CN110802334A - 一种基于四卡盘激光切管机的管材切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四卡盘激光切管机的管材切割方法，包括激光切管床身、激光切割头组件、第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘；所述第一卡盘、第三卡盘和第四卡盘与所述激光切管床身滑动连接；所述第二卡盘与所述激光切管床身固定连接；所述激光切割头组件设置在所述激光切管床身上，并能沿X轴、Y轴和Z轴方向运动，在所述激光切管床身上设置有第一工位和第二工位；通过对所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘的运动进行了合理的分配和灵活的控制，实现了管材的零尾料切割，提高了材料的利用率。

Description

一种基于四卡盘激光切管机的管材切割方法

技术领域

本发明涉及激光切管领域，尤其涉及一种基于四卡盘激光切管机的管材切割方法。

背景技术

激光切管机是利用高能激光束对管材进行切割、焊接、标记、雕刻、表面处理、精细加工等工艺过程的专用设备。激光切管机加工系统至少由六部分组成，即切管机床身、卡盘、激光切、激光切割头组件、高度跟踪系统、电气控制系统等。如图1、图2、图3和图4所示，目前的市面上的两卡盘或三卡盘的激光切管机中，由于机械限制，一般都会有较长的尾料L，造成材料的浪费。即使宣称能实现零尾料的机型，由于对实现零尾料的条件较为苛刻，在实际加工情况下也很难实现零尾料的加工，并因为附加的避让动作，会导致加工效率降低，且较难实现全自动下料，实现自动加工循环。

对于长管/整管加工，传统的两卡盘切管机只是使用下料机托住管材，并不能有效解决切割过程中管材的甩动造成的切割精度变差的问题，同时管材悬出去很多时，由于下料支撑机构并不能时刻有效的支撑，所以对于前卡盘的承受的力就会变得很大，容易导致前卡盘超载报警或机械损伤，降低卡盘使用寿命。

对于传统的两卡盘和三卡盘切管机，无法进行下料自动分拣，落料基本都在切割区，无法根据管材长度自动进行分拣，除非专业的带自动分拣功能的下料机。

传统的两卡盘和三卡盘切管机，只有一个加工工位，在上料时就无法进行切割了，在实现加工循环中，无法节省上料时间。对于重型管材，上料准备时间是很长的，造成有效加工时间缩短，降低了加工效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于四卡盘激光切管机的管材切割方法，通过对所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘的运动进行了合理的分配和灵活的控制，实现了管材的零尾料切割，提高了材料的利用率；具体内容如下：

包括激光切管床身、激光切割头组件、第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘；所述第一卡盘、第三卡盘和第四卡盘与所述激光切管床身滑动连接；所述第二卡盘与所述激光切管床身固定连接；所述四卡盘激光切管机还包括X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构，所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构用于驱动所述激光切割头组件沿X、Y、Z方向运动；在所述激光切管床身上设置有第一工位和第二工位；

设定待切割的零件的长度为L1，两卡盘夹持切割最大零件长度L2，四卡盘夹持切割最短启动长度L3，剩余待切割零件的总长度L4，单卡盘夹持切割最短尾料长度L5，两卡盘夹持切割最短尾料长度L6，L6＞L5；该管材切割方法包括如下步骤：

步骤1：如果待切割的零件长度L1＜L2，并且剩余待切割的零件总长度L4＞L3时，执行步骤2；如果待切割的零件长度L1≥L2，并且剩余待切割的零件总长度L4＞L3时，执行步骤3；

步骤2：所述激光切割头组件在所述第一工位处，所述第一卡盘和第二卡盘夹持管材进行切割；

步骤3：所述激光切割头组件在所述第一工位处，所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘夹持管材进行切割；具体的为：所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘同步旋转，并且所述第一卡盘和所述第四卡盘同时、同向运动；

步骤4：当剩余待切割的零件总长度L4＞L3，并且在剩余待切割的零件上只有最后一个零件需要切割时，执行步骤5；

当剩余待切割的零件总长度L4＞L3，并且L4-L1＜L3、在剩余待切割的零件上至少有两个零件需要切割时，执行步骤6；

步骤5：所述第三卡盘和所述第四卡盘夹持管材，所述第一卡盘和所述第二卡盘松开，所述激光切割头组件移动至所述第二工位处进行切割，并且所述激光切割头组件的切割方向为从右至左；

步骤6：所述第三卡盘和所述第四卡盘夹持管材，所述第一卡盘和所述第二卡盘松开，所述激光切割头组件移动到所述第二工位处进行切割，并且所述激光切割头组件的切割方向为从左至右。

优选的，在所述步骤2中，所述第三卡盘夹持管材，所述第一卡盘、第二卡盘和第三卡盘同步旋转切割。

优选的，首先需要切割L6范围内的管材。

本发明的有益效果为：

本发明通过对所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘的运动进行了合理的分配和灵活的控制，实现了管材的零尾料切割，提高了材料的利用率；

