龍門(mén)式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

（201 屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料題 目 名 稱(chēng)：龍門(mén)式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺(tái) 的設(shè)計(jì) 學(xué) 院（部）：機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名：班 級(jí)： 學(xué)號(hào) 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師姓名：職稱(chēng) 職稱(chēng) 最終評(píng)定成績(jī)：湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要本論文：龍門(mén)式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)經(jīng)檢索、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，在國(guó)際和國(guó)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(jì)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(jì)、互換性與測(cè)量技術(shù)、工程圖學(xué)等知識(shí)主要對(duì)龍門(mén)、工作臺(tái)的滾珠絲杠螺母副和直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌等零部件進(jìn)行受力分析、設(shè)計(jì)選型、強(qiáng)度校核、壽命計(jì)算和穩(wěn)定性分析，最終選擇出滾珠絲杠螺母副型號(hào)為FFZD63105 右旋；導(dǎo)軌選擇了HSR20A、LM直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌；軸承選擇 7010C角接觸球軸承；電機(jī)采用Y100L6驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)；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(jì)工作對(duì)其他相關(guān)裝置的設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：數(shù)控水刀切割機(jī)，龍門(mén)，水射流，絲杠，導(dǎo)軌湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ABSTRACTThis paper: the gantry CNC water knife 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 design, 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 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, assembly 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 rolling guide湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）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(lèi) .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(tái)基本原理 .41.5 龍門(mén)式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì)的目的及意義 .5第 2 章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)裝置方案的設(shè)計(jì) 82.1 數(shù)控切割機(jī)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .82.2 電動(dòng)機(jī)與絲杠的連接方式 .9第 3 章 Y 軸傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算 113.1.對(duì)絲杠的設(shè)計(jì)和計(jì)算 113.1.1 空載摩擦阻力 Ff和加工時(shí)摩擦阻力 Fjf的計(jì)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(jì)算滾珠絲絲杠最大動(dòng)載荷 FQ .133.1.4 選擇滾珠絲杠型號(hào) 133.1.5 確定絲杠螺紋長(zhǎng)度 ls 143.1.6 選定精度等級(jí) 143.1.7 驗(yàn)算自鎖性 143.2.對(duì)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(dòng) 163.3 導(dǎo)軌和滑塊的選用 173.3.1 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn) .173.3.2 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)和計(jì)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(dòng)電機(jī)的選型 233.4.3 聯(lián)軸器的選型 253.5 Y 向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)裝置整體布局 25第 4 章 X 軸傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算 274.1.