【板材縱橫向切割裝置的設(shè)計(jì)8400字（論文）】

板材縱橫向切割裝置的設(shè)計(jì)摘要本次課題設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一款能夠縱向橫向?qū)Π宀倪M(jìn)行雙向切割的裝置。板材切割設(shè)備技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展出現(xiàn)了各種各樣的切割方式，在本次論文中我們通過了解和分析各種切割技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)今制造業(yè)對(duì)切割質(zhì)量，切割精度，切割效率和速度的要求我們最終選擇激光切割作為本次設(shè)計(jì)裝置的切割方式。在論文中對(duì)激光切割的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和解剖，讓我們能夠更加熟悉和透徹的了解和掌握激光切割這種新型切割技術(shù)的特性。同時(shí)我們再設(shè)計(jì)過程中對(duì)該裝置的主體架體，橫向行走橫梁機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)額確定，對(duì)其傳動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇、分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，然后對(duì)主要的傳動(dòng)零部件進(jìn)行選擇和校核。本次我們設(shè)計(jì)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是絲杠滑塊傳動(dòng)方式，在設(shè)計(jì)中我們主要對(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。最后我們再具體設(shè)計(jì)中利用SolidWoerks三維軟件來完成該切割裝置結(jié)構(gòu)的三維模型的設(shè)計(jì)。通過對(duì)三維模型的建立我們能夠更加形象直觀的掌握橫縱切割裝置的具體結(jié)構(gòu)，加深我們對(duì)橫縱切割裝置結(jié)構(gòu)的掌握和熟悉，為后期的優(yōu)化分析打好基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：縱橫板材切割裝置，絲杠滑塊，SolidWorks三維軟件目錄摘要 21緒論 51.1研究課題的意義和目的 51.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 52激光切割原理及應(yīng)用 72.1激光切割原理 72.2激光切割的應(yīng)用 72.3應(yīng)用特性 73縱橫切割板材裝置的總體設(shè)計(jì) 93.1切割方式的選擇 93.2整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 93.2.1機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及要求 103.2.2傳動(dòng)方式的選擇 103.2.2橫梁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11結(jié)論 21參考文獻(xiàn) 231緒論1.1研究課題的意義和目的金屬板材切割機(jī)是制造中板材類零部件加工一種常用而重要的常用設(shè)備?？梢愿鶕?jù)加工的需求在板材上切割出各種形狀大小不一的產(chǎn)品。近些年隨著激光切割技術(shù)的快速發(fā)展，采用數(shù)控技術(shù)控制的各類激光切割機(jī)產(chǎn)品越來越成熟，大大提高的整個(gè)制造行業(yè)板材的加工質(zhì)量，精度，效率，為制造業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。本次設(shè)計(jì)的縱橫板材切割機(jī)可同時(shí)完成對(duì)板材的縱向和橫向切割工序?？v橫板材切割機(jī)切割機(jī)是一種大型板材激光切割機(jī)。本課題的設(shè)計(jì)目的主要是了解分析和掌握激光切割技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和特性，以及激光切割機(jī)的主體架體，移動(dòng)梁式的機(jī)械機(jī)構(gòu)，橫向切割機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前切割機(jī)主要應(yīng)用于金屬以及非金屬板材或者型材的加工生產(chǎn)上，其種類豐富多樣，用于切割加工各種不同材質(zhì)不同需求下的產(chǎn)品。