CN101157234A - 一种利用激光切割加工直线木材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用激光切割加工直线木材的方法，包括有送料机构和激光切割机构，设置有多组功率为十瓦级或百瓦级的、排列在工件行程上的激光切割机构，各激光头同时发出激光束且中心点均处于同一切割平面上，工件直线推进经过各激光头，第一组激光束在工件上切割产生第一层割缝，第二组激光束在工件第一层割缝的基础上切割产生第二层割缝，第三组激光束在工件第二层割缝的基础上切割产生第三层割缝，经过若干组激光头后，激光束在工件上累计切割产生的割缝总深度大于等于工件的深度，工件被完全切割开，循环进行下一次切割，这样的设计，具有生产、价格成本低，加工精度高，切割效率高等优点，十分适合装饰、家具加工行业薄片料的直线切割加工。

Description

一种利用激光切割加工直线木材的方法

技术领域

本发明涉及木材、木工切割加工的领域，特别是利用中低功率激光器切割木材的方法。

背景技术

在传统的装饰和家具加工行业，切割木料一般是用锯条、圆盘锯片，它们在木制品行业里已经使用了相当长的时间，占有很重要的地位，但其还是有很多的缺陷，如：切割时粉尘大、噪音大、锯路宽。用激光器切割可以克服了传统木制品锯切加工的不足，其切割原理是激光束通过聚焦镜使能量聚集，材料吸收能量瞬间汽化，形成微小的孔，一般割孔的直径0.2mm～0.4mm。工件通过送料台与激光束形成相对运动，形成一条很窄的切割缝隙。与传统的锯条、圆盘锯片相比，激光切割的优势主要表现在以下几点：1、切割时，没有机械应力；2、切割产生的噪音小；3、切割产生的粉尘比较少；4、切割的割缝比较窄，一般0.2～0.4mm。但是，国内的激光器由于技术的限制，其功率一般是十瓦级、百瓦级的，切割木制品时，单组激光发生器的切割深度仅为几毫米，切割能力、切割效率远远满足不了实际生产的需求。而国外的高功率激光发生器，其功率是千瓦级的，激光束可直接加工切割25mm左右深度的木材，加工的速度约为1m/min，但其价格昂贵，每台数以百万元计，一般是国内激光器价格的一百倍左右，并且后续服务费用也相当昂贵。因此，技术和价格的因素限制了环保、节能的激光器在木工行业的推广、应用。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的不足之处，提出一种通过化整为零的方式而降低设备制造成本，同时切割深度大、加工精度高、切割效率高的利用激光切割加工直线木材的方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种利用激光切割加工直线木材的方法，包括有带动木材工件作直线推进和进给的送料机构和将工件切割分离的激光切割机构，激光切割机构由激光发生器、激光头及其45度反射镜和聚焦镜构成，其特征在于：设置有多组功率为十瓦级或百瓦级的激光切割机构，每组激光切割机构的激光头均排列在工件直线推进的行程上，各激光头同时发出激光束，且各激光束中心点均处于同一切割平面上，工件直线推进经过第一组激光头，第一组激光束在工件上切割产生深度为N1的第一层割缝，接着经过第二组激光头，第二组激光束在工件第一层割缝的基础上再切割产生深度为N2的第二层割缝，然后，经过第三组激光头，第三组激光束在工件第二层割缝的基础上再切割产生深度为N3的第三层割缝，如此类推，直至经过若干组激光头后，激光束在工件上累计切割产生的割缝总深度大于等于工件的深度，工件走完直线推进的行程后，便被完全切割开；之后，送料机构带着工件复位、进给，循环进行下一次切割。进一步地，沿工件直线推进的行程上，各激光头排列在工件的上方或下方或上下方，各激光头的聚焦镜的焦距呈连续阶梯状递增设置，焦距递增的量小于等于前一组激光头的激光束切割深度。为了避免各激光器要调不同聚焦镜焦距的麻烦，也可以是各激光头的聚焦镜的焦距完全相同，只是各激光头的聚焦镜距工件的物理位置呈阶梯状递减排布，递减的高度差正好是前一组激光头的激光束的切割深度。为节省空间，提高切割效率，各激光头分别排列在工件的上方和下方，上下方之间的激光头发出的激光束中心点处于同一切割平面且必须左右错开，避免上下激光束对撞。为了控制成本和切割的速度，功率为十瓦级或百瓦级的激光切割机构以2-12组为好，并可根据木材工件的切割深度大小而增减数量或功率。