絲杠的分析、計(jì)算與選型 27湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4.1.1 絲杠的受力分析 274.1.2 絲杠的載荷計(jì)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(yàn) 304.2.1 穩(wěn)定性檢驗(yàn) 304.2.2 剛度檢驗(yàn) 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(jì)算與選型 33結(jié)論 35致謝 36參考文獻(xiàn) 37湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1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(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)隨著機(jī)床運(yùn)動(dòng)，通過(guò)配有的切割工具對(duì)待加工物體進(jìn)行切割、加工14。這種通過(guò)數(shù)字程序配合機(jī)運(yùn)床動(dòng)系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行切割運(yùn)動(dòng)的割切機(jī)被稱(chēng)為數(shù)控切割機(jī)。在 機(jī) 械 的 切 割 板 材 過(guò) 程 中 ， 常 使 用 的 方 式 有 ： 半 自 動(dòng) 、 手 工 、 數(shù) 控 切 割 機(jī) 切割 4。 手 工 割 切 方 式 的 憂(yōu) 點(diǎn) 是 能 夠 靈 話(huà) 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(lèi) 的 半 自 動(dòng) 割 切 機(jī) 即 便 能 降 抵 工 人 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 ，但 由 于 真 功 能 上 較 為 簡(jiǎn) 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(lèi)一 、 按 切 割 方 式 分 類(lèi) ：（ 1） 數(shù) 控 高 壓 水 射 流 切 割 機(jī) ： 數(shù) 控 水 刀 切 割 時(shí) 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(wàn) 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 ； 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(shí) 加 工 過(guò) 程 申 也 不 會(huì) 產(chǎn) 生 廢 物 來(lái) 污 染 環(huán) 境 。 并 且 數(shù) 控水 刃 對(duì) 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(fèi) 用 大 。（ 2） 數(shù) 控 等 離 子 切 割 機(jī) ： 它 的 切 割 種 類(lèi) 多 ， 幾 乎 所 有 金 屬 板 材 都 能 夠 切 割 ，效 率 同 時(shí) 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(shí) ， 能 有 效 消 除 掉 切 割 時(shí) 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(diǎn) 在 于 切 割 速 度 快 ， 切 割 精 度 高 ； 但 是 目 前 發(fā)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2展 的 水 平 還 不 足 以 彌 補(bǔ) 它 價(jià) 格 的 異 常 昂 貴 1， 切 割 費(fèi) 用 高 等 問(wèn) 題 。 目 前 來(lái) 說(shuō) ，它 僅 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(fèi) 用 更 加 低 。 但 切 割精 度 低 又 變 形 大 ， 速 度 低 并 且 需 耍 較 長(zhǎng) 穿 孔 禾 口 預(yù) 熱 的 時(shí) 間 ， 對(duì) 現(xiàn) 在 的 全 自 動(dòng) 化操 作 需 求 比 較 難 滿(mǎn) 足 等 問(wèn) 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(zhuān) 用 其 他 特 殊 切 割 沒(méi) 備 ： 例 如 數(shù) 控 形 材 、 管 材 切 割 機(jī) 和 其 他 的 非 金 屬 專(zhuān)用 切 割 沒(méi) 備 等 。二 、 按 結(jié) 構(gòu) 分 類(lèi) ：（ 1） 龍 門(mén) 式 數(shù) 控 切 割 機(jī) ： 如 圖 1.1a 所 示 它 具 有 傳 統(tǒng) 龍 門(mén) 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(zhǎng) ， 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 它 由 半 自 動(dòng) 小 車(chē) 式 割 切 機(jī) 發(fā) 展 演 變 而 來(lái) ，在 小 車(chē) 式 切 割 機(jī) 基 礎(chǔ) 上 ， 添 加 數(shù) 控 系 統(tǒng) 以 及 相 關(guān) 傳 動(dòng) 裝 置 。 但 它 外 形 上 基 本 沒(méi) 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(dòng) 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(tái) 式 數(shù) 控 切 割 機(jī) ： 如 圖 1.1d 由 刻 雕 機(jī) 發(fā) 展 演 變 而 來(lái) ， 外 型 類(lèi) 似 于 加 上一 臺(tái) 小 型 龍 門(mén) 式 切 割 機(jī) 于 工 作 臺(tái) 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(chē) 鈑 金 與 廣 告 行 業(yè) 。（ 5） 相 貫 線(xiàn) 數(shù) 控 切 割 機(jī) ： 如 圖 1.1e 這 種 切 割 機(jī) 屬 于 專(zhuān) 用 切 割 機(jī) ， 有 特 殊 的結(jié) 構(gòu) 。 