冰刀研磨機設(shè)計【含全套CAD圖紙】
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購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目: 冰刀研磨機設(shè)計 專 業(yè): 學(xué) 號: 姓 名: 指導(dǎo)教師: 完成日期: 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)論文(設(shè)計)鑒定意見 論文設(shè)計題目: 冰刀研磨機設(shè)計 學(xué)號 : 姓名: 專業(yè): 指導(dǎo)教師: 系主任: 一、主要內(nèi)容及基本要求 畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容應(yīng)包括 文獻(xiàn)綜述、任務(wù)提出、方案論證、設(shè)計思想、設(shè)計計算或理論分析、實驗結(jié)果、技術(shù)分析、結(jié)論等,并要有相應(yīng)的設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書 1、學(xué)生完成的畢業(yè)設(shè)計書面材料應(yīng)包括: ( 1)開題報告(單獨裝訂)。 ( 2)封面內(nèi)容:湘潭大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計,中英文題目,所屬學(xué)院,項目組成員,指導(dǎo)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(nèi)容,具有獨立性,即不閱讀畢業(yè)設(shè)計報告全文即可獲得其主要信息,主要說明畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容、研究方法、成果、價值和結(jié)論,字?jǐn)?shù)控制在 800 字以內(nèi),英文摘要應(yīng)與中文摘要基本相對應(yīng)。 ( 4)中英文關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞為畢業(yè)設(shè)計報告中使用到的重要詞語,各關(guān)鍵詞中間用分號隔開,最后一個關(guān)鍵詞后不用標(biāo)點符號,關(guān)鍵詞一般為 5 8 個。 ( 5)中英文摘要和關(guān)鍵詞的排列順序為:中文摘要(標(biāo)識為 摘要 )、中文關(guān)鍵詞(標(biāo)識為 關(guān)鍵詞 )、英文摘要(標(biāo)識為 、英文關(guān)鍵詞(標(biāo)識為 ,四部份內(nèi)容 獨立成頁,頂格排版。 ( 6)目錄:各標(biāo)題及附件目錄。 ( 7)正文:畢業(yè)設(shè)計報告字?jǐn)?shù)一般在 10000 15000 字之間,畢業(yè)論文在8000 15000 字。 ( 8)標(biāo)題:標(biāo)題應(yīng)層次清晰,以“ 1”、“ “ 層次標(biāo)注標(biāo)題序號。 ( 9)附錄:對正文內(nèi)容提供支撐的相關(guān)材料,如必要的數(shù)據(jù)、圖表、源程購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 序、圖片等。 ( 10)參考文獻(xiàn):畢業(yè)設(shè)計 20 篇及以上,連續(xù)編號 ( 11)致謝:對完成本設(shè)計(論文)提供幫助的人員表示感謝,獨立成頁。 2、 畢業(yè)設(shè)計的書面成果使用 印紙雙面打印或復(fù)印,按以上順序裝訂。 3、畢業(yè)設(shè)計的書面成果正文、附錄、參考文獻(xiàn)、致謝等統(tǒng)一編寫頁順序號。 二、重點研究的問題 1、設(shè)計冰刀研磨機的總體結(jié)構(gòu),尤其對機械部分作為主要研究內(nèi)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(jìn)度安排 序號 各 階段完成的內(nèi)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(shè)計方案 2014 年 3 月初 3 撰寫設(shè)計計算說明書 2014 年 3 月中 4 三維圖建模設(shè)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(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1 李斌 李曦 . 數(shù)控技術(shù) . 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2010 2 紀(jì)名剛 機械設(shè)計 北京 高等教育出版社 2006 3 馮勇 , 霍勇進(jìn) . 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(shè)計文檔后加 費領(lǐng)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(shù)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(xué)技術(shù)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(xué), 2001 11 王平江曲面測量、建模及數(shù)控加工集成技術(shù)研究武漢:華中理工大學(xué), 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(shè), 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(shè)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(shù)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(yīng)用冰雪運動,2003 19 王德泉 , 陳艷 , 魏仁選等 . 可重用面向?qū)ο髷?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(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)論文(設(shè)計)評閱表 學(xué)號 姓名 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計題目: 冰刀研磨機設(shè)計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求,達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的; 量是否適當(dāng); 研、社會等實際相結(jié)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(shè)計)質(zhì)量 述是否充分,結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理;實驗是否正確,設(shè)計、計算、分析處理是否科學(xué);技術(shù)用語是否準(zhǔn)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(yīng)用價值,有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 許國柱同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計為冰刀研磨機設(shè)計,該選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),具有學(xué)術(shù)研究價值。 該生查閱文獻(xiàn)資料能力較強,能夠全面收集關(guān)于冰刀研磨機的資料,設(shè)計計算說明書格式正確,完全符合學(xué)院規(guī)定,內(nèi)容較為完整,層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué),主要觀點 突出,邏輯關(guān)系清楚,有一定的個人見解,設(shè)計思路較為清晰,綜合運用知識能力較強。 畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量良好,同意參加答辯。 評閱人: 年 月 日 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)論文(設(shè)計)鑒定意見 學(xué)號: 姓名: 專業(yè): 畢業(yè)設(shè)計說明書 頁 圖 表 張 設(shè)計題目: 冰刀研磨機的設(shè)計 內(nèi)容提要: 本文針對影響冰刀研磨設(shè)備便攜性的因素,提出了兩點實現(xiàn)設(shè)備便攜性的方法。 確定了冰刀研磨機的總體布局和關(guān)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(shè)備的尺寸 通過打印機接口直接連接冰刀研磨設(shè)備,實現(xiàn) 直接數(shù)控,從而去掉了傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)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(zhì)量的因素。結(jié)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(shè)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(chǔ)上,開發(fā)了冰刀研磨的系統(tǒng)控制軟件。 設(shè)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(jìn)行 研磨加工。