CN115255608A - 一种自动换头的多功能激光复合五轴加工设备及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动换头的多功能激光复合五轴加工设备，它包括数控系统、工作台、移动部件、换头部件、加工部件，移动部件设置在工作台的上方，换头部件与移动部件连接，加工部件与换头部件连接；换头部件包括一个下换头机构、三个上换头机构，加工部件包括三个不同的激光加工机构；在非加工状态下，三个激光加工机构分别与三个上换头机构连接；在加工状态下，进行加工的那个激光加工机构与上换头机构脱离、与下换头机构连接；数控系统与移动部件、换头部件、加工部件等电连接。本发明通过自动换刀，实现了激光切割、激光焊接、激光熔覆三种加工工艺的任意组合加工，从而大大提高了生产效率，极大地节约了成本。

Description

一种自动换头的多功能激光复合五轴加工设备及加工方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体为一种多功能激光复合五轴加工设备及方法。
背景技术
激光加工设备应用于各个领域，如汽车行业、航空航天行业、工程机械、医疗、冶金等制造行业。以航空制造领域为例：1、激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架等；2、激光焊接技术主要用于特种航空材料的精密焊接，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、电子元器件、塑料、陶瓷及石英等，用激光焊接加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天通讯设备元器件、航天飞机陶瓷隔热瓦等；3、激光熔覆技术在航空领域不仅能用于加工零部件，而且能用于原型件修复、功能模型修复、技术模型修复、全功能零件修复，例如飞机螺旋桨叶片激光三维表面熔覆修复。
由此可见，激光切割、激光熔覆、激光焊接在航空领域上对于加工材料和部件有重合度，那么别的领域上也有着重合度。但是，目前激光切割、激光熔覆、激光焊接是通过不同的激光加工设备分别进行，没有将其复合在一起加工的相关设备，因此工件在不同的设备间需要转运、在不同的设备上需要重新定位，因此加工效率低下、加工成本较高。同时，由于每台设备都要占据一定的空间，不符合现在集约化发展的趋势。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种自动换头的多功能激光复合五轴加工设备及其加工方法。本发明多功能激光复合五轴加工设备实现了激光切割、激光焊接、激光熔覆三种加工工艺的任意组合加工，从而大大提高了生产效率，极大地节约了成本，节约了设备占地空间。
本发明一种自动换头的多功能激光复合五轴加工设备，它包括数控系统、工作台、移动部件、换头部件、加工部件，移动部件设置在工作台的上方，换头部件与移动部件连接，加工部件与换头部件连接；换头部件包括一个下换头机构、三个上换头机构，加工部件包括三个不同的激光加工机构；在非加工状态下，三个激光加工机构分别与三个上换头机构连接；在加工状态下，进行加工的那个激光加工机构与上换头机构脱离、与下换头机构连接；数控系统与移动部件、换头部件、加工部件等电连接。
进一步地，移动部件包括X向移动部件、Y向移动部件、Z向移动部件；X向移动部件包括龙门架、两条轨道，龙门架跨在工作台1上，两条轨道设置在工作台的两侧，龙门架沿轨道进行X向的前后移动；Y向移动部件包括滑座，滑座设置在龙门架横梁的前面，且沿着横梁进行Y向的左右移动；Z向移动部件包括滑枕，滑枕设置在滑座的内部，且沿着两者配合面进行Z向的上下移动。
进一步地，换头部件包括一个下换头机构、三个上换头机构，下换头机构与滑枕连接，三个上换头机构分别固定在滑座的前左右三个面上；一个下换头机构包括A/C摆头、两级气缸、RFID读取器、零点卡盘Ⅰ；A/C摆头的上端与滑枕连接，RFID读取器、两级气缸均固定在A/C摆头的前面、且RFID读取器位于两级气缸的上方，零点卡盘Ⅰ与两级气缸连接；三个上换头机构的结构相同，每个上换头机构均包括导轨、滑块、丝杠、电机、零点卡盘Ⅱ、接近开关、底板、顶板；电机固定在顶板的上面，丝杠的一端穿过顶板与电机连接、另一端从滑块中穿过与底板连接，零点卡盘Ⅱ、接近开关均固定在滑块的前面、且零点卡盘Ⅱ位于接近开关的上方，滑块的后面与导轨连接，导轨的上下端分别与顶板、底板固接，底板、顶板均固定在滑座上。
进一步地，加工部件包括三个激光加工机构，分别为激光切割机构、激光焊接机构、激光熔覆机构；在非加工状态下，三个加工激光机构分别与三个上换头机构连接；在加工状态下，进行加工的加工激光机构与上换头机构脱离、与下换头机构连接。
进一步地，激光切割机构包括激光切割头、RFIDⅠ芯片、上零点销钉Ⅰ、下零点销钉Ⅰ、安装板Ⅰ、三维拖链Ⅰ；上零点销钉Ⅰ和下零点销钉Ⅰ分别固定在安装板Ⅰ后面的上下部，RFID芯片Ⅰ嵌入安装板Ⅰ中，激光切割头固定在安装板Ⅰ的前面，三维拖链Ⅰ连接在激光切割头的上面；非工作状态下，上零点销钉Ⅰ与零点卡盘Ⅱ连接，工作状态下，下零点销钉Ⅰ与零点卡盘Ⅰ连接。
进一步地，激光焊接机构包括激光焊接头、RFID芯片Ⅱ、上零点销钉Ⅱ、下零点销钉Ⅱ、安装板Ⅱ、三维拖链Ⅱ、焊缝检测装置；上零点销钉Ⅱ和下零点销钉Ⅱ分别固定在安装板Ⅱ后面的上下部，RFID芯片Ⅱ嵌入安装板Ⅱ中，激光焊接头固定在安装板Ⅱ的前面，三维拖链Ⅱ连接在激光焊接割头的上面，焊缝检测装置连接在激光焊接头的侧面；非工作状态下，上零点销钉Ⅱ与零点卡盘Ⅱ连接，工作状态下，下零点销钉Ⅱ与零点卡盘Ⅰ连接。
