冰刀研磨機設計【含全套CAD圖紙】

購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)設計說明書 題 目： 冰刀研磨機設計 專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)論文（設計）鑒定意見 論文設計題目： 冰刀研磨機設計 學號 ： 姓名： 專業(yè)： 指導教師： 系主任： 一、主要內容及基本要求 畢業(yè)設計的主要內容應包括 文獻綜述、任務提出、方案論證、設計思想、設計計算或理論分析、實驗結果、技術分析、結論等，并要有相應的設計圖紙和設計說明書 1、學生完成的畢業(yè)設計書面材料應包括： （ 1）開題報告（單獨裝訂）。 （ 2）封面內容：湘潭大學學生畢業(yè)設計，中英文題目，所屬學院，項目組成員，指導教師，專業(yè)，年級（班級），起止日期，制表日期。 （ 3）中英文摘要：論文摘要以濃縮的形式概括研究 課題的內容，具有獨立性，即不閱讀畢業(yè)設計報告全文即可獲得其主要信息，主要說明畢業(yè)設計的內容、研究方法、成果、價值和結論，字數(shù)控制在 800 字以內，英文摘要應與中文摘要基本相對應。 （ 4）中英文關鍵詞：關鍵詞為畢業(yè)設計報告中使用到的重要詞語，各關鍵詞中間用分號隔開，最后一個關鍵詞后不用標點符號，關鍵詞一般為 5 8 個。 （ 5）中英文摘要和關鍵詞的排列順序為：中文摘要（標識為 摘要 ）、中文關鍵詞（標識為 關鍵詞 ）、英文摘要（標識為 、英文關鍵詞（標識為 ，四部份內容 獨立成頁，頂格排版。 （ 6）目錄：各標題及附件目錄。 （ 7）正文：畢業(yè)設計報告字數(shù)一般在 10000 15000 字之間，畢業(yè)論文在8000 15000 字。 （ 8）標題：標題應層次清晰，以“ 1”、“ “ 層次標注標題序號。 （ 9）附錄：對正文內容提供支撐的相關材料，如必要的數(shù)據(jù)、圖表、源程購買設計文檔后加 費領取圖紙 序、圖片等。 （ 10）參考文獻：畢業(yè)設計 20 篇及以上，連續(xù)編號 （ 11）致謝：對完成本設計（論文）提供幫助的人員表示感謝，獨立成頁。 2、 畢業(yè)設計的書面成果使用 印紙雙面打印或復印，按以上順序裝訂。 3、畢業(yè)設計的書面成果正文、附錄、參考文獻、致謝等統(tǒng)一編寫頁順序號。 二、重點研究的問題 1、設計冰刀研磨機的總體結構，尤其對機械部分作為主要研究內容； 2、確定冰刀研磨機數(shù)控加工工藝和控制系統(tǒng)方案； 3 采用 圖軟件對冰刀研磨機建模。 三、進度安排 序號 各 階段完成的內容 完成時間 1 查閱資料、熟悉課題、熟悉 件 2014 年 2 月末 2 撰寫開題報告、制訂設計方案 2014 年 3 月初 3 撰寫設計計算說明書 2014 年 3 月中 4 三維圖建模設計分析 2014 年 3 月末 5 畫出工程圖 2014 年 4 月初 6 修改計算說明書與工程圖 2014 年 4 月中 7 裝訂成稿 2014 年 5 月中 8 答辯 2014 年 5 月底 四、應收集的資料及主要參考文獻 1 李斌 李曦 . 數(shù)控技術 . 武漢 華中科技大學出版社 2010 2 紀名剛 機械設計 北京 高等教育出版社 2006 3 馮勇 , 霍勇進 . 現(xiàn)代計算機數(shù)控系統(tǒng) . 北京 : 機械工業(yè)出版社 , 1996 4 惠延波 . 數(shù)控編程的作用與目的 . 機械工業(yè)出版社 , 2001 5 王石安 . 冰雪運動 . 