冰刀研磨机设计【含全套CAD图纸】

购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计说明书 题 目： 冰刀研磨机设计 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业论文（设计）鉴定意见 论文设计题目： 冰刀研磨机设计 学号 ： 姓名： 专业： 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求 毕业设计的主要内容应包括 文献综述、任务提出、方案论证、设计思想、设计计算或理论分析、实验结果、技术分析、结论等，并要有相应的设计图纸和设计说明书 1、学生完成的毕业设计书面材料应包括： （ 1）开题报告（单独装订）。 （ 2）封面内容：湘潭大学学生毕业设计，中英文题目，所属学院，项目组成员，指导教师，专业，年级（班级），起止日期，制表日期。 （ 3）中英文摘要：论文摘要以浓缩的形式概括研究 课题的内容，具有独立性，即不阅读毕业设计报告全文即可获得其主要信息，主要说明毕业设计的内容、研究方法、成果、价值和结论，字数控制在 800 字以内，英文摘要应与中文摘要基本相对应。 （ 4）中英文关键词：关键词为毕业设计报告中使用到的重要词语，各关键词中间用分号隔开，最后一个关键词后不用标点符号，关键词一般为 5 8 个。 （ 5）中英文摘要和关键词的排列顺序为：中文摘要（标识为 摘要 ）、中文关键词（标识为 关键词 ）、英文摘要（标识为 、英文关键词（标识为 ，四部份内容 独立成页，顶格排版。 （ 6）目录：各标题及附件目录。 （ 7）正文：毕业设计报告字数一般在 10000 15000 字之间，毕业论文在8000 15000 字。 （ 8）标题：标题应层次清晰，以“ 1”、“ “ 层次标注标题序号。 （ 9）附录：对正文内容提供支撑的相关材料，如必要的数据、图表、源程购买设计文档后加 费领取图纸 序、图片等。 （ 10）参考文献：毕业设计 20 篇及以上，连续编号 （ 11）致谢：对完成本设计（论文）提供帮助的人员表示感谢，独立成页。 2、 毕业设计的书面成果使用 印纸双面打印或复印，按以上顺序装订。 3、毕业设计的书面成果正文、附录、参考文献、致谢等统一编写页顺序号。 二、重点研究的问题 1、设计冰刀研磨机的总体结构，尤其对机械部分作为主要研究内容； 2、确定冰刀研磨机数控加工工艺和控制系统方案； 3 采用 图软件对冰刀研磨机建模。 三、进度安排 序号 各 阶段完成的内容 完成时间 1 查阅资料、熟悉课题、熟悉 件 2014 年 2 月末 2 撰写开题报告、制订设计方案 2014 年 3 月初 3 撰写设计计算说明书 2014 年 3 月中 4 三维图建模设计分析 2014 年 3 月末 5 画出工程图 2014 年 4 月初 6 修改计算说明书与工程图 2014 年 4 月中 7 装订成稿 2014 年 5 月中 8 答辩 2014 年 5 月底 四、应收集的资料及主要参考文献 1 李斌 李曦 . 数控技术 . 武汉 华中科技大学出版社 2010 2 纪名刚 机械设计 北京 高等教育出版社 2006 3 冯勇 , 霍勇进 . 现代计算机数控系统 . 北京 : 机械工业出版社 , 1996 4 惠延波 . 数控编程的作用与目的 . 机械工业出版社 , 2001 5 王石安 . 冰雪运动 . 