大幅面激光切割機X軸行走機構(gòu)設(shè)計

大幅面激光切割機主要用于船舶加工、軌道交通、工程機械、礦山機械、5G鐵塔、壓力容器等行業(yè)，主要由床身（X軸）、工作臺、橫梁（Y軸）、滑板、切割頭（Z軸）組成，見圖1。機床使用龍門雙驅(qū)結(jié)構(gòu)形式，床身整體焊接，橫梁鋼板折彎焊接，工藝方面均退火后粗加工，熱時效處理后精加工。床身使用齒輪齒條傳動，根據(jù)不同的導(dǎo)向部件，設(shè)計X軸行走機構(gòu)，保證齒輪傳動的嚙合齒隙。工件放在工作臺上，橫梁在床身上進行X軸向運動，切割頭在橫梁上進行Y軸向運動，切割嘴相對板材的距離進行上下Z軸向運動，完成數(shù)控激光切割機三個方向的自由運動。加工時從激光器發(fā)出的激光經(jīng)反射光道由切割嘴射出，聚焦在板材內(nèi)部，獲得很高的功率密度，使光斑范圍內(nèi)的材料在短時間內(nèi)達到熔化或汽化溫度。利用氧化熔化的切割方法切割碳鋼板。激光在加工薄板時沒有切削力，故進給速度可以接近機器的快速進給速度。X軸行程由軌道長度決定，用齒輪齒條傳動，以1m為單位可以無限延長。齒輪傳動為了圓滑流暢，要保證嚙合時齒面間的間隙，平行齒輪副的側(cè)隙可以通過增減中心距離（徑向間隙）調(diào)整齒輪副的齒隙。機床的導(dǎo)向部件是機床的重要零件之一，起承載作用，對執(zhí)行部件起引導(dǎo)作用，它在很大程度上決定機床的剛度、與精度，X軸的導(dǎo)向部件可用滾動導(dǎo)軌或鋼軌，根據(jù)選擇的導(dǎo)向部件不同設(shè)計不同的行走機構(gòu)。技術(shù)參數(shù)計算市場上各家推出的大幅面激光切割機技術(shù)參數(shù)基本在表1所示范圍內(nèi)。其他技術(shù)參數(shù)：負載為橫梁部分+Z軸部分+電纜拖鏈，即500+120+80=700kg；安全系數(shù)K=1.5～2；機械效率η=90%；直線導(dǎo)軌摩擦系數(shù)μ=0.1；鋼軌摩擦系數(shù)μ=0.2。齒輪設(shè)計直齒輪模數(shù)mn≥1.5mm，斜齒輪模數(shù)mn≥2mm，齒數(shù)Z＞17，選用直齒輪模數(shù)mn=3mm，齒數(shù)Z=25，齒寬b=30mm，伺服電機轉(zhuǎn)速n電機=3000r/min。減速機傳動比計算過程如下。勻速力F1=μmg=0.1×700×10=700N；加速力F2=ma=700×5=3500N；F合=F1+F2=4200N；單個齒輪驅(qū)動力F單=4200÷2=2100N；加速時間t=v/（60×a）=80/（60×5）=0.27s；伺服電機每旋轉(zhuǎn)一周，移動部件移動距離L=πmnZ/i=2.355×10-3mm；電機軸慣量J=m（L/2π）2+J1=56.23kgm2；齒輪扭矩T=F合r=157.5Nm；齒輪轉(zhuǎn)速n齒輪=v×60×1000/（2πr）=338r/min；功率P=T×n/9550=2.473kW；電機功率P電=P×k/η=2.93kW，取2.9kW減速機傳動比i=n電機/n齒輪=8.8，取10。鋼軌導(dǎo)向X軸行走機構(gòu)設(shè)計行走鋼軌為鐵路用軌，切面呈“工”字形，種類和強度用千克/米（kg/m）表示，每米的重量越重，鋼軌所能承受的載荷也越大。鋼軌由軌頭、軌腰及軌底三部分組成，具有價格便宜、抗彎性能好、抗振性強的優(yōu)點，缺點是傳動精度不高，平穩(wěn)性差。鋼軌行走機構(gòu)（圖2）采用伺服電機減速機驅(qū)動的齒輪齒條作為運動方式，齒輪齒條傳動負載大、疲勞使用壽命長、工作平穩(wěn)可靠。通過這種傳動可以平穩(wěn)地推進切割頭快速而準(zhǔn)確地運行到切割位置。行走機構(gòu)中使用偏心軸軸承夾緊鋼軌，毛氈齒輪潤滑，旋轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)動調(diào)整齒隙。平鍵限制機構(gòu)上下位移，切割軌跡運行平穩(wěn)。直線導(dǎo)軌導(dǎo)向X軸行走機構(gòu)設(shè)計直線導(dǎo)軌依靠與軌道兩側(cè)互成45°的兩列承載滾球作為引導(dǎo)，使滑塊內(nèi)的鋼珠在導(dǎo)軌表面做無限滾動循環(huán)。負載平臺能沿著滑軌輕易地做高精度線性運動，優(yōu)點是運動靈敏、低速平穩(wěn)性好、定位精度高，缺點是剛性和抗振性差，成本高，要有良好的維護保養(yǎng)措施。機構(gòu)使用安裝板加工直槽口和減速機法蘭安裝孔，潤滑系統(tǒng)用毛氈齒輪隨動潤滑。具體結(jié)構(gòu)見圖3，安裝板與連接座連接，調(diào)節(jié)座上M10的內(nèi)六角螺釘頂住安裝板側(cè)邊，用六角扳手擰動螺釘調(diào)整齒輪側(cè)向位移，調(diào)節(jié)齒輪齒條嚙合齒隙。結(jié)束語激光切割機切割板材的準(zhǔn)確度和運行的平穩(wěn)度，取決于齒輪齒條的運行情況。本次設(shè)