激光切割机机械机构部分设计

前言

激光切割机是将激光发射器发出的激光，经过光路系统，聚焦成高功率密度的激光束，使工件达到熔点再经过工件与工作平台的相应移动产生切缝从而实现快速切割。

激光切割加工技术的不可见光代替了传统的机械刀，包括早期的线切割技术，具有精度高，切割速度快，不局限于图形的限制，相比以往切割设备节省了不少材料，切口平滑，加工成本低，通过技术的不断改进将逐渐取代传统的切割设备。

激光切割机在全程的工作过程中切割机机械结构与工件无接触，不会造成工件表面的划伤，切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工，以上优点使切割区热影响小，工件变形小，切缝切口没有机械应力，无毛刺，不损伤材料，被加工板材无需相应模具，经济省时。主要用于：工艺品，家具，玻璃制品，木制品，聚氯乙烯，灯饰，广告，装饰，造纸，马克板，邮票及印章，腈纶，竹制品，手袋及鞋子，衣服和服装，面料等。通过对激光参数的调整，机器可以进行多样的雕刻和切割。这个机器具有多种优点：切口光滑，无接触切割，高速雕刻，雕刻准确、效果好。

目前国外的激光切割技术全部采用数控，所以本次设计虽然只是机械结构设计，但经过相应改装，增加数控平台，编写数控软件后与国外小型激光切割机没有太大差距，这是一个自主创新设计的设备，相信进过不断的改进与大胆尝试我国的精密加工技术会走在世界前列。

关键词：激光发射器；精度高；高密度激光束；自主创新

目录

1 概述 (1)

1.1激光技术历史 (1)

1.2激光切割技术的应用 (1)

1.3设计任务 (2)

1.4总体设计方案分析 (2)

2 机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计 (3)

2.1 XY工作台的设计 (3)

2.2 Z轴随动系统设计 (5)

3 滚珠丝杠传动系统的设计计算 (6)

3.1滚珠丝杠副导程的确定 (6)

3.2滚珠丝杠副的传动效率 (6)

4 直线滚动导轨的选型 (7)

5 步进电机及其传动机构的确定 (8)

5.1步进电机的选用 (8)

5.2步进电机惯性负载的计算 (10)

6 齿轮传动机构的确定 (11)

6.1传动比的确定 (11)

6.2齿轮结构主要参数的确定 (12)

8 消隙方法与预紧 (12)

9 安装和常见问题的调整 (13)

总结 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

工程概况

本文首先介绍了激光切割机的发展历史和今日概况，参照国际和国内主要激光切割机设计出具有自主知识产权，参照其他成熟设计，首先设计了激光切割机的底部工作台，可实现两轴联动，其次在底部工作台的基础上设计了Y方向的工作台和一些随动部件，由于该激光切割机涉及精度较高，也是本次设计关键部分，重点将部件配合与预警作为结尾部分主要介绍，总体激光切割机机械机构由各个部分组装而成。

经过本次设计，在原有的机械机构部分上留够了足够的空间为机床的改装和设备更新换代，在Y轴方向与随动部件采用了新思路，保证了激光头的可升降，在安全方面可选用多种不同功率激光头组合，整体尺寸上考虑了人机工程学，方便操作，造价便宜，材料环保是本次激光切割机设计上一次创新。

1概述

1.1激光技术历史

激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之一，它刚一问世就引起了材料科学家的高度重视。1971年11月，美国通用汽车公司率先使用一台250W CO2激光器进行利用激光辐射提高材料耐磨性能的试验研究，并于1974年成功地完成了汽车转向器壳内表面（可锻铸铁材质）激光淬火工艺研究，淬硬部位的耐磨性能比未处理之前提高了10倍。这是激光表面改性技术的首次工业应用。多年以来，世界各国投入了大量资金和人力进行激光器、激光加工设备和激光加工对材料学的研究，促使激光加工得到了飞速发展，并获得了巨大的经济效益和社会效益。如今在中国，激光技术已在工业、农业、医学、军工以及人们的现代生活中得到广泛的应用，并且正逐步实现激光技术产业化，国家也将其列为“九五”攻关重点项目之一。“十五”的主要工作是促进激光加工产业的发展，保持激光器年产值20％的平均增长率，实现年产值200亿元以上；在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。

数控化和综合化把激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势。

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展,目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料,成形复杂零件大批量的采用冲压,单件的采用振动剪。七十年代后,为了改善和提高火焰切割的切口质量,又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期,又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点,在工业生产中有一定的适用范围。

激光切割机是光、机、电一体化高度集成设备，科技含量高，与传统机加工相比，激光切割机的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低产品成本，减轻工人负担，对制造业来说，可以说是一场技术革命。

激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。激光切割技术、激光切割机床正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控激光切割有很强的现实意义，微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。

1.2激光切割技术的应用

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展,目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采