激光表面淬火兩自由度工作臺設(shè)計【畢業(yè)設(shè)計+開題報告+文獻綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　激光表面淬火兩自由度工作臺設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及自動化 </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著

3、科技的發(fā)展，激光淬火技術(shù)在各個領(lǐng)域都有了一定的運用。激光淬火技術(shù)在不斷的發(fā)展，其工藝設(shè)備及工藝參數(shù)都在不斷的優(yōu)化當(dāng)中，在發(fā)展過程中不斷的與其它先進技術(shù)結(jié)合在一起，從而更好的發(fā)揮了激光淬火技術(shù)的重要性及其先進性。激光淬火技術(shù)是近些年隨機械工業(yè)的發(fā)展取得了較快速的發(fā)展，但其設(shè)備的更新落后于行業(yè)的發(fā)展。對于設(shè)備的開發(fā)與研究具有至關(guān)重要的意義，對激光技術(shù)的發(fā)展提供了最基本的保障。</p><p>　　通過查閱相關(guān)資料以及

4、市場調(diào)查，分析目前激光淬火技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展狀況。通過分析工作臺的運動方式以及選擇合適的激光發(fā)生器，確定可行方案，進行方案的比較，確定工作臺的最終設(shè)計方案。深入研究激光淬火技術(shù)的原理以及特點外，結(jié)合目前所具有的設(shè)備，在原先的基礎(chǔ)上進一步的加強和改善設(shè)備的功能。在步進電動機的驅(qū)動下，實現(xiàn)工作臺在X-Y方向的運動。</p><p>　　關(guān)鍵詞：激光淬火，工作臺，激光器</p><p>　　Las

5、er surface hardening of two degrees of freedom table design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of technology, laser hardening technology have a certain use in al

6、l areas. As the Laser quenching technology developing , the process equipment and the process parameters are optimizing, which are constantly in the development together with other advanced technologies to play the impor

7、tance and advance of laser hardening technology much better. As the machinery industry developing , Laser hardening technology achieved with a more rapid development in recent years .but its e</p><p>　　Throu

8、gh access to relevant information and market research, analysis of the current laser quenching technology and equipment development. By analyzing the movement of the path table, and choosing a suitable laser generator to

9、 determine the possible options for the comparison, determine the final design table. Depth study of the principles of laser hardening technology and features, which combined with current equipments, in the original bas

10、is for further strengthening and improvement of devices</p><p>　　顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　字典</b></p><p><b>　　朗讀</b></p><p>　　顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音</p&

11、gt;<p><b>　　字典</b></p><p>　　Keywords: Laser quenching, workstations, laser</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>

12、　　AbstractIII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來源1</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3激光淬火技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.3.1 激光淬火技術(shù)及設(shè)備國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

13、1</p><p>　　1.3.2 激光淬火技術(shù)及設(shè)備國外的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.3 激光淬火設(shè)備的發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計與總體設(shè)計5</p><p>　　2.1激光淬火工作臺的方案設(shè)計5</p><

14、p>　　2.2 激光及光路系統(tǒng)設(shè)計6</p><p>　　2.2.1激光發(fā)生器選擇6</p><p>　　2.2.2激光淬火原理與特點7</p><p>　　2.3 XY工作臺的設(shè)計8</p><p>　　2.3.1 主要設(shè)計參數(shù)8</p><p>　　2.3.2 初步確定XY工作臺尺寸8</p

15、><p>　　3 工作臺計算校核9</p><p>　　3.1 初步對步進電機的選用9</p><p>　　3.2步進電機的參數(shù)校核10</p><p>　　3.2.1 脈沖當(dāng)量計算校核10</p><p>　　3.2.2步進電機上各個轉(zhuǎn)矩、頻率的近似計算10</p><p>　　3.3

16、V帶輪傳動機構(gòu)設(shè)11</p><p>　　3.3.1 V帶結(jié)構(gòu)設(shè)計11</p><p>　　3.3.2帶輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定11</p><p>　　3.3.3 帶輪材料及結(jié)構(gòu)13</p><p>　　3.4.1 傳動軸的設(shè)計計算13</p><p>　　3.4.2 鍵的設(shè)計計算14</p>

17、<p>　　3.5導(dǎo)軌的選擇與設(shè)計16</p><p>　　3.5.1導(dǎo)軌的選擇16</p><p>　　3.5.2 導(dǎo)軌的設(shè)計計算17</p><p><b>　　結(jié)論18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p>　　

18、致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附錄21</b></p><p>　　附錄圖1 裝配圖21</p><p>　　附錄圖2 箱板21</p><p>　　附錄圖3 皮帶輪22</p><p>　　附錄圖4 防塵外罩22</p><p>

19、　　附錄圖5 傳動軸23</p><p>　　附錄圖6 機構(gòu)23</p><p>　　附錄圖7 支架24</p><p>　　附錄圖8 工作臺24</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來源</b></p&

20、gt;<p>　　自從年代激光問世以后激光技術(shù)作為一門舉世矚目的高新技術(shù)幾乎在各行業(yè)都獲得了重要的應(yīng)用。近年來，激光表面熱處理技術(shù)不僅在研究和開發(fā)方面迅速發(fā)展，在工業(yè)應(yīng)用方面也取得了長足進步，成為表面處理和表面工程一個十分活躍的新興領(lǐng)域。根據(jù)目前的發(fā)展形勢，激光淬火技術(shù)的發(fā)展設(shè)備的發(fā)展相對比較落后，對于設(shè)備的改善與研究具有深刻的意義。</p><p><b>　　1.2課題的意義</

21、b></p><p>　　激光熱處理既可以通過僅改變基體上部材料的微觀結(jié)構(gòu)也可以通過激光淬火、滲碳、滲氮、離子注入、激光熔覆和合金化等方法同時改變基體上層的化學(xué)成份和微觀結(jié)構(gòu)。其中，激光淬火是現(xiàn)有各種激光表面處理技術(shù)中研究和應(yīng)用最多的方法之一。自從多年前，利用大功率激光實現(xiàn)材料表面硬化的可能性在實驗室里得到證實后，激光相變硬化就以其簡便、價廉等優(yōu)點在工業(yè)應(yīng)用上得到了迅速的發(fā)展。至今，人們始終未中斷對這項技術(shù)

22、的應(yīng)用研究，并不斷對以往的設(shè)備、工藝進行完善和改進，使之更趨實用化、經(jīng)濟化、系統(tǒng)化。</p><p>　　激光熱處理設(shè)備的發(fā)展始終服從于優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的普遍市場規(guī)律，近代氣候和環(huán)境的熱點又把節(jié)能減排提到了各行各業(yè)的日程。汽車、航空、電力工業(yè)對其產(chǎn)品和零部件提出了更高的質(zhì)量、質(zhì)量均勻性和延壽要求，從而對激光淬火技術(shù)和設(shè)備也提出更大挑戰(zhàn)。從熱處理生產(chǎn)用戶角度，希望激光熱處理設(shè)備能更便宜，使用更長時間，可靠性更高，

