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玻璃磨安全角機構(gòu)設(shè)計
摘 要
磨削是一種應(yīng)用最為廣泛的零件精加工方法，用來獲得非常小的公差和非常高的表面光潔度，磨削利用磨粒來完成切削工作。其中磨輪就是磨削零件中的一種。
本機構(gòu)用來加工玻璃胚料的安全角。工作滑臺采用PLC控制，以及采用氣動系統(tǒng)。
本機構(gòu)除安全角采用的是旋轉(zhuǎn)外隔，雙反向的加工方法。圓柱磨輪依靠導柱徑向進給。加工完前一組倒角后，依靠導柱的特殊機構(gòu)，磨輪和玻璃胚料暫時分離，處于自轉(zhuǎn)狀態(tài)，等到后一組倒角到位時，還是有導柱給出位置配置信號，使磨輪進行后一組倒角加工。這是一種最使用的高效的加工安全倒角方法。
關(guān)鍵詞：磨削，磨輪，安全倒角，導柱
Glass Safety chamfering mechanism design
ABSTRACT
Grinding is the most widely used parts, finishing method, used to be very small tolerances and very high surface finish, using abrasive grinding to complete the cutting work.?Grinding wheel which is a part of.
The agency used to process glass billet security angle, the work of slide with PLC control, and a pneumatic system.
In addition to the security of this institution is the rotation angle used outside the compartment, double reverse-processing methods.Cylindrical grinding wheel radial supply to rely on guide columns.After a group of pre-finished?chamfering process, a special agency to rely on guide pin, wheel and glass billet temporary separation, in the rotation of the state, until the fillet in place when the latter group, or location given by the guide pin configuration signal to wheel for?after a group of chamfering. This is a most frequently used and efficient method of processing safety chamfer
KEY WORDS: Grinding, grinding wheels, safety chamfer, guide posts
5
目 錄
前 言 1
第1章 緒 論 2
1.1 本機構(gòu)的特點 2
1.2 內(nèi)圓齒輪磨床發(fā)展狀況 2
第2章 安全倒角總體機構(gòu)設(shè)計 5
2.1 本機構(gòu)的設(shè)計要求 5
2.1.1 工藝可能性： 5
2.1.2 加工精度和表面光潔度 5
2.1.3 生產(chǎn)率 5
2.1.4 自動化程度 6
2.1.5 結(jié)構(gòu)、制造與維修 6
2.1.6 操作方便和工作可靠性 6
2.1.7 其他 6
2.2 本機構(gòu)的設(shè)計步驟 6
2.2.1 方案擬定 6
2.2.2 方案分析、整理 7
2.2.3 工作圖設(shè)計 7
2.2.4 樣機試制和鑒定 7
2.3 本機構(gòu)主要部件的尺寸 7
2.3.1 工件的形狀、尺寸和進給速度 7
2.3.2 機構(gòu)的外形 8
2.4 機構(gòu)總體尺寸及主要參數(shù) 9
2.4.1 機構(gòu)的組成 9
2.4.2 機構(gòu)主要技術(shù)數(shù)據(jù) 9
2.4.3 用途 9
2.4.4 自動化程度 9
2.4.5 結(jié)構(gòu)特點 9
2.4.6 生產(chǎn)率 10
第3章安全倒角滑座機構(gòu)設(shè)計 11
3.1 底座的類型及要求 11
3.1.1 底座的類型 11
3.1.2 底座的工藝要求 11
3.2 底座的設(shè)計 11
3.3 底座的總體參數(shù) 12
3.4 底座導向軸上滑鞍的設(shè)計 12
第4章 導向機構(gòu)的研制 14
4.1 導軌的類型及要求 14
4.1.1 導軌的類型 14
4.1.2 導軌應(yīng)滿足的要求 14
4.1.3 導軌的分類 15
4.1.4 導軌材料的要求 15
4.2 導軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
4.2.1 本機構(gòu)采用直線運動導軌 15
4.2.2 導軌間隙的調(diào)整 15
4.2.3 導軌的潤滑 16
第5章 磨削參數(shù)的確定 17
5.1 磨削用量的選擇 17
5.2 磨削轉(zhuǎn)速的確定 17
第6章傳動裝置的設(shè)計與計算 18
6.1 電動機的選擇 18
6.1.1 電動機的類型 18
6.1.2 選擇電動機的容量 18
6.1.3 確定電動機轉(zhuǎn)速 18
6.1.4 分配各級傳動比 18
6.2 帶傳動的設(shè)計與計算 19
6.2.1 確定計算功率 20
6.2.2 選擇V帶的帶型 20
6.2.3 確定帶輪的基準直徑，并驗算帶速v。 20
6.2.4 確定帶的中心距和基準長度 20
6.2.5 驗算小帶輪上的包角 21
6.2.6 計算帶的根數(shù) 21
6.2.7 計算單根V帶的初拉力的最小值 21
6.2.8 計算壓軸力 21
6.2.9 V帶輪的設(shè)計 22
6.3 軸的設(shè)計 22
6.3.1 高速軸的設(shè)計 22
6.3.2 低速軸的設(shè)計 23
6.3.3 高速軸的校核 24
6.3.4 低速軸的校核： 26
6.4 鍵的強度校核 28
6.4.1 與皮帶輪配合的鍵 28
6.4.2 與磨輪托盤配合的鍵 29
第7章 電氣控制設(shè)計 30
結(jié) 論 31
謝 辭 32
參考文獻 33
附 錄 33
外文資料翻譯 36
前 言
用磨輪為玻璃胚料進行磨削加工的機械設(shè)備，都統(tǒng)稱為玻璃磨邊機。近年來，隨著玻璃幕墻使用率，尺寸要求，以及安全性上的要求的提高，對玻璃加工設(shè)備的精度要求愈來愈高；而且隨著玻璃幕墻使用的范圍越來越廣泛，對玻璃加工設(shè)備的效率也越來越高；同時隨著機械設(shè)備的多功能化，進一步提高了磨邊機的設(shè)計要求。因此，玻璃磨邊機的適用范圍越來越大，目前發(fā)達國家，玻璃磨邊機在玻璃深加工設(shè)備的構(gòu)成比約為10~21%。
玻璃磨安全角機構(gòu)設(shè)計
摘 要
磨削是一種應(yīng)用最為廣泛的零件精加工方法，用來獲得非常小的公差和非常高的表面光潔度，磨削利用磨粒來完成切削工作。其中磨輪就是磨削零件中的一種。
本機構(gòu)用來加工玻璃胚料的安全角。工作滑臺采用PLC控制，以及采用氣動系統(tǒng)。
本機構(gòu)除安全角采用的是旋轉(zhuǎn)外隔，雙反向的加工方法。圓柱磨輪依靠導柱徑向進給。加工完前一組倒角后，依靠導柱的特殊機構(gòu)，磨輪和玻璃胚料暫時分離，處于自轉(zhuǎn)狀態(tài)，等到后一組倒角到位時，還是有導柱給出位置配置信號，使磨輪進行后一組倒角加工。這是一種最使用的高效的加工安全倒角方法。
關(guān)鍵詞：磨削，磨輪，安全倒角，導柱
Glass Safety chamfering mechanism design
ABSTRACT
Grinding is the most widely used parts, finishing method, used to be very small tolerances and very high surface finish, using abrasive grinding to complete the cutting work.?Grinding wheel which is a part of.
