數(shù)控火焰切割機(jī)的設(shè)計(jì)【優(yōu)秀畢業(yè)論文 答辯通過】

需要購買對(duì)應(yīng) 紙 咨詢 14951605 買對(duì)應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 數(shù)控火焰切割機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 指導(dǎo)教師 20*年 5 月 27 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 摘要 本課題針對(duì)數(shù)控火焰切割機(jī)的設(shè)計(jì)。橫梁的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要對(duì)其結(jié)構(gòu)的確定，之后對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行了選擇及計(jì)算檢驗(yàn)，最后對(duì)主要傳動(dòng)的零部件進(jìn)行選擇校核。其中主要對(duì)滑動(dòng)絲杠和滾動(dòng)絲杠的強(qiáng)度及傳動(dòng)效率等進(jìn)行了計(jì)算校核。并對(duì)橫梁設(shè)計(jì)中存在的結(jié)構(gòu)部件的聯(lián)接問題進(jìn)行了改進(jìn)?；鹧媲懈铑^是在傳動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上運(yùn)用絲杠的轉(zhuǎn)速控制運(yùn)動(dòng)，用單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來達(dá)到效果。對(duì)控制電路設(shè)計(jì)也做 了系統(tǒng)的詳解，主要對(duì)所涉及的鍵盤、顯示器、主要芯片做了選取應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 火焰切割機(jī)；電氣控制；橫梁設(shè)計(jì)；單片機(jī) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) of of of of of of of of of s is in of in of of in is on to I a of of to of of 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 目 錄 摘要 . I . 緒論 . 1 題的意義、目的、研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求 . 1 題的意義和目的 . 1 究范圍和技術(shù)要求 . 1 門式火焰切割機(jī)的簡(jiǎn)介和特點(diǎn) . 1 介 . 1 點(diǎn) . 2 內(nèi)外的現(xiàn)狀 . 2 展前景 . 3 2 總體方案設(shè)計(jì) . 5 體方案的設(shè)計(jì) . 5 能與技術(shù)參數(shù)的分析 . 5 梁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 . 5 切割頭橫向移動(dòng)電氣控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 . 5 柱的設(shè)計(jì) . 5 架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及要求 . 5 柱結(jié)構(gòu) . 6 3 橫梁機(jī)械機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) . 9 門式橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 9 定龍門式火焰切割機(jī)橫梁結(jié)構(gòu) . 9 動(dòng)裝置類型的選用 . 9 動(dòng)方案的選取 . 10 床零部件的設(shè)計(jì) . 10 杠副的選取 . 11 軌的選型及計(jì)算 . 15 軸器的選取 . 16 承的選取 . 18 柱底座橫向進(jìn)給的滾動(dòng)絲杠的計(jì)算 . 19 進(jìn)電機(jī)的選取 . 21 4 電氣控制設(shè)計(jì) . 25 定機(jī) 床控制系統(tǒng)方案 . 25 成元件的介紹 . 25 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 主要芯片的選取 . 25 盤接口原理 . 25 制電路設(shè)計(jì) . 26 用多片 擴(kuò)展電路 . 26 89要管腳功能 . 27 態(tài) 片的選用 . 27 155 工作方式查詢 . 28 9存儲(chǔ)器及 I/O 的擴(kuò)展 . 29 155 狀態(tài)查詢 . 30 155 內(nèi)部定時(shí)電路 . 30 9址分配 . 31 155 擴(kuò)展 I/O 端口的初始化程序設(shè)計(jì) . 32 盤電路設(shè)計(jì) . 33 盤功能 . 33 盤程序設(shè)計(jì) . 33 光報(bào)警電路 . 36 示器設(shè)計(jì) . 36 示器顯示方式的選取 . 36 示器接口電路 . 36 電隔離電路選用 . 36 結(jié)論 . 38 致謝 . 39 參考文獻(xiàn) . 40 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 題的意義、目的、研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求 題的意義和目的 火焰切割機(jī)是工程中金屬板材切割的常用設(shè)備，可以根據(jù)要求在板材上切割出不同形狀。