1引言

隨著制造業的發展，在工業生產中如何提高火焰切割機的加工效率成為未來發展的趨勢。北京工業職業技術學院的卞化梅介紹了一種數控火焰切割機床的結構設計方法，對橫梁結構和驅動結構的設計思想作了詳細的闡述［1］。河南天豐鋼結構有限公司的宋統戰介紹了一種應用于鋼結構制作領域進行多位置切割的自行走式多功能火焰切割裝置［2］。為此，本文設計了火焰切割機實驗平臺的機械結構。

2實驗平臺機械結構的總體設計

2.1總體方案設計

在借鑒國內外先進產品的機械結構的基礎上，結合本實驗平臺實際應用的需要，切割機實驗平臺的整體架構模型采用龍門架構，如圖1所示。控制平移工作臺在Y軸方向運動時采用一個機械傳動結構，中同步輪固定在步進電機上，大同步輪固定在光杠的中間位置，二者通過同步帶相連接，形成傳動鏈。光杠兩端分別固定一個小同步輪，與控制柜另一端支架上的小同步輪通過長條同步帶相連接，同步帶的某一位置與平移工作臺支架緊固在一起。當步進電機收到驅動脈沖后，傳動鏈開始傳動，光杠帶動同步輪轉動，使與之連接的同步帶傳動，進而帶動平移工作臺沿著導軌在Y軸方向移動，最終實現對Y軸的運動控制。而控制X軸方向運動相對簡便，只需通過一個接口，連接下位機與平移工作臺即可直接通訊，從而控制切割機噴嘴沿X軸方向的實時運動。

2.2X軸平移滑臺設計

火焰切割機割槍放置在X軸上，X軸的運動由滾珠絲杠驅動，由雙光杠支撐。在Pro/E環境下設計的X軸平移滑臺三維結構圖如圖2所示，研制的平移滑臺實體圖如圖3所示。

2.3Y軸機械結構設計

（1）Y軸左右支架設計Y軸機械結構為龍門式架構，兩側采用同步帶輪驅動，龍門臺架的高度通過定位孔可調，設計的Y軸機械結構的左右支架如圖4所示。（2）Y軸傳動機構設計Y軸傳動由兩側同步帶傳動機構驅動，并由滑動單元在兩根SBR型直線導軌上實現滑動平移。SBR16UU滑動單元標準件與Pro/E模型圖如圖5所示。本實驗平臺搭建中選用的是HTD-3MBS型同步輪及與其相配的HTD-3M同步帶，表1為同步帶參數，表2為采用的同步帶與同步帶輪參數表。滑塊與平移工作臺支架相連接，使平移工作臺可以沿著導軌平行滑動。滑動單元屬于標準件，選取時需要綜合考慮負重、摩擦、安裝工藝等，可參照各系列實物圖進行合理選擇。本實驗臺選用開口向下滑動單元SBR-UU，型號SBR16UU中的16代表內徑為16mm，導軌與SBR16UU規格配套。光桿總長650mm，兩端各留出105mm，其直徑為12mm，用于小同步輪；光杠中間的直徑為16mm，其長度為440mm，固定大同步輪。設計的同步帶、同步輪組裝圖如圖6所示，研制的同步輪支架三維結構圖如圖7所示。

2.4切割機控制柜設計

控制柜側面設計成拉門格式，一方面考慮到電機的安裝與布線，另一方面可以放置一些維修工具和切割機其他零件；底端連有萬向輪，可自鎖，方便移動；平移工作臺與滑塊連接的支架由槽鋼加工而成，在適當的位置布滿了螺紋孔，滿足Z軸上不同加工高度的需要；坐標軸量程處裝有行程開關，保障了加工的安全性與準確性。切割機控制柜三維結構圖如圖8所示。

3系統在Pro/E環境下的裝配

3.1Pro/E簡介

1985年，PTC公司開始參數化建模軟件的研究。1988年，推出了V1.0版本的Pro/ENGINEER。經過多年的發展，現在已經推出了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列軟件包括多項功能，主要應用于工業設計、機械設計、大型裝配體的管理及功能仿真等諸多領域。此外，Pro/ENGINEER還提供了全面、緊密的產品開發環境。

3.2系統在Pro/E環境下的裝配

Pro/E中可進行零件的裝配與機械仿真，以校準所繪零件尺寸是否合理，零件之間是否可以正常組裝以及所具有的機械傳動結構是否能正常工作。裝配過程正是模擬實際需要中實驗平臺的搭建與調試過程。如發現問題，可及時地進行處理，屬于前期加工與裝配的工藝優化。

裝配時采用先分后總的思想，先把兩個相互連接的零件裝配在一起，再把兩個相互連接的裝配件裝配一起，依次累加，完成實驗平臺整體架構裝配圖。軸承、軸承座、光杠、大同步輪裝配如圖9所示，平移工作臺、支架、M6螺栓、圓軌滑塊、導軌裝配如圖10所示，同步輪支架、支板、M6螺栓、M5螺栓裝配如圖11所示，系統總體裝配圖如圖12所示。4結論（1）設計的火焰切割機實驗平臺結構合理，操作方便。（2）設計的火焰切割機實驗平臺可以大大提高加工效率。