五轴联动表面感应加热淬火机床设计【毕业论文+CAD图纸全套】

购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 I 宁学 课程 设计 (论文 ) 五轴联动表面感应加热淬火机床设计设计论文 分 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 要 随着科学技术的发展， 五轴联动表面感应加热淬火机床 设 计 的应用也显得越来越频繁，先进 切割 技术的发展总是不断地从新科技的成果中获得新的起点。目前， 五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 技术在电子科技、计算机技术及机器人的制造中都起着重要的作用。无论在什么情况下， 五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 才能提高 淬火 的水平和质量。我们只有将数控机技术 淬火 淬火 技术有效的结合才能更好的推动新科技的发展，因此数控 淬火机床 的设计对于解决这一难题至关重要。 本课题针对龙门式火焰 淬火 的横梁及火焰切割头的机械部分 X、 Y 方向的结构及传动设 计 进行了设计。横梁的机构设计主要对其结构的确定，之后对传动 装置进行了选择及计算检验，最后对主要传动的零部件进行选择校核。其中主要对滚动丝杠的强度及传动效率等进行了计算校核。并对横梁设计中存在的结构部件的联接问题进行了改进。火焰切割头是在传动装置的基础上运用丝杠的转速控制运动 ,经过验证取得了很好的效果，实现预期目的。 关键词： 五 轴联动 ， 机构设计 ， 五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 V of of is of is of in At an in of In to of We in to of NC C is of of of , Y is of is of of on of of in of is on by to of 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 录 摘要 . . 录 . 1 章 绪论 .轴联动表面感应加热淬火机床设计的研究目的及意义 . 1 轴联动表面感应加热淬火机床设计背景 . 1 轴联动表面感应加热淬火机床设计简介 . 1 义 . 1 究现状及发展趋势 . 1 火机床国内外的现状 . 2 火机床发展前景 . 5 课题研究的内容及方法 . 6 题研究内容 . 6 计要求 . 6 键的技术问题 . 6 第 2 章 总体方案机构设计 .计概念 . 7 计原理 . 7 案讨论 . 7 第 3 章 X 向机械结构及传动设计 . 向滚珠丝杆副的选择 . 9 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 .买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 选择滚珠丝杆型号 .核 . 临界压缩负荷验证 . 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 机扭矩计算 . 15 轨的选型及计算 . 16 第 4 章 Y 向机械机构及传动设计 .门式横梁结构设计 . 19 定龙门式火焰切割机横梁结构 . 19 动装置类型的选用 . 19 动方案的选取 . 20 床零部件的设计 . 20 杠副的选取 . 21 轴器的选取 . 25 承的选取 . 27 动丝杠的计算 . 27 进电机的选取 . 30 第 5 章 机架的设计 .身结构 . 34 床身结构的基本要求 . 34 身的结构 . 35 总结与展望 . 谢 .买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 1 第 1 章 绪论 轴联动表面感应加热淬火机床 设计 的研究目的及意义 轴联动表面感应加热淬火机床 设计 背景 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，也不排除 的 淬火 加工过程。我们发现 技术 已经渗透到各个领域并且被广泛使用。 根 据资料显示，我国每年钢铁的产量一般在 3 亿吨左右，其中有一半以上的钢 有用到 淬火 技术 加工。我国每年的 淬火 设备需求量 金额 超过 50 亿元。 既然 淬火 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。 轴联动表面感应加热淬火机床 设计 简介 龙门式数控火焰 /五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 采用驱动， 即切割头，运行稳定，配置好，工作效率 很 高，可 以 用于各种异形碳钢、锰钢、不锈钢等金属材料的大、中、小型钢板下料。还可根据用户 的 要求配置多把割炬。 义 用方管对焊 的 结构，具有刚性好，精度高，自重轻，惯量小的特点。所有 的 淬火 件均 采用 振动时效去应力处理，有效的防止了结构变形； 向驱动：横向导轨 则 采用 了 台湾进口的直线 式 导轨，纵向导轨是由精密加工的特质钢轨制成 的 ，保证了 淬火 的运行平稳，精度高，且经久耐用，清洁美观； 究现状及发展趋势 激光 淬火 的切割速度快，精度和切割质 量好等特点。在国家指定的长期发展规划时，又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展，所以要对激光切割有很高的重视程度，这就将激光 淬火 的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入，这就带动了国内企业开发、生产激光 淬火 。 