CN219924937U - 激光切割装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光切割装置,该激光切割装置包括加工机构和定位夹具，加工机构包括机壳，机壳内设置有工作台和激光切割头，加工机构还包括设置于机壳内的自动驱动系统，自动驱动系统用于驱动激光切割头按照加工机构的系统坐标系移动；定位夹具设置于工作台上，定位夹具用于固定待加工件，定位夹具包括底座，底座上设置有定位芯和定位组件，待加工件上开设有与定位芯配合的定位孔，定位组件用于将待加工件固定于底座上。通过激光切割解决了零件上加工异形孔生产成本高的问题。

Description

激光切割装置

技术领域

本申请涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种激光切割装置。

背景技术

目前当需要在零件上切割异形孔时，由于异形孔轮廓度精度较高，通常会对零件进行热处理，在热处理后对零件进行机加工，然而采用热处理后机加工的加工工艺时，加工时间较长，设备和工装的刚性要好，并且刀具的费用相对较高，从而使得单件生产成本较高。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种激光切割装置，通过激光切割解决了零件上加工异形孔生产成本高的问题。

为此，第一方面，本申请实施例提供了一种激光切割装置，包括：

加工机构，包括机壳，所述机壳内设置有工作台和激光切割头，所述加工机构还包括设置于所述机壳内的自动驱动系统，所述自动驱动系统用于驱动所述激光切割头按照所述加工机构的系统坐标系移动；以及

定位夹具，设置于所述工作台上，所述定位夹具用于固定待加工件，所述定位夹具包括底座，所述底座上设置有定位芯和定位组件，所述待加工件上开设有与所述定位芯配合的定位孔，所述定位组件用于将所述待加工件固定于所述底座上。

在一种可能的实现方式中，所述定位组件包括纵向定位件，所述纵向定位件设置于所述工作台上；所述待加工件上开设有与所述纵向定位件嵌设配合的纵向配合孔，所述纵向配合孔的中轴线与所述定位孔的中轴线相垂直。

在一种可能的实现方式中，所述定位组件还包括周向定位件，所述待加工件的外壁面设置有内凹部，所述周向定位件与所述内凹部的壁面抵接，以限位所述待加工件沿所述定位孔周向方向的运动。

在一种可能的实现方式中，还包括夹紧机构，所述夹紧机构包括设置于所述工作台上的抵柱和驱动组件，所述抵柱用于与所述待加工件的外壁面接触，所述驱动组件用于驱动所述抵柱朝向靠近或远离所述待加工件的方向移动，所述抵柱与所述周向定位件相配合以固定所述待加工件。

在一种可能的实现方式中，所述底座内部形成有冷却通道，所述冷却通道与所述定位芯连通，所述底座上开设有与所述冷却通道连通的冷却进口和冷却出口。

在一种可能的实现方式中，所述冷却通道与所述定位芯连通。

在一种可能的实现方式中，所述底座通过锁紧件可拆卸设置于所述工作台上。

在一种可能的实现方式中，所述待加工件包括相连接的连接部和加工部，所述连接部用于与所述底座配合，所述加工部用于激光切割，所述加工部的厚度小于第一尺寸。

在一种可能的实现方式中，所述机壳上设置有控制面板，所述控制面板与所述自动驱动系统连接，操控所述控制面板以控制所述自动驱动系统的工作。

在一种可能的实现方式中，所述机壳内还设置有校准仪，所述校准仪用于校准所述底座在所述工作台上的相对位置。

通过将待加工件放置于定位夹具上，并通过定位芯以及定位组件将待加工件固定住，通过自动驱动系统驱动激光头按照系统坐标系稳定移动，从而保障激光头在待加工件上激光切割的精准度，保障切割后切割孔的轮廓精度，即使是在待加工件上切割异形孔也可以保障其切割精度。并且结合已有的数控机床的程序，实现对待加工件的切割，减少投资成本。通过在定位夹具即可对待加工件进行固定，可以实现大批量规模化的加工。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出本申请实施例提供的一种激光切割装置的整体结构示意图；

