CN108941934B - 一种三维运动的激光切割装置、系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切割装置领域，具体涉及一种三维运动的激光切割装置、系统以及方法，X轴运动组件和YZ轴运动组件到达切割工位，机械手夹持工件并将工件移动到YZ轴运动组件的下方，切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；机械手直至工件完成所有切割前，且在每次工件切割完毕后调整工件的切割位置，并将工件放置到X轴运动组件上，切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割。当工件其中一处完成切割后，机械手调整工件的切割位置，再进行工件下一处的切割，直至工件所有的切割都已完成，自动化程度高。

Description

一种三维运动的激光切割装置、系统以及方法

技术领域

本发明涉及切割装置领域，具体涉及一种三维运动的激光切割装置、系统以及方法。

背景技术

随着圆管激光切割在金属加工领域运用越来越广，三维管材激光切割机应运而生，能够对圆管、方管、扁管等材料进行切断、打孔、管壁镂空雕刻以及坡口斜切等三维加工；同时，三维管材激光切割机的激光加工速度快、切割精度高，能够实现大批量的高效加工；另外，采用数控操作平台，操作简单，导入相应的图纸，即可实现快速加工，能在一分钟之内切割数米的管材，灵活快捷。

但是，现有的三维管材激光切割机往往自动化程度不高，需要通过人工上下料，并且，管材通常左右两端都需要切割，若是管材一端切割完成后，再通过人工对准管材另一端，最后再进行切割操作，加工效率低，安全系数也不够高，存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种三维运动的激光切割装置、系统以及方法，解决切割机无法自动调整工件的切割位置的问题。

为解决该技术问题，本发明提供一种三维运动的激光切割装置，所述激光切割装置包括激光器、切割头、X轴运动组件、YZ轴运动组件和机械手，所述切割头安装在YZ轴运动组件上；其中，所述X轴运动组件和YZ轴运动组件到达切割工位，所述机械手夹持工件并将工件移动到YZ轴运动组件的下方，所述切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；所述机械手直至工件完成所有切割前，且在每次工件切割完毕后调整工件的切割位置，并将工件放置到X轴运动组件上，所述切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割。

其中，较佳方案是：所述激光切割装置还包括自动分料组件，所述自动分料组件包括位于YZ轴运动组件下方的底板、驱动机构、存料盒和废料盒，所述驱动机构安装在底板上，所述存料盒和废料盒分别位于底板两侧并位于底板的下方；所述驱动机构推动加工后的工件到存料盒，以及推动产生的废料到废料盒。

其中，较佳方案是：所述驱动机构包括推板、分料气缸、轨道和隔离板，所述隔离板安装在分料气缸和轨道上，所述推板连接隔离板，所述分料气缸驱动隔离板在轨道上移动。

其中，较佳方案是：所述激光切割装置还包括用于放置未加工工件的料盒，所述料盒包括底座、限位板、弹性件、支撑座和调节搁板，所述限位板通过弹性件设在底座的上方，所述支撑座设于限位板的两侧，所述调节搁板设于支撑座之间，并且所述调节搁板上设有多个齿状部，工件放置在相邻齿状部之间并位于限位板的上方。

其中，较佳方案是：所述X轴运动组件包括X轴气缸、夹持组件和马达，所述夹持组件安装在X轴气缸上，所述马达安装在夹持组件上；所述X轴气缸驱动夹持组件做X轴运动，所述马达驱动夹持组件旋转。

其中，较佳方案是：所述夹持机构包括气动手指和夹持气缸，所述气动手指安装在夹持气缸上，所述夹持气缸驱动气动手指夹紧或释放工件。

其中，较佳方案是：所述YZ轴运动组件包括Y轴气缸和Z轴气缸，所述Y轴气缸连接Z轴气缸，所述切割头安装在Y轴气缸上，所述Z轴气缸带动Y轴气缸做Z轴运动，所述Y轴气缸带动切割头做Y轴运动；或者，所述切割头安装在Z轴气缸上，所述Y轴气缸带动Z轴气缸做Y轴运动，所述Z轴气缸带动切割头做Z轴运动。

