激光表面淬火兩自由度工作臺(tái)設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

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

2、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </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(gè)領(lǐng)域都有了一定的運(yùn)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(guò)程中不斷的與其它先進(jìn)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(jìn)性。激光淬火技術(shù)是近些年隨機(jī)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(duì)于設(shè)備的開(kāi)發(fā)與研究具有至關(guān)重要的意義，對(duì)激光技術(shù)的發(fā)展提供了最基本的保障。</p><p>　　通過(guò)查閱相關(guān)資料以及

4、市場(chǎng)調(diào)查，分析目前激光淬火技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r。通過(guò)分析工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式以及選擇合適的激光發(fā)生器，確定可行方案，進(jìn)行方案的比較，確定工作臺(tái)的最終設(shè)計(jì)方案。深入研究激光淬火技術(shù)的原理以及特點(diǎn)外，結(jié)合目前所具有的設(shè)備，在原先的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的加強(qiáng)和改善設(shè)備的功能。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在X-Y方向的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：激光淬火，工作臺(tái)，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(duì)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(duì)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(lái)源1</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3激光淬火技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.3.1 激光淬火技術(shù)及設(shè)備國(guó)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(guó)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(shì)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(jì)與總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1激光淬火工作臺(tái)的方案設(shè)計(jì)5</p><

14、p>　　2.2 激光及光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)7</p><p>　　2.3 XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)8</p><p>　　2.3.2 初步確定XY工作臺(tái)尺寸8</p

15、><p>　　3 工作臺(tái)計(jì)算校核9</p><p>　　3.1 初步對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選用9</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)校核10</p><p>　　3.2.1 脈沖當(dāng)量計(jì)算校核10</p><p>　　3.2.2步進(jìn)電機(jī)上各個(gè)轉(zhuǎn)矩、頻率的近似計(jì)算10</p><p>　　3.3

16、V帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)11</p><p>　　3.3.1 V帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算13</p><p>　　3.4.2 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算14</p>

17、<p>　　3.5導(dǎo)軌的選擇與設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算17</p><p><b>　　結(jié)論18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p>　　

18、致謝錯(cuò)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(dòng)軸23</p><p>　　附錄圖6 機(jī)構(gòu)23</p><p>　　附錄圖7 支架24</p><p>　　附錄圖8 工作臺(tái)24</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b></p&

20、gt;<p>　　自從年代激光問(wèn)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(lái)，激光表面熱處理技術(shù)不僅在研究和開(kāi)發(fā)方面迅速發(fā)展，在工業(yè)應(yīng)用方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，成為表面處理和表面工程一個(gè)十分活躍的新興領(lǐng)域。根據(jù)目前的發(fā)展形勢(shì)，激光淬火技術(shù)的發(fā)展設(shè)備的發(fā)展相對(duì)比較落后，對(duì)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(guò)僅改變基體上部材料的微觀結(jié)構(gòu)也可以通過(guò)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(shí)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(shí)現(xiàn)材料表面硬化的可能性在實(shí)驗(yàn)室里得到證實(shí)后，激光相變硬化就以其簡(jiǎn)便、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)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(duì)這項(xiàng)技術(shù)

22、的應(yīng)用研究，并不斷對(duì)以往的設(shè)備、工藝進(jìn)行完善和改進(jìn)，使之更趨實(shí)用化、經(jīng)濟(jì)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(chǎng)規(guī)律，近代氣候和環(huán)境的熱點(diǎn)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(duì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)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(rùn)率[1]。</p><p>　　1.3激光淬火技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.3.1 激光淬火技術(shù)及設(shè)備國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　激光的誕生[13]，以1960 年第一臺(tái)固體激光器紅寶石激光器及1961 年第一臺(tái)氣體激光器氦氖激光器的先后研制成功為標(biāo)志，經(jīng)過(guò)

