摘要：激光切割机在机械零件加工中有着非常重要的应用，不但能够提升机械零件加工精度，同时可以提升加工效率。目前，很多国家都在投入大量的人力、物力和财力来对高性能数控激光切割机进行研究。我国研制的高性能数控激光切割机已经占据了一定的市场。通过对数控激光切割机设计进行研究，能够进一步提升激光切割机的性能。本文对高性能数控激光切割机的设计要点展开了探讨，旨在给同行业工作人员提供一些参考与借鉴。
关键词：数控；激光切割机；设计要点
激光切割是应用最多的激光加工方法，可占整个激光加工业的百分之七十以上。与其他切割方法相比，激光切割最大的优势是具有高速度、高精度和高适应性。激光可以切割碳钢、合金钢、不锈钢、铝、钛、铜、有机玻璃、陶瓷、橡胶、塑料、石英玻璃等金属及非金属材料，具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现控制自动化等优点。随着现代激光加工技术的快速发展，激光切割已成为本世纪至关重要的一种加工手段。所以，激光切割机显得尤为重要，应重视激光切割机的设计优化。
1、概述数控激光切割机
通过配置功率不一样的激光器，数控激光切割机能在各种各样的机械元件与金属材料等上面，执行打孔、切割等操作。现阶段，激光高精度切割加工方法在机械切割加工的整个行业，已占据高达70%以上的比例。相较于其他种类的机械加工切割方法，激光数控切割方法拥有绝对的优势，比如，广泛的适用性（适合切割有机玻璃、陶瓷、合金钢等）、小切割缝隙、高精度、快速切割、小热影响等。然而，在不考虑外界因素影响的情况下，数控激光切割机因其结构设计问题也会导致过大的切割噪声、较差的切割面质量等。所以，及时优化设计数控激光切割机自身的结构，使得机械性能满足各种切割要求，显得尤为关键。
2、激光切割机在钣金加工中的实际应用及优势
（1）激光切割能够有效的利用编程软件的优点，极大的提高薄板型材料的利用率，减少材料的使用与浪费，同时减轻工人的劳动强度与力度，达到理想的效果。另一方面，优化排料的这一功能性，可以省略薄板切割的开料环节，有效的降低材料的装夹，减少加工辅助的时间。因此，促使切割排版方案更加合理，能够有效的提高加工效率及节省材料；
（2）在日益发展的市场环境中，产品的开发速度即意味着市场。激光切割机的应用，可以有效的减少模具的使用数量，节省新产品的开发周期，促进其开发的速度与脚步。零件经过激光切割后的质量良好，且生产效率明显提高，有助于小批量的生产，强而有力的保障了产品开发周期，而激光切割的应用可以对落料模的尺寸大小进行精准的定位，为日后的大批量生产铺垫下坚实的基础；
（3）钣金加工作业中，几乎所有的板件都可以在激光切割机上一次加工作业，并进行直接的焊接合套，所以激光切割机的应用减少了工序与工期，有效的提高工作效率，能够实现工人劳动强度与加工成本的双重优化与降低，同时促进工作环境的优化，极大的提高研发速度与进度，减少模具投入，有效的降低成本；
（4）激光切割机在钣金加工中的普遍应用，能够有效的缩短新产品等的加工与制造周期，极大的减少模具的投入等；极大的提高工人的加工速率，省去不必要的加工程序；同时，激光切割机在工业加工中的广泛应用，能够有效的加工各种复杂的零件，提高精确度，有助于直接缩短加工周期、提高加工的精准度、略去冲压模具的更换程序，有效的提高劳动生产率。
3、研究数控激光切割机整个结构的典型设计
目前，我国数控激光切割机正在快速发展。在数控激光切割机整个结构设计方面，从结构设计理念到设计的具体表现重点，也均在发生巨大的改变。以下选用目前十分典型的一款数控激光切割机(1530型），着重研究了其结构设计的一些优缺点。
