CN105014241B - 一种自动激光切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于工件切割加工技术领域，特别涉及一种自动激光切割系统。包括机器人、变位机、移动滑台、激光切割系统及控制柜，其中移动滑台设置于变位机的上方，所述机器人滑动连接在移动滑台上、并与控制柜连接，所述激光切割系统设置于机器人的执行端，用于对装卡在变位机上的工件进行切割。所述变位机包括第一协调翻转轴、第二协调翻转轴、从动轴及机架，其中第一协调翻转轴转动安装在机架上，所述第二协调翻转轴和从动轴的一端垂直连接在所述第一协调翻转轴的一侧。本发明对异形金属管件加工具有提高生产效率，提高产品合格率，降低生产成本等优点。

Description

一种自动激光切割系统

技术领域

本发明属于工件切割加工技术领域，特别涉及一种自动激光切割系统。

背景技术

为了提高生产制造的效率，切割领域越来越多的工厂开始使用机器人对高精度要求的薄板构件进行切割。但往往由于被切割工件本身尺寸变化范围大，结构形状怪异等问题最终成了切割工序实现自动化的瓶颈,以至于现在主流异形管加工都有很大比例的人工参与。由于人工参与生产会出现容易疲劳、责任心欠缺、生产操作不规范、工作节拍不够快等特性，大大增加了企业的生产成本。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供了一种自动激光切割系统。该系统对异形金属管件加工具有提高生产效率，提高产品合格率，降低生产成本等优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种自动激光切割系统，包括机器人、变位机、移动滑台、激光切割系统及控制柜，其中移动滑台设置于变位机的一侧，所述机器人滑动连接在移动滑台上、并与控制柜连接，所述激光切割系统设置于机器人的执行端，用于对装卡在变位机上的工件进行切割。

所述变位机包括：第一协调翻转轴、第二协调翻转轴、从动轴及机架，其中第一协调翻转轴转动安装在机架上，所述第二协调翻转轴和从动轴的一端垂直连接在所述第一协调翻转轴的一侧，所述第二协调翻转轴的对称轴和所述从动轴的对称轴平行，并所述第二协调翻转轴和从动轴可沿第一协调翻转轴的轴线方向移动；工件的两端分别安装在第二协调翻转轴和从动轴上，所述第一协调翻转轴可绕其轴线360°旋转，所述第二协调翻转轴和所述从动轴带动工件可随第一协调翻转轴一起转动。

所述第二协调翻转轴有两个、并对称设置在所述第一协调翻转轴的两侧；所述第二协调翻轴有两个、并对称设置在所述第一协调翻转轴的两侧。

所述变位机进一步包括：两个遮光板、并对称设置在所述第一协调翻转轴的两侧，所述两个第二协调翻转轴分别位于遮光板的两侧、并与遮光板的夹角均为90°；所述两个从动轴分别位于遮光板的两侧、并与遮光板的夹角均为90°。

所述变位机进一步包括：工件自转驱动装置，所述工件自转驱动装置包括电动机、第一齿轮、第二齿轮及第三齿轮，其中电动机、第一齿轮及第二齿轮均设置在第二协调翻转轴上、并第一齿轮设置于电动机的输出轴上，所述第二齿轮转动安装在第二协调翻转轴的端部、并与第一齿轮啮合；所述第三齿轮转动安装在从动轴的一端、并与第二齿轮相对应，所述工件的两端分别与第二齿轮和第三齿轮连接。

所述第二协调翻转轴和从动轴的一端通过一级工装安装在第一协调翻转轴上，所述一级工装包括：直线导轨、统一标准的连接部分、插销及一级工装通用安装接口，其中直线导轨沿轴向设置在所述第一协调翻转轴上，所述一级工装通用安装接口设置在所述直线导轨上，所述插销可插在所述一级工装通用安装接口的插销孔内；所述第二协调翻转轴和从动轴的一端均垂直连接有一个统一标准的连接部分；所述统一标准的连接部分与直线导轨滑动连接、并通过插销和一级工装通用安装接口连接；所述第二协调翻转轴和从动轴可改变在所述直线导轨上的相对位置、并通过插销固定在直线导轨上。

所述变位机还包括分别设置于第二齿轮和第三齿轮直径上的两个二级工装，所述两个二级工装结构相同均包括：工件仿形定位部分和工件夹紧部分，所述工件仿形定位部分的一端可拆卸地安装在所在直径的一端，所述工件夹紧部分的一端安装在所在直径的另一端、并可沿径向移动，所述工件仿形定位部分的另一端和工件夹紧部分的另一端相对应；所述工件仿形定位部分和工件夹紧部分随同第二齿轮和第三齿轮一起转动。

