新型数控火焰切割机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘要 在机械加工过程中，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大，同时劳动条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。目前在我国的一些中小企业甚至在 一些大型企业中使用手工切割和半自动切割方式还较为普遍。目前，我国机械工业钢材使用量已达到 3亿吨以上，钢材的切割量非常大；随着现代机械工业的发展，对板材切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高。因而数控切割机的市场潜力还是很大、市场前景比较乐观。 数控火焰切割机 ，切割具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低，但存在切割变形大，切割精度不高，而且切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板材切割上逐渐会被等离子切割代替。 本文主要包括 对各类切割机的发展介绍，悬臂式火焰切割机的主体结构设计以及传动装置的设计计算几部分。 关键 词 ： 切割机 ；发展；结构设计； 设计计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in of nc by is is is at is is it is is is is in of to At in in is At s 00 is a of of at nc is is is to of to of in by of of of as as 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目录 摘要 . I . 绪论 . 1 类切割机发展趋势 . 1 焰切割机的国内发展现状 . 2 焰切割机原理 . 2 焰切割机的种类 . 2 控技术 . 3 类型数控切割机的特点及其应用情况 . 3 控切割机发展趋势 . 4 割技术的发展 . 6 2悬臂式火焰切割机的主体结构设计 . 9 计方案的提出 . 9 轨设计 . 10 柱及横梁设计计算 . 12 3传动装置的设计计算 . 16 的传动机构的设计计算 . 16 的传动机构的设计计算 . 19 的设计计算 . 27 4总结 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 35 附录 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 类切割机发展趋势 随着现代机械加工业地发展，对切割的质量、精度要求的不断提高，数控切割机对提 高生产效率、降低生产成本、具有高智能化的自动切割功能的要求也在提升。数控切割的发展必须要适应现代机械加工业发展的要求。从现在几种通用数控切割机应用情况来看，激光切割机 ,等离子切割机，数控火焰切割机功能及性能已比较完善。等离子切割机其材料切割的局限性（只能切割碳钢板），切割速度慢。激光切割机效率高但是价格昂贵很难大规模使用。数控火焰切割机生产效率高，其适用范围逐渐在增大，市场可能有大的增加。激光切割机具有切割速度快，精度和切割质量好等特点。激光切割技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，数控火焰切割机 特别是政府强调要振兴制造业，数控切割这就给激光切割技术应用带来发展机遇。在国家制定中长远期发展规划时，又将火焰切割列为关键支撑技术，数控切割前几年，国内在销的数控切割机大部分为国外进口产品，国内产品所占份额甚小。