數(shù)控等離子切割機橫向結構件設計及優(yōu)化
數(shù)控等離子切割機零件加工是不需機械加工就可直接進行焊接和應用。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，主要體現(xiàn)在切割面的傾斜度較大，光潔度沒有氧氣切割的好。評定數(shù)控等離子切割質量好壞的主要判據(jù)是：切割面的傾斜度、切縫的割紋深度、掛渣多少等。
數(shù)控等離子切割機橫梁是一個多自由度彈性振動系統(tǒng)，作用于該系統(tǒng)的各種激振力使橫梁產(chǎn)生復雜的振動變形，是影響切割精度的主要因素。在嘉倍徳科技過去多年的數(shù)控等離子切割機設備研發(fā)及工作中，我們發(fā)現(xiàn)針對數(shù)控等離子切割機的橫梁設計存在較多的不確定因素，而不同生產(chǎn)廠家對于這套橫向結構的理解和設計以及在后期的優(yōu)化處理都將決定數(shù)控等離子切割機的加工質量效果。
首先作用于數(shù)控等離子切割機橫向系統(tǒng)的各種振力就是使橫梁產(chǎn)生復雜振動的動力源。根據(jù)數(shù)控等離子切割機工作特點，引起各種激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引起的簡諧激振；
二是橫、縱向伺服電機與齒條傳動齒輪副在工作時產(chǎn)牛的嚙合激勵，直接作用在橫梁上；
三是滾輪和升降體滑塊在工作時分別與橫、縱向導軌傳動的移動副產(chǎn)生激振；
四是數(shù)控等離子切割機在工作時受到外界的影響產(chǎn)生的激勵。
以上四類激振力對于數(shù)控等離子切割機的橫向切割穩(wěn)定性都將產(chǎn)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接近時，就會產(chǎn)生共振，導致在橫梁某些部位產(chǎn)生數(shù)值很大的共振載荷和位置偏移，影響數(shù)控等離子切割機的切割精度和可靠性。因此，數(shù)控等離子切割機橫梁的動態(tài)設計要求橫梁具有一定的固有頻率和振型，且應避開橫、縱向齒輪齒條傳動的嚙合頻率和外界頻率，這樣才能保證橫梁具有良好的動態(tài)特性。
在嘉倍徳科技迅鋒系列數(shù)控等離子切割機橫向結構設計上，我們通過建立數(shù)控等離子切割機橫梁的有限元模型，應用nastran分析軟件對其結構固有特征進行數(shù)值分析，并根據(jù)結果對原有模型進行優(yōu)化，得出*化模型。這一設計思路在2012-2013年的迅鋒ii代數(shù)控等離子切割機設備得以應用并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取綜合性能表現(xiàn)尤為突出，在2013-2014年公司所推出的迅鋒iii代數(shù)控等離子切割機系列產(chǎn)品中，公司技術部將這一優(yōu)勢進一步放大并推廣應用于龍門式結構以及火焰切割設備中。
通過對迅鋒ii代數(shù)控等離子切割機橫梁模型的研究得出：原有橫梁模犁的各階固有頻率偏低且大多密集在193．7hz～203．5hz，及易在外界激勵下發(fā)生共振；各階主振型都為y軸方向，固有頻率處的位移量在0．1mm左右，難以保證切割精度。根據(jù)原有橫梁模型的振型圖和動畫顯示，可以直觀地分析橫梁的動態(tài)特性和薄弱環(huán)節(jié)，參照現(xiàn)行行業(yè)標準，對原有橫梁模型進行優(yōu)化，得出符合標準的*化橫梁模型。*化橫梁模型與原有橫梁模相比：各階固有頻率明顯提高，具有良好的動態(tài)特性，較易避開橫、縱向齒輪齒條傳動的嚙合頻率和外界頻率；紅固有頻率處的zui大位移量≤0．05mm，僅為優(yōu)化前的1／2，更好的保證了切割精度。本研究計算出了原有橫梁模型的固有頻率和振型，并通過這些數(shù)據(jù)塒其進行優(yōu)化設計，得出*化的橫梁模型，對提高數(shù)控等離子切割機的精度和可靠性具有重要的工程意義。
綜上我們認為對數(shù)控等離子切割機橫梁進行模態(tài)分析可以認為，確定橫梁的固有頻率和振型以及輸出各階頻率位移云圖，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)和相關標準對其進行優(yōu)化設計，設計出振動位移小固有頻率大的*化橫梁，對保證數(shù)控等離子切割機的切割精度和可靠性具有重要的工程意義。
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