徐州工程学院毕业设计(论文)
图2-4第一次热处理
图2-5第二次热处理图
初步选定机架的主要尺寸： 两边的立柱高度为：3130mm. 横梁长为：3100mm.
滑台1的尺寸为：长=1100mm, 宽=220mm, 高=30mm. 滑台2的尺寸为：长=320mm, 宽=100mm, 高=30mm.
8
徐州工程学院毕业设计(论文)
3 横梁机械机构设计
3.1 龙门式横梁结构设计
3.1.1 确定龙门式火焰切割机横梁结构
采用箱式横梁，这样承载力好，整体回火可以消除焊接应力，而且性能稳定可靠。
3.1.2 传动装置类型的选用
机械传支装置的选用是比较复杂的工作，它需要考虑从动力机到工作机多方面的因素，经细致分析对比后才能作出合理的选择。通常，以下几方面是选择机械传动装置类型的基本依据：
（1）工作机的工况的性能参数；
（2）动力机的性能及与动力机匹配对传动装置机械特性上的要求；
（3）综合分析不同类型传动装置的初始费用，运转费用和维修费用，使所选的传动装置具有良好的经济性；
（4）能符合运转安全和环境保护方面的要求； （5）使用的控制方便，可靠。
在现代的机器设计中，为了优化机器的设计方案，传动方案的确定都是同动力机的选择，工作机构的选定通盘考虑的。也就是考虑动力机，传动装置秘工作机的匹配问题。传动装置的选用，通常并没有一成不变的程序可行，而要根据不同机器的具体条件和复杂程度，经多方案的分析比较才能选定。以下几方面是在选定传动装置类型时要具体分析考虑的：
(1)机械特性；(2)功率范围；(3)速度； (4)传动比范围；(5)传动效率；(6)寿命；(7)外廓尺寸；(8)重量；(9)变速要求；(10)价格
本次设计主要解决的问题是变速方式 无级变速：
无极变速能够选用最合理的运动速度，可在运转中变带，操纵控制方便，箭筒化机械结构等，是目前发展的主要方向。无极变速在数控机床上得到广泛的运用，主要利用直流和交流调速主轴电动机。利用直流调速电动机进行机床主轴无级变速发展比较早，应用较广。但直流调速电动机恒功率调速范围很小，一般为1～2，很少为3～4，且有换向限制。现在国际上新生产的数控机床已有85﹪采用交流变频主轴驱动系统；交流变频调速电机恒功率调速范围8 ～30，有的直接驱动主轴。
内装主轴就是主轴与电机转子合为一体，其优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高起动，停止的响应特性，并有利于控制振动和噪声，其缺点是运转中产生的热量容易使主轴产生热变形。因此控制温升和冷却是使用内装主轴电动机的关键。内
9
徐州工程学院毕业设计(论文)
装主轴电动机转速可达1500r/min。
设计无级变速系统时，应注意电动机的机械特性应符合传动链的要求。若不满足要求，还应串联有级变速箱，一般变速级数为2～4级。
3.1.3 传动方案的选取
由于工作台只作直线运动，以下为直线传动的常用方案： 方案1. 电机 联轴器 变速箱 方案2. 伺服电机 一级齿轮 齿轮 齿条
丝杠 丝杠螺母
方案3. 步进电机 联轴器 丝杠 丝杠螺母
由于要实现工作台的无级调速，方案1只能实现有限级调速，所以不能使用，动力机使用步进电机就可以实现无级调速，方案2，3都适用，另外工作台要求的运行精度在1—4mm，精度要求不高，如果传动系统用一级齿轮传动会加大传动系统的转动惯量，同时加大电机的负担，如果电机与丝杆用联轴器直接连接就可以使传动系统的转动惯量减小，所以选取方案3传动系统。
3.2 机床零部件的设计
（1）电机与滑动丝杠的联接是通过过盈套筒联轴器、紧定螺钉M4X6、套筒联轴器、平键6X6、轴套和推力球轴承。（图3 -1）
其优点在于：传动系统的转动惯量减小，减小电机的负载
图3 -1电机与滑动丝杠的联接
（2）电机与滚动丝杠的联接是由变径联轴器、轴承端盖、圆锥滚子轴承和轴承座。（见图3 -2）
10
徐州工程学院毕业设计(论文)
图3 -2电机与滚动丝杠的联接
3.2.1 丝杠副的选取
一般丝杠副分为滑动丝杠副和滚动丝杠副。
滚动丝杠副的特点：1.传动效率高；2.运动具有可逆性；3.系统刚度好；4.传动精度高；5.使用寿命长；6.不能自锁；7.制造工艺复杂。
滑动丝杠特点：滑动丝杠摩擦力较大，传动效率较低，一般为30%--40% ，磨损快，低速和微调传容易出现爬行，容易自锁，定位精度和轴向刚度较差，但结构简单，加工方便定位精度和轴向刚度较差，但结构简单，加工方便。
由于工作台要实现横向及纵向运动，所以需要横向和纵向丝杠传动。横向丝杠没有工作载荷，而且不需要考虑自锁功能，伺服电机取用步进电机就满足自锁要求，所以横向丝杠副取用滚动丝杠副。纵向丝杠要支承工作台的重力，必须要有很好的自锁功能，所以纵向丝杆取用滑动丝杠副。
1.滑动丝杠的计算与校核
立柱上支承工作台的纵向滑动丝杆计算：(参考自《机械设计手册》第4版第3卷) 最大轴向力为1.5 Kg，最大升降行程为1600mm,采用单头梯型开螺纹，螺旋应有自锁性。
(1)选择材料和许用应力
??360N2螺杆材料选用45号钢，调质处理， mmN?p??3～5=360/3～5=120～72 mm2
?p?100N现取 mm2N螺母材料选用ZcuAl10Fe3, ??40～60 mm2
40N35N?p?30～ 2现取 mm2mm由于工作台快进的速度为0.3m/s
11
