CN111230332A - 全自动非金属激光加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全自动非金属激光加工设备，包括设备支架，设备支架的上侧面形成工作台面，工作台面上设有Y轴模组、Y向治具运动模块和激光加工模块，Y向治具运动模块包括治具支撑动板、治具导轨、定位治具、Y向气缸、Y向气缸推板，激光加工模块包括固定底座、激光器安装板、X轴模组、X轴动板、Z轴模组、Z轴动板、激光切割头固定板和激光切割头。本发明结构简单、功能全面，而且可以兼容人工和机器人多种上下料方式，实现全自动无人看守的加工模式，相比于传统的龙门双驱形式的设备其结构更加简单，成本更低，稳定性更高，而且采用激光器和两套反射镜一同密封防护的结构，可以减少对反射镜片和激光器的维护，提高使用寿命。

Description

全自动非金属激光加工设备
技术领域
本发明属于激光加工设备技术领域，具体的说是涉及一种全自动非金属激光加工设备。
背景技术
目前，市场上用于非金属激光加工的设备，均是移动龙门双驱的结构形式，即运动轴系全部安装在机床的床身上，需要加工的工件固定在底座上，轴系带动切割头运动完成加工过程，如两个平行的Y轴安装在床身底座上，X轴则通过螺钉安装在两个Y轴的动板上，形成一个龙门结构，激光切割头安装在X轴上，并可以在X、Y(Z方向一般只能根据工件的高低手动调整)两个方向的有效范围内运动。这种结构的优点是工件固定不动，即工件的大小和重量不会对加工过程产生任何影响，但是遇到高度变化的产品则很难加工。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种全自动非金属激光加工设备，采用模块化设计，将激光切割头的独立运动分解为激光切割头(X和Z方向)和工件(Y方向)的三个轴的协同运动，这样工件既可以兼容自动上下料功能，提高加工效率，而且激光切割头添加了Z方向的运动，可以适应多种高度尺寸的产品。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全自动非金属激光加工设备，包括设备支架，该设备支架的上侧面形成工作台面，以该工作台面的两个相互垂直的侧边方向分别定义为X向和Y向，所述工作台面上设有Y轴模组、Y向治具运动模块和激光加工模块，所述Y向治具运动模块包括治具支撑动板、治具导轨、定位治具、Y向气缸、Y向气缸推板，两个所述治具导轨沿Y向对称设于所述治具支撑动板上，所述定位治具滑动安装于两个所述治具导轨上；所述Y向气缸的底座固定于所述治具支撑动板上，所述Y向气缸推板固定于所述定位治具上并与所述Y向气缸的活塞固定连接；所述Y轴模组沿Y向设于所述工作台面上，所述Y向治具运动模块的治具支撑动板设于该Y轴模组上，所述Y轴模组能够带动该治具支撑动板沿Y向往返运动；所述激光加工模块包括固定底座、激光器安装板、X轴模组、X轴动板、Z轴模组、Z轴动板、激光切割头固定板和激光切割头，所述固定底座固定于所述工作台面上，所述激光器安装板固定于该固定底座上，所述X轴模组沿X向安装于所述激光器安装板上，所述X轴动板沿X向安装于所述X轴模组上，所述X轴模组能够带动所述X轴动板沿X向往返运动；所述Z轴模组沿Z向安装于所述X轴动板上，所述Z轴动板沿Z向安装于所述Z轴模组上，该Z轴模组能够带动所述Z轴动板沿Z向往返运动；所述激光切割头固定于所述所述激光切割头固定板上，该激光切割头固定板固定于所述Z轴动板上。
作为本发明的进一步改进，所述治具导轨的内端设有治具限位死挡，所述治具支撑动板位于两个所述治具导轨的内端外侧分别设有压紧气缸。
作为本发明的进一步改进，所述工作台面上设有Y轴辅助导轨，所述治具支撑动板的下侧面安装于该Y轴辅助导轨上。
作为本发明的进一步改进，所述Y向气缸为无杆气缸，所述工作台面为花岗岩平台。
作为本发明的进一步改进，所述治具支撑动板的内侧设有接料盒。
作为本发明的进一步改进，还设有激光模组，该激光模组包括CO2激光器、反射镜安装底座、第一反射镜组、第二反射镜组和第三反射镜组，所述CO2激光器沿X向安装于所述激光器安装板上，与所述X轴模组平行设置；所述反射镜安装底座沿Y向安装于所述激光器安装板的一侧边上，与所述X轴模组垂直设置，所述第一反射镜组和第二反射镜组分别安装于该反射镜安装底座的两端上并能够分别沿Y向调整；所述第三反射镜组安装于所述激光切割头上。
作为本发明的进一步改进，所述固定底座为花岗岩固定底座。
作为本发明的进一步改进，所述CO2激光器、第一反射镜组和第二反射镜组外设有光路防护罩。
