s ve it it is It of is In “is is is to Its to An is a in to is to in A of is its a s is by B. of of R&D is of or of R&D is a of is of T to a be so be as In to a be to is of to it to of to in at is a of it of of is of is to to to in do a to to s a of of of to a of if be a is no of a be is to A to an be be or be of be is a a at It be if a be of of be to a of it is to in of by In is up to be It is is in of as be is a be to to if to be to is in to or to to is a a to or is to or to to is a be on 英文文献 翻译 学 生 姓 名： 学 院： 专业及班级 ： 学 号： 指导教师： 2011年 4月 25 日 机械工程英语 第 1课现代制造工程 也许你从来就没想过这样的一个问题之前，但它是你周围的一切。它影响着你生活的一部分。是什么呢？在这样的一种情况下， “它 ”是制造业。其实 “制造 ”是不是你周围的一切。而是人为制造的产品。现在看看你周围。名称有些事情你看到这些制造。椅子，笔记本电脑，蓝色牛仔裤，书籍，地板砖，黑板，灯泡，铅笔，眼镜，近周围的一切你是制造。 制造业是香港的重要的社会。这对我们的经济。一个经济体是生产和销售的产品和服务体系。许多人工作在制造业。他们帮助生产的产品。他们用这些钱购买 他们赚的产品。人们购买的产品越多，越产品的生产。这让更多的人来工作。 制造业也是重要的另一种方式的经济。甲片的材料后，更是值得它被改变成一个有用的产品。这就是附加值。价值是增 加了生产的全部过程。 二现代制造 一个制造业的资源需要三个基本类型：物质资源，人力资源，资本资源。 工业的七个关键要素是组织生产步骤：研究，开发，生产模具，生产计划与控制，质量控制，人事管理，制造，营销。 研发新产品，工艺或材料，旧技术的改进计划。 R D 是这么大，工业世界的重要组成部分，需要与不同的人才很多人。 生产工具是工业元素与这些工具有关。在 器和设备需要做出的产品。 生产计划与控制最重要的部分是路由，调度，调度，并规划布局。机械及设备，必须使生产安 排，能够直接进行顺利，没有荒度时间和精力。 质量控制可以被定义为那些活动，防止缺陷的文章。在尝试这样的形式管理，以确定保证产品将可接受的买家。 营销是让那些谁使他们对那些谁使用它们，有助于提供各种货物的权利给我们，在正确的方式和数额，时间及价格，产品的过程。 第 2课机械工程设计 机械工程设计是工程的主要部分，它涉 及的概念，设计，开发，改进和应用机器及各种机械设备。对于许多学生，机械工程设计是他们的第一个专业的工程课程之一。专业工程关注的是获得解决实际问题，工程师们能够设计出更好的解决实际问题。在机械工程设计中的大多数问题没有唯一正确的答案。因此，现代机械工程师能够产生显着更好的解决方案，以满足今天的需要。工程师一定要使用现有的最佳科学信息的理解以及经验，良好的判断力。当考虑一个完整的机器，工程师都认为，要求和约束是相互关联的各个组成部分。现代工程师已慢慢的变多地安全，生态，更广泛的考虑和整体有关 “生活品质 ”。 好的设 计需要尝试新的想法并愿意采取了一定的风险，因为他们了解如果新的观点并不工作中存在的办法能够恢复。因此，设计者必须要有耐心，因没有时间和扩大的努力取得成功的保证。创建一个全新的设计，常常要许多旧的和行之有效的方法，将重点放在一边。这并不容易，因为许多人抱着熟悉的想法，技巧和态度。设计工程师必须不断寻找方法来改进现有产品，必须决定哪些旧的，成熟的概念，应使用什么新的，未经试验的想法应该被纳入。 新的设计通常有 “错误 ”或之前，一定要制定新设计出来的优良特性，可享有不可预见的问题。因此，有一个优越的产品的机会， 但只有在较高的风险。应该强调的是，如果设计不保证激进的新方法，这种方法不能申请的改变而而已。 在设计的开始阶段，创意应该允许繁荣没有大量的约束。尽管许多不切实际的想法有几率发生时，通常很容易消除在设计的早期阶段，他们之前是由公司生产所需的细节。通过这一种方式，创新的思想不是抑制。很多时候，一个以上的设计，开发，到那里他们能够相互比较点。这是完全可能的是，最终设计将接受使用心得在被拒绝的设计，没有过多的整体表现为一个现有的承诺。 另一项重要的一点，应该承认的是，设计工程师一定要能与其他人交流意见，如果他们要纳 入。传达给其他人设计的最后，在设计过程中的重要一步。毫无疑问，许多伟大的设计，发明和创新工程已失去了人类只是因创始人是无法或不愿解释他们的成就给其他人。演讲是一个销售的工作。这位工程师，当提出一个新的解决方案，行政，管理或监督人，正试图出售或向他们证明这个解决方案是一个更好的。除非这是能做到成功，获得的时间和精力花在解决方案已经在很大程度上浪费了。 1 宁学 毕业设计 (论文 ) 台式数控等离子切割机设计 分 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 2 摘要 随着科学技术的发展， 等离子切割机 的应用也显得 越来越频繁，先进 切割 技术的发展总是不断地从新科技的成果中获得新的起点。目前， 等离子切割机 技术在电子科技、计算机技术及机器人的制造中都起着重要的作用。无论在啥状况下， 等离子切割机 才能提高焊接的水平和质量。我们只有将数控 切割 机技术和焊接跟踪技术有效的结合才可以更好的推动新科技的发展，因此数控 切割 机的设计对于解决这一难题至关重要。 