刑事訴訟中證人出庭難的思考

ePAGE切斷刀磨位姿及刃磨參數研究e(e)指導老師：e[摘要]本文主要闡述了車刀的種類及其分類方法；建立了切斷刀的三維零件模型；并確定了切斷刀刃磨的參數；對車刀角度及車刀角度對切削加工的影響作了研究和分析；詳細闡述了刀具各個角度的刃磨方法；研究切斷刀不同位姿，建立其數學模型并采用相應的夾具，以實現對切斷刀的刃磨。[關鍵詞]車刀角度刃磨參數三維建模數學模型

CuttingKnifeGrindingPositionandOrientationParamererResearche(e)Tutor：eeAbstract：Thispaperdescribedthetypesofturningtoolsandtheirclassification;Cutter3Dpartmodel;andtodeterminethecutoffbladegrindingparameterswerestudied;theangleofturningtoolsandlathetoolpointofviewofcuttingandanalysis;elaborateonthedifferentanglesofthetoolsharpening;studycuttingknifedifferentpositionandorientation,toestablishitsmathematicalmodelandthecorrespondingfixture,inordertoachievethesharpeningofthecuttingknife.Keywords：cuttingtoolsgeometryanglesharpeningparameterthreedimensionalmodelingmathematicalmodelingPAGE46目錄TOC\o"1-3"\h\u引言 11.切斷刀刃磨參數研究 31.1車刀基礎知識 31.1.1車刀的組成 31.1.2確定車刀角度的輔助平面 31.1.3切斷刀的角度和主要作用 41.2切斷刀的種類和裝夾 51.2.1切斷刀的種類和幾何形狀 51.2.2切斷刀的刃磨要求和裝夾 71.3切斷刀各個角度對切削的影響 71.3.1前角的功用及選擇 71.3.2后角功用及選擇 81.3.3主偏角的功用及選擇 91.3.4副偏角的功用及選擇 101.3.5刃傾角的功用及選擇 101.4常用的車刀材料 111.4.1對車刀材料的性能要求 111.4.2常用的車刀材料 111.5車刀的刃磨參數總結及優(yōu)化 121.5.1常用切斷刀的幾何參數 121.6建立刀面方程 131.6.1主后刀面方程 141.6.2副后刀面方程式 141.6.3前刀面方程 152.基于Pro/Engineer的刀具三維建模簡介 162.1車刀的三維建模簡介 162.1.1車刀的建模分析 163切斷刀磨位姿調整 203.1刃磨裝置的數學模型 203.1.1主后刀面坐標變換 213.1.2副后刀面的坐標變換 223.1.3前刀面坐標變換 223.2刃磨總體方案 243.2.1方案1 243.2.2方案2 253.2.3方案3 263.3車刀的位姿調整 274.1砂輪的選取 334.2電主軸的選擇 37致謝 40參考文獻 41引言 在機械加工中，金屬切削刀具的幾何參數的合理選擇及高質量的刃磨直接影響到機械加工的質量、刀具耐用度、生產效率和加工成本。因此機械加工中，正確的選擇刀具角度以及如何獲得所選角度的大小，尤其顯得重要。俗話說：“三分工藝，七分刀具”，這充分說明了刀具和車刀刃磨技術在機械加工中的突出地位。一把好的刀具切削性能的好壞主要取決于制造刀具的材料、刀具的結構、刀具切削部分的幾何參數。其中刀具材料固然重要，但當刀具材料和刀具結構確定之后，刀具切削部分的集合參數對切削性能的影響就成為十分重要的因素，如何刃磨這些參數使其達到加工中的要求，是一項非常重要的工作。例如：在數控加工中，由于刀頭結構和刀具切削部分形狀選擇不合理，本來用一把刀具可以完成所有面的加工，且需要多把刀具來完成，造成加工效率低下，也沒有完全發(fā)揮數控加工的優(yōu)越性，在生產實踐中，這類現象很多。 刀具在整個加工制造成本中，看似只占很小的比例。但在整個加工效率方面，恰恰是刀具起舉足輕重的作用。隨著對加工精度的提高，對刀具的要求也更高，相對刀具的成本也在增加，所以刀具的重新修磨就顯得尤為重要！以往的刀具刃磨僅僅只限于人工在砂輪上修磨，或者由刀具廠家回收修磨，這些方式就談不上效率可言了?，F在，加工中心的技術工人們，不可能在工作初期，用大量的時間來修磨刀具。刀具的精度、使用壽命和刀具結構越來越成為影響加工能力和生產效率的關鍵因素，昂貴的刀具成為生產成本的重要組成部分。因此，用于刀具修磨的刃磨機行業(yè)就越來越受到加工制造業(yè)的認可。在實際加工中，要保證加工出合格的產品，首先必須根據加工的實際情況，合理選擇刀具的材料、刀具的幾何參數等，然后按照具體要求來獲得刀具合理的幾何參數，對于焊接車刀而言，這些幾何參數往往要經過刃磨達到要求。本次畢業(yè)設計就以切斷刀對刀具刃磨參數進行詳細探討。研究在不同的切削條件下，刀具幾何角度對切削加工的影響以及刀具刃磨參數的合理選擇。詳細闡述了切斷刀各個角度的刃磨方法，并建立切斷刀的三維模型及數學模型，研究車刀刃磨的磨削運動及刀具位姿的調整。通過合理安排三個移動和兩個轉動自由度以及不同的砂輪形狀，采用相應的夾持工件（刀具）裝置，以實現對車刀的刃磨。

