高精度零件切割加工专机设计[钢制金相制样]【全套CAD图纸+Word说明书】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 编号： 毕业设计 (论文 ) 题 目： 高精度零件切割加工专机设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 本次设计是对 高精度零件切割加工专机 的 设计 。 在这里 主要包括 :传动系统的 设计 、装夹部位 系统的 设计 、 切割片 主轴 部位 系统的 设计 这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件 。 整机 电机通 过联轴器连接着据刀片，工作台 结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本论文研究内容： (1) 高精度零件切割加工专机 总体结构设计。 (2) 高精度零件切割加工专机 工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4) 高精度零件切割加工专机 的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词： 高精度零件 切割加工专机 ， 联轴器 ， 滚珠丝杠 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a of to to to a is a to is by an by to to to a (1) (2) (3) (4) of of (5) of to (6) to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . . 绪论 . 1 精度零件切割加工专机的研究现状 . 1 精度零件切割加工专机发展趋势 . 2 课题研究的内容及方法 . 4 要的研究内容和研究意义 . 4 计要求 . 4 键的技术问题 . 5 2 高精度零件切割加工专机总体结构设计 . 6 计的要求与数据 . 6 刀片选型 . 6 机工作原理 图 . 7 3 钢制金相切割 X 方向进给传动设计 . 7 向滚珠丝杆副的选择 . 8 程确定 . 9 定丝杆的等效转速 . 9 计工作台质量及负重 . 9 定丝杆的等效负载 . 9 定丝杆所受的最大动载荷 . 10 度的选择 . 选择滚珠丝杆型号 .核 . 12 界压缩负荷验证 . 12 界转速验证 . 13 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 13 机的选择 . 14 机轴的转动惯量 . 14 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 机扭矩计算 . 15 4 钢制金相切割 Y 方向进给传动设计 . 18 轴滚动导轨副的计算、选择 . 18 珠丝杠 计算、选择 . 19 进电机惯性负载的计算 . 22 第 3 章 夹持工件夹具的设计 . 25 具结构 . 25 作原理 . 25 各组成部分的设计 . 26 定座的设计 . 26 动身的结构设计 . 26 杠螺母的设计 . 27 口板的结构设计 . 27 定钳口板用螺钉的结构设计 . 28 母的选择设计 . 28 的选择设计 . 29 杆的结构设计 . 29 杆的强度校核计算 . 30 片的选择设计 . 30 结论 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 X 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 精度零件切割加工专机 的 研究现状 在现代工业中，生产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越来越高，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， 我们发现 切割技术 已经渗透到各个领域并且被广泛使用。根 据资料显示， 割技术 加工。我国每年的 切割 设备需求量 金额 超过 50 亿元。 既然切割机 能够这么普遍地应用在各个领域， 它 肯定具备了很大的市场竞争力。 80 年代初期，国际商业机器公司 (先提出的化学机械抛光引入集成电路进行平坦化的制程工作。主要是通过适当的制程参数设计，利用一个抛光平台，配合适当的化学溶液，将晶片表面高低起伏不一的轮廓加以磨平。安永畅男使用不锈钢环抛光 钢制金相 ，发现 钢 制金相 界面与不锈钢形成了结构松软的固相化学反应层， 钢制金相 表面具有镜面光泽，而且没有发现亚表面损伤的现象，并提出了机械化学抛光的概念。 人在进行 钢制金相 超抛光的实验中，利用二氧化硅水溶液搭配上锡盘当研磨盘，首次观察到 钢制金相 的残余表面粗糙度为 1于使用 磨粒而言，因为其硬度比 钢制金相 的要低，理论上并不具有去除 钢制金相 表面的能力，但是实验结果却说明 光液具有去除 钢制金相 表面材料的能力，利用此套仪器设备对 钢制金相进行抛光可获得比较好的表面粗糙度并认为在超抛光中，抛光液 中直径 7胶羽状过撞击移除了 钢制金相 表面原子，并提出了一种新的抛光方法，浮法抛光法。 们认为是由于单纯的化学反应 制金相 表面的原子，而来自抛光过程摩擦产生的热是化学反应能够进行的驱动力，并提出化学反应式为： i 7222232 222 反应后生成物为高岭土，并可利用抛光液的流动特性将高岭土移除。 人使用直接接触法搭配上沥青抛光盘对 钢制金相 进行超抛光，抛光结果均方根粗糙度值可达到 据 人证实的直接接触的想法的基础上，提出了“热液磨耗”的理论模型。最近几年，国际上一些知名的半导体及光电子技术公司纷纷投入了大量的资金去研究 钢制金相 抛光，并取得了一定的成果，如美国、日本、德国以及俄罗斯等公司己经能产业化生产 3 英寸的单晶 钢制金相 ，并且正在研发 4 英寸的技术。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 改革开放 20 多年来，国内金相加工工业经历了持续快速发展的过程，到了 2005 年我 国金相加工总量已达 3 亿吨，约占 世界金相加工总量的 35%，主要的金相产品 轮胎、 传送带等产量均居世界第一位。金相业依然是国内重要的支柱产业之一，在满足人民金相 产品消费，出口创汇，为其他产业提供支持，解决就业问题等方面发挥重要作用。 