CN214558313U - 一种高精度的三维高速激光切割装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度的三维高速激光切割装置，所述切割装置包括由直线轴X轴、直线轴Y轴和直线轴Z轴组成的X/Y/Z三维运动平台，所述直线轴Z轴的末端安装有三维激光切割头同时配套旋转轴A轴和摆动轴B轴；本实用新型提供一种高精度的三维高速激光切割装置，解决现有切割装置，切割精度低、切割效率慢等缺陷。

Description

一种高精度的三维高速激光切割装置

技术领域

本实用涉及切割装置技术领域，具体涉及一种高精度的三维高速激光切割装置。

背景技术

三维五轴激光切割系统主要应用于三维异形曲面的切割。早期，国内采用手工等离子切割三维工件，切割效果不理想。

目前批量使用场景主要为三维异形曲面的切孔和修边，用于代替冲孔模和修边模。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，切割精度不高尤其是对于轨迹精度与切割小圆方面尤为突出，只是在一些要求不高的行业得到了一些应用。

现有的CO2激光切割系统具有激光器结构复杂，维护成本高，而且在加工是光束发散较大，不适合大幅面的加工。

针对目前研制的六轴机械手配合机床数控系统在三维切割领域的应用，由于成本限制及技术要点问题，无法进行广泛的应用。

本实用新型提供一种高精度的三维高速激光切割装置，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高精度的三维高速激光切割装置，解决现有切割装置，切割精度低、切割效率慢等缺陷。

（二）采用的技术方案

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案予以实现：一种高精度的三维高速激光切割装置，所述切割装置包括由直线轴X轴、直线轴Y轴和直线轴Z轴组成的X/Y/Z三维运动平台，所述直线轴Z轴的末端安装有腕部机构（可360°旋转的A轴和摆动轴B轴），集成封装完成的三维激光切割头。

作为本方案的进一步优化，所述切割装置包括两个且平行设置的直线轴Y轴，两个所述直线轴Y轴底部两端通过支撑底座支撑，两个所述直线轴Y轴上均设有两条Y轴直线导轨和一根Y轴齿条，所述Y轴齿条、Y轴直线导轨平行设置且Y轴齿条位于两条Y轴直线导轨之间。

作为本方案的进一步优化，两个所述直线轴Y轴之间通过直线轴X轴连接，所述直线轴X轴两端均设有Y轴滑台板，所述Y轴滑台板底部通过Y轴导轨滑块和直线轴Y轴上两条Y轴直线导轨相互配合，所述Y轴滑台板上部设有Y轴驱动电机，所述Y轴驱动电机连接Y轴齿轮，所述Y轴齿轮和Y轴齿条相互配合。

作为本方案的进一步优化，所述直线轴X轴上表面设有两个X轴直线导轨，两个所述X轴直线导轨平行设置，所述直线轴X轴内侧面设有X轴齿条。

作为本方案的进一步优化，所述直线轴Z轴一侧设有X轴驱动电机，所述X轴驱动电机连接X轴齿轮，所述X轴齿轮和X轴齿条相互配合；所述直线轴Z轴后面设有X轴滑台板，所述X轴滑台板底部设有和两个X轴直线导轨相互配合的X轴导轨滑块。

（三）有益效果

本实用新型提供一种高精度的三维高速激光切割装置，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。

附图说明

以下结合附图进一步说明本实用新型：

图1为本实用新型结构示意图：

图2为本实用新型激光切割头局部放大图：

图中：1、支撑底座，2、直线轴Y轴，3、直线轴X轴，4、直线轴Z轴，5、腕部轴机构，6、拖链走线系统，7、旋转轴A轴，8、摆动轴B轴，9、浮动轴C轴，10、激光切割头，11、Y轴齿，12、Y轴直线导轨，13、X轴齿条，14、X轴直线导，15、Y轴滑台板。

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和图2，一种高精度的三维高速激光切割装置，所述切割装置包括由直线轴X轴3、直线轴Y轴2和直线轴Z4轴组成的X/Y/Z三维运动平台，所述直线轴Z轴的末端安装有腕部机构5（可360°旋转轴A轴7和摆动轴B轴8），集成封装完成的三维激光切割头10。

作为本方案的进一步优化，所述切割装置包括两个且平行设置的直线轴Y轴，两个所述直线轴Y轴底部两端通过支撑底座1支撑，两个所述直线轴Y轴上均设有两条Y轴直线导轨12和一根Y轴齿11，所述Y轴齿条、Y轴直线导轨平行设置且Y轴齿条位于两条Y轴直线导轨之间。

作为本方案的进一步优化，两个所述直线轴Y轴之间通过直线轴X轴连接，所述直线轴X轴两端均设有Y轴滑台板15，所述Y轴滑台板底部通过Y轴导轨滑块和直线轴Y轴上两条Y轴直线导轨相互配合，所述Y轴滑台板上部设有Y轴驱动电机，所述Y轴驱动电机连接Y轴齿轮，所述Y轴齿轮和Y轴齿条相互配合。

作为本方案的进一步优化，所述直线轴X轴上表面设有两个X轴直线导轨，两个所述X轴直线导14平行设置，所述直线轴X轴内侧面设有X轴齿条13。

作为本方案的进一步优化，所述直线轴Z轴一侧设有X轴驱动电机，所述X轴驱动电机连接X轴齿轮，所述X轴齿轮和X轴齿条相互配合；所述直线轴Z轴后面设有X轴滑台板，所述X轴滑台板底部设有和两个X轴直线导轨相互配合的X轴导轨滑块。

所述直线轴Y轴、直线轴Y轴、直线轴Z轴一侧均设有拖链走线系统6.