1.切斷刀刃磨參數研究1.1車刀基礎知識1.1.1車刀的組成車刀是由刀頭（或刀片）和刀柄兩部分組成。刀頭部分擔負切削工作，所以又稱切削部分。刀柄用來夾車刀。車刀的刀頭由以下部分組成：（1）前刀面（前面）刀具上切屑流過的表面。（2）后刀面（后面）工件上切削中產生的表面相對的表面。分主后刀面和副后刀面。同前面相交形成主切削刃的是主后刀面；同前面相交形成的是副后刀面。（3）切削刃刀具前面上擬作切削用的刃。（4）主切削刃起始于切削刃上主偏角為零的點，并至少有一段切削刃擬作用來在工件上切出過渡表面的那個整段切削刃。主切削刃擔負主要的切削工作。圖1.1刀具的組成（5）副切削刃切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于主偏角為零的點，但它向背離主切削刃的方向延伸。副切削刃配合主切削刃完成切削工作。圖1.1刀具的組成（6）刀尖指主切削刃與副切削刃的連接處相當少的一部分切削刃。為了提高刀尖強度，很多刀具都在刀尖處磨出圓弧型或直線型過渡刃。圓弧過渡刃又稱刀尖圓弧。一般硬質合金車刀的刀尖圓弧半徑=0.5～1mm。1.1.2確定車刀角度的輔助平面為了確定和測量車刀的角度，需要建立以下幾個假想的輔助平面為基準，（見圖1-2）。（1）基面（）過切削刃選定的平面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及測量時適合于安裝或定位的一個平面或軸線，一般水來其方位要垂直于假定的主運動方向。（2）切削平面（）通過切削刃相切并垂直于基面的平面。（3）正交平面（）通過切削刃選定點并同時垂直于基面和切削平面的平面。（4）法平面（）通過切削刃選定點并垂直于切削刃的平面。（5）將工作平面()通過切削刃選定點并垂直于基面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨幾測量時適合于安裝或定位的一個平面或軸線，一般來說其方位要平行于假定的進給運動方向。圖1.2刀具平面（6）背平面（）通過切削刃選定點并垂直于基面和假定工作平面的平面。圖1.2刀具平面1.1.3切斷刀的角度和主要作用圖1.3切斷刀角度切斷刀切削部分共有八個獨立的基本角度：前角（）、主后角（）、副后角（左）、（右）主偏角（）、副偏角（左）、（右）刃傾角（）。（1）前角（）前刀面與基面之間的夾角，在正交平面中測量。前角影響刃口的鋒利和強度、影響切削變形和切削力。增大前角能使車刀刃口鋒利，減少切削變形，可使切削省力，并使切屑容易排出。（2）后角（）后刀面與切削平面之間的夾角，在正交平面中測量。副后面與切削平面間的夾角則為副后角（），后角的作用主要是減少后刀面與工件之間的摩擦。（3）主偏角（）主切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面中測量。主偏角的主要作用是可以改變主切削刃和刀頭的受力情況和散熱條件。（4）副偏角（）副切削平面與假定工作平面間的夾角在基面中測量。副偏角的主要作用是減少副切削刃與工件加工表面之間的摩擦。（5）刃傾角（）主切削刃與基面之間的夾角，在主切削平面中測量。刃傾角的主要作用是可以控制切屑的排出方向；當刃傾角為負值時，還可增加刀頭強度和當車刀受沖擊時保護刀尖。刃傾角有正值、負值和零度三種。當刀尖是主切削刃的最高點時，刃傾角為正值。切削時，切屑排向工作待加工表面，車出的工件表面粗糙度較細，但刀尖強度較差。當刀尖是主切削刃的最低點時，刀傾角為負值。切削時，切屑排向工件已加工表面，容易擦毛已加工表面，但刀尖強度好，在車削有沖擊工件是，沖擊點先接觸在遠離刀尖的切削刃處，從而保護了刀尖，每當主切削刃與基面平行時，刃傾角等于零度。切削時，切屑基本上垂直于主切削刃方向排除。車刀除了上述六個基本角度外，還可以計算出兩個常用的派生角度：（6）楔角（）前面與后面間的夾角，在正交平面中測量。它影響刀頭的強度，楔角可用下式計算=90°-（+）（式1.1）（7）刀尖角（）主切削平面和副切削平面間的夾角，在基面中測量。它影響刀尖強度和散熱條件，刀尖角可以用下式計算=180°-（+）（式1.2）1.2切斷刀的種類和裝夾1.2.1切斷刀的種類和幾何形狀切斷刀以橫向進給為主，前端的切削刃是主切削刃，兩側的切削刃是副切削刃。為了減少工件材料的浪費和切斷時能切到工件中心，一般切斷刀的主切削刃較狹，刀頭較長，刀頭強度比其他車刀差，所以在選擇幾何參數和切削用量時應特別注意。（1）前角（）切斷中碳鋼時，=20°～30°；切斷鑄鐵時，=0°～10°。（2）主后角（）=6°～8°。（3）副后角（）切斷刀有兩個對稱的副后角=1°～2°。它們的作用后是減少切斷刀副后角和工件的摩擦?？紤]到切斷刀刀頭狹而長，兩個副后角不能太大。（4）主偏角（）切斷刀以橫向進給為主，因此=90°。（5）副偏角（）切斷刀的兩個副偏角也必須對稱。它們的作用是減少副切削刃和工件的摩擦。為了不削弱刀頭強度，取1°～1°30′。（6）主切削刃寬度（α）主切削刃太寬會因切削力增大而引起振動，并浪費工件材料，太狹又容易使刀頭折斷。主切削刃寬度α可用下面的經驗公式計算α≈（0.5～0.6）√D式中α——主切削刃寬度（mm）；D——工件直徑（mm）。（7）刀頭長度（L）刀頭太長也容易引起振動和使刀頭折斷。刀頭長度L可用下式計算L=h+（2+3）mm式中L——刀頭長度（mm）；H——切入深度（mm）。切斷實心工件時，切入深度等于工件半徑。為了使切削順利，在切斷刀的前刀面上應磨出一個較淺的卷屑槽。一般深度為0.75～1.5mm，但長度應超過切入深度。卷屑槽過深，會削弱刀頭強度。為了防止切下的工件端面留有有凸頭，以及使帶孔工件不留邊緣，可以將切斷刀主切削刃略磨斜些。2.）硬質合金切斷刀隨著掃毒切削的普遍采用，硬質合金切斷刀的應用也越來越廣泛。一般切斷時，由于切削和工件槽寬相等容易堵塞在槽內。為了排屑順利，可把住切削刃兩邊倒角或摸成人字形。高速切斷時，產生大量的切削熱，為了防止刀片脫焊，必須家注充分的切削液。