CN101862909B - 一种激光切割机的工作方法 - Google Patents

Abstract

一种激光切割机及其工作方法。涉及激光切割机及其工作方法。能够像小幅面激光切割机一样，具有高的切割质量、高效率，高精度，且切割过程中驱动系统消耗的功率较小。包括设有X导轨的机座、设有Y导轨的主横梁和激光头座，主横梁与机座上的X导轨活动相连，它还包括用于激光头在X向实现短程动作的悬臂梁；悬臂梁上设有X短导轨；悬臂梁的根部与主横梁上的Y导轨活动相连，使悬臂梁做Y向运动；激光头座与X短导轨活动相连。工作方法，一，在短导轨上设缓冲区；二，根据不同加工要求，分别按不同步骤进行计算；三，按上述计算启动机器，制得。本发明采用了矢量控制原理对VX短、VX长和VY进行合成，以有效控制加工时的速率，确保加工的质量。

Description

一种激光切割机的工作方法

技术领域

本发明涉及激光切割机及其工作方法，尤其涉及一种重型大幅面厚板激光切割机的改进及其工作方法。 

背景技术

宽、大幅面激光切割机有很大市场应用前景，由于其切割幅面大，所以通常运动部件的重量大，比如：主横梁单体重量达2-3吨，加上激光发生器、水冷机等，约有4-5吨的重量。主横梁重量大的主要弊病是：1、重量大、惯性大，使得主横梁运动的动态响应速度差，对加工精度与质量有很大的影响。2、使得主横梁结构的刚度差，会造成传动系统定位误差大。上述两问题使得现有设备在加工小孔槽或局部复杂形状时，精度低、质量低、加工效率低。运动部件质量大时，工作过程中驱动系统消耗功率大，不符合当今低碳减排的产业要求。 

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种能够像小幅面激光切割机一样，具有高的切割质量、高效率，高精度，且切割过程中驱动系统消耗的功率较小的大幅面的激光切割机及其工作方法。 

本发明的激光切割机：包括设有X导轨的机座、设有Y导轨的主横梁和激光头座，所述主横梁与机座上的X导轨活动相连，它还包括用于激光头在X向实现短程动作的悬臂梁；所述悬臂梁上设有X短导轨；所述悬臂梁的根部与所述主横梁上的Y导轨活动相连，使所述悬臂梁做Y向运动；所述激光头座与所述X短导轨活动相连。 

它还包括控制器，所述控制器中包括记载有控制激光头座相对于X导轨和X短导轨进行复合运动时生成VX速度、进而与VY速度合成时、合成的矢量速度相对于工件具有均匀速率的程序的存储器。 

本发明激光切割机的工作方法， 

首先，将所述X短导轨的有效工作行程设为LX1，在该LX1中间部分设LX1长度的50-95％为LX2，LX2两端至LX1两端分别为缓冲区； 

然后，按以下步骤进行： 

1)、数据录入；将板料中所有需加工的轮廓、孔槽参数输入控制器； 

2)、计算； 

2.1)、孔槽； 

2.1.1)、从加工开始端按照LX1长度划分出X短导轨的第一加工区域，对出现在第一加工区域内的孔槽A进行统计，将其纳入第一加工区域的加工范围； 

2.1.2)、沿X方向对部分轮廓出现在第一加工区域之内的孔槽B再进行统计； 

2.1.3)、计算出孔槽B边缘最接近加工开始端的X向坐标参数，作为第二加工区域的加工开始端；再依照本步骤的前述规则，划分出后续加工区域； 

2.2)、板料轮廓； 

2.2.1)对X方向两次变向的连续性轮廓线A；计算出所述轮廓线A边缘最接近加工开始端的X向坐标参数，作为第一加工区域的起始边界，同时也是LX1的起始点；至以LX1为基准，朝向下一加工区域的LX2的端点为X短导轨的第一加工区域；以所述朝向下一加工区域的LX2的端点 一侧的缓冲区为X短导轨和X导轨运动互换的互换区； 

2.2.2)对小于X方向两次变向的连续性形状轮廓线B，纳入主横梁在X导轨上一次性由头至尾的加工范围； 

最后，按上述计算启动激光切割机工作，制得。 

本发明的大幅面激光切割机，增加了一个X短导轨作为激光头X向短程运动的载体；这样，在进行局部加工时(比如，在加工一些军工、航天产品时，有比较复杂的轮廓形状，并且有极高的精度要求)。在X短导轨行程范围内加工精度要求高、形状复杂的轮廓则无需启动主横梁运动；一来，大大降低了系统驱动功率，二来，运行精度也更高，可靠性更好。在更大范围内工作时，才需要进行X短导轨(激光头座与悬臂梁)和X导轨(主横梁与机座)的互换运动(即VX短速度由某值均匀减至0，VX长速度由0匀增0至某值)。由于激光切割时需要保证激光束能量作用于板料的均匀性(接触时间不均匀，容易造成板料边缘不规整)，需要对复合(互换)运动的速度VX(VX短+VX长)进行采集，并与VY合成的矢量速度进行合成，以确保激光束相对于板料的运行速率的均匀性。为此，本发明采用了矢量控制原理对VX短、VX长和VY进行合成，以有效控制加工时的速率，确保加工的质量。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图 

