龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人的鈑金零件激光切割機(jī)

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1、 摘要 伴隨著如今社會(huì)的快速發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)也應(yīng)該逐步的跟上社會(huì)的步伐。因?yàn)楝F(xiàn)階段傳統(tǒng)的加工技術(shù)無法形成相應(yīng)的工作模式，并且在很多情況下不能夠滿足如今時(shí)代的工作需要。龍門直角坐標(biāo)機(jī)器人激光切割金屬板件是其中一種加工方法。電子束或超聲波等等全新技術(shù)能夠?qū)⑵浞Q之為特殊技術(shù)的整合。 門式金屬板材的直角坐標(biāo)設(shè)備能夠用于多項(xiàng)技術(shù)，分別為：數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電氣控制技術(shù)等。除此之外給設(shè)備還能夠應(yīng)用于超高壓發(fā)電機(jī)、切割控制系統(tǒng)之中。 伴隨著最近幾年的技術(shù)發(fā)展，三坐標(biāo)科技已經(jīng)逐步成熟。龍門直角坐標(biāo)機(jī)器人鈑金件激光切割系統(tǒng)是三維機(jī)床技術(shù)與激光切割技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)。它既保證了消隱的準(zhǔn)確性，又整合了

2、激光的高穿透性優(yōu)勢(shì)。這兩種技術(shù)模式的融合也代表著激光切割技術(shù)到達(dá)了新的巔峰。 關(guān)鍵詞： 切割技術(shù)；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；激光切割機(jī) Abstract With the rapid development of today's society, the machinery manufacturing industry should gradually keep up with the pace of society. Because of the need of development, there are many difficul

3、t-to-process materials. Because the traditional processing technology can not form the corresponding mode of work, and in many cases can not meet the needs of today's work. Laser cutting of sheet metal parts based on gantry rectangular coordinate robot is one of the processing methods. It The laser

4、cutting of metal plate with gantry rectangular coordinate robot is one of the machining methods. The laser cutting machine tool for sheet metal parts of gantry rectangular coordinate robot is a combination of new technologies such as numerical control New technologies such as electron beams or ultra

5、sound can be called the integration of special technologies.The rectangular coordinate equipment of gate metal sheet can be used in many technologies, such as: numerical control technology The laser cutting system for sheet metal parts of gantry rectangular coordinate robot is the product of the com

6、bination of three-coordinate machine tool technology and laser cutting technology. It , electrical control technology, computer technology and other new scientific and technological integration concepts. It covers the ultra-high voltage generator, cutting control system, platform and so on. Keywo

7、rds: Cutting Technology; Mechanism Design; Laser Cutting Machine 目 錄 摘要 1 Abstract 2 目 錄 3 第1章 緒論 5 1.1 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人的鈑金零件激光切割的發(fā)展歷史及應(yīng)用 5 1.2 激光技術(shù)概述以及應(yīng)用 5 1.3 數(shù)控切割以及數(shù)控切割加工技術(shù)的應(yīng)用 6 1.4 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人的鈑金零件激光切割加工技術(shù)的應(yīng)用 12 1.5. 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人的鈑金零件激光切割切割的工藝特點(diǎn) 13 第2章

8、 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 2.1 技術(shù)參數(shù)要求 13 2.3設(shè)計(jì)概念 13 2.3設(shè)計(jì)原理 14 2.4方案討論 14 第3章 X結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì) 15 3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 17 3.1.1導(dǎo)程確定 17 3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 17 3.1.3估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重 17 3.1.4確定絲桿的等效負(fù)載 17 3.1.5確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷 18 3.1.6精度的選擇 19 3.1.7選擇滾珠絲桿型號(hào) 20 3.2校核 20 3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證 20 3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 21 3.2.3絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 22 3

9、.3電機(jī)的選擇 23 3.3.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 23 3.3.2電機(jī)扭矩計(jì)算 24 第4章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 4.1 Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 26 4.2 滾珠絲杠計(jì)算、選擇 30 4.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 33 第5章 軸承的選擇 36 5.1 X軸軸承選擇 36 5.2Y軸軸承選擇 36 5.3Z軸軸承選擇 37 第6章 伺服系統(tǒng)的選擇 39 第7章 誤差來源及分析 41 7.1誤差及誤差來源 41 7.2舉例說明安裝誤差對(duì)機(jī)床精度的影響 43 7.3 提高傳動(dòng)精度減小傳動(dòng)誤差的措施 44 7.4減小安裝誤差舉例 44 第8章 機(jī)床的維護(hù)與潤

10、滑 47 8.1 軸承的潤滑與防護(hù) 47 8.2導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù) 47 8.3 滾珠絲杠的防護(hù)與潤滑 48 總結(jié)與展望 49 參考文獻(xiàn) 50 致 謝 51 51 第5章 誤差來源及分析 第1章 緒論 1.1 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人的鈑金零件激光切割的發(fā)展歷史及應(yīng)用 19世紀(jì)中葉，北美經(jīng)門的經(jīng)度機(jī)器人激光器切斷了金屬板。20世紀(jì)初，蘇聯(lián)和中國的蒙古直角機(jī)器人采用了金屬板零件激光切割系統(tǒng)。 主要研究了經(jīng)度機(jī)器人金屬板的激光切割系統(tǒng)。經(jīng)度機(jī)器人的激光切割技術(shù)仍處于探索和實(shí)驗(yàn)階段。直到20世紀(jì)70年代初，縱向機(jī)器人金屬板零件的激光切割和清洗技術(shù)才得到發(fā)展

11、?；诮?jīng)緯度直角機(jī)器人的金屬板激光切割技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到其他領(lǐng)域。 直到20世紀(jì)70年代末，龍門坐標(biāo)機(jī)器人金屬板材切割技術(shù)才得以發(fā)展。也就是說，研究了通過提高經(jīng)度機(jī)器人的激光切割壓力來提高激光束角激光切割機(jī)器人功率的方法。 日本龍門直角機(jī)器人激光束切割技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，發(fā)展到其他航空航天以及其他行業(yè)之中。通過許多年來的操作以及實(shí)施，獲得了長足的進(jìn)步。并實(shí)行了其中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段依舊能夠處在世界最前沿。1979年以來，中國每兩年舉辦一次龍門直角機(jī)器人金屬板激光切割技術(shù)全國研討會(huì)。 1.2 激光技術(shù)概述以及應(yīng)用 激光被人們認(rèn)為是本世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。在上世紀(jì)七十年代初期，美國

12、某研究機(jī)構(gòu)研制了世界上第一臺(tái)激光發(fā)生器，該設(shè)備用于對(duì)工業(yè)材料的耐磨性進(jìn)行測(cè)試，成功地制成了年汽車轉(zhuǎn)向器殼體（鍛造鑄鐵材料）表面的煉火模式。也能夠成為其中的工業(yè)模式以及概念模式。最近幾年，世界各國分別形成了完善的資金概念以及人力資源，對(duì)激光的設(shè)備模式以及集光效果能夠形成完善的整改，并加強(qiáng)了其中激光模式的發(fā)展速率，并能夠在其中產(chǎn)生巨大的社會(huì)價(jià)值?，F(xiàn)階段，激光科技在我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事、現(xiàn)代內(nèi)部能夠形成完善的整改意見，激光科技不斷實(shí)現(xiàn)企業(yè)化?！笆濉钡木唧w項(xiàng)目能夠形成完善的概念制定，保證其中的激光質(zhì)量穩(wěn)步在20%左右，形成年產(chǎn)值200多億元。在工業(yè)制造模式之內(nèi)，形成了完善的推廣模式，并且形成了

