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1、 数控火焰切割机的设计 摘 要本课题所设计的数控火焰切割机是一种中型切割设备，它可以很方便的对金属材料进行直线或曲线切割，可广泛应用于机械、建筑、化工、航天等行业。首先，本文通过对火焰切割技术及数控火焰切割机的国内外研究现状的分析，对火焰切割机的总体结构进行了设计，整体采用龙门式结构，纵向、横向和垂直三个方向进给运动均选用电动机带动滚珠丝杠传动的开环控制系统。其次，由于火焰切割机切割工件时无切削力，所以纵向进给运动采用电机直接驱动来完成。最后，为了加工制造的方便还绘制了切割机的所有零部件和装配体的工程图。关键词数控火焰切割机，龙门式，结构设计IIIAbstractThe CNC flame c
2、utter designed in this topic is intermediate cutting equipment. It can easily cut metal materials with linear or curvilinear drawings and can be widely used in machining, architecture, chemical industry, spaceflight and other industry.Firstly, through the analysis of research actuality about the fla
3、me 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 open-loop control systems, using stepping motor to drive ball screws, were chosen at longitudinal, horizo
4、ntal and vertical directions. Secondly, 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 stepping motor. In the end, all the drawings of parts and assembly are protracted in order to fa
5、cilitate the manufacture.Keywords Numerical control flame cutter, gantry type,Structural design目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论111切割技术的种类及发展112数控火焰切割简介2121 火焰切割及数控火焰切割技术2122 国内外数控火焰切割技术的发展3123 数控火焰切割机的市场及发展4第二章 机床总体设计721总体方案的确定722控制及传动系统选用8第三章 火焰切割机传动装置设计1031螺旋传动10311 滚珠丝杠副的工作原理及特点113.1.1.1纵向传动滚珠丝杠、支撑件的设计计算及
6、电机的选择.143.1.1.2横向、垂直向滚珠丝杠、支撑件的设计计算及电机的选择.21 第四章 导轨3241导轨设计32 第五章 机床的维护.47结论50参考文献51致谢53附录154附录261 附录3.69数控火焰切割机的设计 第1章 绪论1.1 切割技术的种类及发展切割是焊接生产备料工序的重要加工方法，包括冷、热两类切割，而热切割又有气体火焰切割、电弧切割、等离子切割和激光切割等各种工艺方法。目前各种金属和非金属切割已经成为现代工业生产（特别是焊接生产）中的一个重要工序，被焊工件所需要的几何形状和尺寸，绝大多数是通过切割来实现的。切割技术被广泛的应用在国民经济建设的各个领域里。近年来，由于
7、机械工业飞速发展的需求和国外先进技术的引进，我国切割技术无论在新工艺的开发方面，还是在新能源的利用方面都有了长足的发展。自动化、半自动化切割技术的发展，使得切割技术可以代替部分机械加工，大大提高了工作效率，还可以提高金属材料的利用率。气体火焰切割是热切割中最早被采用和最常用的工艺方法，这种切割方法设备简单、操作方便灵活、投资费用少、切割质量好等特点。尤其是能够切割各种含曲线形状的零件和大厚度工件等一系列特点使得它自进入工业领域以来一直作为工业生产中切割碳钢和低合金钢的基本方法而被广泛采用。而本文介绍的数控火焰切割机就是在早期切割机的基础上结合近年来高速发展的微型计算机技术被广泛应用于工业领域的
8、实际情况设计出的一种新型切割设备 。1.2 数控火焰切割简介 1.2.1火焰切割及数控火焰切割技术火焰切割就是利用气体火焰的热能将工件切割处金属预热到一定温度后，喷出高速切割氧气流使预热处的金属燃烧并放出热量实现切割的方法。最常见的气体切割是氧-乙炔火焰切割。钢材的气割是利用气体火焰（称预热火焰）将钢材表面加热到能够在氧气流中燃烧的温度（即燃点），然后送进高纯度，高流速切割氧，使钢材中的铁在氧氛围中燃烧生成氧化铁熔渣，同时放出大量热，借助这些燃烧热和熔渣不断加热钢材的下层和切口边缘，使之也达到燃点，直至工件的底部。与此同时，切割氧流把氧化铁熔渣吹掉，从而形成切口将钢材切割开。数控火焰切割机是应