作为1530型的这种数控激光切割机，具有高达9t的总机身重，加工范围最大为3000mmX1500mm，且工作台以1250kg为最高载重。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了保证加工切割具有足够的精度，在驱动结构上，设计了龙门式双，通过这种设计方法，使其拥有最理想的受力对称基础条件，有效防止了在切割机执行操作时，因被切割工件发生重心外悬导致摆动而出现振动现象，而且切割机也避免抖动，同时导向部件不会发生瞬间过载。该机器结构设计的另一个亮点是设计的独立伺服轴，通过该设计，能够确保数控激光切割机从激光器出光口将激光射出一直到切割头，激光光束保持长度不变，并一直维持在原值。通过这种设计，切实确保了激光光束具有恒定且稳定的焦点位置。然而，因为1530型这种数控激光切割机，较早即被研发出来。而在该时期，市场主要要求数控激光切割机能够满足生产要求、拥有健全的功能即可。因此，这种切割机的很多方面，均与人机工程系的基本原理并不相符，具体来说，忽视了人的主体作用，因而在结构设计方面也具有很多缺陷。
比如它的监视窗太小或高度过高，这些均导致使用人员在进行操作时，较难观察到机器内部具体的加工过程，最终致使人为方面的操作失误率提高等。
4、数控激光切割机的优化设计
由于数控激光切割机实际的安装位置与具体的操作环境均与使用人员之间具有十分密切的关系，所以，人们设计数控激光切割机的新型结构时，不仅应考虑机器与实际的生产功能相符，而且还应考虑实际人机交互关系的安全性与合理性。
4.1优化设计切割机机床底座
机床底座是数控激光切割机中最基础的机床部件。因为机床主要由电机与齿轮齿条传动机构组成，且它们均会产生一定大小的加速度，所以，会在一定程度上冲击机床，而该冲击力足以让切割机机床中的底座发生一定的位移。而切割机机床底座一旦发生位移，则会干扰到激光器的激光光束发射，导致光束无法稳定，最终降低数控激光切割机原有的切割质量。因此，在对数控激光切割机展开新型设计时，需要着重将这一点优化。为了确保在齿轮齿条传动机构与电机进行高速运动时，也可以使机器保持稳定，则应尽可能将底座质量加重，以增强其惯性。一般来说，机床总的底座重量宜为15倍的机床所承受的冲击力。
4.2优化设计随动机构
在数控激光切割机中，随动机构一般用于在切割机运转时，检测并控制切割工件表面的光滑度。为了明确由激光器射出的激光光束，进行聚焦后，具体的焦点有没有在工件位置，则应通过丝杠传动设施与伺服电机，将切割头高度调整好。由于焦点的具体位置会大幅影响切割以后的缝隙质量与大小，所以，要求设计好随动机构，控制检测精度约为0.01mm。
4.3优化设计运动机构
在数控激光切割机中，切割机的性能由运动机构来决定。在设计运动机构时，应着重考虑负载的实际惯量比值。现阶段，一般电机的通用比值约为1:10,然而，数控激光切割机为了促使机床驱动参数保持最理想的状态，则进行设计时，数控激光切割机宜控制负载惯量比值约为1:3。
5、结语
综上所述，对数控激光切割机进行结构设计的工作具有一定的系统性与复杂度，而且涉及机、光、电等多个方面。同时，激光切割工艺也相对复杂，包括物理变化与化学变化等。本文中的新型激光切割机结构设计，改进了数控激光切割机的典型内部结构，希望这种优化设计可以增强数控激光切割机的市场竞争力，促使国际上的高端机床不再占据绝对的垄断地位，推进中国机床工具事业做大做强。
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作者简介：巫升丽 （1993—），汉族，福建永安人，厦门大学哲学系2017级硕士研究生，研究方向：西方伦理学。
论文作者:张礼峰,周庆,万灿
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/5/6