CN101310912A

CN101310912A - 高速激光切割机

Info

Publication number: CN101310912A
Application number: CN 200710011430
Authority: CN
Inventors: 辛立明; 赵明扬; 徐志刚; 刘勇; 高英美
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: CN101310912B

Abstract

本发明涉及金属板材的加工机器，具体地说是一种高速激光切割机，包括机床本体、与机床本体为一体的框架及工作台，工作台位于机床本体内、框架的下方，所述框架顶部的底面沿X向设有一对导轨，X向移动横梁可往复移动地安装在导轨上，在X向移动横梁上可往复移动地安装有Y向移动系统，其上可往复移动地安装有Z向移动滑块，激光头安装在Z向移动滑块上；光路沿各方向轴布置。本发明通过两根导轨承载横梁以及其移动滑块的重量，减少横梁变形，在横梁中部采用直线电机驱动，减少成本、提高运动精度；模拟横梁受力情况，通过计算选定两根导轨的合理间距，使得横梁变形最小；U轴行程短且与X轴同向复合运动，速度叠加，提高加工速度。

Description

高速激光切割机

技术领域

本发明涉及金属板材的加工机器，具体地说是一种高速激光切割机。

背景技术

利用激光切割金属板材是激光加工行业中最重要的一项应用技术，它具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切边光滑以及切割过程容易实现自动化控制等优点。因此，激光切割已广泛应用于汽车、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中。

现有的金属板材激光切割机多采用传统的龙门式或悬臂式结构，可以将金属板材加工成各种形状和图案。但为了保证切割机的结构刚度，无论是龙门式激光切割机还是悬臂式激光切割机，龙门和悬臂梁的结构尺寸势必会很大，这样一来不仅增大了机器本身所受的剪切应力，还使得电机的负载也变大，进而导致激光切割机不能达到较高的加工速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高横梁刚度、提高加工速度的高速激光切割机。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括机床本体、与机床本体为一体的框架及工作台，工作台位于机床本体内、框架的下方，所述框架顶部的底面沿X向设有一对导轨，X向移动横梁可往复移动地安装在导轨上，在X向移动横梁上可往复移动地安装有Y向移动系统，其上可往复移动地安装有Z向移动滑块，激光头安装在Z向移动滑块上；光路沿各方向轴布置。

其中：所述框架为II型，其顶部与工作台相对的底面上沿X向固接有第一、二导轨，两导轨间设有第一直线电机次级，在X向移动横梁上相对应地设有第一直线电机初级，X向移动横梁安装于第一、二导轨上，通过第一直线电机初、次级可沿X向往复移动；所述第一、二导轨对称分布于框架上，承载横梁载荷，框架边沿距导轨的距离与两导轨之间距离的比值为0.33～0.5；所述X向移动横梁的一侧固接有第三、四导轨，两导轨之间设有第二直线电机次级；Y向移动系统包括Y向移动滑块、第一伺服电机、第五、六导轨及第一丝杠，其中Y向移动滑块安装于第三、四导轨上，在Y向移动滑块面对X向移动横梁的一面设有与第二直线电机次级相对应的第二直线电机初级；Y向移动滑块的另一面固设有第五、六导轨，第一伺服电机安装在Y向移动滑块上，电机输出轴上连接有第一丝杠，位于第五、六导轨之间；所述Z向移动滑块穿过第一丝杠、安装在第五、六导轨上，滑块上还设有U向移动系统，包括U向移动滑块、第二伺服电机、第七、八导轨及第二丝杠，第七、八导轨固接于Z向移动滑块的一面，第二伺服电机设于Z向移动滑块上，电机输出轴连接有第二丝杠，带有激光头的U向移动滑块穿过第二丝杠、安装在第七、八导轨上；所述X向移动横梁与U向移动滑块同向移动，速度叠加。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明采用II型框架承载横梁，使得悬挂横梁较目前常用的龙门式或悬臂式切割机的结构刚度更高，提高了在高速运动中横梁的工作稳定性。

