本文著重討論激光切割機(jī)機(jī)械部分的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

 

　　1 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行受力分析可以知道，激光切割機(jī)的激光器與被加工零件不直接接觸，而是在一定范圍之內(nèi)通過(guò)激光束加工工件，所以在加工零部件過(guò)程中，切削力為零。根據(jù)以往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，確定工作臺(tái)的長(zhǎng)度方向、寬度方向和高度方向的尺寸，確定后，對(duì)工作臺(tái)及其附屬工件的材料和重量進(jìn)行初步估算確定。

 

　　2 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠副的導(dǎo)程：;各種切削力下絲杠的轉(zhuǎn)速：;絲杠的軸向載荷：Fi=pxi+W/10;Vmax――工作臺(tái)最高移動(dòng)速度;nmax――電機(jī)最高轉(zhuǎn)速;i――傳動(dòng)比;pxi――縱向切削力;W――工件重量加工作臺(tái)重量。

 

　　2.1 強(qiáng)度計(jì)算 軸向負(fù)荷計(jì)算公式：;F――切削力，F(xiàn)=0;U――滾動(dòng)導(dǎo)軌上的滾動(dòng)摩擦系數(shù)。

 

　　2.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為：;ψ――滾珠絲杠的螺紋升角;ρ'――當(dāng)量摩擦角。

 

　　3 導(dǎo)軌的選型和計(jì)算

 

　　3.1導(dǎo)軌的種類和性能 導(dǎo)軌的分類方法很多，根據(jù)接觸面的性質(zhì)可以分為，滑動(dòng)、滾動(dòng)、流體導(dǎo)軌。機(jī)械系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌最基本的要求是：精度好，剛性大，運(yùn)行平穩(wěn)，耐腐蝕性好，對(duì)溫度影響不敏感及良好的可加工性能，圖1是直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的一般結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軌的材料一般為鑄鐵或有色金屬，對(duì)于承載能力要求高的情況下一般選用鑄鐵材料鑄造，然后二次加工;承載能力要求不高的工況，一般采用有色金屬直接拉伸成型。 圖1直線滾動(dòng)導(dǎo)軌

 

　　3.2導(dǎo)軌長(zhǎng)度及壽命計(jì)算 導(dǎo)軌的長(zhǎng)度公式為：;式中：L――導(dǎo)軌的長(zhǎng)度;H――滑塊的引導(dǎo)面長(zhǎng)度;S――滑塊行程;Δl――封閉高度調(diào)節(jié)量;S1――上極限位置時(shí)，滑塊露出導(dǎo)軌的長(zhǎng)度;S2――下極限位置時(shí)，滑塊露出導(dǎo)軌的長(zhǎng)度; 導(dǎo)軌的壽命公式為：;式中：Lh―― 額定壽命(km);Ca――額定動(dòng)載荷(kN);Pc――當(dāng)量動(dòng)載荷(kN);ε――指數(shù)，滾珠時(shí)，ε=3，滾柱時(shí)，ε=10/3;K――額定壽命單位(km)，滾珠時(shí)，K=50km，滾柱時(shí)，K=100km;fh――硬度系數(shù)，一般取fh=1;ft――溫度系數(shù);fc――接觸系數(shù);fa――精度系數(shù);fw――載荷系數(shù);

 

　　3.3 導(dǎo)軌的精度要求 導(dǎo)軌的精度非常高。幾何精度等級(jí)要求一般在6～7級(jí)之間，若有特殊要求，精度還應(yīng)該提高;導(dǎo)軌的形位公差的精度等級(jí)一般在1～3級(jí)之間;導(dǎo)軌的表面需要精密磨削，表面粗糙度一般控制在Ra=(0.63～2.5)之間，特殊的有0.63以下的高精度表面粗糙度。

 

　　4 步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算

 

　　4.1 步進(jìn)電機(jī)選型的要點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)的精度一般為步進(jìn)角的(0.03～0.05)之間;確定步進(jìn)電機(jī)的功率保證步進(jìn)電機(jī)的發(fā)熱量允許的范圍內(nèi)，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)的磁鋼不退磁;根據(jù)計(jì)算出的理論轉(zhuǎn)矩選擇適合的步進(jìn)電機(jī)，由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩越大，反響電動(dòng)勢(shì)就越大，若不控制在一定范圍內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的下降;根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率，不能使步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率過(guò)大，否則影響步進(jìn)電機(jī)的精度。若想獲得較高的轉(zhuǎn)速，應(yīng)該使步進(jìn)電機(jī)低頻啟動(dòng)，然后按照某個(gè)規(guī)律加速，直到達(dá)到預(yù)期的轉(zhuǎn)速。

 

　　4.2 步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算 脈沖當(dāng)量和步距角越小，激光切割機(jī)的加工精度越好，根據(jù)成功的設(shè)計(jì)實(shí)例，初選一組值。 步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩公式為：;式中：M1――負(fù)載摩擦轉(zhuǎn)矩;M2――預(yù)緊摩擦轉(zhuǎn)矩; 負(fù)載摩擦轉(zhuǎn)矩公式為：;式中：Fa――摩擦力;D――飛輪直徑;――螺旋升角;P――導(dǎo)程角; 預(yù)緊摩擦轉(zhuǎn)矩公式：;式中：K――摩擦系數(shù);Fao――預(yù)緊力;ph――導(dǎo)程; 由于有齒輪傳動(dòng)的存在，所以步進(jìn)電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)矩公式為：;式中：i――齒輪傳動(dòng)比;η――齒輪的傳動(dòng)效率; 通過(guò)查閱相關(guān)激光切割機(jī)的相關(guān)資料可以得到，激光切割記得最高啟動(dòng)頻率不超過(guò)1000Hz。根據(jù)計(jì)算得到的Tp和啟動(dòng)頻率，查找步進(jìn)電機(jī)的選用手冊(cè)就可以選到合適的步進(jìn)電機(jī)

 

　　5 消隙方法

 

　　5.1 偏心套調(diào)整 電機(jī)通過(guò)偏心套安裝到殼體上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套就能夠方便地調(diào)整兩齒輪的中心距，，從而消除齒側(cè)間隙。

 

　　5.2 墊片調(diào)整 在加工相互嚙合的兩個(gè)齒輪時(shí)，將分度圓柱面制成帶有小錐度的圓錐面，使齒輪齒厚在軸向稍有變化，裝配時(shí)只需改變墊片的厚度，使齒輪作軸向移動(dòng)，調(diào)整兩齒輪在軸向的相對(duì)位置即可達(dá)到消除齒側(cè)間隙的目的。

 

　　5.3 雙齒輪錯(cuò)齒調(diào)整 兩個(gè)齒數(shù)相同的薄片齒輪與另外一個(gè)寬齒輪嚙合。薄片齒輪套裝在一起，并可做相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)薄片齒輪上分別開有軸向圓弧槽，并在齒輪的槽內(nèi)壓裝了彈簧凸耳，由于彈簧的作用使兩個(gè)齒輪錯(cuò)位，分別與寬齒輪的齒槽左右側(cè)貼緊，消除了齒側(cè)間隙。

 

　　6 結(jié)論

 

　　通過(guò)上述對(duì)激光切割機(jī)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)的討論，可以確定的是，只要在設(shè)計(jì)激光切割機(jī)時(shí)，按照以上要點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，就可以在設(shè)計(jì)層面上達(dá)到預(yù)期的精度。