悬臂式四轴数控磨料水射流切割机设计

【摘要】水射流技术是一项新型实用技术在众多领域有着广泛的应用。作为其主要应用之一的水射流切割技术,因其具有许多传统切割手段无法比拟的优点逐渐被人们所重视,丰富、完善水切割技术研究及应用已成为水射流界的焦点与热点。传统的水射流切割机只能进行简单的平面切割,由于水射流能量梯度的存在这势必会引起切割断面的锥度问题而降低切割质量,其应用范围具有一定的局限。目前市场上已有的五轴或六轴水射流切割机虽能解决上述问题,但其结构较复杂,成本较高,对于某些只需要小锥度切割的行业来说不够经济,因此研制具有垂直切割及小锥度切割功能的高性价比水射流切割机显得非常必要。本课题研制的悬臂式四轴数控磨料水射流切割机,其床身与切割平台采用分离式结构,同时新增了旋转轴和手动偏摆轴可实现任意图形的垂直切割及±10°范围内的锥度切割,具有结构简单、上下料方便、轻巧灵活、价格低廉等特点,解决了传统机床的切割弊端,扩大了其原本使用范围。本课题主要进行了以下几个方面的研究：(1)对现有增压方式进行比较,确定了超高压系统的总体设计方案。完成了超高压系统各主要部件的设计及选择,建立了该系统的三维模型及数学模型,利用SIMULINK软件验证其动态特性,结果表明其动态性能较好,满足设计要求。(2)对比目前水射流切割机床的布局形式,结合实际情况确定了悬臂式四轴数控磨料水射流切割机床的总体设计方案。完成了二维数控平台、水槽、磨料供给装置、四轴切割头等主要组成部分的结构设计以及进给系统的设计计算,并利用Pro/E建立其三维模型。(3)结合有限元分析软件ANSYSWorkbench对悬臂梁进行了动、静态特性分析,根据分析结果对悬臂梁结构进行了优化,使其刚度得到了提高。(4)在样机制造调试完成后,对悬臂式四轴数控磨料水射流切割机进行了切割实验,实验结果表明该切割机能够实现任意图形的垂直切割及小锥度切割,基本满足设计要求。
【作者】唐春艳；
【导师】陈光明；
【作者基本信息】南京农业大学，机械工程，2013，硕士
【关键词】悬臂式；磨料水射流；超高压系统；四轴切割头；锥度切割；

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