数控等离子切割机横向结构件设计及优化

    数控等离子切割机零件加工是不需机械加工就可直接进行焊接和应用。等离子切割的工作原理是通过用等离子弧进行切割，它与氧气切割相比。仍有一定的缺陷，主要体现在切割面的倾斜度较大，光洁度没有氧气切割的好。评定数控等离子切割质量好坏的主要判据是：切割面的倾斜度、切缝的割纹深度、挂渣多少等。
    数控等离子切割机横梁是一个多自由度弹性振动系统，作用于该系统的各种激振力使横梁产生复杂的振动变形，是影响切割精度的主要因素。在嘉倍徳科技过去多年的数控等离子切割机设备研发及销售服务工作中，我们发现针对数控等离子切割机的横梁设计存在较多的不确定因素，而不同生产厂家对于这套横向结构的理解和设计以及在后期的优化处理都将决定数控等离子切割机的加工质量效果。
    **作用于数控等离子切割机横向系统的各种振力就是使横梁产生复杂振动的动力源。根据数控等离子切割机工作特点，引起各种激振力的因素可概括为四类：
    一是横、纵向伺服电机本身工作时引起的简谐激振；
    二是横、纵向伺服电机与齿条传动齿轮副在工作时产牛的啮合激励，直接作用在横梁上；
    三是滚轮和升降体滑块在工作时分别与横、纵向导轨传动的移动副产生激振；
    四是数控等离子切割机在工作时受到外界的影响产生的激励。
    以上四类激振力对于数控等离子切割机的横向切割稳定性都将产生作用效果，如果这些激振力的激振频率和横梁的某一阶固有频率相吻合或接近时，就会产生共振，导致在横梁某些部位产生数值很大的共振载荷和位置偏移，影响数控等离子切割机的切割精度和**性。因此，数控等离子切割机横梁的动态设计要求横梁具有一定的固有频率和振型，且应避开横、纵向齿轮齿条传动的啮合频率和外界频率，这样才能**横梁具有良好的动态特性。
    在嘉倍徳科技迅锋系列数控等离子切割机横向结构设计上，我们通过建立数控等离子切割机横梁的有限元模型，应用NASTRAN分析软件对其结构固有特征进行数值分析，并根据结果对原有模型进行优化，得出较优化模型。这一设计思路在2012-2013年的迅锋II代数控等离子切割机设备得以应用并取得了较好用户反馈，其中尤其针对中薄板的高速切割应用领取综合性能表现尤为**，在2013-2014年公司所推出的迅锋III代数控等离子切割机系列产品中，公司技术部将这一优势进一步放大并推广应用于龙门式结构以及火焰切割设备中。
    通过对迅锋II代数控等离子切割机横梁模型的研究得出：原有横梁模犁的各阶固有频率偏低且大多密集在193．7Hz～203．5Hz，及易在外界激励下发生共振；各阶主振型都为Y轴方向，固有频率处的位移量在0．1mm左右，难以**切割精度。根据原有横梁模型的振型图和动画显示，可以直观地分析横梁的动态特性和薄弱环节，参照现行行业标准，对原有横梁模型进行优化，得出符合标准的较优化横梁模型。较优化横梁模型与原有横梁模相比：各阶固有频率明显提高，具有良好的动态特性，较易避开横、纵向齿轮齿条传动的啮合频率和外界频率；红固有频率处的较大位移量≤0．05mm，仅为优化前的1／2，更好的**了切割精度。本研究计算出了原有横梁模型的固有频率和振型，并通过这些数据埘其进行优化设计，得出较优化的横梁模型，对提高数控等离子切割机的精度和**性具有重要的工程意义。
    综上我们认为对数控等离子切割机横梁进行模态分析可以认为，确定横梁的固有频率和振型以及输出各阶频率位移云图，再根据这些数据和相关标准对其进行优化设计，设计出振动位移小固有频率大的较优化横梁，对**数控等离子切割机的切割精度和**性具有重要的工程意义。

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