TWI774047B - 鈑金雷射加工機 - Google Patents

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Abstract

一種鈑金雷射加工機，包含一機座單元、一第一線性馬達機構、一第二線性馬達機構、一第三線性馬達機構及一雷射加工頭。 該機座單元具有一位於頂側的安裝面。該第一線性馬達機構設置在該安裝面且包括一第一本體及一懸吊在該第一本體的第一滑座。該第二線性馬達機構設置在該第一滑座並隨著該第一滑座移動，該第二線性馬達機構包括一可沿一Y軸方向移動的第二載台。該第三線性馬達機構設置在該第二載台。 藉由該第一線性馬達機構、該第二線性馬達機構及該第三線性馬達機構帶動該雷射加工頭在該作業空間內沿三個軸向往復移動。

Description

鈑金雷射加工機
本發明是有關於一種無切削的金屬加工機，特別是指一種鈑金雷射加工機。
現有的龍門式雷射加工機用來對金屬板進行高速雷射加工，具有切割速度快，切縫小及切割面光滑的優點。該龍門式雷射加工機採用橫樑移動，及配合伺服馬達帶動減速機、齒輪齒排或螺桿的工作原理進行三軸向的移動，在該金屬薄板不動的情況下，使該雷射頭以三軸向的移動而完成鑽孔或切割等加工。
雖然該龍門式雷射加工機具有前述的使用特性，但由於伺服馬達帶動減速機、齒輪齒排或螺桿的結構較複雜易損壞，且慣量高加減速較不易。同時，龍門式結構的軌道還會佔用設備兩側的空間，影響作業便利性，仍有改善空間。
因此，本發明的目的，即在提供一種結構簡單且改善作業便利性的鈑金雷射加工機。
於是，本發明鈑金雷射加工機，包含一機座單元、一第一線性馬達機構、一第二線性馬達機構、一第三線性馬達機構，及一雷射加工頭。
該機座單元具有在一Z軸方向上反向設置的一加工基準面及一安裝面，該安裝面位於頂側且高於該加工基準面，由該加工基準面與該安裝面配合界定出一作業空間。該第一線性馬達機構設置在該機座單元的安裝面，該第一線性馬達機構包括一沿一X軸方向延伸且設置在該安裝面的第一本體，及一懸吊在該第一本體的第一滑座，該第一滑座可沿該X軸方向相對於該第一本體移動，該第一滑座具有一面向該第一本體的頂面，及一相交於該頂面的側面。該第二線性馬達機構設置在該第一滑座並隨著該第一滑座移動，該第二線性馬達機構包括一設置在該側面的第二本體，及一第二載台，該第二載台可沿一Y軸方向相對於該第二本體移動。該第三線性馬達機構設置在該第二載台並隨著該第二載台移動，該第三線性馬達機構包括一設置在該第二載台的第三本體，及一第三載台，該第三載台可沿該Z軸方向相對於該第三本體移動。
該雷射加工頭設置於該第三載台並隨著該第三載台移動，藉由該第一線性馬達機構、該第二線性馬達機構及該第三線性馬達機構可帶動該雷射加工頭在該作業空間內沿該X軸方向、該Y軸方向與該Z軸方向往復移動。
本發明之功效在於：將該第一線性馬達機構、該第二線性馬達機構及該第三線性馬達機構設置在該機座單元之頂側，可避免佔用該機座單元之加工基準面的兩側空間，以增加淨空空間，改善作業便利性。同時，由於三軸向均採用線性馬達來傳動，結構較簡單，且加速、減速快，還可有效提升產能。
在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1至圖3，本發明鈑金雷射加工機的第一實施例，適用於利用雷射激光對大型的金屬板件91進行鑽孔、切割、雕刻等加工，該鈑金雷射加工機包含一機座單元9、一第一線性馬達機構1、一第二線性馬達機構2、一第三線性馬達機構3，及一雷射加工頭4。