13、替代電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、空氣等傳統(tǒng)概念模式之內(nèi)的樣板評(píng)定以及工作制定?？梢猿蔀樯?、能源、空間和海洋等六中高科技背后的儀器模式以及規(guī)劃形式。 數(shù)字控制的出現(xiàn)與發(fā)展在很大程度上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與激光控制的結(jié)合，誕生了更為先進(jìn)和精度更高的光學(xué)系統(tǒng)，研發(fā)出了相應(yīng)的工作重心，是相應(yīng)的整改細(xì)節(jié)之內(nèi)的趨勢(shì)整合。 激光切割利用相應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行附著并在其表面進(jìn)行整頓，能夠?qū)⑵渲械墓怏w形成完善的氣體制定范疇，并沿其中的動(dòng)向進(jìn)行光線的整改，并在其中形成完善的概念制定。從二十年代到七十年代，應(yīng)該按照相應(yīng)的精密程度形成完善的對(duì)比效應(yīng)。它還能夠在其中提供穩(wěn)定的硬度，保障其中葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完善自身的

14、概念。并且，還應(yīng)該在其中加強(qiáng)慣性以及震動(dòng)的效應(yīng)。用于氧乙炔的切割。薄鋼板采用剪刀，用大量的壓力機(jī)形成復(fù)雜的零件。自70年代以來，氧氣乙烷的精密火焰切割和等離子切割技術(shù)能夠提升相應(yīng)的切割范圍。降低其中的制作模式，并且加強(qiáng)了其中壓力設(shè)備以及科技效果。各種莫始終都能夠形成生產(chǎn)質(zhì)量的整合，在攻城模式中形成完善的作用。 激光設(shè)備是機(jī)電一體化領(lǐng)域中先進(jìn)的河北。技能效果完善，激光切割機(jī)的密度較穩(wěn)定，動(dòng)能穩(wěn)定，提升材料的使用數(shù)量，降低其中的成本模式，減少產(chǎn)品價(jià)值，降低人工成本，制造業(yè)能夠形成革命技術(shù)改革。 激光切割指的是對(duì)普通切割方式難以工作的環(huán)境下進(jìn)行高強(qiáng)度、高韌性材料的有效切割。該技術(shù)在航空航天以及其

15、他工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域之中廣泛應(yīng)用，其中激光射線的研究意義能夠形成完善的概念。微機(jī)操控模式能夠在其中形成完善的概念。 基于經(jīng)緯度垂直坐標(biāo)機(jī)器人的金屬板激光切割技術(shù)是工業(yè)切割與清洗領(lǐng)域的獨(dú)特特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。 開水：純水用于造紙、橡膠等工業(yè)。砂切割機(jī)可用于石材、陶瓷、航空航天、汽車制造和金屬加工等行業(yè)。特別是最近幾年的產(chǎn)業(yè)模式形成完善的整改，按照其中汽車模式的不斷發(fā)展，日本及海外多數(shù)的制造者能夠形成完善的細(xì)節(jié)整合，車型不停進(jìn)行更替，制作周期較短。內(nèi)部工作和沖壓方法由汽車內(nèi)部零件生產(chǎn)公司（例如，汽車地毯、儀表板、車頂?shù)龋┑某跏际止すぷ鬟M(jìn)行處理。汽車工業(yè)具有效率高、質(zhì)量好、精度高、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。上海、大眾、

16、上海通勤、大眾、天津豐田、廣州本田、金瑞福、南京南亞等國內(nèi)所有配件制造商均配備了內(nèi)飾。 1.3 數(shù)控切割以及數(shù)控切割加工技術(shù)的應(yīng)用 在很久以前，大概在十九世紀(jì)流傳在北美洲地區(qū)，那時(shí)候人們開始運(yùn)用數(shù)控技術(shù)來采集非固結(jié)礦床。在二十世紀(jì)以來，外國和中國等大多是國家都開始，運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，使國家的科研技術(shù)有一定的提升。 在數(shù)控技術(shù)的提升下，人們開始通過水力來開采煤礦，人們也逐漸意識(shí)到，通過壓強(qiáng)來增強(qiáng)數(shù)控的機(jī)床切割的穿透力度，例如：適當(dāng)增強(qiáng)流水的壓力，以及合適的縮小噴口的直徑。因此人們也開始意識(shí)到高壓力的壓力源和高強(qiáng)壓脈沖射流對(duì)工業(yè)的作用。 大約在1960年之前，人類主要以研究低壓情況下數(shù)控機(jī)床

17、的切割采礦以及切割技術(shù)等，但是基本都還處于初始期而已：到了1970年左右的時(shí)候，那個(gè)時(shí)期人們開始研究數(shù)控切割機(jī)床的清洗方面，例如：高壓泵或增壓器等等，而這些設(shè)備已經(jīng)開始研制當(dāng)中；到了1980年的時(shí)候，人們對(duì)數(shù)控切割技術(shù)的研究已經(jīng)大幅提升，應(yīng)用的范圍也很廣，各種新的數(shù)控機(jī)器相繼而出，例如數(shù)控切割機(jī)、數(shù)控清洗機(jī)、數(shù)控切割采煤機(jī)等廣泛應(yīng)用在各自的領(lǐng)域。在此以后，數(shù)控技術(shù)就開始進(jìn)入飛速的發(fā)展中，科技水平大幅度提升，并且數(shù)控切割技術(shù)的研究開始一步步的深入，包括新型的射流技術(shù)也得到了提升，比如：磨料射流、空化射流以及自繳振動(dòng)射流等。 在上世紀(jì)六十年代初期，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控切割開始在工業(yè)

18、生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。在那個(gè)時(shí)期，有一些研究者發(fā)現(xiàn)數(shù)控切割技術(shù)壓強(qiáng)越高越好，壓力越大越好。 在這期間日本就已經(jīng)研發(fā)出了一千七百兆帕的增壓器，美國和蘇聯(lián)為首的世界超級(jí)大國更是研制了壓力更高高壓射流發(fā)生器。 而到了1970年的時(shí)候，數(shù)控切割技術(shù)又開始了一個(gè)新的挑戰(zhàn)。單單的以增強(qiáng)數(shù)控切割的壓力、轉(zhuǎn)向方面來設(shè)計(jì)研究怎樣最大幅度的提升數(shù)控切割的威力。自此以后便誕生了共振射流等技術(shù)，雖然它們的水壓壓力并不是很大，但是同樣壓力的情況下，它們威力遠(yuǎn)高于普通的連續(xù)數(shù)控切割。 在1980年以后，數(shù)控切割技術(shù)迎來了新的發(fā)展時(shí)期，這一時(shí)期有了新的挑戰(zhàn)，主要包含磨料射料以及自振射流等，這一些技術(shù)使數(shù)控切割技術(shù)有所進(jìn)步。

