CN105983787A - 一种低惯量高刚性的光纤激光切割机结构 - Google Patents

Abstract

一种低惯量、高刚性激光切割机结构形式，包括：梯形支架1，飞行梁2，垂直切割部件3，床身4。其主要结构特征在于梯形支架1和床身4位于两侧，由飞行梁2两端的滑块分别与梯形支架1的上的导轨和床身上的导轨连接形成移动副，可沿X轴运动，垂直切割部件3与飞行梁2连接并且可在飞行梁2上沿长度方向即Y轴方向移动，切割头可沿垂直部件3上下运动。

Description

一种低惯量高刚性的光纤激光切割机结构

技术领域

本发明涉及一种低惯量、高刚性光纤激光切割机结构形式，主要用于光纤激光切割机中的飞行梁与支撑。

背景技术

目前光纤激光切割机主要由床身，飞行梁，垂直切割部件组成。在这种机床结构中，飞行梁水平放置，可沿着床身长度方向做水平直线运动(称作X轴)；垂直切割部件安装在飞行梁上，可以沿着飞行梁的长度方向作水平运动(称作Y轴)，垂直切割部件中的切割头可以在垂直于水平面(XY)的方向运动(称作Z轴)。在其它条件不变时，影响Y轴和切割头上下运动稳定性和加工精度以及定位精度的主要是飞行梁惯量和刚度。如果飞行梁横截面结构形式不变以及材料不变的条件下，要使其刚度增大就意味飞行梁的壁厚或结构尺寸需要增大，这两个参数的增大必定会增加飞行梁的重量即惯性增大，其结果是在运动中将增大机床消耗的能量，并且不利于急停，使得精确定位变得困难。因此飞行梁的惯量和刚度是相互矛盾的。

就飞行梁的结构而言主要有两种，一种是悬臂式，这种形式的梁一端通过直线移动运动副与切割机机身连接，另一端悬空，在加工时当垂直切割部件处于悬空端位置时，这种飞行梁因重量在YZ面内的变形较大，易于引起切割头Z轴的偏斜，产生加工误差，特别是当飞行梁水平运动速度较大或急停阶段由于惯量作用，此时飞行梁不仅会有YZ面内的变形而且还会有XY面内的变形，并且由于悬臂的刚性差容易引起部件振动，使得定位精度和加工误差相应变大。另外一种是直角式，这种结构的飞行梁是为了克服上述问题而设计的，即在飞行梁远离床身的另一端部增加一个垂直立柱，并在立柱的下端部安装的有水平直线移动滑块，与之相配的滑轨则安装在地基或者床身上，该滑轨方向与Y轴一致，这种结构的飞行梁，在XZ面内的刚性明显增加，XY面内的刚性也会有一定程度的增加，但是由于立柱的存在使得飞行梁的惯性增加，空载耗能大，X方向快速移动时精确定位较困难。

发明内容

为了克服上述两种飞行梁的缺点，本发明给出一种结构简单，可行，变形小，刚性高，惯量低的飞行梁结构形式。

本发明是通过以下技术方案实现的，具体结构包括两部分：飞行梁和梯形支架。飞行梁水平放置，一端通过直线移动运动副与切割机床身连接，可沿着床身长度方向做水平直线运动(称作X轴)，另一端通过移动运动副与梯形支架连接，该移动运动副与X轴平行。支架结构为梯形：上底和下底以及两条斜边，梯形结构的上底长度方向安装的有滑轨。相互位置关系是，飞行梁一端的滑块与梯形支架上底的滑轨连接形成直线移动运动副，梯形支架的下底边与床身或地基固定。

所述飞行梁结构为两端均与滑块连接，与床身和地基上的滑轨形成移动副。

所述梯形支架包括：上底+两条斜边

本发明工作原理为：飞行梁处于水平位置，一端与床身连接，另一端与梯形支架连接，该飞行梁可以沿着床身长度方向(X轴)运动，将其简化为一个简支梁，即简支梁作为一个整体可以沿着X轴方向运动。垂直切割部件安装在飞行梁上并垂直于XY水平面，该切割部件可以沿着飞行梁的长度方向(Y轴)运动，将垂直切割部件简化为集中载荷后，就相当于集中载荷作用于简支梁，方向向下与Z轴一致。切割时相当于简支梁带着集中载荷沿X轴运动的同时，集中载荷沿着简支梁Y轴方向移动。如果不考虑床身的变形，由于简支梁两端均有支撑，快速移动切割时如果其它条件不变，飞行梁不论是在YZ面内的变形还是在XY面内的变形均明显要小于悬臂梁，由于重量即惯性量基本没有增加，与直角式飞行梁相比惯性量要小，因此本发明的光纤激光切割机结构形式在变形、定位误差和加工误差均比悬臂式和直角式要小。

附图说明

图1为本发明激光切割机结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：梯形支架1，飞行梁2，垂直切割部件3，床身4。其中：梯形支架1和床身4位于两侧，由飞行梁2两端的滑块分别与梯形支架1的上的导轨和床身上的导轨连接形成移动副即为X轴，垂直切割部件3与飞行梁2连接并且可在飞行梁2上沿长度方向即Y轴方向移动，切割头可沿垂直切割部件3上下运动。当切割时，飞行梁2一边沿X轴方向运动，垂直切割部件3沿着飞行梁2运动。从飞行梁变形的角度来说，当垂直切割部件3运动到飞行梁2的大约中间位置时在YZ和XZ面内的变形最大，与悬臂式飞行梁相比，简支型飞行梁的变形要小(在结构尺寸和运动参数相同的条件下)50％以上，即静刚度要高。从惯量角度来说，简支型飞行梁因仅有水平结构部分，与直角式飞行梁相比，重量要轻，惯量小，因此在启动和急停阶段所耗费的功率要小，易于准确定位。

Claims (2)

1.一种低惯量、高刚性激光切割机结构形式，包括：梯形支架1，飞行梁2，垂直切割部件3，床身4。其主要结构特征在于梯形支架1和床身4位于两侧，由飞行梁2两端的滑块分别与梯形支架1的上的导轨和床身上的导轨连接形成移动副，可沿X轴运动，垂直切割部件3与飞行梁2连接并且可在飞行梁2上沿长度方向即Y轴方向移动，切割头可沿垂直部件3上下运动。

2.根据权利要求1所述的低惯量、高刚性激光切割机结构形式，包括：矩形支架1，飞行梁2，垂直切割部件3，床身4。其主要结构特征在矩形支架1和床身4位于两侧，由飞行梁2两端的滑块分别与梯形支架1的上的导轨和床身上的导轨连接形成移动副，可沿X轴运动，垂直切割部件3与飞行梁2连接并且可在飞行梁2上沿长度方向即Y轴方向移动，切割头可沿垂直部件3上下运动。