CN103658980B - 一种激光方管切割机主机装置及激光方管切割机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光切割机主机装置，用于加工管材工件，包括：垂直于被加工管材的水平Y向丝杠导轨滑动机构，连接在该滑动机构上的平行于被加工管材的X向齿轮齿条移动机构，连接在移动机构上的竖直方向上的Z向丝杠导轨滑动机构，连接在Z向滑动机构上的Z’向滑动机构，固定在Z’向机构上的激光头。多轴机构使得末端的激光头可以在一定空间内自由运动，达到加工各种管材形状的目的，其中双Z轴结构分别用于插补运动和浮动，能有效提高加工精度，主机X轴与管材的X方向运动相配合，能有效增强激光头对复杂形状加工的适应性。

Description

一种激光方管切割机主机装置及激光方管切割机
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，更具体地，涉及一种激光方管切割机主机装置。
技术背景
激光切割机是利用激光光束来切割工件，其主要原理是利用激光的能量以光的形式集中成一条高密度的光束，光束传递到工作表面，产生足够的能量，使材料熔化，已达到切割和雕刻的目的，激光切割机具有精度高、切割速度快、不局限于切割图案限制、能自动排版节省材料、切口平滑和加工成本低等特点。
近年来，激光切割机的应用越来越广泛，在管材切割方面的应用也越来越多。由于管材切割经常需要加工一些复杂的图案和形状，并对加工精度的要求也较高，激光管材切割机已成为一种重要的加工装备。在加工复杂形状的过程中，由于激光头在竖直方向上（Z方向上）和X方向上需要频繁且迅速的调整位置，在X方向上由于，管材的加紧机构（主轴箱）重量和行程较大，在小范围高速度的运动情况下很难达到加工要求的精度。同样在Z轴方向上频繁地进行插补运动也很难保证精度。
发明内容
针对现有的技术要求，本发明的目的在于提供一种可实现高速高精度加工的激光管材切割机主机装置。通过多轴结构实现主机在一定空间范围内的自由运动，实现加工过程中主机的微小距离快速移动，保证加工精度 和效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种激光方管切割机主机装置，其特征在于：所述装置包括X、Y、Z、Z’四个运动轴，其中，所述Y轴固定在整个主机装置的支撑架上，由伺服电机、滚珠丝杠、两个直线导轨和Y轴平台构成，所述Y轴运动方向与被加工管材垂直；
所述X轴固连在所述Y轴平台上，X轴传动采用齿轮齿条机构，其中X轴的电机与所述齿轮齿条机构的齿轮相连，齿条与所述X轴平台相连，所述X轴电机转动时，齿轮带动齿条运动，从而使得所述X轴平台可以沿X方向运动，所述X轴电机轴线方向与所述Y轴方向平行；
所述Z轴固连在所述X轴平台上，通过Z轴电机和丝杠带动Z轴平台在竖直方向上运动，并且在所述Z轴平台的末端安装有由Z’轴电机驱动的Z’轴，其运动方向与Z轴相同；
所述Z’轴整体固定在Z轴平台上，激光头固定在Z’轴平台上。 
其中，所述激光头能够在一定空间中自由运动。
其中，X轴由齿轮齿条机构驱动，能实现小行程运动。
其中，Z’轴固定在Z轴上，实现加工过程中激光头的竖直方向上的浮动。
与现有技术相比，按照本发明的激光管材切割机主机装置可实现的优点有：
1、运动自由度多，能够适应复杂形状的加工要求。主机本身具有X、Y、Z三个方向的运动自由度，理论上可以一定范围内任意曲线轨迹的运动，配合管材的转动则可以加工出复杂的图形；
2、采用双Z轴结构，其中一轴作插补运动，另一轴做Z轴方向的浮动，能有效提高运动精度和效率。
3、整个装置的结构紧凑，可靠性高。在X轴的设计上，采用了齿轮齿 条的传动方式，X轴电机与Y轴平行，使得整个装置在X轴方向上的尺寸减小。Z’轴采用特制的小型电机平台结构，有效减小了整个装置的体积。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图
图2是本发明沿X方向的结构示意图；
图3是沿着图2中齿轮齿条局部的结构示意图；
图4是本发明沿着Y方向的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-Y轴电机 2-Y轴丝杠 3-Y轴导轨 4-Y轴平台 5-X轴电机 6-X轴齿轮齿条机构 7-X轴导轨 8-X轴平台 9-Z轴电机 10-Z轴丝杠 11-Z轴平台 12-Z’轴电机 13-Z’轴运动平台 14-激光头 15-主机支撑架 
