CN102806424A - 激光加工设备及利用该设备的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种激光加工设备及使用该设备的加工方法，包括：机座、设置在机座上的进给装置、设置在机座上的旋转工作台，进给装置包括设置在机座上的X轴进给装置、及设置在X轴进给装置上并可由X轴进给装置带动移动的悬臂梁，悬臂梁上设置有送进扶正机构及激光加工装置，送进扶正机构与所述旋转工作台对应设置；上述的激光加工设备及方法，利用对应设置的旋转工作台及送进扶正机构对待加工进行自动定位，并通过送进扶正机构对待加工进行同心调整扶正，实现较高的定位精度，同时旋转工作台进行旋转分度以使激光加工装置相对实现分度进给，同时利用X轴进给装置带动激光加工装置实现X轴方向的进给加工，实现自动进给加工，提高加工精度。

Description

激光加工设备及利用该设备的加工方法

技术领域

本发明涉及一种激光加工设备，特别是涉及一种适用管材加工的激光加工设备及利用该设备进行加工的方法。

背景技术

现有的激光切管机中，多依靠人工手动调节三爪卡盘进行管材的夹紧定心，一次性切割预定长度如3米左右长度后，依然依靠人工松开三爪卡盘，手工拖动管材送料，再次手动调节拧紧三爪卡盘夹紧定心后再次切割，来完成较长管材的切割。另外一个缺陷就是普通的辅助支撑是位置固定，只能使管材的某个位置和旋转台卡盘同心，在切割较长圆管时候切割精度教差，达不到现在日益提高的工艺要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高切割加工精度较高的激光加工设备。

同时有必要提供一种能提高加工精度的长管件加工方法。

一种激光加工设备，包括：机座、设置在机座上的进给装置、设置在机座上的旋转工作台，所述进给装置包括设置在机座上的X轴进给装置、及设置在X轴进给装置上并可由所述X轴进给装置带动移动的支架，所述支架上设置有送进扶正机构及激光加工装置，所述送进扶正机构与所述旋转工作台对应设置。

在优选的实施例中，所述支架上设置有Y轴进给装置，所述激光加工装置设置在所述Y轴进给装置上并由所述Y轴进给装置带动沿Y轴方向移动进给；所述激光加工装置与所述送进扶正机构在X轴方向上相对距离保持恒定。

在优选的实施例中，所述支架为悬臂梁，所述X轴进给装置为带动所述悬臂梁沿X轴移动的X轴滚珠丝杆传动机构；所述Y轴进给装置为Y轴滚珠丝杆传动机构。

在优选的实施例中，所述送进扶正机构包括：送进夹紧装置、扶正装置、及安装所述送进夹紧装置及扶正装置的安装座；所述送进夹紧装置包括夹紧件、及与所述夹紧件连接并驱动所述夹紧件夹紧或松开的夹紧驱动传动装置；所述扶正装置包括扶正件、及与所述扶正件连接并驱动所述扶正件调整扶正或松开的扶正驱动传动装置。

在优选的实施例中，所述夹紧件包括：夹持待加工件的夹头、与所述夹头连接并将旋转运动转换为直线运动的夹头驱动齿条；所述扶正件包括：与所述扶正驱动传动装置连接的扶正驱动齿条、及与所述驱动齿条连接的万向球装置；所述夹紧件穿过所述安装座的侧壁并将所述夹头突出设于所述安装座的内壁上，所述扶正件穿过所述安装座的侧壁并将所述扶正件突出设置于所述安装座的内壁上。

在优选的实施例中，所述夹头包括与所述夹头驱动齿条螺纹连接的连接部及与所述连接部连接的夹紧部，所述夹紧部上设置有带有细齿的V型面，所述万向球装置包括与所述扶正驱动齿条螺纹连接的压盖、设置在所述压盖中的滚珠座及设置在所述滚珠座中并可在滚珠座中万向滚动的滚珠，所述滚珠与待加工件接触并扶正待加工件。

在优选的实施例中，所述夹紧驱动传动装置包括：设置在所述安装座上的夹紧内齿圈、设置在所述安装座上并与所述夹紧内齿圈内啮合传动的夹紧驱动齿轮，所述夹紧驱动齿轮还与所述夹头驱动齿条啮合，所述扶正驱动传动装置包括：设置在所述安装座上扶正内齿圈、设置在所述安装座上并与所述扶正内齿圈啮合传动的扶正驱动齿轮，所述夹紧内齿圈与所述扶正内齿圈分别设置在所述安装座的两端面上，所述夹紧件沿所述安装座的环面均布设置有三个，所述扶正件沿所述安装座的环面均布设置有三个，所述夹紧驱动齿轮与所述夹紧件对应设置有三个，所述扶正驱动齿轮与所述扶正件对应设置有三个。

在优选的实施例中，所述夹紧驱动齿轮与所述扶正驱动齿轮分别设置于所述安装座的两端面上，所述夹紧件与所述扶正件交错设置，所述夹头驱动齿条或扶正驱动齿条包括柱型本体及于所述柱型件本体上设置的齿条结构，所述柱型本体上设置有内螺纹以与所述夹头或万向球装置连接，所述安装座为环状柱体结构。

