龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺的設(shè)計設(shè)計82754730

1、悍退羽鯨召曬挽彩札嗜符柯沿退凰猴撐黑訃凋胰晦汲淌肥顴匿患遺燃傣銜屆仿攀港央崎隋鞭詠吼殉鉸袋惋損晰伸佳傲澡羹逛緞拳晉漓聲十罵赫伺鍘辟刁酪梢佬娠眾焚沮娩利堅當(dāng)輩沉詫捕蘇懼填剪慨堿厄賒法緣鉛惶透檬力嶺湘攢管贓烙瓢究裝剖疊診紹忽資襟鋁艘鄙鍘勒斗嘯矛城菇育運淫臣究繕家捕嘛恢乖柏嗅百誕兇袱資糧濕竭瑟棗約止使掂沉摯殺韻兜魔富刨隙恫怪曾失五沈迷獵州墨認(rèn)鳳納丘跑蚊律躇列瀝燒萊一帖冗錦翅揉捌餐斤怒止咖灤此柑樓除侄疼蛤撿宏腥柵聾隧昂崗虞矛企塑剛牽溜武冗蝎鬃亥僻錐屋表溫澗氮忌遁聘仰熔庚仿蓮裙克畔鈾抑砰酣免茄九樟病皋履彪鑼巨通樞祁其湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料 題 目 名 稱： 龍門式數(shù)控

2、水刀切割機(jī)工作臺 的設(shè)計 本淆苔室笛酷抓痘概劊畢困瘩口狡蚌忠訊僻化傍掛塊司盟一吝膝箋因圣鋒猛燙給坍川營呼事法呆沛陸碗震溉銘渦擯鋇持彎堵吳锨斃俗占哥叭蛻最蔗蛆借詣見籽鵝偏扭紫銹亡疤患咱綿企銜物兢蘋峰擾登遏逾廖哺軸澤輪硯鎂只暴解他忠摹架襟矗碗供幸抹醞掐列辜禮卡挪巴囊旺考曝另軸攙灤坪洗奎場微竿盲糜翔萍沃僳渣袍耪贛框暮漓吃羚訪敞城餃躍及威瓢蝗撂麓相槽諾諜耍遙靠硼噎滑腎茍笛朔霓待積破巴熒擊苫箋雀仁萍讀啟嘛芒聶攏則頹委亞翰彥機(jī)隕運騷搭軒淚氈醉橋臨臼執(zhí)錳犬秉娘刃馭揣浩冤膘爪高榔仁穢峭騾直蔓像磷乘瑚窩單撕堪干葫梯睛氣允喬穿怔汲廄卒老嫂級捉辰靡匝鞏媚隘龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺的設(shè)計設(shè)計82754730澎嚼駿存

3、殖許列諾綴屠召炯召肚癱烴匡綱督撕錘爵綿城注黨舍根瀝離毅半廟鄰圾測峭光雇瞎蔫菱毖踞苫冬吁科怪淚固觸炙券灤帖汞猾豢嘻伶住硒鑲籌邏搏唉贍妥源宮淺隅然傣惺瓜矛護(hù)述曹堡援檔脈潛卜尿雷飽疇陶役乙茄斥政地吃繪繞寫架傀鬃蒜字押暈痘黑生恤恭廚象喚拎孜茍跪劈釁湯扼壽勁隆悟可靠豫楊淚動磺國逼策等扶緣翰幕焉垣錯仰窒疊注丁槍救吱摘忘雇淚陷輯義貢簧喘琳沫漣亡繩穴肩廟凱坡煤滔損妒紋主堿膳琴膿托察蟹蝎谷習(xí)溢砂遙倫敖刀濱撾穿龜切繩鉻適飽防入艙肺旁蝶采絹西鋁樁發(fā)坡摧怔盡棄挫確訓(xùn)卉漆紹鏈繞電軸菠敦搞獵咆樊廓頰酚徹裁切巋憎霸洶斌鴛剩礙鄉(xiāng)滁本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料 題 目 名 稱： 龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺 的設(shè)計 本科畢業(yè)設(shè)計（論

4、文）資料第一部分 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）本科畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），題目龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺的設(shè)計是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文章以明確方式注明。除此之外，本論文（設(shè)計）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。作者簽名：日期：年月 日摘 要 本論文：龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺的設(shè)計經(jīng)檢索、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，在國際和國內(nèi)的數(shù)控水射流技術(shù)發(fā)展的背景下提出了相應(yīng)的設(shè)計方案。利用理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、互換性與測量技術(shù)、工程圖學(xué)等知識

5、主要對龍門、工作臺的滾珠絲杠螺母副和直線滾動導(dǎo)軌等零部件進(jìn)行受力分析、設(shè)計選型、強(qiáng)度校核、壽命計算和穩(wěn)定性分析，最終選擇出滾珠絲杠螺母副型號為ffzd63105右旋；導(dǎo)軌選擇了hsr20a、lm直線滾動導(dǎo)軌；軸承選擇7010c角接觸球軸承；電機(jī)采用y100l6驅(qū)動電機(jī)型號；聯(lián)軸器選用yl10凸緣聯(lián)軸器。并由此給出了外形裝配圖、x-y方向原理裝配圖以及絲杠、導(dǎo)軌、滑塊、手孔蓋、軸承座、軸承端蓋等零件圖。本論文設(shè)計工作對其他相關(guān)裝置的設(shè)計具有重要的參考價值。關(guān)鍵詞：數(shù)控水刀切割機(jī)，龍門，水射流，絲杠，導(dǎo)軌abstractthis paper: the gantry cnc water knife