今年来随着金相行业结构调整和产业升级的升入，通过国内技术的改造和国外先进技 术的引进和吸收，金相行业的装备和技术水平大幅提高，企业自主创新能力也有所增强， 生产效率不断提高，品种范围迅速扩展，生产已从劳动密集型向科技型转换。淘汰落后装 备和工艺，光、机、电、气动、液压、传感、计算机技术的复合应用，为金相 附加值提高 和新产品开发提供了强有力的保障，金相产品休闲化，个性化，高档化趋势日益明显，橡 胶产品出口以年均 19%的速度增长，出口成品自给率也提高到 70%，彻底扭转了金相进口 量高于出口量的局面，增强了行业的国际竞争力。但我国金相行业的整体水平与世界先进 国家相比仍有较大差距。应对整个金相领域的飞速发展有了一个总体认识，以期待找出与 国外差距和今后提高科技水平的方向。 精度零件切割加工专机 发展趋势 我国从 20 世纪 80 年代开始进行大型机床等机械产品 切割 结构的研究， 20 多年来已取得长足的进步。 切割 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。 20 世纪 90 年代发展起来的线切割技术的成熟应用，成功地满足了大片径、低损耗和相对较高表面质量的晶片切割需要。线切割晶圆技术刚开始是运用游离磨粒的方式，也就是利用线带动游离磨粒（如碳化硅等），传统的金属切割线如图 1 所示，使在工件和线中间的磨粒对工件进行磨切割。但是游离磨粒的缺点在于，因为磨粒和工件实际接触到的面积较小，造成材料移除率较小，所以需要较长的加工时间；而另外一个缺点在于，如须加工更硬、更难以切割的工件（如 钢 制金相 、碳化硅），则游离磨粒的方式将难以对工件的表面达到预期的切割。为了改善上面的缺点，切割碳化硅、 钢制金相 等硬度大的材料，固定金刚石磨料线切割技术应运而生，这种加工技术通常是使用电镀的方法将金刚石磨料固定在钢丝表面（如图 2 所示） ,加工过程中锯丝上的金刚石直接获得运动速度和一定的压力对硅材料进行磨削加工 , 相比游离磨料多线锯的 三体加工 ,它属于 二体加工 ，其加工效率是游离磨料多线锯的数倍以上。金刚石单线切割机以其独特的优势成为第三代半导体硬脆材料和大直径材料切割中不可或缺的一部分。 在当前， 高精度零 件切割加工专机 的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用切割高精度零件切割加工专机 ，称之为固定结构的传统 高精度零件切割加工专机 ，其运动特买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 性使特定 高精度零件切割加工专机 仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于 高精度零件切割加工专机 的发展。 很数 高精度零件切割加工专机 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 高精度零件切割加工专机 找到合适的位置并且放好，通过人工将 高精度零件切割加工专机 本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动 高精度零件切割加工专机 是有轨移动切割 高精度零件切割 加工专机 ，也就是说 高精度零件切割加工专机 的自主性还跟不上工业发展的脚步。 金相切割机的发展前景 : （ 1）复合化发展。随着金相机械技术的发展，机械复合技术和复合加工技术逐渐成熟， 在每一台机床上都可以符合多重任务完成各种生产要求。这样的复合生产将是新一轮的先进生产方式，金相切割行业的技术研究应该更加注重复合化发展，研究建造出可以完成多 重任务完成各种生产要求的金相切割机。 （ 2）实现金相切割的全面智能化。过去的人工控制切割已经不能满足金相机械管理的 发展需求。未来的控制需要通过计算机对切割机的操控，使我们的 金相切割向智能化迈进， 在整个系统中，智能化也成为数控发展的又一大突破。 （ 3）现代高精度化。加紧技术研究，提高精密度。因为精度化更加迎合了现代高科技 产品的高要求，符合了新的时代发展要求。所以要适应时代新的发展要求必须加快精度研 究的步伐。 （ 4）趋向柔性化发展。引进柔性自动化技术，对于切割过程中复杂规格的金相件，保 证规格的高要求，准精度。这样的柔性技术能够满足市场对产品的高要求，改变市场供不 应求的现状。是一项先进的而有时效性的切割技术，它已经成为切割机发展的主流趋势。 （ 5）结合电子计算机实现 网络化。网络的力量在 21 世纪已经无法阻挡，切割系统网 络化也是历史之必然。要加紧切割机与网络结合生产研发，结合网络优势综合开发新的切 割机项目。这样的发展一定会促进网络带动切割技术的新一代变革。 未来的发展趋势可分为以下三个方面： 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切割任务； 3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动切割 高精度零件切割加工专机 的控制所采用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 课 题研究的内容及方法 要的研究内容 和研究意义 在查阅了国内外大量的有关 切割 高精度零件切割加工专机 设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑 切割 高精度零件切割加工专机 结构特点、具体作业任务特点以及 切割 高精度零件切割加工专机 的推广应用，分析确定使用 切割 高精度零件切割加工专机 配合生产工序，实现自动化 切割 的目的。 在机械加工过程中，金相切割方法常用是手工切割、半自动切割及数控切割机切割。 手工切割灵活方便，但切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时 劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切 割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其 使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了 工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的切割。