23、故障率更低，廢品率接近于零，工輔材料更省，從而能充分降低生產(chǎn)成本，保證高的利潤率[1]。</p><p>　　1.3激光淬火技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.3.1 激光淬火技術(shù)及設(shè)備國內(nèi)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　激光的誕生[13]，以1960 年第一臺固體激光器紅寶石激光器及1961 年第一臺氣體激光器氦氖激光器的先后研制成功為標志，經(jīng)過

24、三十年的發(fā)展，激光技術(shù)已成為一種具有巨大吸引力的新興技術(shù)，在工業(yè)技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。激光熱處理便是激光技術(shù)最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。七十年代初由于大功率氣體激光器的出現(xiàn)，使得材料激光加工技術(shù)的研究變得更為活躍，材料的激光加工作為高能束（激光束、電子束和離子束）加工材料的一種，已成為最有前途的方向之一。在當(dāng)時從高能束材料加工的理論和實踐來說，激光加工還不完美，是在研究大功率激束對材料作用過程的理論和實際應(yīng)用方面都取得了很大成果。從而誕生

25、了激光淬火表面處理技術(shù)。美國通用汽車公司于20世紀70年代初率先將該項技術(shù)用于工業(yè)生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟效益[14]。我國從20世紀70年代末千瓦級CO2 激光器研制成功以來，已有30多年的應(yīng)用歷史。盡管目前激光表面淬火技術(shù)的應(yīng)用還不及傳統(tǒng)熱處理技術(shù)那樣廣泛和成熟，但由于其具有的獨特優(yōu)越性，正日益受到人們的重視，已經(jīng)在機械制造、交通運輸、石油、礦山、紡織、冶金、航空航天等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。</p><p>　　此

26、外，我國也在積極進行激光淬火的研究和應(yīng)用實踐，天津渤海無線電廠采用美國820型1.5kW橫流CO2激光器對硅鋼片模具進行表面淬火，大大提高了耐磨性，使用壽命提高了10倍。青島激光技工中心采用HJ-3kW級橫流CO2激光器，對柴油機氣缸孔進行表面淬火取代了硼缸套，耐磨效果優(yōu)良，配副性優(yōu)良，經(jīng)濟效益顯著。激光表面淬火的工藝參數(shù)還不完善，不同材料的淬火參數(shù)不同，還需要大量試驗來總結(jié)、分析，制定合理的工藝參數(shù)；激光表面淬火的數(shù)值模擬還處在探索階

27、段,對相變后的組織分布，材料性能對溫度場的相互影響卻很少考慮。隨著計算機的發(fā)展及計算方法的不斷完善，激光熱處理理論正向預(yù)測淬火材料性能，硬化層深度的方向發(fā)展。</p><p>　　我國熱處理企業(yè)的工藝裝備陳舊落后[16,17]，眾多的加熱爐系爐齡達三、四十年的箱式、井式、鹽浴爐（俗稱老三爐）。設(shè)備老化，能耗很高。而高效、優(yōu)質(zhì)、低污染、環(huán)保型的氣氛爐和真空爐等占不到熱處理設(shè)備總數(shù)的5%。美國等發(fā)達國家對熱處理工藝過

28、程的控制已向著自動化、智能化和柔性化發(fā)展，而我國不少企業(yè)仍憑借經(jīng)驗，人工操作。由于歷史的原因，許多企業(yè)大而全、小而全，熱處理的社會化、產(chǎn)業(yè)化及規(guī)模生產(chǎn)尚未形成。因而，生產(chǎn)效率低下，比美國差26倍，設(shè)備利用率和負荷率不到30%，而能耗卻比美國高出40%以上。</p><p>　　1.3.2 激光淬火技術(shù)及設(shè)備國外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國外激光的應(yīng)用面很廣[15]，其中又以激光加工

29、發(fā)展最快。激光表面處理不僅為傳統(tǒng)的熱處理、表面強化、表面冶金和快速凝固域增添了新的方法和內(nèi)容，而且開辟了激光束——物質(zhì)交換作用、激光感應(yīng)等離子體、高能束作用下的傳熱等新的學(xué)科和研究方向。</p><p>　　為了發(fā)展激光技術(shù)特別是加工技術(shù)，各國制定了自己的或聯(lián)合的激光發(fā)展計劃[15]，如美國的“戰(zhàn)略防御倡議”、英國的“阿維爾計劃”、日本的“激光研究五年計劃”、原蘇聯(lián)的“激光工業(yè)發(fā)展綱要”、西歐的“尤里卡計劃”、德

30、國的“激光技術(shù)及其研究重點”等。同時這些國家為這些執(zhí)行發(fā)展計劃還建立了專門的研究機構(gòu)和激光加工應(yīng)用中心，并給予了大量投資。激光淬火技術(shù)在不斷的提高，此時設(shè)備的發(fā)展也應(yīng)該跟隨技術(shù)同步發(fā)展</p><p>　　1.3.3 激光淬火設(shè)備的發(fā)展趨勢</p><p>　?。?）高度智能化與自動化</p><p>　　激光熱處理設(shè)備自動化與機器人化是一個非常重要的發(fā)展趨勢， 激

31、光加工機器人可以準確地、高精度、高質(zhì)量地完成各種加工，尤其適合大工件不便移動的場合。開發(fā)智能淬火冷卻裝備技術(shù)-以氣淬、水淬、水霧冷卻技術(shù)替代油、聚合物淬火液等淬火。在該方面研究上，上海交通大學(xué)潘健生院士、陳乃錄教授等開發(fā)的淬火冷卻系統(tǒng)啟動良好的示范作用。采用水-空冷卻方式，是截面厚度600~900mm的塑料模具鋼鍛件的截面硬度差小于3-5HRC。武漢萬實冶金研制成功了一套新型熱處理設(shè)備——二十輥軋機輥系新型熱處理設(shè)備[18]。該設(shè)備自動

32、化程度高，從而保障了機械設(shè)備運行和工藝操作順利進行。</p><p>　　（2）激光加工機床與其它加工設(shè)備復(fù)合化</p><p>　　這種復(fù)合可以有效地減少轉(zhuǎn)移工位及定位時間，節(jié)約車間面積，降低產(chǎn)品成本。日本已成功地將激光加工機床與沖床組成復(fù)合機床。劉千軍闡述了FAGOR 8055B /M 數(shù)控系統(tǒng)在大型激光熱處理設(shè)備中的運用[20]。其具有以下幾個特點：1)手工編程時，TCP(G48)功