所述自动激光切割系统进一步包括上料辅助机构，所述上料辅助机构设置于变位机的装卡工位一侧，在装夹工件时起辅助支撑工件的作用。

所述自动激光切割系统进一步包括设置于变位机切割工位一侧的切割房，所述机器人、移动滑台及激光切割系统均设置于切割房内。所述移动滑台由丝杠螺母传动机构驱动沿装卡在变位机上工件的轴线方向移动。

本发明的优点及有益效果是：本发明根据工件的特定形状、尺寸参数，更换工件仿形定位部分，以适应不同工件的轮廓，能够充分保证工件装夹定位的重复定位精度。并对工件夹紧部分稍作微调，就能实现任何形状、尺寸的工件自动化控制下的加工。此外，对于长时间使用的工装，可以对已磨损的定位块实现快速更换，从而降低了设备的维护成本。综上所述，本发明的工件变位系统具有高精度、维护成本低、设计理念先进、可实现自动化控制等特点，并且加工产品的质量可控、可靠，对创造经济效益具有更加明显的优势。

附图说明

图1为本发明的结构简图；

图2为本发明中变位机的主视图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的右视图；

图5为本发明中变位机的立体示意图；

图6为本发明中一级工装的结构示意图；

图7为本发明中第二协调翻转轴的结构示意图；

图8为本发明中从动轴的结构示意图。

图中：1、遮光板Ⅰ；2、第一协调翻转轴；3、工件；4、第二协调翻转轴；5、从动轴；6、电动机；7、第一齿轮；8、第二齿轮；9、直线导轨；10、第三齿轮；11、工件仿形定位部分；12、工件夹紧部分；13、统一标准的连接部分；14、插销；15、一级工装通用安装接口；16、机架；20、机器人；21、切割房；22、变位机；23、上料辅助机构；24、移动滑台；25、激光切割系统；26、控制柜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明包括机器人20、变位机22、移动滑台24、激光切割系统25及控制柜26，其中移动滑台24设置于变位机22的一侧，所述机器人20滑动连接在移动滑台24上、并与控制柜26连接，所述激光切割系统25设置于机器人20的执行端，用于对装卡在变位机22上的工件进行切割。

所述自动激光切割系统进一步包括上料辅助机构23，所述上料辅助机构23设置于变位机22的装卡工位一侧，在装夹工件时起辅助支撑工件的作用。

所述自动激光切割系统进一步包括设置于变位机22切割工位一侧的切割房21，所述机器人20、移动滑台24及激光切割系统均设置于切割房21内。所述移动滑台24由丝杠螺母传动机构驱动。

如图2-5所示，所述变位机22包括：第一协调翻转轴2、第二协调翻转轴4、从动轴5及机架16，其中第一协调翻转轴2转动安装在机架16上，所述第二协调翻转轴4和从动轴5的一端垂直连接在所述第一协调翻转轴2的一侧，所述第二协调翻转轴4的对称轴和所述从动轴5的对称轴平行；工件3的两端分别安装在第二协调翻转轴4和所述从动轴5上，第二协调翻转轴4和从动轴5可沿与第一协调翻转轴2的轴线平行的直线移动，以适应不同长度的工件。所述第一协调翻转轴2可绕其轴线360°旋转，所述第二协调翻转轴4和所述从动轴5带动工件3可随第一协调翻转轴2一起转动。

所述第二协调翻转轴4有两个、并对称设置在所述第一协调翻转轴2的两侧，并且两个第二协调翻转轴4之间的夹角为180°；所述第二协调翻轴5有两个、并对称设置在所述第一协调翻转轴2的两侧，并且两个第二协调翻转轴5之间的夹角为180°。

所述变位机22进一步包括：遮光板1，所述遮光板1的一端沿轴向固定在所述第一协调翻转轴2上，并且能够随所述第一协调翻转轴2进行360°旋转，所述遮光板1与所述第二协调翻转轴4和从动轴5的夹角均为90°。所述遮光板1有两个、并对称设置在所述第一协调翻转轴2的两侧，并且两个遮光板1之间的夹角为180°。

所述变位机22进一步包括：工件自转驱动装置，所述工件自转驱动装置包括电动机6、第一齿轮7、第二齿轮8及第三齿轮10，其中电动机6、第一齿轮7及第二齿轮8均设置在第二协调翻转轴4上，所述电动机6和第一齿轮7分别设置在第二协调翻转轴4的两侧、并第一齿轮7与电动机6的输出轴连接，所述第二齿轮8转动安装在第二协调翻转轴4的端部、并与第一齿轮7啮合；所述第三齿轮10转动安装在从动轴5的一端、并与第二齿轮8相对应，所述工件3的两端分别与第二齿轮8和第三齿轮10连接。