其中，较佳方案是：所述机械手为六轴机械手。

本发明还提供一种三维运动的激光切割系统，所述激光切割系统包括如上所述的激光切割装置，以及工控机，所述工控机控制X轴运动组件和YZ轴运动组件到达切割工位，并控制机械手夹持工件并将工件移动到YZ轴运动组件的下方，再控制切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；所述工控机控制机械手直至工件完成所有切割前，且在每次工件切割完毕后调整工件的切割位置，并将工件放置到X轴运动组件上，再控制切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割。

本发明还提供一种三维运动的激光切割方法，所述激光切割方法用于如上所述的激光切割系统，所述激光切割方法包括以下步骤：

步骤1、X轴运动组件和YZ轴运动组件到达切割工位；

步骤2、机械手夹持工件并将工件移动到YZ轴运动组件的下方；

步骤3、切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；

步骤4、机械手调整工件的切割位置，并将工件放置到X轴运动组件上；

步骤5、切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；

步骤6、重复步骤4和5，直至工件完全所有切割。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种三维运动的激光切割装置、系统以及方法，当工件其中一处完成切割后，机械手调整工件的切割位置，再进行工件下一处的切割，直至工件所有的切割都已完成，自动化程度高，无需人工参与切割操作；另外，自动分料组件能够对已完成加工的工件和废料进行分类，省去了人工分料的操作，进一步地提高了自动化程度；以及，料盒设有限位板和弹簧，机械手抓取工件时，工件能够轴向预压，在保证工件抓取成功的同时保证工件不被压变形。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明激光切割装置的示意图；

图2是本发明X轴运动组件的示意图；

图3是本发明夹持组件的示意图；

图4是本发明YZ轴运动组件的示意图；

图5是本发明自动分料组件的示意图；

图6是本发明料盒的示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1至图6所示，本发明提供一种三维运动的激光切割装置的优选实施例。

具体地，参考图1，一种三维运动的激光切割装置，所述激光切割装置包括激光器1、切割头2、X轴运动组件3、YZ轴运动组件4和机械手5，所述X轴运动组件3用于夹持工件并带动工件做X轴运动，所述切割头2安装在YZ轴运动组件4上，所述YZ轴运动组件4带动切割头2做Y轴运动和Z轴运动，所述切割头2的安装位置还位于激光器1发射的激光路径上，可聚焦激光。所述YZ轴运动组件4即是Y轴运动组件和Z轴运动组件的结合。

其中，所述X轴运动组件3和YZ轴运动组件4到达切割工位，所述机械手5夹持未加工的工件，并带动工件移动到YZ轴运动组件4的下方，即是到达切割头2的下方，所述切割头2聚焦激光器1发射的激光并为工件的切割位置进行切割；所述机械手5在每次工件切割完毕后调整工件的切割位置，并将工件放置到X轴运动组件3上，所述X轴运动组件3带动工件和YZ轴运动组件4带动切割头2一直处于切割工位，所述切割头2聚焦激光器1发射的激光并为工件的切割位置进行切割；重复操作，直至工件完成所有切割，即是说，工件的所有切割位置已得到切割，所述X轴运动组件3释放工件，工件掉入下一流程工位，所述机械手5再夹取下一未加工的工件并放置到X轴运动组件3上。其中，工件的切割工位和切割头2的切割工位可能不在同一位置，此处不限定。

例如，当工件为方形管材时，所述X轴运动组件3和YZ轴运动组件4到达切割工位，所述机械手5夹持未加工的管材的一端，并带动管材到达切割工位，即是到达YZ轴运动组件4的下方，随后，所述激光器1发射激光到切割头2上，所述切割头2聚焦激光后为未被机械手5夹持的管材一端进行切割操作；然后，所述机械手5将管材已被切割的一端插入X轴运动组件3中，所述X轴运动组件3带动管材处于切割工位，同时，所述YZ轴运动组件4带动切割头2处于切割工位，所述切割头2再次聚焦激光器1发射的激光，并为管材未被切割的一端进行切割；在X轴运动组件3夹持管材的同时，所述机械手5去夹持下一未加工的管材，节省加工时间；当管材两端都完成切割后，留下了中间部分的成品，所述X轴运动组件3释放加工完毕的管材，管材进入下一流程工位。

