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。 图1直线滚动导轨

 

　　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。