33、能具有很強的實用性。2) 具有G51E0.1程序預(yù)讀功能，提高了加工程序換行掃描時間，此特點成為該設(shè)備成功的技術(shù)核心。因為在國產(chǎn)激光器加工過程中，功率不能自動調(diào)節(jié)。當(dāng)換行時間較長時， 激光光束就會因停留時間過長而燒傷工件，從而影響表面粗糙度。3) 數(shù)控系統(tǒng)自身功能比較完善，除了配備自己的伺服驅(qū)動和電動機外，還可以與其他伺服驅(qū)動相匹配。</p><p>　?。?）建立激光加工中心</p><p&

34、gt;　　用一臺或多臺高功率激光器，設(shè)置幾個工位,分別進行激光切割、焊接、熱處理等各種加工，不僅節(jié)約了成本，提高了勞動生產(chǎn)率，而且大大提高了加工質(zhì)量。目前國內(nèi)上海、武漢、天津、北京等地都在建立和發(fā)展激光加工中心。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　通過上網(wǎng)查找與課題相關(guān)的資料，對激光淬火技術(shù)的特點及原理進一步了解，更好的對課題展開研究。</p>

35、<p>　?。?） 完成能實現(xiàn)X、Y二個方向運動用于激光表面淬火的工作臺的設(shè)計，要求加工速度：0～2m/min可調(diào)；空走速度：0～10m/min可調(diào)。</p><p>　　（3） 根據(jù)實際要求確定工作臺的尺寸，傳動方式，控制方式等參數(shù)。</p><p>　　通過計算，選擇合適的步進電機。</p><p>　　完成工作臺的裝配圖以及零件圖。</p&g

36、t;<p>　　完成設(shè)計計算說明書。</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計與總體設(shè)計</p><p>　　2.1激光淬火工作臺的方案設(shè)計</p><p>　　圖2-1設(shè)備總體設(shè)計方案</p><p>　　在X軸方向上，在另一步進電機的驅(qū)動下，皮帶輪帶動傳動軸的轉(zhuǎn)動，同時驅(qū)動與其相連另一皮帶輪轉(zhuǎn)動。在傳動軸的另一側(cè)，還安裝著一個帶輪

37、，在傳動軸開始轉(zhuǎn)動的同時跟著同步運轉(zhuǎn)。從而實現(xiàn)了在X方向工作臺的水平運行，使工作臺在X方向上完成了移動。</p><p>　　圖2-2 X軸方向的運動簡圖</p><p>　　在Y軸方向，運用兩對皮帶輪，在步進電機的驅(qū)動下，帶動帶輪轉(zhuǎn)動，激光器安裝在導(dǎo)軌上，跟隨著皮帶的運動而運動，從而實現(xiàn)在Y軸方向上的運動。</p><p>　　圖2-3 Y軸方向運動簡圖<

38、/p><p>　　此時，可以根據(jù)所要完成的任務(wù)，調(diào)整步進電機的轉(zhuǎn)速，在水平面上便可以實現(xiàn)兩自由度的激光淬火。</p><p>　　另一方案：將帶輪傳動改為滾珠絲桿傳動。在滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動下帶動激光器的左右運用，同時在Y軸方向上，分別通過兩個同相步進電機驅(qū)動，實現(xiàn)在Y軸方向的運動。</p><p>　　皮帶輪傳動的優(yōu)點：皮帶輪傳動能緩和載荷沖擊，低噪音，低振動，皮帶輪的結(jié)構(gòu)

39、簡單，調(diào)整方便，皮帶輪傳動對于皮帶輪的制造和安裝精度不像嚙合傳動嚴格，皮帶輪傳動具有過載保護功能，皮帶輪傳動的兩軸中心距調(diào)節(jié)范圍大。雖然滾珠絲桿傳動效率高，工作較平穩(wěn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，在需要防止逆轉(zhuǎn)的機構(gòu)中，需加自鎖機構(gòu)，承受能力不大。價格高，制造難。因此，綜合考慮工作臺的工作環(huán)境，以及所設(shè)定的設(shè)計要求來看，選擇帶輪傳動比較合適。</p><p>　　2.2 激光及光路系統(tǒng)設(shè)計</p>&l

40、t;p>　　2.2.1激光發(fā)生器選擇</p><p>　　激光是強相干光源。激光束與普通相比最突出的特性是：單色性好、方向性好、相干性好和亮度高。目前，激光器種類繁多，并且還在不斷涌現(xiàn)新的激光器。但是，適用于激光加工的激光器，目前主要有激光器等。本課題所運用的就是激光器，的量子效率高達40%，工業(yè)器件總效率為10%左右，比其他加工用激光器效率高的多；激光器以等混合氣體為工作物質(zhì)，其均勻比固體要好，比較穩(wěn)定，

41、其主要性能如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 CO2激光器參數(shù)表</p><p>　　2.2.2激光淬火原理與特點</p><p>　　激光淬火是一種激光表面硬化工藝，通過快速表面局部淬火，大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量，成倍延長了產(chǎn)品壽命，廣泛用于各行各業(yè)?？商岣呓饘俨牧霞傲慵砻嬗捕?、耐磨性以及強度和高溫性能，使零件的力學(xué)性能具有耐磨性好、沖擊性好、疲勞強度高

42、的特性。</p><p>　　激光淬火主要用來處理鐵基材料，其基本機理是通過高能激光束掃描工件表面，工件表面材料吸引激光輻射能并轉(zhuǎn)化為熱能，然后通過熱傳導(dǎo)使周圍材料溫度以極快速升高，然后迅速自冷，從而完成相變硬化。</p><p>　　圖2-4 激光發(fā)生器簡圖</p><p>　　2.3 XY工作臺的設(shè)計</p><p>　　2.3.1 主

43、要設(shè)計參數(shù)</p><p><b>　　步進電機的選用</b></p><p><b>　　帶輪傳動機構(gòu)的確定</b></p><p>　　步進電機慣性負載的計算</p><p><b>　　軸鍵的設(shè)計計算</b></p><p><b>　　

44、導(dǎo)軌的設(shè)計</b></p><p><b>　　支架的設(shè)計</b></p><p>　　2.3.2 初步確定XY工作臺尺寸</p><p>　　通過市場調(diào)研以及根據(jù)設(shè)計的要求，初步的確定工作臺的尺寸為長:1900mm 寬：3200mm</p><p><b>　　3 工作臺計算校核</b>