經(jīng)過幾十年的技術(shù)發(fā)展隨著數(shù)控技術(shù)和激光切割技術(shù)的不斷完善和成熟，切割機(jī)主要向著環(huán)保，節(jié)能，自動(dòng)化，數(shù)字化控制，加工質(zhì)量高，精度高，多功能化的方向發(fā)展。隨著激光切割技術(shù)不斷的提升和完善目前激光切割機(jī)已經(jīng)在金屬切割行業(yè)的大面積機(jī)投產(chǎn)使用，基本上在薄板，中厚板材的加工領(lǐng)域取代了其他傳統(tǒng)的加工技術(shù)，成為行業(yè)的主流。我國在激光切割技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用和研究相對(duì)于其他發(fā)達(dá)的工業(yè)強(qiáng)國較晚，在工業(yè)方面應(yīng)用的基礎(chǔ)略差一些，研究水平也相對(duì)落后一些，在數(shù)控軟件開發(fā)以及自動(dòng)化上與其他國家相比具有一定差距。近些年隨著我國工業(yè)制造生產(chǎn)的需要，我國加大了激光切割技術(shù)領(lǐng)域投入和研發(fā)，在各類激光切割設(shè)備上已經(jīng)取得了很大的發(fā)展和進(jìn)步，產(chǎn)生了一大批的例如大族激光等優(yōu)秀的激光切割整機(jī)設(shè)計(jì)和制造商，逐漸行程了一個(gè)穩(wěn)定而健全的激光產(chǎn)業(yè)。同時(shí)我國在激光技術(shù)的生層研發(fā)上也有很大的進(jìn)步。國內(nèi)的各大著名院校以及研究機(jī)構(gòu)在對(duì)激光的研究上投入了大量精力以及的人力和物力，分析了如何提高切割質(zhì)量。最終的研究結(jié)果表示出，在能夠保證焦點(diǎn)深度的條件下，為了降低激光切割形成的切口的粗糙度，要使光斑的直徑盡可能的小，則形成的切縫也會(huì)更窄。而光斑的直徑和其焦數(shù)的有密切相關(guān)的關(guān)系。我們先取最佳值的焦數(shù)，然后會(huì)發(fā)現(xiàn)是由光斑的直徑?jīng)Q定的其焦距的深度。經(jīng)過與研究發(fā)現(xiàn)，在5MPa的輔助氣體壓力的前提下，讓切割的速度達(dá)到0.8m/min，那么在焦距為65mm的時(shí)候可以取得質(zhì)量優(yōu)異的切縫。目前為止，瑞士的百創(chuàng)、美國的惠特尼、德國的通快、意大利的普利馬、日本的田中等等是世界上最為知名的并且具有代表性的激光切割的制造商。這些世界上出名的公司陸陸續(xù)續(xù)研發(fā)出了高性能且功能全面的數(shù)控自動(dòng)激光切割機(jī)，而且還在繼續(xù)研發(fā)，每年都在推出性能更高功能更全面的新品。在工業(yè)的應(yīng)用方面，使用激光進(jìn)行金屬板材的切割是激光切割應(yīng)用最為重要的領(lǐng)域，其中汽車制造是最具代表性的行業(yè)。在日本和歐洲的汽車制造行業(yè)中，三維的激光切割應(yīng)用在逐漸普及開來，各種各樣的激光加工方法以及對(duì)其工藝的研究早已有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，漸漸形成了全新的行業(yè)。現(xiàn)在“精密造船”的概念已經(jīng)在國際上出現(xiàn)了，在很多發(fā)達(dá)的國家或地區(qū)已經(jīng)開始用大功率的激光切割技術(shù)對(duì)各類船舶進(jìn)行切割制造。在國際上一般使用機(jī)載形式的激光結(jié)構(gòu)應(yīng)用于比較主流的大面副激光切割機(jī)，其為3mx25m加工的格式，可以切割40mm厚度的板，船舶等各個(gè)行業(yè)是其最為廣泛的運(yùn)用范圍。2激光切割原理及應(yīng)用2.1激光切割原理要達(dá)成利用激光進(jìn)行切割的目的，就要需要讓某些晶體或者其他容易受到激發(fā)的物質(zhì)的原子中的電子達(dá)到高能量的狀態(tài)，所以將這些物質(zhì)放置到電管中使用電流或光產(chǎn)生的能量對(duì)它們進(jìn)行沖擊。當(dāng)這些電子處于高能狀態(tài)的時(shí)候就會(huì)想通過釋放能量的方式回歸到低能態(tài)時(shí)的平靜狀態(tài)。這樣光子就會(huì)被釋放出來，讓其他的原子也會(huì)受此影響，被這些光子撞到，從而發(fā)生了連鎖反應(yīng)，這樣更多的光子也就因此產(chǎn)生了。在連鎖反應(yīng)中，會(huì)朝向同一個(gè)方向發(fā)射出含有巨大能量的光束。光束能夠在鋼材上集中一點(diǎn)產(chǎn)生極高的溫度，從而達(dá)到切割金屬材料的效果，因此能量強(qiáng)大的激光可以用來作為切割金屬板材的技術(shù)。2.2激光切割的應(yīng)用目前，運(yùn)用激光對(duì)板材進(jìn)行切割是激光切割技術(shù)的主要運(yùn)用之一，激光加工機(jī)床也就由此誕生。激光切割就是將具有高能量的激光在工件表面進(jìn)行照射，工件在被照射后，表面會(huì)因?yàn)槭艿骄薮蟮哪芰慷诨⑶疫M(jìn)行蒸發(fā)。這樣的切割方式不僅效率很高而且精度也很高。