CN108080802B - 一种三维激光切割智能机器人及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种三维激光切割智能机器人，包括电气底座、承载装置、夹持装置、切割装置，通过三维操控，有效的解决了机械加工制造过程中的冲孔精度不精确的问题，在较厚的板件、三维板件的切割过程中，实现了精确的操纵，尤其对曲线切割时过程更加简单化、智能化、耗时及成本低，解决实际生产中的难题，提高生产效率精确度极高，制作成本低，作用显著增强，也大大提高了整体的高效性和操作的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及切割领域，更具体地讲，涉及一种三维激光切割智能机器人。
背景技术
激光加工技术发展迅速，应用范围日趋广阔，激光被誉为“万能加工工具”、“未来制造系统的共同加工手段”。激光切割以其切割范围广、切割速度高、切缝窄、切割质量好、热影响区小、加工柔性大等优点在现代工业中得到极为广泛的应用，激光切割技术成为激光加工技术中应用最广也是最成熟的技术之一。伴随着现代快速成型技术的发展，激光加工技术的重要性越来越得到显现。
然而目前激光切割的工业生产自动化程度不是很高，在较厚的板件、三维板件的切割过程中，目前的冲孔机构无法精确的操纵，而且曲线切割时过程复杂、质量差、耗时及成本高，这样会造成严重的操作误差，对生产制造造成极大的经济损失，已经越来越不能满足工业生产的要求，因此，针对这一现状，迫切需要开发一种新型的三维激光切割智能机器人，以满足实际使用的需要。
发明内容
因此，针对现有技术上存在的不足，提供本发明的示例以基本上解决由于相关领域的限制和缺点而导致的一个或更多个问题，安全性和可靠性大幅度提高，有效的起到保护设备的作用。
按照本发明提供的技术方案，该三维激光切割智能机器人包括电气底座，电气底座内设有电气组件，电气底座上设有承载装置和至少一个夹持装置，承载装置包括位于电气底座上表面的第一基座，第一基座上设有第二基座，第二基座上设有转动盘，转动盘上设有阶梯竖杆，阶梯竖杆上固定设有支撑座，支撑座上设有滚动杆，支撑座的下部设有定位板，支撑座上固定有切割装置，切割装置包括切割转动载板，切割转动载板的上部为弧形过渡，切割转动载板的上部设有条形通槽，条形通槽的侧面为光滑的滑面，滚动杆的滚动头穿设于条形通槽内并与滑面配合从而驱动切割转动载板转动，切割转动载板上固定设有连接板，连接板上设有横向滑移板，横向滑移板上设有纵向滑移板，纵向滑移板的上部和下部分别设有夹圈，夹圈内设有激光切割装置。
进一步的，夹持装置包括基座，基座上设有定夹块和动夹块，基座的中部设有U型凹槽，凹槽内部设有驱动丝杠，驱动丝杠的端部设有驱动电机，驱动丝杠用于驱动动夹块靠近和远离定夹块运动，定夹块和的动夹块的上部都设有梯形台，定夹块的梯形台的竖面为近似弧形，定夹块的梯形台的两个侧面转动设有调节夹块，的动夹块的的梯形台的竖面为V型夹口。
进一步的，电气底座的侧面左半部设有电源开关，电源开关的上方设有控制转动盘旋转的旋转按钮，旋转按钮的一侧设有转动盘转动角度显示盘，电气底座的侧面右半部分别设有滚动杆的控制开关、横向滑移板的控制开关、纵向滑移板的控制开关，三个控制开关的上部设有操纵面板，操纵面板包括显示屏和操纵按钮，操纵按钮用于操纵横向滑移板、纵向滑移板按照内设函数程序同步运动或分别运动，显示屏用于显示激光束的运动轨迹。
进一步的，横向滑移板和纵向滑移板上均设有电磁吸附装置，连接板、横向滑移板、纵向滑移板通过电磁吸附装置连接。
进一步的，切割转动载板设有微调装置和角度传感装置。
进一步的，电气底座的侧边设有冷却排风口。
进一步的，激光切割装置为CO2激光切割器，聚焦透镜为焦距为195 mm的ZnSe透镜，聚焦后最小的光斑直径为0.2mm。
进一步的，激光切割装置下方可更换的螺旋设有喷嘴，喷嘴为双层超音速喷嘴，材质为黄铜。
本发明通过三维操控，有效的解决了机械加工制造过程中的冲孔精度不精确的问题，在较厚的板件、三维板件的切割过程中，目实现了精确的操纵，尤其对曲线切割时过程更加简单化、智能化、耗时及成本低，解决实际生产中的难题，提高生产效率精确度极高，制作成本低，作用显著增强，也大大提高了整体的高效性和操作的可靠性。