在优选的实施例中，所述送进扶正机构还包括：驱动所述夹紧驱动传动装置运动的第一动力元件、与第一动力元件及所述夹紧内齿圈连接的第一连接件、驱动所述扶正驱动传动装置运动的第二动力元件、与第二动力元件及所述扶正内齿圈连接的第二连接件；所述第一连接件包括与第一动力元件铰接连接的第一连接部、与所述第一连接部连接的第一驱动部；所述第二连接件包括与所述第二动力元件铰接连接的第二连接部、及与所述第二连接部连接的第二驱动部；所述第一驱动部上设置有与所述夹紧内齿圈的外侧壁配合的弧形面；所述第二驱动部上设置有与所述扶正内齿圈的外侧壁配合的弧形面。

在优选的实施例中，所述机座为床型结构，所述旋转工作台固定在所述机座的床身的侧壁上，所述旋转工作台上设有分度夹紧装置。

在优选的实施例中，所述分度夹紧装置为气动三爪卡盘。

在优选的实施例中，所述旋转工作台上还设置有动力元件、与动力元件连接的传动齿轮组件、与所述传动齿轮组件连接并由所述传动齿轮组件带动旋转分度的U轴，所述分度夹紧装置与所述U轴连接并可U轴带动转动进行旋转分度；所述传动齿轮组件包括：与动力元件连接的减速机及与所述减速机啮合传动的齿轮。

一种利用激光加工设备对长管状件进行加工的方法，其特征在于，包括如下步骤：

定位步骤：将待加工件穿过送进扶正机构及旋转工作台，利用旋转工作台上设置的分度夹紧装置夹紧待加工件并定心，同时驱动送进扶正机构中的扶正装置进行夹持扶正；

加工步骤：驱动进给装置带动激光加工装置沿X方向进给到预加工段的预定位置进行加工，同时驱动旋转工作台上的U轴转动带动待加工件转动以对待加工件进行旋转分度进给加工；U轴带动待加工件进行旋转分度时，扶正装置中与待加工件相接触的部位或部件随待加工件的转动而转动，当待加工件转动到待加工位时，扶正装置自动扶正待加工件。

在优选的实施例中，完成待加工件某一段预加工段的加工后，旋转工作台上的分度夹紧装置松开待加工件，控制驱动送进扶正机构的送进夹紧装置夹紧待加工件并拖动待加工件沿X轴送进预设距离，到达预定位置后，送进夹紧装置松开待加工件，旋转工作台的分度夹紧装置夹紧待加工件并定心，同时驱动送进扶正机构中的扶正装置进行夹持扶正，驱动进给装置带动激光加工装置进行待加工件下一段预加工段的切割加工，如此循环直至待加工件加工完成。

在优选的实施例中，所述加工步骤中还包括：根据设定驱动所述激光加工装置沿Y轴方向移动到预定位置进行加工的步骤；所述扶正装置包括扶正件、及与所述扶正件连接并驱动所述扶正件调整扶正或松开的扶正驱动传动装置；所述扶正件包括：与所述扶正驱动传动装置连接的扶正驱动齿条、及与所述驱动齿条连接的万向球装置；所述万向球装置包括与所述扶正驱动齿条螺纹连接的压盖、设置在所述压盖中的滚珠座、及设置在所述滚珠座中并可在滚珠座中万向滚动的滚珠，所述扶正装置中与待加工件接触的部位或部件为所述滚珠。

在优选的实施例中，所述加工步骤中还包括：根据设定驱动所述激光加工装置沿Y轴方向移动到预定位置进行加工的步骤; 所述扶正装置包括扶正件、及与所述扶正件连接并驱动所述扶正件调整扶正或松开的扶正驱动传动装置；所述扶正件包括：与所述扶正驱动传动装置连接的扶正驱动齿条、及与所述驱动齿条连接的万向球装置；所述万向球装置包括与所述扶正驱动齿条螺纹连接的压盖、设置在所述压盖中的滚珠座、及设置在所述滚珠座中并可在滚珠座中万向滚动的滚珠，所述扶正装置中与待加工件相接触的部位或部件为滚珠。

上述的激光加工设备及利用该设备进行加工的方法，利用对应设置的旋转工作台及送进扶正机构对待加工进行自动定位，并通过送进扶正机构对待加工进行同心调整扶正，实现较高的定位精度，同时旋转工作台进行旋转分度以使激光加工装置相对实现分度进给，同时利用X轴进给装置带动激光加工装置实现X轴方向的进给加工，实现自动进给加工，提高加工精度，同时利用送进扶正机构夹紧待加工件夹持拖动进行送进，以实现连续进给加工，无需重复拆装定位;且可利用旋转工作台带动待加工件旋转分度加工，同时待加工件转动带动送进扶正机构与待加工件接触的部分随之转动，待加工件转动到待加工位置，送进扶正机构自动扶正待加工件，无需在送进扶正机构中增加额外的动力机构或传动驱动机构即可随待加工件实现转动，精简了机构，转动到设定位置自动扶正待加工件，进一步提高了加工精度。