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(shí)從高能束材料加工的理論和實(shí)踐來(lái)說(shuō)，激光加工還不完美，是在研究大功率激束對(duì)材料作用過(guò)程的理論和實(shí)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(guó)通用汽車公司于20世紀(jì)70年代初率先將該項(xiàng)技術(shù)用于工業(yè)生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[14]。我國(guó)從20世紀(jì)70年代末千瓦級(jí)CO2 激光器研制成功以來(lái)，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(dú)特優(yōu)越性，正日益受到人們的重視，已經(jīng)在機(jī)械制造、交通運(yùn)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(guó)也在積極進(jìn)行激光淬火的研究和應(yīng)用實(shí)踐，天津渤海無(wú)線電廠采用美國(guó)820型1.5kW橫流CO2激光器對(duì)硅鋼片模具進(jìn)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(jí)橫流CO2激光器，對(duì)柴油機(jī)氣缸孔進(jìn)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(jì)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(yàn)來(lái)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(duì)相變后的組織分布，材料性能對(duì)溫度場(chǎng)的相互影響卻很少考慮。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展及計(jì)算方法的不斷完善，激光熱處理理論正向預(yù)測(cè)淬火材料性能，硬化層深度的方向發(fā)展。</p><p>　　我國(guó)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(dá)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(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)熱處理工藝過(guò)

28、程的控制已向著自動(dòng)化、智能化和柔性化發(fā)展，而我國(guó)不少企業(yè)仍憑借經(jīng)驗(yàn)，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(huì)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(guó)差26倍，設(shè)備利用率和負(fù)荷率不到30%，而能耗卻比美國(guó)高出40%以上。</p><p>　　1.3.2 激光淬火技術(shù)及設(shè)備國(guó)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)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(qiáng)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(kāi)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(guó)制定了自己的或聯(lián)合的激光發(fā)展計(jì)劃[15]，如美國(guó)的“戰(zhàn)略防御倡議”、英國(guó)的“阿維爾計(jì)劃”、日本的“激光研究五年計(jì)劃”、原蘇聯(lián)的“激光工業(yè)發(fā)展綱要”、西歐的“尤里卡計(jì)劃”、德

30、國(guó)的“激光技術(shù)及其研究重點(diǎn)”等。同時(shí)這些國(guó)家為這些執(zhí)行發(fā)展計(jì)劃還建立了專門的研究機(jī)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(shí)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(shì)</p><p>　?。?）高度智能化與自動(dòng)化</p><p>　　激光熱處理設(shè)備自動(dòng)化與機(jī)器人化是一個(gè)非常重要的發(fā)展趨勢(shì)， 激

31、光加工機(jī)器人可以準(zhǔn)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(dòng)的場(chǎng)合。開(kāi)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(kāi)發(fā)的淬火冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)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(wàn)實(shí)冶金研制成功了一套新型熱處理設(shè)備——二十輥軋機(jī)輥系新型熱處理設(shè)備[18]。該設(shè)備自動(dòng)

32、化程度高，從而保障了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行和工藝操作順利進(jìn)行。</p><p>　?。?）激光加工機(jī)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(shí)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(jī)床與沖床組成復(fù)合機(jī)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(yùn)用[20]。其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)手工編程時(shí)，TCP(G48)功

33、能具有很強(qiáng)的實(shí)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(shí)間，此特點(diǎn)成為該設(shè)備成功的技術(shù)核心。因?yàn)樵趪?guó)產(chǎn)激光器加工過(guò)程中，功率不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)換行時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)， 激光光束就會(huì)因停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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(dòng)和電動(dòng)機(jī)外，還可以與其他伺服驅(qū)動(dòng)相匹配。</p><p>　?。?）建立激光加工中心</p><p&

34、gt;　　用一臺(tái)或多臺(tái)高功率激光器，設(shè)置幾個(gè)工位,分別進(jìn)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(dòng)生產(chǎn)率，而且大大提高了加工質(zhì)量。目前國(guó)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(guò)上網(wǎng)查找與課題相關(guān)的資料，對(duì)激光淬火技術(shù)的特點(diǎn)及原理進(jìn)一步了解，更好的對(duì)課題展開(kāi)研究。</p>

