WO2011094997A1

WO2011094997A1 - 多功能激光数控加工系统

Info

Publication number: WO2011094997A1
Application number: PCT/CN2010/075109
Authority: WO
Inventors: 苏力; 刘朝涛; 杨燕宾
Original assignee: 重庆斯沃德光电设备设计制造有限公司
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2011-08-11
Also published as: CN101774083A

Description

说明书多功能激光数控加工系统技术领域

本发明属于激光加工装置，尤其涉及一种多功能激光数控加工系统。背景技术

随着加工工艺飞速发展，激光技术已经广泛应用于工件的切割、打孔以及焊接领域中，包括激光切割工艺、激光焊接工艺、激光标记工艺、激光打孔工艺、激光淬火工艺、激光喷涂工艺、激光覆融工艺、激光雕刻工艺。而在激光加工的过程中常常需要对工件的多个不同位置进行不同角度的激光加工，甚至需要激光加工头在工件上行走。

同时，对于不同的加工工艺，所需辅助气体类型以及气压都有所不同。比如说，在切割工艺中通常需要气压为 280 KF¾〜300 的氧气作为辅助气体，而在焊接工艺中则需气压为 50 Kf¾左右的氮气，甚至有一些复杂的加工工艺还需要多种气体按照一定的比例混合后作为辅助气体。

但现有技术的缺点是：激光加工装置功能单一，无法满足多个不同位置不同角度对工件进行加工，更无法实现激光加工头与工件的相对行走。同时，激光加工的辅助气体通常也只设置有单路进气管，要完成不同的加工工艺，需要通过更换不同的气体气源和激光加工装置，在加工时频繁的更换气源装置或者是激光加工设备，工作繁琐，而且在替换气源的过程中，辅助气体容易泄露，可能造成污染和浪费，现有技术无法满足多种激光加工系统集成的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能激光数控加工系统，能够兼容多种激光加工工艺，并能实现激光加工头与工件的相对行走，从任意角度对工件进行动态加工。

为达到上述目的，本发明提供了一种多功能激光数控加工系统，设置有中央控制系统、激光头三维行走系统和加工参数输入装置，其关键在于：所述中央控制系统设置有处理器、工艺流程库、数据加载平台和加工控制平台：所述处理器的参数输入端连接所述加工参数输入装置，获取加工参数，提取所述工艺流程库内的加工工艺流程，并将加工参数和加工工艺流程送入所述数据加载平台；

所述工艺流程库内安装有至少一种加工工艺流程；

所述数据加载平台将所述加工参数植入处理器送来的加工工艺流程，生成加工程序，并将加工程序送入所述加工控制平台，该加工控制平台的三维输出端组连接所述激光头三维行走系统。

所述工艺流程库内安装有切割加工工艺流程、焊接加工工艺流程、标记加工工艺流程、打孔加工工艺流程、淬火加工工艺流程、喷涂加工工艺流程、覆融加工工艺流程、雕刻加工工艺流程中的一种工艺流程或多种工艺流程。

所述数据加载平台内安装有切割数据加载平台、焊接数据加载平台、标记数据加载平台、打孔数据加载平台、淬火数据加载平台、喷涂数据加载平台、覆融数据加载平台和雕刻数据加载平台中的一种数据加载平台或多种数据加载平台。所述加工控制平台的旋转输出端连接有夹持系统，该夹持系统由夹持及传动机构和自适应机构组成；

其中夹持及传动机构包括夹持基座，该夹持基座上经轴承安装有第一水平转轴，该第一水平转轴的一端连接转动动力机构，该第一水平转轴的另一端安装有活动夹头，该活动夹头朝向所述自适应机构；

活动夹头用于加持工件，并带动工件旋转，自适应机构配合活动夹头，保证工件能平稳可靠旋转。

所述自适应机构包括适应头基座，该适应头基座上经轴承安装有第二水平转轴，该第二水平转轴上固定有自适应头，该自适应头朝向所述活动夹头；根据不同的工件，设置不同的自适应头，可以满足不同工件的加持需要。所述自适应头为圆锥形，该圆锥形自适应头的锥尖朝向所述活动夹头。圆锥形自适应头锥面朝向被加工的圆管，不同直径的圆管都可以套装在圆锥形自适应头的锥面上。

