車刀刃磨裝置的結構設計(一)

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車刀刃磨裝置的結構設計

[摘要] 車刀是一種應用非常普遍的金屬切削刀具，用它可以在普通車床和數控車床上加工端面、圓柱面和曲面等。在車類加工中心或車類數控機床上，車刀應用的頻率更高。車刀和其它刀具一樣，切削一段時間后就會變鈍，此時必須對其重磨方可使用。否則，加工精度和生產效率都受到嚴重的影響。車刀刃磨機研究的目的就是提高其刃磨質量，降低制造成本，提高生產率;通過對車刀刃磨的控制研究，實現對車刀的位置幾何角度自動調整，提高刃磨質量和效率，減少工人的勞動強度，及時滿足生產的需求。本課題主要研究內容是分析普通外圓車刀的幾何結構即車刀幾何角度和刃磨方法，建立車刀刃磨刀面的數學方程;運用步進電機控制技術來實現對執行機構的控制，從而實現對車刀刃磨角度自動精確調整。

[關鍵詞] 車刀，車刀的幾何角度，車刀的刃磨，車刀刃磨裝置

第一章緒論…………………………………………………………1

（一）研究的目的和意義………………………………………....1

（二）國內外發展簡況……………………………………………1

（三）課題的來源和研究的主要內容……………………………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…………………………15

第三章裝置的設計......................21

第一部分車刀刃磨裝置的結構分析……………………………21

第二部分傳動裝置以及電動機的選擇設計……………………23

第三部分刃磨裝置控制系統初步設計…………………………39

第四章總結…………………………………………………………47

感謝............................48

參考文獻……………………………………………………………..49

第一章緒論

一研究目的和意義

隨著機械制造技術的發展，特別是數控加工技術，柔性加工的廣泛應用，對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。

刀具狀態的好壞直接影響著被加工零件的加工質量及其機械加工效率，為保證零件的加工質量，提高生產效率，降低加工成本，刀具在達到磨鈍標準規定的值時就應進行重磨(重新刃磨)然后才能繼續使用。對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品質量的關鍵。

車刀是一種應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。在大多數機加工廠中，車床數控車床得到廣泛的應用，車刀應用的頻率更高。車刀和其它刀具一樣，切削一段時間后就會變鈍，此時必須對其重磨方可使用。否則，該車刀報廢，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、改進型的普通萬能工具磨床上進行或者進行手工磨削。磨削質量除了取決于機床自身的剛性、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通用

的刀具磨床，所以這種重磨方法的缺點是:(1) 機床調整麻煩，刃磨效率低;(2) 刃磨由工人手工操作，刃磨精度低。

車刀刀刃磨技術及控制研究的目的就是提車刀的刃磨質量，降低制造成本提高生產率;通過對車刀刃磨的控制研究，實現對車刀的自動刃磨和重磨，減工人的勞動強度，及時滿足生產的需求。本設計主要先了解車刀的角度及幾何數，根據這些設計出數控車刀刃磨裝置的結構設計以及利用單片機來控制機構運行實現車刀的刃磨。

二國內外發展簡況

對于車刀以及其他復雜形狀刀具的刃磨技術和控制研究方面，國內外已有許多專家。做了不少的研究，也開發出了一些的刀具刃磨設備。

在國外，對立車刀及其他復雜刀具磨削工藝和數控工具磨床的研究開發早，己經發展到了很高的水平。對于車刀刀刃的磨削90%以上是在數控工具磨上進行的，基本上實現了一次裝件自動完成刀刃的全部磨削。有的數控工具磨還實現了自動上工件(被磨刀具)、自動磨削、自動修整砂輪、自動補償、自動工件的全過程自動化。

數控工具磨床的發展經歷了從低檔到高檔的過程，由三軸數控發展到了六軸、八軸數控，并且己開發出十軸以上的多軸數控，多軸聯動的數控工具磨床，還開發出不經銑制，直接磨出容屑槽和刀刃的整體、強力磨削的數控工具磨床。

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。機床配有測量定位系統，將測頭固定安裝在磨頭上，用于實現刀具定位，可縮短磨削周期。該機床采用WALTER公司自己開發的專用數控系統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計刀具的磨床。

瑞士 SC HNEEBERGER公司的五軸五聯動GEMIN CNC工具磨床，主要用于生產和修磨各種不同形狀的小尺寸刀具，能自動測量，自動上下料，實現了無人操作。機床配有自動測量系統，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，在刀具重磨前測量又可用來保證刀具磨削質量。

