CN110757010B - 一种避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，包括以下步骤：设置圆形件的直径D1和切割余量H，获得加工圆的直径D2＝D1+2H，并形成宽度为H的余量环；将若干直径相同的加工圆沿卷料的长度方向排列，形成多个排列周期；使相邻两个加工圆的余量环相互咬合，形成咬合区；相邻两个排列周期之间的咬合区为跨周期咬合区；激光头先对前一个排列周期内除跨周期咬合区以外的余量环进行切割，然后再对后一个排列周期进行切割时，将前一个排列周期的跨周期咬合区切割掉，完成前一个排列周期内的所有圆形件的切割。通过跨周期咬合区与后一个排列周期连接，形成微连接作用，避免圆形件变形向上翘起，而有效避免碰撞激光头。
Description
技术领域
本发明涉及激光切割加工领域，特别是一种避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法。
背景技术
据统计圆形毛坯件占最终产品成本的60％左右，一般采用冲、剪、切的加工方式落料，来获得圆形毛坯，广泛的应用于机械制造行业。采用冲压设备具有一定的局限性，比如模具磨损、柔性差、加工变形、噪声大以及材料利用率低等，且对于厚度较厚、强度较强的板材也不适合冲床加工。采用激光进行圆形件落料的方式也逐渐应用在一些工厂中，其生产效率虽然远不及冲床，但可以弥补冲床的劣势，作为边缘辅助生产设备，加工小批量的、定制性的、周期断的圆形毛坯件。
如图1所示，在矩形卷料1上排列两个圆形件2，圆形件2和圆形件3。如果按照普通走刀路径，即先沿路径4，先切割完圆形件2。此时，圆形件2与卷料1完全分离，当再切割圆形件3时，无论沿路径5还是路径6，卷料1上都会产生悬臂三角7。由于激光切割辅助气体吹气作用，当激光头沿路径6切割时，辅助气体会向下吹圆形件3，使得悬臂三角7与圆形件3的连接处(即切割剩余的最后一部分)向上翘起，容易碰撞到激光头，产生故障报警，影响切割效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，解决现有现有方法切割圆形件时，容易碰撞到激光头，产生故障报警，影响切割效率的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，包括以下步骤：
设置圆形件的直径D1和切割余量H，获得加工圆的直径D2＝D1+2H，并形成宽度为H的余量环；
将若干直径相同的加工圆沿卷料的长度方向排列，形成多个排列周期；
使相邻两个加工圆的余量环相互咬合，形成咬合区；其中，每一排列周期包括至少两个相互咬合的加工圆，相邻两个排列周期之间的咬合区为跨周期咬合区；
激光头先对前一个排列周期内除跨周期咬合区以外的余量环进行切割，然后再对后一个排列周期进行切割时，将前一个排列周期的跨周期咬合区切割掉，完成前一个排列周期内的所有圆形件的切割。
进一步地，相邻两个加工圆的圆心距离D3＝D1+H，其中，D1为圆形件的直径，H为切割余量。
进一步地，每一排列周期包括三个相互咬合的加工圆，分别为一号加工圆、二号加工圆以及三号加工圆；其中，所述一号加工圆与后一个排列周期咬合形成第一跨周期咬合区，且与二号加工圆咬合形成第一周期内咬合区；所述二号加工圆与后一个排列周期按逆时针依次咬合形成第二跨周期咬合区、第三跨周期咬合区以及第四跨周期咬合区；所述三号加工圆与后一个排列周期咬合形成第五跨周期咬合区，且与二号加工圆咬合形成第二周期内咬合区。
进一步地，所述激光头具体按照以下路径进行切割加工：按逆时针切割一号加工圆的第一小段，遇到所述第一跨周期咬合区跳过，再切割第二小段，遇到所述第一周期内咬合区跳过，再切割第三小段；移动到所述第二跨周期咬合区的左侧，按顺时针切割包括第一周期内咬合区在内的第四小段，遇到第二周期内咬合区跳过，再切割第五小段，遇到所述第四跨周期咬合区跳过，再切割第六小段，遇到所述第三跨周期咬合区跳过，再切割第七小段到所述第二跨周期咬合区的右侧；移动到所述第五跨周期咬合区的左侧，按顺时针切割包括第二周期内咬合区在内的第八小段到所述第五跨周期咬合区的右侧；最后在后一个排列周期按上述路径重复切割，刚好能够将第一跨周期咬合区、第二跨周期咬合区、第三跨周期咬合区、第四跨周期咬合区以及第五跨周期咬合区切割，完成前一个排列周期内的所有圆形件的切割；其中，第一小段、第一跨周期咬合区、第二小段、第一周期内咬合区以及第三小段围成所述一号加工圆的余量环；第四小段、第二周期内咬合区、第五小段、第四跨周期咬合区、第六小段、第三跨周期咬合区、第七小段以及第二跨周期咬合区围成二号加工圆的余量环；第八小段和第五跨周期咬合区围成三号圆形件的余量环。
