激光切割机关键部件的设计要点

 新闻资讯     |      2019-05-08 14:02
  激光切割机是机、电一体化高度集成设备,技术的含量高,而且加工精度好、柔性化生产效率高,有利于增加材料的利用效率,降低产品生产加工成本,降低工人的劳动强度。而激光切割机加工精度的高低很大程度上取决于整机设计中的机械关键部件的设计。本文着重讨论激光切割机机械部分的关键部件设计要点。 
 

 
   1、工作台的设计要点 
   对工作台进行受力分析可以知道,激光切割机的激光器与被加工零件不直接接触,而是在一定范围之内通过激光束加工工件,所以在加工零部件过程中,切削力为零。根据以往设计的经验,确定工作台的长度方向、宽度方向和高度方向的尺寸,确定后,对工作台及其附属工件的材料和重量进行初步估算确定。 
   2、滚珠丝杠传动系统的设计计算 
   滚珠丝杠副的导程:;各种切削力下丝杠的转速:;丝杠的轴向载荷:Fi=pxi+W/10;Vmax――工作台最高移动速度;nmax――电机最高转速;i――传动比;pxi――纵向切削力;W――工件重量加工作台重量。 
    2.1 强度计算 
    轴向负荷计算公式:;F――切削力,F=0;U――滚动导轨上的滚动摩擦系数。 
    2.2 滚珠丝杠副的传动效率 
    滚珠丝杠副的传动效率为:;ψ――滚珠丝杠的螺纹升角;ρ'――当量摩擦角。 
   3、导轨的选型和计算 
    3.1导轨的种类和性能:导轨的分类方法很多,根据接触面的性质可以分为,滑动、滚动、流体导轨。机械系统对导轨最基本的要求是:精度好,刚性大,运行平稳,耐腐蚀性好,对温度影响不敏感及良好的可加工性能,图1是直线滚动导轨的一般结构。导轨的材料一般为铸铁或有色金属,对于承载能力要求高的情况下一般选用铸铁材料铸造,然后二次加工;承载能力要求不高的工况,一般采用有色金属直接拉伸成型。 
    3.2导轨长度及寿命计算:导轨的长度公式为:;式中:L――导轨的长度;H――滑块的引导面长度;S――滑块行程;Δl――封闭高度调节量;S1――上极限位置时,滑块露出导轨的长度;S2――下极限位置时,滑块露出导轨的长度; 导轨的寿命公式为:;式中:Lh―― 额定寿命(km);Ca――额定动载荷(kN);Pc――当量动载荷(kN);ε――指数,滚珠时,ε=3,滚柱时,ε=10/3;K――额定寿命单位(km),滚珠时,K=50km,滚柱时,K=100km;fh――硬度系数,一般取fh=1;ft――温度系数;fc――接触系数;fa――精度系数;fw――载荷系数; 
    3.3 导轨的精度要求 :导轨的精度非常高。几何精度等级要求一般在6~7级之间,若有特殊要求,精度还应该提高;导轨的形位公差的精度等级一般在1~3级之间;导轨的表面需要精密磨削,表面粗糙度一般控制在Ra=(0.63~2.5)之间,特殊的有0.63以下的高精度表面粗糙度。 
4、 步进电机的选型计算 
   4.1 步进电机选型的要点:步进电机的精度一般为步进角的(0.03~0.05)之间;确定步进电机的功率保证步进电机的发热量允许的范围内,使步进电机内的磁钢不退磁;根据计算出的理论转矩选择适合的步进电机,由于步进电机转矩越大,反响电动势就越大,若不控制在一定范围内,会导致转矩的下降;根据设计要求确定步进电机的启动频率,不能使步进电机的启动频率过大,否则影响步进电机的精度。若想获得较高的转速,应该使步进电机低频启动,然后按照某个规律加速,直到达到预期的转速。 
    4.2 步进电机的选型计算 :脉冲当量和步距角越小,激光切割机的加工精度越好,根据成功的设计实例,初选一组值。 
    步进电机的启动转矩公式为:;式中:M1――负载摩擦转矩;M2――预紧摩擦转矩; 
    负载摩擦转矩公式为:;式中:Fa――摩擦力;D――飞轮直径;――螺旋升角;P――导程角; 
    预紧摩擦转矩公式:;式中:K――摩擦系数;Fao――预紧力;ph――导程; 
    由于有齿轮传动的存在,所以步进电机输出轴的转矩公式为:;式中:i――齿轮传动比;η――齿轮的传动效率; 
    通过查阅相关激光切割机的相关资料可以得到,激光切割记得最高启动频率不超过1000Hz。根据计算得到的Tp和启动频率,查找步进电机的选用手册就可以选到合适的步进电机 
   5、消隙方法 
    5.1 偏心套调整 :电机通过偏心套安装到壳体上,通过转动偏心套就能够方便地调整两齿轮的中心距,,从而消除齿侧间隙。 
    5.2 垫片调整:在加工相互啮合的两个齿轮时,将分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面,使齿轮齿厚在轴向稍有变化,装配时只需改变垫片的厚度,使齿轮作轴向移动,调整两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。 
    5.3 双齿轮错齿调整:两个齿数相同的薄片齿轮与另外一个宽齿轮啮合。薄片齿轮套装在一起,并可做相对回转运动。每个薄片齿轮上分别开有轴向圆弧槽,并在齿轮的槽内压装了弹簧凸耳,由于弹簧的作用使两个齿轮错位,分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧,消除了齿侧间隙。 
   6 、结论 
   通过上述对激光切割机的机械部分设计要点的讨论,可以确定的是,只要在设计激光切割机时,按照以上要点进行设计,就可以在设计层面上达到预期的精度。