对工件3进行切割加工时，电动机6带动第一齿轮7转动，由于第一齿轮7和第二齿轮8啮合，因此带动第二齿轮8转动，第二齿轮8转动带动固定于其上的工件3转动。由于工件3的另一端固定在第三齿轮10上，因此进一步带动第三齿轮10转动，这样可以实现在工件切割加工时尽量减少切割头的运动范围并能很好的保证切割头与工件的相对位置关系，可以大大提高工件加工质量并有效的保护切割系统25。

如图6所示，所述第二协调翻转轴4和从动轴5的一端通过一级工装安装在第一协调翻转轴2上，所述一级工装包括：直线导轨9、统一标准的连接部分13、插销14及一级工装通用安装接口15，其中直线导轨9沿轴向设置在所述第一协调翻转轴2上，所述一级工装通用安装接口15设置在所述直线导轨9上，所述插销14可插在所述一级工装通用安装接口15的插销孔内；所述第二协调翻转轴4和从动轴5的一端均垂直连接有一个统一标准的连接部分13，所述统一标准的连接部分13与直线导轨9滑动连接、并通过插销14和一级工装通用安装接口15连接；所述第二协调翻转轴4和从动轴5可改变在所述直线导轨9上的相对位置、并通过插销14固定在直线导轨9上。

通过改变插销14在一级工装通用安装接口15上的相对位置，可以相应地改变第二协调翻转轴4和从动轴5在直线导轨9上的相对位置。

对于不同长度的工件，只需要在一级工装上有限的调节插销14在一级工装通用安装接口15上的相对位置即可。一级工装通用接口15上有统一标准的安装止口与连接尺寸，从而能很好的保证每次更换工装后的重复定位精度。

如图7、图8所示，所述变位机22还包括分别设置于第二齿轮8和第三齿轮10直径上的两个二级工装，所述两个二级工装结构相同均包括：工件仿形定位部分11和工件夹紧部分12，所述工件仿形定位部分11的一端和工件夹紧部分12的一端分别可拆卸地安装在所在直径的两端，所述工件仿形定位部分11的另一端和工件夹紧部分12的另一端相对应，所述工件夹紧部分12可沿直径方向移动，进行微调，使工件3固定在所述工件仿形定位部分11和工件夹紧部分12之间。所述工件仿形定位部分11和工件夹紧部分12随同第二齿轮8和第三齿轮10一起转动。

针对不同工件只需要对其工程图提供的GD&T、RPS信息进行分析，由于每一套二级工装的设计都遵守N-2-1定位原则，每一种工件都有相应的特定的一套工装与其对应，因此能够充分保证工件装夹定位的重复定位精度。

所述移动滑台24采用精密减速机与同步带驱动滚珠丝杠作为转动部件，伺服电机为驱动原件。比行业内传统的齿轮齿条副传动更加精密。由于滚珠丝杠的传统特性，可以达到趋近于零的反向间隙。从而有效的保证了滑台带动机器人到位的重复定位精度。

所述机器人20采用世界领先的FANUC机器人系统，实用、安全、可靠。所述激光切割系统25采用世界领先的激光切割系统，实用、安全、可靠。所述切割房21为钣金结构房，结构美观大方，能起到很好的隔离有害光线对人眼的伤害，同时配备空调房能保证激光切割系统25的很稳环境。

综上所述，所述第一协调翻转轴2可绕其轴线360°旋转，第二协调翻转轴4、从动轴5和遮光板1可随第一协调翻转轴2的转动而转动，可以实现工件的切割工位和装夹工位的位置变换。操作者在工位一进行装卸工件的同时，工位二可以同时进行工件的切割加工，遮光板1挡在工位一和工位二之间。当工位二加工完毕，同时操作者也装卸工件完毕时，第一协调翻转轴2将自动翻转将工位一与工位二互换位置。装夹工件时，针对不同工件对其工程图提供的GD&T、RPS信息进行分析，选择特定的工装与该工件对应，精确定位并装夹工件。

由上述可知，本发明的有益效果是：根据工件的特定形状、尺寸参数，更换工件仿形定位部分11，并对工件夹紧部分12稍作微调，就能实现任何形状、尺寸的工件自动化控制下的加工。此外，对于长时间使用的工装，可以对已磨损的定位块实现快速更换，从而降低了设备的维护成本。本发明具有高精度、维护成本低、设计理念先进、可实现自动化控制等特点，并且加工产品的质量可控、可靠，对创造经济效益具有更加明显的优势。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种自动激光切割系统，其特征在于，包括机器人(20)、变位机(22)、移动滑台(24)、激光切割系统(25)及控制柜(26)，其中移动滑台(24)设置于变位机(22)的一侧，所述机器人(20)滑动连接在移动滑台(24)上、并与控制柜(26)连接，所述激光切割系统(25)设置于机器人(20)的执行端，用于对装卡在变位机(22)上的工件(3)进行切割；

