玻璃磨安全角机构设计

摘要

磨削是一种应用最为广泛的零件精加工方法，用来获得非常小的公差和非常高的表面光洁度，磨削利用磨粒来完成切削工作。其中磨轮就是磨削零件中的一种。

本机构用来加工玻璃胚料的安全角。工作滑台采用PLC控制，以及采用气动系统。

本机构除安全角采用的是旋转外隔，双反向的加工方法。圆柱磨轮依靠导柱径向进给。加工完前一组倒角后，依靠导柱的特殊机构，磨轮和玻璃胚料暂时分离，处于自转状态，等到后一组倒角到位时，还是有导柱给出位置配置信号，使磨轮进行后一组倒角加工。这是一种最使用的高效的加工安全倒角方法。

关键词：磨削，磨轮，安全倒角，导柱

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

前言 ................................................................................................ 1

第1章绪论 .................................................................................... 2

1.1 本机构的特点 ....................................................................... 2

1.2 内圆齿轮磨床发展状况 ....................................................... 2

第2章安全倒角总体机构设计 ....................................................... 5

2.1 本机构的设计要求 ............................................................... 5

2.1.1 工艺可能性： ............................................................. 5

2.1.2 加工精度和表面光洁度 .............................................. 5

2.1.3 生产率 ......................................................................... 5

2.1.4 自动化程度 ................................................................. 6

2.1.5 结构、制造与维修 ..................................................... 6

2.1.6 操作方便和工作可靠性 .............................................. 6

2.1.7 其他 ............................................................................. 6

2.2 本机构的设计步骤 ............................................................... 6

2.2.1 方案拟定 ..................................................................... 6

2.2.2 方案分析、整理 ......................................................... 7

2.2.3 工作图设计 ................................................................. 7

2.2.4 样机试制和鉴定 ......................................................... 7

2.3 本机构主要部件的尺寸 ....................................................... 7

2.3.1 工件的形状、尺寸和进给速度 .................................. 7

2.3.2 机构的外形 ................................................................. 8

2.4 机构总体尺寸及主要参数 ................................................... 9

2.4.1 机构的组成 ................................................................. 9

2.4.2 机构主要技术数据 ..................................................... 9

2.4.3 用途 ............................................................................. 9

2.4.4 自动化程度 ................................................................. 9

2.4.5 结构特点 ..................................................................... 9

2.4.6 生产率 ......................................................................... 9

第3章安全倒角滑座机构设计 ....................................................... 11

3.1 底座的类型及要求 ............................................................. 11

3.1.1 底座的类型 ............................................................... 11

3.1.2 底座的工艺要求 ....................................................... 11

3.2 底座的设计 ......................................................................... 11

3.3 底座的总体参数 ................................................................. 12

3.4 底座导向轴上滑鞍的设计 ................................................. 12

第4章导向机构的研制 ................................................................. 14

4.1 导轨的类型及要求 ............................................................. 14

4.1.1 导轨的类型 ............................................................... 14

4.1.2 导轨应满足的要求 ................................................... 14

4.1.3 导轨的分类 ............................................................... 15

4.1.4 导轨材料的要求 ....................................................... 15

4.2 导轨的结构设计 ................................................................. 15

4.2.1 本机构采用直线运动导轨 ........................................ 15

4.2.2 导轨间隙的调整 ....................................................... 15

4.2.3 导轨的润滑 ............................................................... 16

第5章磨削参数的确定 ................................................................. 17

5.1 磨削用量的选择 ................................................................. 17

5.2 磨削转速的确定 ................................................................. 17

第6章传动装置的设计与计算 ....................................................... 18

6.1 电动机的选择 ..................................................................... 18

6.1.1 电动机的类型 ........................................................... 18

6.1.2 选择电动机的容量 ................................................... 18

6.1.3 确定电动机转速 ....................................................... 18

6.1.4 分配各级传动比 ....................................................... 18

6.2 带传动的设计与计算 ......................................................... 19

6.2.1 确定计算功率 ........................................................... 20

6.2.2 选择V带的带型 ...................................................... 20

6.2.3 确定带轮的基准直径，并验算带速v。 ................. 20

6.2.4 确定带的中心距和基准长度 .................................... 20

6.2.5 验算小带轮上的包角 ............................................... 21

6.2.6 计算带的根数 ........................................................... 21

6.2.7 计算单根V带的初拉力的最小值 ........................... 21

6.2.8 计算压轴力 ............................................................... 22

6.2.9 V带轮的设计 ............................................................ 22

6.3 轴的设计 ............................................................................. 22

6.3.1 高速轴的设计 ........................................................... 22

6.3.2 低速轴的设计 ........................................................... 23

6.3.3 高速轴的校核 ........................................................... 24

6.3.4 低速轴的校核： ....................................................... 26

6.4 键的强度校核 ..................................................................... 28

6.4.1 与皮带轮配合的键 ................................................... 28

6.4.2 与磨轮托盘配合的键 ............................................... 29

第7章电气控制设计 ..................................................................... 30

结论 ................................................................................................ 31

谢辞 ................................................................................................ 32

参考文献 .......................................................................................... 33

附录 .............................................................................................. 34

外文资料翻译 .................................................................................. 36

前言

用磨轮为玻璃胚料进行磨削加工的机械设备，都统称为玻璃磨边机。近年来，随着玻璃幕墙使用率，尺寸要求，以及安全性上的要求的提高，对玻璃加工设备的精度要求愈来愈高；而且随着玻璃幕墙使用的范围越来越广泛，对玻璃加工设备的效率也越来越高；同时随着机械设备的多功能化，进一步提高了磨边机的设计要求。因此，玻璃磨边机的适用范围越来越大，目前发达国家，玻璃磨边机在玻璃深加工设备的构成比约为10~21%。