进一步地，所述激光头具体按照以下路径进行切割加工：按逆时针切割一号加工圆的a小段，遇到所述第一跨周期咬合区跳过，再切割b小段，遇到所述第一周期内咬合区跳过，顺时针切割二号加工圆的c小段，逆时针切割三号加工圆包括所述第二周期内咬合区在内的d小段，遇到所述第五跨周期咬合区跳过，再切割e小段，遇到所述第二周期内咬合区跳过，再顺时针切割二号加工圆的f小段，遇到所述第四跨周期咬合区跳过，再切割g小段，遇到所述第三跨周期咬合区跳过，再切割h小段，遇到所述第二跨周期咬合区跳过，再切割i小段，再逆时针切割一号加工圆包括所述第一周期内咬合区的j小段；最后，在后一个排列周期按上述路径重复切割，刚好能够将第一跨周期咬合区、第二跨周期咬合区、第三跨周期咬合区、第四跨周期咬合区以及第五跨周期咬合区切割，完成前一个排列周期内的所有圆形件的切割；其中，a小段、第一跨周期咬合区、b小段以及j小段围成所述一号加工圆的余量环；c小段、第二周期内咬合区、f小段、第四跨周期咬合区、g小段、第三跨周期咬合区、h小段、第二跨周期咬合区、i小段、以及第一周期内咬合区围成二号加工圆的余量环；d小段和第五跨周期咬合区以及e小段围成三号圆形件的余量环。
进一步地，所述将若干直径相同的加工圆沿卷料的长度方向排列，具体包括：根据排样参数，使卷料的利用率最大。
进一步地，所述排样参数包括圆形件的直径D1、加工圆的直径D2、切割余量H、卷料的宽度、纵向顶边余量以及纵向底边余量，确定出卷料纵向加工圆的最大排列个数N。
进一步地，所述卷料纵向加工圆的最大排列个数N，
其中，w为卷料的宽度，y1为纵向顶边余量，y2为纵向底边余量,D1为圆形件的直径，D2为加工圆的直径，H为切割余量。
进一步地，所述切割余量H为2mm至5mm。
进一步地，采用多个激光头分别对多个排列周期进行切割加工。
相对于现有技术，本发明提供的一种避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，通过激光头先对前一个排列周期内除跨周期咬合区以外的余量环进行切割，然后再对后一个排列周期进行切割时，将前一个跨周期咬合区切割掉，完成前一个排列周期内的所有圆形件的切割。由于在切割前一个排列周期内的圆形件时，圆形件通过跨周期咬合区与后一个排列周期连接，形成微连接作用，能够有效抵抗辅助气体的吹气，避免圆形件变形向上翘起，从而有效避免碰撞激光头，导致报警的问题。
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是现有技术提供的激光切割圆形件的路径示意图；
图2是本发明提供的在卷料上排样加工圆的示意图；
图3是图2中相邻相邻两个加工圆的距离示意图；
图4是图2中加工圆相互咬合的示意图；
图5是激光头按方式一切割的走位示意图；
图6是激光头按方式二切割的走位示意图；
图7是激光头按方式一和方式二切割的路径对比示意图；
图8是用于计算卷料纵向加工圆最大数量的结构示意图。
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2和3所示，本发明提供的一种避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，包括以下步骤：
设置圆形件10的直径D1和切割余量H，获得加工圆20的直径D2＝D1+2H，并形成宽度为H的余量环30；其中，切割余量H大于或等于激光光斑的直径。
将若干直径相同的加工圆20沿卷料40的长度方向排列，形成多个排列周期；通过使用卷料40，而不是单张板，能有效避免出现板与板之间的空缺，提高卷料40的利用率。
使相邻两个加工圆20的余量环30相互咬合，形成咬合区；其中，每一排列周期包括至少两个相互咬合的加工圆20，相邻两个排列周期之间的咬合区为跨周期咬合区A；
激光头先对前一个排列周期内除跨周期咬合区A以外的余量环30进行切割，然后再对后一个排列周期进行切割时，将前一个排列周期跨周期咬合区A切割掉，完成前一个排列周期内的所有圆形件10的切割。
