激光加工机床设计(Y、Z轴)Word格式.doc
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激光加工机床设计(Y、Z轴)Word格式.doc
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杨雨图
职称:
讲师
二零一三年五月二十五号
IV
摘要
由于激光车床的先进性、精确性,激光车床是现代加工行业中不可或缺的机床,具有广阔的前景。
本毕业设计的目的是对激光加工机床(Y、Z轴)的分析加工,通过对激光加工的特点的分析,以及数控机床的设计思路,利用三维实体建模软件Autocad2012对激光加工机床的(Y、Z轴)机械部分进行了设计,论文包括激光车床的发展现状、方案的论证和部分零部件的设计、强度计算等。
激光加工机床(Y、Z轴)由旋转机构、进给机构和控制系统三部分组成。
激光加工机床中Y、Z轴采用了直线进给传动,通过电机与滚珠丝杠直接相连,传动简单,精度高,定位准确,且安装维护方便。
根据激光加工机床的功能、结构等特点,主要进行了以下设计:
(1)直线进给机构中滚珠丝杠副的设计;
(2)直线进给机构中滚动直线导轨的设计;
(3)激光加工机床轴承的设计与校核;
(4)激光加工机床旋转轴的设计和校核;
此外,还简单介绍了AUTOCAD绘图软件的使用。
关键词:
激光技术;
工作台;
进给机构;
三维建模
Abstract
Becauseofadvancesinlasermachine,precisionlatheisamachinetool,laserisanintegralpartofmodernmanufacturingindustry,andhasbroadprospects.Thisgraduationdesignisthepurposeofthelasermachine(Y,Z)analysisandprocessing,throughtheanalysisofthecharacteristicsofthelasermachiningCNCmachinetools,andthedesignideas,using3DsolidmodelingsoftwareAutocad2012onlaserprocessingmachine(Y,Zaxis)mechanicalpartsofthedesign,thepaperincludeslaserlathethedevelopmentstatus,theschemeargumentationandpartsdesign,strengthcalculation.
Laserprocessingmachinetools(Y,Zaxis)iscomposedofarotarymechanism,feedmechanismandcontrolsystemthreeparts.LaserprocessingmachineY,Zaxisadoptsthelinearfeeddrive,linked,directlythroughthemotorandballscrewdriveissimple,highprecision,accuratepositioning,andconvenientinstallationandmaintenance.
Accordingtothelaserprocessingmachinefunctions,structureandothercharacteristics,mainlyforthefollowingdesign:
(1)thedesignofballscrewlinearfeedmechanism;
(2)thedesignoflinearrollingguidefeedmechanism;
(3)thedesignandverificationoflaserprocessingmachinetoolbearings;
(4)thedesignandcalibrationoflaserprocessingmachinetoolaxisofrotation;
Inaddition,alsosimplyintroducedtheuseofAUTOCADdrawingsoftware
Keywords:
Lasertechnology;
table;
feedingmechanism;
3Dmodeling
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
第一章绪论 1
1.1激光加工技术 1
1.1.1激光加工工作原理 1
1.1.2激光技术的作用 1
1.2激光加工的发展 2
1.2.1激光概念 2
1.2.2激光技术的发展历程 2
1.2.3激光加工技术的分类 4
1.3选题目的及意义 5
第二章直线进给工作台设计方案的拟定与论证 7
2.1设计内容 7
2.2工作台进给运动方案的选择 7
2.4Y进给方向的设计 8
2.4.1工作台的基本参数 8
2.4.2滚珠丝杠的选择 9
2.4.3丝杠支承形式和轴承的选择 11
2.4.4滚动直线导轨选择 12
2.4.5伺服电动机的选择 13
2.4.6联轴器的选择 15
2.4.7工作台防护罩的选择 16
2.4.8螺栓的强度校核 17
2.5Z进给方向的设计 18
2.5.1工作台的基本参数 18
2.5.2滚珠丝杠的选择 18
2.5.3丝杠支承形式和轴承的选择 19
2.5.4滚动直线导轨选择 20
2.5.5伺服电动机的选择 20
2.5.6联轴器的选择 21
第三章机床床身、壳体设计 22
3.1Y方向床身设计 23
3.2Z方向床身设计 23
3.3机床床身总体装配设计 24
第四章润滑与密封 25
第五章激光机床开放式数控系统控制 26
5.1开放式数控系统的内涵 26
5.2激光机床硬件结构设计 27
第六章机床技术经济性分析 30
设计小结 31
致谢 32
参考文献 33
附录 34
第一章绪论
1.1激光加工技术
