機械設(shè)計畢業(yè)論文刀具徑向磨損測量裝置設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　刀具徑向磨損測量裝置設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及自動化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　在現(xiàn)代化的制造系統(tǒng)中，為了保障自動化加工設(shè)備的安全和加工質(zhì)量，迫切需要解決加工過程中的監(jiān)控問題。加工刀具是機械加工過程中最基本的加工要素之一，刀具磨損勢必會影響工件的加工表面質(zhì)量和尺寸精度，嚴(yán)重時甚至?xí)＜皺C床、工件和人員的安全。另外，由于加工條件的多樣性、切削參數(shù)的多變性以及刀具磨損等因素使得刀具的狀態(tài)監(jiān)測成為整個生產(chǎn)過程監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　本設(shè)計旨在設(shè)計一種接觸式的刀

4、具磨損測量裝置，通過該裝置可直接測得刀具的徑向磨損。其中這里刀具主要是大部分車刀。本課題的設(shè)計原理是傳統(tǒng)表面粗糙度測量儀的工作原理—針描法又稱觸針法。當(dāng)觸針直接在工件被測表面上輕輕劃過時，由于被測表面輪廓峰谷起伏，觸針將在垂直于被測輪廓表面方向上產(chǎn)生上下移動．把這種移動通過千分表轉(zhuǎn)化為其指針的移動幅度或具體的讀數(shù)，并通過對移動幅度或讀數(shù)的分析，得出刀具磨損的情況。</p><p>　　本課題設(shè)計的測量裝置結(jié)構(gòu)主要

5、由裝夾系統(tǒng)、導(dǎo)軌副、測量系統(tǒng)這三部分，通過聯(lián)接件和固定件組裝在一起。對于設(shè)計此測量裝置，通過對前人的基礎(chǔ)設(shè)計方案的分析對比，選取最合理的基礎(chǔ)設(shè)計方案。在此基礎(chǔ)方案上進行創(chuàng)新，對裝置的各部分結(jié)構(gòu)進行對比分析，選擇最合適的結(jié)構(gòu)，使本設(shè)計的裝置在測量刀具磨損時，更能體現(xiàn)出優(yōu)勢，使測量結(jié)果也更準(zhǔn)確。</p><p>　　本課題設(shè)計的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低，對于實際生產(chǎn)具有很重要的意義。</p>

6、<p>　　關(guān)鍵詞：刀具磨損；測量裝置；徑向磨損</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the system of modern manufacture，in order to ensure the safety and machining quality of the automated processing eq

7、uipment,it is urgem to solve the problem of monitoring. Cutting tool is one of the most important factors in the machining process. Tool wear will not only affect the quality and precision of the products，but also may de

8、stroy the machine and the workpieees，even endanger workers’lives. In addition,due to the diversity of processing conditions．The variability of cutting parameters </p><p>　　The project aims to design a tool w

9、ear-contact measuring device, through the device can be directly measured radial tool wear. Here the main tool which is most of the turning tools. This design principle is the traditional measurement of surface roughness

10、 of the working principle - also known as needle depiction of law. When the stylus directly on the gently across the surface of the workpiece under test, because the measured surface profile peak and downs, stylus in the

11、 direction perpendicular </p><p><b>　　朗讀</b></p><p>　　顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　朗讀</b></p><p>　　顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　朗讀<

12、;/b></p><p>　　顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p>　　Measuring device designed for this project structure is dominated by clamping systems,guide pair,measuring system,through the connection pieces and assembl

13、ed fixture. For the design of this measuring device, based on previous analysis and comparison of design, select the most reasonable basis for design. On the basis of innovation on the program, all part of the structure

14、of the device were compared to select the most appropriate structure, so that the design of the device in the measurement of </p><p>　　Measuring device designed for this project simple, easy to use, low cost

15、, for the production of very important practical significance.</p><p>　　Key words：tool wear;measuring device;radial wear</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1

16、</b></p><p>　　1.1 背景和意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀2</p><p>　　第2章 基礎(chǔ)理論4</p><p>　　2.1 刀具磨損4</p><p>　　2.2刀具磨損檢測5</p><p>　　2.3 機械設(shè)計理論6</p&

17、gt;<p>　　2.4 測量技術(shù)8</p><p>　　第3章 總的基礎(chǔ)設(shè)計方案10</p><p>　　第4章 裝夾系統(tǒng)設(shè)計13</p><p>　　4.1 方案設(shè)計13</p><p>　　4.1.1裝夾系統(tǒng)方案設(shè)計13</p><p>　　4.1.2方案優(yōu)化13</p>

18、<p>　　第5章 導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計16</p><p>　　5.1方案設(shè)計16</p><p>　　5.1.1導(dǎo)軌系統(tǒng)方案設(shè)計16</p><p>　　1.直線運動導(dǎo)軌16</p><p>　　5.1.2方案優(yōu)化17</p><p>　　5.2 燕尾導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計17</p><p

19、>　　5.2.1 材料選擇17</p><p>　　5.2.2導(dǎo)軌和滑塊設(shè)計18</p><p>　　5.2.3導(dǎo)軌鑲條設(shè)計21</p><p>　　第6章 測量系統(tǒng)設(shè)計23</p><p>　　6.1測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計23</p><p><b>　　總結(jié)25</b><

20、/p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　附錄128</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 背景和意義

21、 </p><p>　　在現(xiàn)代化的制造系統(tǒng)中，為了保障高投資自動化加工設(shè)備的安全和加工質(zhì)量，迫切需要解決加工過程中的監(jiān)控問題。刀具狀態(tài)變化是機械加工過程中最常見的故障之一。由于加工條件的多樣性、切削參數(shù)的多變性以及刀具磨損等因素使得刀具的狀態(tài)監(jiān)測成為整個生產(chǎn)過程監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)，刀具狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是在現(xiàn)代傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)和制造技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興技術(shù)，它對于推動加工過程自動化和無人化發(fā)展具有極

22、其重要的作用。</p><p>　　刀具磨損在機械加工中是一種普遍存在的現(xiàn)象，刀具的磨損與磨損狀態(tài)直接影響著機械加工的精度、效率及經(jīng)濟效益，研究刀具磨損可以大大提高機械加工效率，降低加工成本，具有較大的經(jīng)濟效應(yīng)。刀具磨損的監(jiān)測是柔性制造系統(tǒng)研究工程的一個重要課題。</p><p>　　在金屬切削過程中, 刀具的磨損程度直接影響著零件的加工質(zhì)量、成本和生產(chǎn)率, 是材料加工性研究、刀具耐用度實

23、驗、切削數(shù)據(jù)采集和切削過程優(yōu)化的最重要的參量之一。長期以來, 人們致力于研究刀具磨損的定量測量技術(shù), 發(fā)展了許多直接測量方法, 但無論是從測量的精度還是自動化程度上看, 均無法滿足日益發(fā)展的加工性研究和自動化生產(chǎn)中在線檢測的要求。為此, 我們研制開發(fā)了這套刀具磨損圖象數(shù)字檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以微型計算機為中心, 配以圖象傳感器和圖象捕獲器, 能實現(xiàn)對刀具磨損圖象的數(shù)據(jù)采集、圖象處理、磨損量測量以及磨損圖象的顯示等功能。</p>