2.本发明在X向增加U轴，由于U轴负载小且动态性能比较好，与X轴横梁复合运动能有效地提高系统在X向的加工速度与动态特性。

3.本发明的横梁采用直线电机驱动，由于直线电机没有从转动到直线运动的变换装置，所以电机速度快，结构简单，维修容易，效率高，成本也较低，还解决了单边驱动容易产生附加力矩以及双边驱动难以同步等技术难点。

4.本发明通过两根导轨承载横梁以及其移动滑块的重量，减少横梁变形，在横梁中部通过一台直线电机驱动，减少了成本、提高了运动精度；模拟横梁受力情况，通过计算选定两根导轨的合理间距，使得横梁变形最小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为图1的仰视图；

其中：1为机床本体，2为工作台，3为光路，4为框架，5为X向移动横梁，6为第一直线电机初级，7为第一直线电机次级，8为第一导轨，9为第二导轨，10为Y向移动滑块，11为第二直线电机初级，12为第二直线电机次级，13为第三导轨，14为第四导轨，15为Z向移动滑块，16为第一伺服电机，17为第五导轨，18为第六导轨，19为第一丝杠，20为U向移动滑块，21为第二伺服电机，22为第七导轨，23为第八导轨，24为第二丝杠，25为激光头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括机床本体1、与机床本体1为一体的II型框架4及工作台2，工作台2位于机床本体1内、II型框架4的下方，II型框架4由铸铁制成，其顶部与工作台2相对的底面上沿X向固接有第一、二导轨8、9，两导轨间设有第一直线电机次级7，在X向移动横梁5上相对应地设有第一直线电机初级6，X向移动横梁5安装在第一、二导轨8、9上，通过第一直线电机初、次级6、7可沿X向往复移动。X向移动横梁5的一侧固接有第三、四导轨13、14，两导轨之间设有第二直线电机次级12。Y向移动系统可往复移动地安装在X向移动横梁5上，包括Y向移动滑块10、第一伺服电机16、第五、六导轨17、18及第一丝杠19，其中Y向移动滑块10安装于第三、四导轨13、14上，在Y向移动滑块10面对X向移动横梁5的一面设有与第二直线电机次级12相对应的第二直线电机初级11；Y向移动滑块10的另一面固设有第五、六导轨17、18，第一伺服电机16安装在Y向移动滑块10上，电机输出轴上连接有第一丝杠19，位于第五、六导轨17、18之间。Z向移动滑块15的一面设有螺母，第一丝杠19与螺母螺纹连接，由第一伺服电机控制Z向移动滑块15的移动。Z向移动滑块15安装在第五、六导轨17、18上，滑块上还设有U向移动系统，包括U向移动滑块20、第二伺服电机21、第七、八导轨22、23及第二丝杠19，第七、八导轨22、23固接于Z向移动滑块15的另一面，第二伺服电机21设于Z向移动滑块15上，电机输出轴连接有第二丝杠24，U向移动滑块20的背面设有螺母，第二丝杠24与螺母螺纹连接，由第二伺服电机21控制U向移动滑块20的移动。U向移动滑块20安装在第七、八导轨22、23上，激光头25固接在U向移动滑块20上，光路3沿各方向轴布置。X向移动横梁5与U向移动滑块20同一方向复合运动，U轴负载激光头在X向小距离移动，实现速度叠加。

第一、二导轨8、9对称分布于框架4上，承载横梁载荷。在图3中，根据计算，AB/BC＝CD/BC在0.33～0.5之间，本实施例取AB(CD)/BC＝0.39，使X向移动横梁5变形最小。

本发明的工作原理为：

工作时，X向移动横梁5在第一直线电机的驱动下沿导轨在X向全程范围运动，同时U向移动滑块20在第二伺服电机21驱动下也在X方向小范围运动，在激光加工过程中U轴与X轴复合运动实现速度叠加，有效地提高了加工速度。Y向移动滑块10在第二直线电机驱动下在Y向运动，从而带动激光头25在Y向运动，Z向移动滑块15在第一伺服电机16驱动下在Z向运动调节激光头25的高度。

