前言激光切割機(jī)是將激光發(fā)射器發(fā)出的激光，經(jīng)過(guò)光路系統(tǒng)，聚焦成高功率密度的激光使工件達(dá)到熔點(diǎn)再經(jīng)過(guò)工件與工作平臺(tái)的相應(yīng)移動(dòng)產(chǎn)生切縫從而實(shí)現(xiàn)快速切割。激光切割加工技術(shù)的不可見(jiàn)光代替了傳統(tǒng)的機(jī)械刀包括早期的線切割技術(shù)，具有精度高，切割速度快，不局限于圖形的限制，相比以往切割設(shè)備節(jié)省了不少材料，切口平滑，加工成本低，通過(guò)技術(shù)的不斷改進(jìn)將逐漸取代傳統(tǒng)的切割設(shè)備。激光切割機(jī)在全程的工作過(guò)程中切割機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)與工件無(wú)接觸5會(huì)造成工件表面的劃傷切割速度快，切口光滑平整，一般無(wú)需后續(xù)加工，以上優(yōu)點(diǎn)使切割區(qū)熱影響小，工件變形小，切縫切口沒(méi)有機(jī)械應(yīng)力，無(wú)毛刺，不損傷材料，被加工板材無(wú)需相應(yīng)模具，經(jīng)濟(jì)省時(shí)。主要用于：工藝品，家具，玻璃制品，木制品，聚氯乙烯，燈飾，廣告，裝飾，造紙，馬克板，郵票及印章，腈綸，竹制品，手袋及鞋子，衣服和服裝，面料等。通過(guò)對(duì)激光參數(shù)的調(diào)整，機(jī)器可以進(jìn)行多樣的雕刻和切割。這個(gè)機(jī)器具有多種優(yōu)點(diǎn)：切口光滑，無(wú)接觸切割，高速雕刻，雕刻準(zhǔn)確、效果好。目前國(guó)外的激光切割技術(shù)全部采用數(shù)控，所以本次設(shè)計(jì)雖然只是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但經(jīng)過(guò)相應(yīng)改裝，增加數(shù)控平臺(tái)，編寫(xiě)數(shù)控軟件后與國(guó)外小型激光切割機(jī)沒(méi)有太大差距，這是一個(gè)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的設(shè)備，相信進(jìn)過(guò)不斷的改進(jìn)與大膽嘗試我國(guó)的精密加工技術(shù)會(huì)走在世界前列。關(guān)鍵詞：激光發(fā)射器；精度高；高密度激光束；自主創(chuàng)新1概述 1 激光技術(shù)歷史 1 TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"激光切割技術(shù)的應(yīng)用 1………設(shè)計(jì)任務(wù) 2 總體設(shè)計(jì)方案分析 2 2機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 3..…XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 3 Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.………\o"CurrentDocument"3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6.……滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定 .6..….…滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 6..….…\o"CurrentDocument"4直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型 7.………\o"CurrentDocument"5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 8步進(jìn)電機(jī)的選用 8\o"CurrentDocument"步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 106齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 11.傳動(dòng)比的確定 口\o"CurrentDocument"齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定 128消隙方法與預(yù)緊 129安裝和常見(jiàn)問(wèn)題的調(diào)整 總結(jié) 15 致謝 16 參考文獻(xiàn) 17.………工程概況本文首先介紹了激光切割機(jī)的發(fā)展歷史和今日概謬照國(guó)際和國(guó)內(nèi)主要激光切割機(jī)設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，參照其他成熟設(shè)計(jì)，首先設(shè)計(jì)了激光切割機(jī)的底部工作臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，其次在底部工作臺(tái)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了Y方向的工作臺(tái)和一些隨動(dòng)部件由于該激光切割機(jī)涉及精度較高也是本次設(shè)計(jì)關(guān)鍵部分，重點(diǎn)將部件配合與預(yù)警作為結(jié)尾部分主要介紹，體激光切割機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)由各個(gè)部分組裝而成。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，在原有的機(jī)械機(jī)構(gòu)部分上留夠了足夠的空間為機(jī)床的改裝和設(shè)備更新?lián)Q在,丫軸方向與隨動(dòng)部件采用了新思路，保證了激光頭的可升降，在安全方面可選用多種不同功率激光頭組合，整體尺寸上考慮了人機(jī)工程學(xué)，方便操作，造價(jià)便宜，材料環(huán)保是本次激光切割機(jī)設(shè)計(jì)上一次創(chuàng)新。