本发明中通过所述第三卡盘和所述第四卡盘的联动，实现了自动下料，并且能够根据零件的长度自动下料分拣；

通过设置第一工位和第二工位，当切割短零件时，能够实现当其中一个工位上料时，另外一个工位切割，节省了上料准备时间，提高了切割效率。

附图说明

图1为传统两卡盘激光切管机尾料切割示意图；

图2为可移动激光切割头组件的两卡盘激光切管机尾料切割示意图；

图3为传统三卡盘激光切管机尾料切割示意图；

图4为传统三卡盘激光切管机零尾料切割时对零件的长度要求示意图；

图5为四卡盘激光切管机的结构；

图6为四卡盘夹持切割最短启动长度L3的示意图；

图7为单卡盘夹持切割最短尾料长度L5的示意图；

图8为两卡盘夹持切割最短尾料长度L6的示意图；

图9为第一工位、第二工位示意图；

图10为四卡盘零尾料切割示意图；

图11为双工位切割模式的示意图；

图12为Y轴驱动机构和Z轴驱动机构的结构图；

图13为四卡盘激光切管机智能下料的示意图。

图中各附图标记所指代的技术特征如下：

2、激光切割头组件；3、第一卡盘；4、第二卡盘；5、第三卡盘；6、第四卡盘；7、安装架；8、Y轴运动板；9、第二丝杆；10、第二丝杆电机；11、Z轴运动板；12、第三丝杆；13、第三丝杆电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图5所示的四卡盘激光切管机，包括激光切管床身、激光切割头组件2，第一卡盘3、第二卡盘4、第三卡盘5和第四卡盘6，所述第一卡盘3、第三卡盘5和第四卡盘6与所述激光切管床身滑动连接，即：所述第一卡盘3、第三卡盘5和第四卡盘6能够在所述激光切管床身上沿着所述激光且管材床身的长度方向运动，所述第一卡盘3、第三卡盘5和第四卡盘6与所述激光切管床身的滑动连接方式与现有的激光切管机上的卡盘与激光切管床身之间的滑动连接方式类似，在此不做赘述；并且所述第一卡盘3、第二卡盘4、第三卡盘5和第四卡盘6均能够旋转。

所述第二卡盘4与所述激光切管床身固定连接；所述激光切割头组件2设置在所述激光切管床身上，并且所述激光切割头组件2能够沿X轴、Y轴和Z轴方向运动，所述X轴是指沿着所述激光切管床身的长度方向，所述Y轴是指水平面上与所述X轴垂直的方向，所述Z轴是指与所述X轴和所述Y轴均垂直的方向，上述X轴、Y轴和Z轴的设定与普通的激光切管机无异。

如图12所示，所述四卡盘激光切管机还包括X轴驱动机构，所述X轴驱动机构用于驱动所述激光切割头组件2沿X轴方向运动，所述Y轴驱动机构用于驱动所述激光切割头组件2沿Y轴方向运动，所述Z轴驱动机构用于驱动所述激光切割头组件2沿Z轴方向运动。

所述X轴驱动机构包括安装架7、X轴运动板、第一丝杆和第一丝杆电机；所述安装架与所述激光切管床身固定连接，所述第一丝杆电机用于驱动所述第一丝杆转动，所述X轴运动板与所述第一丝杆的螺母固定连接；

所述Y轴驱动机构包括Y轴运动板8、第二丝杆9和第二丝杆电机10；所述第二丝杆电机用于驱动所述第二丝杆转动，所述第二丝杆固定设置在所述X轴运动板上，所述第二丝杆的螺母与所述Y轴运动板固定连接；

所述Z轴驱动机构包括Z轴运动板11、第三丝杆12和第三丝杆电机13；所述第三丝杆电机用于气动所述第三丝杆转动，所述第三丝杆固定设置在所述Y轴运动板上，所述Z轴运动板与所述第三丝杆的螺母固定连接，所述激光切割头组件2固定设置在所述Z轴运动板上。

所述第一丝杆呈X方向设置，所述第二丝杆呈Y方向设置，所述第三丝杆呈Z方向设置；所述第一丝杆电机启动，能够带动所述激光切割头组件2、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构沿X轴方向运动；所述第二丝杆电机启动能够带动所述激光切割头组件2、Z轴驱动机构沿Y方向上运动，所述第三丝杆电机启动能够带动所述激光切割头组件2沿Z方向运动。

设定待切割的零件的长度为L1，两卡盘夹持切割最大零件长度L2，四卡盘夹持切割最短启动长度L3，剩余待切割零件的总长度L4，单卡盘夹持切割最短尾料长度L5，两卡盘夹持切割最短尾料长度L6，L6＞L5；

