CN102378664B - 具有利用射束的切割头和联接到移动切割头的移动单元的抽吸管的切割机 - Google Patents

具有利用射束的切割头和联接到移动切割头的移动单元的抽吸管的切割机 Download PDF

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Abstract

一种切割机包括：抽吸管(7)，所述抽吸管可以利用共同的驱动器与切割机的切割头(5)一起移动。所述抽吸管(7)设置在所述工件支撑件(4)下方并且联接到支撑切割头(5)的移动单元(3)，以便与所述移动单元一起移动，同时在切割操作过程中，所述抽吸管的开口(10)保持定位在所述切割头(5)下访。所述抽吸管(7)清除切割碎片和尘土，并且保护下面的机器部件使它们免受射束的损害。

Description

具有利用射束的切割头和联接到移动切割头的移动单元的抽吸管的切割机
技术领域
本发明涉及一种利用射束加工工件的工件加工系统，例如激光切割系统。
背景技术
在利用射束(例如激光束、火焰等)切割工件例如金属板的过程中，一般需要从切割区域清除碎片和尘土。这通常利用抽吸完成，典型的是利用设置在工件支撑件下方的、静止的大体积的抽吸腔完成。
在JP10137943中已经提出提供一种尘土收集装置定位在工件支撑件下方并且利用单独驱动器的切割头的切割系统。
发明内容
本发明的一个方面的特点在于切割机，所述切割机包括：工件支撑件；具有相关的驱动器的移动单元；以及切割头，其在所述工件支撑件上方安装在移动单元上并且构造成发出切割射束，例如激光束或火焰切割射束以便加工支撑在所述工件支撑件上的工件。另外，抽吸管设置在所述工件支撑件下方并且联接到所述移动单元以便在切割操作过程中所述抽吸管与移动单元一起移动，同时抽吸管的开口保持定位在切割头下方。
在一些例子中，抽吸管的特点在于细长槽，所述细长槽定位在工件支撑件下方以便在切割射束经过工件支撑件之后拦截切割射束。在一些实施例中，所述细长槽由抽吸管的相对的壁限定，每个壁限定多个隔开的抽吸开口，该多个隔开的抽吸开口与另一壁上的抽吸开口偏离。
在一些实施方式中，抽吸管限定抽吸体积，所述抽吸体积位于一对抽吸腔之间，所述一对抽吸腔在抽吸管的一端接合在与抽吸腔相通的输出腔中。所述输出腔可以通过构造成在所述抽吸槽中移动的输出管连接到抽吸槽。在一些情况下，设置密封装置，所述密封装置构造成在输出管的移动过程中密封抽吸槽。例如，所述密封装置可以包括一对风箱，每个风箱具有两个端部并且在其一个端部连接到输出管。
在一些例子中，抽吸管的特点在于细长部件，例如轴，所述轴可枢转以打开连接到轴的排放槽，所述轴构造成当切割头操作时吸收从切割射束吸收的能量。在一些情况中，所述轴是中空的并且连接到冷却剂的液流。优选的，所述轴的横向尺寸选择成对应于切割射束在轴的高度处的宽度。在一些结构中，所述轴可以随着处于打开位置的排放槽侧向平移，从而增大排放槽面积。
切割机的一些例子的特点还在于碎屑抽屉，所述碎屑抽屉构造成接收从排放槽排放的段和碎屑。在一些场合，切割机的特点在于定位在所述轴下方的斜坡部件，所述斜坡部件形成将段和碎屑引导到碎屑抽屉中的滑动表面。
在一些实施方式中，切割机包括机架，所述机架具有设置在抽吸管下方并且被所述抽吸管防护而免受射束能量的中心机架部件。有利的是，所述中心机架部件可以构造成提供整个切割机可以被提升和移动的提升点。
在一些实施方式中，抽吸管通过力限制连接部连接到移动单元，所述力限制连接部允许在移动过程中响应于抽吸管遇到障碍而进行所述移动单元与所述抽吸管之间的相对移动。切割机可以包括响应于所述抽吸管和移动单元之间的相对移动的关闭开关。
本发明的另一方面的特点在于切割工件的方法，所述方法包括从安装在具有驱动器的移动单元上的切割头发出切割射束到工件的区域，同时利用所述驱动单元的驱动器将抽吸管的开口定位在切割射束下方，并且通过抽吸管的开口施加抽吸。