該機座單元9具有在一Z軸方向上反向設置的一加工基準面901及一安裝面902，該安裝面902位於頂側且高於該加工基準面901，由該加工基準面901與該安裝面902配合界定出一作業空間900。該金屬板件91經由一進料機構(圖未示)自動入料並定位於該加工基準面901。
該第一線性馬達機構1設置在該機座單元9的安裝面902，該第一線性馬達機構1包括一沿一X軸方向延伸且設置在該安裝面902的第一本體11，及一可滑移地設置於該第一本體11的第一載台12。該第一本體11具有形成於底側且沿該X軸方向延伸的至少兩條第一導軌111，及一沿該X軸方向延伸的第一定子組112，如圖3所示，該第一導軌111的數量為三，且該第一定子組112設置在其中兩條該第一導軌111間。但在其他變化例中，該第一導軌111的數量也能為二。該第一載台12可沿該X軸方向相對於該第一本體11移動，該第一載台12具有一懸吊在該第一本體11的第一滑座121、一設置於該第一滑座121且對應於該第一定子組112的第一動子組122，及一與該第一動子組122間隔設置於該第一滑座121的輔助滑塊組123。該第一動子組122可滑移地接合於其中兩條該第一導軌111，該輔助滑塊組123可滑移地接合於另一條該第一導軌111。
參閱圖2與圖4，較佳地，該第一滑座121沿一Y軸方向延伸且概呈三角柱的形狀，該第一滑座121具有一面向該第一本體11的頂面124，及一實質上垂直相交於該頂面124的側面125，該第一動子組122與該輔助滑塊組123固定在該頂面124。該第一滑座121由輕量化材料製成，例如碳纖維材料或鑽孔鋁板，能減少因重力而產生的變形。本第一實施例更藉由該第一滑座121呈三角柱的形狀，能減輕更多的重量，而更為輕量化。
參閱圖1，由於本第一實施例的該第一滑座121採用輕量化材料的方案並透過幾何形狀的設計，在兼具整體結構強度的情況下，能大幅減輕重量，因此，能在未增加設備製造成本且具有與習知相同行程的條件下，能將該第一載台12懸吊於該第一本體11並採用線性馬達的設計，進而達成將該第一線性馬達機構1設置在該機座單元9之頂側，達到增加淨空空間的作用。
本第一實施例利用三條該第一導軌111，能增加該第一載台12的抓吊力，及降低該第一載台12之重量的輕量化設計，使該第一載台12在快速移動時也不會抖動，而具有較佳的移動穩定性，且維持固定該第一動子組122與該第一定子組112的間隔距離，可提升該第一線性馬達機構1的使用壽命。能理解的是，該等第一導軌111的數量愈多，該第一載台12的抓吊力、移動穩定性就愈好，但導軌數量的增加會提高製造成本，因此，在同時考量該第一載台12的移動穩定性及設備製造成本的情況下，可適當選用該第一導軌111的數量。
參閱圖3，定義通過該第一滑座121的幾何中心的一條中心線CL，且該中心線CL沿該X軸方向延伸，其中兩個該第一導軌111位於該中心線的同一側，另一該第一導軌111位於該中心線CL的另一側，而使該第一動子組122與該輔助滑塊組123分別位於該中心線CL的兩相反側，藉此，使該第一載台12能穩固地相對於該第一本體11移動。當該第一導軌111的數量為二時，可以省略該輔助滑塊組123，並增加該第一定子組112的尺寸及變化該第一動子組122與該等第一導軌111的位置，使該中心線CL通過兩條該第一導軌111之間，該第一載台12還是能平檼地移動。
參閱圖1、圖2與圖4，該第二線性馬達機構2設置在該第一滑座121並隨著該第一載台12移動，該第二線性馬達機構2包括一設置在該第一滑座121的側面125的第二本體21，及一第二載台22，該第二載台22可沿該Y軸方向相對於該第二本體21移動。該第二本體21具有兩條沿該Y軸方向延伸的第二導軌211，及一位於該等第二導軌211間的第二定子組212，該第二定子組212沿該Y軸方向延伸。該第二載台22具有一第二滑座221、一設置於該第二滑座221且對應於該第二定子組212的第二動子組222，及兩個可滑移地接合於該等第二導軌211的第二滑塊223，該第二動子組222位於該等第二滑塊223之間。
