CN104625435A - 一种激光飞行切割方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光应用领域，具体涉及一种激光飞行切割方法及系统。通过CAM系统生成具有若干条切割路径，其中同一切割路径上的加工轮廓特性相同的飞行切割运行轨迹，并控制激光切割头沿所述飞行切割运行轨迹，从每一条切割路径的起点快速运行到割路径终点，并在当其运行至切割路径上的加工轮廓起点位置时激光开启，终点位置时激光关闭，避免了激光切割头在不同加工轮廓之间方向频繁改变，或者停顿，提高了加工效率，和切割质量，也不至于出现切割方形直角不直，切割圆形不圆的现象，有利于节约成本。

Description

一种激光飞行切割方法及系统
技术领域
本发明涉及激光应用领域，具体涉及一种激光飞行切割方法及系统。
背景技术
激光切割具有切割速度快、精度高、效率高等优点，能完成各种复杂结构的加工。由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。但当零件上有较多相似类型的方形零件或者方孔，圆形零件或者圆孔需要加工时，使用传统激光切割工艺，加工效率低，切割质量差，切割方形直角不直，切割圆形不圆，成本也随之增高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光飞行切割方法及系统，克服现有技术切割较多相似类型的方孔或者圆孔时，加工效率低、切割质量差、切割方孔直角不直、切割圆孔不圆的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光飞行切割方法，包括以下步骤：
A、生成飞行切割运行轨迹，所述运行轨迹包括若干条切割路径，其中同一切割路径上的加工轮廓特性相同；
B、激光切割头沿所述飞行切割运行轨迹，从切割路径的起点快速运行到该条切割路径终点；
C、在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点并快速运行到该条切割路径终点，直到运行完全部的切割路径；
D、激光切割头运行至切割路径上的任一加工轮廓起点位置时激光开启，至加工轮廓终点位置时激光关闭，完成对待加工工件的切割。
本发明的更进一步优选方案是：还包括在激光切割头运行至任一加工轮廓起点位置提前开启激光，运行至终点位置延时关闭激光的步骤。
本发明的更进一步优选方案是：所述的待加工工件承载于一机床上，通过该机床的运动带动激光切割头与待加工工件呈相对运动状态，当运行至加工轮廓起点位置时开启激光，当运行至加工轮廓终点位置时关闭激光。
本发明的更进一步优选方案是：所述切割路径包括靠近切割路径起点的引入线及靠近切割路径终点的引出线，可根据生产需要调整所述引入线和引出线的长度以及在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点时的转向方向。
本发明还提供一种激光飞行切割系统，激光切割系统以及控制该激光切割系统进行动作的控制装置，所述控制装置包括：
CAM系统，用以生成飞行切割运行轨迹，所述运行轨迹包括若干条切割路径，其中同一切割路径上的加工轮廓特性相同；
机床控制单元，用以控制激光切割头沿所述飞行切割运行轨迹，从切割路径的起点快速运行到该条切割路径终点；在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点并快速运行到该条切割路径终点，直到运行完全部的切割路径；
激光开关单元，用以控制激光切割头运行至切割路径上的任一加工轮廓起点位置时激光开启，至加工轮廓终点位置时激光关闭。
本发明的更进一步优选方案是：所述CAM系统包括一辅助功能代码快速输出通道，所述激光开关单元包括一辅助功能代码执行模块，所述CAM系统可自动识别切割路径上的加工轮廓和非加工轮廓，并在加工轮廓起点生成开光辅助功能代码，在加工轮廓终点生成关光辅助功能代码。
本发明的更进一步优选方案是：所述控制装置还包括控制激光开启提前和激光关闭延时的时间控制单元。
本发明的更进一步优选方案是：所述切割路径包括靠近切割路径起点的引入线及靠近切割路径终点的引出线。
本发明的更进一步优选方案是：所述控制装置还包括一用于调整所述引入线和引出线的长度及激光切割头在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点时的转向方向的引入引出线控制单元。
