專利名稱：一種激光切割機(jī)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光切割機(jī)及其工作方法，尤其涉及一種重型大幅面厚板激光切割機(jī) 的改進(jìn)及其工作方法。
背景技術(shù)：
寬、大幅面激光切割機(jī)有很大市場(chǎng)應(yīng)用前景，由于其切割幅面大，所以通常運(yùn)動(dòng)部 件的重量大，比如主橫梁?jiǎn)误w重量達(dá)2-3噸，加上激光發(fā)生器、水冷機(jī)等，約有4-5噸的重 量。主橫梁重量大的主要弊病是1、重量大、慣性大，使得主橫梁運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度差，對(duì) 加工精度與質(zhì)量有很大的影響。2、使得主橫梁結(jié)構(gòu)的剛度差，會(huì)造成傳動(dòng)系統(tǒng)定位誤差大。 上述兩問(wèn)題使得現(xiàn)有設(shè)備在加工小孔槽或局部復(fù)雜形狀時(shí)，精度低、質(zhì)量低、加工效率低。 運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量大時(shí)，工作過(guò)程中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消耗功率大，不符合當(dāng)今低碳減排的產(chǎn)業(yè)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題，提供了一種能夠像小幅面激光切割機(jī)一樣，具有高的切割 質(zhì)量、高效率，高精度，且切割過(guò)程中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消耗的功率較小的大幅面的激光切割機(jī)及其 工作方法。本發(fā)明的激光切割機(jī)包括設(shè)有X導(dǎo)軌的機(jī)座、設(shè)有Y導(dǎo)軌的主橫梁和激光頭座， 所述主橫梁與機(jī)座上的X導(dǎo)軌活動(dòng)相連，它還包括用于激光頭在X向?qū)崿F(xiàn)短程動(dòng)作的懸臂 梁；所述懸臂梁上設(shè)有X短導(dǎo)軌；所述懸臂梁的根部與所述主橫梁上的Y導(dǎo)軌活動(dòng)相連，使 所述懸臂梁做Y向運(yùn)動(dòng)；所述激光頭座與所述X短導(dǎo)軌活動(dòng)相連。它還包括控制器，所述控制器中包括記載有控制激光頭座相對(duì)于X導(dǎo)軌和X短導(dǎo) 軌進(jìn)行復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)生成VX速度、進(jìn)而與VY速度合成時(shí)、合成的矢量速度相對(duì)于工件具有均 勻速率的程序的存儲(chǔ)器。本發(fā)明激光切割機(jī)的工作方法，首先，將所述X短導(dǎo)軌的有效工作行程設(shè)為L(zhǎng)X1，在該LX1中間部分設(shè)LX1長(zhǎng)度的 50-95%為L(zhǎng)X2，LX2兩端至LX1兩端分別為緩沖區(qū)；然后，按以下步驟進(jìn)行1)、數(shù)據(jù)錄入；將板料中所有需加工的輪廓、孔槽參數(shù)輸入控制器；2)、計(jì)算；2.1)、孔槽；2. 1. 1)、從加工開(kāi)始端按照LX1長(zhǎng)度劃分出X短導(dǎo)軌的第一加工區(qū)域，對(duì)出現(xiàn)在第 一加工區(qū)域內(nèi)的孔槽A進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將其納入第一加工區(qū)域的加工范圍；2. 1.2)、沿X方向?qū)Σ糠州喞霈F(xiàn)在第一加工區(qū)域之內(nèi)的孔槽B再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；2. 1.3)、計(jì)算出孔槽B邊緣最接近加工開(kāi)始端的X向坐標(biāo)參數(shù)，作為第二加工區(qū)域 的加工開(kāi)始端；再依照本步驟的前述規(guī)則，劃分出后續(xù)加工區(qū)域；2. 2)、板料輪廓；
