数控高压水射流切割机的设计毕业设计论文

毕业设计（论文）数控高压水射流切割机摘要I摘 要随着社会的发展，机械制造业也要适应社会的发展。由于发展的需要，出现了许多难以加工的材料，传统的加工方法已经不能满足加工的要求，因此出现了许多新的加工方法，以满足加工的需要。水射流加工就是其中的一种加工方法，它和新出现的电子束加工，超声波等加工方法被称为特种加工方法 。数控高压水射流切割机床是水射流加工机床的一种，它是数控技术，电气控制技术，计算机技术等新技术结合的产物。 它包括超高压发生器、控制系统、切割平台等组成。这次我所设计的数控高压水射流切割机床主要设计其机械部分。它主要包括纵向进给机构，横向进给机构的设计，及伺服电机，滚珠丝杠的选择等任务。该切割机床可以完成平面板材的切割。关键词 水射流切割 横向进给 纵向进给 伺服电机 滚珠丝杠 本科生毕业设计（论文）IIAbstractWith the development of society, machinery manufacturers must adept to the development of social. Due to the development needs of the many difficult materials processing, traditional processing methods have been unable to meet the needs of processing. As a result, many new processing methods, to meet the needs of processing. Waterjet cut is one of the processing methods, it and the emergence of electron beam processing, ultrasonic machining method is called special processing method. CNC waterjet cutting machine is one of a waterjet processing machine; it is NC technology, electrical control technology, Computer technology and other new technologies with the product. It includes extra-high 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 completed planar sheet cutting .Keywords Waterjet cutting Horizontal Feed Vertical Feed Servo motor Ball ScrewsIII目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 水射流的发展历史及应用 .11.2 水射流加工技术的应用 .21.3 水射流切割的工艺特点 .3第 2 章 数控水射流切割机床的基本功能和基本参数 .72.1 数控切割机床的基本功能 .72.1.1 数控水蛇流切割机的原理 .72.1.2 水蛇流切割的优点 .82.2 机床的基本参数 .8第 3 章 数控水射流切割机床的布局与结构设计 .113.1 数水射流切割机床的控结构方案设计 .113.2 机床支撑件的设计 .123.2.1 对支撑件的要求 .123.2.2 撑件的选材与连接 .133.3 提高支撑件刚度的措施 .13第 4 章 数控水射流切割机床的传动系统设计 .154.1 伺服系统的发展 .154.2 数控水射流切割机的驱动系统设计 .154.2.1 对数控机床机械系统的基本要求 .154.2.2 驱动系统的设计 .164.3 机床传动部件的选择 .174.4 电机及滚珠丝杠的选择计算 .194.4.1 X 方向电机的选择计算 .194.4.2 X 向滚珠丝杠的选择计算 .214.4.3 Y 方向电机的选择计算 .244.4.4 Y 向滚珠丝杠的选择计算 .264.4.5 Z 向电机的选择 .294.4.6 滚珠丝杠的选择计算 .314.5 机床导轨的选择 .354.5.1 滚动导轨的结构 .354.5.2 滚动导轨的特点 .36本科生毕业设计（论文）IV4.5.3 滚动导轨的寿命计算 .374.6 联轴器的选择 .414.6.1 联轴器的种类及功用 .414.6.2 联轴器的选用 .41第 5 章 误差来源及分析 .435.1 误差及误差来源 .435.1.1 误差研究的意义 .435.1.2 误差的来源和传递规律 .435.2 举例说明安装误差对机床精度的影响 .455.3 提高传动精度减小传动误差的措施 .455.4 减小安装误差举例 .46第 6 章 机床的维护与润滑 .496.1 轴承的润滑与防护 .496.2 导轨的润滑与防护 .496.3 滚珠丝杠的防护与润滑 .50结 论 .51参考文献 .53附录 1 英文翻译 .55附录 2 英文原文 .61附录 3 开 题报告 .69致谢 .73第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 水射流的发展历史及应用19 世纪中叶，在北美洲，人类第一次使用水射流开采非固结矿床。