冰刀研磨機(jī)設(shè)計(jì)【含全套CAD圖紙】

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購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 冰刀研磨機(jī)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見 論文設(shè)計(jì)題目： 冰刀研磨機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)號 ： 姓名： 專業(yè)： 指導(dǎo)教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容應(yīng)包括 文獻(xiàn)綜述、任務(wù)提出、方案論證、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)計(jì)算或理論分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、技術(shù)分析、結(jié)論等，并要有相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說明書 1、學(xué)生完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)書面材料應(yīng)包括： （ 1）開題報(bào)告（單獨(dú)裝訂）。 （ 2）封面內(nèi)容：湘潭大學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)，中英文題目，所屬學(xué)院，項(xiàng)目組成員，指導(dǎo)教師，專業(yè)，年級（班級），起止日期，制表日期。 （ 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(dú)立性，即不閱讀畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告全文即可獲得其主要信息，主要說明畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、研究方法、成果、價(jià)值和結(jié)論，字?jǐn)?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)。 （ 4）中英文關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞為畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告中使用到的重要詞語，各關(guān)鍵詞中間用分號隔開，最后一個(gè)關(guān)鍵詞后不用標(biāo)點(diǎn)符號，關(guān)鍵詞一般為 5— 8 個(gè)。 （ 5）中英文摘要和關(guān)鍵詞的排列順序?yàn)椋褐形恼?biāo)識為 [摘要 ]）、中文關(guān)鍵詞（標(biāo)識為 [關(guān)鍵詞 ]）、英文摘要（標(biāo)識為 [、英文關(guān)鍵詞（標(biāo)識為 [，四部份內(nèi)容 獨(dú)立成頁，頂格排版。 （ 6）目錄：各標(biāo)題及附件目錄。 （ 7）正文：畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告字?jǐn)?shù)一般在 10000— 15000 字之間，畢業(yè)論文在8000— 15000 字。 （ 8）標(biāo)題：標(biāo)題應(yīng)層次清晰，以“ 1”、“ “ 層次標(biāo)注標(biāo)題序號。 （ 9）附錄：對正文內(nèi)容提供支撐的相關(guān)材料，如必要的數(shù)據(jù)、圖表、源程購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 序、圖片等。 （ 10）參考文獻(xiàn)：畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 篇及以上，連續(xù)編號 （ 11）致謝：對完成本設(shè)計(jì)（論文）提供幫助的人員表示感謝，獨(dú)立成頁。 2、 畢業(yè)設(shè)計(jì)的書面成果使用 印紙雙面打印或復(fù)印，按以上順序裝訂。 3、畢業(yè)設(shè)計(jì)的書面成果正文、附錄、參考文獻(xiàn)、致謝等統(tǒng)一編寫頁順序號。 二、重點(diǎn)研究的問題 1、設(shè)計(jì)冰刀研磨機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，尤其對機(jī)械部分作為主要研究內(nèi)容； 2、確定冰刀研磨機(jī)數(shù)控加工工藝和控制系統(tǒng)方案； 3 采用 圖軟件對冰刀研磨機(jī)建模。 三、進(jìn)度安排 序號 各 階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間 1 查閱資料、熟悉課題、熟悉 件 2014 年 2 月末 2 撰寫開題報(bào)告、制訂設(shè)計(jì)方案 2014 年 3 月初 3 撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 2014 年 3 月中 4 三維圖建模設(shè)計(jì)分析 2014 年 3 月末 5 畫出工程圖 2014 年 4 月初 6 修改計(jì)算說明書與工程圖 2014 年 4 月中 7 裝訂成稿 2014 年 5 月中 8 答辯 2014 年 5 月底 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1 李斌 李曦 . 數(shù)控技術(shù) . 