关键词： 切割 技术 ， 机构设计 ， 等离子切割机 3 of of is of is of in At an in of In of We NC in to of so NC is 4 目 录 摘要 . 录 . 1 章 绪论 .式数控等离子切割机的研究目的及意义 . 9 式数控等离子切割机背景 . 9 式数 控等离子切割机简介 . 9 义 . 9 究现状及发展的新趋势 . 9 课题研究的内容及方法 . 主要的研究内容 . 设计的基本要求 . 关键的技术问题 . 12 第 2 章 总体方案机构设计 .计概念 . 12 计原理 . 12 案讨论 . 13 第 3 章 X 结构及传动设计 . 向滚珠丝杆副的选择 . 15 程确定 . 15 定丝杆的等效转速 . 15 计工作台质量及负重 . 15 定丝杆的等效负载 . 15 定丝杆所受的最大动载荷 . 16 度的选择 . 17 择滚珠丝杆型号 . 17 核 . 17 5 界压缩负荷验证 . 18 界转速验证 . 19 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 19 机的选择 . 20 机轴的转动惯量 . 20 机扭矩计算 . 21 第 4 章 Y 向结构设计 . 轴滚动导轨副的计算、选择 . 23 珠 丝杠计算、选择 . 24 进电机惯性负载的计算 . 26 第 5 章 主要零件的数控加工 .始参数设定 . 29 建刀具 . 30 建加工操作 . 31 拟刀轨及后处理 . 33 总结与展望 .考文献 . 谢 .6 7 8 9 第 1 章 绪论 式数控等离子切割 机 的研究目的及意义 式数控等离子切割机 背景 在现代工业中，生产的全部过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平慢慢的升高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备， 用来 提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。 当然，也不排除 的焊接工艺流程。我们得知焊接 技术 已经渗透到所有的领域并且被普遍的使用。 根 据资料显示，我国每年钢铁的产量一般在 3 亿吨左右，其中有一半以上的钢 有用到 焊接 技术 加工。我国每年的焊接设备需求量 金额 超过 50 亿元。 既然 焊 接 机 能够这么普遍地应用在所有的领域， 它 肯定具备了很大的市场竞争力 。 式数控等离子切割机 简介 龙门式数控火焰 /等离子切割机采用驱动， 即切割头， 运行稳定，配置好，工作效率 很 高，可 以 用于各种异形碳钢、锰钢、不锈钢等金属材料的大、中、小型钢板下料。还可根据用户 的 要求配置多把割炬。 义 用方管对焊 的 结构，具有刚性好，精度高，自重轻，惯量小的特点。所有 的 焊接件均 采用 振动时效去应力处理，有效的防止了结构变形； 向驱动：横向导轨 则 采用 了 台湾进口的直线 式 导轨，纵向导轨是由精密加工的特质钢轨制成 的 ，保证了切割机的运行平稳，精度高，且经久耐用，清 洁美观； 究现状及发展趋势 激光切割机的切割速度快，精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时，又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展，所以要对激光切割有很高的重视程度，这就将激光切割机的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入，这就带动了国内企业开发、生产激光切割机。 10 外焊接机的发展概况 焊接产品中有许多曲线的焊接，在我国一般采用手工焊接。手工操作具有一定的优势，但也，存在着人员管 理难、工人培训周期长、生产环境恶劣、劳动强度大、焊接质量难以稳定的保持、容易产生夹杂、气孔等缺陷、焊接成本高、生产效率低一系列的问题等。为了克服上述种种弊端，焊接科技工作者研究出了多种自动化焊接设备，如仿形焊接机，焊接机器人，三维数控焊接机等。 近些年来我国焊接技术的整体发展水平比较好，尤其是逆变式焊机技术现已成熟，正在全国推广应用。波控、智能及自动、半自动焊接技术快速发展。自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品也迈开了一大步。 2000 年我国点弧焊机器人已达到 980 台。可是尽管如此，我国的焊接设备 还是不能满足国内工业的生产需求。 我国从 20世纪 80年代开始进行大型机床等机械产品焊接结构的研究， 20 多年来已取得长足的进步。焊接结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。 在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加 20 世纪 90 年代开始从国外陆续引进先进的焊接设备。并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的焊接工艺，提高了焊接效率和产品质量。焊接在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一 。目 前，已有多 种焊接工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。自十一五期间开始进行高效焊接技术的探索以来，至今已取得令人欣喜的成绩。 近年来，我国在大型贮罐焊接、球形贮罐焊接、铝镁合金料仓焊接等领域中，已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺，如球罐全位置自动焊工艺和装备已在国内开发成功，它将为进一步推动焊接自动化发挥重要作用。 