該第三線性馬達機構3設置在該第二載台22並隨著該第二載台22移動，該第三線性馬達機構3包括一設置在該第二載台22的第三本體31，及一第三載台32，該第三載台32可沿該Z軸方向相對於該第三本體31移動。該第三線性馬達機構3和該第二線性馬達機構2及該第一線性馬達機構1都是利用線性馬達將輸入電力轉化為線性動能的工作原理。
該雷射加工頭4設置於該第三載台32並隨著該第三載台32移動，該雷射加工頭4用來聚焦雷射以便於對該金屬板件91進行加工。本第一實施例的該雷射加工頭4採用光纖雷射，可產生較大能量的雷射激光，並用來對該金屬板件91進行加工，但該雷射加工頭4也能夠採用其他型式的雷射激光，只要其能量足以對該金屬板件91進行加工即可。
本第一實施例藉由該第一線性馬達機構1、該第二線性馬達機構2及該第三線性馬達機構3帶動該雷射加工頭4在該作業空間900內沿該X軸方向、該Y軸方向與該Z軸方向往復移動，並利用雷射對該金屬板件91進行鑽孔、切割或雕刻等加工，而具有結構簡單、加速減速快，及提升產能的優點。同時，本第一實施例的第一滑座121採用輕量化材料及幾何形狀的設計，能大幅減輕重量而將該第一載台12懸吊於該第一本體11，進而將該第一線性馬達機構1設置在該機座單元9之頂側，可大幅增加淨空空間。
由於本發明將該第一線性馬達機構1、該第二線性馬達機構2及該第三線性馬達機構3設置在該機座單元9之頂側的該安裝面902，所以在該機座單元9沿該X軸方向延伸的兩側邊均為淨空空間，當作業過程中需要手動取放物件時，便於人員走動並伸入該作業空間900加以取放，因此，能有效改善作業便利性。
參閱圖5，為本發明鈑金雷射加工機的一第二實施例，該第二實施例是類似於該第一實施例，其主要差異之處在於：
該第一線性馬達機構1的第一本體11具有四條該第一導軌111，該第一載台12具有兩個輔助滑塊組123，該等輔助滑塊組123分別可滑移地接合於另兩條該第一導軌111。
藉由四條該第一導軌111與該等輔助滑塊組123的配合，可增加該第一載台12的移動穩定性。本第二實施例同樣是利用三軸向的線性馬達來傳動，具有結構簡單、加速減速快、提升產能、增加淨空空間及改善作業便利性的相同功效。
綜上所述，本發明藉由將該第一線性馬達機構1、該第二線性馬達機構2及該第三線性馬達機構3設置在該機座單元9之頂側，使三軸向的傳動機構均位在該加工基準面901的上方，可避免佔用該機座單元9之加工基準面901的兩側空間，能增加淨空空間，改善作業便利性。同時，由於三軸向均採用線性馬達來傳動，結構較為簡單，且加速、減速快，可有效提升產能。因此，確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
9:機座單元 901:加工基準面 900:作業空間 902:安裝面 91:金屬板件 1:第一線性馬達機構 11:第一本體 111:第一導軌 112:第一定子組 12:第一載台 121:第一滑座 122:第一動子組 123:輔助滑塊組 124:頂面 125:側面 2:第二線性馬達機構 21:第二本體 211:第二導軌 212:第二定子組 22:第二載台 221:第二滑座 222:第二動子組 223:第二滑塊 3:第三線性馬達機構 31:第三本體 32:第三載台 4:雷射加工頭 CL:中心線 X:X軸方向 Y:Y軸方向 Z:Z軸方向