24、<p>　　隨著高性能CNC機床、FMS以及C IMS的廣泛應(yīng)用,機械加工的效率、加工質(zhì)量有了明顯的提高,同時對全自動化生產(chǎn)也提出了更高的要求,操作人機比由原來的一對一發(fā)展到現(xiàn)在的一名操作人員操控多臺設(shè)備的局面。這樣,數(shù)控機床系統(tǒng)能否自動監(jiān)測刀具狀態(tài),及時了解正在使用的刀具磨損情況,從而根據(jù)刀具壽命、磨損量、刀具破裂等形式的刀具故障對刀具工作狀態(tài)進行監(jiān)控,并在刀具磨損達到設(shè)定磨損量時報警,就顯得非常重要。工業(yè)統(tǒng)計表明,刀具失

25、效是引起機床故障的首要因素,由此引起的停機時間占數(shù)控機床總停機時間的1 /5～1 /3。切削加工中,如果刀具磨損不能及時發(fā)現(xiàn),將導(dǎo)致整個加工過程的中斷,引起工件報廢,甚至整個系統(tǒng)的停止。研究表明,數(shù)控機床配備刀具監(jiān)測系統(tǒng)后可減少75%的故障停機時間,提高生產(chǎn)率10% ～60% ,提高機床利用率50%以上。美國Kennamtal公司的研究表明,配備刀具監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng),能夠節(jié)約加工費用達30%。因此研究開發(fā)智能監(jiān)測技術(shù),防止因刀失效而引

26、起的工件報廢、設(shè)備損壞并保證機床無故障運行是十分重要的。這樣，數(shù)控機床系統(tǒng)能否自動監(jiān)測刀具狀態(tài)，及時了解正在使用的刀具磨損情況，從而根據(jù)刀具壽命</p><p>　　刀具磨損、破損和崩刃是加工過程中較常出現(xiàn)的問題，這些問題都會影響工件的加工表面質(zhì)量和尺寸精度，嚴(yán)重時甚至?xí)＜皺C床、工件和人員的安全，如何及時有效的發(fā)現(xiàn)這些問題并給出解決方法，一直以來都是國內(nèi)外專家學(xué)者致力研究的課題。特別是現(xiàn)代機械制造加工工業(yè)正朝著

27、自動化高精密加工的方向如火如荼的發(fā)展，對各種生產(chǎn)要素和加工條件都有更高更嚴(yán)格的要求，為了保證整個生產(chǎn)過程煩利高效的進行，監(jiān)測刀具在機械制造加工中的狀態(tài)，即刀具的工況，自然而然成為舉足輕重不容忽視的重要一環(huán)。</p><p>　　總之，監(jiān)測刀具在加工過程中的狀態(tài)，力求做到降低因刀具故障引起的事故發(fā)生率，保證加工過程安全高效，避免了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡；預(yù)知刀具工況，在避免類似失修造成的故障，防止過剩維護造成的浪

28、費，提高刀具的利用效率等方面有著重要的意義。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 </p><p>　　從上世紀(jì)40年代起，人們對刀具磨損狀態(tài)的監(jiān)測就有初步的研究，但發(fā)展一直很緩慢，直到頻譜分析應(yīng)用于刀具工況監(jiān)測，這一技術(shù)才獲得了實質(zhì)發(fā)展。但此時的監(jiān)測特征比較單一，監(jiān)測內(nèi)容比較簡單。</p><p>　　但是隨后，國內(nèi)外切削工作者在刀具工況監(jiān)測方面做了大量的研究

29、工作。美國麻省理工學(xué)院利用監(jiān)測原子能放射性的方法進行診斷和監(jiān)測刀具的磨損情況，日本牧野公司通過主軸負載電流監(jiān)控器對切削過程的刀具磨損、破損進行實時監(jiān)測等等。</p><p>　　美國、日本、德國及丹麥等國家處于領(lǐng)先地位，并擁有一批成果及專利。國內(nèi)的多所大學(xué)及研究單位也對刀具監(jiān)控系統(tǒng)進行了一定的研究工作，且有一批產(chǎn)品問世。典型的監(jiān)控儀有：日本的EMT 1000，CHIP-SSAZ；美國的ATMA，KTA和Cinci

30、nnati的功率監(jiān)視系統(tǒng)：德國Widia公司研制的Widatronic刀具監(jiān)測儀；丹麥的HZK系統(tǒng)及中國的DJ-101，DzJ-101和TM-8000等。80年代后期，美國率先研究多傳感參數(shù)融合的車刀磨損監(jiān)視系統(tǒng)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)進行多傳感參數(shù)特征信號并行輸入的融合識別。北京航空航天大學(xué)也成功研制了基于切削力的刀具破損監(jiān)測儀。西北工業(yè)大學(xué)研制了基于聲發(fā)射技術(shù)的刀具破損監(jiān)測儀。清華大學(xué)在深入研究ANN，GMDH等融合識別法基礎(chǔ)上

31、開展了聲發(fā)射和切削振動兩種傳感信號多特征參數(shù)并行輸入的“主一從”融合識別車刀與立銑刀磨損及車刀、立銑刀、鉆頭、絲錐破／折損綜合監(jiān)控儀的研究開發(fā)和適用化研究，開發(fā)了TM-9000型刀具磨／破損監(jiān)控儀。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的刀具破損監(jiān)測儀，通過監(jiān)測電機功率和聲發(fā)射信號預(yù)報刀具的破損狀態(tài)。西安交通大學(xué)研制了基于切削力監(jiān)測刀具磨損</p><p>　　伴隨著機械生產(chǎn)自動化和傳感技術(shù)的發(fā)展，刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測的方法越來越多，綜

32、合國內(nèi)外研究的諸多方法，根據(jù)刀具磨損量檢測原理的不同，主要分為兩種：直接監(jiān)測方法和間接監(jiān)測方法。直接法一般只能在刀具不切削時進行，如采用由物鏡、光導(dǎo)傳像束和CCD照相機組成的光學(xué)測量系統(tǒng)能直接測量刀具的后刀面磨損量：采用電視攝像輸入裝置獲取車刀磨損區(qū)的圖像，提取刀具磨損帶、主磨損溝尺寸、副磨損溝尺寸、月牙洼寬度、月牙洼深度和月牙洼中心至切削刃的距離等作為識別刀具磨損的特征，利用模糊模式方法識別刀具磨損，獲得了較好的效果；基于馬爾可夫隨機

33、場理論，建立了工件表面紋理圖像的馬爾可夫隨機場紋理模型，并對工件表面紋理圖像的特點進行了分析。在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對工件表面紋理圖像的特征參數(shù)進行提取，提出采用相對距離作為刀具磨損程度的評價指標(biāo)。指出三階馬爾可夫隨機場能比較充分地反映工件表面紋理圖像的特征。實驗結(jié)果表明，基于馬爾可夫隨機場的工件表面紋理分析方法能夠較好地適用于刀具狀態(tài)監(jiān)測。應(yīng)用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法對工件表面紋理圖像進行分析，間接地實施對刀具磨損狀態(tài)的監(jiān)測。工件表面紋理是刀具刀

