毕业设计（论文）智能车刀刃磨机机械结构设计（全套图纸）.doc

本科毕业设计论文题 目 智能车刀刃磨机机械结构设计 毕业时间 2014.06 设计论文毕业 任务书一、题目 智能车刀刃磨机机械结构设计二、指导思想和目的要求工欲善其事，必先利其器。刀具在切削加工中占有举足轻重的地位。首先，它直接关系到切削加工的效率、质量；其次，在机械加工中，影响到加工成本，刀具的费用占到了生产费用的2-5%,所以对整个生产的经济效益有重大的影响。工业发达国家的经验表明，选用高效合理的刀具，能使生产成本降低10-20%；再次，随着我国工业迅猛发展，企业的经营管理模式的改变，企业对人的要求是技术工人上岗就要立即能上手操作，工人没有数年的工作经验，要想通过手工刃磨一把刀具则相当困难，得不到合理几何角度的刀具，势必影响到生产质量和效率。所以刀具的刃磨技术在降低成本、提高加工量中显得尤为重要。针对这种情况设计一种既经济又便于操作的刃磨机就显得尤为必要。三、主要技术指标 1.失电制动器选择；砂轮架升降机构设计； 2.毕业设计说明书1份；设计图纸1套； 3.英文翻译1份；机构运动动画1套；四、进度和要求第1-2周：查阅有关车刀刃磨机的相关资料完成开题报告； 第3-5周：仔细阅读研究车刀刃磨机相关资料并列出方案； 第6-7周：对所选刃磨机进行材料和工艺分析，以及刀具一些参数的设定；第10-11周：对进刃磨机行结构设计，优化刃磨参数与刃磨装置的机械系统设计； 第12-13周：对在刃磨机模块设计进行参数化设计；第14-16周：智能刃磨机的结构设计与优化，完成论文，准备答辩。五、主要参考书及参考资料1吴宗泽，罗学升·机械设计课程设计手册·北京:高等教育出版社，19922任敬心·华定安·磨削原理·西安：西北工业大学出版社，19983朱祖根，杭根新·磨工与磨削·北京：机械工业出版社，19844磨工工艺学·北京：机械工业出版社，19825郑善良·磨削基础·上海：上海科学科技术出版社，19886任敬心，康仁科·难加工材料的磨削·北京：国防工业出版社，19997. 机床设计手册·北京：机械工业出版社，19788. 李新江·机械专业技术基础知识·北京：机械工业出版社，19989 .磨控学手册·北京：机械工业出版社，198410.E.保罗.迪加莫·机械制造工艺及材料·北京：机械工业出版社，198411.东北重型机械学院·机床夹具设计手册·上海：上海科学科技术出版社197912.濮良贵，纪宁刚·机械设计·北京:高等教育出版社，200113.上海纺织工学院·哈尔滨工业大学，天津大学·机床设计手册·上海：上海科学科技术出版社，1988 摘 要该论文主要研究了车刀刃磨机的设计以及控制方法。主要论述了车刀几何参数和刃磨参数之间的关系和求解方法，建立并描述车刀位姿调整的数学模型。论文论述了车刀刃磨的数学模型，根据模型，求解了车刀的几何参数和刃磨参数之间的关系。由于车刀刃磨参数决定刃磨时车刀和砂轮间的角度调整。为了确定车刀刃磨机床参数，首先根据刀具刃磨时活动空间的分析，设计了实现方案，选取控制系统结构，根据刃磨运动方程控制角度，最终采用单片机对三台步进电机控制，从而控制机床产生相应的运动，实现车刀的各个面刃磨。全套图纸，加153893706本次设计就是为了解决生产当中企业和工人的实际问题。首先对车刀的刃磨展开研究，通过调研、分析、类比、论证。最终设计一种智能化、自动化的刃磨机械，以满足实际生产需要。本次设计的智能车刀刃磨机就是机电一体化产品，我们方案就是要实现机械设计和控制电的结合，满足设计要求。所以在机械原理及结构设计的前提，决定利用微控制器单片机，实现对其自动控制，减轻使用人员的辅助工作，从而达到智能化。