熱切割機的機械結(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的加工效率成為未來發(fā)展的趨勢。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)控火焰切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，對橫梁結(jié)構(gòu)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想作了詳細(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)計了火焰切割機實驗平臺的機械結(jié)構(gòu)。
2實驗平臺機械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計
2.1總體方案設(shè)計
在借鑒國內(nèi)外先進產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本實驗平臺實際應(yīng)用的需要，切割機實驗平臺的整體架構(gòu)模型采用龍門架構(gòu)，如圖1所示?？刂破揭乒ぷ髋_在Y軸方向運動時采用一個機械傳動結(jié)構(gòu)，中同步輪固定在步進電機上，大同步輪固定在光杠的中間位置，二者通過同步帶相連接，形成傳動鏈。光杠兩端分別固定一個小同步輪，與控制柜另一端支架上的小同步輪通過長條同步帶相連接，同步帶的某一位置與平移工作臺支架緊固在一起。當(dāng)步進電機收到驅(qū)動脈沖后，傳動鏈開始傳動，光杠帶動同步輪轉(zhuǎn)動，使與之連接的同步帶傳動，進而帶動平移工作臺沿著導(dǎo)軌在Y軸方向移動，最終實現(xiàn)對Y軸的運動控制。而控制X軸方向運動相對簡便，只需通過一個接口，連接下位機與平移工作臺即可直接通訊，從而控制切割機噴嘴沿X軸方向的實時運動。
2.2X軸平移滑臺設(shè)計
火焰切割機割槍放置在X軸上，X軸的運動由滾珠絲杠驅(qū)動，由雙光杠支撐。在Pro/E環(huán)境下設(shè)計的X軸平移滑臺三維結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，研制的平移滑臺實體圖如圖3所示。
2.3Y軸機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）Y軸左右支架設(shè)計Y軸機械結(jié)構(gòu)為龍門式架構(gòu)，兩側(cè)采用同步帶輪驅(qū)動，龍門臺架的高度通過定位孔可調(diào)，設(shè)計的Y軸機械結(jié)構(gòu)的左右支架如圖4所示。（2）Y軸傳動機構(gòu)設(shè)計Y軸傳動由兩側(cè)同步帶傳動機構(gòu)驅(qū)動，并由滑動單元在兩根SBR型直線導(dǎo)軌上實現(xiàn)滑動平移。SBR16UU滑動單元標(biāo)準(zhǔn)件與Pro/E模型圖如圖5所示。本實驗平臺搭建中選用的是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與平移工作臺支架相連接，使平移工作臺可以沿著導(dǎo)軌平行滑動。滑動單元屬于標(biāo)準(zhǔn)件，選取時需要綜合考慮負(fù)重、摩擦、安裝工藝等，可參照各系列實物圖進行合理選擇。本實驗臺選用開口向下滑動單元SBR-UU，型號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，其長度為440mm，固定大同步輪。設(shè)計的同步帶、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切割機控制柜設(shè)計
控制柜側(cè)面設(shè)計成拉門格式，一方面考慮到電機的安裝與布線，另一方面可以放置一些維修工具和切割機其他零件；底端連有萬向輪，可自鎖，方便移動；平移工作臺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功能，主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計、機械設(shè)計、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中可進行零件的裝配與機械仿真，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械傳動結(jié)構(gòu)是否能正常工作。裝配過程正是模擬實際需要中實驗平臺的搭建與調(diào)試過程。如發(fā)現(xiàn)問題，可及時地進行處理，屬于前期加工與裝配的工藝優(yōu)化。
裝配時采用先分后總的思想，先把兩個相互連接的零件裝配在一起，再把兩個相互連接的裝配件裝配一起，依次累加，完成實驗平臺整體架構(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、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)計的火焰切割機實驗平臺結(jié)構(gòu)合理，操作方便。（2）設(shè)計的火焰切割機實驗平臺可以大大提高加工效率。