CN105290609A - 激光切割二次定位的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光切割二次定位的应用方法，可以处理已成型工件外形不变重新开孔的返修问题。首先将其原来的孔修补、探伤，在对其强度要求没有影响的情况下，用二次定位方法，在工艺要求的准确位置重新开孔。该方法达到了高效快速修复工件的目的，解决了利用传统机床设备返修钣金工件的孔及切口效率低、耗时长、成型难的问题。

Description

激光切割二次定位的应用方法

技术领域

本发明介绍了一种激光切割二次定位的应用方法，可以处理已成型工件外形不变重新开孔的返修问题。

背景技术

备料车间作为机车生产最重要的车间之一，主要承担着机车钣金类工件的分离、加工、成型过程。根据精益生产的主旨，我们在生产过程中必须保证产品的质量，通过质量检测，将达不到工艺要求的不合格产品筛选出来。这样的不合格品有的是小批量，也有因为设计图纸更改，工艺文件更改，人工失误，以及设备精度达不到要求等原因导致的大批量不合格产品。考虑到生产过程中必须尽可能的降低生产成本，减少原材料浪费，车间对于大批量的报废工件需要进行返修后，在符合工艺标准及质量要求的前提下继续投入使用。

许多钣金类成型工件带有孔或者切口，这部分工件在返修过程中往往困难重重。如下几种工件(见图2)，需要经过多道工序才能完成返修任务。首先要将其原来的孔修补、探伤，在对其强度要求没有影响的情况下，然后在工艺要求的准确位置重新开孔。孔(圆孔、方形孔、长圆孔、其它切口等)重新定位时，要先划线、打样冲，然后还需要在重新定位切口过程中或者钻孔过程中制作支撑架、比对模板等辅助工装才能够完成。我们知道，划线、打样冲、钻孔这类工序必须在每个工件上分别执行，这样就会导致生产工时长，耗费人力多，返修成本高的问题。

备料车间在机车板材零件生产方面起着至关重要的作用。为满足生产需求，提高生产效率，车间引入了五台数控激光切割机设备。激光切割机利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，产生足够的热量，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件高速分离。此种激光切割设备具有切割质量好、切割效率高、切割速度快的特点，是现阶段分离工序的主流设备。本领域技术人员就是利用激光切割机的高效快速切割能力，经过分析研究与多次试验，设计一种新的返修工艺方案。利用激光切割机的二次定位方法，处理已成型工件外形不变重新开孔的返修问题。首先将其原来的孔修补、探伤，在对其强度要求没有影响的情况下，用二次定位方法，在工艺要求的准确位置重新开孔。此工艺方案达到了高效快速修复工件的目的，解决了利用传统机床设备返修钣金工件的孔及切口效率低、耗时长、成型难的问题，直接降低了生产成本，提高了生产效率，减少了人力、材料等资源浪费。

发明内容

为了解决上述技术和其他方面的问题，本发明的目的在于提供一种激光切割二次定位的应用方法，用以解决已成型工件外形不变重新开孔及切口返修效率低的问题，以节约成本，提高生产效率并保证工件质量。

一种激光切割二次定位的应用方法利用数控激光切割机完成重新定位、分离。数控激光切割机具有精度高、速度快、热影响区小，不易变形、性价比极高、使用成本低、后续维护费用低、性能稳定，保证持续生产的优点。用数控激光切割机返修后的工件比传统机床设备返修后的工件表面文化状态更好，切口更整齐。

进一步的，该方法可以完成圆孔、长圆孔、方形孔、多边形孔等各种平面孔的切割，孔及切口的承载工件可以是平板件、角钢、型钢、折弯件、凹槽等任意平面带孔及切口的已成型钣金工件。

进一步的，该方法所述的工艺方案快速高效，一套数控程序可以完成同种工件的大批量返修。

该方法的特点是：返修工件过程不用划线，打样冲，钻孔等工序。利用数控激光切割机的先进性直接通过修改二维分离展开图、编制切割程序，完成孔及切口的重新定位过程，在分离过程中只需制作简易工装，然后重复定位切割即可。返修过程简单有效，可以减少浪费，提高效率。