所述第一水平转轴、活动夹头、第二水平转轴和自适应头的中轴线在同一直线上。

同轴旋转，能提高工件的稳定性。

在所述夹持及传动机构和自适应机构之间还安装有支撑机构，该支撑机构包括活动支撑柱，该活动支撑柱的上端固定有马鞍形支撑台，该马鞍形支撑台上对称安装有左伸缩支臂和右伸缩支臂，所述左伸缩支臂和右伸缩支臂中心线的延长线在所述直线上相交，且所述左伸缩支臂和右伸缩支臂的上端都安装有滚轮。

如果工件过大过长，可以在传动机构和自适应机构之间安装一个或多个支撑机构，用来托举工件，维持工件的平衡。左伸缩支臂和右伸缩支臂对称布置在直线的两侧，能自适应不同大小直径的工件托举，活动支撑柱的高度可以调节，能适应大小工件托举。

所述转动动力机构为转动电机，该转动电机连接所述加工控制平台，该转动电机的输出轴上固定有皮带轮，该皮带轮与所述第一水平转轴皮带连接。

所述激光头三维行走系统设置有 X轴电机，该 X轴电机的输出轴连接有 X 轴丝杆螺母副的 X轴丝杆，该 X轴丝杆螺母副的 X轴螺母与 X轴滑台固定连接，该 X轴滑台上安装有丫轴电机；

所述 Y轴电机的输出轴连接有 Y轴丝杆螺母副的 Y轴丝杆，该 Y轴丝杆螺母副的 Y轴螺母与 Y轴滑台固定连接，该 Y轴滑台上安装有 z轴电机；所述 Z轴电机的输出轴连接有 Z轴丝杆螺母副的 Z轴丝杆，该 Z轴丝杆螺母副的 z轴螺母与 Z轴滑台固定连接，该 Z轴滑台上安装有激光头。

所述激光头朝向所述直线。

所述中央控制系统的三维输出端组由 X向控制端、 Y向控制端和 z向控制端组成，所述 X向控制端连接所述 X轴电机， Y向控制端连接所述 Y轴电机， Z向控制端连接所述 Z轴电机。

激光头三维行走系统实现了激光头在 X轴、 Y轴、 z轴方向上的三维的自由行走，配合夹持系统带动加工工件，如钢管实现自转，工件的自转，实现了激光头能从不同角度对工件进行加工。激光头三维行走系统和夹持系统配合工作，满足了多个不同位置不同角度对工件进行加工的功能，也实现激光加工头与工件的相对行走。

所述加工控制平台的气体控制端组连接有气体控制系统，该气体控制端组连接有辅助气体控制装置，所述辅助气体控制装置包括出气总管、喷气嘴，其中出气总管上安装有总管压力传感器和出气流量控制闽，该出气总管的出气口连接所述喷气嘴，在喷气嘴上安装有出气压力传感器，所述出气总管的进气口连接有至少一路进气支管；

每一路进气支管安装有支管压力传感器和进气流量控制闽；

所述总管压力传感器和支管压力传感器的信号输出端都连接在所述加工控制平台上；

所述出气流量控制闽和进气流量控制闽的控制输入端都连接在所述加工控制平台上。

加工控制平台根据不同加工工艺辅助气体的参数要求以及各个支管压力传感器检测到的气体压力，按照给定的气体混合比例，调节各路进气支管上的进气流量控制阀，使得各个支路上连接的气源进气流量之比符合气体混合比例。各个支路中流入的气体在出气总管中混合，加工控制平台通过总管压力传感器以及出气压力传感器检测混合后的气体压力以及出气口的气体压力，根据设定的出气口气体压力参数，调节出气流量控制闽，使得喷气嘴喷出辅助气体的压力以及气体混合比例能够满足相应加工工艺的要求。通过设定气体混合比例，既可以提供单一气源，也可以实现多种气源的混合，将喷气嘴与激光加工头做成一体，减少了在加工过程中更换气源或是更换激光设备的繁琐工序，对不同激光加工工艺提供不同辅助气体实现了自动控制。

