金属板件等离子弧柔性成形装置设计【图纸丢失，只有论文】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 毕业设计说明书  金属板件等离子弧柔性成形装置设计  学     院：  专     业：  学生姓名：  学     号：  指导教师：  2014 年 6 月买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘   要  金属板件等离子弧柔性成形技术作为一种先进的工程材料成形技术，是 以等离子弧 作为金属板件的成形 热源 。这种成形技术 在不借助 加工成形模具和外加压力 的 条件下 ，通过 合理 地 控制 等离子弧 柱扫描 的 轨迹和速率 ， 并 在加工过程中辅助 以有序的冷却措施 ， 使 得工程 材料内部形成可 以控 制 的温度梯度 ， 进而 在材料内部 产生非均匀 的 热应力场 。 当热应力超过材料 在 相应温度 下的屈服极限时 ，材料内部便会产生塑性变形，进而将金属板件加工成预期的成形形状。  在金属板件等离子弧柔性成形系统中最为重要的是金属板件等离子弧柔性成形的机械装置。根据金属板件等离子弧柔性成形装置设计的基本要求，参照立式数控铣床的机械结构和加工原理准确设计金属板件等离子弧柔性成形装置的 X、 Y、 Z 轴向进给系统以及工作台。结合金属板件等离子弧柔性成形原理，通过数控系统对金属板件等离子弧柔性成形装置的控制进而达到对金属板件的柔性成形加工。  关键词：等离子弧柔性成形  成形原理  进给系统  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of is an as of of be in of in to a  In is of to of C of of , Y, Z of of   文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985    录  摘   要  . I .    录  . 一章   引   言  . - 1 - 金属板件等离子弧柔性成形技术及其制造装备的发展意义  . - 1 - 近年来国内外对等离子弧柔性成形技术研究现状  . - 1 - 等离子弧柔性成形装置设计的基本要求的各个方面  . - 2 - 等离子弧柔性成形装置设计的基本步骤  . - 2 - 第二章   金属板件等离子弧柔性成形原理及成形系统 . - 3 - 金属板件等离子弧柔性成形原理  . - 3 - 金属板件等离子弧柔性成形系统  . - 4 - 第三章   金属板件等离子弧柔性成形装置的 总体设计 . - 7 - 金属板件等离子弧柔性成形装置设计的内容及目标  . - 7 - 金属板件等离子弧柔性成形装置的总体设计  . - 7 - 第四章   金属板件等离子弧柔性成形装置进给系统方案的确定  .0 - 金属板件等离子弧柔性成形机床进给系统  . - 10 - 金属板件等离子弧柔性成形装置进给伺服系统的组成  . - 10 - 金属板件等离子弧柔性成形装置数控系统方案设计  . - 11 - 金属板件等离子弧柔性成形装置 向工作台的传动方式  . - 12 - 第五章   金属板件等离子弧柔性成形装 置机械部分的设计  .4 - 确定金属板件等离子弧柔性成形装置的脉冲当量  . - 14 - 金属板件等离子弧柔性成形工作台外形尺寸及重量初步估算  . - 14 - 滚动导轨副的计算与选择  . - 15 - 滚珠丝杠螺母副计算与选择  . - 19 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 齿轮计算与设计  . - 26 - 伺服电动机的选取  . - 30 - 第六章   金属板件等离子弧柔性成形机床支撑件的结构设计  .4 - 等离子弧柔性成形机床支撑件的基本要求  . - 34 - 支撑件的静力分析  . - 34 - 等离子弧柔性成形机床支撑件结构设计  . - 34 - 参考文献  .7 - 致   谢  .8 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 第一章   引   言   金属板件等离子弧柔性成形技术及其制造装备的发展意义  机械制造工业是国民经济赖以生存和发展的基础。