這樣切割出來的工件切口比較光滑，而且材料可以得到有效節(jié)省，成本也要低很多。相對(duì)而言，較為落后的傳統(tǒng)切割設(shè)備已經(jīng)開始被逐漸取代。2.3應(yīng)用特性（1）為了減少粉塵的影響，使用全封閉式的防護(hù)；（2）優(yōu)越性能的伺服是必不可少的，同時(shí)也要擁有合理導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的絲桿傳動(dòng)。在此之外高精密的軸承以及滾珠絲杠，盡可能低噪音的滾柱導(dǎo)軌也是十分重要的；（3）為了使加工工件的形成窄小切縫，采取小直徑激光束聚焦的光斑；（4）選擇好適合自己的熟練使用的專業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)；（5）使用無接觸形式的切割，盡可能減輕切邊在切割中受熱造成的不良影響，防止工件進(jìn)行熱變形，提高切割工件的質(zhì)量；（6）盡可能減少工件外形的影響，激光切割要擁有優(yōu)越的柔韌性，可以對(duì)各種形狀多種材質(zhì)的工件進(jìn)行切割加工；（7）能夠進(jìn)行精度高的切割，切除平滑的切縫，擁有高出其他激光切割機(jī)的切割效率高；（8）可為了應(yīng)對(duì)板材可能出現(xiàn)的不平整的情況，選取可以高度跟蹤的系統(tǒng)，實(shí)時(shí)自動(dòng)對(duì)焦；（9）為了讓工件的切割斷面更加光滑，激光切割的功率可以隨著切割速度的改變進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。聚光鏡將二氧化碳激光在材料的表面上進(jìn)行聚焦，隨后材料會(huì)發(fā)生熔化，這些熔化的材料會(huì)被經(jīng)過壓縮的氣體吹走，切縫也就在材料與激光束沿著軌跡進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的過程中產(chǎn)生了。幾十年來，世界各國在不斷地改進(jìn)和發(fā)展二氧化碳激光以及數(shù)控技術(shù)，目前已經(jīng)作為先進(jìn)的加工方法運(yùn)用于工業(yè)上的板材切割。在20世紀(jì)50年代板材切割的的方法較為落后，其為:運(yùn)用氧乙炔火焰對(duì)厚板進(jìn)行切割；運(yùn)用剪板機(jī)對(duì)薄板進(jìn)行沖裁，用沖壓對(duì)大量成型復(fù)雜的零件繼續(xù)加工，單件則運(yùn)用振動(dòng)進(jìn)行剪切。之后，為了得到高質(zhì)量的切口，火焰切割的技術(shù)得到了改進(jìn)與提高，在此同時(shí)等離子切割的技術(shù)以及乙烷精密火焰切割的技術(shù)得到了突破，被一同推廣了出來。后來為了縮短大型沖壓模具的生產(chǎn)周期，又開發(fā)了電加工技術(shù)，海鷗數(shù)控分段沖孔的技術(shù)。沒有完美的切割下料的方法，總是會(huì)存在一定程度缺陷。目前數(shù)控激光切割機(jī)已經(jīng)被廣泛的用于各種材料的切割之中，逐漸取代傳動(dòng)的切割方式。3縱橫切割板材裝置的總體設(shè)計(jì)3.1切割方式的選擇采用鋸片和刀片傳統(tǒng)切割方式、水切割方式、火焰切割方式、等離子切割方式以及最新發(fā)展起來的激光切割方式這些為目前市場上切割機(jī)的主要切割方式。采用鋸片切割方式的切割機(jī)主要用于棒材以及管材的切割。水切割主要用于不易于熱加工的，防止出現(xiàn)熱切割變形的特殊材料的切割。火焰切割和等離子切割主要用于切割精度要求不高的厚板以及超厚板采的毛坯件的切割。激光切割在金屬材料以及分金屬材料切割適用性都很強(qiáng)，在前期由于受制于激光發(fā)生器功率大小的限制，其主要用于薄板和中厚板采的切割，在近幾年世界在大力發(fā)展激光切割技術(shù)，因此激光發(fā)生器功率已經(jīng)得到了很大的提高，隨之也就可以切割更厚的板。現(xiàn)在，在各企業(yè)中最常用的切割方式有三種，那就是數(shù)控火焰切割，數(shù)控激光切割還有數(shù)控等離子切割這幾種。在鋼板的厚度達(dá)到20毫米以上的時(shí)候，使用數(shù)控火焰技術(shù)進(jìn)行切割是最為適合的。但是這種切割技術(shù)存在一定的缺陷，就是工件會(huì)在切割后受到比較大的熱影響，這種情況下工件的表面在切割后的會(huì)存在較大的粗糙度，工件的尖角就會(huì)受到比較大的熔化影響。接下來說到的數(shù)控等離子切割雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，然而卻因?yàn)槠淝懈畹奶匦?，在切割過程中板厚方向就會(huì)因?yàn)榧庸し绞酱嬖诓痪鶆虻姆植紲囟龋@樣就會(huì)讓切口出現(xiàn)缺陷，比如切口的上方發(fā)生熔化、切口的下方發(fā)生掛渣現(xiàn)象。這種情況下切口的上方就會(huì)比較寬，下方也就比較窄了。最為重要的是當(dāng)工件的厚度比較厚時(shí)，切割的圓孔會(huì)變得更加橢圓化，同時(shí)切割工件的速度和工件在切割后的質(zhì)量會(huì)下降很多。