图2示出本申请实施例提供的一种激光切割装置用于体现定位芯结构示意图；

图3示出本申请实施例提供的一种激光切割装置用于体现周向定位件的结构示意图；

图4示出本申请实施例提供的一种激光切割装置用于体现待加工件的结构示意图；

图5示出本申请实施例提供的一种激光切割装置用于体现内凹部的结构示意图；

图6示出本申请实施例提供的一种激光切割装置用于体现千分表的结构示意图；

图7示出本申请实施例提供的一种激光切割装置用于体现机壳的结构示意图。

附图标记说明：

1、底座；2、定位芯；3、定位孔；4、纵向定位件；5、纵向配合孔；6、周向定位件；7、内凹部；8、待加工件；9、抵柱；10、驱动组件；11、冷却进口；12、冷却出口；13、千分表；14、校准件；15、机壳；16、激光切割头；17、工作台；18、光纤；19、控制面板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1-图7所示，本申请实施例提供了一种激光切割装置，包括：

加工机构，包括机壳15，所述机壳15内设置有工作台17和激光切割头16，所述加工机构还包括设置于所述机壳15内的自动驱动系统，所述自动驱动系统用于驱动所述激光切割头16按照所述加工机构的系统坐标系移动；以及

定位夹具，设置于所述工作台17上，所述定位夹具用于固定待加工件8，所述定位夹具包括底座1，所述底座1上设置有定位芯2和定位组件，所述待加工件8上开设有与所述定位芯2配合的定位孔3，所述定位组件用于将所述待加工件8固定于所述底座1上。

具体地，加工机构可以采用数控机床，而系统坐标系即为数控机床系统的坐标系，自动驱动系统则为数控机床数控模式下其内部的自动运行系统，由此可知，激光切割头16则设置于数控机床的内部，且激光头位于任一可进行移动的刀具安装位上，从而实现数控机床在数控模式下，可以实现驱动激光切割头16按照数控机床系统内部的坐标系而精准移动。

通过将待加工件8放置于定位夹具上，并通过定位芯2以及定位组件将待加工件8固定住，通过自动驱动系统驱动激光头按照系统坐标系稳定移动，从而保障激光头在待加工件8上激光切割的精准度，保障切割后切割孔的轮廓精度，即使是在待加工件8上切割异形孔也可以保障其切割精度。并且结合已有的数控机床的程序，实现对待加工件8的切割，减少投资成本。通过在定位夹具即可对待加工件8进行固定，可以实现大批量规模化的加工。

具体地，定位芯2的轴线方向与底座1的高度方向平行，通过将定位孔3套设在定位芯2上，实现待加工件8位置的定芯。

结合图7，具体地，激光切割头16上连接有光纤18，光纤18远离激光切割头16的一端连接有激光发生器。

如图4和图7所示，在一些实施例中，所述定位组件包括纵向定位件4，所述纵向定位件4设置于所述工作台17上；所述待加工件8上开设有与所述纵向定位件4嵌设配合的纵向配合孔5，所述纵向配合孔5的中轴线与所述定位孔3的中轴线相垂直。

具体地，所述纵向配合孔5的中轴线与所述定位孔3的中轴线相垂直，即纵向定位件4的轴线方向与水平面相平行，在纵向配合孔5套设在纵向定位件4上之后，对待加工件8的上下位置进行定位，当纵向配合孔5和纵向定位件4之间的安装精度较高时，纵向定位件4和纵向配合孔5的相互配合可以同时对待加工件8进行上下方向和左右方向的限位，此时待加工件8就会固定在底座1上。

可选地，所述纵向定位件4活动设置于底座1上，示例性的，纵向定位件4沿定位孔3的径向方向移动，以实现纵向定位件4嵌设于纵向配合孔5内，或者纵向定位件4与纵向配合孔5相分离，从而便于待加工件8在底座1上的安装。对应的，底座1上设置有用于驱动纵向定位件4活动的纵向驱动件，示例性的，纵向驱动件采用气缸，气缸的活动端与纵向定位件4连接以驱动纵向定位件4的移动。

当然，纵向配合孔5也可以设置于待加工件8的底部，此时，纵向定位件4的位置无须移动，在将定位孔3与定位芯2对应之后，水平转动待加工件8的位置即可将纵向配合孔5与纵向定位件4相配合。

如图1-图5所示，在一些实施例中，所述定位组件还包括周向定位件6，所述待加工件8的外壁面设置有内凹部7，所述周向定位件6与所述内凹部7的壁面抵接，以限位所述待加工件8沿所述定位孔3周向方向的运动。通过将周向定位件6与内凹部7相抵接，从而限制待加工件8在定位孔3周向方向上的运动。

