畢業(yè)論文定稿-薄板切割裝置總體方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763寧XX 大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )薄 板 切 割 裝 置 總 體 方 案 與 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計分 院： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 年 月原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，薄板切割裝置設(shè)計的應(yīng)用也顯得越來越頻繁，先進切割技術(shù)的發(fā)展總是不斷地從新科技的成果中獲得新的起點。目前，薄板切割裝置設(shè)計技術(shù)在電子科技、計算機技術(shù)及機器人的制造中都起著重要的作用。無論在什么情況下，薄板切割裝置設(shè)計才能提高焊接的水平和質(zhì)量。我們只有將數(shù)控切割機技術(shù)和焊接跟蹤技術(shù)有效的結(jié)合才能更好的推動新科技的發(fā)展，因此數(shù)控切割機的設(shè)計對于解決這一難題至關(guān)重要。關(guān)鍵詞： 切割技術(shù)，機構(gòu)設(shè)計，薄板切割裝置設(shè)計原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763AbstractWith the development of science and technology, the application of plasma cutting machine is more and more frequent, the development of advanced cutting technology is constantly from the new achievements of science and technology in the new starting point. At present, plasma cutting machine technology plays an important role in the manufacture of electronic technology, computer technology and robot. In any case, plasma cutting machine can improve the level and quality of welding. We will only CNC cutting machine and welding with tracking technology effectivelZ in order to better promote the development of new technology, so the CNC cutting machine design is very important for solving this problem.KeZwords: cutting technology, mechanism design, plasma cutting machine原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763目 錄摘要2Abstract3目 錄4第 1 章 緒論61.1 薄板切割裝置設(shè)計的研究目的及意義 61.1.1 薄板切割裝置設(shè)計背景 61.1.2 薄板切割裝置設(shè)計簡介 61.1.3 意義 61.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 61.3 本課題研究的內(nèi)容及方法 71.3.1 主要的研究內(nèi)容 71.3.2 設(shè)計要求 81.3.3 關(guān)鍵的技術(shù)問題 8第 2 章 總體方案機構(gòu)設(shè)計92.1 設(shè)計概念 92.2 設(shè)計原理 92.3 方案討論 9第 3 章 X 結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 113.1 X 向滾珠絲桿副的選擇 123.1.1 導(dǎo)程確定 123.1.2 確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 123.1.3 估計工作臺質(zhì)量及負重 123.1.4 確定絲桿的等效負載 123.1.5 確定絲桿所受的最大動載荷 133.1.6 精度的選擇 143.1.7 選擇滾珠絲桿型號 143.2 校核 14原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397633.2.1 臨界壓縮負荷驗證 .153.2.2 臨界轉(zhuǎn)速驗證 163.2.3 絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 163.3 電機的選擇 173.3.1 電機軸的轉(zhuǎn)動慣量 173.3.2 電機扭矩計算 18第 4 章 Z 向結(jié)構(gòu)設(shè)計 194.1 Z 軸滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇 .194.2 滾珠絲杠計算、選擇 .214.3 伺服電機慣性負載的計算 .234.4 導(dǎo)軌的選型及計算 .25第 5 章 機架的設(shè)計295.1 機架的基本尺寸的確定 .295.2 架子材料的選擇確定 .295.3 主要支承的強度校核 .30總結(jié)與展望32參考文獻33致 謝34原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第 1 章 緒論1.1 薄板切割裝置設(shè)計的研究目的及意義1.1.1 薄板切割裝置設(shè)計背景在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有自動化生產(chǎn)設(shè)備，用來提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。