现代玻璃磨边机的主要发展趋势是：提高设备的加工效率，自动化程度及加工精度。本课题为玻璃深加工上的玻璃除安全角机构的设计，克服了以往多台机才能完成全部的工序的问题，现在只在两台机子上就能完成全部的玻璃加工工序，而玻璃的除安全角机构为二号机的最后一道工序，提高了工作效率，而且，本机构专门用来加工玻璃的安全角，用磨削的方法最为合适。玻璃深加工设备包括直边机、圆边机、高速机，清洗机……

目前，常用的玻璃直边机，磨轮转速在1800~2800转/分左右，有普通电机经皮带传动。这种磨削构造简单、维护方便极成本低，所以，现在仍应用广泛。但在玻璃进给高速的时候，转速要求达到6800~8000或更高。

随着玻璃深加工设备的发展，以及结构的改进，在磨削加工中，采用了高速磨削、强力磨削、宽砂轮和多砂轮磨削，以及其他的磨削工艺，是磨削效率不断提高。

近年来，普通玻璃深加工设备的自动化在不断的提高。自动化的措施有：自动进给、磨轮的自动修正和补偿、自动上料和自动测量等。应用于大、中、小各批量生产的玻璃深加工设备，其自动化的显著趋势是向数控方向发展。

第1章绪论

1.1 本机构的特点

为了提高机器及仪器零件的精度和对光洁度的要求愈来愈高；各种高硬度材，可利用立柱下面的导轨横向调整。附有专用磨头，为了满足大批量的生产需要，还可以改造为自动化高的内圆磨床、数控磨床。生产适应零件的精加工需要，出现了以磨粒为切削刃的磨削加工。现在，用磨料磨具为工具进行切削加工的机床，都统称为磨床。

由于砂轮表面上的每一颗磨粒的硬度都很高，磨粒有锋利的切削刃并能耐很高的切削温度，料的使用越来越多，可以直接把毛坯磨削为成品；随着高速磨削和强力磨削工艺的进步，进一步提高了磨削效率。因此，磨床的适用范围越来越大，目前发达国家，磨床在金属切削机床中的构成比约为13～27%。

本课题为内圆齿轮磨床，机床结构简单，操作方便，刚度较好。加工效率较高，工作台可以横向调整因此，整个砂轮可以认为是一个允许高速切削的多刃刀具。在磨削过程中，通过对砂轮的修整，使磨粒保持锋利。

近年来，随着技术水平的提效率较高，可以放入自动线中使用。现代磨床的主要发展趋势是：提高机床的加工效率，提高机床的自动化程度及提高机床的加工精度。本课题为磨齿，克服了以往插齿机效率慢的问题，提高了工作效率，而且，本机床专门用来加工齿面较硬的齿轮，用磨削的方法最为合适。由于设计条件限制，此机床的自动化程度较高，已到可出产品阶段，所以，但还有很大的改动空间，所以此机床拥有，高效、高精、自动化较好等优点。此技术在国内外属于领先水平，有很好的发展空间。

1.2 内圆齿轮磨床发展状况

为了适应磨削各种表面、工件和生产批量的要求，磨床的种类很多，其中主要有：

1. 外圆磨床—包括万能外圆磨床、外圆磨床、无心外圆磨床…… 2. 内圆磨床—包括内圆磨床、无心圆磨床、行星式内圆磨床…… 3. 平面磨床—包括卧轴距台平面磨床、立轴距台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床……

4. 工具磨床—包括工具曲线磨床、钻头沟槽磨床、丝锥沟槽磨床……

5. 刀具刃具磨床—包括万能工具磨床、拉刀刃磨床、滚刀刃磨床……

6.各种专用化磨床—适用于专门磨削一类零件的磨床，如曲轴磨床、凸轮磨床、花键轴磨床、叶片磨床、活塞环磨床……

7. 其他机床—有衍磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机……

随着我国工业水平的提高和科学技术的发展，对机械产品的精度要求愈来愈高，对磨削件的精度也更高了。例如某些国防部门的机械零件，要求外圆的不圆度不能满足要求了。因此，一般的普通精度外圆磨床便不能满足要求了。需加工精度的精密外圆磨床来完成。我国自行生产的精密和高精米的外圆磨床已有一系列不同规格的产品，最大规格的高精米外圆磨床H120型油膜专用磨床，能加工工件的1600*2500毫米；最小规格的高精外圆磨床MGB135，加工工件的尺寸50*350毫米。

为了得到高的加工精度，在磨床的主要零件材料选择及制造精度、整机的装配精度、机床的结构、精密测量的配备和机床的使用条件等方面提出了更高的要求。

目前，常用的内圆磨床砂轮主轴，转速在1～2万转/分左右，由普通电机经皮带传动。这种磨具构造简单、维护方便及成本低，所以，现在仍应用广泛。但磨小孔时，转速可达到8～12万转/分或更高。

随磨料磨具的发展和磨床结构的改进，在磨削加工中，采用了高速磨削、强力磨削、宽砂轮和多砂轮磨削，以及其他的磨削工艺，是磨削效率不断提高。

近年来，磨床的自动化在不断的提高。自动化的措施有：自动进给、砂轮的自动修正和补偿、自动分度、自动装卸料和自动测量等。应用于中、小批量生产的磨床，其自动化的显著趋势是想数控方向发展。目前，对磨削加工的精度和光洁度愈来愈高，高精度外圆磨床的不圆度要求小于

0.8微米，光洁度应在10以下；为了得到要求，机床结构中采用了一系列提高精度的措施，例如：采用新型主轴轴承，以提高主轴部件的旋转精度和刚度；提高机床重要部件的刚度；采用精密微量进击机构，严格控制机床的人变形；隔绝各种震源和采用各种高精度的自动测量装置……等等。