所述待切割的零件的长度L1是指当前需要切割的成品零件的长度，所述当前剩余待切割的零件的长度L4是指剩余的待切割的零件的长度；

所述两卡盘夹持切割最大零件长度L2是指能够两个卡盘夹持切割的零件的最大的长度，即:超过了这个长度，需要第三卡盘进行支撑才能切割。

所述四卡盘夹持切割最短启动长度L3如图6所示；

所述单卡盘夹持切割最短尾料长度L5如图7所示；

所述两卡盘夹持切割最短尾料长度L6如图8所示；

在所述激光切管床身上设置有第一工位和第二工位，所述第一工位和第二工位的示意图如图9所示，图中P1为第一工位，P2为第二工位；

利用该四卡盘激光切管机的进行管材切割方法包括如下步骤：

步骤1：如果待切割的零件长度L1＜L2，并且剩余待切割的零件总长度L4＞L3时，执行步骤2；如果待切割的零件长度L1≥L2，并且剩余待切割的零件总长度L4＞L3时，执行步骤3；

步骤2：所述激光切割头组件在所述第一工位处，所述第一卡盘和第二卡盘夹持管材进行切割；

步骤3：所述激光切割头组件在所述第一工位处，所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘夹持管材进行切割；具体的为：所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘同步旋转，并且所述第一卡盘和所述第四卡盘同时、同向运动；

步骤4：当剩余待切割的零件总长度L4＞L3，并且在剩余待切割的零件上只有最后一个零件需要切割时，执行步骤5；

当剩余待切割的零件总长度L4＞L3，并且L4-L1＜L3、在剩余待切割的零件上至少有两个零件需要切割时，执行步骤6；

步骤5：所述第三卡盘和所述第四卡盘夹持管材，所述第一卡盘和所述第二卡盘松开，所述激光切割头组件移动至所述第二工位处进行切割，并且所述激光切割头组件的切割方向为从右至左；

步骤6：所述第三卡盘和所述第四卡盘夹持管材，所述第一卡盘和所述第二卡盘松开，所述激光切割头组件移动到所述第二工位处进行切割，并且所述激光切割头组件的切割方向为从左至右。

如果待切割的零件长度L1＜L2，并且剩余待切割的零件总长度L4＞L3时，此时可以用第一卡盘3和第二卡盘4夹持进行切割，为提高切割效率，此时就不需要第三卡盘5和第四卡盘6参与动作；但是为了提高切割的稳定度和精度，所述第三卡盘5参与夹持管材，对管材进行支撑，此时，所述第一卡盘3、第二卡盘4和第三卡盘5夹持管材进行切割，并且所述第一卡盘3、第二卡盘4和第三卡盘5同步旋转，在切断下料之后，所述第三卡盘5松开，并退出零件范围，避让管材的切断下料；在这个过程中，所述激光切割头组件2在所述第一工位处切割。

如图10所示，如果待切割的零件长度L1≥L2，并且剩余待切割的零件总长度L4＞L3时，此时如果还用第一卡盘3和第二卡盘4夹持进行切割，则管材会出现下垂，此时需要第三卡盘5和第四卡盘6参与动作；具体的动作过程为：所述激光切割头组件2在所述第一工位处切割，所述第一卡盘3、第二卡盘4夹紧管材，并且第三卡盘5和第四卡盘6张开，转动到与所述第一卡盘3和第二卡盘4同角度后沿X轴方向运动，直到夹紧管材；此时，所述第一卡盘3、第二卡盘4、第三卡盘5和第四卡盘6同步旋转，并且所述第一卡盘3和所述第四卡盘6同时、同向运动，使得管材在所述述第一卡盘3和所述第四卡盘6的牵引下沿着X轴方向运动。当零件切断后，所述第三卡盘5和第四卡盘6夹持管材并沿X轴方向运动，运动至下料区进行下料。

当剩余待切割的零件总长度L4＞L3，并且在剩余待切割的零件上只有最后一个零件需要切割时，此时的切割过程如下：

先切割L6范围内的零件，以防当所述第三卡盘5和所述第四卡盘6夹持管材后，夹持的部分没有得到加工；切割完L6范围内的零件后，所述第三卡盘5和所述第四卡盘6夹持管材，然后所述第一卡盘3和所述第二卡盘4松开，所述激光切割头组件2移动至所述第二工位处对管材进行切割（如果此时还在第一工位进行切割，则由于第二卡盘4的阻挡，会对切割形状有限制）；所述第一卡盘3退回到X轴上的原点，便于进行再次上料。

当剩余待切割的零件总长度L4＞L3，并且L4-L1＜L3时，即：剩余待切割的零件总包含有多个零件，如果切割掉当前的零件，则剩下的余料的长度不能完成尾料切割时，此时的切割过程如下：

