CN111730202A - 激光切割模组及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了激光切割模组及装置，所述激光切割模组包括：具有转动连接的第一固定部和第一活动部的第一旋转机构；具有转动连接的第二固定部和第二活动部的第二旋转机构，第二固定部能沿第一移动方向滑动设置在第一活动部上，当装置切割圆弧时，第一活动部能带动第二固定部转动，第二活动部能相对于第二固定部转动，且第一活动部和第二活动部的转动轴不重合；固定连接在第二活动部上的激光切割头；能同时沿不平行于第一活动部的转轴的两个方向对激光切割头进行导向以限制其转动的导向件，该两个方向之间呈大于0°且小于180°的夹角。本方案具有在不降低切割速度的情况下确保切割精度，提高切割效率的优点。

Description

激光切割模组及装置

技术领域

本发明涉及了激光切割领域，具体的是一种激光切割模组及装置。

背景技术

现有的激光切割工艺中，在切割圆孔和圆弧时通常依靠五轴插补或两轴插补的方式来实现平面上的圆孔和圆弧的切割。两轴插补的方法包括：激光切割头沿机床的XY轴同时运动以特定的速度和运动轨迹组合运动成圆弧或圆孔；五轴插补的方法包括：三维上的圆孔和圆弧由激光切割头沿机床的X,Y,Z,A,C五个轴共同运动以特定的速度和运动轨迹组合运动成三维的圆弧或圆孔。

现有的插补切割的弊端在于，由于每个轴向的插补均采用对应的电机来驱动，因此电机数量较多。当切割速度过快时参与运动的电机及其机械部件的运动同步性会有微小的偏差，这样会导致切割的路径和设想的路径有所差异，从而使得切割后圆孔地圆度会有所下降，尤其是当所切割的圆弧或圆孔的直径较小(通常是指直径小于30mm)时，圆度不佳的现象尤为明显。目前多采用降速切割的方式来确保圆弧和圆孔的圆度，以使产品达标，但是，生产效率也极大地降低。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种激光切割模组及装置，其可以在不降低切割速度的情况下，有效地确保了小圆弧、小圆孔的切割精度。

本申请实施例公开了：一种激光切割模组，包括：

第一旋转机构，所述第一旋转机构包括第一固定部和绕第一中心轴转动连接在所述第一固定部上的第一活动部，所述第一中心轴穿过所述第一活动部；

第二旋转机构，所述第二旋转机构包括能沿第一移动方向滑动地设置在所述第一活动部上的第二固定部和绕第二中心轴转动连接在所述第二固定部上的第二活动部，其中，所述第二中心轴在所述激光切割模组处于切割圆弧状态时与所述第一中心轴不重合，所述第一移动方向不平行于所述第一中心轴，所述第二中心轴穿过所述第二活动部；

激光切割头，所述激光切割头固定连接在所述第二活动部上，且所述激光切割头的喷嘴的轴线方向与所述第二中心轴平行；

导向件，所述导向件能沿第二移动方向移动地设置在所述第一固定部上，所述激光切割头能沿第三移动方向移动地设置在所述导向件上，所述第二移动方向和所述第三移动方向之间呈大于0°且小于180°的夹角，所述第二移动方向与所述第一移动方向平行。

具体的，所述第一旋转机构为中空旋转平台，所述中空旋转平台包括转动连接的固定座和旋转台，所述固定座为所述第一固定部，所述旋转台为所述第一活动部。

具体的，所述激光切割模组还包括调距机构，所述调距机构包括固定在所述第一活动部上的第三固定部和能沿所述第一移动方向滑动地设置在所述第三固定部上的第三活动部，所述第二固定部固定在所述第三活动部上。

具体的，所述第二旋转机构为轴承，所述轴承包括转动连接的内圈和外圈，所述外圈为所述第二固定部，所述内圈为所述第二活动部。

具体的，所述激光切割模组还包括固定在所述固定座背离所述旋转台一侧的安装板，所述安装板上设有第一通孔，所述安装板上设有用于与所述导向件滑动连接的导轨。

具体的，所述第一活动部和所述第三固定部之间还设有第一过渡板，所述第三活动部和所述第二固定部之间还设有第二过渡板。

具体的，所述导向件包括第一滑块和第二滑块，所述第一滑块能沿所述第二移动方向滑动地设置在所述第一固定部上，所述第二滑块固定在所述第一滑块上，所述第二滑块上设有一个导向孔，所述导向孔的轴线与所述第三移动方向平行，所述激光切割头通过所述导向孔与所述第二滑块连接。