35、<p>　　（2） 完成能實(shí)現(xiàn)X、Y二個(gè)方向運(yùn)動(dòng)用于激光表面淬火的工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，要求加工速度：0～2m/min可調(diào)；空走速度：0～10m/min可調(diào)。</p><p>　?。?） 根據(jù)實(shí)際要求確定工作臺(tái)的尺寸，傳動(dòng)方式，控制方式等參數(shù)。</p><p>　　通過(guò)計(jì)算，選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　完成工作臺(tái)的裝配圖以及零件圖。</p&g

36、t;<p>　　完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1激光淬火工作臺(tái)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2-1設(shè)備總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　在X軸方向上，在另一步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，皮帶輪帶動(dòng)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)與其相連另一皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。在傳動(dòng)軸的另一側(cè)，還安裝著一個(gè)帶輪

37、，在傳動(dòng)軸開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)跟著同步運(yùn)轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)了在X方向工作臺(tái)的水平運(yùn)行，使工作臺(tái)在X方向上完成了移動(dòng)。</p><p>　　圖2-2 X軸方向的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　在Y軸方向，運(yùn)用兩對(duì)皮帶輪，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，激光器安裝在導(dǎo)軌上，跟隨著皮帶的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在Y軸方向上的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖2-3 Y軸方向運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖<

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

39、簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，皮帶輪傳動(dòng)對(duì)于皮帶輪的制造和安裝精度不像嚙合傳動(dòng)嚴(yán)格，皮帶輪傳動(dòng)具有過(guò)載保護(hù)功能，皮帶輪傳動(dòng)的兩軸中心距調(diào)節(jié)范圍大。雖然滾珠絲桿傳動(dòng)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(jī)構(gòu)中，需加自鎖機(jī)構(gòu)，承受能力不大。價(jià)格高，制造難。因此，綜合考慮工作臺(tái)的工作環(huán)境，以及所設(shè)定的設(shè)計(jì)要求來(lái)看，選擇帶輪傳動(dòng)比較合適。</p><p>　　2.2 激光及光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p>&l

40、t;p>　　2.2.1激光發(fā)生器選擇</p><p>　　激光是強(qiáng)相干光源。激光束與普通相比最突出的特性是：?jiǎn)紊院谩⒎较蛐院?、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(yùn)用的就是激光器，的量子效率高達(dá)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(diǎn)</p><p>　　激光淬火是一種激光表面硬化工藝，通過(guò)快速表面局部淬火，大幅度提高了產(chǎn)品質(zhì)量，成倍延長(zhǎng)了產(chǎn)品壽命，廣泛用于各行各業(yè)。可提高金屬材料及零件表面硬度、耐磨性以及強(qiáng)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(qiáng)度高

42、的特性。</p><p>　　激光淬火主要用來(lái)處理鐵基材料，其基本機(jī)理是通過(guò)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(guò)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(jiǎn)圖</p><p>　　2.3 XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 主

43、要設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)的選用</b></p><p><b>　　帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算</p><p><b>　　軸鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　

44、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　支架的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.3.2 初步確定XY工作臺(tái)尺寸</p><p>　　通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研以及根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，初步的確定工作臺(tái)的尺寸為長(zhǎng):1900mm 寬：3200mm</p><p><b>　　3 工作臺(tái)計(jì)算校核</b>

45、;</p><p>　　3.1 初步對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p><b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)：</b></p><p>　　X軸方向傳遞速度；鼓輪直徑；傳動(dòng)軸所需扭矩。</p><p>　　（1） 傳動(dòng)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(dòng)軸扭矩</p><p>　　（2） 由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率 </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　該工作臺(tái)設(shè)計(jì)通過(guò)V帶輪和同軸

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

48、功率</p><p>　　∵Ped> Pd 取 P ed= 4.5kw</p><p>　　（5）步進(jìn)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　--帶傳動(dòng)比，，取 2.0.</p><p>　　通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的額定功率以及額定轉(zhuǎn)速，初定步進(jìn)電

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

50、 （3-7）</p><p>　　式中，----傳動(dòng)比；</p><p>　　----負(fù)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(jìn)電機(jī)上各個(gè)轉(zhuǎn)矩、頻率的近似計(jì)算</p><p>　　(1)換算到電動(dòng)機(jī)軸

