畢業(yè)設(shè)計（論文）數(shù)控火焰切割機設(shè)計（）

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1、完整說明書、圖紙請加叩 153893706 哦摘 要本課題所設(shè)計的數(shù)控火焰切割機是一種小型切割設(shè)備，它可以很方便的對金屬材料進行直線或曲線切割，可廣泛應(yīng)用于機械、建筑、化工、航天等行業(yè)。首先，本文通過對火焰切割技術(shù)及數(shù)控火焰切割機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析，對火焰切割機的總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，整體采用龍門式結(jié)構(gòu)，縱向、橫向和垂直三個方向進給運動均選用步進電動機帶動滾珠絲杠傳動的開環(huán)控制系統(tǒng)。由于火焰切割機切割工件時無切削力，所以縱向進給運動采用電機直接驅(qū)動工作臺運動來完成。其次，利用三維設(shè)計軟件 Solid Works 完成了火焰切割機各零件的三維實體造型，并根據(jù)各零部件之間的定位關(guān)系，完成了總體裝

2、配，驗證了設(shè)計的合理性。最后，為了加工制造的方便還繪制了切割機的所有零部件和裝配體的工程圖。關(guān)鍵詞：數(shù)控火焰切割機，龍門式，結(jié)構(gòu)設(shè)計，Solid WorksAbstractAbstractThe CNC flame cutter designed in this topic is small cutting equipment. It can easily cut metal materials with linear or curvilinear drawings and can be widely used in machining, architecture, chemical indu

3、stry, spaceflight and other industry.Firstly, through the analysis of research actuality about the flame cutting technology and the CNC flame cutting machine at home and abroad the whole structure of the flame cutter is designed in this article. The whole structure uses the gantry structure, the ope

4、n-loop control systems, using stepping motor to drive ball screws, were chosen at longitudinal, horizontal and vertical directions. Since there is no cutting power when the flame cutter cuts work-piece, therefore, the vertical movement is provided by the movement of worktable driven directly by step

5、ping motor. Secondly, the three-dimensional entity modeling of all the flame cutter parts is finished by using the three-dimensional design software Solid Works and the assembly of the whole is accomplished through the orientation of every parts to validate the rationality of the design. In the end,

6、 all the drawings of parts and assembly are protracted in order to facilitate the manufacture.Keywords：Numerical control flame cutter, gantry type, Structural design, Solid Works親，由于某些原因，沒有上傳完整的畢業(yè)設(shè)計（完整的親，由于某些原因，沒有上傳完整的畢業(yè)設(shè)計（完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計說明書、相關(guān)圖紙應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計說明書、相關(guān)圖紙 CAD/PROECAD/PROE、中英文文獻及翻譯等）、中英文文獻及翻譯等），此文檔也

7、稍微刪除了一部分內(nèi)容（目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容）如需要，此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容（目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容）如需要的朋友，請聯(lián)系我的的朋友，請聯(lián)系我的 Q&Q:153893706Q&Q:153893706，數(shù)萬篇現(xiàn)成設(shè)計及另有的高，數(shù)萬篇現(xiàn)成設(shè)計及另有的高端團隊絕對可滿足您的需要。端團隊絕對可滿足您的需要。目 錄目錄摘 要.IABSTRACT.II目錄.III第一章 引言.111 切割技術(shù)的種類及發(fā)展.112 數(shù)控火焰切割簡介.1121 火焰切割及數(shù)控火焰切割技術(shù).1122 國內(nèi)外數(shù)控火焰切割技術(shù)的發(fā)展.2123 數(shù)控火焰切割機的市場及發(fā)展.3第二章 機床總體設(shè)計及軟件平臺選擇.521 總體方案的確定

8、.522 控制及傳動系統(tǒng)選用.523 割矩設(shè)計.624 SOLID WORKS軟件平臺簡介 .725 SOLID WORKS 的主要特點.8第三章 數(shù)控火焰切割機伺服系統(tǒng)設(shè)計.1331 數(shù)控系統(tǒng)控制方式及組成原理.1332 步進電機原理及特點.1333 步進電機的選擇.14331 橫向步進電機的選擇.14332 縱向步進電機的選擇.15333 垂直方向步進電機的選擇.16第四章 火焰切割機傳動裝置設(shè)計.1841 螺旋傳動.18411 滾珠絲杠副的工作原理及特點.18412 滾珠絲杠副的設(shè)計.2042 導(dǎo)軌.32421 縱向?qū)к壴O(shè)計.32422 橫向?qū)к壴O(shè)計.32第五章 結(jié)論.35參考文獻.36

9、致謝.37第一章 引言第一章 引言11 切割技術(shù)的種類及發(fā)展切割是焊接生產(chǎn)備料工序的重要加工方法，包括冷、熱兩類切割，而熱切割又有氣體火焰切割、電弧切割、等離子切割和激光切割等各種工藝方法。目前各種金屬和非金屬切割已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)（特別是焊接生產(chǎn)）中的一個重要工序，被焊工件所需要的幾何形狀和尺寸，絕大多數(shù)是通過切割來實現(xiàn)的。切割技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在國民經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域里。近年來，由于機械工業(yè)飛速發(fā)展的需求和國外先進技術(shù)的引進，我國切割技術(shù)無論在新工藝的開發(fā)方面，還是在新能源的利用方面都有了長足的發(fā)展。自動化、半自動化切割技術(shù)的發(fā)展，使得切割技術(shù)可以代替部分機械加工，大大提高了工作效率，還可

