)中葉。1851年，法國人M.科克基拉最早測量了鉆頭切削鑄鐵等材料時(shí)的扭矩,列出了切除單位體積材料所需功的表格1864年，法國人若塞耳首先研究了刀具幾何參數(shù)對(duì)切削力的影響

31、1870年,俄國人NA.季梅首先解釋了切屑的形成過程，提出了金屬材料在刀具的前方不僅受擠壓而且受剪切的觀點(diǎn)。1896年，俄國人AA.布里克斯開始將塑性變形的概念引入金屬切削。至此，切屑形成才有了較完整的解釋。1904年，英國人J.F.尼科爾森制造了第一臺(tái)三向測力儀，使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美國人F.W.泰勒研究了切削速度對(duì)刀具壽命的影響，發(fā)表了著名的泰勒公式。1915年，俄國人RT.烏薩喬夫?qū)犭娕疾宓娇拷邢魅械男】字袦y得了刀具表面的溫度(常稱人工熱電偶法)，并用實(shí)驗(yàn)方法找出這一溫度同切削條件間的關(guān)系19241926年,英國人E.G.赫伯特、美國人H.肖爾和德國人K.科特文

32、各自獨(dú)立地利用刀具同工件間自然產(chǎn)生熱電勢的原理測出了平均溫度（常稱自然熱電偶法）。19381940年美國人H.厄恩斯特和M.E.麥錢特利用高速攝影機(jī)通過顯微鏡拍攝了切屑形成過程，并且用摩擦力分析和解釋了斷續(xù)切屑和連續(xù)切屑的形成機(jī)理。40年代以來，各國學(xué)者系統(tǒng)地總結(jié)和發(fā)展了前人的研究成果，充分利用近代技術(shù)和先進(jìn)的測試手段，取 得了很多新成就，發(fā)表了大量的論文和專著。第三章 裝置的設(shè)計(jì)第一部分 車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)分析根據(jù)以前的車刀刃磨大致可分為手動(dòng)刃磨和用工具磨床進(jìn)行刃磨。手動(dòng)刃磨在前面已經(jīng)講過，利用工具磨床刃磨可減小加工誤差，并且效率高于手工刃磨。磨床刃磨是利用三向鉗進(jìn)行進(jìn)行夾緊和進(jìn)行角度確定，

33、但是磨削過程中需要多次裝夾工件而且磨削精度不高（精度不一定高于手動(dòng)磨削）。因此需要設(shè)計(jì)出一磨削精度高于其他磨削方法，磨削效率高，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的自動(dòng)化磨削裝置。根據(jù)以上磨削方法，我們?cè)O(shè)想一可以實(shí)現(xiàn)可繞X軸，Y軸，Z軸，旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)并且在繞X軸時(shí)，不干涉Y軸的運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)與工具磨床組合可實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度，該機(jī)構(gòu)最初設(shè)想為利用球角控制刀架角度變化,但是該機(jī)構(gòu)在磨削過程中不能承受磨削力，出現(xiàn)偏移，使磨削精度下降。同時(shí)我們又設(shè)想出改造三向鉗，改造成步進(jìn)電機(jī)控制，但是設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)尺寸過大不符合設(shè)計(jì)要求。因此以上兩種機(jī)構(gòu)都不符合要求。根據(jù)以上的設(shè)想，我們?cè)O(shè)計(jì)出利用類似與十字軸的結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)繞X軸的旋轉(zhuǎn)

34、，以及繞Y軸的旋轉(zhuǎn)。同時(shí)利用步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。如圖九所示。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺母上下移動(dòng)，當(dāng)螺母上下移動(dòng)時(shí)，使滑桿轉(zhuǎn)軸抬高或降低，帶動(dòng)工作臺(tái)面繞Y軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。同理底下步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母使工作臺(tái)面繞X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。工作臺(tái)面底下的電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使刀架繞Z軸旋轉(zhuǎn)，因此實(shí)現(xiàn)車刀在磨前刀面，后到面，副前刀面及副后刀面，所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。但是一般磨削是用砂輪面去磨，因此在磨削后刀面時(shí)，X 軸和Z軸是聯(lián)動(dòng)的，也可以先走繞X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后繞Z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)前刀面與后刀面有一定角度時(shí)，X，Y，Z軸是聯(lián)動(dòng)的也可以分別轉(zhuǎn)動(dòng)，這些主要是控制方面做的，該機(jī)構(gòu)是可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)也可以分別轉(zhuǎn)動(dòng)各個(gè)

