開(kāi)刃機(jī)方案論證

1、機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告題目： D125 金剛石鋸片開(kāi)刃機(jī)設(shè)計(jì)磨頭部件設(shè)計(jì)專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：2016指 導(dǎo) 教 師：年 3 月 15 日河南工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告目錄1 金剛石鋸片開(kāi)刃機(jī)簡(jiǎn)介11.1 金剛石鋸片簡(jiǎn)介11.2 開(kāi)刃機(jī)簡(jiǎn)介22 方案設(shè)計(jì)與選擇32.1 任務(wù)內(nèi)容和要求32.1.1 任務(wù)內(nèi)容32.1.2 任務(wù)要求32.2 開(kāi)刃方式的選擇32.3 磨頭部件方案設(shè)計(jì)52.4 方案設(shè)計(jì)的選擇53 電動(dòng)機(jī)的選擇64 床身材料的選擇6論證結(jié)果 7 參考文獻(xiàn) 7河南工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告1 金剛石鋸片開(kāi)刃機(jī)簡(jiǎn)介1.1 金剛石鋸片簡(jiǎn)介金剛

2、石鋸片如圖 1-1 所示，金剛石鋸片是一種切割工具， 廣泛應(yīng)用于混凝土、 耐火材料、石材，陶瓷等硬脆材料的加工。 金剛石鋸片由基體和刀頭兩部分組成， 刀頭是由金剛石和釬焊金屬粉末在石墨模中熱壓燒結(jié)而成， 鋸片基體由合金鋼板 制成，僅需要進(jìn)行機(jī)加工和熱處理， 往往有專門(mén)的廠家生產(chǎn)， 基體是粘結(jié)刀頭的 主要支撐部分， 而刀頭則是在使用過(guò)程中起切割的部分， 刀頭會(huì)在使用中而不斷 地消耗掉，而基體則不會(huì)，刀頭之所以能起切割的作用是因?yàn)槠渲泻薪饎偸?金剛石作為目前最硬的物質(zhì)， 它在刀頭中摩擦切割被加工對(duì)象， 而金剛石顆粒則 由金屬包裹在刀頭內(nèi)部。圖 1-1圖 1-2 金剛石鋸片在鑄鐵、石材、玻璃、陶

3、瓷、晶體、寶石等材料加工中均有很大 的用途。下面簡(jiǎn)單介紹一下鑄鐵加工方面金剛石鋸片的用途。 由于金剛石工具加 工鐵基材料時(shí)會(huì)出現(xiàn)金剛石石墨化現(xiàn)象， 過(guò)去很少開(kāi)展鑄鐵加工用金剛石工具的 研究，因此用于加工鑄鐵的工具主要為硬質(zhì)合金刀具、剛玉 （或碳化硅 ）磨具等， 這些工具在使用中普遍存在著加工效率低、加工質(zhì)量差、工具安全性低等缺點(diǎn)，河南工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告尤其在加工材質(zhì)為耐磨鑄鐵以及鑄鐵件的白口層、 孕沙層時(shí)， 這類工具表現(xiàn)出明 顯的不適應(yīng)。 在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下， 近年來(lái)人們投入大量人力物力研究開(kāi)發(fā)鑄鐵 加工用金剛石工具， 開(kāi)發(fā)的金剛石鋸片已經(jīng)能滿足鑄鐵的開(kāi)槽、 切斷等切割要求。

4、對(duì)比傳統(tǒng)工具， 金剛石鋸片在加工質(zhì)量、 使用壽命、 加工效率等方面都成倍的提 高，表現(xiàn)出高效、低耗、安全的特點(diǎn)。在市場(chǎng)銷售方面，這兩年歐美市場(chǎng)增長(zhǎng)較 快，但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)幾乎還是空白， 預(yù)計(jì)未來(lái)幾年國(guó)內(nèi)會(huì)很快形成龐大市場(chǎng)。 這種鋸 片都采用鋸齒形式， 最初是用電鍍法生產(chǎn)， 現(xiàn)在采用燒結(jié)焊接和電鍍相結(jié)合的方 法制作，鋸片刀頭采用熱壓燒結(jié)， 然后激光焊接在基體上， 再在鋸片基體側(cè)面鍍 上粒度為 70/80 的金剛石，用來(lái)保護(hù)基體，同時(shí)減少切割中的磨擦熱。所有金剛石鋸片在燒結(jié)之后必須進(jìn)行開(kāi)刃。 在使用的過(guò)程中 , 金剛石鋸片會(huì) 逐漸失去應(yīng)有的幾何尺寸 , 這時(shí)磨削性能逐步變差 , 也需要不斷的整形和修銳。