第2章安全倒角总体机构设计

2.1 本机构的设计要求

2.1.1 工艺可能性：

1.在该机构上可以完成的工序种类。

2.加工零件的类型、速率、尺寸范围。

工艺可能性主要根据生产批量，也就是根据工艺要分散还是要集中而定。在大批量的生产中，为了提高生产率，供需往往是分散的，这个机构能担负某一道工序的加工。因此，用于大批量的生产的专门化玻璃磨边机，必须适当的缩小其工艺的可能性，以提高效率，简化结构和降低成本。在小批量生产中，工序适当的集中，是一台直边机尽可能多的完成工序。而本机构便是考虑到这点才在在直边机最后一道加工程序上设计的。

2.1.2 加工精度和表面光洁度

该机构的加工精度是指被加工零件在尺寸、形状和相互位置等方面所达到的准确程度。影响该机构的加工精度的因素很多，例如机构的几何精度、传动精度、运动精度和刚度等。几何精度取决于机构的主要部件的几何形状和相互位置。传动精度取决于传动系统的基建的制造精度和装配精度以及传动系统设计的合理性。运动精度是机构的部件在外在载荷的条件下以工作速度运转的精度。刚度是指机床不见抵抗弹性形变的能力。

机构所加工零件的表面光洁度是机构的主要性能之一。他与磨轮和玻璃的材料、进给量、厚度以及机械设备震动有关。

2.1.3 生产率

机构的加工效率通常是指在单位时间内机构加工的工件数量。要提高机构的生产率，必须缩短加工一个零件的平均总时间，其中包括缩短上料时间、辅助时间和分摊到每个工步上的准备时间和结束时间。采用合理的参数提高机构的磨削速度，采用大的转速、大的进给量、都可以。

2.1.4 自动化程度

为了提高劳动生产率、减轻工人的劳动强度和更好的保证加工精度的稳定性，机构应尽可能提高自动化程度。所以该机构上采用了PLC控制系统。自动化程度可以用机构自动工作的时间与全部的工作时间的比值来表示。

2.1.5 结构、制造与维修

在满足使用要求的前提下，机构的结构应尽量的简单，容易制造和装配，维修方便等。机构的系列化、零部件的通用化和标准化，对机构的结构、制造与维修有直接的影响。机构的系列化可以用最少的品种满足个同不同的需要，尤其是同类的机构结构典型化，以减少的设计的劳动量。

2.1.6 操作方便和工作可靠性

机构应操作方便、省力、容易掌握和不易发生故障和操作错误。这样不仅减轻工人的疲劳、保证工人和机构的安全，还能提高机构的生产率。

机构的工作可靠性也是一项重要技术—经济指标。随着自动化的不断提到，需要许多机构、仪表控制系统和辅助装置协同工作，例如自动线，有数控中心组成并用电子计算机控制的自动化加工系统，自动化工厂等。他们对每个机构可靠性指标的要求是相当高的，倘若因一台设备因其中一个机构出故障而停歇，往往会影响全线或某一部分的自动化生产。

2.1.7 其他

设计的还应注意使用机构体积小、重量轻、占用面积小、外形美观以及注意防止污染环境，例如减轻噪音、防水、消震等。

2.2 本机构的设计步骤

2.2.1 方案拟定

调查研究的内容一般包括有：

1.关于该机构的设计方针、政策，以及设计要求；

2.单位调查，了解所设计的新机构将要承担的生产任务和加工工艺，

了解使用单位对该机构的要求；

3.单位调查，了解制造厂的设备条件、技术能力和生产经验；

4.国内外同类机构的技术文献和图纸资料，并注意调查他的结构性能、使用和制造情况等，尤其注意了解新技术在同类型机构上应用的情况，以及在新机构是将要达到那些加工目标。

2.2.2 方案分析、整理

在调查和科学实验的基础上，通常可以订出几个方案进行分析比较。每个方案所包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、伺服系统、电气系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济效果分析等。

2.2.3 工作图设计

首先，绘制机构总图和各部件装配图。为使各部件能够同时且协调的进行设计，一般应划出机构的总体尺寸联系图，在图中确定各部分的轮廓尺寸和各部分间有联系的相关用图和电气系统图。进行必要的计算。

其次，绘制机构每个零件的零件图。

最后，整理机构有关部件和主要零件的设计计算说明书，编制明细表。

2.2.4 样机试制和鉴定

如果设计的机构是成批生产的产品，在工作图设计完后，应进行样机试制以考验设计。对样机进行试验和鉴定，合格后再进行小批量试制以考验工艺，对有问题的和设计缺陷的进行修改。

2.3 本机构主要部件的尺寸

2.3.1 工件的形状、尺寸和进给速度

本机构主要加工矩形玻璃胚料的厚度为3mm—35mm，进给速度为2m/min—8m/min，倒角尺寸为0.5mm—5mm。

2.3.2 机构的外形

机床在经济、适用的前提下，应注意外形设计，使机构具有安全型。例如，外形轮廓应有适当刚度要求的护罩组成，支撑件与被支撑件的比例要适当。给人以稳定而安全的感觉。另外，机构的一些罩、盖、手轮、手柄的形状，和布置等也应人性化设计，便于调节。

本机构采用立式，圆形回转加工台，T方形的底座。图2-1为部分零件装配后的效果图：

图2-1机构的外形

该机构是用来加工玻璃胚料安全角的专用机构，加工精度要求较高。对胚料采用磨削的加工方法。为了提高生产效率，该机构采用了循环的加工方法：我们将磨轮组设计成企业标准的磨削组合件，这种加工方法对机构的结构要求较简单，磨轮做旋转运动并由滑台带动其做前后反复运动，在对前一端角加工完毕后，磨轮在导柱的设计下暂时和胚料分离，然后在胚料后一组角出片时进行下一次切削。