1概述激光技術(shù)歷史激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問(wèn)世就引起了材料科學(xué)家的高度重視971年11月，美國(guó)通用汽車(chē)公司率先使用一臺(tái)50WCO2激光器進(jìn)行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗(yàn)研究，并于1974年成功地完成了汽車(chē)轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了0倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。多年以來(lái)，世界各國(guó)投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器激光加工設(shè)備和激光加工對(duì)材料學(xué)的研究促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如今在中國(guó)，激光技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家也將其列為“九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一。“十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展保持激光器年產(chǎn)值20%的平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車(chē)、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。激光切割是用聚焦鏡》鴕02激光束聚焦在材料表面使材料熔侗時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)極而形成一定形狀的切縫。從二十世紀(jì)七十年代以來(lái)隨著C02激光器及數(shù)控技術(shù)的不斷完善和發(fā)|目前已成為工業(yè)上板材切割的一種先進(jìn)的加工方法。在五、六十年代作為板材下料切割的主要方法中：對(duì)于中厚板采用氧乙快火焰切割；對(duì)于薄板采用剪床下料成形復(fù)雜零件大批量的采用沖彈件的采用振動(dòng)剪。七十年代電了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。為了減少大型沖壓模具的制造周又發(fā)展了數(shù)控步?jīng)_與電加工技術(shù)。各種切割下料方法都有其有缺點(diǎn)工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍。激光切割機(jī)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是一場(chǎng)技術(shù)革命。激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。激光切割技術(shù)的應(yīng)用激光切割是用聚焦鏡將C02激光束聚焦在材料表面使材料熔侗時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)極而形成一定形狀的切縫。從二十世紀(jì)七十年代以來(lái)隨著C02激光器及數(shù)控技術(shù)的不斷完善和發(fā)膜前已成為工業(yè)上板材切割的一種先進(jìn)的加工方法。在五、六十年代作為板材下料切割的主要方法中：對(duì)于中厚板采用氧乙快火焰切割；對(duì)于薄板采用剪床下料，成形復(fù)雜零件大批量的采用沖廛件的采用振動(dòng)剪。七十年代后為了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。為了減少大型沖壓模具的制造周期發(fā)展了數(shù)控步?jīng)_與電加工技術(shù)，各種切割下料方法都有其有缺點(diǎn)工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍。激光切割機(jī)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是一場(chǎng)技術(shù)革命。激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控制激光切割機(jī)床主要設(shè)計(jì)對(duì)象聯(lián)丫工作臺(tái)部件及2立柱。而對(duì)激光切割機(jī)其他部件如冷水機(jī)激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求只作一般了解。單片機(jī)對(duì)XY工作臺(tái)的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.001mm/plus0工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝?？傮w設(shè)計(jì)方案分析參考數(shù)控激光切割機(jī)的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由O接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，其原理示意圖。x向工作臺(tái)Yx向工作臺(tái)Y向工作臺(tái)圖1-1系統(tǒng)總體原理圖對(duì)潤(rùn)滑劑的要求，考慮到傳動(dòng)件的傳動(dòng)特點(diǎn)，載荷性質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度，選用黏度較低的潤(rùn)滑劑，滾動(dòng)軸承的軸向間隙調(diào)整方法采用墊片式齒輪等間隙調(diào)整后面將詳細(xì)介紹機(jī)床的箱體部分的密封處不允許漏油，部分面上允許涂密封膠或水玻璃，但不允許塞入填料，絲杠延伸處密封涂上潤(rùn)滑油。箱體表面應(yīng)涂漆，外伸處零件需涂油。