本发明的有益效果在于，通过CAM系统生成具有若干条切割路径，其中同一切割路径上的加工轮廓特性相同的飞行切割运行轨迹，并控制激光切割头沿所述飞行切割运行轨迹，从每一条切割路径的起点快速运行到割路径终点，并在当其运行至切割路径上的加工轮廓起点位置时激光开启，终点位置时激光关闭，避免了激光切割头在不同加工轮廓之间方向频繁改变，或者停顿，提高了加工效率，和切割质量，也不至于出现切割方形直角不直，切割圆形不圆的现象，有利于节约成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明优选实施例加工四个方形零件的飞行切割运行轨迹示意图；
图2是本发明优选实施例加工九个圆形零件的飞行切割运行轨迹示意图；
图3是本发明优选实施例加工不同规格矩形零件的飞行切割运行轨迹示意图；
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
本发明实施例提供一种激光飞行切割方法，包括以下步骤：首先生成飞行切割运行轨迹，所述运行轨迹包括若干条切割路径，其中同一切割路径上的加工轮廓特性相同；然后控制激光切割头沿所述飞行切割运行轨迹，从切割路径的起点快速运行到该条切割路径终点，在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点并快速运行到该条切割路径终点，直到运行完全部的切割路径；同时，激光切割头运行至切割路径上的任一加工轮廓起点位置时激光开启，至加工轮廓终点位置时激光关闭，完成对待加工工件的切割。这种飞行切割方法避免了激光切割头在不同加工轮廓之间方向频繁改变，或者停顿，提高了加工效率，和切割质量，也不至于出现切割方孔直角不直，切割圆孔不圆的现象，有利于节约成本。
进一步地，所述的待加工工件承载于一机床上，通过该机床的运动带动激光切割头与待加工工件呈相对运动状态，当运行至加工轮廓起点位置时开启激光，当运行至加工轮廓终点位置时关闭激光。进一步地，为了提高切割质量，确保激光切割头到达加工轮廓起点和终点位置时激光的输出功率达到额定功率，所述飞行切割方法还包括在激光切割头运行至任一加工轮廓起点位置提前开启激光，运行至终点位置延时关闭激光的步骤。进一步地，所述切割路径包括靠近切割路径起点的引入线及靠近切割路径终点的引出线，可根据生产需要调整所述引入线和引出线的长度以及在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点时的转向方向，以适应不同的加工工件。具体的，所述引入线是指切割路径起点到该切割路径上第一个加工轮廓起点之间的线段，所述引出线是指切割路径终点到该切割路径最后一个加工轮廓终点之间的线段。
本发明还提供一种激光飞行切割系统，激光切割系统以及控制该激光切割系统进行动作的控制装置，所述控制装置包括：CAM系统，用以生成飞行切割运行轨迹，所述运行轨迹包括若干条切割路径，其中同一切割路径上的加工轮廓特性相同；机床控制单元，用以控制激光切割头沿所述飞行切割运行轨迹，从切割路径的起点快速运行到该条切割路径终点；在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点并快速运行到该条切割路径终点，直到运行完全部的切割路径；激光开关单元，用以控制激光切割头运行至切割路径上的任一加工轮廓起点位置时激光开启，至加工轮廓终点位置时激光关闭。所述运行轨迹在CAM系统中一般以NC代码的形式存在。
本发明的所述CAM系统包括一辅助功能代码快速输出通道，所述激光开关单元包括一辅助功能代码执行模块，所述CAM系统可自动识别切割路径上的加工轮廓和非加工轮廓，并在加工轮廓起点生成开光辅助功能代码，在加工轮廓终点生成关光辅助功能代码。所述辅助功能代码执行模块接收到辅助功能代码快速输出通道输入的开光辅助功能代码或关光辅助功能代码时，可快速开启或关闭激光。由于存在辅助功能代码快速输出通道和辅助功能代码执行模块，使得辅助功能代码的执行速度快于NC代码的执行速度。进一步地，为了提高切割质量，确保激光切割头到达加工轮廓起点和终点位置时激光的输出功率达到额定功率，所述控制装置还包括控制激光开启提前和激光关闭延时的时间控制单元，可根据生产需要，通过该时间控制单元设定激光开启提前和激光关闭延时的时间。所述切割路径包括靠近切割路径起点的引入线及靠近切割路径终点的引出线。具体的，所述引入线是指切割路径起点到该切割路径上第一个加工轮廓起点之间的线段，所述引出线是指切割路径终点到该切割路径最后一个加工轮廓终点之间的线段。所述控制装置还包括一用于调整所述引入线和引出线的长度及激光切割头在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点时的转向方向的引入引出线控制单元。