具体的，所述激光切割模组还包括用于安装所述激光切割头的支架，所述激光切割头通过所述支架与所述第二活动部固定连接，所述激光切割头通过所述支架与所述导向孔活动连接。

具体的，所述支架包括相互垂直连接的第一主体和第二主体，所述第一主体上设有用于与所述第二活动部固定连接的第一连接部，所述第二主体上设有用于与所述导向孔连接的第二连接部，所述激光切割头固定在所述第二主体上。

本申请实施例还公开了：一种激光切割装置，包括机床和安装在所述机床上的激光切割模组，其中，所述激光切割模组包括：

第一旋转机构，所述第一旋转机构包括第一固定部和绕第一中心轴转动连接在所述第一固定部上的第一活动部，所述第一中心轴穿过所述第一活动部；

第二旋转机构，所述第二旋转机构包括能沿第一移动方向滑动地设置在所述第一活动部上的第二固定部和绕第二中心轴转动连接在所述第二固定部上的第二活动部，其中，所述第二中心轴在所述激光切割模组处于切割圆弧状态时与所述第一中心轴不重合，所述第一移动方向不平行于所述第一中心轴，所述第二中心轴穿过所述第二活动部；

激光切割头，所述激光切割头固定连接在所述第二活动部上，且所述激光切割头的喷嘴的轴线方向与所述第二中心轴平行；

导向件，所述导向件能沿第二移动方向移动地设置在所述第一固定部上，所述激光切割头能沿第三移动方向移动地设置在所述导向件上，所述第二移动方向和所述第三移动方向之间呈大于0°且小于180°的夹角，所述第二移动方向与所述第一移动方向平行。

本发明至少具有如下有益效果：

1.与传统的激光切圆相比，本激光切割装置的激光切割头通过随着导向件同时沿第二移动方向和第三移动方向平动的方式来限制激光切割头随着驱动电机的输出轴转动，可以使得激光切割头的转动范围大幅减小，因此，可以实现了小圆孔、小圆弧的旋转切割；本激光切割装置采用激光切割头旋转切割的方式来加工圆弧和圆孔，当切割圆弧或圆孔时，只需要有一个电机驱动第一活动部转动即可，因此，可以不用考虑多轴插补时各个轴的同步性能和电机自身的响应速度也能确保切割的精度，因而不用降低切割速度，提升了效率。

2.由于旋转切割圆的方式只有一个电机参与旋转动作，相较于多轴插补的工艺，本装置的切割精度会有极大的提升。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中所述激光切割模组中第一旋转轴和第二旋转轴重合状态的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明实施例中所述激光切割模组中第一中心轴和第二中心轴错位状态的结构示意图；

图4是本发明实施例中所述第一旋转机构的结构示意图；

图5是本发明实施例中所述第二旋转机构的结构示意图；

图6是本发明实施例中所述调距机构的结构示意图；

图7是本发明实施例中所述激光切割装置的结构示意图；

图8是本发明实施例中所述激光切割头的工作轨迹示意图。

以上附图的附图标记：1、第一旋转机构；11、第一固定部；12、第一活动部；121、第一中心轴；2、第二旋转机构；21、第二固定部；22、第二活动部；221、第二中心轴；3、调距机构；31、第三固定部；32、第三活动部；33、调距电机；4、激光切割头；5、导向件；51、第一滑块；52、第二滑块；521、导向孔；6、安装板；61、导轨；7、第一过渡板；8、第二过渡板；9、支架；91、第一主体；911、第一连接部；92、第二主体；921、第二连接部；10、机床。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1至3以及图7所示，本实施例中的激光切割装置包括机床10和安装在机床10上的激光切割模组，在电机的驱动下，激光切割模组能沿机床10的X轴、Y轴和Z轴方向平移以运动到特定位置对工件进行激光切割。该激光切割装置可以用于切割半径介于6～30mm之间的圆弧或圆孔。