优选的，所述抽吸管具有较小的容积，允许利用相对较小的并且廉价的真空单元抽取较强的真空。这里公开的切割系统对在切割操作过程中将尘土和碎片从切割区域清除的问题可以提供稳定的、简单并且低成本的解决方案，同时还能够使得机器部件在射束的投射路径中的工件支撑件下方。
本发明的一个或多个实施方式的细节在下面的附图和描述中说明。本发明的其它特点和优点将从说明书和附图以及从权利要求书中变得明显。
附图说明
图1是激光切割系统的前视图。
图2是沿着线A-A截取的图1的激光切割系统的横截面视图。
图3是图1的区域I的放大细节视图。
图4是图3的一部分的放大视图。在图4中，槽部件18在三个不同的位置被示出，即关闭位置、转动位置以及转动/移位位置。
图5是图2的左手侧示出的抽吸槽的放大视图(图6的区域II)。
图6是沿着图1中线A-A截取的抽吸系统的收集器部分的横截面图。
图7是沿着图2的线D-D截取的抽吸槽的横截面视图。
图8和8A是示出了抽吸系统的收集器部分与切割系统的移动单元的连接的细节的局部立体图。
相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
下面更详细的描述的激光切割系统包括例如抽吸管的射束拦截单元，所述射束拦截单元构造成与所述切割头的移动配合而至少沿着一个轴线移动，这或者可以通过结构上将所述抽吸管与加工头系统连接或者通过利用控制为提供必要的移动配合的单独驱动器实现。所述抽吸管或其它射束约束装置具有相对较小的抽吸体积，因此为了获得管道和碎片的良好清除并不需要较大的抽吸单元。例如，在一些情况中，抽吸单元可以具有小于700m3/h，或者甚至小于500m3/h的抽吸能力。在一些实施例中，这允许使用相对低成本的抽吸单元，从而减小了切割系统的总成本而不损害其效果。这种抽吸管也设计成在切割系统的整个切割区域都提供均匀的抽吸。另外，所述抽吸管设计成安全地容纳切割射束，允许结构设置在抽吸管下方。
参照图1，激光切割系统包括机架1，所述机架在其前壁和后壁包括槽9。所述激光切割系统包括切割头5，所述切割头以传统方式安装在移动单元3上，移动单元3从顶梁2支撑。细长抽吸管7以允许抽吸管7与移动单元3一起沿着X轴线51移动并且由此与所述切割头一起移动的方式安装到移动单元3。因此，仅仅需要一个移动单元驱动器(例如，驱动电机、相关联的电机控制器以及适当的动力传递部件)就可以将移动单元3和抽吸管7都移动。抽吸管7的安装可以例如通过支撑架6实现，所述支撑架的结构将在下文中详细描述。所述激光切割系统还包括支撑板条4(图3)，所述支撑板条为将被从切割头5发射的激光束切割的工件提供支撑。可选择地，在另一种结构中，每个移动单元3和抽吸管7由各自的驱动系统驱动，所述驱动系统被控制以便引起配合移动。后面的结构在希望工件支撑结构沿着其侧面连接到机架的机器中，以及在提供单独的驱动器能够实现这样的支撑连接机器中特别有用。
现在参照图2和3，抽吸管7沿着槽9移动，并且，由于其联接到移动单元，抽吸管一直定位为其抽吸开口10和轴19直接在激光束11之下。(注意到，射束11的位置被示出为稍微从其直接与轴19对准的实际位置偏离)。机架1包括形成为上部24和基部25(图2)的焊接件的机架连接部件102。六个加强钢板31(图1)焊接在4米长的连接部件102中，在其中点附近更紧密地隔开。机架连接部件102直接定位在切割区域下方，由于一直包含来自切割头的射束的抽吸管7的射束约束功能，这是可能的。优选地，所述机架连接部件延伸机架的长度并且大体居中地定位或者与支撑移动单元和切割头的顶梁2的边缘对准地位于在机架的端部的副架108、109上，如图1中所示。所述机架连接部件大体是三角形横截面，并且由此限定相对的倾斜表面，三角形的顶点定位为最接近被切割的工件。机架结构的其它细节可以在2009年4月7提交的、与本申请一致的、题目为“工件加工系统”、并且指定的序列号为61/167,298的专利申请中找到，该申请的全部内容并入这里。