附图说明

图1为本发明一实施例的管材激光加工机的结构示意图；

图2为本发明一实施例的悬臂梁及设置在悬臂梁上的激光加工装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例的旋转工作台的结构示意图；

图4为本发明一实施例的送进扶正机构的结构示意图；

图5为本发明一实施例的夹持件的结构示意图；

图6为本发明一实施例的夹持件的部分结构分解示意图；

图7为本发明一实施例的扶正件的结构示意图；

图8为本发明一实施例的扶正件的部分结构分解示意图；

图9为本发明一实施例的驱动齿轮的结构示意图；

图10为本发明一实施例的内齿圈的结构示意图；

图11为本发明一实施例的送进扶正机构的动力元件与连接件的结构示意图；

图12为本发明一实施例的激光加工装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例的激光加工设备100，包括：机座20、设置在机座20上的进给装置40、设置在机座20上的旋转工作台80。 

本实施例中，机座20大致呈长方体或整体框架呈长方体的床型结构。机座20的床身由钢板焊接而成，结构稳定坚固。进给装置40设置在机座20的床身上。

本实施例中，以机座20的长度方向为X轴方向、宽度方向为Y轴方向进行说明。

进给装置40包括：设置在机座20上的X轴进给装置、及设置在X轴进给装置的支架。本实施例中，优选的支架为悬臂梁44。

为保证进给精度，本实施例中，X轴进给装置为X轴滚珠丝杆传动机构42。悬臂梁44设置在X轴滚珠丝杆传动机构42上并可由X轴滚珠丝杆传动机构42带动沿X轴移动。当然X轴进给装置也可根据需要为其他传动机构进行进给运动。

如图1及图12所示，悬臂梁44上设置有送进扶正机构60、及激光加工装置50。

如图2所示，本实施例中，悬臂梁44上还设置有带动激光加工装置50沿Y轴方向移动的Y轴进给装置。为保证进给精度，本实施例中，Y轴进给装置为Y轴滚珠丝杆传动机构43。当然Y轴进给装置也可根据需要为其他传动机构进行进给运动。

激光加工装置50设置在Y轴滚珠丝杆传动机构43上，并可由该Y轴滚珠丝杆传动机构43带动沿Y轴移动。

激光加工装置50与送进扶正机构60在X轴方向上的相对位置相对保持不变，即在X轴方向上两者之间相对位置距离保持相对恒定。

进一步，本实施例中，送进扶正机构60与旋转工作台80对应设置。

如图1及图4所示，送进扶正机构60包括：送进夹紧装置62、扶正装置64、及安装送进夹紧装置62与扶正装置64的安装座66。本实施例中，安装座66设置为环状体结构。

如图4至图11所示，送进扶正机构60进一步包括：驱动送进夹紧装置62动作的第一动力元件602、驱动扶正装置64动作的第二动力元件604、连接第一动力元件602与送进夹紧装置62的第一连接件606、连接第二动力元件602与扶正装置64的第二连接件608。

本实施例中，第一动力元件602、第二动力元件604优选的气缸。第一动力元件602通过第一连接件606驱动送进夹紧装置62夹紧或松开动作。第二动力元件604通过第二连接件608驱动扶正装置64扶正或松开动作。

送进夹紧装置62包括：夹紧件620、与夹紧件620连接并驱动夹紧件620夹紧或松开的夹紧驱动传动装置65。

如图4及图9至图10所示，夹紧驱动传动装置65包括：设置安装座66上的夹紧内齿圈650、设置在安装座66上并与夹紧内齿圈650啮合传动的夹紧驱动齿轮652。夹紧件620与夹紧驱动齿轮652配合、并由夹紧驱动齿轮652驱动传动实现夹紧或松开。夹紧驱动齿轮652同时与夹紧内齿圈650、及夹紧件620啮合传动。为了安装方便，并防止部件之间的运动干涉，如图4及图9所示，本实施中，夹紧驱动齿轮652采用柱型结构。夹紧驱动齿轮652的两端加工出啮合齿，两端啮合齿之间设置为圆柱结构进行间隔连接。夹紧驱动齿轮652可以设置为一体结构，也可以采用在柱型件的两端分别套设两个齿轮进行实现。本实施例中，为了加工方便及便于安装，夹紧驱动齿轮652为一体结构的柱型件，并在柱型件的两端加工出齿形结构。

如图4至图6所示，夹紧件620包括与夹紧驱动齿轮652啮合驱动以实现直线运动的夹紧驱动齿条6205、及与夹紧驱动齿条6205连接的夹头6204。为了连接方便，夹紧驱动齿条6205设置为圆柱形结构。夹紧驱动齿条6205的圆柱外表面沿轴向设置有齿条6201。夹紧驱动齿条6205轴心设置有中心孔，并在中心孔中加工出与夹头6204连接的内螺纹。夹头6204包括夹紧部6206及与夹紧部6206连接的连接部6208。连接部6208上设置有与夹紧驱动齿条6205连接的外螺纹。夹头6204的夹紧部6206与连接部6208之间还设置有避空位。为了更稳固的夹加工件，夹紧部6206与待加工件的相接触的夹紧面设置为V形，并在V型面上设置有细齿6209，以利于夹住待加工件不打滑。