可选地，所述周向定位件6活动设置于底座1上，示例性的，周向定位件6沿定位孔3的径向方向移动，以实现周向定位件6与内凹部7的配合，或者周向定位件6与内凹部7相分离，从而便于待加工件8在底座1上的安装。对应的，底座1上设置有用于驱动周向定位件6活动的周向驱动件，示例性的，周向驱动件采用气缸，气缸的活动端与周向定位件6连接以驱动周向定位件6的移动。

当然，内凹部7也可以设置于待加工件8的底部，此时，纵向定位件4的位置无须移动，在将定位孔3与定位芯2对应之后，水平转动待加工件8的位置即可将内凹部7与纵向定位件4相配合。

如图3、图4和图7所示，在一些实施例中，还包括夹紧机构，所述夹紧机构包括设置于所述工作台17上的抵柱9和驱动组件10，所述抵柱9用于与所述待加工件8的外壁面接触，所述驱动组件10用于驱动所述抵柱9朝向靠近或远离所述待加工件8的方向移动，所述抵柱9与所述周向定位件6相配合以固定所述待加工件8。

可选地，所述抵柱9抵接待加工件8以使待加工件8的内凹部7具有朝向周向定位件6运动的作用力，在周向定位件6的夹紧作用力下，从而使得待加工件8固定在底座1上，并且在抵柱9施加的作用力的情况下，还可以保障后续激光对待加工件8焊接的精准性。

可选地，驱动组件10包括驱动气缸，驱动气缸的活塞杆与抵柱9固定连接；故驱动气缸活塞杆的运动以带动抵柱9的同步运动。

在一些实施例中，所述底座1内部形成有冷却通道，所述底座1上开设有与所述冷却通道连通的冷却进口11和冷却出口12；通过冷却进口11向冷却通道内通入冷却介质，以实现对底座1的冷却，在热传导的作用下，可以间接对待加工件8进行冷却。可选地，冷却介质包括冷却空气或冷却液。

可选地，所述冷却通道与所述定位芯2连通，通过对定位芯2进行冷却，可以进一步提升对待加工件8的冷却效果。

参照图7，在一些实施例中，所述底座1通过锁紧件可拆卸设置于所述工作台17上，锁紧件包括卡扣或螺钉等结构。示例性的，在本申请中以锁紧件为螺钉为例进行描述，底座1和工作台17的对应位置均开设有螺纹孔，通过螺钉依次螺接两个螺纹孔，从而将底座1可拆卸的固定在工作台17上。

结合图1，所述待加工件8包括相连接的连接部和加工部，所述连接部用于与所述底座1配合，所述加工部用于激光切割，所述加工部的厚度小于第一尺寸。具体地，所述第一尺寸为4毫米；从而便于实现激光对待加工件8的切割。通过不限制连接部的厚度，进而保障连接部与底座1连接的稳定性，以及受力的稳定性。

在一些实施例中，所述机壳15上设置有控制面板19，自动驱动系统与控制面板19连接，用户通过操作控制面板19即可控制自动驱动系统的工作。同样地，控制面板19还可以控制数控机床的工作模式，可以实现数控模式和手动模式的切换。当然，控制面板19还可以设置有电源按键以及程序运行开始和停止按键，用户通过按动电源按键以实现整机电源的通断，用户通过按动程序运动的开始按键以使激光切割头16按照预设的运行轨迹进行工作和移动，从而实现激光切割；并可以通过按动程序运行的停止按键以停止激光切割头16的工作，以结束激光切割或应对突发状况进行切割工作的停止。

在一些实施例中，所述机壳15内还设置有校准仪，所述校准仪用于校准所述底座1在所述工作台17上的相对位置。通过校准仪的设置以保障定位夹具的工装坐标系可以与加工机构的系统坐标系一致，从而保障激光加工精度。可选地，所述校准仪包括千分表13，通过千分表13校准待加工件8的边缘以调整底座1的相对位置，或者对加工系统的系统坐标系进行补偿，从而提升激光切割精度。

