CN202571608U - 三维激光切割机 - Google Patents

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胡金龙
周鹏飞
翟东升
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三维激光切割机。涉及数控激光机的各轴驱动。构思简洁、刚性好、精度高、造价低。包括机架、Y轴托板、Z轴托板、切割头旋转机构、激光切割头;还包括龙门式机架、X轴工作台和X轴工作台驱动机构;X轴工作台与所述Y轴托板都活动连接在龙门式机架上;Z轴托板与Y轴托板活动连接;激光切割头通过切割头旋转机构连接在Z轴托板底部。本实用新型打破了高数控化、高科技化、高复杂化的发展思想,采用了构思简洁、刚性好、精度高、惯性小的简单五轴结构。相对现有技术结构,本实用新型的思想技术已相对成熟,可实现功能的数控系统技术成熟,精度可长久保证,安装调试快捷,使用厂家操作维护也简单方便,大幅度降低了生产及使用成本。

Description

三维激光切割机
技术领域
[0001] 本实用新型涉及数控激光机的驱动机构,尤其涉及一种三维五轴驱动机构的激光切割机。
背景技术
[0002] 激光切割工艺由于其速度快、切割缝窄、热影响区域小、切割边缘垂直度好、切边光滑、切割材料范围广等诸多优点,在很多领域应用越来越广。随着激光应用技术的发展,三维空间曲线的激光切割以其先进、灵活、适应性强等特点,在国外的汽车、航空航天等诸多领域都取得了广泛的应用。使用三维激光切割,不仅可以节省样板及工装设备,还大大缩
短了生产周期。
[0003]目前大多数三维五轴机床的各轴驱动的方式越来越多元化,大多采用混联、并联等驱动机构驱动激光头,对固定工作台上的工件进行加工。混联、并联机构等新的设计方案日新月异,但是随着这些新的驱动方式的运用,机床的机构也越变的复杂,机床体积也越变的肿大,对数控系统的要求也越变的提高,从而机床的造价、生产周期、高素质的操作员工等众多不利因素在无形中增加了巨大的生产与使用成本。
实用新型内容
[0004] 本实用新型针对以上问题,提供了一种构思简洁、刚性好、精度高、造价低的三维激光切割机。
[0005] 本实用新型的技术方案是:包括机架、Y轴托板、Z轴托板、切割头旋转机构、激光切割头;还包括龙门式机架、X轴工作台和X轴工作台驱动机构;
[0006] 所述的龙门式机架由左立柱、右立柱、横梁刚性联接而成,所述左立柱和右立柱分别固定连接在所述机架的两侧;
[0007] 在所述横梁的一个侧面设有Y轴导轨,所述Y轴托板与所述Y轴导轨活动连接;
[0008] 所述X轴工作台通过所述X轴工作台驱动机构活动连接在所述机架上,沿所述X轴向实现直线往复运动;且所述X轴工作台位于所述横梁的下方。
[0009] 所述Y轴托板是通过Y轴托板驱动机构与所述Y轴导轨活动连接的;所述Y轴托板驱动机构包括Y轴丝杠、Y轴丝杠螺母和Y轴滑枕;
[0010] 所述Y轴滑枕和所述Y轴丝杠螺母固定设置在所述Y轴托板的背面;所述Y轴丝杠活动连接在所述横梁的侧面;所述Y轴滑枕与所述Y轴导轨活动连接;所述Y轴丝杠螺母与所述Y轴丝杠活动连接;实现Y轴托板相对于横梁的Y轴运动。
[0011] 所述Z轴托板是通过Z轴托板驱动机构与所述Y轴托板活动连接的;所述Z轴托板驱动机构包括Z轴丝杠、Z向丝杠螺母和Z向滑枕;所述Y轴托板的正面设有Z轴导轨;