北京 :人民体育出版社 , 2001 购买设计文档后加 费领取图纸 6 向华，王小江便携式数控冰刀研磨机的研制中国 制造业信息化， 2005 7 陆剑中 孙家宁 金属切削原理与刀具，北京 机械工业出版社 2011 8 吴南星，孙庆鸿机械系统动态仿真技术研究制造业自动化， 2002 9 周泽华等金属切削原理上海：上海科学技术出版社， 1993 10 左宏志金属研磨平板消除冰刀卷刃的实验研究体育学， 2001 11 王平江曲面测量、建模及数控加工集成技术研究武汉：华中理工大学， 1995 12 王明祖对短道速滑刀弧度的分析冰 雪运动 1994 13 孙恭寿，汤锡铨磨床精化与改造北京：机械工业出版设， 1986 14 张俊生，徐焕铭，谢渭芳等金属切削机床与数控机床北京，机械工业出版社， 1994 15 戴曙金属切削机床设计北京，机械工业出版社， 1986 16 诸兴华磨削原理北京：机械工业出版社， 1988 17 李伯民、赵波现代磨削技术北京：机械工业出版社， 2003 18 陈晓华，邸阳多功能水平定位便携式冰刀刃磨机的研制及应用冰雪运动，2003 19 王德泉 , 陈艳 , 魏仁选等 . 可重用面向对象数控系统及其开发环境研究 , 华中理 2000 20 , A, et . 1993 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业论文（设计）评阅表 学号 姓名 专业 毕业设计题目： 冰刀研磨机设计 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 量是否适当； 研、社会等实际相结合。 能力 合归纳资料的能力； 究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 许国柱同学的毕业设计为冰刀研磨机设计，该选题符合专业培养目标，具有学术研究价值。 该生查阅文献资料能力较强，能够全面收集关于冰刀研磨机的资料，设计计算说明书格式正确，完全符合学院规定，内容较为完整，层次结构安排科学，主要观点 突出，逻辑关系清楚，有一定的个人见解，设计思路较为清晰，综合运用知识能力较强。 毕业设计质量良好，同意参加答辩。 评阅人： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 姓名： 专业： 毕业设计说明书 页 图 表 张 设计题目： 冰刀研磨机的设计 内容提要： 本文针对影响冰刀研磨设备便携性的因素，提出了两点实现设备便携性的方法。 确定了冰刀研磨机的总体布局和关键元部件的选取，冰刀采取立式，工作台采取 卧式，尽量缩小设备的尺寸 通过打印机接口直接连接冰刀研磨设备，实现 直接数控，从而去掉了传统数控设备中的工控机，以满足冰刀研磨机便携性 的要求。 其次，本文分析了影响冰刀加工质量的因素。结合这些因素，制定了冰刀研磨 的加工工艺。冰刀 采取粗磨、精磨、抛光磨三级研磨，控制系统根据研磨总量自动 生成研磨工艺。研究设计了冰刀研磨的专用砂轮，同时根据砂轮的磨损机理，提出 了砂轮修整方法。 最后，在基于开放式数控平台的基础上，开发了冰刀研磨的系统控制软件。 设计了冰刀研磨砂轮的特殊运动方式。采用 拟量单元的数据及信号处理 环节，用变频器来实现对砂轮主轴电机的控制，从而保证砂轮以恒定的线速度进行 研磨加工。将面向对象编程技术应用到冰刀的数控编程中，使数控编程变得简单易懂。 系统软件提供了友好的人机界面，使人机交互变得 容易，更适合于运动员操作 使用，同时，系统还提供了加工在线仿真功能，使研磨加工过程变得形象而具体。 