【正文】 C 與 PLC 的信號傳遞采用指令，模擬量單元作為一個 PLC 的擴展單元插在 PLC 插槽中，直接接受 PLC 程序的數(shù)據(jù)傳送指令，并實現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換輸出。如研磨工藝中所知，為了保持砂輪的切削力和表面光潔平整性，一段時間后就得對砂輪進行修整。操作員可以適當?shù)男薷膫€別的加工參數(shù)。（ 3）隨 Y 軸做來回的往復(fù)移動。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 冰刀研磨機的控制系統(tǒng)以通用 PC 機作為基本的硬件平臺，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 PC 機的一個外設(shè)，實現(xiàn) PC 直接數(shù)控，從而將冰刀研磨機集成為便攜式的數(shù)控產(chǎn)品。 （ 2）修銳 砂輪使用一段時間后，起切削作用的小磨粒會折斷或者被磨平，或者磨粒之間的空間被切削物所填滿，造成磨粒的磨削功能下降。對砂輪的磨削和修整是通過設(shè)定砂輪和工藝參數(shù)來實現(xiàn)的。磨料磨具的固有特性和被加工材料的物理化學(xué)作用是 影響磨削質(zhì)量好壞的重要因素。在冰刀的數(shù)控研磨時同樣要注意這個問題。剛玉與金屬材料的研磨時，粘附作用很明顯，不適 合做本項目的磨料；研磨產(chǎn)生熱量時，碳化硅在容易和鋼鐵材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以也不適合做本項目的磨料；金剛石雖然硬度大，也不粘附鋼鐵材料，也不和鋼鐵材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 7）研磨機設(shè)備 任何數(shù)控機床本身具備一定的精度等級，例如普通精度的數(shù)控機床位移精度一般為 ～ ，精密級數(shù)控機床位移精度可高達 m。 18 圖 砂輪的進給速度和加工精度的關(guān)系 5）磨粒尺寸 在本文中，冰刀的研磨分三級，磨粒尺寸也相應(yīng)分為三級，粗磨的磨粒尺寸大，精磨、拋光磨的磨粒尺寸小。一般而言研磨級別越高轉(zhuǎn)速會越大。在本章下一小 中，會專門介紹本文冰刀磨料選擇的方法和選擇結(jié)果。冰刀的數(shù)控進給加工是均勻的、連續(xù)的、穩(wěn)定的、可靠的，速度一般高于手工加工的速度。兩側(cè)推力 ndF 相互抵消而法向推力 ndF 則疊加起來使整個磨粒所受的法向磨削力明顯增大，所以無論是滑擦、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。磨削力可以分為相互垂直的切向磨削力tF ，沿砂輪徑向的法向磨削力 nF ，以及沿砂輪軸向的軸向磨削力 aF 。冰 刀的裝夾設(shè)備對加工質(zhì)量有重要影響。經(jīng)過靜平衡的砂輪緊固在主軸上，主軸支撐在軸承上。但在加工開始和結(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 550mm；再加上工作臺本身的長度（ 500mm）和裝夾尺寸，得出 X 軸的總尺寸為 828mm。由于冰刀的長度在 300~450mm 之間， Y 向運動行程為 60mm， Z 向運動行程只要 20mm，所以整個機床的尺寸可以設(shè)計成：長 850mm，寬300mm，高 565mm。 冰刀研磨機總體布局 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。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～ 450mm，拱高 10mm 的速滑、短道速滑冰刀的任意弧度。 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。 主要內(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 PC 機的一個外設(shè)，從而實現(xiàn) PC 直接數(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。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。 （ 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 所示； （ 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。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。冰刀是冰上運動 的基礎(chǔ)。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。 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。 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。 評閱人： 年 月 日 其次，本文分析了影響冰刀加工質(zhì)量的因素。 三、進度安排 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 solid edge 軟件 2020 年 2 月末 2 撰寫開題報告、制訂設(shè)計方案 2020 年 3 月初 3 撰寫設(shè)計計算說明書 2020 年 3 月中 4 三維 圖 建模 設(shè)計分析 2020 年 3 月末 5 畫出工程圖 2020 年 4 月初 6 修改計算說明書與工程圖 2020 年 4 月中 7 裝訂成稿 2020 年 5 月 中 8 答辯 2020 年 5 月 底 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻 1 李斌 李曦 . 數(shù)控技術(shù) . 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2020 2 紀名剛 機械設(shè)計 北京 高等教育出版社 2020 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 , 2020 5 王石安 . 