钻头刃磨装置的系统设计(钻头刃磨机的设计)

钻头刃磨装置的系统设计(钻头刃磨机的设计) 学 科 门 类 : 单位代码 : 毕业设计说明书(论文) 钻头刃磨装置的系统设计 学 生姓名 所学专业 班 级 学 号 指导教师 XXXXXXXXX 系 二 ? 年 XX 月 陕 西理工学院毕业设计 目 录1. 绪论 ................................................. 1 1.1 研究目的及 其意义 ......................................... 1 1(2 国内外发展状况及趋势 .................................... 2 1.2.1 刃磨设各发展与现状 ................................... 2 1(2(2 发展趋 势 ........................................... 4 1(3 存在的主要问题.......................................... 4 1(4 课题来源与主要研究内容 .................................. 4 1(5 创新 点.................................................. 52. 麻花钻刃磨的理论 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ................................. 6 2(1 钻头几何特征............................................ 6 2(2 钻头刃磨原 理 .......................................... 7 2.3 内锥面刃磨参数的确定 ................................... 7 2.3.1 优化优化刃磨参数 .................................... 7 2.3.2 刃磨参数的确 定 ....................................... 8 2.3.3 刃磨参数调整 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ..................................... 9 2.4 内锥面钻头刃磨机设计 ................................... 10 2.4.1 刃磨机工作原理设 计 .................................. 10 2.4.2 砂轮主轴转速计算 .................................... 10 2.4.3 砂轮选择与安装 ..................................... 11 2.4.4 麻花钻的夹 具 ....................................... 11 2.4.5 磨削散热........................................... 11 - II - 陕西 理工学院毕业设计 2.5 修磨内锥面及试磨 ..................................... 12 2.6 内锥面刃 磨机的特点及应用 ............................... 12 2.6.1 内锥面刃磨机的特 点 .................................. 12 2.6.2 内锥面刃磨机的应用范围 .............................. 12 2.7 本章小结 ............................................... 123. 钻头刃磨装置的机械系统设 计 .......................... 14 3(1 伺服驱动系统的设计计算 ................................. 14 3.1.1 脉冲当量的计算 ...................................... 14 3(1(2 步进电机的选型与计 算 .............................. 16 3.2 刃磨装置的总体方案 ...................................... 22 3.3 刃 磨机工作原理设计 ...................................... 24 3.4 刃磨运动特性分 析 ....................................... 25 3.5 刃磨工作流程 .......................................... 25 3(6 本 章小结 ............................................. 