所述出气总管上还安装有混气罐。

通过在出气总管上安装混气罐优化了多种气体的混合效果，使得气体混合更加均匀，输出的气体压力更稳定。所述出气总管的进气口连接有三路进气支管，分别与氩气气源，氮气气源以及氧气气源连接。

根据常用加工工艺辅助气体的要求，常常采用氩气，氮气以及氧气等气体作为气体气源，对于一些特殊工艺，也可以设置不同的气体气源，比如二氧化碳以及氦气等。

所述支管压力传感器安装在进气流量控制闽的进气端，所述总管压力传感器安装在出气流量控制闽的进气端。

将压力传感器安装在流量控制闽的进气端，防止因为流量控制闽的影响而对气体压力的检测弓 I起误差。

本发明的显著效果是：一种多功能激光数控加工系统，能够兼容多种激光加工工艺，并能从多个不同位置不同角度对工件进行加工。同时根据不同激光加工工艺对辅助气体的要求，采用自动控制技术实现对单一气源或者多种气源的气体混合比例以及气体压强进行控制，根据不同的加工工艺的需求，设定相关激光头的行走路径、辅助气体的供应比例和气体压强，采用自动控制技术自动完成相应控制流程，满足多种激光加工系统集成的需要。

附图说明

图 1是中央控制系统的连接框图；

图 2是激光头三维行走系统和夹持系统的总装图；

图 3是夹持系统的装配结构图；

图 4是激光头三维行走系统的装配结构图；

图 5是激光头三维行走系统的俯视图；

图 6是支撑机构的装配结构图；图 7是本气体控制系统的连接关系图。

具体实式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一歩详细说明。

如图 1 所示：一种多功能激光数控加工系统，设置有中央控制系统、激光头三维行走系统 1和加工参数输入装置，所述中央控制系统设置有处理器 2、工艺流程库 3、数据加载平台 4和加工控制平台 5:

所述处理器 2的参数输入端连接所述加工参数输入装置，借助键盘、鼠标作为最常见的加工参数输入装置，就可以获取加工参数，处理器 2分别连接工艺流程库 3和数据加载平台 4，处理器 2提取所述工艺流程库 3内的加工工艺流程，并将加工参数和加工工艺流程送入所述数据加载平台 4;

所述工艺流程库 3内安装有至少一种加工工艺流程；

所述数据加载平台 4将所述加工参数植入处理器 2送来的加工工艺流程，生成加工程序，并将加工程序送入所述加工控制平台 5，该加工控制平台 5的三维输出端组连接所述激光头三维行走系统 1。

加工控制平台 5根据加工程序控制激光头三维行走系统 1的工作歩骤。所述工艺流程库 3 内安装有切割加工工艺流程、焊接加工工艺流程、标记加工工艺流程、打孔加工工艺流程、淬火加工工艺流程、喷涂加工工艺流程、覆融加工工艺流程、雕刻加工工艺流程中的一种工艺流程或多种工艺流程。

所述数据加载平台 4 内安装有切割数据加载平台、焊接数据加载平台、标记数据加载平台、打孔数据加载平台、淬火数据加载平台、喷涂数据加载平台、覆融数据加载平台和雕刻数据加载平台中的一种数据加载平台或多种数据加载平台。根据实际操作需要，数据加载平台 4生成相应的加工工艺程序，利用一套装置，就能够完成多种激光加工工艺。

