CN104985330A - 小功率激光混切机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小功率激光混切机及其使用方法，其激光切割枪上设有一个可调节的活动切割头，活动切割头包括一个倒置‘T’型的管状支撑体、中心分别设有通孔的帽体和‘T’型连接体，以及与‘T’型连接体下端螺纹连接的喷嘴。‘T’型连接体卡持在帽体与管状支撑体的底面之间，帽体侧壁的四个定位螺钉将‘T’型连接体卡持定位。改进后的激光混切机方便了喷嘴的换装和焦距调整过程，实现了金属或非金属材料的同时切割，同时，利用参数建模使加工过程的参数设置更准确、统一，保证了加工质量，提高了加工效率，满足了中、小用户对激光切割机的使用需要。

Description

小功率激光混切机及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种激光切割设备，特别涉及一种同时具有金属板材和非金属板材切割功能的小功率激光混切机及其使用方法，属于板材切割设备领域。

背景技术

CO₂激光切割是在设定激光切割枪与材料沿一定轨迹作相对运动的基础上，利用激光切割枪中聚焦镜将CO₂激光束聚焦在材料表面使其熔化，同时，用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化材料，从而完成材料表面规定形状的切割。激光切割具有切口质量好、切口宽度窄、精度高、切割快速、安全清洁等特点，是目前板材切割的一种先进加工方式。

由于被切割材料的不同，材料自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出激光切割的适应性也不同。所以专业的激光切割机，特别是低功率(200W以下)的激光切割机一般分为金属切割机和非金属切割机两种。其中，金属材料有碳钢板、不锈钢板等，非金属材料有亚克力板、刀模板、皮革、木材及纤维等。

小功率的CO₂激光切割机因其运行成本低，使用、维护方便，已被广泛应用在各个行业中。但受小功率激光切割机切割种类的划分，客户应根据需要购买相应的激光切割设备，从而限制了激光切割机的后期使用范围，甚至在切割材料不确定的条件下，需同时购买金属和非金属两台激光切割机，大大增加了生产成本和维护费用，给小功率CO₂激光切割机的推广造成严重影响。

如何改变这一情况，消除小功率激光切割机对切割板材种类的限制，提高板材切割的适用性，就成为本发明想要解决的首要问题。

发明内容

鉴于上述现有情况，本发明旨在提供一种可同时满足金属板材和非金属板材切割需要的小功率激光混切机及其使用方法，以提高小功率激光切割机的适用性和使用效率，降低生产成本，满足广大消费者的使用需要，保证使用质量。

下面对金属和非金属激光切割的具体过程做一下分析和比较：

如图1、图2可以看出，金属和非金属激光切割时的不同，包括：(1)激光的焦点位置不同，金属切割焦点21位置明显高于非金属切割焦点24；(2)金属被激光切割时，由于金属材质自身有反射能力，激光在切口壁之间多次反射，金属切割缝隙22小，激光切割枪头出气较小。非金属切割时，非金属材质自身没有反射能力，激光焦点位置相对较低，要求激光切割枪头出气口出气量较大，非金属切割缝隙25随之变大并呈纺锤形。(3)金属薄板由于存在变形情况，所以在切割金属板材时，激光切割枪会装在一个金属随动系统上，金属随动系统利用金属材料导电性，通过检测切割头与金属板间的电容量确定切割头到板面的距离，通过检测到金属板与切割头的高低变化，自动调节激光切割枪高度，使二者距离保持一致，确保切割质量。而非金属材料一方面较平整，另一方面没有导电特性，所以不使用随动系统进行切割。故，消除上述三点不同，就成为本发明小功率激光混切机能否实现混切工作的关键。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种小功率激光混切机，包括底座、控制器、激光切割枪和激光发生器，以及位于底座上的Y轴传动系统、位于Y轴传动系统上的X轴传动系统和连接在X轴传动系统上的Z轴随动系统；所述激光切割枪通过锁紧螺母固定在Z轴随动系统上，激光切割枪上的切割头为一个可调节的活动切割头，活动切割头包括一个倒置‘T’型的管状支撑体、中心分别设有通孔的帽体和‘T’型连接体，以及与‘T’型连接体下端螺纹连接的喷嘴；管状支撑体的顶部通过螺纹连接在激光切割枪照射通道的壳体上；帽体沿着竖直方向连接并罩在管状支撑体的底面上，帽体的侧壁设有四个均匀分布的定位螺钉，‘T’型连接体的‘T’型端卡持在帽体内，定位螺钉的内端与‘T’型连接体的‘T’型端侧壁相接触。

