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激光切割机结构优化及几何精度分析研究

司卫征 陈敏 刘建华 朱应彬 龚旭

司卫征, 陈敏, 刘建华, 朱应彬, 龚旭. 激光切割机结构优化及几何精度分析研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 107-113. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.018
引用本文: 司卫征, 陈敏, 刘建华, 朱应彬, 龚旭. 激光切割机结构优化及几何精度分析研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 107-113. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.018
SI Weizheng, CHEN Min, LIU Jianhua, ZHU Yingbin, GONG Xu. Research on structure optimization and geometric accuracy analysis of laser cutting machine[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 107-113. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.018
Citation: SI Weizheng, CHEN Min, LIU Jianhua, ZHU Yingbin, GONG Xu. Research on structure optimization and geometric accuracy analysis of laser cutting machine[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 107-113. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.018

激光切割机结构优化及几何精度分析研究

doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.018
基金项目: 

广东省科技计划项目 2018A050506059

广州市科技计划项目 201807010023

广州市科技计划项目 201804010170

广东省科学院资助项目 2019GDASYL-0105072

详细信息
    作者简介:

    司卫征,男,1980年生,硕士,高级工程师,长期从事工业装备可靠性研究。E-mail:swz006@163.com

    通讯作者:

    刘建华,男,1982年生,大专,高级技师,长期从事数控装备可靠性研究。E-mail:ljh98805@163.com

  • 中图分类号: TP122

Research on structure optimization and geometric accuracy analysis of laser cutting machine

  • 摘要: 以加工幅面为720 mm×600 mm的激光切割机为研究对象,利用有限元方法对其进行整体结构刚度分析; 建立激光切割机几何误差模型,结合激光干涉仪测试切割机动、静态下激光切割机导轨直线度、角度误差及运动速度等数据,对其几何精度和定位精度进行了分析研究。研究结果表明:利用有限元对切割机进行的结构优化改进,可有效减小激光切割机龙门机架两端形变差距、提高激光切割机的框架刚度; 激光切割机导轨直线度误差和角度误差对切割精度影响较大,动态场景下导轨的直线度大于静态导轨的直线度,移动速度、辅助气压对激光切割机导轨的直线度精度影响不大,通过改进结构设计和装配工艺,可提高激光切割机的几何精度、切割精度和定位精度。

     

  • 图  1  激光切割机结构图

    图  2  激光切割有限元模型

    图  3  机架变形云图

    图  4  优化后机架变形云图

    图  5  运动轴6项几何误差

    图  6  现场测试系统图

    图  7  激光干涉仪测试原理

    图  8  直线度误差δzx(静态)

    图  9  直线度误差δzx(动态)

    图  10  直线度误差δyx(动态)

    图  11  竖直线度误差δyx(动态)

    图  12  角度误差εyx(静态)

    图  13  角度误差εyx(动态)

    图  14  角度误差εzx (静态)

    图  15  角度误差εzx(动态)

    图  16  运动速度为100 mm/s测试图

    图  17  运动速度为300 mm/s测试图

    图  18  运动速度为600 mm/s测试图

    图  19  运动速度为1000 mm/s测试图

    图  20  运动速度为100 mm/s测试图(加气)

    图  21  运动速度为300 mm/s测试图(加气)

    图  22  运动速度为600 mm/s测试图(加气)

    图  23  运动速度为1000 mm/s测试图(加气)

    图  24  X轴修正前位置精度统计

    图  25  X轴修正后位置精度统计

    表  1  18项几何误差

    定位误差 直线度误差 俯仰角误差 偏摆角误差 滚动角误差
    X δxx δyx δzx εyx εzx εxx
    Y δyy δxy δzy εxy εzy εyy
    Z δzz δxz δyz εxz εyz εzz
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    表  2  3项垂直度误差

    误差平面 XY平面 YZ平面 XZ平面
    垂直度误差 Sxy Syz Sxz
    下载: 导出CSV
  • [1] 直妍. 激光技术在材料加工中的应用与发展趋势[J]. 热加工工艺, 2014(1): 22-23. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SJGY201401008.htm
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    [9] ISO 230-1: 2012, Test code for machine tools-Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or quasi-static conditions[S].
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-26
  • 网络出版日期:  2022-03-12

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