The agency used to process glass billet security angle, the work of slide with PLC control, and a pneumatic system.
In addition to the security of this institution is the rotation angle used outside the compartment, double reverse-processing methods.Cylindrical grinding wheel radial supply to rely on guide columns.After a group of pre-finished?chamfering process, a special agency to rely on guide pin, wheel and glass billet temporary separation, in the rotation of the state, until the fillet in place when the latter group, or location given by the guide pin configuration signal to wheel for?after a group of chamfering. This is a most frequently used and efficient method of processing safety chamfer
KEY WORDS: Grinding, grinding wheels, safety chamfer, guide posts
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目 錄
前 言 1
第1章 緒 論 2
1.1 本機構(gòu)的特點 2
1.2 內(nèi)圓齒輪磨床發(fā)展狀況 2
第2章 安全倒角總體機構(gòu)設(shè)計 5
2.1 本機構(gòu)的設(shè)計要求 5
2.1.1 工藝可能性： 5
2.1.2 加工精度和表面光潔度 5
2.1.3 生產(chǎn)率 5
2.1.4 自動化程度 6
2.1.5 結(jié)構(gòu)、制造與維修 6
2.1.6 操作方便和工作可靠性 6
2.1.7 其他 6
2.2 本機構(gòu)的設(shè)計步驟 6
2.2.1 方案擬定 6
2.2.2 方案分析、整理 7
2.2.3 工作圖設(shè)計 7
2.2.4 樣機試制和鑒定 7
2.3 本機構(gòu)主要部件的尺寸 7
2.3.1 工件的形狀、尺寸和進給速度 7
2.3.2 機構(gòu)的外形 8
2.4 機構(gòu)總體尺寸及主要參數(shù) 9
2.4.1 機構(gòu)的組成 9
2.4.2 機構(gòu)主要技術(shù)數(shù)據(jù) 9
2.4.3 用途 9
2.4.4 自動化程度 9
2.4.5 結(jié)構(gòu)特點 9
2.4.6 生產(chǎn)率 10
第3章安全倒角滑座機構(gòu)設(shè)計 11
3.1 底座的類型及要求 11
3.1.1 底座的類型 11
3.1.2 底座的工藝要求 11
3.2 底座的設(shè)計 11
3.3 底座的總體參數(shù) 12
3.4 底座導向軸上滑鞍的設(shè)計 12
第4章 導向機構(gòu)的研制 14
4.1 導軌的類型及要求 14
4.1.1 導軌的類型 14
4.1.2 導軌應(yīng)滿足的要求 14
4.1.3 導軌的分類 15
4.1.4 導軌材料的要求 15
4.2 導軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
4.2.1 本機構(gòu)采用直線運動導軌 15
4.2.2 導軌間隙的調(diào)整 15
4.2.3 導軌的潤滑 16
第5章 磨削參數(shù)的確定 17
5.1 磨削用量的選擇 17
5.2 磨削轉(zhuǎn)速的確定 17
第6章傳動裝置的設(shè)計與計算 18
6.1 電動機的選擇 18
6.1.1 電動機的類型 18
6.1.2 選擇電動機的容量 18
6.1.3 確定電動機轉(zhuǎn)速 18
6.1.4 分配各級傳動比 18
6.2 帶傳動的設(shè)計與計算 19
6.2.1 確定計算功率 20
6.2.2 選擇V帶的帶型 20
6.2.3 確定帶輪的基準直徑，并驗算帶速v。 20
6.2.4 確定帶的中心距和基準長度 20
6.2.5 驗算小帶輪上的包角 21
6.2.6 計算帶的根數(shù) 21
6.2.7 計算單根V帶的初拉力的最小值 21
6.2.8 計算壓軸力 21
6.2.9 V帶輪的設(shè)計 22
6.3 軸的設(shè)計 22
6.3.1 高速軸的設(shè)計 22
6.3.2 低速軸的設(shè)計 23
6.3.3 高速軸的校核 24
6.3.4 低速軸的校核： 26
6.4 鍵的強度校核 28
6.4.1 與皮帶輪配合的鍵 28
6.4.2 與磨輪托盤配合的鍵 29
第7章 電氣控制設(shè)計 30
結(jié) 論 31
謝 辭 32
參考文獻 33
附 錄 33
外文資料翻譯 36
前 言
用磨輪為玻璃胚料進行磨削加工的機械設(shè)備，都統(tǒng)稱為玻璃磨邊機。近年來，隨著玻璃幕墻使用率，尺寸要求，以及安全性上的要求的提高，對玻璃加工設(shè)備的精度要求愈來愈高；而且隨著玻璃幕墻使用的范圍越來越廣泛，對玻璃加工設(shè)備的效率也越來越高；同時隨著機械設(shè)備的多功能化，進一步提高了磨邊機的設(shè)計要求。因此，玻璃磨邊機的適用范圍越來越大，目前發(fā)達國家，玻璃磨邊機在玻璃深加工設(shè)備的構(gòu)成比約為10~21%。