45、;</p><p>　　3.1 初步對步進電機的選用</p><p><b>　　設(shè)計參數(shù)：</b></p><p>　　X軸方向傳遞速度；鼓輪直徑；傳動軸所需扭矩。</p><p>　　（1） 傳動軸所需要功率及所需轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　?。?-1）</b>&l

46、t;/p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，V--傳送速度；D--傳遞軸直徑；T--傳動軸扭矩</p><p>　?。?） 由電動機至工作機的總效率 </p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　該工作臺設(shè)計通過V帶輪和同軸

47、度連軸傳動，V帶輪傳動效率為：0.94~0.97；初定。</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　?。?）電動機所需的輸出功率 </p><p><b>　　（3-5） </b></p><p>　?。?）確定步進電機額定

48、功率</p><p>　　∵Ped> Pd 取 P ed= 4.5kw</p><p>　?。?）步進電機額定轉(zhuǎn)速的選擇</p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　--帶傳動比，，取 2.0.</p><p>　　通過步進電機的額定功率以及額定轉(zhuǎn)速，初定步進電

49、機為150BF系列，具體參數(shù)如下表2-1所示。</p><p>　　表2-2步進電機參數(shù)</p><p>　　3.2步進電機的參數(shù)校核</p><p>　　3.2.1 脈沖當(dāng)量計算校核</p><p>　　在選擇步進電機的步距角時，若通電方式和系統(tǒng)的傳動比已初步確定，則步距角應(yīng)滿足：

50、 （3-7）</p><p>　　式中，----傳動比；</p><p>　　----負載軸要求的最小轉(zhuǎn)角增量（或稱脈沖當(dāng)量）</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　3.2.2步進電機上各個轉(zhuǎn)矩、頻率的近似計算</p><p>　　(1)換算到電動機軸

51、上的總轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　（3-10） </b></p><p><b>　　--轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p>　　(2) 空載時起動時間計算</p><p>　　150BF0

52、02最小加、減為1S</p><p>　　(3) 帶慣性負載的最大起動頻率的計算</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　為電動機空載起動頻率</p><p>　　(4)帶慣性空載的最大轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　（3-12）</b><

53、;/p><p>　　(5)步進電機平均負載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　， （3-13）</p><p>　　在校核設(shè)計的范圍內(nèi)。</p><p>　　以上計算，該型號步進電機無論是起動性能、還是空載快速進給，工作負載速度都是滿足要求的。</p><p>　　3.3 V帶輪傳動機構(gòu)設(shè)

54、計</p><p>　　3.3.1 V帶結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　（1）設(shè)計數(shù)據(jù):</b></p><p>　　電動機功率—— kw</p><p><b>　　電動機轉(zhuǎn)速——</b></p><p>　　V帶理論傳動比——2.33</p><

55、;p>　　單向運轉(zhuǎn)、雙班制、工作機為帶式運輸機</p><p><b>　　設(shè)計計算</b></p><p>　　,根據(jù)雙班制工作，每16小時，工作系數(shù)</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　選取普通V帶帶型，據(jù)Pca，nd確定選用普通V帶B型。</p&g

56、t;<p>　　3.3.2帶輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定</p><p>　?。?）確定帶輪基準直徑 dd1和dd2</p><p><b>　　a. 初選</b></p><p>　　小帶輪基準直徑=70mm</p><p>　　b．驗算帶速0. 3m/s< V <0.5m/s</p>

57、<p>　　m/s （3-15）</p><p>　　0. 3m/s< V <0.5m/s帶的速度合適。</p><p><b>　　c. 計算dd2</b></p><p>　　dd2mm （3-16）</p>

58、<p>　　確定普V帶的基準長度和傳動中心距</p><p>　　根據(jù)0.7（dd1+dd2）< a 0< 2（dd1+dd2） （3-17）</p><p>　　147mm< a 0<280mm</p><p>　　初步確定中心距 a 0 = 210mm</p><p

59、>　?。?）驗算主輪上的包角</p><p><b>　　= （3-18）</b></p><p>　　∴ 主動輪上的包角合適.</p><p><b>　　計算V帶的根數(shù)Z</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>

60、;　　P0 —— 基本額定功率 P0=2.81 </p><p>　　P0——額定功率的增量P0=0.46</p><p>　　——包角修正系數(shù) =0.93</p><p>　　——長度系數(shù) 得=0.95</p><p>　　∴= 取Z=2根</p><p>　　帶傳動主要參數(shù)如表3-1</p>

61、<p><b>　　表3-1帶傳動參數(shù)</b></p><p>　　3.3.3 帶輪材料及結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　(1)帶輪材料</b></p><p>　　帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200</p><p><b>　　(2)帶輪的結(jié)構(gòu)

62、</b></p><p>　　帶輪的結(jié)構(gòu)形式為孔板式，輪槽槽型B型</p><p><b>　　圖3-1皮帶輪</b></p><p>　　3.4.1 傳動軸的設(shè)計計算</p><p>　　圖3-2 傳動軸受力分析圖</p><p><b>　　設(shè)計傳動軸數(shù)據(jù)：</b&

63、gt;</p><p><b>　　；；。</b></p><p>　　傳動軸的剛度、強度校核</p><p>　　(1)由靜力平衡得：</p><p><b>　　（3-20）</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p>

64、;<p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　由彎矩圖可知在B、C兩點受彎矩最大，</p><p>　　(2)工作轉(zhuǎn)軸在扭轉(zhuǎn)和彎曲組合會變形下的強度條件為</p><p><b>　?。?-24）</b

65、></p><p>　　式中：---抗彎曲截面系數(shù)（）；</p><p>　　---截面彎矩（）；</p><p>　　-----截面扭矩（）；</p><p>　　-----材料許用應(yīng)力（）；</p><p>　　查機械設(shè)計手冊得，45鋼許用應(yīng)力，抗彎截面系數(shù)</p><p><b

66、>　　得：</b></p><p><b>　　(3-25)</b></p><p>　　圖3-3 彎矩計算圖</p><p>　　3.4.2 鍵的設(shè)計計算</p><p>　　鍵的選擇：鍵一般采用抗拉強度極限 < 600 MPa的碳鋼制造，通常用45鋼。 </p><p&

67、gt;　　(1) 類型選擇：鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)、使用特性及工作條件來選擇。選擇時應(yīng)考慮以下各方面的情況：需要傳遞轉(zhuǎn)矩的大?。宦?lián)接于軸上的零件是否需要沿軸滑動及滑動距離的長短；對于聯(lián)接的對中性要求；鍵是否需要具有軸向固定的作用；以及鍵在軸上的位置（在軸的中部還是端部）等。該工作臺傳動軸上適合平鍵。 </p><p>　　(2) 尺寸選擇： 該傳動軸不是高速傳動軸，并且是受到輕微沖擊，鍵的剖面尺寸按軸的直徑D