51、上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　（3-9）</b></p><p><b>　?。?-10） </b></p><p><b>　　--轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　(2) 空載時(shí)起動(dòng)時(shí)間計(jì)算</p><p>　　150BF0

52、02最小加、減為1S</p><p>　　(3) 帶慣性負(fù)載的最大起動(dòng)頻率的計(jì)算</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　為電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率</p><p>　　(4)帶慣性空載的最大轉(zhuǎn)速</p><p><b>　?。?-12）</b><

53、;/p><p>　　(5)步進(jìn)電機(jī)平均負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　， （3-13）</p><p>　　在校核設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。</p><p>　　以上計(jì)算，該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)無(wú)論是起動(dòng)性能、還是空載快速進(jìn)給，工作負(fù)載速度都是滿足要求的。</p><p>　　3.3 V帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)

54、計(jì)</p><p>　　3.3.1 V帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)功率—— kw</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速——</b></p><p>　　V帶理論傳動(dòng)比——2.33</p><

55、;p>　　單向運(yùn)轉(zhuǎn)、雙班制、工作機(jī)為帶式運(yùn)輸機(jī)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　,根據(jù)雙班制工作，每16小時(shí)，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(zhǔn)直徑 dd1和dd2</p><p><b>　　a. 初選</b></p><p>　　小帶輪基準(zhǔn)直徑=70mm</p><p>　　b．驗(yàn)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(jì)算dd2</b></p><p>　　dd2mm （3-16）</p>

58、<p>　　確定普V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)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(yàn)算主輪上的包角</p><p><b>　　= （3-18）</b></p><p>　　∴ 主動(dòng)輪上的包角合適.</p><p><b>　　計(jì)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(zhǎng)度系數(shù) 得=0.95</p><p>　　∴= 取Z=2根</p><p>　　帶傳動(dòng)主要參數(shù)如表3-1</p>

61、<p><b>　　表3-1帶傳動(dòng)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(hào)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(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　圖3-2 傳動(dòng)軸受力分析圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸數(shù)據(jù)：</b&

63、gt;</p><p><b>　?。?；。</b></p><p>　　傳動(dòng)軸的剛度、強(qiáng)度校核</p><p>　　(1)由靜力平衡得：</p><p><b>　?。?-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(diǎn)受彎矩最大，</p><p>　　(2)工作轉(zhuǎn)軸在扭轉(zhuǎn)和彎曲組合會(huì)變形下的強(qiáng)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jì)算圖</p><p>　　3.4.2 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　鍵的選擇：鍵一般采用抗拉強(qiáng)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(lái)選擇。選擇時(shí)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(dòng)及滑動(dòng)距離的長(zhǎng)短；對(duì)于聯(lián)接的對(duì)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(tái)傳動(dòng)軸上適合平鍵。 </p><p>　　(2) 尺寸選擇： 該傳動(dòng)軸不是高速傳動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長(zhǎng)度L=20mm,一般按輪轂寬度定，要求鍵長(zhǎng)比輪轂略短5~10 mm，且符合長(zhǎng)度系列值。 </p><p>　　平鍵聯(lián)接的強(qiáng)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(duì)于動(dòng)聯(lián)接）。除非有嚴(yán)重過(guò)載，一般不會(huì)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(jiǎn)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(qiáng)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(zhǎng)度（mm）；</p><p>　　為許用擠壓應(yīng)力（MPa）；</p><p>　　為許用壓強(qiáng)（MPa）。 </p><p>　　表3-2 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng) 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(jì)</p><p>　　3.5.1導(dǎo)軌的選擇</p><p>　　由于滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高的優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用廣泛。同時(shí)，矩形滑塊還具有一定的導(dǎo)向精度，運(yùn)動(dòng)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(jì)中選擇滑動(dòng)導(dǎo)軌。 </p><p>　　滑動(dòng)導(dǎo)軌的基本形式有：對(duì)稱三角形，

