開刃機方案論證剖析

1、機電工程學院畢業(yè)設計方案論證報告題目：D125金剛石鋸片開刃機設計磨頭部件設計專業(yè)：機械設計制造及其自動化班級：學號：姓名：2016指導教師：年3月15日目錄1金剛石鋸片開刃機簡介11.1 金剛石鋸片簡介11.2 開刃機簡介22方案設計與選擇3任務內(nèi)容和要求3任務內(nèi)容3任務要求3開刃方式的選擇3磨頭部件方案設計5方案設計的選擇53電動機的選擇64床身材料的選擇6論證結(jié)果7參考文獻71金剛石鋸片開刃機簡介金剛石鋸片簡介金剛石鋸片如圖1-1所示，金剛石鋸片是一種切割工具，廣泛應用于混凝土、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

2、熱壓燒結(jié)而成，鋸片基體由合金鋼板制成，僅需要進行機加工和熱處理，往往有專門的廠家生產(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程中起切割的部分，刀頭會在使用中而不斷地消耗掉，而基體則不會，刀頭之所以能起切割的作用是因為其中含有金剛石，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、陶瓷、晶體、寶石等材料加工中均有很大的用途。下面簡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會出現(xiàn)金剛石石墨化現(xiàn)象，過去很少開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

3、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，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，這類工具表現(xiàn)出明顯的不適應。在市場需求的推動下，近年來人們投入大量人力物力研究開發(fā)鑄鐵加工用金剛石工具，開發(fā)的金剛石鋸片已經(jīng)能滿足鑄鐵的開槽、切斷等切割要求。對比傳統(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。在市場銷售方面，這兩年歐美市場增長較快，但國內(nèi)市場幾乎還是空白，預計未來幾年國內(nèi)會很快形成龐大市場。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

4、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，用來保護基體，同時減少切割中的磨擦熱。所有金剛石鋸片在燒結(jié)之后必須進行開刃。在使用的過程中，金剛石鋸片會逐漸失去應有的幾何尺寸，這時磨削性能逐步變差，也需要不斷的整形和修銳。所謂開刃是指通過一定方法去除適當量的釬焊金屬，從而使得金剛石磨粒充分暴露，開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)達國家的應用相當廣泛，技術和標準比較成熟，產(chǎn)品及市場已經(jīng)細分，但隨著金剛石鋸片技術的進一步發(fā)展，金剛石鋸片的應用會繼續(xù)拓展，市場仍會繼續(xù)增長。國內(nèi)金剛石鋸片市場已經(jīng)成為世界最大的市場，但鋸片的等級、品種、應用范圍

5、以及制造技術等方面仍與發(fā)達國家存在較大差距，無論技術還是市場都有很大的發(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。開刃機簡介我國是石材和陶瓷的生產(chǎn)、消費、出口大國，金剛石圓鋸片是用于石材陶瓷等材料切割的主要工具，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行燒結(jié)后的開刃，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)廠家的所用開刃機各有不同，且相當一部分廠家的開刃機在當?shù)刈灾?。由于一般的機械制造廠家對金剛石鋸片開刃過程沒有深入的認識，所生產(chǎn)的開刃機雖然可以使用，但是針對性不強，尤其是金剛石圓鋸片側(cè)刃開刃機（簡稱側(cè)刃機）。專門針對整體燒結(jié)金剛石圓鋸片開刃機的開

6、刃形式及開刃參數(shù)、裝夾方式、砂輪消耗過程等關鍵性問題進行的研究還很欠缺。本設計將圍繞高質(zhì)、高效、實用等方面，對現(xiàn)有開刃的兩種主要形式的開刃過程進行實驗研究，選擇出合理的開刃形式和開刃參數(shù)，并針對開刃過程中影響工效與成本的重要因素提出合理的解決方案。本設計根據(jù)課題要求，設計型號為D125的開刃機床，對直徑300mmz下鋸片進行側(cè)面開刃，因此開刃機應當能適應一定尺寸范圍的鋸片。參考現(xiàn)有開刃機結(jié)構(gòu)（如圖1-3）,主要包括電動機，主傳動部件，進給傳動部件，磨頭部件設計，床體以及其他輔助部件的設計。結(jié)合鋸片結(jié)構(gòu)分析，開刃機磨頭具備往復運動功能時，能夠提高勞動生產(chǎn)率和降低工人勞動強度。主軸是用于安裝鋸片的