具体为：对金属板材进行切割时，位于横梁中部的第一直线电机通电，在第一直线电机初、次级6、7的作用下，使X向移动横梁5在第一、二导轨8、9上沿X向移动。第二直线电机通电，Y向移动滑块10在第二直线电机初、次级11、12的作用下，在第三、四导轨13、14上沿Y向移动。同时第一伺服电机16工作，带动第一丝杠19旋转，通过第一丝杠19与螺母的配合，使Z向移动滑块15在第五、六导轨17、18上沿Z向移动。第二伺服电机21工作，第二丝杠24旋转，通过第二丝杠24与螺母的配合，使U向移动滑块20在第七、八导轨22、23上沿与X向同向复合运动，直至到达要求的切割距离。

本发明的X向移动横梁5、Y向移动滑块10均采用直线电机、中间驱动，U轴行程短且与X轴同向，加工过程中与X轴复合运动用于速度叠架，提高加工速度。

Claims

1.一种高速激光切割机，包括机床本体、与机床本体为一体的框架及工作台，工作台位于机床本体内、框架的下方，其特征在于：所述框架(4)顶部的底面沿X向设有一对导轨，X向移动横梁(5)可往复移动地安装在导轨上，在X向移动横梁(5)上可往复移动地安装有Y向移动系统，其上可往复移动地安装有Z向移动滑块(15)，激光头(25)安装在Z向移动滑块(15)上；光路(3)沿各方向轴布置。

2.按权利要求1所述的高速激光切割机，其特征在于：所述框架(4)为II型，其顶部与工作台(2)相对的底面上沿X向固接有第一、二导轨(8、9)，两导轨间设有第一直线电机次级(7)，在X向移动横梁(5)上相对应地设有第一直线电机初级(6)，X向移动横梁(5)安装于第一、二导轨(8、9)上，通过第一直线电机初、次级(6、7)可沿X向往复移动。

3.按权利要求1所述的高速激光切割机，其特征在于：所述第一、二导轨(8、9)对称分布于框架(4)上，承载横梁载荷，框架边沿距导轨的距离与两导轨之间距离的比值为0.33～0.5。

4.按权利要求1所述的高速激光切割机，其特征在于：所述X向移动横梁(5)的一侧固接有第三、四导轨(13、14)，两导轨之间设有第二直线电机次级(12)；Y向移动系统包括Y向移动滑块(10)、第一伺服电机(16)、第五、六导轨(17、18)及第一丝杠(19)，其中Y向移动滑块(10)安装于第三、四导轨(13、14)上，在Y向移动滑块(10)面对X向移动横梁(5)的一面设有与第二直线电机次级(12)相对应的第二直线电机初级(11)；Y向移动滑块(10)的另一面固设有第五、六导轨(17、18)，第一伺服电机(16)安装在Y向移动滑块(10)上，电机输出轴上连接有第一丝杠(19)，位于第五、六导轨(17、18)之间。

5.按权利要求1所述的高速激光切割机，其特征在于：所述Z向移动滑块(15)穿过第一丝杠(19)、安装在第五、六导轨(17、18)上，滑块上还设有U向移动系统，包括U向移动滑块(20)、第二伺服电机(21)、第七、八导轨(22、23)及第二丝杠(19)，第七、八导轨(22、23)固接于Z向移动滑块(15)的一面，第二伺服电机(21)设于Z向移动滑块(15)上，电机输出轴连接有第二丝杠(24)，带有激光头(25)的U向移动滑块(20)穿过第二丝杠(24)、安装在第七、八导轨(22、23)上。

6.按权利要求5所述的高速激光切割机，其特征在于：所述X向移动横梁(5)与U向移动滑块(20)同向移动，速度叠加。