數控（kòng）等離子切割機（jī）橫向結構件設計及優化

    數控等離子切割機零件（jiàn）加工是不需機械加工就可直接進行焊接和應用（yòng）。等離子切割的工作原理是通過用等離子弧進行切割，它與氧氣切割相比。仍有一定的缺陷，主要體（tǐ）現在切割麵的傾斜度較大，光潔（jié）度沒有氧（yǎng）氣切割的好。評定數（shù）控等離子（zǐ）切割質量好壞的主要（yào）判據（jù）是（shì）：切割麵的傾（qīng）斜度、切（qiē）縫的割紋深度、掛渣多少等。
    數控等離子切割機橫梁是一個多（duō）自由度彈性振動係統，作用於該係統的（de）各種激振力使橫梁（liáng）產（chǎn）生複雜的振動變形，是影響切割精度的主要（yào）因素。在嘉倍徳科技過去多年的數（shù）控等離子切割機設備研發及銷售服務（wù）工作中，我們發現針對數控等離（lí）子切割機的橫梁設計存在較多的不確定因素（sù），而不同生（shēng）產（chǎn）廠家對於這套橫向結構的理解（jiě）和設計以及在後（hòu）期的優化處理都將決定數（shù）控等離（lí）子切割機的加工質量效果。
    首先（xiān）作用於數控等離子（zǐ）切割機橫向係統的各種振力就是使橫梁產生複（fù）雜振動的動力源。根據數控等離子切割機工作特點，引起各（gè）種激（jī）振力的因素可概括為四類：
    一是橫、縱向伺服電機本身工作時（shí）引（yǐn）起的簡諧激振；
    二是橫、縱向伺服電機與齒條傳動齒輪副（fù）在工作（zuò）時產牛（niú）的齧合（hé）激勵，直接作（zuò）用在橫梁（liáng）上；
    三是滾輪和升降體滑塊在工作時分別與橫、縱向導（dǎo）軌（guǐ）傳動的移動副產生激振；
    四是數控等離子（zǐ）切（qiē）割機（jī）在工作時受到外界的影響產生的激勵。
    以上四類（lèi）激振力對於數控等離子切割機的橫向切割穩定性（xìng）都（dōu）將產生作用效果，如果這些激振力的激振頻率和橫梁的某一階固有頻率相吻合或（huò）接近（jìn）時，就會產生共振，導致在（zài）橫梁某些部位產生數值很大的共振載荷和位（wèi）置偏移（yí），影響數（shù）控等離子切割機的切割精度和（hé）可（kě）靠性。因此（cǐ），數（shù）控等離子切割機橫梁的動態設計要（yào）求橫梁具有（yǒu）一定的固有頻率和振型，且應避開橫、縱向齒輪齒條傳動的齧合頻率和外界（jiè）頻率，這（zhè）樣才能保證橫梁具有良好的動態特性。
    在嘉倍徳科技迅鋒係列數控等離子切割（gē）機橫向（xiàng）結構設計上，我們通過（guò）建（jiàn）立數控等離（lí）子切割機橫梁的有限元模型，應用NASTRAN分析軟件對其（qí）結構固有特征（zhēng）進行數值分析，並根據結果對原有模型進行（háng）優化，得出最優化模（mó）型。這一設計思路在2012-2013年（nián）的迅鋒II代數控等離子切割機設備得以應用並取得了較好用戶反饋，其中尤其針對中薄板的高速切割應用領（lǐng）取綜合性能表現尤為突出，在2013-2014年公司所推出的迅鋒III代數控（kòng）等離子切割機係列產品（pǐn）中，公司技術部將這一優勢進一（yī）步放大並推廣應用於龍門式結構（gòu）以（yǐ）及火焰切割設備中。
    通過對（duì）迅鋒（fēng）II代數控等離子切割（gē）機橫梁模型的研究得出：原（yuán）有橫梁模犁的各階固有頻率（lǜ）偏低（dī）且大多密集在193．7Hz～203．5Hz，及易在外界激勵下發生共振；各（gè）階主振型都為Y軸方向，固有頻率處（chù）的位移量在0．1mm左右，難以保證切割精度。根據原有橫梁模型的（de）振型圖和動畫顯示，可以（yǐ）直觀地分析橫梁的（de）動態特（tè）性和薄弱環節，參照現行行業標（biāo）準，對原有橫梁模型（xíng）進行優化（huà），得出符合標準的最優化橫梁模型。最優化橫梁模型與原有橫梁模相比：各階固有頻（pín）率明顯提高，具有良好的動態特性，較易避開橫、縱向齒輪齒條傳動的齧合頻（pín）率和（hé）外界（jiè）頻率（lǜ）；紅固有頻率處的最大位移量≤0．05mm，僅為（wéi）優化前的1／2，更好的保證了切割精度。本研究計算出了（le）原有橫（héng）梁模型的固有（yǒu）頻（pín）率和振型，並通過這（zhè）些（xiē）數據塒其進行（háng）優化設計，得出最優化的橫梁模（mó）型，對提高數控等離子切割（gē）機的精度和可（kě）靠性具有重要的工程意義。
    綜上我們認為對（duì）數控等離子切割機橫梁進行模態分析可以認為，確定（dìng）橫梁的固有頻率和振型以及輸出各階頻率（lǜ）位移雲圖，再根據這（zhè）些數據和相關標（biāo）準對其進行優化設計，設計出振動位移小固有頻率大（dà）的最優（yōu）化橫梁，對保證數（shù）控（kòng）等離子切割機的切割精度和可靠性具（jù）有重要（yào）的工程意義。

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