车刀刀刃磨技术及控制研究的目的就是提车刀的刃磨质量，降低制造成本提高生产率;通过对车刀刃磨的控制研究，实现对车刀的自动刃磨和重磨，减工人的劳动强度，及时满足生产的需求。本设计主要先了解车刀的角度及几何数，根据这些设计出数控车刀刃磨装置的结构设计以及利用单片机来控制机构运行实现车刀的刃磨。 关键词： 刃磨机 位姿调整 卸荷结构 单片机控制 ABSTRACT This paper is major to have studied control method as well as the design of the edge mill machine of lathe tool. Have discussed mainly the mathematics between the geometry parameter and edge mill parameter of lathe tool that concerns and begs to untie method and establishes and describes the pose adjustment of lathe tool model. The paper mathematics that has discussed the edge mill of lathe tool model, according to model, beg to have untied the relation between edge mill parameter and the geometry parameter of lathe tool. Because of the edge mill parameter of lathe tool when deciding edge mill, the angle between lathe tool and emery wheel is adjusted. To determine the edge mill parameter of lathe tool of machine tool, first according to the edge mill of cutting tool the analysis of campaign space, have designed realization scheme, select to control construction of system , adopt only flat machine eventually according to edge mill sport equation control angle as 3 walks into generator control, so control machine tool to produce corresponding sport, realize every surface of lathe tool edge mill. adopt only flat machine eventually according to edge mill sport equation control angle as 3 walks into generator control, so control machine tool to produce corresponding sport, realize every surface of lathe tool edge mill. Key words: Edge mill machine Pose adjusts Unload lotus structure Single-chip microcontrol 目 