它 專(zhuān) 用 于 切 割 各 種 管 材 和 圓 柱 型 材 。 由 于 其 專(zhuān) 用 切 割 條 件 ， 目 前 國(guó) 內(nèi) 對(duì) 此種 切 割 機(jī) 需 求 量 不 大 ， 并 造 成 其 生 產(chǎn) 廠 家 不 多 。湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3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(gè) 應(yīng) 用 高 壓 水 射 流 切 割 技 術(shù) 的 專(zhuān) 利 產(chǎn) 生 自 美 國(guó) ， 十 多 年 以 來(lái) ， 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(gè) 方 面 。 高壓 水 射 流 作 為 清 洗 和 切 割 工 具 具 有 獨(dú) 特 優(yōu) 越 性 。 隨 著 高 壓 水 射 流 裝 備 的 快 速 發(fā) 展 ，這 項(xiàng) 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) ， 尤湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4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(shì) 。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(lèi) 金 屬 、 非 金 屬 、 塑料 和 塑 性 硬 材 料 ， 保 護(hù) 工 件 的 物 理 和 機(jī) 械 材 料 性 能 9， 而 且 工 藝 簡(jiǎn) 單 。 因 而 其泠 切 割 性 能 是 無(wú) 與 倫 此 的 。日 前 ， 我 國(guó) 機(jī) 械 工 業(yè) 鋼 材 使 用 量 己 突 破 3 億 噸 ， 從 此 可 見(jiàn) 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(mǎn) 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(yàn) 8。 因 此 ， 數(shù) 控 切 割 機(jī) 的 市 場(chǎng) 潛 力 是 巨 大的 、 市 場(chǎng) 前 景 相 當(dāng) 的 樂(lè) 觀 。從 各 類(lèi) 數(shù) 控 切 割 機(jī) 的 應(yīng) 用 范 圍 來(lái) 看 ， 我 國(guó) 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(shí) 地 走 向 國(guó) 際 尖 端 科 技 水 平 ， 并逐 步 提 高 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 率 和 市 場(chǎng) 占 有 率 。 在 我 國(guó) 科 技 實(shí) 力 不 斷 提 升 的 今 天 ， 我 國(guó) 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(dú) 有 的 優(yōu) 勢(shì) 和 特 點(diǎn) 。 體 現(xiàn) 了 高自 動(dòng) 化 、 多 功 能 化 和 高 可 靠 性 的 特 點(diǎn) 15。 甚 至 在 一 些 產(chǎn) 品 的 技 術(shù) 性 能 方 面 ， 超越 了 國(guó) 外 產(chǎn) 品 。 隨 著 我 國(guó) 制 造 業(yè) 、 生 產(chǎn) 工 業(yè) 的 快 速 崛 起 ， 全 自 動(dòng) 化 、 智 能 化 和 人性 化 己 成 為 設(shè) 計(jì) 產(chǎn) 品 的 主 流 沒(méi) 計(jì) 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(guó) 的 工 業(yè) 領(lǐng) 域 水 平 和 生 產(chǎn) 效 率 。 因 此 ， 更 自 動(dòng) 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(tái) 3。1.4 數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺(tái)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(duì) 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(shí) 切 下 的 碎 屑 被 高 速 的 水 流 沖 刷 并 帶 走 ,形 成 了 切 縫 。 因 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(jiǎn) 單 。 當(dāng) 被 加 壓 至 很高 壓 力 的 水 從 特 制 級(jí) 小 開(kāi) 孔 的 嘴 噴 通 過(guò) 時(shí) (直 徑 0.1 到 0.5mm)將 會(huì) 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(shí) 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(chē) 請(qǐng) 冼 設(shè) 備 請(qǐng) 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(huà) 塞 由 油 泵 來(lái) 白 勺 低 壓 油 推 動(dòng) 并使 其 住 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) ， 而 換 向 閥 自 動(dòng) 控 制 大 話(huà) 塞 的 話(huà) 動(dòng) 方 向 。 另 一 方 面 先 由 供 水 系 統(tǒng) 對(duì)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5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(huà) 塞 增 壓 。 