68、=300由標準中選定。鍵的長度L=20mm,一般按輪轂寬度定，要求鍵長比輪轂略短5~10 mm，且符合長度系列值。 </p><p>　　平鍵聯(lián)接的強度校核: </p><p>　　平鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的壓潰和磨損（對于動聯(lián)接）。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷（如圖所示，沿a－a面剪斷）。</p><p>　　圖3-4鍵的結(jié)構(gòu)簡圖</p>

69、<p>　　設(shè)載荷為均勻分布，由圖可得平鍵聯(lián)接的擠壓強度條件 </p><p><b>　　(3-27) </b></p><p>　　式中：為轉(zhuǎn)矩（N·mm）；</p><p><b>　　為軸徑（mm）；</b></p><p>　　為鍵的高度（mm）； </p&g

70、t;<p>　　為鍵的工作長度（mm）；</p><p>　　為許用擠壓應(yīng)力（MPa）；</p><p>　　為許用壓強（MPa）。 </p><p>　　表3-2 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強 Mpa</p><p>　　注：在鍵聯(lián)接的組成零件（軸、鍵、輪轂）中，輪轂材料較弱</p><p>　　3.

71、5導(dǎo)軌的選擇與設(shè)計</p><p>　　3.5.1導(dǎo)軌的選擇</p><p>　　由于滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高的優(yōu)點，故應(yīng)用廣泛。同時，矩形滑塊還具有一定的導(dǎo)向精度，運動輕便平穩(wěn)，良好的耐磨性，溫度變化影響小，結(jié)構(gòu)工藝性好等特性。因此,在本設(shè)計中選擇滑動導(dǎo)軌。 </p><p>　　滑動導(dǎo)軌的基本形式有：對稱三角形，

72、不對稱三角形，矩形，圓形，燕尾形。</p><p>　　矩形導(dǎo)軌：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，應(yīng)用廣泛，故矩形滑塊導(dǎo)軌。</p><p>　　圖3-5 矩形滑動導(dǎo)軌</p><p>　　3.5.2 導(dǎo)軌的設(shè)計計算</p><p>　　校核溫度變化對導(dǎo)軌間隙的影響 導(dǎo)軌在溫度變化較大的環(huán)境中工作，應(yīng)在選

73、定精度和配合后，作導(dǎo)軌間隙驗算。為了保證工作時不致卡住，導(dǎo)軌的最小間隙應(yīng)大于或等于零，即 </p><p>　　導(dǎo)軌的最小間隙用下式計算： </p><p>　　(mm) (3-28)</p><p>　　式中： -工作溫度（°C） </p><p>　　-制造時溫度（°C） </p

74、><p>　　-包容件在t0時的最小尺寸（mm） </p><p>　　-被包容件在t0時的最大尺寸（mm） </p><p>　　-包容件材料的線膨脹系數(shù)（1/°C） </p><p>　　-被包容件材料的線膨脹系數(shù)（1/°C） </p><p>　　為保證導(dǎo)向精度，導(dǎo)軌的最大間隙Δmax應(yīng)小于或等于

75、允許值，即</p><p>　　導(dǎo)軌的最大間隙用下式計算： </p><p>　　(mm) (3-29)</p><p>　　式中：-包容件在t0時的最大尺寸（mm） </p><p>　　-被包容件在t0時的最小尺寸（mm） </p><p>　　通過計算得：Δmax=1.5mm，Δmin=1mm<

76、;/p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　通過本次的設(shè)計，學(xué)習(xí)了激光淬火技術(shù)的原理以及特點，了解了當(dāng)前國內(nèi)外激光淬火技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用。激光淬火技術(shù)在作為一項正在等待開發(fā)，深入研究的技術(shù)，但其設(shè)備的研究卻遠遠落后于其原理的研究。激光淬火處理設(shè)備的開發(fā)具有重要的研究意義。</p><p>　　在本設(shè)計中，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，低噪音，低

77、振動，調(diào)整方便，具有過載保護功能等優(yōu)點。但也存在著一些不足，該設(shè)備只能加工在水平面上的零件。皮帶輪傳動有彈性滑動和打滑，傳動效率較低和不能保持準確的傳動比；皮帶輪傳動傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上壓力比嚙合傳動大；皮帶輪傳動皮帶的壽命較短。</p><p>　　該設(shè)備在今后的研究方向可以向三自由度發(fā)展，同時還可以與其他先進制造技術(shù)結(jié)合在一起，更好的發(fā)揮激光淬火技術(shù)的先進性。實現(xiàn)設(shè)備的高精度智能化與自動化，與

78、其它加工設(shè)備復(fù)合化等特點。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 樊東黎. 新中國60年來熱處理設(shè)備的發(fā)展與展望（上）[J].金屬加工，2010，(1):8－12.</p><p>　　[2]應(yīng)小東，李午申，馮靈芝.激光表面改性技術(shù)及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀[J].2003(1):5-8.</p><

79、;p>　　[3]周建忠，張永康，楊繼昌，畢瑞.球鐵曲軸激光淬火強化技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2001，32（3）：109-112.</p><p>　　[4]張連寶，范青武，左演聲，李俊.混合智能技術(shù)在激光淬火工藝優(yōu)化中的應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工藝，2004，12（6）：654-657.</p><p>　　[5]Laser surface hardening of AISI H

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83、理工大學(xué)學(xué)報，2000（2）：39-43.</p><p>　　[13]胡靜.激光熱處理綜述[J].江蘇石油化工學(xué)院學(xué)報，1999，11（2）：61-64.</p><p>　　[14] 遲彩芬. 激光表面處理技術(shù)的現(xiàn)狀及其工業(yè)應(yīng)用[J].中國科技信息，2005（24）：129.</p><p>　　[15]魯曉芳.激光淬火提高柴油機氣缸套使用壽命的研究[D].江蘇

84、：江蘇大學(xué)，2005.</p><p>　　[16]吳光治.關(guān)于我國熱處理裝備技術(shù)發(fā)展若干問題的思考[J].熱處理技術(shù)與裝備，2007，28（4）：6-10.</p><p>　　[17]吳光治，陳志遠.節(jié)能環(huán)保新型熱處理裝備的技術(shù)探討[J].工業(yè)爐，2010，32（1）：18-21.</p><p>　　[18]曾煉冰.節(jié)能環(huán)保 技術(shù)創(chuàng)新[J].中國科技投資，20