录第一章 绪论11.1 国内外研究现状11.2 课题研究意义31.3 课题主要研究内容31.4 本章小结4第二章 方案设计及论证52.1 方案提出5【方案1】5【方案2】62.2 方案论证82.3 本章小结9第三章 方案实施113.1 数学模型建立113.1.1常见车刀 113.1.2车刀几何角度分析123.1.3数学模型的建立133.2 机械部分设计173.2.1刃磨基本条件173.2.2磨削力计算213.2.3机械结构设计243.2.4失电制动器选择283.2.5砂轮架升降机构设计303.3 关键零部件结构的有限元分析323.3.1底座零件333.3.2升降机构343.3.3进刀停止器353.4 本章小结37第四章 车刀刃磨机机械结构运动仿真384.1 机构运动仿真简介384.2 车刀刃磨机结构运动仿真394.3 运动仿真分析40第五章 总结50参考文献51致 谢52毕业设计小结53附录54第一章 绪论1.1 国内外研究现状工欲善其事，必先利其器。刀具在切削加工中占有举足轻重的地位。在机械加工中，刀具的费用虽然仅为生产费用的2-5%,但它却对整个生产的效益有重大的影响。刀具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加工质量、效率和成本。工业发达国家的经验表明，选用高效的切削刀具，可以使生产成本降低10-20%。随着现代化机械加工技术朝着高效率、高精度、高自动化、高柔性化以及网络化的方向发展，切削刀具也正朝着精密化、复杂化的方向发展。一般刀具制造和刃磨是采用普通的工具磨床进行加工，小批量的生产采用万能工具磨床，而大批量的刀具生产则采用专用的工具磨床，比如沟槽磨床、立铣刀磨床等。然而随着技术的不断发展，这种刀具的生产方式越来越不能适应现代刀具技术发展的要求。主要表现:(1)一把刀具的生产需要几台机床，多次装夹，多次定位，不仅工艺装备复杂，而且刀具的精度很难得以保证;(2)普通的工具磨床的运动控制能力有限，对于一些复杂的刀具只能采用近似的方法加工;(3)万能工具磨床在加工能力和加工范围上，远远超过普通的工具磨床，但是仍然不能适应现代刀具的多品种、小批量、短周期要求。目前国外的工具磨床生产厂家均采用数控万能工具磨床和CNC磨削加工技术，这也是普通刀具和复杂刀具制造刃磨的主要途径和方法。国内车刀刃磨机械主要是在复杂刀具刃磨功能的基础上带有车刀的刃磨，台湾佳群机电公司是台湾专业CNC专用机床磨刀机生产厂家， JD-30A型第三代万能磨刀机配有刃磨车刀、钻头、铣刀的功能和装置。可以针对不同的加工设备和刀具对象，对刀具进行修磨。武汉机床厂生产的M6245车刀刃磨机，（如图1-1所示）天津市北闸门口仪表机床厂刃磨机CDM32（如图1-2所示）。M6245车刀刃磨机主要技术规格：最大车刀宽度45mm，最大车刀厚度45mm；砂轮架最大往复行程50mm砂轮架往复速度(无级变速)5-25mm/分，砂轮轴转速2100转/分，当用200mm砂轮时砂轮线速度22米/秒，砂轮数量可装数量4，常用数量2；刀架纵向最大移动量550mm刀架横向最大移动量80mm，刀架微调范围20mm，微进给手轮一格移动量0.01mm，刀架在水平面内旋转角度360°，刀架在纵向平面内旋转角度±20°刀架在横向平面内旋转角度±20°，虎钳钳口旋转角度±90°液压泵流量*压力2.5升/分*25公斤/厘米，系统工作压力  8-10公斤/厘米，电动机主传动电动机1.5kw。天津市北闸门口仪表机床厂刃磨机CDM32技术参数：夹持刀具的最大截面尺寸32×32mm。 