所述管状支撑体顶部的螺纹连接面上还设有紧固螺母。

所述喷嘴为金属切割用喷嘴或非金属切割用喷嘴。

所述金属切割用喷嘴的出气孔孔径为1.0--1.5mm。

所述非金属切割用喷嘴的出气孔孔径为2-3mm。

一种小功率激光混切机的使用方法，具体步骤包括：

步骤一、选择相应的金属切割用喷嘴或非金属切割用喷嘴，将其螺纹连接在‘T’型连接体的下端，然后通过螺栓和帽体将‘T’型连接体的‘T’型端卡持在管状支撑体的下端面上。

步骤二、开启电源，连通控制器，进入切割参数设置，选择相应的金属或非金属切割状态，控制器自动汇集金属或非金属切割数据，并形成人机对话界面。

步骤三、按提示输入待切割板材的种类、规格和厚度，控制器根据金属或非金属切割数据库自动选择合适的切割速度。

步骤四、如选择非金属切割，Z轴随动系统关闭，控制器提示调整喷嘴到待切割板材的距离，具体包括；调松用于固定激光切割枪的锁紧螺母，调节激光切割枪高度，使喷嘴到待切割板材表面的距离符合系统提示要求，然后旋紧锁紧螺母。

如选择金属切割，控制器提示开启Z轴随动系统，激光切割枪根据金属切割数据库数据自动升降到焦距调试高度。

步骤五、按控制器提示数据，调整激光切割枪焦距，具体包括：首先，旋转四个定位螺钉，使喷嘴产生水平方向的位移，确保激光束由喷嘴孔中心导出；接着，手动旋转管状支撑体，调整激光焦距，直至喷嘴下待切割板材表面出现聚焦光点，锁紧紧固螺母，焦距调整完成。

步骤六、退出设置界面，输入切割图形，激光混切机开始自动切割，直至切割完成。

步骤七、系统自动保持本次切割的设置参数，供再次切割使用。

所述步骤三中，还可根据提示的切割速度进行人为调整。

本发明所述的小功率激光混切机及其使用方法的有益效果包括：

1、实现了金属或非金属材料在一台激光切割机上的切割，降低了生产成本，提高了生产效率。

2、可调节的活动切割头结构设计简单、实用，可快速实现喷嘴的换装，焦距的调整、对焦等。

3、以材料属性、规格、厚度和切割速度为基准进行建模，通过控制器进行建模数据的读取和使用，方便了切割过程，提高了切割质量，保证了切割的一致性。

4、以自动和手动两种方式进行切割参数设置，方便了使用过程，满足了特殊情况下的切割加工需要。

5、设置参数的随时保存，方便了下次参数的使用，提高了加工效率，促进了建模参数的更新和改进。

6、激光混切机以原有金属激光切割机为基础，只对激光切割枪进行相应的结构改进，保留了原有金属激光切割机的使用价值，改进成本小，见效快。

7、具有混切功能的激光混切机大大方便了使用过程，满足了中小用户对激光切割的使用要求。

附图说明

图1为金属材料切割过程切口的成形示意图；

图2为非金属材料切割过程切口的成形示意图；

图3为本发明所述的小功率激光混切机的整体结构示意图；

图4为本发明所述的激光切割枪的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图3、图4对本发明所述的小功率激光混切机做进一步的描述：

本发明所述的小功率激光混切机，包括底座10、控制器11、激光切割枪16、激光发生器12、位于底座10上的Y轴传动系统13、位于Y轴传动系统13上的X轴传动系统14和连接在X轴传动系统14上的Z轴随动系统15。其中，控制器11为整个机器的控制和输入中心，X轴传动系统14和Y轴传动系统13都是电机带动下的滑块与导轨传动机构，Z轴随动系统15为控制器11控制下的通过检测切割头与待切割金属板间电容量来自动实现切割头与待切割金属板间距离调整的一个随动升降系统，激光发生器12用于产生切割用激光，激光切割枪16是最终的切割执行机构，激光在激光切割枪16内透镜9的聚焦作用下，最终通过切割头上的出气孔照射到待切割板材上，激光切割枪16通过锁紧螺母1连接在Z轴随动系统15上，随着X、Y、Z轴的传动，激光切割枪16实现全方位的移动切割。