本发明优选实施例以在不锈钢板上切割四个正方形的零件为例，如图1所示，其为飞行切割运行轨迹示意图。对于矩形加工工件，所述切割路径为直线，所述同一切割路径上的加工轮廓特性相同，是指各零件加工按直线段分解后，不同零件相同位置上的加工轮廓位于同一直线上。图中的运行轨迹包括八条切割路径，分别为，路径1-5、6-11、12-17、18-23、24-25、26-27、28-29、30-19。图中线段6-7、12-13、18-19等为引入线，线段4-5、10-11、16-17等为引出线。以路径1-5为例，本发明所述CAM系统在加工轮廓起点1、3位置生成开光辅助功能代码M111，在加工轮廓终点2、4位置生成关光辅助功能代码M101，激光切割头从切割路径的起点1快速运行到该条切割路径终点5，当运行至1和3位置时，CAM系统的辅助功能代码快速输出通道会输出代码M111，控制激光开关单元的辅助功能代码执行模块开启快速开启激光；当激光切割头运行至2和4位置时，CAM系统的辅助功能代码快速输出通道会输出代码M101，控制激光开关单元的辅助功能代码执行模块开启快速关闭激光。
本发明优选实施例是通过CAM系统自动生成飞行切割运行轨迹的CNC程序控制激光切割头的运行、转向以及激光的开启和关闭的，该CNC控制程序如下：
N75 G00 X10.075 Y9.925
N77 G01 X19.925 Y9.925 M111
N79 X25.075 Y9.925 M101
N81 X34.925 Y9.925 M111
N83 X39.925 Y9.925 M101
N85 X44.925 Y20.075
N87 X34.925 Y20.075
N89 X25.075 Y20.075 M111
N91 X19.925 Y20.075 M101
N93 X10.075 Y20.075 M111
N95 X5.075 Y20.075 M101
N97 X0.075 Y24.925
N99 X10.075 Y24.925
N101 X19.925 Y24.925 M111
N103 X25.075 Y24.925 M101
N105 X34.925 Y24.925 M111
N107 X39.925 Y24.925 M101
N109 X44.925 Y35.075
N111 X34.925 Y35.075
N113 X25.075 Y35.075 M111
N115 X19.925 Y35.075 M101
N117 X10.075 Y35.075 M111
N119 X5.075 Y35.075 M101
N121 X9.925 Y44.925
N123 X9.925 Y34.925
N125 X9.925 Y25.075 M111
N127 X9.925 Y19.925 M101
N129 X9.925 Y10.075 M111
N131 X9.925 Y5.075 M101
N133 X20.075 Y0.075
N135 X20.075 Y10.075
N137 X20.075 Y19.925 M111
N139 X20.075 Y25.075 M101
N141 X20.075 Y34.925 M111
N143 X20.075 Y39.925 M101
N145 X24.925 Y44.925
N147 X24.925 Y34.925
N149 X24.925 Y25.075 M111
N151 X24.925 Y19.925 M101
N153 X24.925 Y10.075 M111
N155 X24.925 Y5.075 M101
N157 X35.075 Y0.075
N159 X35.075 Y10.075
N161 X35.075 Y19.925 M111
N163 X35.075 Y25.075 M101
N165 X35.075 Y34.925 M111
N179 M30
结合图1所示，本发明优选实施例所述的激光飞行切割系统运行至N77行与N81行等工件切割轮廓的起点时，CNC控制程序会在每一个切割轮廓的起点输出辅助功能代码M111；激光切割系统运行至N79行与N83行等工件切割轮廓的终点时，CNC控制程序会在每一个切割轮廓的终点点输出辅助功能代码M101。当CNC控制程序运行到N77行时，CNC控制程序通过辅助功能代码M111指令通知辅助功能代码执行模块，该辅助功能代码执行模块接收到辅助功能代码M111指令后快速开启激光；当CNC控制程序运行到N79行时，CNC控制程序通过辅助功能代码M101指令通知辅助功能代码执行模块，该辅助功能代码执行模块接收到辅助功能代码M101指令后快速关闭激光，整个过程激光切割头连续快速运行。当CNC程序运行到下一个含M101代码行时，均重复以上过程。由此切割完成的方孔零件完整，方向改变、代码的切换或者停顿少，切割效率非常高。