主Main worktable1工作台面积340×170mm2上下移动量70mm3左右移动量70mm4上下移动刻度盘每格移动量0.02mm5工作台绕水平轴旋转-30°+20°Motor of spindle1绕垂直轴旋转152输出功率550W3转速2980r.p.m.Vice-wordtable1工作台面积276×150mm2工作台绕水平轴旋转-30°+30°Main tool holder1前后移动量100mm2前后移动刻度盘每格移动量0.02mm 3刀夹绕垂直轴旋转 360°机床净重 140kg 图1-1 M6245车刀刃磨机 图1-2 机床厂刃磨机CDM321.2 课题研究意义 随着我国工业迅猛发展，企业的经营管理模式的改变，以前的师徒关系以不是很明显，企业对人的要求是技术工人上岗就要立即能上手操作，作为新的学徒和刚上岗的技术工人没有数年的工作经验，要想通过手工刃磨一把刀具则相当困难，得不到合理几何角度的刀具，势必影响到生产质量和效率。所以刀具的刃磨技术在降低成本、提高加工量中显得尤为重要。针对这种情况设计一种既经济又便于操作的刃磨机就显得尤为必要。本次设计就是为了解决生产当中企业和工人的实际问题。首先对车刀的刃磨展开研究，通过调研、分析、类比、论证。最终设计一种智能化、自动化的刃磨机械，以满足实际生产需要。车刀刀刃磨技术及控制研究的目的就是提车刀的刃磨质量，降低制造成本提高生产率;通过对车刀刃磨的控制研究，实现对车刀的自动刃磨和重磨，减工人的劳动强度，及时满足生产的需求。本设计主要先了解车刀的角度及几何数，根据这些设计出数控车刀刃磨装置的结构设计以及利用单片机来控制机构运行实现车刀的刃磨。1.3 课题主要研究内容 通过本次设计，首先，分析研究车刀几何参数和刃磨参数之间的关系和求解方法，建立并描述车刀位姿调整的数学模型。根据模型，求解车刀的几何参数和刃磨参数之间的关系。根据刀具刃磨时活动空间位置，分析刃磨运动控制角度，设计机械系统和控制系统，实现车刀的各个面刃磨，最终完成车刀刃磨机床整体设计。通过本次设计，一方面可以满足和解决生产当中的实际基本问题，另一方面，也可以为我们研究其他刀具的刃磨奠定理论基础，使刃磨机械最终形成系列化、市场化产品。车刀刀刃磨技术及控制研究的目的就是提车刀的刃磨质量，降低制造成本提高生产率;通过对车刀刃磨的控制研究，实现对车刀的自动刃磨和重磨，减工人的劳动强度，及时满足生产的需求。本设计主要先了解车刀的角度及几何数，根据这些设计出数控车刀刃磨装置的结构设计以及利用单片机来控制机构运行实现车刀的刃磨。根据车刀角度及几何参数，设计出车刀刃磨装置，并实现自动化控制。1.4 本章小结通过本章的学习了解，我们初步了解了智能车道刃磨机的发展状况，以及它在机械加工中所占的重要作用。在21世纪现代化高速发展的今天，生产力决定一切，我们要创造生产力，提高生产效率。机械加工方面我们更应该改善技术与生产力，对传统的加工刃磨技术进行改善与提高，使加工智能化自动化。 无车刀是一种应用非常普遍的金属切削刀具，用它可以在车床上加工外圆、车断面和镗孔等。在大多数机加工厂中，车床数控车床得到广泛的应用，车刀应用的频率更高。由于工具磨床是一个通用的刀具磨床，所以这种重磨方法的缺点是：机床调整麻烦，刃磨效率低;刃磨由工人手工操作，刃磨精度低。车刀和其它刀具一样，切削一段时间后就会变钝，此时必须对其重磨方可使用。否则，该车刀报废，所以车刀的重磨工作量非常大。目前，我国螺旋齿立铣刀的刃磨大约98%以上是在M6020或其变型、改进型的普通万能工具磨床上进行或者进行手工磨削。磨削质量除了取决于机床自身的刚性、精度外，还主要依赖于操作者的技艺和直观感觉。 第二章 方案设计及论证2.1 方案提出【方案1】车刀刃磨实现上也就是针对车刀的主后刀面、副后刀面、前刀面三个面进行磨削，从而保证六个基本角度。