一种激光切割机制造技术

本发明专利技术实施例公开一种激光机，其包括具有中空轴结构的双摆头，其中采用差动谐波减速机+解耦齿轮来对双摆头进行运动解耦，同时采用三级旋转轴、四级反射镜片结构来优化光路，以及采用电容传感器+音圈电机结构来提高切割头随动调高装置的响应速度，这样可从多方面来提高激光切割机的综合性能。

A laser cutting machine

The embodiment of the invention discloses a laser machine, which comprises a hollow shaft structure of the double pendulum head, which adopts a differential gear of harmonic reducer + decoupling double pendulum head motion decoupling, the three rotating shaft, four reflection lens to optimize the structure of the light path, and the capacitance sensor + voice coil motor structure to improve the dynamic response speed of the cutting head with height adjusting device, which can improve the comprehensive performance of laser cutting machine from many aspects.

【技术实现步骤摘要】
一种激光切割机本专利技术为申请人于2015年11月09日提出的申请号为“201510757120.0”、名称为“具有中空轴结构的双摆头及激光切割机”的中国专利技术专利申请的分案申请，其全部内容结合于本申请之中。
本专利技术涉及激光切割技术，尤其涉及三维多轴数控激光切割技术，更具体来说是一种具有中空轴结构的双摆头及激光切割机。
技术介绍
激光切割技术具有切割尺寸精度高、切口无毛刺、切缝不变形、切割速度快且不受加工形状限制等特点，目前已越来越多地应用于机械加工领域。三维激光切割更是以其先进、灵活、快速的特点，在航空航天、汽车工业等领域中得到了广泛的应用。使用三维激光切割技术，不仅可以节省样板及工装设备，还可以大大缩短生产准备周期。为了保证切割质量，三维激光切割机应满足以下要求：其一，是激光束始终和被切割工件的切割曲线保持垂直；其二，是激光束焦点和工件表面的相对位置保持不变，即割嘴和工件表面的距离始终保持一致；其三，是简单快捷地反映三维曲线的特征并将其转换为激光切割数据。这不仅是三维激光切割设计必须解决的重要问题，也是三维激光切割技术在实际应用中最复杂的一步。三维激光切割机一般采用飞行光路设计，即加工过程中工件不动，靠激光切割头运动来完成。典型的激光切割头是三维五轴联动的，各轴之间的关系如图1所示：激光切割头除相对于工件坐标系X、Y、Z轴快速相对运动外，还有C轴摆臂的旋转、B轴摆头的摆动及激光切割头的法向(A轴)随动。当旋转C轴或B轴时，割嘴中心点在工件坐标系的坐标应保持不变，即：割嘴中心不动，激光切割头围绕割嘴中心运动；移动割嘴中心时，激光切割头才可以相应进行运动。由于激光切割头涉及多种运动，其运动控制较为复杂，需要采用十分复杂的算法才可以满足要求。参见图2，为一种现有激光切割机的结构示意图。该激光切割机具有安装于双摆头上的激光切割头，其包括C轴电机01、C轴镜座02、配重体03、B轴电机04、B轴镜座05、防碰撞装置06和切割头07等部件：C轴电机01和B轴电机04均为DD电机(DirectDriver，直接驱动电机)，其中C轴电机01用于驱动C轴旋转，B轴电机04用于驱动B轴摆动；配重体03用于平衡切割头07在B轴的偏转力矩。通过C轴的旋转及B轴的摆动，切割头07可以加工0-45度范围的各种单边V型和I型坡口。该激光切割头装置存在明显的缺陷：例如，旋转C轴时，B轴会联动，使得切割头07的割嘴方位发生移动，重新找准十分困难，由此影响切割效率与切割质量；再如，调整切割头07割嘴与工件之间的距离时需要整体移动C轴与B轴，因质量大，导致切割头07随动响应慢、效率低；又如，C轴电机01和B轴电机04需要采用中空电机，其价格较高。