指导教师评语 许国柱同学设计的题目是冰刀研磨机的设计，立题指导思想明确，结构设计合理可行，设计原理正确无误，毕业设计计算说明书条理层次较为清楚，撰写思路清晰，语言流畅简练，逻辑性较强，计算内容规范准确，文献引用合理，科学性较强，设计的软件能够正常运行，图纸设计合理，设计思路和功能实现上，都有自己一定的想法，购买设计文档后加 费领取图纸 并得到了初步实现， 同意该生参加答辩，建议成绩评定为良好。 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为 答辩委员会主任： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 目 录 摘 要 . 绪论 .究的背景、目的和现实意义 .刀研磨技术概述 .内外研究状况 .要内容 . 冰刀研磨机总体结构 .刀研磨机的主要指标 .刀研磨机的基本要求 .刀研磨机总体布局 .要部件的设计和选择 . 10 削力的计算 .刀的裝夹技术 . 12 章小结 . 15 3 冰刀研磨的数控加工工艺 . 16 控研磨的特点 . 16 响冰刀研磨质量的因素 . 16 料的选择 . 18 轮的结构 . .刀与砂轮位置关系 .轮的修整 . 20 章小结 . 冰刀研磨机控制系统方案 .统的硬件结构 . 23 磨的运动控制分析 . 23 轮恒线速度的控制 . 24 章小结 . 冰刀研磨机机械结 构的几何建模 .件简介 .刀研磨机机械结构实体建模过程 .章小结 . 总结与展望 . 32 7 参考文献 .文文献1 冰刀研磨机设计 摘 要 冰上运动的发展对冰刀质量提出了更高的要求，可是冰刀的手工研磨自动化程度低，研磨质量和效率难以得到保证。在国内，本文首次将数控方法应用到冰刀研磨当中去。冰刀的数控研磨需满足设备便携、工艺简单、控制精确、研磨精度高 等方面的要求。本文结合国家体育总局冬奥会攻关项目“便携式数控冰刀测量与研磨机的研制”，围绕上述要求进行了系统的深入研究，具体内容如下： 首先，冰刀数控研磨机的便携性主要体现在其设备本身的质量和体积上。本文针对影响冰刀研磨设备便携性的因素，提出了两点实现设备便携性的方法。确定了冰刀研磨机的总体布局和关键元部件的选取，冰刀采取立式，工作台采取卧式，尽量缩小设备的尺寸。 通过打印机接口直接连接冰刀研磨设备，实现 直接数控，从而去掉了传统数控设备中的工控机，以满足冰刀研磨机便携性的要求。 其次，本文分 析了影响冰刀加工质量的因素。结合这些因素，制定了冰刀研磨的加工工艺。冰刀采取粗磨、精磨、抛光磨三级研磨，控制系统根据研磨总量自动生成研磨工艺。研究设计了冰刀研磨的专用砂轮，同时根据砂轮的磨损机理，提出了砂轮修整方法。 最后，在基于华中开放数控平台的基础上，开发了冰刀研磨的系统控制软件。设计了冰刀研磨砂轮的特殊运动方式采用 拟量单元的数据及信号处理环节，用变频器来实现对砂轮主轴电机的控制从而保证砂轮以恒定的线速度进行研磨加工。将面向对象编程技术应用到冰刀的数控编程中，使数控编程变得简单易懂。 系统软件提供了友好的人机界面，使人机交互变得容易，更适合于运动员操作使用，同时，系统还提供了加工在线仿真功能，使研磨加工过程变得形象而具体。 关键词 ： 冰刀 数控研磨机 便携式 砂轮修整 面向对象编程 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 绪 论 究的背景、目的和意义 本次研究课题来源于国家体育总局 2006 年冬奥会攻关项目“便携式数控冰刀 测量与研磨机的研制”，项目编号 03038，本文属于项目中的冰刀数控研磨机部分。滑冰运动起源于荷兰。 13 世纪中叶 ,荷兰出现铁制冰刀。冰刀是冰上运动鞋下面的块刀片，它是冰上运动的基础。如图 刀外形示意图 和 示，冰刀的刀刃线一般是由几段半径（ 8 10 米）很大的圆弧线组成，刀刃 一般厚 2 毫米。 