且 需 要 將高 壓 水 進(jìn) 入 到 蓄 能 器 來(lái) 穩(wěn) 定 它 ， 最 終 流 到 噴 嘴 來(lái) 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(lái) 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(mén)式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺(tái)設(shè)計(jì)的目的及意義我 國(guó) 從 美 國(guó) 引 進(jìn) 許 多 昂 貴 的 水 切 割 系 統(tǒng) , 用 來(lái) 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(wèn) 題 ,因 而 未 能 在 我 國(guó) 得 到 廣泛 應(yīng) 用 。 高 壓 水 射 流 切 割 方 面 的 工 藝 技 術(shù) 研 發(fā) ,可 通 過(guò) 優(yōu) 化 工 藝 來(lái) 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(guó) 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(mén) 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(zhǎng) ， 橫 向 與 縱 向 跨 距 比 較 大 ， 適 合 于 大 型 板 材 的 加 工 7。 而 龍湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6門(mén) 式 數(shù) 控 切 割 機(jī) 因 為 它 能 添 置 多 把 水 刀 相 對(duì) 而 言 ， 更 加 穩(wěn) 定 。 有 的 甚 至 能 夠 實(shí) 現(xiàn)多 頭 的 直 條 切 割 。龍 門(mén) 數(shù) 控 切 割 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 主 要 包 括 了 四 個(gè) 方 面 ： 水 刀 架 升 降 臺(tái) 的 橫 向 整 機(jī)縱 向 移 動(dòng) (XY 方 向 傳 動(dòng) )， 和 水 刀 的 預(yù) 設(shè) 運(yùn) 動(dòng) 。本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 的 研 究 范 圍 為 X 和 Y 方 向 上 的 兩 向 傳 動(dòng) ， 分 別 分 區(qū) 域 設(shè) 計(jì) 水 刀架 升 降 臺(tái) 的 橫 向 移 動(dòng) (X 方 向 傳 動(dòng) )， 切 割 機(jī) 整 機(jī) 的 縱 向 移 動(dòng) (Y 方 向 傳 動(dòng) )， 采用 學(xué) 過(guò) 的 運(yùn) 動(dòng) 合 成 原 理 ， 對(duì) 目 前 切 割 機(jī) 的 傳 動(dòng) 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(mǎn) 足 所 需 的 加 工 精 度 要 求 前 提 下 ， 符 合 國(guó) 標(biāo) 標(biāo) 準(zhǔn) 前 提 下 ， 保 證 足 夠的 工 作 可 靠 性 ， 達(dá) 到 簡(jiǎn) 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(mǎn) 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(mén)式數(shù)控水刀切割機(jī) proe 圖本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ， 需 要 完 成 的 主 要 內(nèi) 容 有 ：1） 龍 門(mén) 式 數(shù) 控 水 刀 切 割 機(jī) 工 作 臺(tái) 的 總 體 設(shè) 計(jì) 要 求 和 部 分 設(shè) 計(jì) ；2） 相 關(guān) 主 要 參 數(shù) 的 設(shè) 計(jì) 和 計(jì) 算 ；湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）73） 主 要 零 部 件 的 設(shè) 計(jì) 以 及 受 力 分 析 ；4） 編 寫(xiě) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) ；5） 繪 制 零 件 圖 、 裝 配 圖 ；6） 總 結(jié) 、 致 謝湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8第 2 章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)裝置方案的設(shè)計(jì)2.1 數(shù)控切割機(jī)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)數(shù) 控 切 割 機(jī) 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 需 同 時(shí) 對(duì) 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 的 運(yùn) 動(dòng) 速 度 和 位 置 達(dá) 成 自 動(dòng) 控制 的 目 的 。 對(duì) 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(dòng) 態(tài) 響 應(yīng)能 力 良 好 。 其 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 裝 置 ： 將 電 動(dòng) 機(jī) 的 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 化 成 工 作 臺(tái) 的 直 線(xiàn) 運(yùn) 動(dòng) 的 機(jī)械 傳 動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 系 統(tǒng) 的 傳 動(dòng) 精 度 和 穩(wěn) 定 性 ， 要 求 對(duì) 機(jī) 械 部 分 的 設(shè) 計(jì) 能 盡 可 能 地 消 除 配 合 間 隙 ，減 少 運(yùn) 動(dòng) 摜 量 ， 導(dǎo) 向 與 運(yùn) 動(dòng) 件 的 降 摩 低 擦 ， 提 高 動(dòng) 傳 的 剛 和 度 精 度 。 