[发明专利]一种隔离式运动机构

说明书

本发明公开了一种隔离式运动机构，包括以下制备步骤：(1)改变原来直接在铝横梁上加工导轨与齿条安装面的方式，改为在主导轨、齿条安装面和辅助导轨安装面增加带钢，带钢上加工出相应的安装面，用一组螺栓紧固到铝横梁相应加工好的带钢安装面上，再在带钢上分别加工出导轨和齿条安装面；(2)把铝横梁两端与铝横梁一体的底板去掉，另做成钢制底板，保持原来铝底板所有功能，分别在铝横梁与钢制底板设计相应连接面，用螺栓连接紧固。本发明与现有技术相比的优点在于：避免铝制品线膨胀系数远大于钢材给切割精度带来的不利影响，同时充分发挥铝制横梁重量轻的优点。

技术领域

本发明涉及激光切割机技术领域，具体是指一种隔离式运动机构。

背景技术

激光切割机主体结构普遍采用碳钢焊接床身、铸铝或者铝型材焊接横梁。碳钢焊接床身很好的满足了激光切割机刚性及稳定性的要求；铝横梁质量较轻，惯性小，能够很好的适应高速度切割、快速转向的要求。因而碳钢焊接床身、铝横梁成了激光切割机的标准配置。但是这种钢、铝搭配的主体结构也并非只有优点，也存在着比较明显的缺陷，若不进行妥善处理，会给激光切割机切割精度、运行稳定性带来非常不利的影响。

众所周知几乎所有的材料尺寸都会随着温度的变化而变化，即热胀冷缩，钢和铝制品自然也不会例外。钢和铝制品随温度变化的线膨胀系数存在较大差异，查阅资料可知：钢铁材质的线膨胀系数约为11× 10-6/℃，铝质材料的线膨胀系数约为23×10-6/℃，接近钢铁线膨胀系数的两倍。钢铁质制品随温度变化其线性尺寸伸缩量简记为：1米1度1丝，铝制品的伸缩量则为：1米1度2丝。那么钢、铝制品的相对伸缩量约为1米1度1丝。也就是说在同一温度变化范围内，铝制品的伸缩量是钢铁制品的两倍，在环境温度发生变化时，钢、铝配合件会因实际伸缩量不同而产生相对位移，位移出现在关键位置会对工作精度和安全性产生不利影响。

横梁是切割机主要的运动部件。横梁主体是铝合金材质的，横梁上面安装的导轨和齿条是钢的。横梁长度通常在2米以上，导轨稍短于横梁，齿条是拼接的，常用的每根齿条标准长度是1米。前面已经说过，钢、铝制品在温度变化时伸缩率存在明显差异。通常昼夜温差在10℃以上，在横梁全长范围上导轨和横梁产生的相对伸缩量达到20丝，每根齿条产生的相对伸缩量也有10丝。前期由于导轨和齿条被螺栓紧紧的紧固在横梁上，相对伸缩量并不会完全产生实际的相对位移，只存在交变应力。但天长地久、昼夜交替，紧固螺栓反复受到两个方向上的交互作用力，必然会造成螺栓松动，最终使导轨和齿条产生位移，从而对运行精度带来不良影响。齿条紧固螺栓松动后会使齿条的相对伸缩量集中体现于齿条对接处，昼夜温差可造成齿条对接缝隙10丝以上的变化量，寒暑极限温差在40℃以上，则可造成40丝以上的齿条对接缝隙变化量，这足以对X轴定位精度和运行稳定性造成严重影响。

横梁不仅仅与自身导轨、齿条相配合，还与安装于床身两侧的直线导轨、齿条相配合通过驱动电机完成Y轴运动。当环境温度发生变化时，铝制横梁和焊接床身之间同样存在伸缩差，而且跨度尺寸更大，由温度变化造成的相对伸缩量也就更大。同样由昼夜温差带来的相对伸缩量可造成相关联部位紧固螺栓的松动以及固定部件固定位置的偏移；寒暑极限温差可造成极限的固定位置的偏移。横梁两端的Y轴驱动电机跨距一般在2米以上，所产生的极限相对伸缩量可达80丝以上，平分到端可产生40丝的位移(实际情况是几乎不可能平分的)，对应40丝的齿轮/齿条啮合间隙，能够严重降低Y轴定位精度，而且超过40丝的啮合间隙使Y轴高速换向时产生冲击，严重降低齿轮齿条使用寿命。

因此频繁的昼夜温差所产生的相对伸缩量可造成钢、铝连接处紧固螺栓逐渐松动；伴随季节变化的温差可使钢、铝配合件产生明显的相对位移，当这种位移积累到一定程度则足以对设备工作精度带来不可忽视的影响，甚至存在安全隐患。

一般情况下，这种由于钢、铝线膨胀系数差异对激光切割机精度造成的不利影响是逐渐显化的，因为环境温度随季节的转换也是缓慢变化的。但是，当设备产地与用户使用地纬度相差较大、气候温度相差较大时，设备一到用户现场环境温差造成的相对伸缩量就会对切割精度带来显著的影响，甚至影响到设备的正常运行。另外，横梁做的越长，等于放大了这种相对伸缩量，对精度造成的不利的影响也就越大。