【正文】 切割方式分類： （ 1）數(shù)控高壓水射流切割機(jī)：數(shù)控水刀切割時避免了熱變形。廣泛地適應(yīng)于各種材料的切割加工，被譽為“萬能 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 毫米，便于套料切割，可以節(jié)約材料 [5]。同時加工過程申也不會產(chǎn)生廢物來污染環(huán)境。并且數(shù)控 水刃 對于那些特殊的、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，切削費用大。 （ 2）數(shù)控等離子切割機(jī)：它的切割種類多，幾乎所有金屬板材都能夠切割，效率同時還較高，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，能 有效消除掉切割時產(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)點在于切割速度快，切割精度高；但是目前發(fā)展的水平還不足以彌補它價格的異常昂貴 [1]，切割費用高等問題。目前來說，它僅適用于加工精度要求極高的特種行業(yè)。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 （ 4）數(shù)控火焰切割機(jī)：它有較強的割切能力，并且切害費用更加低。但切割精度低又變形大，速度低并且需耍較長穿孔禾口預(yù)熱的時間，對現(xiàn)在的全自動化操作需求比較難滿足等問題。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）專用 其他特殊切割沒備：例如數(shù)控形材、管材切割機(jī)和其他的非金屬專用切割沒備等。 二、按結(jié)構(gòu)分類： （ 1）龍門式數(shù)控切割機(jī)：如圖 所示它具有傳統(tǒng)龍門式機(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，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 ，在小車式切割機(jī)基礎(chǔ)上，添加數(shù)控系統(tǒng)以及相關(guān)傳動裝置。但它外形上基本沒有太大改進(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 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）臺式數(shù)控切割機(jī)：如圖 ，外型類似于加上一臺小型龍門式切割機(jī)于工作臺上。這種切割機(jī)很適合切割薄板，所以被廣泛地應(yīng)用在汽車鈑金與廣告行業(yè)。 （ 5）相貫線數(shù)控切割機(jī)：如圖 這種切割機(jī)屬于專用切割機(jī)，有特殊的結(jié)構(gòu)。它專用于切割各種管材和圓柱型材。由于其專用切割條件，目前國內(nèi)對此種切割機(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（論文） 3 圖 不同結(jié)構(gòu)數(shù)控切割機(jī) 數(shù)控水刀切割機(jī)研究背景 世界上第一個應(yīng)用高壓水射流切割技術(shù)的專利產(chǎn)生自美國，十多年以來，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)的各個方面。高壓水射流作為清洗和切割工具具有獨特優(yōu)越性。隨著高壓水射流裝備的快速發(fā)展，這項枝術(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。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 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]，而且工藝簡單。因而其泠切割性能是無與倫此的。 日前，我國機(jī)械工業(yè)鋼材使用量己突破 3 億噸，從此可見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 [8]。因此，數(shù)控切割機(jī)的市場潛力是巨大的、市場前景相當(dāng)?shù)臉酚^。 從各類數(shù)控切割機(jī)的應(yīng)用范圍來看，我國在數(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]。正在扎實地走向國際尖端科技水平，并逐步提高市場競爭率和市場占有 率。在我國科技實力不斷提升的今天，我國的一些數(shù)控切割產(chǎn)品已逐漸走向世界前端，并形成自己獨有的優(yōu)勢和特點。體現(xiàn)了高自動化、多功能化和高可靠性的特點 [15]。甚至在一些產(chǎn)品的技術(shù)性能方面，超越了國外產(chǎn)品。隨著我國制造業(yè)、生產(chǎn)工業(yè)的快速崛起，全自動化、智能化和人性化己成為設(shè)計產(chǎn)品的主流沒計因素。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的工業(yè)領(lǐng)域水平和生產(chǎn)效率。因此，更自動化，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 [3]。 