CN103394916A - 采用激光切割技术的开卷落料生产设备及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，包括开卷机、校平机、伺服送料机、码垛系统和废料处理系统；特征在于：伺服送料机与码垛系统之间的基础上固定有激光切割平台，激光切割平台上固定有可对运动的带料进行切割的激光切割装置。本设备的加工方法，包括：a)伺服送料；b)切割起点的定位；c)速度叠加；d)实施图形切割；e)从切割起点算起；f)重复步骤b)、c)、d)和e)，直至带料加工完毕。本发明的设备和方法，通过激光切割头的三维运动切割，实现对金属带料的自动落料，提高了材料的利用率；同时也代替了由昂贵的压力机和频繁更换模具组成的开卷落料设备，降低了设备成本和能源消耗，且产品规格转换迅速，适合各种批量的生产。

Description

采用激光切割技术的开卷落料生产设备及加工方法

技术领域

 本发明涉及一种采用激光切割技术的开卷落料生产设备及加工方法，更具体的说，尤其涉及一种X、Y和Z轴方向的运动使用独立的驱动机构的采用激光切割技术的开卷落料生产设备及加工方法。

背景技术

金属落料工序是五金材料、汽车零件等工件生产的最基本过程，需要耗费大量的人力物力进行生产，如何节约成本、提升效率和品质，都是厂家关注的问题。目前国内生产厂家流行的生产方式是将卷料进行开卷校平，再由送料机送入压力机进行落料生产，由于需要制造大量的落料模具，设备投资和后续的使用成本高，且设备的柔性化低也带来了大量的投资浪费。

激光切割是利用聚焦后的激光束作为主要热源的热切割方法，由于激光束聚集在很小的区域，使得能量高度集中，能够对局部进行迅速加热，使加工部位蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。无需采用模具即可实现复杂形状坯料的加工，柔性化程度高。

专利号为CN201120245764.9的实用新型专利文件，公开了一种输送链或输送带式激光切割平台，公开的激光切割平台不仅可以实现对材料的支撑，而且还可在激光切割时配合驱使材料进行运动。

专利号为CN201120120604.1的实用新型专利，公开了一种可对运动带料进行下料的激光切割设备，其公开的激光切割系统由激光发生器、激光切割头以及X、Y和Z轴驱动装置组成，激光切割头在X、Y和Z轴驱动装置的驱动作用下，实现对运动的带料进行切割。而且现有的激光切割设备基本上都是对静止不动的单张材料进行加工。目前还没有结构详细的、能对金属带料连续进行落料加工的激光切割设备。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种X、Y和Z轴方向的运动使用独立的驱动机构的采用激光切割技术的开卷落料生产设备及加工方法。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，包括固定于基础上对卷料展开的开卷机、对卷料进行展平的校平机、用于带料送进的伺服送料机、实现材料收集的码垛系统以及对废料进行处理的废料处理系统；其特别之处在于：所述伺服送料机与码垛系统之间的基础上固定有激光切割平台，激光切割平台上固定有可对运动的带料进行切割的激光切割装置。

基础起固定和支撑作用，开卷机将卷料展开，校平机将展开后的带料展平，以满足落料的平整性要求。伺服送料机将带料以设定的速度输送至激光切割平台上，激光切割装置用于对运动的带料进行切割生产。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，所述校平机和伺服送料机为独立的结构或者采用校平送料一体机。只要在带料进入切割平台之间对其进行校平和伺服送料即可，无论采用独立的校平机和伺服送料机，还是采用校平送料一体机，均可满足要求。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，所述激光切割装置包括机架、移动横梁、移动支架、激光发生器以及激光切割头，移动横梁的两端均设置有电机座，电机座上固定有X轴伺服电机；机架上设置有X轴导轨，电机座的下方设置有与X轴导轨相配合的X轴滑块，X轴伺服电机用于驱使移动横梁沿X轴导轨方向运动；