采用數(shù)控技術(shù)的多點(diǎn)火焰切割機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行多種切割加工。龍門式火 焰切割機(jī)是一種針對(duì)大型板材的火焰切割設(shè)備。本課題要求對(duì)龍門式火焰切割機(jī)的橫梁機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)切割頭的橫移控制系統(tǒng)。 究范圍和技術(shù)要求 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（ 89控芯片）控制火焰切割機(jī)床，主要設(shè)計(jì)對(duì)象是橫梁及 89片機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滑動(dòng)絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。 要求切割頭橫向移動(dòng)距離 橫向最大移動(dòng)速度 秒，且雙切割頭可以同時(shí)做相同或相反移動(dòng)。 門式火焰切割機(jī)的簡(jiǎn)介和特點(diǎn) 介 在機(jī)械加工過程中，板材切割常用 的 方式有手工切割、半自動(dòng)切割機(jī)切割及數(shù)控切割機(jī)切割。手工切割 較為 靈活方便，但手工切割 的 質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工 的 工作量 又 大，同時(shí)勞動(dòng)條件 非常 惡劣，生產(chǎn)效率 很 低。半自動(dòng)切割機(jī)中 的 仿形切割機(jī)，切割工件的質(zhì)量 比 較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件 的 切割。其它類型半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了工人 的 勞動(dòng)強(qiáng)度，但其功能 比較 簡(jiǎn)單，只適合一些較 為 規(guī)則形狀的零件切割。數(shù)控 切割相對(duì)手動(dòng)和半自動(dòng)切割方式來說，可 以 有效地提高板材切割地效率、切割質(zhì)量， 而且能 減輕操作者 的 勞動(dòng)強(qiáng)度。目前在我國的一些中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中使用手工切割和半自動(dòng)切割方式還 是 較為普遍 的 。 龍門式數(shù)控火焰 /等離子切割機(jī)采用雙邊驅(qū)動(dòng)， 即雙切割頭， 運(yùn)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。 見下圖 1州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 圖 1等離子切割機(jī) 點(diǎn) 用方管對(duì)焊 的 結(jié)構(gòu)，具有剛性好，精度高，自重輕，慣量小的特點(diǎn)。所有的 焊接件均 采用 振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力處理，有效的防止了結(jié)構(gòu)變形； 向驅(qū)動(dòng)：橫向?qū)к?則 采用 了 臺(tái)灣進(jìn)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(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)，精度高，且經(jīng)久耐用，清潔美觀； 3 縱向驅(qū)動(dòng)架（端架）：兩端裝有水平 的 導(dǎo)向輪，可調(diào)整 其 驅(qū)動(dòng)架底部偏心輪對(duì)導(dǎo)軌的壓緊程度，使整機(jī)在運(yùn)動(dòng)中 能夠 保持穩(wěn)定的導(dǎo)向； 4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用 步進(jìn) 電機(jī)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，速度變速范圍寬，加速時(shí)間短； 5 簡(jiǎn)單易用的自動(dòng)編程系統(tǒng)，使編程不再 那么的 復(fù)雜，輕而易舉； 6 電氣系統(tǒng)具有優(yōu)良穩(wěn)定性和超強(qiáng)抗干擾； 內(nèi)外的現(xiàn)狀 目前來說切割機(jī)應(yīng)用在金屬及非金屬行業(yè)上，一般來說，非金屬行業(yè)分得比較細(xì)致，比如有切割石材的石材切割機(jī)、水切割機(jī)、鋸 齒切割機(jī)，切割布料、塑料及化纖制品用的激光切割機(jī)、刀片式切割機(jī)，切割金屬材料的則有火焰切割機(jī)（火焰切割機(jī)又分?jǐn)?shù)控火焰切割機(jī)和手動(dòng)火焰切割機(jī)。而手動(dòng)的又有小跑車、半自動(dòng)、純手動(dòng)的；數(shù)控的 有龍門式數(shù)控切割機(jī) 、 懸臂式數(shù)控切割機(jī) 、 臺(tái)式數(shù)控切割機(jī) 、 相貫線數(shù)控切割機(jī)等等 ）、等離子切割機(jī)。 切割成本方面來說，激光切割機(jī)是最昂貴的，也是精度和效率最高的一種切割設(shè)備，水刀切割機(jī)次之，然后就是火焰切割機(jī)，等離子切割機(jī)是最便宜的。