其中，重点参照图1至3所示，激光切割模组可以包括第一旋转机构1、第二旋转机构2、激光切割头4以及导向件5。第一旋转机构1可以包括第一固定部11和绕第一中心轴121转动连接在第一固定部11上的第一活动部12，第一中心轴121穿过第一活动部12。第二旋转机构2可以包括能沿第一移动方向滑动地设置在第一活动部12上的第二固定部21和绕第二中心轴221转动连接在第二固定部21上的第二活动部22，第二中心轴221穿过第二活动部22。也就是说，第二旋转机构2能沿第一移动方向相对于第一活动部12进行滑动，其中，当激光切割模组处于切割圆弧(圆孔)的状态时，第二中心轴221与第一中心轴121不重合，此处的不重合是指第二中心轴221与第一中心轴121错位平行或者相交，第二中心轴221与第一中心轴121优选为平行状态。需要说明的是，当激光切割模组不处于切割圆弧(圆孔)状态时，第二中心轴221可以与第一中心轴121重合。第一移动方向不平行于第一中心轴121，较佳的，第一移动方向可以垂直于第一中心轴121。激光切割头4固定连接在第二活动部22上，且激光切割头4的喷嘴的轴线方向与第二活动部22的第二中心轴221平行。导向件5能沿第二移动方向移动地设置在第一固定部11上，激光切割头4能沿第三移动方向移动地设置在导向件5上，第二移动方向和第三移动方向之间呈大于0°且小于180°的夹角，换句话说，第二移动方向和第三移动方向可以呈非平行和重合状态下的任意角度，第二移动方向与第一移动方向平行。较佳的，第一移动方向、第二移动方向和第三移动方向均为直线方向，三者均可以包括正方向和负方向。第一旋转机构1的第一活动部12可以由电机驱动而产生转动。

结合图1、图2、图3、图7和图8所示，以图8中的产品轮廓图为例，本实施例中的激光切割装置的工作原理如下：

首先，沿第一移动方向的正方向将第二固定部21相对于第一活动部12滑动一个R1的距离并固定，使得激光切割头4运动到A点以对工件进行切割得到AB段，在这一切割过程中，第一旋转机构1上的第一活动部12与第一固定部11保持相对静止，也即是说，第一活动部12不转动，此时，激光切割头4以平动的方式对工件的AB段进行切割。

接着，电机驱动第一旋转机构1的第一活动部12相对于第一固定部11绕第一中心轴121转动θ₁°，此时，与第一活动部12连接的第二固定部21也随着第一活动部12同步转动，也即，第二固定部21也绕着第一中心轴121转动θ₁°。由于第二活动部22与第二固定部21连接，因此，第二活动部22和固定连接在第二活动部22上的激光切割头4也欲绕着第一中心轴121转动θ₁°，但是，由于激光切割头4被第一固定部11上的导向件5限制了运动方向(激光切割头4只能沿第二移动方向和第三移动方向平动)而无法绕着第一中心轴121旋转，因此，第二活动部22与第二固定部21之间产生了相对的转动，也即第二活动部22绕着第二中心轴221转动θ₁°。由于激光切割头4与第二活动部22固定连接且激光切割头4的喷嘴的轴线方向与穿过第二活动部22的第二中心轴221平行，因此，激光切割头4也随着第二活动部22同步转动θ₁°，如上所述，激光切割头4已被导向件5限制了转动，因此，激光切割头4通过随着导向件5同时沿第二移动方向和第三移动方向移动的方式来实现画圆，也即实现BD段圆弧的切割，BD段圆弧的半径即为R1。在切割圆弧的过程中，只需要驱动第一活动部12转动的电机在驱动即可，激光切割头4无需其他轴线方向的插补。

接着，电机停止驱动第一旋转机构1的第一活动部12转动，第二固定部21返回到初始位置并沿第一移动方向的负方向滑动一个R2的距离后固定，激光切割头4平动对工件进行切割得到DE段。与AB段切割时相同的是，在这一切割过程中，第一旋转机构1上的第一活动部12与第一固定部11保持相对静止。

接着，电机驱动第一旋转机构1的第一活动部12相对于第一固定部11绕第一中心轴121转动θ₂°，第一活动部12转动带动第二活动部22转动进而带动激光切割头4转动以实现EG段圆弧的切割(原理同BD段切割的原理一样)。

后续的直线段和圆弧段的切割方式以此类推。

当本实施例中的激光切割装置切割圆孔时，根据圆孔的半径R，将第一活动部12沿第一移动方向相对于第二固定部21滑动一个R的距离并固定，通过电机驱动第一活动部12相对于第一固定部11转动360°，第一活动部12即可带动激光切割头4旋转360°以切割出圆孔(原理同BD段切割的原理一样)。