34、刃狀態(tài)的映像，刀具鋒利時切削出的表面紋理清晰，連</p><p>　　但是，直接法有兩個明顯的缺點：一是要求停機檢測，占用生產(chǎn)時間；二是不能檢測出加工過程中出現(xiàn)的突然損壞，使其應(yīng)用受到一定限制。正因如此，間接法已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的主流。</p><p>　　在刀具狀態(tài)監(jiān)測的傳感器和信號選擇方面:Iwatak和Moriwaki提出了用聲發(fā)射技術(shù)對刀具磨損進行在線監(jiān)測，Moriwaki在此基

35、礎(chǔ)上提出了聲發(fā)射刀具破損檢測方法Kannatey-Asibu和Domfeld從理論上研究了聲發(fā)射和加工過程參數(shù)之間的關(guān)系。Lan和Domfledf的研究表明，切削力和進給力對刀具磨損具有較高的敏感性。李錫文、李錫文，社潤生等人建立了銑刀磨損面和銑削力之間的模型，根據(jù)銑刀刀齒漸進磨損過程中切削力信號的變化特點，分析了x和Y方向瞬時切削力、每轉(zhuǎn)平均切削力與刀齒后刀面磨損帶面積間模型的時域統(tǒng)計特性。從理論上進一步說明了利用銑削力監(jiān)測刀具磨損的

36、有效性。文西芹利用磁頭型磁致伸縮扭矩傳感器進行銑削刀具失效監(jiān)測，它是基于切削力的監(jiān)控方法，但它克服了其它力監(jiān)控方法如應(yīng)力應(yīng)變傳感器存在的要或多或少地改變機床部件結(jié)構(gòu)等不足，可以實現(xiàn)非接觸的在線監(jiān)控。劉桂杰等人采用電機功率與電流測量法，加工過程中刀具的磨損與切削力有著密切的關(guān)系，而電動機功率與電流是切削力的間接反映，可以通過測量機床電功率或電流的變化來監(jiān)測刀具的工作狀態(tài)，其主要特點是傳感器安裝方便，可靠性高，數(shù)據(jù)處理簡單。王忠</p

37、><p><b>　　第2章 基礎(chǔ)理論</b></p><p><b>　　2.1 刀具磨損</b></p><p>　　切削時，刀具的前、后刀面與切屑及已加工表面相接觸，產(chǎn)生劇烈摩擦。在接觸區(qū)內(nèi)有相當(dāng)高的溫度和壓力。因此在前后刀面上都會發(fā)生磨損。但它們的磨損情況有各自不同的特點，而且相互影響：</p><

38、p>　　1、刀具磨損形式有以下幾種： 1、前刀面磨損2、后刀面磨損 3、邊界磨損</p><p><b>　　2、刀具磨損的原因</b></p><p>　　由于工件材料、刀具材料種類很多，切削條件變化很大，因此刀具磨損的形式各不相同，其磨損的原因也很復(fù)雜。刀具在正常磨損的情況下，其主要原因包括：（1）、機械磨損 （2）、熱磨損 （3）、化學(xué)磨損<

39、/p><p>　　機械磨損是由工件材料中硬質(zhì)點的刻劃作用引起，而熱磨損和化學(xué)磨損是由粘結(jié)、擴散、腐蝕等引起。</p><p><b>　　3、刀具的磨損過程</b></p><p>　　對切削過程中刀具后刀面磨損量VB進行定時(或定切削行程)測量可得刀具磨損過程的典型磨損曲線。刀具磨損過程可分為三個階段：</p><p>　

40、　(1)初期磨損階段 新刃磨的刀具剛投入使用,后刀面與工件的實際接觸而積很小，單位面積上承受的正壓力較大，再加上剛?cè)心ズ蟮暮蟮睹嫖⒂^凸凹不平，刀具磨損速度很快,此階段稱為刀具的初期磨損階段。刀具刃磨以后如能用細粒度磨粒的油石對刃磨面進行研磨,可以顯著降低刀具的初期磨損量。</p><p>　　(2)正常磨損階段 經(jīng)過初期磨損后，刀具后刀面與工件的接觸面積增大，單位面積上承受的壓力逐漸減小，刀具后刀面的微觀粗糙

41、表面已經(jīng)磨平，因此磨損速度變慢，此階段稱為刀具的正常磨損階段。它是刀具的有效工作階段。</p><p>　　(3)急劇磨損階段 當(dāng)?shù)毒吣p量增加到一定限度時，切削力、切削溫度將急劇增高，刀具磨損速度加快．直至喪失切削能力，此階段稱為急劇磨損階段。在急劇磨損階段讓刀具繼續(xù)工作是一件得不償失的事倩，既保證不了加工質(zhì)量，又加速消耗刀具材料，如出現(xiàn)刀刃崩裂的情況，損失就更大。刀具在進入急劇磨損階段之前必須更換。 <

42、;/p><p><b>　　4.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用了，這個磨損限度稱為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。因為一般刀具的后刀面都會發(fā)生磨損，而且測量也較方便，因此國際標(biāo)準(zhǔn)ISO統(tǒng)一規(guī)定以1／2背吃刀量處后刀面上測量的磨損帶寬度VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　為避免直接檢測給生產(chǎn)帶來的不便，常根據(jù)切

43、削中的一些現(xiàn)象來判斷是否達到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　制訂刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時，既要考慮充分發(fā)揮刀具的切削能力，又要考慮保證工件的加工質(zhì)量。精加工時磨鈍標(biāo)準(zhǔn)取較小值，粗加工時取較大值；工藝系統(tǒng)剛性差時，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)取較小值；切削難加工材料時，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)也要取較小值。</p><p>　　國際標(biāo)準(zhǔn)ISO推薦硬質(zhì)合金車刀刀具壽命試驗的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，有下列三種可供選擇：</p><p

44、>　?。?）VB＝0．3mm；</p><p>　?。?）如果主后刀面為無規(guī)則磨損，取 VBmax=0．6mm；</p><p>　?。?）前刀面磨損量 KT＝（0．06＋0．3f）mm。</p><p><b>　　5.刀具壽命的定義</b></p><p>　　一把新刀（或重新刃磨后的刀具）自開始切削直到磨

45、損量達到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)歷的實際切削時間，稱為刀具壽命，用T表示。一把新刀往往要經(jīng)過多次重磨，才會報廢，刀具壽命指的是兩次刃磨之間所經(jīng)歷的切削時間。而對其從第一次投入使用直至完全報廢（經(jīng)刃磨后也不可再用）時所經(jīng)歷的時間，叫做刀具總壽命。刀具壽命與刀具總壽命是不同的概念。</p><p><b>　　2.2刀具磨損檢測</b></p><p>　　破損是突然發(fā)刀具磨損是

