CN202846028U

CN202846028U - 一种工业机器人三维激光切割机

Info

Publication number: CN202846028U
Application number: CN 201220549772
Authority: CN
Inventors: 储照军; 张亚蒙; 王化平; 徐祖建; 何怡娜
Original assignee: HUBEI LEILIAN BUSINESS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shiyan Derivative Industry & Trade Co., Ltd.
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-10-25

Abstract

本实用新型公开了一种工业机器人三维激光切割机，包括工业机器人和光纤激光器，所述光纤激光器的激光切割头固定在工业机器人的末端。本实用新型采用工业机器人加光纤激光器的组合进行三维切割加工，彻底有效的解决了现有技术的问题。两者都能进行空间轨迹的描述实现三维立体切割，首先，用工业机器人代替五轴联动机床，结合汽车覆盖件的行业特点，主要切割生产零件板材的厚度在0.5～2mm，具有方便三维零件的加工、操作简单等特点，广泛应用于3mm以下的汽车薄板零部件切割。

Description

一种工业机器人三维激光切割机

技术领域

本实用新型属于汽车制造技术领域，涉及机器人激光自动切割装置，具体的说，是涉及一种工业机器人三维激光切割机。

背景技术

在汽车车身覆盖件制造中包含机盖、后盖箱、水箱架、保险杠、叶子板、车门窗等，往往需要三维的切割，包括修边和冲孔等，传统工艺有开模冲压，等离子切割或五轴机床CO₂激光切割。

等离子切割的方式，导致切口边缘不整齐，需要下一道工序来打磨，费时费工。小孔只能用手钻或冲床来加工，工作效率低下，且等离子设备对人体有一定的辐射。一些规模较大的汽车生产厂家，率先引进了国外先进的五轴激光切割机，大大改善了工艺效果，提高了生产效率。因为五轴联动机床目前基本上都是整机国外进口，价格极其昂贵，对广大中小型生产厂家是一个难以普及的门槛。通常五轴激光切割机所选配的激光器大多都是2KW的快轴流CO₂激光器，需要充He，Ne，CO₂等气体，耗材消耗也较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服国内现有激光切割技术装备的不足，提供一种基于工业机器人的三维激光切割机，主要适用于汽车车身覆盖件的激光切割包括修边和冲孔制造。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用的技术方案为：一种工业机器人三维激光切割机，包括工业机器人和光纤激光器，所述光纤激光器的激光切割刀固定在工业机器人的末端。

所述光纤激光器包括激光切割刀、光纤电缆和激光器电源，激光器电源通过光纤电缆与激光切割刀连接。

所述光纤激光器还包括气源、软气管和吹气嘴，气源通过软气管与吹气嘴连通，吹气嘴设置在激光切割刀上。

所述三维激光切割机还包括框架，工业机器人设置在框架的横梁下。

所述工业机器人包括手部、前臂部、后臂部、机身和机身固定座，手部通过旋转轴与前臂部连接，前臂部通过旋转轴与后臂部连接，后臂部通过旋转轴与机身连接，机身通过机身固定座固定在框架横梁下，手部末端固定激光切割刀。

手部夹持激光切割刀。

所述三维激光切割机还包括加工平台，加工平台置于工业机器人的下方。

本实用新型的有益效果：

采用工业机器人加光纤激光器的组合进行三维切割，彻底有效的解决了现有技术的问题。两者都能进行空间轨迹的描述实现三维立体切割，首先，用工业机器人代替五轴机床，结合汽车覆盖件的行业特点，主要切割生产零件的厚度在0.5～2mm，具有方便三维零件的加工、操作简单等特点，广泛应用于3mm以下的汽车薄板零部件切割。

其次，采用光纤激光器代替CO₂激光器。光纤激光技术是近几年高速发展的激光技术，相比传统激光，具有更好的切割质量，更低的系统造价，更长的使用寿命和更低的维护费用，更低的耗电。关键是光纤激光器的激光可以通过光纤传输，方便与工业机器人连接，实现柔性加工。随着高功率半导体激光器泵浦技术和双包层光纤制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率逐步提高，目前采用单根光纤，已经实现了1000瓦的激光能量输出。

激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率和脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，能以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。

同时在切割时，还可以通过设置在切割头的吹气嘴将一股与激光束同轴的气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出。

激光切割与传统的板材加工方法相比，其具有高的切割质量(切口宽度窄、热影响区小、切口光洁)、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。适合进行切边和冲孔，实现柔性化批量加工。

采用激光切割的柔性生产，替代开模冲压，适合个性化生产，也缩短了产品的开发周期，以快速应对市场。适用于汽车覆盖件等多批次小批量的生产，采用工业机器人大大降低了系统的成本造价，减少了系统的占地面积和耗电量。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中的工业机器人三维激光切割机的结构示意图。