5、 所 謂開(kāi)刃是指通過(guò)一定方法去除適當(dāng)量的釬焊金屬，從而使得金剛石磨粒充分暴 露，開(kāi)刃之后的金剛石鋸片才具有切割的能力。金剛石鋸片在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用相當(dāng)廣泛， 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)比較成熟， 產(chǎn)品及市場(chǎng) 已經(jīng)細(xì)分，但隨著金剛石鋸片技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 , 金剛石鋸片的應(yīng)用會(huì)繼續(xù)拓展， 市場(chǎng)仍會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。 國(guó)內(nèi)金剛石鋸片市場(chǎng)已經(jīng)成為世界最大的市場(chǎng)， 但鋸片的等 級(jí)、品種、應(yīng)用范圍以及制造技術(shù)等方面仍與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距 , 無(wú)論技術(shù) 還是市場(chǎng)都有很大的發(fā)展空間， 希望行業(yè)有志之士繼續(xù)努力， 將上述差距盡早消 除。1.2 開(kāi)刃機(jī)簡(jiǎn)介我國(guó)是石材和陶瓷的生產(chǎn)、 消費(fèi)、出口大國(guó)， 金剛石圓鋸片是用于石材陶瓷 等材料切割

6、的主要工具， 所有的整體燒結(jié)金剛石干切片以及一部分濕用切割片都 需要進(jìn)行燒結(jié)后的開(kāi)刃，使得金剛石充分暴露，方具有切割能力。目前，不同金 剛石工具生產(chǎn)廠家的所用開(kāi)刃機(jī)各有不同， 且相當(dāng)一部分廠家的開(kāi)刃機(jī)在當(dāng)?shù)刈?制。由于一般的機(jī)械制造廠家對(duì)金剛石鋸片開(kāi)刃過(guò)程沒(méi)有深入的認(rèn)識(shí)， 所生產(chǎn)的 開(kāi)刃機(jī)雖然可以使用， 但是針對(duì)性不強(qiáng)， 尤其是金剛石圓鋸片側(cè)刃開(kāi)刃機(jī) （ 簡(jiǎn)稱 側(cè)刃機(jī) ） 。專門(mén)針對(duì)整體燒結(jié)金剛石圓鋸片開(kāi)刃機(jī)的開(kāi)刃形式及開(kāi)刃參數(shù)、裝夾 方式、砂輪消耗過(guò)程等關(guān)鍵性問(wèn)題進(jìn)行的研究還很欠缺。 本設(shè)計(jì)將圍繞高質(zhì)、 高 效、實(shí)用等方面， 對(duì)現(xiàn)有開(kāi)刃的兩種主要形式的開(kāi)刃過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究， 選擇出 合理的開(kāi)

7、刃形式和開(kāi)刃參數(shù)， 并針對(duì)開(kāi)刃過(guò)程中影響工效與成本的重要因素提出 合理的解決方案。本設(shè)計(jì)根據(jù)課題要求，設(shè)計(jì)型號(hào)為 D125的開(kāi)刃機(jī)床，對(duì)直徑 300mm以下鋸 片進(jìn)行側(cè)面開(kāi)刃， 因此開(kāi)刃機(jī)應(yīng)當(dāng)能適應(yīng)一定尺寸范圍的鋸片。 參考現(xiàn)有開(kāi)刃機(jī) 結(jié)構(gòu)（如圖 1-3 ），主要包括電動(dòng)機(jī)，主傳動(dòng)部件，進(jìn)給傳動(dòng)部件，磨頭部件設(shè) 計(jì)，床體以及其他輔助部件的設(shè)計(jì)。 結(jié)合鋸片結(jié)構(gòu)分析， 開(kāi)刃機(jī)磨頭具備往復(fù)運(yùn) 動(dòng)功能時(shí)， 能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。 主軸是用于安裝鋸片的部 件，因此對(duì)主軸的要求是安裝可靠， 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)以保證一定的加工質(zhì)量， 另外還應(yīng)河南工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告當(dāng)能夠?qū)︿徠M(jìn)行快速裝

