台式数控等离子切割机设计Word文件下载.docx

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摘要

随着科学技术的发展，等离子切割机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，等离子切割机技术在电子科技、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，等离子切割机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，等离子切割机

Abstract

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofplasmacuttingmachineismoreandmorefrequent,thedevelopmentofadvancedcuttingtechnologyisconstantlyfromthenewachievementsofscienceandtechnologyinthenewstartingpoint.Atpresent,plasmacuttingmachinetechnologyplaysanimportantroleinthemanufactureofelectronictechnology,computertechnologyandrobot.Inanycase,plasmacuttingmachinecanimprovethelevelandqualityofwelding.WewillonlyCNCcuttingmachineandweldingwithtrackingtechnologyeffectivelyinordertobetterpromotethedevelopmentofnewtechnology,sotheCNCcuttingmachinedesignisveryimportantforsolvingthisproblem.

Keywords:

cuttingtechnology,mechanismdesign,plasmacuttingmachine

第1章绪论

1.1台式数控等离子切割机的研究目的及意义

1.1.1台式数控等离子切割机背景

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台式数控等离子切割机简介

龙门式数控火焰/等离子切割机采用驱动，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。

1.2.3国外焊接机的发展概况

焊接产品中有许多曲线的焊接，在我国一般采用手工焊接。

手工操作具有一定的优势，但也，存在着人员管理难、工人培训周期长、生产环境恶劣、劳动强度大、焊接质量难以稳定的保持、容易产生夹杂、气孔等缺陷、焊接成本高、生产效率低一系列的问题等。

为了克服上述种种弊端，焊接科技工作者研究出了多种自动化焊接设备，如仿形焊接机，焊接机器人，三维数控焊接机等。

近些年来我国焊接技术的整体发展水平比较好，尤其是逆变式焊机技术现已成熟，正在全国推广应用。

波控、智能及自动、半自动焊接技术快速发展。

自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品也迈开了一大步。

2000年我国点弧焊机器人已达到980台。

可是尽管如此，我国的焊接设备还是不能满足国内工业的生产需求。

我国从20世纪80年代开始进行大型机床等机械产品焊接结构的研究，20多年来已取得长足的进步。

焊接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。

在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加20世纪90年代开始从国外陆续引进先进的焊接设备。

并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的焊接工艺，提高了焊接效率和产品质量。

焊接在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一。

目前，已有多种焊接工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。

自十一五期间开始进行高效焊接技术的探索以来，至今已取得令人欣喜的成绩。

近年来，我国在大型贮罐焊接、球形贮罐焊接、铝镁合金料仓焊接等领域中，已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺，如球罐全位置自动焊工艺和装备已在国内开发成功，它将为进一步推动焊接自动化发挥重要作用。

在当前，台式数控等离子切割机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用焊接台式数控等离子切割机，称之为固定结构的传统台式数控等离子切割机，其运动特性使特定台式数控等离子切割机仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于台式数控等离子切割机的发展。

很数移动焊接台式数控等离子切割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,帮助台式数控等离子切割机找到合适的位置并且放好，通过人工将台式数控等离子切割机本体、十字滑块等调整到合适的状态,这里所设计的移动台式数控等离子切割机是有轨移动焊接台式数控等离子切割机，只是现有的移动焊接台式数控等离子切割机技术在PCB板焊接中的应用，还不能满足要求，而当前的移动焊接台式数控等离子切割机技术有相当的发展。

也就是说台式数控等离子切割机的自主性还跟不上工业发展的脚步。

未来的发展趋势可分为以下三个方面：

[2]

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焊接任务；

3控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：

这也将是移动焊接台式数控等离子切割机的控制所采用。

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焊接台式数控等离子切割机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑焊接台式数控等离子切割机结构特点、具体作业任务特点以及焊接台式数控等离子切割机的推广应用，分析确定使用三自由度关节型焊接台式数控等离子切割机配合生产工序，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焊机本身的结构特点，确定数控锡丝点焊机整体设计方案。

2确定数控锡丝点焊机的性能参数，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，完成数控锡丝点焊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。

1.3.2设计要求

1根据所要实现的功能，提出台式数控等离子切割机的整体设计方案；

2完成台式数控等离子切割机结构的详细设计；

3通过相关设计计算，完成电机选型；

4完成台式数控等离子切割机结构的三维造型；

绘制台式数控等离子切割机结构总装配图、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

数控点焊机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

Y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X结构及传动设计

表3-1滚珠丝杆副支承

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。

3.1X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300mm,最快进给速度为18m/min,主轴箱大概质量为50kg,工作台大概质量为80kg,移动部件大概质量为30kg，工作台最大行程为300mm。

3.1.1导程确定

电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1,选择电机Y系列异步电动机的最高转速

，则丝杠的导程为

取Ph=12mm

3.1.2确定丝杆的等效转速

基