进一步地，激光熔覆机构包括激光熔覆头、RFID芯片Ⅲ、上零点销钉Ⅲ、下零点销钉Ⅲ、安装板Ⅲ、三维拖链Ⅲ；上零点销钉Ⅲ和下零点销钉Ⅲ分别固定在安装板Ⅲ后面的上下部，RFID芯片Ⅲ嵌入安装板Ⅲ中，激光熔覆头固定在安装板Ⅲ的前面，三维拖链Ⅲ连接在激光熔覆头的上面；非工作状态下，上零点销钉Ⅲ与零点卡盘Ⅱ连接，工作状态下，下零点销钉Ⅲ与零点卡盘Ⅰ连接。
进一步地，上零点销钉和下零点销钉之间的距离为L，零点卡盘Ⅱ的中心与零点卡盘Ⅰ的中心之间距离的最大值为L1，最小值为L2，为了保证换头成功，L的取值范围是L2≤L≤L1；其中，最大值为L1为滑块上升到最高极限位置时零点卡盘Ⅱ的中心与零点卡盘Ⅰ的中心之间距离，最小值为L2为滑块下降到最低极限位置时零点卡盘Ⅱ的中心与零点卡盘Ⅰ的中心之间距离。
本发明设备对工件进行加工的方法为：根据对工件需要进行的激光加工类型，在数控系统操作平台的界面选择具体的加工工艺后，设备进行以下的步骤：
①启动自动换头程序：将下换头机构转动至具体的加工工艺对应的激光加工机构的下面，通过上换头机构和下换头机构的配合使激光加工机构与下换头机构连接后再与上换头机构分离，完成激光加工机构的换头；
②检查换头是否到位：上换头机构中的接近开关检测激光头是否没在上换头机构上，如果没在则为空刀状态：如果判定是空刀状态，表示换头到位，向下进行；如果不是空刀状态，则返回步骤①进行换头；
③启动加工程序，即通过X Y Z三轴联动控制激光加工机构运动到放置在工作台上的工件的起始加工位置；
④通过PLC开启压缩气，开保护气；
⑤以接近开关检测的空刀状态作为打开激光器中加工头光闸的限定条件，PLC读取状态无误之后，激光器上电，对应的激光加工头光闸打开出光，激光加工头开始运动，并按照预设轨迹行走；
⑥加工完成，激光器停止出光，激光头停止运动，激光器掉电，延迟关闭保护气、压缩气；
⑦继续新工件重复以上工序，如改变加工工艺需要换头复位；
⑧执行换头复位程序，上换头机构移动至下换头机构的上面，通过上换头机构和下换头机构的配合使激光加工机构与上换头机构连接后再与下换头机构分离，完成激光加工机构的换头复位；
⑨加工结束。
进一步地，步骤①启动自动换头程序的具体步骤是：Ⅰ、通过A/C摆头使下换头机构位于激光加工机构的下方，再上升到换头位置；Ⅱ、电机工作使滑块下行，零点卡盘Ⅱ通过连接的上零点销钉带动整个激光加工机构向下运动，直至下零点销钉与零点卡盘Ⅰ水平对齐；Ⅲ、两级气缸一级伸出，零点卡盘Ⅰ夹紧下零点销钉；Ⅳ、零点卡盘Ⅱ松开，两级气缸二级伸出，上零点销钉和零点卡盘Ⅱ脱开；Ⅴ、电机工作使滑块上行，换头动作完成。
进一步地，步骤②检查换头是否到位：在通过接近开关检测空刀状态的同时，通过RFID读取器读取RFID芯片的信息来识别激光头是否是要进行加工工艺的激光头：如果判定是加工工艺的激光头，表示换头正确，向下进行；如果不是加工工艺的激光头，则返回步骤①进行换头；步骤⑤中PLC读取接近开关检测的空刀状态进行判断、RFID处理器对RFID读取器读取到的信息进行判断，经过双重判断后，以换头正确并且到位作为打开激光发生器中加工头光闸的限定条件，以确保安全。
进一步地，步骤③启动加工程序的具体步骤是：数控系统控制两个X轴电机驱动龙门架在轨道上沿X方向运动，Y轴电机驱动滑座沿龙门架210的横梁沿Y方向移动，Z轴电机驱动滑枕3通过滑座沿Z轴方向移动；即通过三轴联动控制激光加工头运动到工作台上工件的加工位置。
进一步地，步骤⑧执行换头复位程序的具体步骤是：Ⅰ、电机工作使滑块下行，直至零点卡盘Ⅱ与上零点销钉水平对齐；Ⅱ、两级气缸一级缩回，上零点销钉进入零点卡盘Ⅱ内并被夹紧；Ⅲ、零点卡盘Ⅰ松开，两级气缸二级缩回，零点卡盘Ⅰ与下零点销钉脱开；Ⅳ、电机工作使滑块上行，零点卡盘Ⅱ通过连接的上零点销钉带动整个激光加工机构向上运动；Ⅴ、A/C摆头下降并返回最初的位置，换头复位动作完成。
本发明设备的工作原理是：三个激光加工机构通过上换头机构分别设置在滑座的的前左右三个面上；三个激光加工机构中的一个工作前，首先根据需要工作的激光加工机构在滑座上的位置(前左右)确定下换头机构的位置，当下换头机构到位后即位于需要工作的激光加工机构的正下方时，接着此激光加工机构连接的那个上换头机构向下运动带动激光加工机构下行，通过下换头机构、上换头机构两者的动作配合实现此激光加工机构与下换头机构的连接即实现了换头，当换头结束后此激光加工机构开始加工工件。
因此，本发明通过自动换刀，实现了激光切割、激光焊接、激光熔覆三种加工工艺的任意组合加工，从而大大提高了生产效率，极大地节约了成本，节约了设备占地空间。
附图说明
图1为本发明设备的结构示意图。
图2为本发明下换头机构的示意图。
图3为本发明上换头结构的示意图。
图4为本发明激光切割机构的示意图。
图5为本发明激光焊接机构的示意图。
图6为本发明激光熔覆机构的示意图。
图7为本发明方法的工作流程示意图；
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。
实施例1
从图1可知，本发明一种自动换头的多功能激光复合五轴加工设备，它包括数控系统、工作台1、移动部件2、换头部件、加工部件，移动部件2设置在工作台1的上方，换头部件与移动部件连接，加工部件与换头部件连接；换头部件包括一个下换头机构4、三个上换头机构3，加工部件包括三个不同的激光加工机构；在非加工状态下，三个激光加工机构分别与三个上换头机构3连接；在加工状态下，进行加工的那个激光加工机构与上换头机构3脱离、与下换头机构4连接；数控系统与移动部件2、换头部件、加工部件等电连接。
本发明加工设备：当需要加工的工件放置在工作台1上后，先通过换头部件将具体实施加工工艺的那个激光加工机构与上换头机构3脱离、与下换头机构4连接处于加工准备状态，然后通过移动部件2移动到工件的上方，最后进行具体的加工。