當然，也不排除 PCB 板的焊接加工過程。我們發(fā)現(xiàn)焊接技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域并且被廣泛使用。根據(jù)資料顯示，我國每年鋼鐵的產(chǎn)量一般在 3 億噸左右，其中有一半以上的鋼有用到焊接技術(shù)加工。我國每年的焊接設(shè)備需求量金額超過 50 億元。既然焊接機能夠這么普遍地應(yīng)用在各個領(lǐng)域，它肯定具備了很大的市場競爭力。1.1.2 薄板切割裝置設(shè)計簡介薄板/薄板切割裝置設(shè)計采用驅(qū)動，即切割頭，運行穩(wěn)定，配置好，工作效率很高，可以用于各種異形碳鋼、錳鋼、不銹鋼等金屬材料的大、中、小型鋼板下料。還可根據(jù)用戶的要求配置多把割炬。1.1.3 意義1.橫梁：采用方管對焊的結(jié)構(gòu)，具有剛性好，精度高，自重輕，慣量小的特點。所有的焊接件均采用振動時效去應(yīng)力處理，有效的防止了結(jié)構(gòu)變形；2.縱、橫向驅(qū)動：橫向?qū)к墑t采用了臺灣進口的直線式導(dǎo)軌，縱向?qū)к壥怯删芗庸さ奶刭|(zhì)鋼軌制成的，保證了切割機的運行平穩(wěn)，精度高，且經(jīng)久耐用，清潔美觀；1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢激光切割機的切割速度快，精度和切割質(zhì)量好等特點。在國家指定的長期發(fā)展規(guī)劃時，又是將激光切割列入了關(guān)鍵支撐技術(shù)。因其涉及國家安全、國防建設(shè)及高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和科技前沿的發(fā)展，所以要對激光切割有很高的重視程度，這就將激光切割機的制造和升級帶來很大的商機。隨著用戶對激光切割技術(shù)特點的逐步了解和采用的示范性地深入，這就帶動了國內(nèi)企業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)激光切割機。隨著現(xiàn)代化的機械加工業(yè)的發(fā)展，人們對切割的質(zhì)量、精度要求的不斷提原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763高，并對生產(chǎn)效率的提高、生產(chǎn)成本的降低、高智能化地自動切割的功能要求也在不斷的提升。數(shù)控切割機必須要去適應(yīng)現(xiàn)代化機械加工發(fā)展的要求。1.數(shù)控切割機的發(fā)展從現(xiàn)在幾種通用的數(shù)控切割及應(yīng)用情況來看，薄板切割裝置的功能及性能已經(jīng)比較完善了，但是對切割材料有局限性（只能切割碳鋼板） ，其切割速度也慢，生產(chǎn)效率低，適用范圍逐漸在縮小，市場不可能有大的增加。等離子切割機具有切割范圍廣（可以切割所有的金屬材料） ，切割速度快，工作效率高等特點，未來的發(fā)展方向在于等離子的電源技術(shù)的提高、數(shù)控系統(tǒng)與離子切割配合的問題，比如電源功率的提升就能切割更厚的板材；完善和提高精細等離子技術(shù)也能提高切割速度、切面質(zhì)量和切割精度；通過完善和提高數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)對等離子切割效率和切割質(zhì)量的提升。激光切割機的切割速度快，精度和切割質(zhì)量好等特點。在國家指定的長期發(fā)展規(guī)劃時，又是將激光切割列入了關(guān)鍵支撐技術(shù)。因其涉及國家安全、國防建設(shè)及高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和科技前沿的發(fā)展，所以要對激光切割有很高的重視程度，這就將激光切割機的制造和升級帶來很大的商機。隨著用戶對激光切割技術(shù)特點的逐步了解和采用的示范性地深入，這就帶動了國內(nèi)企業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)激光切割機。2.專用數(shù)控切割機的發(fā)展數(shù)控管材切割機適用于各種管材上的切割，如切割圓柱正交、斜交、偏心交等相貫線孔、方孔、橢圓孔，并能在管子的端部切割與之相交的相貫線。這種類型的設(shè)備已經(jīng)廣泛運用在金屬結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)，電力設(shè)備、鍋爐業(yè)、石油業(yè)、化工等部門。它是行業(yè)內(nèi)比較高端的產(chǎn)品之一，此類的設(shè)備切割功能可以滿足焊接工藝眾不同的板材開不同角度的坡口要求。隨著造船業(yè)地發(fā)展，船廠在國內(nèi)率先引進和使用數(shù)控等離子切割機。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前國內(nèi)外的船廠紛紛配備了具有回轉(zhuǎn)坡口功能的等離子切割機，為了滿足其高技術(shù)、高附加值船的建造要求。1.3 本課題研究的內(nèi)容及方法1.3.1 主要的研究內(nèi)容在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)薄板切割裝置設(shè)計設(shè)計理論及相關(guān)知識的資料和文獻基礎(chǔ)上，綜合考慮焊接薄板切割裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)特點、具體作業(yè)任務(wù)特點以及焊接薄板切割裝置設(shè)計的推廣應(yīng)用，分析確定使用三自由度關(guān)節(jié)型焊接薄板切割裝置設(shè)計配合生產(chǎn)工序，實現(xiàn)自動化焊接的目的。