大型激光切割机床送料台设计方法的探讨与技术分析

高广振

摘 要：随着汽车行业的高速发展，带动专用激光加工机床的快速崛起，越来越多的基础板材加工都会选择用数控激光切割机来进行原材料的粗加工，因其加工速度极快，材料浪费少，在大规模生产中制造成本低，高端机床又配置有料库及上下料装置，而形成了一整套FMS加工流水线，大大的节省了人力和物力资源。本文将根据设计经验探讨与分析大型数控激光切割机床送料台在设计上的难点及突破口。

关键词：激光 送料台 机床 机械设计 技术

1前言

激光切割机是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光广泛应用于加工制造业，航天器、飞机、汽车工业。近20年来，激光切割机已渗入到诸多高新技术领域和产业，并开始取代或改造某些传统的加工行业。

国产数控激光切割机的主要特点是价格较低，与国外机相比表现为切缝宽，表面质量、机械精度、整机的稳定性、柔性较差。我国的数控激光机床中，采用的多为国外数控技术，国内该领域技术缺乏核心性，所以我们要采用正确的方法，对数控机床技术进行创新，发展和应用，不断提高激光数控机床性能。国内數控激光切割机中配置有上下交换送料台的机床最为普遍，因其上料节拍短，无停机时间，机床可连续工作，在市场上得到广泛认可。市面上最大上下交换台可加工2m×6m的板材，在此我将介绍一款可加工2.5m×8m板材的上下交换送料台的难点设计和解决方法。

2.上下交换送料台的特点及适用范围

2.1上下交换送料台的特点

（1）上下交换送料台的结构平稳有效，易于操控，且上下料均方便快捷；

（2）适宜用于激光切割机床，减少停机时间和上料时间，减少加工节拍长度；

（3）结构实用，后期可增加料库等所需配置，非常符合工业4.0的要求；

2.2适用范围

本结构实用与大型，高功率激光切割设备，交换送料台的结构一般分为三种，

（1）水平移动送料台：水平轨道上配置两个送料台，轨道分为三个区域，前后分别为上下料区域，中间为加工区域，此种送料台的结构稳定，成本略低，但由于占地面积较大，上下料区域分为两个部分，浪费人力物力资源，此种结构为激光加工机床初期送料台的设计方式，在后期就很少配置此种结构。

（2）上下交换移动送料台：配置两个送料台，在竖直方向有三个工位，最上面和中间工位是分别上下料工位，中间工位为送料工位，最下面工位为交换辅助工位。此种结构虽然设计较为复杂，但由于其结构稳定性好，并且在1.5m×3m的机床上已大批量配置料库机构，在市场上应用最为广泛，口碑也最好，而且此种结构的送料台输出送料台的水平位置固定，这也降低了数控激光切割机床的设计难点

（3）上下水平移动送料台：此种结构为近几年最新研发而成的，上下两个工位，配置两个送料台进行水平移动。此种结构相对于上下交换移动送料台有突出的优点，但也有很大的缺点。优点是，送料台只做水平移动，因此在驱动上只有水平驱动的装置，进而减少了上下驱动的动力装置和结构配置，使得其在成本上降低很多，机构优越性显而易见，但正因为没有上下交换的装置，使得上下水平移动送料台的送料输出端为上下两个工位，这种结构迫使激光切割机床的Z轴行程增加一倍有余，对于像激光切割机床这种高速加工的方式，其XY耦合运行速度最高速度可达到280m/min，加速度也可达到2g，这种情况Z轴行程增加一倍，除了机床本身结构设计困难之外，还使得加工过程中Z轴末端抖动，进而影响切割精度和切割质量，限制了机床本身的加工效果，也增加了机床对于本身结构优化和配置优化的成本问题和设计问题，所以此种结构方式也在不断的优化和解决当中。

3.优选结构设计

2.5m×8m板材加工的机床中选取上述第二种结构形式，即上下交换送料台，由于其长度宽度很大，上下驱动配置双伺服电机，在同步问题上增加链条闭合内环，以实时进行机械扭矩反馈而控制其双驱同步问题，在结构上送料台支撑分为三点，左右电机上部支撑，中间同步耦合闭环轴支撑，中间同步轴一端用链条齿轮链接一伺服电机，另一端用链条齿轮链接另一伺服电机，装配时链条增加调节预紧装置，其预紧力调节根据实际情况调节的松一些，这样留出双驱同步的余量，避免链条在不同步转角过大时，因拉紧力大而被拉断的情况发生。

2.5m×8m板材加工的激光切割机床同样存在很多技术难点，因其XY耦合速度达到280m/min，加速度达到2g，因而此种机床结构在双驱龙门和悬臂两种结构方式中选取更为稳定的双驱龙门结构形式。由于其加工宽度达到2.5m，对横梁的结构性能要求更高，在材质上用铸铝镁合金横梁代替了传统的铸铝合金横梁，其结构上铸铝镁合金横梁的强度比铸铝横梁强度提高了20%，铸铝中加入了镁之后高了金属流动性，对其铸件的结构和质量有了显著的提升，可以满足技术要求范围内。

4.结束语

大型激光切割设备上采用的上下交换送料台结构在近几年的切割设备中广泛应用着，而如2.5m×8m板材加工的上下交换送料台及其配套的专业激光切割机床在全国范围内用用并不多，因其上料幅面大，一次上多料，效率高的使用优点来说，在未来十年内一定会得到大批量的使用，笔者也成功的研发设计制造出全国范围内为数不多的大幅面激光设备产品，并概述其中比较关键的设计难点，希望有助于激光产业发展。

参考文献：

[1]王爱玲.现代数控机床结构与设计[J].北京：兵器工业出版社，1999.

[2]孙建亮，吕顽凯.机械工程自动化技术存在的问题及措施[J].信息系统工程，2013.

[3]冯辛安.机械制造装备设计[J].北京：机械工业出版社，1999.

[4]刘冲，李广学.机械自动化技术在机械制造业中的应用[J].科技资讯，2011（26）.

[5]梁昌鑫，贾廷纲.工业自动化现状与发展趋势[J].上海电机学院学报，2008（3）.

[6]钟敏霖，刘文今.国际激光材料加工研究的主导领域与热点[J].中国激光，2008.

[7]邓树森.我国激光加工产业现状及市场展望[J].光机电信息，2007.