現(xiàn)代玻璃磨邊機的主要發(fā)展趨勢是：提高設(shè)備的加工效率，自動化程度及加工精度。本課題為玻璃深加工上的玻璃除安全角機構(gòu)的設(shè)計，克服了以往多臺機才能完成全部的工序的問題，現(xiàn)在只在兩臺機子上就能完成全部的玻璃加工工序，而玻璃的除安全角機構(gòu)為二號機的最后一道工序，提高了工作效率，而且，本機構(gòu)專門用來加工玻璃的安全角，用磨削的方法最為合適。玻璃深加工設(shè)備包括直邊機、圓邊機、高速機，清洗機……
目前，常用的玻璃直邊機，磨輪轉(zhuǎn)速在1800~2800轉(zhuǎn)/分左右，有普通電機經(jīng)皮帶傳動。這種磨削構(gòu)造簡單、維護方便極成本低，所以，現(xiàn)在仍應(yīng)用廣泛。但在玻璃進給高速的時候，轉(zhuǎn)速要求達到6800~8000或更高。
隨著玻璃深加工設(shè)備的發(fā)展，以及結(jié)構(gòu)的改進，在磨削加工中，采用了高速磨削、強力磨削、寬砂輪和多砂輪磨削，以及其他的磨削工藝，是磨削效率不斷提高。
近年來，普通玻璃深加工設(shè)備的自動化在不斷的提高。自動化的措施有：自動進給、磨輪的自動修正和補償、自動上料和自動測量等。應(yīng)用于大、中、小各批量生產(chǎn)的玻璃深加工設(shè)備，其自動化的顯著趨勢是向數(shù)控方向發(fā)展。
第1章 緒 論
1.1 本機構(gòu)的特點
為了提高機器及儀器零件的精度和對光潔度的要求愈來愈高；各種高硬度材，可利用立柱下面的導軌橫向調(diào)整。附有專用磨頭，為了滿足大批量的生產(chǎn)需要，還可以改造為自動化高的內(nèi)圓磨床、數(shù)控磨床。生產(chǎn)適應(yīng)零件的精加工需要，出現(xiàn)了以磨粒為切削刃的磨削加工。現(xiàn)在，用磨料磨具為工具進行切削加工的機床，都統(tǒng)稱為磨床。
由于砂輪表面上的每一顆磨粒的硬度都很高，磨粒有鋒利的切削刃并能耐很高的切削溫度，料的使用越來越多，可以直接把毛坯磨削為成品；隨著高速磨削和強力磨削工藝的進步，進一步提高了磨削效率。因此，磨床的適用范圍越來越大，目前發(fā)達國家，磨床在金屬切削機床中的構(gòu)成比約為13～27%。
本課題為內(nèi)圓齒輪磨床，機床結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，剛度較好。加工效率較高，工作臺可以橫向調(diào)整因此，整個砂輪可以認為是一個允許高速切削的多刃刀具。在磨削過程中，通過對砂輪的修整，使磨粒保持鋒利。
近年來，隨著技術(shù)水平的提效率較高，可以放入自動線中使用。
現(xiàn)代磨床的主要發(fā)展趨勢是：提高機床的加工效率，提高機床的自動化程度及提高機床的加工精度。本課題為磨齒，克服了以往插齒機效率慢的問題，提高了工作效率，而且，本機床專門用來加工齒面較硬的齒輪，用磨削的方法最為合適。由于設(shè)計條件限制，此機床的自動化程度較高，已到可出產(chǎn)品階段，所以，但還有很大的改動空間，所以此機床擁有，高效、高精、自動化較好等優(yōu)點。此技術(shù)在國內(nèi)外屬于領(lǐng)先水平，有很好的發(fā)展空間。
1.2 內(nèi)圓齒輪磨床發(fā)展狀況
為了適應(yīng)磨削各種表面、工件和生產(chǎn)批量的要求，磨床的種類很多，其中主要有：
1. 外圓磨床—包括萬能外圓磨床、外圓磨床、無心外圓磨床……
2. 內(nèi)圓磨床—包括內(nèi)圓磨床、無心圓磨床、行星式內(nèi)圓磨床……
3. 平面磨床—包括臥軸距臺平面磨床、立軸距臺平面磨床、臥軸圓臺平面磨床、立軸圓臺平面磨床……
4. 工具磨床—包括工具曲線磨床、鉆頭溝槽磨床、絲錐溝槽磨床……
5. 刀具刃具磨床—包括萬能工具磨床、拉刀刃磨床、滾刀刃磨床……
6.各種專用化磨床—適用于專門磨削一類零件的磨床，如曲軸磨床、凸輪磨床、花鍵軸磨床、葉片磨床、活塞環(huán)磨床……
7. 其他機床—有衍磨機、拋光機、超精加工機床、砂輪機……
隨著我國工業(yè)水平的提高和科學技術(shù)的發(fā)展，對機械產(chǎn)品的精度要求愈來愈高，對磨削件的精度也更高了。例如某些國防部門的機械零件，要求外圓的不圓度不能滿足要求了。因此，一般的普通精度外圓磨床便不能滿足要求了。需加工精度的精密外圓磨床來完成。我國自行生產(chǎn)的精密和高精米的外圓磨床已有一系列不同規(guī)格的產(chǎn)品，最大規(guī)格的高精米外圓磨床H120型油膜專用磨床，能加工工件的1600*2500毫米；最小規(guī)格的高精外圓磨床MGB135，加工工件的尺寸50*350毫米。
為了得到高的加工精度，在磨床的主要零件材料選擇及制造精度、整機的裝配精度、機床的結(jié)構(gòu)、精密測量的配備和機床的使用條件等方面提出了更高的要求。
目前，常用的內(nèi)圓磨床砂輪主軸，轉(zhuǎn)速在1～2萬轉(zhuǎn)/分左右，由普通電機經(jīng)皮帶傳動。這種磨具構(gòu)造簡單、維護方便及成本低，所以，現(xiàn)在仍應(yīng)用廣泛。但磨小孔時，轉(zhuǎn)速可達到8～12萬轉(zhuǎn)/分或更高。
隨磨料磨具的發(fā)展和磨床結(jié)構(gòu)的改進，在磨削加工中，采用了高速磨削、強力磨削、寬砂輪和多砂輪磨削，以及其他的磨削工藝，是磨削效率不斷提高。
近年來，磨床的自動化在不斷的提高。自動化的措施有：自動進給、砂輪的自動修正和補償、自動分度、自動裝卸料和自動測量等。應(yīng)用于中、小批量生產(chǎn)的磨床，其自動化的顯著趨勢是想數(shù)控方向發(fā)展。目前，對磨削加工的精度和光潔度愈來愈高，高精度外圓磨床的不圓度要求小于0.8微米，光潔度應(yīng)在10以下；為了得到要求，機床結(jié)構(gòu)中采用了一系列提高精度的措施，例如：采用新型主軸軸承，以提高主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度和剛度；提高機床重要部件的剛度；采用精密微量進擊機構(gòu)，嚴格控制機床的人變形；隔絕各種震源和采用各種高精度的自動測量裝置……等等。
第2章 安全倒角總體機構(gòu)設(shè)計
