CN116810171A - 钣金激光切割工艺的热变形抑制系统与工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，包括热变形抑制先行单元、激光切割单元和待切割板材；热变形抑制先行单元和激光切割单元均安装在各自的机械臂上；热变形抑制先行单元在待切割板材上方水平位移的过程中，会在待切割板材表面留下一条由粘性液体构成的先行热变形抑制轨迹；激光切割单元以先行热变形抑制轨迹为切割路径进行切割；局部沸腾和气化的二甲基硅油迅会速吸收一部分激光切割带来的局部热量，起到及时抑制激光切割实际轨迹两侧局部板材温度的作用，从而有效避免板材的切割轮廓处发生过大的热变形。
Description
技术领域
本发明属于钣金切割工艺领域。
背景技术
激光切割板材的过程中，待切割板材受到切割激光扫描的过程中，待切割板材受到激光扫描切割的同时，也会在切割轨迹的两侧的局部快速形成高温环境，进而容易发生切割边缘处的热畸变，本方案提供一种能有效抑制激光切割过程中的热变形的方案。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钣金激光切割工艺的热变形抑制系统与工艺，能有效抑制激光切割过程的热变形。
技术方案：为实现上述目的，本发明的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，包括热变形抑制先行单元、激光切割单元和待切割板材；热变形抑制先行单元和激光切割单元均安装在各自的机械臂上；热变形抑制先行单元在待切割板材上方水平位移的过程中，会在待切割板材表面留下一条由粘性液体构成的先行热变形抑制轨迹；激光切割单元以先行热变形抑制轨迹为切割路径进行切割。
进一步的，粘性液体是二甲基硅油。
进一步的，先行热变形抑制轨迹包括相互平行的第一粘液带和第二粘液带，第一粘液带和第二粘液带之间的空隙形成一条空隙轨迹，激光切割单元下端的激光发射头与空隙轨迹相对应。
进一步的，热变形抑制先行单元包括上支架，上支架的下端固定有上横梁，上横臂的下侧平行有下横臂，上横臂与下横臂之间的弹性部件对下横臂形成下推力；下横臂下方通过下支架固定安装有输出轴竖向朝下的舵机，舵机的输出轴下端固定连接有储液罐；储液罐的下侧通过滚轮支架转动安装有涂油滚轮单元。
进一步的，滚轮支架末端一体化连接有横轴，涂油滚轮单元同轴心转动安装在横轴上。
进一步的，涂油滚轮单元包括与横轴同轴心的第一圆盘体、第二圆盘体、第三圆盘体和第四圆盘体；第一圆盘体、第二圆盘体、第三圆盘体和第四圆盘体轴心处分别同轴心一体化设置有第一转动套、第二转动套、第三转动套和第四转动套；第一转动套、第二转动套、第三转动套和第四转动套的内壁均通过轴承与横轴外壁转动配合；第一圆盘体外圈与第二圆盘体外圈通过第一筒形壁一体化连接；第三圆盘体外圈与第四圆盘体外圈之间通过第二筒形壁一体化连接；第一筒形壁和第二筒形壁的外壁分别均布有若干a毛刷和若干b毛刷。
进一步的，第一筒形壁和第二筒形壁内侧分别为第一粘液导出腔和第二粘液导出腔；第一筒形壁和第二筒形壁的外壁分别均布有若干a粘液流出孔和若干b粘液流出孔；第一粘液导出腔和第二粘液导出腔内的粘液能分别通过若干a粘液流出孔和若干b粘液流出孔流出；涂油滚轮单元在待切割板材表面滚动的过程中，若干a毛刷和若干b毛刷将二甲基硅油涂抹在待切割板材表面，形成第一粘液带和第二粘液带。
进一步的，第二圆盘体与第三圆盘体之间通过若干呈圆周阵列分布的围合壁一体化连接；若干围合壁相互首尾一体化连接成一个多边形围合结构，若干围合壁的围合范围内为粘液进液仓；若干围合壁构成的多边形围合结构的外周同轴心设置有弹性轮胎，弹性轮胎的内圈包括第一内缘和第二内缘；第一内缘和第二内缘分别与第二圆盘体的外轮廓和第三圆盘体的外轮廓固定密封连接。