19、在這時(shí)期，各個(gè)地方的科研愛好者也開始向射流方面進(jìn)行研究，了解射流的一些簡單的基礎(chǔ)知識(shí)理論，還有切割的機(jī)理等各個(gè)方面進(jìn)行了一系列研究。并且很多科學(xué)家發(fā)現(xiàn)數(shù)控切割技術(shù)也可以廣泛應(yīng)用在其他的領(lǐng)域，例如：城市建筑、化工系列、機(jī)械研究、航空飛行、醫(yī)學(xué)研究以及最早的采礦。數(shù)控切割在切割、破碎、清洗除垢方面來說，是很受人們喜愛的，也是從這以后，開始有很多的數(shù)控切割機(jī)、數(shù)控采煤機(jī)、數(shù)控打樁機(jī)以及各種各樣的清洗機(jī)走向人們的視野中，市場(chǎng)上也開始進(jìn)行了各類數(shù)控切割機(jī)器的營銷。 在1972年的時(shí)候，第一次的國際性的進(jìn)行關(guān)于數(shù)控切割技術(shù)的談?wù)?，在英國由他們的流體力學(xué)研究學(xué)會(huì)所舉辦的；在1981年的時(shí)候，美國也開始成立

20、了數(shù)控切割技術(shù)的協(xié)會(huì)，并且該次國際性的會(huì)議也有一定的意義；在1983年的時(shí)候，日本也開始成立了關(guān)于數(shù)控切割技術(shù)的協(xié)會(huì)，并且他們國家每過一段時(shí)間就會(huì)召開關(guān)于數(shù)控切割技術(shù)的研究會(huì)，邀請(qǐng)各個(gè)國家的數(shù)控切割方面的專家參加會(huì)議，共同使數(shù)控切割技術(shù)有進(jìn)一步的提升；在上世紀(jì)八十年代末期在國際學(xué)術(shù)界組織成立了數(shù)控切割協(xié)會(huì)，經(jīng)常出版關(guān)于數(shù)控切割的一系列雜志，多次召集各個(gè)國家的科研人員召開會(huì)議，極大地推動(dòng)全球各個(gè)國家的數(shù)控切割技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。 而我們國家的數(shù)控切割技術(shù)從1970年開始研究，最早的時(shí)候，數(shù)控切割技術(shù)在其誕生之初主要應(yīng)用于能源生產(chǎn)如煤炭等領(lǐng)域之中，到了后來，從煤炭慢慢延伸到石油和航空的科研領(lǐng)域。在

21、那以后的幾年里，經(jīng)過科研人員各種研究與試驗(yàn)，數(shù)控切割技術(shù)迎來了快速發(fā)展期有，并且還研發(fā)出了一些新的科技產(chǎn)品。在我國專家學(xué)者的不懈努力之下，我國在數(shù)控切割領(lǐng)域獲得了快速發(fā)展，研究成果也較為豐富，甚至有些產(chǎn)品和技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。 數(shù)控切割指的是在400MPa磨料水混合物壓力下在通過特定直徑的噴嘴高速噴出，進(jìn)而完成對(duì)工件的切割。數(shù)控切割所產(chǎn)生的動(dòng)能傳遞給磨料的顆粒，這樣就可以從切割的毛坯上清除細(xì)屑。 當(dāng)數(shù)控切割的功率達(dá)到30kW時(shí)，機(jī)器人的數(shù)控裝置可以在三維空間里進(jìn)行任何一個(gè)角度的切割。數(shù)控切割裝置可以進(jìn)行多項(xiàng)動(dòng)作，例如：精確性的直角、打小孔板料的切割等等。 切口的寬度

22、相對(duì)較小，并且切口可以在表面的任何一個(gè)點(diǎn)上開始進(jìn)行切割。由此可實(shí)現(xiàn)對(duì)切割加工件的高效利用，降低了成本消耗。切割板料的一系列方法的評(píng)定結(jié)果見表1所示。 切割速度V和生產(chǎn)率是工藝生產(chǎn)里的主要參數(shù)，大部分的數(shù)控切割裝置中，速度V=0.001m/min～12m/min，若將數(shù)控切割的精度控制在±0.1mm。而磨料水混合物以及工件毛坯等參數(shù)如下表2所示，數(shù)控切割的切割速度如表3所示。 表1 表2 表3 因?yàn)楹芏嗟钠餍刀紤?yīng)用了計(jì)算機(jī)裝備數(shù)控切割裝置，所以可以利用很多數(shù)據(jù)庫進(jìn)行切割的優(yōu)化以及實(shí)時(shí)優(yōu)化。 布局方案 數(shù)據(jù)切割設(shè)備通常可根據(jù)其結(jié)構(gòu)布局不同將其劃分為多種形式，

23、常見的數(shù)控切割設(shè)備布局形式包含：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的形式、機(jī)器人配套的形式以及龍門架形式等等。龍門架是相對(duì)應(yīng)用較廣的布局，有移動(dòng)和固定兩種布局。 在數(shù)控切割加工過程中毛坯的定位通常由于金屬絲網(wǎng)以及磨尖銷釘?shù)鹊葮?gòu)成，工作態(tài)度表面由散粒材料組成，并且壽命較低。 Flow公司出過一款裝置T11-200型，該裝置是典型的加工在切割進(jìn)行中不好移動(dòng)的制件，工作態(tài)度的具體尺寸大小為2m×4m。 在完成裝置建立時(shí)要重點(diǎn)注意選擇合適的材料，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，防止灰塵或水進(jìn)入裝置之中對(duì)設(shè)備的工作性能造成影響。 數(shù)控切割技術(shù)也應(yīng)用于在很多的領(lǐng)域里，例如在物料切割、航空航天以及汽車制造等領(lǐng)

24、域之中。近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國企業(yè)工業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展期，由于數(shù)控切割技術(shù)的應(yīng)用，我國汽車生產(chǎn)效率和質(zhì)量不斷提升，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用使降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。由之前的生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品精度低、勞動(dòng)的強(qiáng)度大逐步改進(jìn)變成高效率、高質(zhì)量、柔性好。國內(nèi)很多的汽車公司都開始使用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)汽車內(nèi)部的部件進(jìn)行加工。在工業(yè)清洗方面，應(yīng)用很廣，例如：汽車噴漆、飛機(jī)跑道橡膠清洗、航天引擎零件的清洗。 1.4 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人的鈑金零件激光切割加工技術(shù)的應(yīng)用 基于經(jīng)緯度垂直坐標(biāo)機(jī)器人的金屬板激光切割技術(shù)是工業(yè)切割與清洗領(lǐng)域的獨(dú)特特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。 開水：純水用于造紙、橡膠等工業(yè)。砂切割機(jī)可用于石材