46、逐步發(fā)生的, 較易預(yù)測, 而要監(jiān)測刀具的破損則較困難, 這是由于刀具的生的。所以需要具有以下性能的傳感器和監(jiān)測系統(tǒng):</p><p>　　1、能發(fā)出清晰可靠的信號</p><p>　　2、能靈敏地反映刀具逐漸磨損的情況</p><p>　　3、對刀具破損能作出迅速響應(yīng), 響應(yīng)時間不超過千分之一秒</p><p>　　4、能靈活地用于不同的加工

47、工序</p><p><b>　　5、不干涉切削過程</b></p><p>　　6、可以在車間環(huán)境下使用, 成本低、安全可靠</p><p>　　7、并能提供與機床控制系統(tǒng)相聯(lián)接的信號。</p><p>　　刀具磨、破損的實時監(jiān)測是計算機與傳感技術(shù)的綜合。目前, 監(jiān)測方法根據(jù)切削加工過程和傳感器類型一般可分為直接法和間

48、接法兩大類。</p><p>　　直接法是直接檢測刀刃的形狀、位置等參量, 一般只能離線測量。</p><p>　　例如：（1）監(jiān)測刀具的切削刃是否已磨損（2）監(jiān)測刀具的切削刃的位置。</p><p>　　間接法是間接測量正在切削狀態(tài)中的某些參數(shù), 將它與給出的正式切削參數(shù)進行比較, 從而推斷出刀具是否已磨損或者刀具就要發(fā)生破損的先兆, 達到監(jiān)測目的。許多可測量的參

49、數(shù)能夠指出刀具磨損或破損 </p><p>　　例如：（1）切削力 切削力的突然增加或消失,表明切削已破壞 （2）切削溫度 溫度的突然升高或降低也可表征刀具已磨損或破損 （3）主軸功率或扭矩 和進給驅(qū)動力的增加或降低 （4）切削時刀具發(fā)出的異常聲音 （5）工件尺寸的突然變化 （6）工件表面粗糙度的變化(工件—刀具之間電阻值的變化)</p><p>　　間接法可以有以上多種

50、檢測參量, 但考慮到信號獲取方式、靈敏度、抗干擾性及使用條件的限制, 目前在實際生產(chǎn)中較常見的是切削力、主電機負荷及聲發(fā)射信號監(jiān)測法</p><p><b>　　直接監(jiān)測法</b></p><p>　　直接測量刀具表面磨損</p><p>　　此法優(yōu)點是直觀性強, 準(zhǔn)確、可靠。但大部分只能在切削完畢后, 把刀具移到固定位置進行觀察。當(dāng)出現(xiàn)刀瘤或

51、其他沉積物時, 分析損耗部位就會有困難。此外, 光反射不適于刀具破損的檢測, 并且受刀具材料不同及測量環(huán)境亮度變化的影響也較大。另外不能進行動態(tài)測量, 只能在兩次切削之間進行靜態(tài)測量。</p><p>　　利用放射性監(jiān)測刀具磨損</p><p>　　在應(yīng)用此法時, 在大多數(shù)情況下會使刀具帶有放射性, 并要把切屑收集起來, 以便對放射能量集‘掃進行計量</p><p>

52、;<b>　　間接監(jiān)測法</b></p><p>　　1、切削力變化的監(jiān)測方法</p><p>　　切削力變化是切削過程中與刀具磨、破損狀態(tài)最為密切相關(guān)的一種物理現(xiàn)象。采用切削力作為檢測信號, 具有拾取信號容易, 反應(yīng)迅速、靈敏等優(yōu)點, 是在線實時法中研究較多、很有希望突破的一種方法, 所以是加工中心和FMS中測量刀具破損的常用方法之一。</p><

53、;p>　　2、切削功率(或扭矩) 變化和波形的監(jiān)測方法</p><p>　　此法的主要缺點是, 在應(yīng)用于監(jiān)測刀具磨損、破損時, 由于切削條件變化設(shè)置闌值較困難, 其反應(yīng)是靈敏度不太高。在小尺寸刀具或切削用量較小時, 電機功耗變化不明顯, 一般僅適合于粗加工場合。</p><p>　　3、工件尺寸變化的監(jiān)測方法</p><p>　　4、切削溫度變化的監(jiān)測方法&l

54、t;/p><p>　　5、測量刀具與工件接觸處電阻的方法</p><p>　　6、測量不同振動頻率的監(jiān)測方法</p><p>　　7、聲發(fā)射法監(jiān)測刀具</p><p>　　8、工件表面粗糙度變化的監(jiān)測方法</p><p>　　由于切削過程的復(fù)雜性，影響切削力的因素很多，所以較難建立精確而完善的切削力模型；即使建立了較完善的

55、切削力模型，切削用量的改變引起的切削分力的變化很難與由刀具破損或磨損引起的切削分力的變化區(qū)分開；另外，在安裝測力裝置時需要改裝機床結(jié)構(gòu)，使調(diào)整和維修很不方便，不利于該方法在生產(chǎn)實際中推廣。</p><p>　　而切削噪聲監(jiān)測法目前實際使用的監(jiān)控系統(tǒng)還很少。其中一個重要原因就是采用聲音檢測法難以在實際的加工車間實行，因為車間的環(huán)境噪聲通常在90 dB 左右，此外信號的實時處理技術(shù)以及特征提取方法尚有待進一步研究&l

56、t;/p><p>　　2.3 機械設(shè)計理論</p><p>　　機械設(shè)計是一門通過設(shè)計新產(chǎn)品或者改進老產(chǎn)品來滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思，還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。</p><p>　　一臺機器的整體結(jié)構(gòu)是由若干個部件組成的，每一個部件又是由若干個零件組成的。機器正是按照各機械部件的

57、功能組合在一起進行運轉(zhuǎn)的，常用的機械零部件主要包括：</p><p>　?。?）聯(lián)接件 為了便于機器的制造、安裝、運輸、維護以及提高勞動生產(chǎn)率等，廣泛地使用各種聯(lián)接。因此，機械設(shè)計人員必須熟悉各種機器中常用的聯(lián)接方法及有關(guān)聯(lián)接零件的結(jié)構(gòu)、類型、性能與使用場合，掌握它們的設(shè)計理論或選用方法。</p><p><b>　　常見的聯(lián)接件：</b></p>&

58、lt;p>　?、?動聯(lián)接：被聯(lián)接件之間可以有相對運動的連接。</p><p>　?、?靜聯(lián)接：被聯(lián)接件間不允許產(chǎn)生相對運動的連接。其又可分兩類 a、不可拆聯(lián)接：鉚接、焊接和膠接 b、可拆聯(lián)接：螺栓聯(lián)接、銷聯(lián)接、鍵聯(lián)接等。</p><p>　?、?過盈聯(lián)接：緊配合聯(lián)接。</p><p>　?。?）機械傳動零件 工作機一般都要靠原動機供給一定形式的能量才能工

59、作。但是，把原動機和工作機直接聯(lián)接起來的情況是很少的，往往需在二者間加入傳遞動力或改變運動狀態(tài)的由各種轉(zhuǎn)動零件組成傳動裝置。</p><p>　　實踐證明，傳動裝置在整臺機器的質(zhì)量和成本中都占有很大的比例。機器的工作性能和運轉(zhuǎn)費用也很大程度上決定于傳動裝置的優(yōu)劣。因此，不斷提高傳動裝置的設(shè)計和制造水平就具有十分重要的意義。</p><p>　　根據(jù)工作原理的不同，可將傳動分為機械傳動和電傳

