【正文】 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 公司的五軸五聯(lián)動 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，能自動測量，自動上下料，實(shí)現(xiàn)了無人操作。機(jī)床配有自動測量系統(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 HS87R 型數(shù)控工具磨床，瑞士STRAUSAK 公司的 57W /CNC4G 四軸數(shù)控磨床，日本牧野公司的 NX40 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 : (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，各軸均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。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)合金株式會社引進(jìn)了一臺 RBG01 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， 6MB 控制 x, y, A, B,C 軸， SMC控制 z軸。聯(lián)動軸數(shù)為 4 軸 (x, y, A, C)由 6MB 系統(tǒng)控制。各軸均由直流伺服電機(jī)驅(qū)動。該機(jī)床剛性好、加工精度高。機(jī)床實(shí)現(xiàn)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(jìn)水平的數(shù)控工具磨床。 (3 )V L 205CNC 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 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 頁 共 頁 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)了幾種型號的數(shù)控刀具刃磨機(jī)。在已有的研究成果上，還開發(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) CH20xx,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?！叭A 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 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，還適用于磨削加工復(fù)雜的中小型零件。 咸陽機(jī)床廠 MK6025/3 三軸聯(lián)動數(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)自動輸入 計(jì)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。還有 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 GW1 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 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。工人勞動強(qiáng)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(yán)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(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) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 頁 共 頁 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)動的大型數(shù)控工具磨床或磨削加工中心。對于通用型的 車 刀刃磨，進(jìn)口該設(shè)備成本過高，不合乎國情。 三 課題來源與主要研究內(nèi)容 本課題來源于陜西省教育廳培育項(xiàng)目“智能 車刀磨裝置 ”，該項(xiàng)目為陜西理工 學(xué)院，項(xiàng)目主持人為 戴俊平 教授。 課題主要研究內(nèi)容為 : 根據(jù)車刀角度及幾何參數(shù)，設(shè)計(jì)出車刀刃磨裝置。并實(shí)現(xiàn)自動化控制。 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，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)對切削力的影響 1870 年 ,俄國人 ，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 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 ，使切削力的研究水平跨前了一大步。 1907 年美國人 研究了切削速度對刀具壽命的影響，發(fā)表了著名的泰勒公式。 1915 年，俄國人 靠近切削刃的小孔中測得了刀具表面的溫度 (常稱人工熱電偶法 )，并用實(shí)驗(yàn) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 頁 共 頁 方法找出這一溫度同切削條件間的關(guān)系 1924～ 1926 年 ,英國人 、美國人 電勢的原理測出了平均溫度（常稱自然熱電偶法）。 1938～ 1940 年美國人 H.