实践已再一次证明：先进的技术装备在国民经济现代化建设中起着重要的作用，一个国家综合制造能力的集中体现是机械装备制造业，其生产能力和发展水平的成熟是一个国家工业水平成熟的重要标志。随着数控技术在机械装备制造业中的广泛使用，在真正的生产实践之中 各式各样的数控成形机床相继地投入使用，尤其是在特种加工技术方面，特殊的加工方式和成形方式使数控技术在装备制造业中的应用范围变得更加充实。  金属板件等离子弧柔性成形技术作为一种先进的工程材料成形技术，是 以等离子弧 作为金属板件的成形 热源 。这种成形技术 在不借助 加工成形模具和外加压力 的 条件下 ，通过 合理 地 控制 等离子弧 柱扫描 的 轨迹和速率 ， 并 在加工过程中辅助 以有序的冷却措施 ， 使 得工程 材料内部形成可 以控 制 的温度梯度 ， 进而 在材料内部 产生非均匀 的 热应力场 。 当热应力超过材料 在 相应温度下的屈服极限时 ，材料内部便会产生塑性变形，进而 将金属板件加工成预期的成形形状。等离子弧柔性成形技术在现代机械制造行业中的地位越来越重要，其应用范围也随着高新技术的发展而不断扩展，这也是对传统机械加工方法的有力补充，并且等离子弧柔性成形技术已成为机械制造领域中不可缺少的技术内容。  由于金属板件等离子体弧柔性成形技术具备很多的优点，因此这种成形技术有望在汽车、船舶、航空航天等行业中发挥重要作用。对等离子弧与金属材料之间的能量祸合机制的系统认识，有助于推动等离子喷涂、等离子切割及等离子热处理等相关技术的发展，并且为实现大型板件的多品种小批量无模具化、柔性化生 产提供了新的途径。  近年来国内外对等离子弧柔性成形技术研究现状  我国对 金属板件 等离子 弧柔性成形技术 的研究 比较晚， 与国外的 等离子弧柔性成形技术 水平相比还有较大的差距 。我国从 80 年代中期开始，哈尔滨工业大学、上海交通大学、大连理工大学等单位相继开展该方面的研究工作。大连理工大学己开展了金属板件等离子体弧弯曲成形方面的研究工作，在进行等离子弧成形机理研究的同时，建立起相应的实验装置。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 对碳钢、不锈钢、黄铜等典型材料的等离子体弧弯曲成形规律做了探索性研究，对直线扫描弯曲方向、弯曲角度己能较好控制。  欧美等发 达国家对金属板件等离子弧柔性成形技术的研究做得比较早，现在已经形成了大规模的开发研制和生产的基地，涌现出了一大批大型跨国公司，如美国的 司、瑞士的 司。从最初的 3展为 10M 系统，到现在的计算机控制的金属板件等离子弧发生装置系统，可以实现对不同部件编程，制定不同的工艺，可以实时监控和记录等离子体弧柔性加工工艺参数。日本和韩国在金属板件等离子弧柔性加工技术发展迅速，研究成果较为突出，现在对等离子体弧表面成型加工的设备、技术等的研究非常地广泛和深入。  等离子弧柔性成形装 置设计的基本要求的各个方面  性能要求  （ 1）工艺范围；（ 2）机床精度和表面粗糙度；（ 3）生产率；（ 4）自动化；（ 5）可靠性；（ 6）机床寿命。  经济效益  （ 1）机床成本；（ 2）机床的加工效率和可靠性；（ 3）能量的消耗；（ 4）机床的机械效率。  人机关系  （ 1）“人机学”原理；（ 2）机床的布局；（ 3）操作安全性和可靠性；（ 4）机床的整体外观。  等离子弧柔性成形装置设计的基本步骤  调查研究方案拟定技术设计工作图设计编制技术文件对图样进行工艺审查 和标准化审查  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 第二章   金属板件等离子弧柔性成形原理及成形系统  金属板件等离子弧柔性成形原理  金属板件等离子弧柔性成形的关键包括将工件材料加工成型腔，在一次选定过程中有加热和冷却两个阶段。  在第一阶段中，运用等离子弧使金属材料加热，该能量束沿预定直线产生热效应。能量束会以预定的速度和模式沿直线运动。因此，金属材料自然会在加热线区域内产生塑性变形。