【正文】 端固定支撐該種支撐形式，適用于高精度，高轉(zhuǎn)速的情況下。微進(jìn)給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。第一種方法，這種方式比較簡(jiǎn)單，可以減小伺服驅(qū)動(dòng)的外型尺寸，從節(jié)省空間的角度來(lái)看更為合理一點(diǎn)，而第二種方法有利于消除傳動(dòng)間隙，但是在傳動(dòng)系統(tǒng)中增加了一對(duì)齒輪，勢(shì)必增加傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度，降低了傳動(dòng)效率，并且增加了傳動(dòng)誤差。因此我所設(shè)計(jì)的數(shù)控水射流切割機(jī)床也采用交流伺服電機(jī)調(diào)速的方法。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)床進(jìn)行參考，有伺服系統(tǒng)的發(fā)展可以看出，在電機(jī)控制領(lǐng)域交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大舉進(jìn)入電氣傳動(dòng)調(diào)速控制的各個(gè)領(lǐng)域。3. 選用最佳的傳動(dòng)比，減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 數(shù)控水射流切割機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)的基本要求數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)與傳統(tǒng)的一般機(jī)床的機(jī)械部分的要求相比，除了要求具有較高的定位精度以外，還應(yīng)該有良好的動(dòng)態(tài)相應(yīng)特性，就是說(shuō)響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。80年代初期美國(guó)的通用電氣公司研制成功籠型異步交流伺服電機(jī)。同期，日本首先研制出一種新型的小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，不亞于液壓伺服系統(tǒng)，同時(shí)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的大功率晶閘管整流器的價(jià)格下降，所以在60年代中后期數(shù)控機(jī)床上普遍采用小慣量直流伺服電機(jī)。具體結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙。底座的結(jié)構(gòu)采用實(shí)體鑄造結(jié)構(gòu)，其材料為灰鑄鐵200，這種材料的鑄造性能好，加工工藝性好，并且可以在機(jī)床有震動(dòng)的時(shí)候可以吸振，以減小機(jī)床的震動(dòng)。所以以承受彎矩為主的支撐件采用方形比較合理。同一材料截面積相等而形狀不同的，截面慣性矩相差很大，合理的選擇截面的形狀可以提高其剛度。 提高支撐件剛度的措施支撐件的變形可以包括三部分，自身變形，局部變形，和連接處的變形，在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要注意這三類變形得匹配，并針對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，加強(qiáng)其剛度。橫向和縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)也采用鋼板焊接的形式，因?yàn)殇摪宓某休d能力大，可以減小機(jī)床的占地面積。因此在制造的過(guò)程中一定要考慮到結(jié)構(gòu)的工藝性。3. 熱變形機(jī)床工作時(shí)，機(jī)械摩擦，電機(jī)等都會(huì)發(fā)熱，在加上周圍的環(huán)境溫度變化，產(chǎn)生熱變形，影響了機(jī)床的工作精度和幾何精度。機(jī)床的支撐件的形狀，尺寸，材料的種類非常多，但是它們必須滿足下面的要求：1. 剛度支撐件的剛度是指支撐件在恒定的載荷和變載荷作用下抵抗變形的能力。而且該種結(jié)構(gòu)形式比其他的結(jié)構(gòu)要牢固，不易變形，因此采用該種結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比兩種方案，決定采用第一種方案作為我設(shè)計(jì)的最初模型，根據(jù)該模型來(lái)進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，本形式的數(shù)控水射流切割機(jī)床，由底座，立柱，導(dǎo)軌，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和橫梁移動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)。這次設(shè)計(jì)只是一次理論與實(shí)踐的結(jié)合，不需要設(shè)計(jì)太大的機(jī)床，考慮實(shí)用性和通用性的要求，因此，按上面的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。