这样的设计，本发明具有明显的优点和优势；

1、材料的利用率高、加工精度高：由于激光束的切割缝只有0.2mm～0.4mm，割缝损失极少，可提高材料的利用率，提高经济效益。

2、虽然单个激光切割机构对材料的切割能力有限，切割深度N约为3-5mm，但多个数十瓦级或百瓦级的激光切割机构同时并用，总体的切割深度可提高多倍，达50mm或以上，还可提高切割的生产效率。

3、本发明切割的特点是激光头固定不动，通过送料机构带被加工工件自动送料，被加工工件与切割机构形成相对运动，而达到切割目的，人机分离，操控简单、安全，可减少工伤事故的发生。

4、与国外同等水平的设备对比，本发明既能达到行业的要求，又比较经济实用，无须使用昂贵的千瓦级激光发生器，其成本仅为国外同等切割能力的激光切割设备的百分之一左右。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是激光束开始切割工件的示意图；

图3是图2的A向局部视图；

图4是激光束切割工件过程的示意图；

图5是图4的B向局部视图；

图6是激光束将工件割离的示意图；

图7是图6的C向局部视图。

具体实施方式

参见图1，本实施例包括：激光切割机构和XY轴送料机构两大部分。

激光切割机构是本专利的核心部分，激光发生器3采用的是国产的60瓦激光发生器，所配套的激光电源与冷却系统均采用国产的配件，是常规技术。本实施例激光切割机构包括八组同等功率60瓦的激光发生器3、八个激光头4及其45度反射镜41和聚焦镜42，八组激光发生器3分别装在支座2上，支座2通过螺丝锁在机架1上，激光发生器3的激光头4固定在机架1前部，且分成两列对称分布在被加工工件9的上方和下方，上下两列各四个激光头4安装时，各激光头4发出的激光束31中心点要处于同一切割平面上，且左右位置需错开，避免激光对撞。八组激光发生器3是同时发出切割激光束31的，激光发生器3发出的激光束31垂直进入激光头4孔洞的中心，通过45度反射镜41改变方向，再垂直射入安装在激光头4里面的聚焦镜42，调整聚焦镜42的上下位置，改变激光束31集聚焦点，可保证每束激光的能量都能集中在工件9的特定深度位置上。而各激光头4的聚焦镜42的焦距呈连续阶梯状递增设置，焦距递增的大小与前一组激光头4的激光束31切割深度相等。旋转激光头4上的螺杆，可调整聚焦镜42的上下焦距，焦距递增的量也可以略小于前一组激光束31的切割深度。

XY轴送料机构用于带动工件9作X轴方向的直线推进和作Y轴方向的进给，Y轴导轨6固定在送料台17上，Y轴龙门架15跨在Y轴导轨6上，通过Y轴电机14旋转丝杆13，可带动Y轴龙门架15作Y轴方向移动进给，从而控制工件9切割需要的厚度。X轴导轨8安装在Y轴龙门架15上，X轴托架12安装在X轴导轨8上，X轴电机10通过齿轮与齿条7形成相对运动，带动X轴托架12移动，工件9通过气动夹紧装置11固定在X轴托架12上。X轴电机10采用变频电机，进料精度可达到1mm，主要是带动工件9进行X轴方向直线运动，经过激光头4进行激光切割。Y轴电机14采用步进电机，带动工件9进行循环进给，驱动丝杆精度可达到0.1mm。电路控制箱16固定在送料台17上，用于控制激光电路与各电机运动，属于常规技术。