發(fā)現切削刃磨鈍，應及時刃磨。為了增加刀頭的支承強度，常將切斷刀的刀頭下部作成凸圓弧形。3.）彈性切斷刀為了節(jié)省高速鋼切斷刀可以做成片狀，再裝夾在彈性桿上。這樣既節(jié)約了刀具材料，刀桿又有彈性。當進給量過大時，由于彈性刀桿受力變形，刀桿彎曲中心在上面，刀頭會自動退讓出一些。因襲切割時不容易“扎刀”，切斷刀不容易折斷。4.）反切刀切斷直徑較大的工件時，因刀頭長剛性差，很容易引起振動，這時可采用反向切斷法，即工件反轉，使用反切刀來切斷。這樣可以使切斷時作用在工件上的切削力與工件重力方向一致，不易引起振動，而且，切斷時切屑向下面排出，不容易堵塞在槽中使用方向切斷法時，卡盤和主軸的連接部位必須裝有保險裝置，以防卡盤倒轉時從主軸上脫開而發(fā)生事故。車一般外溝槽的切槽刀的角度和形狀與切斷刀基本相同。車狹的外溝槽時，切槽刀的主切削刃寬度應與槽寬相等，但刀頭程度只需稍大于槽深。1.2.2切斷刀的刃磨要求和裝夾1.切斷刀的刃磨要求刃磨切斷刀時，必須保證兩副后刀面平直、對稱，使兩個副偏角和兩個副后角角度相等，且位置對稱。在兩個刀尖處各磨一個小圓弧過渡刃，以增加刀尖強度。2.切斷刀的裝夾（1）切斷刀伸出不宜過長，刀頭中心線必須裝得與工件軸線垂直，以保證兩副偏角相等。（2）切斷實心工件時，切斷刀必須裝得與工件軸線等高，否則不能切到中心，而且容易使切斷刀折斷。（3）切斷刀底面應平整，否則會使兩副后角不對稱。下面介紹一把典型的通孔車刀，這種車孔刀的集合形狀如下：κr=75°；κr′=15°；主切削刃上磨出λa=6°的刃傾角，并磨出切屑槽或圓弧形卷屑槽，使切屑向前排出。這把車孔刀刀尖位于刀柄中心線上，這樣刀柄在孔中截面積就可增大，刀柄剛性好。另外刀柄上下是兩個平面，刀柄做得長，可根據不同孔深調節(jié)刀柄伸出長度，以利發(fā)揮刀柄的最大剛性。1.3切斷刀各個角度對切削的影響1.3.1前角的功用及選擇(1)前角的功用前角影響切削過程中變形和摩擦，又影響刀具的強度。它的作用主要有以下幾方面。a.影響切削區(qū)的變形程度。增大前角能減小切削變形，從而減小切削力及切削功率的消耗。b.影響刀具壽命。增大前角，可以減小切削力和切削熱，使壽命提高。但是，如前角過大，會使刀頭部分體積減少，強度降低，易使刀具崩刃，反而是壽命降低。c.影響切削形態(tài)和切屑效果。減小前角，切削變形程度增大，也就是說切屑變得又短又厚，容易斷屑。d.影響已加工表面質量。增大前角，使切屑刃鈍圓半徑減小，切屑刃鋒利，可以減少已加工表面的硬化程度，也可以一直切屑瘤和減小振動，使已加工表面質量提高。(2)前角的合理選擇a.在刀具材料韌性好時，可選用大的前角，如高速鋼刀具比硬質合金刀具的前角大5°～10°。b.對于成形刀具來說，為減小刀具的截形誤差，常用較小前角，甚至取前角為零度。c.加工塑性材料時，尤其是加工硬化嚴重的材料，應選用較大的前角，加工脆性材料時用較小前角。加工特硬材料時，可取負前角。d.粗加工，尤其是斷續(xù)切削，為保證切削刃有足夠強度，應選用較小前角，精加工應增大前角以提高已加工表面質量。e.工藝系統(tǒng)剛性差和機動功率不足時，應選用較大前角。硬質合金刀具刃磨前角時的角度參考值可參考表1.1[4]。表1.1硬質合金刀具刃磨前角時的角度參考值工件材料粗車精車低碳鋼20°～25°25°～30°中碳鋼10°～15°15°～20°合金鋼10°～15°15°～20°淬火鋼-15°～-5°不銹鋼15°～20°20°～25°灰鑄鐵10°～15°5°～10°銅及銅合金10°～15°5°～10°鋁及鋁合金30°～35°35°～40°鈦合金5°～10°注：高速鋼車刀的前角，一般比表中的數據大些，詳細的刃磨參數參見表1.3。1.3.2后角功用及選擇(1)后角的功用后角是刀具上重要的幾何角度之一，它的主要作用有：a.影響表面質量。增大后角在切削過程中可以減小主后面與過渡表面的彈性恢復層之間摩擦，減小刀具磨損，提高已加工表面質量和刀具壽命。還可以減小刃口鈍圓半徑，使刃口鋒利，從而進一步減小摩擦，改善加工質量。b.提高刀具壽命。從新用到磨鈍，后角大的刀具磨去的金屬體積較多，即刀具投入切削時間長。這也是大后角增大刀具壽命的原因之一。c.影響刀頭強度。增大后角會使楔角減小，降低刃口強度。同時，散熱體積變小，切削溫度升高。過大的后角反而會使刀具的壽命降低。（2）后角的合理選擇

適當增大后角可以提高表面質量及刀具壽命，但后角過大反而會使刀具壽命降低，因此在一定切削條件下，同樣存在一個是刀具壽命最大的合理后角。a、根據加工精度選擇。精加工減小摩擦，后角較大，=8°～12°;粗加工為提高強度，后角較小，=6°～8°。b、根據加工材料選擇。加工塑性材料，尤其是硬化現象嚴重的材料，應取大后角以減小摩擦，提高表面質量。加工脆性材料時，為加強切削刃，應取小后角。加工硬度、強度高的材料，應取小后角。c、根據刀具類型選擇。定尺寸刀具（如圓孔拉刀、鉸刀），應取小后角以增加重磨次數，延長刀具使用壽命。硬質合金車刀后角的參考值如下表所示:表1.2硬質合金車刀后角的參考值工件材料粗車精車低碳鋼8°～10°10°～12°中碳鋼5°～7°6°～8°合金鋼5°～7°6°～8°淬火鋼8°～10°不銹鋼6°～8°8°～10°灰鑄鐵4°～6°6°～8°銅及銅合金6°～8°鋁及鋁合金8°～10°10°～12°鈦合金10°～15°注：詳細的刃磨參數參見表1.3。1.3.3主偏角的功用及選擇（1）主偏角對切削過程的影響有以下幾個方面:a、影響已加工表面殘留面積的高度。減小主偏角可以降低殘留面積的高度，改善已加工表面的粗糙度。b、影響主切削刃單位長度上的負荷，刀尖強度及散熱條件。