將面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)應(yīng)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(dǎo)教師評語 許國柱同學(xué)設(shè)計的題目是冰刀研磨機的設(shè)計,立題指導(dǎo)思想明確,結(jié)構(gòu)設(shè)計合理可行,設(shè)計原理正確無誤,畢業(yè)設(shè)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(nèi)容規(guī)范準(zhǔn)確,文獻(xiàn)引用合理,科學(xué)性較強,設(shè)計的軟件能夠正常運行,圖紙設(shè)計合理,設(shè)計思路和功能實現(xiàn)上,都有自己一定的想法,購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)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(dǎo)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(shè)計)成績評定為 答辯委員會主任: 年 月 日 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)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(shù)概述 .內(nèi)外研究狀況 .要內(nèi)容 . 冰刀研磨機總體結(jié)構(gòu) .刀研磨機的主要指標(biāo) .刀研磨機的基本要求 .刀研磨機總體布局 .要部件的設(shè)計和選擇 . 10 削力的計算 .刀的裝夾技術(shù) . 12 章小結(jié) . 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(zhì)量的因素 . 16 料的選擇 . 18 輪的結(jié)構(gòu) . .刀與砂輪位置關(guān)系 .輪的修整 . 20 章小結(jié) . 冰刀研磨機控制系統(tǒng)方案 .統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) . 23 磨的運動控制分析 . 23 輪恒線速度的控制 . 24 章小結(jié) . 冰刀研磨機機械結(jié) 構(gòu)的幾何建模 .件簡介 .刀研磨機機械結(jié)構(gòu)實體建模過程 .章小結(jié) . 總結(jié)與展望 . 32 7 參考文獻(xiàn) .文文獻(xiàn)1 冰刀研磨機設(shè)計 摘 要 冰上運動的發(fā)展對冰刀質(zhì)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(zhì)量和效率難以得到保證。在國內(nèi),本文首次將數(shù)控方法應(yīng)用到冰刀研磨當(dāng)中去。冰刀的數(shù)控研磨需滿足設(shè)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(jié)合國家體育總局冬奧會攻關(guān)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(jìn)行了系統(tǒng)的深入研究,具體內(nèi)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(shè)備本身的質(zhì)量和體積上。本文針對影響冰刀研磨設(shè)備便攜性的因素,提出了兩點實現(xiàn)設(shè)備便攜性的方法。確定了冰刀研磨機的總體布局和關(guān)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(shè)備的尺寸。 通過打印機接口直接連接冰刀研磨設(shè)備,實現(xiàn) 直接數(shù)控,從而去掉了傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)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(zhì)量的因素。結(jié)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(shè)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(chǔ)上,開發(fā)了冰刀研磨的系統(tǒng)控制軟件。設(shè)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(jìn)行研磨加工。將面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)應(yīng)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(guān)鍵詞 : 冰刀 數(shù)控研磨機 便攜式 砂輪修整 面向?qū)ο缶幊?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(guān)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(jì)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(chǔ)。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(jì) ,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(chǔ)。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(fù)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(zhì)量上說,數(shù)控研磨的加工質(zhì) 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(nèi)目前在冰刀研磨機領(lǐng)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(shù)含量低 ,自動化程度不高 ,冰刀的研磨質(zhì)量完全取決于操作者的熟練程度 ,嚴(yán)重影響冰刀研磨的效率和質(zhì)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(quán)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(shù)問題,開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(shù)上產(chǎn)生質(zhì)的飛躍,提高冰刀研磨的質(zhì)量和效率,促進(jìn)滑冰運動的體育器材技術(shù)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(xùn)練科學(xué)化水平和綜合實力,促進(jìn)我國體育器材新產(chǎn)品的開發(fā)及科技成果的轉(zhuǎn)化,營造體育科技產(chǎn)業(yè)化環(huán)境,提高冰刀研磨技術(shù),促進(jìn)體育產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)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(shù)及其在冰刀研磨領(lǐng)域的應(yīng)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(jìn)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(shù)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(xì)磨料對工件表面進(jìn)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(jìn)行圓周運動,經(jīng)過多級的研磨,達(dá)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(yán)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(dāng)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(cè)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(cè)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(shè)計值吻合,這將影響冰刀的滑行質(zhì)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(shù) 冰刀的數(shù)控研磨,是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到冰刀研磨當(dāng)中去。與手工冰刀研磨相比,數(shù)控冰刀研磨具有質(zhì)的飛躍,使得冰刀的研磨加工質(zhì)量更穩(wěn)定,效率更高,更可靠。數(shù)控冰刀研磨機,從本質(zhì)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(jié)構(gòu)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(yīng)該是便攜式的 體積小、重量輕 利用數(shù)控的編程技術(shù)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(jìn)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(shù),數(shù)控冰刀研磨機床具有很強的靈活性,能適應(yīng)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(zhì)量和機床的機械傳動精度。 