当然，所述激光切割装置也可以为需要多端切割的工件进行切割操作，例如三端、四端等，所述机械手5可实现调整工件切割位置的作用，并将调整好切割位置的工件插入X轴运动组件3中，所述X轴运动组件3再与YZ轴运动组件4配合，对工件进行切割。如此循环多次，即可实现工件的多端切割，无需增加其他组件。

在此需要说明的是，若是设定Y轴运动组件用于夹持工件并带动工件做Y轴运动，设定切割头2安装在XZ轴运动组件上，所述XZ轴运动组件带动切割头2做X轴运动和Z轴运动，此处XZ轴运动组件即是X轴运动组件3和Z轴运动组件的结合；或者，设定Z轴运动组件用于夹持工件并带动工件做Z轴运动，设定切割头2安装在XY轴运动组件上，所述XY轴运动组件带动切割头2做X轴运动和Y轴运动，此处XY轴运动组件即是X轴运动组件3和Y轴运动组件的结合，只是将工件和切割头2的安装位置在三轴运动组件上简单结合，应当认为属于简单置换，纳入本发明的保护范围内。

在本实施例中，参考图2，所述X轴运动组件3包括X轴气缸31、夹持组件32、马达33、第一支撑板34和第二支撑板35，所述夹持组件32安装在X轴气缸31上，更细致的说，所述第一支撑板34安装在X轴气缸31上，所述第二支撑板35垂直安装在第一支撑板34上，所述夹持组件32安装在第二支撑板35上，所述马达33安装在第二支撑板35上并与夹持组件32连接；所述X轴气缸31驱动第一支撑板34做X轴运动，从而驱动夹持组件32做X轴运动，所述马达33驱动夹持组件32旋转。每次切割前，所述X轴气缸31带动夹持组件32到达上料工位，所述夹持组件32夹紧工件；随后，所述X轴气缸31再带动夹持组件32到达切割工位。

更具体地，参考图3，所述夹持机构包括手指垫323、气动手指321和夹持气缸322，所述手指垫323安装在气动手指321上，所述气动手指321安装在夹持气缸322上，所述夹持气缸322驱动气动手指321夹紧或释放工件，所述手指垫323可提供缓冲作用，避免气动手指321直接接触工件，造成工件损坏。所述手指垫323和气动手指321设有四个，所述夹持气缸322为四爪气缸，保证能够夹紧工件。若工件的规格发生变化，只需要相应更换手指垫323和气动手指321即可。

进一步地，参考图2，所述X轴运动组件3还包括第一检测器36，所述第一检测器36与夹持组件32邻近设置。当第一检测器36检测到机械手5靠近夹持组件32时，所述第一检测器36发送信号到夹持组件32，所述夹持组件32根据信号随之夹持工件或者释放工件。

其中，参考图4，所述YZ轴运动组件4包括Y轴气缸41、Z轴气缸42、第一安装板43和第二安装板44，所述Y轴气缸41连接Z轴气缸42，所述第一安装板43安装在Y轴气缸41上，所述第二安装板44垂直安装在第一安装板43上，所述Z轴气缸42安装在第二安装板44上，所述切割头2安装在Y轴气缸41或Z轴气缸42上；当切割头2安装在Y轴气缸41上，所述Y轴气缸41驱动切割头2做Y轴运动，所述Z轴气缸42驱动Y轴气缸41做Z轴运动，同时驱动切割头2做Z轴运动；当切割头2安装在Z轴气缸42上，所述Z轴气缸42驱动切割头2做Z轴运动，所述Y轴气缸41驱动Z轴气缸42做Y轴运动，同时驱动切割头2做Y轴运动。

进一步地，参考图4，所述YZ轴运动组件4还包括第二检测器45，所述第二检测器45与切割头2邻近设置，当第二检测器45检测到工件邻近，发送信号到切割头2，所述切割头2为工件切割。

在本实施例中，所述机械手5为六轴机械手，六轴机械手灵活性高，可以完成旋转及传递工件的动作。六轴机械手不仅能够起到上下料作用，还能够做为一个切割工位完成旋转切割功能，此过程中利用六轴机械手的第六轴可整周旋转的功能，将其作为一个旋转轴使用。