10、以提高金屬材料的利用率。氣體火焰切割是熱切割中最早被采用和最常用的工藝方法，這種切割方法設(shè)備簡單、操作方便靈活、投資費用少、切割質(zhì)量好等特點。尤其是能夠切割各種含曲線形狀的零件和大厚度工件等一系列特點使得它自進入工業(yè)領(lǐng)域以來一直作為工業(yè)生產(chǎn)中切割碳鋼和低合金鋼的基本方法而被廣泛采用。而本文介紹的數(shù)控火焰切割機就是在早期切割機的基礎(chǔ)上結(jié)合近年來高速發(fā)展的微型計算機技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的實際情況設(shè)計出的一種新型切割設(shè)備。12 數(shù)控火焰切割簡介121 火焰切割及數(shù)控火焰切割技術(shù)火焰切割就是利用氣體火焰的熱能將工件切割處金屬預(yù)熱到一定溫度后，噴出高速切割氧氣流使預(yù)熱處的金屬燃燒并放出熱量實現(xiàn)切割的

11、方法。最常見的氣體切割是氧-乙炔火焰切割。鋼材的氣割是利用氣體火焰（稱預(yù)熱火焰）將鋼材表面加熱到能夠在氧氣流中燃燒的溫度（即燃點） ，然后送進高純度，高流速切割氧，使鋼材中的鐵在氧氛圍中燃燒生成氧化鐵熔渣，同時放出大量熱，借助這些燃燒熱和熔渣不第一章 引言斷加熱鋼材的下層和切口邊緣，使之也達到燃點，直至工件的底部。與此同時，切割氧流把氧化鐵熔渣吹掉，從而形成切口將鋼材切割開。數(shù)控火焰切割機是應(yīng)用計算機數(shù)字程序控制（Computer Numerical program Control）的全自動化切割設(shè)備，人們借助計算機輔助設(shè)計程序，把所要切割零件的形狀、尺寸、切割順序及切割過程中的各項輔助功能按

12、一定的語言程序規(guī)則進行編程，然后輸入控制機，經(jīng)運算后發(fā)出運動控制及輔助功能指令，再有伺服行走系統(tǒng)和切割執(zhí)行機構(gòu)協(xié)調(diào)動作，從而完成所需零件的切割。數(shù)控火焰切割機的特點：功能齊全，自動化程度高具有割炬自動升降和自動調(diào)高、自動點火、自動穿孔、自動切割、噴粉畫線、噴印字碼、噴水冷卻、割縫自動補償、熄火返回重割、動態(tài)圖形跟蹤顯示等功能，實現(xiàn)了切割全過程的自動控制。可配置多個割炬工作，省去了制作樣板和劃線的工時，生產(chǎn)效率高采用套料程序，提高鋼板利用率。能合理選定切割工藝參數(shù)及切割路徑，可減小熱變形，加工精度高，切割質(zhì)量好，能夠減少后續(xù)打磨和裝焊工時。切割信息易于準備、修改和保存。機器運行穩(wěn)定可靠，操作方便

13、。122 國內(nèi)外數(shù)控火焰切割技術(shù)的發(fā)展國外工業(yè)發(fā)達國家，如德國、日本、瑞典等，正積極開發(fā)各種新型切割設(shè)備（特別是數(shù)控切割機）和新的切割工藝。相繼開發(fā)出了各種快速割嘴和高速切割方法，如高壓擴散型快速割嘴、高壓細氧射流割嘴、高壓氧簾快速割嘴、雙層氧簾割嘴，以及多割嘴組合高速切割方法等。國外數(shù)控火焰切割機的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本其主要廠第一章 引言家有德國的伊薩（E SAB） 、梅塞爾（MESSER）日本的田中（TANAKA）小池（KOIKE） ，美國的（L-TEC） 、林德（LINDA）等。而能夠代表數(shù)控等離子切割技術(shù)最高水平的廠家集中在德國，德國伊薩的數(shù)控切割機是當今世界上品種最全、

14、功能最多、水平最高、幾乎包括了所有非接觸式切割手段的數(shù)控切割機。國外數(shù)控火焰切割機的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本其主要廠家有德國的伊薩（E SAB） 、梅塞爾（MESSER）日本的田中（TANAKA）小池（KOIKE） ，美國的（L-TEC） 、林德（LINDA）等而能夠代表數(shù)控等離子切割技術(shù)最高水平的廠家集中在德國，德國伊薩的數(shù)控切割機是當今世界上品種最全、功能最多、水平最高、幾乎包括了所有非接觸式切割手段的數(shù)控切割機。我國數(shù)控切割技術(shù)的開發(fā)工作開始于 20 世紀 80 年代初，起步是數(shù)控火焰切割機。到了 20 世紀 90 年代，在數(shù)控火焰切割技術(shù)趨于成熟，國內(nèi)一些數(shù)控切割機產(chǎn)品在許多

