【正文】 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 切割機(jī)的研究現(xiàn)狀 1958 年英國氧氣公司試制成功了世界上第 1 臺數(shù)控切割機(jī)，開創(chuàng)了數(shù)控切割的新紀(jì)元。隨后，發(fā)達(dá)國家都相繼開展了對數(shù)控切割的技術(shù)、工藝、相關(guān)配套軟件和設(shè)備的深入開發(fā)研究工作，如今，針對不同的工件對象，人們可分別采用數(shù)控、機(jī)器人切割等多種切割方法；為了滿足各種材質(zhì)的切割性能和精度要求，又可以選用火焰、等離子、激光等與之相適應(yīng)的切割工藝，真正達(dá)到了為用戶提供全面解決問題的方案。 我國數(shù)控切割技術(shù)開發(fā)研制是在 20 世紀(jì) 80 年代初、伴隨著微電子技術(shù)的成熟并獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上開始起步的， 經(jīng)歷 20 多個春秋的持續(xù)發(fā)展，終于取得了可喜的成就。目前國產(chǎn)數(shù)控切割產(chǎn)品的種類和規(guī)格已相當(dāng)齊全，其中部分產(chǎn)品在技術(shù)、性能、指標(biāo)和功能上均已接近或達(dá)到國際上同類產(chǎn)品的水平。 在此就數(shù)控切割技術(shù)在我國應(yīng)用情況作一個回顧，并對其介紹其優(yōu)缺點。 數(shù)控火焰切割 20 世紀(jì) 70 年代中期，我國研究了船體線型的數(shù)學(xué)光順及曲面外板展開的計算機(jī)輔助設(shè)計程序，該程序系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出結(jié)果可用于數(shù)控加工，從而使船體鋼板下料切割不再需要經(jīng)過實尺放樣 ——制作樣板 ——在鋼板上畫線 ——用手工或半自動切割這么多道繁瑣的工序，由此而來 ，應(yīng)用數(shù)控切割船用鋼板的優(yōu)越性立刻展現(xiàn)出來，它既節(jié)省了工時、放樣臺場地和樣板材料，又能減輕工人勞動強(qiáng)度，極大地提高了工效。 數(shù)控等離子切割 我國數(shù)控等離子切割技術(shù)開發(fā)研制是在數(shù)控火焰切割技術(shù)趨于成熟并獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上開始的。 20 世紀(jì) 80 年代末、 90 年代初，鋼板和其他金屬材料的切割量急劇增大，高速度、高效率的數(shù)控等離子切割技術(shù)日益受到包括造船在內(nèi)的制造業(yè)界的重視，而當(dāng)時國產(chǎn)設(shè)備還一時無法擔(dān)此重任，許多廠不得已只能花巨資，率先從國外引進(jìn)數(shù)控等離子切割機(jī)，以解生產(chǎn)上的燃眉之急。大量進(jìn)口機(jī)器的接踵而至 ，給國內(nèi)同行以極大的鞭策，更激發(fā)了我們發(fā)憤圖強(qiáng)研制先進(jìn)設(shè)備以替代進(jìn)口設(shè)備的使命感和緊迫感。另一方面，國外先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)，也為我們提供了難得的學(xué)習(xí)和借鑒機(jī)會。經(jīng)歷了消化學(xué)習(xí)、潛心鉆研，并在關(guān)鍵技術(shù)上采取引進(jìn)和自主開發(fā)的措施，使我國數(shù)控等離子切割技術(shù)研制水平在高起點上得到了質(zhì)的飛躍，因此國產(chǎn)數(shù)控等離子切割機(jī)從降生之日起就基本實現(xiàn)了自動化程度高、功能齊全、運行可靠、性價比高的發(fā)展目標(biāo)，并很快被我國邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 所認(rèn)知和接受，從此成為國外進(jìn)口設(shè)備強(qiáng)勁的競爭對手。 數(shù)控激光切割 激光切割所形成的割縫窄，能提高零件尺寸精 度和材料利用率；割縫質(zhì)量好，無掛渣、邊緣垂直、表面光滑。在那些需要高精度、高效率切割薄板的領(lǐng)域，數(shù)控激光切割機(jī)仍然是首選設(shè)備。另外，激光切割還有能量密度高，切割熱影響區(qū)小，可以對常規(guī)方法無法加工的材料和零件進(jìn)行加工等諸多優(yōu)點。