由于在切割前一个排列周期内的圆形件10时，圆形件10通过跨周期咬合区A与后一个排列周期连接，形成微连接作用(由于后一个排列周期还没切割，所以这时后一个排列周期实际还是整块卷料40，相当于前一个排列周期内的圆形件10通过跨周期咬合区A与卷料40形成微连接作用)，能够有效抵抗辅助气体的吹气，避免圆形件10变形向上翘起，从而有效避免碰撞激光头，导致报警的问题。
在本实施例中，相邻两个加工圆20的圆心距离D3＝D1+H，其中，D1为圆形件的直径，H为切割余量。使加工圆20排列的更加紧凑，有利于提高卷料40的利用率。
在实际加工过程中，不管是采用冲床加工还是激光加工，由于加工工艺的要求，在加工圆形件10时，必须留有一定的切割余量H，一般是2mm至5mm，才能减少报废率。切割余量H可以优选为3mm，具体的该余量应该大于激光光斑的直径，理想一点可以等于激光光斑的直径，即激光刚好可以切除余量环30。
如图4所示，每一排列周期包括三个相互咬合的加工圆20，分别为一号加工圆21、二号加工圆22以及三号加工圆23。其中，一号加工圆21与后一个排列周期咬合形成第一跨周期咬合区A1，且与二号加工圆22咬合形成第一周期内咬合区B1。二号加工圆22与后一个排列周期按逆时针依次咬合形成第二跨周期咬合区A2、第三跨周期咬合区A3以及第四跨周期咬合区A4。三号加工圆23与后一个排列周期咬合形成第五跨周期咬合区A5，且与二号加工圆22咬合形成第二周期内咬合区B2。
激光头具体按照以下两种路径进行切割加工：
方式一：
如图5所示，如果按逆时针切割一号加工圆21的第一小段61，遇到所述第一跨周期咬合区A1跳过，再切割第二小段62，遇到所述第一周期内咬合区B1跳过，再切割第三小段63。
移动到所述第二跨周期咬合区A2的左侧，按顺时针切割包括第一周期内咬合区B1在内的第四小段64，遇到第二周期内咬合区B2跳过，再切割第五小段65，遇到所述第四跨周期咬合区A4跳过，再切割第六小段66，遇到所述第三跨周期咬合区A3跳过，再切割第七小段67到所述第二跨周期咬合区A2的右侧。
移动到所述第五跨周期咬合区A5的左侧，按顺时针切割包括第二周期内咬合区B2在内的第八小段68到所述第五跨周期咬合区A5的右侧；最后在后一个排列周期按上述路径重复切割，刚好能够将第一跨周期咬合区A1、第二跨周期咬合区A2、第三跨周期咬合区A3、第四跨周期咬合区A4以及第五跨周期咬合区A5切割，完成前一个排列周期内的所有圆形件10的切割；其中，第一小段61、第一跨周期咬合区A1、第二小段62、第一周期内咬合区B1以及第三小段63围成所述一号加工圆21的余量环；第四小段64、第二周期内咬合区B2、第五小段65、第四跨周期咬合区A4、第六小段66、第三跨周期咬合区A3、第七小段67以及第二跨周期咬合区A2围成二号加工圆22的余量环；第八小段68和第五跨周期咬合区A5围成三号圆形件10的余量环。
由上可知，当激光头切割一号加工圆21时，有两处微连接，分别是第一周期内咬合区B1和第一跨周期咬合区A1，能够有效抵抗辅助气体的吹气，避免一号加工圆21变形向上翘起，从而有效避免碰撞激光头。
当激光头切割二号加工圆22时，有四处微连接，分别是第二跨周期咬合区A2、第三跨周期咬合区A3、第四跨周期咬合区A4以及第二周期内咬合区B2，能够有效抵抗辅助气体的吹气，避免二号加工圆22变形向上翘起，从而有效避免碰撞激光头。
当激光头切割三号加工圆22时，有一处微连接，分别是第五跨周期咬合区A5，能够有效抵抗辅助气体的吹气，避免三号加工圆23变形向上翘起，从而有效避免碰撞激光头。
使用上述切割路径对前一个排列周期切割完后，再用相同的路径对后一个排列周期进行切割时，将前一个排列周期的跨周期咬合区A全部切割掉，完成前一个排列周期内的所有圆形件10的切割。
方式二
如图6所示，激光头具体按照以下路径进行切割加工：按逆时针切割一号加工圆21的a小段，遇到所述第一跨周期咬合区A1跳过，再切割b小段，遇到所述第一周期内咬合区B1跳过。
顺时针切割二号加工圆22的c小段，逆时针切割三号加工圆23包括所述第二周期内咬合区B1在内的d小段，遇到所述第五跨周期咬合区A5跳过，再切割e小段，遇到所述第二周期内咬合区B2跳过，再顺时针切割二号加工圆22的f小段，遇到所述第四跨周期咬合区A4跳过，再切割g小段，遇到所述第三跨周期咬合区A3跳过，再切割h小段，遇到所述第二跨周期咬合区A2跳过，再切割i小段，再逆时针切割一号加工圆21包括所述第一周期内咬合区B1的j小段。
