CN107639352A - 一种激光加工设备及激光加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光加工设备及激光加工方法，属于激光三维加工技术领域，激光加工设备，包括工作台，活动设置在工作台上的沿X轴方向移动的左右移动滑块，活动设置在工作台上的沿Y轴方向移动的前后移动滑块，设置在左右移动滑块上的沿Z轴方向移动的上下移动滑块，设置在上下移动滑块上的切割头，以及设置在前后移动滑块上的旋转轴；所述上下移动滑块上设有激光通道；激光发生器通过激光通道将激光传递给切割头；所述旋转轴上设有用于固定工件的夹持组件。本设备与现有设备相比，结构简单，操作方便，成本低，精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光加工设备及激光加工方法，属于激光三维加工技术领域。
背景技术
三维激光切割机，早在上世纪70年代就已经出现了；在经过全球金属板材加工设备制造领域30多年来的探索发展，在汽车制造、工程机械、航天航空和模具开发等领域获得广泛应用，然而截至目前，国际三维激光切割设备的研发主要依赖德国、意大利和日本等装备制造业发达国家。
我国激光三维切割技术跟国外先进技术还有很大差距，目前我国各地拥有的三维激光切割设备大部分从国外高价进口，在理论研究上也存在一定差距，主要集中在三维零件空间轨迹的实现和三维零件的切割工艺两个方面，对三维零件激光切割过程中的激光-材料-弧面之间的交互作用即三维激光切割机理未作深入研究，而国外早在20世纪70年代就有人开始提出其模型。
目前的三维加工设备，多采用的方法是采用机械手方案或五轴联动切割方案。这种加工方案的技术原理与常规五轴联动数控加工技术相同，只是将聚焦激光光束看作特殊的“激光刀具”，激光焦点的运动轨迹即为加工路径包络线，为了加工复杂曲面上的空间曲线图形，一般需要编制复杂的多轴插补动作数控程序并进行干涉检查，此方法的弊端在于设备成本高，而且联动轴过多导致整体加工精度差，此外设备操作与维护技术难度大。
发明内容
为了弥补上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种成本低、精度高，操作与维护都很方便的激光加工设备及激光加工方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种激光加工设备，包括工作台，活动设置在工作台上的沿X轴方向移动的左右移动滑块，活动设置在工作台上的沿Y轴方向移动的前后移动滑块，设置在左右移动滑块上的沿Z轴方向移动的上下移动滑块，设置在上下移动滑块上的切割头，以及设置在前后移动滑块上的旋转轴；旋转轴能360°旋转；所述上下移动滑块上设有激光通道；激光发生器通过激光通道将激光传递给切割头；所述旋转轴上设有用于固定工件的夹持组件。
采用上述技术方案，由于左右移动滑块能在工作台上水平横向移动，前后移动滑块能在工作台上水平纵向移动，上下移动滑块能在竖直方向移动，旋转轴能自转，在对工件进行激光加工时，只需将左右移动滑块、前后移动滑块、上下移动滑块和旋转轴相互配合移动，就能完成对工件的激光加工，结构较简单，操作与维护都非常方便，同时，造价也低。
进一步的，为了方便且快速地将工件固定在旋转轴上，所述夹持组件包括固定在旋转轴上的基板，以及设于基板上的定位销和锁紧件。
进一步的，为了便于左右移动滑块、前后移动滑块、上下移动滑块分别在X轴、Y轴和Z轴上移动，所述工作台上还设有龙门框架和前后滑动基座，所述左右移动滑块上设有上下移动基座；龙门框架的横梁上设有位于X轴方向上的第一滑轨，所述左右移动滑块滑动连接于第一滑轨上；前后滑动基座位于龙门框架内，设有位于Y轴方向上的第二滑轨，所述前后移动滑块滑动连接于第二滑轨上；上下移动基座上设有位于Z轴方向上的第三滑轨，所述上下移动滑块滑动连接于第三滑轨上。
进一步的，为了简化结构，还包括驱动左右移动滑块移动的第一驱动电机，驱动前后移动滑块移动的第二驱动电机，驱动上下移动滑块移动的第三驱动电机，驱动旋转轴转动的第四驱动电机。
进一步的，为了便于控制左右移动滑块、前后移动滑块、上下移动滑块、旋转轴和激光发射器协同工作，还包括与第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第四驱动电机和激光发射器电性连接的控制装置。
进一步的，为了提高对工件的加工精度，所述旋转轴平行于Y轴方向；所述切割头竖直向下设置，垂直于X轴方向。
本发明还提供了一种激光加工方法，包括如下步骤，
坐标系统的建立：将工件的三维模型建立坐标系统，并将坐标系统录入到激光加工设备的控制装置内；
对工件进行激光加工：将工件通过夹持组件固定在旋转轴上；控制器控制左右移动滑块、前后移动滑块、上下移动滑块、旋转轴和激光发射器相互协同工作，对工件进行加工；
当对工件的平面进行直线切割时，控制器控制旋转轴转动，使得平面与切割头垂直，然后固定旋转轴和上下移动滑块，接着移动左右移动滑块或前后移动滑块；