2.1 本機構(gòu)的設(shè)計要求
2.1.1 工藝可能性：
1.在該機構(gòu)上可以完成的工序種類。
2.加工零件的類型、速率、尺寸范圍。
工藝可能性主要根據(jù)生產(chǎn)批量，也就是根據(jù)工藝要分散還是要集中而定。在大批量的生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)率，供需往往是分散的，這個機構(gòu)能擔負某一道工序的加工。因此，用于大批量的生產(chǎn)的專門化玻璃磨邊機，必須適當?shù)目s小其工藝的可能性，以提高效率，簡化結(jié)構(gòu)和降低成本。在小批量生產(chǎn)中，工序適當?shù)募校且慌_直邊機盡可能多的完成工序。而本機構(gòu)便是考慮到這點才在在直邊機最后一道加工程序上設(shè)計的。
2.1.2 加工精度和表面光潔度
該機構(gòu)的加工精度是指被加工零件在尺寸、形狀和相互位置等方面所達到的準確程度。影響該機構(gòu)的加工精度的因素很多，例如機構(gòu)的幾何精度、傳動精度、運動精度和剛度等。幾何精度取決于機構(gòu)的主要部件的幾何形狀和相互位置。傳動精度取決于傳動系統(tǒng)的基建的制造精度和裝配精度以及傳動系統(tǒng)設(shè)計的合理性。運動精度是機構(gòu)的部件在外在載荷的條件下以工作速度運轉(zhuǎn)的精度。剛度是指機床不見抵抗彈性形變的能力。
機構(gòu)所加工零件的表面光潔度是機構(gòu)的主要性能之一。他與磨輪和玻璃的材料、進給量、厚度以及機械設(shè)備震動有關(guān)。
2.1.3 生產(chǎn)率
機構(gòu)的加工效率通常是指在單位時間內(nèi)機構(gòu)加工的工件數(shù)量。要提高機構(gòu)的生產(chǎn)率，必須縮短加工一個零件的平均總時間，其中包括縮短上料時間、輔助時間和分攤到每個工步上的準備時間和結(jié)束時間。采用合理的參數(shù)提高機構(gòu)的磨削速度，采用大的轉(zhuǎn)速、大的進給量、都可以。
2.1.4 自動化程度
為了提高勞動生產(chǎn)率、減輕工人的勞動強度和更好的保證加工精度的穩(wěn)定性，機構(gòu)應(yīng)盡可能提高自動化程度。所以該機構(gòu)上采用了PLC控制系統(tǒng)。自動化程度可以用機構(gòu)自動工作的時間與全部的工作時間的比值來表示。
2.1.5 結(jié)構(gòu)、制造與維修
在滿足使用要求的前提下，機構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量的簡單，容易制造和裝配，維修方便等。機構(gòu)的系列化、零部件的通用化和標準化，對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、制造與維修有直接的影響。機構(gòu)的系列化可以用最少的品種滿足個同不同的需要，尤其是同類的機構(gòu)結(jié)構(gòu)典型化，以減少的設(shè)計的勞動量。
2.1.6 操作方便和工作可靠性
機構(gòu)應(yīng)操作方便、省力、容易掌握和不易發(fā)生故障和操作錯誤。這樣不僅減輕工人的疲勞、保證工人和機構(gòu)的安全，還能提高機構(gòu)的生產(chǎn)率。
機構(gòu)的工作可靠性也是一項重要技術(shù)—經(jīng)濟指標。隨著自動化的不斷提到，需要許多機構(gòu)、儀表控制系統(tǒng)和輔助裝置協(xié)同工作，例如自動線，有數(shù)控中心組成并用電子計算機控制的自動化加工系統(tǒng)，自動化工廠等。他們對每個機構(gòu)可靠性指標的要求是相當高的，倘若因一臺設(shè)備因其中一個機構(gòu)出故障而停歇，往往會影響全線或某一部分的自動化生產(chǎn)。
2.1.7 其他
設(shè)計的還應(yīng)注意使用機構(gòu)體積小、重量輕、占用面積小、外形美觀以及注意防止污染環(huán)境，例如減輕噪音、防水、消震等。
2.2 本機構(gòu)的設(shè)計步驟
2.2.1 方案擬定
調(diào)查研究的內(nèi)容一般包括有：
1.關(guān)于該機構(gòu)的設(shè)計方針、政策，以及設(shè)計要求；
2.單位調(diào)查，了解所設(shè)計的新機構(gòu)將要承擔的生產(chǎn)任務(wù)和加工工藝，了解使用單位對該機構(gòu)的要求；
3.單位調(diào)查，了解制造廠的設(shè)備條件、技術(shù)能力和生產(chǎn)經(jīng)驗；
4.國內(nèi)外同類機構(gòu)的技術(shù)文獻和圖紙資料，并注意調(diào)查他的結(jié)構(gòu)性能、使用和制造情況等，尤其注意了解新技術(shù)在同類型機構(gòu)上應(yīng)用的情況，以及在新機構(gòu)是將要達到那些加工目標。
2.2.2 方案分析、整理
在調(diào)查和科學實驗的基礎(chǔ)上，通常可以訂出幾個方案進行分析比較。每個方案所包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、主要部件的結(jié)構(gòu)草圖、試驗結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟效果分析等。
2.2.3 工作圖設(shè)計
首先，繪制機構(gòu)總圖和各部件裝配圖。為使各部件能夠同時且協(xié)調(diào)的進行設(shè)計，一般應(yīng)劃出機構(gòu)的總體尺寸聯(lián)系圖，在圖中確定各部分的輪廓尺寸和各部分間有聯(lián)系的相關(guān)用圖和電氣系統(tǒng)圖。進行必要的計算。
其次，繪制機構(gòu)每個零件的零件圖。
最后，整理機構(gòu)有關(guān)部件和主要零件的設(shè)計計算說明書，編制明細表。
2.2.4 樣機試制和鑒定
如果設(shè)計的機構(gòu)是成批生產(chǎn)的產(chǎn)品，在工作圖設(shè)計完后，應(yīng)進行樣機試制以考驗設(shè)計。對樣機進行試驗和鑒定，合格后再進行小批量試制以考驗工藝，對有問題的和設(shè)計缺陷的進行修改。