60、動兩類。機械傳動又可分為摩擦傳動、嚙合傳動、液力傳動和氣力傳動?，F(xiàn)代機器往往需要運用上述某些傳動組成復(fù)雜的傳動系統(tǒng)，以滿足對機器提出的各種功能要求。</p><p>　　最常用的機械傳動零部件，包括螺旋傳動、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和蝸輪傳動。</p><p>　　（3）軸系零部件 一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件都需要安裝在軸上才能實現(xiàn)運動和傳動的傳遞，大多數(shù)軸還起到傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。軸要用滑

61、動軸承或滾動軸承來支撐，有時也通過聯(lián)軸器或離合器傳遞運動和動力。由此軸系零部件的主要功能是支承回轉(zhuǎn)零件并傳遞運動和動力。</p><p>　　（4）其他零部件 機器的機械結(jié)構(gòu)除由以上零件組成外，還包括其他一些零件。如彈簧、箱體、導(dǎo)軌和鉸鏈等。</p><p>　　然而機械設(shè)計的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處，只有當(dāng)它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能

62、產(chǎn)生效益。因而，應(yīng)該認識到在一個特定的產(chǎn)品進行設(shè)計之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。所以設(shè)計產(chǎn)品應(yīng)滿足一定的基本要求：</p><p>　　(1)使用性要求 實現(xiàn)預(yù)定的功能，滿足運動和動力性能的要求。</p><p>　　(2)經(jīng)濟性要求 這是一個綜合性指標(biāo)，表現(xiàn)在設(shè)計制造和使用兩個方面。</p><p>　　提高設(shè)計制造的經(jīng)濟性的途徑有三條：</p

63、><p>　　1）使產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；2）運用現(xiàn)代化設(shè)計制造方法；3）科學(xué)管理。</p><p>　　提高使用經(jīng)濟性的途徑有四條：</p><p>　　1）提高機械化、自動化水平；2）提高機械效率；3）延長使用壽命；4）防止無意義的損耗。</p><p>　　(3)安全性要求有三個含義：</p><p>　　1）

64、設(shè)備本身不因過載、失電以及其它偶然因素而損壞；</p><p>　　2）切實保障操作者的人身安全（勞動保護性）；</p><p>　　3）不會對環(huán)境造成破壞。</p><p><b>　　(4)工藝性要求</b></p><p>　　這包含兩個方面1）裝配工藝形2）零件加工工藝性。</p><p>

65、;<b>　　(5)可靠性要求</b></p><p>　　要求機械系統(tǒng)在預(yù)定的環(huán)境條件下和壽命期限內(nèi)，具有保持正常工作狀態(tài)的性能，這就稱為可靠性</p><p><b>　　2.4 測量技術(shù)</b></p><p><b>　　1、技術(shù)測量概述</b></p><p>　　在

66、機械制造中，技術(shù)測量主要是研究對零件幾何參數(shù)進行測量和檢驗的問題。所謂測量是指為確定被測對象的量值而進行的實驗過程，就是將被測量（如長度、角度、表面粗糙度、幾何形狀和相互位置誤差等）與復(fù)現(xiàn)計量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，從而確定兩者比值的過程。</p><p>　　如果用x表示被測量，用E表示計量單位或標(biāo)準(zhǔn)量，以q表示測量值，則有q與x、E的關(guān)系式： q＝x／E 從而有

67、 x = q·E</p><p>　　一個完整的幾何量的測量過程應(yīng)該包括四個要素，即：被測對象、計量單位、測量方法和測量精度。</p><p>　　2、米的定義與量值傳遞系統(tǒng) </p><p>　　我國法定基本計量單位是米(m)，在機械制造中的常用單位有毫米(mm)和微米(μm)，1m＝103mm，1mm＝103μm。 </p&

68、gt;<p>　　在實際應(yīng)用中，除特別精密零件的測量外，一般不直接用基準(zhǔn)光波波長測量零件。為了保證量值的統(tǒng)一，必須把國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的長度計量單位量值準(zhǔn)確地傳遞到生產(chǎn)中的計量器具和工件上去，以保證對被測對象所測得的量值的準(zhǔn)確和一致。為此需要在全國范圍內(nèi)從組織到技術(shù)上建立起一套嚴(yán)密而完整的體系，即長度量值傳遞系統(tǒng)，如圖5.1所示。這個系統(tǒng)的傳遞媒介是量塊和線紋尺，它們是機械制造中的實用長度標(biāo)準(zhǔn)，由國家技術(shù)監(jiān)督局到地方各級計量管

69、理機構(gòu)逐級傳遞和定期檢定。 </p><p>　　3、計量器具度量指標(biāo) </p><p>　?。?）分度值（i）：計量器具刻度尺或刻度盤上兩相鄰刻線間的距離所代表的量值。例如千分尺的分度值i＝0.01 mm。分度值是計量器具能指示出被測件量值的最小單位。數(shù)字顯示儀器的分度值稱為分辨率，它表示最末一位數(shù)字間隔所代表的量值之差。</p><p>　?。?）刻度間距（a）

70、：計量器具刻度尺或刻度盤上兩相鄰刻線的中心距離。為了便于眼力觀察，一般刻度間距在1～1.25mm之間。</p><p>　?。?）示值范圍（b）：由計量器具所顯示或指示的最低值到最高值的范圍</p><p>　?。?）測量范圍（B）：在允許誤差限內(nèi)，計量器具所能測出的被測量的范圍。測量范圍和示值范圍不能混淆，測量范圍不僅包括示值范圍，而且還包括儀器的、懸臂或尾座等的調(diào)節(jié)范圍。</p&

71、gt;<p>　?。?）靈敏度(k) ：計量器具對被測量變化的反應(yīng)能力。如果用△L表示被測變量的變化，用△x表示計量器具的變化，則靈敏度。當(dāng)△L和△x為同一量時，靈敏度又稱為放大比。</p><p>　?。?）靈敏限(靈敏閾) ：能引起計量器具示值可覺察變化的被測量的最小變化值。</p><p>　?。?）示值誤差：計量器具的示值與被測量的真值之間的差值。</p>

72、<p>　?。?）示值變動性：在相同的測量條件下，對同一被測量進行多次重復(fù)測量時，計量器具所指示的最大差值。 </p><p>　　（9）回程誤差：在相同的測量條件下，當(dāng)被測量不變時，計量器具沿正、反行程在同一測量點上所指示的最大差值。</p><p>　?。?0）測量力：測量過程中測量器具與被接觸工件之間的接觸力。測量力太大或者太小都將影響測量精度，所以大小要適宜。<