所述移动横梁的上表面上固定有相平行的两Y轴导轨，移动支架的下方固定有与两Y轴导轨相配合的两Y轴滑块，移动支架上固定有Y轴伺服电机和Z轴伺服电机，Y轴伺服电机用于驱使移动支架沿Y轴导轨方向运动；移动支架上设置有与Z轴伺服电机的输出轴相连接的滚珠丝杠，激光切割头与滚珠丝杠上的滑板相固定。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机通过滚珠丝杠或者齿轮与齿条相配合的形式分别驱使移动横梁和移动支架进行运动；在采用齿轮与齿条相配合的形式下：X轴伺服电机的输出轴上设置有齿轮，机架上设置有与齿轮相配合的齿条；Y轴伺服电机的输出轴上设置有齿轮，移动横梁上设置有与齿轮相配合的齿条。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机的输出轴均通过深沟球轴承进行固定。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，所述激光切割平台包括起支撑作用的支架，所述支架包括并行设置的左横梁和右横梁，所述两横梁上设置有主动轴、从动轴、输送链或输送带、张力调整装置；所述主动轴和从动轴分别设置在两横梁的两端，且主动轴和从动轴上均设置有驱使输送链或输送带运动的齿轮；所述输送链或输送带的外表面上等间距地固定有若干支撑齿条，所述两横梁上设置有对输送链或输送带进行支撑的水平托板；所述主动轴的一端设置有与动力装置相连接的动力辊。左横梁和右横梁平行设置，主动轴和从动轴分别设置在两横梁的两端；设置在主动轴和从动轴上的齿轮用于驱动输送链或输送带转动，设置在输送链或输送带上的若干可更换的支撑齿条实现对带切割工件的支撑作用；相邻两支撑齿条要间隔一定距离地设置，是为了保证激光能够顺利切割放置在支撑齿条的工件，同时也确保激光对支撑齿条的损伤达到最小。动力装置实现对主动轴的驱动，实现了伺服送料机输送来的带料与支撑齿条运动同步，防止了齿条划伤金属带料下表面，保证了激光切割装置在待切割材料运动下的激光切割落料。

其中，所述支撑齿条可拆卸地固定设置在输送链或输送带上，支撑齿条朝向外部的一面为锯齿形状。支撑齿条为易损件，需要定期更换，因此设置成可拆卸形式。将支撑齿条朝外的一面设置成锯齿形状，有利于减少激光对支撑齿条的损伤。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，包括用于将卷料运送至开卷机上的上料装置，上料装置由卷料架、车体、导轨和驱动电机组成。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备的加工方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a).伺服送料，设伺服送料机以速度                                               对带料进行输送，将带料输送至激光切割装置下方的激光切割平台上；b).切割起点的定位，通过X轴伺服电机、Y轴伺服电机的驱动，将激光切割头移动至切割起点，并通过Z轴伺服电机的驱动，将激光切割头移动至距离带料合适的高度，以满足激光切割的要求；c).速度叠加，设切割静止的带料时X轴伺服电机、Y轴伺服电机的运动速度分别为、，则对于切割运动的带料时，X轴伺服电机、Y轴伺服电机的运动速度分别为+、；d).实施图形切割，激光切割头在激光切割装置中伺服电机的驱动下，按照叠加后的速度进行图形切割；e).从切割起点算起，一次切割周期完成后，激光切割头在伺服电机的驱动下快速退回起点，以便进行下一周期的切割；f).重复步骤b)、c)、d)和e)，直至带料加工完毕。

当然，为提高切割精度，本发明也可在带料静止状态下进行切割，完成后再送料再次切割，循环往复；虽然工作效率有所降低，但也可以达到节省材料的目的，这样也可以代替常规的激光切割系统，简化了零件制备的工艺流程。

本发明的有益效果是：本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，配置有可对运动带料进行下料的激光切割设备，通过在带料上合理排样，既充分利用了原材料，可提高5-7%以上的材料利用率；同时也代替了由昂贵的压力机和频繁更换模具组成的开卷落料设备，降低了设备成本和能源消耗，产品规格转换迅速，非常适合各种批量的生产。发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备的加工方法，通过在X轴上叠加伺服送料机的送料速度，配合已有专利的激光切割平台，可有效实现对运动带料的切割。