2.3 本機構(gòu)主要部件的尺寸
2.3.1 工件的形狀、尺寸和進給速度
本機構(gòu)主要加工矩形玻璃胚料的厚度為3mm—35mm，進給速度為2m/min—8m/min，倒角尺寸為0.5mm—5mm。
2.3.2 機構(gòu)的外形
機床在經(jīng)濟、適用的前提下，應(yīng)注意外形設(shè)計，使機構(gòu)具有安全型。例如，外形輪廓應(yīng)有適當剛度要求的護罩組成，支撐件與被支撐件的比例要適當。給人以穩(wěn)定而安全的感覺。另外，機構(gòu)的一些罩、蓋、手輪、手柄的形狀，和布置等也應(yīng)人性化設(shè)計，便于調(diào)節(jié)。
本機構(gòu)采用立式，圓形回轉(zhuǎn)加工臺，T方形的底座。圖2-1為部分零件裝配后的效果圖：
圖2-1機構(gòu)的外形
該機構(gòu)是用來加工玻璃胚料安全角的專用機構(gòu)，加工精度要求較高。對胚料采用磨削的加工方法。為了提高生產(chǎn)效率，該機構(gòu)采用了循環(huán)的加工方法：我們將磨輪組設(shè)計成企業(yè)標準的磨削組合件，這種加工方法對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求較簡單，磨輪做旋轉(zhuǎn)運動并由滑臺帶動其做前后反復運動，在對前一端角加工完畢后，磨輪在導柱的設(shè)計下暫時和胚料分離，然后在胚料后一組角出片時進行下一次切削。
2.4 機構(gòu)總體尺寸及主要參數(shù)
2.4.1 機構(gòu)的組成
立柱：1CLb32型
底座前后氣動滑臺：NC-YHJ32
底座左右氣動滑臺：NC-YHJ50型
底座：專用（XY雙向）
磨輪組旋轉(zhuǎn)組：MRNC-400型
2.4.2 機構(gòu)主要技術(shù)數(shù)據(jù)
1．機構(gòu)外形尺寸（長×寬×高）：
600×350×550
2．電機和氣動設(shè)備：
變頻調(diào)速三相異步電機一臺，SDA-25*130-B氣缸一個，SDAJ-25*30-B氣缸一個。
3．加工厚度尺寸：35mm
2.4.3 用途
用于加工各種規(guī)格的安全倒角。
2.4.4 自動化程度
全自動，當要調(diào)整機構(gòu)加工玻璃胚料的安全倒角尺寸時，則要通過人工對其進行磨輪組頭的更換。
2.4.5 結(jié)構(gòu)特點
1. 本機構(gòu)是由立柱，專用的底座、氣動滑臺、磨輪組頭組成。
2. 人工裝卸、夾緊。
2.4.6 生產(chǎn)率
生產(chǎn)率高低取決整機的胚料加工進給速率和該機構(gòu)的磨輪旋轉(zhuǎn)速度，因加工精度要求較高，磨輪的速度要求高轉(zhuǎn)速，在保證加工精度的前提下再提高進給速度。
8
第3章安全倒角滑座機構(gòu)設(shè)計
3.1 底座的類型及要求
3.1.1 底座的類型
底座的類型一共有3種；為中間底座，側(cè)底座，專用底座。其中中間底座與側(cè)底座既有通用的又可以根據(jù)自己的需要設(shè)計為專用的底座，本機構(gòu)便是一個專用底座。
3.1.2 底座的工藝要求
本機構(gòu)的底座是一個類似于一個矩型的底座，底座的上一層安放一個前后滑臺，有兩根長導向軸組成，以此達到前后進行移動。底座是上二層是一個左右滑臺，有兩個短導向軸組成，通過此機構(gòu)可以達到進給加工和退后，停歇狀態(tài)，從而適應(yīng)不同大小尺寸胚料的加工要求；底座的三維效果圖如圖3-1
3.2 底座的設(shè)計
在底座設(shè)計過程中應(yīng)該注意一些問題：
1．底座的設(shè)計中應(yīng)該考慮到導向軸的防水環(huán)節(jié)，防止導向軸生銹，以便保證滑動的順暢性。
2．底座設(shè)計過程中應(yīng)該注意底座的高度不可以過高或者過低，應(yīng)該從整體考慮其高度應(yīng)該滿足加工條件的要求——即指加工胚料時時工作臺的高度不應(yīng)該過高或者過低，保證工作時的舒適性，從而保證加工質(zhì)量。
3．底座的壁厚應(yīng)該取一個合適的值，原則為在保證其強度的條件下竟可能的取小壁厚，節(jié)省材料，減少總體重量。
4．在肋板的設(shè)計中應(yīng)該考慮到保證底座強度及工藝可行性要求，這方面可參考其他一些機構(gòu)的肋板結(jié)構(gòu)設(shè)計（如車床，磨床等）。
3.3 底座的總體參數(shù)
1．機床外形尺寸（長×寬×高）
390×350×220
2. 底座上的氣缸型號：SDA-25*130-B以及SDAJ-25*30-B
當我們計算時可按導軌靜止狀態(tài)時的摩擦系數(shù)μ=0.30數(shù)據(jù)按試驗壓力為2kgf/cm2用45號機械油進行潤滑）氣缸動力應(yīng)該大于導軌摩擦力加上絲杠與螺母副之間的摩擦力。
圖3-1滑動機構(gòu)
3.4 底座導向軸上滑鞍的設(shè)計
到裝配的要求其中一個導軌兩側(cè)削平,這樣可以便于裝配,而另一個導向軸在滑鞍的設(shè)計中，由于滑鞍的上表面與立柱的連接。所以，滑鞍的寬度必須大于立柱的寬度，立柱的寬度為40mm,滑鞍的寬度取為50mm。同時考慮到剛度和強度,滑鞍的壁厚為5mm。為減少加工面和保證導軌的直線度和平面度,與底座連接的導軌面取為兩端80mm長。另外,滑鞍中還設(shè)計了擋板保證滑鞍運動的極限位置。
為了減少滑鞍的重量，在滑鞍工作位置的前面和后面分別鑄造了四個減輕重量的工藝孔?？紤]的兩側(cè)都精加工,加工精度為八級,查表可取粗糙度為1.6,導軌面的粗糙度也為1.6，與絲桿配合的軸承座孔則取3.2，鞍的上表面也取3.2。
另外在滑鞍的設(shè)計當中，應(yīng)該注意應(yīng)盡量使立柱的安放位置位于滑鞍遠離工件的一端。這樣安放的目的是為了在裝配完成后可以對立柱的重量更好的平衡，也可以使機床的壽命加長。
39
第4章 導向機構(gòu)的研制
4.1 導軌的類型及要求
4.1.1 導軌的類型