所述变位机(22)包括：第一协调翻转轴(2)、第二协调翻转轴(4)、从动轴(5)及机架(16)，其中第一协调翻转轴(2)转动安装在机架(16)上，所述第二协调翻转轴(4)和从动轴(5)的一端垂直连接在所述第一协调翻转轴(2)的一侧，所述第二协调翻转轴(4)的对称轴和所述从动轴(5)的对称轴平行，并所述第二协调翻转轴(4)和从动轴(5)可沿第一协调翻转轴(2)的轴线方向移动；工件(3)的两端分别安装在第二协调翻转轴(4)和所述从动轴(5)上，所述第一协调翻转轴(2)可绕其轴线360°旋转，所述第二协调翻转轴(4)和所述从动轴(5)带动工件(3)可随第一协调翻转轴(2)一起转动。

2.根据权利要求1所述的自动激光切割系统，其特征在于，所述第二协调翻转轴(4)有两个、并对称设置在所述第一协调翻转轴(2)的两侧；所述第二协调翻转轴(4)有两个、并对称设置在所述第一协调翻转轴(2)的两侧。

3.根据权利要求2所述的自动激光切割系统，其特征在于，所述变位机(22)进一步包括：两个遮光板(1)、并对称设置在所述第一协调翻转轴(2)的两侧，所述两个第二协调翻转轴(4)分别位于遮光板(1)的两侧、并与遮光板(1)的夹角均为90°；所述两个从动轴(5)分别位于遮光板(1)的两侧、并与遮光板(1)的夹角均为90°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自动激光切割系统，其特征在于，所述变位机(22)进一步包括：工件自转驱动装置，所述工件自转驱动装置包括电动机(6)、第一齿轮(7)、第二齿轮(8)及第三齿轮(10)，其中电动机(6)、第一齿轮(7)及第二齿轮(8)均设置在第二协调翻转轴(4)上、 并第一齿轮(7)设置于电动机(6)的输出轴上，所述第二齿轮(8)转动安装在第二协调翻转轴(4)的端部、并与第一齿轮(7)啮合；所述第三齿轮(10)转动安装在从动轴(5)的一端、并与第二齿轮(8)相对应，所述工件(3)的两端分别与第二齿轮(8)和第三齿轮(10)连接。

5.根据权利要求4所述的自动激光切割系统，其特征在于，所述第二协调翻转轴(4)和从动轴(5)的一端通过一级工装安装在第一协调翻转轴(2)上，所述一级工装包括：直线导轨(9)、统一标准的连接部分(13)、插销(14)及一级工装通用安装接口(15)，其中直线导轨(9)沿轴向设置在所述第一协调翻转轴(2)上，所述一级工装通用安装接口(15)设置在所述直线导轨(9)上，所述插销(14)可插在所述一级工装通用安装接口(15)的插销孔内；所述第二协调翻转轴(4)和从动轴(5)的一端均垂直连接有一个统一标准的连接部分(13)；所述统一标准的连接部分(13)与直线导轨(9)滑动连接、并通过插销(14)和一级工装通用安装接口(15)连接；所述第二协调翻转轴(4)和从动轴(5)可改变在所述直线导轨(9)上的相对位置、并通过插销(14)固定在直线导轨(9)上。

6.根据权利要求5所述的自动激光切割系统，其特征在于，所述变位机(22)还包括分别设置于第二齿轮(8)和第三齿轮(10)直径上的两个二级工装，所述两个二级工装结构相同均包括：工件仿形定位部分(11)和工件夹紧部分(12)，所述工件仿形定位部分(11)的一端可拆卸地安装在所在直径的一端，所述工件夹紧部分(12)的一端安装在所在直径的另一端、并可沿径向移动，所述工件仿形定位部分(11)的另一端和工件夹紧部分(12)的另一端相对应；所述工件仿形定位部分(11)和工件夹紧部分(12)随同第二齿轮(8)和第三齿轮(10)一起转动。

7.根据权利要求6所述的自动激光切割系统，其特征在于，所述自动激光切割系统进一步包括上料辅助机构(23)，所述上料辅助机构(23)设置于变位机(22)的装卡工位一侧，在装夹工件时起辅助支撑工件的作用。

8.根据权利要求7所述的自动激光切割系统，其特征在于，所述自动激 光切割系统进一步包括设置于变位机(22)切割工位一侧的切割房(21)，所述机器人(20)、移动滑台(24)及激光切割系统(25)均设置于切割房(21)内。

9.根据权利要求8所述的自动激光切割系统，其特征在于，所述移动滑台(24)由丝杠螺母传动机构驱动沿装卡在变位机(22)上工件(3)的轴线方向移动。