2. 2. 1)對(duì)X方向兩次變向的連續(xù)性輪廓線A ；計(jì)算出所述輪廓線A邊緣最接近加 工開(kāi)始端的X向坐標(biāo)參數(shù)，作為第一加工區(qū)域的起始邊界，同時(shí)也是LX1的起始點(diǎn)；至以 LX1為基準(zhǔn)，朝向下一加工區(qū)域的LX2的端點(diǎn)為X短導(dǎo)軌的第一加工區(qū)域；以所述朝向下一 加工區(qū)域的LX2的端點(diǎn)一側(cè)的緩沖區(qū)為X短導(dǎo)軌和X導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)互換的互換區(qū)；2. 2. 2)對(duì)小于X方向兩次變向的連續(xù)性形狀輪廓線B，納入主橫梁在X導(dǎo)軌上一 次性由頭至尾的加工范圍；最后，按上述計(jì)算啟動(dòng)激光切割機(jī)工作，制得。本發(fā)明的大幅面激光切割機(jī)，增加了一個(gè)X短導(dǎo)軌作為激光頭X向短程運(yùn)動(dòng)的載 體；這樣，在進(jìn)行局部加工時(shí)(比如，在加工一些軍工、航天產(chǎn)品時(shí)，有比較復(fù)雜的輪廓形 狀，并且有極高的精度要求)。在X短導(dǎo)軌行程范圍內(nèi)加工精度要求高、形狀復(fù)雜的輪廓 則無(wú)需啟動(dòng)主橫梁運(yùn)動(dòng)；一來(lái)，大大降低了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)功率，二來(lái)，運(yùn)行精度也更高，可靠性更 好。在更大范圍內(nèi)工作時(shí)，才需要進(jìn)行X短導(dǎo)軌(激光頭座與懸臂梁)和X導(dǎo)軌(主橫梁 與機(jī)座)的互換運(yùn)動(dòng)(即VX短速度由某值均勻減至0，VX長(zhǎng)速度由0勻增0至某值)。由 于激光切割時(shí)需要保證激光束能量作用于板料的均勻性(接觸時(shí)間不均勻，容易造成板料 邊緣不規(guī)整)，需要對(duì)復(fù)合(互換)運(yùn)動(dòng)的速度VX(VX短+VX長(zhǎng))進(jìn)行采集，并與VY合成的 矢量速度進(jìn)行合成，以確保激光束相對(duì)于板料的運(yùn)行速率的均勻性。為此，本發(fā)明采用了矢 量控制原理對(duì)VX短、VX長(zhǎng)和VY進(jìn)行合成，以有效控制加工時(shí)的速率，確保加工的質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意中1是X導(dǎo)軌，2是主橫梁，3是激光發(fā)生器，4是Y導(dǎo)軌，5是激光頭座驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 6是X短導(dǎo)軌，7是激光頭座，8是懸臂梁，9是激光頭。圖2是圖1的俯視3是圖2的左視4是本發(fā)明使用狀態(tài)參考圖一圖中10是孔槽，11是板料，12是緩沖區(qū)，13是第一加工區(qū)域；圖5是本發(fā)明使用狀態(tài)參考圖二圖6是本發(fā)明使用狀態(tài)參考圖三圖7是本發(fā)明使用狀態(tài)參考圖四圖8是本發(fā)明使用狀態(tài)參考圖五圖中14是X方向兩次變向的連續(xù)性輪廓線A，15是斜邊；圖9是本發(fā)明使用狀態(tài)參考圖六圖中16是另一 X方向兩次變向的連續(xù)性輪廓線A。各圖中標(biāo)示了參考坐標(biāo)系。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明如圖1-3所示，所述切割機(jī)包括設(shè)有X導(dǎo)軌1(可以是絲杠)的機(jī)座、設(shè)有 Y導(dǎo)軌4的主橫梁2和激光頭座7，激光發(fā)生器3設(shè)置在主橫梁2上，激光頭9通過(guò)Z向?qū)?軌設(shè)在激光頭座7上，所述主橫梁2與機(jī)座上的X導(dǎo)軌1活動(dòng)相連，它還包括用于激光頭9在X向?qū)崿F(xiàn)短程動(dòng)作的懸臂梁8 ；所述懸臂梁8上設(shè)有X短導(dǎo)軌6 ；所述懸臂梁8的根部與 所述主橫梁2上的Y導(dǎo)軌4活動(dòng)相連，使所述懸臂梁8可以做Y向運(yùn)動(dòng)；所述激光頭座7與 所述X短導(dǎo)軌6活動(dòng)相連，通過(guò)激光頭座驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它還包括控制器，所述控制器中包括記載有控制激光頭座7相對(duì)于X導(dǎo)軌1和X 短導(dǎo)軌6進(jìn)行復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)生成VX速度、進(jìn)而與VY速度合成時(shí)、合成的矢量速度相對(duì)于工件 具有均勻速率的程序的存儲(chǔ)器。