本機床采用長軸導軌，他兼有制造方便和剛性好的優(yōu)點，應(yīng)用最為廣泛。
導軌的功用是導向和承載。在導軌副中，運動的一方叫動導軌，不動的一方叫做支撐導軌。動導軌相對于靜導軌只能有一個自由度的運動。以保證單一方向的導向性。
4.1.2 導軌應(yīng)滿足的要求
1.導向精度
導軌在空載的運動和在切削條件下運動時，都應(yīng)具有足夠的導向精度。所謂的導向精度是指動導軌運動軌跡的準確度，它是保證導軌工作質(zhì)量的前提。影響到軌道向精度的主要因素有：導軌的結(jié)構(gòu)類型；導軌的幾何精度和接觸精度；導軌和基礎(chǔ)件的剛度；導軌的油膜厚度和油膜剛度；道軌和基礎(chǔ)件的熱變形。
2.精度保持性
精度保持性主要是有導軌的耐磨性決定的，它與導軌的摩擦性質(zhì)、導軌材料、工藝方法及受力情況等有關(guān)。
3.低速運動平穩(wěn)性
導軌運動的平穩(wěn)性就是要保證動導軌在做低速運動時或微量移動時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。他與導軌的結(jié)構(gòu)和潤滑，動靜摩擦系數(shù)的差值，以及傳動導軌運動的傳動系統(tǒng)的剛度等條件有關(guān)。
4.結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好
設(shè)計師要注意時的制造、維修方便，刮研勞動量要是少，如果是鑲裝導軌要盡量做到更換容易。
5. 幾何精度、接觸精度、表面光潔度
4.1.3 導軌的分類
1.按運動性質(zhì)分：主運動導軌；進給運動導軌；移置導軌。
2.按摩擦性質(zhì)分：滑動道軌；滾動導軌。
3.開式導軌和閉式導軌
4.1.4 導軌材料的要求
導軌材料的要求是：耐磨性好、工藝性好和成本低等。對于塑料鑲裝導軌的材料，還應(yīng)保證：在油溫升高和空氣濕度增大時的尺寸穩(wěn)定性；在靜載壓強達到5MP時，應(yīng)不發(fā)生蠕變；塑料的線膨脹系數(shù)應(yīng)與鑄鐵相似；
4.2 導軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.2.1 本機構(gòu)采用直線運動導軌
本機構(gòu)的導軌主要是指安全角支架下面的機械；導軌直線運動導軌的截面基本形狀主要有四中：三角形、矩形、燕尾形和圓柱形，每種之中還有凸凹之分。
三角形導軌的導向性隨頂角的大小而不同，頂角越小導向性越好。但是當頂角減小時導軌面的當量摩擦系數(shù)增大。頂角通常取90，對于大型或重型機床頂角取110~120。
矩形導軌比三角形摩擦系數(shù)低，剛度好，加工檢驗和維修都方便。但是不可避免的存在側(cè)面間隙，導向性差。
本機構(gòu)安全角支架底下采用圓柱形導軌，他兼制造方便和剛性好的優(yōu)點，應(yīng)用較為廣泛。每根圓柱導軌配有一個滑鞍，它們的導軌為滾動導軌它們的特點是摩擦系數(shù)小、導向精度高，運動平穩(wěn)，自動化程度高。
4.2.2 導軌間隙的調(diào)整
導軌結(jié)合面配合的松緊對機床的工作性能有很大的影響。配合過緊不僅操作費力還會加快磨損；配合過松則會影響運動精度，甚至會產(chǎn)生震動。因此，除在裝配過程中應(yīng)仔細的調(diào)整導軌的間隙，在使用一段時間后因磨損還要重調(diào)。常用鑲條和壓板來調(diào)整導軌的間隙。例如數(shù)控機床的導軌調(diào)隙還可以用軟件調(diào)隙（插補法）。
4.2.3 導軌的潤滑
對導軌進行潤滑的目的是：減少摩擦，提高機械效率。減少磨損，延長壽命；降低溫度，改善工作條件和防止生銹。
對潤滑的要求是：保證按規(guī)定供清潔的潤滑油，油量可以調(diào)節(jié)，盡量采用自動和強制潤滑；簡化潤滑裝置，潤滑元件要可靠；確保安全，例如，動壓導軌在開車前要先潤滑，靜壓導軌在沒有形成油膜之前，不能開車。
導軌潤滑的方法很多，最簡單的潤滑方法是人工定期的在導軌上澆油。這種方法不能保證充分的潤滑，因此一般只用于低速的中機床本機床中的立柱機械導軌便可以利用這種潤滑（本機構(gòu)所用的潤滑油為45號機械油）。
第5章 磨削參數(shù)的確定
5.1 磨削用量的選擇
由于本工序是旋轉(zhuǎn)磨削,以安全倒角2mm為例,所以選擇粗磨時的磨輪旋轉(zhuǎn)速度為1500r/min,精磨時的磨輪旋轉(zhuǎn)速度為2800r/min.
磨削量
表5-1磨削量
安全角尺寸
金剛輪
樹脂輪
粗磨
精磨
粗磨
精磨
<2
0.05~0.10
0.01~0.02
0.02~0.03
0.01~0.02
2~4
0.05~0.12
0.01~0.02
0.03~0.05
0.01~0.02
>4
0.05~0.15
0.01~0.02
0.03~0.05
0.01~0.02
5.2 磨削轉(zhuǎn)速的確定
磨削轉(zhuǎn)速的大小與胚料進給速度和安全角大小，以及客戶精度要求有關(guān).總的磨削轉(zhuǎn)速應(yīng)該以國家規(guī)定的標準為前提，以下是磨削轉(zhuǎn)速選用參考磨削設(shè)計手冊表9-12.
磨削轉(zhuǎn)速與安全角尺寸以及加工要求的聯(lián)系
表5-2磨削轉(zhuǎn)速
安全角尺寸
<2
2~4
>4
磨輪轉(zhuǎn)速W*100(r/min)
粗磨
精磨
粗磨
精磨
粗磨
精磨
10~11
12~14
12~14
15~18
18~22
24~28
第6章傳動裝置的設(shè)計與計算
6.1 電動機的選擇
工作機的主軸所受阻力矩T=1.84Nm，主軸轉(zhuǎn)速n=2860r/min。
6.1.1 電動機的類型
按工作要求，選用變頻調(diào)速三相異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，YVP型。
6.1.2 選擇電動機的容量
電動機所需功率按公式 kw
其中 kw總效率
查機械設(shè)計手冊得：V帶傳動的效率=0.96，滾動軸承的效率=0.98，聯(lián)軸器的效率=0.99.
