CN103212862B - 一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备及方法，所述设备包括工作平台、直线轴、旋转轴、Z轴模块、激光发生器、激光切割头、水循环模块、防飞溅机构；直线轴、Z轴模块设置于工作平台上，旋转轴设置于直线轴上，激光切割头设置在Z轴模块上。所述水循环模块包括依次连接的导水机构、加压水泵、污水过滤装置、集水管；水循环模块把加工过程中产生的污水收集起来，经过污水过滤装置过滤后把干净水再通过导水机构导入切割点，实现水的循环利用。本发明根据薄壁管材在激光微加工过程中的具体工艺要求能够在同一台设备上实现干切和湿切加工两种加工工艺，实现在两种工艺之间方便地切换，简单不需要特殊的辅助设备。

Description

一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备及方法

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，涉及一种激光加工设备，特别涉及一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备；同时，本发明还涉及一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工方法。

背景技术

激光微加工由于加工效率高、切割残渣少、非接触加工、易实现加工过程的自动化等特点，因而成为薄壁管材加工的主要方法。在薄壁管材激光加工中湿切工艺通常在小零件切割中有优势，同时湿切导入的冷却水在工件表面会产生一层很薄的水膜，落在薄膜上的颗粒很快冷却使之无法粘结在工件的表面，避免切割中的污染。而在加工大尺寸零件时干切加工可以提高加工速度，而且也不存在湿切加工时产生污水需要过滤分离的环节，能够节省加工成本。

市场上同类设备一般只能进行干切加工，原因为设备总体设计时对机器内部（轴系密封、切割头密封、切割区域密封等）及机器外部（机器整体密封等）密封并未进行全面考虑，导致设备不能兼容湿切工艺。

随着市场对薄壁管材激光切割质量提出越来越高的要求，对设备能同时兼容干切和湿切的需求越来越迫切，市场上出现了从设备总体考虑能兼容薄壁管材湿切的设备，但这些设备一般是必须将干切模块拆卸掉，而重新装好湿切模块，而不是真正同时兼容干切和湿切工艺。这种拆卸干切模块更换为湿切模块的工艺实现方法，存在以下弊端：增加客户维护设备的难度；导致二次装夹误差从而降低加工精度；需要准备干切模块和湿切模块两套工艺模块，成本较高；两套模块切换不便导致设备频繁根据不同材料快速选择不同工艺方法，不灵活。

有鉴于此，如今迫切需要一种同时具备干切和湿切的薄壁管材激光加工设备。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决现有设备维护难度大、加工精度低、成本高、不灵活的问题。

为达到上述目的，本发明提出了一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备，包括工作平台、直线轴、旋转轴、Z轴模块、激光发生器、激光切割头、水循环模块、防飞溅机构；直线轴、Z轴模块设置于工作平台上，旋转轴设置于直线轴上，激光切割头设置在Z轴模块上。所述水循环模块包括依次连接的导水机构、加压水泵、污水过滤装置、集水管；集水管还连有落料盒，导水机构的一端连接旋转轴的中空密封拉杆，采用后置导水的形式把带有一定压力的冷却水导引到切割点辅助切割，薄壁管材和导水管安装在旋转轴内部的中空密封的拉杆中；水循环模块把加工过程中产生的污水收集起来，经过污水过滤装置过滤后把干净水再通过导水机构导入切割点，实现水的循环利用。所述防飞溅机构设有一密封腔，防飞溅机构与激光切割头进行无缝连接，激光切割头的激光喷嘴深陷在防飞溅机构的密封腔中。

在本发明的一个实施例中，所述旋转轴包括电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、拉杆模块、外壳、端盖、夹头；所述拉杆模块包括拉杆盖、活塞、拉杆座、滚动轴承、轴套、拉杆，拉杆为中空结构；所述外壳的一端设置拉杆盖、拉杆座，另一端设置端盖；所述拉杆盖、拉杆座之间设有活塞、轴套、滚动轴承；活塞的两侧分别设有第一气腔、第二气腔，第一气腔、第二气腔分别设有出入口，通过出入口充放气, 所述出入口连接辅助高压气体供气单元；所述夹头设置于拉杆的一端，穿过端盖露出一部分；夹头通过从旋转轴靠近拉杆盖的一端拧入拉杆模块的另一端螺纹孔中；所述联轴器将电机的输出轴和蜗杆轴连接，蜗杆与蜗轮配合，所述蜗轮与拉杆共轴，蜗轮轴即为拉杆轴；电机的转动最终带动拉杆轴旋转运动。