实施例2
从图1可知，本发明设备：移动部件2包括X向移动部件、Y向移动部件、Z向移动部件；X向移动部件包括龙门架210、两条轨道211，龙门架210跨在工作台1上，两条轨道211设置在工作台1的两侧，龙门架210沿轨道211进行X向的前后移动；Y向移动部件包括滑座212，滑座212设置在龙门架210横梁的前面，且沿着横梁进行Y向的左右移动；Z向移动部件包括滑枕213，滑枕213设置在滑座212的内部，且沿着两者配合面进行Z向的上下移动。
移动部件2通过X、Y、Z三个方向的移动，可以将换头部件、加工部件移动到放置在工作台1上的需加工工件的上方，从而对工件进行加工。
实施例3
从图2、图3可知，本发明设备：换头部件包括一个下换头机构4、三个上换头机构3，下换头机构4与滑枕213连接，三个上换头机构3分别固定在滑座212的前左右三个面上；一个下换头机构4包括A/C摆头401、两级气缸402、RFID读取器403、零点卡盘Ⅰ404；A/C摆头401的上端与滑枕213连接，RFID读取器403、两级气缸402均固定在A/C摆头401的前面、且RFID读取器403位于两级气缸402的上方，零点卡盘Ⅰ404与两级气缸402连接；三个上换头机构3的结构相同，每个上换头机构3均包括导轨301、滑块302、丝杠303、电机304、零点卡盘Ⅱ305、接近开关306、底板307、顶板308；电机304固定在顶板308的上面，丝杠303的一端穿过顶板308与电机304连接、另一端从滑块302中穿过与底板307连接，零点卡盘Ⅱ305、接近开关306均固定在滑块302的前面、且零点卡盘Ⅱ305位于接近开关306的上方，滑块302的后面与导轨301连接，导轨301的上下端分别与顶板308、底板307固接，底板307、顶板308均固定在滑座212上。
上换头机构3中：当电机304工作时，滑块302沿着丝杠303上下移动，带动零点卡盘Ⅱ305、接近开关306上下移动，进而带动零点卡盘305连接的激光加工机构上下运动，从而实现激光加工机构与下换头机构4的连接或者分离；导轨301既为滑块302上下移动提供了导向，又增强了丝杠导轨模块3的强度，从而保证了运动的稳定性；接近开关306用来检测激光加工机构中的激光头是否在上换头机构3上。
下换头机构4中：滑枕213带动A/C摆头401沿Z轴上下移动，A/C摆头401绕X轴摆动形成A轴运动、绕Z轴旋转形成C轴运动，从而实现五轴加工；A/C摆头401带动两级气缸402、RFID读取器403、零点卡盘Ⅰ404进行C轴运动、A轴运动，使两级气缸402的外表面M面与激光加工机构中安装板的内表面N面(靠近上换头机构的那个面)平行，从而保证零点卡盘Ⅰ404能够紧紧地夹住激光加工机构中的下零点销钉；两级气缸402带动零点卡盘Ⅰ404进行两级伸出或者两级收缩，实现零点卡盘Ⅰ404与激光加工机构之间的连接或者分离，从而实现换头；RFID读取器403可以读取激光加工机构的相关信息。
实施例4
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，加工部件包括三个激光加工机构，分别为激光切割机构7、激光焊接机构5、激光熔覆机构6；在非加工状态下，三个加工激光机构分别与三个上换头机构3连接；在加工状态下，进行加工的加工激光机构与上换头机构3脱离、与下换头机构4连接。
三个激光加工机构通过上换头机构3分别设置在滑座的212的前左右三个面上。三个激光加工机构中的一个工作前，首先根据需要工作的激光加工机构在滑座212上的位置(前左右)确定下换头机构4的位置，当下换头机构4到位后即位于需要工作的激光加工机构的正下方时，接着此激光加工机构连接的那个上换头机构3向下运动带动激光加工机构下行，通过下换头机构4、上换头机构3两者的动作配合实现此激光加工机构与下换头机构4的连接即实现了换头，当换头结束后此激光加工机构开始加工工件。
实施例5
如图1、图2、图3、图4所示，本发明设备：激光切割机构7包括激光切割头701、RFIDⅠ芯片702、上零点销钉Ⅰ703、下零点销钉Ⅰ704、安装板Ⅰ705、三维拖链Ⅰ706；上零点销钉Ⅰ703和下零点销钉Ⅰ704分别固定在安装板Ⅰ705后面的上下部，RFID芯片Ⅰ702嵌入安装板Ⅰ705中，激光切割头701固定在安装板Ⅰ705的前面，三维拖链Ⅰ706连接在激光切割头701的上面；非工作状态下，上零点销钉Ⅰ703与零点卡盘Ⅱ305连接，工作状态下，下零点销钉Ⅰ704与零点卡盘Ⅰ404连接。
当激光切割机构7进行工作时，下换头机构4通过A/C摆头401沿C轴运动转到激光切割机构7的下方后上升，上换头机构3带动激光切割机构7下行，激光切割机构7与下换头机构4连接与上换头机构3分离即实现换头。其中，RFID芯片Ⅰ702用于记录激光切割头701的信息，RFID读取器403通过RFID芯片Ⅰ702识别激光头是否是激光切割头701。
实施例6
如图1、图2、图3、图5所示，本发明设备：激光焊接机构5包括激光焊接头501、RFID芯片Ⅱ502、上零点销钉Ⅱ503、下零点销钉Ⅱ504、安装板Ⅱ505、三维拖链Ⅱ506、焊缝检测装置507；上零点销钉Ⅱ503和下零点销钉Ⅱ504分别固定在安装板Ⅱ505后面的上下部，RFID芯片Ⅱ502嵌入安装板Ⅱ505中，激光焊接头501固定在安装板Ⅱ505的前面，三维拖链Ⅱ506连接在激光焊接割头501的上面，焊缝检测装置507连接在激光焊接头501的侧面；非工作状态下，上零点销钉Ⅱ503与零点卡盘Ⅱ305连接，工作状态下，下零点销钉Ⅱ504与零点卡盘Ⅰ404连接。
