一種激光切割機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及激光切割技術(shù)，尤其設(shè)及=維多軸數(shù)控激光切割技術(shù)，更具體來(lái) 說(shuō)是一種激光切割機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光切割技術(shù)具有切割尺寸精度高、切口無(wú)毛刺、切縫不變形、切割速度快且不受 加工形狀限制等特點(diǎn)，目前已越來(lái)越多地應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域。立維激光切割更是W其先 進(jìn)、靈活、快速的特點(diǎn)，在航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。使用=維激光切 割技術(shù)，不僅可W節(jié)省樣板及工裝設(shè)備，還可W大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
[0003] 為了保證切割質(zhì)量，=維激光切割機(jī)應(yīng)滿足W下要求:其一，是激光束始終和被切 割工件的切割曲線保持垂直;其二，是激光束焦點(diǎn)和工件表面的相對(duì)位置保持不變，即割嘴 和工件表面的距離始終保持一致;其=，是簡(jiǎn)單快捷地反映=維曲線的特征并將其轉(zhuǎn)換為 激光切割數(shù)據(jù)。運(yùn)不僅是=維激光切割設(shè)計(jì)必須解決的重要問(wèn)題，也是=維激光切割技術(shù) 在實(shí)際應(yīng)用中最復(fù)雜的一步。
[0004] S維激光切割機(jī)一般采用飛行光路設(shè)計(jì)，即加工過(guò)程中工件不動(dòng)，靠激光切割頭 運(yùn)動(dòng)來(lái)完成。典型的激光切割頭是=維五軸聯(lián)動(dòng)的，各軸之間的關(guān)系如圖1所示:激光切割 頭除相對(duì)于工件坐標(biāo)系X、Y、Z軸快速相對(duì)運(yùn)動(dòng)外，還有C軸擺臂的旋轉(zhuǎn)、B軸擺頭的擺動(dòng)及激 光切割頭的法向(A軸)隨動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)C軸或B軸時(shí)，割嘴中屯、點(diǎn)在工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)應(yīng)保持不 變，即：剖嘴中屯、不動(dòng)，激光切剖頭圍繞剖嘴中屯、擔(dān)動(dòng);移動(dòng)剖嘴中屯、時(shí)，激光切剖頭才可W 相應(yīng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。由于激光切割頭設(shè)及多種運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)控制較為復(fù)雜，需要采用十分復(fù)雜的 算法才可W滿足要求。
[0005] 參見(jiàn)圖2,為一種現(xiàn)有激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該激光切割機(jī)具有安裝于雙擺頭 上的激光切割頭，其包括C軸電機(jī)OUC軸鏡座02、配重體03、B軸電機(jī)04、B軸鏡座05、防碰撞 裝置06和切割頭07等部件:C軸電機(jī)Ol和B軸電機(jī)04均為DD電機(jī)(Direct Driver,直接驅(qū)動(dòng) 電機(jī)），其中C軸電機(jī)Ol用于驅(qū)動(dòng)C軸旋轉(zhuǎn)，B軸電機(jī)04用于驅(qū)動(dòng)B軸擺動(dòng);配重體03用于平衡 切割頭07在B軸的偏轉(zhuǎn)力矩。通過(guò)C軸的旋轉(zhuǎn)及B軸的擺動(dòng)，切割頭07可W加工0-45度范圍的 各種單邊V型和I型坡口。該激光切割頭裝置存在明顯的缺陷：例如，旋轉(zhuǎn)C軸時(shí)，B軸會(huì)聯(lián)動(dòng)， 使得切割頭07的割嘴方位發(fā)生移動(dòng)，重新找準(zhǔn)十分困難，由此影響切割效率與切割質(zhì)量;再 如，調(diào)整切割頭07割嘴與工件之間的距離時(shí)需要整體移動(dòng)C軸與B軸，因質(zhì)量大，導(dǎo)致切割頭 07隨動(dòng)響應(yīng)慢、效率低;又如，C軸電機(jī)Ol和B軸電機(jī)04需要采用中空電機(jī)，其價(jià)格較高。