到了 17 世纪 ,溜冰逐渐发展成为一种运动项目。冰刀 是冰上运动的基础。今天 ,运动员和滑冰运动爱好者取得了越来越好的成绩 而 ,冰刀使用一段时间后 ,其刃口会变钝 ,这时需要对其重新研磨 ,使其恢复原来的形状。因此 冰刀的研磨分为手工研磨和数控研磨。从研磨质量上说，数控研磨的加工质 图 段圆弧的冰刀刀刃线 量要比手工研磨的要高得多。目前，国外已经有商品化的数控冰刀研磨机，而国内目前在冰刀研磨机领域的研究和开发则比较落后 ,只有少数厂家能生产简4 易磨 刀架和磨刀机。产品技术含量低 ,自动化程度不高 ,冰刀的研磨质量完全取决于操作者的熟练程度 ,严重影响冰刀研磨的效率和质量 ,商品化的手工冰刀研磨机则尚属空白 ,更谈不上全自动的数控冰刀研磨机了 ,这对我国冰上运动的发展是一个极大的制约。因此 ,开发具有自主知识产权的国产数控冰刀研磨机势在必行。 本文目的是解决我国冰刀研磨行业的共性技术问题，开发具有自主知识产权的数控冰刀研磨机，使冰刀由手工研磨过渡到全自动研磨，在冰刀研磨技术上产生质的飞跃，提高冰刀研磨的质量和效率，促进滑冰运动的体育器材技术升级，提升我国滑冰运动员的运 动成绩。 本文的开展，对提高我国滑冰运动训练科学化水平和综合实力，促进我国体育器材新产品的开发及科技成果的转化，营造体育科技产业化环境，提高冰刀研磨技术，促进体育产品结构的调整，提高运动员备战奥运会的运动成绩都将具有非常重要的意义。 本文研究的数控技术及其在冰刀研磨领域的应用，对于提高我国体育装备水平和实力、提冰上项目竞争能力、促进社会生产率的发展等方面都具有很好的社会效益和经济效益。 刀研磨技术概述 冰刀在冰面上滑行产生磨损，其磨损量小，冰刀的研磨加工是一种磨削量小，精度要求高的加工方式。 目前 ，冰刀的研磨方法主要有两种，手工研磨和数控研磨 刀的 手工研磨 手工研磨 是使用多级目数的精细磨料对工件表面进行多次的磨削加工。先将较粗的磨料混合猪油和煤油，在利用附着体（如铸铁）对零件表面给予一定的压力，进行圆周运动，经过多级的研磨，达到表面要求。 如图 工研磨冰刀方法 但是手工研磨存在一些严重的问题，主要有 5 （ 1）手工研磨时的作用力不易控制，在研磨的过程中容易出现各种问题，如图 示，当手压磨具作用力过大，就会出现切屑向刀刃处堆积形成卷刃；若研磨冰刀用力不均还将造成偏刃和脊 刃，如图 示。 （ 2）用油石在冰刀侧面研磨冰刀的卷刃时，手控制油石的平稳度不够，易产生偏斜，用力程度也难以控制到最佳状态，常出现油石在刃侧面滑掉，直接伤及刀刃造成局部钝刀，如图 示； （ 3）现阶段用的油石磨料粒度受限制，无法加工出最低粗糙度的冰刀锋刃； （ 4）油石不易修平，平面度差的油石难以保证被研磨冰刀表面的几何形状； （ 5）手工研磨，冰刀的轮廓曲线难以与设计值吻合，这将影响冰刀的滑行质量； （ 6）手工研磨精度不高、生产效率低，劳动强度大。 图 刀的卷刃 图 刀的偏刃和脊刃 图 刀的局部钝刀 刀的数控研磨技术 冰刀的数控研磨，是数控技术应用到冰刀研磨当中去。与手工冰刀研磨相比，数控冰刀研磨具有质的飞跃，使得冰刀的研磨加工质量更稳定，效率更高，更可靠。数控冰刀研磨机，从本质意义上讲和一台普通的数控磨床没有什么区别，产品加工都要经过数控编程、刀补、插补、最后控制运动轴加工的过程。所不同的是，冰刀数控研磨机床是一个非常专业化的数控机床。冰刀本身的结构小巧，研磨机是在体育项目中使用，要求能够经常随运动队携带，这决定了冰刀的数 控研磨机应该是便携式的 体积小、重量轻 利用数控的编程技术可以编出任何平面的冰刀刀刃线。