但是數(shù)控激光切割機(jī)價格昂貴，設(shè)備投資費用大概是精細(xì)等離子的 23 倍；當(dāng)用激光切割厚度超過 68 mm 的鋼板時，加工費用將會大于精細(xì)等離子切割，外加日常維護(hù)工作量大，因此數(shù)控激光切割的運行成本較高，這些不利因素，阻礙了其在我國各行業(yè)的應(yīng)用。 20 世紀(jì) 80 年代以來，因為數(shù)控火焰切割機(jī)具有許 多優(yōu)點，在我國造船行業(yè)獲得了普遍應(yīng)用。至 90 年代中期，當(dāng)數(shù)控等離子切割機(jī)登臺亮相時，其所扮演的角色逐漸發(fā)生了轉(zhuǎn)變，但這并不意味著它將從此退出歷史的舞臺，遭到棄用或淘汰，畢竟數(shù)控火焰切割機(jī)在切割厚度超過 30 mm 的鋼板、切割加工多種形狀的坡口和多割炬大批量切割直條鋼板時，還有許多不容忽視的優(yōu)越性。可以預(yù)見，數(shù)控火焰切割機(jī)在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)，將作為數(shù)控等離子切割機(jī)等先進(jìn)設(shè)備的補(bǔ)充，在各個行業(yè)繼續(xù)發(fā)揮它應(yīng)有的作用，并能長期存在。 本課題設(shè)計的目的和意義 目前，中小型機(jī)械制造企業(yè)板材下料的自動化程度較低 ，基本上采用人工下料，造成 “三低一高 ”現(xiàn)象，即生產(chǎn)效率低、材料利用率低、產(chǎn)品質(zhì)量低和生產(chǎn)成本高，從而直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為提高生產(chǎn)效率，減輕人工勞動強(qiáng)度，結(jié)合實際生產(chǎn)需要，現(xiàn)設(shè)計一種新型龍門式數(shù)控火焰切割機(jī)，實現(xiàn)切割下料的全自動。另外，設(shè)計出新型的龍門式數(shù)控火焰切割機(jī)，主要是解決現(xiàn)在中小企業(yè)的 “三低一高 ”現(xiàn)象，提高中小企業(yè)在市場上的競爭力，為企業(yè)創(chuàng)造出更多的效益。 主要設(shè)計內(nèi)容 本課題將結(jié)合市場的需要，設(shè)計出一種新型龍門式數(shù)控火焰切割機(jī)。主要內(nèi)容包括： （ 1）參與龍門式數(shù)控火焰切割機(jī) 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計； （ 2）橫向進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計； （ 3）橫向進(jìn)給系統(tǒng)主要零件的設(shè)計及計算。 （ 4）橫向進(jìn)給系統(tǒng)主要零部件的剛度和強(qiáng)度校核。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 設(shè)計中要解決的關(guān)鍵問題有： （ 1）如何實現(xiàn)切割頭的左右移動？ （ 2）如何實現(xiàn)切割頭的上下移動？ （ 3） 如何 實現(xiàn)橫向進(jìn)給系統(tǒng) 中各零部分 正確連接 ？ 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 總體方案的確定 設(shè)計任務(wù)分析 設(shè)計要求 龍門式火焰切割機(jī)總體結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到如下技術(shù)要求： （ 1）配工控機(jī)，能實現(xiàn)對金屬板材按直線、圓弧及任意曲線的自動切割； 現(xiàn)有的火焰切割 機(jī)只能對金屬板材實現(xiàn)直線的切割，而對圓弧的切割只有在大型企業(yè)中實現(xiàn)，所以現(xiàn)設(shè)計的這個龍門式火焰切割機(jī)，配了工控機(jī)，能實現(xiàn)對金屬板材、圓弧及任意曲線的自動切割 （ 2）切割速度可調(diào)，定位快速、準(zhǔn)確； 據(jù)調(diào)查，大多數(shù)機(jī)械制造的中小企業(yè)的火焰切割機(jī)不能調(diào)節(jié)速度，而且定位麻煩，速度慢，浪費很多的時間和金錢，先設(shè)計的這個龍門式火焰切割機(jī)能做到切割速度可調(diào)，而且定位快速，準(zhǔn)確 （ 3）設(shè)備操作簡單、維護(hù)方便； 現(xiàn)在的數(shù)控設(shè)備比較笨重 ,占地位置比較大，對于企業(yè)來說數(shù)控設(shè)備能帶來效益，但是也占著企業(yè)很大的土地 ,造成了很大的浪費 ，另外，設(shè)備的操作問題也是個問題，由于設(shè)備比較落后，精度都不怎么高 ,工人很難控制其加工精度，一旦機(jī)器出了毛病，將帶給企業(yè)很大的損失，所以設(shè)計出的這個龍門式火焰切割機(jī)應(yīng)滿足設(shè)備操作簡單 、維護(hù)方便的要求。 （ 4）主要技術(shù)指標(biāo)： 切割范圍： 切割速度： 0～ 3500mm/min 切割厚度： 5～ 200mm 移動精度： 工作電壓： ～ 220V177。5% 50HZ 總體方案的設(shè)計 總體布局 龍門式 數(shù)控 火焰 切割機(jī) 分為控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)兩大部分，本次設(shè)計從事機(jī)械部分的設(shè)計， 機(jī)械部分主要包括橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱向進(jìn)給系統(tǒng)，橫向進(jìn)給系統(tǒng)主要由橫向行邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 車機(jī)構(gòu)，橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，切割頭上下移動機(jī)構(gòu)等組成；縱向進(jìn)給系統(tǒng)主要由縱向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，縱向從動機(jī)構(gòu)，導(dǎo)軌等部分組成， 總體結(jié)構(gòu)見圖 。 1橫向行車機(jī)構(gòu) 2縱向從動機(jī)構(gòu) 3切割頭上下移動機(jī)構(gòu) 4導(dǎo)軌 5縱向驅(qū)動機(jī)構(gòu) 圖 龍門式火焰切割機(jī)總體布局 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的布局 橫向進(jìn)給系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)主要包括橫向行車機(jī)構(gòu)，橫向驅(qū) 動機(jī)構(gòu)，切割頭上下移動機(jī)構(gòu)等幾個主要部分，其中橫向行車機(jī)構(gòu)指在 X 向的移動， X 向移動主要以電動機(jī)為動力，利用齒輪 —齒條副驅(qū)動方式來實現(xiàn)。切割頭上下移動機(jī)構(gòu)指的是 Z 向的移動，它的移動也是以電動機(jī)為動力，利用絲桿 —螺母副來實現(xiàn)切割頭 Z 向的移動。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖見 ： 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 龍門式火焰切割機(jī)橫向進(jìn)給系統(tǒng)總體布局 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 3 橫向行車機(jī)構(gòu)的設(shè)計 橫向行車機(jī)構(gòu)指的是 X 向的移動機(jī)構(gòu)，它是通過電動機(jī)的動力，使齒輪在齒條上作來回移動。 橫向移動方案的比較與選擇 方案一：如圖 所示，有六個輪子安裝在導(dǎo)軌的上表面 ,其中有四個輪子是用于導(dǎo)向 ,兩個輪子用于承重。還有四個輪子安裝在導(dǎo)軌的下表面 ,這四個輪子全是用于導(dǎo)向，那么這樣總共十個輪子，他們的具體位置見 圖 ： 圖 方案一 方案二：如圖 所示，有四個輪子安裝在橫梁上，這四個輪子全是用于承重；另外四個輪子安裝在導(dǎo)軌的下表面，用于導(dǎo)向；一共八個輪子，它們的具體位置見圖 ： 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 方案二 方案比較：橫向行車結(jié)構(gòu)的 X 向移動都是通過輪子來實現(xiàn)的，從輪子的安裝上分析：方案一中安裝在導(dǎo)軌上表面的四個導(dǎo)向輪通過軸連接到兩塊鋼板上，軸通過銷來固定在鋼板中，而兩 個承重輪分別安裝