26致 谢 .................................................. 27参考文 献 ................................................ 28 - III - 陕西理工学院毕业设计 1. 绪论1.1研究目 的及其意义 钻孔是金属加工 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 系统的重要组成部分，是实现零件加工成形的主要 工具，其性能和质量直接影响机械加工的质量、效率和成本。为保证零件的加工质 量，提高生产效率，降低加工成本，麻花钻在用钝后或根据加工工件的不同需要重 磨重新刃磨然后才能继续使用。麻花钻刃磨是麻花钻制造中最终成形的加工阶段， 麻花钻的形状、尺寸、各刀面及几何角度等，都是由刀具刃磨来完成的。因此，麻 花钻刃磨是麻花钻制造工艺过程的一个重要工序，其质量好坏对麻花钻的切削性能 和使用寿命起着关键的作用。 随着机械制造技术向集成化、智能化等方向发展，其 对刀具的材料及制造也提出了更高的要求。如何实现麻花钻高精度、高效率、高可 靠性和专用化，已成为未来机械领域研究的主要课题之一。 钻头是机械制造中常用 的刀具之一，用来加工各种孔。钻头在机械加工中起着非常重要的作用，消耗数量 也较多。麻花钻和其他刀具一样，切削一段时间就会变钝，此时必须进行刃磨后使 用，否则，钻头一旦报废，只能再买新的，大大提高了制造成本。目前国内大部分 厂家的钻头是在砂轮机上手工刃磨或在万能工具磨床上刃磨。手工刃磨主要依靠于 工人师傅的技能，刃磨质量取决于工人技术水平，刃磨精度难以保证;在工具磨床 上利用调整三向钳来刃磨，此种方法由于调整比较复杂，刃磨效率低下，实际应用较少。所以，这两种刃磨方法有很大的弊端，急需要改进。 近些年来，数控机床、加工中心以及柔性制造单元在加工领域中得到迅速普及，而这些先进的加工装备也只有依靠先进、精密的切削刀具才能充分发挥其加工性能。数控机床对刀具的几何形状精度、表面质量等要求很高，国内由于长期对工具技术重视程度不够，麻花钻的加工水平与国外产品相比具有很大的差距，导致在引进国外先进数控设备的同时也不得不引进配套麻花钻及刃磨设备。目前，国内还缺少专门刃磨麻花钻的经济型数控车刀刃磨机。 基于以上因素，最终确定了本课题的研究方向——“依靠数控技术，开发出经济可行的刃磨设备。”研究目的就是要提高钻头的刃磨质量，降低制造成本，提高生产效率;通过对钻头刃磨的数控研究，实现对钻头的自动刃磨，减少工人的工作强度，满足生产的需求。本课题主要对钻头的几何结构和刃磨方法进行分析，建立了钻头各刀面的数学方程和运动方程;设计出一种经济可行的刃磨装置并运用单片机控制技术来实现钻头后 第 1 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计刀面的自动刃磨。1(2国内外发展状况及趋势1.2.1刃磨设各发展与现状 在麻花钻刃磨以及其它形状刀具刃磨技术和数控研究方面，近些年来国内外专家作了不少的研究工作，也开发出一些较先进刀具刃磨设备目前国外的工具磨床生产均采用数控万能工具磨床和CNC磨削加工技术，其主要优点有: ? 一次装夹、定位，即可完成刀具所有加工表面的加工，能够很好的保证刀具 精度; ? 数控万能工具磨床具有复杂运动控制能力，可以满足复杂形状刀具的加工要 求; ? 通过改变加 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 序就可以实现对不同类型、不同规格刀具的加工; ? 采用先进的自动检测装置和方法，有效的保证刀具的定位精度和加工精度; ? 数控万能工具磨床一般采用标准砂轮进行刀具的加工，降低修磨成型砂轮的 成本，提高了加工效率25-26。 近几届的国际机床展览会上美国、德国、瑞典、瑞士等国都展出的多轴五轴及五轴以上联动数控万能工具磨床都可以用来制造和刃磨各种刀具。德国Walter27公司的HELITRONIC POWER PRODUCTION CNC工具磨床是一台生产型PRODUCTl0N五轴CNCI具磨床，可用于制造各种金属切削刀具。机床配有测量定位系统，将测头固定安装在磨头上，用于实现刀具定位，可缩短磨削周期。该机床采用Walter公司自己开发的专用数控系统HMC500及其软件。除了能提供各种通用刀具磨削软件外，它还开发了一种新的“灵活编程”软件，通过该软件可以设计刀具。 瑞士SCHNEEBERGERl公司的GEMINI CNC工具磨床是一台五轴CNCI具磨床，它主要用于生产和修磨各种不同形状的小尺寸刀具。机床采用立柱移动式布局结构，刚性好，结构紧凑，精度高，同时配有自动测量系统，方便刀具的安装及磨削，它采用一个固定安装的三维测头，既可用于测定刀具毛坯几何形状，在刀具修磨前测量又可用来保证刀具磨削质量，它适合于磨削各类刀具。 还包括有日本株宇都宫制作所开发生产的SGR(003A型全自动小直径刀具磨床，五轴五联动的JUNGNER560cNC工具磨床，美国HUFFMAN公司的HS(87R型数控工具磨床，日本牧野公司的NX(40型十轴数控工具磨床等都是技术先进，性能优越的数控机床。 