随着现代化的机械加工业的发展，人们对切割的质量、精度要求的不断提高，并对生产效率的提高、生产成本的降低、高智能化地自动切割的功能要求也在不购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 2 断的提升。数控 淬火 必须要去适应现代化机械加工发展的要求。 淬火 的发展 从现在几种通用的数控切割及应用情况来看， 五轴联动表面感应加热淬火机床 的功能及性能已经比较完善了，但是对切割材料有局限性（只能切割碳钢板），其切割速度也慢，生产效率低，适用范围逐渐在缩小，市场不可能有大的增加。 等离子 淬火 具有切割范围广（可以切割所有的金属材料），切割速度快，工作效率高等特点，未来的发展方向在于等离子的电源技术的提高、数控系统与离子切割配合的问题，比如电源功率的提升就能切割更厚的板材；完善和提高精细等离子技术也能提高切割速度、切面质量和切割精度；通过完善和提高数控系统来实现对等离 子切割效率和切割质量的提升。 激光 淬火 的切割速度快，精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时，又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展，所以要对激光切割有很高的重视程度，这就将激光 淬火 的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入，这就带动了国内企业开发、生产激光 淬火 。 火 的发展 数控管材 淬火 适用于各种管材上的切割，如切割圆柱正交、斜交、偏心交等相贯线孔、方孔、椭圆孔，并能在管子的端部切割与之 相交的相贯线。这种类型的设备已经广泛运用在金属结构件的生产，电力设备、锅炉业、石油业、化工等部门。它是行业内比较高端的产品之一，此类的设备切割功能可以满足 淬火 工艺众不同的板材开不同角度的坡口要求。随着造船业地发展，船厂在国内率先引进和使用数控等离子 淬火 。随着技术的发展，目前国内外的船厂纷纷配备了具有回转坡口功能的等离子 淬火 ，为了满足其高技术、高附加值船的建造要求。 火机床 国内外的现状 目前来说淬火机床应用在金属及非金属行业上，一般来说，非金属行业分得比较细致，比如有切割石材的石材淬火机床、水淬火机床 、锯齿淬火机床，切割布料、塑料及化纤制品用的激光淬火机床、刀片式淬火机床，切割金属材料的则有火焰淬火机床（火焰淬火机床又分数控火焰淬火机床和手动火焰淬火机床。而手动的又有小跑车、半自动、纯手动的；数控的 有龙门式数控淬火机床 、 悬臂式数控淬火机床 、 台式数控淬火机床 、 相贯线数控淬火机床等等 ）、等离子淬火机床。 经过 了 几十年的发展，数控淬火机床在切割能源和数控控制系统两方面 均 取得了长足的发展， 譬如 切割能源已 经 由单一的火焰能源切割发展为目前的多种能购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 3 源 (火焰、等离子、激光、高压水射流 等等 )切割方式；数控淬火机床控制系统 已由当初的简单功能、复杂编程和输入方式 及 自动化程度不高 已经 发展到具有功能完善 的 、智能化 的 、图形化 的 、网络化的控制方式； 驱动系统也从的步进驱动、模拟伺服驱动到今天的全数字式 的 伺服驱动 。 数控 淬火机床 是目前国际上非常流行的一种高新技术机床产品。该机床顺应了当今世界机床工业 “高速、复合、智慧、环保 ”的发展潮流，适应多品种小批量、变品种变批量的生产方式。这类机床可广泛地应用于对圆柱、圆锥、球轴承内外套圈、滚道及端面各表面的多批量、多品种、多规格的精加工磨削；也适用于 齿轮 类、套筒类等零件的高精度磨削加工。 中国数 控立式复合磨床的发展速度确实相当惊人，生产厂家增多，产品产量亦大幅扩增。与国外同类机床相比，虽在某些细节方面仍存在差距，但总体上看，机床制造水平还是比较高的，完全可以替代进口。这类机床的配置都较好，制造厂商大多选用进口的高档配置，以增强机床性能的可靠性。 目前的数控 淬火机床 在突破大型工件的加工难题之后，主要问题便集中在以下几方面：机床选用的配置、布局和模组化设计；如何进一步提高机床的效率、降低制造成本，从而提高综合市场竞争力等。 对于数控 淬火机床 而言，令人担心的不是制造能力方面的问题，而应是市场容量层面 的问题。可以预料，今后 淬火机床 的市场竞争将会日趋激烈。竞争焦点将集中于机床的加工精度、效率、适用范围、操作便捷性、价格、交货期、售后服务等方面。 近年来可以看到，在国内各个重要的机床展览会上，都展出了大量的、较高水准的数控 淬火机床 ，显示出国内各专业制造厂对该类机床的重视。 以今年于北京举行的 览会为例，杭州机床集团公司等厂家便展出了 5 台数控 淬火机床 ，昭示着该类机床已然成为当今机床市场的新热点和销售重点。同时值得注意的是，该类机床也是服务于风电等大型基础建设的重要装备之一。 数控 淬火机床 的发展趋 势 为了取得市场竞争的先机，就有必要充分了解数控 淬火机床 的发展趋势如何。本人总结出以下四点发展趋势。 1. 规格将向大小两头发展 根据用户需求， 淬火机床 的规格将向大小两头发展，工作台直径逐步发展达到 3 米、 4 米甚至 5 米的机床。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 4 小规格机床的发展会受到市场因素的制约，因为用户对小规格磨床的需求并不太紧迫，而用 淬火机床 替代卧式端面内圆磨床也有一定难度。