35、軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)該機(jī)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)自由度的約束。 這種機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到x軸和y軸的連接部分，也就是十字軸的初步設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)十字軸與普通十字軸完全不同，它是由三根軸構(gòu)成的，X滑桿轉(zhuǎn)軸，Y滑桿轉(zhuǎn)軸，和固定轉(zhuǎn)軸，固定轉(zhuǎn)軸要比其他兩軸要粗，固定轉(zhuǎn)軸在和其他兩軸連接處是在中心線開了個(gè)槽子和孔，Y軸在連接處是削去兩端圓弧部分使其插入固定轉(zhuǎn)軸的槽中同時(shí)中間也打孔與固定轉(zhuǎn)軸孔的軸線重合，使x軸插入該孔中，實(shí)現(xiàn)當(dāng)工作臺(tái)繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)以y軸軸線為中心旋轉(zhuǎn)，x軸也是一樣的。 圖3.1 車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)圖 1. 步進(jìn)電機(jī) 2. 絲杠 3. 螺母 4. x滑桿轉(zhuǎn)軸 5. y滑桿轉(zhuǎn)軸 6. 車刀 7. 蝸桿 8. 刀架

36、9. 蝸桿 Z軸是通過，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的，整個(gè)裝置所采用的傳動(dòng)部件都是具有自鎖功能的，因此減少了裝置的零件數(shù)目，把結(jié)構(gòu)簡單化了。如果在裝置中不采用具有自鎖功能的傳動(dòng)零件在整個(gè)切削過程中，刃磨裝置所受磨削力是可以產(chǎn)生逆?zhèn)鲃?dòng)的，因此，我們采用的是非滾珠絲杠，就是在螺母中沒有滾珠，雖然在傳動(dòng)過程中，使傳動(dòng)摩擦大，但是它具有自鎖功能。而在z軸所采用的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)本身是具有自鎖能力的，它們的具體細(xì)節(jié)將會(huì)在下一部分說明。我們所設(shè)計(jì)的車刀刃磨裝置，機(jī)構(gòu)不僅可以用于刀具刃磨而且這種機(jī)構(gòu)是可以用于其它機(jī)床加工復(fù)雜工件。我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中，考慮到工作臺(tái)面可繞x軸y軸各旋轉(zhuǎn)正負(fù)30度的角度變換，而在z軸可進(jìn)行完

37、全旋轉(zhuǎn)。這種機(jī)構(gòu)的通用性強(qiáng)，使用方便，可以和多種機(jī)床進(jìn)行組合。也可以把該種裝置看成是一個(gè)數(shù)控夾具。（1） 刀架板的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)刀架板時(shí)主要要考慮到刀架板在工作時(shí)是否對(duì)其它零件產(chǎn)生干涉，還有刀架板中刀架的位置，要能切削方便與砂輪有一個(gè)好的位置不至于砂輪闖到磨削裝置上。根據(jù)這些要求我們?cè)O(shè)計(jì)出將刀架部分用一半圓弧凸出使砂輪與磨削裝置有一定距離。我們?cè)O(shè)計(jì)刀架板厚20mm總長180mm在邊緣處有一半徑為45mm的圓弧突出。具體零件可參考刀架板零件圖。（2） 底板的設(shè)計(jì) 底板設(shè)計(jì)中，首先要考慮到板的厚度以及部分細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)再裝絲杠螺母的地方采用厚度為35mm，比其它地方后。這樣要鉆空放入軸承。在其它地方板

