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    激光切割機關鍵部件的設計要點

    發布時間:2018-01-26 20:16:44

    返回:公司新聞

       激光切割機是機、電一體化高度集成設備,技術的含量高,而且加工精度好、柔性化生產效率高,有利于增加材料的利用效率,降低產品生產加工成本,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計中的機械關鍵部件的設計。本文著重討論激光切割機機械部分的關鍵部件設計要點。 
       1、工作臺的設計要點 
       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。根據以往設計的經驗,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、滾珠絲杠傳動系統的設計計算 
       滾珠絲杠副的導程:;各種切削力下絲杠的轉速:;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=0;U――滾動導軌上的滾動摩擦系數。 
        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,根據接觸面的性質可以分為,滑動、滾動、流體導軌。機械系統對導軌最基本的要求是:精度好,剛性大,運行平穩,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構。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。 
        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――封閉高度調節量;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,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,一般取fh=1;ft――溫度系數;fc――接觸系數;fa――精度系數;fw――載荷系數; 
        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熱量允許的范圍內,使步進電機內的磁鋼不退磁;根據計算出的理論轉矩選擇適合的步進電機,由于步進電機轉矩越大,反響電動勢就越大,若不控制在一定范圍內,會導致轉矩的下降;根據設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。若想獲得較高的轉速,應該使步進電機低頻啟動,然后按照某個規律加速,直到達到預期的轉速。 
        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,根據成功的設計實例,初選一組值。 
        步進電機的啟動轉矩公式為:;式中:M1――負載摩擦轉矩;M2――預緊摩擦轉矩; 
        負載摩擦轉矩公式為:;式中:Fa――摩擦力;D――飛輪直徑;――螺旋升角;P――導程角; 
        預緊摩擦轉矩公式:;式中:K――摩擦系數;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; 
        通過查閱相關激光切割機的相關資料可以得到,激光切割記得最高啟動頻率不超過1000Hz。根據計算得到的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 偏心套調整 :電機通過偏心套安裝到殼體上,通過轉動偏心套就能夠方便地調整兩齒輪的中心距,,從而消除齒側間隙。 
        5.2 墊片調整: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,調整兩齒輪在軸向的相對位置即可達到消除齒側間隙的目的。 
        5.3 雙齒輪錯齒調整:兩個齒數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貼緊,消除了齒側間隙。 
       6 、結論 
       通過上述對激光切割機的機械部分設計要點的討論,可以確定的是,只要在設計激光切割機時,按照以上要點進行設計,就可以在設計層面上達到預期的精度。 
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