随着用户对数控切割技术特点的逐步深入了解和示范性采用，带动了国内企业开发、生产数控切割机。 光切割机 激光切割机是从 1964 年发明二氧化碳气体激光 (即 光 )之后以金属加工领域为中心开始使用，由于当时激光的输出功率较小，激光切割机仅在以薄板加工为主的钣金行业作为替代冲床的加工应用。发 明 光约二十年后的 1989 年，推出了搭载 光发生器的大型激光切割机 应用于中厚板的碳钢切割领域。之后随着激光发生器、切割机和其周边装置的不断改进目前已能切割25右的板厚。激光切割具有环保、人性化的优点，而且适应当前降低切割成本及保护地球环境的现状，在中厚板的切割领域其必将成为最主要的切割方法，从而使激光切割机与气体切割机、等离子切割机一样，在造船、桥梁、建筑、专用汽车等剪切加工行业广泛使用。 焰切割机 自 1895 年法国人 明氧乙炔火焰 ,至 1900 年 造出第一把氧乙炔割炬，氧乙炔火焰切割作为最古老的热切割技术至今仍是机械制造中的一种加工方法。由于乙炔生产的原料为电石，生产过程中会排出大量电石渣（ 1t 电石生成 有毒有害气体，严重污染环境，在制取溶解乙炔气同时又消耗大量重要化工原料丙酮，加大了生产成本。因此，近 20 年来国内外有关研究机构及企业相继投入大量资金，开发研究成本低、安全、减少环境污染的新型燃气。目前国内己自主开发及引进了多种新型工业燃气代替乙炔用于工业火焰加工。同 时与新型工业燃买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 气相配套的割炬也相继投建成投产，各种割炬器种齐全。手工割炬切割厚度可达 350用割炬切割厚度可达 1800焰切割机是机械制造、造船等领域常见的下料装备。切割长度在 6m 以上的大型火焰切割机，价格昂贵，使用成本高。火焰切割与线切割、立铣类似，只不过 “刀具 ”为火焰割炬。只要控制火焰割炬沿指定轨迹进行平面运动，就可切割下任意大小、形状的钢板。 焰切割机的国内发展现状 我国切割行业的产品发展打破了焊接与切割之间的传统界线，其产品已跨接焊接、切割 2 大工序。这几年，很多传统的建筑结构，正逐 步被珩架钢结构所替代，加之国家基本建设的大量投入，促使了钢结构行业的飞速发展。 H 型钢生产线、多轴数控割管机则成为行业技术发展的另一热点。 H 型钢生产线主要由门式切割机、组立机、自动焊机、和校直机等产品组成，该生产线已成为钢结构厂生产 H 型钢的主要生产设备。年市场需求量达几十套。其中数控门式自动焊机利用焊缝同步跟踪系统，已成功地运用在挂车变截面底梁的自动焊接生产中。使得挂车变截面底梁由原来的分段焊接，实现了一次连续焊接成形。这样不仅使产品的焊接质量有了很大的提高，而且生产效率成倍提高。目前，已有近十家挂车生产企业 在使用这一设备，并 取得了很好的经济效益。作为一个有较大市场的新产品，它在今后几年 会将得到很大的发展。 焰切割机原理 火焰切割机是利用燃气和氧气将铸坯快速燃烧，达到切断铸坯的目的，其优点是在线设备轻，一次性投资省，适应铸坯的温度宽；缺点是切割渣不易处理，金属损耗大，但当铸坯定尺较长时，金属损耗则较少，因而目前有些中、小企业又趋向建火焰切割机。 焰切割机的种类 火焰切割机用于小方坯铸机的机型目前有三种：其一自动化程度较高，投资也较大的为全自动化的火焰切割机，切割枪的摆动，切割小车的随动及返回，以 及自动计数定尺，都由微机控制。电动或气压做动力源。 另两种近来较流行的经济型的火焰切割机：一种称无动力型火焰切割机，另一种称夹坯型火焰切割机。 （ 1）无动力型火焰切割机 这种火焰切割机不同于全自动的火焰切割机，除切割小车返回使用液压缸外，其余全无动力源，是靠铸坯带动产生各种动作，当撞头落在锟道线上，铸坯运行一个定尺长度至撞头处，则顶动撞头并带着切割小车前进，切割小车上装切割枪，切割枪的摆动运动来源于摆动机构上有一个导轮，当切割小车被铸坯带动 前进时，此导轮将沿着一个固定的靠模曲线前进，因曲线的起伏使导轮带动 切割枪，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 产生切割摆动运动。