38、厚為15mm ，底板總長為175mm總寬為165mm。材料為q235第二部分傳動(dòng)裝置以及電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)一 歩進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算（一）步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性步進(jìn)電機(jī)如同普通電機(jī)，有轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組分成若干相，每相的磁極上有極齒，轉(zhuǎn)子在軸上也有若干齒。當(dāng)某相定子繞組通以直流電激勵(lì)后，便能吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子上的齒和定子上的齒對(duì)齊。因此，它是按電磁鐵作用的原理進(jìn)行工作的，在外加脈沖信號(hào)的作用一步一步的運(yùn)轉(zhuǎn)，是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換相應(yīng)角位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電機(jī)定子可以做成兩相或三、四、五和十相等。相繞組可以單拍或雙拍方式通電。步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)和特性有:(1) 步距角。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的定子繞組為m，轉(zhuǎn)

39、子齒數(shù)為Z，通電方式系數(shù)為k時(shí)，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，用表示則有 (5-1)單拍通電時(shí)k=1，雙拍通電時(shí)k=2。(2) 靜態(tài)步距角誤差是指步進(jìn)電機(jī)空載時(shí)，每步實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角之差。以角度單位或理論步距角的百分?jǐn)?shù)表示。(3) 精度通常指的是最大步距誤差和最大累積誤差，步距誤差是空載運(yùn)行一步的實(shí)際轉(zhuǎn)角的穩(wěn)定值和理論值之間的最大值，用理想步距的百分?jǐn)?shù)表示。累積誤差時(shí)指，從任意位置開始，經(jīng)過任意步后任意的實(shí)際角位移和理論角位移之差。(4) 最大靜轉(zhuǎn)矩所謂靜態(tài)是指步進(jìn)電機(jī)的通電狀態(tài)不變，轉(zhuǎn)子保持不動(dòng)的定位狀態(tài)。靜轉(zhuǎn)矩即是步進(jìn)電機(jī)處于定位狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩，它繞組內(nèi)的電流和

40、失調(diào)角之間的函數(shù)。失調(diào)角就是在定位狀態(tài)下，如果在轉(zhuǎn)子上加一個(gè)負(fù)載使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。并能穩(wěn)定下來，這時(shí)轉(zhuǎn)子上受到的電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，該電磁轉(zhuǎn)矩即為靜轉(zhuǎn)矩。角度B稱為失調(diào)角。對(duì)應(yīng)于某式調(diào)角最大的轉(zhuǎn)矩，為最大靜轉(zhuǎn)矩，一般來說材大的電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也大。 (5) 最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有在外加的轉(zhuǎn)矩小于峨時(shí)才能啟動(dòng)，該性能表示步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載能力。(6) 響應(yīng)頻率在某一個(gè)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(dòng)頻率來作為衡量指標(biāo)。它是指在一定負(fù)載下直接起動(dòng)而不丟步的極限頻率。(7) 運(yùn)行頻率和矩頻特性運(yùn)行頻率指拖動(dòng)一定負(fù)載使頻率連續(xù)上升時(shí)，能使步進(jìn)電機(jī)不失步運(yùn)

41、行的極限頻率。矩頻特性包括起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。起動(dòng)矩頻特性指在給定的驅(qū)動(dòng)條件下，負(fù)載慣量一定時(shí)，起動(dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，又稱為牽入特性。運(yùn)行矩頻特性指負(fù)載慣量不變時(shí)，運(yùn)行頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，又稱為牽出特性。矩頻特性如圖3.2所示。 圖3.2步進(jìn)電機(jī)矩頻特性 圖3.3 步進(jìn)電機(jī)慣頻特性(8) 慣頻特性在負(fù)載力矩一定時(shí)，頻率和負(fù)載慣量之間的關(guān)系，稱為慣頻特性。慣頻特性分為啟動(dòng)慣頻特性和運(yùn)行慣頻特性。如圖5-2所示。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制，了解其性能參數(shù)必須的，因?yàn)樵谶M(jìn)行步進(jìn)電機(jī)選擇和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，它的性能決定整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。(二)步進(jìn)電機(jī)選擇和計(jì)算1初選步進(jìn)電機(jī)型  號(hào)

42、相數(shù)電壓電流電阻電感靜轉(zhuǎn)矩機(jī)身長定位轉(zhuǎn)矩出軸長重量接線圖單  位VAmHKg.cmmmKg.cmmmKg57BYGH101431.32.32.24.9450.3210.45a57BYGH10225.10.756.812.55450.3210.45b57BYGH2014160.440608.5550.7210.65a57BYGH2024120.717.5228.5550.7210.65a57BYGH20322.41.51.63.48550.7210.65b57BYGH204451.53.33.68.5550.7210.65a57BYGH205260.61026.58.5550.7210