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2010 2 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京 高等教育出版社 2006 3 馮勇 , 霍勇進(jìn) . 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) . 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 1996 4 惠延波 . 數(shù)控編程的作用與目的 . 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2001 5 王石安 . 冰雪運(yùn)動 . 北京 :人民體育出版社 , 2001 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 6 向華，王小江．便攜式數(shù)控冰刀研磨機(jī)的研制．中國 制造業(yè)信息化， 2005 7 陸劍中 孫家寧 金屬切削原理與刀具，北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2011 8 吳南星，孫慶鴻．機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)研究．制造業(yè)自動化， 2002 9 周澤華等．金屬切削原理．上海：上海科學(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(shí)驗(yàn)研究．體育學(xué)， 2001 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(yùn)動． 1994 13 孫恭壽，湯錫銓．磨床精化與改造．北京：機(jī)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(jī)床與數(shù)控機(jī)床．北京，機(jī)械工業(yè)出版社， 1994 15 戴曙．金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)．北京，機(jī)械工業(yè)出版社， 1986 16 諸興華．磨削原理．北京：機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社， 2003 18 陳曉華，邸陽．多功能水平定位便攜式冰刀刃磨機(jī)的研制及應(yīng)用．冰雪運(yùn)動，2003 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 2000 20 , A, et . 1993 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評閱表 學(xué)號 姓名 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 冰刀研磨機(jī)設(shè)計(jì) 評價(jià)項(xiàng)目 評 價(jià) 內(nèi) 容 選題 現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 量是否適當(dāng)； 研、社會等實(shí)際相結(jié)合。 能力 合歸納資料的能力； 究方法和手段的運(yùn)用能力； 論文 （設(shè)計(jì)）質(zhì)量 述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何； 實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價(jià) 許國柱同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)為冰刀研磨機(jī)設(shè)計(jì)，該選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，具有學(xué)術(shù)研究價(jià)值。 該生查閱文獻(xiàn)資料能力較強(qiáng)，能夠全面收集關(guān)于冰刀研磨機(jī)的資料，設(shè)計(jì)計(jì)算說明書格式正確，完全符合學(xué)院規(guī)定，內(nèi)容較為完整，層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)，主要觀點(diǎn) 突出，邏輯關(guān)系清楚，有一定的個(gè)人見解，設(shè)計(jì)思路較為清晰，綜合運(yùn)用知識能力較強(qiáng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量良好，同意參加答辯。 評閱人： 年 月 日 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見 學(xué)號： 姓名： 專業(yè)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 頁 圖 表 張 設(shè)計(jì)題目： 冰刀研磨機(jī)的設(shè)計(jì) 內(nèi)容提要： 本文針對影響冰刀研磨設(shè)備便攜性的因素，提出了兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)設(shè)備便攜性的方法。 確定了冰刀研磨機(jī)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 通過打印機(jī)接口直接連接冰刀研磨設(shè)備，實(shí)現(xiàn) 直接數(shù)控，從而去掉了傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備中的工控機(jī)，以滿足冰刀研磨機(jī)便攜性 的要求。 其次，本文分析了影響冰刀加工質(zhì)量的因素。結(jié)合這些因素，制定了冰刀研磨 的加工工藝。