进一步地，所述旋转轴在夹紧管材时，对第一气腔充气，高压气体会推动拉杆模块朝第一方向运动，从而带动外壳、端内盖和端盖一起朝第一方向运动，直到端盖的内圆锥面与夹头的外圆锥面紧贴为止，端盖继续向第一方向运动，导致弹性夹头收紧，将管材抱住，保持该状态，管材将一直被夹头抱紧。需要松开管材时，为第二气腔充气、第一气腔放气，高压气体带动拉杆模块朝第二方向运动从而推动外壳、端内盖和端盖朝第二方向运动，进而使得弹性夹头的外圆锥面与端盖的内圆锥面相脱离，保持松开状态，此时弹性夹头依靠自身的弹性回复力保持松开状态，管材将被松开。

在本发明的一个实施例中，所述设备还包括管材夹具，用以夹持薄壁管材。

在本发明的一个实施例中，所述密封腔的一侧设有隐藏式推拉门。

在本发明的一个实施例中，所述防飞溅机构的密封腔设有吸尘管安装孔，通过该吸尘管安装孔连接吸尘管。

本发明还提出了一种上述兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备的加工方法，包括干切加工步骤、湿切加工步骤。

本发明提出的一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备采用X、θ和Z轴三轴系，旋转轴θ轴可以容许整根管材从中空的旋转轴内部穿过，这种旋转轴形式不但适合干切而且在湿切的时候，可以采用后置导水的形式把带有一定压力的冷却水导引到切割点辅助切割，薄壁管材和导水管安装在旋转轴内部的中空密封的拉杆中，在加工过程中即使有水泄露也不会影响旋转轴内部的电子元器件的正常工作。

考虑干切、湿切频繁切换特性，设计防飞溅模块，该模块能与切割头进行无缝连接。在加工时，两端夹持，一端切割，切割喷嘴深陷在防飞溅模块的密封腔里面，水雾、气体等是在这个密封腔中，不会扩展到整个加工区域中去。旋转轴和直线轴、Z轴模块均采用防水材料的外壳密闭设计，防水等级IP65以上。

相比于干切工艺，湿切工艺多了水循环模块，水循环模块包括导水机构和加工后产生的污水过滤回收再利用模块。污水过滤回收再利用模块是把加工过程中产生的污水收集起来，经过过滤装置过滤后把过滤后的干净水再通过导水机构导入切割点，实现了水的循环利用。水循环模块在湿切加工时只需要通过吸尘管安装孔通过螺钉安装上即可使用，拆卸方便。

在设备总体设计时，在确保设备整体集成性基础上，重点考虑了机器内外部的防水密封性设计。将整个机器对防水密封要求较高的功能隔离开，如电控区、光路系统、切割区域、轴系系统等，分别进行模块化设计。

此外采用隐式的移门和钣金内嵌挂钩式设计，使得外观钣金与机器底座成为一个密封的整体；把切割区间和外部的环境隔离开来。整个加工过程是在密闭的环境中进行，加工过程中的飞溅、激光辐射等不会对外部空间的操作者存在危害。

通过本发明提出的兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备及方法，根据薄壁管材在激光微加工过程中的具体工艺要求能够在同一台设备上实现干切和湿切加工两种加工工艺，实现在两种工艺之间方便地切换，简单不需要特殊的辅助设备。不会造成二次装夹，切换方便，维护便利，不会因为干切和湿切工艺不同而带来额外成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备的结构示意图；

图2为旋转轴的立体图；

图3为旋转轴主要部件的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的主要创新之处在于，本发明创新地提出了一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备，在同一台设备上实现干切和湿切加工两种加工工艺。

请参阅图1，本发明兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备，包括工作平台、直线轴1、旋转轴2、Z轴模块、激光发生器5、激光切割头、水循环模块、防飞溅机构、管材夹具4。直线轴1、Z轴模块设置于工作平台上，旋转轴2设置于直线轴1上，激光切割头设置在Z轴模块上。管材夹具4用以夹持薄壁管材3。