在当前， 台式数控等离子切割机 的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用焊接 台式数控等离子切割机 ，称之为固定结构的传统 台式数控等离子切割机 ，其运动特性使特定 台式数控等离子切割机 仅能适应一定的范 围 ， 花费成本较大，不利于 台式数控等离子切割机 的发展。 很数移动焊接 台式数控等离子切割机 还有焊缝跟踪的功能 ,其不足之处就是在焊前必须通过人为的方式 ,帮助 台式数控等离子切割机 找到合适的位置并且放好，通过人工将 台式数控等离子切割机 本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动 台式数控等离子切割机 是有轨移动焊接 台式数控等离子切割 11 机 ，只是现有的移动焊接 台式数控等离子切割机 技术在 焊接中的应用， 还不能满足要求，而当前的移动焊接 台式数控等离子切割机 技术有相当的发展。也就是说 台式数控等离子切割机 的自主性还跟不 上工业发展的脚步。 未来的发展趋势可分为以下三个方面： 2 1 选择视觉传感器来进行传感跟踪：因为与图象处理方面相关的技术得到发展； 2 采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的焊接任务； 3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动焊接 台式数控等离子切割机 的控制所采用。 课题研究的内容及方法 要的研究内容 在查阅了国内外大量的有关焊接 台式数控等离子切割机 设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑焊接 台式数控等离子切割机 结构特点、具 体作业任务特点以及焊接 台式数控等离子切割机 的推广应用，分析确定使用三自由度关节型焊接 台式数控等离子切割机 配合生产工序，实现自动化焊接的目的。 为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下 : 1 根据现场作业的环境要求和数控锡丝点焊机本身的结构特点，确定数控锡丝点焊机整体设计方案。 2 确定数控锡丝点焊机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发，完成数控锡丝点焊机各零部件的结构设计； 4 完成主要零部件强度与刚度校核。 计要求 1 根据所要实现 的功能，提出 台式数控等离子切割机 的整体设计方案 ； 2 完成 台式数控等离子切割机 结构的详细设计 ； 3 通过相关设计计算，完成电机选型； 4 完成 台式数控等离子切割机 结构的三维造型； 绘 制 台式数控等离子切割机 结构总装配图、主要零件图 。 12 键的技术问题 1 方案选择 2 整体的支撑架设计（龙门结构及悬臂结构的选择） 3 机构设计 4 强度校核 第 2 章 总体方案 机构设计 计 概念 整体的支撑架采用龙门结构 在工程中我们常用的整体支撑架结构有龙门结构和悬臂梁。所谓的悬臂梁就是 梁的一端为不产生 轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力）。 而 龙门结构通俗地说 就是 一根横梁连接两个支腿与地面紧固组成的像一个门框一样的结构。因为他是双支撑结构区别于单支撑和悬臂结构，所以结构特别简单。 计原理 数控点焊机的设计应满足一下几个条件 首先就是必须 保证工件定位可靠 的可靠性， 为了使工件、 焊枪 与 焊接点 保持准确的相对位置，必须根据要求的 焊接点 ， 去选择合适的定位机构 。 再者就是要 有足够的强度和刚度 除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到焊接 枪 在运动过程中 产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度 可能会 发生折断或 者 弯曲变形， 所以 对于受力较大的进行强度、刚度计算 是非常必要的 。 最后要 尽可能 做到 具有一定的通用性 如果可以 ，应考虑到产品零件变换 的问题 。为适应不同形状和尺寸的 零件 ， 为满足这些要求， 可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。 X 轴采用丝杠加导轨形式 ： 横向 电动机 联轴器 横向 滚珠丝杠（导轨） 向电动机 联轴器 纵向滚珠丝杠 大托板 13 案讨论 悬臂梁 在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。在 实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。龙门结构制作方便，承受负载大，结构稳定，工程上广泛应用。 考虑到上述问题 该课题的整体结构采用龙门结构。 14 第 3 章 X 结构及传动设计 表 3支承方式 简图 特点 一端固定一端自由 结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低 设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。 一端固定一端游动 需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂 ，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式 一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。 两端固定 只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。 