25、、陶瓷、航空航天、汽車制造和金屬加工等行業(yè)。尤其是近年來隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車制造業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展期，由于數(shù)控切割技術(shù)的應(yīng)用，我國汽車生產(chǎn)效率和質(zhì)量不斷提升，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用使降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。由之前的生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品精度低、勞動(dòng)的強(qiáng)度大逐步改進(jìn)變成高效率、高質(zhì)量、柔性好。國內(nèi)很多的汽車公司都開始使用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)汽車內(nèi)部的部件進(jìn)行加工。內(nèi)部工作和沖壓方法由汽車內(nèi)部零件生產(chǎn)公司（例如，汽車地毯、儀表板、車頂?shù)龋┑某跏际止すぷ鬟M(jìn)行處理。汽車工業(yè)具有效率高、質(zhì)量好、精度高、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。上海、大眾、上海通勤、大眾、天津豐田、廣州本田、金瑞福、南京南亞等國內(nèi)所有配件制造商均配備了內(nèi)飾。

26、 1.5. 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人的鈑金零件激光切割切割的工藝特點(diǎn) 龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人的金屬板切割激光切割裝置，可對(duì)板材進(jìn)行切割、開直角、開小孔、開槽。 第2章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 技術(shù)參數(shù)要求 1.激光切割模塊最大重量：10㎏ 2. 最大工作范圍：X方向?yàn)?00mm，Y方向?yàn)?00mm，Z方向?yàn)?0mm。 3. 最大移動(dòng)速度：180mm/s 4. 加速和減速時(shí)間均為：1s 5. 運(yùn)動(dòng)部件壽命：＞10000h 6. 傳動(dòng)方式：滾珠絲杠或同步帶 7. 支撐方式：直線導(dǎo)軌 8. 驅(qū)動(dòng)方式：電機(jī)驅(qū)動(dòng) 2.3設(shè)計(jì)概念 整個(gè)支撐架采用門式結(jié)構(gòu)，過程中一般采用

27、門式結(jié)構(gòu)和懸臂梁。懸臂梁固定在柱上，端部和自由端不產(chǎn)生軸向、垂直位移和旋轉(zhuǎn)（可產(chǎn)生平行于軸和軸的力）。龍門的結(jié)構(gòu)一般稱為門架結(jié)構(gòu)，龍門架的主要包含兩個(gè)部分組成，其一為連接腳，其二為地面梁。由于整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)采用雙支撐式，因而結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡單，產(chǎn)品制造也更為方便。 2.3設(shè)計(jì)原理 激光切割機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足各種條件。首先，您需要確保工作的定位。為了保證工件和激光切割機(jī)切割頭之間具有精確的相對(duì)位置關(guān)系，需要按照選定的定位精度來進(jìn)行定位，定位機(jī)構(gòu)不僅要滿足工件加工的進(jìn)度要求，同時(shí)還要具備良好的剛度和強(qiáng)度，能夠承受一定的外加載荷和以及自身的重量。此外，還需要切割頭在對(duì)工件移動(dòng)加工過程中產(chǎn)生慣性力和振動(dòng)。

28、如果沒有足夠的強(qiáng)度和剛度，就必須計(jì)算強(qiáng)度和剛度，因?yàn)樗赡軙?huì)斷裂或彎曲。最后，你應(yīng)該盡你最大的努力去獲得某種程度的普遍性。如果可能，必須考慮部件的轉(zhuǎn)換問題。為滿足不同工件的加工需要，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候創(chuàng)造了一個(gè)組合結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)不同零件和附件的快速交換，同時(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)的范圍進(jìn)行了擴(kuò)展。 X軸采用螺桿加導(dǎo)向形式。橫向電機(jī)連接器-橫向滾珠絲杠（導(dǎo)軌）-水平滑動(dòng) Y軸采用電機(jī)聯(lián)接滾珠絲杠。 Z軸采用電機(jī)聯(lián)軸-立式滾珠絲杠-大板。 2.4方案討論 在進(jìn)行受力分析時(shí)可將龍門吊簡化為懸臂梁模型。并且龍門結(jié)構(gòu)有很多的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，易制造，加工量相對(duì)較小，可承受的載荷相對(duì)較大且結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)固。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)它

29、被廣泛應(yīng)用在工程方面。 第3章 X結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì) 支承方式 簡圖 特點(diǎn) 一端固定一端自由 結(jié)構(gòu)非常簡單，穩(wěn)定性良好，以及在臨界點(diǎn)是的轉(zhuǎn)速都很低，可以盡可能的拉伸絲桿。但是一端固定一端自由的安裝方式也具有諸多不足，例如剛度較低，因此承載恒力不足，只適用于短絲杠中。 一端固定一端游動(dòng) 在兩端的支承和螺母同軸的情況下，這時(shí)候的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，加工工藝也很難，壓桿在臨界點(diǎn)的轉(zhuǎn)速還有穩(wěn)定性會(huì)比相同長度的情況下高一些，而絲桿的軸向剛度和兩端一樣，有一定的膨脹余量。而這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于絲桿長，其轉(zhuǎn)速高。當(dāng)受載力度大的時(shí)候，還可以將角

30、接觸球軸承的數(shù)量大大增加。 兩端固定 在一般的情況下，其中一端的固定比固有頻率低的時(shí)候，絲桿在此狀態(tài)下不受壓力作用，因此也不會(huì)粗線絲杠穩(wěn)定性問題，當(dāng)軸承沒有間隙時(shí)絲杠軸向剛度高于固定狀態(tài)時(shí)的絲杠剛度，因此可以進(jìn)行預(yù)拉伸，由此可抵消絲杠受重力影響下垂導(dǎo)致的精度問題。這種結(jié)構(gòu)工藝相比于前者實(shí)現(xiàn)起來更為困難，因此它適用在位移精度高，剛度要求大的場(chǎng)合。 表 3-1滾珠絲桿副支承 3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 滾珠絲杠（）是一種能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)化的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有傳動(dòng)比大、效率高、精度好等諸多優(yōu)點(diǎn)。而這個(gè)機(jī)構(gòu)包括滾珠、絲桿、螺母。滾動(dòng)體作為絲桿與螺母的移動(dòng)方式，兩者之

31、間以滾柱滾動(dòng)的形式帶動(dòng)絲杠作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之，同時(shí)當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也會(huì)帶動(dòng)滾柱運(yùn)動(dòng)。 設(shè)X向最大行程為500mm,最快進(jìn)給速度為10.8m/min, 3.1.1導(dǎo)程確定 電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動(dòng)比i=1, 選擇電機(jī)Y系列異步電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為 取Ph=20mm 3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 基本公式 最大進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速 最小進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速 絲桿的等效轉(zhuǎn)速 式中取故 3.1.3估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及負(fù)重 主軸箱重量 工作臺(tái)重量 3.1.4確定絲桿的等效負(fù)載 機(jī)床正常工作時(shí)滾柱桿上受到一