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明鈑金雷射加工機的第一實施例的一不完整的立體圖，且由底側朝頂側觀看該第一實施例的一第一線性馬達機構、一第二線性馬達機構及一第三線性馬達機構設置於一機座單元之頂側； 圖2是該第一實施例用來對安裝於該機座單元的一金屬板件進行加工的一前視圖； 圖3是該第一實施例的一不完整的仰視圖； 圖4是一不完整的側視圖，說明該第二線性馬達機構設置於該第一線性馬達機構的一第一載台，且該第三線性馬達機構設置於該第二線性馬達機構的一第二載台；及 圖5是一類似於圖3的視圖，說明本發明的第二實施例。
9:機座單元
1:第一線性馬達機構
11:第一本體
111:第一導軌
112:第一定子組
12:第一載台
121:第一滑座
122:第一動子組
123:輔助滑塊組
2:第二線性馬達機構
21:第二本體
211:第二導軌
212:第二定子組
22:第二載台
221:第二滑座
3:第三線性馬達機構
31:第三本體
32:第三載台
4:雷射加工頭

Claims (9)

  1. 一種鈑金雷射加工機，包含： 一機座單元，具有在一Z軸方向上反向設置的一加工基準面及一安裝面，該安裝面位於頂側且高於該加工基準面，由該加工基準面與該安裝面配合界定出一作業空間； 一第一線性馬達機構，設置在該機座單元的安裝面，該第一線性馬達機構包括一沿一X軸方向延伸且設置在該安裝面的第一本體，及一懸吊在該第一本體的第一滑座，該第一滑座可沿該X軸方向相對於該第一本體移動，該第一滑座具有一面向該第一本體的頂面，及一相交於該頂面的側面； 一第二線性馬達機構，設置在該第一滑座並隨著該第一滑座移動，該第二線性馬達機構包括一設置在該側面的第二本體，及一第二載台，該第二載台可沿一Y軸方向相對於該第二本體移動； 一第三線性馬達機構，設置在該第二載台並隨著該第二載台移動，該第三線性馬達機構包括一設置在該第二載台的第三本體，及一第三載台，該第三載台可沿該Z軸方向相對於該第三本體移動；及 一雷射加工頭，設置於該第三載台並隨著該第三載台移動，藉由該第一線性馬達機構、該第二線性馬達機構及該第三線性馬達機構可帶動該雷射加工頭在該作業空間內沿該X軸方向、該Y軸方向與該Z軸方向往復移動。
  2. 如請求項1所述的鈑金雷射加工機，其中，該第一滑座由輕量化材料製成。
  3. 如請求項2所述的鈑金雷射加工機，其中，該第一滑座由碳纖維材料製成。
  4. 如請求項2所述的鈑金雷射加工機，其中，該第一滑座呈三角柱的形狀。
  5. 如請求項2所述的鈑金雷射加工機，其中，該第一本體具有至少兩條沿該X軸方向延伸的第一導軌，該第一線性馬達機構還包括一可滑移地設置於該第一本體的第一載台，該第一載台具有該第一滑座，及設置於該第一滑座的頂面的一第一動子組，該第一動子組可滑移地接合於兩條該第一導軌。
  6. 如請求項5所述的鈑金雷射加工機，其中，該第一本體具有三條該第一導軌，該第一載台還具有一與該第一動子組間隔設置於該第一滑座的頂面的輔助滑塊組，該輔助滑塊組可滑移地接合於另一條該第一導軌。
  7. 如請求項6所述的鈑金雷射加工機，其中，該第二本體具有兩條沿該Y軸方向延伸的第二導軌，該第二載台具有兩個可滑移地接合於該等第二導軌的第二滑塊。
  8. 如請求項6所述的鈑金雷射加工機，其中，定義通過該第一滑座的幾何中心的一條中心線，且該中心線沿該X軸方向延伸，該第一動子組與該輔助滑塊組分別位於該中心線的兩相反側。
  9. 如請求項5所述的鈑金雷射加工機，其中，該第一本體具有四條該第一導軌，該第一載台還具有兩與該第一動子組間隔設置於該第一滑座的頂面的輔助滑塊組，該等輔助滑塊組分別可滑移地接合於另兩條該第一導軌。
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