作为本发明的进一步改进，所述反射镜安装底座的两端分别设有第一滑槽和第二滑槽，所述第一反射镜组和第二反射镜组分别安装于该第一滑槽和第二滑槽内。
作为本发明的进一步改进，所述设备支架为方形的方钢架，该方钢架的四角底板分别设有安装地脚。
本发明的有益效果是：该设备通过模块化设计将三轴机床和自动化功能集成为一个整体，具有结构紧凑、模块化装配、自动化高效、兼容性能广和稳定性高等技术特点，为高效全自动激光加工方式提供一种新的解决思路，主要优点如下：
1.增加了Z方向的运动轴，可以适应多种高度的工件，并且兼容自动化结构，可以实现治具的避让，防止治具和切割头干涉；
2.在Y轴上设计了一套具备产品自动推送和压紧的治具，既可以实现人工上料也可以兼容机器人自动上料实现无人值守的全自动化加工过程；
3.避免了传统的非金属激光加工采用的组合式反射镜随轴系频繁高速运动容易松动的问题，传统的结构中三组反射镜有2组在加工中要随轴系一同运动，轴系的高速运动和频繁换向很容易造成镜片的松动，本设备则将随轴系运动的镜片减少至1组，大大降低了镜片松动的风险，结构稳定可靠；
4.固定不动的反射镜片组方便进行密封防护，极大减小了镜片的维护频率，增加使用寿命；
5.设备采用模块化设计，激光光路和切割头的轴系运动以及工件的运动分别单独设计为独立模块，可以方便进行拆装和替换，不影响设备整体功能。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明所述Y向治具运动模块结构示意图；
图3为本发明所述激光加工模块结构示意图；
图4为本发明所述反射镜安装底座的结构示意图。
结合附图，作以下说明：
1——设备支架； 2——Y轴模组；
3——Y向治具运动模块； 4——激光加工模块；
5——接料盒； 6——激光模组；
11——安装地脚； 31——治具支撑动板；
32——治具导轨； 33——定位治具；
34——Y向气缸； 35——Y向气缸推板；
36——治具限位死挡； 37——压紧气缸；
38——Y轴辅助导轨； 41——固定底座；
42——激光器安装板； 43——X轴模组；
44——X轴动板； 45——Z轴模组；
46——Z轴动板； 47——激光切割头固定板；
48——激光切割头； 61——CO2激光器；
62——反射镜安装底座； 63——第一反射镜组；
64——第二反射镜组； 65——第三反射镜组；
66——光路防护罩； 10——工作台面；
621——第一滑槽； 622——第二滑槽；
100——产品。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
参阅图1，为本发明所述的一种全自动非金属激光加工设备，包括设备支架1，该设备支架的上侧面形成工作台面10，以该工作台面的两个相互垂直的侧边方向分别定义为X向和Y向，工作台面上设有Y轴模组2、Y向治具运动模块3、激光加工模块4、接料盒5和激光模组6。本实施例中设备支架1为方形的方钢架，该方钢架的四角底板分别设有安装地脚11，另外工作台面10为花岗岩平台。以后结合附图对各模块作详细说明。
参阅图2，Y向治具运动模块3包括治具支撑动板31、治具导轨32、定位治具33、Y向气缸34、Y向气缸推板35，两个治具导轨32沿Y向对称设于治具支撑动板31上，定位治具33滑动安装于两个治具导轨32上。Y向气缸34的底座固定于治具支撑动板31上，Y向气缸推板35固定于定位治具33上并与Y向气缸34的活塞固定连接。本实施例的Y向气缸34为无杆气缸，工作时，Y向气缸34动作，带动Y向气缸推板35同步运动，从而带动定位治具33在两个治具导轨32上沿Y向往返运动。
Y轴模组2沿Y向设于工作台面10上，Y向治具运动模块3的治具支撑动板31设于该Y轴模组2上，Y轴模组2能够带动该治具支撑动板31沿Y向往返运动。在工作台面10上还设有Y轴辅助导轨38，治具支撑动板31的下侧面安装于该Y轴辅助导轨38上，这样在Y轴模组2带动治具支撑动板31沿Y向往返运动时，Y轴辅助导轨可以起到更好的导向作用，提高运动的精度。
其中，治具导轨32的内端设有治具限位死挡36，治具支撑动板31位于两个治具导轨32的内端外侧分别设有压紧气缸37。当Y向气缸34通过Y向气缸推板35驱动定位治具33运动在治具导轨32的最内端时，治具限位死挡36对定位治具33进行限位，此时，两个压紧气缸37运动将置于定位治具33上的产品100压紧，完成产品的定位。