如图所示2-1所示：A主后刀面 A/副后刀面 A 前刀面Kr 主偏角s刃倾角o前 角o后 角Kr副偏角 o副后角 图2-1 车刀空间应该有三个自由度才能保证三个面和六个基本角度，而在我们常用的夹具里，万能虎钳就是最常见的能实现三个自由度的辅助夹具，所以我们可以借鉴，从而实现刃磨。工作原理：（1） 后刀面的刃磨 首先把车刀紧固在虎钳1上，将转体5相对于底座6转动（绕Y轴线）-车刀的主偏角Kr，使刀刃与纵向进给方向平行，角度值可从刻度盘7读出，再将虎钳相对于3转动（绕Z轴线）-车刀的轴向后角。角度值可从刻度盘2读出，此时，车刀的整个后刀面都出于切削平面内，当万能虎钳随工作台作纵向往复直线运动时，即可刃磨出车刀的后刀面。副后刀面刃磨基本相同。(原理如图2-2所示)(2) 前刀面的刃磨车刀在虎钳上紧固后，将转体5相对于底座6转动（绕Y轴线），-车刀的主偏角Kr，角度值可从刻度盘7读出，将虎钳1相对于转体3转动（绕Z轴线）-车刀的轴向前角，角度值可从刻度盘2读出。在将转体3相对于转体5转动（绕X轴线）-刃倾角s，角度值可从刻度盘4读出（如果s=0，则不需转动转体3），这样车刀的整个前刀面（经刃磨后的）都出于水平位置，当万能虎钳岁工作台作作纵向直线往复运动，即可刃磨前刀面。 1一虎钳; 2、4、7一刻度盘; 3、5一转体； 6一底座 图2-2 刃磨原理图【方案2】由于空间需要三个旋转自由度，才能保证三个面和六个基本角度，可以借鉴机器人的腕关节，实现刃磨。机器人执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等驱动装置。如图2-3所示。 1、关节1 2、关节2 3、关节3 图2-3 驱动装置 利用该种结构，用三台伺服电机进行输入，就可实现空间的三个角度的旋转输出，这三条传动路线分别如下:电机1齿轮Z1/Z2齿轮Z3/Z42实现X轴的旋转;电机2齿轮Z5/Z61实现Z轴的旋转;电机3齿轮Z7/Z83实现Y轴的旋转;车刀刀具可以装夹在托板上，实现主后刀面、副后刀面、前刀面的刃磨，角度的调整，可以通过控制伺服电机的旋转，位姿的调整由控制软件按照位姿调整的数学模型进行控制。从而可以实现刀具的数控化刃磨。2.2 方案论证方案一，由上述分析可知万能虎钳调整时需将三个坐标轴都进行调整，但由于X、Y、Z三轴是连动的。当夹具体绕X轴转动时，Y轴方向随着转动，但Z轴方向不变。绕Y轴转动时，X、Z轴方位不变。绕Z轴旋转时，X、Y 方位随着变动。因此当夹具绕X或Z轴旋转时，同时会带动其它轴旋转，我们知道在刃磨刀具的几个刀面时，刃磨的先后顺序不同，刃磨的几何角度也不同，因此在使用时，调整的几何角度并不是独立的刀具角度，而是对几何角度在空间进行分析后得到的角度。这样就会在刃磨时，带来计算的麻烦，势必影响到刃磨的效率，且万能虎钳的调整是通过目测，由工人用手调整，这样刃磨的质量也很难保证。因此在磨床上利用万能虎钳来进行车刀的刃磨其缺点是很明显的。 方案二，为了解决万能虎钳三轴转动时，带来的联动调整问题以及计算时的麻烦，我提出第二种实现方案。由刃磨要求可知，在刃磨时要通过夹具体的回转使刀具的被刃磨面回转到与磨轮工作面平行的方位。因此，当夹具回转则需要三个旋转的自由度以保证刃磨时所要求的角度，由以上对万能虎钳的分析知，该夹具的三个方向的回转自由度并不是独立的，在旋转时角度是很难控制的，因此为了方便而准确的控制三个方向的自由度，我们将这些自由度的生成关系独立开来，我们采取第二个实施方案。该结构由三部分组成，一部分有一个自由度，并且三部分的轴线交于一个平面。三部分的实现由三台步进电机控制，则三个方向的旋转自由度就可实现，并且是独立的存在，不会有干涉的现象，再采用丝杠螺母机构来实现两个方向的进给运动，这样在刃磨车刀时，要使刀具待磨面与磨轮工作面平行，我们只需要分别控制三台电机来实现三个轴的旋转，三个轴的旋转由数学建模关系控制，就可轻易的实现人为控制，得到我们所需的角度。 