2機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)本設(shè)計(jì)的XY工作臺(tái)的參數(shù)定為：①工作臺(tái)行程：橫向800mm，縱向300mm②工作臺(tái)最大尺寸(長(zhǎng)X寬X高)：800X300X300mm③工作臺(tái)最大承載重量：120Kg；④脈沖當(dāng)量：0.001mm/pluse⑤進(jìn)給速度：60平方毫米/min；⑥表面粗糙度：0.8?1.6；⑦設(shè)計(jì)壽命：15年。XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析因激光切割機(jī)床為激光加供激光器與工件之間不直接接觸因此可以認(rèn)為在加工過(guò)程中沒(méi)有外力負(fù)載作用。其切削力為零。XY工作臺(tái)部件由工作臺(tái)、中間滑臺(tái)、底座等零部件組成各自之間均以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副相1以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。設(shè)下底座的傳動(dòng)系統(tǒng)為橫向傳動(dòng)系統(tǒng)，留向，上導(dǎo)軌為縱向傳動(dòng)系統(tǒng)，艮Y向。如圖2-1所示，一般來(lái)說(shuō)數(shù)控切割機(jī)床的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不,但滾珠絲杠副以及齒輪之間的滑動(dòng)摩擦不能忽略這些摩擦力矩會(huì)影響電機(jī)的步距精度另外由于采取了一系列的消隙預(yù)緊措施,其產(chǎn)生的負(fù)載波動(dòng)應(yīng)控制在很小的范圍。初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量初定工作臺(tái)尺寸長(zhǎng)*寬X高圉為:1200X950X70mm,材料為HT200,估重為625N(W1。設(shè)中托座尺寸長(zhǎng)*寬X高圉為:1200X520X220mm材料為HT200,估重為250N(W2)。另外估計(jì)其他零件的重量約為50N(W3。加上工件最大重量約為20Kg(1176N)(G)。則下托座導(dǎo)軌副所承受的最大負(fù)期為：W=W1+W2+W3+G=665+250+250+1176=2301N

圖2-1(a)圖2-1(b)圖2-1x,y軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)展示Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)激光切割機(jī)對(duì)Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)要求非常高，在切割中需隨時(shí)檢測(cè)和控制切割表面的不平度1過(guò)伺服電機(jī)和滾珠絲桿調(diào)整切割頭的高度以保證激光聚焦后的焦點(diǎn)在切割板材的表面位置。于激光焦點(diǎn)至板面的距離將影響割縫寬窄及質(zhì)量因此，要求Z軸的檢測(cè)精度高于）.010mn。同時(shí)，隨動(dòng)速度應(yīng)大于5m/min。隨動(dòng)速度太快會(huì)造成切割頭上下震蕩太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象目前，對(duì)加工板材的檢測(cè)主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式。電感式和電阻式屬于傳感器，激光、紅外及電容式屬于非接觸式傳感器。電容式傳感器在運(yùn)動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中不發(fā)生摩擦阻力最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅外位移傳感器對(duì)加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場(chǎng)合的切割加工強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)干擾環(huán)境。所以在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意檢測(cè)精度和對(duì)切割材料的適應(yīng)性，同時(shí)安裝時(shí)還需要注意采取抗干擾措施。割頭具有多種先進(jìn)的智能和附加功能，如自動(dòng)調(diào)整激光噴嘴距離、自動(dòng)清潔噴嘴、同軸噴水機(jī)構(gòu)、切割頭轉(zhuǎn)動(dòng)、切割嘴擺動(dòng)等。這些功能機(jī)構(gòu)的增加不可避免地增加了切割頭的重量成切割頭的動(dòng)態(tài)性能不好隨動(dòng)機(jī)構(gòu)反應(yīng)不靈敏。一般來(lái)說(shuō)，普通數(shù)控激光切割機(jī)軸拖動(dòng)重量在5kg以上時(shí)，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控激光切割機(jī)晚軸拖動(dòng)重量在2kg以上就必須施加重力平衡設(shè)施特別是在高速飛行光路設(shè)計(jì)中這一點(diǎn)尤為重要。目前Z軸上的重力平衡設(shè)施使用較多的是采用氣缸托動(dòng)方圖2-2）。該方式重量輕、體積小、易安裝，還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸的平衡力。圖2-2Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定軸向負(fù)荷計(jì)算公式：F二F+UW