冰刀 采取粗磨、精磨、拋光磨三級研磨，控制系統(tǒng)根據(jù)研磨總量自動 生成研磨工藝。研究設(shè)計(jì)了冰刀研磨的專用砂輪，同時(shí)根據(jù)砂輪的磨損機(jī)理，提出 了砂輪修整方法。 最后，在基于開放式數(shù)控平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)了冰刀研磨的系統(tǒng)控制軟件。 設(shè)計(jì)了冰刀研磨砂輪的特殊運(yùn)動方式。采用 擬量單元的數(shù)據(jù)及信號處理 環(huán)節(jié)，用變頻器來實(shí)現(xiàn)對砂輪主軸電機(jī)的控制，從而保證砂輪以恒定的線速度進(jìn)行 研磨加工。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。 系統(tǒng)軟件提供了友好的人機(jī)界面，使人機(jī)交互變得 容易，更適合于運(yùn)動員操作 使用，同時(shí)，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。 指導(dǎo)教師評語 許國柱同學(xué)設(shè)計(jì)的題目是冰刀研磨機(jī)的設(shè)計(jì)，立題指導(dǎo)思想明確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可行，設(shè)計(jì)原理正確無誤，畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書條理層次較為清楚，撰寫思路清晰，語言流暢簡練，邏輯性較強(qiáng)，計(jì)算內(nèi)容規(guī)范準(zhǔn)確，文獻(xiàn)引用合理，科學(xué)性較強(qiáng)，設(shè)計(jì)的軟件能夠正常運(yùn)行，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)合理，設(shè)計(jì)思路和功能實(shí)現(xiàn)上，都有自己一定的想法，購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 并得到了初步實(shí)現(xiàn)， 同意該生參加答辯，建議成績評定為良好。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 經(jīng)答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績評定為 答辯委員會主任： 年 月 日 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................................................................................................................ 緒論 ............................................................................................................................究的背景、目的和現(xiàn)實(shí)意義 ............................................................................刀研磨技術(shù)概述 ................................................................................................內(nèi)外研究狀況 ....................................................................................................要內(nèi)容 ................................................................................................................ 冰刀研磨機(jī)總體結(jié)構(gòu) ..............................................................................................刀研磨機(jī)的主要指標(biāo) ........................................................................................刀研磨機(jī)的基本要求 .......................................................................................刀研磨機(jī)總體布局 ...........................................................................................要部件的設(shè)計(jì)和選擇 ...................................................................................... 10 削力的計(jì)算 ....................................................................................................刀的裝夾技術(shù) .................................................................................................. 