73、/p><p>　?。?1）計量器具的不確定度：在規(guī)定條件下測量時，由于測量誤差的存在，對測量值不能肯定的程度。計量器具的不確定度是一項綜合精度指標(biāo)，它包括測量儀的示值誤差、示值變動性、回程誤差、靈敏限以及調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)件誤差等綜合影響。 </p><p>　　4、測量誤差及其產(chǎn)生的原因</p><p>　　不管我們使用多么精確的測量器具，采用多么可靠的測量方法，都不可避免地會

74、產(chǎn)生一些誤差。測量誤差δ是指測量結(jié)果x與被測量的真值xo之差，即 </p><p><b>　　δ＝x－xo </b></p><p>　　由于x可能大于xo，也可能小于xo，因此測量誤差δ可能是正值也可能是負值 。測量誤差絕對值的大小決定了測量精度的高低，誤差的絕對值愈大，測量精度愈低，反之愈高。</p><p>　　上述測量誤差又稱為絕對誤

75、差，絕對誤差有它的局限性。如果對大小不同的同類量進行測量，要比較其精度，就需采用測量誤差的另一種表示方法，即相對誤差ε，它等于測量的絕對誤差與被測量的真值之比，即 </p><p>　　測量誤差產(chǎn)生的原因歸納起來有以下幾個方面： 基準(zhǔn)件誤差 、計量器具誤差、方法誤差、環(huán)境誤差和人為誤差。</p><p>　　5、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理 </p><p>　　對于比較重要

76、的測量，完整的測量結(jié)果不但要給出正確的測量值，而且還應(yīng)該給出該測量值的準(zhǔn)確程度，也就是給出測量方法的極限誤差δlim。對于一般的簡單的測量，可以從儀器的使用說明書或檢定規(guī)程中查得儀器的測量不確定度，以此作為測量極限誤差，而對于一些比較復(fù)雜的測量，或者對于專門設(shè)計的測量裝置，沒有現(xiàn)成的資料可供查閱，只能分析測量誤差的組成項并計算其數(shù)值，然后按一定方法綜合成測量方法極限誤差，這個過程就叫做測量誤差的合成，也就是測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理。測量誤差的

77、合成包括兩類：直接測量法測量誤差的合成和間接測量法測量誤差的合成。</p><p>　　第3章 總的基礎(chǔ)設(shè)計方案</p><p><b>　　基礎(chǔ)方案一：</b></p><p>　　如圖3.1所示，1是車床上的刀架，2是磁性固定塊，3是測量對象刀具，4是千分尺上帶刻度部件，5是聯(lián)接結(jié)構(gòu)，6是矩形滑軌，7是矩形滑塊，8是帶千分表的測量部件。&l

78、t;/p><p>　　整個裝置通過2磁性固定塊固定在被測物體刀具上，而固定塊2通過聯(lián)接結(jié)構(gòu)5分別與4和6聯(lián)接在一起，而6和7本是一副滑軌，測量部件8固定在滑塊7上，在測量過程中，通過結(jié)構(gòu)4的螺旋柄的轉(zhuǎn)動，通過結(jié)構(gòu)4上的測微螺桿在與7滑塊良好接觸下，緩慢的推動滑塊7在滑軌6上移動，從而帶動滑塊上的測量部件在刀具磨損面上劃過（其中測量部件8必須與被測量面處于垂直狀態(tài)），由于磨損面的凹凸不平，最終使測量部件中的千分表盤讀數(shù)

79、發(fā)生變動，對數(shù)據(jù)的處理可以得出刀具的磨損情況。</p><p><b>　　圖3.測量裝置1</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)方案二：</b></p><p>　　如下圖3.2所示，1固定桿件，2聯(lián)接結(jié)構(gòu)，3聯(lián)接桿，4帶螺紋和分度盤的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，5螺紋傳動結(jié)構(gòu)，6連接桿，7傳動螺桿，8帶千分表和測量頭的測量部件。&l

80、t;/p><p>　　整個裝置通過固定桿1固定在車床上，桿1和桿3通過聯(lián)接結(jié)構(gòu)2聯(lián)接在一起，結(jié)構(gòu)4固定在桿3上（可以繞桿上局部轉(zhuǎn)動），結(jié)構(gòu)5和結(jié)構(gòu)4通過桿6和螺桿7聯(lián)接在一起，測量部件8固定在結(jié)構(gòu)5上。</p><p>　　測量時，固定整個裝置固定在機床上，并調(diào)整裝置，使結(jié)構(gòu)8側(cè)頭必須與被側(cè)面接觸，然后通過7螺桿傳動，通過分度盤控制螺桿緩慢傳動，使結(jié)構(gòu)5帶著8測量部件在被測面緩慢劃過，從而使千

81、分表讀數(shù)發(fā)生變化，通過對數(shù)據(jù)的處理最終可以知道刀具磨損的情況。</p><p><b>　　圖3.2測量裝置2</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)方案三：</b></p><p>　　如下圖3.3所示，1刀架和刀具，2裝夾結(jié)構(gòu)，3是千分尺上帶刻度部件，4燕尾滑塊，5帶千分表測量部件，6燕尾滑軌。</p>

82、<p>　　首先，通過裝夾結(jié)構(gòu)使整個裝置固定在刀具上，其中裝夾結(jié)構(gòu)中階梯垂直面必須和被測刀柄面緊貼在一起，并通過上方的緊固螺釘固定好，結(jié)構(gòu)3、燕尾滑軌6都通過固定件固定在結(jié)構(gòu)2上，燕尾滑塊與燕尾滑軌契合在一起，結(jié)構(gòu)5被固定在滑塊上。</p><p>　　實際測量時，固定裝置在被測刀具上，使結(jié)構(gòu)5上的測量頭與刀具磨損面良好接觸，通過結(jié)構(gòu)3上的測微螺桿在與4燕尾滑塊良好接觸下，緩慢的推動滑塊4在滑軌6上移

83、動，從而帶動滑塊上的測量部件上的測量頭在刀具磨損面上劃過，由于磨損，使平面上凹凸不平，劃過時會使千分表的讀數(shù)發(fā)生變化，通過對讀數(shù)的數(shù)據(jù)處理，得出刀具磨損的情況。</p><p><b>　　圖3.3測量裝置3</b></p><p>　　通過對上述三個基礎(chǔ)設(shè)計方案的的了解分析,方案三較為合理，故選擇方案三為本設(shè)計的基礎(chǔ)方案，以其設(shè)計原理為基礎(chǔ)，創(chuàng)新設(shè)計出更為合理的刀具

84、磨損檢測裝置。</p><p>　　第4章 裝夾系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　4.1 方案設(shè)計 </b></p><p>　　4.1.1裝夾系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　方案一：是基礎(chǔ)方案一中的固定裝置，利用磁性的吸力，使磁性固定塊直接固定在被測刀具的上表面。</p><p>　　方案

85、二：正如總基礎(chǔ)方案二中的固定裝置，它是通過定位緊固件直接把連接桿固定在車床上來固定。</p><p>　　方案三：同基礎(chǔ)方案三一樣的結(jié)構(gòu)，以被測面為基礎(chǔ)設(shè)計一階梯，使階梯垂直面作為固定基準(zhǔn)，緊靠被測面，再通過緊固件把整個結(jié)構(gòu)都固定在刀具的各個表面上，從而實現(xiàn)整個測量裝置的固定。</p><p><b>　　4.1.2方案優(yōu)化</b></p><p&