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763為了實現(xiàn)上述目標，本文擬進行的研究內(nèi)容如下:1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控錫絲點薄板切割裝置設(shè)計本身的結(jié)構(gòu)特點，確定數(shù)控錫絲點薄板切割裝置設(shè)計整體設(shè)計方案。2 確定數(shù)控錫絲點薄板切割裝置設(shè)計的性能參數(shù)，對初步模型進行靜力學(xué)分析，根據(jù)實際情況選擇電機。3 從所要功能的實現(xiàn)出發(fā)，完成數(shù)控錫絲點薄板切割裝置設(shè)計各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；4 完成主要零部件強度與剛度校核。1.3.2 設(shè)計要求1 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能，提出薄板切割裝置設(shè)計的整體設(shè)計方案；2 完成薄板切割裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計；3 通過相關(guān)設(shè)計計算，完成電機選型；4 完成薄板切割裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)的三維造型；繪制薄板切割裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。1.3.3 關(guān)鍵的技術(shù)問題1 方案選擇2 整體的支撐架設(shè)計（龍門結(jié)構(gòu)及懸臂結(jié)構(gòu)的選擇）3 機構(gòu)設(shè)計4 強度校核 原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第 2 章 總體方案機構(gòu)設(shè)計2.1 設(shè)計概念整體的支撐架采用龍門結(jié)構(gòu)——在工程中我們常用的整體支撐架結(jié)構(gòu)有龍門結(jié)構(gòu)和懸臂梁。所謂的懸臂梁就是梁的一端為不產(chǎn)生軸向、垂直位移和轉(zhuǎn)動的固定支座，另一端為自由端（可以產(chǎn)生平行于軸向和垂直于軸向的力） 。而龍門結(jié)構(gòu)通俗地說就是一根橫梁連接兩個支腿與地面緊固組成的像一個門框一樣的結(jié)構(gòu)。因為他是雙支撐結(jié)構(gòu)區(qū)別于單支撐和懸臂結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)特別簡單。2.2 設(shè)計原理數(shù)控薄板切割裝置設(shè)計的設(shè)計應(yīng)滿足一下幾個條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性， 為了使工件、焊槍與焊接點保持準確的相對位置，必須根據(jù)要求的焊接點，去選擇合適的定位機構(gòu)。再者就是要有足夠的強度和剛度 除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接槍在運動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強度和剛度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對于受力較大的進行強度、剛度計算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴大機構(gòu)的使用范圍。X 軸采用絲杠加導(dǎo)軌形式：橫向電動機—聯(lián)軸器—橫向滾珠絲杠（導(dǎo)軌）-橫滑板Z 軸和采用絲杠傳動：縱向電動機—聯(lián)軸器—縱向滾珠絲杠—大托板2.3 方案討論懸臂梁在工程力學(xué)受力分析中，比較典型的簡化模型。在實際工程分析中，大部分實際工程受力部件都可以簡化為懸臂梁。龍門結(jié)構(gòu)制作方便，承受負載大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工程上廣泛應(yīng)用?？紤]到上述問題該課題的整體結(jié)構(gòu)采用龍門結(jié)構(gòu)。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第四章 火焰切割機傳動裝置設(shè)計薄板切割機的傳動裝置是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈及其附屬機構(gòu)包括絲杠螺母副、導(dǎo)軌等。4．1 螺旋傳動螺旋傳動主要是用來將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。在經(jīng)濟型數(shù)控機床的進給系統(tǒng)中，螺旋傳動主要用來實現(xiàn)精密進給運動，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動。4．1．1 滾珠絲杠副的工作原理及特點滾珠絲杠副的外形如圖 4-1 所示圖 4-1 滾珠絲杠外形滾珠絲杠副傳動是在具有螺旋滾道的絲杠和螺母間放入適當數(shù)量的滾珠，這些滾珠作為中間傳動件，使螺桿和螺母之間的摩擦由滑動磨擦變?yōu)闈L動磨擦的一種傳動裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 4-2 圖所示，當螺桿轉(zhuǎn)動螺母移動時，滾珠則沿螺桿螺旋軌道面滾動，在螺桿上滾動數(shù)圈后滾珠從滾道的一端滾出并沿反向器返回另一端重新進入軌道，從而構(gòu)成閉合回路。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763圖 4-2 滾珠絲杠內(nèi)部結(jié)構(gòu)滾珠絲杠具有如下特點：1) 傳動效率高。