摘 要

随着现代科学技术的迅猛发展，激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于具有诸多特点,已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。激光切割是一种无接触的切割新工艺,它具有切速快、切缝窄、切缝表面粗糙度小、热影响区小、变形小、适应性广、效率高等优点,其应用范围越来越广,与传统的剪切、冲切、氧乙炔和等离子切割相比,具有明显的优势。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。

本文设计了一台激光裁布机，主要完成对激光裁布机的整体进行设计，优化其结构，改善各系统的功能并将其大量运用于工业生产中，提高生产质量与劳动生产率，保证加工的稳定性，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度。

关键词：激光裁布 滚珠丝杠 直线导轨 结构设计

Abstract

With the rapid development of modern science and technology, laser cutting is the most amount applied technology in laser processing industry, because of its many features, has been widely used in the automotive,locomotive manufacturing, aviation, chemical industry, light industry, electrical and electronics, petroleum and metallurgical industries. New technology of laser cutting is a non-contact cutting, it has a fast cutting speed, narrow cutting seam, cutting surface roughness of small heat-affected zone is small, small deformation, wide adaptability, high efficiency, its use has become an increasingly widespread, compared to traditional shearing, punching, oxy-acetylene and plasma cutting, has an obvious advantage. Laser can cut most metals and non-metallic materials.

This article has designed a laser cutting machine，main the overall design of laser cutting machine，optimize its structure, improve the functioning of the system and a large number of it applied to industrial production, improve the quality of production and productivity, guarantee the stability of processing, production process automation, improves working conditions, reduce labor intensity.

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Keywords ： Laser cutting fabric Ball screw Linear Guide Configuration design

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

1 前言 1

1.1 课题提出的背景和意义 1

1.2 国内外研究的状况及分析 2

1.2.1 国内外研究情况 2

1.3激光切割的简介 3

1.3.1 激光切割的分类 3

1.3.2激光切割的特点 3

1.3.3激光切割的发展趋势 4

1.4 课题设计的要求与内容 5

1.4.1 毕业设计的具体要求 5

1.4.2 毕业设计主要研究内容 6

2 数控激光裁布机的总体设计 8

2.1 数控激光裁布机简介 8

2.1.1 数控激光裁布机的组成 8

2.1.2 数控裁布机的优点 9

2.2 总体方案 9

2.2.1 数控裁布机布局特点 9

2.2.2 数控裁布机总体方案分析 9

3 XY工作台的基本结构设计 11

3.1 传动部件设计 11

3.1.1 步进电动机的选用 11

3.1.2 齿轮齿条机构 12

3.2 滚珠丝杆机构 13

3.1.1 滚珠丝杆的选用[3] 15

3.1.2 滚珠丝杆支撑的选用 17

4 带传动的设计 19

4.1 同步齿形带 19

4.1.1 同步齿形带的简介 19

4.1.2 同步齿形带的设计 20

5 导轨的设计 23

5.1 直线导轨简介 23

5.1.1 直线导轨的分类和特点 24

5.1.2 直线导轨的选用 25

6 数控激光裁布机的注意事项 27

7 总结致谢 29

主要参考资料 30

1 前言

1.1 课题提出的背景和意义

激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之一，它刚一问世就引起了人们的高度重视。激光因为拥有相干性、平行性和单色性这三大特点，适用于各种不同材料加工,包括各类金属和非金属材料。激光加工技术是激光应用中相当有发展前途的领域，国外经过开发研究已经有 20 多种激光加工技术。激光的时间控制性和空间控制性特别好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，相当适用于现代的自动化加工领域。多年以来，世界各国投入了大量资金和人力进行激光器、激光加工设备和激光加工的研究，促使激光加工技术得到了飞速发展，并获得了良好的社会效益和巨大经济效益。

激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分。激光切割技术是当今世界上相当先进的切割工艺，它差不多占了整个激光加工业的70%。与其他切割方法相比较，激光切割的最大区别在于它有高速度、高精度及强适应性的特性，而且同时还拥有热影响区小、切割时无噪声、切割面质量好、割缝细、切割过程容易实现自动化控制等优点。用激光切割一些材料时，无需用到模具，可以代替一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能有效缩短产品生产周期和降低成本。激光用于加工，始于激光打孔，很快就推广到切割、焊接、热处理、表面改性与强化，乃至激光快速成型、激光清洗和激光微加工，已经成为高科技产业中不可缺少的加工方法。激光切割技术广泛应用在金属和非金属材料的加工行业中，可以大大减少加工时间，降低加工成本，提高产品的质量。脉冲激光比较适用于金属材料，连续激光则适用于非金属材料，连续激光是激光切割技术的重要应用领域，现代的激光成了人们所想要的加工材料的一个利器，给人们带来了无数方便。