北京 :人民體育出版社 , 2001 購買設計文檔后加 費領取圖紙 6 向華，王小江便攜式數(shù)控冰刀研磨機的研制中國 制造業(yè)信息化， 2005 7 陸劍中 孫家寧 金屬切削原理與刀具，北京 機械工業(yè)出版社 2011 8 吳南星，孫慶鴻機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術研究制造業(yè)自動化， 2002 9 周澤華等金屬切削原理上海：上?？茖W技術出版社， 1993 10 左宏志金屬研磨平板消除冰刀卷刃的實驗研究體育學， 2001 11 王平江曲面測量、建模及數(shù)控加工集成技術研究武漢：華中理工大學， 1995 12 王明祖對短道速滑刀弧度的分析冰 雪運動 1994 13 孫恭壽，湯錫銓磨床精化與改造北京：機械工業(yè)出版設， 1986 14 張俊生，徐煥銘，謝渭芳等金屬切削機床與數(shù)控機床北京，機械工業(yè)出版社， 1994 15 戴曙金屬切削機床設計北京，機械工業(yè)出版社， 1986 16 諸興華磨削原理北京：機械工業(yè)出版社， 1988 17 李伯民、趙波現(xiàn)代磨削技術北京：機械工業(yè)出版社， 2003 18 陳曉華，邸陽多功能水平定位便攜式冰刀刃磨機的研制及應用冰雪運動，2003 19 王德泉 , 陳艷 , 魏仁選等 . 可重用面向對象數(shù)控系統(tǒng)及其開發(fā)環(huán)境研究 , 華中理 2000 20 , A, et . 1993 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)論文（設計）評閱表 學號 姓名 專業(yè) 畢業(yè)設計題目： 冰刀研磨機設計 評價項目 評 價 內 容 選題 現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的； 量是否適當； 研、社會等實際相結合。 能力 合歸納資料的能力； 究方法和手段的運用能力； 論文 （設計）質量 述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 許國柱同學的畢業(yè)設計為冰刀研磨機設計，該選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，具有學術研究價值。 該生查閱文獻資料能力較強，能夠全面收集關于冰刀研磨機的資料，設計計算說明書格式正確，完全符合學院規(guī)定，內容較為完整，層次結構安排科學，主要觀點 突出，邏輯關系清楚，有一定的個人見解，設計思路較為清晰，綜合運用知識能力較強。 畢業(yè)設計質量良好，同意參加答辯。 評閱人： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 畢業(yè)論文（設計）鑒定意見 學號： 姓名： 專業(yè)： 畢業(yè)設計說明書 頁 圖 表 張 設計題目： 冰刀研磨機的設計 內容提要： 本文針對影響冰刀研磨設備便攜性的因素，提出了兩點實現(xiàn)設備便攜性的方法。 確定了冰刀研磨機的總體布局和關鍵元部件的選取，冰刀采取立式，工作臺采取 臥式，盡量縮小設備的尺寸 通過打印機接口直接連接冰刀研磨設備，實現(xiàn) 直接數(shù)控，從而去掉了傳統(tǒng)數(shù)控設備中的工控機，以滿足冰刀研磨機便攜性 的要求。 其次，本文分析了影響冰刀加工質量的因素。結合這些因素，制定了冰刀研磨 的加工工藝。冰刀 采取粗磨、精磨、拋光磨三級研磨，控制系統(tǒng)根據(jù)研磨總量自動 生成研磨工藝。研究設計了冰刀研磨的專用砂輪，同時根據(jù)砂輪的磨損機理，提出 了砂輪修整方法。 