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     【摘要】: 本文論述了一種大幅面高功率光纖激光切割機(jī)，附帶坡口功能，加工幅面可根據(jù)用戶板材進(jìn)行定制。該產(chǎn)品為集激光切割、精密機(jī)械、數(shù)控技術(shù)等學(xué)科于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，主要用于中厚碳鋼板、不銹鋼板等材料的切割，具有高精度、高效率、高性價(jià)比等特點(diǎn)。

     在光纖激光切割中厚板技術(shù)成熟之前，大部分廠家依舊使用二氧化碳激光切割、等離子切割和火焰切割進(jìn)行下料，尤其以等離子切割機(jī)為主，因其加工的板厚能囊括工程機(jī)械的80％?，F(xiàn)階段，隨著激光功率和切割工藝的提升，激光切割正逐步替代等離子切割機(jī)，并且國內(nèi)外都出現(xiàn)了大幅面高功率光纖激光切割機(jī)，激光切割機(jī)在切割速度和切割質(zhì)量方面對(duì)比等離子切割機(jī)都具有明顯優(yōu)勢(shì)。

     本文設(shè)計(jì)的用于大幅面板材加工的激光切割機(jī)，切割板材最大尺寸為 12000mm×3000mm，如圖 1 所示，其主要由以下幾部分組成 : 機(jī)床主機(jī)部分、排 煙集塵系統(tǒng)、電氣控制部分、冷水機(jī)組。機(jī)床主機(jī)部分是整個(gè)光纖激光切割機(jī)最主要的組成部分，其切割功能和切割精度都是由主機(jī)部分來實(shí)現(xiàn)的。排煙集塵系統(tǒng)是將切割過程中產(chǎn)生的煙塵收集，先后通過抽風(fēng)區(qū)域、吸風(fēng)道等進(jìn)入到集塵器凈化后排放。電氣控制部分是保證各種圖形運(yùn)行軌跡的重要組成部分，由數(shù)控系統(tǒng)和低壓電氣系統(tǒng)組成。水冷機(jī)組放置于整機(jī)的側(cè)面，提供整機(jī)設(shè)備的冷卻功能。根據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)要求，確定主要技術(shù)參數(shù)如表 1 所示。

     如圖 2 所示，機(jī)床主機(jī)部分由機(jī)身、橫梁、Z 軸、光路、工作臺(tái)、輔助部分（防護(hù)罩、氣路及水路）、操作臺(tái)等七部分組成。機(jī)身采用分段式機(jī)架，以第一段基礎(chǔ)機(jī)身為基準(zhǔn)依次將各段機(jī)身拼接成兩條平行的整體，保證機(jī)架兩側(cè)導(dǎo)軌、齒條安裝面精度的一致性，機(jī)身地腳和機(jī)身拼接位置處裝有多套調(diào)節(jié)組件，調(diào)整導(dǎo)軌高度及側(cè)面定位，調(diào)整組件直接固定在水泥預(yù)埋鐵底座上。橫梁為分體式加高型設(shè)計(jì)，分為左、右兩側(cè)橫梁底座、上橫梁三部分，這種設(shè)計(jì)方式很好地解決了加高橫梁的加工困難問題。橫梁底座上安裝有X 軸電機(jī)、減速機(jī)、齒輪及潤(rùn)滑輪 ; 直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，齒輪齒條嚙合，確保傳動(dòng)精度 ; 滑塊上配有導(dǎo)軌刮屑板，用來清除導(dǎo)軌上的塵垢。Z 軸為控制切割頭上下運(yùn)動(dòng)的部件，切割頭的上下運(yùn)動(dòng)由數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，Z 軸既可以作為一個(gè)數(shù) 控軸進(jìn)行單獨(dú)的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能和 X、Y 軸聯(lián)動(dòng)，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。

     排煙集塵系統(tǒng)主要由吸塵管道、吸風(fēng)小車、吹風(fēng)風(fēng)機(jī)、集塵器組成。在切割平臺(tái)一側(cè)安裝方形吸風(fēng)風(fēng)道，風(fēng)道上方裝有一個(gè)可隨切割機(jī)一起移動(dòng)的滑動(dòng)吸風(fēng)小車，并在切割平臺(tái)的另一側(cè)裝有吹風(fēng)風(fēng)機(jī)。吹風(fēng)風(fēng)機(jī)、切割頭、滑動(dòng)吸風(fēng)小車三點(diǎn)一線，利用切割平臺(tái)上的工作臺(tái)齒板與所要切割的鋼板形成平臺(tái)隔柵風(fēng)道。在切割鋼板時(shí)，吹風(fēng)風(fēng)機(jī)將產(chǎn)生的切割煙塵、粉塵通過隔柵風(fēng)道吹向滑動(dòng)吸風(fēng)小車，被其吸入吸風(fēng)道后進(jìn)入到除塵器中凈化后排放。