在三个自由度的实现上，有两种方案可以实现，第一种就是三台电机同时布置在一个机体内，第二种可以使进给方向有两个自由度的旋转，然后再利用砂轮的旋转，提供第三个自由度，这样也可以实现三个自由度的控制，在整个设计当中，我们对这两个方案也进行了论证，最后在实现控制上，我们发现，第一、数学模型的建立，都是以刀具的旋转为研究对象的；第二、考虑到设计的结构的紧凑性，我们最终考虑采用了第二种方案中的2，利用三台步进电机实现对刀具的控制，从而得到要磨的刃磨角度。图2-3方案可以实现三个回转轴线相交于一点，这样三个轴的运动彼此不会产生诱导运动，三个电机的运动相互独立，这样控制算法上比较简单容易实现，但在结构上体现的相对复杂，为此，我们在这个基础上对这个方案部分结构进一步进行改型，从而力求得到比较合理的适合于刀具刃磨的结构。 图2-4 结构方案Z轴方向布置一台步进电机，可以实现垂直水平面的旋转运动，平行于水平面布置一台步进电机可以实现绕X轴的旋转运动，水平面内垂直于X轴布置一台步进电机，从而就可实现绕Y轴的旋转运动。总体结构方案如图2-4所示，为此 在次方案的基础上我们只需进行合理的结构设计和控制的设计，就可实现我们的设计要求。2.3 本章小结我国工具行业，长期处在低水平数量型发展轨道，加上目前正处在国家深化改革，产业结构调整，客观和主观都造成我国的工具行业难以适应当今飞速发展的市场变化。我国刀具制造同先进国家的差距进一步拉大。为了降低成本，提高刃磨质量和效率，尤为重要。车刀的刃磨就是最基础的。而长期以来车刀的刃磨，主要由车床工人用手工刃磨，凭目测控制刃磨角度，这种刃磨方式，刃磨的角度不太正确，效率也较低，所以开发高效可靠、功能强大、成本低廉的经济型数控车刀刃磨机具有现实的经济意义和深远的社会意义。第三章 刃磨机设计方案实施3.1 数学模型建立 3.1.1常见车刀 a) 外圆车刀 b) 外圆车刀 d)内孔车刀 f)螺纹车刀 e)圆弧车刀 c)切断刀 图3-1 常用车刀 车刀是应用最广的一种单刃刀具。也是学习、分析各类刀具的基础。车刀用于各种车床上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。车刀由刀头和刀杆两大部分组成。刀杆是刀具上夹持部分组成。刀头直接担负切削工作，它由以下部分组成。 3.1.2车刀几何角度分析 图3-2车刀几何角度投影 为了表示刀具空间集合形状及位置，需通过刀具几何角度来表示。再表达刀具几何角度时，仅靠刀头上的几个面是不够的，还需要建立几个坐标平面，以便与刀具刀头上的各个面组成相应的角度。刀具切削角度的坐标平面: 刀具的切削角度是刀具在切削运动状态下确定的角度。所以刀具的切削角度的坐标系应该用合成切削速度来说明。 切削平面 通过切削刃某选定点，切与加工表面的平面。 基面 通过切削刃某选定点，垂直于合成切削速度向量的平面。 正交平面 通过切削刃某选定点垂直于主切削刃在基面上的投影平面。 副切削刃正交平面 垂直与副切削刃在基面上的投影。刀具标注角度 正交平面坐标系 为便于刀具设计者在设计刀具时标注，需要对上述参考平面做一些假设，车削时的假设条件是： A.装刀时，刀尖恰在工件的中心线上； B.刀杆对称面垂直于工件轴线； C.没有进给运动； D.工件以加工表面的形状是圆柱表面； 根据这些条件，外圆车刀主切削刃某选定点的标注角度参考坐标平面为;基面 通过切削刃上选定点M，平面与刀杆底面的平面；切削平面 通过切削刃上选定点M，与主切削刃相切并垂直于基面的平面 正交平面 通过切削刃上选定点M，垂直于主切削刃在基面上投影的平面。