CN109862992B - 用于呈现为片和/或卷形式的材料加工的激光切割机器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种激光切割机器，包括X1轴，配备有夹具，该夹具能够牢固地保持待切割的片形式或卷形式的材料(坯料)，允许材料从左向右移动，Y轴，垂直于X1轴，允许激光切割头被移动，X2轴，配备有至少一对夹具辊，允许材料向左或向右移动，附接至该X2轴的矫直/去弯曲/展平系统，包括优化数量的辊，沿X2轴和矫直系统的线的单元，其可以向上或向下移动，以及机动化卸料台，允许切割元件(边料和良好工件)在精确的点处移除，界定拣选区。

Description

用于呈现为片和/或卷形式的材料加工的激光切割机器

技术范围

本发明涉及一种用于加工呈片及卷形式的材料的激光切割机器。

现有技术

在激光切割系统中，总体上有两种机器构造：激光切割门架(台架)和来自材料卷的激光切割线。

更详细地描述了这两个系统，重要的是建立术语。

在这些切割系统中，X和Y轴通常互相垂直。激光切割头的使用涉及附加轴，以便在激光束的输出和金属片的表面(由X和Y轴限定的平面)之间设定恒定的距离；这个附加轴通常称为Z。在某些情况下，附加的Z轴切割头可具有附加的轴，我们将称之为Xa和Ya，这些轴采用非常短的行程以进行非常小的切割，诸如孔，其避免在非常短的距离上使用X和Y轴，并且提高切割精度和速度。

值得注意的是，激光切割头还可用于进行标记、雕刻或与机器的整体运动学构造兼容的任何其他操作。

这些机器不仅用于金属材料，还用于其他材料。应该注意的是，本专利申请特定地旨在用于薄金属片(十分之几厘米厚，最大至多2至3mm)的加工。代表性地但非排他地，所描述的构思特别适用于切割金属片和生产用于空气处理、通风、HVAC和隔热行业的成形部件。

A)切割门架-或通常称为X-Y台：在这样的构造中，待切割的材料(称为坯料)被手动地或通过机器人放置在台上。该台可以是固定的或可移动的，以便于材料装载和卸载操作。在切割操作期间材料被固定，并且激光头沿X和Y路径移动并且依次进行切割，这允许移动被约束，同时充分利用任何废料。坯料最常见的规格为1500x 3000mm，并且甚至可达到2000x4000mm。

这种门架的优点很多：材料被固定在台上，并且由于门架的刚性，激光切割头因此可以以非常高的速度移动。这些切割门架特别旨在用于切割较厚的材料(例如达20mm的钢)，以及在较小程度上，非常薄的材料。X-Y门架最显着的优点是金属片可以被切割，并且可在其整个表面上进行。另一方面，在切割操作之后，以骨架形状呈现的废物必须保持易于取出，并且因此应该提供一定的刚性，这导致更大的材料损失。

高成本，特别是关于在大表面面积上移动切割头所需的运动学，可以明确地表示为切割门架的缺点。地面上占据的表面面积也是显着的。

-此外，由于材料是以预先切割成标准规格的坯料的形式购买的，因此切割受到金属片尺寸的约束，这通常导致材料的低效使用。实际上，材料废料是不可避免的，因为尺寸是固定的，并且是由以行业中可获得的标准尺寸购买的坯料造成的。

-以预先切割的坯料购买的材料成比例地比成卷材料更昂贵。

-卸载周期(＝切割部件的回收)只有在完成整个切割周期后才能进行。对于大尺寸台，这可能是冗长的，尤其是如果必须从台的中央回收小部件。一般而言，卸载周期在机器的使用周期中构成显着的时间损失。骨架(＝金属片废料)也必须(通常手动地)被排出(卸料)。应该注意的是，骨架应该尽可能大以便使其易于处理，但是骨架必须被堆放/存放/排出。所有这些操作都需要存放空间和时间。

B)来自材料卷的激光切割线

-这种技术是较新的(大约在过去十年内)，并且最常见的构造是激光切割头，它沿Y轴、垂直于X轴，金属片移动的方向移动，其被“夹紧”在两对辊(滚轮)之间(在切割头的每一侧上有一对)。这些夹紧辊沿顺时针或逆时针方向的旋转转化为金属片在X上的移动。在X和Y上的组合移动与切割头相结合，因此导致成形工件的切割。Z轴也可被结合，以便能够恒定地调节待切割的金属片和激光切割头之间的距离。就像切割门架一样，也可有Xa和Ya轴。