15、方面已形成自身獨有的特點，實現(xiàn)了“自動化，多功能和高可靠性” 。在某些方面，產(chǎn)品的技術(shù)性能甚至超過了國外的產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)又通過嫁接引入國際上先進的等離子切割系統(tǒng)，采取引進和自主開發(fā)相結(jié)合的方法，開展了數(shù)控等離子切割機的研制。歷經(jīng) 20 多年，終于取得了可喜的成就，目前國產(chǎn)數(shù)控等離子、火焰切割機門類和規(guī)格已相當齊全，其中部分產(chǎn)品在技術(shù)性能指標和功能上均已接近或達到國際水平，產(chǎn)業(yè)化進展順利，并已具備一定的經(jīng)營規(guī)模。目前國內(nèi)生產(chǎn)數(shù)控火焰切割機的廠家主要有梅塞爾切割焊接有限公司，上海伊薩漢考克有限公司，哈爾濱華威焊切成套設(shè)備有限公司，哈爾濱四海數(shù)控機械制造有限公司，深圳市博利昌數(shù)控切

16、割設(shè)備有限公司，無錫華聯(lián)焊割設(shè)備廠，北京百惠宏達科技有限公司等幾家?，F(xiàn)在國產(chǎn)數(shù)控火焰切割機與國外產(chǎn)品的差距已經(jīng)不大，性能也比較穩(wěn)定，只是國產(chǎn)切割機為保證質(zhì)量，一些主要部件如電磁氣閥、減壓閥、交流伺服系統(tǒng)等均采用進口件，目前產(chǎn)品的質(zhì)量仍然不穩(wěn)定?？傊瑹o論從切口質(zhì)量、易損件的耐用度等國產(chǎn)與進口的仍有一定的差距，因此要完全替代進口還需一段時間。第一章 引言123 數(shù)控火焰切割機的市場及發(fā)展數(shù)控火焰切割機是一種將電腦控制、精密機械傳動、氧、燃氣切割三者技術(shù)相結(jié)合的高效率、高精度、高可靠的熱切割設(shè)備。它適用于造船工業(yè)，重型機械，化工設(shè)備，鍋爐制造，機車車輛，石油化工等制造行業(yè)的高精度鋼板熱切割的新型自

17、動化設(shè)備。現(xiàn)代金屬制造企業(yè)如：造船、壓力容器、工程機械、電站設(shè)備、橋梁和鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)為優(yōu)化其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能，使得產(chǎn)品更經(jīng)濟，生產(chǎn)周期更短，在國際市場更具競爭力就必須對其原有的制造技術(shù)和生產(chǎn)工藝提出新的設(shè)想和要求，首先要徹底改變以往手工和半自動切割的低效率狀況，廣泛采用數(shù)控切割設(shè)備，只有這樣才能從根本上緩解了我國機械制造業(yè)飛速發(fā)展所帶來的鋼板和其他金屬板材切割量急劇增大的巨大壓力，為今后在整個制造業(yè)擴大應(yīng)用數(shù)控等離子、火焰切割機和應(yīng)對未來國外同類企業(yè)的挑戰(zhàn)打下了基礎(chǔ)。目前，我國機械加工行業(yè)中鋼板下料普遍采用手工乙炔切割，這種現(xiàn)象不僅存在于小規(guī)模單件生產(chǎn)的小型企業(yè)，也存在于大批量生產(chǎn)的大型企業(yè)中，

18、而國外企業(yè)的下料工序大部分采用了數(shù)控氧乙炔或數(shù)控等離子切割方法，不僅可提高材料利用率，而且改善了產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化了工作環(huán)境，使人員工作效率得到了提高。之所以數(shù)控下料不能在我國普及主要有三個方面原因：資金問題、設(shè)備故障維護問題、操作問題。因此研制功能不是很強大但操作簡單，性能可靠，價格相對便宜的實用型的火焰切割機就迫在眉睫這也就意味著目前設(shè)計和制造經(jīng)濟型數(shù)控火焰切割機在國能將有廣闊的市場。第一章 引言要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八第二章 機床總體設(shè)計及軟件平臺選擇21 總體方案的確定數(shù)控火焰切割機的結(jié)構(gòu)有龍門式、鼠籠式、龍式、車式、兔式、壁式仿行、壁虎式等許多形式。本課題總體布局采用

19、龍門結(jié)構(gòu)，龍門式結(jié)構(gòu)框架不專門設(shè)橫梁，龍門式框架的頂梁亦即橫梁切削頭安裝在垂直方向進給的溜板上，橫向溜板沿橫梁導(dǎo)軌作橫向進給運動，割嘴沿垂直方向?qū)к壸鞔怪边M給運動。由于該火焰切割機切割工件時反切削力幾乎為零，縱向進給運動可由工作臺來完成，所以縱向采用電機直接驅(qū)動工作臺來完成。本課題所設(shè)計的切割機整體結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。22 控制及傳動系統(tǒng)選用 縱向、橫向和垂直三個方向的進給運動均由步進電動機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。電動機采用反應(yīng)式步進電動機，這類電動機步距角小，工作頻率高，控制功率小，輸出轉(zhuǎn)矩大，無勵磁時具有轉(zhuǎn)矩定位的優(yōu)點。橫向、縱向和垂直進給運動選用滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于絲杠，