9、用计算机数字程序控制（Computer Numerical program Control）的全自动化切割设备，人们借助计算机辅助设计程序，把所要切割零件的形状、尺寸、切割顺序及切割过程中的各项辅助功能按一定的语言程序规则进行编程，然后输入控制机，经运算后发出运动控制及辅助功能指令，再有伺服行走系统和切割执行机构协调动作，从而完成所需零件的切割。数控火焰切割机的特点：功能齐全，自动化程度高具有割炬自动升降和自动调高、自动点火、自动穿孔、自动切割、喷粉画线、喷印字码、喷水冷却、割缝自动补偿、熄火返回重割、动态图形跟踪显示等功能，实现了切割全过程的自动控制。可配置多个割炬工作，省去了制作样板和划线
10、的工时，生产效率高采用套料程序，提高钢板利用率。能合理选定切割工艺参数及切割路径，可减小热变形，加工精度高，切割质量好，能够减少后续打磨和装焊工时。切割信息易于准备、修改和保存。机器运行稳定可靠，操作方便1.2.2国内外数控火焰切割技术的发展随着科学技术的发展，数控技术和微型计算机技术也迅猛发展，数控机床、数控切割机等已被人熟悉和利用。1 9 5 2年之后，数字控制技术已经作为生产自动化的强有力手段得到了迅速推广，并且也引入到庞大而繁杂的造船工业之中了。1 9 5 8 年，英国氧气公司首先试制成功了世界上第一台数控切割机，并于1 9 6 1 年正式投入挪威斯托德造船厂的造船生产使用中，随后不少
11、造船工业发达国家相继开展了数控切割机的研制热潮。到了六十年代中、后期，己有相当数量的数控切割机投产使用。它们编程简单、操作方便、加工质量稳定，大大减轻了劳动强度，降低加工周期，增加经济效益和社会效益，发展前景广阔。进一步开展微机控制机床的研究和生产工作，将是我国机械工业改造旧设备， 研制新机型的一个经济有效的途径。数控切割机在造船工业中的应用是造船工艺的一项重大改革，是实现船厂现代化改造的一个重要内容。数控火焰切割机属于对金属结构件进行切割下料的气割设备。在机械、船舶、压力容器、冶金行业中，各种形状的厚钢板的切割下料工作量非常大。随着国民经济的发展，数控技术已应用于国民经济的各个部门，切割设备
12、也不例外。目前，国内许多大型结构件企业为减轻工人的劳动强度，提高产品质量和劳动效率，不惜耗资以每台五六十万元的价格从国外购进数控切割设备。国内生产的该类设备一般每台也在三四十万元以上，这样的价位对于中小金属结构件企业来说望尘莫及。因此，面向中小企业，开发一种经济型数控火焰切割机床，有很大的市场潜力，必将取得明显的社会效益和经济效益。目前国外的数控火焰切割机已经发展到了一个相当成熟的阶段，各种型号，适用于各种场合的切割机应有尽有，且性能比国产的要好很多，国内的技术要落后很多，国内有些行业所需的高档数控火焰切割机还得进口，由于国外对核心技术的封锁，再加上国内对高档机床的消化吸收能力有限，一直没有较
13、好的数控火焰切割机。1.2.3数控火焰切割机的市场及发展目前,我国机械加工行业中钢板下料普遍采用手工氧乙炔切割,这种现象不仅存在于小规模单件生产的小型企业,也存在于大批量生产的大型企业中。而国外企业的下料工序大部分采用了数控氧乙炔或数控等离子切割方法,这不仅可提高材料利用率,还大大改善了产品质量,优化了工作环境,使工作效率得到了提高。近来,随着我国制造业的日益发展,数控火焰/等离子切割机床已经成为市场需求热点。为此,我们自行设计生产了一种面向大部分用户、适合我国国情的大型经济型数控切割机龙门式数控火焰切割机。它广泛应用于机械、船舶、压力容器、冶金行业等生产厂家。数控技术的发展趋势：随着社会和科
14、学技术的发展，特别是微机和网络技术的发展，要求工业生产必须满足高精度、高效率、高灵活性、高速、自动化、节能、环保、少或无切削的要求。这些需求要求数控系统在未来的生产应用中，必然向着开放化、集成化、网络化的方向发展。1开放化传统的专用控制系统是控制器制造商针对特定的机床开发的，它是封闭、不兼容和不可扩展的，很难二次开发和更新换代。而开放数控系统要求整个系统向用户开放，向数控技术再开发人员开放，以便对系统进行维护和功能扩展。这就要求系统有一个开放的软、硬件平台、开放的系统接口，最重要是有统一的标准，这样才能实现系统的兼容和互换。开放式控制系统的基本特征是以通用的个人计算机(PC)的硬件和软件为基础
15、构建的。由于个人计算机的软、硬件上均有标准的规范和接口，因此计算机系统便具有了可扩展性、可移植性、互换性、互操作性和可配置性等特征。控制器制造商可以对系统功能任意剪裁和组配以满足不同用户的需求，也可以就一些功能模块赋予用户再开发的权利和方便，这样就便于系统的维修和升级。2集成化集成化的最佳体现是一种全新的制造系统-一计算机集成制造系统(CIMS)计算机集成制造系统(cIMS)的基本思想是用计算机技术将制造企业中的市场分析、经营决策、产品设计、工艺设计、质量控制、生产计划调度、乃至销售与售后服务等各个环节集合成的一个综合优化的整体。由上述定义可以明了数控系统是计算机集成制造系统的一个组成部分，是实现产品加工的必要环节;但由于系统集成化