图2是本实用新型的工业机器人三维激光切割机中的工业机器人的动作示意图。

其中：1-激光切割刀；2-工业机器人；3-框架；4-加工平台；5-激光器电源；6-机器人电控柜；21-手部；22-前臂部；23-后臂部；24-机身；25-机身固定座；26-旋转轴一；27-旋转轴二；28-旋转轴三；31-立柱；32-横梁。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，一种工业机器人三维激光切割机，包括光纤激光器和工业机器人2，光纤激光器的激光切割刀1固定在工业机器人2的末端。同时还包括框架3和加工平台4，工业机器人2悬挂在框架3的横梁32的正中间下方，加工平台4设置在工业机器人的下方。框架3包括横梁32和立柱31，横梁32固定在立柱31上端，如图1所示。加工平台4是工件的支撑固定平台。

光纤激光器还包括激光器电源5，激光器电源5通过光纤电缆与激光切割刀1柔性连接。

光纤激光器还包括气源、软气管和吹气嘴(图中未显示)，气源通过软气管与吹气嘴连通，吹气嘴设置在激光切割刀1上。

工业机器人2包括手部21、前臂部22、后臂部23机身24和机身固定座25，手部21通过旋转轴一26与前臂部22连接，前臂部22通过旋转轴二27与后臂部23连接，后臂部23通过旋转轴三28与机身24连接，机身24通过机身固定座25固定在框架3的横梁32下，手部21末端夹持激光切割刀1。

工业机器人2的运动过程如图2所示。工业机器人2的运动可以通过机器人电控柜6进行控制，其相互的连接关系及控制原理为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

本实用新型通过工业机器人实现激光切割刀的五轴联动运动，运动精度能得到保障。本实用新型与传统的五轴联动数控机床相比，结构简单，数学运算复杂精准。它具有刚度大、响应快、精度高、适应性强、技术附加值高等突出优点。本实用新型的三维激光切割机采用高能量的激光作为工具，通过工业机器人2的三个直线与两个旋转运动轴联动方式形成激光焦点的空间运动轨迹，实现对复杂型面零件的三维切割加工。三维激光切割机的加工速度与精度高，可以满足汽车覆盖件等复杂型面的全自动切割和开孔修边加工要求。工业机器人可以采用ABB公司的工业机器人，如型号为IRB4600-20/2.50的工业机器人。

技术特点：

1、尖端光纤激光技术与数字控制技术完美融合，代表着最先进的激光切割水平。专业的激光切割机控制系统，电脑自动操作控制，能够保证切割质量，使切割工作操作更为方便简单。

2、配置进口ABB智能工业机械人，可实现三维立体切割，操控方便，智能化程度高。保证设备的高速度、高精度、高可靠性。

3、激光切割刀可配置进口激光切割刀，反应灵敏、准确，与机械人有效配合，避免切割头与加工板材的干涉与碰撞，并能保证切割焦点位置，保证切割质量稳定。

4、激光切割刀可承受1.0MPa气体压力，高压气路设备，提高了对不锈钢等难割材料的切割能力；

5、加工速度根据工件材质、工件料厚和选配激光器功率大小而异，如1.5mm厚碳钢板用200W激光器可达5米/分钟。

主要性能指标：

激光功率：200W～1000W，根据工件材质和料厚可选择。

激光波长：1064nm(纳米)

工作区域：半径2米的半球形工作区间，对二维切割幅面可达3M×1.5M。

切割速度：0～12米/分钟；根据功率大小和工件材质与厚度可调。

供电电源：三相交流380V；用电功率：小于6KW，根据选配激光器功率大小而定。

冷却方式：风冷，根据选配激光器功率大小而定。

切割头焦距：3～5英寸，根据工件厚度可选。

机械人重复定位精度：±0.1mm

机械人保护等级：IP65，系统使用寿命：十万小时。

Claims

1.一种工业机器人三维激光切割机，其特征在于，包括工业机器人和光纤激光器，所述光纤激光器的激光切割刀固定在工业机器人的末端。

2.根据权利要求1所述的工业机器人三维激光切割机，其特征在于，所述光纤激光器包括激光切割刀、光纤电缆和激光器电源，激光器电源通过光纤电缆与激光切割刀连接。

3.根据权利要求2所述的工业机器人三维激光切割机，其特征在于，所述光纤激光器还包括气源、软气管和吹气嘴，气源通过软气管与吹气嘴连通，吹气嘴设置在激光切割刀上。

4.根据权利要求1所述的工业机器人三维激光切割机，其特征在于，所述三维激光切割机还包括框架，工业机器人设置在框架的横梁下。

5.根据权利要求1所述的工业机器人三维激光切割机，其特征在于，所述工业机器人包括手部、前臂部、后臂部、机身和机身固定座，手部通过旋转轴与前臂部连接，前臂部通过旋转轴与后臂部连接，后臂部通过旋转轴与机身连接，机身通过机身固定座固定在框架横梁下，手部末端固定激光切割刀。

6.根据权利要求5所述的工业机器人三维激光切割机，其特征在于，手部夹持激光切割刀。

7.根据权利要求1所述的工业机器人三维激光切割机，其特征在于，所述三维激光切割机还包括加工平台，加工平台置于工业机器人的下方。