第 2 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计 我国在过去的几十年里，由于对工具技术重视不够，导致在引进国外先进数控设备的同时，由于国内刀具质量不过关材料和刃磨技术都有很大差距，不得不同时进口刀具及刃磨设备，其几个相当昂贵，而且仅配有限的刃磨软件，如需刃磨各种刀具，真正实现机床的价值、充分发挥其优势还需另购其软件，生产 成本更高了。这些厂家为了保持技术垄断，其系统往往是封闭的，用户想自行开发应用软件是非常困难的。万能数控磨床价格远远高于普通的加工中心，由此可见其技术含量较高。 国内在数控工具磨床的研究、开发方面起步较晚，可以说是从80年代中期开始的，其研究、开发还处于样机或单台极少量试生产阶段。近些年，我国已有几家在研制数控工具磨床，取得了一些成就。武汉机床厂的MK6025,3数控万能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床。该机床采用了华中I型数控系统，实现三轴联动，并且配有华中理工大学各种刀具加工软件，能自动完成各类普通及复杂刀具的加工或刀具的刃磨，解决了普通工具磨床需要附件才能解决的复杂磨削问题。该机床还配备测量系统，在数控系统测量软件支持下，将被磨刀具的有关几何参数如螺旋角或导程及安装位置如起始点位置等参数自动输入计算机系统，自检测系统可以自动判断加工刀具的起始点，自动生成加工程序并实现整个加工过程的自动磨削。湖南大学研制的MK6340,3数控群钻刃磨机床。该机床五轴数控，交流伺服驱动，液压夹紧，TVGA彩显，中文操作界面，固化一组标准群钻刃磨程序，使用这些程序时用户只需输入钻头的特征参数即可进行刃磨。用户可用标准数控语言进行编程，自行开发新钻型刃磨程序。可刃磨群钻、螺旋面钻、双平面钻及其它钻头。目前己有产品。 陕西理工学院研制的“内锥面钻头刃磨机quot项目通过了陕西省科技厅技术成果鉴定，结论为“属国内首创，居国内领先水平quot，2003年获陕西省科学技术三等奖，并获国家专利。该成果已在生产实际中推广应用，取得了明显的社会经济效益。现在还在研究与开发“智能铣刀刃磨机quot和“智能车刀刃磨机”等项目。此外，北京航空航天大学从七十年代开始，在刀具刃磨方面开展了一系列的工作，先后研制开发了四代数控刀具刃磨机床。四代刃磨机都采用步进电机作为驱动单元，控制系统依次为单板机、单片机及微机。第一代为六轴数控刃磨机，第二代为七轴数控群钻刃磨机，它们的控制机采用TP841单板机，上位机采用APPLE II微机。第二代的改进型为单片机控制系统。第三代刃磨机采用美国HUFFMAN工具磨的结构，控制系统采用工业PC机为上位机，单片机为控制机。第四代采用六杆结构，在世界上率先将虚轴的结构引进到刃磨机上。还有华中理工大学研制了MK6026六轴五联动数控刃磨机，咸阳机床厂开发 第 3 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计的MK6025,3数控万能工具磨床，营口冠华机床厂的M6025K万能工具磨床和武汉机床附件厂的GW(1万能磨刀机，均为普通型工具刃磨机床。1(2(2发展趋势 通过以上刃磨设备的发展状况，不难看出数控刃磨是未来的发展方向。机械式刃磨机，它的刃磨运动由齿轮和凸轮来实现，要在一个刃磨机上实现多品种多规格的工具的刃磨，机床机构复杂，同时需要附带许多配件，即使这样也只能刃磨系列的产品，而不能刃磨用户随意要求的刀具。数控刃磨机的刃磨运动由数控轴运动合成，理论上可以实现各种刃磨，调整简便，功能扩展容易。随着数控技术的日益发展，数控系统成本的下降，可靠性增强，开发、使用和维护越来越简单，其性能价格比将远远高于机械式自动刃磨机，而且它更能适应未来市场小批量多品种多样化的需求，更有利于计算机集成制造。1(3存在的主要问题 国内大部分厂家的对麻花钻的刃磨，还停留在由技术工人手工刃磨阶段，而手工刃磨主要依靠工人的技能，刃磨质量受操作者技术水平的影响。工人劳动强度大，麻花钻几何角度不易控制，一致性差，随意性大，自动化程度低，刃磨效率低下，刃磨质量无法保证。 在麻花钻数控刃磨技术研究方面，国内起步较晚，相关的设备和数控系统主要依赖于进口，因此，刀 具的数控刃磨技术受到了很大的局限性。 国外对于刀具的数控刃磨的研究较早，开发的设备主要是三轴、多轴联动的大型数控工具磨床或磨削加工中心，它们的价格昂贵，对于普通的车刀刃磨来讲，进口的成本过高，不合乎国情。1(4课题来源与主要研究内容 本课题是内锥面钻头刃磨机机械部分设计课题的主要内容为: 1分析麻花钻的本结构参数、几何角度和刃磨方法，建立车刀各刀面的方程和刃磨装置的数基学模型。 2设计一种新的麻花钻自动刃磨装置，分析其刃磨参数和刃磨运动。 3采用AT89C51单片机作为控制核心，以步进电机作为驱动单元，根据系统功能，扩展了外部EPROM、RAM、键盘显示、信号采集等硬件，并进行主控部分和外部接口电路 第 4 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计设计。 