刀具角度测量装置毕业设计

刀具角度测量装置毕业设计内容摘要：

工件的进给运动的速度，其单位为 mm/s。 若进给运动为直线运动，则进给速度在刀刃上各点是相同的。 背吃刀量 a ：对外圆车削和平面刨削而言，背吃刀量等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离；其中外圆车削的背吃刀量 2 mw dda mm 式中 wd — 工件待加工表面的直径 mm。 md — 工件已加工表面的直径 mm。 车 刀的几何参数 刀具切削部分的表面与刀刃 如图 21 所示是外圆车刀的切削部分，它具有下述表面和刀刃： 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 10 图 21 外圆车刀切削部分 前刀面（ rA ）：切下的切屑沿其流出的表面。 主后刀面（ A ）：与工件上过渡表面相对的表面。 副后刀面（ 39。 A ） ：与工件上已加工表面相对的表面。 主切削刃（ S ）：前刀面与主后刀面相交而得到的边锋，用以形成工件的过渡表面，它完成主要的金属切除工作。 副切削刃（ 39。 S ）：前刀面与副后刀面相交而得到的边锋，它协同主切削刃完成金属切除工作，以最终形成工件的已加工表面。 刀尖：主、副切削刃的交点。 多数刀具将此处磨成圆弧或一小段直线。 车刀的几何角度主要有前角  o、主偏角  r、副偏角  r39。 、后角  o、副后角  o 39。 、刃倾角  s，车刀主要几何角度如图 22 所示。 前角  o：在主切削刃上选定 点的正交平面 Po 内，前刀面与基面之间的夹角。 前角影响切屑变形、切削力的大小，切削温度的高低及刀具寿命和工件表面的质量好坏。 主切削刃 (S ) 副切削刃 ( 39。 S 39。 S) 刀尖 副后刀面 ( 39。 A ) 主后刀面 ( A ) 前刀面 ( rA ) 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 11 主偏角  r：主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角，在基面 Pr上测量。 主偏角影响刀头强度、散热和切削层断面形状。 副偏角  r39。 ：副切削刃在基面上的投影于进给方向之间的夹角，它在 Pr内测量。 副偏角影响刀头强度、散热和已加工表面的粗糙度。 后角  o：在同一正交平面 Po 内，后刀面与切削平面 Ps 之间的夹角。 后角能防止和减少刀具主后刀面于加工表面摩擦，使刀刃锋利。 副后角  o 39。 ：在副切削刃上选定点的副正交平面 Po 39。 内，副后到面与副切削平面之间的夹角。 刃倾角  s：主切削刃与基面 Pr 的夹角，在切削平面 Ps中测量。 当刀尖在主切削刃上为最低点时，  s 为负值：反之，当刀尖在主切削刃上为最高点时， s 为正值。 图 22 车刀的几何角度 以上是外圆车刀必须标出的六个基本角度。 有了这六个基本角度，外圆车刀的三面 (前刀面、主后刀面、副后刀面 )、两刃 (主切削刃、副切削刃 )、一尖的空间位置就确定下来了 7。 待加工表面 加工表面 已加工表面 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 12 确定刀具切削角度的参考平面 刀具角度是指在刀具工作图上需要标出的角度，它是在静止参 考系下描述的。 刀具的制造和测量就是按照这种角度进行的。 为了便于车刀在制造和测量，在建立刀具静止参考时，做如下三点假设： (1) 不考虑进给运动影响； (2) 安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，且车刀刀杆中心线与工件轴线垂直； (3) 主切削刃上任选定点与工件中心等高。 根据上述三点假设建立三个刀具静止参考系，分别是正交平面参考系、法平面参考系、背平面和假定工作平面参考系。 这里着重介绍一下正交平面参考系，要用到以下几个平面： 基面 (Pr)：过切削刃上选定点并垂直于该点切削速度的向量 vc 的平面。 对于普通车 刀来说，它的基面总是平行于刀杆的底面。 切削平面 (Ps)：过切削刃上选定点作切削刃的切线，此线与该点的切削速度向量 vc所组成的平面。 正交平面 (Po)：过切削刃上的选定点，同时垂直于该点的基面 Pr 和切削平面 Ps的平面。 对于切削刃上的某一选定点，该点的正交平面 Po、基面 Pr 和切削平面Ps 构成了一个两两相互垂直的空间直角坐标系，将此坐标系称之为正交平面参考系，如图 23 所示，由此图可知，正交平面垂至于主切削刃或其切线在基面上的投影。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 13 图 23 正交平 面参考系 刀具几何角度的计算 刀具是切削加工必备工具，它直接影响切削加工的质量，确定刀具的几何角度，是刀具影响切削加工的重要因素。 刀具角度的计算与测量一直是刀具设计制造中的难题，通常的方法有几何法矢量法。 几何法是利用坐标系根据各个角度在坐标系中的位置关系，通过解析几何法求得；矢量法就是把刀具线面用矢量表如图 24 坐标变换图达到，通过建立矢量表达式来求得。 随着计算机技术、虚拟技术的发展，利用计算机来确定刀具角度越来越成熟，通过三维参数化设计，建立参数模型，利用计算机绘图程序构建刀具模型，测量出所需 的几何角度 8。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 14 图 24 坐标变换图 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 15 第 3 章 车刀角度测量的装置的机械系统设计 测量装置的总体方案选定 如图 31 所示，它水平设计一个导轨，导轨上装有一个可以作直线滑动的滑座，导轨与滑座之间通过滚动轴承来实现滑动。 