附图说明
图1为本发明的三维激光切割智能机器人整体示意图。
图2为本发明的夹持装置示意图。
图3为本发明的电气底座操控示意图。
图4为本发明的喷嘴示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如附图1-4所示，该三维激光切割智能机器人包括电气底座1，电气底座1内设有电气组件，电气底座1上设有承载装置2和至少一个夹持装置3，承载装置2包括位于电气底座1上表面的第一基座2-1，第一基座2-1上设有第二基座2-2，第二基座2-2上设有转动盘2-3，转动盘2-3上设有阶梯竖杆2-4，阶梯竖杆2-4上固定设有支撑座2-5，支撑座2-5上设有滚动杆，支撑座2-5的下部设有定位板2-6，支撑座2-5上固定有切割装置4，切割装置4包括切割转动载板4-1，切割转动载板4-1的上部为弧形过渡，切割转动载板4-1的上部设有条形通槽，条形通槽的侧面为光滑的滑面，滚动杆的滚动头穿设于条形通槽内并与滑面配合从而驱动切割转动载板4-1转动，切割转动载板4-1上固定设有连接板4-2，连接板4-2上设有横向滑移板4-3，横向滑移板4-3上设有纵向滑移板4-4，纵向滑移板4-4的上部和下部分别设有夹圈4-5，夹圈4-5内设有激光切割装置4-6。
夹持装置3包括基座3-1，基座3-1上设有定夹块3-2和动夹块3-3，基座3-1的中部设有U型凹槽，凹槽内部设有驱动丝杠3-4，驱动丝杠3-4的端部设有驱动电机3-5，驱动丝杠3-4用于驱动动夹块3-3靠近和远离定夹块3-2运动，定夹块3-2和的动夹块3-3的上部都设有梯形台，定夹块3-2的梯形台的竖面为近似弧形，定夹块3-2的梯形台的两个侧面转动设有调节夹块3-6，的动夹块3-3的的梯形台的竖面为V型夹口。
电气底座1的侧面左半部设有电源开关1-1，电源开关1-1的上方设有控制转动盘2-3旋转的旋转按钮1-2，旋转按钮1-2的一侧设有转动盘2-3转动角度显示盘，电气底座1的侧面右半部分别设有滚动杆的控制开关1-3、横向滑移板4-3的控制开关1-4、纵向滑移板4-4的控制开关1-5，三个控制开关的上部设有操纵面板1-6，操纵面板1-6包括显示屏和操纵按钮，操纵按钮用于操纵横向滑移板4-3、纵向滑移板4-4按照内设函数程序同步运动或分别运动，显示屏用于显示激光切割装置4-6的的运动轨迹。
横向滑移板4-3和纵向滑移板4-4上均设有电磁吸附装置，连接板4-2、横向滑移板4-3、纵向滑移板4-4通过电磁吸附装置连接。
切割转动载板4-1设有微调装置和角度传感装置。
电气底座1的侧边设有冷却排风口1-6。
激光切割装置4-6为CO2激光切割器，聚焦透镜为焦距为195 mm的ZnSe透镜，聚焦后最小的光斑直径为0.2mm。
激光切割装置4-6下方可更换的螺旋设有喷嘴，喷嘴为双层超音速喷嘴，材质为黄铜。
该三维激光切割智能机器人的使用步骤如下：
1）检查整个机构，核实各个部件是否正常，
2）根据所要切割的工件的实际情况，理论计算出工件表面上的轨迹曲线的曲率半径，将所要切割的工件夹紧于夹持装置上，
3）打开电源开关，通过操控各个控制开关和操纵按钮、旋转按钮，调节转动盘、切割转动载板、横向滑移板、纵向滑移板移到合适的位置，将激光切割装置位移到合适的位置，
4）打开光闸，执行预穿孔作业工序，在预穿孔时，保证脉冲激光光束不移动，穿孔位置为切割轨迹起点0.2-2cm附件的位置上，预热5-10sec，保证在预穿孔位置周围形成热影响层，
5）执行切割作业工序，通过实时操控各个控制开关和操纵按钮、旋转按钮，调节转动盘、切割转动载板、横向滑移板、纵向滑移板的实时位置，保证激光切割的切割轨迹，其中，采用圆弧形式的引入线，引上引下线的长度为距离工件表面最高处的60mm，先切孔后切边，先切小孔，后切大孔，切割轨迹偏置0.1mm，碰撞处切割头相对切割处的工件表面的空间曲线的法线偏移不超过2°，
6）当切割轮廓基本成型后，测量切割面的粗糙度，保证切割面的粗糙度不大于5μm、切缝宽度不大于0.4mm，其中，对于不符合要求的区域，调节激光功率、切割速度、气体压力、脉冲频率，重复进行细致切割，以保证切割面的粗糙度达到要求，
7）切割完毕后，关闭各个开关和按钮、旋钮，将整个机构部件复位，松开夹持装置，拿下被切割的工件。