抽吸管7包括由壁112、113(图4)限定的两个侧抽吸腔12、13(图3、4)。壁112包括抽吸开口14(图4、6)，所述抽吸开口14与相对的壁113中的抽吸开口15偏离。在切割系统的操作过程中，这些抽吸开口在抽吸腔12、13和设置在切割区域下方的中心体积114之间提供真空联通。所述抽吸开口偏离以便接近所有切割位置提供抽吸并且提高切割头的整个工作区域上的抽吸均匀性(均匀的空气速度)。抽吸腔12、13在抽吸管的一端接合到输出腔16(图5-7)。输出腔16通过输出管17连接到抽吸槽8，所述抽吸槽8定位在机架的后部并且自身连接到抽吸单元(未示出)。
在切割头的移动过程中，所述输出管17沿着抽吸槽8的部件26的长度移动，同时部件26保持静止。为了在该相对移动过程中保持抽吸，左风箱27(图5和图7)以及右风箱28(图7)连接到管17的下部以形成密封装置。左风箱和右风箱响应于移动推一个风箱并且拉另一个风箱的输出管17的移动交替膨胀和收缩，以便连续密封抽吸槽部件26的开口29。风箱优选由防火材料或耐火材料形成。
在切割头切割工件的操作过程中，烟雾、碎片和小段落入抽吸管7的开口10中。烟雾和细粉尘与气流一起流动通过偏离的抽吸开口14、15，并且被抽到抽吸单元中。较大的碎片和小段通过设置在中心体积114的基部处的碎屑槽或排放槽18排出。碎屑槽可以在如图4中所示的三个位置之间移动。在其正常的关闭位置，碎屑槽18与壁112和113的底部密封，防止碎屑和小段流出。碎屑槽18可转动，并且随后可在两个步骤中移动到转动/移位位置，在转动/移位位置碎屑和小段可以被从抽吸管排出。现在将详细描述这种移动。
参照图4，碎屑槽18安装在轴19上。轴19用作碎屑槽18的枢转轴，并且在切割过程中也吸收激光束能量。轴19是水冷的以便允许其吸收激光能量，并且没有过热和由此带来的损坏。
当切割加工完成时，移动单元3以及由此使得抽吸管7移动到切割区域之外到达“停机”位置，例如到达图1中所示的右手位置。在该位置，约束单元接触使轴19转动(图4中顺时针)的固定止挡(未示出)，伸长拉伸弹簧21。拉伸弹簧21在其端部121连接到抽吸管的外表面并且在其相对的端部连接到碎屑槽。因此，当槽18打开时弹簧21伸长，并且当抽吸管移离停机位置时弹簧21用作使得槽18回到其正常的关闭位置的返回弹簧。
槽18首先响应于轴19的初始转动而转动90度到其转动位置。移动单元3朝向其行程的端部的进一步移动引起轴19的移动(向着图4中的左侧)。轴19和相连接的槽18因此移开，提供了用于碎屑排放的较大间隙。
排放的小段和碎屑通过如上所述的用作滑动表面或斜坡部件的机架连接部件的上表面24的辅助落入碎屑盒22、23(图1和图2)。所述切割系统随后准备好用于下一个加工周期。
当下一个加工周期开始时，移动单元3移离其停机位置并且弹簧21关闭碎屑槽18。这为抽吸管7在下一个切割周期中接收碎屑和小段做好了准备、以及将轴19定位为在下一个切割周期中吸收激光束能量。轴19是具有7/8英寸(22mm)外径和1/8英寸(3mm)厚度的无缝不锈钢管，安装成在每一端在密封安装座(未示出)的孔道中转动。轴径选择为对应于当激光束接触轴时的激光束宽度(由于射束发散而变宽，但是示意性的表示为窄线11)。在激光切割过程中，轴19通过沿着轴流动的蒸馏水冷却，例如2.8升每分钟流量。例如，水可以是与冷却机器的镜子和其他温度临界部件的相同冷却剂，在其回到水冷却器的路径上经过轴。
作为安全装置，以防止较长的小片卡在了工件支撑件(板条4)和抽吸管7之间时对切割系统的损害，抽吸管在安装单元上的安装优选包括断开装置。这样的装置的一个例子在图8和图8A中示出。在本实施例中，将安装单元3连接到抽吸管7的支架120在每侧与一个紧固件(例如，螺钉或螺栓)122连接。该紧固件装配在槽124中，并且被保持在足够的预加载荷下，所述预加载荷通过在该紧固件的头部下方压缩的一系列贝氏垫圈保持，以便在正常的操作过程中保持静止。但是，在互锁状态过程中的冲击力引起紧固件122在槽中滑动并且启动开关126(图8A)。所述开关关闭切割系统，防止灾难性结果。