同理，縱向移動(dòng)部件也是通過(guò)螺釘與縱向絲杠和導(dǎo)軌的滑塊相連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)其縱向的直線運(yùn)動(dòng)。 水切割所產(chǎn)生橫向及縱向的作用力極小，不會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)或變形或細(xì)微的裂縫，不需二次加工，既可鉆孔亦可切割，降低了切割時(shí)間及制造成本。（3）節(jié)省成本 水射流是一種冷加工方式，‘水刀’不磨損且半徑很小，能加工具有銳邊輪廓的小圓弧。 較之激光、等離子、線切割等傳統(tǒng)的切割方式，水射流切割技術(shù)確實(shí)有其獨(dú)特、顯著的優(yōu)勢(shì)：（1）切割品質(zhì)優(yōu)異 經(jīng)過(guò)高壓所產(chǎn)生之高壓水經(jīng)由高壓過(guò)流入切割刀頭而直達(dá)被加工材料，因此另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是節(jié)流噴嘴。另一方面，供水系統(tǒng)先對(duì)水進(jìn)行 凈化處理，然后由水泵打出低壓水，進(jìn)入增壓器的低壓水被小活塞增壓后壓力升高。第2章 數(shù)控水射流切割機(jī)床的 基本功能和基本參數(shù)超高壓水刀的基本技術(shù)既簡(jiǎn)單又極為復(fù)雜。在Waterjet公司的裝置上，具有耐蝕鋼小車和有預(yù)緊力的滾珠支承的鋁滑塊，滑塊沿經(jīng)拋光的耐蝕鋼導(dǎo)軌移動(dòng)。 工作臺(tái)的典型尺寸（以Flow公司的裝置為例）：2m；2m3m；2m4m；2m6m；3m2m；3m4m和3m6m（第一位數(shù)為沿X軸的尺寸）。因在工作頭出口孔附近區(qū)遮蓋有專用罩，且罩與吸塵器相連，而收集器安排在距離毛坯幾毫米處，故切割過(guò)程可達(dá)到最大的生態(tài)潔凈。 帶移動(dòng)龍門架的設(shè)備最好用于加工在切割過(guò)程中不好移動(dòng)的笨重制件。槽內(nèi)泥渣必須借助刮板傳送帶、螺旋輸送機(jī)、水力渦旋機(jī)等進(jìn)行定期清理。 布局方案 水射流設(shè)備的布局目前有各種方案，其中包括機(jī)器人配套的形式、帶回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的形式等，但應(yīng)用最廣的是移動(dòng)龍門架或固定龍門架的布局。對(duì)大多數(shù)水射流裝置：V=，切割精度177。切口寬度較?。▇，在磨料水切割時(shí)為1mm~），從而可保證節(jié)約材料，降低能耗。 當(dāng)切割功率達(dá)30kW以上時(shí)，工作頭可用手或機(jī)器人的夾持裝置自由握住。. 水射流切割的工藝特點(diǎn)水射流切割是水射流或磨料水混合物在壓力達(dá)400MPa下，以速度達(dá)100m/~。 此時(shí)，與機(jī)器人相結(jié)合的水 射流設(shè)備脫穎而出。 水射流加工技術(shù)的應(yīng)用水射流技術(shù)因其本身的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)在工業(yè)切割、清洗領(lǐng)域應(yīng)用已十分廣泛。定期召開(kāi)水射流技術(shù)研討會(huì)和展覽會(huì)，邀請(qǐng)國(guó)外水射流專家參會(huì)；1987年，國(guó)際水射流協(xié)會(huì)成立，定期出版《國(guó)際水射流》雜志，多次召開(kāi)環(huán)太平洋國(guó)際水射流會(huì)議，大大推動(dòng)了世界各國(guó)水射流技術(shù)的發(fā)展。水射流技術(shù)的應(yīng)用范圍也由采礦工業(yè)擴(kuò)大到航空、建筑、市政建設(shè)、化工、機(jī)械、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。水射流技術(shù)出現(xiàn)了一個(gè)新的動(dòng)向，即從單一提高水射流壓力，轉(zhuǎn)向研究如何提高水射流的威力。20世紀(jì)60年代，大批高壓柱塞泵和增壓器的問(wèn)世，大大推動(dòng)了水射流技術(shù)的研究工作。20世紀(jì)50年代初，蘇聯(lián)和中國(guó)利用水射流進(jìn)行采煤(即水力采煤)。它主要包括縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，及伺服電機(jī)，滾珠絲杠的選擇等任務(wù)。水射流加工就是其中的一種加工方法，它和新出現(xiàn)的電子束加工，超聲波等加工方法被稱為特種加工方法 。由于發(fā)展的需要，出現(xiàn)了許多難以加工的材料，傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)不能滿足加工的要求，因此出現(xiàn)了許多新的加工方法，以滿足加工的需要。這次我所設(shè)計(jì)的數(shù)控高壓水射流切割機(jī)床主要設(shè)計(jì)其機(jī)械部分。 