CN105108332A - 一种激光加工机床及数控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光加工机床及数控系统，包括高功率激光发生器、激光功率显示仪、光闸、Y轴电机、Z轴电机、水电气安装线路、旋转主轴电机、X轴电机、X轴进给丝杠、Y轴进给丝杠、Z轴进给丝杠、水平电机转盘、机座、激光器电气和综合操纵箱，所述机座一端上设置有激光器电气，所述激光器电气上方从左至右依次设置有高功率激光发生器、激光功率显示仪和光闸，所述机座上方连接设置主轴箱。本发明通过数控系统中配置了CPU处理器和两块PP72／48模块，用来驱动激光加工机床中的X、Y、Z三个直线进给轴电机和平面转盘电机以及旋转主轴的电机运行平稳、加工质量稳定、维修方便，具有良好的静、动态特性。

Description

一种激光加工机床及数控系统

技术领域

本发明涉及激光加工机床及数控系统技术领域，尤其涉及一种激光加工机床及数控系统。

背景技术

自从1960年第一台激光器问世以来，激光产业已经在世界范围内蓬勃发展。激光加工是激光应用的首要领域，为了完成激光加工操作就必须将激光束与加工工件进行相对运动，而激光加工机床就是高性能的激光器与加工工件之间的桥梁。工件经过激光表面热处理，工件表面具有高硬度、耐磨等机械特性，在冶金等行业具有很高的使用价值。

数控激光加工机床是激光束高亮度(高功率)、高方向性特性的一种技术应用。其基本原理是把具有足够功率(或能量)的激光束聚焦(焦点光斑直径可小于0.01mm)后，照射到材料适当的部位，材料接受激光照射能量后，在10-11s内便开始将光能转变为热能，被照部位迅速升温。根据不同的光照参量，材料可以发生气化、熔化、金相组织变化以及产生相当大的热应力，从而达到工件材料被去除、连接、改性和分离等加工目的。激光焊接是用激光作为热源对材料进行加热，使材料熔化而联接的工艺方法。激光可对高熔点材料进行焊接，不仅能焊接同种材料，而且可以焊接不同的材料，甚至还可以焊接金属与非金属材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种激光加工机床及数控系统。

本发明通过以下技术方案实现：一种激光加工机床及数控系统，包括高功率激光发生器、激光功率显示仪、光闸、Y轴电机、Z轴电机、水电气安装线路、旋转主轴电机、X轴电机、X轴进给丝杠、Y轴进给丝杠、Z轴进给丝杠、水平电机转盘、机座、激光器电气和综合操纵箱，所述机座一端上设置有激光器电气，所述激光器电气上方从左至右依次设置有高功率激光发生器、激光功率显示仪和光闸，所述机座上方连接设置主轴箱，所述主轴箱上设置有旋转主轴电机，所述机座上方通过设置机柱连接设置有工作台，所述工作台上设置有Y轴电机和Z轴电机，所述机柱内部设置有水电气安装线路，所述机座的另一端上设置有X轴电机和综合操纵箱，所述Y轴电机、Z轴电机、旋转主轴电机和X轴电机通过水电气安装线路分别与综合操纵箱相连，所述机座右端连接设置有水平电机转盘，所述X轴电机、Y轴电机和Z轴电机上分别对应连接设置有X轴进给丝杠、Y轴进给丝杠和Z轴进给丝杠，所述综合操纵箱内部设置有CPU处理器、两块PP72／48模块和电源模块，所述机座上设置有机床控制面板和机床电气，所述高功率激光发生器上设置有激光器控制面板。

作为优选，所述综合操纵箱上设置有接口隔离器、NC键盘和电子手轮，所述CPU处理器通过接口隔离器与个人计算机相连，所述NC键盘和电子手轮分别与CPU处理器相连，所述CPU处理器通过信号线依次与两块PP72／48模块相连，其中一块PP72／48模块通过信号线分别与机床控制面板和机床电气相连，另一块PP72／48模块通过信号线分别与激光器控制面板和激光电气相连，所述电源模块的总线模块通过导线依次与两块PP72／48模块相连。

作为优选，所述Y轴电机、Z轴电机、旋转主轴电机和X轴电机通过通过信号电缆分别与电源模块的功率模块相连，所述电源模块内部总线模块通过电机电缆分别与Y轴电机、Z轴电机、旋转主轴电机和X轴电机相连。

作为优选，所述电源模块连接设置有主电源接口。

作为优选，所述综合操纵箱上设置有触摸操作显示屏和控制按钮。

作为优选，所述机座内底部设置减震装置，所述机座上方设置有移动导轨。

本发明通过数控系统中配置了CPU处理器和两块PP72／48模块，用来驱动激光加工机床中的X、Y、Z三个直线进给轴电机和平面转盘电机以及旋转主轴的电机。X、Y、Z三个直线进给轴分别由交流数字伺服电机驱动实现激光束在不同坐标上的三维联动，平面转盘和旋转主轴也采用交流数字伺服电机驱动，实现不同的加工速度要求。系统根据工件加工的要求通过X、Y、Z三个直线进给轴和平面转盘或与旋转主轴结合完成四轴联动。激光准直装置可以保证准确定位激光束在加工工件上的位置及光斑的大小。直线进给轴X、Y、Z在机床上都装有相应的限位开关保证机床进给量程。机床相应位置装有改变光束方向的反射镜，并根据实际要求带有一定聚光性，保证合格的光束到达工件表面；