2.4 机构总体尺寸及主要参数

2.4.1 机构的组成

立柱：1CLb32型

底座前后气动滑台：NC-YHJ32

底座左右气动滑台：NC-YHJ50型

底座：专用（XY双向）

磨轮组旋转组：MRNC-400型

2.4.2 机构主要技术数据

1．机构外形尺寸（长×宽×高）：

600×350×550

2．电机和气动设备：

变频调速三相异步电机一台，SDA-25*130-B气缸一个，SDAJ-25*30-B气缸一个。

3．加工厚度尺寸：35mm

2.4.3 用途

用于加工各种规格的安全倒角。

2.4.4 自动化程度

全自动，当要调整机构加工玻璃胚料的安全倒角尺寸时，则要通过人工对其进行磨轮组头的更换。

2.4.5 结构特点

1. 本机构是由立柱，专用的底座、气动滑台、磨轮组头组成。 2. 人工装卸、夹紧。

2.4.6 生产率

生产率高低取决整机的胚料加工进给速率和该机构的磨轮旋转速度，因加工精度要求较高，磨轮的速度要求高转速，在保证加工精度的前提下

再提高进给速度。

第3章安全倒角滑座机构设计

3.1 底座的类型及要求

3.1.1 底座的类型

底座的类型一共有3种；为中间底座，侧底座，专用底座。其中中间底座与侧底座既有通用的又可以根据自己的需要设计为专用的底座，本机构便是一个专用底座。

3.1.2 底座的工艺要求

本机构的底座是一个类似于一个矩型的底座，底座的上一层安放一个前后滑台，有两根长导向轴组成，以此达到前后进行移动。底座是上二层是一个左右滑台，有两个短导向轴组成，通过此机构可以达到进给加工和退后，停歇状态，从而适应不同大小尺寸胚料的加工要求；底座的三维效果图如图3-1

3.2 底座的设计

在底座设计过程中应该注意一些问题：

1．底座的设计中应该考虑到导向轴的防水环节，防止导向轴生锈，以便保证滑动的顺畅性。

2．底座设计过程中应该注意底座的高度不可以过高或者过低，应该从整体考虑其高度应该满足加工条件的要求——即指加工胚料时时工作台的高度不应该过高或者过低，保证工作时的舒适性，从而保证加工质量。

3．底座的壁厚应该取一个合适的值，原则为在保证其强度的条件下竟可能的取小壁厚，节省材料，减少总体重量。

4．在肋板的设计中应该考虑到保证底座强度及工艺可行性要求，这方面可参考其他一些机构的肋板结构设计（如车床，磨床等）。

3.3 底座的总体参数

1．机床外形尺寸（长×宽×高）

390×350×220

2. 底座上的气缸型号：SDA-25*130-B以及SDAJ-25*30-B

当我们计算时可按导轨静止状态时的摩擦系数µ=0.30数据按试验压力为2kgf/cm²用45号机械油进行润滑）气缸动力应该大于导轨摩擦力加上丝杠与螺母副之间的摩擦力。

图3-1滑动机构

3.4 底座导向轴上滑鞍的设计

到装配的要求其中一个导轨两侧削平,这样可以便于装配,而另一个导向轴在滑鞍的设计中，由于滑鞍的上表面与立柱的连接。所以，滑鞍的宽度必须大于立柱的宽度，立柱的宽度为40mm,滑鞍的宽度取为50mm。同时考虑到刚度和强度,滑鞍的壁厚为5mm。为减少加工面和保证导轨的直线度和平面度,与底座连接的导轨面取为两端80mm长。另外,滑鞍中还设

计了挡板保证滑鞍运动的极限位置。

为了减少滑鞍的重量，在滑鞍工作位置的前面和后面分别铸造了四个减轻重量的工艺孔。考虑的两侧都精加工,加工精度为八级,查表可取粗糙度为1.6,导轨面的粗糙度也为1.6，与丝杆配合的轴承座孔则取3.2，鞍的上表面也取3.2。

另外在滑鞍的设计当中，应该注意应尽量使立柱的安放位置位于滑鞍远离工件的一端。这样安放的目的是为了在装配完成后可以对立柱的重量更好的平衡，也可以使机床的寿命加长。

第4章导向机构的研制

4.1 导轨的类型及要求

4.1.1 导轨的类型

本机床采用长轴导轨，他兼有制造方便和刚性好的优点，应用最为广泛。

导轨的功用是导向和承载。在导轨副中，运动的一方叫动导轨，不动的一方叫做支撑导轨。动导轨相对于静导轨只能有一个自由度的运动。以保证单一方向的导向性。

4.1.2 导轨应满足的要求

1.导向精度

导轨在空载的运动和在切削条件下运动时，都应具有足够的导向精度。所谓的导向精度是指动导轨运动轨迹的准确度，它是保证导轨工作质量的前提。影响到轨道向精度的主要因素有：导轨的结构类型；导轨的几何精度和接触精度；导轨和基础件的刚度；导轨的油膜厚度和油膜刚度；道轨和基础件的热变形。

2.精度保持性

精度保持性主要是有导轨的耐磨性决定的，它与导轨的摩擦性质、导轨材料、工艺方法及受力情况等有关。

3.低速运动平稳性

导轨运动的平稳性就是要保证动导轨在做低速运动时或微量移动时不出现爬行现象。他与导轨的结构和润滑，动静摩擦系数的差值，以及传动导轨运动的传动系统的刚度等条件有关。

4.结构简单、工艺性好

设计师要注意时的制造、维修方便，刮研劳动量要是少，如果是镶装导轨要尽量做到更换容易。

5. 几何精度、接触精度、表面光洁度

4.1.3 导轨的分类

1.按运动性质分：主运动导轨；进给运动导轨；移置导轨。

2.按摩擦性质分：滑动道轨；滚动导轨。

3.开式导轨和闭式导轨

4.1.4 导轨材料的要求

导轨材料的要求是：耐磨性好、工艺性好和成本低等。对于塑料镶装导轨的材料，还应保证：在油温升高和空气湿度增大时的尺寸稳定性；在静载压强达到5MP时，应不发生蠕变；塑料的线膨胀系数应与铸铁相似；