最后，在基于開放式數(shù)控平臺的基礎上，開發(fā)了冰刀研磨的系統(tǒng)控制軟件。 設計了冰刀研磨砂輪的特殊運動方式。采用 擬量單元的數(shù)據(jù)及信號處理 環(huán)節(jié)，用變頻器來實現(xiàn)對砂輪主軸電機的控制，從而保證砂輪以恒定的線速度進行 研磨加工。將面向對象編程技術應用到冰刀的數(shù)控編程中，使數(shù)控編程變得簡單易懂。 系統(tǒng)軟件提供了友好的人機界面，使人機交互變得 容易，更適合于運動員操作 使用，同時，系統(tǒng)還提供了加工在線仿真功能，使研磨加工過程變得形象而具體。 指導教師評語 許國柱同學設計的題目是冰刀研磨機的設計，立題指導思想明確，結構設計合理可行，設計原理正確無誤，畢業(yè)設計計算說明書條理層次較為清楚，撰寫思路清晰，語言流暢簡練，邏輯性較強，計算內容規(guī)范準確，文獻引用合理，科學性較強，設計的軟件能夠正常運行，圖紙設計合理，設計思路和功能實現(xiàn)上，都有自己一定的想法，購買設計文檔后加 費領取圖紙 并得到了初步實現(xiàn)， 同意該生參加答辯，建議成績評定為良好。 指導教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 經(jīng)答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文（設計）成績評定為 答辯委員會主任： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 目 錄 摘 要 . 緒論 .究的背景、目的和現(xiàn)實意義 .刀研磨技術概述 .內外研究狀況 .要內容 . 冰刀研磨機總體結構 .刀研磨機的主要指標 .刀研磨機的基本要求 .刀研磨機總體布局 .要部件的設計和選擇 . 10 削力的計算 .刀的裝夾技術 . 12 章小結 . 15 3 冰刀研磨的數(shù)控加工工藝 . 16 控研磨的特點 . 16 響冰刀研磨質量的因素 . 16 料的選擇 . 18 輪的結構 . .刀與砂輪位置關系 .輪的修整 . 20 章小結 . 冰刀研磨機控制系統(tǒng)方案 .統(tǒng)的硬件結構 . 23 磨的運動控制分析 . 23 輪恒線速度的控制 . 24 章小結 . 冰刀研磨機機械結 構的幾何建模 .件簡介 .刀研磨機機械結構實體建模過程 .章小結 . 總結與展望 . 32 7 參考文獻 .文文獻1 冰刀研磨機設計 摘 要 冰上運動的發(fā)展對冰刀質量提出了更高的要求，可是冰刀的手工研磨自動化程度低，研磨質量和效率難以得到保證。在國內，本文首次將數(shù)控方法應用到冰刀研磨當中去。冰刀的數(shù)控研磨需滿足設備便攜、工藝簡單、控制精確、研磨精度高 等方面的要求。本文結合國家體育總局冬奧會攻關項目“便攜式數(shù)控冰刀測量與研磨機的研制”，圍繞上述要求進行了系統(tǒng)的深入研究，具體內容如下： 首先，冰刀數(shù)控研磨機的便攜性主要體現(xiàn)在其設備本身的質量和體積上。本文針對影響冰刀研磨設備便攜性的因素，提出了兩點實現(xiàn)設備便攜性的方法。確定了冰刀研磨機的總體布局和關鍵元部件的選取，冰刀采取立式，工作臺采取臥式，盡量縮小設備的尺寸。 通過打印機接口直接連接冰刀研磨設備，實現(xiàn) 直接數(shù)控，從而去掉了傳統(tǒng)數(shù)控設備中的工控機，以滿足冰刀研磨機便攜性的要求。 其次，本文分 析了影響冰刀加工質量的因素。結合這些因素，制定了冰刀研磨的加工工藝。冰刀采取粗磨、精磨、拋光磨三級研磨，控制系統(tǒng)根據(jù)研磨總量自動生成研磨工藝。