當(dāng)對(duì)厚度較薄的板進(jìn)行的切割的時(shí)候，等離子弧切割的方法最為適合。數(shù)控激光技術(shù)切割與之前提到的切割方式相比則有了很大的優(yōu)勢，比如工件可以得到更快的切割，工件在切割后的表面質(zhì)量也會(huì)更好，需要切割圓孔的時(shí)候也能獲得更高質(zhì)量的圓度。現(xiàn)在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組件豐富多樣了起來，激光切割的各種優(yōu)勢也就由此越發(fā)明顯，比如工序的減少，生產(chǎn)效率的極速提高，勞動(dòng)強(qiáng)度打大幅度減輕，激光切割技術(shù)在板材切割中發(fā)揮著各種功能。我國的激光技術(shù)十分發(fā)達(dá)，在世界中處于領(lǐng)先行列，因此在本次板材的縱橫向切割的設(shè)計(jì)中的我們采取激光切割的方式。3.2整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的縱橫切割板材裝置主要由，主架體，縱向切割機(jī)構(gòu)，板材縱向輸送機(jī)構(gòu)，板材橫向切割機(jī)構(gòu)（包括橫向移動(dòng)橫梁，絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等）。為了提高縱向切割效率，縱向切割機(jī)構(gòu)采用固定式雙頭切割結(jié)構(gòu)來來縮短切割加工的時(shí)間。橫向切割機(jī)構(gòu)支承方式采用龍門式，這樣可以有利于通過龍門前后作用的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)橫向切割速度與縱向切割速度的匹配，這樣既能簡化其結(jié)構(gòu)，又能滿足其運(yùn)動(dòng)要求。裝置原理本次設(shè)計(jì)的板材縱橫向切割裝置，就是將不斷送出的板材切割成規(guī)定大小的板。在切割的過程中，板材不停止移動(dòng)，所以橫向切割機(jī)構(gòu)就需要隨著板材同速運(yùn)動(dòng)完成切割，在一次切割完成后返回原位去切割進(jìn)行下一個(gè)切割。縱向切割機(jī)構(gòu)則由兩個(gè)切割機(jī)構(gòu)組成，分別裝置在板材的兩邊，其相距寬度可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同寬度的板材的切割。本設(shè)計(jì)的裝置與plc相結(jié)合，由plc控制橫向切割機(jī)構(gòu)切割速度，橫向切割機(jī)構(gòu)完成一次切割返回的速度，縱向切割相距寬度等等。3.2.1機(jī)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)架的強(qiáng)度剛度以及機(jī)架的穩(wěn)定性的是在機(jī)架設(shè)計(jì)上的重點(diǎn)。2.機(jī)架的設(shè)計(jì)要求(1)在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的情況下，機(jī)架要達(dá)到低成本，輕便的要求；(2)良好的抗振性、盡可能小的噪聲；(3)切割過程中熱變形會(huì)對(duì)精度造成影響，所以要做到合理的分布溫度場以減少不良響；(4)為了方便進(jìn)行鑄造焊接和進(jìn)行加工，結(jié)構(gòu)需要做到合理的設(shè)計(jì)；(5)結(jié)構(gòu)要做到盡可能方便安裝和調(diào)整，同時(shí)也要方便維修或更換零部件；(6)為了延長機(jī)架壽命，導(dǎo)軌的耐磨性要強(qiáng)，導(dǎo)軌面也要進(jìn)行合理的受力設(shè)計(jì)，；(7)造型美觀大方，經(jīng)濟(jì)適用。用焊接制成的機(jī)架和直接鑄造成型的機(jī)架是目前機(jī)架的的兩大分類，焊接機(jī)架比起鑄造結(jié)構(gòu)來說，具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：較高的剛度，較高的強(qiáng)度，較輕的重量，簡便的施工以及較短的生產(chǎn)周期等等。表3-1鑄造機(jī)架和焊接機(jī)架的對(duì)比表3-1鑄造機(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，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)通過上述參數(shù)的對(duì)比，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的情況，采用焊接結(jié)構(gòu)的機(jī)架最為適合。選擇焊接機(jī)架就要考慮到機(jī)架的可焊性了，所以選擇含碳量為<0.25%的碳鋼是十分必要的。