     如圖 3 所示為方形吸風(fēng)道、密封皮帶滑動(dòng)吸風(fēng)小車的結(jié)構(gòu)形式，為吹吸式除塵系統(tǒng)的重要組成部分。工作時(shí)，密封皮帶在管道系統(tǒng)負(fù)壓下緊緊地貼在方形吸風(fēng)道上方，起密封作用。在滑動(dòng)吸風(fēng)小車內(nèi)有四個(gè)滾軸，密封皮帶在此處被滾軸頂起，這樣便使煙塵通過吸風(fēng)小車內(nèi)部結(jié)構(gòu)后進(jìn)入到方形吸風(fēng)道中，最后被輸送到除塵器中凈化排放。

     如圖 4 所示，機(jī)床各部件之間緊密聯(lián)系，相輔相成 : 穩(wěn)壓電源是機(jī)床穩(wěn)定運(yùn)行的保證，它為水冷機(jī)、激光器及主機(jī)提供優(yōu)質(zhì)電源 ; 水冷機(jī)為激光器及主機(jī)切割頭提供水循環(huán)冷卻，輔助氣體（O2、N2 及空氣）的作用為切割時(shí)助燃及散熱、及時(shí)吹掉切割時(shí)產(chǎn)生的熔渣 ; 排煙集塵系統(tǒng)及時(shí)將切割煙塵收集，凈化排放等，這些部件都為切割主機(jī)服務(wù)，為機(jī)床正常加工保駕護(hù)航。

     如表 2 所示，15kW、20kW 激光切割機(jī)與300A 等離子切割機(jī)速度對(duì)比，黑色加深標(biāo)記部分的激光切割機(jī)速度參數(shù)大于等離子切割速度，切割不銹鋼 的速度已全面超越等離子，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，20mm 以內(nèi)的碳鋼，激光切割的速度是等離子的兩倍，這給企業(yè)帶來的效率提升非常明顯，20mm 和 25mm 的碳鋼的 切割速度也略高于等離子，且切割質(zhì)量要遠(yuǎn)優(yōu)于等離子。

     如表 3 所示為高功率激光切割機(jī)與等離子切割精度對(duì)照表。首先從機(jī)床的加工精度來看，激光切割的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于等離子 ; 激光切割的工件垂直度優(yōu)于傳統(tǒng)的等離子加工 ; 激光切割的切縫很窄，可實(shí)現(xiàn) 共邊切割，能提高材料的利用率 ;由于激光切割能量更集中，速度更快，所以熱影響區(qū)域較小，減少零件的變形 ; 從斷面質(zhì)量來看，激光切割的斷面要優(yōu)于等離子切割，甚至能切出鏡面效果，同時(shí)保證刮渣較少 ; 另外激光切孔小，很多原先需要后續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)鉆孔的 工序可以在切割時(shí)就完成 ; 另外，近兩年剖口切割技術(shù)的推出對(duì)厚板加工起到了很大影響，省去銑邊機(jī)、坡口機(jī)打剖口這種后續(xù)的處理工序，節(jié)省了人力物力，激光切割工作環(huán)境也更加清潔。

     如表 4 所示為高精度激光切割機(jī)與等離子切割成本對(duì)比。雖然激光切割機(jī)的一次性投入要大于等離子切割，因?yàn)榧す馇懈顧C(jī)是由很多精密零件組成，機(jī)械零件的成本更高。但從設(shè)備耗材成本方面，等離子的成本非常高。例如，整個(gè)割炬（噴嘴、旋流環(huán)、電極等）需要在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)更換，等離子切割機(jī)耗電量很大。但是激光切割機(jī)的耗材成本很低，易損件少，幾乎不需要維護(hù)。綜合考慮，激光切割的綜合使用成 本還是要低于等離子切割。

     本文設(shè)計(jì)了一種大幅面高功率光纖激光切割機(jī)，具有切割幅面大、厚板切割能力強(qiáng)、坡口切割功能等特點(diǎn)，可應(yīng)用于船舶制造、鋼廠等行業(yè)。本文較為詳細(xì)地介紹了其機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成部分及與等離子切割機(jī)對(duì)比存在的優(yōu)勢(shì)，降低了生產(chǎn)廠家的使用成本，具有高效的生產(chǎn)加工能力。