本例中，为保证小功率激光混切机的适用性，激光切割枪16上的切割头为一个可调节的活动切割头。活动切割头包括一个倒置‘T’型的管状支撑体4、中心分别设有通孔的帽体5和‘T’型连接体6，以及与‘T’型连接体6下端螺纹连接的喷嘴7。管状支撑体4的顶部通过螺纹连接在激光切割枪照射通道的壳体2上，通过调整连接螺纹的长短，可以对激光切割枪内透镜9的聚焦进行调整，同时，在管状支撑体4顶部的螺纹连接面上还设有紧固螺母3，以防止机器运转过程中，管状支撑体4的螺纹连接处松脱。帽体5沿着竖直方向连接并罩在管状支撑体4的底面上，帽体5的侧壁上设有四个均匀分布的定位螺钉8，‘T’型连接体6的‘T’型端卡持在帽体5内，定位螺钉8的内端与‘T’型连接体6的‘T’型端侧壁相接触。由于帽体5的内腔和通孔直径分别大于‘T’型连接体6的上端及下端的直径，所以，利用定位螺钉8可随时对‘T’型连接体6的水平位置进行调整。喷嘴7包括金属切割用喷嘴和非金属切割用喷嘴，金属切割用喷嘴的出气孔孔径为1.0--1.5mm，非金属切割用喷嘴的出气孔孔径为2-3mm。根据不同的切割板材，可选用不同的切割用喷嘴。

根据上述结构制成的一种小功率激光混切机的使用方法，具体步骤包括：

步骤1、根据待切割板材的属性，选择相应的金属切割用喷嘴或非金属切割用喷嘴，将其螺纹连接在‘T’型连接体的下端，然后，通过螺栓和帽体将‘T’型连接体的‘T’型端卡持在管状支撑体的下端面上，活动切割头上的喷嘴更换完成。

步骤2、开启电源，连通控制器，进入切割参数设置，选择相应的金属或非金属切割状态，控制器自动汇集金属或非金属切割数据，并形成人机对话界面。

步骤3、按提示输入待切割板材的种类、规格和厚度，控制器根据金属或非金属切割数据库自动选择合适的切割速度。

由于板材种类较多，不同的板材有不同的属性，再加上厚度不同，切割图案的角度不同，使得激光切割过程参数的设定较为复杂。经验不足的人，对切割速度参数的设置偏差较大，轻则影响切割速度，重则影响切割质量，甚至造成切割产品报废现象。为统一切割质量，保证切割效率，在控制器中首先进行了参数建模，通过将不同板材的规格、厚度和切割速度进行统一建模，方便后期操作人员对照选择，提高参数设定的统一性和正确性，避免了人为参数设置过程带来的质量不稳定，对操作人员要求高等弊端。

当然，在实际操作中，也可根据提示的切割速度进行人为切割速度的调整，以满足特殊情况下的切割需要，使切割过程更合理、更完美。

步骤4、如选择非金属切割，Z轴随动系统被自动关闭，控制器提示调整喷嘴到待切割板材的距离，具体包括：调松用于固定激光切割枪的锁紧螺母，调节激光切割枪高度，使喷嘴到待切割板材表面的距离符合系统提示要求，然后旋紧锁紧螺母；如选择金属切割，控制器提示开启Z轴随动系统，激光切割枪根据金属切割数据库数据自动升降到焦距调试高度。

受待切割板材质量的影响，非金属板材韧性较强，表面较平整，所以在切割过程中，切割头距待切割板材表面距离可始终保持一致，聚焦后的激光可有效实现准确、可靠切割。而待切割板材为金属板材时，受厚度和延展性碾压过程的影响，金属板材表面通常会有明显起伏，使得切割头与待切割金属板材表面距离无法保持一致，从而影响激光的聚焦切割效果。于是，在对金属板材进行切割时，需要使用Z轴随动系统进行切割头高度控制，通过检测切割头与待切割金属板间电容量的变化来自动实现切割头与待切割金属板间距离的调整，保证间距始终一致。具体方法为：在选择非金属切割时，通过人工调整激光切割枪的高度，使切割头与待切割板材表面距离满足切割要求后，固定激光切割枪，使其后期切割过程高度始终固定，从而完成激光切割全过程。而选择金属切割后，开启Z轴随动系统，利用随动系统的自动升降控制，实现连接在Z轴随动系统上激光切割枪高度的上、下调整，从而在不断调整过程中完成激光切割全过程。