图中1是X导轨，2是主横梁，3是激光发生器，4是Y导轨，5是激光头座驱动机构，6是X短导轨，7是激光头座，8是悬臂梁，9是激光头。 

图2是图1的俯视图 

图3是图2的左视图 

图4是本发明使用状态参考图一 

图中10是孔槽，11是板料，12是缓冲区，13是第一加工区域； 

图5是本发明使用状态参考图二 

图6是本发明使用状态参考图三 

图7是本发明使用状态参考图四 

图8是本发明使用状态参考图五 

图中14是X方向两次变向的连续性轮廓线A，15是斜边； 

图9是本发明使用状态参考图六 

图中16是另一X方向两次变向的连续性轮廓线A。 

各图中标示了参考坐标系。 

具体实施方式

本发明如图1-3所示，所述切割机包括设有X导轨1(可以是丝杠)的机座、设有Y导轨4的主横梁2和激光头座7，激光发生器3设置在主横梁2上，激光头9通过Z向导轨设在激光头座7上，所述主横梁2与机座上的X导轨1活动相连，它还包括用于激光头9在X向实现短程动作的悬臂梁8；所述悬臂梁8上设有X短导轨6；所述悬臂梁8的根部与所述主横梁2上的Y导轨4活动相连，使所述悬臂梁8可以做Y向运动；所述激光头座7与所述X短导轨6活动相连，通过激光头座驱动机构5实现相对运动。 

它还包括控制器，所述控制器中包括记载有控制激光头座7相对于X导轨1和X短导轨6进行复合运动时生成VX速度、进而与VY速度合成时、合成的矢量速度相对于工件具有均匀速率的程序的存储器。最终可控 制激光束作用于工件的能量的均匀性。 

具体实施后，本发明相对于现有技术的特点有： 

增加一个X向的复合运动，X2轴。 

主横梁X1向驱动采用直线电机；采用滚珠丝杠，其中丝杠固定，螺母由驱动电机同步带轮带动旋转，实现X1向的运动。X2轴驱动采用直线电机驱动；齿轮齿条驱动。 

Y向运动采用直线电机驱动；采用滚珠丝杠，其中丝杠固定，螺母由驱动电机同步带轮带动旋转，实现Y向的运动。Y向运动的悬梁臂结构，为增强其水平和竖直方向的刚度，采用变截面梁。Y向运动的横梁也可以采用龙门结构。 

Z轴方向采用直线电机驱动；滚珠丝杠传动。 

本发明激光切割机的工作方法， 

首先，将所述X短导轨6的有效工作行程设为LX1(图中疏虚线)，在该LX1中间部分设LX1长度的50-95％为LX2(图中密虚线)，LX2两端至LX1两端分别为缓冲区12； 

然后，按以下步骤进行： 

1)、数据录入；将板料11中所有需加工的轮廓、孔槽10参数输入控制器； 

2)、计算； 

2.1)、孔槽10； 

2.1.1)、从加工开始端按照LX1长度划分出X短导轨的第一加工区域13(图中点虚线)，对出现在第一加工区域内13的孔槽A进行统计，将其纳入第一加工区域13的加工范围； 

2.1.2)、沿X方向对部分出现在第一加工区域13之内的孔槽B再进行统计； 

2.1.3)、计算出孔槽B边缘最接近加工开始端的X向坐标参数，作为第二加工区域的加工开始端；再依照本步骤的前述规则，划分出后续加工区域； 

2.2)、板料轮廓； 

2.2.1)对X方向两次变向的连续性轮廓线A14；计算出所述轮廓线A14边缘最接近加工开始端的X向坐标参数，作为第一加工区域的起始边界，同时也是LX1的起始点；至以LX1为基准，朝向下一加工区域的LX2的端点为X短导轨的第一加工区域；以所述朝向下一加工区域的LX2的端点一侧的缓冲区为X短导轨和X导轨运动互换的互换区； 