能量束动作的定位加上能量束的加热速度，导致金属材料在那一区域内由于热量的扩散而产生塑性变形。另外，在第二阶段内，金属材料会自然而然或是由于材料前方或后面 气体的流动而冷却至周围环境温度，结果材料会达到一种在全部区域内产生塑性变形的程度。在冷却过程中，金属材料先前的变形区域由于材料的热收缩效应会沿垂直于加热线的尺寸方向变短。由于这一部分收缩材料并不包含材料的全部厚度，材料沿原来的加热线成一定的角度，因此材料的形状被永久改变了。通过重复执行上述步骤几次后，材料就可达到要求的弯曲程度。  金属板件等离子弧柔性成形技术比较适用于金属材料沿直线的弯曲，例如盘类，棒类等。利用这一方法可以使厚度连续多样变化的金属材料的弯曲变成可能，并且这一方法也可加工易碎材料和超硬材料。它 有以下优点：  1、成形过程不需要特殊的零件成形工具。  2、成形过程不需要施加外力。  3、成形过程可以使高硬和易碎材料产生变形。  4、成形过程中工件上的残余弹性自相平衡应力很小。  5、成形过程中金属结构常常产生微小变化；任意微小变化的出现都是有利的，因为金属晶粒的尺寸常常是减小的。  6、成形过程控制所需要的软件可能要非常普遍和灵活，因为它可能仅仅通过每次输入数据就能服务于一类成形程序。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 图 2金属板件等离子弧柔性成形原理图  金属板件等离子弧柔性成形系统  为了控制金属板件的成形速度、成形形状以及工件的质量，必须调整机床的成形参数，例如等离子弧与工件之间的夹角，等离子的停滞以及旋转体的倾斜角度。拥有一个有效地形状传感器和一个热量传感器，控制软件将会在不久的将来能够自动地调整所有的参数。  定位系统包括两个部分：等离子发射器的定位系统，工件的定位系统。我们将等离子发射器安装在一个三维运动系统之中，从而能够保持等离子弧与工件表面相互垂直。我们将工件夹紧在一个 X、 Y、 Z 轴向运动的工作台上。本等离子弧柔性成形机床整体的定位系统拥有四个自由度，因而我们能够获得复杂的空间轨迹。我们可以比较容易地调整加热区域的宽度并且可以放大能够获得一个比较买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 满意的表面质量的参数范围。依据工件现在的形状，为获得最快的成形速度，必须调整等离子弧与工件表面之间的夹角。  对于厚度低于 5的金属板件来讲，所需要的最大电流小于 100A。为了维持连续不断的热量输出，在成形过程之中计算机在工件的不同的位置上需要调整电流的大小。喷嘴的直径为 1 3 实验之中所使用的 304 型不锈钢金属板件的厚度为 0.8 寸）。电流大小范围是 20。在此电流范围下的运行速度为 3mm/s。  冷却系统是用来控制金属板件后面的温度和受热区域的冷却速度。冷却喷嘴与等离子弧喷嘴的方向正好相反。为确保获得一个满意的结果，必须保持一个适当的距离。这个距离的范围可以是 10 100 4 英寸 )。第二个冷却喷嘴在等离子弧喷嘴后面 25 1 英寸 )。最初，我们运用2为它的温度相对比较低。然而，在长期的成形过程之中需要一个通风系统。为了提高系统的灵活性，2体的流动速度范围是 7 21 L/ 冷却系统的中间媒介传输管道的开关是计算机控制的。在成形程序开始之前要先将工件夹紧在工作台上。通过控制计算机软件来调整等离子喷头、冷却喷嘴和工件之间的原始相对位置。工件表面与等离子弧之间的原始角度是 90 。通常等离子发射器的原始位置要尽可能地远离工件，因为当第一次引燃等离子弧时控制热量的输出是十分困难的。引燃等离子弧之后，等离子发射器开始向工件移动。当等离子发射器移动到工件的上方时，冷却流 便会自动地向工件的后面喷射。在若干次的来回运行之后，为保证等离子弧与工件的垂直关系应该调整等离子弧与工件之间的夹角。这样的循环运行要连续进行，直至我们获得所要求的形状。通常，我们为获得一个较高的成形速度会选择一些初始参数。例如，在一个朝等离子弧弯曲的模型里面，我们利用的是 30A 的等离子弧， 6等离子弧长， 3mm/6L/却流流动速度的结合。为获得一个准确的成形形状，最后一次运行的参数应该制定地更“软”一些从而减小成形速度。