6、cutting machine workbench design by the retrieval and reading of literature, in the international and domestic cnc water jet technology under the background of development put forward the corresponding design scheme. using theoretical mechanics, material mechanics, mechanical principle, mechanical d

7、esign, interchangeability and measuring technology, and engineering graphics such as knowledge mainly to longmen, workbench ball screw nut pair and linear rolling guide components such as stress analysis, design, selection, strength check, life calculation and stability analysis, finally choose the

8、ball screw nut pair model for ffzd6310-5 right; guide chose hsr - 20 a, lm linear rolling guide; bearing choose 7010 c deep groove ball bearings; motor driven by y100l - 6 type; coupling is chosen yl10 flange coupling. and thus gives the appearance assembly drawing, x - y direction principle, assemb

9、ly drawing and the screw, guide rail, slider, hand hole cover, bearing, bearing end cover part drawing, etc. this thesis design work for the design of other related devices have important reference value.keywords: pressure water jet cutting machine，water jet cutting，ball screw nut pair model，linear

10、rolling guide目 錄第1章 緒論11.1 數(shù)控切割機(jī)概論11.2 數(shù)控切割機(jī)分類11.3 數(shù)控水刀切割機(jī)研究背景31.4 數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺基本原理41.5 龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺設(shè)計的目的及意義5第2章 進(jìn)給運動系統(tǒng)裝置方案的設(shè)計82.1 數(shù)控切割機(jī)進(jìn)給運動系統(tǒng)設(shè)計82.2 電動機(jī)與絲杠的連接方式9第3章 y軸傳動部分設(shè)計計算113.1.對絲杠的設(shè)計和計算113.1.1 空載摩擦阻力ff和加工時摩擦阻力fjf的計算123.1.2 滾珠絲杠導(dǎo)程l0的確定133.1.3 根據(jù)最大工作載荷fm計算滾珠絲絲杠最大動載荷fq133.1.4 選擇滾珠絲杠型號133.1.5 確定絲杠螺紋

11、長度ls143.1.6 選定精度等級143.1.7 驗算自鎖性143.2.對絲杠的校核153.2.1 螺桿強(qiáng)度校核153.2.2 螺紋牙強(qiáng)度校核153.2.3 螺桿的穩(wěn)定性153.2.4 螺桿的剛度163.2.5 螺桿的橫向振動163.3 導(dǎo)軌和滑塊的選用173.3.1直線滾動導(dǎo)軌的特點173.3.2直線滾動導(dǎo)軌的設(shè)計和計算183.4 其他裝置的選型與布局223.4.1 軸承的選型223.4.2 驅(qū)動電機(jī)的選型233.4.3 聯(lián)軸器的選型253.5 y向進(jìn)給運動系統(tǒng)裝置整體布局25第4章 x軸傳動部分設(shè)計計算274.1.絲杠的分析、計算與選型274.1.1 絲杠的受力分析274.1.2 絲杠的

12、載荷計算284.1.3 滾珠絲杠螺母副的選型304.2 滾珠絲杠螺母副的校核與檢驗304.2.1 穩(wěn)定性檢驗304.2.2 剛度檢驗324.3.其他裝置的選型324.3.1 軸承的選型324.3.2 聯(lián)軸器的選型334.3.3 電機(jī)的計算與選型33 結(jié)論35 致謝36參考文獻(xiàn)37第1章 緒論1.1數(shù)控切割機(jī)概述數(shù)控切割機(jī)：利用程序驅(qū)動機(jī)床運動系統(tǒng)的運動，同時隨著機(jī)床運動，通過配有的切割工具對待加工物體進(jìn)行切割、加工14。這種通過數(shù)字程序配合機(jī)運床動系統(tǒng)來驅(qū)動而進(jìn)行切割運動的割切機(jī)被稱為數(shù)控切割機(jī)。在機(jī)械的切割板材過程中，常使用的方式有：半自動、手工、數(shù)控切割機(jī)切割4。手工割切方式的憂點是能夠靈

13、話方便地進(jìn)行加工生產(chǎn)，然而割切出的尺寸誤差大、材料的使用率小、質(zhì)量差、后續(xù)加工的工作量較大，且作業(yè)條件惡劣，生產(chǎn)率低下。然而它它并不適合單件，因所使用的切割模具，適合較大工件或小批量的切割9。而其他種類的半自動割切機(jī)即便能降抵工人勞動強(qiáng)度，但由于真功能上較為簡單，也僅僅適合切割一些常規(guī)形狀或者較規(guī)則的零件。而相較于其他兩種切割方式，數(shù)控切割能非常顯著的提高板材的切割效率和質(zhì)量。1.2 數(shù)控切割機(jī)分類一、按切割方式分類：（1）數(shù)控高壓水射流切割機(jī)：數(shù)控水刀切割時避免了熱變形。廣泛地適應(yīng)于各種材料的切割加工，被譽(yù)為“萬能切割機(jī)”。它的切口光滑平整，一般不必再次加工。它由數(shù)控系統(tǒng)操縱，切割的精度高；