當背吃刀量和進給量f一定時，減小主偏角會使切削寬度（即切削刃參與切削的長度）增加，使作用在主切削刃單位長度上的負荷減輕，且刀尖角增大，刀尖強度提高，改善散熱條件。c、影響切削分力的比例關系。減小主偏角會使進給力減小，背向力增大。d、影響斷屑效果。當進給量不變時，增大主偏角，會使切削厚度增大，切削變得又短又厚，有利于斷屑。（2）主偏角選擇的主要原則是：a、工藝系統(tǒng)剛度較好時，可以取得較小些，特別是加工冷硬鑄鐵、高錳鋼等高硬度、高強度材料時，為減輕刀刃負荷，增加刀尖強度，常取更小數值（10°～30°）的主偏角。b、工藝系統(tǒng)剛度不足(如車薄壁筒、細長軸)，或刀具材料對振動敏感時，易取較大主偏角，常取=75°，甚至≥75°，以減小背向力，避免振動和變形。c、單件小批生產或加工帶臺階和倒角的工件時，常選取通用性較好的45°車刀或直角臺階相適應的90°車刀。1.3.4副偏角的功用及選擇副偏角的作用是副切削刃及副后刀面與加工表面之間的摩擦。副偏角影響已加工表面的粗糙度和刀尖的強度。減小副偏角，可減小殘留面積高度，減小理論粗糙度值，并能增大刀尖角，改善刀尖強度和散熱條件。但副偏角過小時，會應增大摩擦和背向力而引起振動。一般在不引起振動的情況下宜選取小值，精加工時應取更小。如精加工可取=5°，甚至可取副偏角為0°的修光刃。1.3.5刃傾角的功用及選擇（1）刃傾角的功用a、控制切屑的流出方向。應當注意的是如果是精車，最好取正值，這樣可以使切屑流向待加工表面，防止切屑纏繞，劃傷已加工表面。b、影響切削刃鋒利程度。當≠0°,斜角切削時，由于切屑在前刀面上流向的改變，使實際工作前角增大。同時，使切削刃的實際刃口鈍圓半徑減小，起到是切削刃鋒利的作用。c.影響刀尖強度和散熱條件。以圖刨削加工為例，正刃傾角因刀尖位于最高點，沖擊載荷首先作用在它上面，用以產生打刀、崩刃。負刃傾角則是遠離刀尖的切削刃先接觸工件，使刀尖避免受沖擊，起到保護作用，同時還是刀尖出強度提高，散熱條件好。刃傾角為零度時，切削刃各部分及刀尖同時切入切出，沖擊力大，切削過程不平穩(wěn)。（2）刃傾角的選擇a、根據加工要求選擇。一般精加工時，為防止切屑劃傷已加工表面，選=0°～+5°，粗車時，為提高刀具強度=0°～-5°。b、根據加工條件選擇。加工斷續(xù)表面、加工余量不均勻表面或在其他產生沖擊振動的切削條件下，通常取負的刃傾角。1.4常用的車刀材料1.4.1對車刀材料的性能要求車刀切削部分在很高的切削溫度下工作，連續(xù)經受強烈的摩擦，并承受很大的切削力和沖擊力，所以車刀切削部分的材料必須具備下列基本性能：(1)硬度高作為車刀材料的常溫硬度一般要求在60HRC以上。(2)耐磨性好車刀耐性是表示車刀材料抗磨損的能力。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性亦越好。(3)耐熱性好耐熱性是指車刀在高溫下仍能正常切削的性能。它是評定刀具材料切削性能好壞的重要標志。(4)足夠的強度和韌性為了承受較大的切削力或沖擊力，車刀材料必須有足夠的強度和韌性，才能防止脆裂和崩刃[12]。1.4.2常用的車刀材料目前常用的車刀材料有高速鋼和硬質合金兩大類。（1）高速鋼高速鋼是一種含鎢（W）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素較多的工具鋼。高速鋼刀具制造簡單，刃磨方便，磨出的刀具刃口鋒利，而且韌性比硬質合金高，能承受較大的沖擊力，因此常用于承受沖擊力較大的場合。高速鋼也常作為小型車刀（自動車床、儀表車床用刀具）、梯形螺紋精車刀以及成形刀具的材料。但高速鋼的耐熱性較差，因此不能用于高速切削。常用的高速鋼牌號是W18Cr4V（每個化學元素后的數字，是指材料中含該元素的百數）。（2）硬質合金硬質合金是鎢和鈦（Ti）的碳化物粉末加鈷（Co）作為粘結劑，高壓壓制成型后再高溫燒結而成的粉末冶煉金制品。硬質合金在1000℃左右的高溫下仍能保持良好的切削性能，它的硬度較高，耐磨性也很好，因此可選用比高速鋼刀具高幾倍甚至幾十倍的切削速度，并能切削高速鋼刀具無法切削的難加工材料。硬質合金的缺點是韌性較差、性較脆、怕沖擊，但這一缺陷，可以通過刃磨合理的刀具角度來彌補。所以硬質合金是目前應用最廣泛的一種車刀材料。硬質合金按其成分不同，長用的有鎢鈷合金和鎢鈦合金兩類。鎢鈷類硬質合金由碳化物鎢（WC）和鈷組成。它的代號是YG。這類合金的韌性較好，因此適用于加工鑄鐵，脆性銅合金等脆性材料或沖擊性較大的場合。鎢鈷類合金按不同的含鈷量，分為YG3、YG6、YG8等多種牌號。牌號后的數字表示表示含鈷量的百分數，其于是碳化鎢。一般情況下，YG8用于粗加工，YG6用于半精加工，YG3用于精加工。鎢鈦鈷類硬質合金有碳化鎢、鈷和碳化鈦(TiC)組成。它的代號是YT。這類合金的耐磨性和抗粘貼性較好，能承受較高的切削溫度，所以適用于加工綱或其他韌性較大的塑性材料。但由于它較脆。不耐沖擊，因此不適宜加工脆性材料。鎢鈦鈷類硬質合金按不同的按碳化鈦量，分為YT5、YT15、YT30等幾種牌號，牌號后的數字表示碳化鈦含量的百分數。一般情況下，YT5用于粗加工，YT15用于半精加工和精加工，YT30用于精加工[4]。1.5車刀的刃磨參數總結及優(yōu)化1.5.1常用切斷刀的幾何參數常用切斷刀的幾何參數如表1.4所示[3]。表1.4常用切斷刀的幾何參數加工材料刀片牌號前角后角切削刃形狀副偏角副后角刃傾角冷卻條件鑄鐵YG88°5°平直刃2°2°___一般干切碳鋼YT158～15°4～6°平直刃和倒角刃1°30′1°30′-2°乳化液冷卻合金鋼YT155～12°4～6°寶劍形刃2°2°___乳化液冷卻1.6建立刀面方程以車刀的刀尖o為坐標原點，負進給方向為軸方向，吃刀運動方向為軸方向，按右手法則確定車刀坐標系,同時，建立機床坐標系，其中車刀坐標系原點o為該坐標原點，的方向為x方向，方向為y軸方向，如圖1.4所示。