43、.65b57BYGH20642.730.91.48.5550.7210.65a57BYGH20724.41.153.889550.7210.65b57BYGH20827.20.612338.5550.7210.65b57BYGH209441.62.53.58.5550.7210.65a57BTGH21044.81.53.248550.7210.65a57BYGH2114321.528.5550.7210.65a57BYGH21221.830.61.38.5550.7210.65b57BYGH21324.51.535.49550.7210.65b57BYGH214232.51.54.414550

44、.70.65b57BYGH25125.11.53.46.812680.7210.65b57BYGH30144.622.3414760.9211.0a57BYGH30242.62.41.11.914760.9211.0a57BYGH30345.41.53.66.812760.9211.0a57BTGH304471.54.77.414760.9211.0a57BYGH30622.730.92.215760.9211.0b 圖3.4 57電機(jī)的外形圖初步選用型號(hào)是57BYGH203系列的混合式步進(jìn)電機(jī)，這種電機(jī)產(chǎn)品同時(shí)兼有反應(yīng)式和永磁式兩種步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品具有體積小、驅(qū)動(dòng)電流和功耗小、起動(dòng)和運(yùn)行

45、頻率高、動(dòng)態(tài)性好的特點(diǎn)，同時(shí)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)。工作中要求步進(jìn)電機(jī)能嚴(yán)格跟隨指令脈沖,不發(fā)生失頻、振蕩;能快速起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)和高效運(yùn)轉(zhuǎn);能滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)且具有良好的動(dòng)態(tài)特性。步進(jìn)電機(jī)選用時(shí)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(dòng)機(jī)的矩頻特性有一定余量以保證運(yùn)行可靠，一般來說最大靜轉(zhuǎn)矩T-大的電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也大，通常取T /T=0.20.5。對(duì)于相數(shù)較多，突跳頻率要求不高時(shí)取大值，反之取小值。其次要求計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載慣量和產(chǎn)品所要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)相

46、匹配并有一定余量，并使最高連續(xù)工作頻率能滿足產(chǎn)品快速移動(dòng)的要求。選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)還必須注意到要使其步距角和機(jī)械系統(tǒng)相匹配，以得到所需要的脈沖當(dāng)量。57電機(jī)的參數(shù)步 距 角：0.9/1.8         DEG    絕緣電阻：500V            DC   100M   絕緣強(qiáng)度：500V     

47、       AC 1 Minute    溫    升：65K   環(huán)境溫度：-10+55   絕緣等級(jí)：B   圖3.5 57BYGH203以及57BYGH301運(yùn)行矩頻特性2負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量的計(jì)算(1)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的估算精確計(jì)算驅(qū)動(dòng)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，在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，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)提供依據(jù)。根據(jù)該課題的要求,估算電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。由機(jī)械結(jié)構(gòu)可知,電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲

48、杠螺母機(jī)構(gòu)在到工作臺(tái)，該直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)換到電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩一般由下式估算: (3-1)F一直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械的軸向力，kg；D一齒輪齒條傳動(dòng)中的齒輪直徑，cm；W一負(fù)載質(zhì)量，kg；i一減速傳動(dòng)比；一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率；一滑動(dòng)摩擦系數(shù)。式中其中，取0.10.3, =0.850.950，D=14mm。由機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)，估算工作平臺(tái)的總質(zhì)量(包括旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)、蝸輪、蝸桿、刀架等)為15kg，根據(jù)刀具刃磨載荷輕的特點(diǎn)，直線運(yùn)動(dòng)受到的軸向力可根據(jù)力矩平衡原理得出，如圖5-3所示，軸向力矩與摩擦分力的力矩相等： （3-2）=0.77kg代入（3-1）可得： = (2)負(fù)載慣量的計(jì)算根據(jù)慣量的定義，物體對(duì)某軸的慣量定