因此正交平面坐标系内的三个坐标平面互相垂直，构成了1个空间直角坐标系，称为正交平面坐标参考系 正交平面坐标系的刀具角度标注 如图所示正交平面参考系中，刀具角度有以下几个。 刀具的前刀面，后刀面及主切削刃的方位，用前角，后角，主偏角，刃倾角4个角度就可以确定。其中，于确定了前刀面的方位，和确定了后刀面的方位，与确定了主切削刃的方位。 3.1.3数学模型的建立车刀刀面方程建立1、建立坐标系1.1 车刀坐标系以外圆车刀的刀尖0为坐标原点，负进给方向为xd 轴方向，吃刀运动方向为Yd 轴方向，按右手法则建立车刀坐标系。O-xdydzd，并与车刀“固结”。1.2机床坐标系 以车刀坐标系的原点0为坐标原点，xd轴方向为x轴方向，Yd轴方向为y轴方向，按右手法则建立机床坐标系。O-xyz，并与机床“固结”。2、建立刀面方程式 设车刀的三个刀面为平面，并设主偏角为kr、，副偏角为kr：，主后角为a0、法向主后角为an进给剖面主后af,切深剖面主后角为ap,主前角为0,法向前角为n,进给剖面前角为f,切深剖面前角为p,刃倾角为s,副后角为o,进给剖面副后角为p。 2.1主后刀面方程式过刀尖o做主后刀面的单位法线，如图4-3可知，该单位的法线的方向数（即Na在xd、yd、zd轴上的坐标分量）pa，qa，ra分别为pa=-coso×sinkrqa= coso×coskrra=-sino 于是，主后面的方程式可表示为： xd -coso·sinkr T xd pa qa ra · yd = coso·coskr yd =0 (1)zd -sino zd2.2 副后刀面方程式过刀尖O作副后刀面的单位法线Na，由图4-3可知，该单位法线的方向数(即Na在Xd、Yd、zd轴上的坐标分量pa 、qa、ra： 分别为： 图3-3 刀具角度投影关系图 pa=-coso×sinkr qa= coso×coskr ra=-sino 于是，副后刀面方程式为:xd -coso·sinkr T xd pa qa ra · yd = coso·coskr yd =0 (2)zd -sino zd2.3 前刀面方程式过刀尖O作前刀面的单位法线Nr，由上图可知，该单位法线的方向数(即Nr,在Xd、Yd、zd轴上的坐标分量)pr 、qr、rr： 分别为：pr=sinn·sinkr - cosn·sins ·coskr qr=-sinn·coskr - cosn·sins ·sinkr rr= cosn·coss于是前刀面的方程式可表示为：xd sinn·sinkr - cosn·sins ·coskr xd pr 、qr、rr · yd = -sinn·coskr - cosn·sins ·sinkr yd =0 (3)zd cosn·coss zd车刀的位姿调整1、 建立砂轮的磨削平面方程设磨刀砂轮的轴线与机床坐标系。O-XYZ的x轴平行并以砂轮的端平面刃磨车刀的各表面，那么砂轮的磨削平面方程可描述为： x 1 0 0 · y = 0 z2、车刀的位姿调整要求：(1)能实现任意一个被刃磨刀面与砂轮的磨削平面重合； (2)能实现沿磨刀砂轮轴线方向的进给运动； (3)能保证磨削在砂轮的轮沿附近进行； 图3-4 主后刀面刃磨3、车刀的姿态调整姿态调整的理论依据是坐标旋转，任意一个被刃磨刀面经过坐标旋转以后应能够与砂轮的磨削平面重合或平行、车刀坐标系的起始位置与机床坐标系重合。考虑到设计的机械结构和刃磨时主要利用砂轮的端面刃磨，为了提高刃磨效率和提高刃磨质量，所以需确定刃磨的先后顺序。综合考虑上述因素，我们确定了如下刃磨顺序。3.1 主后刀面刃磨要想让主后刀面调整到与机床坐标系的yoz平面相平行的位置需要经过两次旋转变换。第一次让刀具连同坐标系。让步进电机绕Z轴沿顺时针方向转kr 。