4.2 导轨的结构设计

4.2.1 本机构采用直线运动导轨

本机构的导轨主要是指安全角支架下面的机械；导轨直线运动导轨的截面基本形状主要有四中：三角形、矩形、燕尾形和圆柱形，每种之中还有凸凹之分。

三角形导轨的导向性随顶角的大小而不同，顶角越小导向性越好。但是当顶角减小时导轨面的当量摩擦系数增大。顶角通常取90，对于大型或重型机床顶角取110~120。

矩形导轨比三角形摩擦系数低，刚度好，加工检验和维修都方便。但是不可避免的存在侧面间隙，导向性差。

本机构安全角支架底下采用圆柱形导轨，他兼制造方便和刚性好的优点，应用较为广泛。每根圆柱导轨配有一个滑鞍，它们的导轨为滚动导轨它们的特点是摩擦系数小、导向精度高，运动平稳，自动化程度高。

4.2.2 导轨间隙的调整

导轨结合面配合的松紧对机床的工作性能有很大的影响。配合过紧不仅操作费力还会加快磨损；配合过松则会影响运动精度，甚至会产生震

动。因此，除在装配过程中应仔细的调整导轨的间隙，在使用一段时间后因磨损还要重调。常用镶条和压板来调整导轨的间隙。例如数控机床的导轨调隙还可以用软件调隙（插补法）。

4.2.3 导轨的润滑

对导轨进行润滑的目的是：减少摩擦，提高机械效率。减少磨损，延长寿命；降低温度，改善工作条件和防止生锈。

对润滑的要求是：保证按规定供清洁的润滑油，油量可以调节，尽量采用自动和强制润滑；简化润滑装置，润滑元件要可靠；确保安全，例如，动压导轨在开车前要先润滑，静压导轨在没有形成油膜之前，不能开车。

导轨润滑的方法很多，最简单的润滑方法是人工定期的在导轨上浇油。这种方法不能保证充分的润滑，因此一般只用于低速的中机床本机床中的立柱机械导轨便可以利用这种润滑（本机构所用的润滑油为45号机械油）。

第5章磨削参数的确定

5.1 磨削用量的选择

由于本工序是旋转磨削,以安全倒角2mm为例,所以选择粗磨时的磨轮旋转速度为1500r/min,精磨时的磨轮旋转速度为2800r/min.

磨削量

表5-1磨削量

5.2 磨削转速的确定

磨削转速的大小与胚料进给速度和安全角大小，以及客户精度要求有关.总的磨削转速应该以国家规定的标准为前提，以下是磨削转速选用参考磨削设计手册表9-12.

磨削转速与安全角尺寸以及加工要求的联系

表5-2磨削转速

第6章传动装置的设计与计算

6.1 电动机的选择

工作机的主轴所受阻力矩T=1.84Nm，主轴转速n=2860r/min。

6.1.1 电动机的类型

按工作要求，选用变频调速三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，YVP型。

6.1.2 选择电动机的容量

电动机所需功率按公式 Pd

总

2Tn 带滚联 kw总效率总其中 PW

9550

查机械设计手册得：V带传动的效率带=0.96，滚动轴承的效率

滚=0.98，联轴器的效率联=0.99.

即 总=0.960.9820.99=0.89

Pw

1.842860

0.75KW

95500.89

6.1.3 确定电动机转速

取带传动的传动比iV=2~4，

故电动机转速的可选范围为：ndi总n=1500~3000 r/min 符合这一范围是我转速有1500 r/min，2800 r/min

6.1.4 分配各级传动比

总的传动比i总

nm1500=0.55 n2860

分配传动装置的传动比

i减i 由公式 i总V

由于带传动和锥齿轮减速器的尺寸都不能太大，所以取iV=0.8，

i减=0.68。为进行传动件的设计计算，要推理出各轴的转速和转矩（或效率）。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为1轴，2轴。

则按电动机轴至工作机运动传递路线推算得到各轴的运动和动力参数。

1）各轴转速 1轴：n1

1500

1875 r/min 0.8

1875

2757 r/min 0.68

2轴：n2

工作轴：n3n2 =2757r/min 2)各轴输入功率

P1PdV0.750.96=0.72 kw

P2P锥滚=0.720.980.96=0.677 kw 1

P联=0.6770.980.99=0.66 kw 3P2滚

3)各轴的输入转矩

电动机的输出转矩Td9550

Pd0.66

9550=41.84 N.m nm1500

TdiVV=41.840.80.96=32.13 N.m

T2Ti1锥锥滚= 32.130.68 0.98 0.96=20.56 N.m T3T2滚联=20.56 0.98 0.99=19.95 N.m 4)各轴的输出转矩

分别为各轴的输入转矩乘以传动件的效率

T1，T1滚=32.13 0.98=31.50 N.m T2，T2滚=20.56 0.98=20.15 N.m T3，T3=19.95 N.m

6.2 带传动的设计与计算

由前面的计算知，选用YVP-6310型电动机额定功率为0.75kw，转速为n1=1500r/min，传动比i=0.8，一天工作8小时。

6.2.1 确定计算功率Pca

查机械设计手册得工作情况系数KA=1.1，故

PcaKAP=1.10.75=0.825 kw

6.2.2 选择V带的带型

根据Pca，n1选用Z型

6.2.3 确定带轮的基准直径dd，并验算带速v。

初选小带轮的基准直径dd1，由机械设计手册表8-6和表8-8取

dd1=175 mm

验算带速v V

πx175x1500

11.86m/s

60x100060x1000



πdd1n1

因为5m/s＜v＜30m/s,故带速合适。（1）计算大带轮的基准直径dd2

dd2dd1/i=175/0.8=218.75 mm 取dd2=220 mm

6.2.4 确定带的中心距a和基准长度Ld

初选带传动的中心距a0

0.7(dd1dd2)a02(dd1dd2)

276.5 mm a0 790 mm取a0 =300 mm （2）计算带所需的基准长度

(dd2dd1)2

Ld02a0(dd1dd2)

24a0



(220175)