20 世纪 50 年代初，苏联和中国利用水射流进行采煤(即水力采煤)。 随着水力采煤技术的推广，人们认识到，提高水的压力、适当减小喷嘴直径，可以显著提高水射流的击穿效果。于是人们开始研究较高压力的压力源(高压泵和增压器)及高压脉冲射流。20 世纪 60 年代以前，人们主要研究低压水射流采矿，水射流技术还处于探索试验阶段；至 20 世纪 70 年代初，主要研究制高压泵、增压器、高压管件，推广水射流清洗技术，处在设备研制阶段；至 20 世纪80 年代，水射流技术的应用领域从采矿发展到其他领域，大量的水射流采煤机、切割机、清洗机相继问世，并进行了广泛的推广应用；之后，水射流进入了快速发展阶段，水射流技术研究进一步深化，磨料射流、空化射流、自激振动射流等新型射流技术发展很快。20 世纪 60 年代，大批高压柱塞泵和增压器的问世，大大推动了水射流技术的研究工作。当时，部分学者认为水射流的压力越高越好。日本研究出 1700 兆帕的增压器，苏联和美国研制出 5600 兆帕的脉冲射流发生器。到 20 世纪 70 年代末。水射流技术出现了一个新的动向，即从单一提高水射流压力，转向研究如何提高水射流的威力。开始出现了高频冲击射流、共振射流和磨料射流，这些射流的水压并不算太高，但它们的威力却大大高于同样压力下的普通连续水射流。进入 20 世纪 80 年代，磨料射流、空化射流、气水射流和自振射流的发展，把水射流技术推向一个新的发展阶段。同时，各国学者也开始对各种射流的基础理论和切割机理等进行研究。水射流技术的应用范围也由采矿工业扩大到航空、建筑、市政建设、化工、机械、医学等领域。水射流作为一种良好的切割、破碎和清洗除垢工具，逐步被人们认可。一大批水射流切割机、采煤机、打桩机和不同用途、不同形式的清洗机被陆续投放市场。1972 年，英国流体力学研究协会(BHRA)组织了第一次国际水射流切割技术会；1981 年，美国水射流技术协会成立，此次技术会议也是国际性的；1983 年日本水射流协会成立。定期召开水射流技术研讨会和展览会，邀请国外水射流专家参会；1987 年，国际水射流协会成立，定期出版国际水射流杂志，多次召开环太平洋国际水射流会议，大大推动了世界各国水射流技术的发展。我国的水射流技术研究从 20 世纪 70 年代开始，最初主要是在煤炭部门研究和应用，以后逐渐发展到石油、冶金、航空等领域。经过多年本科生毕业设计（论文）2的研究实践，取得很大进展，开发出了一批新技术和新产品，有的在国际上还处于先进水平。我国从 1979 年开始，每两年召开一次全国水射流技术研讨会，并出版了高压水射流杂志。1.2 水射流加工技术的应用水射流技术因其本身的特点及优势在工业切割、清洗领域应用已十分广泛。切割方面：纯水应用于造纸业、橡胶业等，而加砂水刀则可应用于石材业、陶瓷业、航天航空业，汽车制造业、金属加工业。尤其值得一提的是汽车制造业，随着近几中国汽车工业的迅猛发展，国内外各大汽车生产厂商产量地极剧扩大，车型地不断更新，生产周期地缩短，对配套的汽车内饰件(如汽车地毯、仪表板、顶蓬等)厂家来 说，早期手工加工汽车内饰件的切边及打孔的方法，由于效率低下、产品精度差、劳动强度大，显然已不能满足当前汽车业发展的需求。此时，与机器人相结合的水 射流设备脱颖而出。高压水管以螺旋形绕在机器人手臂上，利用机器的手臂和手腕可使水切割头的喷嘴快速沿直线或弧线运行，达到 3 维加工内饰件的目的。此种加 工方式的优点在于高效率、高质量、精度高、柔性好。目前国内包括上海大众、上海通用、一汽大众、天津丰田、广州本田、神龙富康、南京南亚等众多车型的内饰 件配套厂商已使用高压水射流设备进行内饰件的加工。 工业清洗方面，可应用于汽车业之喷漆房清洗、石化业之热交换器内外管清洗、飞机跑道之橡胶清洗、工业上之除锈及防蚀工程表面处理、航天工业引擎零件之清洗、核能发电厂之清除辐射污染等行业。除了以上所介绍的应用领域以外，近几年，国外已有公司通过超高压技术，将其应用于食品杀菌达到食品保鲜的目的，并已成功打入食品保鲜行业(如美国著名的 HEMELL 公司已使用超高压设备进行食品保鲜)，取得了良好的口碑。1.3. 水射流切割的工艺特点水射流切割是水射流或磨料水混合物在压力达 400MPa 下，以速度达 100m/s 从直径 0.1mm0.2mm 的喷嘴中射出进行的切割。在磨料水切割时，射流从喷嘴通过小直径（约 1mm）硬质合金喷管喷出，并借助于在喷管入口喷射，从专用料斗中吸入磨料粉。水射流的动能将传给磨料颗粒，从而从被切割毛坯上去除微屑。这时，实际上在毛坯上完全没有热和力的作用，故切口表面不变形，且无毛刺及材料的组织畸变。 当切割功率达 30kW 以上时，工作头可用手或机器人的夹持装置自第 1 章 绪论3由握住。机器人的微处理器数控装置可在空间任意角度下实现切割。 水射流装置可切割板料、精确直角、打小孔、开窄槽和完成位于很近的型面（其中包括非导热材料）。 切口可从制件表面的任意点开始。切口宽度较小（在水切割时为0.1mm0.3mm，在磨料水切割时为 1mm1.5mm），从而可保证节约材料，降低能耗。工艺过程具有柔性的生态洁净的特点，通常可用于完成要求快速重调设备的单件订货。各种方法切割板料的评定结果列于表 1（根据 Flow 公司的数据）。主要工艺参数是生产率或切割速度 V。对大多数水射流装置：V=0.001m/min-12m/min，切割精度0.1mm。表 2 列举出了 Flow 公司关于磨料水切割各种材料的速度与毛坯厚度有关的数据。表 3 中列出了Ingersoll-Rand 公司（德国）关于水射