这些系统的一个优点是，成卷材料比以坯料形式购买的材料购买更加经济。此外，与切割门架构造相比，沿x轴的工件的交错(＝排列)，对应于材料的长度，允许废料大幅减少。

这些来自卷的切割线的一个缺点是它们在地面上的占地面积。实际上，这种装置的构造如下：卷-环路1-矫直机-环路2-切割机器–静态卸料台(交付台)。

从一个卷到另一个卷的变化是复杂的，并且需要已经展开的部分完全重绕，因此在这个方向上：切割机器>环路2>矫直机>环路1>卷。

-在切割期间，如上所述，金属片被夹紧在两对辊之间，并且因此沿x轴进行向后和向前的移动，这包括部分切割的金属片的移动；因此，工件保持悬浮在“空”中或在外部台上。部件的规格越大(在X方向上)，元件的误差和意外折叠的风险就越大。使用这种系统，金属片也必须在两对辊之间保持夹紧，以使其能够被引导和驱动。换句话说，在开始和结束时材料废料(未使用的材料)将是必要的，以使能够驱动和引导金属片。

-具有小规格的工件也是有问题的，因为它们难以在输出处排出，并且通常仅在切割周期结束时被排出。

-这种类型的机器显然不能使材料从预先切割的坯料来加工。这显然可以是缺点，因为使用者将被迫购买成卷材料，即使它比预先切割的坯料便宜，但如果只有少量生产，它仍然是不利的。同样重要的是要注意废料必须作为工件来排出并且回收、分类，或以骨架形式，其必须如切割门架的情况那样被处置。

发明目的

本发明的目的是解决以上问题，并且特别旨在提供能够以门架模式操作的切割机器，也就是说通过使用材料的预先切割坯料，并且，当以在线模式下运行时，使用卷形式的材料。

发明概述

考虑到这些目的，本发明的主题是激光切割机器，包括：

·X1轴，设置有夹具，其使得可以牢固地夹持成片或成卷的待切割材料(＝坯料)，使材料能够从左至右移动。

·Y轴：垂直于X1轴，使激光切割头能够移动。

·X2轴，具有至少一对夹紧辊，使材料能够向左或向右移动。

·矫直/去弯曲/调平系统，放置在该X2轴旁边，包括多个矫直/去弯曲/调平辊。

·包括X2轴和矫直系统的单元，其可以向上或向下移动。

·机动化卸料台，使经切割元件(废料和良好工件)能够在精确的点处被排出。

在一种优选实施方式中，包括X2和矫直/去弯曲/调平系统的单元在其上部设置有兼容材料，其限制了待切割材料上的摩擦。限制待切割材料上的摩擦的这种材料应优选包括刷。

包括X2轴和矫直/去弯曲/调平系统的单元可包括停放或休息位置，在此处该单元的上表面与机器的通过线(传递线)对齐。

包括X2轴和矫直/去弯曲/调平系统的单元还可包括加工加工位置(顶部位置)，在此处该单元被定位成使得X2轴与通过线处于相同的水平。

片可以被手动放置或由自动系统例如机器人或装载/卸载门架放置。该坯料的来源可以在机器之外，或者该坯料可以通过机器来产生例如切割大小，即使来自卷。最后，X1轴使材料能够沿其轴向左或向右移动。

Z轴以及Xa和Ya轴也可适用。

X1和X2可以将材料沿同一轴向左或向右移动。

顶部位置可以对应于由用于从卷展开金属片的模式的位置。在此位置，X2轴辊与X1轴夹具重合(一致)但不会干扰X1轴夹具。金属片可以展开，并且夹具可以被定位成使得可以以最小的夹紧来保持材料。

底部位置可以对应于用于X2轴的停放位置和对应于用于(X2+去弯曲)单元的上表面的加工加工位置。该上表面位于机器的通过线的水平处。

经切割元件(废料和良好工件)被排出的确切点被称为拣选区。可以由人以手动模式或通过机器人或装载/卸载门架来进行排出。

替代机动化卸料台和/或除了机动化卸料台之外，可以在激光切割头之下安装收集托盘，该收集托盘可以是将工件从机器取下的机动化输送机或简单的托盘。因此，工件或落下的废料具有的尺寸将与该输送机/行业的宽度相关，即大约100至300mm。主要功能是排出该材料废料，对于切割的金属片其以内部形式被取出，并且其因此不能通过机动化卸料台排出。应该注意的是，这种操作方法也可以应用于撤离小工件，其中这些工件的分类因此是在机器外进行的。