滾珠絲杠副的傳動效率高達 92%--98%。對機械小型化，減少啟動的震動和滯后時間以及節(jié)約能源等方面，都有重要的意義。2) 運動平穩(wěn)。滾珠絲杠副在工作過程中摩擦阻力小，靈敏度高，故運動平穩(wěn)，啟動無顫動，低速時無爬行現(xiàn)象。3) 傳動具有可逆性。4) 可以預(yù)緊。通過對螺母施加預(yù)緊能消除滾珠絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度，但摩擦力矩不增大。5) 定位精度和重定位精度高。6) 同步性好。7) 使用壽命長，使用可靠，潤滑簡單，維修方便。4．1．2 滾珠絲杠副的設(shè)計1．橫向滾珠絲杠的傳動計算⑴．絲杠載荷：Fμ =μmg橫向摩擦力：Fμ x=0.15×1000×9.8=1470N ⑵．電機轉(zhuǎn)速（最大）：n max=1500r/min 絲杠最大轉(zhuǎn)速（快移）：n=150r/min⑶．絲杠導(dǎo)程：工作臺最大工作速度 原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763Vmax=0.025m/s×1000×60mm/min=10mm ⑷．當量轉(zhuǎn)速：n m=n1×q1/100+n2×q2/100=100r/min ⑸．當量負荷：F m=[(F13×n1×q1)/100nm+(F23×n2×q2 )/100nm]? 橫向負荷：F max=1470N [6]．初選滾珠絲杠a ．要求壽命 Lh=300（日） ×8（h）×0.6（開機率）× 10（a）=14400h取 15000h由手冊查得：K h=3.9 由手冊查得：K n=0.64b．綜合系數(shù)：f Σ=ffhfafn/fw =1×1×1×0.35/1.3=0.408查得：f t =1，f h =1 ，f a =1 （絲杠精度 1----3）f h =0.53（可靠性96%）f w =1.3c．計算動載荷：c ?j=KhFm /KnfΣ 橫向動負荷：c ?j=3.9×1470/(0.64×0.408)=21955N滾珠絲杠副的型號：經(jīng)查手冊選用 FD 型內(nèi)循環(huán)浮動返向器螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，型號為：橫向為 FD3206-3 額定負荷 c? =23700Nc?j =21955N。預(yù)緊力橫向為 F=0.25c? =0.25×23700N=6425Fmax/3=1470/3=490N，符合要求。⑺．絲杠螺紋部分長度：lu =工作臺最大行程+螺母長度+兩端余程橫向： l u =1000+60+100=1160（mm）⑻．支撐距離 支撐距離 L 應(yīng)大于 Lu, 橫向支撐距離：L=1300⑼．臨界轉(zhuǎn)速 查手冊得：n c =9900×f22 d2 /Lc2，其中:a．絲杠底徑：d 2 =d0 -1.2Dw 橫向絲杠底徑：d 2=23.9b．支撐方式系數(shù)查得 f2 =4.73（兩端固定）原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763c．臨界轉(zhuǎn)速計算長度Lc =螺母長度/2+工作臺最大行程+余程+（支撐長度-螺紋長度）/2橫向：L c =190/2+1000+100+（1300-1950）/2=1.22m 橫向臨界轉(zhuǎn)速：n cx =9900×4.732×0.02535/1.222 =3772.4r/minncxnmax =1500r/min 符合要求⑽．壓桿穩(wěn)定校核兩端固定支撐，絲杠受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。⑾．預(yù)拉伸計算a．溫升引起的伸長量：設(shè)溫升為 3.5oC，按式 δt =??tl，則：橫向伸長量：δ tx =11×10-6×3.5×1.22=46.97μmb．絲杠全伸長量：δ tz?= ??tl橫向伸長量：δ tz(z)= 11×10-6×3.5×1.3=50.05μmc. 預(yù)緊力：按拉伸公式 Ft=δt?AE/Lu橫向預(yù)拉力：F t=5×10-6 ×（π/4）×0．025352 ×2．1×1011/1．352=1567N⑿．軸承的選擇a. 軸承的型號選擇Y 方向軸承型號為 7602020TVP主要尺寸參數(shù)：由表 2．8-37（I）查得：d0=20mm，D=42mm，z=15mm，B=14mm，D W=5.953mm，C ?=19600N，預(yù)緊力 F0=2300N b. 預(yù)緊力的確定 F 0y=2300NY 方向軸承的最大軸向載荷為：Fmax(y)?=Fty+ Fmax(y)/2=3782+808.5/2=4186N由于 F0y Fmax(y)?/3=4186/3=1395N 符合要求c. 疲勞壽命計算額定動負荷原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763由軸承動負荷計算公式校核：C=K hF/Kn進給方向是可變的，負荷可能是（F ty+Fm/2）和（F ty-Fm/2）兩者機會均等，取平均值。由表 2.8-64（I）查得：K n=0.64，取 Ln=1500h，則 K h=3.11額定動負荷：C y=3.11×3782/0.64=18378Nc?j =43911N．預(yù)緊力縱向為F0=0.25c? =0.25×48200N=12050Fmax/3=2940/3=980N 符合要求。⑺．絲杠螺紋部分長度：lu =工作臺最大行程+螺母長度+兩端余程縱向： l u =2000+100+100=2200（mm）⑻．支撐距離 支撐距離 L 應(yīng)大于 Lu 縱向支撐距離：Lx=2300⑼．臨界轉(zhuǎn)速 查手冊得：n c =9900×f22×d2 /Lc2 其中a．絲杠底徑：d 2 =d0-1.2Dw 縱向絲杠底徑：d 2=40-1.2×5=36mm=0.036mb ．支撐方式系數(shù)查得 f2 =4.73（兩端固定）c ．