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摘要
自从1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器，激光器的应用越来越广泛，近年来随着激光技术的发展，激光慢慢从军事领域延伸到了民用领域。激光切割机就是一种把激光的高热量以及高穿透性应用在切割技术的机器。应用激光器进行切割的板材切口光滑无毛刺且效率高。而随着近年来的机床技术的发展，三坐标技术越来越成熟，三坐标激光切割机正是将三坐标机床技术与激光切割技术进行结合的产物，它不仅综合了激光的高穿透性等优点而且保证了板下料的精度。怎样让这两种技术进行有机结合已经成为现阶段激光切割技术的一道难题。
关键词： 切割技术，机构设计，激光切割机
Abstract
Since 1960, T.H. maiman and others made the first ruby laser, laser application is more and more widely, in recent years, with the development of laser technology, laser slowly from extended to commercial applications in the military field. The laser cutting machine is a kind of high heat and high penetrability application of laser cutting technology of machines. Application of laser cutting plate incision smooth without burr and high efficiency. But with the development of machine tool technology in recent years, three-dimensional technology is increasingly mature, three-dimensional laser cutting machine is the three-dimensional machine tool technology and laser cutting technology is a product of the combination, it not only combines the advantages of laser of high penetrability and ensures the accuracy of plate blanking. How to make organic combination of the two technologies are a difficult problem has become the present stage laser cutting technology.
Keywords: cutting technology, mechanism design, Laser cutting machine
目 录
摘要2
Abstract3
目 录4
第1章 绪论6
1.1三坐标激光切割机的研究目的及意义6
1.1.1三坐标激光切割机背景6
1.1.2三坐标激光切割机简介6
1.1.3激光切割原理6
1.1.4激光切割分类7
1.1.3意义7
1.1.4激光切割技术的优缺点8
1.2研究现状及发展趋势8
1.2.1国内外发展现状9
1.3本课题研究的内容及方法9
1.3.1主要的研究内容9
1.3.2设计要求10
1.3.3关键的技术问题10
第2章 总体方案机构设计10
2.1设计概念10
2.2设计原理10
2.3方案讨论11
第3章 X结构及传动设计12
3.1 X向滚珠丝杆副的选择13
3.1.1导程确定13
3.1.2确定丝杆的等效转速13
3.1.3估计工作台质量及负重13
3.1.4确定丝杆的等效负载13
3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷14
3.1.6精度的选择15
3.1.7选择滚珠丝杆型号15
3.2校核15
3.2.1 临界压缩负荷验证16
3.2.2临界转速验证17
3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率17
3.3电机的选择18
3.3.1电机轴的转动惯量18
3.3.2电机扭矩计算19
第4章 Y向结构设计21
4.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择21
4.2 滚珠丝杠计算、选择23
4.3 步进电机惯性负载的计算26
第5章 轴承的选择28
5.1 X轴轴承选择28
5.2Y轴轴承选择29
5.3Z轴轴承选择30
第6章 伺服系统的选择30
总结与展望32
参考文献33
致 谢34
毕业设计（论文）知识产权声明35
第1章 绪论
1.1三坐标激光切割机的研究目的及意义
1.1.1三坐标激光切割机背景
在日新月异的工业生产中，自动化生产已经成为不变的主题。不论是在机械加工还是在装配过程，工业生产越来越注重效率。当然在板下料行业也不例外，从最初的剪板机，到火焰切割机，到等离子切割机再到激光切割机，板下料机械的效率越来越高，下料成型的切口也越来越光滑，同时对板材的利用率也越来越高。三坐标激光切割机在板下料中的成功应用可以说是将板下料工艺推向了一个新的高潮。
1.1.2三坐标激光切割机简介
三坐标激光切割机的是将三坐标技术与激光切割技术有机结合的产物，综合了三坐标的高定位精度以及激光切割技术的高效率。其结构包括切割头、横梁、立柱以及工作台。可对各类钢材如碳钢、不锈钢以及薄板材料进行下料，下料效率高且不容易出现热变形。
1.1.3激光切割原理
在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或气化，随着气化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了[1]。脉冲激光适用于金属材料, 连续激光适用于非金属材料,后者是激光切割技术的重要应用领域。与计算机控制的自动设备结合,激光束具有无限的仿形切割能力,切割轨迹修改方便通过预先在计算机内设计, 进行众多复杂零件整张板排料,可实现多零件同时切割, 节省材料[2]。
激光切割主要是CO2激光切割, 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CO2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[3]。
激光切割设备除具有一般机床所需有的支承构件、运动部件以及相应的运动控制装置外，主要还应备有激光加工系统，它是由激光器、聚焦系统和电气系统三部分组成的。其它有多腔吸尘系统、外光束传输件、冷却器、和计算机编程硬件和软件等辅助系统组成[4]
1.1.4激光切割分类
激光气化切割
利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸汽。这些蒸汽的喷出速度很大，在蒸汽喷出的同时，在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和功率密度。激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料（如纸、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。
激光熔化切割
激光熔化切割时，用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性气体（Ar、He、N等），依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全汽化，所需能量只有汽化切割的1/10。激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
激光氧气切割（氧化熔化切割）
激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。它是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
激光划片与控制断裂
激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。控制断裂是利
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