田敬黨

摘 要：數(shù)控激光切割機是具有高精度、高效率、高質(zhì)量和高集成的特點，技術(shù)起點比較高，該產(chǎn)品采用模塊化方式設(shè)計，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，實現(xiàn)對不同板材、管材的加工。

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

中圖分類號：TP485 文獻標志碼：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，使操作者可以從3個方向接近工作區(qū)域，方便機床操作。光路采用飛行式光路設(shè)計，工件不動，激光焦點在加工區(qū)域內(nèi)移動，保證加工精度。集成化設(shè)計整機占地面積小，減少用戶的場地投入。

2 機床結(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，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：

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。

單電機驅(qū)動，無雙邊同步驅(qū)動誤差。

工作臺與主機分離，切割時工作臺受熱變形，不會影響主機精度。

柔性強，可方便移除工作臺，配套旋轉(zhuǎn)切管輔機。

移動設(shè)備時，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專門用于移動透鏡位置的數(shù)控聚焦軸-F軸。自動調(diào)節(jié)激光焦點位置，切割不同的材料或者切割同一材料不同厚度板材時。

無需手動調(diào)整焦點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的穿孔時間和穿孔質(zhì)量（在切割時穿孔質(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：（1）切割不同的材料或者切割同一材料不同厚度時，無需操作者人工調(diào)整焦點與噴嘴表面間的距離。（2）各種材料的切割工藝參數(shù)完全實現(xiàn)數(shù)控調(diào)節(jié)，使機床的使用更加簡單、安全，同時，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的穿孔時間和穿孔質(zhì)量?？梢栽诩す獯┛缀颓懈钸^程中實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)焦點位置。（4）可以在整個加工范圍內(nèi)對焦點位置進行補償。

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），而且更換后不需進行任何光路調(diào)節(jié)。本機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電容式傳感器，可以自動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)。保證機床的機械精度不受影響，如圖4所示。

5 傳動系統(tǒng)

整機絲杠、導(dǎo)軌等主要傳動部件采用國際知名品牌，可靠性高，使用壽命長。為保證機床的快速運動和具有較高的加速性能，避免震動和震蕩，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)的獨特結(jié)構(gòu)，慣性小，剛性高，實現(xiàn)140m/min、1.2g的高速運動。

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，避免灰塵的進入。反射鏡通過冷卻水帶走光束反射時產(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口品牌，質(zhì)量可靠，控制精度高，響應(yīng)迅速，可承受高達35bar的壓力。切割不銹鋼時使用高壓氮氣或其他保護氣體以減少切割時工件邊緣的氧化。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

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

在主機加工區(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區(qū)域，當切割頭在一個區(qū)域進行切割時，此區(qū)域的排風(fēng)除塵裝置進行工作，其余區(qū)域關(guān)閉，此優(yōu)化設(shè)計可增加除塵效果，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 防護門

保證加工區(qū)域視野完全開闊。

防護門可以從側(cè)面和前面完全打開，使機床的可接近性達到最佳。

結(jié)語

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

參考文獻

[1]白京九.機床工人技術(shù)手冊[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社出版，1989.

[2]吳祖育，秦鵬飛.數(shù)控機床（第三版）[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2010.