参照图1-图6，本公开实施例还提供了一种激光切割方法，该方法包括：

确定所述激光切割装置的工装坐标系；

调节系统坐标系或所述工装坐标系，以使所述工装坐标系与所述系统坐标系相同；

检测待加工件8的基准位置；

确定激光切缝宽度补偿值，并根据激光切缝宽度补偿值获得待加工件8上待切割孔的切割轮廓程序；

将待加工件8上的切割轮廓程序输入自动驱动系统中，控制自动驱动系统驱动激光头移动，对待加工件8进行切割。

在一些实施例中，所述调节系统坐标系或所述工装坐标系，以使所述工装坐标系与所述系统坐标系相同包括：

在定位夹具上固定基准件，并在机壳15内固定千分表13，将千分表13的表头压紧在基准件的基准边上；

控制千分表13按照系统坐标系移动一定位置，检测千分表13的变化值，根据变化值调整底座1在工作台17上的位置。

具体地，在定位夹具上固定校准件14，并采用夹紧机构将校准件14夹紧，将千分表13固定在数控机床的主轴上，将千分表13表头压紧在校准件14的校准边并清零。将数控机床的数控模式调整到手轮进给位置，寸动轴选择校准边延伸方向所在的坐标轴，示例性的，在本申请中，以校准边延伸方向所在的坐标轴为Y轴进行示例描述，技术人员旋转数控机床的手轮，使千分表13沿Y轴向移动一定距离，示例性的，在本申请中的一定距离为1厘米，1厘米由数控机床的系统坐标系统读取；在1厘米的距离上，读取千分表13示值的变化值，记录此变化值为△x，根据△x判定工装坐标系与机床系统坐标系之间的误差大小。

根据变化值调整底座1在工作台17上的位置，将底座1的锁紧件松开，根据千分表13数值的变化值调整底座1与工作台17之间的相对位置，然后在锁紧锁紧件，从而实现使所述工装坐标系与所述系统坐标系相同。

由此可以知道的是，为了方便底座1在工作台17上的调节，所述工作台17用于与底座1相配合的部分形成有连接区间，连接区间绕定位孔3的周向延伸设置，从而保障底座1调整位置之后，底座1仍可以通过锁紧件与工作台17连接。

当然为了保障调整的精准度，在调整底座1位置之后还可以测量验证调整结果，即重复上述步骤，直至千分表13示值的变化值的误差达到可以接受的范围。

如图1-图6所示，在一些实施例中，所述调节系统坐标系或所述工装坐标系，以使所述工装坐标系与所述系统坐标系相同包括：

在定位夹具上固定基准件，并在机壳15内固定千分表13，将千分表13的表头压紧在基准件的基准边上；

控制千分表13按照系统坐标系移动一定位置，检测千分表13的变化值；

重复上述步骤多次以获得多个变化值，并对多个变化值取平均值，根据平均值获得角度补偿值，将所述角度补偿值补入系统坐标系中。通过获得角度补偿值，将角度补偿值补入数控机床的系统坐标系中，从而实现在数控机床的数控加工过程中加入角度补偿，使得工装坐标系与所述系统坐标系相同。具体地，在数控机床中采用旋转指令旋转当前坐标系原点来实现工装坐标系与所述系统坐标系方向的一致。

所述角度补偿值为△a，△a＝arctan(x’/△y)，其中x’为多个变化值的平均值，△y为校准仪千分表13的变化值，当然△y也是校准仪在基准边上的移动距离。示例性的，千分表13在基准边上的移动距离为1毫米，角度补偿值△a＝arctan(x’/1)，在验证中，我们取长度30，测量多个变化值的平均值，根据角度补偿公式，计算得到角度补偿值△a约为0.63度。根据计算结果，在数控加工过程中加入角度补偿，并验证得知调整后的系统坐标系与工装坐标系一致。

在一些实施例中，检测待加工件8的基准位置，在坐标系建立后还需要对待加工件8的基准位置进行检测，由于激光切割采用的是非接触模式，没有像数控机床一样的对刀系统，因此找正基准位置无法采用直接找正的方案，只好采用一种反推的方式进行找正校验。具体地，设计理论特征零件，在现在设定的坐标系中进行切割，然后测量切割特征尺寸，根据测量特征尺寸与理论尺寸的差异对坐标系设定值进行修正，经过几次循环就可以将基准位置调整到最理想的位置。