从国外 淬火机床 来看，除了日本太阳工机有小规格机床外，其他厂家基本上都是大规格的。 但是，从发展的观点看，小型 淬火机床 一定会有潜在的市场需求，而一旦现有 加工设备不能达到该要求，就会急需用新设备来予以替代。若能实现替代，这一市场潜力是不可估量的。特别是当新设备能大幅度提高磨削效率的时候，即使价格比较昂贵，也会有很强的市场竞争力。 2. 向磨削中心和 加工中心 方向发展 可以预见，通过采用先进的部件，机床将采用砂轮交换装置、 刀具 交换装置、机械手、自动测量装置，形成集成程度更高的复合机床。 3. 将在风电行业发挥重要作用 中国风能资源丰富，近海和海上可开发利用的风能储量约 2010 年，风机装机容量有望达到 500 万千瓦。而风机需使用大型轴承，如洛阳轴承最大转盘 右。相信随着风力发电的主轴、风机轮毂等需求量的不断攀升，用于这些大型零件的磨削加工的磨床必将大显身手。 应当引起注意的几个问题 面对大好形势的同时，也应结合中国实情，及时注意以下几方面问题。 1. 生产商不可一哄而上 无数次的经验教训已经证明，生产厂商一哄而上，会造成剧烈的市场竞争和资源浪费。 目前已经能够看到， 淬火机床 的制造厂出现了大幅增加，可是在市场容量尚不能准确预计的当前，无疑风险也较大。生产量与需求量相适应这一客观规律不容忽视，否则就会造成经济效益低下的恶果。 2. 机床配置须符合用户生 产实际 发展该类机床时，应注意机床须与用户实际生产需求相适应，并不是机床的配置越好销路就越好。结合中国当前的国情来看，有些高技术含量的机床品种如高档的复合磨床、磨加工中心尚缺乏强劲的销售动力。也就是说，先进技术的前瞻性与现实往往存在一定距离，往往会由于价格等原因造成 “ 叫好不叫座 ” 的窘况。 3. 行业标准有待制定 面临该类产品的迅猛发展，行业工作的加强也需正式提上议程，有必要以标准为纽带，购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 5 适时组织制定相关的行业标准和国家标准，全面规范立式数控磨床的制造。 4. 力促制造厂商交流 在条件成熟时，可由机床工具工业协会 牵头召开制造厂经验交流会，进一步推进数控 淬火机床 的生产和相关先进技术的发展。 火机床 发展前景 随着现代化的机械加工业的发展，人们对切割的质量、精度要求的不断提高，并对生产效率的提高、生产成本的降低、高智能化地自动切割的功能要求也在不断的提升。数控淬火机床必须要去适应现代化机械加工发展的要求。 从现在几种通用的数控切割及应用情况来看，数控火焰淬火机床的功能及性能已经比较完善了，但是对切割材料有局限性（只能切割碳钢板），其切割速度也慢，生产效率低，适用范围逐渐在缩小，市场不可 能有大的增加。 等离子淬火机床具有切割范围广（可以切割所有的金属材料），切割速度快，工作效率高等特点，未来的发展方向在于等离子的电源技术的提高、数控系统与离子切割配合的问题，比如电源功率的提升就能切割更厚的板材；完善和提高精细等离子技术也能提高切割速度、切面质量和切割精度；通过完善和提高数控系统来实现对等离子切割效率和切割质量的提升。 激光淬火机床的切割速度快，精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时，又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展， 所以要对激光切割有很高的重视程度，这就将激光淬火机床的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入，这就带动了国内企业开发、生产激光淬火机床。 数控管材淬火机床这种类型的设备已经广泛运用在金属结构件的生产，电力设备、锅炉业、石油业、化工等部门。它是行业内比较高端的产品之一，此类的设备切割功能可以满足焊接工艺众不同的板材开不同角度的坡口要求。随着造船业地发展，船厂在国内率先引进和使用数控等离子淬火机床。随着技术的发展，目前国内外的船厂纷纷配备了 具有回转坡口功能的等离子淬火机床，为了满足其高技术、高附加值船的建造要求。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 6 课题研究的内容及方法 题研究内容 在查阅了国内外大量的有关 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑 淬火五轴联动表面感应加热淬火机床设计 结构特点、具体作业任务特点以及 淬火五轴联动表面感应加热淬火机床设计的推广应用，分析确定使用三自由度关节型 淬火五轴联动表面感应加热淬火机床设计 配合生产工序，实现自动化 淬火 的目的。 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 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 本身的结构特点，确定 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 整体设计方案。 