进一步的，弹性轮胎的内侧呈圆周阵列分布有若干板状轮胎骨架，弹性轮胎的内壁紧贴各板状轮胎骨架的外弧轮廓，若干板状轮胎骨架将弹性轮胎的内侧空间分隔成若干独立且呈圆周阵列分布的泵液仓；
第二圆盘体上呈圆周阵列分布有若干a单向导通孔，各a单向导通孔内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使各泵液仓内的液体能通过各a单向导通孔内的鸭嘴单向阀流出到第一粘液导出腔中；
第三圆盘体上呈圆周阵列分布有若干b单向导通孔，各b单向导通孔内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使各泵液仓内的液体能通过各b单向导通孔内的鸭嘴单向阀流出到第二粘液导出腔中；
各围合壁上均设置有c单向导通孔，各c单向导通孔内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使粘液进液仓内的液体能通过各c单向导通孔内的鸭嘴单向阀流人到各泵液仓内。
进一步的，滚轮支架与横轴所形成的一体结构的内部设置有导液通道，导液通道的一端连通储液罐内的储液仓，导液通道的另一端连通粘液进液仓。
有益效果：本发明的待切割板材的空隙轨迹处受到切割激光扫描的过程中，待切割板材上的空隙轨迹受到激光扫描切割的同时，也会在空隙轨迹两侧的局部快速形成高温环境，而空隙轨迹两侧的由二甲基硅油构成的第一粘液带和第二粘液带在局部高温环境下发生局部沸腾和气化，二甲基硅油的化学性质稳定，不会与局部高温板材发生反应，从而局部沸腾和气化的二甲基硅油迅会速吸收一部分激光切割带来的局部热量，起到及时抑制激光切割实际轨迹两侧局部板材温度的作用，从而有效避免板材的切割轮廓处发生过大的热变形。
各泵液仓逐次呈周期性的被挤压和复原的过程中，第一粘液导出腔.中和第二粘液导出腔.中会被连续的泵入二甲基硅油，进入到第一粘液导出腔.和第二粘液导出腔.内的粘液分别通过若干a粘液流出孔.和若干b粘液流出孔.流出到若干a毛刷.和若干b毛刷.上，使若干a毛刷.和若干b毛刷.上始终由源源不断的二甲基硅油补充，保证“步骤二”中形成的第一粘液带.和第二粘液带.的涂抹厚度始终趋于一致和充裕，不会逐渐变薄和变稀。
附图说明
附图1为本方案整体结构示意图；
附图2为附图1的局部放大示意图；
附图3为热变形抑制先行单元结构示意图；
附图4为附图3的下部分结构示意图；
附图5为附图4的剖视图；
附图6为涂油滚轮单元结构示意图；
附图7为涂油滚轮单元的第一剖视图；
附图8为涂油滚轮单元的第二剖视图；
附图9为涂油滚轮单元的轮胎分离时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至9所示的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，如图1和2，包括热变形抑制先行单元61、激光切割单元62和水平布置的待切割板材21；热变形抑制先行单元61和激光切割单元62均安装在各自的能水平位移的机械臂上；热变形抑制先行单元61在待切割板材21上方水平位移的过程中，会在待切割板材21表面留下一条由粘性液体构成的先行热变形抑制轨迹3，粘性液体是二甲基硅油；激光切割单元62以先行热变形抑制轨迹3为切割路径进行切割，先行热变形抑制轨迹3在切割过程中起到抑制热量急剧上升的作用。