數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺基本原理 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)雜又簡單。當(dāng)被加壓至很高壓力的水從特制級小開孔的嘴噴通過時 (直徑 到 )將會產(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請冼設(shè)備請冼等不同的表面。 超高壓水的形成原理是高壓泵。增壓器的大話塞由油泵來白勺低壓油推動并使其住復(fù)運動，而換向閥自動控制大話塞的話動方向。另一方面先由供水系統(tǒng)對水進(jìn)彳亍凈化處理，低壓水由水泵打出，并進(jìn)入到增壓器被話塞增壓。且需要將湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 高壓水進(jìn)入到蓄能器來穩(wěn)定它，最終流到噴嘴來穩(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達(dá)到增強切割能力和加工硬質(zhì)材料的目的。 圖 高壓水射流切割原理圖 龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺設(shè)計的目的及意義 我國從美國引進(jìn)許多昂貴的水切割系統(tǒng) , 用來切割多種不同材料 [13]。然而加工速度較慢、加工效率較低、加工精度不理想等問題 ,因而未能在我國得到廣泛應(yīng)用。高壓水射流切割方面的工藝技術(shù)研發(fā) ,可通過優(yōu)化工藝來改善加工 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，橫向與縱向跨距比較大，適合于大型板材的加工 [7]。而龍門式數(shù)控切割機(jī)因為它能添置多把水刀相對而言，更加穩(wěn)定。有的甚至能夠?qū)崿F(xiàn)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 多頭的直條切割。 龍門數(shù)控切割機(jī)的運動主要包括了四個方面：水刀架升降臺的橫向 — 整機(jī) 縱向移動 (X— Y 方向傳動 )，和水刀的預(yù)設(shè)運動。 本次畢業(yè)設(shè)計的研究范圍為 X 和 Y方向 上的兩向傳動，分別分區(qū)域設(shè)計水刀架升降臺的橫向移動 (X方向傳動 )，切割機(jī)整機(jī)的縱向移動 (Y 方向傳動 )，采用學(xué)過的運動合成原理，對目前切割機(jī)的傳動系統(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，在滿足所需的加工精度要求前提下，符合國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)前提下，保證足夠的工作可靠性，達(dá)到簡潔方便的操作要求；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 河?xùn)|校區(qū)龍門式數(shù)控水刀切割機(jī) proe 圖 本次畢業(yè)設(shè)計，需要完成的主要內(nèi)容有： 1）龍門式數(shù)控水刀切割機(jī)工作臺的總體設(shè)計要求和部分設(shè)計； 2）相關(guān)主要參數(shù)的設(shè)計和計算； 3）主要零部件的設(shè)計以 及受力分析； 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 4）編寫設(shè)計說明書； 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（論文） 8 第 2 章 進(jìn)給運動系統(tǒng)裝置方案的設(shè)計 數(shù)控切割機(jī)進(jìn)給運動部件設(shè)計 數(shù)控 切割機(jī)進(jìn)給運動系統(tǒng)，需同時對進(jìn)給運動的運動速度和位置達(dá)成自動控制的目的。對比于普通機(jī)床，數(shù)控切割機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)的定位要求較高，動態(tài)響應(yīng)能力良好。其傳動系統(tǒng)裝置：將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成工作臺的直線運動的機(jī)械傳動鏈。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)給運動系統(tǒng)的傳動精度和穩(wěn)定性，要求對機(jī)械部分的設(shè)計能盡可能地消除配合間隙，減少運動摜量， 導(dǎo)向與運動件的降摩低擦，提高動傳的剛和度精 度。同時，因為系統(tǒng)受到進(jìn)給運動負(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副。對已經(jīng)保證過加工精度的那些傳動元件，選擇合理的支承形式以及有效正確的預(yù)緊方式來改善傳動系統(tǒng)的剛度。遵循最佳傳動比原則，來選擇最合適的降速比，這樣來提高機(jī)床精度，最后減少大部分系統(tǒng)傳遞到驅(qū)動軸上的慣量。 