即 =0.960.99=0.89
6.1.3 確定電動機轉(zhuǎn)速
取帶傳動的傳動比=2~4，
故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為：=1500~3000 r/min
符合這一范圍是我轉(zhuǎn)速有1500 r/min，2800 r/min
6.1.4 分配各級傳動比
總的傳動比=0.55
分配傳動裝置的傳動比
由公式
由于帶傳動和錐齒輪減速器的尺寸都不能太大，所以取=0.8，=0.68。為進行傳動件的設(shè)計計算，要推理出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩（或效率）。如將傳動裝置各軸由高速至低速依次定為1軸，2軸。
則按電動機軸至工作機運動傳遞路線推算得到各軸的運動和動力參數(shù)。
1）各軸轉(zhuǎn)速
1軸： r/min
2軸： r/min
工作軸： =2757r/min
2)各軸輸入功率
0.750.96=0.72 kw
=0.720.980.96=0.677 kw
=0.6770.980.99=0.66 kw
3)各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=41.84 N.m
=41.840.80.96=32.13 N.m
= 32.130.68 0.98 0.96=20.56 N.m
=20.56 0.98 0.99=19.95 N.m
4)各軸的輸出轉(zhuǎn)矩
分別為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩乘以傳動件的效率
=32.13 0.98=31.50 N.m
=20.56 0.98=20.15 N.m
=19.95 N.m
6.2 帶傳動的設(shè)計與計算
由前面的計算知，選用YVP-6310型電動機額定功率為0.75kw，轉(zhuǎn)速為=1500r/min，傳動比i=0.8，一天工作8小時。
6.2.1 確定計算功率
查機械設(shè)計手冊得工作情況系數(shù)=1.1，故
=1.10.75=0.825 kw
6.2.2 選擇V帶的帶型
根據(jù)，選用Z型
6.2.3 確定帶輪的基準直徑，并驗算帶速v。
初選小帶輪的基準直徑，由機械設(shè)計手冊表8-6和表8-8取=175 mm
驗算帶速v
因為5m/s＜v＜30m/s,故帶速合適。
（1）計算大帶輪的基準直徑
=175/0.8=218.75 mm
取=220 mm
6.2.4 確定帶的中心距和基準長度
初選帶傳動的中心距
276.5 mm 790 mm取 =300 mm
（2）計算帶所需的基準長度
= =830 mm
查手冊選帶的基準長度 =850 mm
（3）計算實際中心距
=335 mm
6.2.5 驗算小帶輪上的包角
= ﹥
6.2.6 計算帶的根數(shù)
（1）計算單根V帶的額定功率
由=175mm, =1500r/min得=1.296 kw
根據(jù)=1500r/min,i=0.8,Z型得=1.03kw
=0.938 =1.14
(2)計算V帶的根數(shù)z
z= = =1.12
取1根。
6.2.7 計算單根V帶的初拉力的最小值
Z型帶的單根長度質(zhì)量q=0.06kg/m
=
= =16.75N
應(yīng)使帶的實際初拉力﹥
6.2.8 計算壓軸力
壓軸力的最小值
=2 1 16.75 =32.48 N
6.2.9 V帶輪的設(shè)計
根據(jù)上述的計算，大帶輪的結(jié)構(gòu)采用腹板式，選用材料為HT200.
6.3 軸的設(shè)計
6.3.1 高速軸的設(shè)計
圖6-1高速軸
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，取得=112，于是
==11.73mm
從左往右:2-3軸段，取端蓋外端面與帶輪右端面間的距離為，故取，1-2軸段右端需制出一軸肩，定位軸肩的高度h一般取為，故取2-3段的直徑。3-4和5-6軸段用來安裝滾動軸承選圓錐滾子軸承7205E，，故，。4-5軸段，3-4軸段右端需制出一軸肩，故取4-5段的直徑為，6-7軸段安裝軸套和皮帶輪，取，，取，，皮帶輪輪與軸的固定采用平鍵連接，查表鍵的尺寸。
6.3.2 低速軸的設(shè)計
圖6-2低速軸
選取軸的材料去誒45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表根據(jù)=115于是得軸的最小直徑
==24.52mm
從右至左：最小直徑是安裝聯(lián)軸器的直徑為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔相適應(yīng)，故需選取聯(lián)軸器型號。
聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取=1.3，則
=26Nm
按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，選用TL08型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為35Nm，半聯(lián)軸器的孔徑d=18mm,故取=22mm，半聯(lián)軸器長度L=62mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度=44mm, 半聯(lián)軸器與軸的周向固定采用平鍵連接，取鍵的尺寸。
為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求6-7軸段左端需制出一軸肩，故取5-6段的直徑 =32mm，取端蓋的為端面與半聯(lián)軸器左端面件的距離=20mm,故取 =50mm。
4-5軸段和1-2軸段用來安裝滾動軸承，型號為7207E，
=35 72 18.25 17mm,故=35mm，=17mm, =25mm.
3-4軸段，因要與高速軸的錐齒輪相嚙合，取=90mm ,=38mm.