7、部件，因此對主軸的要求是安裝可靠，運動平穩(wěn)以保證一定的加工質(zhì)量，另外還應當能夠?qū)︿徠M行快速裝卸。圖1-32方案設計與選擇任務內(nèi)容和要求任務內(nèi)容開刃機是金剛石鋸片制造中的主要設備之一，通過開刃工序提高鋸片的精度和外觀。本設計是應企業(yè)要求對目前直徑300以下鋸片開刃，本設計要求在原來主要采用手工操作開刃裝置的基礎上進行自動開刃裝置設計。據(jù)此，本設計增加磨頭自動擺動機構(gòu)，提高開刃磨削效率、提高開刃精度。本設計包括：開刃機床身部件設計，進給機構(gòu)設計和工件主軸部件設計等幾個部分。任務要求進行本課題研究需要參考機械設計手冊、砂輪磨削技術相關的文獻資料，參考現(xiàn)有相關設備以及相關論文，應用計算機等輔助設計，

8、工作量應包括總裝配、主要部分裝配圖、主要部分零件圖等，其中要求主要圖紙有三維設計，學生要求為機制專業(yè)，能夠較熟練地使用CA/計算機設計軟件。開刃方式的選擇單側(cè)開刃：是以砂輪的往復運動配合鋸片的吃刀（進給）運動進行刃磨的開刃方式（以下簡稱單側(cè)開刃）。砂輪與工件的相對位置關系如圖1所示。進行開刃時，金剛石鋸片通過進給機構(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)運動，砂輪高速旋轉(zhuǎn)的同時進行往復運動，單側(cè)開刃的進給運動是依靠絲杠螺母機構(gòu)實現(xiàn)，砂輪的往復運動依靠曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)。金剛石鋸片的另開刃一側(cè)有法蘭的支撐定位。圖3-2單側(cè)開刃方式雙側(cè)開刃：是對刀后以砂輪的吃刀運動進行刃磨的開刃方式

9、（以下簡稱雙側(cè)開刃）。雙側(cè)開刃是依靠砂輪邊緣與燒結(jié)體內(nèi)側(cè)對刀后，采用吃刀與進給同方向的操作，進給量接近于零。圖3-2雙側(cè)開刃方式磨頭部件方案設計采用電動機通過V型帶與磨頭主軸相連實現(xiàn)磨頭切削運動，這需要設計一個傳動主軸和帶輪的設計。這樣的傳動方式比較簡單，都是普遍采用的方式。采用電主軸與磨頭直接相連的方式實現(xiàn)傳動，電主軸是最近幾年在數(shù)控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術。高速數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床的“零傳動”。這種主軸電動機與機床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機床的傳

10、動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨立出來。方案的選擇根據(jù)參考文獻3對兩種開刃方式的實驗研究，單側(cè)開刃由于鋸片的往復運動使得切削區(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)開刃不會因為正壓力的增加而使鋸片產(chǎn)生變形。而雙側(cè)開刃過程中，切屑的排出比較困難，因而溫升明顯，同時由于溫升導致基體更易于變形，在磨削正壓力的作用下，就可能出現(xiàn)鋸片變形。當采用大吃刀量進行開刃時，單側(cè)開刃基本上可以正常操作，而雙側(cè)開刃輕則導致鋸片燒結(jié)體出現(xiàn)輕度氧化燒傷，重則導致鋸片變形。從刃型外觀角度分析，一個合理的開刃過程應由“整形”和“出刃”兩部分組成，單側(cè)開刃由于有法蘭的支撐，基準可靠，在快速往復運動下可