已经描述了本发明的多个实施方式。但是，将会理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以做出多种改变。例如，虽然上面描述了激光切割系统，可以使用其它射束切割头，例如火焰喷射切割。作为另一种例子，可以使用不同的用于槽18的转动/移动机构。因此，其它实施方式在后面的权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种切割机，包括：
工件支撑件(4)；
移动单元(3)，其具有驱动器；
切割头(5)，其在所述工件支撑件上方安装在所述移动单元上并且构造成发送切割射束(11)以加工支撑在所述工件支撑件上的工件；和
抽吸管(7)，其设置在所述工件支撑件下方并且联接到所述移动单元，以便与所述移动单元一起移动，同时在切割操作过程中，所述抽吸管的开口(10)保持定位在所述切割头下方；
所述抽吸管(7)包括轴(19)，所述轴(19)构造成当所述切割头(5)操作时吸收来自所述切割射束(11)的能量；以及
所述轴是中空的并且连接到冷却剂液流。
2.如权利要求1所述的切割机，其中，所述抽吸管(7)包括抽吸槽(8)，其定位在所述工件支撑件下方以便在所述切割射束经过所述工件支撑件之后拦截所述切割射束。
3.如权利要求2所述的切割机，其中，所述抽吸槽(8)由所述抽吸管的相对的壁(112、113)限定，每个壁限定多个隔开的抽吸开口(14)，所述抽吸开口(14)与另一个壁上的抽吸开口偏离。
4.如权利要求2所述的切割机，其中，所述抽吸管(7)限定位于一对抽吸腔(12、13)之间的抽吸体积(114)，所述一对抽吸腔在所述抽吸管的一端接合到与抽吸槽(8)联通的输出腔(16)中。
5.如权利要求4所述的切割机，其中，所述输出腔(16)通过构造为在所述抽吸槽中移动的输出管(17)连接到所述抽吸槽(8)。
6.如权利要求5所述的切割机，还包括密封装置，所述密封装置构造成在所述输出管(17)的移动过程中密封所述抽吸槽(8)。
7.如权利要求1-6任意一项所述的切割机，其中，所述轴可枢转从而打开连接到所述轴的排放槽(18)。
8.如权利要求7所述的切割机，其中，所述轴(19)可随处于打开位置的所述排放槽(18)侧向平移，从而增大排放槽面积。
9.如权利要求7所述的切割机，还包括构造成接收从所述排放槽(18)排放的片段和碎屑的碎屑盒(23)。
10.如权利要求1-6任意一项所述的切割机，还包括机架(1)，所述机架(1)具有被设置在所述抽吸管(7)下方并且由所述抽吸管防护免受射束能量的机架连接部件(102)。
11.如权利要求10所述的切割机，其中，所述机架连接部件(102)提供了提升点，整个机器可以从所述提升点提升和移动。
12.如权利要求1-6任意一项所述的切割机，其中，所述抽吸管(7)通过力限制的连接部连接到所述移动单元，所述力限制连接部允许在移动过程中响应于所述抽吸管遇到障碍而发生所述移动单元与所述抽吸管之间的相对移动。
13.如权利要求12所述的切割机，还包括响应于所述抽吸管和所述移动单元之间的相对移动的关闭开关(126)。
14.如权利要求1-6任意一项所述的切割机，其中，所述切割射速包括激光束或火焰切割射束。
15.如权利要求6所述的切割机，其中，所述密封装置包括一对风箱(27、28)，每个风箱具有两端并且在一端连接到所述输出管。
16.如权利要求9所述的切割机，其中，所述切割机还包括定位在所述轴(19)下方的斜坡部件(24)，所述斜坡部件(24)形成将片段和碎屑引导到所述碎屑盒中的滑动表面。
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