32、個(gè)軸向壓力作用，該壓力可通過具體公司進(jìn)行計(jì)算，一般情況下取值在1.1~1.5。此次的設(shè)計(jì)選擇1.3，導(dǎo)軌我們選定為滑動(dòng)導(dǎo)軌，因此絲桿的牽引力為： 其等效載荷按下式計(jì)算（式中取，） 3.1.5確定絲桿所受的最大動(dòng)載荷 fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw=1.2） ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1） fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1） fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1） fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1） Fm------等效負(fù)載 nz-------等效轉(zhuǎn)速 Th ----------工

33、作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h 由上式計(jì)算得Car=17300N 表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間Lh 表3-1-2精度系數(shù)fa 表3-1-3可靠性系數(shù)fk 表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw 3.1.6精度的選擇 隨著產(chǎn)品性能需求的不斷提升，對(duì)于直線進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能要求也在逐漸提升，滾珠絲杠副的精度以及結(jié)構(gòu)也在逐漸發(fā)生變化，向著高精度、高轉(zhuǎn)速的方向不斷發(fā)展。滾珠絲杠的精度將影響機(jī)床的定位精度，在本次設(shè)計(jì)中我們選擇300mm行程變動(dòng)量要低于設(shè)定定位精度，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中考慮到布局合理性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，選用滾珠絲杠的進(jìn)度等級(jí)為X軸3級(jí)，Z軸4級(jí)。 3

34、.1.7選擇滾珠絲桿型號(hào) 計(jì)算得出Ca=Car=17.3KN, 則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN 公稱直徑Ph=20mm 我們此時(shí)選用FFZD5010—3的絲桿型號(hào)，F(xiàn)FZD型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)反向器。 公稱直徑，絲桿外徑 鋼球直徑 絲桿底徑 圈數(shù)=3圈 剛度 3.2校核 在對(duì)滾柱絲杠進(jìn)行校核時(shí)需要校核絲杠軸向受拉壓作用時(shí)振動(dòng)固有頻率以及滾珠絲杠的定位精度軸，這兩者對(duì)滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)有很大的影響。其中扭轉(zhuǎn)剛度與扭轉(zhuǎn)固有頻率之間具有較強(qiáng)相關(guān)性，假定螺母座的剛度為Kn，絲桿副內(nèi)滾道接觸剛度為KC，，軸承的接觸剛度為Ka，O有絲桿本身的拉壓剛度KS

35、，按照這四個(gè)參數(shù)來組合不同的支撐組合方式，通過計(jì)算即可得到滾珠絲杠抗壓系統(tǒng)剛度KO具體值。 3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗(yàn)證 絲桿剛度會(huì)對(duì)支撐方式產(chǎn)生影響，在本文中我們選用一端支撐另一端固定的方式。臨界壓縮負(fù)荷的計(jì)算： 式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2） LO-------最大受壓長度（m） K1-------安全系數(shù)，取K1=1.3 Fmax-------最大軸向工作負(fù)荷（N） f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1 I=絲桿最小截面慣性距（m4） 式中do--------是絲桿公稱直徑（mm） dw------------

36、滾珠直徑（mm）， 絲桿螺紋不封閉長度Lu=工作臺(tái)最大行程+螺母長度+兩端余量 Lu=300+148+20X2=488mm 支撐距離LO應(yīng)該大于絲桿螺紋部分長度Lu，選取LO=620mm 代入上式計(jì)算得出Fca=5.8X108N 可見Fca＞Fmax，由此可知滿足要求。 3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證 當(dāng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)速較高時(shí)要驗(yàn)證在該速度下是否產(chǎn)生共振，絲桿最高轉(zhuǎn)速可通過下式予以計(jì)算： 式中：A是絲桿的最小截面：A= 是絲杠內(nèi)徑，單位； P是材料密度p=7.85*103(Kg/m) 是臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為=148/

37、2+300+(620-488)/2=440mm 是安全系數(shù)，可取=0.8 fZ是絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時(shí)取18.9 計(jì)算可知，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速得出= 6.3*104，大于臨界轉(zhuǎn)速，因此滿足設(shè)計(jì)要求，即不會(huì)發(fā)生共振。 3.2.3絲桿拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計(jì)算公式 式中 A——最小橫截面，； 螺母座剛度選為KH=1000N/μm。 當(dāng)滾珠絲杠在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)存在最大和最小抗壓剛度，其中導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)極限值分別為750mm和100mm。 經(jīng)計(jì)算得： 式中 Ke ——拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)； KH——螺母座

38、的剛度(N/μm)；KH=1000 N/μm Kc——滾道的接觸剛度(N/μm)； KS——絲杠拉壓剛度(N/μm)； KB——軸承接觸剛度(N/μm)。 經(jīng)上式進(jìn)行計(jì)算可知，絲杠扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率高于1500r/min，因此可滿足設(shè)計(jì)要求。 3.3電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)的主要功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角位移信號(hào)的一種控制設(shè)備。而步進(jìn)電機(jī)有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如控制簡單、定位精度很高、慣量很低等。因此步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域之中，在進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)選型時(shí)重點(diǎn)關(guān)注下述幾個(gè)因素：功率問題，符合所需的功率必須小于電機(jī)的輸出功率，還有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，工作環(huán)境。 3.3.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 a

39、、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 上式中：d—直徑,絲桿外徑d=49.5mm L—長度=2m P—鋼的密度=7800 經(jīng)計(jì)算得 b、X向直線運(yùn)動(dòng)件向絲桿折算的慣量 上式中：M—質(zhì)量 X向直線運(yùn)動(dòng)件M=280kg P—絲桿螺距（m）P=0.001m 經(jīng)計(jì)算得 c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查表得 因此 3.3.2電機(jī)扭矩計(jì)算 a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩 上式中： J=0.0028kg/m2 ta—加速時(shí)間 KS—系統(tǒng)增量，取15s-1,則ta=0.2s 經(jīng)計(jì)算得 b、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩 上式中：F0—導(dǎo)軌摩擦力，F(xiàn)0=Mf，而f=摩擦系數(shù)為0

40、.02，F(xiàn)0=Mgf=32N P—絲桿螺距（m）P=0.001m η—傳動(dòng)效率，η=0.90 I—傳動(dòng)比，I=1 經(jīng)計(jì)算得 c、折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩 上式中P0—滾珠絲桿預(yù)加載荷≈1500N η0—滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率為0.9 經(jīng)計(jì)算的T0=0.05N·M 則快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的最大扭矩 經(jīng)計(jì)算所得，我們選擇電機(jī)型號(hào)為IFT5066，該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為6.7。 第4章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 Y軸滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 工作載荷為Fz，在此工作載荷下進(jìn)行Wx和Wy估算，并根據(jù)估算結(jié)果計(jì)算安全系

41、數(shù)，其具體計(jì)算公式為fSL=C0/P 上式中： C0——導(dǎo)軌靜額定載荷； P=0.5(Fz+W)——工作載荷； 一般情況下安全系數(shù)取fSL=1.0~3.0，當(dāng)滾動(dòng)導(dǎo)軌副在受沖擊或振動(dòng)作用時(shí)選取安全系數(shù)為fSL=3.0~5.0。按照計(jì)算結(jié)果查閱相關(guān)資料來完成導(dǎo)軌的選擇： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 按照計(jì)算結(jié)果來選擇導(dǎo)軌型號(hào): 選擇漢江機(jī)床廠HJG-D系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為:HJG-D25 基本參數(shù)如下: 額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量 導(dǎo)軌重量 導(dǎo)軌長度 動(dòng)載荷 靜載荷 L (mm) 17500 26000

42、 198 198 288 0.60 3.1 1500 滑座個(gè)數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復(fù)次數(shù) M 4 0.6 4 導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N 驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命：式中v速度，是初選的導(dǎo)軌動(dòng)額定載何Ln： 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 導(dǎo)軌的工作壽命足夠. 導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)： ：靜安全系數(shù)；：基本靜額定負(fù)載；：工作載荷 導(dǎo)軌壽命計(jì)算： 4.2 滾珠絲杠計(jì)算、選擇 初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm 強(qiáng)度計(jì)算 絲杠軸向力：(N) 上式中K=1.15，摩擦系數(shù)f=0.