参见图2-图7，以切割总深度为8N＝40mm的被加工木料工件9为例，在XY轴送料机构的气动夹紧装置11上装固好工件9，XY轴送料机构启动，工件9沿X轴方向直线移动。对于工件9的上表面，首先经过第一组激光头4A，第一组激光头4A发出的激光束31在工件9上实施由上而下切割，形成割缝，割缝的深度为N＝5mm，由于各激光头4发出的激光束31中心点均处于同一切割平面上，当工件9接着进入、经过第三组激光头4C后，通过预先调节聚焦镜42的焦距，在上一深度为N的割缝基础上，第三组激光头4C的激光束31再向下切割，切割的深度同为N，形成深度为2N的割缝，接着，工件9进入并通过第五组激光头4E，也是通过预调聚焦镜42的焦距，在上两次形成的深度为2N的割缝的基础上第五组激光头4E的激光束31再向下切割，切割的深度为N，以此类推，当工件9进入第七组激光头4G时，其激光束31切割的深度也为N，如此，上面四组激光头由上而下切地在同一切割平面的产生的割缝总切割深度为4N；与此同时，对于工件9的下表面，类似的过程同时发生，工件9沿X轴方向直线移动时，工件9的下表面同样经过第二组激光头4B、第四组激光头4D、第六组激光头4F、第八组激光头4H的四束激光先后的由下而上的切割，下面四组激光头与上面四组激光头均处于同一切割平面上，切割的总深度也是4N，这样，工件9沿X轴方向经过八组激光头4后，在同一切割平面上总共被切割而产生的割缝总深度为8N＝40mm，XY轴送料机构的X轴电机10带动工件9走完一个行程后，工件9便被完全切割开。XY轴送料机构复位，Y轴电机14启动，带动工件9作Y轴方向的进给，进行下一周期切割，如此循环。本实施例中，N其实是单组激光头4激光束31对于木材的最大切割深度，对于国产的60瓦激光发生器而言，单组切割深度N的值大约是3--5mm。换句话说，本实施例可加工木材工件的最大深度是40mm，如果被加工木材工件的厚度大于40mm，则必须换上更大功率的激光头或者增加激光发生器、激光头的数量。因此，可根据被加工工件的切割深度大小而增减激光发生器、激光头的数量，如4组、6组、12组、16组等。

对于多组激光头4的布置，上述实施例中是各组激光头4的位置处于同一基准线，但聚焦镜的焦距各不相同，激光束的切割深度由聚焦镜42调节。除上述实施例外，也可以采取另外的方式，即各激光头的聚焦镜的焦距完全相同，只是各激光头距被加工工件的直线位置呈阶梯状递减排布，递减的高度差正好是前一组激光头的激光束的切割深度N。这同样可以实现高效、精确的切割加工。

当然，这里仅列举了两种较佳的实施方式，其它等同、类同的构造均应属于本专利的保护范畴，这里不再赘述。

Claims (5)

1.一种利用激光切割加工直线木材的方法，包括有带动木材工件作直线推进和进给的送料机构和将工件切割分离的激光切割机构，激光切割机构由激光发生器、激光头及其45度反射镜和聚焦镜构成，其特征在于：设置有多组功率为十瓦级或百瓦级的激光切割机构，每组激光切割机构的激光头均排列在工件直线推进的行程上，各激光头同时发出激光束，且各激光束中心点均处于同一切割平面上，工件直线推进经过第一组激光头，第一组激光束在工件上切割产生深度为N1的第一层割缝，接着经过第二组激光头，第二组激光束在工件第一层割缝的基础上再切割产生深度为N2的第二层割缝，然后，经过第三组激光头，第三组激光束在工件第二层割缝的基础上再切割产生深度为N3的第三层割缝，如此类推，直至经过若干组激光头后，激光束在工件上累计切割产生的割缝总深度大于等于工件的深度，工件走完直线推进的行程后，便被完全割开；之后，送料机构带着工件复位、进给，循环进行下一次切割。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是沿工件直线推进的行程上，各激光头排列在工件的上方或下方或上下方，各激光头的聚焦镜的焦距呈连续阶梯状递增设置，焦距递增的量小于等于前一组激光头的激光束切割深度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是各激光头的聚焦镜的焦距完全相同，只是各激光头的聚焦镜距工件的物理位置呈阶梯状递减排布，递减的高度差正好是前一组激光头的激光束的切割深度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是各激光头分别排列在工件的上方和下方，上下方之间的激光头发出的激光束中心点处于同一切割平面且必须左右错开，避免上下激光束对撞。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征是功率为十瓦级或百瓦级的激光切割机构以2-12组为好，并可根据木材工件的切割深度大小而增减数量或功率。

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