臨界轉(zhuǎn)速計算長度Lc =螺母長度/2+工作臺最大行程+余程+（支撐長度-螺紋長度）/2縱向：L c =193/2+2000+100+（2300-2263）/2=2.215m 縱向臨界轉(zhuǎn)速：n cx =9900×4.732×0.036/2.2152 =1625.2r/minncx nmax =1500 r/min 符合要求⑽．壓桿穩(wěn)定校核兩端固定支撐，絲杠受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。⑾．預(yù)拉伸計算a．溫升引起的伸長量：設(shè)溫升為 3.5oC，按式 δt =??tl， 則：縱向伸長量：δ tx =11×10-6×3.5×2.215=85.3μmb.絲杠全伸長量：δ tz?=??tl 縱向伸長量：δ tz= 11×10-6×3.5×2.3=88.6μmc. 預(yù)緊力：按拉伸公式 Ft=δt?AE/Lu原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763縱向預(yù)拉力：F t=5×10-6 ×（π/4）×0．0362 ×2．1×1011/1．352=3160N⑿．軸承的選擇a. 軸承的型號選擇X 方向軸承型號為 7602030TVP主要尺寸參數(shù)：由表 2.8-39（I）查得：d 0=30mm，D=62mmb. 預(yù)緊力的確定 F 0x=4300NX 方向軸承的最大軸向載荷為：Fmax(x)?=Ftx+ Fmax(x)/2=4721+1250/2=5346N由于 F0X Fmax(x)?/3=5346/3=1782N 符合要求c. 疲勞壽命計算額定動負荷由軸承動負荷計算公式校核：C=K hF/Kn進給方向是可變的，負荷可能是（F tx+Fm/2）和（F tx-Fm/2）兩者機會均等，取平均值。由表 2.8-64（I）查得：K n=0.64，取 Ln=1500h，則 K h=3.11額定動負荷：C x=3.11×4721/0.64=22941Nc ?J 。預(yù)緊力 Z 方向為：F0z=0.25c? =0.25×11.8KN=2590NFmax/3=73.5/3=24.5N符合要求。⑺．絲杠螺紋部分長度：lu =工作臺最大行程+螺母長度+兩端余程Z 方向： l uz =200+2×40+100=380（mm）⑻．支撐距離 支撐距離 L 應(yīng)大于 Lu Z 方向支撐距離：L u =500mm⑼．臨界轉(zhuǎn)速 按式 2.8-18（I）：n c =9900×f22 d2 /Lc2 Z 方向臨界轉(zhuǎn)速：n cz =9900×4.732×0.0164/0.352=29653r/mina. 絲杠底徑：d 2 =d0 -1.2Dw Z 方向絲杠底徑：d 2z =23.9mmb. 支撐方式系數(shù)由表 2.8-66（I）查得 f2 =4.73（兩端固定）c. 臨界轉(zhuǎn)速計算長度Lc =螺母長度/2+工作臺最大行程+余程+（支撐長度-螺紋長度）原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763/2Z 方向：L cz =100/2+200+40+（500-380）/2=0.35mncz nmax 符合要求⑽．壓桿穩(wěn)定校核兩端固定支撐，絲杠受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。⑾．預(yù)拉伸計算a. 溫升引起的伸長量：設(shè)溫升為 3.5oC，按式 2.8-30（I） δt =??tl 則Z 方向伸長量：δ tz =11×10-6×3.5×0.35=13μmb. 絲杠全伸長量：δ tz?= ??tlZ 方向伸長量：δ tz(z)= 11×10-6×3.5×0.5=19μmc. 預(yù)緊力：按拉伸公式 Ft=δt?AE/LuZ 方向預(yù)拉力：F tz=5×10-6 ×（π/4）× 0.01642 ×2．1×10 11/0．5=4436N⑿．軸承的選擇a. 軸承的型號選擇Z 方向軸承型號為 7603020TVP主要尺寸參數(shù)：由表 2．8-37（I）查得：d0=20mm，D=42mm，z=15mm，B=14mm，D W=7．144mm，C ?=24500N，預(yù)緊力 F0=2900N，平鍵 GB1095—79 5×5×20b. 預(yù)緊力的確定 F 0z=2900NZ 方向軸承的最大軸向載荷為：Fmax(z)?=Ftz+ Fmax(z)/2=4436+73.5/2=4473N由于 F0z Fmax(z)?/3=4436/3=1491N 符合要求c. 疲勞壽命計算額定動負荷由軸承動負荷計算公式校核：C=K hF/Kn原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763進給方向是可變的，負荷可能是（F tz+Fm/2）和（F tz-Fm/2）兩者機會均等，取平均值。由表 2.8-64（I）查得：K n=0.64，取 Ln=1500h，則 K h=3.11額定動負荷：C y=3.11×4436/0.64=21556NC? 滿足壽命要求。⒀．定位精度校核a. 絲杠在拉壓載荷下的最大彈性位移：由式 2．8-21a（I）得：δs max=Fl×106/4AEZ 方向 δsmaxz=73．5×0．5×10/[4× (π/4) ×0．0164 2×2．1×10 11]=0．2μmb. 絲杠與螺母間的接觸變形δc=F/Kc由所給資料（III） ，F(xiàn)FZD2506-3 滾珠絲杠副的接觸剛度為：Ｋ ｃ ＝839N/μ mFD2506-3 滾珠絲杠副的接觸剛度為：Ｋ ｃ ＝636N/μ mZ 方向：δ cz=Fz/Kcz=73.5/636=0.12μmc. 軸承的接觸變形接觸球軸承的軸向剛度可用式 2.8-25（I）估算：KB=23.6[z2sin5?Dw]1/3F01/3 其中 ? =60°Z 方向：K Bz=23.6×[152×sin560°×0.007144]1/3×29001/3=310.2 N/μm所以，軸承的接觸變形為：δ Bz=73.5/310.2=0.24μmd. 絲杠系統(tǒng)的總位移δ =δsmax+δC+δBZ 方向位移：δ Z=δsmax+δC+δB=0.2+0.12+0.24=0.56μme. 