86、gt;　　在上述的三種方案中，由于本測量裝置使測量刀具的磨損量，用千分表來測量具體數(shù)據(jù)，精度精確到0.001mm。而方案二是使用較長桿件來固定裝置，由于桿件較長，安裝時的小誤差很容易被桿件放大，從而使測量誤差很大。所以方案二不可取。而方案一，看起來是很簡單實用，不過由于在實際車床上加工時，由于刀具在刀架上的固定位置不同，常常刀具上表面不留有足夠的空間來安放磁性固定塊，其次是定位的基準(zhǔn)是在刀具上表面，對測量面沒有基準(zhǔn)，會給磨損測量帶來誤差

87、。而方案三，是以被測面為基準(zhǔn)，設(shè)計一階梯緊靠被測面，并通過緊固件把裝置固定在刀具上，是比較理想的。</p><p>　　故經(jīng)過綜合的分析，選取方案三。</p><p>　　4.2 裝夾系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　1.材料的選擇</b></p><p>　　在考慮了功能要求、可靠性要求、成本、可靠性、對工作條件的

88、耐受性、獲得可能性這六個方面的要求下，選擇用調(diào)質(zhì)處理過的45#鋼。</p><p><b>　　2.結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　選擇方案三，不過為了滑塊在導(dǎo)軌上的移動能夠更好的控制，特意在導(dǎo)軌的兩側(cè)加上兩彈簧，控制滑塊的移動。</p><p>　　通過基礎(chǔ)方案三上改革，得到裝夾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖4.1所示：</p><

89、p>　　圖4.1 結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　3.結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</b></p><p>　　如上圖結(jié)構(gòu)可知，本裝夾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大概可分成兩部分，一部分是框架固定在刀具部分，另一部分是聯(lián)接結(jié)構(gòu)在其上面安裝測量部件和導(dǎo)軌。</p><p>　　(1）框架固定在刀具部分尺寸</p><p>　　由于本設(shè)計裝置是測

90、量車刀刀具磨損，通過對車刀刀具的調(diào)查車刀刀柄尺寸最大截面一般不超過30×30，故取固定在刀具上的部分框架為40×40，并且取框架的厚度為10mm，并且于磨損面緊靠的階梯面高為16mm，在其對面框架上大約在高13處加工一M5的螺孔，同樣在框架的上面也設(shè)計3個M5的螺紋孔。測量時使刀桿底面靠在框架中底面，使階梯面緊靠在磨損測量面，并通過框架另外兩面的螺紋孔，用緊固螺釘擰緊，從而實現(xiàn)框架固定在刀具上。</p>

91、<p>　　(2）聯(lián)接結(jié)構(gòu)上的各各結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</p><p>　　首先，如圖從裝夾框架階梯處聯(lián)接出一直角形的結(jié)構(gòu)，并在另一端加工一豎起的凹矩形槽結(jié)構(gòu)。其中直角形結(jié)構(gòu)的外側(cè)面上加工3個M3的螺孔，使導(dǎo)軌通過螺栓固定在裝夾框架上，而其外側(cè)面尺寸于導(dǎo)軌的長有關(guān)，在這里取外側(cè)面長為45mm。其次豎形結(jié)構(gòu)中的凹槽是在其中固定導(dǎo)軌用的于導(dǎo)軌寬有關(guān)，在這里取矩形槽寬為27，并且在豎形結(jié)構(gòu)上在矩形槽的兩側(cè)還要固定彈

92、簧和螺旋測微部件，為此在矩形槽兩側(cè)上各設(shè)計一孔，并用螺釘貫穿，這樣兩條彈簧就可以一端勾在上面，另一端勾在滑塊上，其中孔的尺寸為φ5，螺釘用M3。而通過對螺旋測微部件固定套管的測量，取在豎形結(jié)構(gòu)上的圓孔大小為φ12公差為+0.05/+0.093，幷加一M3螺釘固定。最總在豎形結(jié)構(gòu)上留有足夠空間安放和聯(lián)接各部件的基礎(chǔ)上，取豎形結(jié)構(gòu)長為60mm，寬取27.5mm，厚度為10mm。</p><p>　　最后為了測量效果更

93、好，在階梯上加工兩M3的螺釘，用于定位的基準(zhǔn)面校正。</p><p>　　在各種尺寸的合理設(shè)計計算取值和各孔的位置合理安排下，通過CAD畫圖軟件可得如圖4.2所示三視圖：</p><p><b>　　圖4.2</b></p><p>　　第5章 導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　5.1方案設(shè)計</

94、b></p><p>　　5.1.1導(dǎo)軌系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p><b>　　1.直線運動導(dǎo)軌 </b></p><p>　　直線運動導(dǎo)軌截面的基本形狀主要有四種：三角形、矩形、燕尾形和圓柱形，每種之中還有凸凹之分，如圖5.1所示。</p><p>　?。?）矩形導(dǎo)軌 承載能力大，制造方便。但磨損后不能自動補

95、償間隙。必須設(shè)置間隙調(diào)整裝置。</p><p>　　（2）三角形導(dǎo)軌 具有自動補償磨損的能力，故其導(dǎo)向性好，但制造較麻煩。頂角一般為90度，小于90度可提高導(dǎo)向精度，110～120度時可提高承載能力。設(shè)計時兩斜面的比壓要基本相等。</p><p>　?。?）燕尾形導(dǎo)軌 結(jié)構(gòu)緊湊，高度較小，常用于多層次移動部件中（如車床刀架）。但制造較麻煩。不能自動補償間隙。必須有消除間隙裝置。 &l

96、t;/p><p>　　(4）圓形導(dǎo)軌 制造方便。但磨損后間隙調(diào)整困難，故常用于受軸向力為主的場合，如拉床、鉆床的主軸和導(dǎo)向套組成的導(dǎo)軌副。</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p><b>　　2.導(dǎo)軌間隙調(diào)整</b></p><p>　　導(dǎo)軌結(jié)合面配合的松緊對機床的工作性能有相當(dāng)大

97、的影響。配合過緊：操作費力，磨損加快。 配合過松：影響導(dǎo)向精度，引起振動。</p><p>　　因此，除在裝配過程中應(yīng)仔細地調(diào)整導(dǎo)軌的間隙外，在使用一段時間后因磨損還需重調(diào)。</p><p>　　調(diào)整方法：用鑲條和壓板。</p><p><b>　　1.鑲條</b></p><p>　　鑲條用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的

98、側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)面。常用的有平鑲條和楔形鑲條兩種。</p><p><b>　　2.壓板</b></p><p>　　壓板用于調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙并承受顛覆力矩，如圖5.2。</p><p>　　圖a方法，構(gòu)造簡單，但調(diào)整麻煩，常用于不經(jīng)常調(diào)整間隙和間隙對加工影響不太大的場合。</p>&