最終可控制激光束作用于工件的能量的均勻性。具體實(shí)施后，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)有增加一個(gè)X向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，X2軸。主橫梁XI向驅(qū)動(dòng)采用直線電機(jī)；采用滾珠絲杠，其中絲杠固定，螺母由驅(qū)動(dòng)電機(jī) 同步帶輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)XI向的運(yùn)動(dòng)。X2軸驅(qū)動(dòng)采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)；齒輪齒條驅(qū)動(dòng)。Y向運(yùn)動(dòng)采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)；采用滾珠絲杠，其中絲杠固定，螺母由驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步 帶輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)Y向的運(yùn)動(dòng)。Y向運(yùn)動(dòng)的懸梁臂結(jié)構(gòu)，為增強(qiáng)其水平和豎直方向的剛度， 采用變截面梁。Y向運(yùn)動(dòng)的橫梁也可以采用龍門(mén)結(jié)構(gòu)。Z軸方向采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)；滾珠絲杠傳動(dòng)。本發(fā)明激光切割機(jī)的工作方法，首先，將所述X短導(dǎo)軌6的有效工作行程設(shè)為L(zhǎng)X1 (圖中疏虛線)，在該LX1中間部 分設(shè)LX1長(zhǎng)度的50-95%為L(zhǎng)X2 (圖中密虛線)，LX2兩端至LX1兩端分別為緩沖區(qū)12 ；然后，按以下步驟進(jìn)行1)、數(shù)據(jù)錄入；將板料11中所有需加工的輪廓、孔槽10參數(shù)輸入控制器；2)、計(jì)算；2.1)、孔槽 10;2. 1. 1)、從加工開(kāi)始端按照LX1長(zhǎng)度劃分出X短導(dǎo)軌的第一加工區(qū)域13 (圖中點(diǎn) 虛線)，對(duì)出現(xiàn)在第一加工區(qū)域內(nèi)13的孔槽A進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將其納入第一加工區(qū)域13的加工 范圍；2. 1. 2)、沿X方向?qū)Σ糠殖霈F(xiàn)在第一加工區(qū)域13之內(nèi)的孔槽B再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；2. 1.3)、計(jì)算出孔槽B邊緣最接近加工開(kāi)始端的X向坐標(biāo)參數(shù)，作為第二加工區(qū)域 的加工開(kāi)始端；再依照本步驟的前述規(guī)則，劃分出后續(xù)加工區(qū)域；2. 2)、板料輪廓；2. 2. 1)對(duì)X方向兩次變向的連續(xù)性輪廓線A14 ；計(jì)算出所述輪廓線A14邊緣最接 近加工開(kāi)始端的X向坐標(biāo)參數(shù)，作為第一加工區(qū)域的起始邊界，同時(shí)也是LX1的起始點(diǎn)；至 以LX1為基準(zhǔn)，朝向下一加工區(qū)域的LX2的端點(diǎn)為X短導(dǎo)軌的第一加工區(qū)域；以所述朝向下 一加工區(qū)域的LX2的端點(diǎn)一側(cè)的緩沖區(qū)為X短導(dǎo)軌和X導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)互換的互換區(qū)；2. 2. 2)對(duì)小于X方向兩次變向的連續(xù)性形狀輪廓線B，納入主橫梁在X導(dǎo)軌上一 次性由頭至尾的加工范圍；最后，按上述計(jì)算啟動(dòng)激光切割機(jī)工作，制得。