12 章小結(jié) .............................................................................................................. 15 3 冰刀研磨的數(shù)控加工工藝 .................................................................................... 16 控研磨的特點(diǎn) .................................................................................................. 16 響冰刀研磨質(zhì)量的因素 .................................................................................. 16 料的選擇 .......................................................................................................... 18 輪的結(jié)構(gòu) ........................................................................... ..............................刀與砂輪位置關(guān)系 ...........................................................................................輪的修整 .......................................................................................................... 20 章小結(jié) .............................................................................................................. 冰刀研磨機(jī)控制系統(tǒng)方案 ....................................................................................統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) .................................................................................................. 23 磨的運(yùn)動控制分析 .......................................................................................... 23 輪恒線速度的控制 .......................................................................................... 24 章小結(jié) ............................................................................................................... 冰刀研磨機(jī)機(jī)械結(jié) 構(gòu)的幾何建模 ........................................................................件簡介 ....................................................................................刀研磨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體建模過程 ..................................................................章小結(jié) ........................................................................................................... 總結(jié)與展望 ............................................................................................................. 32 7 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................文文獻(xiàn)1 冰刀研磨機(jī)設(shè)計(jì) 摘 要 冰上運(yùn)動的發(fā)展對冰刀質(zhì)量提出了更高的要求，可是冰刀的手工研磨自動化程度低，研磨質(zhì)量和效率難以得到保證。在國內(nèi)，本文首次將數(shù)控方法應(yīng)用到冰刀研磨當(dāng)中去。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。本文結(jié)合國家體育總局冬奧會攻關(guān)項(xiàng)目“便攜式數(shù)控冰刀測量與研磨機(jī)的研制”，圍繞上述要求進(jìn)行了系統(tǒng)的深入研究，具體內(nèi)容如下： 首先，冰刀數(shù)控研磨機(jī)的便攜性主要體現(xiàn)在其設(shè)備本身的質(zhì)量和體積上。