专业切割机相对手动方式 来说，可有效地提高金相切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。在我国的一些 中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割方式还较为普遍。 我国机械工业金相使用量已达到 3 亿吨以上，金相的切割量非常大；随着现代工业 的发展，对金相切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高。因而专业切割机的市 场潜力还是 很大、市场前景比较乐观。 专业金相切割机的诞生，对于提高生产效率降低生产成本具有重要意义。此项研究也 是对大学四年所学课程的一次总复习，它将机械制图、机械设计和工艺分析，夹具设计等 机械设计制造主要专业课程紧密联系在一起，利用所学的机械与控制相关知识来解决实际 的生产问题，将理论设计与实际运用联系起来，需要考虑多方面的问题，如成本、定位方 案，加工精度的控制和机械设备使用寿命等等。 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 高精度零件切割加工专机 本身的结构特点，确定 高精度零件切割加工专机 整体设计方案。 2 确定 高精度零件切割加工专机 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 高精度零件切割加工专机 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 高精度零件切割加工专机 的整体设计方案 ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 2 完成 高精度零件切割加工专机 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 高精度零件切割加工专机 结构的设计； 绘 制 高精度零件切割加工专机 结构总装配图、主要零件 图 。 键的技术问题 1 方案选择 2 整体的支撑架设计 3 机构设计 4 强度校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 2 高精度零件切割加工专机 总体结构设计 计的要求与数据 要求： 1) 所设计的 高精度零件切割加工专机 使用带锯进行切割 2) 保证带锯行进与路线切向一致； 3) 被切材料快速定心夹紧； 4) 切削液回收。 本文课题参数假定 假设切割钢制金相 直径为 250 电机功率为 W,本文选用减速电机作为 带锯 驱动装置。查 用如下减速电机。 表 选用的电机的详细参数 电机额定功率 Pm/出转速 r/输出扭矩 m 减速机 速比 i 输出轴许用径向载荷 使用系数 速机 型号 电机 型号 重量/6 47 870 4 此型号的电机在一定程度上保证了驱动功率有一定的盈余，因数在电机起动时，若输送机床上有工件，则此时的起动功率会比平时工作时的功率要大，且减速电机本身还有一定的使用系数。 刀片 选型 由于 锯刀片 没有国家标准，故从市场上使用的任意一种选择带锯，锯带尺寸：依据机床规格指定 ，但锯带厚度不得超过 锯 直径 取 为 250. 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 机工作原理图 电机通过联轴器带动据刀片，而工作台 向可以进给到合适的位置，上面的夹具装夹工件， 通过调整距离来实现移动。 3 钢制金相 切割 X 方向进给传动 设计 表 3支承 简图 特点 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 方式 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。 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 X 向最大行程为 300快进给速度为 18m/轴箱大概质量为 50作买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 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 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 般取 课题中取 丝杆所受的力为 x 2 1 5 52 2-)2 2(-)2 2( 3a x ）（）（）（买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 表 3 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 2 5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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 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 丝杆本身的拉压刚度 杆副内滚道的接触刚度 承的接触刚度 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 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 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。 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) 界 转 速 计 算 长 度 ， 单 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 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 750100 经计算得： m 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 328 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、