厄恩斯特和 ，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。 二，刀具切削部分的組成及角度 金屬切削種類繁多，形狀各異。但就其切削部分而言，都可以看成是由外 圓車刀演變而成。 圖 車刀的幾何面 （ 1） 車刀及切削部分的組成。 車刀 由刀頭和刀桿兩大部分組成。刀桿是刀具上夾持部分組成。刀頭直接擔(dān)負(fù)切削工作，它由以下部分組成 ○1刀面 ????????rA 新切屑流出的表面。 ????????aA 與加工表面相對的表面 。 ? ?aA39。 與工件已加工 表面相對的表面。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 頁 共 頁 ○2刀刃 a. 主切削刃 前刀面與主后刀面相交形成的切削刃。 b. 副切削刃 前刀面與副后刀面相交形成的切削刃。 ○3刀尖 主切削刃與副切削刃的的交點(diǎn)。 （ 2） 刀具角度 （ 3） 為了表示刀具空間集合形狀及位置，需通過刀具幾何角度來表示。再表達(dá)刀具幾何角度時，僅靠刀頭上的幾個面是不夠的，還需要建立幾個坐標(biāo)平面，以便與刀具刀頭上的各個面組成相應(yīng)的角度。 1） 刀具切削角度的坐標(biāo)平面 刀具的切削角度是刀具在切削運(yùn)動狀態(tài)下確定的角度。所以刀具的切削角度的坐標(biāo)系應(yīng)該用合成切削速度來說明。 ○1 切削平面 通過切削刃某選定點(diǎn)， 切與加工表面的平面。 ○2 基面 通過切削刃某選定點(diǎn)，垂直于合成切削速度向量的平面。 ○3 正交平面 通過切削刃某選定點(diǎn)垂直于主切削刃在基面上的投影平面。 ○4 副切削刃正交平面 垂直與副切削刃在基面上的投影。 2） 刀具標(biāo)注角度 ○1 正交平面坐標(biāo)系 為便于刀具設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)刀具時標(biāo)注，需要對上述參考平面做一些假設(shè)，車削時的假設(shè)條件是： A． 裝刀時，刀尖恰在工件的中 心線上； B． 刀桿對稱面垂直于工件軸線； C． 沒有進(jìn)給運(yùn)動； D． 工件以加工表面的形狀是圓柱表面； 根據(jù)這些條件，外圓車刀主切削刃某選定點(diǎn)的標(biāo)注角度參考坐標(biāo)平面為 。 基面 ??tP 通過切削刃上選定點(diǎn) M，平面與刀桿底面的平面； 切削平面 ? ?sp 通過切削刃上選定點(diǎn) M，與主切削刃相切并垂直于基面的平面 正交平面 ? ?Po 通過切削刃上選定點(diǎn) M，垂直于主切削刃在基面上投影的平面。因此正交平面坐標(biāo)系內(nèi)的三個坐標(biāo)平面互 相垂直，構(gòu)成了 1 個空間直角坐標(biāo)系，稱為正交平面坐標(biāo)參考系 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 頁 共 頁 ㎝ ○2正交平面坐標(biāo)系的刀具角度標(biāo)注 如圖所示正交平面參考系中，刀具角度有以下幾個。 A． 正交平面 ? ?Po 中測量的角度； 前角 ar 前刀面與基面之間的夾角； 后角 oa 后刀面與切削平面之間的夾角； 楔角前 o? 刀面與后刀面之間的夾角。有 09 0 ( )ooo ra? ? ? ? B． 副正交平面 39。P 。中測量的角度； 副后角 39。oa 副后刀面與副切削平面之間的夾角。 C． 基面 rp 中測量的角度； 主偏角 ()rk 。進(jìn)給方向與主切削刃在基面上的投影之間的夾角。 負(fù)偏角（ 39。rk ）進(jìn)給方向與副切削刃在基面上的投影之間的夾角 。 刀尖角（ r? ）主切削刃與副切削刃在基面上投影之間的夾角。有 039。1 8 0 ( )r r rkk? ? ? ? D． 切削平面 sp 中測量的角度； 刃傾角（ s? ）主切削刃與基面之間的夾角。 刀具的前 刀面 ， 后刀 面及主切削刃的方位，用前角 ar ，后角 oa ，主偏角 rk ，刃傾角 s? 4 個角度就可以確定。其中， ar 于 s? 確定了前刀面的方位， rk 和 oa 確定了后刀面的方位， rk 與 s? 確定 了主切削刃的方位。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 頁 共 頁 P n9176。9176。35176。44176。s向34176。NN 圖 車刀正交平面參考系角度標(biāo)注 （ 3） 車刀工作切削角度及車刀種類 用于 車削 加工的、具有一個切削部分的 刀 具 。車刀是 切削加工 中應(yīng)用最廣的刀具之一。 圖 為常用外圓車刀的典型結(jié)構(gòu)形式。 結(jié)構(gòu)車刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前面 后面和副后面等組成 它的幾何形狀由前角 、后角 主偏角 κ 刃傾角 S、副偏角 κ 和 刀尖圓弧半徑 所決定。車刀幾何參數(shù)的選擇受多種因素影響，必須根據(jù)具體情況選取。前角 根據(jù)工件材料的成分和 強(qiáng)度 來選取，切削強(qiáng)度較高的材料時，應(yīng)取較小的值。例如， 硬質(zhì)合金 車刀在切削普通碳素鋼時前角取 10176?！?15176。；在切削鉻錳鋼或淬火鋼時取 2176?！?10176。一般情況下后角取 6176。～ 10176。主偏角κ 根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性條件而定 ,一般取 30176?！?75176。,剛性差時取較大的值，在車階梯軸時，由于切削方式的需要取大于或等于 90176。刀尖圓弧半徑 和副偏角 κ 一般按加工 表面粗糙度 的要求而選取。刃傾角 S 則根據(jù)所要求的排屑方向和刀刃強(qiáng)度確定。 車刀前面的型式主要根據(jù)工件材料和刀具材料的性質(zhì)而定。最簡單的是平面型，正前角的平面 型適用于 高速鋼 車刀和精加工用的硬質(zhì)合金車刀