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特点对材料进行切割、焊接、打孔及微加工等的一门新型加工技术。
激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、轮船、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门,对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到重要的作用。
1.1.1激光加工工作原理
激光加工利用高密度的激光束照射工件,使材料气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。
早期的激光加工由于功率比较小,基本用于打小孔和微型焊接。
然而等到钇铝石榴石激光器的出现,以及对激光的加工机理和工艺进行了深入研究,激光加工技术得到了很大进展,使用范围扩大。
数万瓦的激光加工器用于各种材料的超高速切割、焊接和材料热处理等方面。
各种专用激光加工器的出现,并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合,提高了激光加工机的功能以及自动化水平。
激光器输出的激光经过透镜聚焦在工件上,其焦点处的温度高达1万摄氏度以上,任何材料都会气化融化。
激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔等加工的。
通常用于加工的激光器主要是固体激光器和气体激光器。
1.1.2激光技术的作用
激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中,大大减少了加工时间,提高工件质量,降低了加工成本。
现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。
通过计算机的控制,脉冲使CO2激光器放电,从而输出脉冲激光,形成一定的频率,一定脉宽的光束,激光束通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上以及通过光路传导反射,形成一个细微的、高密度高能量的光斑,焦斑位于待加工面附近,瞬间以高温熔化或气化被加工材料。
以CO2激光切割机为例,CO2激光器中,主要的物质由氦气,氮气CO₂,三种气体组成。
其中氮气主要功能在CO₂激光器中起到了能量传递作用,为CO₂激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。
氮气及氦气为辅助性气体、CO2是产生激光辐射的气体。
CO₂激光器的激发条件:
通过放电管,输入几十毫安或几百毫安的直流电流。
放电时,放电管中的气体内的氮分子受到电子的撞击而被激发起来。
这时受到激发的氮分子便会与CO₂分子发生碰撞,氮分子把自己的能量传递给CO2分子,CO2分子从低能级跃迁到高能级上形成粒子数反转发出激光,激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。
1.2激光加工的发展
1.2.1激光概念
激光的早期的中文名叫做“镭射”、“莱塞”,是它的英文名LASER的音译,来自于英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各单词头一个字母。
它的意思是"
通过受激发射光扩大"
。
激光的英文全名陈述了制造激光的主要过程:
激光的原理早在1916年被爱因斯坦发现,但直到1960年激光才被首次成功制造。
激光是在有理论和生产迫切需要的背景下诞生的,它一问世,就得到了的飞快发展,激光的发展不仅使古老的光学科学获得了新生,而且导致整个一门新兴产业的出现。
激光可使人们有效地利用前所未有的先进技术和方法,获得了空前的效益和成果,促进了生产力的发展。
激光是继原子能、半导体、计算机之后,人类二十世纪的一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”和“最奇异的激光”。
它的亮度约为太阳光的100亿倍。
1.2.2激光技术的发展历程
激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之一,它一问世就得到了材料科学家的超高度重视。
1971年11月,美国通用汽车公司率先使用一台350W的CO2激光器进行了利用激光辐射提高材料耐磨性能的试验研究,并于1974年成功地完成了汽车转向器壳内表面(可锻铸铁材质)激光淬火工艺的研究,淬硬部位的耐磨性能比未处理之前提高了10倍。
这是激光表面改性技术的首次工业应用。
多年以来,世界各国投入了大量资金和人力进行激光器、激光加工设备和激光加工对材料学的研究,促使激光加工得到了飞速发展,并获得了巨大的经济效益和社会效益。
如今在中国,激光技术已在工业、农业、医学、军工以及人们的现代生活中得到广泛的应用,并且正逐步实现激光技术产业化,国家也将其列为“九五”攻关重点项目之一。
“十五”的主要工作是促进新兴激光加工产业的发展,实现年产值300亿元以上,保持激光器平均年产值15%的增长率,;
在工业生产应用中普及和推广激光加工技术,重点完成电子、汽车、造船、钢铁、石油、航空、军工等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程;
为信息、材料、生物、海洋、能源、空间等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。
数控化和综合化把激光器与计算机数控技术、先进的自动化的工件定位以及高精度和光学系统相结合,形成研制和生产加工中心,已成为激光加工发展的一个重要趋势。
主要研究内容:
(1)建立激光加工设备参数的检测方法,并进行方法研究
(2)激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的引进机型
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