20、從而使各個進給總體剛度值增大，且傳動比較平穩(wěn)，綜上可確定其總體方案為：采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由 I/O 接口輸出脈沖給步進電動機帶動滾珠絲杠實現(xiàn)縱向、橫向和垂直方向的進給運動。三個方向的進給運動是本課題設(shè)計的重點，本文將在第三章和第四章重點介紹。要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八圖 2-1 火焰切割機的基本結(jié)構(gòu)23 割炬設(shè)計割炬又稱割槍，是氣割必不可少的工具。割炬的作用是向割嘴穩(wěn)定的供送預(yù)熱用氣體和切割氧，并能控制這些氣體的壓力和流量，調(diào)節(jié)預(yù)熱火焰的特性等。對割炬的要求是簡單輕便，易于操作，使用安全可靠。割炬按乙炔氣體和氧氣混合的方式不同分為射吸式和等壓式兩種。射吸式主要用于手

21、工割炬，等壓式多用于機械式切割。本設(shè)計采用等壓式結(jié)構(gòu)，這種割炬的預(yù)熱火焰是按等壓式焊矩原理設(shè)計的。預(yù)熱氧和切割氧分別由單獨的管道進入割嘴(壓力相當)，在割嘴內(nèi)混合，產(chǎn)生預(yù)熱火焰。這類割炬配有專用割嘴，結(jié)構(gòu)簡單，預(yù)熱火焰穩(wěn)定，回火現(xiàn)象比較少，本設(shè)計采用的切割氣體是乙炔-氧的混合氣體，且等壓式割炬一般只適合于中壓乙炔。割炬如圖 2-2 所示:要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八圖 2-2 割炬24 Solid Works 軟件平臺簡介Solid Works 是由美國 Solid Works 公司開發(fā)的三維機械 CAD 軟件，Solid Works 2006 是其最新版本。自 1995 年問

22、世以來，Solid Works 以其強大的功能、易用性和創(chuàng)新性，極大地提高了機械工程師的設(shè)計效率，在與同類軟件的競爭中逐步確定了它的市場地位。Solid Works 在功能上所進行的更改都緊緊圍繞兩個目標：使用戶通過圖標板來了解工具；使資深用戶通過直接建模來處理模型，以加快建模速度。Solid Works 是一個優(yōu)秀的三維模型制作軟件系統(tǒng)可以非常方便地生成三維模型，并且可以很容易地根據(jù)三維模型生成工程圖。此外，利用 Solid Works 制作三維模型時，它完全依賴于各種特征，并且用戶可以在任何時候?qū)μ卣鬟M行修改或者刪除，從而可在模型設(shè)計過程中大大地提高設(shè)計效率，并降低設(shè)計難度。Solid W

23、orks 的用戶界面包括標題欄、菜單欄、工具欄、狀態(tài)欄以及工作區(qū)，其工作區(qū)又分為控制區(qū)和繪圖區(qū)兩部分，如圖 2-3 所示:要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八圖 2-3 Solid Works 的用戶界面25 Solid Works 的主要特點Solid Works 的功能強大、易學(xué)易用、高效等特點，嶄新的屬性管理器用來高效地管理整個設(shè)計過程和步驟，包含所有的設(shè)計數(shù)據(jù)和參數(shù)，界面直觀、操作更方便。機械設(shè)計師能快速地按照其設(shè)計思想繪制草圖，并嘗試運用各種特征與不同尺寸，制作模型和詳細工程圖。SolidWorks2006 的新增功能與插件能夠使用戶更加得心應(yīng)手地建立模型，并提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理

24、集成平臺，以展示可能的設(shè)計實施及設(shè)計意圖的高層概念。Solid Works 是的特征一般分為基礎(chǔ)特征和附加建模特征兩類?；A(chǔ)建模特征是最基本的三維實體造型方式，包括拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣等特征。附加建模特征是在不改變基本特征主要形狀的前提下，對已有特征進行局部修飾的特征建模方法。如圓角、倒角、筋、抽殼、鏡像、圓周陣列、線性陣列和異形孔向?qū)У取olid Works 建立在廣泛公認的性能優(yōu)勢之上，它把創(chuàng)造性的新和設(shè)計師手中。這些技術(shù)超越了純粹的參數(shù)化系統(tǒng)和那些過時的所謂混合建模系統(tǒng)。高性能裝配建模的新功能，包括符號代表和柔性部件的全局建模等方面的新增功能。并且提供了更容易使用的建模技術(shù)，特

25、征建模技術(shù)就是將要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八一個一個的特征組合起來，形成一個三維的實體零件。特征技術(shù)采用具有工程意義的拉伸、切除、制孔、倒角、倒圓角等方式作為建模單元。而特征造型是Solid Works 所采用的主要建模技術(shù)。這些都可以使用戶對設(shè)計產(chǎn)生更大的信心，而無需反復(fù)地制造產(chǎn)品的原型。更多的改進體現(xiàn)在加工、布線系統(tǒng)、開放性、系統(tǒng)管理等方面，所有這些都可使新的解決方案給人留下深刻的印象。Solid Works 的主要特點如下：真正的相關(guān)性，任何修改都會自動反映到所有相關(guān)的部位。具有真正管理并發(fā)進程、實現(xiàn)并行工程的能力。具有強大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計者的設(shè)計意圖。具有強