本发明通过三维操控，有效的解决了机械加工制造过程中的冲孔精度不精确的问题，在较厚的板件、三维板件的切割过程中，目实现了精确的操纵，尤其对曲线切割时过程更加简单化、智能化、耗时及成本低，解决实际生产中的难题，提高生产效率精确度极高，制作成本低，作用显著增强，也大大提高了整体的高效性和操作的可靠性。
本说明书中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书中，对技术术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种三维激光切割智能机器人的使用方法，所述的三维激光切割智能机器人包括电气底座，所述的电气底座内设有电气组件，所述的电气底座上设有承载装置和至少一个夹持装置，所述的承载装置包括位于所述的电气底座上表面的第一基座，所述的第一基座上设有第二基座，所述的第二基座上设有转动盘，所述的转动盘上设有阶梯竖杆，所述的阶梯竖杆上固定设有支撑座，所述的支撑座上设有滚动杆，所述的支撑座的下部设有定位板，所述的支撑座上固定有切割装置，所述的切割装置包括切割转动载板，所述的切割转动载板的上部为弧形过渡，所述的切割转动载板的上部设有条形通槽，所述的条形通槽的侧面为光滑的滑面，所述的滚动杆的滚动头穿设于所述的条形通槽内并与所述的滑面配合从而驱动所述的切割转动载板转动，所述的切割转动载板上固定设有连接板，所述的连接板上设有横向滑移板，所述的横向滑移板上设有纵向滑移板，所述的纵向滑移板的上部和下部分别设有夹圈，所述的夹圈内设有激光切割装置，其中，所述的电气底座的侧面左半部设有电源开关，所述的电源开关的上方设有控制所述的转动盘旋转的旋转按钮，所述的旋转按钮的一侧设有所述的转动盘转动角度显示盘，所述的电气底座的侧面右半部分别设有所述的滚动杆的控制开关、所述的横向滑移板的控制开关、所述的纵向滑移板的控制开关，三个所述的控制开关的上部设有操纵面板，所述的操纵面板包括显示屏和操纵按钮，所述的操纵按钮用于操纵所述的横向滑移板、所述的纵向滑移板按照内设函数程序同步运动或分别运动，所述的显示屏用于显示所述的激光切割装置的激光束的运动轨迹，所述的夹持装置包括基座，所述的基座上设有定夹块和动夹块，所述的基座的中部设有U型凹槽，所述的凹槽内部设有驱动丝杠，所述的驱动丝杠的端部设有驱动电机，所述的驱动丝杠用于驱动所述的动夹块靠近和远离所述的定夹块运动，所述的定夹块和所述的动夹块的上部都设有梯形台，所述的定夹块的梯形台的竖面为近似弧形，所述的定夹块的梯形台的两个侧面转动设有调节夹块，所述的动夹块的梯形台的竖面为V型夹口，所述的横向滑移板和所述的纵向滑移板上均设有电磁吸附装置，所述的连接板、横向滑移板、纵向滑移板通过电磁吸附装置连接，所述的切割转动载板设有微调装置和角度传感装置，所述的激光切割装置为CO2激光切割器，聚焦透镜为焦距为195 mm的ZnSe透镜，聚焦后最小的光斑直径为0.2mm，其特征在于，该三维激光切割智能机器人的使用步骤如下：
1）检查整个机构，核实各个部件是否正常，
2）根据所要切割的工件的实际情况，理论计算出工件表面上的轨迹曲线的曲率半径，将所要切割的工件夹紧于夹持装置上，
3）打开电源开关，通过操控各个控制开关和操纵按钮、旋转按钮，调节转动盘、切割转动载板、横向滑移板、纵向滑移板移到合适的位置，将激光切割装置位移到合适的位置，
4）打开光闸，执行预穿孔作业工序，在预穿孔时，保证脉冲激光光束不移动，穿孔位置为切割轨迹起点0.2-2cm附件的位置上，预热5-10sec，保证在预穿孔位置周围形成热影响层，
5）执行切割作业工序，通过实时操控各个控制开关和操纵按钮、旋转按钮，调节转动盘、切割转动载板、横向滑移板、纵向滑移板的实时位置，保证激光切割的切割轨迹，其中，采用圆弧形式的引入线，引上引下线的长度为距离工件表面最高处的60mm，先切孔后切边，先切小孔，后切大孔，切割轨迹偏置0.1mm，碰撞处切割头相对切割处的工件表面的空间曲线的法线偏移不超过2°，
6）当切割轮廓基本成型后，测量切割面的粗糙度，保证切割面的粗糙度不大于5μm、切缝宽度不大于0.4mm，其中，对于不符合要求的区域，调节激光功率、切割速度、气体压力、脉冲频率，重复进行细致切割，以保证切割面的粗糙度达到要求，