各部件功能

1：支撑底座，由一根300*300方钢管和上下两块35mm钢板焊接结构组成，装配表面由加工机床精加工而成，除装配表面涂黄色凡立水外，其他表面根据实际需要进行喷涂。

2：直线轴Y轴，由焊接结构件、外部轴电机、精密减速器、导轨滑块、齿轮齿条传动机构、滑台板、金属防护罩等组成。Y轴为两根平行的横梁组成，每根横梁分别由两条直线导轨、一根齿条和一台伺服电机组成，两台电机采用同步双驱方式。

Y轴主要技术参数如下：外部轴电机、控制器、连接电缆；精密减速器；方钢管焊接结构，X轴以下机构安装在滑台板上；高精度直线导轨、齿轮齿条传动机构、导线保护拖链、行程开关（软限位）、限位缓冲块、机械零点检测；工作范围为2000mmm；定位精度：±0.02mm；额定移动速度：100m/min；X方向额定负载：70kg；限位方式：机械防撞挡块及限位开关；防护方式：封闭金属防护。

3：直线轴X轴，由焊接结构件、外部轴电机、精密减速器、导轨滑块、 齿轮齿条传动机构、滑台板、金属防护罩等组成。X轴中由一根齿条、两根直线导轨和一台伺服电机组成，两条导轨采用垂直式安装方式，以达到提高整套设备的安装精度和稳定性。

X轴主要技术参数如下：外部轴电机、控制器、连接电缆；精密减速器；方钢管焊接结构，Z轴及以下机构安装在滑台板上；高精度直线导轨、齿轮齿条传动机构、导线保护拖链、行程开关（软限位）、限位缓冲块、机械零点检测；工作范围为3500mmm；定位精度：±0.02mm；额定移动速度：100m/min；限位方式：机械防撞挡块及限位开关；防护方式：封闭金属防护。

4：直线轴Z轴，由焊接结构件、外部轴电机、精密减速器、导轨滑块、 齿轮齿条传动机构、滑台板、金属防护罩等组成。Z轴中由一根齿条、两根直线导轨和一台伺服电机组成，导轨和齿条采用垂直式安装方式分别安装在相互垂直的两个安装平面上，以达到提高整套设备的安装精度和稳定性。

Z轴主要技术参数如下：外部轴电机、控制器、连接电缆；精密减速器；方钢管焊接结构，Z轴及以下机构安装在滑台板上；高精度直线导轨、齿轮齿条传动机构、导线保护拖链、行程开关（软限位）、限位缓冲块、机械零点检测和防坠落机构（考虑到Z轴结构的重力作用，在断电和其他故障发生情况下防止对周边设备和人身造成伤害）；工作范围为750mmm；定位精度：±0.02mm；额定移动速度：100m/min；限位方式：机械防撞挡块及限位开关；防护方式：封闭金属防护。

5：腕部轴机构，由7、 8、 9、10等组成，图2所示（9是在结构里面，这地方属于是集成模块）。所有驱动都基于伺服电机的控制技术集成化，采用设计与激光工艺相关的部件都集成在腕部，光耦模块和准直镜片直接安装于手臂上减少了线路的接口，同时旋转轴7实现±360度和摆动轴8可实现±135度旋转。

旋转轴7行程：±360°，速度：700°/S，加速度：3500°/s，定位精度0.01°；

摆动轴8行程：±135°，速度：540°/S，加速度：3500°/s，定位精度0.01°；

浮动轴9：±10mm

三维激光切割头10：激光切割头安装在无限回转C轴及摆动轴A轴，浮动轴Z轴9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。

6：拖链走线系统，由众多的全封闭单元链接组成，链接之间转动自如。

拖链的每一节都能够被设计为可打开，便于安装和维修。运动时噪音低、耐磨，可高速运动。

工作过程：

待工件定位完成后，三维五轴系统在三维加工CAM软件系统下分析处理加工3D模型并发出CNC控制指令，五轴系统根据指令联动动作下到达指定位置，最后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。

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 (5)

1.一种高精度的三维高速激光切割装置，其特征在于，所述切割装置包括由直线轴X轴、直线轴Y轴和直线轴Z轴组成的X/Y/Z三维运动平台，所述直线轴Z轴的末端安装有腕部机构，集成封装完成的三维激光切割头。

2.根据权利要求1所述的一种高精度的三维高速激光切割装置，其特征在于，所述切割装置包括两个且平行设置的直线轴Y轴，两个所述直线轴Y轴底部两端通过支撑底座支撑，两个所述直线轴Y轴上均设有两条Y轴直线导轨和一根Y轴齿条，所述Y轴齿条、Y轴直线导轨平行设置且Y轴齿条位于两条Y轴直线导轨之间。

3.根据权利要求2所述的一种高精度的三维高速激光切割装置，其特征在于，两个所述直线轴Y轴之间通过直线轴X轴连接，所述直线轴X轴两端均设有Y轴滑台板，所述Y轴滑台板底部通过Y轴导轨滑块和直线轴Y轴上两条Y轴直线导轨相互配合，所述Y轴滑台板上部设有Y轴驱动电机，所述Y轴驱动电机连接Y轴齿轮，所述Y轴齿轮和Y轴齿条相互配合。

4.根据权利要求3所述的一种高精度的三维高速激光切割装置，其特征在于，所述直线轴X轴上表面设有两个X轴直线导轨，两个所述X轴直线导轨平行设置，所述直线轴X轴内侧面设有X轴齿条。

5.根据权利要求4所述的一种高精度的三维高速激光切割装置，其特征在于，所述直线轴Z轴一侧设有X轴驱动电机，所述X轴驱动电机连接X轴齿轮，所述X轴齿轮和X轴齿条相互配合；所述直线轴Z轴后面设有X轴滑台板，所述X轴滑台板底部设有和两个X轴直线导轨相互配合的X轴导轨滑块。

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