26、的通信功能，可以和其他 Solid Works 用戶同等地交換產(chǎn)品生產(chǎn)周期數(shù)據(jù)。容易使用，可以極大地提高設(shè)計效率。Solid Works 擁有一個全新的用戶界面，可以使用戶快速入門。它對人體工程學(xué)的強烈關(guān)注體現(xiàn)在，為建模提供更大的繪圖區(qū)域，更簡單的視圖控制，減少鼠標移動，增強色彩配置方案等，從而可增加用戶使用的舒適度，幾何模型的建立更加簡單。所謂全相關(guān)性，是指 Solid Works 的所有模板都是全相關(guān)的。這就意味著，在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、工程圖以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任何一點進行修改，卻沒有任何損失，使

27、并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮作用。Solid Works 為用戶提供了多種將零部件插入到裝配體的途徑，而且，可以非常輕松地移動、旋轉(zhuǎn)零部件，這些是零部件在裝配文件中的基本操作。同時，為零部件添加合適的配合關(guān)系就像實際的安裝過程。Solid Works 中提供了管理和顯示工具，可以使裝配的顯示效果直觀清晰。Solid Works 能方便地進行零件設(shè)計，裝配設(shè)計和工程繪圖。零件是由草要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八圖生成的特征組合而成。Solid Works 提供的草圖拉伸、掃描、旋轉(zhuǎn)等常規(guī)操作十分方便，特征增刪、拖動釋放、拷貝剪貼、屏蔽等處理功能十分有用。用

28、戶還可以通過將共性特征建立為特征庫 而多次使用。草圖尺寸標注、圖素幾何關(guān)系定義、約束狀態(tài)檢測、視圖定義命名以及不同壁厚的多面薄殼處理、自動生成模具分模線等功能使用戶能應(yīng)用自如地構(gòu)造零件。Solid Works 可以很快地將設(shè)計好的零件裝配在一起，利用同軸、貼面等配合關(guān)系定義嚴格裝配，并提供全參數(shù)化的裝配設(shè)計功能，即在裝配設(shè)計環(huán)境里隨零件設(shè)計的修改，將會引起整個裝配體的其它相關(guān)部分的自動修改。Solid Works 是基于特征的參數(shù)化三維實體建模系統(tǒng)，在開始設(shè)計之前考慮一下設(shè)計目標的整體結(jié)構(gòu)，然后制定出良好的設(shè)計路線，有效地發(fā)揮系統(tǒng)的功能，加快模型的創(chuàng)建速度，節(jié)約設(shè)計時間。Solid Works

29、 中，對于結(jié)構(gòu)、形狀稍微復(fù)雜的產(chǎn)品模型進行建模的思路是將整個產(chǎn)品分解為多個特征，通過特征之間的布爾運算逐步得到完整準確的產(chǎn)品模型。其中，往往將整個產(chǎn)品中最主要的或是最大的部分視為基本特征，首先完成對它的造型。其它部分作為添加特征，以搭積木的方式，在基本特征的基礎(chǔ)上，通過添加，去除、求交等布爾運算最終得到整個產(chǎn)品模型。最后，在進行一些細小特征的添加，如倒角、倒圓和孔特征等等，由此得到最后準確完整的產(chǎn)品模型。每一個特征的建立，基本上按照同樣的步驟完成。三維實體特征建立的基本思路是從二維到三維的過程。生成一個三維實體特征的第一步是在適宜的位置(初始草圖平面上)繪制特征的輪廓線，有時還有軌跡線。這其中

30、首要的是生成合適的初始草圖平面。草圖平面的作用在于告訴系統(tǒng)下面將要繪制的特征輪廓線在三維空間所處的確定位置，為進一步生成三維實體特征做好準備。通過 Solid Works 中提供的完善的定義功能，可以將三維坐標系統(tǒng)中的三個坐標平面作為初始草圖平面。而在接下來的設(shè)計中，通常每加一個特征，允許定義一個草圖平面，這時的草圖平面不僅有前面所說的三個坐標平面，而且還有以之為基礎(chǔ)進行偏移、旋轉(zhuǎn)、相切所得到的空間平面；也可以選擇已經(jīng)生成的三維實體特征的一個平直表面，或以之為基礎(chǔ)，進行偏移、旋轉(zhuǎn)、相切所得到的空間平面。這些完善的定義功能完全能夠滿足我們在進行三維實體設(shè)計時定義草圖平面的需要。要完整說明書和圖紙

31、找扣扣 二五一一三三四零八定義好了準確初始草圖平面之后，就可以在這個草圖平面上繪制特征投影輪廓線?？梢詥螕?Solid Works 提供的多種繪制平面圖形的命令(直線、圓、圓弧、復(fù)合線、矩形、點等等)來繪制。要注意的是：Solid Works 求所完成的特征輪廓線必須是封閉的，而且不能自己與自己相交，否則將不能完成三維實體特征的生成。然后是對所繪制的草圖輪廓線加以約束。通過對特征輪廓線添加足夠的約束(包括尺寸約束和幾何約束)，得到符合實際需要的輪廓線。在某些情況下，有些特征，還需要生成該特征所需要的軌跡線(path)。在完成前面所述的二維草圖工作后，就可以通過調(diào)用 Solid Works 提供