定位精度原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763δsmax 發(fā)生在螺母屬于絲杠中部處， δc和 δB與螺母位置無關(guān)。所以，以上求得的位移均為：δ/650mm。查表 2.8-14（I）與表2.8-15（I） ，取絲杠精度等級為一級，任意 300mm 的行程公差為：6μm 可滿足精度要求。4．2 導(dǎo)軌導(dǎo)軌設(shè)計的基本要求是：導(dǎo)向精度高、剛度大、耐磨、運動靈活和平穩(wěn)。4．2．1 縱向?qū)к壴O(shè)計導(dǎo)軌的作用是導(dǎo)向和承受載荷，為保證導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度、精度保持性、低速運動平穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)工藝性等要求，該機床的導(dǎo)軌在縱向由于承受工件及工作臺的重量，且重量很大故選擇了燕尾槽滑動導(dǎo)軌。4．2．2 橫向?qū)к壴O(shè)計橫梁將影響其上的導(dǎo)軌等工作部件的相對位置及相對運動的準確性，從而影響加工誤差。因而，橫梁必須滿足制造與安裝精度高，剛度、強度高，抗振性、熱變性能力與耐磨性好及其它要求（結(jié)構(gòu)工藝性、經(jīng)濟性及美觀性等） 。由于橫梁的負載不大，所以橫向和垂直方向則選擇了經(jīng)參考合肥力宇數(shù)控設(shè)備制造有限責任公司生產(chǎn)的專利導(dǎo)軌產(chǎn)品力遠 NCS1 系列數(shù)控坐標滑臺結(jié)合薄板切割機的實際情況經(jīng)改進設(shè)計出專用導(dǎo)軌。初步估計其尺寸設(shè)計為外寬度 B=100mm，內(nèi)寬度 b=91mm，高度 H=50mm 內(nèi)高度 h=38mm，則：材料的抗彎截面系數(shù) w=（BH2-bh2）/6=19766(mm3)橫截面面積約為 BH-bh=1542（mm2）橫梁的慣性矩 I 為 I=（BH3-bh3）/12=7606648N.mm橫梁的校核查資料得，材料的極限強度為 441Mpa，安全系數(shù) n=2．5，許用應(yīng)力=176.4Mpa 彈性模量 E=90.6Mpa，橫梁的許用撓度 fmm=2.8mm，通過計算的橫梁的最大彎矩 M=1762.3N.m，則：最大應(yīng)力=M/W=1762.3/0.000019766=89.16Mpa原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力，所設(shè)計的橫梁滿足抗彎曲應(yīng)力。此道軌的工作原理，這種導(dǎo)軌通過上導(dǎo)軌的兩個相對小輪緊扣下導(dǎo)軌的圓柱體起緊固上導(dǎo)軌的作用同時還有保持其運行穩(wěn)定性及運行精度，同時兩個小輪在圓柱體在滾動將平面運動轉(zhuǎn)換成滾動摩擦作用在絲杠副的作用將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成導(dǎo)軌的運動從而實現(xiàn)橫向和垂直的運動。第三章 薄板切割機伺服系統(tǒng)設(shè)計3．1 數(shù)控系統(tǒng)控制方式及組成原理該機床伺服系統(tǒng)采用驅(qū)動裝置為伺服電機的開環(huán)伺服系統(tǒng)，下圖所示為數(shù)控機床中較為簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)，數(shù)控裝置發(fā)出的信號的流程是單向的，因此，不存在穩(wěn)定性問題。也正是由于信號流程單向，它對機床移動部件的實際位置不檢測，其加工精度不高，精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，輸入裝置把輸入信號給數(shù)控裝置，經(jīng)數(shù)控裝置運算后分配出指令脈沖，通過伺服電機驅(qū)動工作臺移動。3．2 伺服電機原理及特點伺服電機是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件，它實際上是一種單相或多相同步電動機。單相伺服電動機有單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動。多相伺服電動機有多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。使用多相伺服電動機時，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號，在經(jīng)功率放大后分別送入伺服電動機各項繞組。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會 轉(zhuǎn)過一定的角度(稱為步距角)。正常情況下，伺服電機轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比，連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電動機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負載變化的影響。由于伺服電動機能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機控制。 現(xiàn)以反應(yīng)式三相伺服電機為例說明其工作原理。定子鐵心上有六個形狀相原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763同的大齒，相鄰兩個大齒之間的夾角為 60 度。每個大齒上都套有一個線圈，徑向相對的兩個線圈串聯(lián)起來成為一項繞組。各個大齒的內(nèi)表面上又有若干個均勻分布的小齒。轉(zhuǎn)子是一個圓柱形鐵心，外表面上圓周方向均勻的布滿了小齒。轉(zhuǎn)子小齒的齒距是和定子相同的。設(shè)計時應(yīng)使轉(zhuǎn)子齒數(shù)能被二整除。