11、以迅速“整平”鋸片。因此，“整形”過程比較科學，不僅開刃出的鋸片沒有變形，而且燒結(jié)體相對于基體的平整度也高，開刃后鋸片的幾何尺寸一致性高。觀察金剛石的拖尾可見，單側(cè)開刃的鋸片的金剛石拖尾合理，不會太長，有利于增加鋸片切割時的容屑空間。雙側(cè)開刃由于是依靠砂輪自身的平整度來保證開刃后切割片燒結(jié)體的平整度，由于必須采用緩吃刀、間歇退刀的方式進行開刃，不可避免的在燒結(jié)體表面產(chǎn)生斷續(xù)振紋，另外，由于這種開刃方式只能選用較小的法蘭盤夾持鋸片，鋸片必須保證足夠的外部懸伸量，讓刀現(xiàn)象也會比較顯著，這都會使刃型的外觀受到影響。另外，單側(cè)開刃的砂輪消耗要比雙側(cè)開刃小。對于單側(cè)開刃方式，要完成金剛石鋸片的雙面開刃，

12、需要在加工完一側(cè)之后，卸下工件，對工件進行反裝或裝到另一臺開刃設備上。這會增減工人勞動強度，降低勞動生產(chǎn)率，設備投入也較大。綜合對比兩種開刃方式的優(yōu)缺點，考慮本設計的具體要求，確定選用單側(cè)開刃方式。對于磨頭部件的設計，方案一和方案二均能實現(xiàn)磨頭的切削運動，但是倆種方案各有優(yōu)缺點。方案一增加了磨頭主軸和帶輪的設計，選用V型帶傳動可以通過打滑現(xiàn)象有效防止過載現(xiàn)象的產(chǎn)生而避免軸和電動機的破壞，而且考慮到成本和經(jīng)濟效益，方案一更好。方案二加上了電主軸，電主軸是新興產(chǎn)物，但是價格比較昂貴，沒有方案一更節(jié)省成本，所以綜合來說選擇方案一更佳。3電動機的選擇電動機是開刃機的動力裝置，為機器的運轉(zhuǎn)提供動力。電動

13、機的選擇主要是指功率的選擇，功率選小不能發(fā)揮機械設備的能力，降低生產(chǎn)率，且電動機經(jīng)常在過載情況下運行會過早損壞，還有可能啟動困難，電動機功率選大，設備投資費用會增加，且電動機經(jīng)常在輕載下工作，效率和功率因數(shù)也都會下降。根據(jù)本次設計機器的工作要求，電動機主要為傳動機構(gòu)提供動力，來保證對金剛石鋸片的開刃質(zhì)量。三相交流異步電動機具有過載能力強、價格便宜、運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單及使用、安裝、維護方便等優(yōu)點，被廣泛應用于各個領域，所以可用于開刃機的原動機?？蛇x電機的額定功率為1.5KW三相交流異步電動機，磁極對數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，相同功率時體積越大，造價越高，效率越低，所以選磁極對數(shù)為二級。4床身材料的選擇能

14、夠作為床身的材料有很多種，在滿足床身設計準則的前提下，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.結(jié)構(gòu)應使用床身上的零部件安裝、調(diào)整、修理和潤滑都方便；4抗震性能好；5.耐腐蝕性、耐磨性好。本次設計的開刃機是小型機器，且床身主要作用是是為傳動機構(gòu)提供支持，故床身不需要選用過于昂貴的材料，以免增加制作成本，造成不必要的浪費。機床開機后的轉(zhuǎn)速很高極易產(chǎn)生振動，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；性價比最高的就是鑄鐵，造價低，加工容易；鑄鐵材料強度、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

15、，而且安裝拆卸方便。論證結(jié)果根據(jù)以上分析，對于本次設計，采用單側(cè)開刃方式。以曲柄滑塊機構(gòu)帶動磨頭實現(xiàn)往復運動，以絲杠螺母機構(gòu)實現(xiàn)進給運動，確定工件與砂輪的相對位置與相對運動關系。選擇三相交流異步電動機為動力源。選擇灰口鑄鐵作為床身材料。參考文獻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中旭，王鳳歌，吳敬秋.PLC控制金剛石鋸片開刃機的研制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刃機設計.金剛石與磨料磨具工程,2009.64吳宗澤.機械設計實用手冊.機械工業(yè)出版社，2009,4.5周開勤.機械零件手冊.第5版M.北京：高等教育出版社