CN110202280A - 一种板材用三维激光切割机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种板材用三维激光切割机器人，在现有带有激光切割头的机械臂的基础上，在机械臂的底座的正前方设有三棱柱框架结构的机架，机架内左右两侧分别设有左右伸缩体，左右伸缩体相对的侧面上分别设有两组动静夹持体，动静夹持体内设有固定的板材自动夹手和活动的板材自动夹手，固定的板材自动夹手和活动的板材自动夹手分别能够自动夹持在竖直放置的板材的侧边上，活动的板材自动夹手相对固定杆板材自动夹手上下移动，能够对板材形成一个活动夹持的动作。本发明采用带有激光切割头的机械臂实现三维激光切割，而为了便于切割板材，将板材立体装夹，使得激光切割头在竖直面上做幅度相对较小的激光切割动作，能够有效提高切割加工精度。

Description

一种板材用三维激光切割机器人
技术领域
本发明涉及板材三维激光切割的技术领域，尤其涉及一种板材用三维激光切割机器人。
背景技术
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。其中光纤激光切割技术日益发展壮大，我公司针对此项技术进行了伸入研究，发现目前的光纤激光切割机针对板管两用时，一种是带激光切割头的机械臂对水平放置的板材进行激光切割加工，另一种是机床式激光切割机中，激光切割头能够异步运动到水平放置的板材上方进行激光切割上方进行激光切割。
我公司技术人员发现主要发现以下两个问题：其一，由于采用平铺式放置方式，占用面积较大，容易浪费厂房空间；其二，由于板材是水平放置的，对于钣金后的板材凸起或内凹的部分，激光切割头需要悬臂移动，容易因为以较大悬臂形式进行移动而产生较大的误差，影响了切割加工位置的准确度，而如果将板材和管材竖直装夹，则可以使得激光切割头在竖直面上做幅度相对较小的激光切割动作，能够有效提高切割加工精度。
发明内容
针对以上现有存在的问题，本发明提供一种板材用三维激光切割机器人，采用带有激光切割头的机械臂实现三维激光切割，而为了便于切割板材，将板材立体装夹，使得激光切割头在竖直面上做幅度相对较小的激光切割动作，能够有效提高切割加工精度，且结构紧凑，相比水平放置，竖直装夹板材能够极大降低占用面积。
本发明的技术方案在于：
本发明提供一种板材用三维激光切割机器人，包括机架，所述机架内左右两侧分别设有左右伸缩体，所述左右伸缩体相对的侧面上分别一上一下地设有两组动静夹持体，所述动静夹持体内设有固定的板材自动夹手和活动的板材自动夹手，所述固定的板材自动夹手和活动的板材自动夹手分别能够自动夹持在竖直放置的板材的侧边上，所述活动的板材自动夹手相对固定的板材自动夹手上下移动，能够对板材形成一个活动夹持的动作。
进一步地，所述机架包括底框、侧三角架、顶部横梁、底部横杆，所述底框的中心处于底座的正前方，所述底框的左右框边上分别固定设置有竖直的侧三角架，两个所述侧三角架的上端尖角之间固定设置有顶部横梁，所述底框的左右框边中部之间固定设置有处于顶部横梁正下方的底部横杆，形成一个横向延伸的三棱柱框架结构。
进一步地，所述左右伸缩体包括上导轨、上丝杠、下导轨、下丝杠、右螺纹套筒、左螺纹套筒和侧滑动板，所述顶部横梁和底部横杆相对的端面上分别固定设置有上导轨和下导轨，所述上导轨和下导轨的相对侧分别设有上丝杠和下丝杠，所述上丝杠和下丝杠的左右两端分别嵌套有侧中间竖杆，所述侧中间竖杆的上下两端分别固定设置在顶部横梁和底框上处于顶部横梁正下方的部分上；
