大型激光切割機床送料臺設計方法的探討與技術分析

高廣振

摘 要：隨著汽車行業的高速發展，帶動專用激光加工機床的快速崛起，越來越多的基礎板材加工都會選擇用數控激光切割機來進行原材料的粗加工，因其加工速度極快，材料浪費少，在大規模生產中制造成本低，高端機床又配置有料庫及上下料裝置，而形成了一整套FMS加工流水線，大大的節省了人力和物力資源。本文將根據設計經驗探討與分析大型數控激光切割機床送料臺在設計上的難點及突破口。

關鍵詞：激光 送料臺 機床 機械設計 技術

1前言

激光切割機是利用經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、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。激光廣泛應用于加工制造業，航天器、飛機、汽車工業。近20年來，激光切割機已滲入到諸多高新技術領域和產業，并開始取代或改造某些傳統的加工行業。

國產數控激光切割機的主要特點是價格較低，與國外機相比表現為切縫寬，表面質量、機械精度、整機的穩定性、柔性較差。我國的數控激光機床中，采用的多為國外數控技術，國內該領域技術缺乏核心性，所以我們要采用正確的方法，對數控機床技術進行創新，發展和應用，不斷提高激光數控機床性能。國內數控激光切割機中配置有上下交換送料臺的機床最為普遍，因其上料節拍短，無停機時間，機床可連續工作，在市場上得到廣泛認可。市面上最大上下交換臺可加工2m×6m的板材，在此我將介紹一款可加工2.5m×8m板材的上下交換送料臺的難點設計和解決方法。

2.上下交換送料臺的特點及適用范圍

2.1上下交換送料臺的特點

（1）上下交換送料臺的結構平穩有效，易于操控，且上下料均方便快捷；

（2）適宜用于激光切割機床，減少停機時間和上料時間，減少加工節拍長度；

（3）結構實用，后期可增加料庫等所需配置，非常符合工業4.0的要求；

2.2適用范圍

本結構實用與大型，高功率激光切割設備，交換送料臺的結構一般分為三種，

（1）水平移動送料臺：水平軌道上配置兩個送料臺，軌道分為三個區域，前后分別為上下料區域，中間為加工區域，此種送料臺的結構穩定，成本略低，但由于占地面積較大，上下料區域分為兩個部分，浪費人力物力資源，此種結構為激光加工機床初期送料臺的設計方式，在后期就很少配置此種結構。

（2）上下交換移動送料臺：配置兩個送料臺，在豎直方向有三個工位，最上面和中間工位是分別上下料工位，中間工位為送料工位，最下面工位為交換輔助工位。此種結構雖然設計較為復雜，但由于其結構穩定性好，并且在1.5m×3m的機床上已大批量配置料庫機構，在市場上應用最為廣泛，口碑也最好，而且此種結構的送料臺輸出送料臺的水平位置固定，這也降低了數控激光切割機床的設計難點

（3）上下水平移動送料臺：此種結構為近幾年最新研發而成的，上下兩個工位，配置兩個送料臺進行水平移動。此種結構相對于上下交換移動送料臺有突出的優點，但也有很大的缺點。優點是，送料臺只做水平移動，因此在驅動上只有水平驅動的裝置，進而減少了上下驅動的動力裝置和結構配置，使得其在成本上降低很多，機構優越性顯而易見，但正因為沒有上下交換的裝置，使得上下水平移動送料臺的送料輸出端為上下兩個工位，這種結構迫使激光切割機床的Z軸行程增加一倍有余，對于像激光切割機床這種高速加工的方式，其XY耦合運行速度最高速度可達到280m/min，加速度也可達到2g，這種情況Z軸行程增加一倍，除了機床本身結構設計困難之外，還使得加工過程中Z軸末端抖動，進而影響切割精度和切割質量，限制了機床本身的加工效果，也增加了機床對于本身結構優化和配置優化的成本問題和設計問題，所以此種結構方式也在不斷的優化和解決當中。

3.優選結構設計

2.5m×8m板材加工的機床中選取上述第二種結構形式，即上下交換送料臺，由于其長度寬度很大，上下驅動配置雙伺服電機，在同步問題上增加鏈條閉合內環，以實時進行機械扭矩反饋而控制其雙驅同步問題，在結構上送料臺支撐分為三點，左右電機上部支撐，中間同步耦合閉環軸支撐，中間同步軸一端用鏈條齒輪鏈接一伺服電機，另一端用鏈條齒輪鏈接另一伺服電機，裝配時鏈條增加調節預緊裝置，其預緊力調節根據實際情況調節的松一些，這樣留出雙驅同步的余量，避免鏈條在不同步轉角過大時，因拉緊力大而被拉斷的情況發生。

2.5m×8m板材加工的激光切割機床同樣存在很多技術難點，因其XY耦合速度達到280m/min，加速度達到2g，因而此種機床結構在雙驅龍門和懸臂兩種結構方式中選取更為穩定的雙驅龍門結構形式。由于其加工寬度達到2.5m，對橫梁的結構性能要求更高，在材質上用鑄鋁鎂合金橫梁代替了傳統的鑄鋁合金橫梁，其結構上鑄鋁鎂合金橫梁的強度比鑄鋁橫梁強度提高了20%，鑄鋁中加入了鎂之后高了金屬流動性，對其鑄件的結構和質量有了顯著的提升，可以滿足技術要求范圍內。

4.結束語

大型激光切割設備上采用的上下交換送料臺結構在近幾年的切割設備中廣泛應用著，而如2.5m×8m板材加工的上下交換送料臺及其配套的專業激光切割機床在全國范圍內用用并不多，因其上料幅面大，一次上多料，效率高的使用優點來說，在未來十年內一定會得到大批量的使用，筆者也成功的研發設計制造出全國范圍內為數不多的大幅面激光設備產品，并概述其中比較關鍵的設計難點，希望有助于激光產業發展。

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