CN101342637B

CN101342637B - 多轴数控、双工作台激光加工系统

Info

Publication number: CN101342637B
Application number: CN 200810034265
Authority: CN
Inventors: 洪蕾; 宓为建; 吴钢
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2028-03-05
Also published as: CN101342637A

Abstract

一种多轴数控、双工作台激光加工系统，包括机床床身，安装在机床床身上的激光器电源以及对所述的激光器电源实施冷却的冷水机组；设置在机床床身上的激光器；其还包括：设置在机床床身上的用于激光焊接、切割加工的第一四轴数控工作台和用于激光熔覆、热处理加工的第二四轴数控工作平台；设置在第一四轴数控工作台上的第一激光加工头和设置在第二四轴数控工作台上的第二激光加工头；所述激光器发出的激光通过激光外光路输送至第一激光加工头和第二激光加工头。本发明可以通过激光外光路的双路光束导向单元方便地将同一束CO₂激光分别快速地切换到所需的工作台，因此本发明与现有的激光加工系统相比，能实现三维加工和多工序加工。

Description

多轴数控、双工作台激光加工系统

技术领域

本发明涉及一种激光加工系统，尤其是一种多轴数控、双工作台激光加工系统。

背景技术

目前的激光加工系统的工作原理是：激光器发射激光，加工件在含监控设备的数控系统控制随二维工作台按预存程序作平面移动，到达激光给定处时，激光自动击发，进行加工。因此现有技术不能进行三维加工，无法实现复杂的加工工序。还有目前的激光加工系统通常只设置有一个加工平台，无法在一套激光加工系统中实现激光熔覆、热处理、焊接和切割等工序。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多轴数控、双工作台激光加工系统，以解决现有激光加工系统所存在的诸多技术问题。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：一种多轴数控、双工作台激光加工系统，包括：

一机床床身，

安装在机床床身上的激光器电源以及对所述的激光器电源实施冷却的冷水机组；

设置在机床床身上的激光器；其特征在于，还包括：

设置在机床床身上的用于激光焊接、切割加工的第一四轴数控工作台和用于激光熔覆、热处理加工的第二四轴数控工作平台；

设置在第一四轴数控工作台上的第一激光加工头和设置在第二四轴数控工作台上的第二激光加工头；

所述激光器发出的激光通过激光外光路输送至第一激光加工头和第二激光加工头。

本发明的激光外光路还包含一能将所述的激光器发出的同一束激光分别切换到所述的第一激光加工头或第二激光加工头的双路光束导向单元。

本发明的第一四轴数控工作台包括一设置在机床床身上的固定式操作平台，一设置在X、Y轴十字滑台之上的移动式龙门架，设置在移动式龙门架上Z轴直线运动机构；所述的第一激光加工头可拆卸地安装在所述的Z轴直线运动机构上；在所述固定式操作平台上安装有可拆卸的切割箱和可拆卸的实现A轴运动的立、卧两用数控转台，在所述立、卧两用数控转台上设置有工件夹具。

本发明的第二四轴数控工作台包括一设置在X、Y轴十字滑台之上的移动式操作平台，设置在机床床身上的固定式龙门架，可拆卸地设置在移动式操作平台上并能实现A轴运动的立、卧两用数控转台，在所述立、卧两用数控转台上设置有工件夹具；在所述固定式龙门架上设置有Z轴直线运动机构，所述的第二激光加工头可拆卸地安装在所述Z轴直线运动机构上。

在本发明中，所述的X、Y轴十字滑台包括能实现X轴方向运动的X轴直线运动机构和实现Y轴方向运动的Y轴直线运动机构，所述的X、Y、Z轴直线运动机构为由伺服电机驱动的精密滚珠丝杠运动机构或精密直线导轨运动机构。

在本发明中，所述的第一、第二激光加工头为透射聚焦激光加工头或反射聚焦激光加工头；所述的透射聚焦激光加工头主要用于激光切割或焊接加工，所述的反射聚焦激光加工头主要用于激光焊接、熔覆、热处理加工。

本发明所述的反射聚焦激光加工头配置有同轴送粉装置或侧向送粉装置，以实现激光熔覆。

本发明的所述的反射聚焦激光加工头在用于激光热处理和熔覆时采用积分镜聚焦方式。

本发明的所述的反射聚焦激光加工头为可±90°数控偏转的反射聚焦激光加工头。为保证±90°数控偏转的反射聚焦激光加工头在第一四轴数控工作台与第二四轴数控工作台之间互换使用，所述的±90°数控偏转的反射聚焦激光加工头需要额外配置有一套西门子公司的伺服驱动器。