具体地，参考图5，所述激光切割装置还包括自动分料组件6，所述自动分料组件6包括位于YZ轴运动组件4下方的底板、驱动机构、存料盒和废料盒，所述驱动机构安装在底板上，所述存料盒和废料盒分别位于底板两侧并位于底板的下方；所述底板上方设有抽尘机构，所述抽尘机构起到抽尘作用，所述抽尘机构包括防护板62，所述防护板62围成一通孔，工件进行切割时，废料能够通过通孔掉在底板上，工件所有切割完成后，工件也能通过通孔掉在底板上，所述驱动机构推动加工后的工件到存料盒，以及推动产生的废料到废料盒。

其中，参考图5，所述驱动机构包括推板611、分料气缸612、轨道613和隔离板614，所述隔离板614安装在分料气缸612和轨道613上，所述推板611连接隔离板614，所述分料气缸612驱动隔离板614在轨道613上移动，所述轨道613起导向作用，从而带动推板611移动，所述推板611可推动工件到存料盒，也可推动废料到废料盒。

更具体地，参考图6，所述激光切割装置还包括用于放置未加工工件的料盒7，所述料盒7包括底座71、限位板72、弹性件73、支撑座74和调节搁板75，所述限位板72通过弹性件73设在底座71的上方，所述弹性件73设有四个，分别位于限位板72的四个脚点，所述支撑座74设于限位板72的两侧，所述调节搁板75设于两侧的支撑座74之间，并且所述调节搁板75上设有多个齿状部，工件放置在相邻齿状部之间并位于限位板72的上方，相邻的齿状部能够限定工件的位置。机械手5抓取工件时，通过弹性件73和限位板72的相互作用，工件能够轴向预压，在保证工件抓取成功的同时保证工件不被压变形。其中，所述弹性件73为弹簧。

值得一提的是，所述料盒7的兼容性强，当工件的规格发生变化后，只需随之更换合适的调节搁板75，并调节限位板72与底座71的距离即可。

本发明还提供一种三维运动的激光切割系统的较佳实施例。

具体地，参考图1，一种三维运动的激光切割系统，所述激光切割系统包括如上所述的激光切割装置，以及工控机8，所述工控机8控制X轴运动组件3和YZ轴运动组件4到达切割工位，控制机械手5夹持工件并带动工件到达切割工位，即是到达YZ轴运动组件4的下方，控制切割头2聚焦激光器1发射的激光并为工件的切割位置进行切割；所述工控机8控制机械手5在每次工件切割完毕后调整工件的切割位置，并将工件放置在X轴运动组件3上，控制切割头2聚焦激光器1发射的激光并为工件的切割位置进行切割；直至工件完成所有切割。

本发明还提供一种三维运动的激光切割方法的较佳实施例。

具体地，一种三维运动的激光切割方法，所述激光切割方法用于如上所述的激光切割系统，所述激光切割方法包括以下步骤：

步骤1、X轴运动组件和YZ轴运动组件到达切割工位；

步骤2、机械手夹持工件并将工件移动到YZ轴运动组件的下方；

步骤3、切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；

步骤4、机械手调整工件的切割位置，并将工件放置到X轴运动组件上；

步骤5、切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；

步骤6、重复步骤4和5，直至工件完全所有切割。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种三维运动的激光切割方法，其特征在于，所述激光切割方法用于激光切割系统，所述激光切割系统包括激光切割装置，以及工控机；所述激光切割装置包括激光器、切割头、X轴运动组件、YZ轴运动组件和机械手，所述切割头安装在YZ轴运动组件上；所述工控机控制X轴运动组件和YZ轴运动组件到达切割工位，并控制机械手夹持工件并将工件移动到YZ轴运动组件的下方，再控制切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；所述工控机控制机械手直至工件完成所有切割前，且在每次工件切割完毕后调整工件的切割位置，并将工件放置到X轴运动组件上，再控制切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；所述激光切割方法包括以下步骤：

步骤1、X轴运动组件和YZ轴运动组件到达切割工位；

步骤2、机械手夹持工件并将工件移动到YZ轴运动组件的下方；

步骤3、切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；

步骤4、机械手调整工件的切割位置，并将工件放置到X轴运动组件上；

步骤5、切割头聚焦激光器发射的激光并为工件的切割位置进行切割；

步骤6、重复步骤4和5，直至工件完成所有切割。