32、的造型命令，生成各種相應(yīng)的三維實體特征。下面是 Solid Works 一般建模過程：分析實體這是非常重要的一步，進行這一步的目標是：找出設(shè)計目標是有哪些特征組成，哪個特征作為基本特征（即最先要建立的特征）然后要決定組成設(shè)計目標各個特征被創(chuàng)建的順序。特征創(chuàng)建的順序?qū)Ｐ视写蟮挠绊?，一般說來，應(yīng)將制孔、倒圓等輔助特征放到最后處理。創(chuàng)建基本特征草圖繪制用于繪制二維輪廓的平面成為草圖平面?？捎胠ine、plotline、circle 等 2D 命令繪制草圖輪廓線。對草圖施加約束，約束類型一般有：幾何約束與尺寸約束。幾何約束保證圖的幾何形狀：尺寸約束可以調(diào)整零件的大小。一般來說，草圖的約束總數(shù)尺寸

33、的約束個數(shù)幾何約束個數(shù)。應(yīng)該多用幾何約束，如共線、相切、垂直等。創(chuàng)建基本特征：用 Solid Works 提供的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等方法將施加了全約束的草圖生成一個三維實體，即零件的基本特征。添加新特征添加新特征的步驟與基本特征的創(chuàng)建類似，但有以下區(qū)別：如果所要創(chuàng)建的新特征不是孔、倒角、倒圓角和陣列，則需要定義新特征草圖平面，因為草圖平面就是一個暫時的二維坐標面，只由選定了草圖平面，才能進行草圖繪制要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八工作。除了對新特征輪廓草圖進行創(chuàng)建約束外，還要對草圖與已有特征進行約束，因此在添加新特征的過程中應(yīng)該注意特征創(chuàng)建的順序。對草圖的約束可以使新創(chuàng)建的特征進行參

34、數(shù)設(shè)計，即在已有特征和草圖間加約束，使特征與特征間建立連接關(guān)系，保證當某一特征更改時，這種連接關(guān)系保持不變。生成二維工程圖在 Solid Works 中，一旦完成了三維實體建模，即可利用提供的三維到二維轉(zhuǎn)換功能，選擇好視圖、投影方向，就能自動生成二維投影圖，并且自動標注一些在造型中已經(jīng)定義的尺寸。Solid Works 造型功能Solid Works 是一個功能非常強大的系統(tǒng)，它的造型類型博大精深，包括曲線、曲面和實體。曲線可以是二維曲線也可以是三維曲線，有組合、投影、漸開線、空間參考點連接、空間自由點的連接、空間螺旋線等生成方式。曲面有拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、切割、擴展、編織等生成方式。實體

35、有拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、切割等基本生成方式，還有鏡像、陣列、模板庫等高級生成方式。 要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八第三章 數(shù)控火焰切割機伺服系統(tǒng)設(shè)計此處省略 NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN字臨界轉(zhuǎn)速 查手冊得：nc =9900f22d2 /Lc2 其中a絲杠底徑：d2 =d0-1.2Dw 縱向絲杠底徑：d2=40-1.25=36mm=0.036mb 支撐方式系數(shù)查得 f2 =4.73（兩端固定）c 臨界轉(zhuǎn)速計算長度Lc =螺母長度/2+工作臺最大行程+余程+（支撐長度-螺紋長度）/2縱向：Lc =193/2+2000+100+（2300-2263）/2=2.215m

36、 縱向臨界轉(zhuǎn)速：ncx =99004.7320.036/2.2152 =1625.2r/min ncx nmax =1500 r/min 符合要求壓桿穩(wěn)定校核兩端固定支撐，絲杠受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。預(yù)拉伸計算a溫升引起的伸長量：設(shè)溫升為 3.5C，按式 t =tl， 則：要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八縱向伸長量：tx =1110-63.52.215=85.3mb.絲杠全伸長量：tz=tl 縱向伸長量：tz= 1110-63.52.3=88.6mc. 預(yù)緊力：按拉伸公式 Ft=tAE/Lu縱向預(yù)拉力：Ft=510-6 （/4）00362 211011/1352=3160N軸承

37、的選擇a. 軸承的型號選擇X 方向軸承型號為 7602030TVP主要尺寸參數(shù)：由表 2.8-39（I）查得：d0=30mm，D=62mmb. 預(yù)緊力的確定 F0 x=4300NX 方向軸承的最大軸向載荷為：Fmax(x)=Ftx+ Fmax(x)/2=4721+1250/2=5346N由于 F0X Fmax(x)/3=5346/3=1782N 符合要求c. 疲勞壽命計算額定動負荷由軸承動負荷計算公式校核：C=KhF/Kn進給方向是可變的，負荷可能是（Ftx+Fm/2）和（Ftx-Fm/2）兩者機會均等，取平均值。由表 2.8-64（I）查得：Kn=0.64，取 Ln=1500h，則 Kh=3

38、.11額定動負荷：Cx=3.114721/0.64=22941NcJ 。預(yù)緊力 Z 方向為：F0z=0.25c =0.2511.8KN=2590NFmax/3=73.5/3=24.5N符合要求。絲杠螺紋部分長度：lu =工作臺最大行程+螺母長度+兩端余程Z 方向： luz =200+240+100=380（mm）支撐距離 支撐距離 L 應(yīng)大于 Lu Z 方向支撐距離：Lu =500mm臨界轉(zhuǎn)速 按式 2.8-18（I）：nc =9900f22 d2 /Lc2 Z 方向臨界轉(zhuǎn)速：ncz =99004.7320.0164/0.352=29653r/mina. 絲杠底徑：d2 =d0 -1.2Dw