整套采用激光切割技术的开卷落料生产设备，由上料台车、开卷机、校平机、缓冲活套、伺服送料机（如采用伺服校平送料一体机，则可以取代前面的校平机和缓冲活套，减少占地面积）、激光切割装置、切割平台、码垛装置、废料处理系统、液压气动系统及电气控制系统组成，通过系统控制的激光切割头在激光切割平台上进行的三维运动切割，代替压力机及模具，实现对金属带料的自动落料。

附图说明

图1为本发明的开卷落料生产设备的结构示意图；

图2为本发明中激光切割装置主视图的结构示意图；

图3为本发明中激光切割装置左视图的结构示意图；

图4为本发明中激光切割装置俯视图的结构示意图；

图5为图3中A区域的局部放大图；

图6为移动支架与移动横梁配合处的结构示意图；

图7、图8分别为本发明中激光切割平台主视图、俯视图的结构示意图。

图中：1上料装置，2开卷机，3校平机，4活套，5伺服送料机，6激光切割装置，7激光切割平台，8码垛系统，9废料处理系统，10基础，11机架，12移动横梁，13、14 X轴伺服电机， 15 Y轴伺服电机，16 Z轴伺服电机，17移动支架，18激光切割头，19电机座，21 X轴导轨，22 X轴滑块，23齿轮，24齿条，25齿轮，26齿条，27 Y轴导轨，28 Y轴滑块，29滚珠丝杠，30滑板，31支撑板，32压盖，33隔套，34、35、36深沟球轴承，37横梁，38输送链，39支撑齿条，40主动轴，41齿轮，42从动轴，43左横梁，44右横梁，45张力调整装置，46动力辊；1-1卷料架，1-2车体，1-3导轨，1-4驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的开卷落料生产设备的结构示意图，其包括上料装置1、开卷机2、校平机3、活套4、伺服送料机5、激光切割装置6、激光切割平台7、码垛系统8、废料处理系统9，所示的开卷落料生产设备的各部分均固定在基础10上。上料装置1用于将卷料运输至开卷机2上，开卷机2将卷料展开，校平机3对展开后的带料进行校平，活套4设置于校平机3的后方，用于储存带料保证设备顺利工作。

带料经校平机3的校平后，进入到伺服送料机5中，伺服送料机5将带料以设定的速度输送至激光切割平台7上。激光切割装置包括激光发生器和激光切割头18，在驱动装置的作用下，激光切割头18可在激光切割平台7的上方进行三维运动，实现对运动的带料进行切割加工。切割形成的坯料进入到后方的码垛系统8中，码垛系统8将坯料进行码垛堆放，以便于搬运和存储。切割过程中产生的边料、废料部分进入到后方的废料处理系统9中，废料处理系统9对加工余料进行集中处理。所示的上料装置由卷料架1-1、车体1-2、导轨1-3和驱动电机1-4组成，驱动电机1-4用于驱使车体1-2在导轨1-3上运动。

如图2、图3和图4所示，分别给出了本发明中的一种激光切割装置主视图、左视图和俯视图的结构示意图，其包括机架11、移动横梁12、X轴伺服电机（13和14）、Y轴伺服电机15、Z轴伺服电机16、移动支架17、激光切割头18；所示的机架11起固定和支撑作用，机架11与激光切割平台7的横梁37可为同一个支撑结构。机架11具有固定和支撑作用，移动横梁12位于机架11的上方，并沿机架11的宽度方向设置。移动横梁12的两端均设置有X轴伺服电机（13和14），在X轴伺服电机（13和14）的作用下，可驱使移动横梁12沿机架11的长度方向运动。移动支架17设置于移动横梁11上，Y轴伺服电机15和Z轴伺服电机16均固定在移动支架17上，在Y轴伺服电机15的驱动下，可驱使移动支架17沿移动横梁12（即机架11的宽度方向）的长度方向运动。Z轴伺服电机16可驱使激光切割头18在垂直于机架11所在平面的方向运动，进而实现随动功能。