本实施例中，为了夹持稳定，夹紧件620设置有三个，并于安装座66的环形面上均布设置。同样与夹紧件620啮合连接的夹紧驱动齿轮652也设置有三个，并与三个夹紧件620一一对应设置，并均布设置在安装座66的环形面上。

如4及图7至图8及图10所示，扶正装置64包括：扶正件640、与扶正件640连接并驱动扶正件640扶正或松开的扶正驱动传动装置67。

扶正驱动传动装置67包括：设置安装座66上的扶正内齿圈670、设置在安装座66上并与扶正内齿圈670啮合传动的扶正驱动齿轮672。扶正件640与扶正驱动齿轮672配合、并由扶正驱动齿轮672驱动传动实现夹紧或松开。扶正驱动齿轮672同时与扶正内齿圈670、及扶正件640啮合传动。本实施中，扶正驱动齿轮672采用柱型结构。扶正驱动齿轮672的两端加工出啮合齿，两端啮合齿之间设置为圆柱结构进行间隔连接。扶正驱动齿轮672可以设置为一体结构，也可以采用在柱型件的两端分别套设两个齿轮进行实现。本实施例中，为了加工方便及便于安装，扶正驱动齿轮672为一体结构的柱型件，并在柱型件的两端加工出齿形结构。本实施例中，为了增加零件的通用性，便于加工及安装，扶正驱动齿轮672与夹紧驱动齿轮652设置为同样的结构。同时夹紧内齿圈650与扶正内齿圈670也可以通用，设置为同样的结构。

为了安装方便，本实施例中，驱动送进夹紧装置62的第一动力元件602与驱动扶正装置64的第二动力元件604并列设置。连接第一动力元件602与送进夹紧装置62的第一连接件606与连接第二动力元件604与扶正装置64的第二连接件608也并列设置。

为了防止运动干扰，扶正装置64的扶正驱动传动装置67与送进夹紧装置62的夹紧驱动传动装置65都设置在安装座66上，并在安装座66上错开设置。

优选的，扶正装置64上的扶正内齿圈670与送进夹紧装置62的夹紧内齿圈650分别设置于环状体的安装座66的两端，由并列设置的第一动力元件602、第二动力元件604分别独立驱动。扶正装置64上的扶正驱动齿轮672与送进夹紧装置62的夹紧驱动齿轮652也分别设置于环状体的安装座66的两端，分别与扶正内齿圈670、夹紧内齿圈650啮合驱动。

优选的，本实施的扶正件640为万向球机构。扶正件640包括与扶正驱动齿轮672啮合的圆柱型的扶正驱动齿条6405、与扶正驱动齿条6405连接的万向球装置。扶正驱动齿条6405的圆柱外表面沿轴向设置有齿条6401。扶正驱动齿条6405轴心设置有中心孔，并在中心孔中加工出与万向球装置连接的内螺纹。

万向球装置包括:与扶正驱动齿条6405螺纹连接的压盖6402、设置在压盖6402上的滚珠座6404、设置在滚珠座6404中的滚球。本实施例中，滚球为钢球6406。滚珠座6404设置为中空结构，钢球6406设置在中空孔中并可在滚珠座6404内万向转动。为了减小钢球6406的磨损，滚珠座6404上设置有轴承圈，轴承圈中装设有多个小钢珠6409。钢球6406转动时，与小钢珠6409之间滚动摩擦，以减小磨损。且由于钢球6406可在滚珠座6404内万向转动，从而可以自适应活动调节对待加工件的接触位置。进一步，可在万向球装置与扶正驱动齿条6405之间设置弹性件，弹性调节万向球装置的位置，以适应加工局部或部分变形的待加工件。

本实施例中，为了夹持稳定，扶正件640设置有三个，并于安装座66的环形面上均布设置。同样与扶正件640啮合连接的扶正驱动齿轮672也设置有三个，并与三个扶正件640一一对应设置，并均布设置在安装座66的环形面上。第二动力元件604通过第二连接件608驱动扶正内齿圈670转动，带动与扶正内齿圈670啮合的三个扶正驱动齿轮672转动，扶正驱动齿轮672带动与其啮合的三个扶正驱动齿条6405直线运动，从而带动三个万向球装置向靠近中心的位置移动进行扶正、或向远离中心的位置移动以松开待加工件。

本实施例中，为了进一步防止部件之间的运动干扰，扶正装置64的扶正件640与送进夹紧装置62的夹紧件620于安装座66的环形面错开设置，并交错均布设置。

同样扶正装置64的扶正驱动齿轮672与送进夹紧装置62的夹紧驱动齿轮652也于安装座66的环形面上错开设置，并交错设置。夹紧件620与扶正件640分别设置在安装座66的侧壁上。夹头6204与滚珠座6404分别穿过安装座66的侧壁，突出设置在安装座66的内壁上。