如图2所示，为本发明另一优选实施例在不锈钢板上切割九个圆形零件的运行轨迹示意图。对于圆形零件，所述同一切割路径上的加工轮廓特性相同，是指前一个圆形零件的切出线与后一个圆形零件的切入线在同一直线上，从而保证激光从一个零件的切出点切出进入下一个零件的切入点时时无需转向，以提高切割线率。图中包括三条切割路径，分别，路径A-G、F-M、L-P。图中线段FG既为路径A-G的引出线，又为路径F-M的引入线；线段LM既为路径F-M的引出线，又为路径L-P的引入线。以路径A-G为例，本发明所述CAM系统在切入点(加工轮廓起点)A、C、E位置生成开光辅助功能代码M111，在切出点(加工轮廓终点)B、D、F位置生成关光辅助功能代码M101，激光切割头从切割路径的起点A快速运行到该条切割路径终点G，当切入A、C、E位置时，CAM系统的辅助功能代码快速输出通道会输出代码M111，控制激光开关单元的辅助功能代码执行模块开启快速开启激光；当激光切割头切出B、D、F位置时，CAM系统的辅助功能代码快速输出通道会输出代码M101，控制激光开关单元的辅助功能代码执行模块开启快速关闭激光。
如图3所示，本发明的激光飞行切割方法及系统也可用于切割轮廓不完全相同的零件。其具体的切割方法等可参照前述实施例，此处不再赘述。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种激光飞行切割方法，其特征在于，包括：
A.生成飞行切割运行轨迹，所述运行轨迹包括若干条切割路径，其中同一切割路径上的各加工轮廓特性相同；
B.激光切割头沿所述飞行切割运行轨迹，从切割路径的起点快速运行到该条切割路径终点；
C.在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点并快速运行到该条切割路径终点，直到运行完全部的切割路径；
D.激光切割头运行至切割路径上的任一加工轮廓起点位置时激光开启，在对工轮廓终点位置时激光关闭，完成对待加工工件的切割。
2.根据权利要求1所述的飞行切割方法，其特征在于：还包括在激光切割头运行至任一加工轮廓起点位置提前开启激光，运行至终点位置延时关闭激光的步骤。
3.根据权利要求2所述的飞行切割方法，其特征在于：所述的待加工工件承载于一机床上，通过该机床的运动带动激光切割头与待加工工件呈相对运动状态，当运行至加工轮廓起点位置时开启激光，当运行至加工轮廓终点位置时关闭激光。
4.根据权利要求3所述的飞行切割方法，其特征在于：所述切割路径包括靠近切割路径起点的引入线及靠近切割路径终点的引出线，可根据生产需要调整所述引入线和引出线的长度以及在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点时的转向方向。
5.一种激光飞行切割系统，激光切割系统以及控制该激光切割系统进行动作的控制装置，其特征在于：所述控制装置包括：
CAM系统，用以生成飞行切割运行轨迹，所述运行轨迹包括若干条切割路径，其中同一切割路径上的各加工轮廓特性相同；
机床控制单元，用以控制激光切割头沿所述飞行切割运行轨迹，从切割路径的起点快速运行到该条切割路径终点；在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点并快速运行到该条切割路径终点，直到运行完全部的切割路径；
激光开关单元，用以控制激光切割头运行至切割路径上的任一加工轮廓起点位置时激光开启，在加工轮廓终点位置时激光关闭。
6.根据权利要求5所述的飞行切割系统，其特征在于：所述CAM系统包括一辅助功能代码快速输出通道，所述激光开关单元包括一辅助功能代码执行模块，所述CAM系统可自动识别切割路径上的加工轮廓和非加工轮廓，并在加工轮廓起点生成开光辅助功能代码，在加工轮廓终点生成关光辅助功能代码。
7.根据权利要求6所述的飞行切割系统，其特征在于：所述控制装置还包括控制激光开启提前和激光关闭延时的时间控制单元。
8.根据权利要求7所述的飞行切割系统，其特征在于：所述切割路径包括靠近切割路径起点的引入线及靠近切割路径终点的引出线。
9.根据权利要求8所述的飞行切割系统，其特征在于：所述控制装置还包括一用于调整所述引入线和引出线的长度及激光切割头在切割路径的终点转向，进入下一条切割路径起点时的转向方向的引入引出线控制单元。
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