4采用模块化程序设计方法，对刃磨控制系统进行软件设计。整个系统软件分为监控主程序模块、键盘输入和显示模块、数据采集模块、步进电机控制模块、故障诊断模块等，整个软件采用Keil(C语言编写，以uVision2作为开发环境。 5单片机硬件和软件系统抗干扰设计，保证整个系统在运行过程中的稳定性和可靠性。 其中(3)、(4)、(5)由我们一组的做内锥面钻头刃磨机控制部分设计的同学完成。1(5创新点 1本课题根据国内麻花钻刃磨现状，设计一台麻花钻刃磨角度自动调整的经济型数控装置，能提高麻花钻刃磨效率，减少工人劳动强度。 2系统采用单片机控制技术组成开环伺服系统，实现对刃磨的运动控制，提高麻花钻刃磨的精度。 第 5 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计 2. 麻花钻刃磨的理论分析 麻花钻是金属切削加工中使用最广泛刀具，它可以在各种零件加工中使用，其种类较多，由于它的作用不同，因此，它的形状、尺寸、结构等也就不同。本章只研究普通外麻花钻的几何特征以及参数，以下对钻头进行分析。2(1钻头几何特征 图2.1 第 6 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计 图2.22(2 钻头刃磨原理 麻花钻是一种常用的孔加工刀具制造和刃磨麻花钻常采用内锥面法刃磨。内锥面刃磨法是刃磨麻花钻的一种新方法刃磨原理如图1 所示砂轮修成内锥面钻头放在砂轮的内锥面上磨削形成麻花钻的圆锥面后刀面。刃磨钻头时通过修整砂轮半锥角δ调整轴间角θ、锥顶距A 、偏距e 、附加旋转角β可使钻头得到所需的后角α横刃斜角Ψ和顶角2Φ 。根据参考文献 为使钻头刃磨后得到合理的主切削刃外缘后角α横刃斜角Ψ和顶角2Φ。 图2.32.3 内锥面刃磨参数的确定2.3.1 优化优化刃磨参数 根据参考文献 为使钻头刃磨后得到合理的主切削刃外缘后角α横刃斜角Ψ 和顶角2Φ建立锥面与钻头几何角度的理论计算公式考虑到砂轮的结构及刃磨中钻头与 第 7 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计砂轮不得干涉等约束条件对半锥角δ轴间角θ、锥顶距A 、偏距e 、附加旋转角β五个刃磨参数进行优化 就可得到麻花钻的优化刃磨参数 即:每一直径的麻花钻在要求的刃磨角度下对应着几组刃磨参数。考虑到砂轮的结构及刃磨中钻头与砂轮不得干涉等约束条件 对刃磨参数进行了优化表2. 1列出了 d 3,20mm 范围内部分麻花钻的优 0化刃磨参数。半锥角 29? 轴间角 30? ( 20,35) 直径 mm ? emm Amm 后角 (?) 横刃斜角 (?) 3 25? 0.6 2.7 13.91062 54.17435 4 25? 0.8 3.6 13.91061 54.17435 5 25? 1 4.5 13.9106 54.17428 10 25? 2 9 13.9106 54.17428 15 25? 2.3 10 11.9906 53.07282 20 25? 3.1 14 11.93252 54.28738 表2.12.3.2 刃磨参数的确定 轴间角θ: θ Φ,δ 标准麻花钻2Φ 118?θgt 0 即:δlt 59? 图2.4所示砂轮半锥角δ较小时钻头柄部及装夹钻头夹具与砂轮锥面发生干涉。 图2.4 第 8 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计刃磨标准麻花钻时 当δ 29. 5?钻头柄部与砂轮锥面母线相平行可利用较多地锥面来磨削钻 头。 为使钻头刃磨方法简单便于调整 刃磨参数易优化 轴间角θ、砂轮半锥角δ取为定值。取δ 30?则θ 29?。 当刃磨钻头顶角2Φ不是标准值时轴间角、砂轮半锥角取:δ θ Φ/ 2 。 锥顶距A 是钻尖中心点到内锥面顶点的距离 A 的大小随钻头直径变化 直径越小A 值越小。 刃磨钻头 A 值较大时钻头靠近砂轮外口处观察操作方便便于刃磨确定刃磨参数应选取A 值较大优化刃磨参数组。 偏距是钻头中心低于砂轮锥面中心的距离钻头附加转动角度是被磨削的主切削刃水平安装后再附加转动一个角度。2.3.3 刃磨参数调整方案(1) 砂轮半锥角、轴间角调整 内锥面是通过金刚笔修磨出来的将钻头换为金刚笔 当金刚笔沿着锥面母线方向直线移动沿着自身轴线方向进给就可修磨出半锥角为δ的内锥面。 修磨内锥面和刃磨钻头一样需要满足: Φ θδ关系。当砂轮轴线位置确定时钻头夹具应调整θ角度同时钻头夹具体调整成能够沿锥面母线方向运动。(2) 锥顶距的调整(3) 图2.5所示 O 为锥面顶点调整锥顶距大小时可使钻头沿EF 方向或EO 方向移动 为了调整简单同时可修磨砂轮内锥面选择钻头沿EO 方向移动调整锥顶距A 的大小但A 的大小很难测量无法保证精度要求。 图2.5 修磨砂轮内锥面后可测量出砂轮口径D 刃磨时以E 点为基准沿EO 方向进给L 时 第 9 页 共 28 页 陕西理工学院毕业设计A 值的计算公式为: A DsinΦ2sinδ - L s.