a式中F——切削力，F(xiàn)=0；W——工件重量加工作臺(tái)重量W=2301N；U——滾動(dòng)導(dǎo)軌上的滾動(dòng)摩擦系數(shù)(約為.003-0.004)，取U=0.004則根據(jù)式(3.1)：F=0.004X2301=92N激光切割機(jī)滾珠絲杠是在低速條件下工作的。故本處的Go=(0.2-0.3),Fa=18.4-27.6N對(duì)照樣本參數(shù)這里的Go非常小，選定導(dǎo)程為I的滾珠絲杠副。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為n=tg^/tgw+p') (3.2)式中w一滾珠絲杠的螺紋升角；p‘一當(dāng)量摩擦角；根據(jù)當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角關(guān)系見(jiàn)表3-1),前面已經(jīng)定v=1m/s,材料選擇灰鑄鐵HRCN45。所以：p/=4°00,,tgp'=0.0025；因?yàn)椋篿p=arctg(Ph/nd) (3.3)式中:Ph―導(dǎo)程，4mm；d 絲杠公稱(chēng)直徑,25mm；則根據(jù)式(3.3)：

中=2.91°則根據(jù)式（3.2）得：n=0.953。表3-1當(dāng)量摩擦系測(cè),和當(dāng)量摩擦角P齒圈材料錫青銅無(wú)錫青銅灰鑄鐵齒面硬度HRCN45其它HRCN45HRCN45其它相對(duì)速度ism/sfP/fP/fP＇f，P＇f，P＇0.010.1106°17,0.1206°51,0.18010°12，0.18010°2，0.19010°450.050.0905°09,0.1005°43,0.1407°58，0.1407°58，0.1609°050.100.0804°34'0.905°09,0.1307°24，0.1307°24，0.1407°58，0.250.0653°43,0.0754°17，0.1005°43，0.1005°43，0.1206°51，0.500.0553°09,0.0653°43,0.0905°09，0.0905°09，0.1005°49，1.00.0452°35'0.0553°09，0.0704°00，0.0704°00，0.0905°09，1.50.0402°17,0.052°52，0.0653°43，0.0653°43，0.0804°34，2.00.0352°00'0.0452°35，0.0553°09，0.0553°09，0.0704°00，2.50.0301°43,0.0402°17，0.052°52，3.00.0281°36,0.0352°00，0.0452°35，40.0241°22'0.0311°47，0.0402°17，50.0221°16,0.0291°40，0.0352°00，80.0181°02,0.0261°29，0.031°43，100.0160°55'0.0241°22，150.0140°48'0.0201°09，240.0130°45'4直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：①定位精度高直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少90%,因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。②降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低％，具有大幅度節(jié)能的效果。7③可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效也30%。④可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無(wú)法避免的絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小.滾動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易所以在結(jié)構(gòu)上選用:開(kāi)式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。型號(hào)：選用GGB型四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，如圖1。具體型號(hào)：X向選用GGB20BA2R2500-4；丫向選用GGB20AB2R21100-4。圖4-1直線滾動(dòng)導(dǎo)軌5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定步進(jìn)電機(jī)的選用脈沖當(dāng)量和步距角已知脈沖當(dāng)量為1〃m/STEP,而步距角越小，則加工精度越高。初選為36o/STEP(二倍細(xì)分)。步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算電機(jī)起動(dòng)力矩：M=M1+M2式中:M為滾珠絲杠所受總扭矩;Ml為外部負(fù)載產(chǎn)生的摩擦扭矩；有M=Fxd/2xtg(v+p1)

1a=92X0.025/2Xtg(2.91+0.1冷=0.062N?mM2為內(nèi)部預(yù)緊所產(chǎn)生的摩擦扭矩，有：M2=KxFxPh/2九式中:K—預(yù)緊時(shí)的摩擦系數(shù),0.1—0.3Ph-導(dǎo)程，4cm；Fao——預(yù)緊力；有：Fao=Fao1+Fao2 (5.4)取Fao1=0.04XCa=0.04X1600=640NFao2為軸承的預(yù)緊力，軸承型號(hào)方004輕系列，預(yù)緊力為Fao2=130N。故根據(jù)式(5.3)：M2=0.098N?m齒輪傳動(dòng)比公式為:iRXPh/(360X6p),故步進(jìn)電機(jī)輸出軸上起動(dòng)矩近似地可估算為：Tq=M/山 (5.5)=360XMX6p/(pXnXPh式中：6p=lpm/STEP=0.0001cm/STEPM=M1+M2=0.16Np=0.36o/STEPq=0.85；9Ph=0.4cm；n=0.953；則根據(jù)式(5.4)：Tq=360X0.16X0.0001/(3.6X0.85X0.4)=0.4N?m因Tq/TJM=0.866因?yàn)殡姍C(jī)為五相運(yùn)行。則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩TJM=Tq/0.866=0.46Nm.