[0006] 目前，已有產(chǎn)品對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，其采用了沒(méi)有禪合運(yùn)動(dòng)的雙擺頭結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整激 光切割頭的位置，使得C軸旋轉(zhuǎn)與B軸擺頭可W獨(dú)立地進(jìn)行控制。但運(yùn)種無(wú)禪合運(yùn)動(dòng)的雙擺 頭存在一定的問(wèn)題;一方面，整個(gè)激光切割機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制及刀具路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困 難;另一方面，要求使用中空電機(jī)、中空減速機(jī)及編碼器，否則難W實(shí)現(xiàn)中空軸結(jié)構(gòu)，由于定 制運(yùn)些中空部件的價(jià)格很高，不利于降低生產(chǎn)成本。
[0007] 有鑒于此，有必要研發(fā)一種新型的激光切割機(jī)，W更好地滿足=維激光切割市場(chǎng) 快速發(fā)展的需求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于提供一種價(jià)格低、適應(yīng) 性強(qiáng)，并且便于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制及刀具規(guī)劃的激光切割機(jī)，W滿足=維激光切割市場(chǎng)快速發(fā) 展的需求。
[0009] 為解決W上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種激光切割機(jī)，包括設(shè)置中空軸 結(jié)構(gòu)來(lái)傳輸激光束的雙擺頭，該雙擺頭C軸擺臂和B軸擺頭，其中C軸擺臂裝于機(jī)架W繞第一 方向的C軸旋轉(zhuǎn)，B軸擺頭裝于C軸擺臂W繞第二方向的B軸擺動(dòng)，切割頭隨動(dòng)調(diào)高裝置裝于B 軸擺頭W使得激光切割頭沿工件加工表面法線方向的A軸運(yùn)動(dòng)。
[0010] 較優(yōu)地，C軸擺臂的旋轉(zhuǎn)軸包括直線形的C軸輸入軸，B軸擺頭的旋轉(zhuǎn)軸包括折線形 的B軸輸入軸和多級(jí)B軸傳動(dòng)軸，C軸輸入軸由C軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，B軸輸入軸由B軸驅(qū)動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)，末級(jí)B軸傳動(dòng)軸與B軸擺頭連接座固連。
[0011] 較優(yōu)地，B軸輸入軸與首級(jí)B軸傳動(dòng)軸之間、相鄰的各級(jí)B軸傳動(dòng)軸之間通過(guò)螺旋錐 齒輪副曬合。
[0012] 較優(yōu)地，C軸輸入軸、B軸輸入軸及各級(jí)B軸傳動(dòng)軸均設(shè)有軸向空腔，B軸輸入軸套裝 于C軸輸入軸內(nèi)，各級(jí)B軸傳動(dòng)軸裝于C軸擺臂的中空腔體內(nèi)。
[0013] 較優(yōu)地，B軸輸入軸與首級(jí)B軸傳動(dòng)軸之間、相鄰的各級(jí)B軸傳動(dòng)軸之間、末級(jí)B軸傳 動(dòng)軸與B軸擺頭之間的交會(huì)位置分別設(shè)置有激光反射鏡，所述激光反光鏡按預(yù)設(shè)角度配置 W使得激光束連續(xù)地反射到激光切割頭的割嘴。
[0014] 較優(yōu)地，B軸擺頭的旋轉(zhuǎn)軸包括=級(jí):B軸輸入軸部分容納C軸擺臂的空腔內(nèi)；首級(jí)B 軸傳動(dòng)軸和末級(jí)B軸傳動(dòng)軸均全部容納于C軸擺臂的空腔內(nèi)；激光切割機(jī)的光路設(shè)置有四級(jí) 激光反射鏡片:第一級(jí)激光反射鏡片安裝于C軸擺臂上B軸輸入軸和首級(jí)B軸傳動(dòng)軸的交會(huì) 位置，且它的反射面垂直于B軸輸入軸和首級(jí)B軸傳動(dòng)軸的軸線夾角平分線；第二級(jí)激光反 射鏡片安裝于C軸擺臂上首級(jí)B軸傳動(dòng)軸的末級(jí)B軸傳動(dòng)軸的交會(huì)位置，且它的反射面垂直 于首級(jí)B軸傳動(dòng)軸的末級(jí)軸傳動(dòng)軸的軸線夾角平分線;第=級(jí)激光反射鏡片安裝于B軸擺頭 底壁上接近末級(jí)B軸傳動(dòng)軸的出口位置;第四級(jí)激光反射鏡片安裝于B軸擺頭頂壁上第=級(jí) 激光反射鏡片反射激光束的到達(dá)位置，且第四級(jí)激光反射鏡片可反射激光束至激光切割頭 的割嘴。