如图2，先行热变形抑制轨迹3包括相互平行的第一粘液带3.1和第二粘液带3.2，第一粘液带3.1和第二粘液带3.2之间的空隙形成一条空隙轨迹3.3，激光切割单元62下端的激光发射头15与空隙轨迹3.3相对应；激光发射头15发出的切割激光沿空隙轨迹3.3切割扫描的过程中，待切割板材21上的空隙轨迹3.3受到激光扫描切割的同时，也会在空隙轨迹3.3两侧的局部快速形成高温环境，而空隙轨迹3.3两侧的由二甲基硅油构成的第一粘液带3.1和第二粘液带3.2在局部高温环境下发生局部沸腾和气化，二甲基硅油的化学性质稳定，不会与局部高温板材发生反应，从而局部沸腾和气化的二甲基硅油迅会速吸收一部分激光切割带来的局部热量，起到及时抑制激光切割实际轨迹两侧局部板材温度的作用，从而有效避免板材的切割轮廓处发生过大的热变形。
如图3，热变形抑制先行单元61包括连接在机械臂上的上支架20，上支架20的下端固定有上横梁27，上横臂27的下侧平行有下横臂30，上横臂27与下横臂30之间的弹性部件对下横臂30形成下推力；下横臂30下方通过下支架31固定安装有输出轴33竖向朝下的舵机19，舵机19的输出轴33下端固定连接有储液罐18；储液罐18上设置有补液嘴32；储液罐18的下侧通过滚轮支架24转动安装有涂油滚轮单元75；涂油滚轮单元75与待切割板材21表面滚动配合。
下横臂30上侧固定有若干朝上的导柱28，导柱28向上活动穿过上横臂27上的导孔29，弹性部件包括套在各导柱28外的施压弹簧71，施压弹簧71上下端分别固定连接上横臂27和下横臂30，施压弹簧71起到向下施压的作用，使涂油滚轮单元75与板材表面之间产生挤压力。
如图5；滚轮支架24末端一体化连接有横轴26，涂油滚轮单元75同轴心转动安装在横轴26上。
如图6、7；涂油滚轮单元75包括与横轴26同轴心的第一圆盘体8.1、第二圆盘体8.2、第三圆盘体8.3和第四圆盘体8.4；第一圆盘体8.1、第二圆盘体8.2、第三圆盘体8.3和第四圆盘体8.4轴心处分别同轴心一体化设置有第一转动套7.1、第二转动套7.2、第三转动套7.3和第四转动套7.4；第一转动套7.1、第二转动套7.2、第三转动套7.3和第四转动套7.4的内壁均通过轴承与横轴26外壁转动配合。
第一圆盘体8.1外圈与第二圆盘体8.2外圈通过第一筒形壁4.1一体化连接；第三圆盘体8.3外圈与第四圆盘体8.4外圈之间通过第二筒形壁4.2一体化连接；第一筒形壁4.1和第二筒形壁4.2内侧分别为第一粘液导出腔81.1和第二粘液导出腔81.2；第一筒形壁4.1和第二筒形壁4.2的外壁分别均布有若干a粘液流出孔2.1和若干b粘液流出孔2.2；第一粘液导出腔81.1和第二粘液导出腔81.2内的粘液能分别通过若干a粘液流出孔2.1和若干b粘液流出孔2.2流出；第一筒形壁4.1和第二筒形壁4.2的外壁分别均布有若干a毛刷1.1和若干b毛刷1.2；涂油滚轮单元75在待切割板材21表面滚动的过程中，若干a毛刷1.1和若干b毛刷1.2将二甲基硅油涂抹在待切割板材21表面，形成第一粘液带3.1和第二粘液带3.2。
如图8，第二圆盘体8.2与第三圆盘体8.3之间通过若干呈圆周阵列分布的围合壁13一体化连接；若干围合壁13相互首尾一体化连接成一个多边形围合结构，若干围合壁13的围合范围内为粘液进液仓10；
若干围合壁13构成的多边形围合结构的外周同轴心设置有乳胶材质的弹性轮胎5，如图9；弹性轮胎5的内圈包括第一内缘5.1和第二内缘5.2；第一内缘5.1和第二内缘5.2分别与第二圆盘体8.2的外轮廓和第三圆盘体8.3的外轮廓固定密封连接。
弹性轮胎5的内侧呈圆周阵列分布有若干板状轮胎骨架14，弹性轮胎5的内壁紧贴各板状轮胎骨架14的外弧轮廓14.1，若干板状轮胎骨架14将弹性轮胎5的内侧空间分隔成若干独立且呈圆周阵列分布的泵液仓11。
如图8，将弹性轮胎5与待切割板材21表面接触的一段记为轮胎受压段5.1，轮胎受压段5.1会在待切割板材21表面的向上的压力下发生向上的弹性形变，从而使轮胎受压段5.1上侧的一个泵液仓11受到挤压；涂油滚轮单元75的弹性轮胎5在待切割板材21表面滚动的过程中，弹性轮胎5的轮胎受压段5.1会呈周期的变化，从而使各泵液仓11逐次呈周期性的被挤压和复原。