43、003~0005；在車削工件外圓面時(shí)：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計(jì)算。 取f=0.004,則: 壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min) 最大動(dòng)載荷： 上式中： fW——載荷系數(shù)； fH——硬度系數(shù)。 查表得中等沖擊時(shí)則: 按照具體的適用情況來完成滾珠絲杠幅度額選擇，按照最大動(dòng)載荷數(shù)值選擇滾珠絲杠型號(hào)為：CM2005-5。 該型號(hào)的滾珠絲杠副詳細(xì)參數(shù)如下圖所示: 根據(jù)圖中參數(shù)可知，該型號(hào)的滾珠絲杠副額定動(dòng)載荷為14205N> 足夠用.采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式進(jìn)行預(yù)緊。 滾珠絲杠螺母副的幾何

44、參數(shù)的計(jì)算如下表 名稱 計(jì)算公式 結(jié)果 公稱直徑 ―― 40mm 螺距 ―― 15mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 4.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 39.365mm 螺桿內(nèi)徑 36.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 23.212mm 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 20.7mm （1） 傳動(dòng)效率計(jì)算 傳動(dòng)效率可通過下述公式予以計(jì)算： 式中： φ=10’——摩擦角； γ——絲杠螺旋升角。 （2

45、） 穩(wěn)定性驗(yàn)算 本文中采用直推軸承作為其支承方式，因此不需進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 （3） 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算 絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為 允許的螺距誤差為[ Δ]=15μm/m。 4.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 （1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)軸上等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可通過下式予以計(jì)算： 式中：-----折算的慣性負(fù)載； -----步進(jìn)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； -----齒輪１的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； -----齒輪２的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； -----滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Ｍ-----移

46、動(dòng)部件質(zhì)量。 對(duì)零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可依照下式予以計(jì)算： 式中：——零件直徑，——零件的長度。 所以有： 其中電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)管理可略去，因此可得出等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可通過下式予以表示： 4.2.6 步進(jìn)電機(jī)的選用 (１）步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理滿足下述公式： 式中： ——電機(jī)轉(zhuǎn)角； Ｓ——移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； ——機(jī)械傳動(dòng)的效率。若取，則Ｓ＝，且此時(shí)滿足。所以等效力矩可通過下式予以計(jì)算： 式中： ——移動(dòng)部件負(fù)載（N）； G——移動(dòng)部件質(zhì)量（N）； ——與重力方向相同的負(fù)載力（N）； ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； —

47、—步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）； T——電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。 取=0.3，＝０.8，==279.23Ｎ。垂直方向電機(jī)負(fù)載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，可通過下式求解電機(jī)軸負(fù)載力矩： 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可通過下式予以計(jì)算： 取系數(shù)為０.３，則： 對(duì)于本文所選擇的步進(jìn)電機(jī)： (２） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 根據(jù)本文設(shè)計(jì)要求選擇兩個(gè)90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī). 電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下: 型號(hào) 主要技術(shù)參數(shù) 相數(shù) 步距角 電壓 (V) 相電流 (A) 最大靜轉(zhuǎn)矩 (n.m) 空載啟動(dòng)頻率 空載運(yùn)行頻率 分配方式 90BF001 4 0.9

48、 80 7 3.92 500 8000 4相8拍 外形尺寸(mm) 重量 kg 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Kg.m 外直徑 長度 軸直徑 90 145 9 4.5 1764 第5章 軸承的選擇 5.1 X軸軸承選擇 根據(jù)前文所述，本文選擇采用一端固定一端浮動(dòng)的方式安裝滾動(dòng)絲杠副，其支承方式為角接觸球軸承，機(jī)床為數(shù)控機(jī)床，根據(jù)計(jì)算軸承預(yù)計(jì)壽命：1500——5000h， 軸承的基本額定動(dòng)載荷： P為載荷，=3；是預(yù)期壽命； 為載荷系數(shù)；X,Y為常數(shù)； 選擇軸承：71003 C=41.2KN 5.2Y軸軸承選擇 滾珠絲杠選

49、擇安裝方法：雙支點(diǎn)一邊固定一邊浮動(dòng)。因此，其支承方式為角接觸球軸承，機(jī)床為數(shù)控機(jī)床，根據(jù)計(jì)算軸承預(yù)計(jì)壽命1500——5000h， 軸承的基本額定動(dòng)載荷： P為載荷，=3；是預(yù)期壽命； 為載荷系數(shù)；X,Y為常數(shù)； 選擇軸承：70803 C=30.2KN 5.3Z軸軸承選擇 滾珠絲杠選擇安裝方法：雙支點(diǎn)一邊固定一邊浮動(dòng)。其支承方式為角接觸球軸承，機(jī)床為數(shù)控機(jī)床，根據(jù)計(jì)算軸承預(yù)計(jì)壽命：1500——5000h。 軸承的基本額定動(dòng)載荷： P為載荷，=3；是預(yù)期壽命； 為載荷系數(shù)；X,Y為常數(shù)； 選擇軸承：70303 C=28.3KN

50、 第6章 伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)選擇為發(fā)那科公司的FANUC Series 0i MODEL D最大控制5軸，最大同時(shí)控制軸數(shù)為4軸。規(guī)格如下圖 第7章 誤差來源及分析 由于目前加工制造技術(shù)還不夠完善，生產(chǎn)制造出來的東西不免有誤差，機(jī)床作為加工工件的設(shè)備，它的誤差可以直接的反映到它所加工制造的產(chǎn)品上，既所謂的“誤差復(fù)映”現(xiàn)象。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)誤差進(jìn)行研究至關(guān)重要。 7.1誤差及誤差來源 7.1.1 誤差研究的

51、意義 人們向大自然了解更多，通過測(cè)量進(jìn)行研究，而測(cè)量只是一種近似估計(jì)，導(dǎo)致測(cè)量出的數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)總有很大的差異，這個(gè)差異我們把它叫做誤差。在科學(xué)技術(shù)日益提升后，人們逐漸把這個(gè)誤差慢慢的變小，但是任然還是存在誤差，不能達(dá)到理想化的狀態(tài)。 研究誤差的意義為： （1） 以樂觀積極的心態(tài)看待誤差，一步步的去發(fā)現(xiàn)了解，找出產(chǎn)生誤差的原因，并采取合理的措施予以消除。 （2） 努力對(duì)比實(shí)驗(yàn)的理想數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出產(chǎn)生誤差的地方，以便于下次計(jì)算更接近理想結(jié)果。 （3） 在保證經(jīng)濟(jì)性的情況下，采用高精度的儀器能讓我們進(jìn)一步得到最理想的結(jié)果。 7.1.2 誤差的來源和傳遞規(guī)律 透過計(jì)算所得出來的結(jié)