同 時(shí) ， 因?yàn)?系 統(tǒng) 受 到 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 負(fù) 栽 的 變 化 范 圍 大 ， 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(dòng) 副 。 對(duì) 已 經(jīng) 保 證 過(guò) 加 工 精度 的 那 些 傳 動(dòng) 元 件 ， 選 擇 合 理 的 支 承 形 式 以 及 有 效 正 確 的 預(yù) 緊 方 式 來(lái) 改 善 傳 動(dòng) 系統(tǒng) 的 剛 度 。 遵 循 最 佳 傳 動(dòng) 比 原 則 ， 來(lái) 選 擇 最 合 適 的 降 速 比 ， 這 樣 來(lái) 提 高 機(jī) 床 精 度 ，最 后 減 少 大 部 分 系 統(tǒng) 傳 遞 到 驅(qū) 動(dòng) 軸 上 的 慣 量 。圖 2.1 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) CAD 總裝圖湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）92.2 電動(dòng)機(jī)與絲杠的聯(lián)接方式數(shù) 控 切 割 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 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(wú) 級(jí) 調(diào) 速 。 步 進(jìn) 式 電 動(dòng) 機(jī) 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 和 直 流 伺服 電 動(dòng) 機(jī) 11。 以 上 三 種 電 機(jī) 都 可 以 實(shí) 現(xiàn) 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) ， 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) 域 。 目 前 ， 步 進(jìn) 式 電 動(dòng) 機(jī) 雖 容 易 控 制 ， 成 本 低 廉 ， 但因 其 失 步 會(huì) 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(guò)載 能 力 強(qiáng) ， 易 平 滑 調(diào) 速 ， 制 動(dòng) 和 熱 動(dòng) 的 轉(zhuǎn) 矩 較 大 ， 已 在 國(guó) 內(nèi) 得 到 非 常 廣 泛 的 使 用 。較 為 理 想 的 驅(qū) 動(dòng) 元 件 是 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) ， 維 護(hù) 工 作 比 直 流 電 機(jī) 更 加 易 行 簡(jiǎn) 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(wú) 級(jí) 變 速 要 求 11。當(dāng) 運(yùn) 用 不 同 的 驅(qū) 動(dòng) 元 件 時(shí) ， 數(shù) 控 機(jī) 床 的 進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 也 隨 之 有 所 不 同 。 電 動(dòng) 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(guò) 齒 輪 傳 動(dòng) 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(dòng) 副 來(lái) 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 術(shù) 要 求 ，因 此 必 須 要 留 有 適 當(dāng) 的 齒 側(cè) 間 隙 ， 方 能 進(jìn) 行 正 常 的 工 作 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 但 同 時(shí) 側(cè) 齒 間 隙 會(huì)引 起 給 進(jìn) 運(yùn) 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 的 反 向 那 邊 的 矢 動(dòng) 量 1。 因 此 ， 齒 輪 傳 動(dòng) 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(jì) 。 可 是 種 此 聯(lián) 接 方 式 結(jié) 構(gòu) 的 機(jī) 械 也 會(huì) 變 得相 對(duì) 要 復(fù) 雜 一 些 。(2) 通 過(guò) 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(yùn) 動(dòng) ， 它 的 機(jī) 械 機(jī) 構(gòu) 相 對(duì) 簡(jiǎn) 單 。 同步 帶 輪 傳 動(dòng) 兼 具 鏈 傳 動(dòng) 與 帶 傳 動(dòng) 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 能 實(shí) 現(xiàn) 精 準(zhǔn) 的 傳 動(dòng) 比 ， 傳 動(dòng) 較 為 平 穩(wěn) ，張 緊 力 需 求 很 小 ， 甚 至 幾 乎 不 需 張 緊 力 13。 同 時(shí) 軸 端 壓 力 較 小 ， 傳 動(dòng) 的 效 率 很高 ， 基 本 能 保 持 傳 動(dòng) 效 率 在 98%右 左 。 同 步 帶 輪 因 為 薄 輕 ， 能 達(dá) 到 高 速 傳 動(dòng) ， 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(shí) ， 可 選 擇 直 徑 較 小 的 帶輪 ， 使 得 整 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 更 加 緊 湊 ， 并 且 有 效 減 小 齒 輪 傳 動(dòng) 時(shí) 引 起 的 振 動(dòng) 和 噪 聲 ， 保 養(yǎng)起 來(lái) 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(shí) 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(guò) 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(yùn) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 高 傳 動(dòng) 高 度 與 高傳 動(dòng) 精 度 的 要 求 。 