CN106181061B - 用于实现圆孔切割的激光加工装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于实现圆孔切割的激光加工装置和方法，该激光加工装置设置在机器人或切割设备的终端轴上，包括：激光头、激光头安装支架、直线传动装置和旋转轴，其中，所述旋转轴安装在所述运动机构上，所述直线传动装置安装在所述旋转轴底部，所述激光头通过激光头安装支架与所述直线传动装置连接，所述旋转轴的中心线与所述激光头的中心线平行。本发明在机器人或切割设备的终端轴上增加了直线传动装置和平行于激光头中心线的旋转轴，通过直线传动装置的定位和旋转轴的旋转，配合实现对圆孔的激光加工，提高了加工精度。

Description

用于实现圆孔切割的激光加工装置和方法
技术领域
本发明涉及切割领域，特别涉及一种用于实现圆孔切割的激光加工装置和方法。
背景技术
目前所有的激光切割机在切割圆孔时，都是采用多轴差补的方式，形成激光头的圆孔轨迹。在做三维加工时，五轴加工机床或六轴机器人的各个轴都需要参与运动来形成圆孔的轨迹，受最大加速度的限制，这会导致那些负载转动惯量大的轴无法实现大加速度运动，从而导致目前激光切割机在切割直径小的圆孔时都远比切割直线或小曲率弧线时要慢许多。在大批量激光切割生产时，效率是致命的因素。且在进行小圆孔加工时，控制精度也会受到影响，加工出来的圆孔的圆度精度和孔径精度较低。
发明内容
本发明提供一种用于实现圆孔切割的激光加工装置和方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于实现圆孔切割的激光加工装置，该激光加工装置设置在机器人或切割设备(如机床)末端的运动机构上，包括：激光头、激光头安装支架、直线传动装置和旋转轴，其中，所述旋转轴安装在所述运动机构上，所述直线传动装置安装在所述旋转轴底部，所述激光头通过激光头安装支架与所述直线传动装置连接，所述旋转轴的中心线与所述激光头的中心线平行。
作为优选，所述直线传动装置包括：与所述旋转轴连接的直线传动支架、安装在所述直线传动支架上的直线转动轴以及驱动所述直线转动轴转动的直线驱动电机，其中，所述激光头安装支架与所述直线传动轴连接。
作为优选，所述直线转动轴采用丝杆组件。
作为优选，所述丝杆组件包括与直线驱动电机连接的丝杆和与所述激光头安装支架连接的滑块。
作为优选，所述激光头包括激光器和随动轴，所述随动轴安装在所述激光头安装支架上且能够带动所述激光器沿轴向直线运动。
本发明还提供一种用于实现圆孔切割的激光加工方法，包括：
在机器人或切割设备末端的运动机构上安装所述的激光加工装置；
根据要加工圆孔的直径，直线传动装置调整所述激光头的中心线与所述旋转轴中心线之间的距离，使该距离等于圆孔直径的一半；
机器人或切割设备末端的运动机构驱动所述旋转轴旋转，继而带动所述激光头围绕所述旋转轴的中心线旋转，切割圆孔。
作为优选，在切割圆孔前，根据要加工产品的厚度调节激光头的高度。
作为优选，当切割大小不一的多个圆孔时，直线传动装置根据待切割的圆孔的大小，实时调整所述激光头的位置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明在机器人或切割设备的终端轴上增加了一个垂直于激光头中心线的直线传动装置和平行于激光头中心线的旋转轴，该直线传动装置具有高精度的定位和重复定位功能、旋转轴具有较高的旋转精度。
2、本发明改插补加工圆孔为旋转加工圆孔，孔的直径和圆度公差都得以提高。
3、本发明中的切割圆孔的旋转轴是放在机器人或切割设备的终端轴，做单一圆周运动，负载转动惯量很小，很容易实现较大的加速度，并且机器人或切割设备的其他各轴在切割圆孔时都处于静止状态，不参与任何运动，从而实现高速圆孔切割。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式中用于实现圆孔切割的激光加工装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供一种用于实现圆孔切割的激光加工装置，该激光加工装置设置在机器人或切割设备(如机床)末端的运动机构上，包括：激光头1、激光头1安装支架2、直线传动装置3和旋转轴4，其中，所述旋转轴4安装在所述运动机构上，所述直线传动装置3安装在所述旋转轴4底部，所述激光头1通过激光头安装支架2与所述直线传动装置3连接，且所述旋转轴4的中心线与所述激光头1的中心线平行。其中，所述旋转轴4能够由机器人或者机床的运动机构驱动，带动激光头1以所述旋转轴4的中心线旋转，实现圆形切割，所述直线传动装置3用于调节所述激光头1的位置，进而可以适应不同孔径的圆形切割。本发明的激光加工装置的结构简单，且安装在机器人或者机床的末端，仅作单一的圆周运动，负载转动惯量很小，很容易实现较大的加速度，并且机器人或机床的其他各轴在切割圆孔时都处于静止状态，不参与任何运动，从而实现高速圆孔切割。