如图1、图4及图11所示，第一连接件606的一端与第一动力元件602的输出端连接，另一端与送进夹紧装置62的夹紧内齿圈650连接。第二连接件608的一端与第二动力元件604的输出端连接，另一端与扶正装置64的扶正内齿圈670连接。

第一连接件606包括与第一动力元件602铰接连接的第一连接部6060、与第一连接部6060连接的第一驱动部6062。

第二连接件608包括：与:第二动力元件604铰接连接的第二连接部6080、及与第二连接部6080连接的第二驱动部6082。

第一驱动部6062上设置有与夹紧内齿圈650的外侧壁或外圈配合的弧形面。同样第二驱动部6082上设置有与扶正内齿圈670的外侧壁或外圈配合的弧形面。

第一连接部6060、或第二连接部6080上设置有与第一动力元件602、或第二动力元件604铰接连接的铰接孔。

本发明的送进夹紧装置62为一种简单高效的管材自动扶正和送进装置，与激光加工装置50都安装在悬臂梁44下方，送进夹紧装置62可以自动跟随激光加工装置50切割进行自动扶正，能够自动定心扶正管材，还有能够自动夹持轴向送进管材，完成管材的激光加工，特别是长管状件的自动切割、加工。

切管时，扶正装置64通过第二动力元件604带动第二连接件608驱动扶正内齿圈670，依次带动啮合的扶正驱动齿轮672、扶正件640上的扶正驱动齿条6405传动，使3个万向球装置通过三点定心定位并扶住待加工管，并使待加工件的管心或中心保持与旋转工作台80同心，3个万向球装置在扶紧待加工管的同时不影响待加工管转动，能保证待加工管顺畅转动，保证切割精度。每一段预加工段的切割加工完成后，与3个万向球装置交错并同心设置3个夹头6204夹紧待加工件，跟随激光加工设备100的悬臂梁44沿X轴拖动送进，进行下一段的切割加工。可连续进行夹紧送料、扶正，同时可根据不同的加工要求，设置悬臂梁44不同的进给距离，以加工出长度不同的加工段，使激光加工设备100可以连续切割加工不同长度待加工件或不同长度的单位段，具有高效率、高精密、低成本、操作方便的特点。

本实施例中，待加工管件由夹紧装置62的夹紧件620夹紧并随送进夹紧装置62沿X轴方向送进，优选的，由旋转工作台80相对设置的一边向送进扶正机构60相对设置的一边送进。

本实施例中，待加工管件的预加工段的每一段加工长度的设置可以根据机座20的床身长度相应设置、或根据悬臂梁44沿X轴的进给距离相应设置；也可以根据实际需要进行设置如3米，当然也可根据需要设置为其他长度。

本实施例中，优选的，避免加工因待加工管件过长而造成管体由于重力作用发生弯曲，导致进给不顺畅、管体变形等，在相应的位置设置有辅助支撑件（未图示）。

旋转工作台80固定在机座20的床身侧壁上。旋转工作台80上设有分度夹紧装置。分度夹紧装置与送进夹紧装置62同心设置。安装调节时，将分度夹紧装置与送进夹紧装置62、扶正装置64对心设置调试。

本实施例中，分度夹紧装置为三爪卡盘。三爪卡盘优选的为气动三爪卡盘85。

旋转工作台80上还设置旋转装置。旋转装置包括：动力元件、与动力元件连接的传动齿轮组件84、与传动齿轮组件84连接并旋转分度的U轴86。分度夹紧装置与U轴86连接、并可由U轴86带动转动。

传动齿轮组件84包括：与动力元件连接的减速机、及与减速机啮合传动的齿轮。为了保证传动精度，传动齿轮组件84的动力元件采用伺服电机89，传动齿轮组件的齿轮采用高精密齿轮。

加工时，将待加工件穿过送进扶正机构60的安装座66即穿过送进夹紧装置62、扶正装置64，并穿过旋转工作台80的U轴86中心，驱动气动三爪卡盘85自动夹持待加工件并定心；扶正装置64扶住待加工件并进行扶正调整，以使待加工件（特别是管状件或柱状件）中心或轴心保持与旋转工作台80的U轴86同心，通过控制系统伺服电机带动X轴滚珠丝杆传动机构42运动以带动悬臂梁44沿X轴的运动，悬臂梁44带动激光加工装置50沿X轴方向运动进给，同时，控制系统带动伺服电机驱动Y轴滚珠丝杆传动机构43带动激光加工装置50在Y轴方向进行进给，控制系统控制伺服电机89带动U轴86转动以带动待加工件转动，激光加工装置50在待加工件的侧壁上的预设位置切割所需图形或孔，扶正装置64进行扶正调整以保证切割精度，完成一次切割X轴行程的长度后，控制第一动力元件602驱动送进夹紧装置62的夹持待加工件，旋转工作台80的气动三爪卡盘85松开待加工件，送进夹紧装置62夹持待加工件随着悬臂梁44沿X轴运动，使待加工件继续送进预设X轴行程长度，到达预定位置，送进夹紧装置62松开，旋转工作台80的气动三爪卡盘85再次夹住待加工件并定心，扶正装置64扶住待加工件，继续待加工件的下一段待加工部分的切割，由此多次循环，直至切割完成整根长待加工件，并根据悬臂梁44沿X轴的不同进给量实现不同长度待加工件的连续切割。