39、Z 方向絲杠底徑：d2z =23.9mmb. 支撐方式系數(shù)由表 2.8-66（I）查得 f2 =4.73（兩端固定）c. 臨界轉(zhuǎn)速計算長度Lc =螺母長度/2+工作臺最大行程+余程+（支撐長度-螺紋長度）/2Z 方向：Lcz =100/2+200+40+（500-380）/2=0.35m ncz nmax 符合要求壓桿穩(wěn)定校核要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八兩端固定支撐，絲杠受壓縮，因而不必校核穩(wěn)定性。預(yù)拉伸計算a. 溫升引起的伸長量：設(shè)溫升為 3.5C，按式 2.8-30（I） t =tl 則Z 方向伸長量：tz =1110-63.50.35=13mb. 絲杠全伸長量：tz= t

40、lZ 方向伸長量：tz(z)= 1110-63.50.5=19mc. 預(yù)緊力：按拉伸公式 Ft=tAE/LuZ 方向預(yù)拉力：Ftz=510-6 （/4）0.01642 211011/05=4436N軸承的選擇a. 軸承的型號選擇Z 方向軸承型號為 7603020TVP主要尺寸參數(shù)：由表 28-37（I）查得：d0=20mm，D=42mm，z=15mm，B=14mm，DW=7144mm，C=24500N，預(yù)緊力 F0=2900N，平鍵 GB109579 5520b. 預(yù)緊力的確定 F0z=2900NZ 方向軸承的最大軸向載荷為：Fmax(z)=Ftz+ Fmax(z)/2=4436+73.5/2

41、=4473N由于 F0z Fmax(z)/3=4436/3=1491N 符合要求c. 疲勞壽命計算額定動負荷由軸承動負荷計算公式校核：C=KhF/Kn進給方向是可變的，負荷可能是（Ftz+Fm/2）和（Ftz-Fm/2）兩者機會均等，取平均值。要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八由表 2.8-64（I）查得：Kn=0.64，取 Ln=1500h，則 Kh=3.11額定動負荷：Cy=3.114436/0.64=21556NC 滿足壽命要求。定位精度校核a. 絲杠在拉壓載荷下的最大彈性位移：由式 28-21a（I）得：s max=Fl106/4AEZ 方向 smaxz=7350510/4(

42、/4) 001642211011=02mb. 絲杠與螺母間的接觸變形c=F/Kc由所給資料（III） ，F(xiàn)FZD2506-3 滾珠絲杠副的接觸剛度為：839N/mFD2506-3 滾珠絲杠副的接觸剛度為：636N/mZ 方向：cz=Fz/Kcz=73.5/636=0.12m c. 軸承的接觸變形接觸球軸承的軸向剛度可用式 2.8-25（I）估算：KB=23.6z2sin5Dw1/3F01/3 其中 =60Z 方向：KBz=23.6152sin5600.0071441/329001/3=310.2 N/m所以，軸承的接觸變形為：Bz=73.5/310.2=0.24md. 絲杠系統(tǒng)的總位移 =sm

43、ax+C+BZ 方向位移：Z=smax+C+B=0.2+0.12+0.24=0.56m要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八e. 定位精度smax 發(fā)生在螺母屬于絲杠中部處，c和 B與螺母位置無關(guān)。所以，以上求得的位移均為：/650mm。查表 2.8-14（I）與表2.8-15（I） ，取絲杠精度等級為一級，任意 300mm 的行程公差為：6m 可滿足精度要求。42 導(dǎo)軌導(dǎo)軌設(shè)計的基本要求是：導(dǎo)向精度高、剛度大、耐磨、運動靈活和平穩(wěn)。421 縱向?qū)к壴O(shè)計導(dǎo)軌的作用是導(dǎo)向和承受載荷，為保證導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度、精度保持性、低速運動平穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)工藝性等要求，該機床的導(dǎo)軌在縱向由于承受工件及工作臺

44、的重量，且重量很大故選擇了燕尾槽滑動導(dǎo)軌。422 橫向?qū)к壴O(shè)計橫梁將影響其上的導(dǎo)軌等工作部件的相對位置及相對運動的準確性，從而影響加工誤差。因而，橫梁必須滿足制造與安裝精度高，剛度、強度高，抗振性、熱變性能力與耐磨性好及其它要求（結(jié)構(gòu)工藝性、經(jīng)濟性及美觀性等） 。由于橫梁的負載不大，所以橫向和垂直方向則選擇了經(jīng)參考合肥力宇數(shù)控設(shè)備制造有限責任公司生產(chǎn)的專利導(dǎo)軌產(chǎn)品力遠 NCS1 系列數(shù)控坐標滑臺結(jié)合數(shù)控火焰切割機的實際情況經(jīng)改進設(shè)計出專用導(dǎo)軌。具體形狀如圖 4-6 所示。要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八圖 4-6 橫梁與導(dǎo)軌一體結(jié)構(gòu)初步估計其尺寸設(shè)計為外寬度 B=100mm，內(nèi)寬度

45、 b=91mm，高度 H=50mm 內(nèi)高度 h=38mm，則：材料的抗彎截面系數(shù) w=（BH-bh）/6=19766(mm)橫截面面積約為 BH-bh=1542（mm）橫梁的慣性矩 I 為 I=（BH-bh）/12=7606648N.mm橫梁的校核查資料得，材料的極限強度為 441Mpa，安全系數(shù) n=25，許用應(yīng)力=176.4Mpa 彈性模量 E=90.6Mpa，橫梁的許用撓度 fmm=2.8mm，通過計算的橫梁的最大彎矩 M=1762.3N.m，則：最大應(yīng)力=M/W=1762.3/0.000019766=89.16Mpa最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力，所設(shè)計的橫梁滿足抗彎曲應(yīng)力。圖 4-7 所示此道