数控系统可控制 X、Y、 Z 轴实现冰刀的测量、研磨、砂轮修整。利用工艺卡编程，可控制机床对冰刀进行粗、精、抛光 3 级研磨。粗磨完成主要的轮廓加工，精磨、抛光磨主要是提高精度和表面光洁度。利用以上数控技术，数控冰刀研磨机床具有很强的灵活性，能适应任何一把冰刀的研磨。 手工冰刀研磨的精度主要取决于操作人的经验程度。而冰刀的数控研磨其精度则取决于控制系统的质量和机床的机械传动精度。 6 内外研究状况 有关研磨冰刀的机器 ，在国外已有手工和数控两种商品化的产品 例如美国的 司就是生产手工冰刀研磨机的著名厂家，图 司也提供一系列手工和数控冰刀研磨机，其产品如图 示。 图 司的手工冰刀研磨机 图 司冰刀研磨机 我国在冰刀研磨机领域的研究和开发则比较落后，只有少数厂家能生产简易磨刀架和磨刀机，如图 示 图 产手工冰刀磨刀机 我国手工冰刀磨刀机产品技术含量低，自动 化程度不高，冰刀的研磨质量完全取决于作者的熟练程度，严重影响冰刀研磨的效率和质量，商品化的手工冰刀研磨机则尚属空白，更谈不上全自动的数控冰刀研磨机了，这对我国冰上运动的发展是一个极大的制约。因此，开发具有自主知识产权的国产数控冰刀研磨机势在必行。 要内容 （ 1）针对数控冰刀研磨机便携式、刚度、精度的要求，本文确定了冰刀研磨7 机床的总体布局和关键部件的选取；通过打印机接口外接自行设计的板卡把冰刀研磨机作为通用 的一个外设，从而实现 接数控，满足了冰刀研磨机便携式的要求；同时研制了适合冰 刀研磨加工的专用夹具。 （ 2）冰刀的手工研磨，刀刃线形状、研磨量、研磨的分级、控制过程全依赖操作员的手感和经验程度，难以达到形状精度和表面精度的要求。本文分析了影响冰刀精度的各种因素，并针对研磨刀刃线的控制和工艺特点，对冰刀的分级研磨和砂轮的结构和运动进行了研究。数控系统根据研磨量，自动生成冰刀研磨的加工工艺卡。 （ 3）本文结合了砂轮的磨损机理，提出了控制砂轮修整、补偿的方法。 （ 4）在华中数控系统硬件体系的基础上，详细分析了冰刀研磨加工的控制过程，设计了研磨砂轮的特殊运动方法，采取了半闭环的伺服位置控制方 案，采取拟量单元的数据及信号处理环节，用变频器来实现对砂轮主轴电机的控制，从而保砂轮以恒定的线速度进行研磨加工。 （ 5）本文对基于华中开放式数控平台的专用机床控制软件开发进行了的研究和探讨，研制了冰刀研磨控制软件，将面向对象编程技术应用到冰刀的数控编程中去。数控系统具备友好的人机界面和加工过程的在线仿真功能。 8 2. 冰刀研磨机总体结构 本文研究的数控冰刀研磨机是集机械、电气、计算机和控制技术于一体的机械加工设备。其中，机械部分是冰刀研磨机的重要组成部分。机械部分的布局 、结构设计、裝夹技术将对加工精度、系统可靠性和设备的便携性具有十分重要的意义。 刀研磨机的主要指标 冰刀的数控研磨有其行业特点。首先，由于每个冰刀的磨损程度不同，其轮廓形状位置是未知的。其次，冰刀数控研磨属于成形加工，不但要将刀刃磨出来，还必须将冰刀轮廓形状修复成规定的形状。再次，冰刀的刀刃面要求有较低的粗糙度。最后，研磨冰刀时，在保证质量的前提下，应尽量考虑冰刀的使用寿命，每把冰刀的研磨量设定要合理。综合上述冰刀研磨的特点后，确定冰刀研磨机的主要指标为： 1能够按特定参数和仿形自动研磨 300 450高 10速滑、短道速滑冰刀的任意弧度。通过 X 、 Y、 Z 三个轴的伺服电机控制三维运动平台和研磨运动。 2冰刀研磨过程分粗磨、精磨、抛光三级研磨，磨轮驱动为变频、低噪、小功率电机。冰刀刃平面粗糙度达到 90边刃角直接打磨。一次研磨时间为 3 5 分钟。 