一種用于錐管加工的激光切割機

洪 超，周鵬飛，潘峻城，曹 歡

（江蘇揚力數(shù)控機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

隨著城市道路照明燈數(shù)量的穩(wěn)定增加，以及人們對于室外活動景觀照明需求的不斷上升，照明燈的品種、款式、種類也在不斷增多，從而帶動了燈桿生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)往多樣化、景觀化發(fā)展的需求。本文所研制的用于錐形管材加工的激光切割機正是為了適應市場，針對某公司大型燈桿制品及各種特殊加工要求而開發(fā)的。要求能夠加工長度≤13m、直徑≤?320mm的錐形管材，并同時擁有平面板材、圓形管材、方形管材的加工能力。

1 方案設(shè)計

1.1 整機布局及技術(shù)參數(shù)

圖1 功能布局設(shè)計

本文設(shè)計的用于錐管加工的激光切割機，功能布局設(shè)計如圖1所示，其主要由以下幾部分組成：水冷機、激光器、電器柜、吸塵管路、操作臺、平面切割部件、管材切割部件。水冷機放置于整機的后側(cè)，提供整機設(shè)備的冷卻功能。激光器放置于水冷機右側(cè)，通過消耗電能產(chǎn)生激光光束。電器柜安裝于機床的后側(cè)，吸塵管路、操作臺安裝于機床的右側(cè)。平面切割部件位于整機的右側(cè)，主要功能為平面板材的激光切割加工。管材切割部件位于整機的左側(cè)，該部件用于圓形管材、方形管材、錐形管材的加工。根據(jù)設(shè)計相關(guān)要求，確定主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

1.2 平面切割部件

圖2 平面切割部件

圖3 機身重力變形

如圖2所示，平面切割部件主要由機身、橫梁、出料車、溜板、工作臺組成。機身采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，加工時使用數(shù)控龍門銑床，一次性加工床身兩側(cè)的導軌和齒條安裝面，保證了機架兩側(cè)導軌、齒條安裝面精度的一致性。由圖3可以看出，機身在重力作用下的最大變形量為0.0196mm，發(fā)生在中間的幾根焊接件處，機身結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求，其導軌安裝面并未有很大變形。橫梁為分體式加高型設(shè)計，使用外側(cè)懸臂式結(jié)構(gòu)，分為左側(cè)橫梁底座、右側(cè)橫梁底座、上側(cè)橫梁共三個部分，其中上側(cè)橫梁先與底座安裝后，再將底座與機身安裝，該設(shè)計很好的解決了橫梁加高后機加工困難的問題。由圖4可以看出，橫梁在重力作用下的最大變形量為0.0126mm，發(fā)生在懸臂最遠處，其導軌安裝面并未有很大變形。溜板為控制切割頭上下運動的部件，其內(nèi)部安裝有控制切割輔助氣體的電磁閥、比例閥等相關(guān)部件。工作臺的設(shè)計，考慮其跨度較大，使用前后組合雙固定工作臺的結(jié)構(gòu)。

圖4 橫梁重力變形

1.3 管材切割部件

管材切割部件主要由底座、前卡盤、后卡盤、托料架等組成。底座采用方鋼、槽鋼組裝焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保底座焊接強度。前卡盤、后卡盤夾持范圍?20mm～?320mm，后卡盤在U軸方向的行程為6m。設(shè)計切割的最大錐管規(guī)格為：小直徑?60mm，大直徑?320mm，長 13m，壁厚 8mm。

圖5 管材切割部件

1.4 工作原理

針對機床不同的加工功能，設(shè)計為三種運動方式：平面板材切割方式、標準管材切割方式、錐形管材切割方式。定義軸的名稱，橫梁沿機身前后運動為X軸，溜板沿橫梁左右移動為Y軸，切割頭沿溜板上下運動為Z軸，后卡盤前后移動為U軸，前后卡盤旋轉(zhuǎn)為W軸。

如圖6所示，平面板材切割方式：①溜板位于主機身固定工作臺上方；②Z軸通過隨動的反饋信號，控制切割頭與板材之間的距離；③X軸、Y軸配合運動，通過運動軌跡對材料進行切割加工。

圖6 平面板材切割

如圖7所示，標準管材切割方式：①溜板位于機身右側(cè)，前卡盤前側(cè)；②Z軸控制切割頭與管材之間的距離；③圓形管材（或方形管材）固定于前后卡盤上；④Y軸控制切割頭運動，U軸控制管材的送料，W軸控制管材的旋轉(zhuǎn)，X軸、U軸、W軸相互配合進行切割加工。

圖7 標準管材切割

如圖8所示，錐形管材切割方式：①溜板位于機身右側(cè)，兩卡盤中間；②Z軸控制切割頭與管材之間的距離；③錐形管材（或其他管材）固定于兩卡盤中間；④X軸、Y軸控制切割頭運動，W軸控制管材的旋轉(zhuǎn)，X軸、Y軸、W軸相互配合進行切割加工；⑤超過切割行程的工件，需二次夾裝后再加工。

圖8 錐形管材切割

2 加工展示

使用客戶提供的各種規(guī)格的管材，進行燈桿線槽孔、燈桿裝飾祥云圖案等的切割試驗，如圖9所示為燈桿裝飾祥云圖案切割。本機床的加工性能具有很強的靈活性，為定制燈桿的設(shè)計多樣性提供了便利，圖10為客戶生產(chǎn)的景觀燈成品展示。本機床也可批量用于普通燈桿線槽孔的加工，其特點是生產(chǎn)效率得到了很大的提升，比如同樣生產(chǎn)一根燈桿產(chǎn)品，該機床20s就能完成，客戶原先使用的線切割方式則需要花費3min。

圖9 燈桿裝飾祥云圖案切割

圖10 景觀燈成品展示

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種用于錐形管材加工的激光切割機，該機型是集平面板材、圓形管材、方形管材、錐形管材加工為一體的多功能光纖激光切割機。本文較為詳細地介紹了其機械結(jié)構(gòu)特點及其工作原理。該設(shè)備可以用來更新現(xiàn)有燈桿加工的生產(chǎn)方式，具有高效的生產(chǎn)能力，可用于景觀燈桿產(chǎn)品的多樣化加工，縮短了燈桿廠家的設(shè)計生產(chǎn)周期，提高了客戶的市場競爭力。