（見下圖 1 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 圖 1經(jīng)過 了 幾十年的發(fā)展，數(shù)控切割機(jī)在切割能源和數(shù)控控制系統(tǒng)兩方面 均 取得了長(zhǎng)足的發(fā)展， 譬如 切割能源已 經(jīng) 由單一的火焰能源切割發(fā)展為目前的多種能源 (火焰、等離子、激光、高壓水射流 等等 )切割方式；數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)已由當(dāng)初的簡(jiǎn) 單功能、復(fù)雜編程和輸入方式 及 自動(dòng)化程度不高 已經(jīng) 發(fā)展到具有功能完善 的 、智能化 的 、圖形化 的 、網(wǎng)絡(luò)化的控制方式； 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也從的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、模擬伺服驅(qū)動(dòng)到今天的全數(shù)字式 的 伺服驅(qū)動(dòng) 。 展前景 隨著現(xiàn)代化的機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)切割的質(zhì)量、精度要求的不斷提高，并對(duì)生產(chǎn)效率的提高、生產(chǎn)成本的降低、高智能化地自動(dòng)切割的功能要求也在不斷的提升。數(shù)控切割機(jī)必須要去適應(yīng)現(xiàn)代化機(jī)械加工發(fā)展的要求。 從現(xiàn)在幾種通用的數(shù)控切割及應(yīng)用情況來看，數(shù)控火焰切割機(jī)的功能及性能已經(jīng)比較完善了，但是對(duì)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(chǎng)不可能有大的增加。 等離子切割機(jī)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(diǎn)，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(xì)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(shí)現(xiàn)對(duì)等離子切割效率和切割質(zhì)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 量的提升。 激光切割機(jī)的切割速度快，精度和切割質(zhì)量好等特點(diǎn)。在國家指定的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃時(shí)，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(duì)激光切割有很高的重視程度，這就將激光切割機(jī)的制造和升級(jí)帶來很大的商機(jī)。隨著用戶對(duì)激光切割技術(shù)特點(diǎn)的逐步了解和采用的示范性地深入，這就帶動(dòng)了國內(nèi)企業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)激光切割機(jī)。 數(shù)控管材切割機(jī)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(yùn)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(jìn)和使用數(shù)控等離子切割機(jī)。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(jī)，為了滿足其高技術(shù)、高附加值船的建造要求。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 2 總體方案設(shè)計(jì) 體方案的設(shè)計(jì) 能與技術(shù)參數(shù)的分析 為了提高工作的效率，所以采取雙切割頭同時(shí)工作，來縮短工作的時(shí)間。頭的支承取用龍門式，這樣可以有利于調(diào)整龍門的大小來實(shí)現(xiàn)加工不同尺寸鋼的要求。龍門式的機(jī)床不但具有使用壽命長(zhǎng)，工作的穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，而且能最大限度地滿足加工不同型號(hào)鋼的要求，其缺點(diǎn)就是只能在固定的地點(diǎn)加工，使用起來不夠靈活簡(jiǎn)便。由于要切割曲線割縫，割頭由十字滑臺(tái)帶動(dòng)，這樣既能簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，又能滿足其運(yùn)動(dòng)要求。 梁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 因?yàn)榍懈钏俣纫獫M足板厚和火焰對(duì)其的要求，所以要以無級(jí)調(diào)速。傳動(dòng)方式采用絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母帶動(dòng)工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)，利用調(diào)節(jié)絲杠的轉(zhuǎn)速來控制割頭的速度。而且要求的加工精度為 1 4以絲杠能很好地保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性。電機(jī)與絲杠用聯(lián)軸器直接連接就可以使傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量減小，而且減少對(duì)電機(jī)的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。絲杠的傳動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)來帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)。 切割頭橫向移動(dòng)電氣控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 切割頭采用電氣控制方式，首先確定電動(dòng)機(jī)，然后對(duì)其電流估算。