3采用弧度采集器、线阵 A/D 转换卡、单片机进行接口通讯，能检测冰刀弧度、刀刃磨损量；接收、运算采样数据；显示研磨过程图形、进行数据对比和按弧度检测数据分级研磨。 刀研磨机的基本 要求 （ 1）该设备是用于运动员研磨冰刀，设备应简单、可靠、易操作、精度高； （ 2）为了保障冰刀的形状精度，机械夹持部分应具有良好的刚性和精度； （ 3）设备的布局、功能应适应不同种类冰刀研磨的要求。 刀研磨机总体布局 研磨机的总体布局是设计研磨机时影响全局性的决策部署。在总体布局确定后，才能确定部件之间的相对位置及运动关系，进一步具体设计研磨机。总体布局的影响因素是多方面的，其中，工件的表面形成方法，即冰刀与砂轮怎么做相对运动来加工刀刃是设计研磨机时首先要决定的。表面形成的方法确定后，研磨机的布局、 传动、结构及外形等就可初步决定。为了减少或消除研磨机的振动及热变形，应特别注意主轴变速箱、电动机等的布局。此外，被加工工件的尺寸、9 重量和技术要求与研磨机的布局有密切关系。总体布局还必须考虑人的因素，能够满足操作要求，必须有利于减轻操作者的劳动强度，以提高工作效率，并应注意留出必要的维修空间。 数控冰刀研磨机机械部分的总体布局如图 示，此冰刀研磨机采用立式设计，主要由 X 向进给装置、 Y 向进给装置、 Z 向进给装置、夹具、砂轮装置五部分组成。由于冰刀的长度在 300450间， Y 向运动行程为 60Z 向运动行程只要 20以整个机床的尺寸可以设计成：长 850300 565 冰刀的研磨过程主要有 X 向冰刀磨削运动， Y 向进给运动和 Z 向调节砂轮运动，通过这三个运动来实现对任意弧度冰刀的研磨。本文研究的数控冰刀研磨机体积、质量较小，转动惯量小，所以可将电机与丝杠直接相连。如图 刀固定在夹具 11 上； X 轴电机 9 带动丝杠 2 旋转，使滑板 8 沿 而带动冰刀实现 X 方向的运动，行程为 550削刀刃表面和 90边刃角；同 理， Y 轴电机 5 带动丝杠 6 旋转，使滑板 3 沿 Y 方向移动，从而带动冰刀实现 Y 方向的运动，行程为 60削冰刀的拱高， X 轴和 Y 轴的联动可实现砂轮的磨削运动；手轮 13（为了减轻重量，用手轮代替 Z 向电机）带动丝杠 12 旋转，实现砂轮 16 的上升下降即 Z 方向的运动。砂轮安装在砂轮架 15 上，由砂轮电机 14 带动砂轮 16 转动。 1 X 轴支撑架 2 X 轴丝杠 3 Y 轴滑板 4 底座 10 5 Y 轴电机 6 Y 轴丝杠 7 X 轴导轨 8 X 轴滑板 9 X 轴电机 10 夹具导轨 11 夹具 12 Z 轴丝杠 13 手轮 14 砂轮电机 15 砂轮架 16 砂轮 图 控冰刀研磨机的总体布局 要部件的设计和选择 对主要部件的设计和选择要能满足冰刀研磨机的精度、刚度等性能上的要求。 给轴的行程和尺寸 冰刀的长度为 300 450作台的实际加工行程就是所加工冰刀的长度，即工作台的实际加 工行程为 300 450在加工开始和结束时，工作台要有一段加速行程和减速行程，所以将 X 轴的总行程设定为 550加上工作台本身的长度（ 500装夹尺寸，得出 X 轴的总尺寸为 828 图 刀加工尺寸示意图 刀刃可加工厚度不超过 30图 示，要给工作台留出一段加、减速行程，所以 Y 轴的行程为 60加上工作台本身的宽度（ 200装夹尺寸，得出 Y 轴的总尺寸为 318刀厚 2轮厚 8上刀具的加、减速行程， Z 轴的 行程设定为 20于工作台本身的高度（ 220、砂轮架的高度（ 110装夹尺寸，所以将 Z 轴的总尺寸设定为 400 杠的选取 在本设计中，采用滚珠丝杠，梯形螺纹。