大型激光切割機(jī)床送料臺(tái)設(shè)計(jì)方法的探討與技術(shù)分析

高廣振

摘 要：隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)專用激光加工機(jī)床的快速崛起，越來(lái)越多的基礎(chǔ)板材加工都會(huì)選擇用數(shù)控激光切割機(jī)來(lái)進(jìn)行原材料的粗加工，因其加工速度極快，材料浪費(fèi)少，在大規(guī)模生產(chǎn)中制造成本低，高端機(jī)床又配置有料庫(kù)及上下料裝置，而形成了一整套FMS加工流水線，大大的節(jié)省了人力和物力資源。本文將根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)探討與分析大型數(shù)控激光切割機(jī)床送料臺(tái)在設(shè)計(jì)上的難點(diǎn)及突破口。

關(guān)鍵詞：激光 送料臺(tái) 機(jī)床 機(jī)械設(shè)計(jì) 技術(shù)

1前言

激光切割機(jī)是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開(kāi)。激光廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)，航天器、飛機(jī)、汽車工業(yè)。近20年來(lái)，激光切割機(jī)已滲入到諸多高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，并開(kāi)始取代或改造某些傳統(tǒng)的加工行業(yè)。

國(guó)產(chǎn)數(shù)控激光切割機(jī)的主要特點(diǎn)是價(jià)格較低，與國(guó)外機(jī)相比表現(xiàn)為切縫寬，表面質(zhì)量、機(jī)械精度、整機(jī)的穩(wěn)定性、柔性較差。我國(guó)的數(shù)控激光機(jī)床中，采用的多為國(guó)外數(shù)控技術(shù)，國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域技術(shù)缺乏核心性，所以我們要采用正確的方法，對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，發(fā)展和應(yīng)用，不斷提高激光數(shù)控機(jī)床性能。國(guó)內(nèi)數(shù)控激光切割機(jī)中配置有上下交換送料臺(tái)的機(jī)床最為普遍，因其上料節(jié)拍短，無(wú)停機(jī)時(shí)間，機(jī)床可連續(xù)工作，在市場(chǎng)上得到廣泛認(rèn)可。市面上最大上下交換臺(tái)可加工2m×6m的板材，在此我將介紹一款可加工2.5m×8m板材的上下交換送料臺(tái)的難點(diǎn)設(shè)計(jì)和解決方法。

2.上下交換送料臺(tái)的特點(diǎn)及適用范圍

2.1上下交換送料臺(tái)的特點(diǎn)

（1）上下交換送料臺(tái)的結(jié)構(gòu)平穩(wěn)有效，易于操控，且上下料均方便快捷；

（2）適宜用于激光切割機(jī)床，減少停機(jī)時(shí)間和上料時(shí)間，減少加工節(jié)拍長(zhǎng)度；

（3）結(jié)構(gòu)實(shí)用，后期可增加料庫(kù)等所需配置，非常符合工業(yè)4.0的要求；

2.2適用范圍

本結(jié)構(gòu)實(shí)用與大型，高功率激光切割設(shè)備，交換送料臺(tái)的結(jié)構(gòu)一般分為三種，

（1）水平移動(dòng)送料臺(tái)：水平軌道上配置兩個(gè)送料臺(tái)，軌道分為三個(gè)區(qū)域，前后分別為上下料區(qū)域，中間為加工區(qū)域，此種送料臺(tái)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成本略低，但由于占地面積較大，上下料區(qū)域分為兩個(gè)部分，浪費(fèi)人力物力資源，此種結(jié)構(gòu)為激光加工機(jī)床初期送料臺(tái)的設(shè)計(jì)方式，在后期就很少配置此種結(jié)構(gòu)。

（2）上下交換移動(dòng)送料臺(tái)：配置兩個(gè)送料臺(tái)，在豎直方向有三個(gè)工位，最上面和中間工位是分別上下料工位，中間工位為送料工位，最下面工位為交換輔助工位。此種結(jié)構(gòu)雖然設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，但由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，并且在1.5m×3m的機(jī)床上已大批量配置料庫(kù)機(jī)構(gòu)，在市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛，口碑也最好，而且此種結(jié)構(gòu)的送料臺(tái)輸出送料臺(tái)的水平位置固定，這也降低了數(shù)控激光切割機(jī)床的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