如图7和8；第二圆盘体8.2上呈圆周阵列分布有若干a单向导通孔9.1，各a单向导通孔9.1内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使各泵液仓11内的液体能通过各a单向导通孔9.1内的鸭嘴单向阀流出到第一粘液导出腔81.1中；
第三圆盘体8.3上呈圆周阵列分布有若干b单向导通孔9.2，各b单向导通孔9.2内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使各泵液仓11内的液体能通过各b单向导通孔9.2内的鸭嘴单向阀流出到第二粘液导出腔81.2中；各围合壁13上均设置有c单向导通孔9.3，各c单向导通孔9.3内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使粘液进液仓10内的液体能通过各c单向导通孔9.3内的鸭嘴单向阀流人到各泵液仓11内。
如图5，滚轮支架24与横轴26所形成的一体结构的内部设置有导液通道23，导液通道23的一端连通储液罐18内的储液仓25，导液通道23的另一端连通粘液进液仓10；导液通道23内设置有电磁阀。
工作原理：步骤一，准备工作：
初始状态下，各泵液仓11和粘液进液仓10内均填充有二甲基硅油，与此同时，初始状态下若干a毛刷1.1和若干b毛刷1.2上均粘附有二甲基硅油；准备一块水平布置的待切割板材21，控制机械臂，使热变形抑制先行单元61下端的涂油滚轮单元75与待切割板材21表面的起始切割位置相切，并在施压弹簧71的作用下对待切割板材21表面形成一定顶压力；然后打开导液通道23中的电磁阀；
步骤二，热变形抑制轨迹的涂设过程：
机械臂带动热变形抑制先行单元61整体做预定运动轨迹的平移运动，与此同时适应性的控制舵机19来实时调整涂油滚轮单元75的滚动方向，使热变形抑制先行单元61下端的涂油滚轮单元75在待切割板材21表面做沿预设的运动轨迹滚动，涂油滚轮单元75在待切割板材21表面做沿预设的运动轨迹滚动的过程中，若干a毛刷1.1和若干b毛刷1.2将粘附的二甲基硅油沿滚动路径涂抹在待切割板材21表面，形成相互平行的第一粘液带3.1和第二粘液带3.2，第一粘液带3.1和第二粘液带3.2之间的空隙形成一条空隙轨迹3.3，这一条空隙轨迹3.3为接下来的切割轨迹；
步骤三，激光切割过程：
控制另一个机械臂带动激光切割单元62整体位移，使激光切割单元62下端的激光发射头15与上个步骤中的空隙轨迹3.3的起始位置对应；然后控制机械臂带动激光切割单元62整体水平位移，并使激光发射头15发出的切割激光沿上一个步骤所形成的空隙轨迹3.3扫描切割，从而得到切割后的板材；
待切割板材21的空隙轨迹3.3处受到切割激光扫描的过程中，待切割板材21上的空隙轨迹3.3受到激光扫描切割的同时，也会在空隙轨迹3.3两侧的局部快速形成高温环境，而空隙轨迹3.3两侧的由二甲基硅油构成的第一粘液带3.1和第二粘液带3.2在局部高温环境下发生局部沸腾和气化，二甲基硅油的化学性质稳定，不会与局部高温板材发生反应，从而局部沸腾和气化的二甲基硅油迅会速吸收一部分激光切割带来的局部热量，起到及时抑制激光切割实际轨迹两侧局部板材温度的作用，从而有效避免板材的切割轮廓处发生过大的热变形。
将弹性轮胎5与待切割板材21表面接触的一段记为轮胎受压段5.1，轮胎受压段5.1会在待切割板材21表面的向上的压力下发生向上的弹性形变，从而使轮胎受压段5.1上侧的一个泵液仓11受到挤压；在“步骤二”中，涂油滚轮单元75的弹性轮胎5在待切割板材21表面滚动的过程中，弹性轮胎5的轮胎受压段5.1会呈周期的变化，从而使各泵液仓11逐次呈周期性的被挤压和复原；