激光加工机床能够对电力、冶金、有色金属冶炼、模具、汽车制造、制糖等行业的贵重零部件如轧锟、轴、齿轮、模具等进行激光表面热处理；运行平稳、加工质量稳定、维修方便，具有良好的静、动态特性；内设数控、内置PLC、驱动装置之间所有的通讯连接均通过一个接口来实现的，因此大大地简化了安装和接线，而且抗干扰能力也有所提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明数控系统硬件的连接框图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明；下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1-2所示，本发明涉及一种激光加工机床及数控系统，包括高功率激光发生器1、激光功率显示仪2、光闸3、Y轴电机4、Z轴电机5、水电气安装线路6、旋转主轴电机7、X轴电机8、X轴进给丝杠9、Y轴进给丝杠14、Z轴进给丝杠15、水平电机转盘10、机座11、激光器电气12和综合操纵箱13，所述机座11一端上设置有激光器电气12，所述激光器电气12上方从左至右依次设置有高功率激光发生器1、激光功率显示仪2和光闸3，所述机座11上方连接设置主轴箱，所述主轴箱上设置有旋转主轴电机7，所述机座11上方通过设置机柱连接设置有工作台，所述工作台上设置有Y轴电机4和Z轴电机5，所述机柱内部设置有水电气安装线路6，所述机座1的另一端上设置有X轴电机8和综合操纵箱13，所述Y轴电机4、Z轴电机5、旋转主轴电机7和X轴电机8通过水电气安装线路6分别与综合操纵箱13相连，所述机座11右端连接设置有水平电机转盘10，所述X轴电机8、Y轴电机4和Z轴电机5上分别对应连接设置有X轴进给丝杠9、Y轴进给丝杠14和Z轴进给丝杠15，所述综合操纵箱13内部设置有CPU处理器、两块PP72／48模块和电源模块，所述机座11上设置有机床控制面板和机床电气，所述高功率激光发生器1上设置有激光器控制面板。

所述综合操纵箱13上设置有接口隔离器、NC键盘和电子手轮，所述CPU处理器通过接口隔离器与个人计算机相连，所述NC键盘和电子手轮分别与CPU处理器相连，所述CPU处理器通过信号线依次与两块PP72／48模块相连，其中一块PP72／48模块通过信号线分别与机床控制面板和机床电气相连，另一块PP72／48模块通过信号线分别与激光器控制面板和激光电气相连，所述电源模块的总线模块通过导线依次与两块PP72／48模块相连。

所述Y轴电机4、Z轴电机5、旋转主轴电机7和X轴电机8通过通过信号电缆分别与电源模块的功率模块相连，所述电源模块内部总线模块通过电机电缆分别与Y轴电机4、Z轴电机5、旋转主轴电机7和X轴电机8相连。

所述电源模块连接设置有主电源接口。

所述综合操纵箱13上设置有触摸操作显示屏和控制按钮。

所述机座11内底部设置减震装置，所述机座11上方设置有移动导轨。

综上所述，本发明通过数控系统中配置了CPU处理器和两块PP72／48模块，用来驱动激光加工机床中的X、Y、Z三个直线进给轴电机和平面转盘电机以及旋转主轴的电机。X、Y、Z三个直线进给轴分别由交流数字伺服电机驱动实现激光束在不同坐标上的三维联动，平面转盘和旋转主轴也采用交流数字伺服电机驱动，实现不同的加工速度要求。系统根据工件加工的要求通过X、Y、Z三个直线进给轴和平面转盘或与旋转主轴结合完成四轴联动。激光准直装置可以保证准确定位激光束在加工工件上的位置及光斑的大小。直线进给轴X、Y、Z在机床上都装有相应的限位开关保证机床进给量程。机床相应位置装有改变光束方向的反射镜，并根据实际要求带有一定聚光性，保证合格的光束到达工件表面。

操纵箱集成了PROFIBUS接口、键盘、三个手轮接口以及PCMCIA接口(用于数据备份)；各软件部件集成于CPU处理器；同时配有彩色TFT液晶显示屏，个人计算机通过RS232接口对系统进行初始化文件的安装、用户PLC应用程序的安装及系统调试；

每个PP72／48模块具有72位数字量输入和48位数字量输出。系统考虑到机床控制面板、机床电气输入输出量、激光器控制面板及激光器电气输入输出量的具体数目，采用两块PP72／48模块。根据系统要求第一块PP72／48模块专用于机床控制子系统，第二块PP72／48模块专用于激光器控制子系统；