2 确定 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 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 五轴联动表面感应加热淬火机床设计 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 五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 的整体设计方案 ； 2 完成 五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 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 五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 结构的三维造型； 绘 制 五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 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（龙门结构及悬臂结构的选择） 3 机构设计 4 强度校核 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 7 第 2 章 总体方案 机构设计 计 概念 整体的支撑架采用龙门结构 在工程中我们常用的整体支撑架结构有龙门结构和悬臂梁。所谓的悬臂梁就是 梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力） 。 而 龙门结构通俗地说 就是 一根横梁连接两个支腿与地面紧固组成的像一个门框一样的结构。因为他是双支撑结构区别于单支撑和悬臂结构，所以结构特别简单。 计原理 数控 五轴联动表面感应加热淬火机床 设计 的设计应满足一下几个条件 首先就是必须 保证工件定位可靠 的可靠性， 为了使工件、 焊枪 与 淬火 点 保持准确的相对位置，必须根据要求的 淬火 点 ， 去选择合适的定位机构 。 再者就是要 有足够的强度和刚度 除了受到工件、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到 淬火 枪 在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度 可能会 发生折 断或 者 弯曲变形， 所以 对于受力较大的进行强度、刚度计算 是非常必要的 。最后要 尽可能 做到 具有一定的通用性 如果可以 ，应考虑到产品零件变换 的问题 。为适应不同形状和尺寸的 零件 ， 为满足这些要求， 可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。 X 轴采用丝杠加导轨形式 ： 横向 电动机 联轴器 横向 滚珠丝杠（导轨） 向电动机 联轴器 纵向滚珠丝杠 大托板 案讨论 悬臂梁 在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。 龙门结构制作方便，承受负载大，结构稳定，工程上广泛应用。 考虑到上述问题 该课题的整体结构采用龙门结构。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 8 第 3 章 X 向机械 结构及传动设计 表 3支承方式 简图 特点 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。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 9 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。 已知 X 向最大行程为 5000快速进给速度 为 10m/假设 主轴箱大概质量为 50作台大概质量为 80动部件 大概质量为30 程确定 电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比 i=1, 选择 驱动电机最高转速 的最高转速 g i n ,/2 0 0 0m a xm a x 最大转矩，则丝杠的导程为 52 0 0 0/1 0 0 0 0/ m a xm a x 取 0 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 0 0 010/1 0 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 K 为颠覆力矩影响系数，一般取 课题中取 丝杆所受的力为 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 10 x 2 1 5 52 2-)2 2(-)2 2( 3a x ）（）（）（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 表 3买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 11 表 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 25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 0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 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 S，丝杆副内滚道 的接触刚度 承的接触刚度 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 12 螺母座的刚度 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