99、lt;p>　　圖b方法，比刮、磨壓板方便，但調(diào)整量受墊片厚度的限制，而且降低了結(jié)合面的接觸剛度。</p><p>　　圖c方法，調(diào)節(jié)很方便，只要擰動調(diào)節(jié)螺釘6就可以了，但剛度比前兩種差，多用于經(jīng)常調(diào)節(jié)間隙和受力不大的場合 。</p><p><b>　　圖5.2</b></p><p><b>　　5.1.2方案優(yōu)化</b

100、></p><p>　　通過對各種直線運動滑軌了解，并且在測量磨損時，導(dǎo)軌和滑塊是豎立使用的，如使用三角形導(dǎo)軌和矩形導(dǎo)軌，很容易在測量時滑塊脫離軌道，故不可取。而圓形導(dǎo)軌在使用由于它與軌道的接觸是圓面，又是豎立使用容易是接觸面受重力的不均，從而導(dǎo)致滑塊移動效果不好，對測量結(jié)果有很大的影響。故選擇使用燕尾形滑軌來實現(xiàn)該裝置的傳動。</p><p>　　5.2 燕尾導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計</

101、p><p>　　5.2.1 材料選擇</p><p>　　1、機械設(shè)計零件材料的一般選擇原則</p><p>　　1）材料的使用性能——選材的最主要依據(jù)</p><p>　　指的是零件在使用時所應(yīng)具備的材料性能，包括機械性能、物理性能和化學(xué)性能。對大多數(shù)零件而言，機械性能是主要的必能指標(biāo)，表征機械性能的參數(shù)主要有強度極限σb、彈性極限σe、屈服

102、強度σs或σ0.2、伸長率δ、斷面收縮率ψ、沖擊韌性ak及硬度HRC或HBS等。這些參數(shù)中強度是機械性能的主要性能指標(biāo)，只有在強度滿足要求的情況下，才能保證零件正常工作，且經(jīng)久耐用。在材料力學(xué)的學(xué)習(xí)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計計算零件的危險截面尺寸或校核安全程度時所用的許用應(yīng)力，都要根據(jù)材料強度數(shù)據(jù)推出。</p><p>　　可以看出，在設(shè)計機械零件和選材時，應(yīng)根據(jù)零件的工作條件，損壞形式，找出對材料機械性能的要求，這是

103、材料選擇的基本出發(fā)點。</p><p><b>　　2）材料的工藝性能</b></p><p>　　材料的加工工藝性能主要有：鑄造、壓力加工、切削加工、熱處理和焊接等性能。其加工工藝性能的好壞直影響到零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率及成本。所以，材料的工藝性能也是選材的重要依據(jù)之一。</p><p>　　總之，良好的加工工藝性可以大減少加工過程的動力、材料

104、消耗、縮短加工周期及降廢品率等。優(yōu)良的加工工藝性能是降低產(chǎn)品成本的重要途徑。</p><p><b>　　3）材料的經(jīng)濟性能</b></p><p>　　每臺機器產(chǎn)品成本的高低是勞動生產(chǎn)率和重要標(biāo)志。產(chǎn)品的成本主要包括：原料成本、加工費用、成品率以及生產(chǎn)管理費用等。材料的選擇也要著眼于經(jīng)濟效益，根據(jù)國家資源，結(jié)合國內(nèi)生產(chǎn)實際加以考慮。此外，還應(yīng)考慮零件的壽命及維修費，

105、若選用新材料還要考慮研究試驗費。</p><p>　　作為一個機械設(shè)計人員，在選材時必須了解我國工業(yè)發(fā)展趨勢，按國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國資源和生產(chǎn)條件，從實際出發(fā)全面考慮各方面因素。</p><p><b>　　2.材料的選擇</b></p><p>　　通過對材料選擇的一般原則的了解，在本設(shè)計中，導(dǎo)軌和滑塊及螺釘?shù)牟牧弦宦墒褂?5#鋼通過調(diào)質(zhì)獲得的

106、，因為在本裝置中，各零件受力很小，使用調(diào)過質(zhì)的45#鋼作為材料，足以滿足其使用性能，并且從加工工藝方面來看，45#鋼具有良好的加工工藝性能。從經(jīng)濟性能來說，對于本裝置本來就是低成本來說，選用45#鋼也是很實際的。</p><p>　　故導(dǎo)軌、滑塊及螺釘?shù)牟牧隙加谜{(diào)質(zhì)過的45#鋼。</p><p>　　由于鑲條的使用性能所決定，其材料用銅，以改善其摩擦性能。</p><p

107、>　　5.2.2導(dǎo)軌和滑塊設(shè)計</p><p>　　1、導(dǎo)軌和滑塊的結(jié)構(gòu)如下圖5.3所示： </p><p>　　圖5.3 結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2、滑軌和滑塊尺寸計算</p><p>　　通過查機械設(shè)計手冊常用滑動導(dǎo)軌截面尺寸，可得到標(biāo)準(zhǔn)的燕尾形導(dǎo)軌的設(shè)計尺寸如下圖5.4、5.5所示：</p><p>

108、;<b>　　圖5.4設(shè)計尺寸圖</b></p><p><b>　　圖5.5設(shè)計尺寸圖</b></p><p>　　其中，H=6～80mm H1=H+(0.5～1.5) mm ，α=50°～70° b=3～10mm</p><p>　　A1=A+(3～10)mm B1=B+(3.7～1

109、2.1)</p><p>　　由于在本裝置設(shè)計中，圖5.4所示結(jié)構(gòu)是作為滑塊來使用的，圖5.5所示結(jié)構(gòu)作為滑軌來使用，于常用的使用方法相反，故尺寸的選擇有所不同。</p><p><b>　　（1）導(dǎo)軌尺寸設(shè)計</b></p><p>　　因為滑軌是固定在裝夾系統(tǒng)上的，其尺寸與裝夾系統(tǒng)上的安裝尺寸有關(guān)，因為裝夾系統(tǒng)上安放滑軌的尺寸余量為27，但

110、是由于在本裝置中燕尾滑軌的作用只在于滑動，并且在滑動中受力比較小，故從成本考慮可以使用小型尺寸的燕尾滑軌來實現(xiàn)。</p><p>　　故滑軌上的尺B可取20，H為5，其中為了制作成本，一般的車間都有60度角的銑刀，故α取60°。而滑軌的總長是由被測磨損面的尺寸來決定的，在這里取60mm。其中A可通過計算所得。并且為了便于安裝在裝夾系統(tǒng)，在其一端設(shè)計兩通孔，用螺栓來聯(lián)接固定滑軌，其沉空大小φ6通孔大小φ4

111、，并且為了是在工作中滑塊不滑出導(dǎo)軌，在另一端加工一M3螺紋孔用螺釘固定。</p><p>　　通過cad畫圖軟件畫圖得設(shè)計圖5.6如下： 圖5.6</p><p>　?。?）滑塊的尺寸設(shè)計</p><p>　　由導(dǎo)軌和滑塊是配合使用的，故其尺寸的設(shè)計是在導(dǎo)軌設(shè)計尺寸的基礎(chǔ)來設(shè)計的，結(jié)合圖5.4可得各相應(yīng)的尺寸，B1取28mm，H1也取5mm，α