滑座的上部装有能前后向直线滑动的滑块，滑块上设有与导轨垂直的水平向滑槽，滑座的 4 个角上向上设有 4 个支座，支座上开有竖向滑槽，滑块装在 4 个支座之间，水平向滑槽与竖向滑槽通过销轴串联，销轴与水平向滑槽之间、销轴与竖向滑槽之间分别通过滚动轴承实现滑块，在滑块上向上装有分度装置，分度装置上面装有夹持装置，分度装置包括两个垂直相接的分度头。 刀柄可以直接固定在夹持装置上。 图 31 车刀角度测量装装置的夹持装置及导轨简图 设计中夹持装置和上面一样都是采用三向旋转虎钳固定和旋转，传动机构采用丝杠螺母副和锥齿轮副，由手轮驱动。 驱动系 统采用三个手轮分别控原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 16 制三个轴向的运动，一个控制丝杠螺母副使刻度装置沿 ZZ 轴导轨运动；一个控制丝杠螺母副使工作台沿 XX 轴导轨直线运动；最后一个控制丝杠螺母副使工作台沿 YY 轴导轨直线运动这样就组成了一个完整的传动工作系统。 图 32 三向钳结构示意图 传动系统的总体设计 本设计需要刀具在转动角度测量的同时也需要轴向进给运动，所以设计起来有一定难度，要保证进给的准确性就需要用精确的传动系统。 丝杠螺母副的传动平稳精确，可用于本设计的传动系统中， 由于设计的机器要求精度较高尺寸较小，所以 X、 Y、 Z 轴传动采用滑动丝杠螺母传动。 用手轮带动丝杠螺母副定位可以在保证精度的同时方便操作。 传动系统中的丝杠螺母副的设计计算 横纵向进给机构的选择 横纵向机构采用螺旋传动。 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。 它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 17 动力。 根据螺杆和螺母的相对运动关系，螺旋传动的常用运动形式，主要有 2种，第一种是螺杆转动，螺母移动，多用于机床的进给机构中；另一种是螺母移动，螺杆转动并移动，多用于螺旋起 重器或螺旋压力机种。 本设计采用第一种运动形式。 螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，又分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。 滑动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁。 1. 滑动螺旋传动的特点 （ 1） 降速传动比大 螺杆（或螺母）转动一转，螺母（或螺杆）移动一个螺距（单头螺纹）。 因为螺距一般很小，所以在转角很大的情况下，能获得很小的直线位移量，可以大大缩短机构的传动链，因而螺旋传统结构简单、紧凑，传动精度高，工作平稳。 （ 2） 具有增力作用 只要给主 动件一个较小的转矩，从动件即能得到较大的轴向力。 （ 3） 能自锁 当螺旋线升角小于摩擦角时，螺旋传动具有自锁作用。 （ 4） 效率低、磨损快 由于螺旋工作面为滑动摩擦，致使其传动效率低。 相反，滚动螺旋和静压螺旋摩擦阻力小，传动效率低高，但是结构复杂 ,造价比较高，所以本设计采用滑动螺旋传动。 2. 滑动螺旋传动主要有以下两种基本型式 （ 1） 螺母固定，螺杆转动并移动（如图 33a） 这种传动型式的螺母本身就起着支承作用，从而简化了结构，消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动，容易获得较高的传动精度。 缺点是所 占轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺母高度），刚性较差。 因此仅适用于行程短的情况。 （ 2） 螺杆转动，螺母移动（如图 33b） 这种传动型式的特点是结构紧凑（所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小），刚度较大。 适用于工作行程较长的情况。 本设计中采用第一种运动基本形式。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 18 图 33 滑动螺旋传动的基本形式 横纵向进给机构的设计计算 1. X、 Y 轴滑动螺旋传动的设计计算 滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑 动。 滑动螺旋副的主要失效形式是磨损，因此滑动螺旋的基本尺寸（螺杆的直径和螺母的高度）通常是按耐磨性计算确定的。 （ 1） 螺杆中经 类比法：类比 CA6140 上刀架丝杠。 可知此螺杆大径（公称直径） d=22mm 螺杆中径 2d = （ 2） 公称直径 d =22mm （ 3） 螺距 公称直径为 22mm，选择螺距为 5mm P =5mm （ 4） 螺纹导程 原创通过答辩毕业设计说明书论文 194535455 19 取螺纹线数 z =1 zPPh hP =5mm （ 5） 螺母旋合长度 l = 2d l = = （ 6） 旋合圈数  plm （ 7） 螺纹工作高度  pH mm （ 8） 螺纹表面工作强度 由文献 [9]表 65 查得   22 /p2 dF   PPMPPPmHdFPNFF/1222ππ 式中  — 螺纹形式系数，梯形螺纹   — 螺母长度与螺杆中径之比，整体式螺母  = 取  P — 许用压强由文献 [13]表 选取材料选用：螺母螺杆皆用钢， 所以 P = 取 P =10MP （ 9） 验算自锁 螺纹升角： oh dP )()/a r c t a n ( 2  ππ 由文献 [9]表 得当量摩擦角：。