当激光焊接机构5进行工作时，下换头机构4通过A/C摆头401沿C轴运动转到激光焊接机构5的下方后上升，上换头机构3带动激光焊接机构5下行，激光焊接机构5与下换头机构4连接与上换头机构3分离即实现换头。其中，RFID芯片Ⅱ502用于记录激光焊接头501的信息，RFID读取器403通过RFID芯片Ⅱ502识别激光头是否是激光焊接头501。
实施例7
如图1、图2、图3、图6所示，本发明设备：激光熔覆机构6包括激光熔覆头601、RFID芯片Ⅲ602、上零点销钉Ⅲ603、下零点销钉Ⅲ604、安装板Ⅲ605、三维拖链Ⅲ606；上零点销钉Ⅲ603和下零点销钉Ⅲ604分别固定在安装板Ⅲ605后面的上下部，RFID芯片Ⅲ602嵌入安装板Ⅲ605中，激光熔覆头601固定在安装板Ⅲ605的前面，三维拖链Ⅲ606连接在激光熔覆头601的上面；非工作状态下，上零点销钉Ⅲ603与零点卡盘Ⅱ305连接，工作状态下，下零点销钉Ⅲ604与零点卡盘Ⅰ404连接。
当激光熔覆机构6进行工作时，下换头机构4通过A/C摆头401沿C轴运动转到激光熔覆机构6的下方后上升，上换头机构3带动激光熔覆机构6下行，激光熔覆机构6与下换头机构4连接与上换头机构3分离即实现换头。其中，RFID芯片Ⅲ602用于记录激光熔覆头601的信息，RFID读取器403通过RFID芯片Ⅲ602识别激光头是否是激光熔覆头601。
上述三个激光加工机构中，上零点销钉Ⅰ703和下零点销钉Ⅰ704之间(上零点销钉Ⅱ503与下零点销钉Ⅱ504之间、上零点销钉Ⅲ603与下零点销钉Ⅲ604之间)的距离为L，零点卡盘Ⅱ305的中心与零点卡盘Ⅰ404的中心之间距离的最大值为L1，最小值为L2，为了保证换头成功，L的取值范围是L2≤L≤L1。其中，最大值为L1为滑块302上升到最高极限位置时零点卡盘Ⅱ305的中心与零点卡盘Ⅰ404的中心之间距离，最小值为L2为滑块302下降到最低极限位置时零点卡盘Ⅱ305的中心与零点卡盘Ⅰ404的中心之间距离。
上述三个激光加工机构，在非工作状态下，三个上换头机构中的零点卡盘305分别夹紧上零点销钉Ⅰ703、上零点销钉Ⅱ503、上零点销钉Ⅲ603；工作状态下，零点卡盘Ⅰ404夹紧需要工作的激光加工机构中的下零点销钉Ⅰ704或下零点销钉Ⅱ504或下零点销钉Ⅲ604的一个。A/C摆头401进行C轴运动、A轴运动，使两级气缸402的外表面M面与需要工作的激光加工机构中的安装板Ⅰ705或安装板Ⅱ505或安装板Ⅲ605的内表面平行，从而保证零点卡盘Ⅰ404紧紧地夹住激光加工机构中的下零件销钉。
在上述上换头机构3、下换头机构4、激光切割机构7、激光焊接机构5、激光熔覆机构6的描述中，远离滑座212为前，靠近滑座212为后。
从上面可以看出，加工设备整体为桥式龙门结构，其外围采用激光专用防护玻璃和防护罩进行防护，防止金属、粉尘外溢，保护人员安全。加工设备主要运动自由度包含：龙门前后运动(X轴)、滑座左右运动(Y轴)、滑枕上下运动(Z轴)、A/C摆头绕Z轴旋转运动(C轴)、A/C摆头绕X轴旋转运动(A轴)共5个自由度。其中，X轴采用双驱形式保证横梁两端同步运动，其它各轴均采用一个电机驱动。上面的电机均为伺服电机，图中未将伺服电机示出。
如图2所示，本发明设备还包括激光附件，激光附件主要包括激光发生器803、送丝机804、送粉器805；激光发生器803放置在工作台1的旁边，激光发生器803分三路光纤分别连接三个激光头，给三个激光头提供光源，通过启动条件限定，在激光焊接、激光切割和激光熔覆不同工艺下打开不同的光闸供能；送丝机804、送粉器805的位置不进行限定，只要能方便送丝、送粉即可。为了保护光纤，在三路光纤外各套有一个三维拖链。
数控系统为具备五轴联动功能的数控系统，支持多通道，控制7个轴以上，可手工编程并支持DNC功能，具有回零、手动、自动、单段和MDI等运动模式，支持手轮操控机床运动，提供警报功能，并对警报信息进行记录，自带PLC硬件，管理IO点数可扩展，可二次开发，实现配套装置参数设置、工艺操作和轮廓扫描等功能，具备龙门轴功能。数控系统控制伺服驱动器和PLC硬件，伺服驱动器驱动伺服电机运行，PLC硬件对外部开关等检测信号进行采集，逻辑编程控制电磁阀、普通电机等执行动作。离线编程模块不参与控制，输出NC程序作为系统的输入。其中，本发明设备设有操作平台801，数控系统的显示部件、操作部件和控制部件均安装在内，所有的控制都可在平台801上进行操作。另外，操作平台801内置RFID处理器802，RFID读取器403读取RFID芯片的信息通过RFID处理器802进行判断且结合PLC读取接近开关306的状态进行判断，双重判断后打开相应激光头的光闸，以确保安全；数控系统与RFID处理器采用PROFINET通讯。
实施例8
如图7所示，根据对工件需要进行的激光加工类型，在数控系统操作平台的界面选择具体的加工工艺后，设备对工件按照以下的步骤进行加工：
①启动自动换头程序：将下换头机构转动至具体的加工工艺对应的激光加工机构的下面，通过上换头机构和下换头机构的配合使激光加工机构与下换头机构连接后再与上换头机构分离，完成激光加工机构的换头；
②检查换头是否到位：上换头机构中的接近开关检测激光头是否没在上换头机构上，如果没在则为空刀状态：如果判定是空刀状态，表示换头到位，向下进行；如果不是空刀状态，则返回步骤①进行换头；
③启动加工程序，即通过X Y Z三轴联动控制激光加工机构运动到放置在工作台1上的工件的起始加工位置；
④通过PLC开启压缩气，开保护气；
⑤以接近开关检测的空刀状态作为打开激光器中加工头光闸的限定条件，PLC读取状态无误之后，激光器上电，对应的激光加工头光闸打开出光，激光加工头开始运动，并按照预设轨迹行走；
⑥加工完成，激光器停止出光，激光头停止运动，激光器掉电，延迟关闭保护气、压缩气；