借由上述结构，本实施例中的激光切割装置具有以下优点：

1.与传统的激光切圆相比，本激光切割装置的激光切割头4通过随着导向件5同时沿第二移动方向和第三移动方向平动的方式来限制激光切割头4随着驱动电机的输出轴转动，可以使得激光切割头4的转动范围大幅减小，因此，可以实现了小圆孔、小圆弧的旋转切割；本激光切割装置采用激光切割头4旋转切割的方式来加工圆弧和圆孔，当切割圆弧或圆孔时，只需要有一个电机驱动第一活动部12转动即可，因此，可以不用考虑多轴插补时各个轴的同步性能和电机自身的响应速度也能确保切割的精度，因而不用降低切割速度，提升了效率。

2.由于旋转切割圆的方式只有一个电机参与旋转动作，相较于多轴插补的工艺，本装置的切割精度会有极大的提升。

具体的，如图4所示，第一旋转机构1可以为中空旋转平台，中空旋转平台包括转动连接的固定座和旋转台。该固定座为本实施例中的第一固定部11，该旋转台为本实施例中的第一活动部12，而驱动第一活动部12转的电机即为中空旋转平台自身上的电机，该电机可以是伺服电机。采用中空旋转平台作为第一旋转机构1，可以极大地节省了第一旋转机构1在机床10上的安装空间，同时也能提高了第一旋转机构1的运动精度。

具体的，如图6所示，激光切割模组还可以包括调距机构3，该调距机构3可以包括固定在第一活动部12上的第三固定部31和能沿第一移动方向滑动地设置在第三固定部31上的第三活动部32，第二旋转机构2的第二固定部21固定在第三活动部32上。也就说，调距机构3可以用于使第一旋转机构1的第一活动部12和第二旋转机构2的第二固定部21活动连接，如此可以提高第一旋转机构1和第二旋转机构2连接的灵活性。较佳的，调距机构3还包括用于驱动第三活动部32沿第三固定部31滑动的调距电机33。该调距电机33可以使第三活动部32实现自动化调节，也确保了第三活动部32的滑动精度。

具体的，如图5所示，第二旋转机构2可以是轴承，例如是交叉滚子轴承。该轴承的外圈为本实施例中的第二固定部21，而内圈为第二活动部22。采用轴承作为第二旋转机构2，在第一活动部12的带动和导向件5的限制下，第一固定部11和第二固定部21之间转动时可以不需要额外的电机驱动，且轴承传动的精度高，有利于提高切割精度。

具体的，如图1和3所示，本实施例的激光切割模组还可以包括固定在中空旋转平台的固定座背离旋转台一侧的安装板6，中空旋转平台通过其固定座与该安装板6连接，再通过安装板6固定在机床10上。安装板6上设有与中空旋转平台的空心处对应的第一通孔，该第一通孔可以便于收纳中空旋转平台的电线。安装板6上设有用于与导向件5滑动连接的导轨61。进一步的，第一活动部12和第三固定部31之间还设有第一过渡板7，第一过渡板7上也设有一个第二通孔，该第二通孔也避免中空旋转平台的电线与第一过渡板7产生干涉，也即该第二通孔可以避让中空旋转平台的电线。第三活动部32和第二固定部21之间还可以设有第二过渡板8。第一过渡板7和第二过渡板8可以提高了相应部件之间连接的灵活性。

具体的，如图1和3所示，导向件5可以包括第一滑块51和第二滑块52，第一滑块51能沿第二移动方向滑动地设置在第一固定部11上。在本实施例中，导轨61的设置方向与第二移动方向平行，第一滑块51可以与导轨61配合连接，从而能沿导轨61滑动，第二滑块52上可以设有一个导向孔，该导向孔的轴线与第三移动方向平行，激光切割头4通过该导向孔与第二滑块52连接。更进一步的，激光切割模组还可以包括用于安装激光切割头4的支架9。该支架9可以包括相互垂直连接的第一主体91和第二主体92，第一主体91上可以设有用于与第二活动部22固定连接的第一连接部911，第二主体92上可以设有用于与导向孔活动连接的第二连接部921，激光切割头4固定在第二主体92上。采用上述方案，本实施例的导向件5结构简单，导向精度高，支架9可以改善激光切割头4与第二活动部22、导向件5的连接关系，提高其连接的灵活性。

本发明中应用了具体实施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方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种激光切割模组，其特征在于，包括：