圖1.4車刀坐標系和機床坐標系設車刀的三個刀面為平面，并設主偏角為、副偏角為、主后角為、法向主后角為、進給剖面主后角為、切深剖面主后角為、前角為、法向前角為、進給剖面前角為、切深剖面前角、副后角為、進給剖面副后角、刃傾角為。1.6.1主后刀面方程過刀尖0作主后刀面的法線，得到主后刀面的法向量。從圖1.2可見，在、、軸上的坐標分量、、分別為：（1.3）因為相互垂直的關系，故主后刀面的方程可以表示為：（1.4）1.6.2副后刀面方程式過刀尖o作副后刀面的法線，得到副后刀面的法向量。從圖1.3可見在、、軸上的坐標分量、、分別為：（1.5）故副后刀面的方程可以表示為：（1.6）1.6.3前刀面方程過刀尖o作前刀面的法線，得到前刀面的法向量N。從圖1.3可見，N在、、軸上的坐標分量、、分別為：（1.7）故前刀面的方程可以表示為：（1.8）

2.電機選擇2.1電動機選擇（倒數第三頁里有東東）2.1.1選擇電動機類型2.1.2選擇電動機容量電動機所需工作功率為：；工作機所需功率為：；傳動裝置的總效率為：；傳動滾筒滾動軸承效率閉式齒輪傳動效率聯(lián)軸器效率代入數值得：所需電動機功率為：略大于即可。選用同步轉速1460r/min；4級；型號Y160M-4.功率為11kW2.1.3確定電動機轉速取滾筒直徑1.分配傳動比（1）總傳動比(2)分配動裝置各級傳動比取兩級圓柱齒輪減速器高速級傳動比則低速級的傳動比2.1.4圖2.1.4電機端蓋2.2運動和動力參數計算2.2.1電動機軸2.2.2高速軸2.2.3中間軸2.2.4低速軸2.2.5滾筒軸3.齒輪計算3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數1>按傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。2>絞車為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。3>材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。4>選小齒輪齒數，大齒輪齒數。取5初選螺旋角。初選螺旋角3.2按齒面接觸強度設計由《機械設計》設計計算公式（10-21）進行試算，即3.2.1確定公式內的各計算數值（1）試選載荷系數1。（2）由《機械設計》第八版圖10-30選取區(qū)域系數。（3）由《機械設計》第八版圖10-26查得，，則。（4）計算小齒輪傳遞的轉矩。（5）由《機械設計》第八版表10-7選取齒寬系數（6）由《機械設計》第八版表10-6查得材料的彈性影響系數（7）由《機械設計》第八版圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。13計算應力循環(huán)次數。（9）由《機械設計》第八版圖（10-19）取接觸疲勞壽命系數;。（10）計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1%，安全系數S=1，由《機械設計》第八版式（10-12）得（11）許用接觸應力3.2.2計算（1）試算小齒輪分度圓直徑===49.56mm（2）計算圓周速度（3）計算齒寬及模數==2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）計算縱向重合度0.318124tan=20.73（5）計算載荷系數K。已知使用系數根據v=7.6m/s,7級精度，由《機械設計》第八版圖10-8查得動載系數由《機械設計》第八版表10-4查得的值與齒輪的相同，故由《機械設計》第八版圖10-13查得由《機械設計》第八版表10-3查得.故載荷系數11.111.41.42=2.2（6）按實際的載荷系數校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a）得（7）計算模數3.3按齒根彎曲強度設計由式（10-17）3.3.1確定計算參數（1）計算載荷系數。=2.09（2）根據縱向重合度，從《機械設計》第八版圖10-28查得螺旋角影響系數（3）計算當量齒數。（4）查齒形系數。由表10-5查得（5）查取應力校正系數。由《機械設計》第八版表10-5查得（6）由《機械設計》第八版圖10-24c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限；（7）由《機械設計》第八版圖10-18取彎曲疲勞壽命系數，；（8）計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數S＝1.4,由《機械設計》第八版式（10-12）得（9）計算大、小齒輪的并加以比較。=由此可知大齒輪的數值大。3.3.2設計計算對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數大于由齒面齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數，取2，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度得的分度圓直徑100.677mm來計算應有的齒數。于是由取，則取3.4幾何尺寸計算3.4.1計算中心距a=將中以距圓整為141mm.3.4.2按圓整后的中心距修正螺旋角因值改變不多，故參數、、等不必修正。3.4.3計算大、小齒輪的分度圓直徑3.4.4計算齒輪寬度圓整后取.