52、果往往會(huì)存在誤差，而這些誤差大多存在于機(jī)器傳動(dòng)零部件的制造，它們存在裝配誤差。如果說要完全消除這些因素，基本上是不可能的，所以我們?cè)跈C(jī)床的內(nèi)部各個(gè)傳動(dòng)鏈上的傳動(dòng)件盡量消除一些誤差，以此來減少最后的誤差。 誤差的來源 傳動(dòng)誤差來源于機(jī)床傳動(dòng)鏈等，這些都是比較小的誤差，一步步累計(jì)就形成了最后結(jié)果與理想結(jié)果間的誤差。因此我此次所設(shè)計(jì)的機(jī)床，沒有用到蝸輪蝸桿和齒輪等這些容易產(chǎn)生誤差的傳動(dòng)部件。設(shè)計(jì)中螺母副是最直接影響結(jié)果的，因?yàn)閭鲃?dòng)誤差主要來源就是絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。而加工表面上的誤差主要是絲杠的螺距誤差以直線誤差的形式傳遞給螺母。 由于梯形螺紋存在徑向跳動(dòng)，因此傳遞給絲杠螺母的軸向線值誤差可通過下

53、式予以計(jì)算： 式中：螺紋的半角。 這樣就可以得到滾珠絲杠螺母副的誤差。 傳動(dòng)存在的誤差為多項(xiàng)誤差，其中包含裝配誤差和制造誤差等等，因此總誤差可通過下式予以計(jì)算： 式中：，，等為各個(gè)獨(dú)立的誤差。 誤差的傳遞規(guī)律 根據(jù)傳動(dòng)鏈，每個(gè)傳動(dòng)件存在的誤差不僅存在于傳動(dòng)副之間，同時(shí)經(jīng)過傳動(dòng)鏈也會(huì)將誤差進(jìn)行放大，因此最終工件的加工精度將受到顯著影響。 因?yàn)橐粋€(gè)傳動(dòng)鏈包括了多個(gè)傳動(dòng)件，所以說，任何一個(gè)傳動(dòng)件所存在的誤差都可能會(huì)傳遞到末端件上面，就會(huì)出現(xiàn)誤差或。假定當(dāng)前誤差服從正態(tài)分布，且傳動(dòng)件和末端件之間的傳遞總誤差為或，用下式予以

54、表示： 由上式可見，應(yīng)< 1時(shí)，傳動(dòng)件的誤差將通過傳遞過程減小。 又因?yàn)椋? 7.2舉例說明安裝誤差對(duì)機(jī)床精度的影響 安裝導(dǎo)軌的時(shí)候，我們要重點(diǎn)考慮下面三個(gè)方面： 1. 垂直平面內(nèi)的直線度。 2. 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度。 3. 兩條導(dǎo)軌之間的平行度。 因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的是數(shù)控切割機(jī)床，可以不考慮切削力的影響，因?yàn)橹皇羌庸て矫娌牧隙?，所以在垂直平面里，橫向?qū)к壦a(chǎn)生的平行誤差，對(duì)工件加工精度不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。但是在水平面的話，導(dǎo)軌所產(chǎn)生的誤差就會(huì)影響加工工件的質(zhì)量，在機(jī)床的導(dǎo)軌處在水平突出的時(shí)候，數(shù)控切割頭的位

55、置會(huì)在他移動(dòng)的過程中發(fā)生一些細(xì)微的變動(dòng)，這樣一來加工工件的邊緣，就會(huì)變成馬鞍形狀，不再是直線型。同樣的道理，處在垂直方向的誤差會(huì)對(duì)工件的加工精度造成影響。 7.3 提高傳動(dòng)精度減小傳動(dòng)誤差的措施 根據(jù)分析可知，可通過下述措施來控制并減少誤差： 縮短傳動(dòng)鏈 減少傳動(dòng)件個(gè)數(shù)，降低誤差來源 合理的分配傳動(dòng)副的傳動(dòng)比 采用降比傳動(dòng)的原則 合理的選擇傳動(dòng)件 應(yīng)采用傳動(dòng)準(zhǔn)確的傳動(dòng)副。 合理的確定傳動(dòng)副的精度。 因?yàn)榧庸べ|(zhì)量受影響最大的就是末端傳動(dòng)件，所以我們?cè)谶x用末端傳動(dòng)件的時(shí)候，要注意一定要比之前的傳動(dòng)件高1-2級(jí)。 7.4減小安裝誤差舉例 滾動(dòng)軸承中很多元件精度將會(huì)影響滾柱絲

56、杠精度，例如軸承內(nèi)外圈滾道的精度，滾動(dòng)體的直徑和形狀差異等等。因此降低機(jī)床的噪音，減少機(jī)床的振動(dòng)可以通過提升旋轉(zhuǎn)精度來解決。 一樣的軸承可以通過適當(dāng)?shù)倪x配安裝方法來強(qiáng)化絲杠的旋轉(zhuǎn)精度。例如下圖：絲杠的中心點(diǎn)是,然后安裝在絲杠軸頸上面的軸承，其內(nèi)圈內(nèi)孔為，其偏心量是；和內(nèi)圈滾道的中心相比，它的偏心量是，在裝配過后，絲杠組件旋轉(zhuǎn)中心為。當(dāng)偏心方向一致時(shí)滾柱絲杠偏心量是：; 當(dāng)處于偏心相反方向時(shí)其偏心量可通過公式予以計(jì)算：，所以綜上結(jié)果所得：前面的絲杠旋轉(zhuǎn)精度要比后面的低一些。 (a)

57、 (b) 降低絲杠軸端的跳動(dòng)量，選擇合適的軸承配置形式，如下圖所示前后軸承的偏心量大小分別為、，是絲杠的偏心量 根據(jù)幾何關(guān)系，可得到如下表達(dá)式， 既 可見，>,絲杠軸端的徑向跳動(dòng)增大。 當(dāng)，在絲杠軸線相同側(cè)，則根據(jù)幾何知識(shí)滿足下述表達(dá)式： 既 可見，當(dāng)〉時(shí)，< ,軸端的徑向跳動(dòng)顯著降低。如果選擇，則。由此可顯著降低了裝配誤差，提升了滾珠絲杠副的旋轉(zhuǎn)精度，降低了機(jī)床喊聲的振動(dòng)，提升了工件的加工精度。 第1章 緒論 第8章 機(jī)

