將激光器、機床和數控係統融為(wei) 一體(ti) 的光機電一體(ti) 化數控激光切割設備具有整機性能好、占地麵積小、運輸方便、成本較低等諸多優(you) 點.因而在工業(ye) 應用中具有很強的適應性。在該類機床研究成功的基礎上，結合一體(ti) 化激光切割機床的基本要求，充分利用激光切割具有無切削力的特點，在機床的傳(chuan) 動、精度保證、總體(ti) 布局等方麵進行了優(you) 化設計和理論分析，並對機床的高速運行、聚焦係統的輕便化、係統的多樣化等關(guan) 鍵技術進行了深入研究，並在實踐中得到了驗證，為(wei) 該類機床性能的進一步提高打下了理論和實踐基礎。

1 龍門式切割機床的關(guan) 鍵技術

1.1 滾珠絲(si) 杠傳(chuan) 動

         由於(yu) 激光切割速度遠大於(yu) 傳(chuan) 統切削加工速度，而且在切割過程中沒有切削力，幾乎各種形式的激光切割機床都采用了滾珠絲(si) 杠和直線滾動導軌進行傳(chuan) 動。滾珠絲(si) 杠同普通滑動螺旋傳(chuan) 動相比，具有傳(chuan) 動效率高(高達92%一100%)、運行平穩無爬行、傳(chuan) 動精度高、使用壽命長等諸多優(you) 點。如何選擇滾珠絲(si) 杠的參數是設計者關(guan) 心的問題，根據作者的實踐，應充分考慮傳(chuan) 動關(guan) 係，負載及負載的條件(振動、衝(chong) 擊)，定位精度，加工精度，正反向間隙，額定壽命等因素，按如下計算步驟進行:負荷計算 ，確定最大、最小和平均載荷壽命估算，確定預期額定動載荷滾珠絲(si) 杠副工作圖設計並選擇軸承.

2 一體(ti) 化激光切割設備

         對激光與(yu) 機床分離的設備而言，工件與(yu) 光束的相對移動可以采用隻有光束移動，工作台麵不動的方式。典型的產(chan) 品如屬於(yu) 意大利Prima工業(ye) 集團的瑞士Laser work公司生產(chan) 的“Laser Work"激光切割機和國內(nei) 大漢激光公司的“LY-JS4015"激光切割機。亦可以采用工作台麵移動，而光束則固定不動的方式.如美國切割公司生產(chan) 的HIP係列激光切割機“LaserCut"配美國PRC公司生產(chan) 的激光器)和國內(nei) 鐳越激光有限公司生產(chan) 的激光切割機“LY-DM1512"""。對於(yu) 前者，由於(yu) 光束移動，當工作幅麵較大時(如1.5m-- 3 m)，相應的變化光程較長，則必須對光束作擴束處理，以保證切割質量。對於(yu) 後者，由於(yu) 隻有工件移動，對相同幅麵的切割設備而言，其占地麵積約為(wei) 光束參與(yu) 移動的1.5-2倍。綜合兩(liang) 者的特點，采用光機聯動的方式。為(wei) 一體(ti) 化提供了條件。首先，讓光束作短程運動，如Y軸，工件作較長方向的運動，如X軸;其次，將機床設計成龍門式結構，激光器連同移動的Y軸一起，構成機床的橫梁部分，這樣既緊湊了機床結構，又在Y軸移動不超過2m時，可以不加擴束鏡.從(cong) 而降低了設備成本。另外，龍門式布局便於(yu) 集中抽風、落料和整體(ti) 防護。一般隻用在移動的Y軸.即整機的中部較小範圍內(nei) 進行抽風和落料;采用整體(ti) 式防護後，大大提高了操作者的安全，杜絕了激光輻射的危害。

另外 ，進行滾珠絲(si) 杠和直線導軌傳(chuan) 動計算時，還應注意:

1)電機的啟動與(yu) 製動性能要求高
         由於(yu) 激光切割設備的傳(chuan) 動速度一般要求在20米每分鍾以上(空行程)，速度響應快，約0.1 s ，無切削力存在，所以其啟動與(yu) 製動力矩遠高於(yu) 平穩運行時的力矩，因此，在選擇電機時，應充分注意到這一點。
2)絲(si) 杠的導程對傳(chuan) 動速度的影響，由 v= r "p(v為(wei) 傳(chuan) 動速度，r為(wei) 絲(si) 杠或電機轉速，p為(wei) 絲(si) 杠導程)可知，導程傳(chuan) 動速度成正比，在電機轉速不宜太高(頻繁啟動)的情況下，增大絲(si) 杠的
導程是提高運行速度的有效辦法。
3)絲(si) 杠的直徑對傳(chuan) 動的影響,由 T- d 4U為(wei) 絲(si) 杠的轉動慣量,d為(wei) 絲(si) 杠直徑)可知，在滿足傳(chuan) 動強度和剛度的前提下，應盡可能的降低絲(si) 杠的直徑，以降低絲(si) 杠的轉動慣量，從(cong) 而降低電機的啟動和製動轉矩。在激光切割設備的主軸傳(chuan) 動中，且轉速要求較高時，絲(si) 杠的直徑一般都不超過50 mine
4) 絲(si) 杠傳(chuan) 動不具備自鎖性能,絲(si) 杠 無 自 鎖性源於(yu) 滾珠的自循環特性，因此，在
絲(si) 杠垂直布置時，應設置配重或者選擇停轉鎖緊的電機。
2.2 精度保證
         在一 體(ti) 化 設備中，精度保證是確保機床低噪聲、低震動、高壽命運行的關(guan) 鍵，尤其是在噪聲和震動方麵，要比激光器與(yu) 機床分離的設備要求高因此精度保證便顯得非常關(guan) 鍵。一般而 言 ，設備精度主要依靠零部件的加工精度來保證。滾動直線導軌的為(wei) E級精度，導軌及絲(si) 杠軸承座的安裝麵最後一道加工工序在具有6級精度的導軌磨床上加工成，窗身及橫梁雖為(wei) 鋼板焊接件(鑄件更優(you) )，但在焊後進行了去除應力處理，所有這些都是機床獲得可靠精度保證所必須的條件。除此 而 外 ，合理的結構和裝配以保證機床運行精度亦十分重要。在一體(ti) 化激光切割設備中，導軌與(yu) 絲(si) 杠的跨距(如X軸)比較大，往往需采用雙導
驗算滾珠絲(si) 杠副的極限轉速.因此，將基準導軌固定，並在安裝時保證非基準導軌與(yu) 基準導軌，絲(si) 杠軸線與(yu) 基準導軌達到較高的平行度，防止過定位就很關(guan) 鍵。
2.3 激光束的聚焦
         利用 激 光 束的熱量進行切割，必須把激光器射出的原始光束經過透鏡聚焦，才能形成高能量(功率)密度。在激 光 束 的聚焦過程中，首先要考慮透鏡的冷卻，以免引起熱透鏡效應甚至炸裂透鏡，設計上通常采用通氣兼通水的冷卻方式。其次，要設計合理的噴嘴以利於(yu) 通切割輔助氣。最後還要考慮整個(ge) 聚焦係統的輕便與(yu) 可調整性，噴嘴與(yu) 透鏡的互換性好以
及便於(yu) 出光對中等。我們(men) 在研製過程中正是本著這樣的原則進行設計，並取得了成功。
2.4 z浮係統(即激光焦點自動跟蹤)
         激光 切 割 時，工件變形，特別是大型工件和薄板件很難保證，從(cong) 而很難使焦點位置維持恒定，因此必須有專(zhuan) 用高度檢測傳(chuan) 感器與(yu) 信號處理電路、控製電路和驅動裝置組成的Z浮係統來控製其位置，它是獲得良好切割質量的前提。依 傳(chuan) 感 器是否與(yu) 工件接觸可將Z浮分為(wei) 接觸式Z浮和非接觸式Z浮。接觸式2浮以電感傳(chuan) 感器比較多見，多用於(yu) 平麵切割和非金屬板材切割，非接觸式Z浮則以電容傳(chuan) 感器比較多見，用於(yu) 三維切割和金屬切割。它們(men) 的基本原理都是一致的:即傳(chuan) 感器將激光頭與(yu) 工件表麵之間的位移變化信號傳(chuan) 輸給控製係統，控製係統依變化量的大小發出指令，使激光頭浮動的驅動裝置(如伺服電機)驅動，使激光頭和工件表麵之間的距離在加工過程中始終保持不變.
在具 體(ti) 設 計Z浮係統時，應考慮:
1) 傳(chuan) 感器 的類型:對電容式傳(chuan) 感器，必須考慮電容的邊緣效應及電容的介質由於(yu) 激光的照射而發生的變化，從(cong) 而帶來的信號幹擾;對接觸式的電感傳(chuan) 感器，雖然信號幹擾不如電容式傳(chuan) 感器明顯，但由於(yu) 傳(chuan) 感器的傳(chuan) 感頭始終與(yu) 作相對運動的工件接觸，因而在機械結構上，必然要求傳(chuan) 感器的位置傳(chuan) 動杆的隨動性好，與(yu) 工件接觸的傳(chuan) 感頭耐磨且具有合理的弧度(最好滾動接觸)。這都是接觸式Z浮穩定工作必不可少的條件。
2) 必 要 的軟件處理:由於(yu) 驅動裝置的驅動需要一定的時間，當激光頭移動到位時，工件已經切割到另一點上，這一點上激光頭離工件表麵的距離與(yu) 上一點肯定不同，據此在軟件處理方麵要考慮這種滯後性。#p#分頁標題#e#