如 图 3 - 4 所 示 ，然后让X向步进电机绕X轴选转一个后角，则主后刀面就可实现预期的刃磨。3.2 副后刀面刃磨副后刀面的刃磨和主后刀面的刃磨基本相似，所不同的就是第一步的旋转方向有所不同，首先应该逆时针旋转一个副偏角，副后角同样需要X方向步进电机调整。3.3 前刀面的刃磨前刀面的刃磨时，首先旋转一个主偏角，然后再旋转一个轴向前角，最后旋转一个刃倾角。这样需要三次旋转才可实现前刀面的刃磨，电机的旋转顺序为Z向步进电机-Y向步进电机-X向步进电机。3.2 机械部分设计 3.2.1刃磨基本条件 车刀的材料 常用车刀材料一般有高速钢(High-speed steel)和硬质合金(Horniness metal)两类。（1）高速钢车刀 高速钢是一种加了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高速工具钢，特点是较高的热稳定性，且学温度达500600摄氏度，与碳素工具钢，合金工具钢相比，切削速度提高13倍，耐用度提高1040倍。（2）硬质合金车刀 硬质合金是以钨的碳化物（WC）钛的碳化物（TiC）的粉末为基础，以钴为粘结剂，用粉末冶金法，经高温烧结而成，硬质合金的红硬性为W801000摄氏度，它的切削速度为高速钢的410倍，常温时，硬质合金较脆，怕冲击和振动，不能制成复杂刀具，用其制成整体式的较少，大多为刀片。刀具的磨损形式刀具的磨损按其发生部位主要有以下形式:如图3-5所示1、刀面磨损 磨损主要发生在刀具的后刀面上,后刀面磨损后,形成后角等于零的小棱面,磨损程度以棱面高度h后表示。2、前刀面的磨损 磨损部位主要发生在刀具的前刀面上，在主切削刃的后方产生一个月牙洼，磨损程度与月牙洼的深度h前表示。3、前刀面与后刀面同时磨损 这种磨损是指刀具前刀面的月牙洼与后刀面上的棱面同时产生一般，刀具在切削工件的过程中，其后刀面都有磨损，h后的大小直接影响工件的加工精度、表面的光洁度和生产效率，同时h后测量方便，故生产实践中常以h后的大小表示刀具磨损程度。 图3- 5 刀具磨损形式砂轮选取 ( 1 )材料选取 砂轮是由磨料加结合剂用制造陶瓷的工艺方法制成的。砂轮的特性由下列五个因素来决定：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三类。如表1-1所示。 选用原则 刃磨刀具的砂轮应使刃磨后的刀具具有锋利的切削刃和一定的光洁度，并且刀面无退火烧伤现象。选择砂轮是主要依据刀具材料的性质、磨削性质、图纸要求等，选择砂轮的磨料、粒度、硬度、结合剂、形状和尺寸。 表3磨料名称代号 特 点 适 用 范 国棕刚玉GZ有足够的硬度，韧性大，抗弯强度高，价格便宜磨削碳素钢、一般合金钢，可锻铸铁，硬青铜等。特剐适于墨未淬硬钢和调质钢以及粗磨工序白刚玉GB比棕刚玉硬而脆，自锐性好，磨削力和磨削热量较小，价格比棕刚玉高磨削淬硬钢，高速钢，高碳钢，螺纹，齿轮，薄壁薄片零件以及刃磨刀具等铬刚玉GG硬度与白刚玉相近而韧性较好可磨削合金钢，高速钢，锰钢等高强度材料以及光洁度要求较高的工序。也适于成型磨削，刃磨刀具等单晶刚玉GD硬度和韧性都比白刚玉高磨削不锈钢和高钒高速钢等韧性大、硬度高的材料微晶刚玉GW强度高，韧性和自锐性好磨削不锈钢，轴承钢和特种球墨俦铁等黑碳化硅TH硬度比白刚玉高，但脆性大磨削铸铁，黄铜、软青铜以及橡皮，塑科等非金属材料绿碳化硅TL硬度与黑碳化硅相近而脆性更大磨削硬质合金、光学玻璃等金刚石JRJT硬度最高，磨削性能好，价格昂贵磨削硬质合金、光学玻璃等高硬度材料表3-1所示 砂轮材料 具体有一些基本原则：工件硬度工件越硬，砂轮硬度应选得软些，使磨钝了的磨粒快点脱落，以便砂轮经常保持有锐利的磨粒在工作，避免工