定尺撞头的上部装在定尺导杆上，由于定尺不同，撞头在定尺导杆上的位置可以通过调节装置进行调节，导杆的末端有释放导模，当撞头走到导杆末端时，完成尺切割后，撞头将因导模的作用，自动释放抬起。则被切断的铸坯经锟道送出。撞头及切割小车又被液压缸带动返回原处，而撞头落下成等待位置，全部切割过程结束。 该切割机的动力来源是铸坯，铸坯不顶到撞头，则切割小车不会行走，切割枪不会摆动，无法进行切割，显然该机不能进行非定尺的切割，如切头、切尾，或事故切割，这是该机的最大弱点。 （ 2）夹坯型火焰切割机 为 了克服上述切割机的缺点，一种新型的切割机对随动运动作了改进，不用被动的顶坯方式，而改为主动的夹坯随动方式，并用汽缸作动力，解决了不能切头、切尾的问题。 夹坯型火焰切割机，切割机前设置里夹坯锟，夹坯夹头，火焰切割枪的摆动仍是由摆动机构和靠模完成，切割小车返回用液压缸或用气动马达，夹坯夹头杠杆通过转轴，靠汽缸传动，产生夹紧或放松的动作，而气缸的进排气则由工人遥控，或由定尺装置发出信号，显然该机应另配备定尺发信号装置。目前小方坯连铸机采用这种带有主动夹坯机构的火焰切割机日渐增多。 (3)数控切割机 数控切割机主要 品种包括以下几种： 数控火焰切割机 ,数控激光切割机 ,数控等离子切割机 ,数控高压水射流切割机以及其它专用特殊切割设备（如数控管材切割机、数控型材切割机、其它非金属专用切割设备等）。 控技术 控技术的概念 数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令程序通过计算机控制来实现机床的自动加工，完成加工任务的技术。它所控制的通常是机床的位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。 控技术的特点 数控技术具有如下特点： (1)适应性强， (2)质量高、精度稳定， (3)生产效率高， (4)能实现复杂的运动， (5)良好的经济效益， (6)有利于生产管理的现代化。 类型数控切割机的特点及其应用情况 （ 1）数控火焰切割机，切割具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低，但存在切割变形大，切割精度不高，而且切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 材切割上逐渐会被等离子切割代替。 （ 2）数控等离子切割机，等离子切割具有切割领域宽，可切割所有金属板材，切割速度快，效率高，切割速度可达 10m/上。等离子在水下切 割能消除 切割时产生的噪声，粉尘、有害气体和弧光的污染，有效地改善工作场合的环境。采用精细等离子切割已使切割质量接近激光切割水平，目前随着大功率等离子切割技术的成熟，切割厚度已超过 100宽了数控等离子切割机切割范围。 （ 3）数控激光切割机，具有切割速度快，精度高等特点，激光切割机价格昂贵，切割费用高，目前只适合于薄板切割、精度要求高的场合。 （ 4）数控高压水射流切割机，适用于任何材料的切割（金属、非金属、复合材料），切割精度高，不产生热变形，具环保的切割方式。它的缺点在于切割速度慢、效率低、切割费用 高。 其它数控切割机：包括数控管材切割机，数控型钢切割机，数控坡口切割机，数控木工切割机，这些专用切割设备主要应用于各种专用型材地数控切割，目前市场上生产厂家不多。 控切割机发展趋势 数控火焰切割机切割具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低，但存在切割变形大，切割精度不高，而且切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板材切割上逐渐会被等离子切割代替。 