⑦继续新工件重复以上工序，如改变加工工艺需要换头复位；
⑧执行换头复位程序，上换头机构移动至下换头机构的上面，通过上换头机构和下换头机构的配合使激光加工机构与上换头机构连接后再与下换头机构分离，完成激光加工机构的换头复位；
⑨加工结束。
其中，步骤①启动自动换头程序的具体步骤是：Ⅰ、通过A/C摆头401使下换头机构4位于激光加工机构的下方，再上升到换头位置；Ⅱ、电机304工作使滑块302下行，零点卡盘Ⅱ305通过连接的上零点销钉带动整个激光加工机构向下运动，直至下零点销钉与零点卡盘Ⅰ404水平对齐；Ⅲ、两级气缸402一级伸出，零点卡盘Ⅰ404夹紧下零点销钉；Ⅳ、零点卡盘Ⅱ305松开，两级气缸402二级伸出，上零点销钉和零点卡盘Ⅱ305脱开；Ⅴ、电机304工作使滑块302上行，换头动作完成。
其中，步骤①中：A/C摆头401沿C轴旋转，可以使气缸402、FID读取器403、零件卡盘Ⅰ404均位于激光加工机构的下方并上升到换头位置；如果气缸402的外表面与安装板的内表面不平行，则A/C摆头401沿A轴运动使外表面与内表面平行，以保证零点卡盘Ⅰ404夹紧下零点销钉；零点卡盘Ⅰ404、零点卡盘Ⅱ305通过PLC程序控制电磁铁实现夹紧、松开。
步骤①结束后，激光头通过下零点销钉与下换头机构连接且位于滑座的下方，以方便对工件进行加工。另外，光纤通过三维拖链随激光头运动，可满足A/C摆头的C轴旋转、A轴旋转的空间要求。
其中，步骤②检查换头是否到位：在通过接近开关检测空刀状态的同时，通过RFID读取器读取RFID芯片的信息来识别激光头是否是要进行加工工艺的激光头：如果判定是加工工艺的激光头，表示换头正确，向下进行；如果不是加工工艺的激光头，则返回步骤①进行换头。这样，步骤②检查换头是否到位为冗余设计，即通过接近开关检测和芯片信息读取来双重判定激光头换头正确并且到位，保证了加工的可靠性。
同时，在步骤②增加读取芯片信息后，在步骤⑤中PLC读取接近开关306检测的空刀状态进行判断、RFID处理器802对RFID读取器403读取到的信息进行判断，经过双重判断后，以换头正确并且到位作为打开激光发生器中加工头光闸的限定条件，以确保安全。
其中，步骤③启动加工程序的具体步骤是：数控系统控制两个X轴电机驱动龙门架210在轨道211上沿X方向运动，Y轴电机驱动滑座212沿龙门架210的横梁沿Y方向移动，Z轴电机驱动滑枕213通过滑座212沿Z轴方向移动；即通过三轴联动控制激光加工头运动到工作台1上工件的加工位置。
其中，步骤⑧执行换头复位程序的具体步骤是：Ⅰ、电机304工作使滑块302下行，直至零点卡盘Ⅱ305与上零点销钉水平对齐；Ⅱ、两级气缸402一级缩回，上零点销钉进入零点卡盘Ⅱ305内并被夹紧；Ⅲ、零点卡盘Ⅰ404松开，两级气缸402二级缩回，零点卡盘Ⅰ404与下零点销钉脱开；Ⅳ、电机304工作使滑块302上行，零点卡盘Ⅱ305通过连接的上零点销钉带动整个激光加工机构向上运动；Ⅴ、A/C摆头401下降并返回最初的位置，换头复位动作完成。此时，激光加工机构整体在滑座的上方，不会干涉其他激光头工作。
实施例9
下面以激光熔覆机构6、激光切割机构7、激光焊接机构5分别位于滑座212的左面、中间、右面，下换头机构4初始状态位于激光切割机构7的下面为例，对本发明方法进行详细的说明，如图1所示：
一、进行激光切割加工时，在操作平台801的数控系统界面选择激光切割加工工艺，进行以下步骤：
①启动自动换头程序：Ⅰ、①A/C摆头401沿A轴摆动使气缸402的外表面M面与安装板Ⅰ705的内表面N1面平行，并上升到换头位置；Ⅱ、电机304工作使滑块302下行，零点卡盘Ⅱ305通过连接的上零点销钉Ⅰ703带动整个激光切割机构7向下运动，直至下零点销钉Ⅰ704与零点卡盘Ⅰ404水平对齐；Ⅲ、两级气缸402一级伸出，下零点销钉Ⅰ704进入零点卡盘Ⅰ404内，通过PLC程序控制电磁铁打开通气使零点卡盘Ⅰ404夹紧下零点销钉Ⅰ704；Ⅳ、通过气动松开零点卡盘Ⅱ305，两级气缸402二级伸出，使上零点销钉Ⅰ703和零点卡盘Ⅱ305脱开；Ⅴ、电机304工作使滑块302上行，上换头机构3复位，换头动作完成；此时，由于下换头机构4本来就位于激光切割机构7的下方，因此A/C摆头401不需要沿C轴转动。
②检查换头是否到位：接近开关306检测换头位置是否为空刀状态，同时RFID读取器403读取RFID芯片Ⅰ702的信息识别激光头是否是激光切割头701：如果判定是空刀状态和激光切割头701的双重状态，则表示换头到位和正确，向下进行；如果不是空刀状态、不是激光切割头701的任一种或者两种，则返回步骤1进行换头；
③启动加工程序：数控系统控制两个X轴电机驱动龙门架210在轨道211上沿X方向运动，Y轴电机驱动滑座212沿龙门架210的横梁沿Y方向移动，Z轴电机驱动滑枕213通过滑座212沿Z轴方向移动；即通过X Y Z三轴联动控制激光切割机构运动到放置在工作台1的工件的起始加工位置；
④通过PLC开启压缩气，开保护气；
⑤以接近开关306检测的空刀状态和RFID读取器403读取的激光切割头701信息作为打开激光发生器中激光切割头光闸的限定条件，状态无误之后，激光发生器803上电，对应的激光切割头的光闸打开出光并穿孔，激光切割头701开始运动，并按照预设轨迹行走；
⑥加工完成，激光发生器803停止出光，激光切割头701停止运动，激光发生器803掉电，延迟关闭保护气、压缩气；
⑦继续新工件重复以上工序，如改变加工工艺需要换头复位；
