激光切割機是機、電一體化高度集成設(shè)備，技術(shù)的含量高，而且加工精度好、柔性化生產(chǎn)效率高，有利于增加材料的利用效率，降低產(chǎn)品生產(chǎn)加工成本，降低工人的勞動強度。而激光切割機加工精度的高低很大程度上取決于整機設(shè)計中的機械關(guān)鍵部件的設(shè)計。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(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(dǎo)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(dǎo)軌的選型和計算 
    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、滾動、流體導(dǎo)軌。機械系統(tǒng)對導(dǎo)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(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。 
    3.2導(dǎo)軌長度及壽命計算：導(dǎo)軌的長度公式為：；式中：L――導(dǎo)軌的長度；H――滑塊的引導(dǎo)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(dǎo)軌的長度；S2――下極限位置時，滑塊露出導(dǎo)軌的長度； 導(dǎo)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(dǎo)軌的精度要求 ：導(dǎo)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(dǎo)軌的形位公差的精度等級一般在1～3級之間；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(dǎo)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(yù)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(yù)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(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(yù)期的精度。 
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