控切割机的发展 从现在几种通用数控切割机应用情况来看，数控 火焰切割机功能及性能已比较完善，其材料切割的局限性（只能切割碳钢板），切割速度慢，生产效率低，其适用范围逐渐在缩小，市场不可能有大的增加。 等离子切割机具有切割范围广（可切割所有金属材料），切割速度快，工作效率高等特点，未来的发展方向在于等离子电源技术的提高、数控系统与等离子切割配合问题，如电源功率的提升可切割更厚的板材；精细等离子技术的完善和提高可提高切割的速度、切面质量和切割精度；数控系统的完善和提高以适应等离子切割，可有效提高工作效率和切割质量。 激光切割机具有切割速度快，精度和切割质量好等特点。激光 切割技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，特别是政府强调要振兴制造业，这就给激光切割技术应用带来发展机遇。在国家制定中长远期发展规划时，又将激光切割列为关键支撑技术，因为它涉及国家安全、国防建设、高新技术的产业化和科技前沿的发展，这就把激光切割提升到很高的重视程度，也必将给激光切割机的制造和升级带来很大的商机。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 前几年，国内在销的激光切割机大部分为国外进口产品，国内产品所占份额甚小。随着用户对激光切割技术特点的逐步深入了解和示范性采用，带动了国内企业开发、生产激光切割机。 用数控切割机 的发展 数控管材切割机适用于各种管材上切割圆柱正交、斜交、偏心交等相惯线孔、方孔、椭圆孔，并能在管子端部切割与之相交的相惯线。这种类型的设备广泛应用于金属结构件生产，电力设备、锅炉业、石油、化工等工业部门。数控坡口切割机是行内比较高端的产品之一，此类型设备的回转坡口切割功能可以满足焊接工艺中不同板材开不同角度坡口的要求。随着我国造船业的发展，船厂在国内率先引进和使用了数控等离子切割机。随着技术的发展，目前国内外船厂纷纷配备具有回转坡口切割功能的数控等离子切割机，以满足高技术、高附加值船的建造要求。 控等离子切割的国内发展现状 随着国内经济形势的蓬勃发展以及以焊代铸趋势的加速，数控切割的优势正在逐渐为人们所认识。数控切割不仅使板材利用率大幅度提高，产品质量得到改进，而且改善了工人的劳动环境，劳动效率进一步提高。目前，我国金属加工行业使用的数控切割机是以火焰和普通等离子切割机为主，但纯火焰切割，已不能适应现代生产的需要，而目前市场需求的数控切割机多为数控等离子切割机，该类切割机可满足不同材料、不同厚度的金属板材的下料以及金属零件的加工的需要，因此需求量将会越来越大，但与国外的差距仍极为明显，主要表现为 ：发达国家金属加工行业 90%为数控切割机下料，仅10%为手工下料；而我国数控切割机下料仅占下料总量的 10%，其中数控等离子切割下料所占比例更小。究其原因，较高的设备成本、复杂和维护和操作制约了数控切割在我国的进一步普及。因此国内数控切割机生产厂家引进了国外控制系统技术，经过二次开发后运用到了切割领域中，设计出了适合我国国情的数控切割机。某些厂家开发生产的专用数控切割设备，在技术上已经达到或超过了国外同类产品。 我国数控切割机每年市场需求量约在 400500 台之间，产品主要以数控等离子切割机为主。相较而言，仿 形切割机每年销售几千台，半自动切割机每年销售达上万台。由此可见，我国数控切割市场，尤其是数控等离子切割市场的发展潜力是巨大的。 我国工厂的板材下料中应用最为普遍的是等离子切割和火焰切割，所用的设备包括手工下料、仿形机下料、半自动切割机下料及数控切割机下料等。与其他切割方式比较而言，手工下料随意性大、灵活方便，并且不需要专用配套下料设备。但手工切割下料的缺点也是显而易见的，其割缝质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后道加工工序的工作量大，同时劳动条件恶劣。