85、09（8）：80.</p><p>　　[19]范雪燕.激光表面淬火瞬態(tài)溫度場的有限元模擬及硬化層深預(yù)測[D].上海：上海海事大學(xué)，2004.</p><p>　　[20]劉千軍.FAGOR 8055B /M 數(shù)控系統(tǒng)在大型激光熱處理設(shè)備中的運用[J].新技術(shù)新工藝，2005（11）：4-6.</p><p><b>　　附錄</b></

86、p><p><b>　　附錄圖1 裝配圖</b></p><p><b>　　附錄圖2 外蓋</b></p><p><b>　　附錄圖3 皮帶輪</b></p><p><b>　　附錄圖4 箱蓋</b></p><p>&l

87、t;b>　　附錄圖5 傳動軸</b></p><p><b>　　附錄圖6 機構(gòu)</b></p><p><b>　　附錄圖7 支架</b></p><p><b>　　附錄圖8 工作臺</b></p><p><b>　　文獻綜述</

88、b></p><p>　　激光表面淬火兩自由度工作臺設(shè)計</p><p>　　1激光表面熱處理設(shè)備研發(fā)的背景及意義</p><p>　　激光熱處理設(shè)備的發(fā)展始終服從于優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的普遍市場規(guī)律，近代氣候和環(huán)境的熱點又把節(jié)能減排提到了各行各業(yè)的日程。汽車、航空、電力工業(yè)對其產(chǎn)品和零部件提出了更高的質(zhì)量、質(zhì)量均勻性和延壽要求，從而對激光淬火技術(shù)和設(shè)備也提出更

89、大挑戰(zhàn)。從熱處理生產(chǎn)用戶角度，希望激光熱處理設(shè)備能更便宜，使用更長時間，可靠性更高，故障率更低，廢品率接近于零，工輔材料更省，從而能充分降低生產(chǎn)成本，保證高的利潤率[1]。</p><p>　　激光淬火技術(shù)已在許多方面顯示了其技術(shù)和經(jīng)濟上的優(yōu)勢，世界各國都十分重視在這一方面的研究，并已經(jīng)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，以美國為例。目前，美國正在開～展飛機重載齒輪激光硬化工藝研究，以取代滲碳淬火化學(xué)熱處理，激光硬化的齒輪包括直升

90、飛機輔助動力裝置的行星齒輪和飛機主傳動裝置的傳動齒輪。由于用激光硬化后的飛機重載齒輪不需最后研磨，故可以大大降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　激光淬火在工業(yè)上越來越被廣泛的應(yīng)用。發(fā)動機缸體表面淬火[2]，可使缸體耐磨性提高3倍以上；熱軋鋼板剪切機刃口淬火，與同等未處理的刃口相比壽命提高了一倍左右；而且激光表面淬火還應(yīng)用在機床導(dǎo)軌淬火、齒輪齒面淬火、發(fā)動機曲軸的曲頸和凸輪部位局部淬火以及各種工具刃口

91、激光淬火。</p><p>　　周建忠，花銀群等[3]在其球鐵曲軸激光淬火強化技術(shù)研究中，介紹了曲軸激光淬火強化系統(tǒng)，探討了各種因素對球鐵激光強化性能的影響，指出其在工程應(yīng)用中所要解決的主要問題。同時研究結(jié)果表明，球鐵曲軸經(jīng)激光淬火強化后，能獲得較高的表面硬度和殘余壓應(yīng)力，從而有效的提高和改善曲軸的使用壽命。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，激光淬火技術(shù)在各個領(lǐng)域都有一定的運用及應(yīng)用。

92、同時激光淬火技術(shù)也越來越成熟，也在各個行業(yè)發(fā)揮了其不可磨滅的作用。激光技術(shù)在不斷的發(fā)展，其工藝設(shè)備及其工藝參數(shù)都在不斷的優(yōu)化當(dāng)中，其在發(fā)展過程中不斷的與其它先進技術(shù)結(jié)合在一起，從而更好的發(fā)揮了激光淬火技術(shù)的重要及其先進性。張連寶，李俊等[4]在其研究中，建立的工藝優(yōu)化設(shè)計模型具有較好的可靠性，其將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的混合智能技術(shù)引入激光淬火領(lǐng)域，為解決激光淬火工藝優(yōu)化設(shè)計問題提供了一條先進、合理的途徑。</p><p

93、>　　在此時設(shè)備的發(fā)展也就顯得特別的重要。我國激光熱處理裝備相對落后，激光熱處理行業(yè)是近些年隨機械工業(yè)的發(fā)展取得了較快速的發(fā)展，但激光熱處理設(shè)備更新落后于行業(yè)的發(fā)展。在激光熱處理設(shè)備制造方面，大量的先進熱處理裝備仍需進口，特別是先進的傳感器方面，其技術(shù)水平仍相對落后。先進節(jié)能保溫材料應(yīng)用普及率還相對較低，熱處理輔助材料發(fā)展較慢。近些年來，引進了國外一些先進激光熱處理裝備生產(chǎn)技術(shù)，但國內(nèi)在激光熱處理設(shè)備設(shè)計、裝備模塊化方面尚未掌握核

94、心技術(shù)。對于設(shè)備的開發(fā)與研究具有至關(guān)重要的意義，對激光淬火技術(shù)的發(fā)展提供了最基本的保障。</p><p>　　2 激光表面淬火技術(shù)的特點</p><p>　　激光淬火又稱為激光相變硬化[5，6]，是指以高能密度的激光束照射工件表面， 使其需要硬化部位瞬間吸收光能并立即轉(zhuǎn)化為熱能，從而使激光作用區(qū)的溫度急劇上升形成奧氏體，經(jīng)隨后的快速冷卻，獲得極細小馬氏體和其他組織的高硬化層的一種熱處理技術(shù)

95、。由于激光淬火的各種工藝的特殊性，與其它傳統(tǒng)表面強化技術(shù)相比有如下一些特點[7—10]：</p><p>　　極快的加熱和冷卻速度　</p><p>　　激光表面淬火時加熱速度可達( 104 ～ 106 ) ℃/ s ，冷卻速度可達(106～108) ℃/ s。比感應(yīng)加熱的工藝周期短，通常只需要0．11s 即可完成淬火過程，生產(chǎn)效率很高。</p><p>　　可實現(xiàn)

96、自冷淬火，淬火變形小　</p><p>　　由于激光加熱速度快，相變過程輸入的熱量少，熱影響區(qū)小，因而可實現(xiàn)自冷淬火，淬火變形小，不需要水或油等淬火介質(zhì)，既可降低消耗，又可避免環(huán)境污染。</p><p>　　(3)　工藝過程可實現(xiàn)計算機控制和生產(chǎn)自動。</p><p>　　(4)　淬火后表面質(zhì)量高　</p><p>　　只要工藝得當(dāng)，激光淬火