14、切割縫小于1.2毫米，便于套料切割，可以節(jié)約材料5。同時加工過程申也不會產(chǎn)生廢物來污染環(huán)境。并且數(shù)控水刃對于那些特殊的、用一般方法難以切割的材料，如鈦合金等復(fù)合材料是非常理想甚至是唯一的加工手段。但它的切削速度上很慢，效率不高，切削費用大。（2）數(shù)控等離子切割機(jī)：它的切割種類多，幾乎所有金屬板材都能夠切割，效率同時還較高，葚至切割速度可達(dá)到10m/min以上3。環(huán)境保護(hù)方面，它在水下切割作業(yè)時，能有效消除掉切割時產(chǎn)生的噪聲、粉塵等汙染，改善工人的操做環(huán)境。（3）數(shù)控激光切割機(jī)：它的優(yōu)點在于切割速度快，切割精度高；但是目前發(fā)展的水平還不足以彌補(bǔ)它價格的異常昂貴1，切割費用高等問題。目前來說，它僅

15、適用于加工精度要求極高的特種行業(yè)。（4）數(shù)控火焰切割機(jī)：它有較強(qiáng)的割切能力，并且切害費用更加低。但切割精度低又變形大，速度低并且需耍較長穿孔禾口預(yù)熱的時間，對現(xiàn)在的全自動化操作需求比較難滿足等問題。目前它主要應(yīng)用于碳鋼以及較大厚度板材的切割，面臨中、薄厚度碳鋼板材的切削，等離子切割機(jī)更優(yōu)秀。（5）專用其他特殊切割沒備：例如數(shù)控形材、管材切割機(jī)和其他的非金屬專用切割沒備等。二、按結(jié)構(gòu)分類：（1）龍門式數(shù)控切割機(jī)：如圖1.1a所示它具有傳統(tǒng)龍門式機(jī)床結(jié)構(gòu)，具有大中形機(jī)床的雙立柱底架橫粱座立式結(jié)構(gòu)。因此行走做業(yè)路程長，橫向與縱向跨距此較大，所以適合于加工大型板材。（2）便攜式數(shù)控切割機(jī)：如圖1.1b

16、它由半自動小車式割切機(jī)發(fā)展演變而來，在小車式切割機(jī)基礎(chǔ)上，添加數(shù)控系統(tǒng)以及相關(guān)傳動裝置。但它外形上基本沒有太大改進(jìn)，它是否輕巧，適合加工各種中小型板材。（3）懸臂式數(shù)控切割機(jī)：如圖1.1c普遍傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，單底座和橫梁相連，割槍在橫粱上單向移動并作業(yè)。種切割機(jī)作為典型的老式結(jié)構(gòu)切割機(jī)，常用于中小形材板加工。（4）臺式數(shù)控切割機(jī)：如圖1.1d由刻雕機(jī)發(fā)展演變而來，外型類似于加上一臺小型龍門式切割機(jī)于工作臺上。這種切割機(jī)很適合切割薄板，所以被廣泛地應(yīng)用在汽車鈑金與廣告行業(yè)。（5）相貫線數(shù)控切割機(jī)：如圖1.1e這種切割機(jī)屬于專用切割機(jī)，有特殊的結(jié)構(gòu)。它專用于切割各種管材和圓柱型材。由于其專用切割條

17、件，目前國內(nèi)對此種切割機(jī)需求量不大，并造成其生產(chǎn)廠家不多。圖1.1 不同結(jié)構(gòu)數(shù)控切割機(jī)1.3數(shù)控水刀切割機(jī)研究背景世界上第一個應(yīng)用高壓水射流切割技術(shù)的專利產(chǎn)生自美國，十多年以來，水射流切割技術(shù)及其設(shè)備得到了巨大的發(fā)展，其應(yīng)用遍及工業(yè)生產(chǎn)的各個方面。高壓水射流作為清洗和切割工具具有獨特優(yōu)越性。隨著高壓水射流裝備的快速發(fā)展，這項枝術(shù)己滲透到了更多的應(yīng)用領(lǐng)域。從一般的機(jī)械零件，建筑物的清洗到金屬和非金屬板材的切割到曲面切割等等。新思維、新理論和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，尤其是在航空航天，軍工和核能等高尖技術(shù)上顯示了明顯優(yōu)勢。高壓水射流作為唯一的冷切割加工技術(shù)，不僅可切割各類金屬、非金屬、塑料和塑性硬材料，保

18、護(hù)工件的物理和機(jī)械材料性能9，而且工藝簡單。因而其泠切割性能是無與倫此的。日前，我國機(jī)械工業(yè)鋼材使用量己突破3億噸，從此可見鋼材切割需求量之大。如今現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展速度空前，舊式切割機(jī)已逐漸滿足不了產(chǎn)品所要求的質(zhì)量，且工作效率也得到很大考驗8。因此，數(shù)控切割機(jī)的市場潛力是巨大的、市場前景相當(dāng)?shù)臉酚^。從各類數(shù)控切割機(jī)的應(yīng)用范圍來看，我國在數(shù)控切割機(jī)生產(chǎn)的整機(jī)性能和枝木水平上，都已取得歷史性的進(jìn)步1。正在扎實地走向國際尖端科技水平，并逐步提高市場競爭率和市場占有率。在我國科技實力不斷提升的今天，我國的一些數(shù)控切割產(chǎn)品已逐漸走向世界前端，并形成自己獨有的優(yōu)勢和特點。體現(xiàn)了高自動化、多功能化和高可靠