[0012] 所述Z向滑枕和所述Z向丝杠螺母固定设置在所述Z轴托板的背面;所述Z轴丝杠活动连接在所述Y轴托板的正面;所述Z向滑枕与所述Z轴导轨活动连接;所述Z向丝杠螺母与所述Z轴丝杠活动连接;实现Z轴托板相对于Y轴托板的Z向运动。[0013] 所述激光切割头通过所述切割头旋转机构连接在所述Z轴托板底部;所述切割头旋转机构包括C轴连接座、C轴旋转装置、直角转换机构和A轴旋转装置;
[0014] 所述C轴连接座具有垂直于水平面的中间通孔,所述C轴连接座水平地固定连接在所述Z轴托板的底部;
[0015] 所述C轴旋转装置具有垂直于水平面的中间通孔和枢接孔,所述C轴旋转装置固定连接在所述C轴连接座底面上;
[0016] 所述直角转换机构具有垂直于水平面的枢接套和直角通道,以及轴线水平的输出端口 ;在所述直角转换机构内设有反射镜一;所述直角转换机构通过其枢接套与C轴旋转装置的枢接孔枢接;
[0017] 所述A轴旋转装置具有轴线水平的A轴旋转装置输入端、轴线垂直于水平面的A轴旋转装置输出端、直角通道和反射镜二 ;
[0018] 所述激光切割头固定连接在所述A轴旋转装置的输出端端口上。
[0019] 本实用新型现对于现有激光切割机来说,X向运动由原先的横梁运动来实现,改进为工作台运动来实现。这不是对现有技术简单的动、静机构的转换,而是大大降低了 X向运动的驱动能耗以及提高了 X向运动的动作精度。本实用新型打破了高数控化、高科技化、高复杂化的发展思想,采用了构思简洁、刚性好、精度高、惯性小的简单五轴结构。相对现有技术结构,本实用新型的方案技术已相对成熟,可实现功能的数控系统也比较成熟,精度可长久保证,安装调试快捷,使用厂家操作维护也简单方便,大幅度降低了机床的生产及使用成本。
附图说明
[0020] 图I是本实用新型的结构示意图一,
[0021] 图2是本实用新型的结构示意图二,
[0022] 图3是本实用新型的工作状态参考图,
[0023] 图4是本实用新型激光头实现C、A轴旋转运动的结构示意图;
[0024] 图中I. I是机架,I. 2是左立柱,I. 3是右立柱,I. 4是横梁;
[0025] 2是直角转换机构,2. I是直角转换机构的枢接套,2. 2是直角转换机构的输出端,
2. 3是直角通道,2. 4是反射镜一;
[0026] 3是激光切割头,
[0027] 4是光束;
[0028] X是X轴,X. I是X轴工作台,X. 2是X轴丝杠,X. 3是X轴导轨,X. 4是X轴驱动电机,X. 5是X轴同步带;
[0029] Y是Y轴,Y. I是Y轴托板,Y. 2是Y轴丝杠,Y. 3是Y轴导轨;
[0030] Z是Z轴,Z. I是Z轴托板,Z. I. I是C轴连接座,Z. 2是Z轴丝杠,Z. 3是Z轴导轨;
[0031 ] C是C轴,C. I是C轴旋转装置;
[0032] A是A轴,A. I是A轴旋转装置,A. I. I是A轴旋转装置输入端,A. I. 2是A轴旋转装置输出端,A. I. 3是直角通道,A. 2是反射镜二 ;
[0033] 在图1、2、3中标示了 X、Y、Z运动坐标方向。具体实施方式
[0034] 本实用新型如图1-4所示:包括机架I. 1、Y轴托板Y. 1、Ζ轴托板Ζ. I、切割头旋转机构、激光切割头3 ;还包括龙门式机架、X轴工作台X. I和X轴工作台驱动机构;