同 時(shí) 它 有 效 地 簡(jiǎn) 化 了 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 6。 因 此 這 種 聯(lián) 接方 式 一 般 被 運(yùn) 用 于 加 工 中 心 或 精 密 數(shù) 控 機(jī) 床 的 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 。湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10(c)(b)(a)圖 2.2 電動(dòng)機(jī)和絲杠間的聯(lián)接方式湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11第 3 章 Y 軸傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 對(duì)絲杠的設(shè)計(jì)和計(jì)算絲 杠 螺 母 副 分 為 ： 滑 動(dòng) 絲 杠 螺 母 副 和 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 。（ 1） 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 特 點(diǎn) ： 系 統(tǒng) 剛 度 好 傳 動(dòng) 效 率 和 精 度 高 ， 運(yùn) 動(dòng) 具 有 可 逆性 ， 壽 命 長(zhǎng) ， 不 能 自 鎖 ， 制 造 工 藝 復(fù) 雜 8。（ 2） 滑 動(dòng) 絲 杠 螺 母 副 特 點(diǎn) ： 因 結(jié) 構(gòu) 無(wú) 需 耍 添 加 自 鎖 裝 置 ， 適 合 升 降 臺(tái) 。 可 減輕 升 降 臺(tái) 工 作 能 耗 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 維 護(hù) 更 方 便 8。由 于 工 作 臺(tái) 要 實(shí) 現(xiàn) X、 Y 軸 向 運(yùn) 動(dòng) ， 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 ?；瑝K電機(jī)直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌圖 3.1 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)裝配簡(jiǎn)圖主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) ：定 位 精 度 ： ±0.01mm； 驅(qū) 動(dòng) 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.湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）123.1.1 空載摩擦阻力 和加工時(shí)摩擦阻力 的計(jì)算fFjfF分 析 工 作 時(shí) 受 力 ：圖 3.2 龍門(mén)架最大受力圖水 刀 架 升 降 臺(tái) Z 方 向 支 架 ： 1mgv鐵 滑 體（3.1）式 中 m升 降 臺(tái) 支 架 質(zhì) 量 ， 材 料 密 度 ， v體 積50kg1Z 方 向 升 降 臺(tái) 電 機(jī) ： 2.m升 降 臺(tái) 的 滑 動(dòng) 絲 杠 螺 母 副 ：鋼絲 杠絲 杠 hr23其 中 r絲 杠 半 徑 ， h絲 杠 高 度 ， 材 料 密 度kg1m3龍 門(mén) 架 Y 方 向 直 線(xiàn) 滾 動(dòng) 型 導(dǎo) 軌 ：鋼導(dǎo) 軌導(dǎo) 軌 hr24kg質(zhì) 量 共 計(jì) ： 50M空 載 摩 擦 阻 力 和 加 工 時(shí) 摩 擦 阻 力fFjfF湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13NgMFf 501.50（3.2）rSPfjf 5.21.32（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(dòng) 比 為 1則 有 mnV810max0（3.4）根 據(jù) 國(guó) 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(jì)算滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷 FQmHwFfL30Q（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 0LwffmF最 大 工 作 載 荷NFm5.21硬度系數(shù)取 1.2萬(wàn)次 1703610L6nT（3.6）n絲杠平均每分鐘轉(zhuǎn)速 T機(jī)床使用壽命（數(shù)控機(jī)床一般取 15000h）則 N 9.365.21.7F330Q mHwf（3.7）3.1.4 選擇滾珠絲杠螺母副型號(hào)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14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(hào) 為 FFZD6310-5 旋 向 右 旋其 中 公稱(chēng)直徑 =63 基本額定載荷 螺母安裝連接尺寸0d公稱(chēng)導(dǎo)程 =10 動(dòng)載荷 （KN）62.4 （ ） 90 138hPaC16g3D絲杠外徑 =62.5 靜載荷 （KN）200.7 （ ） 90 1121 02-0.4鋼球直徑 =7.144 剛度 （ ）2505 13.5 22 112wDcKmN567絲杠底徑 =57.3 75 198 20 2d 8D1L2循環(huán)圈數(shù) 5 h 13 22 B1M83.1.5 確定絲杠螺紋長(zhǎng)度 ls（其中 