CN208276359U - 一种新型驱动式数控激光切割机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型驱动式数控激光切割机，属于激光切割机技术领域。它包括横梁、切割头驱动机构、直线电机和切割头；所述切割头驱动机构通过X轴直线导轨副安装在横梁上，并通过直线电机驱动沿X轴运动，其驱动切割头沿Z轴运动；所述横梁的前侧设置有U型的安装座，直线电机的定子位于安装座内，定子两侧的安装座上设置有一对X轴导轨；所述切割头驱动机构的X轴滑座上设置有与X轴导轨滑动配合的X轴滑块，直线电机的动子安装在X轴滑座上。本实用新型激光切割机采用直线电机作为切割头的驱动元件，不仅简化了安装结构，降低加工成本，而且传动平稳，噪音低，精度高，提高了切割头的加速度和速度，适合高速、高精度切削加工。
Description
技术领域
本实用新型属于激光切割机技术领域，更具体地说，涉及一种新型驱动式数控激光切割机。
背景技术
激光切割机作为现代制造业通用的加工手段，打破传统加工方式，以全新的切割工艺在各行各业广泛应用，尤其是光纤激光切割机，近年来呈“火箭式”发展。激光切割机的切割原理是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束，激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走，随着光束与工件相对位置的移动，最终使材料形成切缝，从而达到切割的目的。激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点。
现有的激光切割机，多采用导轨、齿条、滚珠丝杠等传动方式，用伺服电机作为动力源，实现三维定位切割。但在实际激光切割加工过程中，由于切割机的加速度和速度有时不能达到相应的要求，在切割二些质量要求较高的尖角件、复杂件时，往往产生尖角不尖、圆度不圆、拐角和图形较复杂的地方过烧等等缺陷。另外，现有的传动方式磨损大、噪音大，严重影响传动件使用寿命，并且机加工存在加工误差及变形。
例如，中国专利申请号为：201711439361.6，公开日为：2018年4月3日的专利文献，公开了一种高速激光切割机，包括机床床身和除尘机构；所述机床床身包括能水平移动的工作台，所述除尘机构设置于所述工作台下方；所述工作台上方设有切割工件的激光头，所述激光头安装于能上下移动的Z轴上；所述Z轴安装于能水平移动的Y轴上，所述Y轴安装于能水平移动的X轴上，所述X轴的运动方向垂直于所述Y轴的运动方向；所述机床床身设有监控所述Y轴和X轴的运动状态的传感器；所述除尘机构的开关连接到所述激光头的开关处和传感器的输出端，当所述激光头的开关闭合且任一个所述传感器有输出时，所述除尘机构的开关闭合。该方案主要改进点在于改善高速下除尘效果，但是其各轴驱动方式依然采用电机驱动齿轮齿条啮合传动实现，切割加速度和速度都受到限制，传动精度不高。
另外，激光切割机的精准度非常高，其对于各部件的要求比较严格，尤其作为切割头支撑部件的横梁，既要保证足够的强度，有要求能尽量轻。目前市场上的激光切割机所使用的横梁有两种形式，一种是采用钢板焊接而成，重量较重，使机床的动态性能较差且使用较大电机带动，浪费电能；另一种是采用铝合金挤压成型，重量轻，适合高速切割，但刚度较差，长时间使用精度会降低。
发明内容
1、要解决的问题
本实用新型提供一种新型驱动式数控激光切割机，其目的在于解决现有激光切割机采用导轨、齿条、滚珠丝杠等传动方式，导致切割加速度和速度受到限制，以及传动精度不高的问题。该数控激光切割机采用直线电机作为切割头的驱动元件，不仅简化了安装结构，降低加工成本，而且传动平稳，噪音低，精度高，提高了切割头的加速度和速度，适合高速、高精度切削加工。
另外，本实用新型的激光切割机中横梁采用钢和铝两种材质，集钢和铝合金材质优点与一身，横梁本体采用铝合金而横梁底座采用钢制件，从而横梁整体重量相对较轻，动态性能较好，且连接部分刚性较好，长时间使用，稳定性和抗冲击性较强，适于采用直线电机的驱动方式。