当从对工件的平面进行直线切割进入到拐角切割时，控制器控制旋转轴匀速转动，同时移动左右移动滑块或前后移动滑块，并控制上下移动滑块随着旋转轴的转动而上下移动，保证切割头与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的拐角切割进入圆弧切割时，控制器控制旋转轴匀速转动，同时控制上下移动滑块随着旋转轴的转动而上下移动，保证切割头与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的圆弧切割进入拐角切割时，控制器控制旋转轴匀速转动，同时控制上下移动滑块随着旋转轴的转动而上下移动，保证切割头与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的拐角切割进入直线切割时，控制器控制旋转轴转动，使得工件的待加工面与切割头垂直，然后固定旋转轴，接着移动左右移动滑块或前后移动滑块。
采用上述技术方案，由于在对工件进行直线切割、拐角切割和圆弧切割时，控制装置均控制切割头到工件上的切割点的距离基本相同，切割时的运动速度基本一致，还有在进行圆弧切割时，激光束与切割点处的切线垂直，使得对工件的切割精度非常高；同时，只需在控制装置上设置参数，即可启动对工件的切割，操作非常方便。
进一步的，在对工件进行切割时，为了保证切割时的精度，在坐标系统的建立过程中，将工件的曲面划分为各个子块，每个子块建立坐标系，每个子块下曲面的外表面的任意位置的法线的下方向与Z轴坐标系统的夹角为85～95°。
进一步的，在激光加工工件时，为了避免激光透过工件，威胁到对其他部件，切割在所述各子块的坐标系下，各子块内部的Z坐标的最大差值小于激光器聚焦后的激光束焦深。
进一步的，为了提高加工质量，工件上与所述切割头的激光束方向平行的陡直面作小圆弧处理。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明一种激光加工设备具体实施例的结构示意图。
附图标记
1 工作台 2 左右移动滑块
21 龙门框架 22 横梁
23 第一滑轨 3 前后移动滑块
31 前后滑动基座 32 第二滑轨
4 上下移动滑块 41 上下滑动基座
42 第三滑轨 5 切割头
6 旋转轴 7 夹持组件
71 基板 72 定位销
73 锁紧件
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1所示，一种激光加工设备，包括工作台1，活动设置在工作台1上的沿X轴方向移动的左右移动滑块2，活动设置在工作台1上的沿Y轴方向移动的前后移动滑块3，设置在左右移动滑块2上的沿Z轴方向移动的上下移动滑块4，设置在上下移动滑块4上的切割头5，设置在前后移动滑块3上的旋转轴6，以及控制装置(图中未示出)；旋转轴6能360°旋转；上下移动滑块4上设有激光通道(图中未示出)；激光发生器(图中未示出)通过激光通道将激光传递给切割头5；旋转轴6上设有用于固定工件的夹持组件7；左右移动滑块2、前后移动滑块3、上下移动滑块4、旋转轴6和激光发射器与控制装置电性连接。在使用本设备时，先将工件通过夹持组件7固定在旋转轴6上，然后控制装置控制左右移动滑块2、前后移动滑块3、上下移动滑块4、旋转轴6和激光发射器按照预设的轨迹进行运行。
进一步的，在其他实施例中，夹持组件7包括固定在旋转轴6上的基板71，以及设于基板71上的定位销72和锁紧件73；在将工件固定在旋转轴6上时，由于工件上已经做有定位孔，只需将工件上的定位孔对准定位销72放置好，然后用锁紧件73将其锁紧，即实现了对工件的固定。
进一步的，在其他实施例中，工作台1上还设有龙门框架21和前后滑动基座31，左右移动滑块2上设有上下移动基座41；龙门框架21的横梁22上设有位于X轴方向上的第一滑轨23，左右移动滑块2滑动连接于第一滑轨23上；前后滑动基座31位于龙门框架21内，设有位于Y轴方向上的第二滑轨32，前后移动滑块3滑动连接于第二滑轨32上；上下移动基座41上设有位于Z轴方向上的第三滑轨42，上下移动滑块4滑动连接于第三滑轨42上。
进一步的，在其他实施例中，还包括驱动左右移动滑块2移动的第一驱动电机(图中未示出)，驱动前后移动滑块3移动的第二驱动电机(图中未示出)，驱动上下移动滑块4移动的第三驱动电机(图中未示出)，驱动旋转轴6转动的第四驱动电机(图中未示出)。
进一步的，在其他实施例中，旋转轴6平行于Y轴方向；切割头5竖直向下设置，垂直于X轴方向；在对工件进行三维建模后，对工件的加工将会更加精确。
本发明还提供了一种激光加工方法，包括如下步骤：
坐标系统的建立：将工件的三维模型建立坐标系统，并将坐标系统录入到激光加工设备的控制装置内；
对工件进行激光加工：将工件通过夹持组件7固定在旋转轴6上；控制器控制左右移动滑块2、前后移动滑块3、上下移动滑块4、旋转轴6和激光发射器相互协同工作，对工件进行加工；
当对工件的平面进行直线切割时，控制器控制旋转轴6转动，使得平面与切割头5垂直，然后固定旋转轴6和上下移动滑块4，接着移动左右移动滑块2或前后移动滑块3；
当从对工件的平面进行直线切割进入到拐角切割时，控制器控制旋转轴6匀速转动，同时移动左右移动滑块2或前后移动滑块3，并控制上下移动滑块4随着旋转轴6的转动而上下移动，保证切割头5与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的拐角切割进入圆弧切割时，控制器控制旋转轴6匀速转动，同时控制上下移动滑块4随着旋转轴6的转动而上下移动，保证切割头5与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的圆弧切割进入拐角切割时，控制器控制旋转轴6匀速转动，同时控制上下移动滑块4随着旋转轴6的转动而上下移动，保证切割头5与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的拐角切割进入直线切割时，控制器控制旋转轴6转动，使得工件的待加工面与切割头5垂直，然后固定旋转轴6，接着移动左右移动滑块2或前后移动滑块3。