最后，在后一个排列周期按上述路径重复切割，刚好能够将第一跨周期咬合区A1、第二跨周期咬合区A2、第三跨周期咬合区A3、第四跨周期咬合区A4以及第五跨周期咬合区A5切割，完成前一个排列周期内的所有圆形件10的切割。其中，a小段、第一跨周期咬合区A1、b小段以及j小段围成所述一号加工圆21的余量环；c小段、第二周期内咬合区B2、f小段、第四跨周期咬合区A4、g小段、第三跨周期咬合区A3、h小段、第二跨周期咬合区A2、i小段、以及第一周期内咬合区B2围成二号加工圆22的余量环；d小段和第五跨周期咬合区A5以及e小段围成三号圆形件10的余量环。
值得一提的是，附图5和6中的箭头线表示激光头的路径方向，箭头线的位置不代表激光的实际切割路径，激光的实际切割路径在余量环30内。
如图7(m)是方式一中激光头移动的路径示意图。如图7(n)是方式二中激光头移动的路径示意图。根据对比可知，方式一的激光走刀路径，比方式二的激光走刀路径，要多出两端，分别为x段和y段。因此，采用方式二的路径进行切割加工效率更高。
参考图1，所述将若干直径相同的加工圆20沿卷料40的长度方向排列，具体包括：根据排样参数，使卷料40的利用率最大。即在卷料40尽可能的多排列一些加工圆20。
在本实施例中，排样参数包括圆形件10的直径D1、加工圆的直径D2、切割余量H、卷料40的宽度、纵向顶边余量以及纵向底边余量，确定出卷料40纵向加工圆20的最大排列个数N。
如图8所示，卷料40纵向加工圆20的最大排列个数N，
其中，w为卷料40的宽度，y1为纵向顶边余量，y2为纵向底边余量,D1为圆形件10的直径，D2为加工圆20的直径，H为切割余量。
上述通过减小相邻两个圆形件10的距离，即减小废料的面积来实现提高卷料40的利用率。
具体的，在进行周期排样的过程中，为了不损失圆形件10的有效面积，用激光加工相邻圆之间咬合的圆形件10时，需要扩大圆形件10的直径编程，这就是为什么要获得加工圆20。比如，所需要加工的圆形件10直径为435mm，切割余量H＝2mm，得到的加工圆20，需要保证加工圆20的直径为435mm，此时输入的要加工圆20的直径＝435+2*H＝439mm。
由于冲床的加工效率远远高于激光加工，因此需要提高激光切割的效率。随着激光技术的普及与不断的进步，使得激光器的价格有较大幅度下降，从而使得在同等价位上，多激光头组合加工的加工效率超过单个冲床成为了可能。且随着激光技术的进步，一台激光器分光到多个激光头技术也逐渐成熟，所以使用激光加工的成本将大幅度下降。因此，可以采用多个激光头分别对多个排列周期进行切割加工，提高加工效率。
在本实施例中，激光头的数量为三个。据统计，三个激光头同时工作，能够达到冲床的加工效率。随着数控系统功能的强大，一个系统多个通道的方式可实现多个激光头的独立工作，至于需要多少个激光头，按照成本、效率要求而定。优先方式为三个龙门架独立带动三个激光头同时工作。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置圆形件的直径D1和切割余量H，获得加工圆的直径D2＝D1+2H，并形成宽度为H的余量环；
将若干直径相同的加工圆沿卷料的长度方向排列，形成多个排列周期；
使相邻两个加工圆的余量环相互咬合，形成咬合区；其中，每一排列周期包括至少两个相互咬合的加工圆，相邻两个排列周期之间的咬合区为跨周期咬合区；
激光头先对前一个排列周期内除跨周期咬合区以外的余量环进行切割，然后再对后一个排列周期进行切割时，将前一个排列周期的跨周期咬合区切割掉，完成前一个排列周期内的所有圆形件的切割。
2.根据权利要求1所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，相邻两个加工圆的圆心距离D3＝D1+H，其中，D1为圆形件的直径，H为切割余量。
3.根据权利要求2所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，每一排列周期包括三个相互咬合的加工圆，分别为一号加工圆、二号加工圆以及三号加工圆；其中，所述一号加工圆与后一个排列周期咬合形成第一跨周期咬合区，且与二号加工圆咬合形成第一周期内咬合区；所述二号加工圆与后一个排列周期按逆时针依次咬合形成第二跨周期咬合区、第三跨周期咬合区以及第四跨周期咬合区；所述三号加工圆与后一个排列周期咬合形成第五跨周期咬合区，且与二号加工圆咬合形成第二周期内咬合区。