⑧执行换头复位程序：Ⅰ、电机304工作使滑块302下行，直至零点卡盘Ⅰ305与上零点销钉Ⅰ703水平对齐；Ⅱ、两级气缸402一级缩回，带动整个激光切割机构7向后运动，直至上零点销钉Ⅰ703进入零点卡盘Ⅰ305内并被夹紧；Ⅲ、零点卡盘Ⅱ404松开，两级气缸402二级缩回，下零点销钉Ⅰ704与零点卡盘Ⅱ404脱开；Ⅳ、电机304工作使滑块302上行，零点卡盘Ⅰ305通过连接的上零点销钉Ⅰ703带动整个激光切割机构7向上运动；Ⅴ、A/C摆头401下降并沿A轴摆动返回最初的位置，换头复位动作完成。
⑨加工结束。
二、进行激光焊接加工时，在操作平台801的数控系统界面选择激光焊接加工工艺，焊接工艺可分为焊接和填丝焊接，进行以下步骤：
①启动自动换头程序：Ⅰ、A/C摆头401沿C轴旋转90°使气缸402、FID读取器403、零件卡盘Ⅰ404均位于激光焊接机构5的下方、同时A/C摆头401沿A轴摆动使气缸402的外表面M面与安装板Ⅱ505的内表面N2面平行，并上升到换头位置；Ⅱ、电机304工作使滑块302下行，零点卡盘Ⅱ305通过连接的上零点销钉Ⅱ503带动整个激光焊接机构向下运动，直至下零点销钉Ⅱ504与零点卡盘Ⅰ404水平对齐；Ⅲ、两级气缸402一级伸出，下零点销钉Ⅱ504进入零点卡盘Ⅰ404内，通过PLC程序控制电磁铁打开通气使零点卡盘Ⅰ404夹紧下零点销钉Ⅱ504；Ⅳ、通过气动松开零点卡盘Ⅱ305，两级气缸402二级伸出，使上零点销钉Ⅱ503和零点卡盘Ⅱ305脱开；Ⅴ、电机304工作使滑块302上行，上换头机构3复位，换头动作完成。
②检查换头是否到位：接近开关306检测换头位置是否为空刀状态，同时RFID读取器403读取RFID芯片Ⅱ502的信息识别激光头是否是激光焊接头501：如果判定是空刀状态和激光焊接头501的双重状态，则表示换头到位和正确，向下进行；如果不是空刀状态、不是激光焊接头501的任一种或者两种，则返回步骤1进行换头；
③启动加工程序：数控系统控制两个X轴电机驱动龙门架210在轨道211上沿X方向运动，Y轴电机驱动滑座212沿龙门架210的横梁沿Y方向移动，Z轴电机驱动滑枕213通过滑座212沿Z轴方向移动；即通过X Y Z三轴联动控制激光焊接机构运动到放置在工作台1的工件的起始加工位置；
④通过PLC开启压缩气，开保护气；
⑤以接近开关306检测的空刀状态和RFID读取器403读取的激光焊接头501信息作为打开激光发生器中激光焊接头光闸的限定条件，状态无误之后，激光发生器803上电，对应的激光焊接头的光闸打开出光，激光焊接头501开始运动，并按照预设轨迹行走；若是填丝焊接，同时PLC程序会控制送丝机804出丝；同时焊缝检测装置507反馈检测数据到系统，检测焊接质量；
⑥加工完成，激光发生器803停止出光，激光焊接头501停止运动，激光发生器803掉电，延迟关闭保护气、压缩气；若是填丝焊接，同时PLC程序控制送丝机804停止出丝，执行送丝回抽动作。
⑦继续新工件重复以上工序，如改变加工工艺需要换头复位；
⑧执行换头复位程序：Ⅰ、电机304工作使滑块302下行，直至零点卡盘Ⅱ305与上零点销钉Ⅱ503水平对齐；Ⅱ、两级气缸402一级缩回，带动整个激光焊接机构5向后运动，直至上零点销钉Ⅱ503进入零点卡盘Ⅱ305内并被夹紧；Ⅲ、零点卡盘Ⅰ404松开，两级气缸402二级缩回，下零点销钉Ⅱ504与零点卡盘Ⅰ404脱开；Ⅳ、电机304工作使滑块302上行，零点卡盘Ⅱ305通过连接的上零点销钉Ⅱ503带动整个激光焊接机构5向上运动；Ⅴ、A/C摆头401下降并沿C轴旋转-90°，同时A/C摆头401沿A轴摆动返回最初的位置，换头复位动作完成。
⑨加工结束。
三、进行激光熔覆加工时，在操作平台801的数控系统界面选择激光熔覆加工工艺，进行以下步骤：
①启动自动换头程序：Ⅰ、A/C摆头401沿C轴旋转-90°使气缸402、FID读取器403、零件卡盘Ⅰ404均位于激光熔覆机构6的下方、同时A/C摆头401沿A轴摆动使气缸402的外表面M面与安装板Ⅲ605的内表面N3面平行，并上升到换头位置；Ⅱ、电机304工作使滑块302下行，零点卡盘Ⅱ305通过连接的上零点销钉Ⅲ603带动整个激光熔覆机构向下运动，直至下零点销钉Ⅲ604与零点卡盘Ⅰ404水平对齐；Ⅲ、两级气缸402一级伸出，下零点销钉Ⅲ604进入零点卡盘Ⅰ404内，通过PLC程序控制电磁铁打开通气使零点卡盘Ⅰ404夹紧下零点销钉Ⅲ604；Ⅳ、通过气动松开零点卡盘Ⅱ305，两级气缸402二级伸出，使上零点销钉Ⅲ603和零点卡盘Ⅱ305脱开；Ⅴ、电机304工作使滑块302上行，上换头机构3复位，换头动作完成。
②检查换头是否到位：接近开关306检测换头位置是否为空刀状态，同时RFID读取器403读取RFID芯片Ⅲ602的信息识别激光头是否是激光熔覆头601：如果判定是空刀状态和激光熔覆头601的双重状态，则表示换头到位和正确，向下进行；如果不是空刀状态、不是激光熔覆头601的任一种或者两种，则返回步骤1进行换头；
③启动加工程序：数控系统控制两个X轴电机驱动龙门架210在轨道211上沿X方向运动，Y轴电机驱动滑座212沿龙门架210的横梁沿Y方向移动，Z轴电机驱动滑枕213通过滑座212沿Z轴方向移动；即通过X Y Z三轴联动控制激光熔覆机构运动到放置在工作台1的工件的起始加工位置；
④通过PLC开启压缩气，开保护气；
⑤以接近开关306检测的空刀状态和RFID读取器403读取的激光熔覆头601信息作为打开激光发生器中激光熔覆头光闸的限定条件，状态无误之后，激光发生器803上电，对应的激光熔覆头的光闸打开出光，激光熔覆头601开始运动，并按照预设轨迹行走；同时PLC程序控制送粉器805送粉。
⑥加工完成，激光发生器801停止出光，激光熔覆头601停止运动，激光发生器801掉电，延迟关闭保护气、压缩气；同时PLC程序控制送粉器805停止送粉。
⑦继续新工件重复以上工序，如改变加工工艺需要换头复位；