對(duì)電氣控制的電器元件進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)采用 031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。 靠性好，功能強(qiáng)，速度快，具有很高的性能價(jià)格比?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部份，鍵盤，顯示器及 I/微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的輸入頻率，來控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)割槍的無級(jí)調(diào)速。 柱的設(shè)計(jì) 架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及要求 1. 機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證剛度，強(qiáng)度及穩(wěn)定性。 2. 機(jī)架的設(shè)計(jì)要求 (1)在滿足其剛度和強(qiáng)度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)達(dá)到輕、成本低的要求； (2)抗振性好、噪聲??； (3)溫度場(chǎng)分布合理，熱變形對(duì)精度的影響??； (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理且工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工； (5)結(jié)構(gòu)力求方便安裝和調(diào)整，同事也便于修理和更換零部件； (6)有導(dǎo)軌的機(jī)架要求其導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性好； 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 (7)造型好看，即經(jīng)濟(jì)適用，且美觀大方。 機(jī)架一般分為鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架兩類，焊 接結(jié)構(gòu)與鑄造結(jié)構(gòu)相比之下，焊接結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度和剛度，重量輕，生產(chǎn)周期短及施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。 表 2造機(jī)架和焊接機(jī)架的對(duì)比 鑄造機(jī)架 焊接機(jī)架 重量 較重 鋼板焊件比鑄件輕 30% 強(qiáng)度，剛度，抗振性 剛度強(qiáng)度較低，阻尼大 強(qiáng)度剛度大，抗振性差 價(jià)格 便宜 價(jià)格較貴 生產(chǎn)周期 周期長(zhǎng)，資金周轉(zhuǎn)慢 生產(chǎn)周期短 設(shè)計(jì)條件 鑄件壁厚不能相差過大，只能用開口的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)比較靈活，壁厚可以相差較大 用途 大批量的生產(chǎn) 單件小批量生產(chǎn) 在比較上述參數(shù)和結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體事況，最后選用焊接機(jī)架。從可焊性上 考慮，一般選取碳含量 碳鋼。 柱結(jié)構(gòu) 焊接柱按外形分為實(shí)腹柱和格構(gòu)柱。 1實(shí)腹柱 實(shí)腹柱又分為型鋼實(shí)腹柱和鋼板實(shí)腹柱，前者焊縫小應(yīng)該優(yōu)先地選用，后者適應(yīng)性強(qiáng)，可按使用要求設(shè)計(jì)成各種大小的尺寸。當(dāng)腹板的計(jì)算高度為 h，與腹板厚度 0時(shí)，應(yīng)有橫向隔板來加強(qiáng)，間距不得大于 3h，柱肢外伸自由寬度 5噸。 2. 格構(gòu)柱 格構(gòu)柱分綴板式和綴條式兩種。 最后設(shè)計(jì)選擇型鋼實(shí)腹柱。如圖 22 圖 2 2 實(shí)腹柱 截面形狀 由于零件的抗彎，抗扭強(qiáng)度和剛度除與其截面的面積有關(guān)外，還取決于截面的形狀，合理改變截面的形狀，增大其慣性矩和截面系數(shù)，可提高機(jī)架零件的強(qiáng)度和剛度，從而使其充分發(fā)揮材料的作用。從機(jī)械零件手冊(cè)里查得取用矩形面，其抗彎與抗扭慣性矩相對(duì)值較大。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 綜合上述條件，立柱則采用型鋼實(shí)腹柱，截面形狀為方形，選取結(jié)構(gòu)用冷彎形空心型鋼，這樣可以減小焊縫和避免焊縫受到集中應(yīng)力的影響。 國標(biāo)為： 6728 1986 （ 1）一般鋼號(hào)為 20或 力學(xué)性能與化學(xué)成分應(yīng)符合： 700， 699 和 1591的規(guī)定。 （ 2）彎曲部分的內(nèi)弧半徑 235, t r 4.0t， r 選取的型號(hào)： 71，邊長(zhǎng) 50 , 壁厚 2 , 理論重量： , 截面面積： 221 慣性矩： 210300 回轉(zhuǎn)半徑： 截面模數(shù)： 3820 圖 23冷彎形空心型鋼結(jié)構(gòu)圖 為保持尺寸穩(wěn)定，為消除內(nèi)應(yīng)力，焊后應(yīng)進(jìn)行熱處理，第一次熱處理安排在焊接后，第二次熱處理安 排在粗加工后進(jìn)行。