2.2.2)对小于X方向两次变向的连续性形状轮廓线B，纳入主横梁在X导轨上一次性由头至尾的加工范围； 

最后，按上述计算启动激光切割机工作，制得。 

下面结合实例进一步说明本发明的工作方法： 

第一种使用状态：如图4所示，板料11具有小于X方向两次变向的连续性形状轮廓线B，板面上具有若干孔槽10，如图中由左至右，四个圆孔及四个槽孔的左右边界处于LX1范围内，将该四个圆孔及四个槽孔纳入第一加工区域13进行加工；即主横梁2使悬臂梁8停留在第一加工区域13的位置，依靠激光头9相对于悬臂梁8上X短导轨的运动实现所述四个圆孔和四个槽孔(孔槽A)的加工。 

第二种使用状态：如图5所示，板料11上靠近加工开始端有四个孔，其中最右边的圆孔(孔槽B)的部分处于LX1范围内，计算出孔槽B边 缘最接近加工开始端的X向坐标参数，作为第二加工区域的加工开始端；再依照本步骤的前述规则，划分出后续加工区域；直至依次完成如图6、7所示的孔槽。此时第一加工区域变小，即只加工右端的三个孔。 

第三种使用状态：如图8所示，图中左侧为X方向两次变向的连续性轮廓线A14，比如飞机上低雷达波发射的结构件，具有极高的精度要求，如果以主横梁为X向驱动的话，惯性会降低加工的精度。采用本发明的激光切割机，将复杂轮廓部分纳入第一加工区域，以激光头相对于X短导轨的运动进行该复杂轮廓的加工，能大大提高加工的精度。对于板料上的斜边15，需要进行激光头由X短导轨和X导轨驱动运动的互换，在激光头进入缓冲区后，X短导轨上驱动机构驱动激光头的速度由某值匀速降低至0，X导轨上驱动主横梁以使激光头运动的速度由0增至某值，以确保匀速地运动。 

在该种情况下，如果出现如图9所示，在另一端有另一X方向两次变向的连续性轮廓线A16时，将该轮廓线纳入最后一加工区域，利用X短导轨进行加工。此时，需进行上述互换运动的反向互换运动，以进行切换；即最后加工区域朝向加工端的缓冲区域成为主横梁的减速区域，成为激光头的增速区域。 

本发明能实现：一、定点区域加工(主横梁在X导轨上停留在一位置，由激光头相对于X短导轨运动实现加工)；二、定点区域加工+合成运动加工(对超出X短导轨运动范围的部分，可以进行主横梁、激光头合成运动实现加工)；三、主横梁加工(对简单轮廓，直接由主横梁相对于X导轨运动，实现一次性切割加工。) 

Claims (1)

1.一种激光切割机的工作方法，所述切割机包括设有X导轨的机座、设有Y导轨的主横梁和激光头座，所述主横梁与机座上的X导轨活动相连，其特征在于，它还包括用于激光头在X向实现短程动作的悬臂梁；所述悬臂梁上设有X短导轨；所述悬臂梁的根部与所述主横梁上的Y导轨活动相连，使所述悬臂梁做Y向运动；所述激光头座与所述X短导轨活动相连；

它还包括控制器，所述控制器中包括记载有控制激光头座相对于X导轨和X短导轨进行复合运动时生成VX速度、进而与VY速度合成时、合成的矢量速度相对于工件具有均匀速率的程序的存储器；

所述工作方法为：

首先，将所述X短导轨的有效工作行程设为LX1，在该LX1中间部分设LX1长度的50-95％为LX2，LX2两端至LX1两端分别为缓冲区；

然后，按以下步骤进行：

1)、数据录入；将板料中所有需加工的轮廓、孔槽参数输入控制器；

2)、计算；

2.1)、孔槽；

2.1.1)、从加工开始端按照LX1长度划分出X短导轨的第一加工区域，对出现在第一加工区域内的孔槽A进行统计，将其纳入第一加工区域的加工范围；

2.1.2)、沿X方向对部分轮廓出现在第一加工区域之内的孔槽B再进行统计；

2.1.3)、计算出孔槽B边缘最接近加工开始端的X向坐标参数，作为第二加工区域的加工开始端；再依照本步骤的前述规则，划分出后续加工区域；

2.2)、板料轮廓；

2.2.1)对X方向两次变向的连续性轮廓线A；计算出所述轮廓线A边缘最接近加工开始端的X向坐标参数，作为第一加工区域的起始边界，同时也是LX1的起始点；至以LX1为基准，朝向下一加工区域的LX2的端点为X短导轨的第一加工区域；以所述朝向下一加工区域的LX2的端点一侧的缓冲区为X短导轨和X导轨运动互换的互换区；

2.2.2)对小于X方向两次变向的连续性形状轮廓线B，纳入主横梁在X导轨上一次性由头至尾的加工范围；

最后，按上述计算启动激光切割机工作，制得。

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