[發明專利]一種隔離式運動機構

在審

• 申請號: 202210347773.1
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114619140A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王玉林
• 申請（專利權）人: 王玉林
• 主分類號: B23K26/08
• 分類號: B23K26/08;B23K26/38
• 代理公司: 北京博識智信專利代理事務所(普通合伙) 16067
• 代理人: 牛琳

本發明公開了一種隔離式運動機構，包括以下制備步驟：(1)改變原來直接在鋁橫梁上加工導軌與齒條安裝面的方式，改為在主導軌、齒條安裝面和輔助導軌安裝面增加帶鋼，帶鋼上加工出相應的安裝面，用一組螺栓緊固到鋁橫梁相應加工好的帶鋼安裝面上，再在帶鋼上分別加工出導軌和齒條安裝面；(2)把鋁橫梁兩端與鋁橫梁一體的底板去掉，另做成鋼制底板，保持原來鋁底板所有功能，分別在鋁橫梁與鋼制底板設計相應連接面，用螺栓連接緊固。本發明與現有技術相比的優點在于：避免鋁制品線膨脹系數遠大于鋼材給切割精度帶來的不利影響，同時充分發揮鋁制橫梁重量輕的優點。

技術領域

本發明涉及激光切割機技術領域，具體是指一種隔離式運動機構。

背景技術

激光切割機主體結構普遍采用碳鋼焊接床身、鑄鋁或者鋁型材焊接橫梁。碳鋼焊接床身很好的滿足了激光切割機剛性及穩定性的要求；鋁橫梁質量較輕，慣性小，能夠很好的適應高速度切割、快速轉向的要求。因而碳鋼焊接床身、鋁橫梁成了激光切割機的標準配置。但是這種鋼、鋁搭配的主體結構也并非只有優點，也存在著比較明顯的缺陷，若不進行妥善處理，會給激光切割機切割精度、運行穩定性帶來非常不利的影響。

眾所周知幾乎所有的材料尺寸都會隨著溫度的變化而變化，即熱脹冷縮，鋼和鋁制品自然也不會例外。鋼和鋁制品隨溫度變化的線膨脹系數存在較大差異，查閱資料可知：鋼鐵材質的線膨脹系數約為11× 10-6/℃，鋁質材料的線膨脹系數約為23×10-6/℃，接近鋼鐵線膨脹系數的兩倍。鋼鐵質制品隨溫度變化其線性尺寸伸縮量簡記為：1米1度1絲，鋁制品的伸縮量則為：1米1度2絲。那么鋼、鋁制品的相對伸縮量約為1米1度1絲。也就是說在同一溫度變化范圍內，鋁制品的伸縮量是鋼鐵制品的兩倍，在環境溫度發生變化時，鋼、鋁配合件會因實際伸縮量不同而產生相對位移，位移出現在關鍵位置會對工作精度和安全性產生不利影響。

橫梁是切割機主要的運動部件。橫梁主體是鋁合金材質的，橫梁上面安裝的導軌和齒條是鋼的。橫梁長度通常在2米以上，導軌稍短于橫梁，齒條是拼接的，常用的每根齒條標準長度是1米。前面已經說過，鋼、鋁制品在溫度變化時伸縮率存在明顯差異。通常晝夜溫差在10℃以上，在橫梁全長范圍上導軌和橫梁產生的相對伸縮量達到20絲，每根齒條產生的相對伸縮量也有10絲。前期由于導軌和齒條被螺栓緊緊的緊固在橫梁上，相對伸縮量并不會完全產生實際的相對位移，只存在交變應力。但天長地久、晝夜交替，緊固螺栓反復受到兩個方向上的交互作用力，必然會造成螺栓松動，最終使導軌和齒條產生位移，從而對運行精度帶來不良影響。齒條緊固螺栓松動后會使齒條的相對伸縮量集中體現于齒條對接處，晝夜溫差可造成齒條對接縫隙10絲以上的變化量，寒暑極限溫差在40℃以上，則可造成40絲以上的齒條對接縫隙變化量，這足以對X軸定位精度和運行穩定性造成嚴重影響。

橫梁不僅僅與自身導軌、齒條相配合，還與安裝于床身兩側的直線導軌、齒條相配合通過驅動電機完成Y軸運動。當環境溫度發生變化時，鋁制橫梁和焊接床身之間同樣存在伸縮差，而且跨度尺寸更大，由溫度變化造成的相對伸縮量也就更大。同樣由晝夜溫差帶來的相對伸縮量可造成相關聯部位緊固螺栓的松動以及固定部件固定位置的偏移；寒暑極限溫差可造成極限的固定位置的偏移。橫梁兩端的Y軸驅動電機跨距一般在2米以上，所產生的極限相對伸縮量可達80絲以上，平分到端可產生40絲的位移(實際情況是幾乎不可能平分的)，對應40絲的齒輪/齒條嚙合間隙，能夠嚴重降低Y軸定位精度，而且超過40絲的嚙合間隙使Y軸高速換向時產生沖擊，嚴重降低齒輪齒條使用壽命。

因此頻繁的晝夜溫差所產生的相對伸縮量可造成鋼、鋁連接處緊固螺栓逐漸松動；伴隨季節變化的溫差可使鋼、鋁配合件產生明顯的相對位移，當這種位移積累到一定程度則足以對設備工作精度帶來不可忽視的影響，甚至存在安全隱患。

一般情況下，這種由于鋼、鋁線膨脹系數差異對激光切割機精度造成的不利影響是逐漸顯化的，因為環境溫度隨季節的轉換也是緩慢變化的。但是，當設備產地與用戶使用地緯度相差較大、氣候溫度相差較大時，設備一到用戶現場環境溫差造成的相對伸縮量就會對切割精度帶來顯著的影響，甚至影響到設備的正常運行。另外，橫梁做的越長，等于放大了這種相對伸縮量，對精度造成的不利的影響也就越大。