洪 超，周鵬飛，潘峻城，曹 歡

（江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

隨著城市道路照明燈數(shù)量的穩(wěn)定增加，以及人們對(duì)于室外活動(dòng)景觀照明需求的不斷上升，照明燈的品種、款式、種類也在不斷增多，從而帶動(dòng)了燈桿生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)往多樣化、景觀化發(fā)展的需求。本文所研制的用于錐形管材加工的激光切割機(jī)正是為了適應(yīng)市場(chǎng)，針對(duì)某公司大型燈桿制品及各種特殊加工要求而開發(fā)的。要求能夠加工長(zhǎng)度≤13m、直徑≤?320mm的錐形管材，并同時(shí)擁有平面板材、圓形管材、方形管材的加工能力。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 整機(jī)布局及技術(shù)參數(shù)

圖1 功能布局設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的用于錐管加工的激光切割機(jī)，功能布局設(shè)計(jì)如圖1所示，其主要由以下幾部分組成：水冷機(jī)、激光器、電器柜、吸塵管路、操作臺(tái)、平面切割部件、管材切割部件。水冷機(jī)放置于整機(jī)的后側(cè)，提供整機(jī)設(shè)備的冷卻功能。激光器放置于水冷機(jī)右側(cè)，通過(guò)消耗電能產(chǎn)生激光光束。電器柜安裝于機(jī)床的后側(cè)，吸塵管路、操作臺(tái)安裝于機(jī)床的右側(cè)。平面切割部件位于整機(jī)的右側(cè)，主要功能為平面板材的激光切割加工。管材切割部件位于整機(jī)的左側(cè)，該部件用于圓形管材、方形管材、錐形管材的加工。根據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)要求，確定主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

1.2 平面切割部件

圖2 平面切割部件

圖3 機(jī)身重力變形

如圖2所示，平面切割部件主要由機(jī)身、橫梁、出料車、溜板、工作臺(tái)組成。機(jī)身采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，加工時(shí)使用數(shù)控龍門銑床，一次性加工床身兩側(cè)的導(dǎo)軌和齒條安裝面，保證了機(jī)架兩側(cè)導(dǎo)軌、齒條安裝面精度的一致性。由圖3可以看出，機(jī)身在重力作用下的最大變形量為0.0196mm，發(fā)生在中間的幾根焊接件處，機(jī)身結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求，其導(dǎo)軌安裝面并未有很大變形。橫梁為分體式加高型設(shè)計(jì)，使用外側(cè)懸臂式結(jié)構(gòu)，分為左側(cè)橫梁底座、右側(cè)橫梁底座、上側(cè)橫梁共三個(gè)部分，其中上側(cè)橫梁先與底座安裝后，再將底座與機(jī)身安裝，該設(shè)計(jì)很好的解決了橫梁加高后機(jī)加工困難的問(wèn)題。由圖4可以看出，橫梁在重力作用下的最大變形量為0.0126mm，發(fā)生在懸臂最遠(yuǎn)處，其導(dǎo)軌安裝面并未有很大變形。溜板為控制切割頭上下運(yùn)動(dòng)的部件，其內(nèi)部安裝有控制切割輔助氣體的電磁閥、比例閥等相關(guān)部件。工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，考慮其跨度較大，使用前后組合雙固定工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)。

圖4 橫梁重力變形

1.3 管材切割部件

管材切割部件主要由底座、前卡盤、后卡盤、托料架等組成。底座采用方鋼、槽鋼組裝焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保底座焊接強(qiáng)度。前卡盤、后卡盤夾持范圍?20mm～?320mm，后卡盤在U軸方向的行程為6m。設(shè)計(jì)切割的最大錐管規(guī)格為：小直徑?60mm，大直徑?320mm，長(zhǎng) 13m，壁厚 8mm。

圖5 管材切割部件

1.4 工作原理

針對(duì)機(jī)床不同的加工功能，設(shè)計(jì)為三種運(yùn)動(dòng)方式：平面板材切割方式、標(biāo)準(zhǔn)管材切割方式、錐形管材切割方式。定義軸的名稱，橫梁沿機(jī)身前后運(yùn)動(dòng)為X軸，溜板沿橫梁左右移動(dòng)為Y軸，切割頭沿溜板上下運(yùn)動(dòng)為Z軸，后卡盤前后移動(dòng)為U軸，前后卡盤旋轉(zhuǎn)為W軸。

如圖6所示，平面板材切割方式：①溜板位于主機(jī)身固定工作臺(tái)上方；②Z軸通過(guò)隨動(dòng)的反饋信號(hào)，控制切割頭與板材之間的距離；③X軸、Y軸配合運(yùn)動(dòng)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)材料進(jìn)行切割加工。

圖6 平面板材切割

如圖7所示，標(biāo)準(zhǔn)管材切割方式：①溜板位于機(jī)身右側(cè)，前卡盤前側(cè)；②Z軸控制切割頭與管材之間的距離；③圓形管材（或方形管材）固定于前后卡盤上；④Y軸控制切割頭運(yùn)動(dòng)，U軸控制管材的送料，W軸控制管材的旋轉(zhuǎn)，X軸、U軸、W軸相互配合進(jìn)行切割加工。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)管材切割

如圖8所示，錐形管材切割方式：①溜板位于機(jī)身右側(cè)，兩卡盤中間；②Z軸控制切割頭與管材之間的距離；③錐形管材（或其他管材）固定于兩卡盤中間；④X軸、Y軸控制切割頭運(yùn)動(dòng)，W軸控制管材的旋轉(zhuǎn)，X軸、Y軸、W軸相互配合進(jìn)行切割加工；⑤超過(guò)切割行程的工件，需二次夾裝后再加工。

圖8 錐形管材切割

2 加工展示

使用客戶提供的各種規(guī)格的管材，進(jìn)行燈桿線槽孔、燈桿裝飾祥云圖案等的切割試驗(yàn)，如圖9所示為燈桿裝飾祥云圖案切割。本機(jī)床的加工性能具有很強(qiáng)的靈活性，為定制燈桿的設(shè)計(jì)多樣性提供了便利，圖10為客戶生產(chǎn)的景觀燈成品展示。本機(jī)床也可批量用于普通燈桿線槽孔的加工，其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率得到了很大的提升，比如同樣生產(chǎn)一根燈桿產(chǎn)品，該機(jī)床20s就能完成，客戶原先使用的線切割方式則需要花費(fèi)3min。

圖9 燈桿裝飾祥云圖案切割

圖10 景觀燈成品展示

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種用于錐形管材加工的激光切割機(jī)，該機(jī)型是集平面板材、圓形管材、方形管材、錐形管材加工為一體的多功能光纖激光切割機(jī)。本文較為詳細(xì)地介紹了其機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理。該設(shè)備可以用來(lái)更新現(xiàn)有燈桿加工的生產(chǎn)方式，具有高效的生產(chǎn)能力，可用于景觀燈桿產(chǎn)品的多樣化加工，縮短了燈桿廠家的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，提高了客戶的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。