8、卸。圖 1-32 方案設(shè)計(jì)與選擇2.1 任務(wù)內(nèi)容和要求2.1.1 任務(wù)內(nèi)容開(kāi)刃機(jī)是金剛石鋸片制造中的主要設(shè)備之一， 通過(guò)開(kāi)刃工序提高鋸片的精度 和外觀。本設(shè)計(jì)是應(yīng)企業(yè)要求對(duì)目前直徑 300以下鋸片開(kāi)刃， 本設(shè)計(jì)要求在原來(lái) 主要采用手工操作開(kāi)刃裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)刃裝置設(shè)計(jì)。 據(jù)此，本設(shè)計(jì)增加 磨頭自動(dòng)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高開(kāi)刃磨削效率、提高開(kāi)刃精度。本設(shè)計(jì)包括：開(kāi)刃機(jī)床 身部件設(shè)計(jì)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和工件主軸部件設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。2.1.2 任務(wù)要求進(jìn)行本課題研究需要參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、 砂輪磨削技術(shù)相關(guān)的文獻(xiàn)資料， 參 考現(xiàn)有相關(guān)設(shè)備以及相關(guān)論文，應(yīng)用計(jì)算機(jī)等輔助設(shè)計(jì)，工作量應(yīng)包括總裝配、 主要部分裝配圖

9、、 主要部分零件圖等， 其中要求主要圖紙有三維設(shè)計(jì)， 學(xué)生要求 為機(jī)制專業(yè)，能夠較熟練地使用 CAD等計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件。2.2 開(kāi)刃方式的選擇方案一單側(cè)開(kāi)刃：是以砂輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)配合鋸片的吃刀 （進(jìn)給） 運(yùn)動(dòng)進(jìn)行刃磨的開(kāi) 刃方式 （ 以下簡(jiǎn)稱單側(cè)開(kāi)刃 ） 。砂輪與工件的相對(duì)位置關(guān)系如圖 1 所示。進(jìn)行開(kāi) 刃時(shí)，金剛石鋸片通過(guò)進(jìn)給機(jī)構(gòu)靠近砂輪，最終使得砂輪切入。之后，金剛石鋸 片做低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 砂輪高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 單側(cè)開(kāi)刃的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是河南工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告依靠絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)， 砂輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)依靠曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 金剛石鋸片的 另開(kāi)刃一側(cè)有法蘭的支撐定位。圖 3-2

10、 單側(cè)開(kāi)刃方式方案二雙側(cè)開(kāi)刃： 是對(duì)刀后以砂輪的吃刀運(yùn)動(dòng)進(jìn)行刃磨的開(kāi)刃方式 （以下簡(jiǎn)稱雙側(cè) 開(kāi)刃 ）。雙側(cè)開(kāi)刃是依靠砂輪邊緣與燒結(jié)體內(nèi)側(cè)對(duì)刀后，采用吃刀與進(jìn)給同方向 的操作，進(jìn)給量接近于零。河南工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告圖 3-2 雙側(cè)開(kāi)刃方式2.3 磨頭部件方案設(shè)計(jì)方案一采用電動(dòng)機(jī)通過(guò) V 型帶與磨頭主軸相連實(shí)現(xiàn)磨頭切削運(yùn)動(dòng)， 這需要設(shè)計(jì)一個(gè)傳動(dòng)主軸和帶輪的設(shè)計(jì)。這樣的傳動(dòng)方式比較簡(jiǎn)單，都是普遍采用的方式。方案二采用電主軸與磨頭直接相連的方式實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)， 電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床 領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)。 高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng) 取消了帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。 機(jī)