圖 進(jìn)給傳動系統(tǒng) CAD 總裝圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 電動機(jī)與絲杠的聯(lián)接方式 數(shù)控切割機(jī)驅(qū)動進(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)到無級調(diào)速。步進(jìn)式電動機(jī) 交流伺服電動機(jī)和直流伺服電動機(jī) [11]。以上三種電機(jī)都可以實現(xiàn)進(jìn)給驅(qū)動，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)式電動機(jī)雖容易控制，成本低廉，但因其失步會引起控制誤差，且轉(zhuǎn)速有限，所以排除掉。直流伺服電機(jī)性能好，過載能力強，易平滑調(diào)速，制動和熱動的轉(zhuǎn)矩較大，已在國內(nèi)得到非常廣泛的使用。較為理想的驅(qū)動元件是交流伺服電動機(jī)，維護(hù)工作比直流電機(jī)更加易行簡單。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)到無級變速 要求 [11]。當(dāng)運用不同的驅(qū)動元件時，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)也隨之有所不同。電動機(jī)和絲杠間的聯(lián)接方式基本分為三種形式，如圖 所示 : (1) 通過齒輪傳動聯(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副來達(dá)到預(yù)期的降速比要求，如圖 22a 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)?shù)凝X側(cè)間隙，方能進(jìn)行正常的工作運轉(zhuǎn)，但同時側(cè)齒間隙會引起給進(jìn)運動系統(tǒng)中的反向那邊的矢動量 [1]。因此，齒輪傳動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?？墒欠N此聯(lián)接方式結(jié)構(gòu)的機(jī)械也會變得 相對要復(fù)雜一些。 (2) 通過同步帶輪聯(lián)接 如圖 22b 所示，即為此種方式聯(lián)接的進(jìn)給運動，它的機(jī)械機(jī)構(gòu)相對簡單。同步帶輪傳動兼具鏈傳動與帶傳動的優(yōu)點，能實現(xiàn)精準(zhǔn)的傳動比，傳動較為平穩(wěn)，張緊力需求很小，甚至幾乎不需張緊力 [13]。同時軸端壓力較小，傳動的效率很高，基本能保持傳動效率在 98%右左。同步帶輪因為薄輕，能達(dá)到高速傳動，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，可選擇直徑較小的帶輪，使得整個結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且有效減小齒輪傳動時引起的振動和噪聲，保養(yǎng)起來也更為方便 [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) 通過聯(lián)軸器聯(lián)接 如圖 22c 所示，即為聯(lián)軸器聯(lián)接，從而達(dá)到進(jìn)給運動系統(tǒng)的高傳動高度與高傳動精度的要求。同時它有效地簡化了進(jìn)給運動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) [6]。因此這種聯(lián)接方式一般被運用于加工中心或精密數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運動系統(tǒng)中 。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 (c )(b )(a ) 圖 電動機(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（論文） 11 第 3 章 Y 軸傳動部分 設(shè)計 計算 對絲杠的設(shè)計和計算 絲杠螺母副分為：滑動絲杠螺母副和滾珠絲杠螺母副。 （ 1） 滾珠絲杠螺母副特點：系統(tǒng)剛度好 傳動效率和精度高，運動具有可逆性，壽命長，不能自鎖，制造工藝復(fù)雜 [8]。 （ 2） 滑動絲杠螺母副特點：因結(jié)構(gòu)無需耍添加自鎖裝置，適合升降臺?？蓽p輕升降臺工作能耗，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)更方便 [8]。 由于工作臺要實現(xiàn) X、 Y 軸向運動，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。 圖 進(jìn)給運動裝配簡圖 主要技術(shù)指標(biāo)： 定位精度： 177。 ；驅(qū)動速度 0~8000mm/min；射流最高切割壓力 P：350MPa；水噴嘴直徑： ；系統(tǒng)流量： 0~滑塊 電機(jī) 直線滾動導(dǎo)軌 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 空載摩擦阻力 fF 和加工時摩擦阻力 jfF 的計算 分析工作時受力： 圖 龍門架最大受力圖 水刀架升降臺 Z 方向支架 ： 1m gv?? 鐵 滑 體