所述的透镜聚焦激光加工头为具有Z向自动聚焦功能和高度跟踪功能的透镜聚焦激光加工头。

本发明所述的第一四轴数控工作台的行程范围大于所述的第二四轴数控工作台的行程范围。

本发明的激光加工系统采用行程范围一大、一小均为四轴数控的双工作台，较小的工作台主要用于激光熔覆、热处理试验研究、应用，较大的工作台主要用于激光焊接、切割等研究、应用。针对不同的研究、应用，该系统可以通过激光外光路的双路光束导向单元方便地将同一束CO₂激光分别快速地切换到所需的工作台，因此本发明与现有的激光加工系统相比，能实现三维加工和多工序加工。

附图说明

图1为本发明的结构简视图。

图2为本发明的原理示意图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。在此之前需要说明的是，本说明书及权利要求书中所使用的术语或词语不能限定解释为通常的含义或辞典中的含义，而应当立足于为了以最佳方式说明其发明发明人可以对术语的概念进行适当定义的原则解释为符合本发明技术思想的含义和概念。随之，本说明书所记载的实施例和附图中表示的结构只是本发明最佳实施例之一，并不能完全代表本发明的技术思想，因此应该理解到对于本发明而言可能会存在能够进行替换的各种等同物和变形例。

参见图1和图2，一种多轴数控、双工作台激光加工系统，包括机床床身1，在机床床身1上安装有激光器电源2和冷水机组3，激光器电源2和冷水机组3与现有的激光器电源和冷水机组相同，为本领域技术人员所熟悉，在此不在重复描述。

在机床床身1上安装有激光器4，激光器4为目前常规使用的CO₂激光器。本发明的特点是在机床床身1上安装有双工作台，一个工作台为用于激光焊接、切割加工的第一四轴数控工作台5，另一个工作台为用于激光熔覆、热处理加工的第二四轴数控工作平台6，第一四轴数控工作台5的行程范围要比第二四轴数控工作台6的行程范围大一些，这样行程范围较小的第二四轴数控工作台6可以用于激光熔覆、热处理的试验研究和应用。

第一四轴数控工作台5的设计方案采用“动光式”的基本结构，即被加工的工件不在X、Y、Z轴三个方向上移动，仅在A轴方向做旋转运动，而激光束做X、Y、Z轴方向运动。在这样的设计思路下，第一四轴数控工作台5包括一设置在机床床身1上的固定式操作平台51，实现X、Y轴方向运动的X、Y轴十字滑台52安装在机床床身1上，在X、Y轴十字滑台52上安装有移动式龙门架53，这样移动式龙门架53就可以由X、Y轴十字滑台52带动实现X和Y轴方向的移动。在移动式龙门架53上安装有Z轴直线运动机构54，在Z轴直线运动机构54上采用可拆卸方式安装有第一激光加工头55，这样第一激光加工头55的运动轨迹在X、Y轴十字滑台52和Z轴运动机构54的带动下实现X、Y、Z轴三个方向上移动。

在固定式操作平台51上安装有可拆卸的切割箱和可拆卸的实现A轴运动的立、卧两用数控转台，在立、卧两用数控转台上设置有工件夹具，所要焊接的工件夹在工件夹具上。立、卧两用数控转台可带动所要焊接的工件实现A轴的旋转，并可定位于任一角度。

第二四轴数控工作台6的设计方案采用“定光式”的基本结构，即所要进行激光熔覆、热处理的工件能实现X、Y轴两个方向的移动和A轴方向的旋转，激光束仅能沿Z轴方向的上、下移动。在这样的设计思路下，第二四轴数控工作台包括一个安装在机床床身1上的X、Y轴十字滑台61，在X、Y轴十字滑台61上安装有移动式操作平台62，这样移动式操作平台62即可实现X、Y轴两个方向的移动，在移动式操作平台62上可拆卸地安装有立、卧两用数控转台，在立、卧两用数控转台上设置有工件夹具，所要进行激光熔覆、热处理的工件夹在工件夹具上。立、卧两用数控转台可带动所要进行激光熔覆、热处理的工件实现A轴的旋转，并可定位于任一角度。这样所要进行激光熔覆、热处理的工件的运动轨迹在X、Y轴十字滑台61和立、卧两用数控转台的带动下实现X、Y、A轴三个方向上的移动和旋转。

在机床床身1上固定安装有固定式龙门架63，在固定式龙门架63上安装有Z轴直线运动机构64，第二激光加工头65可拆卸地安装在Z轴直线运动机构64上。这样第二激光加工头65在Z轴直线运动机构64的带动下，实现Z轴方向上的上、下移动。