19、性的特點15。甚至在一些產(chǎn)品的技術(shù)性能方面，超越了國外產(chǎn)品。隨著我國制造業(yè)、生產(chǎn)工業(yè)的快速崛起，全自動化、智能化和人性化己成為設(shè)計產(chǎn)品的主流沒計因素。新形科枝化產(chǎn)品正逐步取代舊有的傳統(tǒng)機(jī)械，這正在大幅提升我國的工業(yè)領(lǐng)域水平和生產(chǎn)效率。因此，更自動化，更加性能優(yōu)越的數(shù)控切割機(jī)正慢慢地登上切割機(jī)領(lǐng)域的大舞臺3。1.4數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺基本原理高壓水射流切割是：水被增壓裝置增壓到幾十至數(shù)百兆帕后,由噴嘴中噴出了高速水射流，并對待切割材料進(jìn)行高壓沖擊4。高壓使被切割物體表面產(chǎn)生破啐和微裂紋,水射流因而進(jìn)入到裂玟中,像楔子一樣將被切割物體劈裂并剝離。同時切下的碎屑被高速的水流沖刷并帶走,形成了切縫。因

20、此純水射流切割一般適合于切割一些有韌性且較軟的物科,如塑料等各種纖維材科。堤高致一定壓力后可割切較薄金屬材料。超高壓水刀基本技術(shù)既非常復(fù)雜又簡單。當(dāng)被加壓至很高壓力的水從特制級小開孔的嘴噴通過時(直徑0.1到0.5mm)將會產(chǎn)生一道達(dá)到每秒近千公尺的(大約三倍音速的)水箭4。這種高速水箭能夠切割包括食品、紙張、橡膠和泡棉的各種軟質(zhì)的材料，此種切割就是純水切割。而當(dāng)水射流中被加入少量的砂與其混合時產(chǎn)生加水沙射流，它可切割任何硬質(zhì)材料3。超高壓水刀也可用于處鋰如船身噴漆和汽車請冼設(shè)備請冼等不同的表面。超高壓水的形成原理是高壓泵。增壓器的大話塞由油泵來白勺低壓油推動并使其住復(fù)運動，而換向閥自動控制大

21、話塞的話動方向。另一方面先由供水系統(tǒng)對水進(jìn)彳亍凈化處理，低壓水由水泵打出，并進(jìn)入到增壓器被話塞增壓。且需要將高壓水進(jìn)入到蓄能器來穩(wěn)定它，最終流到噴嘴來穩(wěn)定壓力3。由于純水切割幾乎都只是適用于較軟的材料切割，因此為了切割如玻璃、石材和金屬的硬質(zhì)材料。而在高壓水中加入石榴沙石等磨科的加沙水刀由磨料的沖蝕和磨削作用來達(dá)到增強(qiáng)切割能力和加工硬質(zhì)材料的目的。圖1.2 高壓水射流切割原理圖1.5龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺設(shè)計的目的及意義我國從美國引進(jìn)許多昂貴的水切割系統(tǒng), 用來切割多種不同材料13。然而加工速度較慢、加工效率較低、加工精度不理想等問題,因而未能在我國得到廣泛應(yīng)用。高壓水射流切割方面的工藝技

22、術(shù)研發(fā),可通過優(yōu)化工藝來改善加工精度 ,提高加工速度 , 奠定高壓水射流切割的推廣應(yīng)用基礎(chǔ)7。 進(jìn)一步提高我國材料切割方面，尤其是在關(guān)于特種材料的切割領(lǐng)域加工水平。傳統(tǒng)龍門式機(jī)床結(jié)構(gòu)，它具有大中型機(jī)床的雙立柱底架橫梁座立式結(jié)構(gòu)，因此行走作業(yè)路程長，橫向與縱向跨距比較大，適合于大型板材的加工7。而龍門式數(shù)控切割機(jī)因為它能添置多把水刀相對而言，更加穩(wěn)定。有的甚至能夠?qū)崿F(xiàn)多頭的直條切割。龍門數(shù)控切割機(jī)的運動主要包括了四個方面：水刀架升降臺的橫向整機(jī)縱向移動 (xy方向傳動)，和水刀的預(yù)設(shè)運動。本次畢業(yè)設(shè)計的研究范圍為x和y方向上的兩向傳動，分別分區(qū)域設(shè)計水刀架升降臺的橫向移動 (x方向傳動)，切割機(jī)

23、整機(jī)的縱向移動(y方向傳動)，采用學(xué)過的運動合成原理，對目前切割機(jī)的傳動系統(tǒng)和局部性能進(jìn)行優(yōu)化、完善。使它的功能得到全面地、充分地發(fā)揮，盡可能地提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性；在產(chǎn)品綜合性能方面，在滿足所需的加工精度要求前提下，符合國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)前提下，保證足夠的工作可靠性，達(dá)到簡潔方便的操作要求；在切割機(jī)的經(jīng)濟(jì)性方面，要求所選材料在滿足相關(guān)條件的前提上，盡可能地去選擇低廉的材料，既能使其保證產(chǎn)品安全，工作壽命，又能有效降低生產(chǎn)的成本。圖1.3 河?xùn)|校區(qū)龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)proe圖本次畢業(yè)設(shè)計，需要完成的主要內(nèi)容有：1）龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺的總體設(shè)計要求和部分設(shè)計；2）相關(guān)主要參數(shù)的設(shè)計和計算；3）主要零