[0035] 所述的龙门式机架由左立柱I. 2、右立柱I. 3、横梁I. 4刚性联接而成,所述左立柱I. 2和右立柱I. 3分别固定连接在所述机架I. I的两侧;
[0036] 在所述横梁I. 4的一个侧面设有Y轴导轨Y. 3,所述Y轴托板Y. I与所述Y轴导轨Y. 3活动连接;
[0037] 所述X轴工作台X. I通过所述X轴工作台X. I的驱动机构活动连接在所述机架I. I
上,沿所述X轴向实现直线往复运动;且所述X轴工作台X. I位于所述横梁I. 4的下方。X轴工作台X. I的驱动机构包括X轴驱动电机X. 4、X轴同步带X. 5、X轴丝杠X. 2、X轴导轨X. 3等,利用X轴驱动电机X. 4和X轴同步带X. 5驱动位置固定在底座上的丝杠螺母转动,再通过丝杠螺母驱动X轴丝杠X. 2直线运动,X轴丝杠X. 2连接在X轴工作台X. I的底面,最终带动X轴工作台X. I作直线往复运动。
[0038] 所述Y轴托板Y. I是通过Y轴托板驱动机构与所述Y轴导轨Y. 3活动连接的;所述Y轴托板驱动机构包括Y轴丝杠Y. 2、Y轴丝杠螺母和Y. 3及Y轴滑枕;
[0039] 所述Y轴滑枕和所述Y轴丝杠螺母固定设置在所述Y轴托板Y. I的背面;所述Y轴丝杠Y. 2活动连接在所述横梁I. 4的侧面;所述Y轴滑枕与所述Y轴导轨活动连接;所述Y轴丝杠螺母与所述Y轴丝杠Y. 2活动连接;实现Y轴托板Y. I相对于横梁I. 4的Y轴运动。
[0040] 所述Z轴托板Ζ. I是通过Z轴托板驱动机构与所述Y轴托板Y. I活动连接的;所述Z轴托板驱动机构包括Z轴丝杠Ζ. 2、Z向丝杠螺母和Z向滑枕;所述Y轴托板Y. I的正面设有Z轴导轨;
[0041] 所述Z向滑枕和所述Z向丝杠螺母固定设置在所述Z轴托板Ζ. I的背面;所述Z轴丝杠Ζ. 2活动连接在所述Y轴托板Y. I的正面;所述Z向滑枕与所述Z轴导轨活动连接;所述Z向丝杠螺母与所述Z轴丝杠Ζ. 2活动连接;实现Z轴托板Ζ. I相对于Y轴托板Y. I的Z向运动。
[0042] 所述激光切割头3通过所述切割头旋转机构连接在所述Z轴托板Ζ. I的底部;所述切割头旋转机构包括C轴连接座Ζ. I. I、C轴旋转装置C. I、直角转换机构2和A轴旋转装置Α. I ;
[0043] 所述C轴连接座Ζ. I. I具有垂直于水平面的中间通孔,所述C轴连接座Ζ. I. I水平地固定连接在所述Z轴托板Ζ. I的底部;
[0044] 所述C轴旋转装置C. I具有垂直于水平面的中间通孔和枢接孔,所述C轴旋转装置C. I固定连接在所述C轴连接座Ζ. I. I底面上;
[0045] 所述直角转换机构2具有垂直于水平面的枢接套2. I和直角通道2. 3,以及轴线水平的输出端口 2. 2 ;在所述直角转换机构内设有反射镜一 2. 4 ;所述直角转换机构通过其枢接套I. I与C轴旋转装置的枢接孔枢接;
[0046] 所述A轴旋转装置Α. I具有轴线水平的A轴旋转装置输入端Α. I. I、轴线垂直于水平面的A轴旋转装置输出端Α. I. 2、直角通道Α. I. 3和反射镜二 Α. 2 ;[0047] 所述激光切割头3固定连接在所述A轴旋转装置的输出端A. I. 2的端口上。