当某一个泵液仓11被挤压时，这个泵液仓11内的二甲基硅油通过a单向导通孔9.1和b单向导通孔9.2分别流出到第一粘液导出腔81.1中和第二粘液导出腔81.2中；当这个泵液仓11由被挤压状恢复到复原状态时，粘液进液仓10内的液体在负压作用下通过c单向导通孔9.3补偿到各泵液仓11内，与此同时储液仓25内储存的液体导液通道23补充到粘液进液仓10内；
按上一段的规律，各泵液仓11逐次呈周期性的被挤压和复原的过程中，第一粘液导出腔81.1中和第二粘液导出腔81.2中会被连续的泵入二甲基硅油，进入到第一粘液导出腔81.1和第二粘液导出腔81.2内的粘液分别通过若干a粘液流出孔2.1和若干b粘液流出孔2.2流出到若干a毛刷1.1和若干b毛刷1.2上，使若干a毛刷1.1和若干b毛刷1.2上始终由源源不断的二甲基硅油补充，保证“步骤二”中形成的第一粘液带3.1和第二粘液带3.2的涂抹厚度始终趋于一致和充裕，不会逐渐变薄和变稀。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：包括热变形抑制先行单元(61)、激光切割单元(62)和待切割板材(21)；热变形抑制先行单元(61)和激光切割单元(62)均安装在各自的机械臂上；所述热变形抑制先行单元(61)在待切割板材(21)上方水平位移的过程中，会在待切割板材(21)表面留下一条由粘性液体构成的先行热变形抑制轨迹(3)；激光切割单元(62)以先行热变形抑制轨迹(3)为切割路径进行切割。
2.根据权利要求1所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：所述粘性液体是二甲基硅油。
3.根据权利要求1所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：先行热变形抑制轨迹(3)包括相互平行的第一粘液带(3.1)和第二粘液带(3.2)，所述第一粘液带(3.1)和第二粘液带(3.2)之间的空隙形成一条空隙轨迹(3.3)，激光切割单元(62)下端的激光发射头(15)与所述空隙轨迹(3.3)相对应。
4.根据权利要求3所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：所述热变形抑制先行单元(61)包括上支架(20)，所述上支架(20)的下端固定有上横梁(27)，所述上横臂(27)的下侧平行有下横臂(30)，上横臂(27)与下横臂(30)之间的弹性部件对下横臂(30)形成下推力；所述下横臂(30)下方通过下支架(31)固定安装有输出轴(33)竖向朝下的舵机(19)，所述舵机(19)的输出轴(33)下端固定连接有储液罐(18)；储液罐(18)的下侧通过滚轮支架(24)转动安装有涂油滚轮单元(75)。
5.根据权利要求4所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：滚轮支架(24)末端一体化连接有横轴(26)，所述涂油滚轮单元(75)同轴心转动安装在横轴(26)上。
6.根据权利要求5所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：涂油滚轮单元(75)包括与横轴(26)同轴心的第一圆盘体(8.1)、第二圆盘体(8.2)、第三圆盘体(8.3)和第四圆盘体(8.4)；第一圆盘体(8.1)、第二圆盘体(8.2)、第三圆盘体(8.3)和第四圆盘体(8.4)轴心处分别同轴心一体化设置有第一转动套(7.1)、第二转动套(7.2)、第三转动套(7.3)和第四转动套(7.4)；第一转动套(7.1)、第二转动套(7.2)、第三转动套(7.3)和第四转动套(7.4)的内壁均通过轴承与横轴(26)外壁转动配合；第一圆盘体(8.1)外圈与第二圆盘体(8.2)外圈通过第一筒形壁(4.1)一体化连接；第三圆盘体(8.3)外圈与第四圆盘体(8.4)外圈之间通过第二筒形壁(4.2)一体化连接；第一筒形壁(4.1)和第二筒形壁(4.2)的外壁分别均布有若干a毛刷(1.1)和若干b毛刷(1.2)。