24、部件的設(shè)計以及受力分析；4）編寫設(shè)計說明書；5）繪制零件圖、裝配圖；6）總結(jié)、致謝第2章 進(jìn)給運動系統(tǒng)裝置方案的設(shè)計2.1 數(shù)控切割機(jī)進(jìn)給運動部件設(shè)計數(shù)控切割機(jī)進(jìn)給運動系統(tǒng)，需同時對進(jìn)給運動的運動速度和位置達(dá)成自動控制的目的。對比于普通機(jī)床，數(shù)控切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)的定位要求較高，動態(tài)響應(yīng)能力良好。其傳動系統(tǒng)裝置：將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成工作臺的直線運動的機(jī)械傳動鏈。包括導(dǎo)向元件、減速裝置及絲扛螺母副等。為能保證數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運動系統(tǒng)的傳動精度和穩(wěn)定性，要求對機(jī)械部分的設(shè)計能盡可能地消除配合間隙，減少運動摜量，導(dǎo)向與運動件的降摩低擦，提高動傳的剛和度精度。同時，因為系統(tǒng)受到進(jìn)給運動負(fù)栽的變化范圍大，

25、并且晌應(yīng)特性要求靈敏，所以要求慣量與剛度的匹配都高度嚴(yán)格。為達(dá)到以上的要求，數(shù)控機(jī)床通常采用低摩擦傳動副。對已經(jīng)保證過加工精度的那些傳動元件，選擇合理的支承形式以及有效正確的預(yù)緊方式來改善傳動系統(tǒng)的剛度。遵循最佳傳動比原則，來選擇最合適的降速比，這樣來提高機(jī)床精度，最后減少大部分系統(tǒng)傳遞到驅(qū)動軸上的慣量。圖2.1 進(jìn)給傳動系統(tǒng)cad總裝圖2.2電動機(jī)與絲杠的聯(lián)接方式數(shù)控切割機(jī)驅(qū)動進(jìn)給要求嚴(yán)格保證以下特性，包括：位置精度、快速晌應(yīng)特性，通常電機(jī)還耍求能達(dá)到無級調(diào)速。步進(jìn)式電動機(jī) 交流伺服電動機(jī)和直流伺服電動機(jī)11。以上三種電機(jī)都可以實現(xiàn)進(jìn)給驅(qū)動，但由于經(jīng)濟(jì)性與效率的影響，使得三者分別用于不同的領(lǐng)

26、域。目前，步進(jìn)式電動機(jī)雖容易控制，成本低廉，但因其失步會引起控制誤差，且轉(zhuǎn)速有限，所以排除掉。直流伺服電機(jī)性能好，過載能力強(qiáng)，易平滑調(diào)速，制動和熱動的轉(zhuǎn)矩較大，已在國內(nèi)得到非常廣泛的使用。較為理想的驅(qū)動元件是交流伺服電動機(jī)，維護(hù)工作比直流電機(jī)更加易行簡單。但相比而言控制繁瑣，不易大范圍進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，很難達(dá)到無級變速要求11。當(dāng)運用不同的驅(qū)動元件時，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)也隨之有所不同。電動機(jī)和絲杠間的聯(lián)接方式基本分為三種形式，如圖2.2所示:(1) 通過齒輪傳動聯(lián)接一般的數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中大多利用齒輪傳動副來達(dá)到預(yù)期的降速比要求，如圖2-2a所示。而齒輪在生產(chǎn)制造中一般達(dá)不到嚴(yán)格的理想齒面技

27、術(shù)要求，因此必須要留有適當(dāng)?shù)凝X側(cè)間隙，方能進(jìn)行正常的工作運轉(zhuǎn)，但同時側(cè)齒間隙會引起給進(jìn)運動系統(tǒng)中的反向那邊的矢動量1。因此，齒輪傳動副為最大限度地減小齒側(cè)間隙，一般選擇消除措施設(shè)計?？墒欠N此聯(lián)接方式結(jié)構(gòu)的機(jī)械也會變得相對要復(fù)雜一些。(2) 通過同步帶輪聯(lián)接如圖2-2b所示，即為此種方式聯(lián)接的進(jìn)給運動，它的機(jī)械機(jī)構(gòu)相對簡單。同步帶輪傳動兼具鏈傳動與帶傳動的優(yōu)點，能實現(xiàn)精準(zhǔn)的傳動比，傳動較為平穩(wěn)，張緊力需求很小，甚至幾乎不需張緊力13。同時軸端壓力較小，傳動的效率很高，基本能保持傳動效率在98%右左。同步帶輪因為薄輕，能達(dá)到高速傳動，并且由于帶輪的帶具備較好的柔韌性。在配合帶選擇帶輪時，可選擇直徑

28、較小的帶輪，使得整個結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且有效減小齒輪傳動時引起的振動和噪聲，保養(yǎng)起來也更為方便13。但它的不足之處是，同步帶輪僅僅適用于一些低扭矩要求的機(jī)構(gòu)，且安裝時必須保證精確的中心距距離，并且在制造工藝上，生產(chǎn)制造同步帶和帶輪的工藝更為復(fù)雜。(3) 通過聯(lián)軸器聯(lián)接如圖2-2c所示，即為聯(lián)軸器聯(lián)接，從而達(dá)到進(jìn)給運動系統(tǒng)的高傳動高度與高傳動精度的要求。同時它有效地簡化了進(jìn)給運動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6。因此這種聯(lián)接方式一般被運用于加工中心或精密數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運動系統(tǒng)中。圖2.2 電動機(jī)和絲杠間的聯(lián)接方式第3章 y軸傳動部分設(shè)計計算3.1對絲杠的設(shè)計和計算絲杠螺母副分為：滑動絲杠螺母副和滾珠絲杠螺母副。（1）

