CN214558312U - 一种用于曲面加工的三维激光切割工作站 - Google Patents

Abstract

一种用于曲面加工的三维激光切割工作站，所述工作站包括机床系统、三维激光切割头、光纤激光器和双工位旋转台；本实用新型解决现有切割机切割精度不高、效率低等问题。

Description

一种用于曲面加工的三维激光切割工作站

技术领域

本实用新型涉及激光切割装置技术领域，具体涉及一种用于曲面加工的三维激光切割工作站。

背景技术

三维五轴激光切割机床被视为高功率激光加工设备皇冠上的明珠，其主要应用于三维异形曲面的切孔和修边，用于代替冲孔模和修边模。早期，国内采用手工等离子切割三维工件，切割效果不理想。近几年国内开发了机器人三维激光切割机，切割效果有一定的提升，但是受制于机器人的精度不高，切割精度不高，只是在一些要求不高的行业得到了一些应用。针对目前汽车冲压模具行业中试模，对切割精度要求较高，三维五轴光纤激光切割机床因其生产效率高、性能稳定可以满足市场对于这种高精度，高效率切割的需要。

实用新型内容

（一）解决的技术问题

本实用新型提供一种用于曲面加工的三维激光切割工作站，解决现有切割机切割精度不高、效率低等问题。

（二）采用的技术方案

本实用为实现上述目的，通过以下技术方案予以实现：一种用于曲面加工的三维激光切割工作站，所述工作站包括机床系统、三维激光切割头、光纤激光器和双工位旋转台。

作为本方案的进一步优化，所述工作站还包括激光防护房，所述激光防护房内部设有工作台底座，所述机床系统和光纤激光器设置在工作台底座上，所述三维激光切割头设置在机床系统上；

所述激光防护房外部一侧设有机床排削系统和集中排尘系统、另一侧开设有安全门，所述激光防护房正面两端设有外围围栏，所述工作台底座靠近激光防护房正面的一侧安装双工位旋转台，所述双工位旋转台部分位于激光防护房外部并位于两所述外围围栏之间；所述激光防护房后表面上还设有气源系统和数控系统及plc，所述工作台底座靠近激光防护房后面的一侧安装光纤激光器；所述激光防护房后面还设有冷水机。

作为本方案的进一步优化，所述激光防护房正面还设有监控系统；其中之一所述外围围栏一侧还设有机床操作屏。

专业术语解释：

光纤激光器：光纤激光器（Fiber Laser）是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

三维五轴机床系统：五轴数控加工就是指在一台机床上至少有5个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐轴)，而且可在计算机数控系统控制下同时协调运动进行加工。数控机床的轴是空间的坐标轴，如坐标的XY轴,没有运动轴有独立的控制器和电机驱动系统。即数控机床有5个伺服轴（不包括主轴可以同时进行插补5个伺服轴可以同一时间同时移动进行对一个零件加工。

三维激光切割：三维激光切割是利用五轴机床灵活和快速的动作性能，根据用户切割加工工件尺寸的大小不同进行示教编程或离线编程，机器床的第C轴装载光纤激光切割头对不规则工件进行三维切割；光纤激光切割头上配备随动装置和光路传输装置，利用光纤将激光传输到切割头上，再利用聚焦系统进行聚焦，针对不同厚度的板材开发出多套聚焦系统对多种三维金属板材进行多方位的切割。

三维加工CAM软件系统：三维加工CAM软件系统主要功能包括分析处理加工3D模型、生成三维激光加工路径转换为CNC控制指令、保存为加工程序文件以及发送指令控制CNC加工。

（三）有益效果

本实用新型提供一种用于曲面加工的三维激光切割工作站，具有以下有益效果：

（1）切割精度高。系统重复定位精度高达±0.02mm，完全可以满足汽车钣金覆盖件行业的精度需求。可切割直径小至2MM的小圆，切割效果圆滑美观，目测无形变和毛刺。

（2）切割幅面大，无切割死角。机床系统的加工范围在X轴3500mm，Y轴2000mm，Z轴750mm，能够兼容汽车冲压件绝大部分工件的切割区域。

（3）封装集成是三维激光切割头，具有体积小，响应快等特点。将激光硬光路及旋转轴电机集成在一起。

（4）采用双工位工作站布局，机床切割加工的同时，外侧机床工位能够实现工件的下料与上料，节省了操作时间，能够满足目前汽车行业要求节拍高的要求。

（5）工作站具备扩展功能，能够根据此工作站结构扩展为三工位，双滑台等布局，且可以增加机器人自动化上下料等设备，实现设备的无人化。

附图说明

以下结合附图进一步说明本实用新型：

图1为本实用新型正面结构示意图；

图2为本实用新型后面结构示意图；

图3为本实用新型内部结构示意图；

图中：1、集中排尘系统，2、机床排削系统，3、激光防护房，4、外围围栏，5、双工位旋转台，6、监控系统，7、机床操作屏，8、冷水机，9、气源系统，10、数控系统及plc，11、安全门，12、机床系统，13、三维激光切割头，14、光纤激光器，15、工作站底座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1至图3，一种用于曲面加工的三维激光切割工作站，所述工作站包括机床系统12、三维激光切割头13、光纤激光器14和双工位旋转台5。

作为本方案的进一步优化，所述工作站还包括激光防护房3，所述激光防护房内部设有工作台底座15，所述机床系统和光纤激光器设置在工作台底座上，所述三维激光切割头设置在机床系统上；