如图 3所示：所述加工控制平台 5的旋转输出端连接有夹持系统，该夹持系统由夹持及传动机构和自适应机构组成；

其中夹持及传动机构包括夹持基座 6，该夹持基座 6上经轴承安装有第一水平转轴 7，该第一水平转轴 7的一端连接转动动力机构，该第一水平转轴 7 的另一端安装有活动夹头 8，该活动夹头 8朝向所述自适应机构；

活动夹头 8用于加持工件，并带动工件旋转，自适应机构配合活动夹头 8，保证工件能平稳可靠旋转。活动夹头 8的结构很多，都是现有的工装夹具技术，如抱箍技术。

所述自适应机构包括适应头基座 9，该适应头基座 9上经轴承安装有第二水平转轴 10，该第二水平转轴 10上固定有自适应头 11，该自适应头 11朝向所述活动夹头 8;

根据不同的工件，设置不同的自适应头 11，可以满足不同工件的加持需要。

所述自适应头 11 为圆锥形，该圆锥形自适应头 11 的锥尖朝向所述活动夹头 8。圆锥形自适应头 11锥面朝向被加工的圆管，不同直径的圆管都可以套装在圆锥形自适应头 11的锥面上。

所述第一水平转轴 7、活动夹头 8、第二水平转轴 10和自适应头 11的中轴线在同一直线 a上。

同轴旋转，能提高工件的稳定性。

如图 6所示：在所述夹持及传动机构和自适应机构之间还安装有支撑机构，该支撑机构包括活动支撑柱 12，该活动支撑柱 12的上端固定有马鞍形支撑台 13，该马鞍形支撑台 13上对称安装有左伸缩支臂 14a和右伸缩支臂 14b，所述左伸缩支臂 14a和右伸缩支臂 14b中心线的延长线在所述直线 a上相交，且所述左伸缩支臂 14a和右伸缩支臂 14b的上端都安装有滚轮 15。

如果工件过大过长，可以在传动机构和自适应机构之间安装一个或多个支撑机构，用来托举工件，维持工件的平衡。左伸缩支臂 14a和右伸缩支臂 14b对称布置在直线 a的两侧，能自适应不同大小直径的工件托举，活动支撑柱 12的高度可以调节，能适应大小工件托举。

如图 3所示：所述转动动力机构为转动电机 16，该转动电机 16连接所述加工控制平台 5，该转动电机 16的输出轴上固定有皮带轮，该皮带轮与所述第一水平转轴 7皮带连接。

如图 2、 4、 5所示：所述激光头三维行走系统 1设置有 X轴电机 17，该 X轴电机 17的输出轴连接有 X轴丝杆螺母副的 X轴丝杆 17a，该 X轴丝杆螺母副的 X轴螺母与 X轴滑台 18固定连接，该 X轴滑台 18上安装有 Y轴电机 19；

所述 Y轴电机 19的输出轴连接有 Y轴丝杆螺母副的 Y轴丝杆 19a，该 Y 轴丝杆螺母副的 Y轴螺母与 Y轴滑台 20固定连接，该 Y轴滑台 20上安装有 Z 轴电机 21；

所述 Z轴电机 21的输出轴连接有 Z轴丝杆螺母副的 Z轴丝杆 21a，该 Z 轴丝杆螺母副的 Z轴螺母与 Z轴滑台 22固定连接，该 Z轴滑台 22上安装有激光头 23。

所述激光头 23朝向所述直线 a。如图 7所示：所述中央控制系统的三维输出端组由 X向控制端、 Y向控制端和 Z向控制端组成，所述 X向控制端连接所述 X轴电机 17， Y向控制端连接所述 Y轴电机 19， Z向控制端连接所述 Z轴电机 21。

激光头三维行走系统实现了激光头 23在 X轴、 Y轴、 Z轴方向上的三维的自由行走，配合夹持系统带动加工工件，如钢管实现自转，工件的自转，实现了激光头 23能从不同角度对工件进行加工。激光头三维行走系统和夹持系统配合工作，满足了多个不同位置不同角度对工件进行加工的功能，也实现激光加工头与工件的相对行走。