97、后表面幾乎無氧化脫碳現(xiàn)象，表面粗糙度也幾乎不變，可以作為工件加工的最后工序。</p><p>　　淬火后硬度高,耐磨性好　</p><p>　　激光表面淬火后可獲得極細小的馬氏體和碳化物組織，其硬度比常規(guī)淬火硬度高15 %～30 %。尤其對于鑄鐵件，耐磨性可提高3～4 倍。</p><p>　　(6) 淬火后表層產(chǎn)生很高的殘余壓應(yīng)力，可大幅度提高零件的疲勞強度。&l

98、t;/p><p>　　(7) 易實現(xiàn)表面局部及特殊部位的淬火　</p><p>　　激光表面淬火只發(fā)生在激光照射的部位，其他部位無須進行防護。激光束可聚焦到很細，特別適合小件的局部淬火和特殊部位的淬火，例如槽壁、小孔、深孔、腔體內(nèi)壁等，只要能將激光照射到位即可。</p><p>　　王兆龍，王喜全等[11]在解決國產(chǎn)紡錠桿易磨損，壽命短的問題，運用了一種三點激光淬火熱處

99、理新工藝，這種新工藝不僅可以克服傳統(tǒng)工藝的不足，淬火后紡錠桿表面硬度提高到HRC65，而其表面粗糙度不變，大大提高了其壽命，為紡織廠節(jié)約成本，提高質(zhì)量提供一條新的途徑。</p><p>　　周建忠，張永康等[12]在齒輪中運用了激光淬火技術(shù)替代了常規(guī)的滲碳工藝。解決了滲碳存在變形較大，硬化層沿齒廓分布不均勻等缺陷，從而影響齒輪的使用壽命。在經(jīng)過一系列的研究與討論后，采用激光淬火齒面技術(shù)不僅能提高生產(chǎn)率，降低成本，

100、而且對于某些材料的齒輪完全能代替滲碳淬火工藝。為了使此項技術(shù)能在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在研制性能可靠的工業(yè)用大功率激光器的同時，必須進行齒輪激光表面處理專家系統(tǒng)的研制和開發(fā)，激光處理實現(xiàn)工藝參數(shù)的計算機自動優(yōu)化、處理過程的計算機仿真模擬和實時監(jiān)控，以及熱處理后表面組織結(jié)構(gòu)和性能的計算機預(yù)測，做到齒輪激光淬火過程的易操作性，實現(xiàn)復(fù)雜形狀和人工智能化的表面處理。</p><p>　　激光表面處理技術(shù)，是在材料表面形成一

101、定厚度的處理層，可以改善材料表面的力學(xué)性能、冶金性能、物理性能，從而提高零件、工件的耐磨、耐蝕、耐疲勞等一系列性能。</p><p>　　3激光表面熱處理技術(shù)以及設(shè)備的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢</p><p>　　激光的誕生[13]，以1960 年第一臺固體激光器紅寶石激光器及1961 年第一臺氣體激光器氦氖激光器的先后研制成功為標志，經(jīng)過三十年的發(fā)展，激光技術(shù)已成為一種具有巨大吸引力的新

102、興技術(shù)，在工業(yè)技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。激光熱處理便是激光技術(shù)最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。七十年代初由于大功率氣體激光器的出現(xiàn)，使得材料激光加工技術(shù)的研究變得更為活躍，材料的激光加工作為高能束(激光束、電子束和離子束)加工材料的一種，已成為最有前途的方向之一。在當(dāng)時從高能束材料加工的理論和實踐來說，激光加工還不完美，是在研究大功率激束對材料作用過程的理論和實際應(yīng)用方面都取得了很大成果。從而誕生了激光淬火表面處理技術(shù)。美國通用汽車公司于20世紀

103、70年代初率先將該項技術(shù)用于工業(yè)生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟效益[14]。我國從20世紀70年代末千瓦級CO2 激光器研制成功以來，已有30多年的應(yīng)用歷史。盡管目前激光表面淬火技術(shù)的應(yīng)用還不及傳統(tǒng)熱處理技術(shù)那樣廣泛和成熟，但由于其具有的獨特優(yōu)越性，正日益受到人們的重視，已經(jīng)在機械制造、交通運輸、石油、礦山、紡織、冶金、航空航天等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。</p><p>　　此外，我國也在積極進行激光淬火的研究和應(yīng)用實踐，天津

104、渤海無線電廠采用美國820型1.5kW橫流CO2激光器對硅鋼片模具進行表面淬火，大大提高了耐磨性，使用壽命提高了10倍。青島激光技工中心采用HJ-3kW級橫流CO2激光器，對柴油機氣缸孔進行表面淬火取代了硼缸套，耐磨效果優(yōu)良，配副性優(yōu)良，經(jīng)濟效益顯著。激光表面淬火的工藝參數(shù)還不完善，不同材料的淬火參數(shù)不同，還需要大量試驗來總結(jié)、分析，制定合理的工藝參數(shù)；激光表面淬火的數(shù)值模擬還處在探索階段,對相變后的組織分布，材料性能對溫度場的相互影響

105、卻很少考慮。隨著計算機的發(fā)展及計算方法的不斷完善，激光熱處理理論正向預(yù)測淬火材料性能，硬化層深度的方向發(fā)展。</p><p>　　在國外激光的應(yīng)用面很廣[15]，其中又以激光加工發(fā)展最快。激光表面處理不僅為傳統(tǒng)的熱處理、表面強化、表面冶金和快速凝固域增添了新的方法和內(nèi)容，而且開辟了激光束——物質(zhì)交換作用、激光感應(yīng)等離子體、高能束作用下的傳熱等新的學(xué)科和研究方向。</p><p>　　為了發(fā)

106、展激光技術(shù)特別是加工技術(shù)，各國制定了自己的或聯(lián)合的激光發(fā)展計劃[15]，如美國的“戰(zhàn)略防御倡議”、英國的“阿維爾計劃”、日本的“激光研究五年計劃”、原蘇聯(lián)的“激光工業(yè)發(fā)展綱要”、西歐的“尤里卡計劃”、德國的“激光技術(shù)及其研究重點”等。同時這些國家為這些執(zhí)行發(fā)展計劃還建立了專門的研究機構(gòu)和激光加工應(yīng)用中心，并給予了大量投資。激光淬火技術(shù)在不斷的提高，此時設(shè)備的發(fā)展也應(yīng)該跟隨技術(shù)同步發(fā)展。</p><p>　　我國熱