46、軌的工作原理，這種導(dǎo)軌通過上導(dǎo)軌的兩個相對小輪緊扣下導(dǎo)軌的圓柱體起緊固上導(dǎo)軌的作用同時還有保持其運行穩(wěn)定性及運行精度，同時兩個小輪在圓柱體在滾動將平面運動轉(zhuǎn)換成滾動摩擦作用在絲杠副的作用要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成導(dǎo)軌的運動從而實現(xiàn)橫向和垂直的運動。圖 4-7 NCS-1 數(shù)控坐標滑臺部件 1 圖圖 4-8 NCS-I 數(shù)控坐標滑臺部件圖 4-9 NCS-1 數(shù)控坐標滑臺工作原理要完整說明書和圖紙找扣扣 二五一一三三四零八第五章 結(jié)論本文中給出了基于三維設(shè)計軟件 Solid Works 平臺下一種小型龍門式數(shù)控火焰切割機的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，在設(shè)計過程中得到如下幾點

47、結(jié)論：1. 在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，結(jié)合課題要求設(shè)計了龍門式數(shù)控火焰切割機，對龍門式機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計有了比較清晰的思路。2設(shè)計了數(shù)控火焰切割機的驅(qū)動裝置和傳動系統(tǒng)。進一步加深了對步進電動機，特別是反應(yīng)式步進電動機的原理，控制方式等相關(guān)知識的認識，對滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)、傳動原理及與普通絲杠的區(qū)別進行和學(xué)習。3. 本文對數(shù)控火焰切割機的導(dǎo)軌進行了設(shè)計。學(xué)會了如何正確選擇導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、運動形式及如何對機床導(dǎo)軌進行安裝調(diào)整。4. 在 Solid Works 環(huán)境下完成切割機所有零件三維建模并根據(jù)零件間的配合關(guān)系進行了裝配。熟悉了 Solid Works 軟件的應(yīng)用，并且對數(shù)控火焰切割機的各部分結(jié)構(gòu)有了感官上的

48、認識。5. 用 AutoCAD 繪制了所有零件圖和裝配圖，計算機繪圖能力和看圖能力有了極大的提高。6. 體驗了用先進的手段進行設(shè)計產(chǎn)品和表達個人思想的過程，堅定了應(yīng)用先進的技術(shù)，方法解決現(xiàn)實問題的思想。由于時間緊迫以及個人知識和經(jīng)驗的欠缺，設(shè)計過程中難免出現(xiàn)錯誤和不當之處，希望老師們能給與指正。參考文獻參考文獻1 機床設(shè)計手冊編寫組. 機床設(shè)計手冊M. 第三冊. 部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及總體設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，1986. 12 59.2 江耕華等. 機械傳動設(shè)計手冊M. 上冊. 北京：煤炭工業(yè)出版社出版，1982. 78 128.3 邱宣懷. 機械設(shè)計M. 第四版. 北京：高等教育出版社，19

49、97. 45 213.4 張健民等. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計M. 第二版. 北京：北京理工大學(xué)出版社，1996. 35 93.5 徐灝. 機械設(shè)計手冊M. 第三冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1991. 11 77.6 吳宗澤. 機械設(shè)計師手冊M. 上冊. 北京：機械工業(yè)出版，2002. 33 82.7 施高義，唐金松等. 機械設(shè)計從書M. 連軸器. 北京：機械工業(yè)出版社，1988.96 112.8 張新義. 經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計M. 北京：機械工業(yè)出版，1994. 23 45.9 李亞江等. 切割技術(shù)及應(yīng)用M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004. 56 89.10 楊平，廉仲. 機械電子工程設(shè)計M.

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51、17 東方華人等. Solid Works 基礎(chǔ)與應(yīng)用M. 北京：清華大學(xué)出版社，1994. 77 89.18 力遠 NCS1 系列數(shù)控坐標滑臺. 安徽. 合肥力宇數(shù)控設(shè)備制造公司.19 周方明等. 實用數(shù)控火焰切割機研制. J. 華東船舶工業(yè)學(xué)報，1998 3.20 董慶華等. 數(shù)控火焰等離子切割機機械設(shè)計J. 承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2002 6致謝致謝畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，在這接近兩個月的時間里第一次在老師指導(dǎo)下獨立完成自己的第一個真正屬于自己的設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計是我們走出大學(xué)的“最后一堂課” ，從課題的選定、方案制定、工作實施到論文的撰寫， 黃老師都給予了極大的幫助和指導(dǎo)，值此論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示深深的謝意。感謝黃老師在學(xué)業(yè)上的指導(dǎo)和生活上的關(guān)心。在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，董小娟老師給予我極大的幫助，在此表示忠心感謝！感謝我的同學(xué)對我的支持和幫助，感謝山東理工大學(xué)機械學(xué)院給了我學(xué)習的機會，感謝曾經(jīng)教過我的老師們，謝謝他們教給了我豐富的知識，嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和做人的道理。 2007 年 6 月