7）切割完毕后，关闭各个开关和按钮、旋钮，将整个机构部件复位，松开夹持装置，拿下被切割的工件。
2.根据权利要求1所述的一种三维激光切割智能机器人的使用方法，其特征在于，所述的电气底座的侧边设有冷却排风口。
3.根据权利要求1所述的一种三维激光切割智能机器人的使用方法，其特征在于，所述的激光切割装置下方可更换的螺旋设有喷嘴，所述的喷嘴为双层超音速喷嘴，材质为黄铜。
4.一种完成权利要求1所述的使用步骤的三维激光切割智能机器人，所述的三维激光切割智能机器人包括电气底座，所述的电气底座内设有电气组件，所述的电气底座上设有承载装置和至少一个夹持装置，所述的承载装置包括位于所述的电气底座上表面的第一基座，所述的第一基座上设有第二基座，所述的第二基座上设有转动盘，所述的转动盘上设有阶梯竖杆，所述的阶梯竖杆上固定设有支撑座，所述的支撑座上设有滚动杆，所述的支撑座的下部设有定位板，所述的支撑座上固定有切割装置，其特征在于，所述的切割装置包括切割转动载板，所述的切割转动载板的上部为弧形过渡，所述的切割转动载板的上部设有条形通槽，所述的条形通槽的侧面为光滑的滑面，所述的滚动杆的滚动头穿设于所述的条形通槽内并与所述的滑面配合从而驱动所述的切割转动载板转动，所述的切割转动载板上固定设有连接板，所述的连接板上设有横向滑移板，所述的横向滑移板上设有纵向滑移板，所述的纵向滑移板的上部和下部分别设有夹圈，所述的夹圈内设有激光切割装置，其中，所述的电气底座的侧面左半部设有电源开关，所述的电源开关的上方设有控制所述的转动盘旋转的旋转按钮，所述的旋转按钮的一侧设有所述的转动盘转动角度显示盘，所述的电气底座的侧面右半部分别设有所述的滚动杆的控制开关、所述的横向滑移板的控制开关、所述的纵向滑移板的控制开关，三个所述的控制开关的上部设有操纵面板，所述的操纵面板包括显示屏和操纵按钮，所述的操纵按钮用于操纵所述的横向滑移板、所述的纵向滑移板按照内设函数程序同步运动或分别运动，所述的显示屏用于显示所述的激光切割装置的激光束的运动轨迹，所述的夹持装置包括基座，所述的基座上设有定夹块和动夹块，所述的基座的中部设有U型凹槽，所述的凹槽内部设有驱动丝杠，所述的驱动丝杠的端部设有驱动电机，所述的驱动丝杠用于驱动所述的动夹块靠近和远离所述的定夹块运动，所述的定夹块和所述的动夹块的上部都设有梯形台，所述的定夹块的梯形台的竖面为近似弧形，所述的定夹块的梯形台的两个侧面转动设有调节夹块，所述的动夹块的梯形台的竖面为V型夹口，所述的横向滑移板和所述的纵向滑移板上均设有电磁吸附装置，所述的连接板、横向滑移板、纵向滑移板通过电磁吸附装置连接，所述的切割转动载板设有微调装置和角度传感装置，所述的激光切割装置为CO2激光切割器，聚焦透镜为焦距为195 mm的ZnSe透镜，聚焦后最小的光斑直径为0.2mm，所述的电气底座的侧边设有冷却排风口，所述的激光切割装置下方可更换的螺旋设有喷嘴，所述的喷嘴为双层超音速喷嘴，材质为黄铜。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20190807 Address after: No. 8 Nujiang Road, Hexi District, Tianjin City, 300220 Applicant after: NORTHERN RESEARCH INSTITUTE, NANJING UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY Address before: Room 601, Building 78, Keling Road, Suzhou High-tech Zone, Jiangsu Province Applicant before: Suzhou Chen Sheng Mechanical and Electrical Technology Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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