單邊預(yù)留余量為 50mm）=800+198+100=1098mm 012lLls（3.8）3.1.6 選定精度等級(jí)因 絲 杠 上 要 安 裝 許 多 零 件 ， 因 此 選 用 基 軸 制 ， 選 定 g 級(jí) 試 用 滑 動(dòng) 半 液 體 摩 擦配 合 ， 選 定 5 級(jí) 精 度 時(shí) ， 查 表 得 IT5=0.013mm， 查 表 直 徑 62.5g5 的 上 偏 差es=-0.010，計(jì) 算 ei=es-IT5=-0.01-0.013=-0.023mm 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15（3.9）3.1.7 驗(yàn)算自鎖性當(dāng) 量 摩 擦 角 ： ， 當(dāng)量摩擦系數(shù)， 摩擦/arctnTf/cosf/f f系數(shù)， 牙側(cè)角， 4.05螺紋升角： 2arctn()4.8Pd（3.10）,因此不能自鎖。4.28.05T3.2 對(duì)絲杠的校核3.2.1 螺桿強(qiáng)度校核根 據(jù) 傳 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 公 式 ， 得 螺 旋 傳 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 ： =5462.1Nmmtan21TFd當(dāng) 量 應(yīng) 力 ： 21)4(（3.11）.5MPa2068因 此 ， 強(qiáng) 度 滿(mǎn) 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 螺 桿 剪 切 應(yīng) 力 ： 21Fd（3.12）湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16= 0.27MPaPa403 螺 桿 彎 曲 應(yīng) 力 ： 312bWd（3.13） 0.64MPaPa604式 中 ， 彎 矩 ， 抗 彎 截 面 模 量 ；M故 螺 紋 強(qiáng) 度 非 常 高 ， 足 夠 滿(mǎn) 足 要 求 。3.2.3 螺桿的穩(wěn)定性螺紋柔度： 5.13/uwriL（3.14）式中 (固定自由式)， ，220w3/4.875id臨界載荷 Fcr： 當(dāng) 時(shí)： 其中 彈性模量， 慣性矩985rEaI2)(lIFacr（3.15）=515.6N根 據(jù) 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) ， 有 穩(wěn) 定 性 合 格 條 件 為 大 于 2.5 4， 因 為 ；51.6.028crF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(gè) 螺 紋 導(dǎo) 程 產(chǎn) 生 的 變 形 ：234sFPhEd（3.16）湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）176-102.單 位 長(zhǎng) 度 的 變 形 量 ： 53sPn（3.17）對(duì)于龍門(mén)式數(shù)控切割機(jī)， 不對(duì)其表面精度要求嚴(yán)格，其.12Ra，310)8(能夠達(dá)到要求。60.533.2.5 螺桿的橫向振動(dòng)根 據(jù) 簡(jiǎn) 明 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 公 式 臨 界 轉(zhuǎn) 速 : 21/2060()liEnLmin/8.934r（3.18）由 ,又知：運(yùn)行速度范圍為 08000mm/min/60vPhn所以 smv/3.1in/8axr又因?yàn)?0max.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(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床有著廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所使用的滑動(dòng)導(dǎo)軌來(lái)說(shuō)，它的優(yōu)點(diǎn)是：圖 3.5 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌 proe 圖1 定位精度高直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌可以極大減小摩擦系數(shù)。其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差很小，因此可減少百分之九十的驅(qū)動(dòng)扭矩。因此，甚至可調(diào)節(jié)機(jī)床的定位精度到超微米級(jí)。2 機(jī)床造價(jià)降低且節(jié)約電力機(jī)床導(dǎo)軌采用直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌后摩擦阻力很小，因此非常適合存在反復(fù)起動(dòng)、停止往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)它可以使所需的動(dòng)力源小型化，在動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)上，大副度地減輕了重量，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(yùn)動(dòng)速度由于直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)朹很小的摩擦阻力因而發(fā)熱少，并且可實(shí)現(xiàn)高速白勺機(jī)床運(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)期機(jī)床的高精度滑動(dòng)導(dǎo)軌面使用的流體潤(rùn)滑，因?yàn)橛湍さ母?dòng)，使得產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)精度的誤差無(wú)從規(guī)避14。絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑被局限在了邊界區(qū)域，因此幾乎沒(méi)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(fèi)掉了。