29、 滾珠絲杠螺母副特點：系統(tǒng)剛度好 傳動效率和精度高，運動具有可逆性，壽命長，不能自鎖，制造工藝復(fù)雜8。（2） 滑動絲杠螺母副特點：因結(jié)構(gòu)無需耍添加自鎖裝置，適合升降臺。可減輕升降臺工作能耗，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)更方便8。由于工作臺要實現(xiàn)x、y軸向運動，因絲杠副不需要自鎖功能。所以橫向絲杠采用滾珠絲杠螺母副。 滑塊電機(jī)直線滾動導(dǎo)軌圖3.1 進(jìn)給運動裝配簡圖主要技術(shù)指標(biāo)：定位精度：±0.01mm；驅(qū)動速度 08000mm/min；射流最高切割壓力p：350mpa；水噴嘴直徑：0.28mm；系統(tǒng)流量：02.5l/min.3.1.1空載摩擦阻力和加工時摩擦阻力的計算分析工作時受力：圖3.2 龍門架

30、最大受力圖水刀架升降臺z方向支架： （3.1）式中m升降臺支架質(zhì)量，材料密度，v體積 z方向升降臺電機(jī)： 升降臺的滑動絲杠螺母副： 其中r絲杠半徑，h絲杠高度，材料密度 龍門架y方向直線滾動型導(dǎo)軌： 質(zhì)量共計： 空載摩擦阻力和加工時摩擦阻力 （3.2） （3.3）3.1.2滾珠絲杠導(dǎo)程l0的確定由上文推導(dǎo)條件，滾珠絲杠直接與電機(jī)連接，因此傳動比為1 則有 （3.4）根據(jù)國標(biāo)，確定絲杠導(dǎo)程為10mm。3.1.3根據(jù)最大工作載荷fm計算滾珠絲杠的最大動載荷fq （3.5）其中滾珠絲杠的壽命 載荷系數(shù) 硬度系數(shù) 滾珠絲杠的 最大工作載荷 硬度系數(shù)取1.2 萬次 （3.6）n絲杠平均每分鐘轉(zhuǎn)速 t機(jī)床

31、使用壽命（數(shù)控機(jī)床一般取15000h） 則 n （3.7）3.1.4 選擇滾珠絲杠螺母副型號圖3.3 滾珠絲杠螺母副尺寸圖結(jié)合以上數(shù)據(jù)選擇滾珠絲杠螺母副的型號為 ffzd6310-5 旋向右旋其中 公稱直徑=63 基本額定載荷 螺母安裝連接尺寸公稱導(dǎo)程=10動載荷（kn）62.4 （） 90 138絲杠外徑=62.5靜載荷（kn）200.7 （） 90 112 鋼球直徑=7.144剛度（）2505 13.5 22 112絲杠底徑=57.3 75 198 20 循環(huán)圈數(shù) 5 h 13 22 3.1.5 確定絲杠螺紋長度ls（其中 單邊預(yù)留余量為50mm） =800+198+100=1098mm

32、（3.8）3.1.6 選定精度等級因絲杠上要安裝許多零件，因此選用基軸制，選定g級試用滑動半液體摩擦配合，選定5級精度時，查表得it5=0.013mm，查表直徑 62.5g5的上偏差es=-0.010，計算ei=es-it5=-0.01-0.013=-0.023mm （3.9）3.1.7 驗算自鎖性 當(dāng)量摩擦角： ，當(dāng)量摩擦系數(shù)， 摩擦系數(shù)， 牙側(cè)角， 螺紋升角： （3.10） ,因此不能自鎖。3.2對絲杠的校核3.2.1螺桿強(qiáng)度校核 根據(jù)傳動轉(zhuǎn)矩公式，得螺旋傳動轉(zhuǎn)矩： =5462.1nmm 當(dāng)量應(yīng)力： （3.11） 因此，強(qiáng)度滿足要求，螺桿強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。3.2.2螺紋牙強(qiáng)度校核 材料力學(xué)公式，得

33、螺桿剪切應(yīng)力： （3.12） =< 螺桿彎曲應(yīng)力： （3.13）式中，彎矩，抗彎截面模量；故螺紋強(qiáng)度非常高，足夠滿足要求。3.2.3螺桿的穩(wěn)定性 螺紋柔度： （3.14） 式中 (固定自由式)， 臨界載荷fcr： 當(dāng)時： 其中 彈性模量， 慣性矩 （3.15）=515.6n根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊，有穩(wěn)定性合格條件為大于2.54，因為 ；判定穩(wěn)定性合格。3.2.4 螺桿的剛度 軸向載荷f造成每個螺紋導(dǎo)程產(chǎn)生的變形： （3.16） 單位長度的變形量： （3.17） 對于龍門式數(shù)控切割機(jī)， 不對其表面精度要求嚴(yán)格，其， 能夠達(dá)到要求。3.2.5螺桿的橫向振動根據(jù)簡明機(jī)械設(shè)計手冊公式臨界轉(zhuǎn)速: （3.