所述上丝杠的左端和下丝杠的右端分别向外穿出对应的侧中间竖杆且在穿出端分别连接有左伺服电机和右伺服电机，所述左伺服电机和右伺服电机分别通过螺栓连接设置在对应的侧中间竖杆上；
所述上丝杠的左半部分上和下丝杠的右半部分上分别嵌套并螺纹连接有左螺纹套筒和右螺纹套筒，所述左螺纹套筒和右螺纹套筒分别靠近邻近的侧中间竖杆的端部上分别固定设置有侧滑动板，所述侧滑动板的上下两端分别卡合在上导轨和下导轨上，使得两个侧滑动板分别在左螺纹套筒和右螺纹套筒的带动下相对伸缩移动。
进一步地，所述动静夹持体包括竖向驱动电机、第一悬臂板、中间悬臂板、竖直丝杠、竖直光杠、第二悬臂板和板材自动夹手，所述侧滑动杆远离侧中间竖杆的端面上分别一上一下地设置有第一悬臂板，两个所述第一悬臂板分别靠近上丝杠和下丝杠，两个所述第一悬臂板之间设置有两个第二悬臂板，所述第一悬臂板与邻近的第二悬臂板之间设有竖直丝杠和竖直光杠，所述竖直丝杠的上下两端分别铰接在第一悬臂板与邻近的第二悬臂板上且上端伸出第一悬臂板并连接有竖向驱动电机，所述竖向驱动电机通过螺栓连接设置在第一悬臂板上；
处于所述第一悬臂板与邻近的所述第二悬臂板之间的竖直丝杠和竖直光杠上嵌套有中间悬臂板，所述中间悬臂板与竖直丝杠螺纹连接在一起，能够随着竖向驱动电机驱动竖直丝杠转动而上下移动；
所述中间悬臂板和第二悬臂板远离侧中间竖杆的端部上分别固定设置有板材自动夹手。
进一步地，所述中间悬臂板上设有的板材自动夹手为活动的板材自动夹手，能够随着中间悬臂板上下移动，所述第二悬臂板远离侧中间竖杆的端部上设有的板材自动夹手为固定的板材自动夹手，仅能随着第二悬臂板固定设置在侧滑动板上。
进一步地，所述板材自动夹手包括壳体、侧伺服电机、安装套、从动齿轮、摆动连杆、卡合夹块、弹性夹块、辅助连杆、主动齿轮和直角减速器，所述壳体的后端作为固定连接部分且后端设有安装套，所述安装套上设有侧伺服电机和直角减速器，所述直角减速器贴近壳体的端部与壳体内的主动齿轮紧固连接在一起，使得侧伺服电机通过直角减速器驱动主动齿轮，所述主动齿轮的右侧啮合有从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮一左一右地对称嵌入在壳体内且前侧分别固定设置有摆动连杆，所述摆动连杆伸出壳体的前端分别铰接有卡合夹块，所述卡合夹块上处于两个摆动连杆之间的部分铰接有辅助连杆，所述辅助连杆平行于邻近的摆动连杆且后端铰接在壳体上，使得卡合夹块能够随着所铰接的摆动连杆和辅助连杆摆动，且两个卡合夹块的相对端面始终平行，便于板材夹持在两个卡合块之间。
进一步地，两个所述卡合块的相对端面上嵌入有弹性夹块，两个所述弹性夹块的相对端面始终平行。
进一步地，所述机架的底框后框边中央设有底座，所述底座上设有机械臂，所述机械臂上设有激光切割头。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具体的积极有益效果为：
1、本发明采用左右伸缩体实现了板材的装入，实现了板材的立式装夹，使得激光切割头在竖直面上做幅度相对较小的激光切割动作，能够有效提高切割加工精度。
2、本发明在左右伸缩体相对的侧面上分别一上一下地设有两组动静夹持体，动静夹持体内设有固定的板材自动夹手和活动的板材自动夹手，通过固定的板材自动夹手和活动的板材自动夹手交错夹持板材，并配合活动的板材自动夹手可控地相对固定的板材自动夹手移动，能够实现板材在机架内的上下移动，能够快速变化板材的夹持部位，使得板材所正对激光切割头的端面上任一部分均可被切割，加工无死角，加工效果好。