Ld0 = 2300(220175)=830 mm

24300



查手册选带的基准长度Ld =850 mm （3）计算实际中心距a

aa0

LdLd0

300

850780

=335 mm 2

6.2.5 验算小带轮上的包角1

57.2o57.3oo

= 180(220  167o﹥90o 1180(dd1dd2)a435

6.2.6 计算带的根数

（1）计算单根V带的额定功率Pr

由dd1=175mm, n1=1500r/min得P0=1.296 kw 根据n1=1500r/min,i=0.8,Z型得P0=1.03kw

K=0.938 KL=1.14

P=(P0+△P0)KaKL=(1.296+1.03)x0.938x1.14=2.35kw (2)计算V带的根数z z=

Pca2.42

= =1.12 Pr2.35

取1根。

6.2.7 计算单根V带的初拉力的最小值(F0)min

Z型带的单根长度质量q=0.06kg/m (F0)min=500

(0.75K)Pca

qv2

Kzv

(0.750.638)2.422

0.065.57=16.75N

0.93875.57

(F0)min= 500

应使带的实际初拉力F0﹥(F0)min

6.2.8 计算压轴力

压轴力的最小值(Fp)min2z(F0)minsin



o167(Fp)min=2 1 16.75  sin=32.48 N 2

6.2.9 V带轮的设计

根据上述的计算，大带轮的结构采用腹板式，选用材料为HT200.

6.3 轴的设计

6.3.1 高速轴的设计

图6-1高速轴

选取轴的材料为45钢，调质处理，取得A0=112，于是

dmin

A112从左往右:2-3轴段，取端盖外端面与带轮右端面间的距离为

l20mm，故取l2350mm，1-2轴段右端需制出一轴肩，定位轴肩的高度

h一般取为h(0.07~0.1)d，故取2-3段的直径d2316mm。3-4和5-6轴段用来安装滚动轴承选圆锥滚子轴承

7205E，

dDTB165216.2515mm，故d34d5620mm，l34l5618mm。4-

5轴段，3-4轴段右端需制出一轴肩，故取4-5段的直径为d4522mm，

l4525mm6-7轴段安装轴套和皮带轮，取d6723mm，

l锥(1~1.2)d6723~27.6mm，取l锥25mm，l6728mm，皮带轮轮与轴的

固定采用平键连接，查表键的尺寸bhL8mm7mm22mm。

6.3.2 低速轴的设计

图6-2低速轴

选取轴的材料去诶45钢，调质处理，查表根据A0=115于是得轴的最小直径

dmin

A115从右至左：最小直径是安装联轴器的直径d67为了使所选的轴直径d67

与联轴器的孔相适应，故需选取联轴器型号。

联轴器的计算转矩TcaKAT，考虑到转矩变化很小，故取KA=1.3，则

TcaKAT1.319.95=26Nm

按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，选用TL08型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为35Nm，半联轴器的孔径d=18mm,故取

d67=22mm，半联轴器长度L=62mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度

l67=44mm, 半联轴器与轴的周向固定采用平键连接，取键的尺寸

bhL6mm7mm36mm。

为了满足半联轴器的轴向定位要求6-7轴段左端需制出一轴肩，故取5-6段的直径d56 =32mm，取端盖的为端面与半联轴器左端面件的距离

l=20mm,故取l56 =50mm。

4-5轴段和1-2轴段用来安装滚动轴承，型号为7207E，

dDTB=35 72 18.25 17mm,故d12d45=35mm，l45=17mm,

l12=25mm.

3-4轴段，因要与高速轴的锥齿轮相啮合，取l34=90mm ,d34=38mm. 2-3轴段，1-2轴段右端需制出一轴肩故2-3段的直径d2342mm，

l锥（1~1.2）d2340~48mm，取 l锥45mm，由于齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位，为了使套筒可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度

l2342mm，齿轮与轴的周向固定采用平键连接，则键的尺寸

bhL12mm8mm36mm。

6.3.3 高速轴的校核

已知:T=19.95Nm,P=0.75kw,n=2800r/min, 带轮的压轴力Fp=684N, 大皮带轮的分度圆直径d1=172mm,

（1）轴上齿轮所受的力

圆周力： Ftm1=

219.95Nm

=117.35N

344mm

径向力： FrFttancos1=117.35tan20ocos21.04o=42.03N 轴向力： FaFttansin1=117.35tan20osin21.04o ( 2)求铅垂支座反力，弯矩，并画出弯矩图

FV2

FpABFrBDFa

d72

=124.49N

117.3569.542.038035.65

FV1FrFpFV2=42.03-117.35-124.49=-199.81N MVBFpAB=117.35  0.69=75.38Nm

MVCFrCDFa

d172=42.03  25-35.65  =105.17Nm 22

MCDFa

d172

10.65x377.5Nm 22

（3）求水平支座反力，弯矩，并画出弯矩图

FH1

Ft19117.3519

==36.55N 6161Ft80117.3580

==-152.46N 6161

FH2

MHBFH261Ft80=-152.4661+117.3580=-56 Nm

MHCFt19=10.3519=194 Nmm （4）计算总弯矩，并画出总弯矩图

Mc

MVB=75.38 Nm

MBMDMVD=127.4 Nm

图6-3 受力分析

图6-4弯矩图

(5)按弯矩合成应力校核轴的强度根据弯矩图知B,C截面为危险截面。

B截面：WB0.1d30.1203

800mm3

ca

59.61MPa

查表[1]=60MPa，ca＜[1]，故该截面安全。

23

1216.7mm3 C截面：WB0.1d30.1

ca20MPa＜[1]