作为优选，所述直线传动装置3包括：与所述旋转轴4连接的直线传动支架31、安装在所述直线传动支架31上的直线转动轴32以及驱动所述直线转动轴32转动的直线驱动电机33，其中，所述激光头安装支架2与所述直线转动轴32连接。所述直线转动轴32采用丝杆组件，所述丝杆组件包括与直线驱动电机33连接的丝杆和与所述激光头安装支架2连接的滑块。通过丝杠组件调节距离，可以实现对圆形孔径的精确控制。
作为优选，所述激光头1包括激光器和随动轴，所述随动轴安装在所述激光头安装支架2上且能够带动所述激光器沿轴向直线运动，也即是说，所述激光头1在垂向上与产品之间的距离可调。
继续参照图1，本发明还提供一种用于实现圆孔切割的激光加工方法，包括：
在机器人或切割设备(机床)末端的运动机构上安装所述的激光加工装置；
根据要加工圆孔的直径，直线传动装置3调整所述激光头1的中心线与所述旋转轴4中心线之间的距离，使该距离等于圆孔直径的一半；
根据要加工产品的厚度转动随动轴以调节激光头1的高度；
机器人或机床末端的运动机构驱动所述旋转轴4旋转，继而带动所述激光头1围绕所述旋转轴4的中心线旋转，切割圆孔。
作为优选，当切割大小不一的多个圆孔时，直线传动装置3根据待切割的圆孔的大小，实时调整所述激光头1的位置。
综上，本发明提供一种用于实现圆孔切割的激光加工装置和方法，该激光加工装置设置在机器人或切割设备的终端轴上，包括：激光头1、激光头1安装支架2、直线传动装置3和旋转轴4，其中，所述旋转轴4安装在所述运动机构上，所述直线传动装置3安装在所述旋转轴4底部，所述激光头1通过激光头安装支架2与所述直线传动装置3连接，且所述旋转轴4的中心线与所述激光头1的中心线平行。本发明在机器人或切割设备的终端轴上增加了直线传动装置3和平行于激光头1中心线的旋转轴4，通过直线传动装置3的定位和旋转轴4的旋转，配合实现对圆孔的激光加工，提高了加工精度。本发明改插补加工圆孔为旋转加工圆孔，孔的直径和圆度公差都得以提高。本发明中的切割圆孔的旋转轴4是放在机器人或切割设备的终端轴，做单一圆周运动，负载转动惯量很小，很容易实现较大的加速度，并且机器人或切割设备的其他各轴在切割圆孔时都处于静止状态，不参与任何运动，从而实现高速圆孔切割。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于实现圆孔切割的激光加工装置，其特征在于，该激光加工装置设置在机器人或切割设备的终端轴上，包括：激光头、激光头安装支架、直线传动装置和旋转轴，其中，所述旋转轴安装在所述机器人或切割设备的终端轴上，所述直线传动装置安装在所述旋转轴底部，所述直线传动轴中心线与旋转轴中心线垂直，所述激光头通过激光头安装支架与所述直线传动装置连接，所述旋转轴的中心线与所述激光头的中心线平行且中心线间距由所述直线装置调节，所述激光头切割圆孔时的路径轨迹由所述旋转轴旋转完成。
2.如权利要求1所述的用于实现圆孔切割的激光加工装置，其特征在于，所述直线传动装置包括：与所述旋转轴连接的直线传动支架、安装在所述直线传动支架上的直线转动轴以及驱动所述直线转动轴转动的直线驱动电机，其中，所述激光头安装支架与所述直线传动轴连接。
3.如权利要求2所述的用于实现圆孔切割的激光加工装置，其特征在于，所述直线转动轴采用丝杆组件。
4.如权利要求3所述的用于实现圆孔切割的激光加工装置，其特征在于，所述丝杆组件包括与直线驱动电机连接的丝杆和与所述激光头安装支架连接的滑块。
5.如权利要求1所述的用于实现圆孔切割的激光加工装置，其特征在于，所述激光头包括激光器和随动轴，所述随动轴安装在所述激光头安装支架上且能够带动所述激光器沿轴向直线运动。
6.一种用于实现圆孔切割的激光加工方法，其特征在于，包括：
在机器人或切割设备的终端轴上安装如权利要求1-5任意一项所述的激光加工装置；
根据要加工圆孔的直径，直线传动装置调整所述激光头的中心线与所述旋转轴中心线之间的距离，使该距离等于圆孔直径的一半；
机器人或切割设备的终端轴驱动所述旋转轴旋转，继而带动所述激光头围绕所述旋转轴的中心线旋转，切割圆孔。
7.如权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，在切割圆孔前，根据要加工产品的厚度调节激光头的高度。
8.如权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，当切割大小不一的多个圆孔时，直线传动装置根据待切割的圆孔的大小，实时调整所述激光头的位置。
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