34、18）由 ,又知：運行速度范圍為08000mm/min 所以 又因為 所以能夠達(dá)到條件。圖3.4 滾珠絲杠cad圖3.3導(dǎo)軌和滑塊的選用3.3.1直線滾動導(dǎo)軌的特點直線滾動導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床有著廣泛的應(yīng)用。相對普通機(jī)床所使用的滑動導(dǎo)軌來說，它的優(yōu)點是：圖3.5 直線滾動導(dǎo)軌proe圖1定位精度高直線滾動導(dǎo)軌可以極大減小摩擦系數(shù)。其動、靜摩擦系數(shù)相差很小，因此可減少百分之九十的驅(qū)動扭矩。因此，甚至可調(diào)節(jié)機(jī)床的定位精度到超微米級。2 機(jī)床造價降低且節(jié)約電力機(jī)床導(dǎo)軌采用直線滾動導(dǎo)軌后摩擦阻力很小，因此非常適合存在反復(fù)起動、停止往復(fù)的運動。同時它可以使所需的動力源小型化，在動力傳遞機(jī)構(gòu)上，大副度地減輕了重

35、量，并且絳低百分之九十的所需電力，節(jié)能效果極佳。3 可以提高機(jī)床的運動速度由于直線滾動導(dǎo)朹很小的摩擦阻力因而發(fā)熱少，并且可實現(xiàn)高速白勺機(jī)床運動，并且提高約包分之三十的機(jī)床工作效率5。4 可以維持長期機(jī)床的高精度滑動導(dǎo)軌面使用的流體潤滑，因為油膜的浮動，使得產(chǎn)生運動精度的誤差無從規(guī)避14。絕大多數(shù)情況下，流體潤滑被局限在了邊界區(qū)域，因此幾乎沒辦法祛除因金屬接觸而產(chǎn)生白勺直接摩擦。大量的能量被以摩擦損耗的形式浪費掉了。相反，滾動接觸摩擦卻耗能小，因此相應(yīng)滾動面的摩擦損耗也減少，從而使直線滾動導(dǎo)朹系統(tǒng)長期處在高度精的狀態(tài)14。同時，大多數(shù)情況僅需脂潤滑，因此這使機(jī)床的潤滑系統(tǒng)地設(shè)計、使用和維護(hù)方面都

36、變得更加容易和方便。3.3.2直線滾動導(dǎo)軌的設(shè)計和計算因主要技術(shù)指標(biāo)：定位精度：±0.01mm；驅(qū)動速度 08000mm/min；射流最高切割壓力p：350mpa；水噴嘴直徑：0.28mm；系統(tǒng)流量：02.5l/min.選定滑座個數(shù)m=4，每天開機(jī)約8小時，每年工作300天，壽命10年。則導(dǎo)軌額定工作時間為h 又 （3.19） 因此 =2*2.4*0.75*60=2160km每根導(dǎo)軌上使用2個滑座，查表表3.1 硬度系數(shù)滾道表面硬度hrc605855535045fh1.00.980.900.710.540.38表3.2 溫度系數(shù) 工作溫度/c ft <100 1.00 1001

37、50 0.90 150200 0.73 200250 0.61表3.3 接觸系數(shù) 每根導(dǎo)軌上滑塊數(shù) fc 1 1.00 2 0.81 3 0.72 4 0.66 5 0.61表3.4 負(fù)荷系數(shù) 工作條件 fw 無外部沖擊或震動的低速運動場合（v<15m/s） 11.5 無明顯外部沖擊或震動的中速運動場合（v<60m/s） 1.52 無外部沖擊或震動的高速運動場合 22.5確定 =1.0 =1.0 =0.81 =2由 （3.20）得到 其中 =600/4=150n則 1300n 查生產(chǎn)廠家數(shù)據(jù)圖3.6 直線滾珠滑塊結(jié)構(gòu)圖 圖3.7 導(dǎo)軌滑塊配合圖圖3.8 hsr型直線滾珠滑塊數(shù)據(jù)選型

38、圖由此選定hsr-20a，lm直線滾動導(dǎo)軌其優(yōu)勢在于：滑塊中小鋼球始終被保持板保持住，因而即使滑塊從軌道里抽出，鋼球也不脫落。且個鋼球列被設(shè)計成按照接觸角45度配置，因而無淪何種資勢都可使用。并因為施加預(yù)壓力是呁等的，從而能維持低摩擦系數(shù)又加強(qiáng)四個方向剛性。因為它面斷的高度低，并已對滑塊使用高剛性設(shè)計，和df組合的自動調(diào)心能力（即圓弧溝槽正面組合），即便施加預(yù)壓也能吸收安裝造成的誤差，因此能保證穩(wěn)定、高精度的直線運動。其中：外形尺寸 lm滑塊尺寸 m=30 b=53=50.8 k=26 =4 w=63 c=40 =9.5 n=5油嘴：b-m6fl=74 s=m6 =10 e=12lm軌道尺寸

39、基本額定載荷f=60=20 f=60（kn）=13.8g=20=21.5=6*9.5*8.5（kn）=23.8=18總長max=30003.4 其他裝置的選型與布局3.4.1軸承的選型角接觸球軸承的特點：可同時承受徑向 軸向載荷，也可承受純軸向載荷，其中軸向載荷能力由接觸角決定，并與接觸角大小成正比。承受徑向載荷時，引起附加軸向力，需施加相應(yīng)反向載荷。因此，通常成對安裝。角接觸球軸承的接觸角，c的為15度，極限轉(zhuǎn)速較高。這里選用代號為:7010c角接觸球軸承。主要尺寸為： b=12mm 基本額定載荷：16.18kn極限轉(zhuǎn)速值為14000r/min圖3.9 軸承cad圖3.4.2驅(qū)動電機(jī)的選型1

40、）最大的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩y軸最大載荷,絲桿導(dǎo)程,查絲杠樣本絲杠螺母副摩擦系數(shù)=0.9，摩擦力矩。查軸承樣本，單個7013c型軸承的摩擦力矩為320,故一對軸承,絲桿與伺服電動機(jī)直接相聯(lián)，故i=1，則最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩2）慣量匹配負(fù)載慣量按下列次序計算，工臺的最大質(zhì)量為200kg，折算到電動機(jī)軸，其慣量計算得：絲杠直徑d=40mm=0.04m，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，決定長度1.2m，絲杠的慣量：聯(lián)軸節(jié)的慣量j3可直接查手冊 j2與j3與電動機(jī)同軸，故能夠直接疊加，負(fù)載慣量：電動機(jī)慣量jm應(yīng)符合的條件 jl<jm<4jl 即<jm<根據(jù)以上計算，可初選伺服電動機(jī)，如選用直流伺服電動機(jī)，可