故该截面安全。

6.3.4 低速轴的校核：

已知，T=95.75Nmm,P=0.75kw,n=1500r/min, 大皮带轮的分度圆直径

d2=188mm,圆锥齿轮上所受的力分别为 Fa=42.03N, Fr=16.65N, Ft=121.75N,AB=30 mm,BC= mm,CD= 88mm。

（1）求铅垂面的支座反力，弯矩并画弯矩图

FV2

FrABFa

d2 =

16.653042.03

142

188 = -31.13N

FV1FrFV2=-16.65+31.13=15.48N

MVB1FtABFa

d2188= 121.753042.03=-35.42Nmm 22d2188

= 68.1311242.03=-46.26 Nmm 22

MVB2FV2BCFa

（2）求水平的支座反力，弯矩并画弯矩图

FH1

FtBC121.75112

= =-96.06N AC142

FH2FH1Ft=96.06-121.75=-25.69N

MHB1FH1AB=96.06 0.30=28.8N （3）计算总弯矩并画弯矩图

MB1

MB2

=46.26 Nmm

图6-5受力分析

图6-6弯矩图

（4）按弯矩合成应力校核轴的强度由图知，B截面为危险截面。

WB0.1d30.1403

6400mm3

=7.3 MPa

ca

ca1.67MPa

查表15-1的[1]=60 MPa，ca＜[1]，故该截面安全。

6.4 键的强度校核

键的材料为45号钢，查机械设计手册得键连接许用挤压应力

P=90MPa

6.4.1 与皮带轮配合的键

键的尺寸bhL6628，键的工作长度l=Lb=286=22mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.56=3mm

2T103237.96103

P==57.52MPa

kld32220

6.4.2 与磨轮托盘配合的键

键的尺寸bhL8736，键的工作长度l=Lb=28mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.57=3.5mm

2T103295750103

P==88.83MPa

kld3.52822

由上面的校核计算知道，键的强度都足够。

第7章电气控制设计

在设计组和机床或组合机床自动线的控制系统时，一般要通过如下过程：

1、详细了解机床工作循环（对自动线来说要了解循环周期表）及其互锁要求。

2、熟悉组成机床或自动显得个通用及专用部件的工作过程及其对电气控制系统的要求。

3、对数控控制系统也要有一定的了解，同时要掌握电池铁的工作特性，有关数据及其接通表。

4、了解机床及自动线中个辅助设备的工作情况（如冷却、润滑、排屑、机械手及升降机构等）。

5、经过上述过程后就可以进行电路设计，先考虑个单元电路，然后将他们连成系统。开始设计以满足循环要求为主，其次再考虑去掉多余的电器，最后书写系统说明，以监察系统的正确性。

目前，组合机床及自动线电气控制系统，很多都采用了PLC控制方式，不再采用传统的继电—接触控制。组合机床及自动线的规模越大，包括的运动部件就越多，工作循环就越复杂，电气控制中采用的继电器、接触器、限位开关就越多。

本机床采用了PLC控制，他与以前的旧电路相比有许多优点。 ①、使用灵活，通用性强。

②、可靠性高，能适用各种应用环境。 ③、编程简单，易于掌握。 ④、接口简单，维护方便。气路设计图纸见附录图（三）

结论

谢辞

参考文献

[1] 濮良贵,纪明刚. 机械设计学习指南（第四版）.北京：高等教育出版社，2001.

[2] 李育锡. 机械设计作业集（1）（2）（第二版）.北京：高等教育出版社，2001.

[3] 徐步云,王懿德. CAD在机械设计领域的应用基础.香港：开益出版社.1997

[4] 谭浩强. C语言程序设计.北京：清华大学出版社.1998. [5] 刘炳文. Quick Baisc程序设计.北京：电子出版社.1991. [6] 王秉义. 计算机辅助机械设计.沈阳：东北大学出版社.1993. [7] 杨可桢,程光蕴. 机械设计基础（第四版）.北京：高等教育出版社.1999.

[8] 邱宣怀. 机械设计（第四版）.北京：高等教育出版社.1997. [9] 吴宗泽. 机械设计.北京：中央广播电视大学出版社.1998. [10] [11] [12] [13] [14] 社.1999.

[15] 社.1997.

[16] [17] [18]

余俊等. 机械设计（第二版），.北京：高等教育出版社.1986. 吴宗泽. 机械零件习题集.北京：高等教育出版社.1984.

程大先. 机械设计手册（第三版）北京：化学工业出版社.1993. 陈福生,杜立杰. 机械设计习题集（第二版）.北京：机械工业戴同. 机构与机械零部件CAD.武汉：华中理工大学出版陈继平,李元科编著. 现代设计方法.武汉: 华中理工大学出版孙新民. 现代设计方法实用教程.北京：人民邮电出版社.1999. 臧勇. 现代机械设计方法.北京：冶金工业出版.1998.

孙靖民,王新荣等编著. 现代机械设计方法选讲（修订版）.哈

出版社.1996.

尔滨：哈尔滨工业大学出版社.1995.

附录

工作原理图：

工作原理图

气路图：

气路图

外文资料翻译

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. The diamond and DLC coatings result in a very smooth chemically inert surface. These coatings have been found to

significantly improve tool life when cutting aluminum materials.

The diamond coatings were found to be the best performing coatings, but there is a considerable cost related to this type of coating. The DLC coatings provide the best cost for performance value, adding about 20%-25%to the total tool cost. But, this coating extends the tool life significantly as compared to an uncoated coarse-grained carbide tool.

Geometry

The rule of thumb for high-speed aluminum machining tooling designs is to maximize space for chip evacuation. This is because aluminum is a very soft material, and the federate is usually increased which creates more and bigger chips.

The Makino MAG-Series aerospace milling machines, such as the MAG4, require an additional consideration for tool geometry-tool strength. The MAG-Series machines with their powerful 80-hp spindles will snap the tools if they are not designed with sufficient core strength.

In general, sharp cutting edges should always be used to avoid aluminum elongation. A sharp cutting edge will create high shearing and also high surface clearance, creating a better surface finish and finish and minimizing chatter or surface vibration. The issue is that it is possible to achieve a sharper cutting edge with the fine-grained carbide material than the coarse grained material. But due to aluminum adherence to the fine-grained material, it is not possible to maintain that edge for very long.