72、不對(duì)稱三角形，矩形，圓形，燕尾形。</p><p>　　矩形導(dǎo)軌：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)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(dòng)導(dǎo)軌</p><p>　　3.5.2 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　校核溫度變化對(duì)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(yàn)算。為了保證工作時(shí)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(jì)算： </p><p>　　(mm) (3-28)</p><p>　　式中： -工作溫度（°C） </p><p>　　-制造時(shí)溫度（°C） </p

74、><p>　　-包容件在t0時(shí)的最小尺寸（mm） </p><p>　　-被包容件在t0時(shí)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(jì)算： </p><p>　　(mm) (3-29)</p><p>　　式中：-包容件在t0時(shí)的最大尺寸（mm） </p><p>　　-被包容件在t0時(shí)的最小尺寸（mm） </p><p>　　通過(guò)計(jì)算得：Δmax=1.5mm，Δmin=1mm<

76、;/p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)了激光淬火技術(shù)的原理以及特點(diǎn)，了解了當(dāng)前國(guó)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(xiàng)正在等待開(kāi)發(fā)，深入研究的技術(shù)，但其設(shè)備的研究卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其原理的研究。激光淬火處理設(shè)備的開(kāi)發(fā)具有重要的研究意義。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低噪音，低

77、振動(dòng)，調(diào)整方便，具有過(guò)載保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)有彈性滑動(dòng)和打滑，傳動(dòng)效率較低和不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；皮帶輪傳動(dòng)傳遞同樣大的圓周力時(shí)，輪廓尺寸和軸上壓力比嚙合傳動(dòng)大；皮帶輪傳動(dòng)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(shí)還可以與其他先進(jìn)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(jìn)性。實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高精度智能化與自動(dòng)化，與

78、其它加工設(shè)備復(fù)合化等特點(diǎn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 樊東黎. 新中國(guó)60年來(lái)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(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀[J].2003(1):5-8.</p><

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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(dòng)軸</b></p><p><b>　　附錄圖6 機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　附錄圖7 支架</b></p><p><b>　　附錄圖8 工作臺(tái)</b></p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述</

88、b></p><p>　　激光表面淬火兩自由度工作臺(tái)設(shè)計(jì)</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(chǎng)規(guī)律，近代氣候和環(huán)境的熱點(diǎn)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(duì)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(duì)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(zhǎng)時(shí)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(rùn)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(jì)上的優(yōu)勢(shì)，世界各國(guó)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(guó)為例。目前，美國(guó)正在開(kāi)～展飛機(jī)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(jī)輔助動(dòng)力裝置的行星齒輪和飛機(jī)主傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)齒輪。由于用激光硬化后的飛機(jī)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(lái)越被廣泛的應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)床導(dǎo)軌淬火、齒輪齒面淬火、發(fā)動(dòng)機(jī)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(qiáng)化技術(shù)研究中，介紹了曲軸激光淬火強(qiáng)化系統(tǒng)，探討了各種因素對(duì)球鐵激光強(qiáng)化性能的影響，指出其在工程應(yīng)用中所要解決的主要問(wèn)題。同時(shí)研究結(jié)果表明，球鐵曲軸經(jīng)激光淬火強(qiáng)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(gè)領(lǐng)域都有一定的運(yùn)用及應(yīng)用。

92、同時(shí)激光淬火技術(shù)也越來(lái)越成熟，也在各個(gè)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(guò)程中不斷的與其它先進(jìn)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(jìn)性。張連寶，李俊等[4]在其研究中，建立的工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)問(wèn)題提供了一條先進(jìn)、合理的途徑。</p><p

93、>　　在此時(shí)設(shè)備的發(fā)展也就顯得特別的重要。我國(guó)激光熱處理裝備相對(duì)落后，激光熱處理行業(yè)是近些年隨機(jī)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(jìn)熱處理裝備仍需進(jìn)口，特別是先進(jìn)的傳感器方面，其技術(shù)水平仍相對(duì)落后。先進(jìn)節(jié)能保溫材料應(yīng)用普及率還相對(duì)較低，熱處理輔助材料發(fā)展較慢。近些年來(lái)，引進(jìn)了國(guó)外一些先進(jìn)激光熱處理裝備生產(chǎn)技術(shù)，但國(guó)內(nèi)在激光熱處理設(shè)備設(shè)計(jì)、裝備模塊化方面尚未掌握核