附图说明

图1为利用激光切割机二次定位方法返修已成型工件图；

图2为现有技术示意图；

图3为需返修的已报废工件示意图；

图4为返修的已报废工件示意图；

图5为该方法编程所用的平面展开图；

图6为简易定位工装立体图；

图7为一种激光切割二次定位的应用方法流程图。

具体实施方式

为了节省原材料，降低生产成本，减少资源浪费，车间必须对一部分报废工件进行返修。利用传统机床处理已成型钣金工件外形不变重新开孔的返修问题，工序流程复杂，耗费人力多，返修成本大。

备料车间有五台数控激光切割设备，其特点是：精度高、速度快、热影响区小，不易变形、性价比极高、使用成本低、后续维护费用低、性能稳定，可以保证钣金工件的分离任务持续进行。数控激光切割机可以在完成首次切割任务后，重复定位、切割工件内的任意部件。

由于备料车间激光切割机设备功率的限制，该方法只能用于修复板厚t≤20mm的钣金工件。除此之外，因为激光切割机喷嘴具有自动探测板材平面距喷嘴高度的功能，所以只能切割平面上的孔及切口，无法完成曲面上的切割任务。

数控激光切割机工作台上有格栅，格栅在设备上起着支撑板材与工件的作用。工件在工作台的格栅上无法进行固定，针对不同的工件，必须制作相应的简易工装才能完成该返修工艺方案。

在以前的生产过程中，返修带孔已成型工件不仅需要制作大型工装进行夹紧定位，还要划线，打样冲，然后利用钻床完成所有孔的加工任务。但在实际生产中不仅费时费力，还需要极长的生产周期，而且生产出来的尺寸精度不易保证，废品率高，加工出来的工件无法满足工艺要求。为此，本领域技术人员特别研究了数控激光切割机能否完成对此类工件上孔及切口的切割，以此来满足机车生产的要求。通过多次尝试，发现激光切割孔及切口的外观和切割质量不但可以达到工件的工艺要求，而且极大地提升了返修工件的效率。但是遇到的主要问题就是无法在这类工件(平板、折弯件、槽钢、角钢等)上确定有效的固定定位原点，而且激光切割头喷出的切割气体也会使加工工件发生移动，直接导致切割出来的孔位置偏差较大。针对这种情况，本发明人尝试通过激光切割的二次定位方法来实现带孔平板工件及其他已成型钣金工件的孔成型返修任务。

首先，以修改后的工件二维展开图为背景，按照切割平面板材的方法编制程序；其次，根据工件特有外形，制作专用定位工装；然后，利用机床的模拟功能先走一遍程序找准定位；最后，将工件放置在工装上经过二次定位让切割头去探测工件表面的高度，这样就完全可以用数控激光切割机在平板、折弯件及其它型材上进行切割返修。

本领域技术人员以某一报废工件的孔成型返修过程为例，来试验激光切割二次定位在返修带孔及切口类钣金工件中的应用(见图1、图3)。该工件为长度500mm，宽度120mm，高度75mm的折弯工件，其上有2个20×75的长圆孔。具体定位尺寸如图所示。现在要将图上原长圆孔进行补焊、探伤，经检验合格后，重新在工件上定位两个新的长圆孔，即以旧孔位置沿长度方向平移35mm。(见图4)。

根据激光切割机平面板材切割工艺守则，用CAD二维制图绘制平面展开图。然后利用激光专用编程软件编制数控程序。(见图5)

数控激光切割机工作台上有格栅，格栅在设备上起着支撑板材与工件的作用。工件在工作台的格栅上无法进行固定。为此，本发明人专门设计了一套简易工装来完成工件的固定(见图6)。

如图7所示，该方法操作步骤如下：

步骤一，首先在工作台上放置1张母材(t12×1000×800)，从母材上直接切割出所需要的定位板(700×320)，然后从定位板上切割出图5所示平板工件，将其从定位板上拿下来，这样就在定位板上留出来一个跟平板工件大小一样的定位孔。