例如，在上述相同的情况中，电流应该减小到 20A。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 图 2金属板件等离子弧柔性成形系统  YF o r m i n g  M e t a l  S h e e t  P l a s m a  T o r c hC o o l i n g  W a t e rP l a s m a  G a sS h i e l d i n g  G a l a m pI n f r a r e d  R a d i a t i o n  T h e r m o m e t e r sC o o l i n g  S t r e a mI n i t i a l   M e t a l  S h e e t  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 第三章   金属板件等离子弧柔性成形装置的总体设计  金属板件等离子弧柔性成形装置设计的内容及目标  金属板件等离子弧柔性成形装置设计的内容  1、完成对等离子弧柔性成形技术相关论文的英文翻译（中文 5000 字左右）。  2、数控装置总体方案的确定：  （ 1）等离子弧柔性成形装置数控装置设计参数的确定；  （ 2）等离子弧柔性成形装置设计方案的分析，比较，论证。  3、等离子弧柔性成形装置机械部分的设计：  （ 1）确定脉冲当量；  （ 2）机 械部件的总体尺寸及重量的初步估算；  （ 3）传动元件及导向元件的设计，计算和选用；  （ 4）确定伺服电动机；  （ 5）绘制机械结构装配图；  （ 6）等离子弧柔性成形系统等效转动惯量的计算；  （ 7）等离子弧柔性成形系统的精度分析。  4、等离子弧柔性成形装置设计图纸：  等离子弧柔性成形装置机械结构装配图以及零件图。  金属板件等离子弧柔性成形装置设计的预期目标  1、等离子弧柔性成形机床能够实现 X、 Y、 Z 三个坐标的移动和控制；  2、等离子枪体固定、夹持精确；  3、等离子弧柔性成形机床所加工的金属板件的尺寸和厚 度不限；  4、等离子弧柔性成形机床能够实现空间实体的成形加工；  5、控制精度没有严格的限制。  金属板件等离子弧柔性成形装置的总体设计  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 根据金属板件等离子弧柔性成形机床设计要求与预期的目标，可以参照立式数控铣床的整体结构设计等离子弧柔性成形装置的布局，使机床的各个部件之间有准确相对运动和相对位置关系，并且使得机床有一个协调完美的造型。合理的机床布局不但可以使机床满足数控化的要求，而且能够使机械结构更加简单、合理、经济。  图 3金属板件等离子弧柔性成形机床  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 金属 板件等离子弧柔性成形装置设计初步条件  金属板件等离子弧柔性成形装置设计的初步假设条件： 定位精度： 珠丝杠螺母副及滚动导轨的使用寿命： L=50离子弧柔性成形装置工作时为轻微冲击或无冲击；等离子弧柔性成形机床工作台的有效行程为700xL ， 700yL ； 快 速 进 给 速 度 m a x 2 0 0 0 / m i m m ，m a x 2 0 0 0 / m i m m和工作载荷 5000  金属板件等离子弧柔性成形机床的技术参数  金属板件等离子弧柔性成形装置技术参数的确定：在等离子弧柔性成形装置设计之前，首先要确定机床主要技术参数，它是后继设计的提前和依据。等离子弧柔性成形机床的技术参数大致分为：尺寸参数、运动参数和动力参数。  1、尺寸参数  等离子弧柔性成形装置的工作台面尺寸预定为  300 400作台、夹具及工件的最大总重量为 10000N(根据图纸粗略估计 )，工作台面到等离子弧发射器的最小距离为 10作台 T 形槽宽度 b 为 18加工的金属板件的厚度为 510 2、运动参数  （ 1）主参数  等离子弧温度为 24000 50000K，能量密度为 105 106 W/等离子扩散角为 5 ，采用气体稳定型直流电弧等离子发射器。输入电压 380V。  （ 2）进给运动参数  本等离子弧柔性成形机床的 X、 Y、 Z 轴方向的平均移动速度相等，初步取等离子发射器的平均移动 速度为 600mm/中运动精度为  3、动力参数  等离子发射器的所用电源电路采用双逆变式变极性等离子弧电源电路：输出电流 100 400A；输入电压 380V，三相， 50入功率 20出电流频率 10 500 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 第四章   金属板件等离子弧柔性成形装置进给系统方案的确定  金属板件等离子弧柔性成形机床进给系统  在金属板件等离子弧柔性成形机床中，进给传动系统是机床的主要运动部分，能够实现等离子发射器沿 X、 Y、 Z 轴进行运动，完成对金属板件的加工。因此，在等离子弧柔性成形机床 设计时将等离子弧柔性成形机床的进给传动系统放在设计的第一位。本等离子弧柔性成形机床的 X、 Y、 Z 轴的结构一致。  1、等离子弧柔性成形装置进给传动系统工作原理及布局：  等离子弧柔性成形机床的数控伺服进给系统的每一个运动是有单独的伺服电动机驱动，传动链比较短，传动件比较少。执行件之间的传动比关系，由数控系统来保证。也可以说伺服进给传动系统是把彼此相关的运动分解为简单的运动，再由计算机将各个运动复合起来，以形成等离子弧发射器相对于金属板件（即等离子弧柔性成形机床的工作台）的复合运动。  2、进给伺服系统的基本要求：  等离子柔性成形机床对伺服系统的性能要求可以归纳为： 定位精度要高； 跟踪指令的响应要快； 系统的稳定性要好。  （ 1）进给伺服系统的稳定性和系统的惯性、刚性、阻尼以及系统增益都有关系。适当的选择系统的机械参数（主要有阻尼、刚度、谐振频率等）和电气参数，并使它们达到最佳匹配，是进给伺服系统设计的目标之一。  （ 2）定位精度是指工作台由一点移动到另一点时，指令值与实际移动距离的最大差值。采用数字调节技术可以提高伺服驱动系统的精 度。  （ 3）机床的快速响应特性包括系统的响应时间和传动装置的加速能力。它直接影响机床的加工精度和生产率。但并不是系统的响应越快越好，系统响应过快会造成系统的超调，甚至会引起不稳定，因此，应该适当选择快速响应特性。  金属板件等离子弧柔性成形装置进给伺服系统的组成  金属板件等离子弧柔性成形机床的进给伺服系统由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节。  金属板件等离子弧柔性成形机床伺服驱动系统包括驱动元件及控制单元。本等离子柔性成形数控机床采用半闭环进给系统，采用交流伺服电动机作为驱动 元买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 件。 机械进给传动系统的作用是传递和转换伺服电动机的运动，并带动成形工作台的移动，其中进给传动系统包括齿轮副传动机构、滚珠丝杠螺母副机构等。 而数控进给传动系统采用交流伺服电动机，可首先经过几次齿轮副的降速然后通过滚珠丝杠副带动工作台运动，实现进给驱动。  金属板件等离子弧柔性成形装置数控系统方案设计  金属板件等离子弧柔性成形装置数控系统方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，伺服电机类型及调速方案确定，进行等离子弧柔性成形装置数控系统总体方案的分析、比较和论证。  1、等离子 弧柔性成形装置数控系统运动方式的确定：  该系统要求工作台沿各坐标轴的运动有精确的运动关系因此采用连续控制方式。  2、等离子弧柔性成形装置伺服控制系统的选择：  开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。金属板件等离子弧柔性成形加工为精密加工，因此等离子柔性成形装置进给系统半闭环控制。  半闭环系统不将位移与速度传感器安装在工作台或其它执行元件上，而是将检测装置安装在进给传动件中的旋转部件上，补偿环是伺服系统的一部分，不能检测工作台等执行件的运动误差，所以半闭环伺服系统的精度比开环系统的要高， 而低于全闭环系统。等离子弧柔性成形机床的检测装置选取脉冲编码器，它既能够检测位移又能够检测速度。