机床控制面板由于是与激光加工机床配套使用，因此根据要求自己设计然后通过扁平电缆与PP72／48模块连接。即MCP的所有按键输入信号和指示灯信号以及相应的控制输出信号均使用PP72／48模块的输入输出点。这其中主要包括激光加工机床的开关光闸控制、气动电磁阀的控制、激光准直系统控制、供水系统控制、机床急停控制、手动加工状态和自动加工状态控制、各坐标轴的选择及进给增量和方向控制、相应指示状态的显示等。可以手动控制各轴运动完成加工任务，也可选择自动加工状态，由NC键盘输入工件的加工程序并在显示屏上显示，CPU运行加工程序控制四轴联动完成复杂的加工任务。

激光器控制面板是控制激光发生器的专用控制面板，包括激光器紧急停止控制、激光功率输出调节控制、激光器的冷水机控制及相应水温显示、激光器的充排气控制、激光器运行控制、激光器运行的电压、电流、气压、功率显示及相应状态指示灯等。面板的所有按键输入信号和指示灯信号以及控制输出量均使用PP72／48模块的输入输出点。

实际应用中，设备主要是工作在车间厂房，考虑到环境的复杂、各种电气设备间的相互影响，同时要保证机床控制系统和激光发生器控制系统之间的相互独立、互不影响，整个系统采取了以下抗干扰措施来提高系统工作的稳定性。

　　(1)激光加工机床主电源和激光发生器主电源由不同的回路供电。

　　(2)在激光加工机床主电源和电源模块之间配备电抗器。

　　(3)激关加工机床系统的24V直流电源先由380VAC／220VAC隔离变压器变换、再由220VAC／24VDC变压器变换得到。

　　(4)系统中的各部件PE接地通过6mm：接地线分别接到接地排，然后集中到一点接地。

　　(5)PROFIBUS总线电缆采用专用带屏蔽网的电缆。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

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 (6)

1.一种激光加工机床及数控系统，其特征在于，包括高功率激光发生器（1）、激光功率显示仪（2）、光闸（3）、Y轴电机（4）、Z轴电机（5）、水电气安装线路（6）、旋转主轴电机（7）、X轴电机（8）、X轴进给丝杠（9）、Y轴进给丝杠（14）、Z轴进给丝杠（15）、水平电机转盘（10）、机座（11）、激光器电气（12）和综合操纵箱（13），所述机座（11）一端上设置有激光器电气（12），所述激光器电气（12）上方从左至右依次设置有高功率激光发生器（1）、激光功率显示仪（2）和光闸（3），所述机座（11）上方连接设置主轴箱，所述主轴箱上设置有旋转主轴电机（7），所述机座（11）上方通过设置机柱连接设置有工作台，所述工作台上设置有Y轴电机（4）和Z轴电机（5），所述机柱内部设置有水电气安装线路（6），所述机座（1）的另一端上设置有X轴电机（8）和综合操纵箱（13），所述Y轴电机（4）、Z轴电机（5）、旋转主轴电机（7）和X轴电机（8）通过水电气安装线路（6）分别与综合操纵箱（13）相连，所述机座（11）右端连接设置有水平电机转盘（10），所述X轴电机（8）、Y轴电机（4）和Z轴电机（5）上分别对应连接设置有X轴进给丝杠（9）、Y轴进给丝杠（14）和Z轴进给丝杠（15），所述综合操纵箱（13）内部设置有CPU处理器、两块PP72／48模块和电源模块，所述机座（11）上设置有机床控制面板和机床电气，所述高功率激光发生器（1）上设置有激光器控制面板。

2.根据权利要求1所述的一种激光加工机床及数控系统，其特征在于，所述综合操纵箱（13）上设置有接口隔离器、NC键盘和电子手轮，所述CPU处理器通过接口隔离器与个人计算机相连，所述NC键盘和电子手轮分别与CPU处理器相连，所述CPU处理器通过信号线依次与两块PP72／48模块相连，其中一块PP72／48模块通过信号线分别与机床控制面板和机床电气相连，另一块PP72／48模块通过信号线分别与激光器控制面板和激光电气相连，所述电源模块的总线模块通过导线依次与两块PP72／48模块相连。

3.根据权利要求1所述的一种激光加工机床及数控系统，其特征在于，所述Y轴电机（4）、Z轴电机（5）、旋转主轴电机（7）和X轴电机（8）通过通过信号电缆分别与电源模块的功率模块相连，所述电源模块内部总线模块通过电机电缆分别与Y轴电机（4）、Z轴电机（5）、旋转主轴电机（7）和X轴电机（8）相连。

4.根据权利要求1所述的一种激光加工机床及数控系统，其特征在于，所述电源模块连接设置有主电源接口。

5.根据权利要求1所述的一种激光加工机床及数控系统，其特征在于，所述综合操纵箱（13）上设置有触摸操作显示屏和控制按钮。

6.根据权利要求1所述的一种激光加工机床及数控系统，其特征在于，所述机座（11）内底部设置减震装置，所述机座（11）上方设置有移动导轨。