丝杠的刚度与直径大小直接相关，直径大、刚度好，但直径太大转动惯量也大，考虑到研磨机属于小型加工设备，取滚珠丝杠的直径为 20以选择公称直径 20称导程 6杠外径 滚珠丝杠副。 根据机床运动轴的行程，确定丝杠的有效螺纹长度分别为 X 轴 600Y 轴 90Z 轴 48 轮架的设计 砂轮架（磨具、磨头）是磨床上用来带动砂轮作高速旋转的关键部件，图11 冰刀研磨机的砂轮架结构。经过静平衡的砂轮紧固在主轴上，主轴支撑在轴承上。整个砂轮架与 Z 轴丝杠相连，实现 Z 方向的运动。 1 端盖 2 轴承 3 砂轮 4 支撑架 5 主轴 图 轮架结构 其中，主轴与轴承是砂轮架的关键部分，主轴轴承系统刚性好，会提高磨削生产率、加工精度和工件表面光洁度。磨床的砂轮主轴多数采用两点支承，主轴刚度的计算简图 见图 据材料力学， 式中 I 主轴支撑之间那一段的当量惯性矩， ),(4 主轴支撑之间那一段的当量外径和孔径。当 d / D ，孔对刚度的影响可以忽略，I ，这里 D = 20轴的刚度为 在本设计中，我们选择单列向心球轴承，其简化后的支点在轴承中部；通常，主轴前端的悬伸长度 a 由构造决定，根据冰刀研磨机 的整体尺寸，取 a = 20般情况下 I= (3 5)a，大型磨床取下限，中小型磨床取上限，故取 I= 60各个参数带入式（ ，得主轴刚度 K = 610 N /中 E = 200 12 图 弯主轴计算简图 刀的裝夹技术 加工冰刀时，为了保证冰刀良好的定位和冰刀的加工刚度，就必须有适合冰刀的夹具来裝夹冰刀。冰刀的裝夹设备对加工质量有重要影响。 根据对机床夹具的分析： （ 1）冰刀研磨机是一台专门用来加 工冰刀的机床； （ 2）运动队员使用冰刀的加工数量不大； （ 3）冰刀小巧，形状有自身特色，长度尺寸不一样，长度方向具备一定的弯度。通用夹具对其难以胜任。根据以上分析，设计一套性能稳定、结构紧凑、操作迅速方便的冰刀专用夹具是必须的也是可行的冰刀的裝夹质量会对冰刀后续的加工质量产生重要影响， 本文采取两点定位的裝夹方法，不会影响冰刀的长度方向的弯度。可调节的夹爪和顶端，可以适合加工不同长度型号的冰刀。两套紧固螺杆，操作方便，能起到有效的紧固定位作用。 总之，本文冰刀夹具操作方便、使用安全、定位精度好、结构性好 、能满足工艺的条件。 削力的计算 磨削力是工件与砂轮接触后引起的弹性变形、塑性变形、切屑形成以及磨粒和接合剂与工件表面之间的摩擦作用。磨削力可以分为相互垂直的切向磨削力砂轮径向的法向磨削力 以及沿砂轮轴向的轴向磨削力 一般磨削中，轴向磨削力 较小，可以忽略不计。由于砂轮磨粒具有较大的负前角，所以法向磨削力 于切向磨削力 ，通常情况下 在 3 范围内（称 为磨削比），需要指出的一点，磨削比不但与砂轮的锐利程度有关，而且随被加工材料特性的不同而不同。磨削普通钢料时， 3。 13 磨粒开始接触工件后，即刻受到工件的抗力作用，图 示为磨粒以平均磨粒切深不考虑摩擦作用的情况下，切削力分布范围如图 的虚线范围。从图 以看出，侧向推力侧推力以无论是滑擦、耕犁或切削状态下磨粒所受法向磨削力都大于切向磨削力。 图 粒上的作用力 根据图 X X 截面内作用在磨粒上的切削力 co 式中，位磨 削力（ N/2； 接触面积； 磨粒半顶锥角； 切削力方向与 x 方向的夹角。 虚线范围所示，设图中磨粒是具有一定锥角的圆锥，中心线指向砂轮的半径，且圆锥母线长度为 ，则接触面积 14 将式代入得 因为 将式（ 入（ 得 因此，可求得作用于整个磨粒上的磨削力如下： 于是可得到磨削力的计算式 ， b 为磨削宽度； 当 g 时，将 ,9 4 2 7 0 ，代入式中， 可得 : 5,25 ， 当 g 时，将 ,2 8 2 8 2 0 代入式中， 15 可得