激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于具有诸多特点,已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。当然激光切割成形技术在非金属材料领域也有着相当广泛的应用。激光不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，例如氮陶瓷、石英、氮化硅等；还能切割加工柔性材料，例如纸张、塑料板、布料、橡胶等，如用激光进行服装布料剪裁，可以节约布料10%～12%，提高差不多3倍的功效。本次设计的数控激光裁布机，就是用于布料的裁剪，节约加工成本，提高其生产效率，改善工作环境。

1.2 国内外研究的状况及分析

1.2.1 国内外研究情况

激光自1960年问世以来，在加工方面的应用潜力一直受到人们的高度重视。1971年11月，美国通用汽车公司率先使用一台250W CO2激光器进行利用激光辐射提高材料耐磨性能的试验研究，并于1974年成功地完成了汽车转向器壳内表面（可锻铸铁材质）激光淬火工艺研究，淬硬部位的耐磨性能比未处理之前提高了10倍，这是激光表面改性技术的首次工业应用。经过多年的开发，激光加工工艺已形成系列。激光近30年来的发展和推广，给人类带来了很多福祉。可以毫不夸张的说，现代社会的方方面面已经与激光的应用密不可分。

近年来，激光切割加工技术发展很快，国际上每年都以20%～30%的速度增长。在设备的运行速度上，目前多家企业竞相开发高速高精度切割机用以取代机械冲床。激光切割机广泛地应用到复杂曲面，工件的加工，如激光切割机器人、专门用于管材切割的2.5D激光切割机、3D光纤传输激光切割机等。目前，国际上出现了“精密造船”的概念，日本、美国、欧盟、韩国等国家和地区的船舶制造普遍采用了高功率激光切割技术。国外主流的大幅面激光切割机一般都采取机载激光器结构，切割板厚可达到40mm，加工幅面为3m×25m，在舰艇、船舶等行业得到越来越多的发展和应用。还有把激光器与先进的光学系统、计算机数控技术以及自动化和高精度的T件定位相结合，将切割工艺数据库、自动排料、远程控制、远程诊断集成于一体，把激光切割的功能部件与其他加工方法组合，研制制成如激光冲切床等多功能一体的加工机械，更符合现代化工厂复杂加工的高效需求。

我国自1985年以来，激光切割技术更以每年25 %以上的速度增长。我国激光加工业的基础不太好，激光加工技术的应用还不是很普遍。我国激光制造技术的应用规模和应用研究水平，与美国、日本等发达国家相比较，差距还是很大。在产业方面，一些中、高档的激光产品及其材料、元器件还处于在开发研究阶段，或还未形成较大规模，而高自动化、高智能的激光相关产品仍然比较缺少。不少激光切割技术的应用在我国还处于刚刚起步的阶段，如特种材料加工、激光微加工、飞秒激光加工以及激光纳米加工等。国内的一些激光企业从技术、性能、资金、规模等方面来看都比较不足；企业的核心技术竞争力也相当不足，“产品结构”都趋于相同，以及缺少一些有自主知识产权的重大创新产品，是当前国内激光加工产业中的一个较严重的问题。但我国一直十分重视激光技术的开发应用,尤其是激光切割加工技术的开发应用，即使激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距，相信随着激光加工技术的不断进步，这些障碍和不足会得到解决。激光切割加工广阔的应用市场，加上现代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不断探入的研究，推动着激光切割加工技术不断地向前发展。

1.3激光切割的简介

1.3.1 激光切割的分类

激光切割可分为激光汽化切割、激光氧气切割、激光熔化切割和激光划片与控制断裂四类。

1. 激光汽化切割，激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料（如纸、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。
2. 激光氧气切割，激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。
3. 激光熔化切割，激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金等。
4. 激光划片与控制断裂，控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。

1.3.2激光切割的特点

1）较好的切割质量，由于能量密度高、切割速度快、激光光斑小，因此激光切割能够得到较好的切割质量。① 激光切割切口又细又窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度能够达±0.05mm。② 切割表面又光洁又美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至如果激光切割是作为最后一道工序，就不需要进行机械加工，零部件可直接使用。