11、床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)， 從而把機(jī)床主 傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸 “合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式， 使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì) 獨(dú)立出來(lái)。2.4 方案的選擇根據(jù)參考文獻(xiàn) 3 對(duì)兩種開(kāi)刃方式的實(shí)驗(yàn)研究，單側(cè)開(kāi)刃由于鋸片的往復(fù)運(yùn) 動(dòng)使得切削區(qū)的切屑容易排出， 溫升較低， 而且由于有法蘭可以支撐到燒結(jié)體部 位，因此單側(cè)開(kāi)刃不會(huì)因?yàn)檎龎毫Φ脑黾佣逛徠a(chǎn)生變形。 而雙側(cè)開(kāi)刃過(guò)程中， 切屑的排出比較困難， 因而溫升明顯， 同時(shí)由于溫升導(dǎo)致基體更易于變形， 在磨 削正壓力的作用下，就可能出現(xiàn)鋸片變形。當(dāng)采用大吃刀量進(jìn)行開(kāi)刃時(shí), 單側(cè)開(kāi)河南工業(yè)

12、大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告刃基本上可以正常操作 , 而雙側(cè)開(kāi)刃輕則導(dǎo)致鋸片燒結(jié)體出現(xiàn)輕度氧化燒傷 , 重 則導(dǎo)致鋸片變形。從刃型外觀角度分析，一個(gè)合理的開(kāi)刃過(guò)程應(yīng)由“整形”和“出刃”兩部分 組成, 單側(cè)開(kāi)刃由于有法蘭的支撐 , 基準(zhǔn)可靠 , 在快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)下可以迅速 “整平” 鋸片。因此 , “整形”過(guò)程比較科學(xué) ,不僅開(kāi)刃出的鋸片沒(méi)有變形 , 而且燒結(jié)體相 對(duì)于基體的平整度也高 , 開(kāi)刃后鋸片的幾何尺寸一致性高。觀察金剛石的拖尾可 見(jiàn),單側(cè)開(kāi)刃的鋸片的金剛石拖尾合理 , 不會(huì)太長(zhǎng) , 有利于增加鋸片切割時(shí)的容屑 空間。雙側(cè)開(kāi)刃由于是依靠砂輪自身的平整度來(lái)保證開(kāi)刃后切割片燒結(jié)體的平整 度,

13、由于必須采用緩吃刀、 間歇退刀的方式進(jìn)行開(kāi)刃 , 不可避免的在燒結(jié)體表面產(chǎn) 生斷續(xù)振紋 , 另外, 由于這種開(kāi)刃方式只能選用較小的法蘭盤(pán)夾持鋸片 ,鋸片必須 保證足夠的外部懸伸量 , 讓刀現(xiàn)象也會(huì)比較顯著 , 這都會(huì)使刃型的外觀受到影響。 另外，單側(cè)開(kāi)刃的砂輪消耗要比雙側(cè)開(kāi)刃小。對(duì)于單側(cè)開(kāi)刃方式，要完成金剛石鋸片的雙面開(kāi)刃， 需要在加工完一側(cè)之后， 卸下工件，對(duì)工件進(jìn)行反裝或裝到另一臺(tái)開(kāi)刃設(shè)備上。這會(huì)增減工人勞動(dòng)強(qiáng)度， 降低勞動(dòng)生產(chǎn)率，設(shè)備投入也較大。綜合對(duì)比兩種開(kāi)刃方式的優(yōu)缺點(diǎn)， 考慮本設(shè)計(jì)的具體要求， 確定選用單側(cè)開(kāi) 刃方式。對(duì)于磨頭部件的設(shè)計(jì)， 方案一和方案二均能實(shí)現(xiàn)磨頭的切削運(yùn)動(dòng)， 但