但某一相繞組通電，而轉(zhuǎn)子可自由旋轉(zhuǎn)時，該相兩個大齒下的各個小齒將吸引相近的轉(zhuǎn)子小齒，使電動機轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)子小齒與該相定子小齒對齊的位置，而其它兩相的各個大齒下的小齒定和轉(zhuǎn)子的小齒分別錯開正負 1/3 的齒距，形成“齒錯位“，從而形成電磁引力使電動機連續(xù)的轉(zhuǎn)動下去。伺服電機有很多類型。按其工作原理，可分為反應(yīng)式，永磁式永磁感應(yīng)式、機械諧波式、電磁諧波式等。按勵磁相數(shù)，有 3 相、4 相，5 相、6 相甚至 8 相。按其功率，可分為快速伺服電機和功率伺服電機。在數(shù)控機床中，目前廣泛采用的是反應(yīng)式伺服電動機。所以在本次設(shè)計中，采用反應(yīng)式伺服電動機。3．3 伺服電機的選擇3．3．1 橫向伺服電機的選擇根據(jù)火焰切割機負載的特點，由于在切割時橫向只有橫梁、鉆頭和電機的重量，不承受切削力，僅需要較小的輸出轉(zhuǎn)矩。橫向伺服電動機的選擇：⑴．加工精度確定脈沖當量以及步距角由任務(wù)書知：脈沖當量 δ=0．01mm，選取步距角 α=1．5o 的三相伺服電機。⑵．伺服電動機轉(zhuǎn)軸上的啟動力矩的計算用公式 T q=36δ×[Fs+(G+Fz)μ]/2παη因此工作臺運行過程中不進行切削，故運動方向的切削抗力為：Fs=0，垂直方向的切削抗力為：F z=0，工作臺重量（包括夾具在內(nèi)）為：G=8280N，摩擦系數(shù) μ=0．06（滑動導(dǎo)軌） ，總機械效率η=0．85，則 Tq =36×0．02×[0+0．06×（8280+0）]/2π×0．75×0．85=89．30（N·cm）由表 3-14（II）T p/Tjm=0．866 伺服電機最大靜轉(zhuǎn)矩為：T jm= Tp/0．866=103．12（N· cm） 原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763⑶．電機的選擇與校核fmax=1000×Vmax/δ=1000×0．025/0．02=1250HZ 根據(jù)以上參數(shù)查閱資料 III 可確定選用的伺服電機為：90BF003（新）型號 步距角 最大靜轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動頻率 相數(shù)90BF003 1．5/3 (200N．m) 2000(step/s) 3其保持轉(zhuǎn)矩為： Tmax=7．84(N．m)。轉(zhuǎn)子慣量： Jm=4．7(kg．cm 2) 。 負載慣量： JL =J1+｛（J2+JS）+W(S/2π)2 /g｝/i2(kgf．cm．s2)，則：計算的負載慣量 JL =3．196（kg．c㎡） 。負載轉(zhuǎn)矩 T1=Jf *n×10‐2/9．6T=0．2929（N．M） ，故:T1/Tmax=0．2929/7．84=0．037＜0．5，JL/Jm=3．196/4．7=0．68≤4。滿足容量匹配和慣量匹配的條件．查電機的運行矩特性，進過計算，電機的最大快進速度 V2=2．5（m/s）＞Vkmax=2（m/s） ，滿足速度要求。3．3．2 縱向伺服電機的選擇⑴．加工精度確定脈沖當量以及步距角由任務(wù)書知：脈沖當量 δ=0．02mm，選取步距角 α=1．5o 的三相伺服電機。⑵．伺服電動機轉(zhuǎn)軸上的啟動力矩的計算由于工作臺運行過程中不進行切削，根據(jù)公式 T q=36δ×[Fs+(G+Fz)μ]/2παη，故運動方向的切削抗力為：F s=0垂直方向的切削抗力為：F z=0工作臺重量（包括夾具在內(nèi)）為：G=10615N，摩擦系數(shù) μ=0．06（滑動導(dǎo)軌） ，總機械效率 η=0．85，則:Tq =36×0．02×[0+0．06×（10615+0）]/2π×0．75×0 ．85=114．54（N·cm）原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763查手冊知 Tp/Tjm=0．866 伺服電機最大靜轉(zhuǎn)矩為：Tjm= Tp/0．866=132．26（N·cm）⑶．電機的選擇與校核根據(jù)以上查資料可選擇的伺服電機為 90BF003。其保持轉(zhuǎn)矩為 Tmax=7．84(N．m)。轉(zhuǎn)子慣量 Jm=4．7（kg．cm 2） 。 負載慣量 JL =J1+｛（J2+JS）+W(S/2π)2 /g｝/i2(kgf．cm．s2)．其中齒輪 Z1 及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 J1=0，齒輪 z2 的轉(zhuǎn)動慣量 J2=0．絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Js=6．03（kg．c㎡） ，則:負載慣量 JL =7．04（kg．c㎡）負載轉(zhuǎn)矩= Jf *n×10‐2/9．6T=1．1（N．M） ， 故:T1/Tmax=1．1/7．84=0．14＜0．5JL/Jm=7．04/4．7=1．498≤4滿足容量匹配和慣量匹配的條件。查電機的運行矩特性，進過計算，電機的最大快進速度 V2=2．5（m/s）＞Vkmax=2（m/s） ，滿足速度要求。3．3．3 垂直方向伺服電機的選擇⑴．加工精度確定脈沖當量以及步距角由任務(wù)書知：脈沖當量 δ=0．01mm，選取步距角 α=1．5o 的三相六拍伺服電機。⑵．伺服電動機轉(zhuǎn)軸上的啟動力矩的計算Tq=36δ×[Fs+(G+Fz)μ]/2παη因此工作臺運行過程中不進行切削，故運動方向的切削抗力為：Fs=0，垂直方向的切削抗力為：F z=0，工作臺重量（包括夾具在內(nèi)）為：G=5880N，摩擦系數(shù) μ=0．15，總機械效率 η=0．85，則 Tq =36×0．01×[0+0．15×（500+0）]原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763/2π×0．