开刃机方案论证剖析

1、机电工程学院毕业设计方案论证报告题目：D125金刚石锯片开刃机设计磨头部件设计专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：姓名：2016指导教师：年3月15日目录1金刚石锯片开刃机简介11.1 金刚石锯片简介11.2 开刃机简介22方案设计与选择3任务内容和要求3任务内容3任务要求3开刃方式的选择3磨头部件方案设计5方案设计的选择53电动机的选择64床身材料的选择6论证结果7参考文献71金刚石锯片开刃机简介金刚石锯片简介金刚石锯片如图1-1所示，金刚石锯片是一种切割工具，广泛应用于混凝土、耐火材料、石材，陶瓷等硬脆材料的加工。金刚石锯片由基体和刀头两部分组成，刀头是由金刚石和钎焊金属粉末在石墨模中

2、热压烧结而成，锯片基体由合金钢板制成，仅需要进行机加工和热处理，往往有专门的厂家生产，基体是粘结刀头的主要支撑部分，而刀头则是在使用过程中起切割的部分，刀头会在使用中而不断地消耗掉，而基体则不会，刀头之所以能起切割的作用是因为其中含有金刚石，金刚石作为目前最硬的物质，它在刀头中摩擦切割被加工对象，而金刚石颗粒则由金属包裹在刀头内部。图1-1图1-2金刚石锯片在铸铁、石材、玻璃、陶瓷、晶体、宝石等材料加工中均有很大的用途。下面简单介绍一下铸铁加工方面金刚石锯片的用途。由于金刚石工具加工铁基材料时会出现金刚石石墨化现象，过去很少开展铸铁加工用金刚石工具的研究，因此用于加工铸铁的工具主要为硬质合金刀

3、具、刚玉（或碳化硅）磨具等,这些工具在使用中普遍存在着加工效率低、加工质量差、工具安全性低等缺点，尤其在加工材质为耐磨铸铁以及铸铁件的白口层、孕沙层时，这类工具表现出明显的不适应。在市场需求的推动下，近年来人们投入大量人力物力研究开发铸铁加工用金刚石工具，开发的金刚石锯片已经能满足铸铁的开槽、切断等切割要求。对比传统工具，金刚石锯片在加工质量、使用寿命、加工效率等方面都成倍的提高，表现出高效、低耗、安全的特点。在市场销售方面，这两年欧美市场增长较快，但国内市场几乎还是空白，预计未来几年国内会很快形成庞大市场。这种锯片都采用锯齿形式，最初是用电镀法生产，现在采用烧结焊接和电镀相结合的方法制作，锯

4、片刀头采用热压烧结，然后激光焊接在基体上，再在锯片基体侧面镀上粒度为70/80的金刚石，用来保护基体，同时减少切割中的磨擦热。所有金刚石锯片在烧结之后必须进行开刃。在使用的过程中，金刚石锯片会逐渐失去应有的几何尺寸，这时磨削性能逐步变差，也需要不断的整形和修锐。所谓开刃是指通过一定方法去除适当量的钎焊金属，从而使得金刚石磨粒充分暴露，开刃之后的金刚石锯片才具有切割的能力。金刚石锯片在发达国家的应用相当广泛，技术和标准比较成熟，产品及市场已经细分，但随着金刚石锯片技术的进一步发展，金刚石锯片的应用会继续拓展，市场仍会继续增长。国内金刚石锯片市场已经成为世界最大的市场，但锯片的等级、品种、应用范围

5、以及制造技术等方面仍与发达国家存在较大差距，无论技术还是市场都有很大的发展空间，希望行业有志之士继续努力，将上述差距尽早消除。开刃机简介我国是石材和陶瓷的生产、消费、出口大国，金刚石圆锯片是用于石材陶瓷等材料切割的主要工具，所有的整体烧结金刚石干切片以及一部分湿用切割片都需要进行烧结后的开刃，使得金刚石充分暴露，方具有切割能力。目前，不同金刚石工具生产厂家的所用开刃机各有不同，且相当一部分厂家的开刃机在当地自制。由于一般的机械制造厂家对金刚石锯片开刃过程没有深入的认识，所生产的开刃机虽然可以使用，但是针对性不强，尤其是金刚石圆锯片侧刃开刃机（简称侧刃机）。专门针对整体烧结金刚石圆锯片开刃机的开