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 圖 24第一次熱處理 圖 25第二次熱處理圖 初步選定機(jī)架的主要尺寸： 兩邊的立柱高度為： 3130橫梁長(zhǎng)為： 3100滑臺(tái) 1的尺寸為：長(zhǎng) =1100寬 =220高 =30滑臺(tái) 2的尺寸為：長(zhǎng) =320 寬 =100高 =30徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 3 橫梁機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 門式橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 定龍門式火焰切割機(jī)橫梁結(jié)構(gòu) 采用箱式橫梁，這樣承載力好，整體回火可以消除焊接應(yīng)力，而且性能穩(wěn)定可靠。 動(dòng)裝置類型的選用 機(jī)械傳支裝置的選用是比較復(fù)雜的工作，它需要考慮從動(dòng)力機(jī)到工作機(jī)多方面的因素，經(jīng)細(xì)致分析對(duì)比后才能作出合理的選擇。通常，以下幾方面是選擇機(jī)械傳動(dòng)裝置類型的基本依據(jù)： （ 1）工作機(jī)的工況的性能參數(shù)； （ 2）動(dòng)力機(jī)的性能及與動(dòng)力機(jī)匹配對(duì)傳動(dòng)裝置機(jī)械特性上的要求； （ 3）綜合分析不同類型傳動(dòng)裝置的初始費(fèi)用，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維 修費(fèi)用，使所選的傳動(dòng)裝置具有良好的經(jīng)濟(jì)性； （ 4）能符合運(yùn)轉(zhuǎn)安全和環(huán)境保護(hù)方面的要求； （ 5）使用的控制方便，可靠。 在現(xiàn)代的機(jī)器設(shè)計(jì)中，為了優(yōu)化機(jī)器的設(shè)計(jì)方案，傳動(dòng)方案的確定都是同動(dòng)力機(jī)的選擇，工作機(jī)構(gòu)的選定通盤考慮的。也就是考慮動(dòng)力機(jī)，傳動(dòng)裝置秘工作機(jī)的匹配問題。傳動(dòng)裝置的選用，通常并沒有一成不變的程序可行，而要根據(jù)不同機(jī)器的具體條件和復(fù)雜程度，經(jīng)多方案的分析比較才能選定。以下幾方面是在選定傳動(dòng)裝置類型時(shí)要具體分析考慮的： (1)機(jī)械特性； (2)功率范圍； (3)速度； (4)傳動(dòng)比范圍； (5)傳動(dòng)效率； (6)壽命；(7)外廓尺寸； (8)重量； (9)變速要求； (10)價(jià)格 本次設(shè)計(jì)主要解決的問題是變速方式 無級(jí)變速： 無極變速能夠選用最合理的運(yùn)動(dòng)速度，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變帶，操縱控制方便，箭筒化機(jī)械結(jié)構(gòu)等，是目前發(fā)展的主要方向。無極變速在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛的運(yùn)用，主要利用直流和交流調(diào)速主軸電動(dòng)機(jī)。利用直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)床主軸無級(jí)變速發(fā)展比較早，應(yīng)用較廣。但直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍很小，一般為 1 2，很少為 3 4，且有換向限制?，F(xiàn)在國際上新生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床已有 85采用交流變頻主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；交流變頻調(diào)速電機(jī)恒功率 調(diào)速范圍 8 30，有的直接驅(qū)動(dòng)主軸。 內(nèi)裝主軸就是主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高起動(dòng)，停止的響應(yīng)特性，并有利于控制振動(dòng)和噪聲，其缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量容易使主軸產(chǎn)生熱變形。因此控制溫升和冷卻是使用內(nèi)裝主軸電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵。內(nèi)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 裝主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá) 1500r/ 設(shè)計(jì)無級(jí)變速系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)符合傳動(dòng)鏈的要求。若不滿足要求，還應(yīng)串聯(lián)有級(jí)變速箱，一般變速級(jí)數(shù)為 2 4 級(jí)。 動(dòng)方案的選取 由于工作臺(tái)只作直線運(yùn)動(dòng)，以下為直線傳動(dòng)的常用方案： 方案 1. 電機(jī) 聯(lián)軸器 變速箱 齒輪 齒條 方案 2. 伺服電機(jī) 一級(jí)齒輪 絲杠 絲杠螺母 方案 3. 