如图5所示，给出了图3中A区域的局部放大图，其包括电机座19、机架11、X轴导轨21、X轴滑块22、齿轮23、齿条24、深沟球轴承36，所示的移动横梁12的两端均固定有电机座19，X轴伺服电机固定在电机座19上，X轴伺服电机的输出轴上固定有齿轮23。机架11设置于电机座19下方的机架11上，X轴导轨21和齿条24设置于机架11的上表面上，齿条24与齿轮23进行啮合，电机座19的下方固定有与X轴导轨21相配合的X轴滑块22。这样，通过X轴导轨21对X轴滑块22的导向作用，以及齿轮23与齿条24的啮合传动作用，在X轴伺服电机的作用下，可驱使移动横梁12进行X轴方向上的运动。

如图6所示，给出了移动支架与移动横梁配合处的结构示意图，其包括齿轮25、齿条26、两个Y轴导轨27、两个Y轴滑块28、滚珠丝杆29、滑板30、支撑板31、压盖32、隔套33以及深沟球轴承（34和35）。所示的两个Y轴导轨27平行地设置于移动横梁12的上表面上，Y轴导轨27所在的方向应与机架11的宽度方向相一致，齿条26也设置于移动横梁12上。两个Y轴滑块28固定于移动支架17的下表面上，并与两个Y轴导轨27相配合，以便实现对移动支架17运动方向的导向作用。齿轮25设置在Y轴伺服电机15的输出轴上，这样，通过Y轴导轨27对Y轴滑块28的导向作用，以及齿轮25与齿条26的啮合，在Y轴伺服电机15的作用下，可驱使移动支架17进行Y轴方向上的运动。

所示的Z轴伺服电机16也固定于移动支架17上，滚珠丝杆29与Z轴伺服电机16的输出轴相连接，滑板30在滚珠丝杆29的驱使下进行上下运动，激光切割头18通过支撑板31与滑板30相固定。在Z轴伺服电机16的驱使下，激光切割头18的运动方向与两Y轴导轨27坐在的平面相垂直，即激光切割头18实现Z轴方向上的运动。为了保证X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机的驱动更加精准，其输出轴通过深沟球轴承（34、35、36）进行固定。

这样，在X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机的作用下，可驱使切割头18在三维空间内运动，以实现对运动带料的激光切割。

如图7所示，给出了本发明中激光切割平台7的结构示意图，其包括横梁37、输送链38、支撑齿条39、主动轴40、齿轮41、从动轴42、左横梁43、右横梁44、动力辊46以及张力调整装置45；所示的横梁37起固定和支撑作用，横梁37由左横梁43和右横梁44组成。输送链38的数目为两个，两个输送链38沿横梁37的长度方向进行设置，两条输送链38之间为多根支撑齿条39，支撑齿条39之间为间隙，以保证既能实现对带料的支撑，也便于进行激光切割。主动轴40与驱动装置相连接，可进行转动；齿轮41设置于主动轴40上，并与输送链38相啮合，以便在主动轴40的作用下，驱使支撑齿条39进行运动。

本发明的采用激光切割技术的开卷落料生产设备的加工方法，可以通过以下步骤来实现：

a).伺服送料，设伺服送料机以速度对带料进行输送，将带料输送至激光切割装置的下方；

b).切割起点的定位，通过X轴伺服电机、Y轴伺服电机的驱动，将激光切割头移动至切割起点，并通过Z轴伺服电机的驱动，将激光切割头移动至距离带料合适的高度，以满足激光切割的要求；

c).速度叠加，设切割静止的带料时X轴伺服电机、Y轴伺服电机的运动速度分别为、，则对于切割运动的带料时，X轴伺服电机、Y轴伺服电机的运动速度分别为+、；

d).实施图形切割，激光切割头在激光切割装置中伺服电机的驱动下，按照叠加后的速度进行图形切割；

e).从切割起点算起，一次切割周期完成后，激光切割头在伺服电机的驱动下快速退回起点，以便进行下一周期的切割；

f).重复步骤b)、c)、d)和e)，直至带料加工完毕。

当然，为提高切割精度，本发明也可在带料静止状态下进行切割，完成后再送料再次切割，循环往复；虽然工作效率有所降低，但也可以达到节省材料的目的，这样也可以代替常规的激光切割系统，简化了零件制备的工艺流程。

Claims (8)