it is NC technology, electrical control technology, Computer technology and other new technologies with the product. It includes extrahigh voltage generator, control system, Cutting Platform. This time, I designed CNC waterjet cutting machine designed primarily to its mechanical parts. It includes vertical feed, horizontal feed mechanism design, and servo motor, ball screw options, and other tasks. The waterjet cutting machine to be pleted planar sheet cutting .Keywords　Waterjet cutting Horizontal Feed Vertical Feed Servo motor Ball Screws目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 水射流的發(fā)展歷史及應(yīng)用 1 水射流加工技術(shù)的應(yīng)用 2 水射流切割的工藝特點(diǎn) 3第2章 數(shù)控水射流切割機(jī)床的基本功能和基本參數(shù) 7 7 7 8 機(jī)床的基本參數(shù) 8第3章 數(shù)控水射流切割機(jī)床的布局與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 數(shù)水射流切割機(jī)床的控結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 11 機(jī)床支撐件的設(shè)計(jì) 12 對(duì)支撐件的要求 12 撐件的選材與連接 13 提高支撐件剛度的措施 13第4章 數(shù)控水射流切割機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 伺服系統(tǒng)的發(fā)展 15 數(shù)控水射流切割機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)的基本要求 15 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 機(jī)床傳動(dòng)部件的選擇 17 19 X方向電機(jī)的選擇計(jì)算 19 X向滾珠絲杠的選擇計(jì)算 21 Y方向電機(jī)的選擇計(jì)算 24 Y向滾珠絲杠的選擇計(jì)算 26 Z向電機(jī)的選擇 29 31 機(jī)床導(dǎo)軌的選擇 35 滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) 35 滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn) 36 37 聯(lián)軸器的選擇 41 聯(lián)軸器的種類及功用 41 聯(lián)軸器的選用 41第5章 誤差來(lái)源及分析 43 43 誤差研究的意義 43 誤差的來(lái)源和傳遞規(guī)律 43 45 提高傳動(dòng)精度減小傳動(dòng)誤差的措施 45 46第6章 機(jī)床的維護(hù)與潤(rùn)滑 49 軸承的潤(rùn)滑與防護(hù) 49 49 滾珠絲杠的防護(hù)與潤(rùn)滑 50結(jié) 論 51參考文獻(xiàn) 53附錄1 英文翻譯 55附錄2 英文原文 61附錄3 開(kāi)題報(bào)告 69致謝 73第1章 緒論 水射流的發(fā)展歷史及應(yīng)用19世紀(jì)中葉，在北美洲，人類第一次使用水射流開(kāi)采非固結(jié)礦床。20世紀(jì)60年代以前，人們主要研究低壓水射流采礦，水射流技術(shù)還處于探索試驗(yàn)階段；至20世紀(jì)70年代初，主要研究制高壓泵、增壓器、高壓管件，推廣水射流清洗技術(shù)，處在設(shè)備研制階段；至20世紀(jì)80年代，水射流技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域從采礦發(fā)展到其他領(lǐng)域，大量的水射流采煤機(jī)、切割機(jī)、清洗機(jī)相繼問(wèn)世，并進(jìn)行了廣泛的推廣應(yīng)用；之后，水射流進(jìn)入了快速發(fā)展階段，水射流技術(shù)研究進(jìn)一步深化，磨料射流、空化射流、自激振動(dòng)射流等新型射流技術(shù)發(fā)展很快。到20世紀(jì)70年代末。同時(shí)，各國(guó)學(xué)者也開(kāi)始對(duì)各種射流的基礎(chǔ)理論和切割機(jī)理等進(jìn)行研究。1972年，英國(guó)流體力學(xué)研究協(xié)會(huì)(BHRA)組織了第一次國(guó)際水射流切割技術(shù)會(huì)；1981年，美國(guó)水射流技術(shù)協(xié)會(huì)成立，此次技術(shù)會(huì)議也是國(guó)際性的；1983年日本水射流協(xié)會(huì)成立。我國(guó)從1979年開(kāi)始，每?jī)赡暾匍_(kāi)一次全國(guó)水射流技術(shù)研討會(huì)，并出版了《高壓水射流》雜志。