確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率參考有關(guān)數(shù)控激光切割機(jī)床的資副以知道步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率不超逝00Hzo根據(jù)以上討論并參照樣本確定選取M56853s型步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)的最大靜止轉(zhuǎn)矩為8N-m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為235g/cm2步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算慣性負(fù)載可由以下公式進(jìn)行計(jì)算:JD=J+J1+(Z1/Z2)(J2+J3)+J4(V/①D)2Xm (5.6)式中：JD為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；J0為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J1為齒輪Zl的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為齒輪Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J3為齒輪Z3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；mn為系統(tǒng)工作臺(tái)質(zhì)量；Vm為工作臺(tái)的最大移動(dòng)速率；3D為折算成單軸系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)軸角速度；各項(xiàng)計(jì)算如下：已知：J0=0忽略不計(jì)，mn=112.5Kg齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式：J=p2m=p2G/g (5.7)其中：P為回轉(zhuǎn)半徑；G為轉(zhuǎn)件的重量；滾珠絲杠的慣性矩計(jì)算公式：10

(5.8)J=nRLD/32(5.8)最后計(jì)算可得：J1=0.1X10-3Kg.m2J2=1.32X10-3Kg.m2J3=2.98X10-4Kg.m2J4=1.14X10-5Kg.m2Vm=12m/s3D=2nrad/s故慣性負(fù)載根據(jù)式5.7)得：JD=J0+J1+(Zl/Z2)(J2+J3)+J4(Vm/3D)2Xmn=17.3Kg.cm2此值為近似值故此值小于所選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣。6齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定傳動(dòng)比的確定要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量l|im/STEP的設(shè)計(jì)要求，必須通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度，其傳動(dòng)比為:i=gP/(360x6)h p式中：Ph一為滾珠絲杠導(dǎo)程；Q一為步距角；bp-為脈沖當(dāng)量；根據(jù)前面選定的幾個(gè)參數(shù)，由式6.1)得：i=0.36X4/360X0.001i=4:1=Z2/Z111

11根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選用Z1為30,Z2為120.。齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定①齒輪類(lèi)型：選擇直齒加工方便(圖-1)。②模數(shù)選擇：本工作臺(tái)負(fù)載相當(dāng)鈴考同類(lèi)型的機(jī)床后選擇m=1齒輪傳動(dòng)側(cè)隙的消除。③中心距的計(jì)算：A=mX(Z1+Z2) (6.2)=1x(30+120)/2=75mm齒頂高為1mm,齒根高為125mm齒寬為20mm。④齒輪材料及熱處理：小齒輪Z1采用40Cr,齒面高頻淬火；大齒輪Z2采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。8消隙方法與預(yù)緊圖6-1齒輪模型輪在制造8消隙方法與預(yù)緊圖6-1齒輪模型輪在制造巨的齒側(cè)間隙齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向動(dòng)作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤差甚至是輪廓誤差。12對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性因此，齒輪傳動(dòng)副常采用各種消除側(cè)隙的措施，以盡量減小齒輪側(cè)隙。數(shù)控機(jī)床上常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法針對(duì)不同類(lèi)型的齒輪傳動(dòng)副有不同的方法。雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法：是另一種雙片齒輪周向彈簧錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)兩片薄齒輪1和2套裝一起，每片齒輪各開(kāi)有兩條周向通槽，在齒輪的端面上裝有短柱，用來(lái)安裝彈簧4。裝配時(shí)使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個(gè)薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左右面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。滾珠絲杠副在工作臺(tái)上的支承方式有兩種一種是單支承形式，另一種是兩端支承形式，本設(shè)計(jì)選用兩端支承形式中的“雙支點(diǎn)各單向固定”的支承方式，該形式夾緊一對(duì)圓錐滾子軸承的外圈而預(yù)緊，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小機(jī)器工作時(shí)軸承的振動(dòng)，預(yù)緊量由廠家提供。