研究設計了冰刀研磨的專用砂輪，同時根據(jù)砂輪的磨損機理，提出了砂輪修整方法。 最后，在基于華中開放數(shù)控平臺的基礎上，開發(fā)了冰刀研磨的系統(tǒng)控制軟件。設計了冰刀研磨砂輪的特殊運動方式采用 擬量單元的數(shù)據(jù)及信號處理環(huán)節(jié)，用變頻器來實現(xiàn)對砂輪主軸電機的控制從而保證砂輪以恒定的線速度進行研磨加工。將面向對象編程技術應用到冰刀的數(shù)控編程中，使數(shù)控編程變得簡單易懂。 系統(tǒng)軟件提供了友好的人機界面，使人機交互變得容易，更適合于運動員操作使用，同時，系統(tǒng)還提供了加工在線仿真功能，使研磨加工過程變得形象而具體。 關鍵詞 ： 冰刀 數(shù)控研磨機 便攜式 砂輪修整 面向對象編程 2 he of to of at of is in .H on of is in is a of it is in of of to of is of as as is as is C is in to of on of of be by be on of of of is on of on of , of of is of is of of C is by of is is in s to of C of 1 緒 論 究的背景、目的和意義 本次研究課題來源于國家體育總局 2006 年冬奧會攻關項目“便攜式數(shù)控冰刀 測量與研磨機的研制”，項目編號 03038，本文屬于項目中的冰刀數(shù)控研磨機部分?；\動起源于荷蘭。 13 世紀中葉 ,荷蘭出現(xiàn)鐵制冰刀。冰刀是冰上運動鞋下面的塊刀片，它是冰上運動的基礎。如圖 刀外形示意圖 和 示，冰刀的刀刃線一般是由幾段半徑（ 8 10 米）很大的圓弧線組成，刀刃 一般厚 2 毫米。 到了 17 世紀 ,溜冰逐漸發(fā)展成為一種運動項目。冰刀 是冰上運動的基礎。今天 ,運動員和滑冰運動愛好者取得了越來越好的成績 而 ,冰刀使用一段時間后 ,其刃口會變鈍 ,這時需要對其重新研磨 ,使其恢復原來的形狀。因此 冰刀的研磨分為手工研磨和數(shù)控研磨。從研磨質量上說，數(shù)控研磨的加工質 圖 段圓弧的冰刀刀刃線 量要比手工研磨的要高得多。目前，國外已經(jīng)有商品化的數(shù)控冰刀研磨機，而國內目前在冰刀研磨機領域的研究和開發(fā)則比較落后 ,只有少數(shù)廠家能生產(chǎn)簡4 易磨 刀架和磨刀機。產(chǎn)品技術含量低 ,自動化程度不高 ,冰刀的研磨質量完全取決于操作者的熟練程度 ,嚴重影響冰刀研磨的效率和質量 ,商品化的手工冰刀研磨機則尚屬空白 ,更談不上全自動的數(shù)控冰刀研磨機了 ,這對我國冰上運動的發(fā)展是一個極大的制約。因此 ,開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)數(shù)控冰刀研磨機勢在必行。 本文目的是解決我國冰刀研磨行業(yè)的共性技術問題，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的數(shù)控冰刀研磨機，使冰刀由手工研磨過渡到全自動研磨，在冰刀研磨技術上產(chǎn)生質的飛躍，提高冰刀研磨的質量和效率，促進滑冰運動的體育器材技術升級，提升我國滑冰運動員的運 動成績。 本文的開展，對提高我國滑冰運動訓練科學化水平和綜合實力，促進我國體育器材新產(chǎn)品的開發(fā)及科技成果的轉化，營造體育科技產(chǎn)業(yè)化環(huán)境，提高冰刀研磨技術，促進體育產(chǎn)品結構的調整，提高運動員備戰(zhàn)奧運會的運動成績都將具有非常重要的意義。 