⑧执行换头复位程序：Ⅰ、电机304工作使滑块302下行，直至零点卡盘Ⅱ305与上零点销钉Ⅲ603水平对齐；Ⅱ、两级气缸402一级缩回，带动整个激光熔覆机构6向后运动，直至上零点销钉Ⅲ603进入零点卡盘Ⅱ305内并被夹紧；Ⅲ、零点卡盘Ⅰ404松开，两级气缸402二级缩回，下零点销钉Ⅲ604与零点卡盘Ⅰ404脱开；Ⅳ、电机304工作使滑块302上行，零点卡盘Ⅱ305通过连接的上零点销钉Ⅲ603带动整个激光熔覆机构6向上运动；Ⅴ、A/C摆头401下降并沿C轴旋转90°，同时A/C摆头401沿A轴摆动返回最初的位置，换头复位动作完成。
⑨加工结束。
根据工件的具体加工工艺，可以选择上述三个加工工艺的任意多种组合，因此加工灵活，可满足多种需要。
综上所述，本发明一种自动换头的多功能激光复合五轴加工设备，它通过自动换刀，实现了激光切割、激光焊接、激光熔覆三种加工工艺的任意组合加工，从而大大提高了生产效率，极大地节约了成本，节约设备占地空间。对于一个工件如果需要进行激光切割、激光熔覆、激光焊接等工艺时，特别方便。
本发明设备最重要的如何实现不同加工机构之间的转换即换头，从而利用一台设备将不同的加工工序组合以完成对工件的加工，因此三个激光加工机构只是具体的实施例，可以更换为其它的加工机构。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种自动换头的多功能激光复合五轴加工设备，其特征是：它包括数控系统、工作台(1)、移动部件(2)、换头部件、加工部件，移动部件(2)设置在工作台(1)的上方，换头部件与移动部件连接，加工部件与换头部件连接；换头部件包括一个下换头机构(4)、三个上换头机构(3)，加工部件包括三个不同的激光加工机构；在非加工状态下，三个激光加工机构分别与三个上换头机构(3)连接；在加工状态下，进行加工的那个激光加工机构与上换头机构(3)脱离、与下换头机构(4)连接；数控系统与移动部件(2)、换头部件、加工部件等电连接。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征是：移动部件(2)包括X向移动部件、Y向移动部件、Z向移动部件；X向移动部件包括龙门架(210)、两条轨道(211)，龙门架(210)跨在工作台(1)上，两条轨道(211)设置在工作台(1)的两侧，龙门架(210)沿轨道(211)进行X向的前后移动；Y向移动部件包括滑座(212)，滑座(212)设置在龙门架(210)横梁的前面，且沿着横梁进行Y向的左右移动；Z向移动部件包括滑枕(213)，滑枕(213)设置在滑座(212)的内部，且沿着两者配合面进行Z向的上下移动。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征是：换头部件包括一个下换头机构(4)、三个上换头机构(3)，下换头机构(4)与滑枕(213)连接，三个上换头机构(3)分别固定在滑座(212)的前左右三个面上；一个下换头机构(4)包括A/C摆头(401)、两级气缸(402)、RFID读取器(403)、零点卡盘Ⅰ(404)；A/C摆头(401)的上端与滑枕(213)连接，RFID读取器(403)、两级气缸(402)均固定在A/C摆头(401)的前面、且RFID读取器(403)位于两级气缸(402)的上方，零点卡盘Ⅰ(404)与两级气缸(402)连接；三个上换头机构(3)的结构相同，每个上换头机构(3)均包括导轨(301)、滑块(302)、丝杠(303)、电机(304)、零点卡盘Ⅱ(305)、接近开关(306)、底板(307)、顶板(308)；电机(304)固定在顶板(308)的上面，丝杠(303)的一端穿过顶板(308)与电机(304)连接、另一端从滑块(302)中穿过与底板(307)连接，零点卡盘Ⅱ(305)、接近开关(306)均固定在滑块(302)的前面、且零点卡盘Ⅱ(305)位于接近开关(306)的上方，滑块(302)的后面与导轨(301)连接，导轨(301)的上下端分别与顶板(308)、底板(307)固接，底板(307)、顶板(308)均固定在滑座(212)上。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征是：加工部件包括三个激光加工机构，分别为激光切割机构(7)、激光焊接机构(5)、激光熔覆机构(6)；在非加工状态下，三个加工激光机构分别与三个上换头机构(3)连接；在加工状态下，进行加工的加工激光机构与上换头机构(3)脱离、与下换头机构(4)连接。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征是：激光切割机构(7)包括激光切割头(701)、RFID芯片Ⅰ(702)、上零点销钉Ⅰ(703)、下零点销钉Ⅰ(704)、安装板Ⅰ(705)、三维拖链Ⅰ(706)；上零点销钉Ⅰ(703)和下零点销钉Ⅰ(704)分别固定在安装板Ⅰ(705)后面的上下部，RFID芯片Ⅰ(702)嵌入安装板Ⅰ(705)中，激光切割头(701)固定在安装板Ⅰ(705)的前面，三维拖链Ⅰ(706)连接在激光切割头(701)的上面；非工作状态下，上零点销钉Ⅰ(703)与零点卡盘Ⅱ(305)连接，工作状态下，下零点销钉Ⅰ(704)与零点卡盘Ⅰ(404)连接。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征是：激光焊接机构(5)包括激光焊接头(501)、RFID芯片Ⅱ(502)、上零点销钉Ⅱ(503)、下零点销钉Ⅱ(504)、安装板Ⅱ(505)、三维拖链Ⅱ(506)、焊缝检测装置(507)；上零点销钉Ⅱ(503)和下零点销钉Ⅱ(504)分别固定在安装板Ⅱ(505)后面的上下部，RFID芯片Ⅱ(502)嵌入安装板Ⅱ(505)中，激光焊接头(501)固定在安装板Ⅱ(505)的前面，三维拖链Ⅱ(506)连接在激光焊接割头(501)的上面，焊缝检测装置(507)连接在激光焊接头(501)的侧面；非工作状态下，上零点销钉Ⅱ(503)与零点卡盘Ⅱ(305)连接，工作状态下，下零点销钉Ⅱ(504)与零点卡盘Ⅰ(404)连接。