相反，滾動(dòng)接觸摩擦卻耗能小，因此相應(yīng)滾動(dòng)面的摩擦損耗也減少，從而使直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)朹系統(tǒng)長(zhǎng)期處在高度精的狀態(tài)14。同時(shí)，大多數(shù)情況僅需脂潤(rùn)滑，因此這使機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)地設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)方面都變得更加容易和方便。3.3.2 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)和計(jì)算因主要技術(shù)指標(biāo)：定位精度：±0.01mm；驅(qū)動(dòng)速度 08000mm/min；射流最高切割壓力湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19P：350MPa；水噴嘴直徑：0.28mm；系統(tǒng)流量：02.5L/min.選定滑座個(gè)數(shù) M=4，每天開(kāi)機(jī)約 8 小時(shí)，每年工作 300 天，壽命 10 年。則導(dǎo)軌額定工作時(shí)間 為hTh24013h又 nlTsh3（3.19）因此 =2*2.4*0.75*60=2160km3102nlTshs每根導(dǎo)軌上使用 2 個(gè)滑座，查表表 3.1 硬 度 系 數(shù)滾 道 表 面 硬度 HRC 60 58 55 53 50 45fH 1.0 0.98 0.90 0.71 0.54 0.38表 3.2 溫度系數(shù)工作溫度/C fT 100 1.00 100150 0.90 150200 0.73200250 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 0.724 0.665 0.61湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20表 3.4 負(fù)荷系數(shù)工作條件 fw 無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合（V15m/s） 11.5 無(wú)明顯外部沖擊或震動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合（V60m/s） 1.52 無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合 22.5確定 =1.0 =1.0 =0.81 =2HfTfCfWf由 3FfKaCTHs（3.20）得到 CTHWsaf3其中 =600/4=150NMF則 1300N 查生產(chǎn)廠家數(shù)據(jù)18.025633CTHWsafK圖 3.6 直線(xiàn)滾珠滑塊結(jié)構(gòu)圖湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21圖 3.7 導(dǎo)軌滑塊配合圖湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22圖 3.8 HSR 型直線(xiàn)滾珠滑塊數(shù)據(jù)選型圖由此選定 HSR-20A，LM 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌其優(yōu)勢(shì)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(gè)鋼球列被設(shè)計(jì)成按照接觸角 45 度配置，因而無(wú)淪何種資勢(shì)都可使用。并因?yàn)槭┘宇A(yù)壓力是呁等的，從而能維持低摩擦系數(shù)又加強(qiáng)四個(gè)方向剛性。因?yàn)樗鏀嗟母叨鹊?，并已?duì)滑塊使用高剛性設(shè)計(jì)，和 DF 組合的自動(dòng)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(xiàn)運(yùn)動(dòng)。湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23其中：外形尺寸 LM 滑塊尺寸 M=30 B=53 =50.8 K=26 =4 1L3HW=63 C=40 =9.5 N=5 油嘴：B-M6FTL=74 S=M6 =10 E=121LM 軌道尺寸 基本額定載荷 F=60=20 F=60 （KN）=13.8 G=2005.W1C=21.5 =6*9.5*8.5 （KN） =23.82hd21 a=18 總長(zhǎng) Max=30001M3.4 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(diǎn)：可同時(shí)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(shí)，引起附加軸向力，需施加相應(yīng)反向載荷。因此，通常成對(duì)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(hào)為:7010C 角接觸球軸承。主要尺寸為： B=12mm md36D58基本額定載荷：16.18KN極限轉(zhuǎn)速值為 14000r/min湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24圖 3.9 軸承 CAD 圖3.4.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型1）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NF2750maxmPh01.摩擦系數(shù) =0.9，摩擦力矩 。查軸承樣本，單個(gè) 7013C 型軸承的摩擦力mTf3.1矩為 320 ,故一對(duì)軸承 ,絲桿與伺服電動(dòng)機(jī)直接相聯(lián)，故 i=1，N 642則最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩 NiTPhFTff 8.5164.039.14327502ax1 2）慣量匹配負(fù)載慣量按下列次序計(jì)算，工臺(tái)的最大質(zhì)量為 200Kg，折算到電動(dòng)機(jī)軸，其慣量計(jì)算得：1J