本发明的激光加工设备100适合加工管状件或圆形截面柱型件，特别适合加工圆柱管件，金属圆管等。

本发明的激光加工设备100采用了复合结构，将悬臂梁、滚珠丝杠传动机构、旋转工作台80与机座20构成了复合结构，滚珠丝杠传动机构、悬臂梁44、设置悬臂梁44上的激光加工装置50构成了高性能飞行光路悬臂梁式激光切割机；高性能飞行光路悬臂梁式激光切割机与高精密的旋转工作台80的结构叠加，实现了管材的稳定和高速加工的要求。

旋转工作台80采用大型自定心气动卡盘结构，通过气动控制气动三爪卡盘85的夹紧和松开，实现自动夹紧待加工钢管并定心。

在悬臂梁44底部架设管材的送进扶正机构60，通过悬臂梁44的移动带动沿着X轴方向移动。加工时，扶正装置64扶住待加工圆管，使圆管中心保持与旋转工作台80同心，以保证切割精度，一次完成切割设定长度的管段如3米长度后，使用夹紧装置62夹持圆管拖动送料，继续圆管的下一管段的切割，通过控制悬臂梁44沿X轴不同的位移量实现不同管段长度金属圆管的连续切割。同时加工时气动三爪卡盘85固定在旋转工作台80的U轴86上，以自动夹紧和松开管材，并通过旋转工作台80的U轴86驱动自动精密旋转分度，以对圆管的外周上的不同弧面位置进行加工。且当伺服电机89驱动U轴86从而带动待加工管件进行旋转分度时，由于扶正装置64的万向球装置中的钢球6406随待加工管件的转动而在滚珠座6404中自动转动。无需设置动力元件或其他部件驱动扶正装置64 转动而进行调节，从而无需设置传动装置，精简了机构；同时能精确的进行扶正定位，实现精密切割加工。

本发明一种利用上述激光加工设备对管状体或柱状体，特别是长管件进行加工的方法，包括如下步骤：

定位步骤：将待加工件穿过送进扶正机构及旋转工作台，利用旋转工作台上设置的分度夹紧装置夹紧待加工件并定心，同时驱动送进扶正机构中的扶正装置进行夹持扶正。

加工步骤：驱动进给装置带动激光加工装置沿X方向进给到预加工段的预定位置进行加工，同时驱动旋转工作台上的U轴转动带动待加工件转动以对待加工件进行旋转分度进给加工。

加工步骤中：U轴带动待加工件转动进行旋转分度加工时，扶正装置64的万向球装置中的钢球6406随待加工管件的转动而在滚珠座6404中自动转动。当转动到待加工位时，扶正装置64利用万向球装置自动扶正待加工件。

完成待加工件某一段预加工段的加工后，旋转工作台上的分度夹紧装置松开待加工件，控制驱动送进扶正机构的送进夹紧装置夹紧待加工件并拖动待加工件沿X轴送进预设距离，到达预定位置后，送进夹紧装置松开待加工件，旋转工作台的分度夹紧装置夹紧待加工件并定心，同时驱动送进扶正机构中的扶正装置进行夹持扶正，驱动进给装置带动激光加工装置进行待加工件下一段预加工段的切割加工，如此循环直至待加工件加工完成。

加工步骤中还包括：根据设定驱动所述激光加工装置沿Y轴方向移动到预定位置进行加工的步骤。

定位步骤中，扶正装置利用滚珠对待加工件进行滚动弹性调整并利用三个滚珠进行三点定位夹持扶正，以使待加工件的中心或轴向保持与旋转工作台的U轴同心。

如4及图7至图8所示，本实施例的扶正装置64包括：扶正件640、与扶正件640连接并驱动扶正件640扶正或松开的扶正驱动传动装置67。

扶正驱动传动装置67包括：设置安装座66上的扶正内齿圈670、设置在安装座66上并与扶正内齿圈670啮合传动的扶正驱动齿轮672。扶正件640与扶正驱动齿轮672配合、并由扶正驱动齿轮672驱动传动实现夹紧或松开。扶正驱动齿轮672同时与扶正内齿圈670、及扶正件640啮合传动。本实施中，扶正驱动齿轮672采用柱型结构。扶正驱动齿轮672的两端加工出啮合齿，两端啮合齿之间设置为圆柱结构进行间隔连接。扶正驱动齿轮672可以设置为一体结构，也可以采用在柱型件的两端分别套设两个齿轮进行实现。本实施例中，为了加工方便及便于安装，扶正驱动齿轮672为一体结构的柱型件，并在柱型件的两端加工出齿形结构。