用仿形机下料，虽可大大提高下料工件的质量，但必须预先加工与 工件相适应的靠模，不适于单件、小批量和大工件下料。半自动切割机虽然降买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一种形状的切割。上述 3 种切割方式，相对于数控切割来说由于设备成本较低、操作简单，所以在我国的中小企业甚至在一些大型企业中仍在广泛使用。 割技术的发展 根据国家统计局发布的 2003 年国民经济和社会发展统计公报，我国 2003 年钢产量为 吨，按照我国焊接用钢量 40%的比率计算，焊接结构的钢材量接近 9000 万吨。而在工业发达国家，焊接用钢量基本达到其钢材总量的 60% 70%。根据我国 2020年 国民经济发展的总体目标要求，以及我国焊接行业的发展趋势预测，我国可能在 510 年达到 60%的水平。届时，我国钢产量将介于 3 亿吨之间，这意味着焊接量将增加一培。因此，切割量也将随之增加，对切割机具的需求也将保持增长的势态。 （ 1）数控切割机我国数控切割机从 20 世纪 70 年代由分离元件起步，至今已发展成用微机控制切割机。生产厂家也逐年增加，目前生产各类切割机的厂家已近 40 家，世界四大著名切割机专业制造商，也先后来到中国投资建厂生产各类中、高档切割机。国内切割机行业经过多年的发展，在专业技术上也有了很大的提 高。目前，具备一定的研发和生产能力的企业有哈尔滨华崴、金凤公司、深圳博利昌、中船 611 所及无锡华联等企业，年产数控火焰切割机 2000 余台。其产品性能已接近国外同类产品标准，并有少数指标超过国外标准，产品质量在逐年提高，完全可以满足国内不同用户需求，替代了部分进口产品，还有部分产品出口。但在一些特殊切割方面和专用系统开发方面同国外公司相比还有一定的差距。 （ 2）氢氧切割机其原理是将洁净水注入氢氧机，利用交流电转换成直流电，以正负两极导通电解槽两极，电解水中氢氧分子，释出氢气（ 氧气（ 混合气体用作 燃料，用于切割、焊接等火焰加工领域（进行厚板切割时需增备氧气），具有低成本、无污染等特点，在钢铁、玻璃及半导体等工业领域得到应用。现有北京建研院、绿科大地等生产企业近 10 家，年产氢氧切割机 1000 余台。 （ 3）空气等离子弧切割是利用高速、高温、高能量的等离子气流来加热和熔化被切割材料，利用空气压缩机提供的压缩空气作为工作气体，排除已熔化金属的气流，从而达到切割金属的目的。可以切割碳钢、合金钢和不锈钢及铜、铝等有色金属。空气等离子弧切割，因其离子气与切割气均采用压缩空气而受到用户欢迎，并在各应用领域被广泛的采 用。同时，为了提高切割质量、保证被切割零件的尺寸精度、改善劳动环境、减轻工人劳动强度和提高生产效率，又研制出一系列半自动和全自动等离子弧切割设备。 我国自上世纪 60 年代就将等离子切割技术应用于工业生产。现有常州泛洋、常州海特锐切、天津天宗等空气等离子弧切割机生产企业 50 余家，年产手工操作空气等离子弧切割机约 20000 台、半自动（小车、仿型）空气等离子弧切割机约 10000 台；数控机用空气等离子弧切割机基本上还是依赖进口（主要是美国海宝等公司），其国内机的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 占有率不足 10%。 （ 4） 光切割是用聚焦镜将 光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。 光切割具有切割质量好（切口窄、精度高、表面粗糙度低）、切割速度快（热影响区小、变形小）及清洁、安全、无污染等优点，目前已成为工业上板材（ 12低碳钢板、 6不锈钢板切割的一种先进的加工方法，并在汽车、航空等工业生产中获得应用。 目前，我国有上海团结普瑞玛、沈阳普瑞玛、济南捷迈和武汉楚天等数家公司，年生产二维平板切割机、三维空间曲线切割机及管子切割 机等近 100 台，满足了市场的需求。 （ 5）水射流切割（又称水刀）是将水增至 100 400超高压力 ,通过特殊设计的喷嘴 ,以每秒数百米的速度喷出 ,达到加工工件的效果。磨料水射流切割则是在水射流中混入磨料粒子，经混合管形成磨料射流进行切割。由于磨料质量大、硬度高，磨料水射流较水射流功能更大、切割效能更强。水射流切割无尘、无味、无火花、无变形、振动小、噪声低。可以切割各种金属、非金属材料，以及各种硬、脆、韧性材料，如钛镍合金、陶瓷、玻璃、复合材料等，是一种冷切割技术，也是目前世界上先进的切割工艺之一。我国有 南京大地等 20 余家水射流切割机生产企业，年产各种规格、型号的水射流切割机接近 600 台。 切割机具 切割机具按控制方法划分，可分为手工切割、半自动切割和自动切割机三种类型。（ 1）手工切割主要工具是割炬（又称割枪），是用人的手来掌握切割速度和割嘴的高低，特别是在割缝较长和成形切割过程中，很难满足尺寸精度和表面粗糙度的要求。虽然手工切割有其局限性，但适宜在一些使用半自动与自动切割不方便的地方，特别是在野外和高空作业中还必须采用。相对而言，手工割炬的生产技术含量较低，但由于市场还有很大的需求量，因此在我国很多地方都 有生产这类产品的企业，具体数量无法做详细统计。国内目前具有一定生产规模的知名企业主要有美国捷锐（上海）公司、宁波隆兴集团及上海焊割工具厂等近 50 家，年产各式割炬近 200 万套，割嘴 800 余万只。（ 2）半自动切割是将专用机割炬安装在半自动切割机上，以机械传动来代替手工操作的机器设备。主要有直线切割机、仿型切割机及管道切割机等一些小型的切割机械。大部分半自动切割机具的基本功能及质量达到了工业发达国家的水平，因此在工业生产中得到了广泛的应用，在很大范围内替代了部分手工切割。现有专业生产企业如上海华威、宁波金凤、常州 卓越及上海建设等 30 余家，年产各类半自动切割机约 5000 余台。（ 3）自动切割机是采用光电控制和数字控制技术的切割设备（如光电跟踪切割机和数控切割机）。 光电跟踪切割机是将图形按比例划在图样上，图样和钢板分别放在跟踪机和切割机上就能实现自动切割。目前，造船厂、锅炉厂、汽车制造厂等企业均有各种国产或进口的光电跟踪切割机在生产中应用。数控切割机是由人根据图样和数控装置的规定，编出切割程序，由计算机根据程序的要求进行运算，使割嘴沿图样要求的轨迹运动买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 进行切割。 1958 年，英国氧气公司（ 制出第一台数控气割机， 使切割领域进入了高科技自动化阶段。仅就数控火焰气割机而言，它不仅使气割技术实现了自动点火、自动调高、自动穿孔、自动切割、自动冲打标记及自动喷粉划线等全过程自动化控制，而且还因表面切割质量和尺寸精度高，可以保证工件尺寸通过切割一次加工成形。（ 4）机用割嘴作为自动化切割的主要消耗品，每年的市场需求量非常大。我国是割嘴生产大国，全国机用割嘴的生产总量每年约在 1000 万只左右，其中近一半出口到国外。我国割嘴生产厂家同发达国家的生产厂家相比，加工设备还比较落后，生产形式仍以单件多工序加工为主，因此生产效率较低，产品质 量不易控制。而国外厂家均采用自动化程度较高专机进行产品加工，这样不但生产效率高，而且产品质量容易得到控制。 国内目前最大的割嘴生产厂家为宁波金凤焊割机械制造有限公司，年产各类机用割嘴达 400 多万套，其中 80%销往国外。 “焊接与切割 ”素有钢铁裁缝之称，已成为桥梁、锅炉压力容器及金属结构等行业的关键制造技术。切割是焊接的首道工序，切割断面质量、切割效率及材料利用率的高低都直接影响着焊接产品的质量和生产成本，因此切割是焊接生产的重要工艺。 钢材分离的方法很多，而热切割是用的最广、最常见的一种工艺方法。