优选执行的描述

本发明的其他特殊特征和特性将从机器的有利生产模式的详细描述中显现出来。

实际上，该机器构造结合了从卷的切割线(B)和切割门架(A)的分离的操作模式，也就是说，该机器使得材料能够从扁平坯料加工而且还能够从卷加工。

所提出的机器构造使得可以以连续流来排出切割工件和废物，因为使用机动化卸料台和/或收集托盘和机动化输送机将工件的排出局限在特定点处。

使用操作机器人可以容易地自动将工件排出。或者，操作者可以手动回收该工件并且进行成形操作，诸如用于生产套圈的轧制或模制等等。切割材料流是连续的，因此不必等待整个金属片被切割(因为这是针对切割门架的)。

因此，该机器以连续流来操作，但它也比构造B占用更少的空间，并且卷-矫直机的距离缩短了；因此只需要一个控制环路。

在优选构造中，该机器包括：

·X1轴，设置有夹具，其使得可以牢固地保持坯料。因此，X1轴向左或向右的移动导致待切割材料的相似移动。

·Y轴：垂直于X1轴。Y轴接管激光切割头的移动(Z轴和任选的Xa和Ya轴)。

·X2轴，设置有成对的夹紧辊。旋转方向(顺时针或逆时针)导致金属片向左或向右移动。在该X2轴旁边放置矫直/去弯曲/调平系统，其包括与待矫直材料的类型和厚度相称的多个辊。一般而言，材料越厚或材料越非塑性，矫直辊的数量越多。这些辊的定位可以手动完成或以机动方式完成。

·包括X2和矫直系统的单元。该单元向上或向下移动，并且在其上部设置有限制待切割材料上的摩擦的兼容材料(这通常可以是刷，但不是排他的)。在底部位置(＝停放位置或休息位置)，上表面与机器的通过线对齐。在顶部位置，该单元被定位成使得X2轴与通过线处于同一水平。正是在该顶部位置，经由X2可以进行金属片的展开。

·机动化卸料台。行进方向垂直于X1轴，但不是必要的。实际上，行进方向可以与X1轴平行。该机动化台的目的是，结合特定的操作周期，在精确的点处排出经切割元件(废料和良好用途工件)。

机器可以在两个独立的操作周期中操作。

逐片地：操作者放下坯料并且将其定位在夹具中。结合有切割头的X1和Y轴的移动的组合使切割能够发生。与机动化台/卸料输送机托盘相配合的操作使得可以排出切割工件和废料。

为了这个目的，切割通常在X1从右向左移动的情况下进行，其中每个经切割元件自然地落在台上。一旦金属片的整个长度被切割，后者将从左向右进行空载移动。一旦已经进行这种移动，激光切割头将自行定位，并且通过从右向左移动X1轴等来进行切割操作，很明显，机器也可以构造有材料从左向右的通过方向，

来自卷的：包括X2和矫直机的单元以高度定位，使得X2轴与机器通过的高度相同。X2，并且然后根据待生产工件将卷展开成最佳长度。

一旦达到所需长度，就启动夹具以保持金属片，并且激光头切割该金属片。一旦该情况发生，未使用工件将经由X2倒退到允许X2和矫直/去弯曲/调平单元降低到底部位置的位置。

实际上，保持在X2轴上的夹具中的金属片可以根据上述逐片的模式经历切割周期，其中后者在通过线上。

该机器使得可以实现真正的逐片及来自卷的工作模式，这是独一无二的。

卸料台/托盘和卸料输送机的组合以及切割周期使得可以以连续流有效地排出切割工件，这与构造A和B的情况不同。

附图的简要说明

本发明的其他具体特征和特性将从所附附图中显现，在附图中：

图1示出了用于在坯料切割模式(X2/矫直/去弯曲/调平单元)下处于底部位置(＝休息＝停放)的优选实施方式的布局。

图2示出了X、Y切割门架的图解视图。

图3示出了用于在从卷切割的模式(X2/矫直/去弯曲/调平单元)下处于顶部位置的优选实施方式的布局。

图4是仅从卷切割的机器的示意性概述。图5示出了用于在从卷切割的模式下(如在线上进行(图4))的优选实施方式的布局。表示了两个环路(1和2)。

图6是顶部的图解视图，示出了用于从卷以及从扁平坯料切割的机器的各种元件的布局。重要的是要强调两个独立的操作模式并存，(从扁平坯料)以及从卷，所示的夹具在两种情况下都是重合的但不会干扰，总之，它们的机械结构和位置使两种操作模式成为可能。

图7至图11示出了从坯料切割成形工件，坯料位于切割头的右侧，可以通过激光切割头左侧的机动化卸料台顺利地完成工件的排出。X1轴将逐渐向左移动，并且Y轴也将移动；这两个轴的配合作用将决定将在图8至图10之间出现的切割路径，并且最后在图11中将通过机动化台的移动将工件排出，将部件排出机器之外到达拣选区。