還有，美國的HUFFMAN 公司的HS-87R型數控工具磨床，瑞士STRAUSAK公司的57W /CNC-4G四軸數控磨床，日本牧野公司的NX-40型十軸數控工具磨床等都是性能優越的數控機床。

為了提高我國刀具的制造工藝水平及質量，80年代后期國內部分廠家陸續從美國、德國、日本等國引進了數控工具磨床及CNC磨削技術。主要有 :

(1) 營口機床廠從德國WALTER公司引進了Helitronic30CNC三軸數控工具磨床。該機床可實現任意兩軸和三軸聯動，各軸均由步進電機驅動。整機剛性和精度較好，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合金株式會社引進了一臺RBG-01型模具銑刀數控專用磨槽機。該機床數控軸數為6軸，6M-B控制x, y, A, B,C軸，SM-C控制z軸。聯動軸數為4軸(x, y, A, C)由6M-B系統控制。各軸均由直流伺服電機驅動。該機床剛性好、加工精度高。機床實現了自動上工件、自動磨削、自動下工件等全過程自動化，是80年代屬世界先進水平的數控工具磨床。

(3 )V L 205-CNC數控刀具磨床是從法國ROUCHAUD公司引進并進行中法合作生產的六坐標數控刀具刃磨設備。它配備NLM760數控系統，使用RENISHAW測頭進行刀具參數測量，為刀具刃磨程序的參數化設計提供了極為方便的條件。

國內在數控工具磨床的研究方面開發起步較晚，可以說是從80年代中后期才開始的，其研究、開發還處于樣機或單臺極少量試生產階段。國內有幾家研制的數控工具磨床，其CNC系統都是從國外引進，使機床售價大大的提高，從而影響這些數控工具磨床的推廣和應用。

在數控系統方面，北京航空航天大學在80年代就開展了數控刀具刃磨機的研制工作，己開發了幾種型號的數控刀具刃磨機。在已有的研究成果上，還開發了一套性能優越的數控刀具刃磨機數控系統。該大學在國家“八五”和“863”計劃中承擔了高性能開放式數控系統的開發任務。開發出了的基于Windows操作系統的開放式數控系統CH-2010,在車床、銑床、加工中心、凸輪磨床等多種機床上獲得成功應用。“華中 2 000 型工具磨床專用數控系統”是在國家“八五”重點攻關項目 “數控萬能工具磨床產品開發”科研成果的基礎上，成功開發出的用于各種回轉刀具磨削加工的集成化CNC系統。在數控磨床方面，武漢機床廠研制的MH6030型刀具磨削中心，該機床采用8050M數控系統，實現六軸主聯動控制。該機床適用于加工復雜工具、復雜刀具如模具銑刀等，還適用于磨削加工復雜的中小型零件。

咸陽機床廠MK6025/3三軸聯動數控萬能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床，該機床采用了華工I型數控系統，配有華中理工大學各種刀具加工軟件，該軟件還可以針對用戶自己的要求進行自行編程并設計所需軟件。該機床能自動完成各類普通及復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雜刃磨問題;配備測量系統，在數控系統測量軟件支持下，將被磨刀具的有關幾何參數(如螺旋角或導程)及安裝位置(如始點位置)等參數自動輸入計算機系統，自檢測系統可以自動判斷加工刀具的起始點，自動生成加工程序并實現整個加工過程的自動磨削。還有營口冠華機床廠的M6025K萬能工具磨床和武漢機床附件廠的GW-1萬能磨刀機，均為普通型工具刃磨機床。

主要問題

國內各大中型機械廠，對車刀類的刃磨，主要由工人在萬能工具磨床上進行手工刃磨。工人勞動強度大，刃磨效率和精度低。刀具重磨時，刀具的刃形受到磨損或嚴重的破壞，使得手工刃磨時不容易控制，沒法保證刀具的重磨質量。

在車刀刃磨技術及控制技術研究方面，國內起步較晚，而且相關設備和數控系統主要依靠進口和與國外企業合作開發，因而，多數局限于一些復雜刃形如球頭車刀等的制造和建模，或者直接依賴進口特定的大型數控加工機床。

國外對刀具刃磨的研究雖然起步較早，但所開發的設備主要是三軸、多軸聯動的大型數控工具磨床或磨削加工中心。對于通用型的車刀刃磨，進口該設備成本過高，不合乎國情。

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