先切割L6范围内的零件，以防当所述第三卡盘5和所述第四卡盘6夹持管材后，夹持的部分没有得到加工；所述第三卡盘5和所述第四卡盘6夹持管材，所述第一卡盘3和所述第二卡盘4松开，所述激光切割头组件2移动到所述第二工位处进行切割，并且所述激光切割头组件的切割方向为从左至右，将切割头组件2的切割方向设置为从左至右是为了防止没有被加工的管材被切断下料。上述过程切割完毕后，所述第三卡盘5和第四卡盘6移动到下料区进行下料。

此外本发明所提供的四卡盘激光切管机还能完成如下极短零件的加工过程:

当待切割的零件长度L5≤L1＜L6时，则因为该待切割的零件无法双卡盘夹持切割，需要第三卡盘5松开，所述激光切割头组件2沿Z轴方向向上运动，使得所述激光切割头组件2避开所述第三卡盘5的运动，所述第三卡盘5沿着X轴方向运动至与所述第二卡盘4紧邻，然后所述激光切割头组件2沿Z轴方向向下运动，再沿着X轴方向运动至所述第三卡盘5和第四卡盘6之间（位于第二工位），所述第四卡盘6夹持管材进行切割。

本发明所提供的四卡盘激光切管机还能完成双工位切割模式：

如图11所示，所述第一卡盘3和第二卡盘4夹持管材，所述激光切割头组件2在所述第一工位上进行切割，此时，所述第三卡盘5和第四卡盘6进行上料；当所述第一工位的切割结束后，所述激光切割头组件2移动到第二工位上进行切割，此时所述第一卡盘3和第二卡盘4进行上料。如此反复，实现不间断的管材切割模式。

此外，本发明所提供的四卡盘激光切管机还能完成智能下料功能；如图13所示，所述第三卡盘5和第四卡盘6能够根据切割下来的零件长度，自动移动到合适的下料区进行下料。

以上对本发明所提供的一种基于四卡盘激光切管机的管材切割方法的实施例进行了详细阐述。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于四卡盘激光切管机的管材切割方法，其特征在于：包括激光切管床身、激光切割头组件、第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘；所述第一卡盘、第三卡盘和第四卡盘与所述激光切管床身滑动连接；所述第二卡盘与所述激光切管床身固定连接；所述四卡盘激光切管机还包括X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构，所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构用于驱动所述激光切割头组件沿X、Y、Z方向运动；在所述激光切管床身上设置有第一工位和第二工位；

设定待切割的零件的长度为L1，两卡盘夹持切割最大零件长度L2，四卡盘夹持切割最短启动长度L3，剩余待切割零件的总长度L4，单卡盘夹持切割最短尾料长度L5，两卡盘夹持切割最短尾料长度L6，L6＞L5；该管材切割方法包括如下步骤：

步骤1：如果待切割的零件长度L1＜L2，并且剩余待切割的零件总长度L4＞L3时，执行步骤2；如果待切割的零件长度L1≥L2，并且剩余待切割的零件总长度L4＞L3时，执行步骤3；

步骤2：所述激光切割头组件在所述第一工位处，所述第一卡盘和第二卡盘夹持管材进行切割；

步骤3：所述激光切割头组件在所述第一工位处，所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘夹持管材进行切割；具体的为：所述第一卡盘、第二卡盘、第三卡盘和第四卡盘同步旋转，并且所述第一卡盘和所述第四卡盘同时、同向运动；

步骤4：当剩余待切割的零件总长度L4＞L3，并且在剩余待切割的零件上只有最后一个零件需要切割时，执行步骤5；

当剩余待切割的零件总长度L4＞L3，并且L4-L1＜L3、在剩余待切割的零件上至少有两个零件需要切割时，执行步骤6；

步骤5：所述第三卡盘和所述第四卡盘夹持管材，所述第一卡盘和所述第二卡盘松开，所述激光切割头组件移动至所述第二工位处进行切割，并且所述激光切割头组件的切割方向为从右至左；

步骤6：所述第三卡盘和所述第四卡盘夹持管材，所述第一卡盘和所述第二卡盘松开，所述激光切割头组件移动到所述第二工位处进行切割，并且所述激光切割头组件的切割方向为从左至右。

2.如权利要求1所述的管材切割方法，其特征在于：在所述步骤2中，所述第三卡盘夹持管材，所述第一卡盘、第二卡盘和第三卡盘夹持管材进行切割。

3.如权利要求1所述的管材切割方法，其特征在于：在所述步骤5中，首先需要切割L6范围内的管材。

4.如权利要求1所述的管材切割方法，其特征在于：在所述步骤6中，首先需要切割L6范围内的管材。

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