周期可以持续，X1轴移动剩余的金属片(由阴影表示，并且定位在右侧)，并且下一切割可以开始等等。

图12至图15示出了从坯料中间取出的材料废料的切割。坯料位于切割头的右侧，排出被切割成连续的切片的废料，这些切片将向下落入回收托盘/机动化输送机。X1轴将逐渐向左移动，并且Y轴也将移动；这两个轴的配合作用将决定将在图12至图15之间出现的切割路径，以在该实施例中最终排出圆形形状(无论任何几何形状也可以被切割)。

总而言之，这种激光切割机器使得可以从卷切割，扁平坯料的适当夹紧以及切割工件和废料的适当排出形成可存在于市场上的最优化的解决方案，以便：

-节省材料，

-因为不再需要刚性骨架，在部件之间产生极其齐平的“嵌套”，

-除去在工件被切割后的对于保留骨架的需要，

-并且因此，适当消除小元件中的废料，

-以经切割元件的连续流的智能回收＝无停滞时间，

-用于装载和卸载材料的自动系统的可能的集成/因此机器可以长期自主地工作/或者用于装载/卸载操作的手动解决方案。

控制系统和软件

该专利申请没有描述允许确定待切割工件的形状和规格的系统和自动化。最常用的软件系统在与“嵌套”类型的应用结合的应用行业(HVAC、隔热等)中被描述为专用的CAD/CAM，以限制材料废料。这些CAD/CAM和嵌套系统用于所有现代切割系统，无论这些是切割门架或者还是从卷切割的系统。这些CAD/CAM和嵌套系统可以由技术人员容易地调整以对应于机器的功能和几何结构。

切割策略

用于切割薄金属片和低阻材料(例如用于隔热的从0.4至0.7mm的薄铝)的技术包括在各种工件之间留下微型紧固件。当完成对确定的规格的金属片的切割过程时，从机器中取出坯料并且手动地分离这些工件，然后通过重复的开裂移动或通过一把剪刀将微型紧固件破坏。然后手动地分类待回收的成形工件和废料。根据使用者的类型，有时可以优选该加工方法。例如，坯料可以在集中式车间中用微型紧固件预先切割，并且然后平送至分散的位置以在那里处置。

该激光切割机器显然可以接受这种加工方法，该加工方法基本上与将由CAD/CAM系统产生的切割通道相关。

Claims (9)

1.激光切割机器，包括：

·X1轴，所述X1轴设置有夹具，所述夹具使得能够牢固地夹持成片或成卷的待切割材料，使所述材料能够从左至右移动；

·Y轴：所述Y轴垂直于所述X1轴，使得激光切割头能够移动；

·X2轴，所述X2轴具有使所述待切割材料能够向左或向右移动的至少一对夹紧辊；

·矫直/去弯曲/调平系统，所述矫直/去弯曲/调平系统设置在所述X2轴旁边并包括有多个辊；

·包括所述X2轴和所述矫直/去弯曲/调平系统的单元，所述单元能够向上或向下移动，以及

·机动化卸料台，机动化卸料台使经切割元件能够在精确的点处被排出。

2.根据权利要求1所述的激光切割机器，其特征在于，包括所述X2轴和所述矫直/去弯曲/调平系统的所述单元在所述单元的上部设置有兼容材料，所述兼容材料限制所述待切割材料上的摩擦。

3.根据权利要求2所述的激光切割机器，其特征在于，限制所述待切割材料上的摩擦的所述兼容材料包括刷。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光切割机器，其特征在于，包括所述X2轴和所述矫直/去弯曲/调平系统的所述单元包括停放位置或休息位置，在所述停放位置或所述休息位置所述单元的上表面与所述激光切割机器的通过线对齐。

5.根据权利要求4所述的激光切割机器，其特征在于，包括所述X2轴和所述矫直/去弯曲/调平系统的所述单元包括加工位置，在所述加工位置中所述单元被定位成使得所述X2轴与所述通过线处于相同的水平。

6.根据权利要求1所述的激光切割机器，其特征在于，所述激光切割机器包括回收托盘或机动化输送机，所述回收托盘或机动化输送机安装在所述激光切割头之下，从而将工件排出至所述激光切割机器外。

7.根据权利要求1所述的激光切割机器，其特征在于，所述待切割材料是坯料。

8.根据权利要求1所述的激光切割机器，其特征在于，所述经切割元件是废料和良好工件。

9.根据权利要求5所述的激光切割机器，其特征在于，所述加工位置是所述单元的顶部位置。

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