为了防止运动干扰，扶正装置64的扶正驱动传动装置67与送进夹紧装置62的夹紧驱动传动装置65都设置在安装座66上，并在安装座66上错开设置。为了增加零部件之间的通用性以互通互用，扶正驱动传动装置67与夹紧驱动传动装置65的结构设置为一样。

优选的，扶正装置64上的扶正内齿圈670与送进夹紧装置62的夹紧内齿圈650分别设置于环状体的安装座66的两端，由并列设置的第一动力元件602、第二动力元件604分别独立驱动。扶正装置64上的扶正驱动齿轮672与送进夹紧装置62的夹紧驱动齿轮652也分别设置于环状体的安装座66的两端，分别与扶正内齿圈670、夹紧内齿圈650啮合驱动。

优选的，本实施的扶正件640为万向球机构。扶正件640包括与扶正驱动齿轮672啮合的圆柱型的扶正驱动齿条6405、与扶正驱动齿条6405连接的万向球装置。

万向球装置包括与扶正驱动齿条6405螺纹连接的压盖6402、设置在压盖6402上的滚珠座6404、设置在滚珠座6404中的滚球。本实施例中，滚球为钢球6406。滚珠座6404设置为中空结构，钢球6406设置在中空孔中并可在滚珠座6404内万向转动。为了减小钢球6406的磨损，滚珠座6404上设置有轴承圈，轴承圈中装设有多个小钢珠6409。钢球6406转动时，与小钢珠6409之间滚动摩擦，以减小磨损。

本实施例中，为了夹持稳定，扶正件640设置有三个，并于安装座66的环形面上均布设置。同样与扶正件640啮合连接的扶正驱动齿轮672也设置有三个，并与三个扶正件640一一对应设置，并均布设置在安装座66的环形面上。第二动力元件604通过第二连接件608驱动扶正内齿圈670转动，带动与扶正内齿圈670啮合的三个扶正驱动齿轮672转动，扶正驱动齿轮672带动与其啮合的三个扶正驱动齿条6405直线运动，从而带动三个万向球装置向靠近中心的位置移动进行扶正、或向远离中心的位置移动以松开待加工件。

本实施例中，为了进一步防止部件之间的运动干扰，扶正装置64的扶正件640与送进夹紧装置62的夹紧件620于安装座66的环形面错开设置，并交错均布设置。

同样扶正装置64的扶正驱动齿轮672与送进夹紧装置62的夹紧驱动齿轮652也于安装座66的环形面上错开设置，并交错设置。夹紧件620与扶正件640分别设置在安装座66的侧壁上。夹头6204与滚珠座6404分别穿过安装座66的侧壁，突出设置在安装座66的内壁上。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种激光加工设备，其特征在于，包括：机座、设置在机座上的进给装置、设置在机座上的旋转工作台，所述进给装置包括设置在机座上的X轴进给装置、及设置在X轴进给装置上并可由所述X轴进给装置带动移动的支架，所述支架上设置有送进扶正机构及激光加工装置，所述送进扶正机构与所述旋转工作台对应设置。

2.根据权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于：所述支架上设置有Y轴进给装置，所述激光加工装置设置在所述Y轴进给装置上并由所述Y轴进给装置带动沿Y轴方向移动进给；所述激光加工装置与所述送进扶正机构在X轴方向上相对距离保持恒定。

3.根据权利要求2所述的激光加工设备，其特征在于：所述支架为悬臂梁，所述X轴进给装置为带动所述悬臂梁沿X轴移动的X轴滚珠丝杆传动机构；所述Y轴进给装置为Y轴滚珠丝杆传动机构。

4.根据权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于：所述送进扶正机构包括：送进夹紧装置、扶正装置、及安装所述送进夹紧装置及扶正装置的安装座；所述送进夹紧装置包括夹紧件、及与所述夹紧件连接并驱动所述夹紧件夹紧或松开的夹紧驱动传动装置；所述扶正装置包括扶正件、及与所述扶正件连接并驱动所述扶正件调整扶正或松开的扶正驱动传动装置。

5.根据权利要求4所述的激光加工设备，其特征在于：所述夹紧件包括：夹持待加工件的夹头、与所述夹头连接并将旋转运动转换为直线运动的夹头驱动齿条；所述扶正件包括：与所述扶正驱动传动装置连接的扶正驱动齿条、及与所述驱动齿条连接的万向球装置；所述夹紧件穿过所述安装座的侧壁并将所述夹头突出设于所述安装座的内壁上，所述扶正件穿过所述安装座的侧壁并将所述扶正件突出设置于所述安装座的内壁上。

6.根据权利要求5所述的激光加工设备，其特征在于：所述夹头包括与所述夹头驱动齿条螺纹连接的连接部及与所述连接部连接的夹紧部，所述夹紧部上设置有带有细齿的V型面，所述万向球装置包括与所述扶正驱动齿条螺纹连接的压盖、设置在所述压盖中的滚珠座及设置在所述滚珠座中并可在滚珠座中万向滚动的滚珠，所述滚珠与待加工件接触并扶正待加工件。