6、刃形式及开刃参数、装夹方式、砂轮消耗过程等关键性问题进行的研究还很欠缺。本设计将围绕高质、高效、实用等方面，对现有开刃的两种主要形式的开刃过程进行实验研究，选择出合理的开刃形式和开刃参数，并针对开刃过程中影响工效与成本的重要因素提出合理的解决方案。本设计根据课题要求，设计型号为D125的开刃机床，对直径300mmz下锯片进行侧面开刃，因此开刃机应当能适应一定尺寸范围的锯片。参考现有开刃机结构（如图1-3）,主要包括电动机，主传动部件，进给传动部件，磨头部件设计，床体以及其他辅助部件的设计。结合锯片结构分析，开刃机磨头具备往复运动功能时，能够提高劳动生产率和降低工人劳动强度。主轴是用于安装锯片的

7、部件，因此对主轴的要求是安装可靠，运动平稳以保证一定的加工质量，另外还应当能够对锯片进行快速装卸。图1-32方案设计与选择任务内容和要求任务内容开刃机是金刚石锯片制造中的主要设备之一，通过开刃工序提高锯片的精度和外观。本设计是应企业要求对目前直径300以下锯片开刃，本设计要求在原来主要采用手工操作开刃装置的基础上进行自动开刃装置设计。据此，本设计增加磨头自动摆动机构，提高开刃磨削效率、提高开刃精度。本设计包括：开刃机床身部件设计，进给机构设计和工件主轴部件设计等几个部分。任务要求进行本课题研究需要参考机械设计手册、砂轮磨削技术相关的文献资料，参考现有相关设备以及相关论文，应用计算机等辅助设计，

8、工作量应包括总装配、主要部分装配图、主要部分零件图等，其中要求主要图纸有三维设计，学生要求为机制专业，能够较熟练地使用CA/计算机设计软件。开刃方式的选择单侧开刃：是以砂轮的往复运动配合锯片的吃刀（进给）运动进行刃磨的开刃方式（以下简称单侧开刃）。砂轮与工件的相对位置关系如图1所示。进行开刃时，金刚石锯片通过进给机构靠近砂轮，最终使得砂轮切入。之后，金刚石锯片做低速旋转运动，砂轮高速旋转的同时进行往复运动，单侧开刃的进给运动是依靠丝杠螺母机构实现，砂轮的往复运动依靠曲柄滑块机构实现。金刚石锯片的另开刃一侧有法兰的支撑定位。图3-2单侧开刃方式双侧开刃：是对刀后以砂轮的吃刀运动进行刃磨的开刃方式

9、（以下简称双侧开刃）。双侧开刃是依靠砂轮边缘与烧结体内侧对刀后，采用吃刀与进给同方向的操作，进给量接近于零。图3-2双侧开刃方式磨头部件方案设计采用电动机通过V型带与磨头主轴相连实现磨头切削运动，这需要设计一个传动主轴和带轮的设计。这样的传动方式比较简单，都是普遍采用的方式。采用电主轴与磨头直接相连的方式实现传动，电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传

10、动系统和整体结构中相对独立出来。方案的选择根据参考文献3对两种开刃方式的实验研究，单侧开刃由于锯片的往复运动使得切削区的切屑容易排出，温升较低，而且由于有法兰可以支撑到烧结体部位，因此单侧开刃不会因为正压力的增加而使锯片产生变形。而双侧开刃过程中，切屑的排出比较困难，因而温升明显，同时由于温升导致基体更易于变形，在磨削正压力的作用下，就可能出现锯片变形。当采用大吃刀量进行开刃时，单侧开刃基本上可以正常操作，而双侧开刃轻则导致锯片烧结体出现轻度氧化烧伤，重则导致锯片变形。从刃型外观角度分析，一个合理的开刃过程应由“整形”和“出刃”两部分组成，单侧开刃由于有法兰的支撑，基准可靠，在快速往复运动下可