3.2.2傳動(dòng)方式的選擇目前鏈傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、絲杠傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)這4種傳動(dòng)是常用在各類機(jī)械手上的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式：（1）帶傳動(dòng)：簡單的結(jié)構(gòu)、較大的傳動(dòng)距離、平穩(wěn)的傳動(dòng)、良好的減震性、較低的噪音、良好的緩沖性能、在傳動(dòng)軸之間的中心距較大的情況下也適用等是帶傳動(dòng)比較明顯的的優(yōu)勢。同步齒形帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比在帶傳動(dòng)中可以與齒輪傳動(dòng)的精確的傳動(dòng)比相媲美，在線速度使得傳動(dòng)上不會(huì)出現(xiàn)差值和減速的缺點(diǎn)。（2）鏈傳動(dòng):比起齒輪傳動(dòng)來,鏈傳動(dòng)可以在即使兩軸中心的距離相距比較大的的情況下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，也可以在各種惡劣的環(huán)境中進(jìn)行穩(wěn)定可靠的工作，也可以方便的維護(hù)；傳遞效率可達(dá)0.95～0.97的較高水準(zhǔn)。然而鏈傳動(dòng)卻存在明顯的缺陷，就是鏈條會(huì)受到磨損，節(jié)距會(huì)因此變大，出現(xiàn)脫落的風(fēng)險(xiǎn)，而且對(duì)傳動(dòng)精度造成影響以及伺服控制也不易實(shí)現(xiàn)等。（3）齒輪傳動(dòng)：齒輪傳動(dòng)可以保持比較恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比,從而使傳遞的過程可以更加平穩(wěn)的進(jìn)行,而且傳動(dòng)效率也比較高，傳遞精度也較為精確，而且其在傳遞過程中的功率以及傳遞的速度的范圍比較大。齒輪傳動(dòng)的擁有緊湊的結(jié)構(gòu)，在工作的過程中很可靠,也可以使用較大的傳動(dòng)比進(jìn)行傳動(dòng)；相比鏈傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)使用壽命長，伺服控制也容易實(shí)現(xiàn)。絲杠傳動(dòng)：絲桿傳動(dòng)簡單來說就是一種螺旋傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)。一般由螺桿（絲杠）絲母和機(jī)架組成是絲杠傳動(dòng)的最簡單的結(jié)構(gòu)。螺旋機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有很多，它的結(jié)構(gòu)十分簡單，所以可以方面的制造，在運(yùn)動(dòng)的過程中也很精準(zhǔn)?；緵]有什么噪音，工作保持平穩(wěn)，并且合理的選擇螺紋導(dǎo)程角便可以實(shí)現(xiàn)反向自鎖的工能，然而效率較為低下，反向運(yùn)動(dòng)需要有反向機(jī)構(gòu)才能運(yùn)行。激光切割機(jī)在進(jìn)行切割加工的過程中是一種無接觸的加工，在運(yùn)行時(shí)除了需要克服切割頭自身的重量，無其他外力和載荷再附加在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，同時(shí)板材切割需要一定的精度要求，綜合各個(gè)方面的情況我們采取絲杠傳動(dòng)的方式。3.2.2橫梁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、結(jié)構(gòu)簡介橫向激光切割由于切割加工的要求，其速度可調(diào)，同時(shí)需要滿足無級(jí)調(diào)速。因此，我們在采用絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)方式的情況下，絲杠的螺母需要帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行直線的運(yùn)動(dòng)，激光切割頭的速度通過調(diào)節(jié)絲杠的速度來控制。為了讓絲杠保證良好的傳動(dòng)精度和穩(wěn)定性，我們所要求1~4mm的加工精度。考慮到在傳動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，我們讓絲杠與電機(jī)之間采取直接與聯(lián)軸器相連接的方法，從而讓電機(jī)的負(fù)擔(dān)得到有效降低，讓無級(jí)調(diào)速得以達(dá)成。采用伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)絲杠的驅(qū)動(dòng)。