6 內(nèi)外研究狀況 有關(guān)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(lǐng)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(shù)含量低,自動 化程度不高,冰刀的研磨質(zhì)量完全取決于作者的熟練程度,嚴(yán)重影響冰刀研磨的效率和質(zhì)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(quán)的國產(chǎn)數(shù)控冰刀研磨機勢在必行。 要內(nèi)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(guān)鍵部件的選??;通過打印機接口外接自行設(shè)計的板卡把冰刀研磨機作為通用 的一個外設(shè),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(dá)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(jié)構(gòu)和運動進(jìn)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(jié)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(chǔ)上,詳細(xì)分析了冰刀研磨加工的控制過程,設(shè)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(jìn)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(jìn)行了的研究和探討,研制了冰刀研磨控制軟件,將面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu) 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(shù)于一體的機械加工設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計、裝夾技術(shù)將對加工精度、系統(tǒng)可靠性和設(shè)備的便攜性具有十分重要的意義。 刀研磨機的主要指標(biāo) 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(fù)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(zhì)量的前提下,應(yīng)盡量考慮冰刀的使用壽命,每把冰刀的研磨量設(shè)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(biāo)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(qū)動為變頻、低噪、小功率電機。冰刀刃平面粗糙度達(dá)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(zhuǎn)換卡、單片機進(jìn)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(jìn)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(shè)備是用于運動員研磨冰刀,設(shè)備應(yīng)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(yīng)具有良好的剛性和精度; ( 3)設(shè)備的布局、功能應(yīng)適應(yīng)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(shè)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(guān)系,進(jìn)一步具體設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(shù)要求與研磨機的布局有密切關(guān)系??傮w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(yīng)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(shè)計,主要由 X 向進(jìn)給裝置、 Y 向進(jìn)給裝置、 Z 向進(jìn)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(shè)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(jìn)給運動和 Z 向調(diào)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(zhì)量較小,轉(zhuǎn)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(zhuǎn),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(zhuǎn),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(zhuǎn),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(zhuǎn)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(dǎo)軌 8 X 軸滑板 9 X 軸電機 10 夾具導(dǎo)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(shè)計和選擇 對主要部件的設(shè)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(jié)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(shè)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(shè)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(shè)定為 400 杠的選取 在本設(shè)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(guān),直徑大、剛度好,但直徑太大轉(zhuǎn)動慣量也大,考慮到研磨機屬于小型加工設(shè)備,取滾珠絲杠的直徑為 20以選擇公稱直徑 20稱導(dǎo)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(shè)計 砂輪架(磨具、磨頭)是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件,圖11 冰刀研磨機的砂輪架結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu) 其中,主軸與軸承是砂輪架的關(guān)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(xué), 式中 I 主軸支撐之間那一段的當(dāng)量慣性矩, ),(4 主軸支撐之間那一段的當(dāng)量外徑和孔徑。當(dāng) 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(shè)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(gòu)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(shù) 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(shè)備對加工質(zhì)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(shè)計一套性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)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(zhì)量會對冰刀后續(xù)的加工質(zhì)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。可調(diào)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(jié)構(gòu)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(fù)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(nèi)(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(guān),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(cè)向推力側(cè)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(nèi)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(shè)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(dāng) g 時,將 ,9 4 2 7 0 ,代入式中, 可得 : 5,25 , 當(dāng) g 時,將 ,2 8 2 8 2 0 代入式中, 15 可得- 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