参阅图3，激光加工模块4包括固定底座41、激光器安装板42、X轴模组43、X轴动板44、Z轴模组45、Z轴动板46、激光切割头固定板47和激光切割头48，固定底座41固定于工作台面10上，激光器安装板42固定于固定底座41上，X轴模组43沿X向安装于激光器安装板42上，X轴动板44沿X向安装于X轴模组43上，X轴模组43能够带动X轴动板44沿X向往返运动。Z轴模组45沿Z向安装于X轴动板44上，Z轴动板46沿Z向安装于Z轴模组45上，该Z轴模组45能够带动Z轴动板46沿Z向往返运动。激光切割头48固定于激光切割头固定板47上，该激光切割头固定板47固定于Z轴动板46上。
工作时，Z轴模组45带动X轴动板44沿X向往返运动，带动固定于X轴动板44上的Z轴模组45同步运动，实现Z轴模组45和安装于该Z轴模组45上的Z轴动板46及激光切割头48的X向运动调节，而Z轴模组45带动Z轴动板46和固定于该Z轴动板46上的激光切割头47沿Z向运动，实现切割头的Z向运动调节。
激光模组6包括CO2激光器61、反射镜安装底座62、第一反射镜组63、第二反射镜组64和第三反射镜组65，CO2激光器61沿X向安装于激光器安装板42上，与X轴模组平行设置；反射镜安装底座62沿Y向安装于激光器安装板42的一侧边上，与X轴模组垂直设置，第一反射镜组63和第二反射镜组64分别安装于反射镜安装底座62的两端上并能够分别沿Y向调整；第三反射镜组65安装于激光切割头上。设备工作时，从CO2激光器61发出的激光经第一反射镜组63、第二反射镜组64和第三反射镜组65的三次反射后进入激光切割头进行聚焦，落后落在待加工产品的表面，对产品进行加工。
为了便于实现光路的对准，反射镜安装底座62的两端分别设有第一滑槽621和第二滑槽622，第一反射镜组63和第二反射镜组64分别安装于该第一滑槽621和第二滑槽622内。这样，可以沿Y向对第一反射镜组63和第二反射镜组64进行微调，实现光路的对准。
另外，上述固定底座为花岗岩固定底座，CO2激光器61、第一反射镜组63和第二反射镜组64外设有光路防护罩66；接料盒5设于治具支撑动板31的内侧。
该全自动非金属激光加工设备的工作流程如下：
首先，Y向气缸34通过Y向气缸推板35驱动定位治具33运动到前端位置固定，机器人将抓取好的产品100放置在定位治具33上，随后Y向气缸34通过Y向气缸推板35驱动定位治具33运动到后端(内端)位置，通过治具限位死挡36对定位治具33进行限位，随后，安装在两个治具导轨32的两侧外的两个压紧气缸37运动，将置于定位治具33上的产品100压紧，完成产品的定位；
然后，Z轴模组45驱动Z轴动板46，及安装于该Z轴动板46上的激光切割头固定板47和激光切割头47下降到合适的切割高度，以做好切割准备工作；
再然后，X轴模组驱动激光切割头47，Y轴模组驱动安装在治具支撑动板上的定位治具和产品一同在XY两个方向上协同联动，共同完成产品的切割加工过程，切掉的废料自动落入下方的接料盒5中。
最后，切割完成后，Z轴模组会带动激光切割头抬起回到初始位置，随后压紧气缸自动升起，Y向气缸推板会驱动定位治具33重新运动到前端位置，等候机器人自动取料和上料。
重复上述过程，即可实现产品的批量加工。
由此可见，该全自动非金属激光加工设备结构简单、功能全面，而且可以兼容人工和机器人多种上下料方式，实现全自动无人看守的加工模式，并且体积小巧，相比于传统的龙门双驱形式的设备其结构更加简单，成本更低(减少一个Y轴)，反射镜片组不随Y模组一同运动，稳定性更高，而且采用激光器和两套反射镜一同密封防护的结构，可以减少对反射镜片和激光器的维护，提高使用寿命，运动轴系和光路还具备模块化技术特点，可以根据加工的需要随时进行拆装和更换，为非金属激光加工设备提供一种新型的优化解决方案。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种全自动非金属激光加工设备，包括设备支架(1)，该设备支架的上侧面形成工作台面(10)，以该工作台面的两个相互垂直的侧边方向分别定义为X向和Y向，其特征在于：所述工作台面上设有Y轴模组(2)、Y向治具运动模块(3)和激光加工模块(4)，所述Y向治具运动模块(3)包括治具支撑动板(31)、治具导轨(32)、定位治具(33)、Y向气缸(34)、Y向气缸推板(35)，两个所述治具导轨(32)沿Y向对称设于所述治具支撑动板(31)上，所述定位治具(33)滑动安装于两个所述治具导轨(32)上；所述Y向气缸(34)的底座固定于所述治具支撑动板(31)上，所述Y向气缸推板(35)固定于所述定位治具(