如图 7所示：所述加工控制平台 5的气体控制端组连接有气体控制系统，该气体控制端组连接有辅助气体控制装置，所述辅助气体控制装置包括出气总管 31、喷气嘴 32，其中出气总管 31上安装有总管压力传感器 24和出气流量控制闽 25，该出气总管 31的出气口连接所述喷气嘴 32，在喷气嘴 32上安装有出气压力传感器 26，所述出气总管 31的进气口连接有至少一路进气支管 27；

每一路进气支管 27安装有支管压力传感器 28和进气流量控制闽 29；所述总管压力传感器 24和支管压力传感器 28的信号输出端都连接在所述加工控制平台 5上；

所述出气流量控制闽 25和进气流量控制闽 29的控制输入端都连接在所述加工控制平台 5上。

加工控制平台 5根据不同加工工艺辅助气体的参数要求以及各个支管压力传感器检测到的气体压力，按照给定的气体混合比例，调节各路进气支管上的进气流量控制阀，使得各个支路上连接的气源进气流量之比符合气体混合比例。各个支路中流入的气体在出气总管中混合，加工控制平台 5通过总管压力传感器以及出气压力传感器检测混合后的气体压力以及出气口的气体压力，根据设定的出气口气体压力参数，调节出气流量控制闽，使得喷气嘴喷出辅助气体的压力以及气体混合比例能够满足相应加工工艺的要求。通过设定气体混合比例，既可以提供单一气源，也可以实现多种气源的混合，将喷气嘴与激光加工头做成一体，减少了在加工过程中更换气源或是更换激光设备的繁琐工序，对不同激光加工工艺提供不同辅助气体实现了自动控制。

所述出气总管 31上还安装有混气罐 30。

所述出气总管 31的进气口连接有三路进气支管 27，分别与氩气气源 1a，氮气气源 1b以及氧气气源 1c连接。

所述支管压力传感器 28安装在进气流量控制闽 29的进气端，所述总管压力传感器 24安装在出气流量控制闽 25的进气端。

尽管以上结构结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以作出多种类似的表示，如更改三维行走系统的结构、活动夹头 8的结构、活动支撑柱 10的高度调节方式、支撑臂的装配方式、气源种类和数量、更换压力传感器和流量控制闽的相对位置等方式，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1、一种多功能激光数控加工系统，设置有中央控制系统、激光头三维行走系统（1 ) 和加工参数输入装置，其特征在于：所述中央控制系统设置有处理器（2)、工艺流程库（3)、数据加载平台（4) 和加工控制平台（5): 所述处理器（2) 的参数输入端连接所述加工参数输入装置，获取加工参数，提取所述工艺流程库（3) 内的加工工艺流程，并将加工参数和加工工艺流程送入所述数据加载平台（4);

所述工艺流程库（3) 内安装有至少一种加工工艺流程；

所述数据加载平台（4) 将所述加工参数植入处理器（2) 送来的加工工艺流程，生成加工程序，并将加工程序送入所述加工控制平台（5)，该加工控制平台（5) 的三维输出端组连接所述激光头三维行走系统（1 )。

2、根据权利要求 1 所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：所述工艺流程库（3) 内安装有切割加工工艺流程、焊接加工工艺流程、标记加工工艺流程、打孔加工工艺流程、淬火加工工艺流程、喷涂加工工艺流程、覆融加工工艺流程、雕刻加工工艺流程中的一种工艺流程或多种工艺流程。

3、根据权利要求 1 所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：所述数据加载平台（4) 内安装有切割数据加载平台、焊接数据加载平台、标记数据加载平台、打孔数据加载平台、淬火数据加载平台、喷涂数据加载平台、覆融数据加载平台和雕刻数据加载平台中的一种数据加载平台或多种数据加载平台。

4、根据权利要求 1 所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：所述加工控制平台（5) 的旋转输出端连接有夹持系统，该夹持系统由夹持及传动机构和自适应机构组成；