所述水循环模块包括依次连接的导水机构13、加压水泵12、污水过滤装置11、集水管10；集水管10还连有落料盒9，导水机构13的一端连接旋转轴2的中空密封拉杆，采用后置导水的形式把带有一定压力的冷却水导引到切割点辅助切割；薄壁管材3和导水管安装在旋转轴2内部的中空密封的拉杆中。水循环模块把加工过程中产生的污水收集起来，经过污水过滤装置11过滤后把干净水再通过导水机构13导入切割点，实现水的循环利用。水循环模块在湿切加工时只需要通过吸尘管安装孔通过螺钉安装上即可使用，拆卸方便。

所述防飞溅机构设有一密封腔7，防飞溅机构与激光切割头进行无缝连接，激光切割头的激光喷嘴6深陷在防飞溅机构的密封腔7中。所述防飞溅机构的密封腔7设有吸尘管安装孔8，通过该吸尘管安装孔8连接吸尘管。水雾、气体等是在这个密封腔7中，不会扩展到整个加工区域中去。旋转轴2和直线轴1、Z轴模块均采用防水材料的外壳密闭设计，防水等级IP65以上。

同时，在设备总体设计时，在确保设备整体集成性基础上，重点考虑了机器内外部的防水密封性设计。将整个机器对防水密封要求较高的功能隔离开，如电控区、光路系统、切割区域、轴系系统等，分别进行模块化设计。

此外，本实施例中，设备采用隐式的移门（在密封腔的一侧设有隐藏式推拉门）和钣金内嵌挂钩式设计，使得外观钣金与机器底座成为一个密封的整体；把切割区间和外部的环境隔离开来。整个加工过程是在密闭的环境中进行，加工过程中的飞溅、激光辐射等不会对外部空间的操作者存在危害。

请参阅图2、图3，以下介绍本实施例中旋转轴的结构，当然，旋转轴还可以为其他形状。旋转轴包括伺服电机114、联轴器116、蜗杆117、蜗轮109、拉杆模块、外壳108、端内盖111、端盖112、夹头113。所述旋转轴装置包括底座115，所述外壳108设置于该底座115上。由此，旋转轴整体可以非常方便的安装固定在直线轴平台上，整体便于安装（安装到直线轴平台上），利用定位销，可以实现粗定位。

如图3所示，所述拉杆模块包括拉杆盖102、活塞（包括活塞套103、活塞内套104，活塞套103、活塞内套104设有0形密封圈密封）、拉杆座105、滚动轴承107、轴套106、拉杆110，拉杆110为中空无缝结构。本实施例中，旋转轴是内部中空的结构，能让拉杆110从中间通过，同时中空的旋转轴能够实现管材输送功能和湿切割作业功能。拉杆110为一个中空的薄壁无缝管，当湿切加工时，采用后置导水方式：整根管材浸入导水管中，一旦导水管泄露，水流也是在拉杆的中空密封腔内，不会影响电机114的正常工作。

所述拉杆的一端设有拉杆旋钮101，可手动旋转拉杆110。所述外壳108的一端设置拉杆盖102、拉杆座105，另一端设置端盖112；所述拉杆盖102、拉杆座105之间设有活塞、轴套106、滚动轴承107。活塞的两侧分别设有第一气腔118、第二气腔119，第一气腔118、第二气腔119分别设有出入口，通过出入口充放气；所述夹头113设置于拉杆110的一端，穿过端盖112露出一部分；夹头113通过从旋转轴靠近拉杆盖102的一端拧入拉杆模块的另一端螺纹孔中。所述联轴器116将电机114的输出轴和蜗杆117的轴连接，蜗杆117与蜗轮109配合，所述蜗轮109与拉杆110共轴，蜗轮轴即为拉杆轴。电机114的转动最终带动拉杆轴旋转运动。