下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的工作方法第一種使用狀態(tài)如圖4所示，板料11具有小于X方向兩次變向的連續(xù)性形狀 輪廓線B，板面上具有若干孔槽10，如圖中由左至右，四個(gè)圓孔及四個(gè)槽孔的左右邊界處于 LX1范圍內(nèi)，將該四個(gè)圓孔及四個(gè)槽孔納入第一加工區(qū)域13進(jìn)行加工；即主橫梁2使懸臂梁8停留在第一加工區(qū)域13的位置，依靠激光頭9相對(duì)于懸臂梁8上X短導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 所述四個(gè)圓孔和四個(gè)槽孔(孔槽A)的加工。第二種使用狀態(tài)如圖5所示，板料11上靠近加工開(kāi)始端有四個(gè)孔，其中最右邊的 圓孔(孔槽B)的部分處于LX1范圍內(nèi)，計(jì)算出孔槽B邊緣最接近加工開(kāi)始端的X向坐標(biāo)參 數(shù)，作為第二加工區(qū)域的加工開(kāi)始端；再依照本步驟的前述規(guī)則，劃分出后續(xù)加工區(qū)域；直 至依次完成如圖6、7所示的孔槽。此時(shí)第一加工區(qū)域變小，即只加工右端的三個(gè)孔。第三種使用狀態(tài)如圖8所示，圖中左側(cè)為X方向兩次變向的連續(xù)性輪廓線A14， 比如飛機(jī)上低雷達(dá)波發(fā)射的結(jié)構(gòu)件，具有極高的精度要求，如果以主橫梁為X向驅(qū)動(dòng)的話， 慣性會(huì)降低加工的精度。采用本發(fā)明的激光切割機(jī)，將復(fù)雜輪廓部分納入第一加工區(qū)域，以 激光頭相對(duì)于X短導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行該復(fù)雜輪廓的加工，能大大提高加工的精度。對(duì)于板料 上的斜邊15，需要進(jìn)行激光頭由X短導(dǎo)軌和X導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的互換，在激光頭進(jìn)入緩沖區(qū) 后，X短導(dǎo)軌上驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)激光頭的速度由某值勻速降低至0，X導(dǎo)軌上驅(qū)動(dòng)主橫梁以使 激光頭運(yùn)動(dòng)的速度由0增至某值，以確保勻速地運(yùn)動(dòng)。在該種情況下，如果出現(xiàn)如圖9所示，在另一端有另一 X方向兩次變向的連續(xù)性輪 廓線A16時(shí)，將該輪廓線納入最后一加工區(qū)域，利用X短導(dǎo)軌進(jìn)行加工。此時(shí)，需進(jìn)行上述 互換運(yùn)動(dòng)的反向互換運(yùn)動(dòng)，以進(jìn)行切換；即最后加工區(qū)域朝向加工端的緩沖區(qū)域成為主橫 梁的減速區(qū)域，成為激光頭的增速區(qū)域。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)一、定點(diǎn)區(qū)域加工(主橫梁在X導(dǎo)軌上停留在一位置，由激光頭相 對(duì)于X短導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)加工)；二、定點(diǎn)區(qū)域加工+合成運(yùn)動(dòng)加工(對(duì)超出X短導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)范 圍的部分，可以進(jìn)行主橫梁、激光頭合成運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)加工)；三、主橫梁加工(對(duì)簡(jiǎn)單輪廓，直 接由主橫梁相對(duì)于X導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一次性切割加工。)
權(quán)利要求
一種激光切割機(jī)，所述切割機(jī)包括設(shè)有X導(dǎo)軌的機(jī)座、設(shè)有Y導(dǎo)軌的主橫梁和激光頭座，所述主橫梁與機(jī)座上的X導(dǎo)軌活動(dòng)相連，其特征在于，它還包括用于激光頭在X向?qū)崿F(xiàn)短程動(dòng)作的懸臂梁；所述懸臂梁上設(shè)有X短導(dǎo)軌；所述懸臂梁的根部與所述主橫梁上的Y導(dǎo)軌活動(dòng)相連，使所述懸臂梁做Y向運(yùn)動(dòng)；所述激光頭座與所述X短導(dǎo)軌活動(dòng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光切割機(jī)，其特征在于，它還包括控制器，所述控制器 中包括記載有控制激光頭座相對(duì)于X導(dǎo)軌和X短導(dǎo)軌進(jìn)行復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)生成VX速度、進(jìn)而與 VY速度合成時(shí)、合成的矢量速度相對(duì)于工件具有均勻速率的程序的存儲(chǔ)器。