6×0．85=8．43（N·cm）Tp/Tjm=0．866伺服電機最大靜轉(zhuǎn)矩為：T jm= Tp/0．866=9．73（N·cm） ⑶．電機的選擇與校核fmax=1000Vmax/δ=1000×0． 025/0．01=2500HZ根據(jù)以上參數(shù)查閱資料可確定選用的伺服電機為：55BF003。第 5 章 機架設(shè)計和調(diào)壓彈簧壓緊機構(gòu)設(shè)計5.1 機架的基本尺寸的確定機架是支撐及其所有附件的可移動機構(gòu)。要保證方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且自動變速器每個總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些自動變速器尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐自動變速器的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機架上。5.2 架子材料的選擇確定架子的結(jié)構(gòu)確定后，就需要準備材料 Q235，買材料時要考慮鋼材的性能，同時也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀。5.3 主要支承的強度校核考慮到一些外在壓力，按照重量為 600N 進行校核。支承軸 160㎜，查機械工程材料 P105 頁表 5-2 得，Q235 鋼材的屈服強度 σ b =375～460MPa，取 σ b=375 MP a解：和軸一樣建立如圖所示的坐標系。以軸心為 x 軸，垂直上平面的直線為 y 軸，一端點為圓點建立如圖 6.1 所原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763示的平面直角坐標系。因為：FRD =1600N ，把 RDE 從 D 點移到 E 后的受力情況如圖 6.1 所示。圖 6.1得到一個 F 和一個力矩 M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m計算軸的集慣性矩 Ip和抗彎截面系數(shù) Wz，因為材料和軸的是一樣的，所以 σ b=375 MP a , Ip=∫y 2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3 所以σ max= M max / W=180/（6773.69×10 --6）P a=0.26MP a也設(shè)安全系數(shù)：K=5故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的。所以可以進行制作。解：以軸心為 x 軸，垂直上平面的直線為 y 軸，一端點為圓點建立如圖 2.2.1 所示的平面直角坐標系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡圖如圖 2.2.1-b 所示。通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在 BE 點之間。把 F 從 C 點移到 B 后的受力情況如圖 2.2.1- b 所示。得到一個 F 和一個力矩 M=F×Lbe=600×0.3N·M=180 N·m因為：F ba+Fde=2F=1200N由于軸的受力完全對稱，故 Fba=Fde=F=600NB 點和 F 點的彎矩為：M B=WF=Fba×Lde+M=600×0.01+180 N·m=601.8N·m 受力情況如圖 2.2.1 所示. 計算軸的極慣性矩 Ip 和抗彎截面系數(shù) Wz 因為材料和軸的是一樣的，所以 σ b=375 MP a , 原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763Ip=∫y 2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3 所以σ max= M max / W=305/（6773.69×10 --6）P a=0.45MP a也設(shè)安全系數(shù)：K=5故：K×σ max=5×0.45 MP a=2.25 MP a﹤σ b=375 MP a因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的。所以可以進行制作。5.4 調(diào)壓彈簧壓緊機構(gòu)設(shè)計包括本體、通過螺絲固定安裝于所述本體的底座、轉(zhuǎn)動安裝于所述本體并且位于所述底座一側(cè)的凹槽并且通過螺絲固定安裝于底座的連接座、 通過螺絲固定安裝于所述連接座的連接塊、具有條形通孔并且通過螺絲固定安裝于所述連接塊的壓板以及固定安裝于所述本體的臺板，所述螺絲通過緊 壓于所述凹槽的槽口將所述連接塊固定，所述臺板位于兩個相向安裝的所述底座之間，所述的第三螺絲設(shè)置有可插入所述的壓板的擴大部。通過彈簧機構(gòu)張開對薄板子施加向下的作用力，通過手柄來調(diào)整張來的距離，可以進行上下方向的調(diào)節(jié)。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763總結(jié)與展望畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)學(xué)期間所學(xué)的知識的一次系統(tǒng)全面性的總結(jié)，通過本次畢業(yè)設(shè)計將理論與實踐充分結(jié)合，是難得的一次機會。通過這次畢業(yè)設(shè)計為今后能更好的適應(yīng)今后工作墊定了良好的基礎(chǔ)。針對本次畢業(yè)設(shè)計總結(jié)如下：完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計：結(jié)構(gòu)方案的比較與選擇；驅(qū)動電機功率的估計計算與選擇傳動的接觸疲勞強度與彎曲疲勞強度校核。還有擺動關(guān)節(jié)驅(qū)動電機的選擇。其它方面：都是直接在圖紙上設(shè)計出來了。