摘 要
随着科学技术的发展，薄板切割装置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，薄板切割装置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，薄板切割装置设计才能提高焊接的水平和质量。我们只有将数控切割机技术和焊接跟踪技术有效的结合才能更好的推动新科技的发展，因此数控切割机的设计对于解决这一难题至关重要。
关键词: 切割技术，机构设计，薄板切割装置设计
Abstract
With the development of science and technology, the application of plasma cutting machine is more and more frequent, the development of advanced cutting technology is constantly from the new achievements of science and technology in the new starting point. At present, plasma cutting machine technology plays an important role in the manufacture of electronic technology, computer technology and robot. In any case, plasma cutting machine can improve the level and quality of welding. We will only CNC cutting machine and welding with tracking technology effectivelZ in order to better promote the development of new technology, so the CNC cutting machine design is very important for solving this problem.
Key Words: cutting technology, mechanism design, plasma cutting machine
目 录
摘 要 3
Abstract 4
目 录 5
第1章 绪论 7
1.1薄板切割装置设计的研究目的及意义 7
1.1.1薄板切割装置设计背景 7
1.1.2薄板切割装置设计简介 7
1.1.3意义 7
1.2研究现状及发展趋势 7
1.3本课题研究的内容及方法 8
1.3.1主要的研究内容 8
1.3.2设计要求 9
1.3.3关键的技术问题 9
第2章 总体方案机构设计 10
2.1设计概念 10
2.2设计原理 10
2.3方案讨论 10
第3章 火焰切割机传动装置设计 11
3.1螺旋传动 11
3.2滚珠丝杠副的工作原理及特点 11
3.3 滚珠丝杠副的设计 12
3.4导轨 22
3.4.1 纵向导轨设计 22
3.4.2 横向导轨设计 23
第4章 薄板切割机伺服系统设计 24
4.1 数控系统控制方式及组成原理 24
4.2 伺服电机原理及特点 24
4.3 伺服电机的选择 25
4.3.1 横向伺服电机的选择 25
4.3.2 纵向伺服电机的选择 26
4.3.3 垂直方向伺服电机的选择 27
第5章 机架设计和调压弹簧压紧机构设计 28
5.1 机架的基本尺寸的确定 28
5.2 架子材料的选择确定 28
5.3 主要支承的强度校核 28
5.4调压弹簧压紧机构设计 29
总结与展望 31
参考文献 32
致 谢 33
第1章 绪论
1.1薄板切割装置设计的研究目的及意义
1.1.1薄板切割装置设计背景
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PCB板的焊接加工过程。我们发现焊接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焊接技术加工。我国每年的焊接设备需求量金额超过50亿元。既然焊接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。
1.1.2薄板切割装置设计简介
薄板/薄板切割装置设计采用驱动，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。
1.1.3意义
1.横梁：采用方管对焊的结构，具有刚性好，精度高，自重轻，惯量小的特点。所有的焊接件均采用振动时效去应力处理，有效的防止了结构变形；
2.纵、横向驱动：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，保证了切割机的运行平稳，精度高，且经久耐用，清洁美观；
1.2研究现状及发展趋势
激光切割机的切割速度快，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，这就将激光切割机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、生产激光切割机。
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。数控切割机必须要去适应现代化机械加工发展的要求。
1.数控切割机的发展
从现在几种通用的数控切割及应用情况来看，薄板切割装置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。
等离子切割机具有切割范围广（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。
激光切割机的切割速度快，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，这就将激光切割机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、生产激光切割机。
2.专用数控切割机的发展
数控管材切割机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切割机。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切割机，为了满足其高技术、高附加值船的建造要求。
1.3本课题研究的内容及方法
1.3.1主要的研究内容
在查阅了国内外大量的有关薄板切割装置设计设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑焊接薄板切割装置设计结构特点、具体作业任务特点以及焊接薄板切割装置设计的推广应用，分析确定使用三自由度关节型焊接薄板切割装置设计配合生产工序，实现自动化焊接的目的。
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数控锡丝点薄板切割装置设计本身的结构特点，确定数控锡丝点薄板切割装置设计整体设计方案。
2 确定数控锡丝点薄板切割装置设计的性能参数，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，完成数控锡丝点薄板切割装置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。
1.3.2设计要求
1 根据所要实现的功能，提出薄板切割装置设计的整体设计方案；
2 完成薄板切割装置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 完成薄板切割装置设计结构的三维造型；绘制薄板切割装置设计结构总装配图、主要零件图。
1.3.3关键的技术问题
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
第2章 总体方案机构设计
2.1设计概念
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。
2.2设计原理
数控薄板切割装置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、焊枪与焊接点保持准确的相对位置，必须根据要求的焊接点，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，还受到焊接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）-横滑板
Z轴和采用丝杠传动：纵向电动机—联轴器—纵向滚珠丝杠—大托板
2.3方案讨论
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。
第3章 火焰切割机传动装置设计
薄板切割机的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属机构包括丝杠螺母副、导轨等。
3.1螺旋传动
螺旋传动主要是用来将旋转运动变为直线运动，或将直线运动转化为旋转运动。
在经济型数控机床的进给系统中，螺旋传动主要用来实现精密进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动。
3.2滚珠丝杠副的工作原理及特点
滚珠丝杠副的外形如图4-1所示
图 4-1 滚珠丝杠外形
滚珠丝杠副传动是在具有螺旋滚道的丝杠和螺母间放入适当数量的滚珠，这些滚珠作为中间传动件，使螺杆和螺母之间的摩擦由滑动磨擦变为滚动磨擦的一种传动装置，其内部结构如4-2图所示，当螺杆转动螺母移动时，滚珠则沿螺杆螺旋轨道面滚动，在螺杆上滚动数圈后滚珠从滚道的一端滚出并沿反向器返回另一端重新进入轨道，从而构成闭合回路。
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