旋转轴夹紧管材时，对第一气腔118充气，高压气体会推动拉杆模块朝第一方向（如图3中的右边）运动，从而带动外壳108、端内盖111和端盖112一起朝第一方向运动，直到端盖112的内圆锥面与夹头113的外圆锥面紧贴为止，端盖112继续向第一方向运动，导致弹性夹头113收紧，将管材抱住，保持该状态，管材将一直被夹头113抱紧。需要松开管材时，为第二气腔119充气、第一气腔118放气，高压气体带动拉杆模块朝第二方向运动从而推动外壳108、端内盖111和端盖112朝第二方向（如图3中的左边）运动，进而使得弹性夹头113的外圆锥面与端盖112的内圆锥面相脱离，保持松开状态，此时弹性夹头113依靠自身的弹性回复力保持松开状态，管材将被松开。此外，为了保证气密性各个部分之间采用0形密封圈密封。

本发明还提出了一种上述兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备的加工方法，包括干切加工步骤、湿切加工步骤。相比于干切加工步骤，湿切加工步骤多了水循环过程，水循环模块把加工过程中产生的污水收集起来，经过污水过滤装置11过滤后把干净水再通过导水机构13导入切割点，实现水的循环利用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (6)

1.一种兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备，其特征在于，包括工作平台、直线轴、旋转轴、Z轴模块、激光发生器、激光切割头、水循环模块、防飞溅机构；直线轴、Z轴模块设置于工作平台上，旋转轴设置于直线轴上，激光切割头设置在Z轴模块上；

所述水循环模块包括依次连接的导水机构、加压水泵、污水过滤装置、集水管；集水管还连有落料盒，导水机构的一端连接旋转轴的中空密封拉杆，采用后置导水的形式把带有一定压力的冷却水导引到切割点辅助切割，薄壁管材和导水管安装在旋转轴内部的中空密封的拉杆中；水循环模块把加工过程中产生的污水收集起来，经过污水过滤装置过滤后把干净水再通过导水机构导入切割点，实现水的循环利用；

所述防飞溅机构设有一密封腔，防飞溅机构与激光切割头进行无缝连接，激光切割头的激光喷嘴深陷在防飞溅机构的密封腔中；

所述旋转轴包括电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、拉杆模块、外壳、端盖、夹头；所述拉杆模块包括拉杆盖、活塞、拉杆座、滚动轴承、轴套、拉杆，拉杆为中空结构；所述外壳的一端设置拉杆盖、拉杆座，另一端设置端盖；所述拉杆盖、拉杆座之间设有活塞、轴套、滚动轴承；活塞的两侧分别设有第一气腔、第二气腔，第一气腔、第二气腔分别设有出入口，通过出入口充放气，所述出入口连接辅助高压气体供气单元；所述夹头设置于拉杆的一端，穿过端盖露出一部分；夹头通过从旋转轴靠近拉杆盖的一端拧入拉杆模块的另一端螺纹孔中；所述联轴器将电机的输出轴和蜗杆轴连接，蜗杆与蜗轮配合，所述蜗轮与拉杆共轴，蜗轮轴即为拉杆轴；电机的转动最终带动拉杆轴旋转运动。

2.如权利要求1所述的兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备，其特征在于，所述旋转轴在夹紧管材时，对第一气腔充气，高压气体会推动拉杆模块朝第一方向运动，从而带动外壳、端内盖和端盖一起朝第一方向运动，直到端盖的内圆锥面与夹头的外圆锥面紧贴为止，端盖继续向第一方向运动，导致弹性夹头收紧，将管材抱住，保持该状态，管材将一直被夹头抱紧；

需要松开管材时，为第二气腔充气、第一气腔放气，高压气体带动拉杆模块朝第二方向运动从而推动外壳、端内盖和端盖朝第二方向运动，进而使得弹性夹头的外圆锥面与端盖的内圆锥面相脱离，保持松开状态，此时弹性夹头依靠自身的弹性回复力保持松开状态，管材将被松开。

3.如权利要求1所述的兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备，其特征在于，所述设备还包括管材夹具，用以夹持薄壁管材。

4.如权利要求1所述的兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备，其特征在于，所述密封腔的一侧设有隐藏式推拉门。

5.如权利要求1所述的兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备，其特征在于，所述防飞溅机构的密封腔设有吸尘管安装孔，通过该吸尘管安装孔连接吸尘管。

6.一种权利要求1所述兼容干切和湿切的薄壁管材激光加工设备的加工方法，其特征在于，包括干切加工步骤、湿切加工步骤。