3、本发明结构紧凑，相比水平放置，竖直装夹板材能够极大降低占用面积。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中板材自动夹手的结构示意图。
图中：1-顶部横梁，2-上导轨，3-上丝杠，4-竖向驱动电机，5-侧滑动板，6-侧三角架，7-第一悬臂板，8-中间悬臂板，9-竖直丝杠，10-竖直光杠，11-第二悬臂板，12-底框，13-侧中间竖杆，14-右伺服电机，15-底部横杆，16-右螺纹套筒，17-下导轨，18-底座，19-下丝杠，20-左伺服电机，21-左螺纹套筒，22-板材自动夹手，23-激光切割头，24-机械臂，221-侧伺服电机，222-安装套，223-从动齿轮，224-摆动连杆，225-卡合夹块，226-弹性夹块，227-辅助连杆，228-主动齿轮，229-直角减速器。
具体实施方式
实施例一：
如附图1所示，本发明提供一种板材用三维激光切割机器人，包括激光切割头23、机械臂24和底座18，底座18上设置有机械臂24，机械臂24上设有激光切割头23，底座18上设有底框12，底框12的中心处于底座18的正前方，底框12的左右框边上分别固定设置有竖直的侧三角架6，两个侧三角架6的上端尖角之间固定设置有顶部横梁1，底框12的左右框边中部之间固定设置有处于顶部横梁1正下方的底部横杆15，形成一个横向延伸的三棱柱框架结构；
顶部横梁1和底部横杆15相对的端面上分别固定设置有上导轨2和下导轨17，上导轨2和下导轨17的相对侧分别设有上丝杠3和下丝杠19，上丝杠3和下丝杠19的左右两端分别嵌套有侧中间竖杆13，侧中间竖杆13的上下两端分别固定设置在顶部横梁1和底框12上处于顶部横梁1正下方的部分上；
上丝杠3的左端和下丝杠19的右端分别向外穿出对应的侧中间竖杆13且在穿出端分别连接有左伺服电机20和右伺服电机14，左伺服电机20和右伺服电机14分别通过螺栓连接设置在对应的侧中间竖杆13上；
上丝杠3的左半部分上和下丝杠19的右半部分上分别嵌套并螺纹连接有左螺纹套筒21和右螺纹套筒16，左螺纹套筒21和右螺纹套筒16分别靠近邻近的侧中间竖杆13的端部上分别固定设置有侧滑动板5，侧滑动板5的上下两端分别卡合在上导轨2和下导轨17上，使得两个侧滑动板5分别在左螺纹套筒21和右螺纹套筒16的带动下相对伸缩移动；
侧滑动杆远离侧中间竖杆13的端面上分别一上一下地设置有第一悬臂板7，两个第一悬臂板7分别靠近上丝杠3和下丝杠19，两个第一悬臂板7之间设置有两个第二悬臂板11，第一悬臂板7与邻近的第二悬臂板11之间设有竖直丝杠9和竖直光杠10，竖直丝杠9的上下两端分别铰接在第一悬臂板7与邻近的第二悬臂板11上且上端伸出第一悬臂板7并连接有竖向驱动电机4，竖向驱动电机4通过螺栓连接设置在第一悬臂板7上；
处于第一悬臂板7与邻近的第二悬臂板11之间的竖直丝杠9和竖直光杠10上嵌套有中间悬臂板8，中间悬臂板8与竖直丝杠9螺纹连接在一起，能够随着竖向驱动电机4驱动竖直丝杠9转动而上下移动；
中间悬臂板8和第二悬臂板11远离侧中间竖杆13的端部上分别固定设置有板材自动夹手22。
