熱切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

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1引言

隨著制造業(yè)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中如何提高火焰切割機(jī)的加工效率成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的卞化梅介紹了一種數(shù)控火焰切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想作了詳細(xì)的闡述［1］。河南天豐鋼結(jié)構(gòu)有限公司的宋統(tǒng)戰(zhàn)介紹了一種應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)制作領(lǐng)域進(jìn)行多位置切割的自行走式多功能火焰切割裝置［2］。為此，本文設(shè)計(jì)了火焰切割機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)

2.1總體方案設(shè)計(jì)

在借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用的需要，切割機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整體架構(gòu)模型采用龍門架構(gòu)，如圖1所示?？刂破揭乒ぷ髋_(tái)在Y軸方向運(yùn)動(dòng)時(shí)采用一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，中同步輪固定在步進(jìn)電機(jī)上，大同步輪固定在光杠的中間位置，二者通過(guò)同步帶相連接，形成傳動(dòng)鏈。光杠兩端分別固定一個(gè)小同步輪，與控制柜另一端支架上的小同步輪通過(guò)長(zhǎng)條同步帶相連接，同步帶的某一位置與平移工作臺(tái)支架緊固在一起。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)收到驅(qū)動(dòng)脈沖后，傳動(dòng)鏈開始傳動(dòng)，光杠帶動(dòng)同步輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使與之連接的同步帶傳動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)平移工作臺(tái)沿著導(dǎo)軌在Y軸方向移動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)Y軸的運(yùn)動(dòng)控制。而控制X軸方向運(yùn)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)便，只需通過(guò)一個(gè)接口，連接下位機(jī)與平移工作臺(tái)即可直接通訊，從而控制切割機(jī)噴嘴沿X軸方向的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)。

2.2X軸平移滑臺(tái)設(shè)計(jì)

火焰切割機(jī)割槍放置在X軸上，X軸的運(yùn)動(dòng)由滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，由雙光杠支撐。在Pro/E環(huán)境下設(shè)計(jì)的X軸平移滑臺(tái)三維結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，研制的平移滑臺(tái)實(shí)體圖如圖3所示。

2.3Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）Y軸左右支架設(shè)計(jì)Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)為龍門式架構(gòu)，兩側(cè)采用同步帶輪驅(qū)動(dòng)，龍門臺(tái)架的高度通過(guò)定位孔可調(diào)，設(shè)計(jì)的Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的左右支架如圖4所示。（2）Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)Y軸傳動(dòng)由兩側(cè)同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，并由滑動(dòng)單元在兩根SBR型直線導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平移。SBR16UU滑動(dòng)單元標(biāo)準(zhǔn)件與Pro/E模型圖如圖5所示。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建中選用的是HTD-3MBS型同步輪及與其相配的HTD-3M同步帶，表1為同步帶參數(shù)，表2為采用的同步帶與同步帶輪參數(shù)表?；瑝K與平移工作臺(tái)支架相連接，使平移工作臺(tái)可以沿著導(dǎo)軌平行滑動(dòng)?；瑒?dòng)單元屬于標(biāo)準(zhǔn)件，選取時(shí)需要綜合考慮負(fù)重、摩擦、安裝工藝等，可參照各系列實(shí)物圖進(jìn)行合理選擇。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)選用開口向下滑動(dòng)單元SBR-UU，型號(hào)SBR16UU中的16代表內(nèi)徑為16mm，導(dǎo)軌與SBR16UU規(guī)格配套。光桿總長(zhǎng)650mm，兩端各留出105mm，其直徑為12mm，用于小同步輪；光杠中間的直徑為16mm，其長(zhǎng)度為440mm，固定大同步輪。設(shè)計(jì)的同步帶、同步輪組裝圖如圖6所示，研制的同步輪支架三維結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

2.4切割機(jī)控制柜設(shè)計(jì)

控制柜側(cè)面設(shè)計(jì)成拉門格式，一方面考慮到電機(jī)的安裝與布線，另一方面可以放置一些維修工具和切割機(jī)其他零件；底端連有萬(wàn)向輪，可自鎖，方便移動(dòng)；平移工作臺(tái)與滑塊連接的支架由槽鋼加工而成，在適當(dāng)?shù)奈恢貌紳M了螺紋孔，滿足Z軸上不同加工高度的需要；坐標(biāo)軸量程處裝有行程開關(guān)，保障了加工的安全性與準(zhǔn)確性。切割機(jī)控制柜三維結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。

3系統(tǒng)在Pro/E環(huán)境下的裝配

3.1Pro/E簡(jiǎn)介

1985年，PTC公司開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，推出了V1.0版本的Pro/ENGINEER。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)推出了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列軟件包括多項(xiàng)功能，主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、大型裝配體的管理及功能仿真等諸多領(lǐng)域。此外，Pro/ENGINEER還提供了全面、緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。

3.2系統(tǒng)在Pro/E環(huán)境下的裝配

Pro/E中可進(jìn)行零件的裝配與機(jī)械仿真，以校準(zhǔn)所繪零件尺寸是否合理，零件之間是否可以正常組裝以及所具有的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是否能正常工作。裝配過(guò)程正是模擬實(shí)際需要中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建與調(diào)試過(guò)程。如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可及時(shí)地進(jìn)行處理，屬于前期加工與裝配的工藝優(yōu)化。

裝配時(shí)采用先分后總的思想，先把兩個(gè)相互連接的零件裝配在一起，再把兩個(gè)相互連接的裝配件裝配一起，依次累加，完成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整體架構(gòu)裝配圖。軸承、軸承座、光杠、大同步輪裝配如圖9所示，平移工作臺(tái)、支架、M6螺栓、圓軌滑塊、導(dǎo)軌裝配如圖10所示，同步輪支架、支板、M6螺栓、M5螺栓裝配如圖11所示，系統(tǒng)總體裝配圖如圖12所示。4結(jié)論（1）設(shè)計(jì)的火焰切割機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)合理，操作方便。（2）設(shè)計(jì)的火焰切割機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以大大提高加工效率。