二、伺服電機(jī)的選型計(jì)算1、電機(jī)功率計(jì)算：（1）電機(jī)傳動(dòng)總功率計(jì)算：（1）電機(jī)傳動(dòng)總功率計(jì)算：電機(jī)到滾珠絲杠的傳動(dòng)總效率為：其中滾動(dòng)軸承的效率，為聯(lián)軸器的效率和滾珠絲杠的效率，選取=0.95、=0.98（8級(jí)精度）、=0.96（深溝球軸承P6）。根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算電機(jī)的傳動(dòng)總功率為：=0.95×0.98×0.96=0.87（2）.X軸滾珠絲桿工作電機(jī)的功率PW:扭矩計(jì)算：T=式中：F--直線運(yùn)動(dòng)承受的外力，其所承受的外力主要是橫向橫梁自身的重量，根據(jù)具體設(shè)計(jì)可知橫梁的總重量為30kgμ為摩擦系數(shù)，0.2（2）.X軸滾珠絲桿工作電機(jī)的功率PW:扭矩計(jì)算：T=式中：F--直線運(yùn)動(dòng)承受的外力，其所承受的外力主要是橫向橫梁自身的重量，根據(jù)具體設(shè)計(jì)可知橫梁的總重量為30kgμ為摩擦系數(shù)，0.2m為直線運(yùn)動(dòng)的重量根據(jù)課題要求我們設(shè)計(jì)的橫梁重量為50Kgη為機(jī)械效率經(jīng)計(jì)算的0.87R減速比1P絲桿的導(dǎo)程10激光頭負(fù)載運(yùn)行速度：公式中：--負(fù)載線速度30m/min--螺桿的導(dǎo)程10電機(jī)功率計(jì)算：P=T*n/9550式中：-扭矩N.mn--轉(zhuǎn)速rap/minn=ni=3000×1=3000rap/min根據(jù)以上公式和參數(shù)計(jì)算電機(jī)功率：P=T*n/9550=192.66×3000/9550=6.05kW所需電動(dòng)機(jī)功率PdPd=P/η=6.05/0.87=7.0KW為了保證塑化機(jī)構(gòu)能夠順利工作，因此電動(dòng)機(jī)的額定功率根據(jù)上述計(jì)算所得到的伺服電機(jī)功率和相關(guān)參數(shù)結(jié)構(gòu)安川伺服電機(jī)樣本，我們所選用的電機(jī)型如下表：方案根據(jù)上述計(jì)算所得到的伺服電機(jī)功率和相關(guān)參數(shù)結(jié)構(gòu)安川伺服電機(jī)樣本，我們所選用的電機(jī)型如下表：方案電機(jī)型號(hào)額定功率kW電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)質(zhì)量kg參考價(jià)格（元）總傳動(dòng)比同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1SGM7J-02A7C6S2.0300014802SGM7J-04A7C6S4.5150014803SGM7J-08A7C6S7.515001480三、滾珠絲桿的選用和計(jì)算1）螺旋機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和功能一般由螺桿（絲杠）絲母和機(jī)架組成是絲杠傳動(dòng)的最簡單的結(jié)構(gòu)。螺旋機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有很多，它的結(jié)構(gòu)十分簡單，所以可以方面的制造，在運(yùn)動(dòng)的過程中也很精準(zhǔn)。基本沒有什么噪音，工作保持平穩(wěn)，并且合理的選擇螺紋導(dǎo)程角便可以實(shí)現(xiàn)反向自鎖的工能，然而效率較為低下，反向運(yùn)動(dòng)需要有反向機(jī)構(gòu)才能運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要功能如下：傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力改變運(yùn)動(dòng)形式機(jī)構(gòu)調(diào)整微調(diào)與檢測螺桿與螺母間會(huì)發(fā)生不可避免的摩擦，根據(jù)它們的摩擦的狀態(tài)，分為三類螺旋機(jī)構(gòu)：滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)以及靜壓螺旋機(jī)構(gòu)。當(dāng)螺旋機(jī)構(gòu)中的螺母和螺桿之間通過用滾珠傳動(dòng)方式的時(shí)候，它們之間會(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。在這樣的摩擦中，不僅提高了傳動(dòng)的精度，同時(shí)也提高了傳動(dòng)的效率。在螺旋機(jī)構(gòu)的螺母與螺桿的螺旋面直接接觸的情況下，它們之間會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦。這樣形成的摩擦的阻力較大，效率較低，磨損也較快，所以傳動(dòng)精度較低。但是擁有簡單的結(jié)構(gòu)，較低的制造成本。