尤其值得一提的是汽車制造業(yè)，隨著近幾中國(guó)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各大汽車生產(chǎn)廠商產(chǎn)量地極劇擴(kuò)大，車型地不斷更新，生產(chǎn)周期地縮短，對(duì)配套的汽車內(nèi)飾件(如汽車地毯、儀表板、頂蓬等)廠家來(lái) 說(shuō)，早期手工加工汽車內(nèi)飾件的切邊及打孔的方法，由于效率低下、產(chǎn)品精度差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，顯然已不能滿足當(dāng)前汽車業(yè)發(fā)展的需求。目前國(guó)內(nèi)包括上海大眾、上海通用、一汽大眾、天津豐田、廣州本田、神龍富康、南京南亞等眾多車型的內(nèi)飾 件配套廠商已使用高壓水射流設(shè)備進(jìn)行內(nèi)飾件的加工。 除了以上所介紹的應(yīng)用領(lǐng)域以外，近幾年，國(guó)外已有公司通過(guò)超高壓技術(shù)，將其應(yīng)用于食品殺菌達(dá)到食品保鮮的目的，并已成功打入食品保鮮行業(yè)(如美國(guó)著名的HEMELL公司已使用超高壓設(shè)備進(jìn)行食品保鮮)，取得了良好的口碑。這時(shí)，實(shí)際上在毛坯上完全沒(méi)有熱和力的作用，故切口表面不變形，且無(wú)毛刺及材料的組織畸變。 切口可從制件表面的任意點(diǎn)開(kāi)始。主要工藝參數(shù)是生產(chǎn)率或切割速度V。表3 IngersollRand公司采用的切割速度由于采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)裝備水射流切割裝置，可利用大量數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化切割過(guò)程（其中包括實(shí)時(shí)優(yōu)化），和解決裁料的優(yōu)化任務(wù)，故本方法的工藝性可顯著擴(kuò)大。 消除射流的余能是在工作臺(tái)下面的敞開(kāi)槽內(nèi)進(jìn)行的，從而使生態(tài)環(huán)境變壞。 在Watejet公司裝置上采用的工作臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)是由正方形（120mm1200mm）網(wǎng)絡(luò)形成的堅(jiān)固的框架，深淀箱由耐蝕鋼做成，傳動(dòng)裝置配置在框架的外廓尺寸內(nèi)，設(shè)有控制零點(diǎn)的終點(diǎn)開(kāi)關(guān)，維護(hù)區(qū)安排在框架的長(zhǎng)度一側(cè)，裝載區(qū)可完全敞開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)元悠揚(yáng)可更換，框架具有很高的承載能力。 當(dāng)收集器內(nèi)的射流余能被消除后，形成的泥渣將沿專用軟管排入沉淀槽。此外，為了避免射流在毛坯出口上過(guò)于彎曲和對(duì)收集器的偏離，切割速度存在某些限制。 在建立裝置時(shí)特別注意選擇材料和傳動(dòng)裝置的保護(hù)使水和塵埃不落入。傳動(dòng)裝置預(yù)先考慮有用橡膠帶和波紋遮簾雙保護(hù)。從油泵來(lái)的低壓油推動(dòng)增壓器的大活塞，使其往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大活塞的活動(dòng)方向則由換向閥自動(dòng)控制。水壓越高，水射流速度越 快，對(duì)高壓部份的制造要求也越嚴(yán)格，在各水射流廠家中，美國(guó)FLOW公司率先采用使用陶瓷制柱塞的高壓增壓器，可大幅度降低磨損和延長(zhǎng)1倍以上超高壓部件 和水封的壽命。所謂加砂水刀即在高壓水中加入石榴 砂或金剛砂等磨料，此時(shí)，大部份的切割工作由磨料的沖蝕和磨削作用來(lái)完成，以達(dá)到增強(qiáng)切割能力、加工硬質(zhì)材料的目的。 （2）幾乎沒(méi)有材料和厚度的限制 無(wú)論是金屬類如普通鋼板、不銹鋼、銅、鈦、鋁合金等，或是非金屬類如石材、陶瓷、玻璃、橡塑、紙張及復(fù)合材料，皆可適用。它把滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)絲杠的螺母變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，在電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)它作直線運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的主要的技術(shù)參數(shù)如下：工作臺(tái)面的尺寸（長(zhǎng)X寬） 2500mm1500mm工作臺(tái)的行程長(zhǎng)度 （即X方向的行程） 2650mm機(jī)床的整體尺寸 長(zhǎng) 3100mm 寬 1850mm 高 1900mmY向滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速范圍 0—2000r/ minZ向滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速范圍 0—2000r/ min快速移動(dòng)的速度 10m/ min進(jìn)給速度的范圍