（3）上下水平移動(dòng)送料臺(tái)：此種結(jié)構(gòu)為近幾年最新研發(fā)而成的，上下兩個(gè)工位，配置兩個(gè)送料臺(tái)進(jìn)行水平移動(dòng)。此種結(jié)構(gòu)相對(duì)于上下交換移動(dòng)送料臺(tái)有突出的優(yōu)點(diǎn)，但也有很大的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是，送料臺(tái)只做水平移動(dòng)，因此在驅(qū)動(dòng)上只有水平驅(qū)動(dòng)的裝置，進(jìn)而減少了上下驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力裝置和結(jié)構(gòu)配置，使得其在成本上降低很多，機(jī)構(gòu)優(yōu)越性顯而易見(jiàn)，但正因?yàn)闆](méi)有上下交換的裝置，使得上下水平移動(dòng)送料臺(tái)的送料輸出端為上下兩個(gè)工位，這種結(jié)構(gòu)迫使激光切割機(jī)床的Z軸行程增加一倍有余，對(duì)于像激光切割機(jī)床這種高速加工的方式，其XY耦合運(yùn)行速度最高速度可達(dá)到280m/min，加速度也可達(dá)到2g，這種情況Z軸行程增加一倍，除了機(jī)床本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難之外，還使得加工過(guò)程中Z軸末端抖動(dòng)，進(jìn)而影響切割精度和切割質(zhì)量，限制了機(jī)床本身的加工效果，也增加了機(jī)床對(duì)于本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化和配置優(yōu)化的成本問(wèn)題和設(shè)計(jì)問(wèn)題，所以此種結(jié)構(gòu)方式也在不斷的優(yōu)化和解決當(dāng)中。

3.優(yōu)選結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.5m×8m板材加工的機(jī)床中選取上述第二種結(jié)構(gòu)形式，即上下交換送料臺(tái)，由于其長(zhǎng)度寬度很大，上下驅(qū)動(dòng)配置雙伺服電機(jī)，在同步問(wèn)題上增加鏈條閉合內(nèi)環(huán)，以實(shí)時(shí)進(jìn)行機(jī)械扭矩反饋而控制其雙驅(qū)同步問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)上送料臺(tái)支撐分為三點(diǎn)，左右電機(jī)上部支撐，中間同步耦合閉環(huán)軸支撐，中間同步軸一端用鏈條齒輪鏈接一伺服電機(jī)，另一端用鏈條齒輪鏈接另一伺服電機(jī)，裝配時(shí)鏈條增加調(diào)節(jié)預(yù)緊裝置，其預(yù)緊力調(diào)節(jié)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)的松一些，這樣留出雙驅(qū)同步的余量，避免鏈條在不同步轉(zhuǎn)角過(guò)大時(shí)，因拉緊力大而被拉斷的情況發(fā)生。

2.5m×8m板材加工的激光切割機(jī)床同樣存在很多技術(shù)難點(diǎn)，因其XY耦合速度達(dá)到280m/min，加速度達(dá)到2g，因而此種機(jī)床結(jié)構(gòu)在雙驅(qū)龍門和懸臂兩種結(jié)構(gòu)方式中選取更為穩(wěn)定的雙驅(qū)龍門結(jié)構(gòu)形式。由于其加工寬度達(dá)到2.5m，對(duì)橫梁的結(jié)構(gòu)性能要求更高，在材質(zhì)上用鑄鋁鎂合金橫梁代替了傳統(tǒng)的鑄鋁合金橫梁，其結(jié)構(gòu)上鑄鋁鎂合金橫梁的強(qiáng)度比鑄鋁橫梁強(qiáng)度提高了20%，鑄鋁中加入了鎂之后高了金屬流動(dòng)性，對(duì)其鑄件的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量有了顯著的提升，可以滿足技術(shù)要求范圍內(nèi)。

4.結(jié)束語(yǔ)

大型激光切割設(shè)備上采用的上下交換送料臺(tái)結(jié)構(gòu)在近幾年的切割設(shè)備中廣泛應(yīng)用著，而如2.5m×8m板材加工的上下交換送料臺(tái)及其配套的專業(yè)激光切割機(jī)床在全國(guó)范圍內(nèi)用用并不多，因其上料幅面大，一次上多料，效率高的使用優(yōu)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在未來(lái)十年內(nèi)一定會(huì)得到大批量的使用，筆者也成功的研發(fā)設(shè)計(jì)制造出全國(guó)范圍內(nèi)為數(shù)不多的大幅面激光設(shè)備產(chǎn)品，并概述其中比較關(guān)鍵的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，希望有助于激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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