因为采用滚珠丝杠拖动工作台的运动方式。从理论上讲，半闭环控制系统中机床的工作精度与滚珠丝杠螺母副的刚度和精度有关。因此，提高滚珠丝杠螺母副的刚度和精度可以提高半闭环控制系统的工作精度。但是由于进给系统的反馈装置安装在伺服电动机的端部，补偿环路仅包含伺服电动机，调整和检测最简单，但是不能补偿传动机构和滚珠丝杠螺母副的传动误差，因此进给伺服系统的精度较低。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 输入脉冲机械运动部件机械传动链1 2 3 54图 4半闭环控制系统框图  1 数控装置； 2 比较器； 3 前置及功率放大器； 4 位置检测装置（脉冲编码器）；  5 伺服电动机  属板件等离子弧柔性成形装置 向工作台的传动方式  为保证等离子弧柔性成形装置拥有一定的传动精度和平稳性以及等离子弧柔性成形装置结构的紧凑，本等离子弧柔性成形机床采用滚珠丝杠螺母副传动机构。为提高柔性成形系统传动刚度和消除间隙，因而采用有预加载荷的结构。  由于等离子弧柔性成形装置工作台的运动部件重量和工作载荷不是特别大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台 的摩擦系数，提高等离子弧柔性成形机床运动的平稳性。  考虑到伺服电动机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到等离子弧柔性成形装置分辨率的要求，以及考虑到伺服电机负载匹配，因此采用齿轮减速传动机构。金属板件等离子弧柔性成形系统 向工作台的总体框图如下：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 图 4金属板件等离子弧柔性成形装置 向工作台的传动方式  计  算  机  光电隔离 功率放大 伺服电动机  X 向工作台  光电隔离 功率放大 伺服电动机  Y 向工作台  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 第五章   金属板件等离子弧柔性成形装置机械部分的设计  金属板件等离子弧柔性成形装置的机械部分设计内容主要包括：确定金属板件等离子弧柔性成形系统的 脉冲当量，机械运动部件惯性的计算，选择伺服电动机，成形机床机械传动部件以及导向元件的设计、计算与选择，绘制成形机床机械部分装配图以及零件图。  确定金属板件等离子弧柔性成形装置的脉冲当量  脉冲当量p是指一个进给指令时工作台的位移量。成形机床的脉冲当量应小于等于成形工作台的位置精度，由于金属板件等离子弧柔性成形装置的定位精度为 此选择脉冲当量为  金属板件等离子弧柔性成形工作台外形尺寸及重量初步估算  根据金属板件等 离子弧柔性成形装置设计要求中给定的工作台有效行程，画出成形机床的工作台简图，从而估算金属板件等离子弧柔性成形机床 向工作台承载重量。  根据金属板件等离子弧柔性成形机床设计要求，初步设计 向工作台的基本结构图如下：  图 5向工作台  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 金属板件等离子弧柔性成形机床的支撑结构采用 料， 向工作台的尺寸为 20124070合金属板件的加工尺寸与夹具的重量，初步确定最大支撑载荷为 10000N。单个滚 动导轨所要承受的最大载荷为 5000N。  滚动导轨副的计算与选择  金属板件等离子弧柔性成形机床上的运动部件必须沿着机床的床身和立柱上的导轨运行。导轨的主要功能就是导向和承载的作用。导轨使得运动部件沿一定的轨迹运动，从而保证各个运动部件的相对位置和位置精度；导轨承受运动部件以及工件的重量。导轨在很大程度上决定了等离子弧柔性成形机床的刚度、精度以及精度保持性。  导轨副应该满足的要求   导向精度，精度保持性；   低速运动平稳性；   拥有足够的刚度；   结构简单、工艺性好。  导轨副的性能分析  金属板件等离子弧柔性成形机床的工作载荷比较小，主要是进给传动系统产生的运动载荷，但是所要求达到的运动精度十分高。因此，根据精密机床的设计要点结合本等离子弧柔性成形机床的工作特点，选取 直线循环式滚动导轨。