7.根据权利要求4所述的设备，其特征是：激光熔覆机构(6)包括激光熔覆头(601)、RFID芯片Ⅲ(602)、上零点销钉Ⅲ(603)、下零点销钉Ⅲ(604)、安装板Ⅲ(605)、三维拖链Ⅲ(606)；上零点销钉Ⅲ(603)和下零点销钉Ⅲ(604)分别固定在安装板Ⅲ(605)后面的上下部，RFID芯片Ⅲ(602)嵌入安装板Ⅲ(605)中，激光熔覆头(601)固定在安装板Ⅲ(605)的前面，三维拖链Ⅲ(606)连接在激光熔覆头(601)的上面；非工作状态下，上零点销钉Ⅲ(603)与零点卡盘Ⅱ(305)连接，工作状态下，下零点销钉Ⅲ(604)与零点卡盘Ⅰ(404)连接。
8.根据权利要求3所述的设备，其特征是：上零点销钉和下零点销钉之间的距离为L，零点卡盘Ⅱ(305)的中心与零点卡盘Ⅰ(404)的中心之间距离的最大值为L1，最小值为L2，为了保证换头成功，L的取值范围是L2≤L≤L1；其中，最大值为L1为滑块(302)上升到最高极限位置时零点卡盘Ⅱ(305)的中心与零点卡盘Ⅰ(404)的中心之间距离，最小值为L2为滑块(302)下降到最低极限位置时零点卡盘Ⅱ(305)的中心与零点卡盘Ⅰ(404)的中心之间距离。
9.使用权利要求1-8任一所述的设备，对工件进行加工的方法为：根据对工件需要进行的激光加工类型，在数控系统操作平台的界面选择具体的加工工艺后，设备进行以下的步骤：
①启动自动换头程序：将下换头机构转动至具体的加工工艺对应的激光加工机构的下面，通过上换头机构和下换头机构的配合使激光加工机构与下换头机构连接后再与上换头机构分离，完成激光加工机构的换头；
②检查换头是否到位：上换头机构中的接近开关检测激光头是否没在上换头机构上，如果没在则为空刀状态：如果判定是空刀状态，表示换头到位，向下进行；如果不是空刀状态，则返回步骤①进行换头；
③启动加工程序，即通过X Y Z三轴联动控制激光加工机构运动到放置在工作台上的工件的起始加工位置；
④通过PLC开启压缩气，开保护气；
⑤以接近开关检测的空刀状态作为打开激光器中加工头光闸的限定条件，PLC读取状态无误之后，激光器上电，对应的激光加工头光闸打开出光，激光加工头开始运动，并按照预设轨迹行走；
⑥加工完成，激光器停止出光，激光头停止运动，激光器掉电，延迟关闭保护气、压缩气；
⑦继续新工件重复以上工序，如改变加工工艺需要换头复位；
⑧执行换头复位程序，上换头机构移动至下换头机构的上面，通过上换头机构和下换头机构的配合使激光加工机构与上换头机构连接后再与下换头机构分离，完成激光加工机构的换头复位；
⑨加工结束。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是：步骤①启动自动换头程序的具体步骤是：Ⅰ、通过A/C摆头(401)使下换头机构(4)位于激光加工机构的下方，再上升到换头位置；Ⅱ、电机(304)工作使滑块(302)下行，零点卡盘Ⅱ(305)通过连接的上零点销钉带动整个激光加工机构向下运动，直至下零点销钉与零点卡盘Ⅰ(404)水平对齐；Ⅲ、两级气缸(402)一级伸出，零点卡盘Ⅰ(404)夹紧下零点销钉；Ⅳ、零点卡盘Ⅱ(305)松开，两级气缸(402)二级伸出，上零点销钉和零点卡盘Ⅱ(305)脱开；Ⅴ、电机(304)工作使滑块(302)上行，换头动作完成。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征是：步骤②检查换头是否到位：在通过接近开关检测空刀状态的同时，通过RFID读取器读取RFID芯片的信息来识别激光头是否是要进行加工工艺的激光头：如果判定是加工工艺的激光头，表示换头正确，向下进行；如果不是加工工艺的激光头，则返回步骤①进行换头；步骤⑤中PLC读取接近开关(306)检测的空刀状态进行判断、RFID处理器(802)对RFID读取器(403)读取到的信息进行判断，经过双重判断后，以换头正确并且到位作为打开激光发生器中加工头光闸的限定条件，以确保安全。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征是：步骤③启动加工程序的具体步骤是：数控系统控制两个X轴电机驱动龙门架(210)在轨道(211)上沿X方向运动，Y轴电机驱动滑座(212)沿龙门架(210)的横梁沿Y方向移动，Z轴电机驱动滑枕(213)通过滑座(212)沿Z轴方向移动；即通过三轴联动控制激光加工头运动到工作台(1)上工件的加工位置。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征是：步骤⑧执行换头复位程序的具体步骤是：Ⅰ、电机(304)工作使滑块(302)下行，直至零点卡盘Ⅱ(305)与上零点销钉水平对齐；Ⅱ、两级气缸(402)一级缩回，上零点销钉进入零点卡盘Ⅱ(305)内并被夹紧；Ⅲ、零点卡盘Ⅰ(404)松开，两级气缸(402)二级缩回，零点卡盘Ⅰ(404)与下零点销钉脱开；Ⅳ、电机(304)工作使滑块(302)上行，零点卡盘Ⅱ(305)通过连接的上零点销钉带动整个激光加工机构向上运动；Ⅴ、A/C摆头(401)下降并返回最初的位置，换头复位动作完成。
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