Coarse compromise

The coarse grained material appears to be the best compromise. It is a strong material that can have a reasonable cutting edge. Test results show it is able to achieve a very long tool life with good surface finish. The maintenance of the cutting edge is improved using an oil mist coolant through the tool. Misting gradually cools down the tools, eliminating thermal shock problems.

The helix angle is an additional tool geometry consideration. Traditionally when machining aluminum a fool with a high helix angle has

been used. A high helix angle lifts the chip away from the

part more quickly, but increases the friction and heat generated as result of the cutting action. A high helix angle is typically used on a tool with a higher number of flutes to quickly evacuate the chip from the part.

When machining aluminum at very high speeds the heat created by the increased friction may cause the chips to weld to the tool. In addition, a cutting surface with a high helix angle will chip more rapidly that a tool with a low helix angle. A tool design that utilizes only two flutes enables both a low helix angle and sufficient chip evacuation area. This is the approach that has proven to be the most successful in extensive testing performed by OSG when developing the new tooling line, the MAX AL.

新工具使新机器设计最优

当加工铝时，我们主要关心的是：铝屑容易粘在加工边缘和刀具不被破坏。

材料，涂料和几何形状是与减小我们所关注问题相关系的工具设计的三个因素。如果这些因素不能一起很好的配合，成功的调整磨削是不可能的。为了成功进行高速铝加工，理解这三个因素是很必要的。

使组合边缘最小化

当加工铝时，一个失败的切削工具模式是，被加工的材料粘住工具切削边缘。这种情况会很快削弱工具的切削能力。由粘着的铝形成的组合边缘会导致工具变钝，以至不能切削材料。工具材料选择和工具涂料选择是被工具设计者用来减小组合边缘出现的主要工艺。

亚微米微粒碳化物材料要求很高的钴浓度来获得良好的微粒结构和材料强度属性。随着温度的升高，钴与铝发生反应，钴使铝与暴露的工具材料碳化物相粘合。一旦铝开始粘住工具，铝会在快速的在工具上形成组合边缘，使工具不可用。

在切削的进程中，减小铝粘合着的工具的暴露碳化物的秘诀就是找到正确的碳化物的平衡来提供足够的材料强度。在加工铝时，为了减小粘附，使用能提供足够硬度的纹理粗糙的碳化物来获得平衡，来使变钝变慢。

工具涂料

当尝试减小组合边缘时，第二个应该考虑的工具设计因素是工具涂料。工具涂料的选择包括：TiN, TiAIN, AITiN，铬氮化物，锆氮化物，钻石和钻石般的涂料（DLC）。拥有这么多的选择，航空航天磨削商店需要知道在铝的高速加工应用中哪一种工作最有效。TiN, TiCN, TiAIN, 和 AITiN工具的PVD涂装应用进程使这些选项不合适铝的应用。PVD涂装进程建立了两个使铝粘住工具的模式---表面的粗糙程度和铝与工具涂料之间的化学反应。PVD进程形成了一个表面，这表面是比底层材料更粗糙的。由这个进程形成的表面“凹凸”使工具中的铝在凹处快速集结。由于涂料有金属晶体和铁晶体特征，PVD涂料是可以和铝发生化学反应的。

一种TiAIN涂料通常是包含铝的，这铝很容易和相同材料的切削表面粘合。表面粗糙度和化学反应特性将会导致工具和工作片体粘在一起，以致形成组合表面。

OSG Tap and Die主导的试验中，人们发现在高速加工铝时，一个没有涂染过纹理粗糙的碳化物的工具的表面优于用TiN, Ticn, TiAIN, 或者ALTiN涂染过的工具。这个试验不意味着所有工具涂料将减小工具的表现。钻石和DLC涂料可生成一个非常光滑的化学惰性的表面。在切削铝材料时，这些涂料很认为是能非常有效的提高工具的寿命。

钻石涂料被认为是表现最佳的涂料，但这种涂料要一个很可观的成本。对于表现价值，DLC涂料提供最佳成本，增加大约20%-25%的总工具成本，而寿命相对于未涂染过纹理粗糙的碳化物的工具来是，是增长得很明显的。

几何形状

高速铝加工工具设计的拇指定律就是使微粒排屑空间最大化。这是因为铝是一种非常柔软的材料。Federate通常是可以增长的，它生成更多更大的微粒。

Makino MAG-Series航空航天磨削机器，比如MAG4,要求额外关注工具几何休和工具强度。拥有强大的80-hp的心轴的 MAG-Series机器将折断工具如果他们不是用足够的中心强度设计的。

总的来说，锋利的切削边缘一直都可以用来避免铝的延伸。一个锋利的切削边缘将形成高剪切和高表面清洁，形成一个更好的表面和使表面振动最小化。结果是用优良的纹理碳化物材料比纹理粗糙的碳化物材料更有可能获得一个锋利的切削边缘。但由于铝能粘住纹理好的材料，长久保持这各边缘是不太可能的。

粗略的折衷方案

纹理粗糙的材料是最好的折衷。那是一种很强大的材料，它能拥有一个可观的切削边缘。试验结果表明；在获得长的工具寿命的同时拥有好的表面的可以的。通过工具来进行油雾冷却是可以改进切削边缘的保持的。雾化逐渐使工具冷却，消除温度急增的问题。

螺旋角度是一个额外的工具几何考虑因素。传统上来说，当加工铝

时，带有高螺旋角度的工具已经被运用。高螺旋角度可以使微粒更快地从部分脱离，但却增加力和热，这是由切削运动导致的。一个高螺旋角被用在工具上，并且很大数量的凹槽可以使微粒排泄。

当以非常高的速度加工铝时，由增加的力形成的热量可能会引起微粒与工具焊接在一起。此外，一个有很高螺旋角的切削表面将比低角度的更快产生微粒。仅仅利用两个凹槽工具设计使低螺旋角和足够微粒排泄区域成为可能。由OSG主导的延伸性试验中，当发展新工具流水线时，这被证明是最成功的方法。