就全世界范围 来说，气割工艺大约起源于 1905 年前后，经过漫长的手工气割，直到 20世纪 40 年代，才由于生产力的不断发展，出现了代替手工劳动的半自动和自动气割装备。各工业发达国家，如德国、日本、美国、英国和前苏联等又不断发展和完善了各式各样的气割设备（包括光电跟踪切割机和数控切割机），由单一的火焰气割发展为具有高能的等离子弧切割、激光切割及综合性的切割技术。被切割的材料也从碳钢、不锈钢、铜、铝等金属，扩大到绝大部分非金属材料，使切割效率、切割断面质量，以及尺寸精度均达到了一个新的水平。我国的切割技术长期处于落后状态，但近 30 年来却有了飞速的发展。各有关单位包括生产切割装备的企业在内，先后研制和开发了各种半自动和全自动切割设备。国外一些知名切割机具制造企业，如德国伊萨、梅塞尔、美国捷锐、日本田中及小池酸素等公司，也先后来到中国投资建厂。各企业广泛使用各种半自动和全自动切割机进行各种直线、曲线及成形切割，收到了较好的经济效益，把切割技术推向崭新的阶段。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 2 悬臂式火焰切割机的主体结构设计 火焰切割机是机械制造、造船等领域常见的下料装备。切割长度在 3m 以上的大型火焰切割机，价格昂贵，使用成本高。火焰切割与线切割、立铣类似，只不过 “刀具 ”为火焰割炬。只要控制火 焰割炬沿指定轨迹进行平面运动，就可切割下任意大小、形状的钢板。 计方案的提出 根据国内外现状，提出 2 个设计方案。方案 1：龙门式火焰切割机；方案 2：悬臂式火焰切割机（悬臂可随外立柱绕内立柱做正负 80 度旋转）。由于龙门式机床结构较复杂，不易降低成本，而且悬臂式火焰切割机可以绕轴旋转，可以切割更大的范围，即切斜线更容易。所以选择方案 2。 火焰切割机的主体一般包括动力部分、传动部分、工作部分、伺服控制系统以及机床本体等等。动力部分为机床提供动力源，一般视不同的工作情况选不同型号的 电动机作为动力源。传动部分指将电动机提供的动力传递到执行部件以执行不同的动作，主要包括主传动系统和辅助传动系统。工作部分是机床实现其主要功能的部分，包括执行部件及其他辅助元件。机床本体是是机床的主体，从布局到结构都应该充分考虑适应其加工的特点。 本设计的整体方案如图 2 机床主要参数： A 机床长 宽 高 5000mm 060800 B 定位精度为 擦系数 作速度 V： m i n 0 mV s m a x 0 . 7 5mV s E 速度 m k mV s m a x 2k mV s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 2体结构 本设计主体结构主要由导轨、横梁、升降机构、传动系统等构成。其详细的 设计内容包括以下几部分： (1)导轨、横梁、升降机构设计，包括其结构设计、材料选择、强度计算校核等的设计。 (2)传动系统的设计，主要指加切割机的纵向、横向和升降系统的传动方式选择、结构设计和电机的选择，此外还包括轴、轴承的设计、校核等。 轨设计 机床导轨是用来引导机床上运动部件的运动方向，使机架工作台等沿一定的轨迹准确的相对运动，并使机床部件在一定的位置上得到准确的定位。机床导轨的质量在很大程度上决定了机床的加工精度、工作能力及使用寿命，因此机床导轨必须满足以下工作要求： （ 1）一定的导向精度；（ 2）一定的刚度；（ 3）耐磨性好。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 轨的结构、形式 导轨按摩擦类型可分为滑动导轨和滚动导轨，按形状可分为直线导轨和其他走向导轨。 滚动导轨导向精度高、摩擦力小但是结构复杂成本高。滑动导轨的滑动面是直接接触，二者之间为半干摩擦、并无油层存在。这种导轨的设计与制造是比较容易的但是缺点是摩擦系数大磨损快、使用寿命短。虽然如此，但是由于它的结构简单、工艺性好，故目前它仍然作为一种主要的导轨普遍使用。