15 向 滚珠丝杆副的选择 滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构 。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。 设 00快进给速度为 18m/轴箱大概质量为 50作台大概质量为 80动部件 大概质量为 30作台最大行程为 300 程确定 电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比 i=1, 选择电机 Y 系列异步电动机的最高转速 g i n ,/1 5 0 0m a xm a x 最大转矩，则丝杠的导程为 121 5 0 0/1 8 0 0 0/ m a xm a x 取 2 确定丝杆的等效转速 基本公式 (/ h 最大进给速度是丝杆的转速 m (1 5 0 012/1 8 0 0 0/m a xm a x h 最小进给速度是丝杆的转速 m (0 8 丝杆的等效转速 m )(/()( 212m i a x m 式中取 21 2 故 m i n )/( 0 0)/()( 212m i a x m 计工作台质量及负重 主轴箱 重 量 9 6 011 工作台重量 移动部件 重量 定丝杆的等效负载 工作负载是指机床工作时，实际作用在 滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 K 为颠覆力矩影响系数，一般取 课题中取 丝杆所受的力为 16 x 2 1 5 52 2-)2 2(-)2 2( 3a x ）（）（）（0F 其等效载荷按下式计算（式中取 21 ， 12 2n n ） m 1494)( 312211223m i a x 定丝杆所受的最大动载 荷 316 060 )nT(查表：取 表：取 ） 表：取 1） 表：取 1） 查表：取 1） 丝杆的工作寿命为 15000h 由上式计算得 7300N 表 3h 表 317 表 3 3 精度的选择 滚珠丝杠副的精度 对 电气机床的定位精度 会有影响 ，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度 是 最明显 的 。一般在初步设计时设定丝杠的任意300程变动量 300V 应小于目标设定定位精度值的 1/3 1/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级 3级（ 1级精度最高）， Z 轴为 25级，考虑到本设计的定位精度要求 及其 经济性，选择 轴 精度等级为 3级，级。 择滚珠丝杆型号 计算得出 则 23) 称直径 2选择 内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副， 丝杆的型号为 3。 公称直径 0杆外径 钢球直径 丝杆底径 圈数 =3 圈 0 刚度 73N/ m 核 滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度 S，丝杆副内滚道 的接触刚度 承的接触刚度 18 螺母座的刚度 不同支撑组合方式计算而定。 界压缩负荷 验证 丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算： cr m a 式中 性模量 E 钢 =N/ m） N） =丝杆最小截面惯性距（ 442 )464 wo 式中 丝杆螺纹不封闭长度 作台最大行程 +螺母长度 +两端余量 00+148+2088撑距离 u，选取 20入上式计算得出 见 临界压缩负荷满足要求。 19 界转速验证 滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速求丝杠的最高转速： 22230 式中： A= 24 . 210*d2d 位 p=03(Kg/m) 位为 本设计中该值为48/2+300+(6202=440K 取 2K =0.8 推 过计算，得出 04 r ，该值 大 于丝杠临界转速，所以满足要求。 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 丝杠系统的轴向拉压系 统刚度 式中 A 丝杠最小横截面， 222 ()4A d m m； 螺母座刚度 000N/ m。 当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中， L 植分别为 75000 经计算得： m 20 k 式中 滚珠丝杠副的拉压系统刚度 (N/ m)； 螺母座的刚度 (N/ m)； 000 N/ m 丝杠副内滚道的接触刚度 (N/ m)； 丝杠本身的拉压刚度 (N/ m)； 轴承的接触刚度 (N/ m)。 经计算得丝杠的扭转振动的固有频率远大于 1500r/满足要求。 机的 选择 步进电机 是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲的频率。步进电机具有惯量低、定位精度高、无累计误差、控制简单等优点， 所以广泛用于机电一体化产品中。选择步进电动机时首先要保证步进 电机的输出功率大于负载所需的功率，再者还要考虑转动惯量、负载转矩和工作环境等因素。 