低速級取m=3;由取圓整后取表1高速級齒輪：名稱代號計算公式小齒輪大齒輪模數m22壓力角2020分度圓直徑d=227=54=2109=218齒頂高齒根高齒全高h齒頂圓直徑表2低速級齒輪：名稱代號計算公式小齒輪大齒輪模數m33壓力角2020分度圓直徑d=327=54=2109=218齒頂高齒根高齒全高h齒頂圓直徑4.軸的設計4.1低速軸4.1.1求輸出軸上的功率轉速和轉矩若取每級齒輪的傳動的效率,則4.1.2求作用在齒輪上的力因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為圓周力,徑向力及軸向力的4.1.3初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調質處理.根據《機械設計》第八版表15-3,取,于是得輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應,故需同時選取聯(lián)軸器型號.聯(lián)軸器的計算轉矩,查表考慮到轉矩變化很小,故取,則:按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件,查標準GB/T5014-2003或手冊,選用LX4型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉矩為2500000.半聯(lián)軸器的孔徑,故取,半聯(lián)軸器長度L=112mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度.4.1.4軸的結構設計（1）擬定軸上零件的裝配方案圖4-1（2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1)根據聯(lián)軸器為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要示求,1-2軸段右端需制出一軸肩,故取2-3段的直徑;左端用軸端擋圈,按軸端直徑取擋圈直徑D=65mm.半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故1-2段的長度應比略短一些,現取.2)初步選擇滾動軸承.因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據,由軸承產品目錄中初步選取0基本游子隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30313。其尺寸為dDT=65mm140mm36mm，故；而。3）取安裝齒輪處的軸段4-5段的直徑；齒輪的右端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為90mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取。齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度，故取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。4）軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據軸承端蓋的裝拆及便于對軸承加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm，故取低速軸的相關參數：表4-1功率轉速轉矩1-2段軸長84mm1-2段直徑50mm2-3段軸長40.57mm2-3段直徑62mm3-4段軸長49.5mm3-4段直徑65mm4-5段軸長85mm4-5段直徑70mm5-6段軸長60.5mm5-6段直徑82mm6-7段軸長54.5mm6-7段直徑65mm（3）軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查表查得平鍵截面b*h=20mm12mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為L=63mm,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑公差為m6。4.2中間軸4.2.1求輸出軸上的功率轉速和轉矩4.2.2求作用在齒輪上的力（1）因已知低速級小齒輪的分度圓直徑為：（2）因已知高速級大齒輪的分度圓直徑為：4.2.3初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調質處理.根據表15-3,取,于是得：軸的最小直徑顯然是安裝軸承處軸的直徑。圖4-24.2.4初步選擇滾動軸承.（1）因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據,由軸承產品目錄中初步選取0基本游子隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安裝低速級小齒輪處的軸段2-3段的直徑；齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為95mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。（3）取安裝高速級大齒輪的軸段4-5段的直徑齒輪的右端與右端軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為56mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取。