该滚动导轨有以下优点：  （ 1）滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的滚珠，使得滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大降低两者之间的运动摩擦阻力，因而获得：   滑块与导轨之间的动、静摩擦力之差很小，数控系统的控制信号与机械动作滞后的时间间隔极短，这有利于提高金属板件等离子弧柔性成形机床的快速响应性和灵敏度；   金属板件等离子弧柔性成形机床所需驱动功率大幅度下降，仅仅相当于普通机械的十分之一；   成形机床能够实现较高的定位精度和重复定位精度。  （ 2）金属板件等离子弧柔性成形机床能过实现无间隙运动，从而提高机械买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 系统的运动刚度；  （ 3）在成形机床中成对使用导轨，具有均化误差的的效 果，从而可以降低基础部件的加工精度要求，降低基础部件的机械制造成本与加工难度；  （ 4）滚动导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，滑块、导轨以及滚珠之间的接触应力小，滚动导轨的承载能力、刚度比平面与滚球的点接触时大大提高；  （ 5）滚动导轨采用表面硬化处理，可以使滚动导轨具有良好的可校性，心部保持良好的机械性能；  （ 6）能够简化机械结构的设计和制造过程。  不过滚动导轨也有不足之处：  抗振性能比较差；  滚动导轨对脏物比较敏感，必须有良好的防护措施；  相对滑动导轨来说，滚动导轨的制造成本比较高。  注：  直线循环式滚动导轨具体结构形状详见部件说明图。  图 5直线循环式滚动导轨  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 直线循环式滚动导轨的选取  （ 1）根据等离子弧柔性成形机床进给系统运行时所承受负载的大小进行等离子弧柔性成形机床 直线循环式滚动导轨的选取。在机床的总体设计时提出工作台、夹具及工件的最大总重量为 10000N，因而，分担到每个滚动导轨的重量是 5000N。  初步选取 直线循环式滚动导轨的型号如下：  表 5直线循环式滚动导轨的型号  型号  单根最大长度  （  额 定动载荷  C (额定静载荷  'C （  滑块个数  (单根导轨 ) 导轨根数  000 01 2 2 （ 2） 直线循环式滚动导轨额定寿命的计算  直线循环式滚动导轨副寿命计算公式为：  35 0 ( ) ( )h t c f f f CL k 其中：         于产品的技术要求规定，滚道硬度不得低于 通常可取）。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 表 5温度系数 C ) 100 150 >150 200 200 250  5接触系数1 2 3 4 5  5精度系数2 3 4 5  5载荷系数无外部冲击或震动的低速运动场合速度小于15m/明显冲击或震动的中速运动场合速度小于 1560m/外部冲击或震动的高速运动场合速度大于60m/1 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 19 - 则：331 1 0 . 8 1 1 7 9 4 0 05 0 ( ) 5 0 ( ) 5 4 . 4 8 5 01 . 2 5 5 0 0 0h t c f f f CL k m k   注：滚珠导轨副的额定寿命为 50 因此，所选的 直线循环式滚动导轨满足使用要求。  滚珠丝杠螺母副计算与选择  滚珠丝杠螺母副的特点  1、滚珠丝杠螺母副具有高精度、低摩擦、高效率的特点。它的机械效率比滑动丝杠高 3 4 倍。滚珠丝杠螺母副的动静摩擦系数相差极小，配合机床的直线循环式 滚动导轨，启动力矩很小，运动极其灵敏，低速运动时不会产生爬行现象。  2、滚珠丝杠螺母副滚珠循环类型的选取及其特点：  本等离子弧柔性成形机床采用的滚珠丝杠螺母副的结构是外循环。