2、技术方案
为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
一种新型驱动式数控激光切割机，包括横梁、切割头驱动机构、直线电机和切割头；所述切割头驱动机构通过X轴直线导轨副安装在横梁上，切割头驱动机构驱动切割头沿竖直方向运动；所述切割头驱动机构通过直线电机驱动，沿横梁长度方向移动。
作为进一步改进，所述直线电机包括相互配合的定子和动子，定子连接横梁，动子连接切割头驱动机构。
作为进一步改进，所述横梁的前侧设置有U型的安装座，定子位于安装座内，定子两侧的安装座上设置有一对X轴导轨；所述切割头驱动机构包括X轴滑座，X轴滑座上设置有与X轴导轨滑动配合的X轴滑块，动子安装在X轴滑座上。
作为进一步改进，所述安装座的材质为大理石。
作为进一步改进，所述安装座上安装标尺光栅，X轴滑座上安装有光栅读数头。
作为进一步改进，所述安装座的两端均安装有防撞器。
作为进一步改进，所述切割头驱动机构还包括Z轴滑座和Z轴电机；所述Z轴滑座通过Z轴直线导轨副设置在X轴滑座上；所述Z轴电机安装在X轴滑座上，并通过丝杆螺母副连接Z轴滑座，切割头安装在Z轴滑座上。
作为进一步改进，所述横梁包括横梁本体和设置在靠近横梁本体两端下方的两个横梁底座；所述横梁本体由铝合金挤压成型，横梁底座采用钢板焊接成型。
作为进一步改进，所述横梁本体沿其长度方向设有贯穿的中心圆孔，中心圆孔的四周分布多对减重孔，每对减重孔关于中心圆孔的轴线中心对称。
作为进一步改进，所述横梁底座包括底板、顶板和支撑立板；所述支撑立板支撑设置于底板和顶板的中间，支撑立板中间位置的两侧对称设有一对加强板一，加强板一连接底板和顶板；所述加强板一的前后两侧对称设置有加强板二，支撑立板两侧的加强板二也相对称。
作为进一步改进，所述底板和顶板为矩形板，底板外形大于顶板外形；所述支撑立板的形状为等腰梯形；所述加强板一为矩形板，加强板二在竖直方向从两端向中间宽度逐渐减小。3、有益效果
相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型激光切割机，区别传统采用电机作为动力元件，并通过齿轮齿条传动的方式，其采用直线电机作为切割头的驱动元件，使用中，通过动子通断电，使切割头驱动机构沿横梁长度方向移动，实现切割头X轴坐标移动；此种方式，不仅简化了安装结构，降低加工成本，而且传动平稳，噪音低，精度高，提高了切割头的加速度和速度，适合高速、高精度切削加工。
(2)本实用新型激光切割机，安装座采用U型结构，方便直线电机定子和导轨的安装；并且其采用大理石材质，具有优良的吸振抗震、耐环境温度冷热变化、无应力形变性能，提高了横梁整体吸振、抗震和耐环境温度冷热变化的性能，消除了应力形变对直线电机精度的影响。
(3)本实用新型激光切割机，安装座上安装标尺光栅，X轴滑座上安装有光栅读数头，形成光栅尺，便于精确控制切割头X轴坐标。
(4)本实用新型激光切割机，安装座两端的防撞器，可防止切割头超程，起到缓冲保护作用。
(5)本实用新型激光切割机，横梁中横梁本体采用铝合金而横梁底座采用钢制件，集钢和铝合金材质优点与一身，从而横梁整体重量相对较轻，动态性能较好，且连接部分刚性较好，长时间使用，稳定性和抗冲击性较强，尤其适用于采用直线电机的驱动方式。
(6)本实用新型激光切割机，横梁中横梁本体开设中心圆孔，以及减重孔，在不降低横梁本体整体强度的前提下，尽可能减小其重量，提高横梁动态性能，适应较高切削速度运行；且减重孔成对设置，并关于中心圆孔中心对称，使得横梁本体重量均衡，运行更加平稳。
(7)本实用新型激光切割机，横梁中采用钢板焊接的横梁底座是连接横梁本体和床身的中间连接件，增强了连接强度，负载大，抗冲击能力强；而且其整体较为对称，在有效降低重量的前提下，可适应激光切割机高速启停和抗冲击的稳定性，保证激光切割机长久使用的高精度和低噪音。