4.2.5軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查表查得平鍵截面b*h=22mm14mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為63mm,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑公差為m6。中間軸的參數：表4-2功率10.10kw轉速362.2r/min轉矩263.61-2段軸長29.3mm1-2段直徑25mm2-3段軸長90mm2-3段直徑45mm3-4段軸長12mm3-4段直徑57mm4-5段軸長51mm4-5段直徑45mm4.3高速軸4.3.1求輸出軸上的功率轉速和轉矩若取每級齒輪的傳動的效率,則4.3.2求作用在齒輪上的力因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為4.3.3初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調質處理.根據表15-3,取,于是得：輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應,故需同時選取聯(lián)軸器型號.聯(lián)軸器的計算轉矩,查表,考慮到轉矩變化很小,故取,則:按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件,查標準GB/T5014-2003或手冊,選用LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉矩為560000.半聯(lián)軸器的孔徑,故取,半聯(lián)軸器長度L=82mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度.4.4軸的結構設計4.4.1擬定軸上零件的裝配方案圖4-34.4.2根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要示求,1-2軸段右端需制出一軸肩,故取2-3段的直徑;左端用軸端擋圈,按軸端直徑取擋圈直徑D=45mm.半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故段的長度應比略短一些,現取.2)初步選擇滾動軸承.因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據,由軸承產品目錄中初步選取0基本游子隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故；而，mm。3）取安裝齒輪處的軸段4-5段,做成齒輪軸；已知齒輪軸輪轂的寬度為61mm，齒輪軸的直徑為62.29mm。4）軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據軸承端蓋的裝拆及便于對軸承加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm，故取。5）軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查表查得平鍵截面b*h=14mm*9mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為L=45mm,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑公差為m6。高速軸的參數：表4-3功率10.41kw轉速1460r/min轉矩1-2段軸長80mm1-2段直徑30mm2-3段軸長45.81mm2-3段直徑42mm3-4段軸長45mm3-4段直徑31.75mm4-5段軸長99.5mm4-5段直徑48.86mm5-6段軸長61mm5-6段直徑62.29mm6-7段軸長26.75mm6-7段直徑45mm5.齒輪的參數化建模5.1齒輪的建模（1）在上工具箱中單擊按鈕，打開“新建”對話框，在“類型”列表框中選擇“零件”選項，在“子類型”列表框中選擇“實體”選項，在“名稱”文本框中輸入“dachilun_gear”，如圖5-1所示。圖5-1“新建”對話框2>取消選中“使用默認模板”復選項。單擊“確定”按鈕，打開“新文件選項”對話框，選中其中“mmns_part_solid”選項，如圖5-2所示，最后單擊”確定“按鈕，進入三維實體建模環(huán)境。圖5-2“新文件選項”對話框（2）設置齒輪參數1>在主菜單中依次選擇“工具” “關系”選項，系統(tǒng)將自動彈出“關系”對話框。2>在對話框中單擊按鈕，然后將齒輪的各參數依次添加到參數列表框中，具體內容如圖5-4所示，完成齒輪參數添加后，單擊“確定”按鈕，關閉對話框。圖5-3輸入齒輪參數（3）繪制齒輪基本圓在右工具箱單擊，彈出“草繪”對話框。選擇FRONT基準平面作為草繪平面，繪制如圖5-4所示的任意尺寸的四個圓。（4）設置齒輪關系式，確定其尺寸參數1>按照如圖5-5所示，在“關系”對話框中分別添加確定齒輪的分度圓直徑、基圓直徑、齒根圓直徑、齒頂圓直徑的關系式。2>雙擊草繪基本圓的直徑尺寸，將它的尺寸分別修改為、、、修改的結果如圖5-6所示。圖5-4草繪同心圓圖5-5“關系”對話框圖5-6修改同心圓尺寸圖5-7“曲線：從方程”對話框（5）創(chuàng)建齒輪齒廓線1>在右工具箱中單擊按鈕打開“菜單管理器”菜單，在該菜單中依次選擇“曲線選項”“從方程”“完成”選項，打開“曲線：從方程”對話框，如圖5-7所示。