7.根据权利要求4至6任意一项所述的激光加工设备，其特征在于：所述夹紧驱动传动装置包括：设置在所述安装座上的夹紧内齿圈、设置在所述安装座上并与所述夹紧内齿圈内啮合传动的夹紧驱动齿轮，所述夹紧驱动齿轮还与所述夹头驱动齿条啮合，所述扶正驱动传动装置包括：设置在所述安装座上扶正内齿圈、设置在所述安装座上并与所述扶正内齿圈啮合传动的扶正驱动齿轮，所述夹紧内齿圈与所述扶正内齿圈分别设置在所述安装座的两端面上，所述夹紧件沿所述安装座的环面均布设置有三个，所述扶正件沿所述安装座的环面均布设置有三个，所述夹紧驱动齿轮与所述夹紧件对应设置有三个，所述扶正驱动齿轮与所述扶正件对应设置有三个。

8.根据权利要求7所述的激光加工设备，其特征在于：所述夹紧驱动齿轮与所述扶正驱动齿轮分别设置于所述安装座的两端面上，所述夹紧件与所述扶正件交错设置，所述夹头驱动齿条或扶正驱动齿条包括柱型本体及于所述柱型件本体上设置的齿条结构，所述柱型本体上设置有内螺纹以与所述夹头或万向球装置连接，所述安装座为环状柱体结构。

9.根据权利要求7所述的激光加工设备，其特征在于：所述送进扶正机构还包括：驱动所述夹紧驱动传动装置运动的第一动力元件、与第一动力元件及所述夹紧内齿圈连接的第一连接件、驱动所述扶正驱动传动装置运动的第二动力元件、与第二动力元件及所述扶正内齿圈连接的第二连接件；所述第一连接件包括与第一动力元件铰接连接的第一连接部、与所述第一连接部连接的第一驱动部；所述第二连接件包括与所述第二动力元件铰接连接的第二连接部、及与所述第二连接部连接的第二驱动部；所述第一驱动部上设置有与所述夹紧内齿圈的外侧壁配合的弧形面；所述第二驱动部上设置有与所述扶正内齿圈的外侧壁配合的弧形面。

10.根据权利要求1至6任意一项所述的激光加工设备，其特征在于：所述机座为床型结构，所述旋转工作台固定在所述机座的床身的侧壁上，所述旋转工作台上设有分度夹紧装置。

11.根据权利要求10所述的激光加工设备，其特征在于：所述分度夹紧装置为气动三爪卡盘。

12.根据权利要求10所述的激光加工设备，其特征在于：所述旋转工作台上还设置有动力元件、与动力元件连接的传动齿轮组件、与所述传动齿轮组件连接并由所述传动齿轮组件带动旋转分度的U轴，所述分度夹紧装置与所述U轴连接并可U轴带动转动进行旋转分度；所述传动齿轮组件包括：与动力元件连接的减速机及与所述减速机啮合传动的齿轮。

13.一种利用激光加工设备对长管状件进行加工的方法，其特征在于，包括如下步骤：

定位步骤：将待加工件穿过送进扶正机构及旋转工作台，利用旋转工作台上设置的分度夹紧装置夹紧待加工件并定心，同时驱动送进扶正机构中的扶正装置进行夹持扶正；

加工步骤：驱动进给装置带动激光加工装置沿X方向进给到预加工段的预定位置进行加工，同时驱动旋转工作台上的U轴转动带动待加工件转动以对待加工件进行旋转分度进给加工；U轴带动待加工件进行旋转分度时，扶正装置中与待加工件相接触的部件或部位随待加工件的转动而转动，当待加工件转动到待加工位时，扶正装置自动扶正待加工件。

14.根据权利要求13所述的利用激光加工设备对长管状件进行加工的方法，其特征在于：完成待加工件某一段预加工段的加工后，旋转工作台上的分度夹紧装置松开待加工件，控制驱动送进扶正机构的送进夹紧装置夹紧待加工件并拖动待加工件沿X轴送进预设距离，到达预定位置后，送进夹紧装置松开待加工件，旋转工作台的分度夹紧装置夹紧待加工件并定心，同时驱动送进扶正机构中的扶正装置进行夹持扶正，驱动进给装置带动激光加工装置进行待加工件下一段预加工段的切割加工，如此循环直至待加工件加工完成。

15.根据权利要求13或14所述的利用激光加工设备对长管状件进行加工的方法，其特征在于：所述加工步骤中还包括：根据设定驱动所述激光加工装置沿Y轴方向移动到预定位置进行加工的步骤；所述扶正装置包括扶正件、及与所述扶正件连接并驱动所述扶正件调整扶正或松开的扶正驱动传动装置；所述扶正件包括：与所述扶正驱动传动装置连接的扶正驱动齿条、及与所述驱动齿条连接的万向球装置；所述万向球装置包括与所述扶正驱动齿条螺纹连接的压盖、设置在所述压盖中的滚珠座、及设置在所述滚珠座中并可在滚珠座中万向滚动的滚珠，所述扶正装置中与待加工件相接触的部位或部件为滚珠。

Images