机轴的转动惯量 a、回转运动件的转动惯量 328 上式中： d 直径 ,丝杆外径 d= 长度 =1m P 钢的密度 =7800 2kg/m 经计算得 b、 X 向直线运动件向丝杆折算的惯量 22 21 上式中： M 质量 X 向直线 丝 杆螺距（ m） P=计算得 2 c、联轴器的转动惯量 查表得 20004.0 因此 28- 0 0 2 8 k 0 机扭矩计算 a、 折算至电机轴上的最大加速力矩 m 上式中： 500m a x J=m2 加速时间 系统增量，取 15 计算得 算至电机轴上的摩擦力矩 20f 上式中： 导轨摩擦力， f，而 f=摩擦系数为 2N P 丝杆螺距（ m） P= 传动效率， = 传动比， I=1 经计算得 2 c、折算至电机轴上的由丝杆预紧引起的附加摩擦力矩 1( 2000 上式中 滚珠丝杆预加载荷 1500N 0 滚珠丝杆未预紧时的传动效率为 计算的 M 则快速空载启动时所需的最大扭矩 f a x 根据以上计算的扭矩及转动惯量，选择电机型号为 额定转矩为 23 第 4 章 Y 向结构设计 轴 滚动导轨副的计算、选择 根据给定的工作载荷 0/P，式中： 作载荷 P=z+W)； 般运行状况 )， 动时受冲击、振动）。根据计算结果查有关资料初选导 轨： 因系统受中等冲击 ,因此取 ,0 . 5 ( )O S L X Z X YC f Wx Z S L S L 0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 7 1 . 5 8 ) = 1 3 3 5 . 7 9 0 . 5 ( F + W ) = 0 . 5 ( 2 0 0 0 + 6 5 5 . 2 ) = 1 3 2 7 . 6 f P = 4 1 3 3 5 . 7 9 = 5 3 4 3 . 1 6 f P = 4 1 3 2 7 . 6 = 5 3 1 0 . 4 N根据计算额定静载荷初选导轨 : 选择汉机江机床厂 其型号为 :本参数如下 : 额定载荷 /N 静态力矩 /N*M 滑座重量 导轨重量 导轨长度 动载荷 (17500 26000 198 198 288 60 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M n 4 导轨的额定动载荷 17500N 依据使用速度 v（ m/初选导轨的基本动额定载荷aC(算导轨的工作寿命 额定行程长度寿命 : ()H T C f f CS 20004 500 24 1 , 2 , 0 . 8 1 , 1 ,50 C f f 33 1 1 0 . 8 1 1 7 5 0 02 5 0 0( ) 5 0 ( ) 1 4 2 4 0 9 . 5 8H T C f f CS k m 导轨的额 定工作时间寿命 : 3102S 3 31021 4 2 4 0 9 . 5 8 1 0 4 9 4 4 7 7 1 5 0 0 02 0 . 6 4 6 0h T h 导轨的工作寿命足够 . 珠丝杠计算、选择 初选丝杠材质： ， 0，导程： 度计算 丝杠轴向力： )( ,m a x (N) 其中： K=动导轨摩擦系数 f=005；在车床车削外圆时 ：z， z，可取 取 f=400 则 : m a xm a . 5 0 . 5 2 0 0 0 1 0 0 00 . 6 0 . 6 2 0 0 0 1 2 0 01 . 1 5 1 0 0 0 0 . 0 0 4 ( 2 0 0 0 6 7 1 . 5 8 ) 1 0 4 5 . 6 8 61 . 1 5 1 2 0 0 0 . 0 0 4 ( 2 0 0 0 6 5 5 . 2 ) 1 2 5 2 . 6 2 1 寿命值： 61060 ，其中丝杠转速 0r/m a 0 / m i 4 0 0 1 5 0 0 036010 最大动载荷： 式中： 等冲击时为 58时为 查表得中等冲击时 1 1则 : 25 333 6 0 1 . 2 1 1 0 4 5 . 6 8 6 7 0 7 9 . 5 83 6 0 1 . 2 1 1 2 5 2 . 6 2 1 1 0 6 8 6 . 5 4 根据使用情况选择滚珠丝杠螺母的结构形式，并根据最大动载荷的数值可选择滚珠丝杠的型号为 : 其型号为： 其基本参数如下 : 其额定动载荷为 14205N 滚珠循环方式为外循环螺旋槽式 ,预紧方式采用双螺母螺纹预紧形式 . 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 名称 计算公式 结果 公称直径0d 20距 t 触角 045 钢球直径 纹滚道法向半径 R 心距 e ( 2 ) s i d 26 螺纹升角 0d 0433 螺杆外径 d 0 ( 0 . 2 0 . 2 5 ) bd d d 杆内径1d e R 杆接触直径2c o d d 母螺纹外径 D 0 22D d e R 母内径（外循环）1 0 . 2 0 . 2 5 5 ) bD d d 1） 传动效率计算 丝杠螺母副 的传动效率为：)( tg =10 ，为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。 00 4 3 3() ( 4 3 3 1 0 ) 0 . 9 6t （ 2） 稳定性验算 丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。 （ 3） 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：1 (故用 60622 2 21 . 6 5 1261 2 5 1 . 8 2 0 . 51 2 0 . 6 1 0 2 . 1 41 2 5 2 . 6 2 10 . 52 0 . 6 1 0 ( / )3 . 1 4 ( ) 2 . 1 46 . 1 2 1 0c C C M 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为 0641 0 0 1 0 01 0 . 56 . 1 2 1 0 1 2 . 2 4 1 0 1 2 . 2 4 lL u m =15 m/m。 进电机惯性负载的计算 根据等效转动惯量的计算公式，有： （ 1）等效转动惯量的计算 27 折算到步进电机轴上的等效负载转动惯量为： 2210 1 2 32( ) ( ) ( )180 J J J 式中： 2为移动部件的质量。 