本文針對影響冰刀研磨設(shè)備便攜性的因素，提出了兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)設(shè)備便攜性的方法。確定了冰刀研磨機(jī)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。 通過打印機(jī)接口直接連接冰刀研磨設(shè)備，實(shí)現(xiàn) 直接數(shù)控，從而去掉了傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備中的工控機(jī)，以滿足冰刀研磨機(jī)便攜性的要求。 其次，本文分 析了影響冰刀加工質(zhì)量的因素。結(jié)合這些因素，制定了冰刀研磨的加工工藝。冰刀采取粗磨、精磨、拋光磨三級研磨，控制系統(tǒng)根據(jù)研磨總量自動生成研磨工藝。研究設(shè)計(jì)了冰刀研磨的專用砂輪，同時(shí)根據(jù)砂輪的磨損機(jī)理，提出了砂輪修整方法。 最后，在基于華中開放數(shù)控平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)了冰刀研磨的系統(tǒng)控制軟件。設(shè)計(jì)了冰刀研磨砂輪的特殊運(yùn)動方式采用 擬量單元的數(shù)據(jù)及信號處理環(huán)節(jié)，用變頻器來實(shí)現(xiàn)對砂輪主軸電機(jī)的控制從而保證砂輪以恒定的線速度進(jìn)行研磨加工。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。 系統(tǒng)軟件提供了友好的人機(jī)界面，使人機(jī)交互變得容易，更適合于運(yùn)動員操作使用，同時(shí)，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。 關(guān)鍵詞 ： 冰刀 數(shù)控研磨機(jī) 便攜式 砂輪修整 面向?qū)ο缶幊? 2 he of to of at of is in .H on of is in is a of it is in of of to of is of as as is as is C is in to of on of of be by be on of of of is on of on of , of of is of is of of C is by of is is in s to of C of 1 緒 論 究的背景、目的和意義 本次研究課題來源于國家體育總局 2006 年冬奧會攻關(guān)項(xiàng)目“便攜式數(shù)控冰刀 測量與研磨機(jī)的研制”，項(xiàng)目編號 03038，本文屬于項(xiàng)目中的冰刀數(shù)控研磨機(jī)部分?；\(yùn)動起源于荷蘭。 13 世紀(jì)中葉 ,荷蘭出現(xiàn)鐵制冰刀。冰刀是冰上運(yùn)動鞋下面的塊刀片，它是冰上運(yùn)動的基礎(chǔ)。如圖 刀外形示意圖 和 示，冰刀的刀刃線一般是由幾段半徑（ 8～ 10 米）很大的圓弧線組成，刀刃 一般厚 2 毫米。 到了 17 世紀(jì) ,溜冰逐漸發(fā)展成為一種運(yùn)動項(xiàng)目。冰刀 是冰上運(yùn)動的基礎(chǔ)。今天 ,運(yùn)動員和滑冰運(yùn)動愛好者取得了越來越好的成績 而 ,冰刀使用一段時(shí)間后 ,其刃口會變鈍 ,這時(shí)需要對其重新研磨 ,使其恢復(fù)原來的形狀。因此 冰刀的研磨分為手工研磨和數(shù)控研磨。從研磨質(zhì)量上說，數(shù)控研磨的加工質(zhì) 圖 段圓弧的冰刀刀刃線 量要比手工研磨的要高得多。目前，國外已經(jīng)有商品化的數(shù)控冰刀研磨機(jī)，而國內(nèi)目前在冰刀研磨機(jī)領(lǐng)域的研究和開發(fā)則比較落后 ,只有少數(shù)廠家能生產(chǎn)簡4 易磨 刀架和磨刀機(jī)。產(chǎn)品技術(shù)含量低 ,自動化程度不高 ,冰刀的研磨質(zhì)量完全取決于操作者的熟練程度 ,嚴(yán)重影響冰刀研磨的效率和質(zhì)量 ,商品化的手工冰刀研磨機(jī)則尚屬空白 ,更談不上全自動的數(shù)控冰刀研磨機(jī)了 ,這對我國冰上運(yùn)動的發(fā)展是一個(gè)極大的制約。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(jī)勢在必行。 本文目的是解決我國冰刀研磨行業(yè)的共性技術(shù)問題，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控冰刀研磨機(jī)，使冰刀由手工研磨過渡到全自動研磨，在冰刀研磨技術(shù)上產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，提高冰刀研磨的質(zhì)量和效率，促進(jìn)滑冰運(yùn)動的體育器材技術(shù)升級，提升我國滑冰運(yùn)動員的運(yùn) 動成績。 本文的開展，對提高我國滑冰運(yùn)動訓(xùn)練科學(xué)化水平和綜合實(shí)力，促進(jìn)我國體育器材新產(chǎn)品的開發(fā)及科技成果的轉(zhuǎn)化，營造體育科技產(chǎn)業(yè)化環(huán)境，提高冰刀研磨技術(shù)，促進(jìn)體育產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高運(yùn)動員備戰(zhàn)奧運(yùn)會的運(yùn)動成績都將具有非常重要的意義。 本文研究的數(shù)控技術(shù)及其在冰刀研磨領(lǐng)域的應(yīng)用，對于提高我國體育裝備水平和實(shí)力、提冰上項(xiàng)目競爭能力、促進(jìn)社會生產(chǎn)率的發(fā)展等方面都具有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 刀研磨技術(shù)概述 冰刀在冰面上滑行產(chǎn)生磨損，其磨損量小，冰刀的研磨加工是一種磨削量小，精度要求高的加工方式。 