步進(jìn)電機(jī) 聯(lián)軸器 絲杠 絲杠螺母 由于要實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的無級(jí)調(diào)速，方案 1只能實(shí)現(xiàn)有限級(jí)調(diào)速，所以不能使用，動(dòng)力機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，方案 2， 3 都適用，另外工作臺(tái)要求的運(yùn)行精度在1 4度要求不高，如果傳動(dòng)系統(tǒng)用一級(jí)齒輪傳動(dòng)會(huì)加大傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同時(shí)加大電機(jī)的負(fù)擔(dān)，如果電機(jī) 與絲桿用聯(lián)軸器直接連接就可以使傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，所以選取方案 3傳動(dòng)系統(tǒng)。 床零部件的設(shè)計(jì) （ 1）電機(jī)與滑動(dòng)絲杠的聯(lián)接是通過過盈套筒聯(lián)軸器、緊定螺釘 筒聯(lián)軸器、平鍵 6套和推力球軸承。（圖 3 其優(yōu)點(diǎn)在于：傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，減小電機(jī)的負(fù)載 圖 3 （ 2）電機(jī)與滾動(dòng)絲杠的聯(lián)接是由變徑聯(lián)軸器、軸承端蓋、圓錐滾子軸承和軸承座。（見圖 3 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 2360 2100 3 p 235 杠副的選取 一般絲杠副分為滑動(dòng)絲杠副和滾動(dòng)絲杠副。 滾動(dòng)絲杠副的特點(diǎn)： 滑動(dòng)絲杠特點(diǎn)：滑動(dòng)絲杠摩擦力較大，傳動(dòng)效率較低，一般為 30%，磨損快，低速和微調(diào)傳容易出現(xiàn)爬行，容易自鎖，定位精度和軸向剛度較差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便定位精度和軸向 剛度較差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。 由于工作臺(tái)要實(shí)現(xiàn)橫向及縱向運(yùn)動(dòng)，所以需要橫向和縱向絲杠傳動(dòng)。橫向絲杠沒有工作載荷，而且不需要考慮自鎖功能，伺服電機(jī)取用步進(jìn)電機(jī)就滿足自鎖要求，所以橫向絲杠副取用滾動(dòng)絲杠副?？v向絲杠要支承工作臺(tái)的重力，必須要有很好的自鎖功能，所以縱向絲桿取用滑動(dòng)絲杠副。 立柱上支承工作臺(tái)的縱向滑動(dòng)絲桿計(jì)算： (參考自機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第 4版第 3卷 ) 最大軸向力為 g，最大升降行程為 1600用單頭梯型開螺紋，螺旋應(yīng)有自鎖性。 (1)選擇材料和許用應(yīng)力 螺桿 材料選用 45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理， 5=360/3 5=120 72 現(xiàn)取 螺母材料選用 40 30p 現(xiàn)取 由于工作臺(tái)快進(jìn)的速度為 s 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 2 a r ct r ct g 0 210 ( 取 8 (2)按耐磨性計(jì)算螺紋中徑 滑動(dòng)絲杠螺母的主要失效形式是磨損，因此應(yīng)以耐磨性計(jì)算來決定絲杠中徑 2d ，或由類比，結(jié)構(gòu)決定中徑后，進(jìn)行耐磨性校核，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)且受壓的絲杠，還應(yīng)校核壓桿穩(wěn)定性，強(qiáng)度一般不用校核。見式（ 式（ 整體式螺母 取 取 F 軸向載荷 P 螺紋副許用壓強(qiáng) 由 1986 可選 9,24 132 的梯形螺紋，中等精度，螺旋副標(biāo)記為 524 。 螺母高度見式（ 2 式（ 取 8 則螺紋圈數(shù) （ 1）自鎖性驗(yàn)算 由于系單頭螺紋，導(dǎo)程 S=P=5螺紡升角為 摩擦因數(shù) f= 取 f=形螺蚊的夾角 30 由于 ,故自鎖可靠。 （ 2）螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算 螺紋摩擦力矩見式（ )(1 F t 式（ 0 F 2716 o o s a r c t r c t g 223123 t徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 23 0 30 0 0 1 3 4 0 0 03 3 41 222 1 0 04 22 1 0 07.6 p (5)螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算 因螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故只驗(yàn)算螺母螺紋強(qiáng)度即可， 牙根寬度 = 基本牙型高 = p (6)螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 螺桿的總長(zhǎng) 0 0 02 0 03 0 01 5 0 0 按一端固定一端自由，得 臨界載荷 故穩(wěn)定性條件滿足。 (7)效率計(jì)算 由于底部用滾動(dòng)推力球軸承，其效率為 考于機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)） 3 0 0 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 m 0 01 0 0 0 22 a 4 16 1(1)絲桿所受的最大軸向力計(jì)算 滑臺(tái) 2的重量計(jì)算： 體積 33 96096000010030320 重量 960 3 重力 因?yàn)榛_(tái)在進(jìn)給時(shí)沒有受工作載荷，只受重力的作用