对钢材料的圆柱零件可以按照下式进行估算： 340 . 7 8 1 0J D L 式中 D 为圆柱零件直径， L 为圆柱零件的长度。 所以有： 3 4 2 213 4 2 223 4 2 230 . 7 8 1 0 2 . 4 2 . 5 6 . 4 7 1 0 7 8 1 0 5 . 0 3 . 0 1 4 6 . 2 5 1 0 7 8 1 0 2 . 0 3 0 3 7 . 4 4 1 0 .J k g c mJ k g c mJ k g c m 电机轴的转动惯量很小，可以忽略， 所以有： 2 2 2 2 22 4 0 . 0 16 . 4 7 1 0 ( ) ( 1 4 6 . 2 5 3 7 . 4 4 ) 1 0 2 0 0 ( ) 0 . 7 7 9 3 1 450 1 . 5180dJ k g c m 进电机的选用 (）步进电机启动力矩的计算 设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系： T P s 式中 为电机转角，为移动部件的相应位移， 为机械传动的效率。若取b，则 p，且 () G P 。所以： 3 6 ( ) 2p s 式中：N）， G 为移动部件质量（ N），z 8 的作用在移动部件上的负载力（ N）， 为导轨摩擦系数，b为步进电机的步距角（ , 取 =火钢滚珠导轨的摩擦系数）， .8，P=虑到重力影响，向电机负载较大，因此 1200，所以有： 3 6 0 . 0 1 1 2 5 1 . 8 2 0 . 0 3 ( 2 0 0 0 1 8 0 0 ) 2 3 . 1 4 1 . 5 0 . 8 6 5 . 2 5 .T n c m 考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动 转矩： 0 0 T 取系数为 ： 6 5 . 2 5 1 6 3 . 1 2 4qT n c m对于工作方式为三相拍的步进电机： m a 3 . 1 20 . 8 6 6 0 . 8 6 6 1 8 8 . 3 6 n c m (） 步进电机的最高工作频率 m a xm a x 1000 16676 0 6 0 0 . 0 1 为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率时电机最大静转矩要足够大 ,查表选择两个 90 电机有 关参数如下 : 型号 主要技术参数 相数 步距 角 电压 (V) 相电流 (A) 最大静转矩空载启动频率 空载运行频率 分配方式 90 0 7 000 8000 4相 8拍 外形尺寸 (重量 子转动惯量 直径 长度 轴直径 90 145 9 764 29 第 5 章 主要零件的数控加工 始参数设定 过普通 铣床机加工，将毛坯加工为的方块。 照 “ 粗半精精 的一般顺序进行加工。 始化加工环境，选择“ 入加工环境。 工导航器”中的“几何视图”在左侧“操作导航器”栏选择坐标系设置“ 指定坐标系原点为工件正中央，在间隙设置里指定安全平面，选择工件上表面，设定偏置为 15。如图所示： 30 - 广东技术师范学院天河学院 本科毕业设计开题报告 题 目： 台 式 数 控 等 离 子 切 割 机 系 别 ： 机 电 工 程 系 专 业 ： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 姓 名 ： 何卓坤 学 号 ： 11 指导教师 ： 王永超 年 月 日 - 1 - 广东技术师范学院天河学院 本科毕业设计开题报 告 系 别 机电工程系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 本机制 092 姓名 何卓坤 学号 11 联系方式 题目 台式数控等离子切割机 开题申请：（ 包括选题的意义与目的、文献综述、研究现状、创新思路、论文提纲、进度安排、参考文献等。 ） 一、选题的目的与意义 1. 目的 通常认为固态、液态、气态为物质的三种形态，然而 离子体是物质存在的第四种状态。由于 等离子体中带负电荷的电子与带正电荷的离子处于平衡状态，它可以通过很大的电流，因而具有很高的能量密度和极高的温度。 通 过 控制等离子的能量密度、温度和运行速度等，可以对金属进行切割、焊接和喷涂。等离子切割是利用等离子将被切割的金属加热至熔化状态，然后再利用辅助气体将熔化的金属吹开，达到切割目的 。 利用数控技术，将喷嘴相对于工件的移动轨迹进行编程，使等离子切割机工作自动化，高效率化并降低劳动强度等特点。通过研究等离子切割机的原理，设计出台式数控等离子切割机，实现等离子的全自动化，节省成本，改善劳动环境。 目前，正处于科学技术飞速发展的信息时代，自动化、最优化、集成化、智能化和精密化等使现代机械制造业正经历着巨大的变化， 也是今后发展的必然 趋势。而台式等离子切割机是由原来的手工操作走向自动化、智能化和精密化的机器。 数控 等离子切割机广泛运用于汽车、机车、压 力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构等各行各业。并主要 通过从水蒸气中获取等离子这样安全，简便，有效，多功能且环保的方法对 上厚度的金属进行热加工处理（切割，熔焊，钎焊，淬火，喷涂等等），这在金属加工工业史上实属首创。 而且 数控 等离子 切割机 更加 可以 用 薄片分层叠加成型法，利用计算机 根据 所要 设计 工件形状 来编写程序 的 指令来 切割所需要的 图形的设备 ，为生产复杂零 件的模具提供了一种新的方法。 - 2 - 我的这次毕业设计是对大学四年专业知识的综合运用。通过这次设计，更好的掌握了专业知识，对其也有更深入的理解，这对我将来的工作、学校都是一个莫大的帮助，使我们受益匪浅。 