上述的X、Y轴十字滑台52、61采用能实现X轴方向运动的X轴直线运动机构和实现Y轴方向运动的Y轴直线运动机构，所有的X、Y、Z轴直线运动机构均为由伺服电机驱动的精密滚珠丝杠运动机构或精密直线导轨运动机构，以保证精度及可靠性。

在本实施例中，由伺服电机驱动的精密滚珠丝杠运动机构或精密直线导轨运动机构为本领域所熟知，再此不再展开描述。

激光器发出的激光通过激光外光路输送至第一激光加工头55和第二激光加工头65以实施加工。在激光外光路中配置有双路光束导向单元7，该双路光束导向单元7能将CO₂激光器发出的同一束激光分别切换到第一激光加工头55或第二激光加工头65上。

本实施例的激光外光路和双路光束导向单元7中的光路偏转的安装及调整用元件，以及所用的光学元件，如聚焦镜、反射聚焦镜、积分聚焦镜、反射镜、圆偏振镜等将采用KUGLER公司的产品，以保证可靠性。

第一激光加工头55和第二激光加工头65采用透射聚焦及反射聚焦两种规格的三种激光加工头，前者主要用于激光切割，也可以用于焊接；后者主要用于焊接和熔覆、热处理，也可以用于切割。

在实现激光熔覆时，第二激光加工头65采用反射聚焦激光加工头，并配置有同轴送粉装置或侧向送粉装置，以实现同轴和侧向送粉两种形式用于激光熔覆。

而当反射聚焦激光加工头在用于激光热处理和熔覆时，最好采用积分镜聚焦方式进行聚焦。

透镜聚焦激光加工头为具有Z向自动聚焦功能和高度跟踪功能的透镜聚焦激光加工头，因此还可以作为简单示教系统使用。

反射聚焦激光加工头为可±90°数控偏转的反射聚焦激光加工头。为保证±90°数控偏转的反射聚焦激光加工头在第一四轴数控工作台5与第二四轴数控工作台6之间互换使用，±90°数控偏转的反射聚焦激光加工头需要额外配置有一套西门子公司的伺服驱动器。

本实施例中的各种激光加工头之间能够方便的实现快速准确互换，拆卸并重新安装后不需要重新调整外光路。

Claims

1.一种多轴数控、双工作台激光加工系统，包括：

一机床床身，

设置在机床床身上的激光器；其特征在于，还包括：

2.如权利要求1所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的激光外光路还包含一能将所述的激光器发出的同一束激光分别切换到所述的第一激光加工头或第二激光加工头的双路光束导向单元。

3.如权利要求1所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的第一四轴数控工作台包括一设置在机床床身上的固定式操作平台，一设置在X、Y轴十字滑台之上的移动式龙门架，设置在移动式龙门架上Z轴直线运动机构；所述的第一激光加工头可拆卸地安装在所述的Z轴直线运动机构上；在所述固定式操作平台上安装有可拆卸的切割箱和可拆卸的实现A轴运动的立、卧两用数控转台，在所述立、卧两用数控转台上设置有工件夹具。

4.如权利要求1或3所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的第二四轴数控工作台包括一设置在X、Y轴十字滑台之上的移动式操作平台，设置在机床床身上的固定式龙门架，可拆卸地设置在移动式操作平台上并能实现A轴运动的立、卧两用数控转台，在所述立、卧两用数控转台上设置有工件夹具；在所述固定式龙门架上设置有Z轴直线运动机构，所述的第二激光加工头可拆卸地安装在所述Z轴直线运动机构上。

5.如权利要求4所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的X、Y轴十字滑台包括能实现X轴方向运动的X轴直线运动机构和实现Y轴方向运动的Y轴直线运动机构，所述的X、Y、Z轴直线运动机构为由伺服电机驱动的精密滚珠丝杠运动机构或精密直线导轨运动机构。

6.如权利要求4所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的第一、第二激光加工头为透射聚焦激光加工头或反射聚焦激光加工头；所述的透射聚焦激光加工头主要用于激光切割或焊接加工，所述的反射聚焦激光加工头主要用于激光焊接、熔覆、热处理加工。

7.如权利要求6所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的反射聚焦激光加工头配置有同轴送粉装置或侧向送粉装置，以实现激光熔覆。

8.如权利要求6所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的反射聚焦激光加工头在用于激光热处理和熔覆时采用积分镜聚焦方式。

9.如权利要求6所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的反射聚焦激光加工头为可±90°数控偏转的反射聚焦激光加工头。

10.如权利要求6所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的透镜聚焦激光加工头为具有Z向自动聚焦功能和高度跟踪功能的透镜聚焦激光加工头。

11.如权利要求1所述的多轴数控、双工作台激光加工系统，其特征在于，所述的第一四轴数控工作台的行程范围大于所述的第二四轴数控工作台的行程范围。