如附图2所示，其中，板材自动夹手22的具体结构，包括壳体、侧伺服电机221、安装套222、从动齿轮223、摆动连杆224、卡合夹块225、弹性夹块226、辅助连杆227、主动齿轮228和直角减速器229，壳体的后端作为固定连接部分且后端设有安装套222，安装套222上设有侧伺服电机221和直角减速器229，直角减速器229贴近壳体的端部与壳体内的主动齿轮228紧固连接在一起，使得侧伺服电机221通过直角减速器229驱动主动齿轮228，主动齿轮228的右侧啮合有从动齿轮223，主动齿轮228和从动齿轮223一左一右地对称嵌入在壳体内且前侧分别固定设置有摆动连杆224，摆动连杆224伸出壳体的前端分别铰接有卡合夹块225，卡合夹块225上处于两个摆动连杆224之间的部分铰接有辅助连杆227，辅助连杆227平行于邻近的摆动连杆224且后端铰接在壳体上，使得卡合夹块225能够随着所铰接的摆动连杆224和辅助连杆227摆动，且两个卡合夹块225的相对端面始终平行，便于板材夹持在两个卡合块之间，而两个卡合块的相对端面上嵌入有采用橡胶制成的弹性夹块226，两个弹性夹块226的相对端面始终平行。
在使用时，两个伺服电机同步转动，使得两个侧滑动板5同步相对靠近或同步相向移动，在向板材自动夹手22装夹板材时，两个侧滑动板5相向移动到两者之间间距最大，中间悬臂板8在竖向驱动电机4驱动竖直丝杠9的作用下靠近第二悬臂板11，向控制器输入板材的尺寸参数后，将板材手动或机械臂24吸取的方式自前向后竖直放置在两个侧滑板之间，使得两个侧滑板分别在左伺服电机20驱动上丝杠3和右伺服电机14驱动下丝杠19的作用下，相对相互靠近，最终板材夹持在两个侧夹板上的板材自动夹手22上；
然后通过激光切割头23对板材间激光切割加工，如果要加工的部位是夹持部位，例如两个第二悬臂板11上的板材自动夹手22夹紧的板材部分，那么两个第二悬臂板11上的板材自动夹手22夹紧板材不动，中间悬臂板8上的板材自动夹手22松开，然后处于板材同一侧的两个中间悬臂板8在对应的竖向驱动电机4同向转动启动作用下，向着远离邻近的第二悬臂板11的方向移动一定距离，然后中间悬臂板8上的板材自动夹手22将板材夹紧，第二悬臂板11上的板材自动夹手22松开，两个中间悬臂板8在对应的竖向驱动电机4异向转动启动作用下，两个中间悬臂板8带动板材相对第二悬臂杆向上移动或向下移动一定距离，使得两个第二悬臂板11上的板材自动夹手22脱离原夹持板材部分，方便进行激光切割加工。
当然基于上述机架内各个零部件能够方便地将板材在机架内进行可控地移动，如果在机架中央的正后方设置一个可前后伸缩的激光切割头23，使得板材在机架内移动，进行确定激光切割位置的动作，那么就无需机械臂24，仅仅利用激光切割头23的可控伸缩结构，方便确定切割深度，以及适应不同凸起程度的钣金后板材，就能实现对板材的有效激光切割，准确性更好。

Claims (8)

1.一种板材用三维激光切割机器人，其特征在于：包括机架，所述机架内左右两侧分别设有左右伸缩体，所述左右伸缩体相对的侧面上分别一上一下地设有两组动静夹持体，所述动静夹持体内设有固定的板材自动夹手和活动的板材自动夹手，所述固定的板材自动夹手和活动的板材自动夹手分别能够自动夹持在竖直放置的板材的侧边上，所述活动的板材自动夹手相对固定的板材自动夹手上下移动，能够对板材形成一个活动夹持的动作。
2.根据权利要求1所述的一种板材用三维激光切割机器人，其特征在于：所述机架包括底框、侧三角架、顶部横梁、底部横杆，所述底框的中心处于底座的正前方，所述底框的左右框边上分别固定设置有竖直的侧三角架，两个所述侧三角架的上端尖角之间固定设置有顶部横梁，所述底框的左右框边中部之间固定设置有处于顶部横梁正下方的底部横杆，形成一个横向延伸的三棱柱框架结构。