二、文献综述 等离子技术 开始于二战时期军工加工领域， 因为 当时的战局对武器装备的加工速度和品质要求极其强烈，这就促使人们不断地去研究新技术，有很多现代所用的技术都是在那个时候产生的，等离子技术就是其中之一。 在 二战时 期 ，等离子最 初是应用于 焊接领域，当时人们发现通过电流电解的气体可以在焊接点附近形成一道屏障，以防止 氧化。从而使得焊缝更加整齐，连接结构的强度更坚固。 再 后来 ，人们 发现加快气流速度和缩小气孔会引出温度极高的电离弧，而这个温度是当时传统加工工艺所不能及的，因此等离子不仅再作为焊接保护手段更作为直接的焊接工艺出现在人们的视野，这使得军工加工速度和品质成倍的翻新。后来等离子弧渐渐的应用于热切割领域，并表现出了优秀的性能，等离子电弧的引入革命性地提高了切割速度、精度以及切割材质的种类，使人类的加工业获得了质的提高。 在 1948 年，美国军方对军械的精度要求越来越高，一般的加工设备难以适应，；美国美国帕森斯公司 提出了数 字脉冲控制机床的设想，为数控技术的出现奠定了理论依据。在1949 年，该公司和麻省理工学院开始了共同研究。 1952 年，终于试制出第一台三坐标数控铣床。为数控技术投入了实际生产 中打下了基础。在 20 世纪 80 年代初 以来 ，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高。 因此， 数控技术水平的高低已经成为衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。 过去，在 切割 生产中，下料主要靠氧气乙炔的手工割炬来手工切割， 这种加工方法 效率低 下、切割精度不高、且浪费原材料。 然而将等离子切割技术与数控技术相结合的 数控等离子切割技术 却具有效率高，切割精度高，自动化程度高，节省能源和材料 ，并 可以对几乎所有的金属材料进行切割 ，且数控等离子切割还有着切割速度快，工件变形小等优点 。 使得 数控等离子切割技术是现代金属切割技术发展的趋势之一。 三、 研究现状 在 20 世纪 50 年代中期，美国成功研制出了等离子切割技术。 近几年来，由于对切割质量、劳动环境等的要求越来越高，国外的大型水下等离子切割法、精细等离子切割法等先进等离子切割技术得到较快发展，其相 应产品在我国的市场需求量也逐年上升。 而 国外数控切 - 3 - 割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本。其主要厂家有德国的伊萨 (E 梅塞尔(日本的田中 (小池 (美国的 德 (等。能够代表数控等离子切割技术最高水平的 一 家集中在德国，德国伊萨的数控切割机是当今世界上品种最全，功能最多，水平最高，几乎包括了所有非接触式切割手段的数控切割机。 其中续轨迹控制器与 台或双台并联 )水射流式等离子系统配合可以切割130材；与 12高精度 (接近激光切割下限 )切割。 上述配置代表了数控等离子切割机的最高配置，其主要特点如下： (1)自动化切割即等离子切割的全部过程 (如初始定位、引弧、穿孔、切割、调高、升降水等 )均在数控指挥下完成，并可通过编程来修改其参数。 (2)多功能即通过加挂不同附件增加数控机床的柔性，为下道工序提供定位、焊接、储存基础。例如打标记功能可提供安装和定位基准。等离子切割可进行 X、 V、 Y 和 K 形等坡口加工，且不仅可完成直线坡口还可完成曲 线、圆弧形坡口，为焊接提供方便。 (3)水下切割可有效地减小钢板热变形，充分抑制尘粉、弧光、噪声和飞溅。 美国海宝公司的等离子系统代表着当今世界等离子系统的最高水平，其产品规格覆盖从普通等离子、水射流式等离子直至精细等离子等所有热切割用等离子系统。普通等离子电源输出电流为 20 200A，切割厚度可达 50下；水射流式等离子电源输出电流最高可达 1000A，切割厚度可达 130下；精细等离子电源输出电流最高可达 100A，切割厚度可达 12下 ，其中精细等离子割缝宽 数控切割机 配合可达 切割精度。 随着国内经济形势的蓬勃发展以及“以焊代铸趋势的加速，数控切割的优势正在逐渐为人们所认识。数控切割不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控切割机是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，而目前市场需求的数控切割机多为数控等离子切割机，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距 仍极为明显，主要表现为：发达国家金属加工行业 90%为数控切割机下料，仅 10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的 10%，其中数控等离子切割下料所占比例更小。究其原因，较高 - 4 - 的设备成本、复杂和维护和操作制约了数控切割在我国的进一步普及。因此国内数控切割机生产厂家引进了国外控制系统技术，经过二次开发后运用到了切割领域中，设计出了适合我国国情的数控切割机。某些厂家开发生产的专用数控切割设备，在技术上已经达到或超过了国外同类产品。 数控等离子弧切割技术是集数控技术、计算机技术、等离子弧切割技术、检测技术、精密机械技术于一体的高新技术。发展数控等离子弧切割机可以彻底改变国内热切割行业的装备水平 ,扭转热切割工业目前存在的效率低 ,质量差 ,劳动强度大 ,材料利用率低 ,环境脏乱差的局面 ,缩小与国外先进国家的差距。 我国数控火焰切割技术起步于 20 世纪 80 年代中期，而数控等离子切割机则更晚，大部分的数控等离子切割机以经济型机床 (单片机为核心，步进电机为驱动元件 )为主。国内曾经从事过数控切割机制造的厂家一度多达 50 多家，力量分散，许多厂家的前身都是焊割 工具厂，技术基础 比较落后 。在整个 80 年代，国内企业无论是产品结构还是生产规模方面都无力与国外企业竞争 。 