本文研究的數(shù)控技術及其在冰刀研磨領域的應用，對于提高我國體育裝備水平和實力、提冰上項目競爭能力、促進社會生產(chǎn)率的發(fā)展等方面都具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。 刀研磨技術概述 冰刀在冰面上滑行產(chǎn)生磨損，其磨損量小，冰刀的研磨加工是一種磨削量小，精度要求高的加工方式。 目前 ，冰刀的研磨方法主要有兩種，手工研磨和數(shù)控研磨 刀的 手工研磨 手工研磨 是使用多級目數(shù)的精細磨料對工件表面進行多次的磨削加工。先將較粗的磨料混合豬油和煤油，在利用附著體（如鑄鐵）對零件表面給予一定的壓力，進行圓周運動，經(jīng)過多級的研磨，達到表面要求。 如圖 工研磨冰刀方法 但是手工研磨存在一些嚴重的問題，主要有 5 （ 1）手工研磨時的作用力不易控制，在研磨的過程中容易出現(xiàn)各種問題，如圖 示，當手壓磨具作用力過大，就會出現(xiàn)切屑向刀刃處堆積形成卷刃；若研磨冰刀用力不均還將造成偏刃和脊 刃，如圖 示。 （ 2）用油石在冰刀側面研磨冰刀的卷刃時，手控制油石的平穩(wěn)度不夠，易產(chǎn)生偏斜，用力程度也難以控制到最佳狀態(tài)，常出現(xiàn)油石在刃側面滑掉，直接傷及刀刃造成局部鈍刀，如圖 示； （ 3）現(xiàn)階段用的油石磨料粒度受限制，無法加工出最低粗糙度的冰刀鋒刃； （ 4）油石不易修平，平面度差的油石難以保證被研磨冰刀表面的幾何形狀； （ 5）手工研磨，冰刀的輪廓曲線難以與設計值吻合，這將影響冰刀的滑行質量； （ 6）手工研磨精度不高、生產(chǎn)效率低，勞動強度大。 圖 刀的卷刃 圖 刀的偏刃和脊刃 圖 刀的局部鈍刀 刀的數(shù)控研磨技術 冰刀的數(shù)控研磨，是數(shù)控技術應用到冰刀研磨當中去。與手工冰刀研磨相比，數(shù)控冰刀研磨具有質的飛躍，使得冰刀的研磨加工質量更穩(wěn)定，效率更高，更可靠。數(shù)控冰刀研磨機，從本質意義上講和一臺普通的數(shù)控磨床沒有什么區(qū)別，產(chǎn)品加工都要經(jīng)過數(shù)控編程、刀補、插補、最后控制運動軸加工的過程。所不同的是，冰刀數(shù)控研磨機床是一個非常專業(yè)化的數(shù)控機床。冰刀本身的結構小巧，研磨機是在體育項目中使用，要求能夠經(jīng)常隨運動隊攜帶，這決定了冰刀的數(shù) 控研磨機應該是便攜式的 體積小、重量輕 利用數(shù)控的編程技術可以編出任何平面的冰刀刀刃線。數(shù)控系統(tǒng)可控制 X、Y、 Z 軸實現(xiàn)冰刀的測量、研磨、砂輪修整。利用工藝卡編程，可控制機床對冰刀進行粗、精、拋光 3 級研磨。粗磨完成主要的輪廓加工，精磨、拋光磨主要是提高精度和表面光潔度。利用以上數(shù)控技術，數(shù)控冰刀研磨機床具有很強的靈活性，能適應任何一把冰刀的研磨。 手工冰刀研磨的精度主要取決于操作人的經(jīng)驗程度。而冰刀的數(shù)控研磨其精度則取決于控制系統(tǒng)的質量和機床的機械傳動精度。 6 內外研究狀況 有關研磨冰刀的機器 ，在國外已有手工和數(shù)控兩種商品化的產(chǎn)品 例如美國的 司就是生產(chǎn)手工冰刀研磨機的著名廠家，圖 司也提供一系列手工和數(shù)控冰刀研磨機，其產(chǎn)品如圖 示。 