外循环的特点是：滚珠循环回路转折平缓，便于滚珠的循环，同时 外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单 ，加工方便； 但是滚珠丝杠螺母副滚道接缝处很难做得平滑，因而会影响滚珠滚道的平稳性。  3、滚珠丝杠螺母副的预紧及其特点：  合理的预紧方式和合适的预紧力，可以消除滚珠丝杠螺母副的间隙，从而使滚珠丝杠螺母副工作在最佳状态，使得滚珠丝杠的优点可以发挥 出来。预紧力增加，滚珠和滚道之间的接触刚度随之增加，传动精度提高。但是过大的预紧力将导致滚珠与滚道之间接触应力增大，从而降低工作寿命和传动精度。  本等离子柔性成形机床采用的是螺母式预紧的方式，这种预紧方式的特点是结构紧凑，工作可靠，调整方便，但是它的调整位移量不易得到精确控制。  滚珠丝杠的主要技术参数的简单说明  1、名义直径中丝杠的承载能力有关。珠丝杠螺母副的承载能力和刚度越大。但是会造成丝杠的自重过大，从而使得机床的驱动力矩变大。  2、基本导程纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 20 - 导程取交流伺服电动机的步距角 0   ，因此根据步距角选取基本 导程。  3、滚珠直径 d   滚珠直径 d 值是根据制造厂的产品规格查的。当导程一定时， d 过大，会降低丝杠螺纹的抗剪切和抗弯曲能力。一般取滚珠直径   4、滚珠的工作圈数 j 和工作滚珠总数 N 由实验结果可以知道，在滚珠丝杠中的各个滚珠所受的载荷是不均匀的。过多的工作圈数对提高滚珠丝杠的承载能力作用不大。同时，工作 圈数过多，所需要的滚珠的个数随之增加，容易造成滚珠流动不畅。但是，滚珠个数较少，也会造成滚珠和螺纹滚道负荷集中，接触点受力过大等问题。  滚珠丝杠螺母副的设计计算  滚珠丝杠都采用滚动轴承支撑，由于滚珠丝杠主要承受轴向力，因此，本等离子柔性成形机床滚珠丝杠采用滚珠丝杠专用轴承： 60 接触角的推力角接触轴承，采用面对面的安装方式。此类滚动轴承轴向刚度比向心推力球轴承及圆锥滚子轴承的轴向刚度都要大。  滚珠丝杠螺母副的支撑结构采取一端固定，一端简支的支撑方 式。 如图所示，这种安装方式是在滚珠丝杠的一端装可以承受双向轴向载荷与径向载荷的 60 接触角的推力角接触球轴承；另一端安装深沟球轴承，仅作径向支撑，而轴向可以游动。此类支撑方式的主要特点是：   提高了滚珠丝杠的临界转速和抗弯强度；   可以防止滚珠丝杠高速转动时的弯曲变形；   可以适用于丝杠长度、行程较长的情况。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 21 - 滚珠丝杠螺母副的支撑方式：一端固定，一端简支  对等离子弧柔性成形数控机床的进给传动系统进行设计时，需要对滚珠丝杠螺母副传动装置进行优化设计和选型。根据 荐以及今年来公认的计算公式，对滚珠丝杠螺母副传动装置进行设计计算和校核。  （ 1）滚珠丝杠的精度的选择  该等离子弧柔性成形机床的定位精度为 00复定位精度为 此根据图表可知取精度为 1 级精度。  表 5允许任意 300程内行程变动量300位： m ）  精度  1 2 3 4 5 7 10 3006 8 12 16 23 52 210 （ 2）滚珠丝杠主要技术参数的选取  金属板件等离子弧柔性成形机床的 X、 Y、 Z 轴的工作载荷按照三个坐标轴的中受载最大的轴进行设计，假定 Z 轴的工作载荷000N，滚珠丝杠的额定买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 22 - 使用寿命 L=50珠丝杠的长度 l=700杠的最高转速00r/杠的材料为 滚道的硬度为 58 62 计算载荷 F F H A  K K F 载 荷 系 数 硬 度 系 数 精 度 系 数 工 作 载 荷 系 数其中上式中的系数都按照相关标准查取。  计算载荷如下：  1 . 2 1 . 0 1 . 0 5 0 0 0 6 0 0 0F H A  K K F N 根据额定寿命计算出额定动载荷  3 3446 0 0 1 5 0 0 06 0 0 0 4 8 8 2 71 . 6 7 1 0 1 . 6 7 1 0 N 查询外循环滚珠丝杠螺母副系列中的额定动载荷得初选几个滚珠丝杠螺母副