进一步的，在其他实施例中，在坐标系统的建立过程中，将工件的曲面划分为各个子块，每个子块建立坐标系，每个子块下曲面的外表面的任意位置的法线的下方向与Z轴坐标系统的夹角为85～95°。
进一步的，在其他实施例中，在所述各子块的坐标系下，各子块内部的Z坐标的最大差值小于激光器聚焦后的激光束焦深。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种激光加工设备，其特征在于：包括工作台，活动设置在工作台上的沿X轴方向移动的左右移动滑块，活动设置在工作台上的沿Y轴方向移动的前后移动滑块，设置在左右移动滑块上的沿Z轴方向移动的上下移动滑块，设置在上下移动滑块上的切割头，以及设置在前后移动滑块上的旋转轴；所述上下移动滑块上设有激光通道；激光发生器通过激光通道将激光传递给切割头；所述旋转轴上设有用于固定工件的夹持组件。
2.根据权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于：所述夹持组件包括固定在旋转轴上的基板，以及设于基板上的定位销和锁紧件。
3.根据权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于：所述工作台上还设有龙门框架和前后滑动基座，所述左右移动滑块上设有上下移动基座；龙门框架的横梁上设有位于X轴方向上的第一滑轨，所述左右移动滑块滑动连接于第一滑轨上；前后滑动基座位于龙门框架内，设有位于Y轴方向上的第二滑轨，所述前后移动滑块滑动连接于第二滑轨上；上下移动基座上设有位于Z轴方向上的第三滑轨，所述上下移动滑块滑动连接于第三滑轨上。
4.根据权利要求3所述的激光加工设备，其特征在于：还包括驱动左右移动滑块移动的第一驱动电机，驱动前后移动滑块移动的第二驱动电机，驱动上下移动滑块移动的第三驱动电机，驱动旋转轴转动的第四驱动电机。
5.根据权利要求4所述的激光加工设备，其特征在于：还包括与第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第四驱动电机和激光发射器电性连接的控制装置。
6.根据权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于：所述旋转轴平行于Y轴方向；所述切割头竖直向下设置，垂直于X轴方向。
7.一种激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
坐标系统的建立：将工件的三维模型建立坐标系统，并将坐标系统录入到激光加工设备的控制装置内；
对工件进行激光加工：将工件通过夹持组件固定在旋转轴上；控制器控制左右移动滑块、前后移动滑块、上下移动滑块、旋转轴和激光发射器相互协同工作，对工件进行加工；
当对工件的平面进行直线切割时，控制器控制旋转轴转动，使得平面与切割头垂直，然后固定旋转轴和上下移动滑块，接着移动左右移动滑块或前后移动滑块；
当从对工件的平面进行直线切割进入到拐角切割时，控制器控制旋转轴匀速转动，同时移动左右移动滑块或前后移动滑块，并控制上下移动滑块随着旋转轴的转动而上下移动，保证切割头与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的拐角切割进入圆弧切割时，控制器控制旋转轴匀速转动，同时控制上下移动滑块随着旋转轴的转动而上下移动，保证切割头与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的圆弧切割进入拐角切割时，控制器控制旋转轴匀速转动，同时控制上下移动滑块随着旋转轴的转动而上下移动，保证切割头与工件上的被切割位置的距离不变，且激光束与切割点处的切线垂直；
当从对工件的拐角切割进入直线切割时，控制器控制旋转轴转动，使得工件的待加工面与切割头垂直，然后固定旋转轴，接着移动左右移动滑块或前后移动滑块。
8.根据权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于：在坐标系统的建立过程中，将工件的曲面划分为各个子块，每个子块建立坐标系，每个子块下曲面的外表面的任意位置的法线的下方向与Z轴坐标系统的夹角为85～95°。
9.根据权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于：在所述各子块的坐标系下，各子块内部的Z坐标的最大差值小于激光器聚焦后的激光束焦深。
10.根据权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于：工件上与所述切割头的激光束方向平行的陡直面作小圆弧处理。
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