附图说明
图1为本实用新型激光切割机的立体结构示意图；
图2为本实用新型激光切割机的主视图；
图3为本实用新型激光切割机的左视图；
图4为本实用新型激光切割机中横梁底座的立体结构视图。
图中：100、横梁；110、横梁本体；111、T型槽；112、中心圆孔；120、横梁底座；121、底板；122、顶板；123、支撑立板；124、加强板一；125、加强板二；126、固定孔；127、连接孔；130、安装座；200、切割头驱动机构；210、X轴滑座；211、X轴导轨；212、X轴滑块；220、Z轴滑座；221、Z轴导轨；222、Z轴滑块；230、Z轴电机；300、切割头；400、直线电机；410、定子；420、动子；500、防撞器。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。
实施例1
如图1、图2、图3所示，本实施例的一种新型驱动式数控激光切割机，主要包括横梁100、切割头驱动机构200、直线电机400和切割头300。其中，横梁100作为支撑元件，支撑切割头300沿其长度方向的直线运动，也就是X轴运行，以及沿竖直方向的运动，即Z轴运动，也是通过横梁100安装到床身上得到完整的激光切割机。切割头驱动机构200通过X轴直线导轨副安装在横梁100上，切割头驱动机构200驱动切割头300沿竖直方向运动，实现Z轴动作。切割头驱动机构200通过直线电机400驱动，沿横梁100长度方向移动，实现X轴动作。下面对各部件具体结构和连接关系进行较为详细说明。
横梁100的前侧设置有U型的安装座130，且横梁100前侧面上开设T型槽111，安装座130通过穿入T型槽111的螺栓进行固定安装。直线电机400包括相互配合的定子410和动子420，定子410连接横梁100，动子420连接切割头驱动机构200。本实施例中，定子410固定在安装座130的U型槽内，而U型槽中定子410两侧的安装座130端面上设置有一对X轴导轨211。
切割头驱动机构200包括X轴滑座210、Z轴滑座220和Z轴电机230。其中，X轴滑座210的底部设置有与X轴导轨211滑动配合的X轴滑块212，实现切割头驱动机构200沿X轴方向移动；同时，直线电机400的动子420也安装在X轴滑座210上，与定子410实现配合，并可相对运动，作为X轴运动的动力。Z轴滑座220通过Z轴直线导轨副设置在X轴滑座210上，即Z轴直线导轨副包括相互配合的Z轴导轨221和Z轴滑块222，Z轴导轨221安装于X轴滑座210上，Z轴滑块222安装于Z轴滑座220上；Z轴电机230安装在X轴滑座210上，并通过丝杆螺母副连接Z轴滑座220，切割头300安装在Z轴滑座220上，从而实现切割头300的Z轴方向移动。
为了能够实时了解切割头300的Z轴坐标，并控制直线电机400的启停，本实施例在安装座130上安装标尺光栅，X轴滑座210上安装有光栅读数头，标尺光栅和光栅读数头的组合形成光栅尺，便于精确控制切割头X轴坐标。另外，为防止超出行程，在安装座130的两端均安装有采用尼龙材料制成的防撞器500，进行缓冲保护。
由上可知，本实施例的新型驱动式数控激光切割机，区别于传统采用电机作为动力元件，并通过齿轮齿条传动的方式，其采用直线电机400作为切割头300在X轴方向的驱动元件，使用中，通过直线电机400通断电，使切割头驱动机构200沿X轴方向移动，实现切割头300的X轴坐标移动；此种方式，不仅简化了安装结构，降低加工成本，而且传动平稳，噪音低，精度高，提高了切割头的加速度和速度，适合高速、高精度切削加工。
需要特别注意的是，直线电机400作为精密元器件，其对于安装要求较高，且对于震动、变形等因素比较敏感，会影响其工作稳定性和精度。为此，本实施例中安装座130的U型槽底面和X轴导轨211的安装面的平面度要在0.01以下，以及它们之间的平行度也在0.01以下；同时，安装座130的材质为大理石，具有优良的吸振抗震、耐环境温度冷热变化、无应力形变性能，提高了横梁整体吸振、抗震和耐环境温度冷热变化的性能，消除了应力形变对直线电机400精度的影响。