1.一种采用激光切割技术的开卷落料生产设备，包括固定于基础（10）上对卷料展开的开卷机（2）、对卷料进行展平的校平机（3）、用于带料送进的伺服送料机（5）、实现材料收集的码垛系统（8）以及对废料进行处理的废料处理系统（9）；其特征在于：所述伺服送料机与码垛系统之间的基础上固定有激光切割平台（7），激光切割平台上固定有可对运动的带料进行切割的激光切割装置（6）。

2.根据权利要求1所述的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，其特征在于：所述校平机（3）和伺服送料机（5）为独立的结构或者采用校平送料一体机。

3.根据权利要求1或2所述的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，其特征在于：所述激光切割装置（6）包括机架（11）、移动横梁（12）、移动支架（17）、激光发生器以及激光切割头（18），移动横梁的两端均设置有电机座（19），电机座上固定有X轴伺服电机；机架上设置有X轴导轨（21），电机座的下方设置有与X轴导轨相配合的X轴滑块（22），X轴伺服电机用于驱使移动横梁沿X轴导轨方向运动；

所述移动横梁的上表面上固定有相平行的两Y轴导轨（27），移动支架的下方固定有与两Y轴导轨相配合的两Y轴滑块（28），移动支架上固定有Y轴伺服电机（15）和Z轴伺服电机（16），Y轴伺服电机用于驱使移动支架沿Y轴导轨方向运动；移动支架上设置有与Z轴伺服电机的输出轴相连接的滚珠丝杠（29），激光切割头与滚珠丝杠上的滑板（30）相固定。

4.根据权利要求3所述的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，其特征在于：所述X轴伺服电机（13、14）、Y轴伺服电机（15）通过滚珠丝杠或者齿轮与齿条相配合的形式分别驱使移动横梁（12）和移动支架（17）进行运动；在采用齿轮与齿条相配合的形式下：X轴伺服电机的输出轴上设置有齿轮（23），机架（11）上设置有与齿轮（23）相配合的齿条（24）；Y轴伺服电机的输出轴上设置有齿轮（25），移动横梁上设置有与齿轮（25）相配合的齿条（26）。

5.根据权利要求3所述的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，其特征在于：所述X轴伺服电机（13、14）、Y轴伺服电机（15）、Z轴伺服电机（16）的输出轴均通过深沟球轴承进行固定。

6.根据权利要求1或2所述的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，其特征在于：所述激光切割平台（7）包括起支撑作用的横梁（37），所述横梁包括并行设置的左横梁（43）和右横梁（44），所述两横梁上设置有主动轴（40）、从动轴（42）、输送链（38）或输送带、张力调整装置（45）；所述主动轴和从动轴分别设置在两横梁的两端，且主动轴和从动轴上均设置有驱使输送链或输送带运动的齿轮（41）；所述输送链或输送带的外表面上等间距地固定有若干支撑齿条（39），所述两横梁上设置有对输送链或输送带进行支撑的水平托板；所述主动轴的一端设置有与动力装置相连接的动力辊（46）。

7.根据权利要求1或2所述的采用激光切割技术的开卷落料生产设备，其特征在于：包括用于将卷料运送至开卷机（2）上的上料装置（1），上料装置由卷料架（1-1）、车体（1-2）、导轨（1-3）和驱动电机（1-4）组成。

8.一种基于权利要求1所述的采用激光切割技术的开卷落料生产设备的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a).伺服送料，设伺服送料机（5）以速度                                               对带料进行输送，将带料输送至激光切割装置（6）下方的激光切割平台（7）上；

b).切割起点的定位，通过X轴伺服电机、Y轴伺服电机的驱动，将激光切割头（18）移动至切割起点，并通过Z轴伺服电机的驱动，将激光切割头移动至距离带料合适的高度，以满足激光切割的要求；

c).速度叠加，设切割静止的带料时X轴伺服电机、Y轴伺服电机的运动速度分别为

、，则对于切割运动的带料时，X轴伺服电机、Y轴伺服电机的运动速度分别为+、；

d).实施图形切割，激光切割头（18）在激光切割装置中伺服电机的驱动下，按照叠加后的速度进行图形切割；

e).从切割起点算起，一次切割周期完成后，激光切割头在伺服电机的驱动下快速退回起点，以便进行下一周期的切割；

f).重复步骤b)、c)、d)和e)，直至带料加工完毕。

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