11、以迅速“整平”锯片。因此，“整形”过程比较科学，不仅开刃出的锯片没有变形，而且烧结体相对于基体的平整度也高，开刃后锯片的几何尺寸一致性高。观察金刚石的拖尾可见，单侧开刃的锯片的金刚石拖尾合理，不会太长，有利于增加锯片切割时的容屑空间。双侧开刃由于是依靠砂轮自身的平整度来保证开刃后切割片烧结体的平整度，由于必须采用缓吃刀、间歇退刀的方式进行开刃，不可避免的在烧结体表面产生断续振纹，另外，由于这种开刃方式只能选用较小的法兰盘夹持锯片，锯片必须保证足够的外部悬伸量，让刀现象也会比较显著，这都会使刃型的外观受到影响。另外，单侧开刃的砂轮消耗要比双侧开刃小。对于单侧开刃方式，要完成金刚石锯片的双面开刃，

12、需要在加工完一侧之后，卸下工件，对工件进行反装或装到另一台开刃设备上。这会增减工人劳动强度，降低劳动生产率，设备投入也较大。综合对比两种开刃方式的优缺点，考虑本设计的具体要求，确定选用单侧开刃方式。对于磨头部件的设计，方案一和方案二均能实现磨头的切削运动，但是俩种方案各有优缺点。方案一增加了磨头主轴和带轮的设计，选用V型带传动可以通过打滑现象有效防止过载现象的产生而避免轴和电动机的破坏，而且考虑到成本和经济效益，方案一更好。方案二加上了电主轴，电主轴是新兴产物，但是价格比较昂贵，没有方案一更节省成本，所以综合来说选择方案一更佳。3电动机的选择电动机是开刃机的动力装置，为机器的运转提供动力。电动

13、机的选择主要是指功率的选择，功率选小不能发挥机械设备的能力，降低生产率，且电动机经常在过载情况下运行会过早损坏，还有可能启动困难，电动机功率选大，设备投资费用会增加，且电动机经常在轻载下工作，效率和功率因数也都会下降。根据本次设计机器的工作要求，电动机主要为传动机构提供动力，来保证对金刚石锯片的开刃质量。三相交流异步电动机具有过载能力强、价格便宜、运行可靠、结构简单及使用、安装、维护方便等优点，被广泛应用于各个领域，所以可用于开刃机的原动机。可选电机的额定功率为1.5KW三相交流异步电动机，磁极对数越多，转速越低，相同功率时体积越大，造价越高，效率越低，所以选磁极对数为二级。4床身材料的选择能

14、够作为床身的材料有很多种，在满足床身设计准则的前提下，需根据床身的不同用途和所处环境，考虑以下各项要求：1.床身的重量合适，成本低，材料选择合适；2.结构合理，便于制造；3.结构应使用床身上的零部件安装、调整、修理和润滑都方便；4抗震性能好；5.耐腐蚀性、耐磨性好。本次设计的开刃机是小型机器，且床身主要作用是是为传动机构提供支持，故床身不需要选用过于昂贵的材料，以免增加制作成本，造成不必要的浪费。机床开机后的转速很高极易产生振动，笨重的铸铁材料及其高含量的石墨可以起到减磨吸震的效果；性价比最高的就是铸铁，造价低，加工容易；铸铁材料强度、刚度都很高，塑性变形小，不易产生形变，不需要焊接，比较环保

15、，而且安装拆卸方便。论证结果根据以上分析，对于本次设计，采用单侧开刃方式。以曲柄滑块机构带动磨头实现往复运动，以丝杠螺母机构实现进给运动，确定工件与砂轮的相对位置与相对运动关系。选择三相交流异步电动机为动力源。选择灰口铸铁作为床身材料。参考文献1陈先，徐西鹏.金刚石工具的自锐判据-锯片的最佳容屑比J.石材,1994.12中旭，王凤歌，吴敬秋.PLC控制金刚石锯片开刃机的研制J.金刚石与磨料磨具工程,2010.63骆灿彬，徐西鹏.一种高效型金刚石锯片开刃机设计.金刚石与磨料磨具工程,2009.64吴宗泽.机械设计实用手册.机械工业出版社，2009,4.5周开勤.机械零件手册.第5版M.北京：高等教育出版社