3.根据权利要求2所述的一种板材用三维激光切割机器人，其特征在于：所述左右伸缩体包括上导轨、上丝杠、下导轨、下丝杠、右螺纹套筒、左螺纹套筒和侧滑动板，所述顶部横梁和底部横杆相对的端面上分别固定设置有上导轨和下导轨，所述上导轨和下导轨的相对侧分别设有上丝杠和下丝杠，所述上丝杠和下丝杠的左右两端分别嵌套有侧中间竖杆，所述侧中间竖杆的上下两端分别固定设置在顶部横梁和底框上处于顶部横梁正下方的部分上；
所述上丝杠的左端和下丝杠的右端分别向外穿出对应的侧中间竖杆且在穿出端分别连接有左伺服电机和右伺服电机，所述左伺服电机和右伺服电机分别通过螺栓连接设置在对应的侧中间竖杆上；
所述上丝杠的左半部分上和下丝杠的右半部分上分别嵌套并螺纹连接有左螺纹套筒和右螺纹套筒，所述左螺纹套筒和右螺纹套筒分别靠近邻近的侧中间竖杆的端部上分别固定设置有侧滑动板，所述侧滑动板的上下两端分别卡合在上导轨和下导轨上，使得两个侧滑动板分别在左螺纹套筒和右螺纹套筒的带动下相对伸缩移动。
4.根据权利要求3所述的一种板材用三维激光切割机器人，其特征在于：所述动静夹持体包括竖向驱动电机、第一悬臂板、中间悬臂板、竖直丝杠、竖直光杠、第二悬臂板和板材自动夹手，所述侧滑动杆远离侧中间竖杆的端面上分别一上一下地设置有第一悬臂板，两个所述第一悬臂板分别靠近上丝杠和下丝杠，两个所述第一悬臂板之间设置有两个第二悬臂板，所述第一悬臂板与邻近的第二悬臂板之间设有竖直丝杠和竖直光杠，所述竖直丝杠的上下两端分别铰接在第一悬臂板与邻近的第二悬臂板上且上端伸出第一悬臂板并连接有竖向驱动电机，所述竖向驱动电机通过螺栓连接设置在第一悬臂板上；
处于所述第一悬臂板与邻近的所述第二悬臂板之间的竖直丝杠和竖直光杠上嵌套有中间悬臂板，所述中间悬臂板与竖直丝杠螺纹连接在一起，能够随着竖向驱动电机驱动竖直丝杠转动而上下移动；
所述中间悬臂板和第二悬臂板远离侧中间竖杆的端部上分别固定设置有板材自动夹手。
5.根据权利要求4所述的一种板材用三维激光切割机器人，其特征在于：所述中间悬臂板上设有的板材自动夹手为活动的板材自动夹手，能够随着中间悬臂板上下移动，所述第二悬臂板远离侧中间竖杆的端部上设有的板材自动夹手为固定的板材自动夹手，仅能随着第二悬臂板固定设置在侧滑动板上。
6.根据权利要求4或5所述的一种板材用三维激光切割机器人，其特征在于：所述板材自动夹手包括壳体、侧伺服电机、安装套、从动齿轮、摆动连杆、卡合夹块、弹性夹块、辅助连杆、主动齿轮和直角减速器，所述壳体的后端作为固定连接部分且后端设有安装套，所述安装套上设有侧伺服电机和直角减速器，所述直角减速器贴近壳体的端部与壳体内的主动齿轮紧固连接在一起，使得侧伺服电机通过直角减速器驱动主动齿轮，所述主动齿轮的右侧啮合有从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮一左一右地对称嵌入在壳体内且前侧分别固定设置有摆动连杆，所述摆动连杆伸出壳体的前端分别铰接有卡合夹块，所述卡合夹块上处于两个摆动连杆之间的部分铰接有辅助连杆，所述辅助连杆平行于邻近的摆动连杆且后端铰接在壳体上，使得卡合夹块能够随着所铰接的摆动连杆和辅助连杆摆动，且两个卡合夹块的相对端面始终平行，便于板材夹持在两个卡合块之间。
7.根据权利要求6所述的一种板材用三维激光切割机器人，其特征在于：两个所述卡合块的相对端面上嵌入有弹性夹块，两个所述弹性夹块的相对端面始终平行。
8.根据权利要求7所述的一种板材用三维激光切割机器人，其特征在于：所述机架的底框后框边中央设有底座，所述底座上设有机械臂，所述机械臂上设有激光切割头。
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