58、床的維護(hù)與潤滑 機(jī)床在使用的過程中，因?yàn)樽陨硭幵诘沫h(huán)境不是理想化的狀態(tài)，因此在使用的過程里，避免不了會(huì)有灰塵和微粒的附著，以及使用時(shí)機(jī)器的磨損，而且對(duì)于重要的生產(chǎn)部件而言，磨損也很大，因此我們?yōu)榱吮ＷC機(jī)床能夠在完好的情況下完成對(duì)機(jī)械的加工，所以我們必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行必要的維護(hù)呼潤滑，這樣也可以盡可能的減小誤差，讓結(jié)果趨于理想化。 8.1 軸承的潤滑與防護(hù) 能夠保證旋轉(zhuǎn)精度最重要的支撐部件是軸承，它是相對(duì)來說最為重要的，因此我們必須在使用的過程中，必須要保持軸承的保護(hù)與潤滑。這樣就可以減少磨損。 一般對(duì)于滾動(dòng)軸承要采取合理的潤滑形式，通常而言要按照滾動(dòng)軸承的工作場(chǎng)合和速度來選擇，滾動(dòng)軸承的

59、潤滑形式有兩種，其一為油潤滑；其二為油脂潤滑，在本文所設(shè)計(jì)的機(jī)床中軸承轉(zhuǎn)速較低，因此我們就要采取油脂潤滑。而且滾動(dòng)軸承里，潤滑的主要作用是降低磨損，散出熱量，緩沖腐蝕等。采用脂潤滑時(shí)保證潤滑脂填充量不超過軸承座和軸承空間的1/2之間，否則將達(dá)不到潤滑效果。 除此之外還要注意的時(shí)軸承運(yùn)行一段時(shí)間后潤滑脂會(huì)消耗部分，因此要及時(shí)補(bǔ)充和添加。 8.2導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù) 機(jī)床導(dǎo)軌的精度將直接影響工件的加工精度，因此要保證導(dǎo)軌沿著直線運(yùn)動(dòng)，因此需要對(duì)導(dǎo)軌采取合適的潤滑方式進(jìn)行潤滑。 導(dǎo)軌若長時(shí)間不潤滑防護(hù)就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌磨損失效，直接影響工件的加工精度，而導(dǎo)致導(dǎo)軌磨損的形式有以下種： 1.磨損硬粒。這

60、類磨損主要形式是由于導(dǎo)軌與相對(duì)運(yùn)動(dòng)件質(zhì)檢處于混合摩擦狀態(tài)，雖然兩者之間形成動(dòng)壓油膜但是油膜厚度膠薄，難以將兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件相互分離，因而就會(huì)出現(xiàn)磨損硬粒。 2. 咬合磨損，這種磨損主要是因?yàn)閷?dǎo)軌的表面上，不停的摩擦讓其表面的溫度達(dá)到了金屬的熔點(diǎn)，然后潤滑脂又能夠吸收熱量，因此可以防止這類潤滑。 3.滾動(dòng)導(dǎo)軌的疲勞程度。為了防止?jié)L動(dòng)導(dǎo)軌出現(xiàn)疲勞破損，需要防止導(dǎo)軌上進(jìn)入粉塵或顆粒，在實(shí)際情況下我們可通過加裝防護(hù)罩和采用合理的潤滑方式來保證導(dǎo)軌具有良好的工作性能，降低運(yùn)動(dòng)件和導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。所以說，定期檢查導(dǎo)軌，適當(dāng)進(jìn)行潤滑是很重要的。 8.3 滾珠絲杠的防護(hù)與潤滑 滾珠絲杠同樣對(duì)于傳動(dòng)精度要求

61、較高，因此需要采取合理的潤滑，若滾珠絲杠產(chǎn)生磨損，則螺距等參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，滾珠絲杠副的傳動(dòng)平穩(wěn)性也會(huì)受到影響，由此將直接影響工件的加工質(zhì)量，因此要選擇合適的潤滑方式對(duì)滾珠絲杠副進(jìn)行潤滑，保證其傳動(dòng)精度進(jìn)而提升工件的加工質(zhì)量。 總結(jié)與展望 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)校給我們的一次機(jī)會(huì)，通過這次最終的畢業(yè)設(shè)計(jì)，平時(shí)所學(xué)到的知識(shí)不僅融合了，并獲得了許多機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，讓我更清晰地了解到數(shù)控切割技術(shù)的重要性，也為我今后的工作有一些可靠地幫助。針對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)如下： 在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只有開始進(jìn)行方案選擇，通過對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的對(duì)

62、比選擇了最優(yōu)方案；隨后完成了步進(jìn)電機(jī)選型，對(duì)傳動(dòng)部件的剛度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核，并在最后分析了傳動(dòng)部件的失效形式，采取了合理的措施予以應(yīng)對(duì)。 參考文獻(xiàn) [1] 鄭堤等,數(shù)控機(jī)床與編程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 . [2] 邱宣懷等,機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，1997 . [3] 熊詩波﹑黃長藝,機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 . [4] 葉邦彥、陳統(tǒng)堅(jiān),機(jī)械工程英語.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 . [5] 黃義東,朱鍵富, 火焰切割機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn). 南方金屬.20

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65、oS ONE, 2017, 9(12). [17] A. Smalcerz, R. Przy?ucki.?Electromagnetic field analysis of inductor-robot-work-piece system[J].?Metalurgija, 2013, 52(2). 致 謝 半年過去了，論文經(jīng)歷了選題、開題、撰寫等階段，期間在導(dǎo)師的指導(dǎo)下也曾作多次修改，幾易其稿。至此，論文已經(jīng)接近尾聲，回首整個(gè)過程，既有艱辛也有收獲，既有汗水也有喜悅。 這篇論文是在我的導(dǎo)師的多次指導(dǎo)下完成的，感謝您給了我如此寶貴的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。作為您的學(xué)生，我

66、從您那里學(xué)到了寬廣的胸襟，學(xué)到了敏銳的思維，寬闊的視野。我深信，這一路艱辛和累累收獲的過程將對(duì)我日后的工作實(shí)踐奠定必要的基礎(chǔ)。 在這里，我還要感謝學(xué)院所有的老師們。我的每一步成長都是在你們的悉心指導(dǎo)下完成的。再次對(duì)老師道一聲：老師，您辛苦了，謝謝您！此外，本文最終得以順利完成，也是與給我提供參考文獻(xiàn)的學(xué)者們離不開的。感謝你們?yōu)槲姨峁┝藢氋F的文獻(xiàn)資料，使我在寫論文的過程中有了參考依據(jù)。 學(xué)友情深，情同兄妹。幾年來，我們朝夕相處，我的記憶里時(shí)常浮現(xiàn)我們?cè)谝黄鸬狞c(diǎn)點(diǎn)滴滴，同窗之情，必將終生難忘。 在此還要感謝在我論文評(píng)審和答辯中給予我無私幫助的老師們，感謝你們?yōu)槲抑赋霾蛔?，促我成長。 同時(shí)，在我的學(xué)習(xí)過程中，有親情的陪伴，有他們的付出，衷心的感謝和我的家人。 最后，感謝這幾年來所有關(guān)心和幫助我的人，謹(jǐn)以此文銘記你們的似海深情，謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給你們我無盡的祝福和感恩。