步骤5、按控制器提示数据，调整激光切割枪焦距，具体包括：首先，旋转四个定位螺钉，四个定位螺钉从前、后、左、右四个方向推动喷嘴，使喷嘴产生水平方向的位置调整，确保激光束能由喷嘴孔中心导出，并在四个定位螺钉的支撑下，喷嘴位置被固定；接着，手动旋转管状支撑体，调整激光焦距，直至喷嘴下待切割板材表面出现聚焦光点，锁紧紧固螺母，焦距调整完成。

受待切割板材属性的影响，不同的板材需要使用不同的聚焦高度进行切割，如前所述，金属板材的切割焦点位置明显要高于非金属板材的切割焦点，所以，当更换或使用不同的喷嘴时，需首先完成活动切割头的对焦处理，然后再进行相应的参数设置和调整。

步骤6、退出设置界面，输入切割图形，激光混切机在控制器的指挥下，在激光发生器的配合下，以及在X、Y、Z轴传动系统的带动下，最终通过激光切割枪完成板材的切割。

步骤7、切割完成后，系统自动保持本次切割的设置参数，以便再次使用。

Claims (8)

1.一种小功率激光混切机，包括底座、控制器、激光切割枪和激光发生器，以及位于底座上的Y轴传动系统、位于Y轴传动系统上的X轴传动系统和连接在X轴传动系统上的Z轴随动系统；所述激光切割枪通过锁紧螺母固定在Z轴随动系统上，其特征在于，所述激光切割枪上的切割头为一个可调节的活动切割头，所述活动切割头包括一个倒置‘T’型的管状支撑体、中心分别设有通孔的帽体和‘T’型连接体，以及与‘T’型连接体下端螺纹连接的喷嘴；所述管状支撑体的顶部通过螺纹连接在激光切割枪照射通道的壳体上；所述帽体沿着竖直方向连接并罩在管状支撑体的底面上，帽体的侧壁设有四个均匀分布的定位螺钉，‘T’型连接体的‘T’型端卡持在帽体内，定位螺钉的内端与‘T’型连接体的‘T’型端侧壁相接触。

2.根据权利要求1所述的小功率激光混切机，其特征在于，所述管状支撑体顶部的螺纹连接面上还设有紧固螺母。

3.根据权利要求1所述的小功率激光混切机，其特征在于，所述喷嘴为金属切割用喷嘴或非金属切割用喷嘴。

4.根据权利要求3所述的小功率激光混切机，其特征在于，所述金属切割用喷嘴的出气孔孔径为1.0--1.5mm。

5.根据权利要求3所述的小功率激光混切机，其特征在于，所述非金属切割用喷嘴的出气孔孔径为2-3mm。

6.一种根据上述权利要求1至5中任一所述的小功率激光混切机的使用方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤一、选择相应的金属切割用喷嘴或非金属切割用喷嘴，将其螺纹连接在‘T’型连接体的下端，然后通过螺栓和帽体将‘T’型连接体的‘T’型端卡持在管状支撑体的下端面上；

步骤二、开启电源，连通控制器，进入切割参数设置，选择相应的金属或非金属切割状态，控制器自动汇集金属或非金属切割数据，并形成人机对话界面；

步骤三、按提示输入待切割板材的种类、规格和厚度，控制器根据金属或非金属切割数据库自动选择合适的切割速度；

步骤四、如选择非金属切割，Z轴随动系统关闭，控制器提示调整喷嘴到待切割板材的距离，具体包括：调松用于固定激光切割枪的锁紧螺母，调节激光切割枪高度，使喷嘴到待切割板材表面的距离符合系统提示要求，然后旋紧锁紧螺母；

如选择金属切割，控制器提示开启Z轴随动系统，激光切割枪根据金属切割数据库数据自动升降到焦距调试高度；

步骤五、按控制器提示数据，调整激光切割枪焦距，具体包括：首先，旋转四个定位螺钉，使喷嘴产生水平方向的位移，确保激光束由喷嘴孔中心导出；接着，手动旋转管状支撑体，调整激光焦距，直至喷嘴下待切割板材表面出现聚焦光点，锁紧紧固螺母，焦距调整完成；

步骤六、退出设置界面，输入切割图形，激光混切机开始自动切割，直至切割完成。

7.根据权利要求6所述的小功率激光混切机的使用方法，其特征在于，还包括：

步骤七、系统自动保持本次切割的设置参数，供再次切割使用。

8.根据权利要求6或7所述的小功率激光混切机的使用方法，其特征在于，所述步骤三中，还可根据提示的切割速度进行人为调整。