目前 ，冰刀的研磨方法主要有兩種，手工研磨和數(shù)控研磨 刀的 手工研磨 手工研磨 是使用多級目數(shù)的精細(xì)磨料對工件表面進(jìn)行多次的磨削加工。先將較粗的磨料混合豬油和煤油，在利用附著體（如鑄鐵）對零件表面給予一定的壓力，進(jìn)行圓周運(yùn)動，經(jīng)過多級的研磨，達(dá)到表面要求。 如圖 工研磨冰刀方法 但是手工研磨存在一些嚴(yán)重的問題，主要有 5 （ 1）手工研磨時(shí)的作用力不易控制，在研磨的過程中容易出現(xiàn)各種問題，如圖 示，當(dāng)手壓磨具作用力過大，就會出現(xiàn)切屑向刀刃處堆積形成卷刃；若研磨冰刀用力不均還將造成偏刃和脊 刃，如圖 示。 （ 2）用油石在冰刀側(cè)面研磨冰刀的卷刃時(shí)，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 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(jì)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(qiáng)度大。 圖 刀的卷刃 圖 刀的偏刃和脊刃 圖 刀的局部鈍刀 刀的數(shù)控研磨技術(shù) 冰刀的數(shù)控研磨，是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到冰刀研磨當(dāng)中去。與手工冰刀研磨相比，數(shù)控冰刀研磨具有質(zhì)的飛躍，使得冰刀的研磨加工質(zhì)量更穩(wěn)定，效率更高，更可靠。數(shù)控冰刀研磨機(jī)，從本質(zhì)意義上講和一臺普通的數(shù)控磨床沒有什么區(qū)別，產(chǎn)品加工都要經(jīng)過數(shù)控編程、刀補(bǔ)、插補(bǔ)、最后控制運(yùn)動軸加工的過程。所不同的是，冰刀數(shù)控研磨機(jī)床是一個(gè)非常專業(yè)化的數(shù)控機(jī)床。冰刀本身的結(jié)構(gòu)小巧，研磨機(jī)是在體育項(xiàng)目中使用，要求能夠經(jīng)常隨運(yùn)動隊(duì)攜帶，這決定了冰刀的數(shù) 控研磨機(jī)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。數(shù)控系統(tǒng)可控制 X、Y、 Z 軸實(shí)現(xiàn)冰刀的測量、研磨、砂輪修整。利用工藝卡編程，可控制機(jī)床對冰刀進(jìn)行粗、精、拋光 3 級研磨。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。利用以上數(shù)控技術(shù)，數(shù)控冰刀研磨機(jī)床具有很強(qiáng)的靈活性，能適應(yīng)任何一把冰刀的研磨。 手工冰刀研磨的精度主要取決于操作人的經(jīng)驗(yàn)程度。而冰刀的數(shù)控研磨其精度則取決于控制系統(tǒng)的質(zhì)量和機(jī)床的機(jī)械傳動精度。 6 內(nèi)外研究狀況 有關(guān)研磨冰刀的機(jī)器 ，在國外已有手工和數(shù)控兩種商品化的產(chǎn)品 例如美國的 司就是生產(chǎn)手工冰刀研磨機(jī)的著名廠家，圖 司也提供一系列手工和數(shù)控冰刀研磨機(jī)，其產(chǎn)品如圖 示。 圖 司的手工冰刀研磨機(jī) 圖 司冰刀研磨機(jī) 我國在冰刀研磨機(jī)領(lǐng)域的研究和開發(fā)則比較落后，只有少數(shù)廠家能生產(chǎn)簡易磨刀架和磨刀機(jī)，如圖 示 圖 產(chǎn)手工冰刀磨刀機(jī) 我國手工冰刀磨刀機(jī)產(chǎn)品技術(shù)含量低，自動 化程度不高，冰刀的研磨質(zhì)量完全取決于作者的熟練程度，嚴(yán)重影響冰刀研磨的效率和質(zhì)量，商品化的手工冰刀研磨機(jī)則尚屬空白，更談不上全自動的數(shù)控冰刀研磨機(jī)了，這對我國冰上運(yùn)動的發(fā)展是一個(gè)極大的制約。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(jī)勢在必行。 要內(nèi)容 （ 1）針對數(shù)控冰刀研磨機(jī)便攜式、剛度、精度的要求，本文確定了冰刀研磨7 機(jī)床的總體布局和關(guān)鍵部件的選?。煌ㄟ^打印機(jī)接口外接自行設(shè)計(jì)的板卡把冰刀研磨機(jī)作為通用 的一個(gè)外設(shè)，從而實(shí)現(xiàn) 接數(shù)控，滿足了冰刀研磨機(jī)便攜式的要求；同時(shí)研制了適合冰 刀研磨加工的專用夾具。 （ 2）冰刀的手工研磨，刀刃線形狀、研磨量、研磨的分級、控制過程全依賴操作員的手感和經(jīng)驗(yàn)程度，難以達(dá)到形狀精度和表面精度的要求。本文分析了影響冰刀精度的各種因素，并針對研磨刀刃線的控制和工藝特點(diǎn)，對冰刀的分級研磨和砂輪的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動進(jìn)行了研究。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)研磨量，自動生成冰刀研磨的加工工藝卡。 （ 3）本文結(jié)合了砂輪的磨損機(jī)理，提出了控制砂輪修整、補(bǔ)償?shù)姆椒ā? （ 4）在華中數(shù)控系統(tǒng)硬件體系的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了冰刀研磨加工的控制過程，設(shè)計(jì)了研磨砂輪的特殊運(yùn)動方法，采取了半閉環(huán)的伺服位置控制方 案，采取擬量單元的數(shù)據(jù)及信號處理環(huán)節(jié)，用變頻器來實(shí)現(xiàn)對砂輪主軸電機(jī)的控制，從而保砂輪以恒定的線速度進(jìn)行研磨加工。 （ 5）本文對基于華中開放式數(shù)控平臺的專用機(jī)床控制軟件開發(fā)進(jìn)行了的研究和探討，研制了冰刀研磨控制軟件，將面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)應(yīng)用到冰刀的數(shù)控編程中去。數(shù)控系統(tǒng)具備友好的人機(jī)界面和加工過程的在線仿真功能。 8 2. 冰刀研磨機(jī)總體結(jié)構(gòu) 本文研究的數(shù)控冰刀研磨機(jī)是集機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備。其中，機(jī)械部分是冰刀研磨機(jī)的重要組成部分。機(jī)械部分的布局 、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝夾技術(shù)將對加工精度、系統(tǒng)可靠性和設(shè)備的便攜性具有十分重要的意義。 刀研磨機(jī)的主要指標(biāo) 冰刀的數(shù)控研磨有其行業(yè)特點(diǎn)。首先，由于每個(gè)冰刀的磨損程度不同，其輪廓形狀位置是未知的。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。再次，冰刀的刀刃面要求有較低的粗糙度。最后，研磨冰刀時(shí)，在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量考慮冰刀的使用壽命，每把冰刀的研磨量設(shè)定要合理。綜合上述冰刀研磨的特點(diǎn)后，確定冰刀研磨機(jī)的主要指標(biāo)為： 1．能夠按特定參數(shù)和仿形自動研磨 300～ 450高 10速滑、短道速滑冰刀的任意弧度。通過 X 、 Y、 Z 三個(gè)軸的伺服電機(jī)控制三維運(yùn)動平臺和研磨運(yùn)動。 2．冰刀研磨過程分粗磨、精磨、拋光三級研磨，磨輪驅(qū)動為變頻、低噪、小功率電機(jī)。冰刀刃平面粗糙度達(dá)到 90°邊刃角直接打磨。一次研磨時(shí)間為 3～ 5 分鐘。 3．采用弧度采集器、線陣 A/D 轉(zhuǎn)換卡、單片機(jī)進(jìn)行接口通訊，能檢測冰刀弧度、刀刃磨損量；接收、運(yùn)算采樣數(shù)據(jù)；顯示研磨過程圖形、進(jìn)行數(shù)據(jù)對比和按弧度檢測數(shù)據(jù)分級研磨。 刀研磨機(jī)的基本 要求 （ 1）該設(shè)備是用于運(yùn)動員研磨冰刀，設(shè)備應(yīng)簡單、可靠、易操作、精度高； （ 2）為了保障冰刀的形狀精度，機(jī)械夾持部分應(yīng)具有良好的剛性和精度； （ 3）設(shè)備的布局、功能應(yīng)適應(yīng)不同種類冰刀研磨的要求。 刀研磨機(jī)總體布局 研磨機(jī)的總體布局是設(shè)計(jì)研磨機(jī)時(shí)影響全局性的決策部署。在總體布局確定后，才能確定部件之間的相對位置及運(yùn)動關(guān)系，進(jìn)一步具體設(shè)計(jì)研磨機(jī)?？傮w布局的影響因素是多方面的，其中，工件的表面形成方法，即冰刀與砂輪怎么做相對運(yùn)動來加工刀刃是設(shè)計(jì)研磨機(jī)時(shí)首先要決定的。表面形成的方法確定后，研磨機(jī)的布局、 傳動、結(jié)構(gòu)及外形等就可初步?jīng)Q定。為了減少或消除研磨機(jī)的振動及熱變形，應(yīng)特別注意主軸變速箱、電動機(jī)等的布局。此外，被加工工件的尺寸、9 重量和技術(shù)要求與研磨機(jī)的布局有密切關(guān)系。總體布局還必須考慮人的因素，能夠滿足操作要求，必須有利于減輕操作者的勞動強(qiáng)度，以提高工作效率，并應(yīng)注意留出必要的維修空間。 數(shù)控冰刀研磨機(jī)機(jī)械部分的總體布局如圖 示，此冰刀研磨機(jī)采用立式設(shè)計(jì)，主要由 X 向進(jìn)給裝置、 Y 向進(jìn)給裝置、 Z 向進(jìn)給裝置、夾具、砂輪裝置五部分組成。由于冰刀的長度在 300~450間， Y 向運(yùn)動行程為 60Z 向運(yùn)動行程只要 20以整個(gè)機(jī)床的尺寸可以設(shè)計(jì)成：長 850300 565 冰刀的研磨過程主要有 X 向冰刀磨削運(yùn)動， Y 向進(jìn)給運(yùn)動和 Z 向調(diào)節(jié)砂輪運(yùn)動，通過這三個(gè)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)對任意弧度冰刀的研磨。本文研究的數(shù)控冰刀研磨機(jī)體積、質(zhì)量較小，轉(zhuǎn)動慣量小，所以可將電機(jī)與絲杠直接相連。如圖 刀固定在夾具 11 上； X 軸電機(jī) 9 帶動絲杠 2 旋轉(zhuǎn)，使滑板 8 沿 而帶動冰刀實(shí)現(xiàn) X 方向的運(yùn)動，行程為 550削刀刃表面和 90°邊刃角；同 理， Y 軸電機(jī) 5 帶動絲杠 6 旋轉(zhuǎn)，使滑板 3 沿 Y 方向移動，從而帶動冰刀實(shí)現(xiàn) Y 方向的運(yùn)動，行程為 60削冰刀的拱高， X 軸和 Y 軸的聯(lián)動可實(shí)現(xiàn)砂輪的磨削運(yùn)動；手輪 13（為了減輕重量，用手輪代替 Z 向電機(jī)）帶動絲杠 12 旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)砂輪 16 的上升下降即 Z 方向的運(yùn)動。砂輪安裝在砂輪架 15 上，由砂輪電機(jī) 14 帶動砂輪 16 轉(zhuǎn)動。 1— X 軸支撐架 2— X 軸絲杠 3— Y 軸滑板 4— 底座 10 5— Y 軸電機(jī) 6— Y 軸絲杠 7— X 軸導(dǎo)軌 8— X 軸滑板 9— X 軸電機(jī) 10— 夾具導(dǎo)軌 11— 夾具 12— Z 軸絲杠 13— 手輪 14— 砂輪電機(jī) 15— 砂輪架 16— 砂輪 圖 控冰刀研磨機(jī)的總體布局 要部件的設(shè)計(jì)和選擇 對主要部件的設(shè)計(jì)和選擇要能滿足冰刀研磨機(jī)的精度、剛度等性能上的要求。 