CN100574961C

CN100574961C - 方形管的激光切割方法

Info

Publication number: CN100574961C
Application number: CN 200810065007
Authority: CN
Inventors: 高云峰; 余涛; 邓超; 刘振芳
Original assignee: Han s Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Han s Laser Technology Industry Group Co Ltd
Priority date: 2008-01-02
Filing date: 2008-01-02
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2028-01-02
Also published as: CN101264553A

Abstract

本发明公开了方形管的激光切割方法，涉及激光切割技术领域。所述方形管包括平面和转角两部分，该方法包括以下步骤：切割头按预定轨迹对方形管的平面部分进行切割，切割头与方形管在切割方向上的相对速度为V1；转动所述方形管，切割头跟随移动，切割头与方形管在切割方向上的相对速度为V2，且V2小于V1。本发明的切割方法能够提高切割质量。

Description

方形管的激光切割方法

【技术领域】

本发明涉及激光切割技术领域，尤其涉及方形管的激光切割方法。

【背景技术】

目前国内激光切割机在平板和圆管材料的切割方面都得到了很好的应用，但在方形金属管材的切割方面没有很好的解决方案和办法，由于方形管材为平板与圆管的结合，切割工艺不成熟，使得方形管材的切割质量无法得到提高，无法满足产品的要求。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种方形管的激光切割方法，能够提高切割质量。

本发明所采用的技术方案是：

方形管的激光切割方法，所述方形管包括平面和转角两部分，包括以下步骤：

101、切割头按预定轨迹对方形管的平面部分进行切割，切割头与方形管在切割方向上的相对速度为V1；

102、转动所述方形管，切割头跟随移动，切割头与方形管在切割方向上的相对速度为V2，且V2小于V1。

步骤102中，切割头跟随方形管的转动而移动，使切割头发出的激光束穿过所述转角部分所在圆的圆心。

步骤102中，在平面过渡到转角的切割时，转动所述方形管。

步骤102中，通过分割转角角度确定所述方形管的转动角度。

步骤102中，在转角的起始到45度内，方形管的转动速度为等加速过程，在转角45度到90度内，方形管的转动速度为等减速过程。

所述方形管为碳钢或不锈钢材料。

本发明的有益效果是：

本发明中分别采用不同的切割速度用于切割方形管的平面和转角，且切割转角时速度变小，有利于充分对转角进行有效切割；在对转角进行切割时，激光束垂直于切割的平面，即激光束穿过转角所在圆的圆心，在转角的起始到45度内，方形管的转动速度为等加速过程，在转角45度到90度内，方形管的转动速度为等减速过程，这样就针对管材的具体形状适应性地对切割方法进行改动，提高了管材最终的切割质量。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明中切割方形管平面部分的示意图。

图2是本发明中切割方形管转角部分的示意图。

图3是本发明的角度分割的示意图(一)。

图4是本发明的角度分割的示意图(二)。

【具体实施方式】

本发明的方形管的激光切割方法，所述方形管包括平面和转角两部分，包括以下步骤：

步骤102中，在平面过渡到转角的切割时，转动所述方形管。

步骤102中，通过分割转角角度确定所述方形管的转动角度。

步骤102中，在转角的起始到45度内，方形管的转动速度为等加速过程，在转角45度到90度内，方形管的转动速度为等减速过程

方形管为碳钢或不锈钢材料。

下面对本发明的方法进行具体说明：

在方管平面切割使用正常的平板切割方式，在转角处要低速切割；在方管转动时，切割头必须时刻与方管的切割刃口保持某一相对速度，且整个过程的相对速度均不同，因此对于编程坐标位置的控制极其重要。需要的设备有：配旋转工作台的激光切割机，且要求旋转工作台夹具为四爪卡盘。

切割头沿管材轴向移动的轴定义为X轴，切割头沿管材径向水平移动的轴定义为Y轴，切割头沿管材径向上下移动的轴定义为Z轴，装夹及带动管材旋转的轴定义为A轴。

整个切割过程：切割的起刀点一般定义在管材的平面以便于穿孔，穿孔完后切割平面内的图形，此过程与平板切割没有区别，且A轴(管材)保持不动；问题的关键是如何对管材的棱边圆弧进行正确的切割，现就圆弧处的切割做个说明：当切割头达到圆角弧处时，A轴开始带动管材转动，同时Y轴沿A轴旋转的切线方向移动以保证激光束始终穿过过渡圆角的圆心，具体的Y轴位置计算参见下文；在此过程中切割头(Z轴)随着A轴的旋转而上下移动，以保证激光束的焦点与板面的位置不变；X轴的移动与平板图形切割没有区别。具体的A轴转速及Y轴位移参见下文。