3.—種權(quán)利要求1所述激光切割機(jī)的工作方法，其特征在于，首先，將所述X短導(dǎo)軌的有效工作行程設(shè)為L(zhǎng)X1，在該LX1中間部分設(shè)LX1長(zhǎng)度的 50-95%為L(zhǎng)X2，LX2兩端至LX1兩端分別為緩沖區(qū)；然后，按以下步驟進(jìn)行1)、數(shù)據(jù)錄入；將板料中所有需加工的輪廓、孔槽參數(shù)輸入控制器；2)、計(jì)算;[2. 1)、孔槽；[2. 1. 1)、從加工開(kāi)始端按照LX1長(zhǎng)度劃分出X短導(dǎo)軌的第一加工區(qū)域，對(duì)出現(xiàn)在第一加 工區(qū)域內(nèi)的孔槽A進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將其納入第一加工區(qū)域的加工范圍；[2. 1. 2)、沿X方向?qū)Σ糠州喞霈F(xiàn)在第一加工區(qū)域之內(nèi)的孔槽B再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；[2. 1.3)、計(jì)算出孔槽B邊緣最接近加工開(kāi)始端的X向坐標(biāo)參數(shù)，作為第二加工區(qū)域的加 工開(kāi)始端；再依照本步驟的前述規(guī)則，劃分出后續(xù)加工區(qū)域；[2. 2)、板料輪廓；[2. 2. 1)對(duì)X方向兩次變向的連續(xù)性輪廓線A ；計(jì)算出所述輪廓線A邊緣最接近加工開(kāi) 始端的X向坐標(biāo)參數(shù)，作為第一加工區(qū)域的起始邊界，同時(shí)也是LX1的起始點(diǎn)；至以LX1為 基準(zhǔn)，朝向下一加工區(qū)域的LX2的端點(diǎn)為X短導(dǎo)軌的第一加工區(qū)域；以所述朝向下一加工區(qū) 域的LX2的端點(diǎn)一側(cè)的緩沖區(qū)為X短導(dǎo)軌和X導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)互換的互換區(qū)；[2. 2. 2)對(duì)小于X方向兩次變向的連續(xù)性形狀輪廓線B，納入主橫梁在X導(dǎo)軌上一次性 由頭至尾的加工范圍；最后，按上述計(jì)算啟動(dòng)激光切割機(jī)工作，制得。
全文摘要
一種激光切割機(jī)及其工作方法。涉及激光切割機(jī)及其工作方法。能夠像小幅面激光切割機(jī)一樣，具有高的切割質(zhì)量、高效率，高精度，且切割過(guò)程中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消耗的功率較小。包括設(shè)有X導(dǎo)軌的機(jī)座、設(shè)有Y導(dǎo)軌的主橫梁和激光頭座，主橫梁與機(jī)座上的X導(dǎo)軌活動(dòng)相連，它還包括用于激光頭在X向?qū)崿F(xiàn)短程動(dòng)作的懸臂梁；懸臂梁上設(shè)有X短導(dǎo)軌；懸臂梁的根部與主橫梁上的Y導(dǎo)軌活動(dòng)相連，使懸臂梁做Y向運(yùn)動(dòng)；激光頭座與X短導(dǎo)軌活動(dòng)相連。工作方法，一，在短導(dǎo)軌上設(shè)緩沖區(qū)；二，根據(jù)不同加工要求，分別按不同步驟進(jìn)行計(jì)算；三，按上述計(jì)算啟動(dòng)機(jī)器，制得。本發(fā)明采用了矢量控制原理對(duì)VX短、VX長(zhǎng)和VY進(jìn)行合成，以有效控制加工時(shí)的速率，確保加工的質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K26/08GK101862909SQ20101019670
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者周鵬飛, 洪超, 潘志華, 翟東升, 胡金龍 申請(qǐng)人:江蘇揚(yáng)力數(shù)控機(jī)床有限公司