33)上并与所述Y向气缸(34)的活塞固定连接；所述Y轴模组(2)沿Y向设于所述工作台面上，所述Y向治具运动模块(3)的治具支撑动板(31)设于该Y轴模组(2)上，所述Y轴模组(2)能够带动该治具支撑动板(31)沿Y向往返运动；所述激光加工模块(4)包括固定底座(41)、激光器安装板(42)、X轴模组(43)、X轴动板(44)、Z轴模组(45)、Z轴动板(46)、激光切割头固定板(47)和激光切割头(48)，所述固定底座(41)固定于所述工作台面上，所述激光器安装板(42)固定于该固定底座(41)上，所述X轴模组(43)沿X向安装于所述激光器安装板(42)上，所述X轴动板(44)沿X向安装于所述X轴模组(43)上，所述X轴模组(43)能够带动所述X轴动板(44)沿X向往返运动；所述Z轴模组(45)沿Z向安装于所述X轴动板(44)上，所述Z轴动板(46)沿Z向安装于所述Z轴模组(45)上，该Z轴模组(45)能够带动所述Z轴动板(46)沿Z向往返运动；所述激光切割头(48)固定于所述所述激光切割头固定板(47)上，该激光切割头固定板(47)固定于所述Z轴动板(46)上。
2.根据权利要求1所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：所述治具导轨(32)的内端设有治具限位死挡(36)，所述治具支撑动板(31)位于两个所述治具导轨(32)的内端外侧分别设有压紧气缸(37)。
3.根据权利要求1所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：所述工作台面上设有Y轴辅助导轨(38)，所述治具支撑动板(31)的下侧面安装于该Y轴辅助导轨(38)上。
4.根据权利要求1所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：所述Y向气缸(34)为无杆气缸，所述工作台面为花岗岩平台。
5.根据权利要求1所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：所述治具支撑动板(31)的内侧设有接料盒(5)。
6.根据权利要求1所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：还设有激光模组(6)，该激光模组包括CO2激光器(61)、反射镜安装底座(62)、第一反射镜组(63)、第二反射镜组(64)和第三反射镜组(65)，所述CO2激光器(61)沿X向安装于所述激光器安装板(42)上，与所述X轴模组平行设置；所述反射镜安装底座(62)沿Y向安装于所述激光器安装板(42)的一侧边上，与所述X轴模组垂直设置，所述第一反射镜组(63)和第二反射镜组(64)分别安装于该反射镜安装底座(62)的两端上并能够分别沿Y向调整；所述第三反射镜组(65)安装于所述激光切割头上。
7.根据权利要求6所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：所述固定底座为花岗岩固定底座。
8.根据权利要求6所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：所述CO2激光器(61)、第一反射镜组(63)和第二反射镜组(64)外设有光路防护罩(66)。
9.根据权利要求6所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：所述反射镜安装底座(62)的两端分别设有第一滑槽(621)和第二滑槽(622)，所述第一反射镜组(63)和第二反射镜组(64)分别安装于该第一滑槽(621)和第二滑槽(622)内。
10.根据权利要求1所述的全自动非金属激光加工设备，其特征在于：所述设备支架(1)为方形的方钢架，该方钢架的四角底板分别设有安装地脚(11)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111995238A (zh) * 2020-07-13 2020-11-27 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光切割及倒角装置
CN113478103A (zh) * 2021-07-23 2021-10-08 程联涛 一种全自动智能激光切割机

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