数控水切割机床结构设计
摘 要
水切割技术是近几十年来新兴的一种环保高效的冷加工技术。与目前的加工制造技术相比它所具有众多优点，如切割方向无限制、材料几乎没有热变形物化属性影响极小、切割精度高速度快并且成本低等优点。特别是在工业切割和清洗领域水切割技术应用广泛。本设计将水切割技术应用于切割岩芯实验材料，解决目前岩芯切割试验材料形状不符问题。针对目前岩芯属性测量试验中物料的形状、力学性能难以满足实验要求的问题，设计一种基于水切割技术的岩芯制备机。使用水切割的方法，对岩芯进行切割。这次我所设计的数控高压水切割机床主要设计其机械部分。它主要包括纵向进给机构，横向进给机构的设计，及伺服电机，滚珠丝杠的选择等任务。该切割机床可以完成平面板材的切割。
关键词 水切割 横向进给 纵向进给 伺服电机 滚珠丝杠
Abstract
Water cutting technology is a new environmental protection and efficient cold working technology in recent decades. Compared with the current manufacturing technology, it has many advantages, such as unlimited cutting direction, almost no thermal deformation of material, little influence of physical and chemical properties, high cutting accuracy, high speed and low cost. Especially in the field of industrial cutting and cleaning, water cutting technology is widely used. In this design, water cutting technology is applied to cut core experimental materials to solve the problem of inconsistent shape of core cutting experimental materials. In order to solve the problem that the shape and mechanical properties of materials can not meet the experimental requirements in the current core attribute measurement test, a core preparation machine based on water cutting technology is designed. The core was cut by water cutting. This time, the CNC high-pressure water cutting machine designed by me mainly designs its mechanical part. It mainly includes the design of longitudinal feed mechanism and transverse feed mechanism, as well as the selection of servo motor and ball screw. The cutting machine can complete the plane plate cutting.
Key words water cutting cross feed longitudinal feed servo motor ball screw
目录
第1章 绪论 2
1.1 水技术的发展历史及应用 2
1.2 水切割的特点 2
1.3 水切割技术的应用 3
1.4 背景 3
第2章 数控水切割机床概述 4
2.1数控切割机床的基本功能 4
2.2 机床的基本参数 5
第3章 数控水切割机床的布局与结构设计 8
3.1 数水切割机床的控结构方案设计 8
3.2 机床支撑件的设计 9
3.3 提高支撑件刚度的措施 10
第4章 数控水切割机床的传动系统设计 12
4.1 伺服系统的发展 12
4.2 数控水切割机的驱动系统设计 12
4.2.1 对数控机床机械系统的基本要求 12
4.2.2 驱动系统的设计 13
4.3 机床传动部件的选择 14
1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 14
2、高精度的保证 14
3、微进给可能 14
4、无侧隙、刚性高 14
5、高速进给可能 14
4.4电机及滚珠丝杠的选择计算 16
4.4.1 X方向电机的选择计算 16
4.4.2 X向滚珠丝杠的选择计算 18
4.4.3 Y方向电机的选择计算 21
4.4.4 Y向滚珠丝杠的选择计算 23
4.4.5 Z向电机的选择 26
4.4.6滚珠丝杠的选择计算 28
4.5 机床导轨的选择 32
4.5.1 滚动导轨的结构 32
4.5.2 滚动导轨的特点 33
4.5.3滚动导轨的寿命计算 34
4.6 联轴器的选择 38
4.6.1 联轴器的种类及功用 38
4.6.2 联轴器的选用 38
总结 39
参考文献 40
第1章 绪论
1.1 水技术的发展历史及应用
水切割是近几十年来新兴的一种环保高效的冷加工技术。目前，无论是机械、汽车行业领域，还是航空、工艺品加工行业领域对高压水和磨料水技术的应用需求较大，推动了相关技术研究地突飞猛进。实际上，早在上世纪的七十年代左右，人们就已将水技术应用于生产生活中，如剥落树皮和金矿开采等。在上世纪二战期间，飞机飞行时常碰到“雨蚀”现象，往往造成雷达舱破损严重，进而启发了人们对水潜在威力的开发与使用[1]。
随着水技术应用于采煤业并且不断地推广，人们逐渐地意识到提高水的压力同时相应地减小喷嘴直径，可以明显地提高水冲击力的强度。于是人们开始研究更高压力的压力源及其设备。
到20世纪80年代，随着水技术优势越来越突出，其应用范围随之扩大到我们生活工作的各个领域中。大量的各个领域的水机械设备相续诞生。为了增加水切割力和切割强度扩大其使用范围，20世纪末期美国以为科研机构设计出了一种超高压磨料水切割试验装置，让水的切割能力得到了大大提升，范围扩大到各种硬质合金钢、硬度大的陶瓷、大理石等硬度较高的材料领域。
近30年来超高压水的使用有了天翻地覆的进展让人吃惊， 20世纪90年代，中国开始了开发研制各类水设备，仅仅15年时间，目前已经拥有数十家较强的制造水设备的企业，年产量达到500~800台总产值达约2亿元，这一数据让世界各个国家都感到生畏。
1.2 水切割的特点
水切割是将纯水或磨料与水的混合物加压到200~400Mpa使水流速度达900 ~1000 m/s，并从直径为0.2mm~0.6mm的喷头小孔中喷射出来对材料零部件进行切割的技术[2]。磨料水切割别名也叫加砂水切割，水从喷嘴通过喷嘴头小孔喷出时借助水在喷嘴体中与加磨料管入口处的压强差，从磨料料斗中吸入磨料并将其与水混合到近似均匀。此时水的动能一部分传递给磨料与水流一起喷出，水的威力大大增加，用此种水可以切割各种较硬的材料。由于所采用的是水，而且流速快，因此没有热变形存在，保证了材料的物化性能。考虑到喷嘴喷头的压强特别大，因此必须使用特殊材料，喷嘴的材料常为红宝石和金刚石等高硬度材料[3]。切割的入口可以从零件表面的任意位置开始切割。切口宽度较小，一般情况下纯水切割时为0.3mm~0.6mm，加砂水切割时为1.2mm~1.7mm，不但降低了能耗，同时也节省了材料。
参考文献
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