數(shù)控激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

田敬黨

摘 要：數(shù)控激光切割機(jī)是具有高精度、高效率、高質(zhì)量和高集成的特點(diǎn)，技術(shù)起點(diǎn)比較高，該產(chǎn)品采用模塊化方式設(shè)計(jì)，功能全面，性能穩(wěn)定，節(jié)能環(huán)保，可根據(jù)用戶的不同要求，組成不同規(guī)格、型號的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對不同板材、管材的加工。

關(guān)鍵詞：數(shù)控激光切割機(jī)；結(jié)構(gòu)；可靠性

中圖分類號：TP485 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 結(jié)構(gòu)簡介

產(chǎn)品整體采用開放式懸臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使操作者可以從3個(gè)方向接近工作區(qū)域，方便機(jī)床操作。光路采用飛行式光路設(shè)計(jì)，工件不動(dòng)，激光焦點(diǎn)在加工區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，保證加工精度。集成化設(shè)計(jì)整機(jī)占地面積小，減少用戶的場地投入。

2 機(jī)床結(jié)構(gòu)

2.1 “鑄造大理石床身

如圖1所示，大理石床身鑄造工藝先進(jìn)，常溫下冷澆鑄，無內(nèi)應(yīng)力。剛性高、抗震性能好。

電氣控制柜集成于床身后側(cè)空腔內(nèi)，占地面積小。

2.2 變截面航空鑄鋁懸臂

如圖2所示，變截面鑄鋁懸臂具有如下特點(diǎn)：

多方向接近加工區(qū)域，開放性好，易于上下料，方便操作與維護(hù)。

單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無雙邊同步驅(qū)動(dòng)誤差。

工作臺與主機(jī)分離，切割時(shí)工作臺受熱變形，不會(huì)影響主機(jī)精度。

柔性強(qiáng)，可方便移除工作臺，配套旋轉(zhuǎn)切管輔機(jī)。

移動(dòng)設(shè)備時(shí)，懸臂可折疊，免拆卸，便于更改場地

3 F軸

切割頭上安裝了一個(gè)專門用于移動(dòng)透鏡位置的數(shù)控聚焦軸-F軸。自動(dòng)調(diào)節(jié)激光焦點(diǎn)位置，切割不同的材料或者切割同一材料不同厚度板材時(shí)。

無需手動(dòng)調(diào)整焦點(diǎn)與噴嘴表面間的距離?？梢源蟠罂s短切割厚板或高反射材料時(shí)的穿孔時(shí)間和穿孔質(zhì)量（在切割時(shí)穿孔質(zhì)量是非常重要的）如圖3所示。

因此，F(xiàn)軸技術(shù)有如下突出特點(diǎn)：（1）切割不同的材料或者切割同一材料不同厚度時(shí)，無需操作者人工調(diào)整焦點(diǎn)與噴嘴表面間的距離。（2）各種材料的切割工藝參數(shù)完全實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)節(jié)，使機(jī)床的使用更加簡單、安全，同時(shí)，降低了對操作者的專業(yè)知識要求。（3）可以大大縮短切割厚板或高反射材料時(shí)的穿孔時(shí)間和穿孔質(zhì)量?？梢栽诩す獯┛缀颓懈钸^程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置。（4）可以在整個(gè)加工范圍內(nèi)對焦點(diǎn)位置進(jìn)行補(bǔ)償。

4 切割頭

切割頭允許快速更換不同焦距的透鏡（5和7.5焦距透鏡），而且更換后不需進(jìn)行任何光路調(diào)節(jié)。本機(jī)床選用的透鏡都適合高壓切割應(yīng)用。在切割頭上配備一個(gè)電容式傳感器，可以自動(dòng)確定被加工材料表面的位置。

在切割頭上安裝有專門的電磁式防碰撞保護(hù)系統(tǒng)。在切割頭受到水平或垂直方向的撞擊后，可以快速恢復(fù)。保證機(jī)床的機(jī)械精度不受影響，如圖4所示。

5 傳動(dòng)系統(tǒng)

整機(jī)絲杠、導(dǎo)軌等主要傳動(dòng)部件采用國際知名品牌，可靠性高，使用壽命長。為保證機(jī)床的快速運(yùn)動(dòng)和具有較高的加速性能，避免震動(dòng)和震蕩，X 軸選用大導(dǎo)程、高剛性、中空絲杠，并采用絲杠不轉(zhuǎn)，螺母旋轉(zhuǎn)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，慣性小，剛性高，實(shí)現(xiàn)140m/min、1.2g的高速運(yùn)動(dòng)。

6 飛行式激光傳輸系統(tǒng)

激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)與床身集成一體，光路系統(tǒng)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)十分方便，保證優(yōu)質(zhì)的光束質(zhì)量。

導(dǎo)光系統(tǒng)包括反射鏡和聚焦透鏡，全部鏡片處于密封的等體積的并有一定壓力的環(huán)境中，避免灰塵的進(jìn)入。反射鏡通過冷卻水帶走光束反射時(shí)產(chǎn)生的熱量，避免鏡面的曲率變化，保證光路的恒定。聚焦透鏡靠干燥清潔的空氣來進(jìn)行冷卻，保證精確的聚焦條件。所有鏡片鏡拆裝、清潔十分方便。

7 高壓切割系統(tǒng)

比例閥、三聯(lián)閥等氣體控制元件選用德國進(jìn)口品牌，質(zhì)量可靠，控制精度高，響應(yīng)迅速，可承受高達(dá)35bar的壓力。切割不銹鋼時(shí)使用高壓氮?dú)饣蚱渌Ｗo(hù)氣體以減少切割時(shí)工件邊緣的氧化。系統(tǒng)由高壓氣體管路，聚焦透鏡以及氣體壓力反饋及控制單元組成。根據(jù)執(zhí)行的程序，系統(tǒng)可以在不同的輔助氣體之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換并精確調(diào)節(jié)噴嘴出口壓力的大小。

8 交換工作臺

兩個(gè)臺面可在加工位置和上料位置之間進(jìn)行交換。使用自動(dòng)交換工作臺可以使機(jī)床的非加工時(shí)間控制在最小范圍內(nèi)，大大提高生產(chǎn)效率。

在主機(jī)加工區(qū)域范圍內(nèi)，工作臺下方帶有廢料收集裝置以及排風(fēng)除塵裝置，其裝置在臺面下方分為幾個(gè)區(qū)域，當(dāng)切割頭在一個(gè)區(qū)域進(jìn)行切割時(shí)，此區(qū)域的排風(fēng)除塵裝置進(jìn)行工作，其余區(qū)域關(guān)閉，此優(yōu)化設(shè)計(jì)可增加除塵效果，最大化處理，切割粉塵，并且能提高切割質(zhì)量。

小的工件和廢料可由工作臺下的廢料收集裝置收集。

9 防護(hù)門

保證加工區(qū)域視野完全開闊。

防護(hù)門可以從側(cè)面和前面完全打開，使機(jī)床的可接近性達(dá)到最佳。

結(jié)語

通過以上的機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們開發(fā)出了一款先進(jìn)的、可量產(chǎn)的數(shù)控激光切割機(jī)產(chǎn)品，同時(shí)也希望該產(chǎn)品能在未來的市場競爭中取得優(yōu)勢地位，打破國外高端機(jī)床的壟斷地位，從而實(shí)現(xiàn)我國機(jī)床工具行業(yè)由大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)

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[2]吳祖育，秦鵬飛.數(shù)控機(jī)床（第三版）[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2010.