所述激光防护房外部一侧设有机床排削系统2和集中排尘系统1、另一侧开设有安全门11，所述激光防护房正面两端设有外围围栏4，所述工作台底座靠近激光防护房正面的一侧安装双工位旋转台5，所述双工位旋转台部分位于激光防护房外部并位于两所述外围围栏之间；所述激光防护房后表面上还设有气源系统9和数控系统及plc10，所述工作台底座靠近激光防护房后面的一侧安装光纤激光器；所述激光防护房后面还设有冷水机8。

作为本方案的进一步优化，所述激光防护房正面还设有监控系统6；其中之一所述外围围栏一侧还设有机床操作屏7。

图中个标注其功能作用：

1：集中排尘系统，中除尘又称中央集尘技术或集中除尘系统，是把许多产尘点甚至全车间或全厂的产尘点集中到一个除尘系统处理；

2：机床排削系统，广泛应用于数控机床、组合机床、加工中心、专业化机床、流水线、自动线等切屑，大型机床及生产线的远等距离的切屑输送。链板排屑机产品说明：本装置系列化、通用化、标准化程度高，操作简单、运行可靠、拆装方便、维修容易。亦可与其它排屑装置联合使用，形成各种形式排列的切削处理系统；

3：激光防护房，主要组成部分包含激光房体、内部框架、维护门、观察窗、安全门、照明、光纤悬挂装置、监控、安全锁、警示标识等在内的整套集成，主要是将机床系统隔离在独立区域防止对人造成激光伤害；

4：外围围栏：主要是是旋转台回转过程中防止人员进入旋转区域造成人身伤害，钢丝网结构，立柱及框架组成，安装光幕及按钮盒等设备；

5：双工位旋转台：分为两个工位，装件工位和加工工位，能够实现工件的装件与加工的转换，节省工作站整体节拍时间；

6：监控系统：用于监控设备切割过程中整个生产过程，避免了人员直接接触激光造成对眼睛伤害；

7：机床操作屏：是操作人员与数控机床（系统）进行交互的工具，主要有显示装置、NC键盘、MCP、状态灯、手持单元等部分组成。数控车床的类型和数控系统的种类很多，以及各生产厂家设计的操作面板也不尽相同，但操作面板中各种旋钮、按钮和键盘的基本功能与使用方法基本相同。

8：冷水机：配套激光器及激光切割头使用，主要起到对激光器与三维五轴切割头硬光路及切割单元的冷却作用，整体冷却系统采用串联的方式；

9：气源系统，整个工作站提供压缩气体供应，主要包括滤水滤油、过滤杂质等功能,包括加工气体净化机构等。

10：数控系统及PLC：数控系统的基本组成与功能分别介绍了计算机数控装置、进给运动的控制、主轴驱动及控制、数控系统的可编程控制器与接口信号等内容。同时兼容plc模块，实现对于整个工作站设备的通讯控制及安全控制；

11：安全门：门翼受控制系统驱动，自动打开和关闭，可以通过编程设置选择操作模式： 只要验证进入者已被授权，门翼自动打开。延时后闭合，延时时间可调；

12：机床系统： 机床机架采用整体式焊接成型，通过充分的热处理以后具有很好的刚性及稳定性。安装方便快捷，可整机整体式吊装。移动横梁采用大横截面面积的双支架式框架结构，采用3mm厚高强度钢板进行焊接，有重量轻、强度高的特点。X轴、Y轴、Z轴均可达到100m/min的直线速度，1G的加速度。机床运行稳定，切割质量好。

13：三维激光切割头：激光切割头集成了无限回转C轴及摆动轴A轴，随动轴Z轴等，同时具有防碰撞离合器结构，碰撞后能够快速恢复。切割头集成了反射镜及聚光镜等光学系统，能够防止因为旋转及摆动造成光纤的损坏，在切割头前端有电容式调高传感器配套调高控制器，实现切割头的快速响应。

14：光纤激光器：配套国产3kw光纤激光器及光纤传输。产生原理：用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

15：工作站底座：将机床机加及旋转台连接在一起，能够保证安装精度及设备连接的刚性；

工作过程：

工作时，操作人员将待切割工件放在旋转工作台在防护房外侧的夹具上，操作人员离开工作台旋转区域后按下恢复按钮，夹具上夹紧装置通过气缸将工件夹紧，旋转工作台水平旋转180°将工件送入机床切割区域。已加工完成工件旋转出防护房外侧，机床五轴联动对工件进行切割，整个切割在防护房中进行。切割过程中，对旋转工作台转出的工位进行下料、上料。完毕后按下恢复按钮，依此往复。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种用于曲面加工的三维激光切割工作站，其特征在于，所述工作站包括机床系统、三维激光切割头、光纤激光器和双工位旋转台；

所述工作站还包括激光防护房，所述激光防护房内部设有工作台

底座，所述机床系统和光纤激光器设置在工作台底座上，所述三维激光切割头设置在机床系统上；

所述激光防护房外部一侧设有机床排削系统和集中排尘系统、另一侧开设有安全门，所述激光防护房正面两端设有外围围栏，所述工作台底座靠近激光防护房正面的一侧安装双工位旋转台，所述双工位旋转台部分位于激光防护房外部并位于两所述外围围栏之间；所述激光防护房后表面上还设有气源系统和数控系统及plc，所述工作台底座靠近激光防护房后面的一侧安装光纤激光器；所述激光防护房后面还设有冷水机。

2.根据权利要求1所述的一种用于曲面加工的三维激光切割工作站，其特征在于，所述激光防护房正面还设有监控系统；其中之一所述外围围栏一侧还设有机床操作屏。

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