热切割机的机械结构

1引言

随着制造业的发展，在工业生产中如何提高火焰切割机的加工效率成为未来发展的趋势。北京工业职业技术学院的卞化梅介绍了一种数控火焰切割机床的结构设计方法，对横梁结构和驱动结构的设计思想作了详细的阐述［1］。河南天丰钢结构有限公司的宋统战介绍了一种应用于钢结构制作领域进行多位置切割的自行走式多功能火焰切割装置［2］。为此，本文设计了火焰切割机实验平台的机械结构。

2实验平台机械结构的总体设计

2.1总体方案设计

在借鉴国内外先进产品的机械结构的基础上，结合本实验平台实际应用的需要，切割机实验平台的整体架构模型采用龙门架构，如图1所示。控制平移工作台在Y轴方向运动时采用一个机械传动结构，中同步轮固定在步进电机上，大同步轮固定在光杠的中间位置，二者通过同步带相连接，形成传动链。光杠两端分别固定一个小同步轮，与控制柜另一端支架上的小同步轮通过长条同步带相连接，同步带的某一位置与平移工作台支架紧固在一起。当步进电机收到驱动脉冲后，传动链开始传动，光杠带动同步轮转动，使与之连接的同步带传动，进而带动平移工作台沿着导轨在Y轴方向移动，最终实现对Y轴的运动控制。而控制X轴方向运动相对简便，只需通过一个接口，连接下位机与平移工作台即可直接通讯，从而控制切割机喷嘴沿X轴方向的实时运动。

2.2X轴平移滑台设计

火焰切割机割枪放置在X轴上，X轴的运动由滚珠丝杠驱动，由双光杠支撑。在Pro/E环境下设计的X轴平移滑台三维结构图如图2所示，研制的平移滑台实体图如图3所示。

2.3Y轴机械结构设计

（1）Y轴左右支架设计Y轴机械结构为龙门式架构，两侧采用同步带轮驱动，龙门台架的高度通过定位孔可调，设计的Y轴机械结构的左右支架如图4所示。（2）Y轴传动机构设计Y轴传动由两侧同步带传动机构驱动，并由滑动单元在两根SBR型直线导轨上实现滑动平移。SBR16UU滑动单元标准件与Pro/E模型图如图5所示。本实验平台搭建中选用的是HTD-3MBS型同步轮及与其相配的HTD-3M同步带，表1为同步带参数，表2为采用的同步带与同步带轮参数表。滑块与平移工作台支架相连接，使平移工作台可以沿着导轨平行滑动。滑动单元属于标准件，选取时需要综合考虑负重、摩擦、安装工艺等，可参照各系列实物图进行合理选择。本实验台选用开口向下滑动单元SBR-UU，型号SBR16UU中的16代表内径为16mm，导轨与SBR16UU规格配套。光杆总长650mm，两端各留出105mm，其直径为12mm，用于小同步轮；光杠中间的直径为16mm，其长度为440mm，固定大同步轮。设计的同步带、同步轮组装图如图6所示，研制的同步轮支架三维结构图如图7所示。

2.4切割机控制柜设计

控制柜侧面设计成拉门格式，一方面考虑到电机的安装与布线，另一方面可以放置一些维修工具和切割机其他零件；底端连有万向轮，可自锁，方便移动；平移工作台与滑块连接的支架由槽钢加工而成，在适当的位置布满了螺纹孔，满足Z轴上不同加工高度的需要；坐标轴量程处装有行程开关，保障了加工的安全性与准确性。切割机控制柜三维结构图如图8所示。

3系统在Pro/E环境下的装配

3.1Pro/E简介

1985年，PTC公司开始参数化建模软件的研究。1988年，推出了V1.0版本的Pro/ENGINEER。经过多年的发展，现在已经推出了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列软件包括多项功能，主要应用于工业设计、机械设计、大型装配体的管理及功能仿真等诸多领域。此外，Pro/ENGINEER还提供了全面、紧密的产品开发环境。

3.2系统在Pro/E环境下的装配

Pro/E中可进行零件的装配与机械仿真，以校准所绘零件尺寸是否合理，零件之间是否可以正常组装以及所具有的机械传动结构是否能正常工作。装配过程正是模拟实际需要中实验平台的搭建与调试过程。如发现问题，可及时地进行处理，属于前期加工与装配的工艺优化。

装配时采用先分后总的思想，先把两个相互连接的零件装配在一起，再把两个相互连接的装配件装配一起，依次累加，完成实验平台整体架构装配图。轴承、轴承座、光杠、大同步轮装配如图9所示，平移工作台、支架、M6螺栓、圆轨滑块、导轨装配如图10所示，同步轮支架、支板、M6螺栓、M5螺栓装配如图11所示，系统总体装配图如图12所示。4结论（1）设计的火焰切割机实验平台结构合理，操作方便。（2）设计的火焰切割机实验平台可以大大提高加工效率。