其中夹持及传动机构包括夹持基座（6)，该夹持基座（6) 上经轴承安装有第一水平转轴（7)，该第一水平转轴（7) 的一端连接转动动力机构，该第一水平转轴（7) 的另一端安装有活动夹头（8)，该活动夹头（8) 朝向所述自适应机构；

所述自适应机构包括适应头基座（9)，该适应头基座（9) 上经轴承安装有第二水平转轴（10)，该第二水平转轴（10) 上固定有自适应头（11 )，该自适应头（11 ) 朝向所述活动夹头（8);

所述自适应头（11 ) 为圆锥形，该圆锥形自适应头（11 ) 的锥尖朝向所述活动夹头（8)。

所述第一水平转轴（7)、活动夹头（8)、第二水平转轴（10) 和自适应头（11 ) 的中轴线在同一直线（a) 上。

5、根据权利要求 4所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：在所述夹持及传动机构和自适应机构之间还安装有支撑机构，该支撑机构包括活动支撑柱（12)，该活动支撑柱（12) 的上端固定有马鞍形支撑台（13)，该马鞍形支撑台（13) 上对称安装有左伸缩支臂（14a) 和右伸缩支臂（14b)，所述左伸缩支臂（14a) 和右伸缩支臂（14b) 中心线的延长线在所述直线 a 上相交，且所述左伸缩支臂（14a) 和右伸缩支臂（14b) 的上端都安装有滚轮（15)。

6、根据权利要求 4所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：所述转动动力机构为转动电机（16)，该转动电机（16)连接所述加工控制平台（5)，该转动电机（16) 的输出轴上固定有皮带轮，该皮带轮与所述第一水平转轴 (7) 皮带连接。

7、根据权利要求 1 所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：所述激光头三维行走系统（1 ) 设置有 X轴电机（17)，该 X轴电机（17) 的输出轴连接有 X轴丝杆螺母副的 X轴丝杆（17a)，该 X轴丝杆螺母副的 X轴螺母与 X轴滑台（18) 固定连接，该 X轴滑台（18) 上安装有 Y轴电机（19); 所述 Y轴电机（19) 的输出轴连接有丫轴丝杆螺母副的 Y轴丝杆（19a)，该 Y轴丝杆螺母副的丫轴螺母与 Y轴滑台（20) 固定连接，该 Y轴滑台（20) 上安装有 Z轴电机（21 );

所述 Z轴电机（21 ) 的输出轴连接有 Z轴丝杆螺母副的 Z轴丝杆（21a)，该 Z轴丝杆螺母副的 Z轴螺母与 Z轴滑台（22) 固定连接，该 Z轴滑台（22) 上安装有激光头（23)。

8、根据权利要求 4或 7所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：所述激光头（23) 朝向所述直线（a)。

9、根据权利要求 7所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：所述中央控制系统的三维输出端组由 X向控制端、 Y向控制端和 Z向控制端组成，所述 X向控制端连接所述 X轴电机（17)， Y向控制端连接所述 Y轴电机（19)， Z向控制端连接所述 Z轴电机（21 )。

10、根据权利要求 1所述的多功能激光数控加工系统.其特征在于：所述加工控制平台（5) 的气体控制端组连接有气体控制系统，该气体控制端组连接有辅助气体控制装置，所述辅助气体控制装置包括出气总管（31 )、喷气嘴

(32)，其中出气总管（31 ) 上安装有总管压力传感器（24) 和出气流量控制闽（25)，该出气总管（31 ) 的出气口连接所述喷气嘴（32)，在喷气嘴（32) 上安装有出气压力传感器（26)，所述出气总管（31 ) 的进气口连接有至少一路进气支管（27);

每一路进气支管（27) 安装有支管压力传感器（28) 和进气流量控制闽 (29)；

所述总管压力传感器（24) 和支管压力传感器（28) 的信号输出端都连接在所述加工控制平台（5) 上；

所述出气流量控制闽 (25) 和进气流量控制闽 (29) 的控制输入端都连接在所述加工控制平台（5) 上。