实施例2
本实施例的一种新型驱动式数控激光切割机，在实施例1的基础上进行进一步改进，主要对于横梁100的结构进行优化设计，打破现有钢制梁或铝制梁所存在的弊端，获得具有较好综合性能的横梁100，适应更好地以直线电机400作为驱动元件的激光切割机。
传统钢板焊接的横梁，整体强度虽然大，但重量较重，激光动态性能较差，且驱动动力需求大，无法使用在以直线电机400作为驱动元件的高速切削场合，限制激光切割机的发展；而采用铝制的横梁，可有效解决重量的问题，但随之而来的问题是，铝制横梁强度较低，横梁在安装到床身上后，长时间在高速启停、震动和冲击环境中运行，使用2～3年横梁的连接部位可能就会出现松动、变形，影响直线电机400，激光切割机精度就会下降，且也难以维修，只能进行更换，成本较高。
为此，结合图1至图3所示，本实施例将横梁设计成分体结构，该横梁100主要包括横梁本体110和两个横梁底座120，两个横梁底座120分别对称设置于靠近横梁本体100两端的下方，并通过螺栓与横梁本体110可拆卸式连接。更主要的是，横梁本体110由铝合金挤压成型，而横梁底座120采用钢板焊接成型。在使用时，横梁本体100支撑切割头运行，大幅降低重量，横梁底座120作为床身和横梁本体110的中间连接件，连接强度高，可适应高速启停，抗冲击和震动能力强，从而集钢和铝合金材质优点与一身，即获得良好的动态性能，又能保证持久的稳定性和抗冲击性能。
为进一步降低横梁重量，横梁本体110沿其长度方向设有贯穿的中心圆孔112，中心圆孔112的四周分布多对减重孔，每对减重孔关于中心圆孔112的轴线中心对称，在不降低横梁本体110整体强度的前提下，尽可能减小其重量，提高横梁动态性能，适应较高切削速度运行。且减重孔成对设置，并关于中心圆孔112中心对称，使得横梁本体110重量均衡，运行更加平稳。
横梁100运行过程中，动力由横梁底座120传递至横梁本体110，要求横梁100双向运动能够受力均衡，对其稳定性至关重要，而在横梁本体110整体较为规整设计的前提下，对横梁底座120的结构要求也较高。本实施例，如图4所示，横梁底座120采用较为对称的结构设计，其包括底板121、顶板122和支撑立板123；其中，支撑立板123支撑设置于底板121和顶板122的中间，支撑立板123中间位置的两侧对称设有一对加强板一124，加强板一124连接底板121和顶板122，其加强支撑作用，加强板一124的前后两侧对称设置有加强板二125，支撑立板123两侧的加强板二125也相对称，也就是加强板二125具有四个，呈矩阵分布，加强板二125的三侧面分别与底板121、顶板122和支撑立板123的表面贴合，起到进一步加强支撑作用。
同时，对于横梁底座120各板形状进行设计，底板121和顶板122为矩形板，底板121外形大于顶板122外形，上小下大的结构支撑更加稳定，也便于与床身连接；支撑立板123的形状为等腰梯形，适应底板121和顶板122的连接；加强板一124为矩形板，加强板二125在竖直方向从两端向中间宽度逐渐减小，综合平衡加强强度和重量。底板121上开设矩阵排列的固定孔126，顶板122上开设矩阵排列的连接孔127；横梁底座120通过螺栓穿过顶板122上的连接孔127与横梁本体110可拆卸连接。
由此可见，采用钢板焊接的横梁底座120是连接横梁本体110和床身的中间连接件，增强了连接强度，负载大，抗冲击能力强；而且其整体较为对称，在有效降低重量的前提下，可适应激光切割机高速启停和抗冲击的稳定性，保证激光切割机长久使用的高精度和低噪音。
实施例3
本实施例的一种新型驱动式数控激光切割机，与实施例2结构基本相同，所不同的是：在横梁底座120的顶板122和横梁本体110的下端面之间设置尼龙垫块，作为中间过渡件，可有效保证横梁底座120和横梁本体110之间持久的连接可靠性，长时间使用不易松动。