滾珠絲杠的螺桿和螺母的螺紋滾到間置有滾珠當(dāng)螺桿和螺母?jìng)鲃?dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)使螺桿和螺母做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)為滾動(dòng)摩擦提高了傳動(dòng)效率和傳動(dòng)精度本次設(shè)計(jì)根據(jù)滾珠在滾道內(nèi)的循環(huán)方式采用內(nèi)循環(huán)類(lèi)型，內(nèi)循環(huán)鑲塊式是在螺母上開(kāi)有側(cè)孔，孔內(nèi)鑲有反向器，越過(guò)螺桿牙頂，進(jìn)入相鄰螺紋滾道，形成循環(huán)回路，該類(lèi)型的特點(diǎn)是螺母的外徑尺寸較小和滑動(dòng)螺旋副大致相同，滾珠返回通道短，有利于減少滾珠數(shù)量，減少磨損，提高傳動(dòng)效率，但反向器回行槽加工要求高。齒差調(diào)隙式，在螺母的凸緣上切出齒數(shù)相差一個(gè)齒的外齒輪，把其裝入螺母座調(diào)整時(shí)先取下內(nèi)齒輪，將兩個(gè)螺母相對(duì)螺母座同方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定的齒嫩后將內(nèi)齒復(fù)位固定，兩個(gè)螺母之間產(chǎn)生相應(yīng)的軸向位移，從而達(dá)到調(diào)整的目的。這種方法的特點(diǎn)是調(diào)整精度很高，工作可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝和裝配性能較差。9安裝和常見(jiàn)問(wèn)題的調(diào)整(1)確保激光管無(wú)破損，檢查配件是否齊全，有無(wú)破損或擦傷。(2)裝機(jī)地點(diǎn)要達(dá)到空氣濕度不大于0%,且通風(fēng)良好；濕度應(yīng)控制在)~32℃之間，不得超出此范圍，過(guò)大的濕度將導(dǎo)致高壓放電，損毀機(jī)器；應(yīng)有良好的接地裝置9國(guó)。(3)如果激光輸出的功率太低，使用者應(yīng)通過(guò)控制面板增加輸出的功率。(4)如果聚焦點(diǎn)沒(méi)有在正確的位置，使用者應(yīng)調(diào)整。(5)如果激光管老化，使用者應(yīng)增加激光功率或替換激光管。(6)如果激光電源供電不充足，使用者應(yīng)調(diào)整或替換激光電源。1314總結(jié)過(guò)對(duì)數(shù)控激光切割機(jī)的整體設(shè)計(jì)，確定了一臺(tái)合理的立式機(jī)床結(jié)構(gòu)。根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)出了一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的XY軸工作臺(tái)，同時(shí)對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行了受力分析、設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率、強(qiáng)度等也進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算對(duì)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌如何選型進(jìn)行了深度分析確定步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并進(jìn)行了慣性負(fù)載計(jì)算、剛度討論等，分別來(lái)驗(yàn)證了其合理性。我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，不能眼高手低，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。其次，創(chuàng)新才是一個(gè)人一個(gè)國(guó)家一個(gè)民族靈魂所在在當(dāng)今無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外要想立于不敗之地必須要敢創(chuàng)親大膽設(shè)想，努力鉆研，不要害怕失敗，才能不斷提高自己的創(chuàng)新能力?？傊?，不管學(xué)會(huì)的還是正在學(xué)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種柳暗花明的感覺(jué)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了，并且做到不但會(huì)用還要在此基礎(chǔ)上探索出一條新的道路。本設(shè)計(jì)主要完成了如下要求：1、根據(jù)切割機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的特點(diǎn)和要求設(shè)計(jì)了機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體方案介紹了相關(guān)的機(jī)械設(shè)備。2、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，對(duì)于設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的總體方案進(jìn)行了反復(fù)研究。針對(duì)激光切割機(jī)中要求操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，提出了設(shè)計(jì)方案中所涉及的硬件設(shè)備和軟件設(shè)備，并對(duì)其進(jìn)行了了解。3、對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選用，并進(jìn)行了相應(yīng)計(jì)算。進(jìn)行了輔助設(shè)備的分析與機(jī)械部分的有效結(jié)合。從設(shè)計(jì)的結(jié)果表明，本次設(shè)計(jì)的結(jié)果基本符合設(shè)計(jì)要求但由于本人的此次設(shè)計(jì)基于理論與大量成熟經(jīng)驗(yàn)為參考來(lái)完成，加上知識(shí)能力儲(chǔ)備有限，所以在本次設(shè)計(jì)中仍然存在著許多不到位的地