94、心技術(shù)。對(duì)于設(shè)備的開(kāi)發(fā)與研究具有至關(guān)重要的意義，對(duì)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(diǎn)</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(xì)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(qiáng)化技術(shù)相比有如下一些特點(diǎn)[7—10]：</p><p>　　極快的加熱和冷卻速度　</p><p>　　激光表面淬火時(shí)加熱速度可達(dá)( 104 ～ 106 ) ℃/ s ，冷卻速度可達(dá)(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(guò)程，生產(chǎn)效率很高。</p><p>　　可實(shí)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(guò)程輸入的熱量少，熱影響區(qū)小，因而可實(shí)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(guò)程可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制和生產(chǎn)自動(dòng)。</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(wú)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(xì)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(duì)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(qiáng)度。&l

98、t;/p><p>　　(7) 易實(shí)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(wú)須進(jìn)行防護(hù)。激光束可聚焦到很細(xì)，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(guó)產(chǎn)紡錠桿易磨損，壽命短的問(wèn)題，運(yùn)用了一種三點(diǎn)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(yùn)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(guò)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(duì)于某些材料的齒輪完全能代替滲碳淬火工藝。為了使此項(xiàng)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(shí)，必須進(jìn)行齒輪激光表面處理專家系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)，激光處理實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)化、處理過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真模擬和實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及熱處理后表面組織結(jié)構(gòu)和性能的計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)，做到齒輪激光淬火過(guò)程的易操作性，實(shí)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(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　激光的誕生[13]，以1960 年第一臺(tái)固體激光器紅寶石激光器及1961 年第一臺(tái)氣體激光器氦氖激光器的先后研制成功為標(biāo)志，經(jīng)過(guò)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(shí)從高能束材料加工的理論和實(shí)踐來(lái)說(shuō)，激光加工還不完美，是在研究大功率激束對(duì)材料作用過(guò)程的理論和實(shí)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(guó)通用汽車公司于20世紀(jì)

103、70年代初率先將該項(xiàng)技術(shù)用于工業(yè)生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[14]。我國(guó)從20世紀(jì)70年代末千瓦級(jí)CO2 激光器研制成功以來(lái)，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(dú)特優(yōu)越性，正日益受到人們的重視，已經(jīng)在機(jī)械制造、交通運(yùn)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(guó)也在積極進(jìn)行激光淬火的研究和應(yīng)用實(shí)踐，天津

104、渤海無(wú)線電廠采用美國(guó)820型1.5kW橫流CO2激光器對(duì)硅鋼片模具進(jìn)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(jí)橫流CO2激光器，對(duì)柴油機(jī)氣缸孔進(jìn)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(jì)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(yàn)來(lái)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(duì)相變后的組織分布，材料性能對(duì)溫度場(chǎng)的相互影響

105、卻很少考慮。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展及計(jì)算方法的不斷完善，激光熱處理理論正向預(yù)測(cè)淬火材料性能，硬化層深度的方向發(fā)展。</p><p>　　在國(guó)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(qiáng)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(kāi)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(guó)制定了自己的或聯(lián)合的激光發(fā)展計(jì)劃[15]，如美國(guó)的“戰(zhàn)略防御倡議”、英國(guó)的“阿維爾計(jì)劃”、日本的“激光研究五年計(jì)劃”、原蘇聯(lián)的“激光工業(yè)發(fā)展綱要”、西歐的“尤里卡計(jì)劃”、德國(guó)的“激光技術(shù)及其研究重點(diǎn)”等。同時(shí)這些國(guó)家為這些執(zhí)行發(fā)展計(jì)劃還建立了專門的研究機(jī)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(shí)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(guó)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(dá)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(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)熱處理工藝過(guò)程的控制已向著自動(dòng)化、智能化和柔性化發(fā)展，而我國(guó)不少企業(yè)仍憑借經(jīng)驗(yàn)，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(huì)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(guó)差26倍，設(shè)備利用率和負(fù)