2-3軸段，1-2軸段右端需制出一軸肩故2-3段的直徑，，取 ，由于齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位，為了使套筒可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，齒輪與軸的周向固定采用平鍵連接，則鍵的尺寸。
6.3.3 高速軸的校核
已知:T=19.95Nm,P=0.75kw,n=2800r/min, 帶輪的壓軸力=684N, 大皮帶輪的分度圓直徑=172mm,
（1）軸上齒輪所受的力
圓周力： ==117.35N
徑向力： ==42.03N
軸向力： =
( 2)求鉛垂支座反力，彎矩，并畫出彎矩圖
= =124.49N
=42.03-117.35-124.49=-199.81N
=117.35 0.69=75.38Nm
=42.03 25-35.65 =105.17Nm
（3）求水平支座反力，彎矩，并畫出彎矩圖
==36.55N
==-152.46N
=-152.4661+117.3580=-56 Nm
=10.3519=194 Nmm
（4）計算總彎矩，并畫出總彎矩圖
=75.38 Nm
=171.35 Nm
=127.4 Nm
圖6-3 受力分析
圖6-4彎矩圖
(5)按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強度
根據(jù)彎矩圖知B,C截面為危險截面。
B截面：
=
查表=60，＜，故該截面安全。
C截面：
＜
故該截面安全。
6.3.4 低速軸的校核：
已知，T=95.75Nmm,P=0.75kw,n=1500r/min, 大皮帶輪的分度圓直徑=188mm,圓錐齒輪上所受的力分別為 =42.03N, =16.65N, =121.75N,AB=30 mm,BC= mm,CD= 88mm。
（1）求鉛垂面的支座反力，彎矩并畫彎矩圖
= = -31.13N
=-16.65+31.13=15.48N
= =-35.42Nmm
= =-46.26 Nmm
（2）求水平的支座反力，彎矩并畫彎矩圖
= =-96.06N
=96.06-121.75=-25.69N
=96.06 0.30=28.8N
（3）計算總彎矩并畫彎矩圖
= =45.36Nmm
= =46.26 Nmm
圖6-5受力分析
圖6-6彎矩圖
（4）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強度
由圖知，B截面為危險截面。
=7.3
查表15-1的=60 ，＜，故該截面安全。
6.4 鍵的強度校核
鍵的材料為45號鋼，查機械設(shè)計手冊得鍵連接許用擠壓應(yīng)力
6.4.1 與皮帶輪配合的鍵
鍵的尺寸，鍵的工作長度=286=22mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度
<
6.4.2 與磨輪托盤配合的鍵
鍵的尺寸，鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度
<
由上面的校核計算知道，鍵的強度都足夠。
第7章 電氣控制設(shè)計
在設(shè)計組和機床或組合機床自動線的控制系統(tǒng)時，一般要通過如下過程：
1、詳細了解機床工作循環(huán)（對自動線來說要了解循環(huán)周期表）及其互鎖要求。
2、熟悉組成機床或自動顯得個通用及專用部件的工作過程及其對電氣控制系統(tǒng)的要求。
3、對數(shù)控控制系統(tǒng)也要有一定的了解，同時要掌握電池鐵的工作特性，有關(guān)數(shù)據(jù)及其接通表。
4、了解機床及自動線中個輔助設(shè)備的工作情況（如冷卻、潤滑、排屑、機械手及升降機構(gòu)等）。
5、經(jīng)過上述過程后就可以進行電路設(shè)計，先考慮個單元電路，然后將他們連成系統(tǒng)。開始設(shè)計以滿足循環(huán)要求為主，其次再考慮去掉多余的電器，最后書寫系統(tǒng)說明，以監(jiān)察系統(tǒng)的正確性。
目前，組合機床及自動線電氣控制系統(tǒng)，很多都采用了PLC控制方式，不再采用傳統(tǒng)的繼電—接觸控制。組合機床及自動線的規(guī)模越大，包括的運動部件就越多，工作循環(huán)就越復雜，電氣控制中采用的繼電器、接觸器、限位開關(guān)就越多。
本機床采用了PLC控制，他與以前的舊電路相比有許多優(yōu)點。
①、使用靈活，通用性強。
②、可靠性高，能適用各種應(yīng)用環(huán)境。
③、編程簡單，易于掌握。
④、接口簡單，維護方便。
氣路設(shè)計圖紙見附錄圖（三）
結(jié) 論
謝 辭
參考文獻
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附 錄
工作原理圖：
工作原理圖
氣路圖：
氣路圖
外文資料翻譯
The primary tooling concerns when machining aluminum are: minimizing the tendency of aluminum to stick to the tool cutting edges; ensuring there is good chip evacuation form the cutting edge; and ensuring the core strength of the tools is sufficient to withstand the cutting forces without breaking.
Technological developments such as the Makino MAG-Series machines have made tooling vendors rethink the any state-of-the-art machine technology. It is vital to apply the right tooling and programming concepts.
Materials coatings and geometry are the three elements in tool design that interrelate to minimize these concerns. If these three elements do not work together, successful high-speed milling is not possible. It is imperative to understand all three of these elements in order to be successful in the high-speed machining of aluminum.
Minimize Built-Up Edge
When machining aluminum, one of the major failure modes of cutting tools the material being machined adheres to the tool cutting edge. This condition rapidly degrades the cutting ability of the tool. The built-up edge that is generated by the adhering aluminum dulls the tool so it can no longer cut through the material. Tool material selection and tool coating selection are the two primary techniques used by tool designers to reduce occurrence of the built-up edge.
The sub-micron grain carbide material requires a high cobalt concentration to achieve the fine grain structure and the material’s strength properties. Cobalt reacts with aluminum at elevated temperatures, which causes the aluminum to chemically bond to the exposed cobalt of the tool material. Once the aluminum starts to adhere to the tool, it quickly forms a built-up edge on the tool rendering it ineffective.
The secret is to find the right balance of cobalt to provide adequate material strength, while minimizing the exposed cobalt in the tools for aluminum adherence during the cutting process. This balance is achieved using coarse-grained carbide that provides a tool of sufficient hardness so as to not dull quickly when machining aluminum while minimizing adherence.
Tool coatings
The second tool design element that must be considered when trying to minimize the built-up edge is the tool coating. Tool coating choices include TiN, TiAIN, AITiN, chrome nitrides, zirconium nitrides, diamond, and diamond-like coatings(DLC). With so many choices, aerospace milling shops need to know which one works best in an aluminum high-speed machining application.
The Physical Vapor Deposition (PVD) coating application process on TiN, TiCN, TiAIN, and AITiN tools makes them unsuitable for an aluminum application. The PVD coating process creates two modes for aluminum to bond to the tools――the surface roughness and the chemical reactivity between the aluminum and the tool coating.
The PVD process results in surface that is rougher that the substrate material to which it is applied. The surface peaks and valleys” created by this process causes aluminum to rapidly collect in the valleys on the tool. In addition, the PVD coating is chemically reactive to the aluminum due to its metallic crystal and ionic crystal features. A TiAIN coating actually contains aluminum, which easily bonds with a cutting surface of the same material. The surface roughness and chemical reactivity attributes will cause the tool and work piece to stick together, thus creating the built-up edge.
In testing performed by OSG Tap and Die, it was discovered that when machining aluminum at very high speeds, the performance of an uncoated coarse-grained carbide tool was superior to that of one coated with TiN, Ticn, TiAIN, or ALTiN. This testing does not mean that all tool coatings will reduce the tool performance.