圖 司的手工冰刀研磨機 圖 司冰刀研磨機 我國在冰刀研磨機領域的研究和開發(fā)則比較落后，只有少數(shù)廠家能生產(chǎn)簡易磨刀架和磨刀機，如圖 示 圖 產(chǎn)手工冰刀磨刀機 我國手工冰刀磨刀機產(chǎn)品技術含量低，自動 化程度不高，冰刀的研磨質量完全取決于作者的熟練程度，嚴重影響冰刀研磨的效率和質量，商品化的手工冰刀研磨機則尚屬空白，更談不上全自動的數(shù)控冰刀研磨機了，這對我國冰上運動的發(fā)展是一個極大的制約。因此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)數(shù)控冰刀研磨機勢在必行。 要內容 （ 1）針對數(shù)控冰刀研磨機便攜式、剛度、精度的要求，本文確定了冰刀研磨7 機床的總體布局和關鍵部件的選??；通過打印機接口外接自行設計的板卡把冰刀研磨機作為通用 的一個外設，從而實現(xiàn) 接數(shù)控，滿足了冰刀研磨機便攜式的要求；同時研制了適合冰 刀研磨加工的專用夾具。 （ 2）冰刀的手工研磨，刀刃線形狀、研磨量、研磨的分級、控制過程全依賴操作員的手感和經(jīng)驗程度，難以達到形狀精度和表面精度的要求。本文分析了影響冰刀精度的各種因素，并針對研磨刀刃線的控制和工藝特點，對冰刀的分級研磨和砂輪的結構和運動進行了研究。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)研磨量，自動生成冰刀研磨的加工工藝卡。 （ 3）本文結合了砂輪的磨損機理，提出了控制砂輪修整、補償?shù)姆椒ā?（ 4）在華中數(shù)控系統(tǒng)硬件體系的基礎上，詳細分析了冰刀研磨加工的控制過程，設計了研磨砂輪的特殊運動方法，采取了半閉環(huán)的伺服位置控制方 案，采取擬量單元的數(shù)據(jù)及信號處理環(huán)節(jié)，用變頻器來實現(xiàn)對砂輪主軸電機的控制，從而保砂輪以恒定的線速度進行研磨加工。 （ 5）本文對基于華中開放式數(shù)控平臺的專用機床控制軟件開發(fā)進行了的研究和探討，研制了冰刀研磨控制軟件，將面向對象編程技術應用到冰刀的數(shù)控編程中去。數(shù)控系統(tǒng)具備友好的人機界面和加工過程的在線仿真功能。 8 2. 冰刀研磨機總體結構 本文研究的數(shù)控冰刀研磨機是集機械、電氣、計算機和控制技術于一體的機械加工設備。其中，機械部分是冰刀研磨機的重要組成部分。機械部分的布局 、結構設計、裝夾技術將對加工精度、系統(tǒng)可靠性和設備的便攜性具有十分重要的意義。 刀研磨機的主要指標 冰刀的數(shù)控研磨有其行業(yè)特點。首先，由于每個冰刀的磨損程度不同，其輪廓形狀位置是未知的。其次，冰刀數(shù)控研磨屬于成形加工，不但要將刀刃磨出來，還必須將冰刀輪廓形狀修復成規(guī)定的形狀。再次，冰刀的刀刃面要求有較低的粗糙度。最后，研磨冰刀時，在保證質量的前提下，應盡量考慮冰刀的使用壽命，每把冰刀的研磨量設定要合理。綜合上述冰刀研磨的特點后，確定冰刀研磨機的主要指標為： 1能夠按特定參數(shù)和仿形自動研磨 300 450高 10速滑、短道速滑冰刀的任意弧度。通過 X 、 Y、 Z 三個軸的伺服電機控制三維運動平臺和研磨運動。 2冰刀研磨過程分粗磨、精磨、拋光三級研磨，磨輪驅動為變頻、低噪、小功率電機。冰刀刃平面粗糙度達到 90°邊刃角直接打磨。一次研磨時間為 3 5 分鐘。 3采用弧度采集器、線陣 A/D 轉換卡、單片機進行接口通訊，能檢測冰刀弧度、刀刃磨損量；接收、運算采樣數(shù)據(jù)；顯示研磨過程圖形、進行數(shù)據(jù)對比和按弧度檢測數(shù)據(jù)分級研磨。 刀研磨機的基本 要求 （ 1）該設備是用于運動員研磨冰刀，設備應簡單、可靠、易操作、精度高； （ 2）為了保障冰刀的形狀精度，機械夾持部分應具有良好的剛性和精度； （ 3）設備的布局、功能應適應不同種類冰刀研磨的要求。 