給軸的行程和尺寸 冰刀的長度為 300～ 450作臺的實(shí)際加工行程就是所加工冰刀的長度，即工作臺的實(shí)際加 工行程為 300～ 450在加工開始和結(jié)束時(shí)，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 550加上工作臺本身的長度（ 500裝夾尺寸，得出 X 軸的總尺寸為 828 圖 刀加工尺寸示意圖 刀刃可加工厚度不超過 30圖 示，要給工作臺留出一段加、減速行程，所以 Y 軸的行程為 60加上工作臺本身的寬度（ 200裝夾尺寸，得出 Y 軸的總尺寸為 318刀厚 2輪厚 8上刀具的加、減速行程， Z 軸的 行程設(shè)定為 20于工作臺本身的高度（ 220、砂輪架的高度（ 110裝夾尺寸，所以將 Z 軸的總尺寸設(shè)定為 400 杠的選取 在本設(shè)計(jì)中，采用滾珠絲杠，梯形螺紋。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(jī)屬于小型加工設(shè)備，取滾珠絲杠的直徑為 20以選擇公稱直徑 20稱導(dǎo)程 6杠外徑 滾珠絲杠副。 根據(jù)機(jī)床運(yùn)動軸的行程，確定絲杠的有效螺紋長度分別為 X 軸 600Y 軸 90Z 軸 48 輪架的設(shè)計(jì) 砂輪架（磨具、磨頭）是磨床上用來帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，圖11 冰刀研磨機(jī)的砂輪架結(jié)構(gòu)。經(jīng)過靜平衡的砂輪緊固在主軸上，主軸支撐在軸承上。整個(gè)砂輪架與 Z 軸絲杠相連，實(shí)現(xiàn) Z 方向的運(yùn)動。 1— 端蓋 2— 軸承 3— 砂輪 4— 支撐架 5— 主軸 圖 輪架結(jié)構(gòu) 其中，主軸與軸承是砂輪架的關(guān)鍵部分，主軸軸承系統(tǒng)剛性好，會提高磨削生產(chǎn)率、加工精度和工件表面光潔度。磨床的砂輪主軸多數(shù)采用兩點(diǎn)支承，主軸剛度的計(jì)算簡圖 見圖 據(jù)材料力學(xué)， 式中 I 主軸支撐之間那一段的當(dāng)量慣性矩， ),(4 ? 主軸支撐之間那一段的當(dāng)量外徑和孔徑。當(dāng) d / D ≤ ，孔對剛度的影響可以忽略，I ? ，這里 D = 20軸的剛度為 在本設(shè)計(jì)中，我們選擇單列向心球軸承，其簡化后的支點(diǎn)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(jī) 的整體尺寸，取 a = 20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= 60各個(gè)參數(shù)帶入式（ ，得主軸剛度 K = 610 N /中 E = 200 12 圖 彎主軸計(jì)算簡圖 刀的裝夾技術(shù) 加工冰刀時(shí)，為了保證冰刀良好的定位和冰刀的加工剛度，就必須有適合冰刀的夾具來裝夾冰刀。冰刀的裝夾設(shè)備對加工質(zhì)量有重要影響。 根據(jù)對機(jī)床夾具的分析： （ 1）冰刀研磨機(jī)是一臺專門用來加 工冰刀的機(jī)床； （ 2）運(yùn)動隊(duì)員使用冰刀的加工數(shù)量不大； （ 3）冰刀小巧，形狀有自身特色，長度尺寸不一樣，長度方向具備一定的彎度。通用夾具對其難以勝任。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)一套性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、操作迅速方便的冰刀專用夾具是必須的也是可行的冰刀的裝夾質(zhì)量會對冰刀后續(xù)的加工質(zhì)量產(chǎn)生重要影響， 本文采取兩點(diǎn)定位的裝夾方法，不會影響冰刀的長度方向的彎度?？烧{(diào)節(jié)的夾爪和頂端，可以適合加工不同長度型號的冰刀。兩套緊固螺桿，操作方便，能起到有效的緊固定位作用。 總之，本文冰刀夾具操作方便、使用安全、定位精度好、結(jié)構(gòu)性好 、能滿足工藝的條件。 削力的計(jì)算 磨削力是工件與砂輪接觸后引起的彈性變形、塑性變形、切屑形成以及磨粒和接合劑與工件表面之間的摩擦作用。磨削力可以分為相互垂直的切向磨削力砂輪徑向的法向磨削力 以及沿砂輪軸向的軸向磨削力 一般磨削中，軸向磨削力 較小，可以忽略不計(jì)。由于砂輪磨粒具有較大的負(fù)前角，所以法向磨削力 于切向磨削力 ，通常情況下 在 3 范圍內(nèi)（稱 為磨削比），需要指出的一點(diǎn)，磨削比不但與砂輪的銳利程度有關(guān)，而且隨被加工材料特性的不同而不同。磨削普通鋼料時(shí)， ＝ 3。 13 磨粒開始接觸工件后，即刻受到工件的抗力作用，圖 示為磨粒以平均磨粒切深不考慮摩擦作用的情況下，切削力分布范圍如圖 的虛線范圍。從圖 以看出，側(cè)向推力側(cè)推力以無論是滑擦、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。 圖 粒上的作用力 根據(jù)圖 X ? X 截面內(nèi)作用在磨粒上的切削力 ?? co 式中，位磨 削力（ N/2； 接觸面積； ? －磨粒半頂錐角； ? －切削力方向與 x 方向的夾角。 虛線范圍所示，設(shè)圖中磨粒是具有一定錐角的圓錐，中心線指向砂輪的半徑，且圓錐母線長度為ρ ，則接觸面積 14 ??? 將式代入得 因?yàn)? 將式（ 入（ 得 因此，可求得作用于整個(gè)磨粒上的磨削力如下： 于是可得到磨削力的計(jì)算式 ， b 為磨削寬度； 當(dāng) g 時(shí)，將 ,9 4 2 7 0 ???，代入式中， 可得 : 5,25 ??， 當(dāng) g 時(shí)，將 ,2 8 2 8 2 0 ???代入式中， 15 可得