步骤2、这时可利用设备的伺服控制系统记住此时定位板的工件零点坐标。这样定位板是嵌套在母材中间的，就能保证定位板位置始终保持不变。定位板上设有一长条状方形孔。长条状孔可以固定返修工件的位置，保证在切割返修工件上的长圆孔时，长圆孔定位不变。

步骤3、将准备好的返修工件放入定位板定位方形孔中。注意，放置后需要调整激光切割头，使激光切割头Z轴向的坐标值必须保证大于工件与工装总高度的补偿值(Z轴切割头高度设为100mm，工件与工装总高度的补偿值为75mm)。(见图1)

步骤4、调取图5所示的切割程序，让切割头从机床参考点自动运动到机床零点位置，然后手动偏移工件零点至机床已经记住的工件零点坐标值，即定位板二次定位的工件零点。经过二次定位后，使激光切割头利用机床的模拟功能在不进行切割的状态下自动走完外轮廓后，再去探测返修工件上表面的高度，精确调整切割工艺参数后，就可以开始进行在工件上表面切割长圆孔的加工任务。第一件工件的长圆孔切割成型以后，暂停加工程序，重新放置新的工件，再进行重复定位切割。这样，成批量的工件加工完毕后，切割出的产品具有切口光滑、孔标准化高、无毛刺的特点，完全达到了工艺要求。

该方法节省了车间生产原材料，降低了返修工件的报废率，保证了返修工件外观及质量标准，推动了车间生产进度。

综上所述，本车间使用改进后的返修方案，对于提高企业的竞争力，理顺车间的生产管理起到了推动作用；给车间节约了生产成本，提高了产品合格率，降低了公司经济损失；在保证生产进度的情况下也大大的提高了工作和生产效率；此切割方法还可以应用到变形后的钢板孔成型加工。

本发明提供的一种激光切割二次定位的应用方法并不局限于变形工件的返修使用，还可以在变形后的钢板上完成切割分离。总之，以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的技术范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种激光切割二次定位的应用方法，其特征在于,该方法通过将其原来的孔修补、探伤，在对其强度要求没有影响的情况下，用二次定位方法，在工艺要求的准确位置重新开孔。

2.根据权利要求1所述的一种激光切割二次定位的应用方法，其特征在于,该方法还包括可利用设备的伺服控制系统记住此时定位板的工件零点坐标。这样定位板是嵌套在母材中间的，就能保证定位板位置始终保持不变。

3.根据权利要求2所述的一种激光切割二次定位的应用方法，其特征在于,所述定位板上设有一长条状方形孔。长条状孔可以固定返修工件的位置，保证在切割返修工件上的长圆孔时，长圆孔定位不变。

4.根据权利要求1所述的一种激光切割二次定位的应用方法，其特征在于,该方法包括如下步骤：

步骤1、首先在工作台上放置1张母材(t12×1000×800)，从母材上直接切割出所需要的定位板(700×320)，然后从定位板上切割出平板工件，将其从定位板上拿下来，这样就在定位板上留出来一个跟平板工件大小一样的定位孔；

步骤2、可利用设备的伺服控制系统记住此时定位板的工件零点坐标。这样定位板是嵌套在母材中间的，就能保证定位板位置始终保持不变，定位板上设有一长条状方形孔，长条状孔可以固定返修工件的位置，保证在切割返修工件上的长圆孔时，长圆孔定位不变；

步骤3、将准备好的返修工件放入定位板定位方形孔中。注意，放置后需要调整激光切割头，使激光切割头Z轴向的坐标值必须保证大于工件与工装总高度的补偿值(Z轴切割头高度设为100mm，工件与工装总高度的补偿值为75mm)。

步骤4、调取切割程序，让切割头从机床参考点自动运动到机床零点位置，然后手动偏移工件零点至机床已经记住的工件零点坐标值，即定位板二次定位的工件零点，经过二次定位后，使激光切割头利用机床的模拟功能在不进行切割的状态下自动走完外轮廓后，再去探测返修工件上表面的高度，精确调整切割工艺参数后，就可以开始进行在工件上表面切割长圆孔的加工任务，第一件工件的长圆孔切割成型以后，暂停加工程序，重新放置新的工件，再进行重复定位切割。