以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型驱动式数控激光切割机，包括横梁(100)、切割头驱动机构(200)和切割头(300)；所述切割头驱动机构(200)通过X轴直线导轨副安装在横梁(100)上，切割头驱动机构(200)驱动切割头(300)沿竖直方向运动，其特征在于：还包括直线电机(400)；所述切割头驱动机构(200)通过直线电机(400)驱动，沿横梁(100)长度方向移动。
2.根据权利要求1所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述直线电机(400)包括相互配合的定子(410)和动子(420)，定子(410)连接横梁(100)，动子(420)连接切割头驱动机构(200)。
3.根据权利要求2所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述横梁(100)的前侧设置有U型的安装座(130)，定子(410)位于安装座(130)内，定子(410)两侧的安装座(130)上设置有一对X轴导轨(211)；所述切割头驱动机构(200)包括X轴滑座(210)，X轴滑座(210)上设置有与X轴导轨(211)滑动配合的X轴滑块(212)，动子(420)安装在X轴滑座(210)上。
4.根据权利要求3所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述安装座(130)的材质为大理石。
5.根据权利要求3所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述安装座(130)上安装标尺光栅，X轴滑座(210)上安装有光栅读数头。
6.根据权利要求3所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述切割头驱动机构(200)还包括Z轴滑座(220)和Z轴电机(230)；所述Z轴滑座(220)通过Z轴直线导轨副设置在X轴滑座(210)上；所述Z轴电机(230)安装在X轴滑座(210)上，并通过丝杆螺母副连接Z轴滑座(220)，切割头(300)安装在Z轴滑座(220)上。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述横梁(100)包括横梁本体(110)和设置在靠近横梁本体(110)两端下方的两个横梁底座(120)；所述横梁本体(110)由铝合金挤压成型，横梁底座(120)采用钢板焊接成型。
8.根据权利要求7所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述横梁本体(110)沿其长度方向设有贯穿的中心圆孔(112)，中心圆孔(112)的四周分布多对减重孔，每对减重孔关于中心圆孔(112)的轴线中心对称。
9.根据权利要求7所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述横梁底座(120)包括底板(121)、顶板(122)和支撑立板(123)；所述支撑立板(123)支撑设置于底板(121)和顶板(122)的中间，支撑立板(123)中间位置的两侧对称设有一对加强板一(124)，加强板一(124)连接底板(121)和顶板(122)；所述加强板一(124)的前后两侧对称设置有加强板二(125)，支撑立板(123)两侧的加强板二(125)也相对称。
10.根据权利要求9所述的一种新型驱动式数控激光切割机，其特征在于：所述底板(121)和顶板(122)为矩形板，底板(121)外形大于顶板(122)外形；所述支撑立板(123)的形状为等腰梯形；所述加强板一(124)为矩形板，加强板二(125)在竖直方向从两端向中间宽度逐渐减小。
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