7.根据权利要求6所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：第一筒形壁(4.1)和第二筒形壁(4.2)内侧分别为第一粘液导出腔(81.1)和第二粘液导出腔(81.2)；所述第一筒形壁(4.1)和第二筒形壁(4.2)的外壁分别均布有若干a粘液流出孔(2.1)和若干b粘液流出孔(2.2)；所述第一粘液导出腔(81.1)和第二粘液导出腔(81.2)内的粘液能分别通过若干a粘液流出孔(2.1)和若干b粘液流出孔(2.2)流出；涂油滚轮单元(75)在待切割板材(21)表面滚动的过程中，若干a毛刷(1.1)和若干b毛刷(1.2)将二甲基硅油涂抹在待切割板材(21)表面，形成所述第一粘液带(3.1)和第二粘液带(3.2)。
8.根据权利要求7所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：所述第二圆盘体(8.2)与第三圆盘体(8.3)之间通过若干呈圆周阵列分布的围合壁(13)一体化连接；若干围合壁(13)相互首尾一体化连接成一个多边形围合结构，若干围合壁(13)的围合范围内为粘液进液仓(10)；若干围合壁(13)构成的多边形围合结构的外周同轴心设置有弹性轮胎(5)，所述弹性轮胎(5)的内圈包括第一内缘(5.1)和第二内缘(5.2)；所述第一内缘(5.1)和第二内缘(5.2)分别与第二圆盘体(8.2)的外轮廓和第三圆盘体(8.3)的外轮廓固定密封连接。
9.根据权利要求8所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：弹性轮胎(5)的内侧呈圆周阵列分布有若干板状轮胎骨架(14)，弹性轮胎(5)的内壁紧贴各板状轮胎骨架(14)的外弧轮廓(14.1)，若干板状轮胎骨架(14)将弹性轮胎(5)的内侧空间分隔成若干独立且呈圆周阵列分布的泵液仓(11)；
第二圆盘体(8.2)上呈圆周阵列分布有若干a单向导通孔(9.1)，各a单向导通孔(9.1)内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使各泵液仓(11)内的液体能通过各a单向导通孔(9.1)内的鸭嘴单向阀流出到第一粘液导出腔(81.1)中；
第三圆盘体(8.3)上呈圆周阵列分布有若干b单向导通孔(9.2)，各b单向导通孔(9.2)内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使各泵液仓(11)内的液体能通过各b单向导通孔(9.2)内的鸭嘴单向阀流出到第二粘液导出腔(81.2)中；
各围合壁(13)上均设置有c单向导通孔(9.3)，各c单向导通孔(9.3)内均设有一个鸭嘴单向阀，从而使粘液进液仓(10)内的液体能通过各c单向导通孔(9.3)内的鸭嘴单向阀流人到各泵液仓(11)内。
10.根据权利要求9所述的钣金激光切割工艺的热变形抑制系统，其特征在于：滚轮支架(24)与横轴(26)所形成的一体结构的内部设置有导液通道(23)，导液通道(23)的一端连通储液罐(18)内的储液仓(25)，导液通道(23)的另一端连通粘液进液仓(10)。
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