第一旋转机构，所述第一旋转机构包括第一固定部和绕第一中心轴转动连接在所述第一固定部上的第一活动部，所述第一中心轴穿过所述第一活动部；

第二旋转机构，所述第二旋转机构包括能沿第一移动方向滑动地设置在所述第一活动部上的第二固定部和绕第二中心轴转动连接在所述第二固定部上的第二活动部，其中，所述第二中心轴在所述激光切割模组处于切割圆弧状态时与所述第一中心轴不重合，所述第一移动方向不平行于所述第一中心轴，所述第二中心轴穿过所述第二活动部；

激光切割头，所述激光切割头固定连接在所述第二活动部上，且所述激光切割头的喷嘴的轴线方向与所述第二中心轴平行；

导向件，所述导向件能沿第二移动方向移动地设置在所述第一固定部上，所述激光切割头能沿第三移动方向移动地设置在所述导向件上，所述第二移动方向和所述第三移动方向之间呈大于0°且小于180°的夹角，所述第二移动方向与所述第一移动方向平行。

2.根据权利要求1所述的激光切割模组，其特征在于，所述第一旋转机构为中空旋转平台，所述中空旋转平台包括转动连接的固定座和旋转台，所述固定座为所述第一固定部，所述旋转台为所述第一活动部。

3.根据权利要求1所述的激光切割模组，其特征在于，所述激光切割模组还包括调距机构，所述调距机构包括固定在所述第一活动部上的第三固定部和能沿所述第一移动方向滑动地设置在所述第三固定部上的第三活动部，所述第二固定部固定在所述第三活动部上。

4.根据权利要求1所述的激光切割模组，其特征在于，所述第二旋转机构为轴承，所述轴承包括转动连接的内圈和外圈，所述外圈为所述第二固定部，所述内圈为所述第二活动部。

5.根据权利要求2所述的激光切割模组，其特征在于，所述激光切割模组还包括固定在所述固定座背离所述旋转台一侧的安装板，所述安装板上设有第一通孔，所述安装板上设有用于与所述导向件滑动连接的导轨。

6.根据权利要求3所述的激光切割模组，其特征在于，所述第一活动部和所述第三固定部之间还设有第一过渡板，所述第三活动部和所述第二固定部之间还设有第二过渡板。

7.根据权利要求1所述的激光切割模组，其特征在于，所述导向件包括第一滑块和第二滑块，所述第一滑块能沿所述第二移动方向滑动地设置在所述第一固定部上，所述第二滑块固定在所述第一滑块上，所述第二滑块上设有一个导向孔，所述导向孔的轴线与所述第三移动方向平行，所述激光切割头通过所述导向孔与所述第二滑块连接。

8.根据权利要求7所述的激光切割模组，其特征在于，所述激光切割模组还包括用于安装所述激光切割头的支架，所述激光切割头通过所述支架与所述第二活动部固定连接，所述激光切割头通过所述支架与所述导向孔活动连接。

9.根据权利要求8所述的激光切割模组，其特征在于，所述支架包括相互垂直连接的第一主体和第二主体，所述第一主体上设有用于与所述第二活动部固定连接的第一连接部，所述第二主体上设有用于与所述导向孔连接的第二连接部，所述激光切割头固定在所述第二主体上。

10.一种激光切割装置，其特征在于，包括机床和安装在所述机床上的激光切割模组，其中，所述激光切割模组包括：

第一旋转机构，所述第一旋转机构包括第一固定部和绕第一中心轴转动连接在所述第一固定部上的第一活动部，所述第一中心轴穿过所述第一活动部；

第二旋转机构，所述第二旋转机构包括能沿第一移动方向滑动地设置在所述第一活动部上的第二固定部和绕第二中心轴转动连接在所述第二固定部上的第二活动部，其中，所述第二中心轴在所述激光切割模组处于切割圆弧状态时与所述第一中心轴不重合，所述第一移动方向不平行于所述第一中心轴，所述第二中心轴穿过所述第二活动部；

激光切割头，所述激光切割头固定连接在所述第二活动部上，且所述激光切割头的喷嘴的轴线方向与所述第二中心轴平行；

导向件，所述导向件能沿第二移动方向移动地设置在所述第一固定部上，所述激光切割头能沿第三移动方向移动地设置在所述导向件上，所述第二移动方向和所述第三移动方向之间呈大于0°且小于180°的夹角，所述第二移动方向与所述第一移动方向平行。

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