[0048] 实现了下述两动作:一、直角转换机构2相对于C轴连接座Z. I. I和C轴旋转装置C. I的旋转运动(C轴);二、A轴旋转装置A. I相对于直角转换机构2的旋转动作(A轴)。最终实现了五轴联动。
[0049] 本激光切割机的激光流向为:激光光源由外部激光发生器产生,通过外部光路输送到C轴连接座Z. I. I的中间通孔,光线直线通过所述C轴连接座Z. I. I的中间通孔、所诉C轴旋转装置C. I的中间通孔,进入所述直角通道2.3,并落在所述反射镜片一 2.4的表面,由于所述反射镜片一 2. 4的反射功能,所述光路进行90°反射,穿出所述直角通道2. 3并直线进入所诉A轴旋转装置A. I的直角通道A. I. 3,并落在所述反射镜片二 A. 2的表面,由于
所述反射镜片二 A. 2的反射功能,所述光路再次进行90°反射,穿出所述直角通道A. 1.3,直线进入所述激光切割头3,通过所述激光切割头聚焦于工件表面实现切割。

Claims (4)

1.三维激光切割机,包括机架、Y轴托板、Z轴托板、切割头旋转机构、激光切割头;其特征在于,还包括龙门式机架、X轴工作台和X轴工作台驱动机构; 所述的龙门式机架由左立柱、右立柱、横梁刚性联接而成,所述左立柱和右立柱分别固定连接在所述机架的两侧; 在所述横梁的一个侧面设有Y轴导轨,所述Y轴托板与所述Y轴导轨活动连接; 所述X轴工作台通过所述X轴工作台驱动机构活动连接在所述机架上,沿所述X轴向实现直线往复运动;且所述X轴工作台位于所述横梁的下方。
2.根据权利要求I所述的三维激光切割机,其特征在于,所述Y轴托板是通过Y轴托板驱动机构与所述Y轴导轨活动连接的;所述Y轴托板驱动机构包括Y轴丝杠、Y轴丝杠螺母和Y轴滑枕; 所述Y轴滑枕和所述Y轴丝杠螺母固定设置在所述Y轴托板的背面;所述Y轴丝杠活动连接在所述横梁的侧面;所述Y轴滑枕与所述Y轴导轨活动连接;所述Y轴丝杠螺母与所述Y轴丝杠活动连接;实现Y轴托板相对于横梁的Y轴运动。
3.根据权利要求I所述的三维激光切割机,其特征在于,所述Z轴托板是通过Z轴托板驱动机构与所述Y轴托板活动连接的;所述Z轴托板驱动机构包括Z轴丝杠、Z向丝杠螺母和Z向滑枕;所述Y轴托板的正面设有Z轴导轨; 所述Z向滑枕和所述Z向丝杠螺母固定设置在所述Z轴托板的背面;所述Z轴丝杠活动连接在所述Y轴托板的正面;所述Z向滑枕与所述Z轴导轨活动连接;所述Z向丝杠螺母与所述Z轴丝杠活动连接;实现Z轴托板相对于Y轴托板的Z向运动。
4.根据权利要求I所述的三维激光切割机,其特征在于,所述激光切割头通过所述切割头旋转机构连接在所述Z轴托板底部;所述切割头旋转机构包括C轴连接座、C轴旋转装置、直角转换机构和A轴旋转装置; 所述C轴连接座具有垂直于水平面的中间通孔,所述C轴连接座水平地固定连接在所述Z轴托板的底部; 所述C轴旋转装置具有垂直于水平面的中间通孔和枢接孔,所述C轴旋转装置固定连接在所述C轴连接座底面上; 所述直角转换机构具有垂直于水平面的枢接套和直角通道,以及轴线水平的输出端口 ;在所述直角转换机构内设有反射镜一;所述直角转换机构通过其枢接套与C轴旋转装置的枢接孔枢接; 所述A轴旋转装置具有轴线水平的A轴旋转装置输入端、轴线垂直于水平面的A轴旋转装置输出端、直角通道和反射镜二 ; 所述激光切割头固定连接在所述A轴旋转装置的输出端端口上。
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