14、是倆種 方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。 方案一增加了磨頭主軸和帶輪的設(shè)計(jì)， 選用 V 型帶傳動(dòng)可以通 過(guò)打滑現(xiàn)象有效防止過(guò)載現(xiàn)象的產(chǎn)生而避免軸和電動(dòng)機(jī)的破壞， 而且考慮到成本 和經(jīng)濟(jì)效益，方案一更好。方案二加上了電主軸，電主軸是新興產(chǎn)物，但是價(jià)格 比較昂貴，沒(méi)有方案一更節(jié)省成本，所以綜合來(lái)說(shuō)選擇方案一更佳。3 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)是開(kāi)刃機(jī)的動(dòng)力裝置， 為機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。 電動(dòng)機(jī)的選擇主要是 指功率的選擇， 功率選小不能發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力， 降低生產(chǎn)率， 且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常 在過(guò)載情況下運(yùn)行會(huì)過(guò)早損壞， 還有可能啟動(dòng)困難， 電動(dòng)機(jī)功率選大， 設(shè)備投資 費(fèi)用會(huì)增加，且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在輕載下工作，效率和功率因數(shù)也都會(huì)下降

15、。根據(jù)本次設(shè)計(jì)機(jī)器的工作要求， 電動(dòng)機(jī)主要為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力， 來(lái)保證對(duì) 金剛石鋸片的開(kāi)刃質(zhì)量。 三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有過(guò)載能力強(qiáng)、 價(jià)格便宜、 運(yùn)行 可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，所以 可用于開(kāi)刃機(jī)的原動(dòng)機(jī)?？蛇x電機(jī)的額定功率為 1.5KW。三相交流異步電動(dòng)機(jī)， 磁極對(duì)數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，相同功率時(shí)體積越大，造價(jià)越高，效率越低，所以選 磁極對(duì)數(shù)為二級(jí)。4 床身材料的選擇能夠作為床身的材料有很多種， 在滿足床身設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下， 需根據(jù)床身 的不同用途和所處環(huán)境，考慮以下各項(xiàng)要求： 1. 床身的重量合適，成本低，材料 選擇合適； 2.結(jié)構(gòu)合理，便于制造； 3.

16、 結(jié)構(gòu)應(yīng)使用床身上的零部件安裝、調(diào)整、河南工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告修理和潤(rùn)滑都方便； 4抗震性能好； 5. 耐腐蝕性、耐磨性好。 本次設(shè)計(jì)的開(kāi)刃機(jī)是小型機(jī)器，且床身主要作用是是為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供支持， 故床身不需要選用過(guò)于昂貴的材料， 以免增加制作成本， 造成不必要的浪費(fèi)。 機(jī) 床開(kāi)機(jī)后的轉(zhuǎn)速很高極易產(chǎn)生振動(dòng)， 笨重的鑄鐵材料及其高含量的石墨可以起到 減磨吸震的效果；性價(jià)比最高的就是鑄鐵，造價(jià)低，加工容易；鑄鐵材料強(qiáng)度、 剛度都很高，塑性變形小，不易產(chǎn)生形變，不需要焊接，比較環(huán)保，而且安裝拆 卸方便。論證結(jié)果根據(jù)以上分析， 對(duì)于本次設(shè)計(jì)， 采用單側(cè)開(kāi)刃方式。 以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)磨 頭實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 以絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 確定工件與砂輪的相對(duì)位置與 相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。選擇三相交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源。 選擇灰口鑄鐵作為床身材料。參考文獻(xiàn)1 陳先, 徐西鵬.金剛石工具的自銳判據(jù) -鋸片的最佳容屑比 J. 石材,1994.12 申旭，王鳳歌，吳敬秋 .PLC 控制金剛石鋸片開(kāi)刃機(jī)的研制 J. 金剛石與磨 料磨具工程 ,2010.63 駱燦彬 , 徐西鵬 . 一種高效型金剛石鋸片開(kāi)刃機(jī)設(shè)計(jì) . 金剛石與磨料磨具工 程,2009.64 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) . 機(jī)械工業(yè)出版社， 2009，4.5 周開(kāi)勤. 機(jī)械零件手冊(cè) . 第 5 版M. 北京: 高等教育出版社 ,