還有一種螺旋機(jī)構(gòu)是將液壓油填充在螺母和螺桿之間，這樣它們會(huì)發(fā)生液體摩擦，這樣的摩擦不僅擁有比較高的精度而且同時(shí)也擁有較高的傳動(dòng)效率。2）滑動(dòng)摩擦的傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）較大的摩擦阻力以及較低的傳動(dòng)效率（通常情況下是30%~40%）（2）簡單的結(jié)構(gòu)，方便的加工（3）方便自鎖（4）可以在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中保持平穩(wěn)的狀態(tài)，但是當(dāng)進(jìn)行低速或微調(diào)的時(shí)候，爬行的情況很有可能發(fā)生（5）會(huì)有側(cè)身間隙存在于螺母與螺紋當(dāng)中，這樣在進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候很有可能出現(xiàn)空行程的情況，軸向的剛度會(huì)差一些以及可能出現(xiàn)空位精度（所以這種情況下可能需要消隙機(jī)構(gòu)）（6）較快的磨損速度3）滾動(dòng)螺旋的傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）擁有比較小的摩擦阻力以及比較高的傳動(dòng)效率（2）擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這樣制造較為困難（3）可以進(jìn)行可逆性的傳動(dòng)（就是可以將直線的運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)互相轉(zhuǎn)換）。所以設(shè)置防止進(jìn)行逆轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)是十分重要的。（4）平穩(wěn)的進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有顫動(dòng)的啟動(dòng)，速度較低時(shí)不進(jìn)行爬行（5）擁有較差的抗沖擊的性能4）靜壓螺旋的傳動(dòng)特點(diǎn)：（1）擁有極小的摩擦阻力以及極高的傳動(dòng)效率（2）復(fù)雜的螺母結(jié)構(gòu)（3）同樣可以進(jìn)行可逆性的傳動(dòng)，所以在有所需求的情況下要設(shè)置防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（4）可以進(jìn)行平穩(wěn)的工作，不會(huì)出現(xiàn)爬行的現(xiàn)象（5）對(duì)供油系統(tǒng)的過濾性有較高的要求，并且需要穩(wěn)定的壓力，恒定的溫度本次設(shè)計(jì)的吹氣式自動(dòng)送擰螺絲機(jī)屬于較為精密的數(shù)控機(jī)床，為此我們需要選擇并且進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中滾動(dòng)螺旋的傳動(dòng)以及滾珠絲桿中的螺母副。①計(jì)算絲桿直徑d①計(jì)算絲桿直徑d由絲桿承受力等同于X軸加吸附機(jī)構(gòu)以及水平摩擦力f，即：N式中：G-滑臺(tái)加升降機(jī)構(gòu)以及面板和面的總重量g-重力加速度，9.8N/mμ-摩擦系數(shù)0.1公式式中：容許拉伸壓縮應(yīng)力：螺桿軸牙底直徑橫截面積（）：螺桿軸牙底的計(jì)算直徑由上述公式和計(jì)算得到絲桿的直徑如下：224.2mm得到=14.2mm螺桿軸直徑大于螺桿軸牙底直徑即3）滾珠絲桿型號(hào)的選擇由，=24.2mm,。說到絲桿，有滾珠絲桿和滑動(dòng)絲桿可供選擇。和滑動(dòng)絲桿相比起來，滾珠絲杠則時(shí)擁有更高的效率。而且對(duì)于回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)以及直線的運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠都可以輕易進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所需扭矩僅僅在百分之三十之下。即使在讓其處于預(yù)壓的狀態(tài)時(shí)，動(dòng)作也可以輕易的保持圓滑。所以，結(jié)合設(shè)計(jì)并經(jīng)過綜合考慮最終采取滾珠絲桿。此設(shè)計(jì)中對(duì)于螺母中的滾珠的選擇應(yīng)使用外循環(huán)方式。確定絲桿直徑依據(jù)容許軸方向負(fù)荷方式設(shè)計(jì)過程如下：根據(jù)貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)速度我們確定絲桿螺母副的導(dǎo)程L=10mm六、絲桿螺母副的校驗(yàn)①危險(xiǎn)速度的校驗(yàn)絲桿在選型之后有一定的可能會(huì)與螺桿的固有振動(dòng)數(shù)發(fā)生共振的情況，所以要避免這種情況，我們要進(jìn)行檢討（危險(xiǎn)速度就是指絲杠與螺桿發(fā)生共振時(shí)的速度）。