107、處理企業(yè)的工藝裝備陳舊落后[16,17]，眾多的加熱爐系爐齡達三、四十年的箱式、井式、鹽浴爐（俗稱老三爐）。設(shè)備老化，能耗很高。而高效、優(yōu)質(zhì)、低污染、環(huán)保型的氣氛爐和真空爐等占不到熱處理設(shè)備總數(shù)的5%。美國等發(fā)達國家對熱處理工藝過程的控制已向著自動化、智能化和柔性化發(fā)展，而我國不少企業(yè)仍憑借經(jīng)驗，人工操作。由于歷史的原因，許多企業(yè)大而全、小而全，熱處理的社會化、產(chǎn)業(yè)化及規(guī)模生產(chǎn)尚未形成。因而，生產(chǎn)效率低下，比美國差26倍，設(shè)備利用率和負

108、荷率不到30%，而能耗卻比美國高出40%以上。</p><p>　　由于我國激光器及外圍設(shè)備的研制和生產(chǎn)與國外差距很大[18]，造成在激光加工技術(shù)的基礎(chǔ)研究及其在焊接、切割上的應(yīng)用與發(fā)達國家的差距很大。但是由于激光表面強化在國內(nèi)起步較早，投入的力量相對較多，加上國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域中大量表面強化問題急待解決，因此在激光表面強化研究方面并不比發(fā)達國家差，只是在實際應(yīng)用中還需進一步努力。</p><p&g

109、t;　　激光熱處理設(shè)備[19]主要包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、工作臺、控制系統(tǒng)及安全防護裝置等。導(dǎo)光系統(tǒng)的作用是將激光器發(fā)出的激光束經(jīng)光學(xué)元件引向工作臺。工作臺的作用是完成各項操作以滿足熱處理加工的要求，亦稱加工機床，根據(jù)用途的不同分為專用機床和通用機床兩種。</p><p>　　近年來，在汽車、航空、兵器、模具和基礎(chǔ)件行業(yè)技改的拉動之下，其他行業(yè)熱處理技術(shù)改造和設(shè)備更新高潮也會接踵而至。而設(shè)備更新是企業(yè)技術(shù)改造的有效

110、途徑，設(shè)備更新的主要出發(fā)點應(yīng)當(dāng)是節(jié)能環(huán)保、高效可靠、少無氧化、少無質(zhì)量分散以及性價比合理。目前，企業(yè)技術(shù)改造的高度和深度已經(jīng)開始出現(xiàn)明顯的變化，大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)不滿足于常規(guī)技術(shù)和設(shè)備的新舊交替，而是傾向于一步一個臺階，邁向更高的境界，優(yōu)先選購技術(shù)水平高、優(yōu)質(zhì)可靠及節(jié)能環(huán)保熱處理設(shè)備，以達到高水平的生產(chǎn)目標。</p><p>　　在科技的發(fā)展和市場的要求下，未來設(shè)備的發(fā)展趨勢為高度的智能化與自動化，激光加工機床與其它

111、加工設(shè)備的復(fù)合化，建立激光加工中心等。具體的發(fā)展情況如下：</p><p>　?。?）高度智能化與自動化</p><p>　　激光熱處理設(shè)備自動化與機器人化是一個非常重要的發(fā)展趨勢， 激光加工機器人可以準確地、高精度、高質(zhì)量地完成各種加工，尤其適合大工件不便移動的場合。開發(fā)智能淬火冷卻裝備技術(shù)-以氣淬、水淬、水霧冷卻技術(shù)替代油、聚合物淬火液等淬火。在該方面研究上，上海交通大學(xué)潘健生院士、陳

112、乃錄教授等開發(fā)的淬火冷卻系統(tǒng)啟動良好的示范作用。采用水-空冷卻方式，是截面厚度600~900mm的塑料模具鋼鍛件的截面硬度差小于3-5HRC。武漢萬實冶金研制成功了一套新型熱處理設(shè)備——二十輥軋機輥系新型熱處理設(shè)備[18]。該設(shè)備自動化程度高，從而保障了機械設(shè)備運行和工藝操作順利進行。</p><p>　　（2）激光加工機床與其它加工設(shè)備復(fù)合化</p><p>　　這種復(fù)合可以有效地減少轉(zhuǎn)

113、移工位及定位時間，節(jié)約車間面積，降低產(chǎn)品成本。日本已成功地將激光加工機床與沖床組成復(fù)合機床。劉千軍闡述了FAGOR 8055B /M 數(shù)控系統(tǒng)在大型激光熱處理設(shè)備中的運用[20]。其具有以下幾個特點：1)手工編程時，TCP(G48)功能具有很強的實用性。2) 具有G51E0.1程序預(yù)讀功能，提高了加工程序換行掃描時間，此特點成為該設(shè)備成功的技術(shù)核心。因為在國產(chǎn)激光器加工過程中，功率不能自動調(diào)節(jié)。當(dāng)換行時間較長時， 激光光束就會因停留時間

114、過長而燒傷工件，從而影響表面粗糙度。3) 數(shù)控系統(tǒng)自身功能比較完善，除了配備自己的伺服驅(qū)動和電動機外，還可以與其他伺服驅(qū)動相匹配。</p><p>　?。?）建立激光加工中心</p><p>　　用一臺或多臺高功率激光器， 設(shè)置幾個工位,分別進行激光切割、焊接、熱處理等各種加工，不僅節(jié)約了成本，提高了勞動生產(chǎn)率，而且大大提高了加工質(zhì)量。目前國內(nèi)上海、武漢、天津、北京等地都在建立和發(fā)展激光加

115、工中心。</p><p><b>　　4 小結(jié)</b></p><p>　　激光淬火技術(shù)作為一種新型高效的加工處理手段，自從其出現(xiàn)后，就迅速的應(yīng)用到生產(chǎn)中，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。激光淬火技術(shù)目前在汽車發(fā)動機缸套，曲軸表面淬火應(yīng)用較廣，在冶金行業(yè)也發(fā)揮著巨大作用。但是由于這項工藝的技術(shù)含量太高，工藝過程中影響因素大的多，設(shè)備費用不菲， 除了對形狀簡單、工藝基本定型且批

116、量較大的工件可以專門建立生產(chǎn)線， 并可獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量外，在形狀較為復(fù)雜的工件中應(yīng)用仍存在不少問題，基本上還是一種成本高、控制復(fù)雜但性能特殊的實驗室技術(shù)。但是，由于激光淬火技術(shù)所具有的獨特優(yōu)點，它仍是一項有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。隨著數(shù)值模擬與計算機控制、技術(shù)研究的不斷進展，可適用與各種情況的激光淬火工藝實時控制系統(tǒng)的研制也將獲得成功，那時必將為激光淬火技術(shù)全面進入自動化生產(chǎn)線鋪平道路。伴隨著激光淬火技術(shù)的發(fā)展，對設(shè)備的有了更高的要求