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切削刀具角度教学系统:主副偏角与后角设计实现
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更新于2024-06-21
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切削刀具角度模型示教系统设计与制作是一个专注于教育领域的创新项目,旨在提升机械加工课程中的教学效率和理解深度。该系统的核心是模拟实际切削过程中刀具的角度变化,特别是主偏角(main angle)、副偏角(auxiliary angle)和后角(back angle),这些角度对切削质量和效率有着至关重要的影响。 设计部分着重于构建一个可操作的模型,它结合了硬件和软件技术。硬件方面,系统利用单片机作为核心控制器,确保角度数据的精确计算和控制。电机则驱动着传动机构,使得虚拟的刀具角度能够通过物理机制实时调整,从而在基面(工具切削时的基准平面)和正交平面(与主轴垂直的平面)上清晰可见。这种实体化的展示方式,使得复杂理论概念变得直观易懂,学生可以通过亲手操作来感受不同角度对刀具路径的实际影响。 关键词“直观的展示”强调了系统设计的直观性,使得抽象的切削几何学概念转化为可感知的实物体验。模具示教系统不仅限于课堂教学,也可用于实验室实践,帮助学生快速掌握和记忆刀具角度参数的重要性。 此外,后角的设计尤其关键,因为它关系到刀具的刃部冷却和切屑排出,对刀具寿命和加工性能有直接影响。通过该系统,教师可以演示如何根据工件材料、加工精度和切削速度调整后角,以便优化加工过程。 总结来说,切削刀具角度模型示教系统的设计与制作是一个集教学工具、实践平台和理论演示于一体的教学解决方案,它以直观的方式促进了学生对切削工艺的理解,提升了他们的实践技能和创新能力,是现代职业教育中不可或缺的一部分。
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携带等优点。
1.3 本设计应解决的主要问题
目前,限制切削刀具角度模型应用范围的因素主要有两个:
a、正交平面参考系难以直接认识了解;
b、刀具工作角度变化比较单一。
c、后角和主副偏角的角度变化的直观显示和定量理解,如何在理解角度变化的基
础上,还能理解角度变化的量。
2 整体设计说明
切削刀具角度模型如图 2.1 所示是由电机、丝杆、托盘、底座、螺纹杆、支撑柱、
刻度盘和刀具刀面模型等构成的简单的模型刀具。而后角的角度变化是由 L298N 模板进
行运行,控制电机进行正转和反转,而带电机的正反转会产生转矩,而电机产生的转矩
能够带动马达的运作,马达开始工作时能够让丝杆产生推力,而丝杆的推力能够会对刀
具模型的刀面产生一定拉伸作用从而带动刀具模型的刀面运动,从而使得模型刀具的后
角发生角度的变化。而切削刀具角度模型的主副偏角则主要是通过手动的方法进行角度
变化,主要是用手转动托盘进而间接的带动刀具模型的主刀面进行转动从而改变主副偏
角的大小。
图 2.1 切削刀具角度模型
以及切削刀具角度模型的装配示意图(图 2.2)如下所示:
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88318048/bg7.jpg)
4
图 2.2 装配示意图
1. 副后刀面 2.电机 3.后刀面 4.托盘 5.底盘 6.前刀面
7.合页 8.支撑柱 9.模拟参考坐标 10.鱼眼轴承 11. 角度测量器 12.螺纹杆 13.
子母铆钉
3 后角的设计
(1)根据所学的课程知识,再结合查阅相关书籍与论文,在了解和掌握车刀结构
特点和几何角度的基础上,首先确定各个零件的基本尺寸和使用的材料,进行力学分析
和结构分析,通过 MATLAB 软件建立运动学仿真模型。经仿真,得到后角机构的运动
学特性,为确定后角机构的角度变化提供依据;
(2)采用 UG 软件对切削刀具角度模型进行整体的规划和设计,然后,在对各个
机构进行分析和具体的设计以及对零部件的选择和设计,形成完整的 3D 模型,再将整
体进行拆分形成各个机构和零部件,以及对机构的合理性和刚度校核,以及绘制各零部
件的工程图。
3.1 后角的设计原理和与其在总体上的布局关系
后角的设计原理:后角的角度变化的演示主要是采用 L298N 模板、直流电机,马
达和采用 3D 打印的非标准的后刀面教具,以及连接销钉和合板。具体的设计是用 L298N
模板接线直流电机,直流电机连接丝杠,丝杠通过销钉和前刀面教具连接。
后角运动机构的分析:当启动直流电机时,电机正转时会带动丝杠转动,通过反作
用力使套筒上升,并且带动后刀面教具以主切削刃为轴心进行转动,从而实现后角的角
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