49、義為該物體微小體積的質(zhì)量dm與該微小體積到軸的距離r的平方的乘積之總和，即 3-3回轉(zhuǎn)體的慣量計(jì)算： 3-4式中：回轉(zhuǎn)體的材料密度 D回轉(zhuǎn)體直徑 L回轉(zhuǎn)體的長度該機(jī)構(gòu)是經(jīng)過一級(jí)蝸輪蝸桿減速傳到工作臺(tái)上故其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量必須經(jīng)過折算，其公式為： 3-5工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳到工作臺(tái)，這時(shí)根據(jù)動(dòng)能守恒定律可得到工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)慣量換算到驅(qū)動(dòng)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 3-6=0.012k蝸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算=0.029k蝸輪蝸桿等效為圓柱體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 =0.095 k=0.235 換算到電機(jī)軸上總慣性負(fù)載 =0.012+ = 0.012 k (3)加速轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)往

50、往需要進(jìn)行加減速度運(yùn)行。慣性體就會(huì)產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算式為：式中S每轉(zhuǎn)走的步數(shù)，為步進(jìn)電機(jī)的步距角；F 最大驅(qū)動(dòng)頻率，Hz(pps)；T加速時(shí)間；g重力加速度，。二 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選擇計(jì)算（一）絲杠螺母機(jī)構(gòu)概述1絲杠螺母機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)（1）用較小的扭矩傳動(dòng)絲杠，可使得螺母獲得較大的軸向牽引力；（2）可達(dá)到很大的降速比，使得機(jī)構(gòu)大為簡化；（3）能達(dá)到較大的傳動(dòng)精度。用于機(jī)構(gòu)進(jìn)給時(shí)，還可算作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小度數(shù)值可達(dá)到0.01mm；（4）傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪聲；（5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進(jìn)行逆?zhèn)鲃?dòng)。此特點(diǎn)可用于部件升降移動(dòng)，防止因部件自重而降落。2絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選用

51、根據(jù)該設(shè)計(jì)方案，要求工作臺(tái)能夠上下移動(dòng)，而且要能夠自鎖，故根據(jù)選用如圖所示結(jié)構(gòu)：(二)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的計(jì)算1絲杠的導(dǎo)程：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和要求，選用絲杠頭數(shù)k=1,螺距t=4mm,故絲杠螺母機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程s=kt=4mm。2絲杠的效率：正傳動(dòng)的效率即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的效率為： 3-7式中：中徑處的螺紋升角，； 絲杠螺紋中徑； 當(dāng)量摩擦角。= =對(duì)于滑動(dòng)絲杠：，當(dāng)f=0.1, =時(shí)，。代入數(shù)據(jù)得= =0.5113驅(qū)動(dòng)扭矩M計(jì)算設(shè)所受的軸向力為P，則螺紋中徑處的圓周力Q為： 3-8 =6.9 =1.34N驅(qū)動(dòng)扭矩M為： 3-9用代入得：= 6.9=8.6N.M4耐磨性計(jì)算滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作面上的

52、壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大，螺旋副間越容易形成過渡磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p,使其小于材料的許用壓力p。有耐磨性決定絲杠中徑的公式為： 3-10式中:p絲杠所承受的最大軸向力； 螺母的長徑比，L為螺母的長度（mm）一般取1.24，但螺母的螺紋圈數(shù)一般不超過10。因?yàn)槿?shù)越多，載荷分布越不均，第10圈以后的螺紋，實(shí)際上起不到分擔(dān)載荷的作用。 =16mm故取=16mm,耐磨性核算的公式為： 3-11代入數(shù)據(jù)得p=72.580,故滿足要求。三 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)選擇計(jì)算（一）蝸輪蝸桿傳動(dòng)的尺寸參數(shù)1蝸輪蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線的夾角圍任意值，通常用的為90。這種傳動(dòng)有以下的特點(diǎn)：（1）當(dāng)使用單頭蝸桿（相當(dāng)于單線螺紋）時(shí)，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過一齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比i=580；在分度機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)中，傳動(dòng)比可達(dá)300。（2）在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是漸漸進(jìn)入嚙合及漸漸退出嚙合，同時(shí)嚙合的齒對(duì)有較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。（3）當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