4.根据权利要求3所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，所述激光头具体按照以下路径进行切割加工：按逆时针切割一号加工圆的第一小段，遇到所述第一跨周期咬合区跳过，再切割第二小段，遇到所述第一周期内咬合区跳过，再切割第三小段；移动到所述第二跨周期咬合区的左侧，按顺时针切割包括第一周期内咬合区在内的第四小段，遇到第二周期内咬合区跳过，再切割第五小段，遇到所述第四跨周期咬合区跳过，再切割第六小段，遇到所述第三跨周期咬合区跳过，再切割第七小段到所述第二跨周期咬合区的右侧；移动到所述第五跨周期咬合区的左侧，按顺时针切割包括第二周期内咬合区在内的第八小段到所述第五跨周期咬合区的右侧；最后在后一个排列周期按上述路径重复切割，刚好能够将第一跨周期咬合区、第二跨周期咬合区、第三跨周期咬合区、第四跨周期咬合区以及第五跨周期咬合区切割，完成前一个排列周期内的所有圆形件的切割；其中，第一小段、第一跨周期咬合区、第二小段、第一周期内咬合区以及第三小段围成所述一号加工圆的余量环；第四小段、第二周期内咬合区、第五小段、第四跨周期咬合区、第六小段、第三跨周期咬合区、第七小段以及第二跨周期咬合区围成二号加工圆的余量环；第八小段和第五跨周期咬合区围成三号圆形件的余量环。
5.根据权利要求3所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，所述激光头具体按照以下路径进行切割加工：按逆时针切割一号加工圆的a小段，遇到所述第一跨周期咬合区跳过，再切割b小段，遇到所述第一周期内咬合区跳过，顺时针切割二号加工圆的c小段，逆时针切割三号加工圆包括所述第二周期内咬合区在内的d小段，遇到所述第五跨周期咬合区跳过，再切割e小段，遇到所述第二周期内咬合区跳过，再顺时针切割二号加工圆的f小段，遇到所述第四跨周期咬合区跳过，再切割g小段，遇到所述第三跨周期咬合区跳过，再切割h小段，遇到所述第二跨周期咬合区跳过，再切割i小段，再逆时针切割一号加工圆包括所述第一周期内咬合区的j小段；最后，在后一个排列周期按上述路径重复切割，刚好能够将第一跨周期咬合区、第二跨周期咬合区、第三跨周期咬合区、第四跨周期咬合区以及第五跨周期咬合区切割，完成前一个排列周期内的所有圆形件的切割；其中，a小段、第一跨周期咬合区、b小段以及j小段围成所述一号加工圆的余量环；c小段、第二周期内咬合区、f小段、第四跨周期咬合区、g小段、第三跨周期咬合区、h小段、第二跨周期咬合区、i小段、以及第一周期内咬合区围成二号加工圆的余量环；d小段和第五跨周期咬合区以及e小段围成三号圆形件的余量环。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，所述将若干直径相同的加工圆沿卷料的长度方向排列，具体包括：根据排样参数，使卷料的利用率最大。
7.根据权利要求6所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，所述排样参数包括圆形件的直径D1、加工圆的直径D2、切割余量H、卷料的宽度、纵向顶边余量以及纵向底边余量，确定出卷料纵向加工圆的最大排列个数N。
8.根据权利要求7所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，所述卷料纵向加工圆的最大排列个数N，
其中，w为卷料的宽度，y1为纵向顶边余量，y2为纵向底边余量,D1为圆形件的直径，D2为加工圆的直径，H为切割余量。
9.根据权利要求2至5中任意一项所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，所述切割余量H为2mm至5mm。
10.根据权利要求2至5中任意一项所述的避免加工圆形件与激光头碰撞的切割方法，其特征在于，采用多个激光头分别对多个排列周期进行切割加工。
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