刀研磨機總體布局 研磨機的總體布局是設計研磨機時影響全局性的決策部署。在總體布局確定后，才能確定部件之間的相對位置及運動關系，進一步具體設計研磨機?？傮w布局的影響因素是多方面的，其中，工件的表面形成方法，即冰刀與砂輪怎么做相對運動來加工刀刃是設計研磨機時首先要決定的。表面形成的方法確定后，研磨機的布局、 傳動、結構及外形等就可初步?jīng)Q定。為了減少或消除研磨機的振動及熱變形，應特別注意主軸變速箱、電動機等的布局。此外，被加工工件的尺寸、9 重量和技術要求與研磨機的布局有密切關系。總體布局還必須考慮人的因素，能夠滿足操作要求，必須有利于減輕操作者的勞動強度，以提高工作效率，并應注意留出必要的維修空間。 數(shù)控冰刀研磨機機械部分的總體布局如圖 示，此冰刀研磨機采用立式設計，主要由 X 向進給裝置、 Y 向進給裝置、 Z 向進給裝置、夾具、砂輪裝置五部分組成。由于冰刀的長度在 300450間， Y 向運動行程為 60Z 向運動行程只要 20以整個機床的尺寸可以設計成：長 850300 565 冰刀的研磨過程主要有 X 向冰刀磨削運動， Y 向進給運動和 Z 向調節(jié)砂輪運動，通過這三個運動來實現(xiàn)對任意弧度冰刀的研磨。本文研究的數(shù)控冰刀研磨機體積、質量較小，轉動慣量小，所以可將電機與絲杠直接相連。如圖 刀固定在夾具 11 上； X 軸電機 9 帶動絲杠 2 旋轉，使滑板 8 沿 而帶動冰刀實現(xiàn) X 方向的運動，行程為 550削刀刃表面和 90°邊刃角；同 理， Y 軸電機 5 帶動絲杠 6 旋轉，使滑板 3 沿 Y 方向移動，從而帶動冰刀實現(xiàn) Y 方向的運動，行程為 60削冰刀的拱高， X 軸和 Y 軸的聯(lián)動可實現(xiàn)砂輪的磨削運動；手輪 13（為了減輕重量，用手輪代替 Z 向電機）帶動絲杠 12 旋轉，實現(xiàn)砂輪 16 的上升下降即 Z 方向的運動。砂輪安裝在砂輪架 15 上，由砂輪電機 14 帶動砂輪 16 轉動。 1 X 軸支撐架 2 X 軸絲杠 3 Y 軸滑板 4 底座 10 5 Y 軸電機 6 Y 軸絲杠 7 X 軸導軌 8 X 軸滑板 9 X 軸電機 10 夾具導軌 11 夾具 12 Z 軸絲杠 13 手輪 14 砂輪電機 15 砂輪架 16 砂輪 圖 控冰刀研磨機的總體布局 要部件的設計和選擇 對主要部件的設計和選擇要能滿足冰刀研磨機的精度、剛度等性能上的要求。 給軸的行程和尺寸 冰刀的長度為 300 450作臺的實際加工行程就是所加工冰刀的長度，即工作臺的實際加 工行程為 300 450在加工開始和結束時，工作臺要有一段加速行程和減速行程，所以將 X 軸的總行程設定為 550加上工作臺本身的長度（ 500裝夾尺寸，得出 X 軸的總尺寸為 828 圖 刀加工尺寸示意圖 刀刃可加工厚度不超過 30圖 示，要給工作臺留出一段加、減速行程，所以 Y 軸的行程為 60加上工作臺本身的寬度（ 200裝夾尺寸，得出 Y 軸的總尺寸為 318刀厚 2輪厚 8上刀具的加、減速行程， Z 軸的 行程設定為 20于工作臺本身的高度（ 220、砂輪架的高度（ 110裝夾尺寸，所以將 Z 軸的總尺寸設定為 400 杠的選取 在本設計中，采用滾珠絲杠，梯形螺紋。絲杠的剛度與直徑大小直接相關，直徑大、剛度好，但直徑太大轉動慣量也大，考慮到研磨機屬于小型加工設備，取滾珠絲杠的直徑為 20以選擇公稱直徑 20稱導程 6杠外徑 滾珠絲杠副。 根據(jù)機床運動軸的行程，確定絲杠的有效螺紋長度分別為 X 軸 600Y 軸 90Z 軸 48 輪架的設計 砂輪架（磨具、磨頭）是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉的關鍵部件，圖11 冰刀研磨機的砂輪架結構。