具体步骤如下：

步骤1：将管材装夹好如图1所示位置，切割头随动到管材表面之上切割高度，在整个切割过程中切割头在与管材表面始终保持这一位置做相对运动，同时激光束垂直于切割平面。首先切割头在管材的平面上切割相应的图案并设在此过程的速度为V1，然后由平面过渡到转角的切割并设此过程的速度为V2。

步骤2：方型管材开始转动(转90度)，同时切割头Y轴开始跟随A轴旋转而移动。圆角过渡处激光束始终穿过过渡圆角的圆心，Y轴位置的计算如下：

其中，

Y_{2} = \sqrt{L_{a}^{2} + Y_{0}^{2}} \times COS (\arctan \frac{L_{a}}{Y_{0}} + β)

Y_{2} = L_{c} \times COS (\arctan \frac{L_{a}}{Y_{0}} + β)

L_a、Y₀为管材确定的定值；

L_{c} = \sqrt{L_{a}^{2} + Y_{0}^{2}},

β为转动角度，如果A轴转动角度速度为ω，则β＝ωt。

管材转动时转角的等加速和等减速控制(A轴转速的计算)。在转角的起始到45度内，方形管的转动速度为等加速过程，在转角4

5度到90度内为等减速过程。

其中：进给速度V₂＝V₀×N，V₀为设定的转角基准速度；N为加减速倍率；V₂为实际转动时的合成速度即CNC路径速度F。

V_{2} = F = \sqrt{F_{X}^{2} + F_{Y}^{2} + F_{A}^{2}}

F_{X} = \frac{ΔX}{ΔY} \times F_{Y};

F_A＝ω

F_Y＝Y′₂＝ω(L_acosβ+Y₀sinβ)

F = ω \times \sqrt{[{(\frac{ΔX}{ΔY})}^{2} + 1] \times (L_{a}^{2} \cos^{2} β + Y_{0}^{2} \sin^{2} β + L_{a} Y_{0} \sin 2 β) + 1}

= ωC

其中，

C = \sqrt{[{(\frac{ΔX}{ΔY})}^{2} + 1] \times (L_{a}^{2} \cos^{2} β + Y_{0}^{2} \sin^{2} β + L_{a} Y_{0} \sin 2 β) + 1}

此处，采用角度等分法根据图形可以计算出前后两点的坐标值，ΔX和ΔY为两位置坐标值的差值。

在切割程序的编制时，对旋转角度的处理，可以根据转角半径大小，采用角度等分的方法(如图3、4所示)，比如8等分、16等分、32等分等，分得越细位置越精确，但视管材大小、圆角大小和切割质量来定。经验证，16等分对于大多数管材都能得到较满意的切割质量。此处，转角的角度分割即相对应于方形管的转动角度。

步骤3：方形管的平面再转到水平位置后，即重复步骤1的内容。

方形管的整个切割过程就是以上三个步骤的循环。

在整个切割过程中，切割头的快速移动高度必须设定为大于管材外接圆半径。

另外在切割方形管时还有一个难点就是转角处对激光功率的控制，由于我们采用了功率与速度相关的控制方法，所以这一难点在解决速度的同时也得到了很好的解决。对于管材直径小于50mm的情况用脉冲切割会得到较满意的质量。

以上所述可解决之前切割方形管所存在的技术困难，提高了管材最终的切割质量，从而扩大了激光切割机的使用范围与功能。

Claims

1.方形管的激光切割方法，所述方形管包括平面和转角两部分，其特征在于，包括以下步骤：

102、在平面过渡到转角的切割时，转动所述方形管，通过分割转角角度确定所述方形管的转动角度，在转角的起始到45度内，方形管的转动速度为等加速过程，在转角45度到90度内，方形管的转动速度为等减速过程，切割头跟随方形管的转动而移动，使切割头发出的激光束穿过所述转角部分所在圆的圆心，切割头与方形管在切割方向上的相对速度为V2，且V2小于V1。

2、根据权利要求1所述的方形管的激光切割方法，其特征在于：所述方形管为碳钢或不锈钢材料。