[0015] 較優(yōu)地，C軸擺臂和B軸擺頭均由主體及封板組裝，且C軸擺臂和B軸擺頭的主體均 具有空腔，W便安裝中空的各級(jí)B軸旋轉(zhuǎn)軸及各級(jí)激光反射鏡組件。
[0016] 較優(yōu)地，C軸擺臂的主體在相應(yīng)位置設(shè)置可拆卸的鏡座安裝蓋，W便安裝各級(jí)B軸 旋轉(zhuǎn)軸及調(diào)整激光反射鏡組件的安裝參數(shù)。
[0017] 較優(yōu)地，C軸輸入軸固定安裝C軸輸入齒輪來(lái)與C軸驅(qū)動(dòng)齒輪曬合，B軸輸入軸上固 定安裝B軸輸入齒輪來(lái)與B軸驅(qū)動(dòng)齒輪曬合，C軸輸入齒輪、與C軸驅(qū)動(dòng)齒輪、B軸輸入齒輪及B 軸驅(qū)動(dòng)齒輪均容納于齒輪箱內(nèi)。
[0018] 較優(yōu)地，齒輪箱的頂蓋上通過(guò)激光傳導(dǎo)管安裝座安裝激光傳導(dǎo)管，B軸輸入軸與激 光傳導(dǎo)管連通來(lái)接收進(jìn)入的激光束，W使得激光束進(jìn)入到激光傳導(dǎo)管空腔后沿著激光切割 機(jī)的光路傳輸至激光切割頭的割嘴。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的激光切割機(jī)采用設(shè)置中空軸結(jié)構(gòu)來(lái)傳輸激光束的 雙擺頭，至少可W取得W下方面的有益技術(shù)效果：
[0020] 1、易于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和刀具路徑規(guī)劃。激光切割機(jī)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)可W靈活地調(diào)節(jié)刀具空間的法向矢量，而不會(huì)影響切割點(diǎn)的=維坐標(biāo)，一方 面易于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，另一方面也更易于規(guī)劃刀具路徑。
[0021] 2、適應(yīng)性強(qiáng)。雙擺頭上的激光切割頭運(yùn)動(dòng)方式比較靈活，可W快捷、精準(zhǔn)地到達(dá)預(yù) 定位置，之后可W按照設(shè)定的方位、角度、距離來(lái)對(duì)工件表面進(jìn)行切割，適應(yīng)于多種工件形 式的加工。
[0022] 3、易于實(shí)現(xiàn)中空旋轉(zhuǎn)軸多通道集成的結(jié)構(gòu)。激光切割頭所需要的電纜、氣流、光等 均可W從中空結(jié)構(gòu)通過(guò)，有助于優(yōu)化部件布局，使得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更為緊湊。
[0023] 4、價(jià)格低。采用普通電機(jī)即可驅(qū)動(dòng)雙擺頭的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，并較好地消除了兩 個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間的禪合效應(yīng)，因不需要采用特殊定制的電機(jī)、減速機(jī)及編碼器等部件，器件價(jià) 格相抵較低，運(yùn)有利于降低成本。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為=維五軸激光切割機(jī)的坐標(biāo)軸示意圖；
[0025] 圖2為一種現(xiàn)有激光切割機(jī)的示意圖；
[0026] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中示出具有中空軸結(jié)構(gòu)的 雙擺頭及激光切割頭跟隨調(diào)高裝置；
[0027] 圖4為圖3所示雙擺頭的S維圖；
[0028] 圖5為圖3所示雙擺頭拆去巧由擺臂封板后的示意圖；
[0029] 圖6為圖5所示雙擺頭一個(gè)視角的S維圖；
[0030] 圖7為圖5所示雙擺頭另一個(gè)視角的S維圖；
[0031 ]圖8為圖3所示雙擺頭拆去齒輪箱體后的示意圖；
[0032] 圖9為圖8所示雙擺頭的S維圖；
[0033] 圖10為圖8所示雙擺頭拆去巧由擺臂封板后的示意圖；
[0034] 圖11為圖10所示雙擺頭一個(gè)視角的S維圖；
[0035] 圖12為圖10所示雙擺頭另一個(gè)視角的S維圖；
[0036] 圖13為圖3中的A-A視圖；
[0037] 圖14為圖3中的B-B視圖；
[003引圖15為圖3中的C-C視圖；
[0039] 圖16為圖15中