但是 进入 90 年代后，国内的一些公司瞄准世界先进水平，不断开发研制数控切割机的新产品，而且有些产品的主要技术指标已达到国外同类设备的先进水平，同时随着市场经济的调控作用，目前国内生产数控切割机的厂家已调整到 20 几家。但综合实力较强且有竞争实力的只有梅塞尔切割焊接有限公司、上海伊萨汉考克有限公司、哈尔滨华崴焊切成套设备有限公司、哈尔滨四海数控机械制造有限公司、深圳市博利昌数控切割设备有限公司、无锡华联焊割 设备厂、北京百惠宏达科技有限责任公司等几家。他们都有自 主科研开发能力，生产规模较大，产品规格齐全，品种多，质量较稳定 。 在行业中起着中坚力量。 国内一些数控等离子切割产品在许多方面已形成自身独有的特点，实现了“自动化、多功能和高可靠性”。在某些方面，产品的技术性能甚至超过了国外的产品，具体体现在： 这是数控等离子切割机成功的关键，只有解决了这一难题，才能实现数字控制下的等离子 软件的特 点如下： (1)采用图形输入方式，比代码输入更加直观，操作快捷方便。 (2)中文界面，更适合中国国情。 (3)输入方式多元化，所有调控指令化。 - 5 - (4)利用自动套料编程软件，可提高板材利用率 10%左右。 该系统具有 100%暂载率和完备的数控接口、弧压接口、遥控接口，并提供全套的接口附件，从而实现与数控系统的紧密结合。 总结 随着现代制造业的发展，机械加工对于数控机床提出了更高的要求，等离子切割机作为现造船业、汽车业、航空业重要的数控装备， 高速高精度 成为其最求的目标。我国的数控等离子切割机市场需求会越来越大。然而我国的等离子切割系统平台长期依赖进口，但是随着我国的技术的发展，数控等离子切割技术会逐渐摆脱当前困境，并在国内外行业中成为一股不可忽视的力量。 四、 创新思路 本次设计的 台式数控等离子切割机是集高速、精密、小型化的台式切割机。台式数控等离子切割机采用人机界面，方便安装，操作简单。 而且 台式数控等离子切割机是采用等离子切割模式，特别适用于中、簿有色金属板材、不锈钢和碳钢板材的自动化切割下料。 交流伺服电机分为同步和异步电机两种。 同步电动机的功率因数可 以调节 ,同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。异步电机负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。 直流伺服电机分为有刷和无刷电机，有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），会产生电磁干扰，对环境有要求。因此它能够适用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无 刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用在所有环境。 统操作起来比较人性化一点，特别是在加工平面，槽，孔系等方面比起 统由于市场占有率较高，学习的人较多，因而有着广泛的影响力。 而且 统 具有和高的可靠性，功能全，适用范围广等特点。 考虑到台式数控等离子切割机是小型化生产 ，要求智能化要求高、运动平稳、效率高。本次设计采用直流无刷伺服电机和 控系统，因为直流无刷伺服电机体积小、出力大、容易实现智能化； 统的系统软件功能比较齐全，能满足工作要求，且具有强大的 6 - 功能，是 机床之间的数据能够可靠完成。 五、 毕业设计 提纲 六、进度安排 序号 任务名称 时间 1 毕业设计开题报告 第七学期第八周 第十三周 2 主要设计工作，包括草图、结构设计及工程图等 第七学期第十四周 第十九周 3 中期检查 第八学期第三周 4 上交初稿（包括图纸、说明书、外文资 料），老师审阅初稿，提出修改意见。 第八学期第六周末 5 交终稿（上交所有资料的纸质和电子版） 第八学期第十一周 6 答辩 第八学期 第十二周第十三周 (前 ) 七、 参考文献 1 成大先，机械设计手册 ， 化学工业出版社 ， 2 赵家瑞 ， 等离子弧切割技术的发展的新趋势 J， 现代焊接 ， 2001(01) 3 呼刚义 ,关雄飞 ， 宏程序在具有特殊轮廓零件数控编程中的应用 J， 制造业自动化 . 2011(23) 4 武亚鹏 ,侯建伟 ， 浅谈数控等离子切割机 J， 金属加工 (热加工 ). 2011(06) 5 郑勐 ， 数控等离子切割机开发设计中的关键技术研究 D， 西安理工大学 2004 6 胡琛 ， 等离子切割机数控系统的研究 D， 武汉科技大学 2008 7 张文武，等离子切割智能控制策略的研究 D,广东工业大学 2012 8 王富国，计算机控制等离子切割机 J，宇航材料工艺 1994 年 第 4 期 9 王苏卫，机车车辆工艺 N， 1991 年 第 2 期 10 李荣军，数控等离子 切割机的特点及维护、保养 R，新技术研究与推广，2012 年 第 2 期 11 黎明英，颜拥军，汪琳霞，龙斌，数控等离子切割机切割枪自动高低调节系统 N, 南华大学学报（理工版），第 18 卷第 2 期 - 7 - 12 卜玮晶，数控等离子切割技术的应用与工艺控制 C,长春工业大学 人文信息学院 13 陈洁，郑鹏，数控等离子切割技术及应用 J,新技术新工艺 200 年 第 2期 14 陈文清，曾朝阳，何群学，数控火焰 /等离子切割机控制管理系统的研究 N，第 9 卷第 3 期 15 周敏，陈世兴，周 磊， 统指令比较研究 N,广东技术师范学院学报 2008 年第 6 期 指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 教研室或系审核意见： 教研室（系）主任签名： 年 月 日 备注： 本开题报告须装入学生的毕业论文（设计）档案袋存档。

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