本文著重討論激光切割機機械部分的關(guān)鍵部件設(shè)計要點。

 

　　1 工作臺的設(shè)計要點 對工作臺進行受力分析可以知道，激光切割機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)通過激光束加工工件，所以在加工零部件過程中，切削力為零。根據(jù)以往設(shè)計的經(jīng)驗，確定工作臺的長度方向、寬度方向和高度方向的尺寸，確定后，對工作臺及其附屬工件的材料和重量進行初步估算確定。

 

　　2 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 滾珠絲杠副的導程：;各種切削力下絲杠的轉(zhuǎn)速：;絲杠的軸向載荷：Fi=pxi+W/10;Vmax――工作臺最高移動速度;nmax――電機最高轉(zhuǎn)速;i――傳動比;pxi――縱向切削力;W――工件重量加工作臺重量。

 

　　2.1 強度計算 軸向負荷計算公式：;F――切削力，F(xiàn)=0;U――滾動導軌上的滾動摩擦系數(shù)。

 

　　2.2 滾珠絲杠副的傳動效率 滾珠絲杠副的傳動效率為：;ψ――滾珠絲杠的螺紋升角;ρ'――當量摩擦角。

 

　　3 導軌的選型和計算

 

　　3.1導軌的種類和性能 導軌的分類方法很多，根據(jù)接觸面的性質(zhì)可以分為，滑動、滾動、流體導軌。機械系統(tǒng)對導軌最基本的要求是：精度好，剛性大，運行平穩(wěn)，耐腐蝕性好，對溫度影響不敏感及良好的可加工性能，圖1是直線滾動導軌的一般結(jié)構(gòu)。導軌的材料一般為鑄鐵或有色金屬，對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直線滾動導軌

 

　　3.2導軌長度及壽命計算 導軌的長度公式為：;式中：L――導軌的長度;H――滑塊的引導面長度;S――滑塊行程;Δl――封閉高度調(diào)節(jié)量;S1――上極限位置時，滑塊露出導軌的長度;S2――下極限位置時，滑塊露出導軌的長度; 導軌的壽命公式為：;式中：Lh―― 額定壽命(km);Ca――額定動載荷(kN);Pc――當量動載荷(kN);ε――指數(shù)，滾珠時，ε=3，滾柱時，ε=10/3;K――額定壽命單位(km)，滾珠時，K=50km，滾柱時，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 導軌的精度要求 導軌的精度非常高。幾何精度等級要求一般在6～7級之間，若有特殊要求，精度還應(yīng)該提高;導軌的形位公差的精度等級一般在1～3級之間;導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 步進電機的選型計算

 

　　4.1 步進電機選型的要點 步進電機的精度一般為步進角的(0.03～0.05)之間;確定步進電機的功率保證步進電機的發(fā)熱量允許的范圍內(nèi)，使步進電機內(nèi)的磁鋼不退磁;根據(jù)計算出的理論轉(zhuǎn)矩選擇適合的步進電機，由于步進電機轉(zhuǎn)矩越大，反響電動勢就越大，若不控制在一定范圍內(nèi)，會導致轉(zhuǎn)矩的下降;根據(jù)設(shè)計要求確定步進電機的啟動頻率，不能使步進電機的啟動頻率過大，否則影響步進電機的精度。若想獲得較高的轉(zhuǎn)速，應(yīng)該使步進電機低頻啟動，然后按照某個規(guī)律加速，直到達到預期的轉(zhuǎn)速。

 

　　4.2 步進電機的選型計算 脈沖當量和步距角越小，激光切割機的加工精度越好，根據(jù)成功的設(shè)計實例，初選一組值。 步進電機的啟動轉(zhuǎn)矩公式為：;式中：M1――負載摩擦轉(zhuǎn)矩;M2――預緊摩擦轉(zhuǎn)矩; 負載摩擦轉(zhuǎn)矩公式為：;式中：Fa――摩擦力;D――飛輪直徑;――螺旋升角;P――導程角; 預緊摩擦轉(zhuǎn)矩公式：;式中：K――摩擦系數(shù);Fao――預緊力;ph――導程; 由于有齒輪傳動的存在，所以步進電機輸出軸的轉(zhuǎn)矩公式為：;式中：i――齒輪傳動比;η――齒輪的傳動效率; 通過查閱相關(guān)激光切割機的相關(guān)資料可以得到，激光切割記得最高啟動頻率不超過1000Hz。根據(jù)計算得到的Tp和啟動頻率，查找步進電機的選用手冊就可以選到合適的步進電機

 

　　5 消隙方法

 

　　5.1 偏心套調(diào)整 電機通過偏心套安裝到殼體上，通過轉(zhuǎn)動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齒輪時，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，裝配時只需改變墊片的厚度，使齒輪作軸向移動，調(diào)整兩齒輪在軸向的相對位置即可達到消除齒側(cè)間隙的目的。

 

　　5.3 雙齒輪錯齒調(diào)整 兩個齒數(shù)相同的薄片齒輪與另外一個寬齒輪嚙合。薄片齒輪套裝在一起，并可做相對回轉(zhuǎn)運動。每個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齒輪錯位，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

 

　　通過上述對激光切割機的機械部分設(shè)計要點的討論，可以確定的是，只要在設(shè)計激光切割機時，按照以上要點進行設(shè)計，就可以在設(shè)計層面上達到預期的精度。