2>在模型樹窗口中選擇坐標系，然后再從“設置坐標類型”菜單中選擇“笛卡爾”選項，如圖5-8所示，打開記事本窗口。3>在記事本文件中添加漸開線方程式，如圖5-9所示。然后在記事本窗中選取“文件”“保存”選項保存設置。圖5-8“菜單管理器”對話框圖5-9添加漸開線方程4>選擇圖5-11中的曲線1、曲線2作為放置參照，創(chuàng)建過兩曲線交點的基準點PNTO。參照設置如圖5-10所示。曲曲線1曲線2圖5-11基準點參照曲線的選擇圖5-10“基準點”對話框5>如圖5-12所示，單擊“確定”按鈕，選取基準平面TOP和RIGHT作為放置參照，創(chuàng)建過兩平面交線的基準軸A_1，如圖6-13所示。圖5-12“基準軸”對話框圖5-13基準軸A_16>如圖5-13所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經過基準點PNTO和基準軸A_1的基準平面DTM1,如圖5-14所示。55-15基準平面對話框5-15基準平面DTM17>如圖5-16所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經過基準軸A_1，并由基準平面DTM1轉過“-90/z”的基準平面DTM2，如圖5-17所示。圖5-16“基準平面”對話框圖5-17基準平面DTM28>鏡像漸開線。使用基準平面DTM2作為鏡像平面基準曲線，結果如圖5-18所示。 圖5-18鏡像齒廓曲線（6）創(chuàng)建齒根圓實體特征1>在右工具箱中單擊按鈕打開設計圖標版。選擇基準平面FRONT作為草繪平面，接收系統(tǒng)默認選項放置草繪平面。2>在右工具箱中單擊按鈕打開“類型”對話框，選擇其中的“環(huán)”單選按鈕，然后在工作區(qū)中選擇圖5-19中的曲線1作為草繪剖面。再圖標中輸入拉伸深度為“b”，完成齒根圓實體的創(chuàng)建，創(chuàng)建后的結果如圖5-20所示。圖5-19草繪的圖形5-20拉伸的結果（7）創(chuàng)建一條齒廓曲線1>在右工具箱中單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對話框，選取基準平面FRONT作為草繪平面后進入二維草繪平面。2>在右工具箱單擊按鈕打開“類型”對話框，選擇“單個”單選按鈕，使用和并結合繪圖工具繪制如圖5-21所示的二維圖形。圖5-21草繪曲線圖5-22顯示倒角半徑3>打開“關系”對話框，如圖5-22所示，圓角半徑尺寸顯示為“sd0”圖5-23“關系“對話框（8）復制齒廓曲線1>在主菜單中依次選擇“編輯”“特征操作”選項，打開“菜單管理器”菜單，選擇其中的“復制”選項，選取“移動”復制方法，選取上一步剛創(chuàng)建的齒廓曲線作為復制對象。圖5-24依次選取的菜單2>選取“平移”方式，并選取基準平面FRONT作為平移參照，設置平移距離為“B”，將曲線平移到齒坯的另一側。圖5-25輸入旋轉角度3>繼續(xù)在“移動特征”菜單中選取“旋轉”方式，并選取軸A_1作為旋轉復制參照，設置旋轉角度為“asin(2*b*tan(beta/d))”，再將前一步平移復制的齒廓曲線旋轉相應角度。最后生成如圖5-26所示的另一端齒廓曲線。圖5-26創(chuàng)建另一端齒廓曲線（9）創(chuàng)建投影曲線1>在工具欄內單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對話框。選取“RIGUT”面作為草繪平面，選取“TOP”面作為參照平面，參照方向為“右”，單擊“草繪”按鈕進入草繪環(huán)境。2>繪制如圖5-27所示的二維草圖，在工具欄內單擊按鈕完成草繪的繪制。圖5-27繪制二維草圖3>主菜單中依次選擇“編輯”“投影”選項，選取拉伸的齒根圓曲面為投影表面，投影結果如下圖5-28所示。圖5-28投影結果（10）創(chuàng)建第一個輪齒特征1>在主菜單上依次單擊“插入”“掃描混合”命令，系統(tǒng)彈出“掃描混合”操控面板，如圖5-29所示。2>在“掃描混合”操控面板內單擊“參照”按鈕，系統(tǒng)彈出“參照”上滑面板，如圖6-30所示。圖5-29“掃描混合”操作面板圖5-30“參照”上滑面板3>在“參照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框內選擇“垂直于軌跡”選項，在“水平/垂直控制”下拉列表框內選擇“垂直于曲面”選項，如圖5-30示。4>在繪圖區(qū)單擊選取分度圓上的投影線作為掃描混合的掃引線，如圖5-31示。掃描引線掃描引線圖5-31選取掃描引線5>在“掃描混合”操作面板中單擊“剖面”按鈕，系統(tǒng)彈出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中選擇“所選截面”選項，如圖5-32所示。圖5-32“剖面”上滑面板圖5-33選取截面6>在繪圖區(qū)單擊選取“掃描混合”截面，如圖5-33所示。7>在“掃描混合”操控面板內單擊按鈕完成第一個齒的創(chuàng)建，完成后的特征如圖5-34所示。圖5-34完成后的輪齒特征圖5-35“選擇性粘貼“對話框(11)陣列輪齒1>單擊上一步創(chuàng)建的輪齒特征，在主工具欄中單擊按鈕，然后單擊按鈕，隨即彈出“選擇性粘貼”對話框，如圖5-35所示。在該對話框中勾選“對副本應用移動/旋轉變換”，然后單擊“確定”按鈕。圖5-36旋轉角度設置圖5-37復制生成的第二個輪齒2>單擊復制特征工具欄中的“變換”，在“設置”下拉菜單中選取“旋轉”選項，