冰雪運動 . 北京 :人民體育出版社 , 2020 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， 2020 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 2020 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， 2020 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)， 2020 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， 2020 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， 2020 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 2020 20 21 22 Teltz R, Elbestawi M A, et al. Knowledgebased Control in Turing. ASME J. Of DSMC, 1993 畢業(yè)論文（設(shè)計） 評閱表 學(xué)號 2020963133 姓名 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 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 ，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達到綜合訓(xùn)練的目的； 、份量是否適當； 、科研、社會等實際相結(jié)合。 （ 6）目錄：各標題及附件目錄。 （ 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，字數(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)。 畢業(yè)設(shè)計 的書面成果使用 A4 或 A3 復(fù)印紙雙面打印或復(fù)印，按以上順序裝訂。 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，具有學(xué)術(shù)研究價值。 設(shè)計了冰刀研磨砂輪的特殊運動方式。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。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。 冰刀是冰上運動鞋下面的塊刀片，它是冰上運動的基礎(chǔ)。從研磨質(zhì)量上說，數(shù)控研磨的加工質(zhì) 圖 兩段圓弧的冰刀刀刃線 量要比手工研磨的要高得多。 目前，冰刀的研 磨方法主要有兩種，手工研磨和數(shù)控研磨 冰刀的 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。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。 Cag One 公司也提供一系列手工和數(shù)控冰刀研磨機，其產(chǎn)品如圖 所示。 （ 4）在華中數(shù)控系統(tǒng)硬件體系的基礎(chǔ)上，詳細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CNCPLC 模擬量單元的數(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。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。一次研磨時間為 3～ 5 分鐘。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。砂輪安裝在砂輪架 15 上，由砂輪電機 14 帶動砂輪 16 轉(zhuǎn)動。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 20mm，所以選擇公稱直徑 20mm，公稱導(dǎo)程 6mm，絲杠外徑 的滾珠絲杠副。主軸的剛度為 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 = 20mm；一般情況下 I= (3 ~ 5)a，大型磨床取下限，中小型磨床取上限，故取 I= 60mm。兩套緊固螺桿，操作方便 ，能起到有效的緊固定位作用。在不考慮摩擦作用的情況下，切削力 xdF 垂直作用于磨粒錐面上。 數(shù)控研磨的特點 與冰刀的手工研磨相比，冰刀的數(shù)控研磨在控制過程、加工工藝、加工設(shè)備都有手工研磨具有明顯的不同。數(shù)控加工速度快，效率高，完成一把刀的加工時間只要 3～ 5 分鐘，加工精度高。 17 3）主軸轉(zhuǎn)速 在一定范圍內(nèi)，提高主軸的轉(zhuǎn)速會提高冰刀的研磨質(zhì)量，但高到一定值時，其研磨質(zhì)量卻會下降。因此，應(yīng)該根據(jù)不同的研磨級別，確定相應(yīng)的進給速度。這些因素會對精度要求較高的冰刀研磨質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。在一 19 定工藝方法前提下，只有在選定好與被加工材料能相匹配的研磨材料，才能得到理想的數(shù)控加工效果。冰刀是小型工件，加工冰刀的砂輪也是 小型砂輪（本文所選擇是直徑 40mm，厚 8mm 的砂輪），所以設(shè)計砂輪時，可以將三塊不同級別的砂輪合并成一塊 ，更換砂輪時， Y 軸帶動砂輪在 Y 軸進給一段位移，就可以轉(zhuǎn)換砂輪 。砂輪工作表面上的磨粒會逐漸的磨鈍。當砂輪半徑小于設(shè)定最小值時系統(tǒng)要給出提示信息。修形就是修整砂輪的外圓面和砂輪的圓整度。冰刀研磨的控制過程分為三個研磨級別的控制過程，而每一級別控制過程中又由多次單次加工循環(huán)組成。其運動可以分解為：旋轉(zhuǎn)主軸帶動砂輪作旋轉(zhuǎn)運動； Z、 X 軸：兩軸聯(lián)動，完成對冰刀刀刃輪廓線的研