在一些实施例中，确定激光切缝宽度补偿值，通过激光切割后对切割后孔的直径的测量，从而获得激光切缝宽度补偿值。激光切缝宽度补偿值为R，R＝(Φm–n)/2，其中n为零件预设的激光切割值，Φm为零件实际的激光切割值。示例性的，在零件上切割一个圆孔，圆孔的直径为n毫米，对切割后的圆孔的直径进行测量，测量得到该直径为Φm，激光切缝补偿值为R，其中R＝(Φm–n)/2。具体地，圆孔预设的切割直径为10毫米，对切割后的圆孔的直径进行测量，测量得到该直径为Φm，激光切缝补偿值为R，其中R＝(Φm–10)/2，根据公式计算得到补偿值。可选地，为了保障补偿值数据的精准度，消除激光切割过程不稳定因素及其他不可控制因素，需重复几组验证，取平均值为最终补偿值。

根据激光切缝宽度补偿值获得待加工件8上待切割孔的切割轮廓程序，具体地，工装坐标系及工件中心基准已创建完成，切割补偿值已确定，将被切割轮廓程序导入数控机床内，技术人员只需将待加工件8件放入定位夹具内，数控机床的启动按扭，设备就可以自动进行激光切割。

综上所述，本实施例中使用小工作台17数控机床可实现小件多品种激光切割，且激光切割后异形孔轮廓度精度可达到预设要求，需特别说明的是，本实施例通过对底座1在工作台17上的位置的精准调整，并精准调节定位夹具的工装坐标系，以最大程度减少工装坐标系与加工机构的系统坐标系之间的差值，同时对激光切割等实际切割中影响切割偏差量的值进行补偿，从而大大提升激光切割后异形孔轮廓的精度，本申请激光切割后异形孔轮廓度精度可达到0.1mm以内。本申请实现高精度轮廓产品的一次性加工，能满足单件或多件工件装夹的大批量规模化加工，降低了工件的加工成本，同时也减少了设备的投资。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种激光切割装置，其特征在于，包括：

加工机构，包括机壳，所述机壳内设置有工作台和激光切割头，所述加工机构还包括设置于所述机壳内的自动驱动系统，所述自动驱动系统用于驱动所述激光切割头按照所述加工机构的系统坐标系移动；以及

定位夹具，设置于所述工作台上，所述定位夹具用于固定待加工件，所述定位夹具包括底座，所述底座上设置有定位芯和定位组件，所述待加工件上开设有与所述定位芯配合的定位孔，所述定位组件用于将所述待加工件固定于所述底座上。

2.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述定位组件包括纵向定位件，所述纵向定位件设置于所述工作台上；所述待加工件上开设有与所述纵向定位件嵌设配合的纵向配合孔，所述纵向配合孔的中轴线与所述定位孔的中轴线相垂直。

3.根据权利要求2所述的激光切割装置，其特征在于，所述定位组件还包括周向定位件，所述待加工件的外壁面设置有内凹部，所述周向定位件与所述内凹部的壁面抵接，以限位所述待加工件沿所述定位孔周向方向的运动。

4.根据权利要求3所述的激光切割装置，其特征在于，还包括夹紧机构，所述夹紧机构包括设置于所述工作台上的抵柱和驱动组件，所述抵柱用于与所述待加工件的外壁面接触，所述驱动组件用于驱动所述抵柱朝向靠近或远离所述待加工件的方向移动，所述抵柱与所述周向定位件相配合以固定所述待加工件。

5.根据权利要求1-4任一项所述的激光切割装置，其特征在于，所述底座内部形成有冷却通道，所述底座上开设有与所述冷却通道连通的冷却进口和冷却出口。

6.根据权利要求5所述的激光切割装置，其特征在于，所述冷却通道与所述定位芯连通。

7.根据权利要求1-4任一项所述的激光切割装置，其特征在于，所述底座通过锁紧件可拆卸设置于所述工作台上。

8.根据权利要求1-4任一项所述的激光切割装置，其特征在于，所述待加工件包括相连接的连接部和加工部，所述连接部用于与所述底座配合，所述加工部用于激光切割，所述加工部的厚度小于第一尺寸。

9.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述机壳上设置有控制面板，所述控制面板与所述自动驱动系统连接，操控所述控制面板以控制所述自动驱动系统的工作。

10.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，所述机壳内还设置有校准仪，所述校准仪用于校准所述底座在所述工作台上的相对位置。