經(jīng)過靜平衡的砂輪緊固在主軸上，主軸支撐在軸承上。整個砂輪架與 Z 軸絲杠相連，實現(xiàn) Z 方向的運動。 1 端蓋 2 軸承 3 砂輪 4 支撐架 5 主軸 圖 輪架結構 其中，主軸與軸承是砂輪架的關鍵部分，主軸軸承系統(tǒng)剛性好，會提高磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面光潔度。磨床的砂輪主軸多數(shù)采用兩點支承，主軸剛度的計算簡圖 見圖 據(jù)材料力學， 式中 I 主軸支撐之間那一段的當量慣性矩， ),(4 主軸支撐之間那一段的當量外徑和孔徑。當 d / D ，孔對剛度的影響可以忽略，I ，這里 D = 20軸的剛度為 在本設計中，我們選擇單列向心球軸承，其簡化后的支點在軸承中部；通常，主軸前端的懸伸長度 a 由構造決定，根據(jù)冰刀研磨機 的整體尺寸，取 a = 20般情況下 I= (3 5)a，大型磨床取下限，中小型磨床取上限，故取 I= 60各個參數(shù)帶入式（ ，得主軸剛度 K = 610 N /中 E = 200 12 圖 彎主軸計算簡圖 刀的裝夾技術 加工冰刀時，為了保證冰刀良好的定位和冰刀的加工剛度，就必須有適合冰刀的夾具來裝夾冰刀。冰刀的裝夾設備對加工質量有重要影響。 根據(jù)對機床夾具的分析： （ 1）冰刀研磨機是一臺專門用來加 工冰刀的機床； （ 2）運動隊員使用冰刀的加工數(shù)量不大； （ 3）冰刀小巧，形狀有自身特色，長度尺寸不一樣，長度方向具備一定的彎度。通用夾具對其難以勝任。根據(jù)以上分析，設計一套性能穩(wěn)定、結構緊湊、操作迅速方便的冰刀專用夾具是必須的也是可行的冰刀的裝夾質量會對冰刀后續(xù)的加工質量產(chǎn)生重要影響， 本文采取兩點定位的裝夾方法，不會影響冰刀的長度方向的彎度?？烧{節(jié)的夾爪和頂端，可以適合加工不同長度型號的冰刀。兩套緊固螺桿，操作方便，能起到有效的緊固定位作用。 總之，本文冰刀夾具操作方便、使用安全、定位精度好、結構性好 、能滿足工藝的條件。 削力的計算 磨削力是工件與砂輪接觸后引起的彈性變形、塑性變形、切屑形成以及磨粒和接合劑與工件表面之間的摩擦作用。磨削力可以分為相互垂直的切向磨削力砂輪徑向的法向磨削力 以及沿砂輪軸向的軸向磨削力 一般磨削中，軸向磨削力 較小，可以忽略不計。由于砂輪磨粒具有較大的負前角，所以法向磨削力 于切向磨削力 ，通常情況下 在 3 范圍內（稱 為磨削比），需要指出的一點，磨削比不但與砂輪的銳利程度有關，而且隨被加工材料特性的不同而不同。磨削普通鋼料時， 3。 13 磨粒開始接觸工件后，即刻受到工件的抗力作用，圖 示為磨粒以平均磨粒切深不考慮摩擦作用的情況下，切削力分布范圍如圖 的虛線范圍。從圖 以看出，側向推力側推力以無論是滑擦、耕犁或切削狀態(tài)下磨粒所受法向磨削力都大于切向磨削力。 圖 粒上的作用力 根據(jù)圖 X X 截面內作用在磨粒上的切削力 co 式中，位磨 削力（ N/2； 接觸面積； 磨粒半頂錐角； 切削力方向與 x 方向的夾角。 虛線范圍所示，設圖中磨粒是具有一定錐角的圓錐，中心線指向砂輪的半徑，且圓錐母線長度為 ，則接觸面積 14 將式代入得 因為 將式（ 入（ 得 因此，可求得作用于整個磨粒上的磨削力如下： 于是可得到磨削力的計算式 ， b 為磨削寬度； 當 g 時，將 ,9 4 2 7 0 ，代入式中， 可得 : 5,25 ， 當 g 時，將 ,2 8 2 8 2 0 代入式中， 15 可得