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1-2是按照本发明的激光管材切割机的主机装置结构示意图。如图所示，本发明的主机结构主要包括X、Y、Z、Z’四个运动轴，其中，Y轴固定在整个主机装置的支撑架15上，由伺服电机1，滚珠丝杠2和两个直线导轨3，Y轴平台4构成，运动方向与被加工管材垂直。
X轴固连在Y轴的平台4上，X轴传动采用齿轮齿条机构6，其具体结构如图1，3所示，X轴电机5与齿轮6-1相连，齿条6-2与X轴平台8相连，由于X轴电机5与Y轴平台4相对固定，X轴电机5转动时，齿轮6-1带动齿条6-2运动，从而使得X轴平台可以沿X方向运动。同时X轴电机5与Y轴方向平行，在很大程度上减小了整个装置所占的空间。
Z轴固连在X轴平台8上，通过Z轴电机9和丝杠10带动Z轴平台11在竖直方向上运动。在Z轴平台的末端安装有由电机12驱动的Z’轴， 其运动方向与Z轴相同，Z’轴采用紧凑的电机驱动结构，其整体固定在Z轴平台11上。激光头14固定在Z’轴平台13上。
本发明在Z方向上分解为Z轴和Z’轴，分别实现插补运动工过程中的浮动。在一个优选实施例中，当控制器向X、Y、Z轴的电机1、5、9发送运动指令后，电机进行插补运动到达指定位置。在加工过程中，随着管材（方管或圆管等）的转动，激光头需要有一定小幅度的升降。在快速加工过程中，激光头升降频率也很快，因此设置一个单独的浮动轴能有效提高加工精度和效率。另外，本发明在X方向上也设置了单独的运动轴。管材本身可以由夹紧装置提供X方向运动，但由于行程较大，在加工精细图形时精度和移动速度难以达到要求，因此在主机上再设置一个X轴，加工过程中，加紧机构将管材运送到位后，靠主机上的小X轴移动来加工复杂图案，X方向小范围快速移动，达到加工精度和效率的要求。
本发明的主机结构具有在空间一定范围内自由运动的功能，配合伺服控制系统，能按照程序设定的运动轨迹自动连续地切割管材。整个主机结构紧凑，具备完成系统要求的功能条件。
所述的激光管材切割机主机装置均采用伺服电机进行驱动，适合编程进行自动控制，具有高速高精度的特性。
机配置有小行程的X轴。管材加工过程中管材的X轴向运动可以由管材的夹紧装置完成，但由于夹紧装置行程较大，而实际加工一个形状过程中X轴变化范围很小，并且X方向移动的速度较快，因而靠夹紧装置实现X轴的运动，精度和效率难以保证。在主机上设置一个小行程的X轴，采用伺服控制，能有效提高加工精度和效率。
所述的管材切割机主机采用了双Z轴结构（Z轴和Z’轴）。在激光切割的过程中，激光头14需要频繁的在小范围内的上下移动。为保证运动精度，将Z向运动分解为两部分，Z轴作竖直方向插补，Z’轴（12、13）作竖直方向小范围浮动。这样能够满足激光头加工过程中快速浮动的要求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种激光方管切割机主机装置，其特征在于：所述装置包括X、Y、Z、Z’四个运动轴，其中，所述Y轴固定在整个主机装置的支撑架(15)上，由伺服电机(1)、滚珠丝杠(2)、两个直线导轨(3)和Y轴平台(4)构成，所述Y轴运动方向与被加工管材垂直；
所述X轴固连在所述Y轴平台(4)上，X轴传动采用齿轮齿条机构(6)，其中X轴的电机(5)与所述齿轮齿条机构(6)的齿轮(6-1)相连，齿条(6-2)与X轴平台(8)相连，所述X轴电机(5)转动时，齿轮(6-1)带动齿条(6-2)运动，从而使得所述X轴平台可以沿X方向运动，所述X轴电机(5)轴线方向与所述Y轴方向平行；
所述Z轴固连在所述X轴平台(8)上，通过Z轴电机(9)和丝杠(10)带动Z轴平台(11)在竖直方向上运动，并且在所述Z轴平台(11)的末端安装有由Z’轴电机(12)驱动的Z’轴，其运动方向与Z轴相同，实现了在Z方向上具有两套独立的运动结构，其中Z轴作竖直方向插补，Z’轴(12)作竖直方向小范围浮动；
所述Z’轴整体固定在Z轴平台(11)上，激光头(14)固定在Z’轴平台(13)上。
2.如权利要求1所述的激光方管切割机主机装置，其特征在于，Z’轴固定在Z轴上，采用小型电机平台结构，实现Z方向的高精度运动，并且有效减小了整个装置的体积。
3.一种激光方管切割机，其配备有如权利要求1-2任意一项所述的主机装置。
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