在此基础上将它改进，在平面导轨上开 2个油槽，增加导轨的润滑。 直线导轨的类型及主要特征： V 型导轨：导向精度 高，磨损后能自动补偿。凸形有利于排屑，不易保存润滑油、用于低速。凹形特点与凸形相反，高、低速均可采用。对称性截面制造方便应用广泛，两侧压力不均时采用非对称形。顶角一般为 090 ，重型机床采用 = 0110 - 0120 ，精密机床采用 090 提高导向精度。 矩形导轨：制造简单、承载能力大、不能自动补偿磨损，必须用镶条调整间隙，导向精度不算很高，需要好的防护。主要用于载荷的机床或组合导轨。 燕尾形导轨：制造较复杂，磨损不能自动补偿，用一根镶条可调整间隙，尺寸紧凑，调整方便。主要用于要求高度小的的部件中，如车床刀架。 圆柱形导轨：制造简单 ，内孔可桁磨、外圆采用磨削可达配合精度，磨损不能自动调整间隙。主要用于受轴向载荷场合，如钻，镗床主轴套筒、车床尾架。 用于导轨的材料应具有良好的耐磨性、摩擦系数小和动静摩擦系数差小。加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性好等性能。本设计采用矩形导轨配合 V 型导轨平行使用。 轨材料的选择 在导轨摩擦副中，为了提高耐磨性，动导轨和支撑导轨应具有不同的硬度。因此，应尽量分别采用不同的材料。由于铸铁的铸造性能好，便于铸成复杂形状，内摩擦大、阻尼作用大，有良好的抗震性，价格便宜，所以选用铸铁。通常要提高导轨 的耐磨性，因此就必须提高导轨的硬度。提高铸铁的硬度的方法有高频淬火、火焰淬火、电接触淬火、钢球硬化等本导轨采用高频淬火。 导轨材料的搭配情况有：铸铁 铸铁、铸铁 淬火铸铁、铸铁 淬火钢、有色金属铸铁、塑料 铸铁、淬火钢 淬火钢等等。前者为动导轨，后者为支撑导轨。处铸铁导轨外，其它导轨多是镶装的。 本切割机得动导轨采用了塑料 铸铁，其性能好，具有两种材料的优点，既具有聚四氟乙烯的良好的摩擦特性，又具有青铜和钢铁的刚性和导热性。支撑导轨材料采用铸铁。这种搭配具有寿命长、结构简单、成本低、使用方便、适应性好、刚 性好的优点。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 支撑件是支撑其他零件的基础构件，如床身、底座、立柱及工作台等等。立柱既承受其他零件的重量和工作载荷又起保证各零件相对位置的基准作用。立柱多采用铸件、焊接件或型材装配件。其基本特点是尺寸较大、结构复杂、加工面多、几何精度和相对位置精度要求较高。在设计时首先应对有些关键表面及相关位置提出相应的精度要求，以保证产品的质量火热正常运转。其次是 图 2柱和横梁的结构 1 内立柱 2 外立柱 3 悬臂梁 B 4 悬臂梁 A 支 撑件的变形和振动将其直接影响产品和正常运转。故应对其刚度、热变形和抗震性提出以下要求： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 (1）应有足够的刚度； （ 2）应有足够的抗震性； （ 3）应有较小的热变形； （ 4）稳定性好； （ 5）工艺性好、成本低、符合人机工程方面的要求。 设计原则： 立柱和横梁的结构设计主要是解决刚度问题，包括静刚度和动刚度。因此要正确的选择截面形状和截面尺寸，合理布置隔板和加强筋，并注意多支撑件之间的连接刚度。 柱和横梁的结构和选材 由于灰铸铁的铸造性能好，便于铸成复杂形状，内摩擦大、阻尼作用大，有良好的抗震性，价格 便宜，所以内立柱、外立柱选用灰铸铁。 撑外立柱的轴承的校核 外立柱重量约 2000N 横梁重约 300N 所有电机及其他部件重约 300N，所以推力轴承所承受的总力约为 2600N。选用推力球轴承就行，结合内立柱的尺寸选推力球轴承51140差等级 基本额定载荷 D=52，B=15。要求 10 小时工作制， 1 年工作 300 天以上。 校核其寿命 （ 2 （ 2