108、荷率不到30%，而能耗卻比美國(guó)高出40%以上。</p><p>　　由于我國(guó)激光器及外圍設(shè)備的研制和生產(chǎn)與國(guó)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(dá)國(guó)家的差距很大。但是由于激光表面強(qiáng)化在國(guó)內(nèi)起步較早，投入的力量相對(duì)較多，加上國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域中大量表面強(qiáng)化問(wèn)題急待解決，因此在激光表面強(qiáng)化研究方面并不比發(fā)達(dá)國(guó)家差，只是在實(shí)際應(yīng)用中還需進(jìn)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(tái)、控制系統(tǒng)及安全防護(hù)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(tái)。工作臺(tái)的作用是完成各項(xiàng)操作以滿足熱處理加工的要求，亦稱加工機(jī)床，根據(jù)用途的不同分為專用機(jī)床和通用機(jī)床兩種。</p><p>　　近年來(lái)，在汽車、航空、兵器、模具和基礎(chǔ)件行業(yè)技改的拉動(dòng)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(huì)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(diǎn)應(yīng)當(dāng)是節(jié)能環(huán)保、高效可靠、少無(wú)氧化、少無(wú)質(zhì)量分散以及性價(jià)比合理。目前，企業(yè)技術(shù)改造的高度和深度已經(jīng)開(kāi)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(gè)臺(tái)階，邁向更高的境界，優(yōu)先選購(gòu)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(dá)到高水平的生產(chǎn)目標(biāo)。</p><p>　　在科技的發(fā)展和市場(chǎng)的要求下，未來(lái)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)為高度的智能化與自動(dòng)化，激光加工機(jī)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(dòng)化</p><p>　　激光熱處理設(shè)備自動(dòng)化與機(jī)器人化是一個(gè)非常重要的發(fā)展趨勢(shì)， 激光加工機(jī)器人可以準(zhǔn)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(dòng)的場(chǎng)合。開(kāi)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(kāi)發(fā)的淬火冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)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(wàn)實(shí)冶金研制成功了一套新型熱處理設(shè)備——二十輥軋機(jī)輥系新型熱處理設(shè)備[18]。該設(shè)備自動(dòng)化程度高，從而保障了機(jī)械設(shè)備運(yùn)行和工藝操作順利進(jìn)行。</p><p>　　（2）激光加工機(jī)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(shí)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(jī)床與沖床組成復(fù)合機(jī)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(yùn)用[20]。其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)手工編程時(shí)，TCP(G48)功能具有很強(qiáng)的實(shí)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(shí)間，此特點(diǎn)成為該設(shè)備成功的技術(shù)核心。因?yàn)樵趪?guó)產(chǎn)激光器加工過(guò)程中，功率不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)換行時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)， 激光光束就會(huì)因停留時(shí)間

114、過(guò)長(zhǎng)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(dòng)和電動(dòng)機(jī)外，還可以與其他伺服驅(qū)動(dòng)相匹配。</p><p>　　（3）建立激光加工中心</p><p>　　用一臺(tái)或多臺(tái)高功率激光器， 設(shè)置幾個(gè)工位,分別進(jìn)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(dòng)生產(chǎn)率，而且大大提高了加工質(zhì)量。目前國(guó)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(jì)效益。激光淬火技術(shù)目前在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(xiàng)工藝的技術(shù)含量太高，工藝過(guò)程中影響因素大的多，設(shè)備費(fèi)用不菲， 除了對(duì)形狀簡(jiǎn)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(wèn)題，基本上還是一種成本高、控制復(fù)雜但性能特殊的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。但是，由于激光淬火技術(shù)所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，它仍是一項(xiàng)有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。隨著數(shù)值模擬與計(jì)算機(jī)控制、技術(shù)研究的不斷進(jìn)展，可適用與各種情況的激光淬火工藝實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的研制也將獲得成功，那時(shí)必將為激光淬火技術(shù)全面進(jìn)入自動(dòng)化生產(chǎn)線鋪平道路。伴隨著激光淬火技術(shù)的發(fā)展，對(duì)設(shè)備的有了更高的要求