我們所容許的回轉(zhuǎn)速度時(shí)危險(xiǎn)速度的百分之八十以下。由容許回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速公式式中：容許回裝轉(zhuǎn)速由容許回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速公式式中：容許回裝轉(zhuǎn)速：螺桿軸牙底直徑：安裝間距離：用滾珠螺桿的安裝方法而確定的系數(shù)支持-支持固定-支持固定-固定固定-自由確定公式內(nèi)的各參數(shù)的值：在本設(shè)計(jì)中用固定-自由的安裝方式來選定絲桿，所以，由自己選擇的絲杠可得，=15.2mm，然后考慮到穩(wěn)定性的問題，我們選取絲桿螺母最大安裝間的距離，在此情況下算得的容許回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為=2.7×10rad/min當(dāng)螺桿剛性過弱的情況下，就會(huì)造成周邊結(jié)構(gòu)造成失位的風(fēng)險(xiǎn)，所以在讓機(jī)械進(jìn)行高精度傳動(dòng)的時(shí)候，各個(gè)零件的扭曲剛性及其軸方向剛性的平衡是設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的內(nèi)容。靜剛性軸方向的彈性變形及剛性可由下公式得出軸方向的彈性變形及剛性可由下公式得出：螺桿軸方向剛性（1）：螺帽軸方向剛性（2）：支撐軸方向剛性（3）：螺帽與軸承安裝部之軸方向剛性（4）螺桿軸之方向剛性及變位量P:軸方向負(fù)荷固定-固定安裝的場合固定-固定安裝以外的場合：固定-固定安裝的場合的方向變位量：固定-固定安裝以外的場合的方向變位量:螺桿軸牙底直徑斷面積:縱彈性系數(shù)():安裝間距離:負(fù)荷作用點(diǎn)距離本設(shè)計(jì)是采用固定-自由方式的安裝方式，是固定-固定安裝方式之外的情況，應(yīng)選公式進(jìn)行計(jì)算確定公式內(nèi)的各參數(shù)量：mm=4.28=4.28×10螺桿軸方向剛性及變位量單螺帽時(shí)：一個(gè)鋼球之負(fù)荷：鋼球數(shù)：依材料、形狀、尺寸、所決定的常數(shù)：接觸角：軸方向負(fù)荷:鋼球徑：精度，內(nèi)部構(gòu)造系數(shù)：有效個(gè)數(shù)：鋼球中心直徑：導(dǎo)程：導(dǎo)程角3）支撐軸之軸方向剛性及變位量用作滾珠螺桿的支承軸承且廣泛用于精密機(jī)器的組合止推斜角滾動(dòng)軸承的剛性以下式求出：一個(gè)鋼球之負(fù)荷：接觸角:鋼球徑:鋼球徑：一個(gè)鋼球之負(fù)荷：接觸角:鋼球徑:鋼球徑：滾動(dòng)的有效長度軸方向負(fù)荷n：鋼球數(shù)確定公式內(nèi)的各參數(shù)值：需要關(guān)注安裝部位的剛性要高，螺帽和軸承安裝部位之軸方向剛性與變位量與因此所以，所以剛性的檢討合格。③壽命計(jì)算：，式中：軸方向負(fù)荷：回轉(zhuǎn)數(shù)：回轉(zhuǎn)數(shù)：負(fù)荷系數(shù)（運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)）沖擊、圓滑的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)……………1.0~1.2普通運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)………1.2~1.5伴有沖擊、震動(dòng)時(shí)………………1.5~3.0確定公式內(nèi)各參數(shù)量值，，，普通運(yùn)轉(zhuǎn)作為運(yùn)轉(zhuǎn)過程取，得，在時(shí)間大概為三十小時(shí)的測量絲桿的運(yùn)動(dòng)每做一次，設(shè)計(jì)指標(biāo)需要做三次的測量。結(jié)論通過此次對(duì)縱橫向板材切割裝置的設(shè)計(jì)的過程中對(duì)滾動(dòng)絲杠的強(qiáng)度、滑動(dòng)絲杠的強(qiáng)度以及傳動(dòng)的系統(tǒng)傳動(dòng)效率等進(jìn)行了計(jì)算校核，還有運(yùn)用于連接電機(jī)的選型計(jì)算和校核一些其他部件。對(duì)與如何選取直線滾動(dòng)的導(dǎo)軌進(jìn)行了深入的分析，不僅確定了伺服電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，還分別進(jìn)行了慣性載荷計(jì)算和剛度討論，并且驗(yàn)證了他們的合理性。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，充分的將在大學(xué)中所學(xué)到的知識(shí)充分利用并融合了起來，在設(shè)計(jì)方面也有了一定的經(jīng)驗(yàn)。在solidworks等專業(yè)