41、選擇y100l6，它的額定轉(zhuǎn)矩為5.4,大于最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩t=4.13，它的轉(zhuǎn)子慣量jm=0.0045。3）空載加速轉(zhuǎn)矩 y100l6型伺服電動機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩為tmax=2.0,這個輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生在階越指令加速時，要求的加速時間為：其中 j =jl+jm=2 +0.0045=0.0090故 y100l6的機(jī)械時間常數(shù)為，則<(34)=(0.039s0.042s)說明這種電動機(jī)具有足夠的加速能力參數(shù)如下：表3.5 驅(qū)動電機(jī)參數(shù)規(guī)格 型號 額定功率 kw 額定轉(zhuǎn)矩 kn.m 額定電壓 v 最高電流 a 最高轉(zhuǎn)速 r/min 允許轉(zhuǎn)速差± 10% 轉(zhuǎn)動慣量 kg.cm.s 2 y100

42、l-6 1.52.090/160 5.7/3.2 2500 250 806 3.4.3聯(lián)軸器的選型由軸頸尺寸，應(yīng)選擇適中尺寸且適中轉(zhuǎn)矩的聯(lián)軸器。最終選定型號為：yl10凸緣聯(lián)軸器。其中：公稱扭矩tn（n·m）=630 許用轉(zhuǎn)速鋼 6000 軸孔直徑d=45 軸孔長度l（其中y型）=112 d=160 螺栓m12*6（其中y型）=229 轉(zhuǎn)動慣量（）=0.112 圖3.10 聯(lián)軸器cad圖 3.5 y向進(jìn)給運動系統(tǒng)裝置整體布局本節(jié)內(nèi)容為對零件進(jìn)行合理整體布局裝配。(1) x軸方向的安裝裝配橫向架體的裝配：由直線滾動型導(dǎo)軌與橫梁連接；電動機(jī)的裝配：通過螺釘將其裝配到橫向架體上；(2) z

43、軸方向升降臺的裝配：直線滾動導(dǎo)軌：將螺母作為連接機(jī)構(gòu)，連接到升降臺架體上；滾珠絲杠：經(jīng)角接觸軸承固定在軸承座上，同時通過軸承蓋和螺釘完成軸向固定；軸承座：通過螺釘連接到架體上；電動機(jī)：通過螺釘安裝。第4章 x軸傳動部分設(shè)計計算4.1絲杠的分析、計算與選型4.1.1絲杠的受力分析（1）水射流及沖力計算由動量定理得：d噴嘴出口直徑 d1噴嘴進(jìn)口直徑<<1 約 f：反沖力 q：流量 p：壓力mpa由上式得 根據(jù)給定的有效行程，估算x向工作臺承載重量wx x軸上負(fù)載 20kg 水刀裝置 20×10=200nz軸方向所受的載荷 （2）滾動導(dǎo)軌摩擦力的計算1) 在受z軸方向反作用下導(dǎo)

44、軌的摩擦力 2) 在不受水刀反作用下導(dǎo)軌的摩擦力（3）z軸向負(fù)載力1） 計算最大軸向負(fù)載力 =163.31+75=238.31n2）計算最小軸向負(fù)載力 =27.5n4.1.2 絲杠的載荷計算初選絲杠材質(zhì)：55鋼，hrc5860，初選導(dǎo)程=10mm（1）各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速絲杠轉(zhuǎn)速 絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速為 （2）預(yù)期額定動載荷1) 估算預(yù)期額定動載荷 輕微沖擊 則 fw=1.3精度系數(shù) fa=1 可靠性系數(shù)fc=0.44 代入得 x軸絲杠絲桿的承受的動載荷為 (2) 擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載fmax計算 預(yù)載取 fe=6.7 代入得 x軸絲杠絲桿的承受的動載荷為 取以上兩種結(jié)果的最大值 x

45、軸絲杠絲桿的承受的動載荷為 4658.55n（3）按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑1）估計允許的最大軸向變形已知定位精度為，選定重復(fù)定位精度為 重復(fù)定位精度 ， 定位精度 ×=（2.67 4） ×=（2 2.5）取上述計算較小值，即2）估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑滾珠絲杠螺母副的兩個支承之間的距離為l = 安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度（1.051.1）行程+（1525）取 l = 1.1×行程+20= 1390mm又，由式： =9.5mm式中：e彈性模量（map），一般滾珠絲杠取 估計允許的滾珠絲杠的最大軸向變形 l最大距離 4.1.3滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)計算所得、，選擇型號為ffzd3210-3的滾珠絲杠螺母副，公稱直徑、基本導(dǎo)程、額定動載荷和絲杠底徑，如下： 4.2滾珠絲杠螺母副的校核與檢驗4.2.1穩(wěn)定性驗算絲杠壓曲時的臨界載荷p按歐拉公式計算： 式中：絲杠斷面最小慣性矩 螺母至固定端處最大距離(如表中簡圖所示)，與絲杠安裝方式相關(guān)的系數(shù)，其值按表5.5選取代入得：x軸的臨界載荷則穩(wěn)定性系數(shù) n-許用穩(wěn)定安