目前，已有产品对此进行了改进，其采用了没有耦合运动的双摆头结构来调整激光切割头的位置，使得C轴旋转与B轴摆头可以独立地进行控制。但这种无耦合运动的双摆头存在一定的问题；一方面，整个激光切割机的运动控制及刀具路径规划实现起来较为困难；另一方面，要求使用中空电机、中空减速机及编码器，否则难以实现中空轴结构，由于定制这些中空部件的价格很高，不利于降低生产成本。有鉴于此，有必要研发一种新型的具有中空轴的双摆头结构，以更好地满足三维激光切割机总体设计的要求。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术实施例的目的在于提供一种价格低、适应性强，并且便于实现运动控制及刀具规划的具有中空旋转轴双摆头的激光切割机。为解决以上技术问题，本专利技术实施例提供一种激光切割机，包括中空轴结构的双摆头，所述双摆头包括可绕第一方向旋转的C轴摆臂和可绕第二方向旋转的B轴摆头，其中所述B轴摆头设置有激光切割头；所述C轴摆臂的C轴输入轴连接至C轴驱动电机的C轴减速机，所述B轴摆头的B轴输入轴连接至B轴驱动电机的B轴减速机，所述B轴输入轴通过若干级B轴传动轴连接至所述B轴摆头，各级B轴传动轴安装于所述C轴摆臂；所述C轴输入轴、所述B轴输入轴及各级B轴传动轴均设有轴向空腔，所述B轴输入轴套装于所述C轴输入轴，且所述B轴输入轴与首级B轴传动轴之间、相邻的各级B轴传动轴之间、末级B轴传动轴与所述B轴摆头之间的交会位置分别设置有激光反射镜；其特征在于，所述C轴减速机为谐波减速机，所述谐波减速机的波发生器连接所述C轴驱动电机，所述谐波减速机的柔轮固定，所述谐波减速机的刚轮固连有C轴驱动齿轮，所述C轴驱动齿轮与安装于所述C轴输入轴的C轴输入齿轮啮合；所述B轴减速机为差动谐波减速机，所述差动谐波减速机的波发生器连接所述B轴驱动电机，所述差动谐波减速机的柔轮固定，所述差动谐波减速机的第一刚轮固连有B轴驱动齿轮，所述差动谐波减速机的第二刚轮固连有B轴解耦齿轮，所述第一刚轮和所述第二刚轮共用所述差动谐波减速机的波发生器和所述差动谐波减速机的柔轮，所述B轴驱动齿轮与安装于所述B轴输入轴的B轴输入齿轮啮合，所述B轴解耦齿轮与所述C轴输入齿轮啮合。较优地，所述C轴驱动电机的驱动轴通过联轴器与所述谐波减速机的波发生器连接，所述B轴驱动电机的驱动轴与所述差动谐波减速机的波发生器连接。较优地，所述双摆头设置有齿轮箱，所述C轴输入轴和所述B轴输入轴分别支撑于所述齿轮箱的箱体，所述谐波减速机及C轴驱动齿轮、所述差动谐波减速机及B轴驱动齿轮和B轴解耦齿轮、所述C轴输入齿轮及所述B轴输入齿轮分别安装于所述齿轮箱的箱体内，所述C轴驱动电机、所述B轴驱动电机分别安装于所述齿轮箱的顶盖。较优地，所述双摆头设置有激光传导管，所述激光传导管安装于所述双摆头的齿轮箱顶盖，所述B轴输入轴与所述激光传导管连通。较优地，所述C轴摆臂和所述B轴摆头分别由主体及封板组装而成，所述C轴摆臂的主体和所述B轴摆头的主体分别设置空腔来安装所述B轴输入轴、各级B轴传动轴及各级激光反射镜。与现有技术相比，本专利技术实施例中双摆头中的B轴输入轴和各级B轴传动轴为中空结构，且C轴输入轴与B轴输入轴同轴安装，这便于规划刀具路径。当C轴摆臂转动时，B轴摆头上的激光头割嘴中心位置保持不变，这便于控制激光切割头的运动，有利于保证切割的质量。具体而言，本专利技术实施例采用普通电机就可以实现上述中空轴结构：设置有B轴解耦齿轮，其与B轴驱动齿轮之间成差动式安装，当C轴转动时，B轴输入齿轮传递至B轴驱动齿轮的转速与C轴输入齿轮传递至B轴解耦齿轮的转速抵消，由此对C轴转动导致的B轴跟随运动进行解耦，使得B轴驱动电机不受两轴之间耦合运动的影响。这样，本专利技术实施例仅仅通过一个差动式安装的解耦齿轮就可以对C轴和B轴之间的耦合运动进行解耦，相比于通过电气控制方式进行解耦的方案而言，其构思更为巧妙，结构更为紧凑。基于本专利技术实施例的上述差动解耦方式，容易得到具有中空轴结构的双摆头。将这种具有中空轴结构的双摆头应用于激光切割机时，至少可以取得以下方面的有益技术效果：1、易于实现运动控制和刀具路径规划。激光切割机采用点对点的结构，通过两个旋转轴的运动可以灵活地调节刀具空间的法向矢量，而不会影响切割点的三维坐标，一方面易于实现运动控制，另一方面也更易于规划刀具路径。2、适应性强。双摆头上的激光切割头运动方式比较灵活，可以快捷、精准地到达预定位置，之后可以按照设定的方位、角度、距离来对工件表面进行切割，适应于多种工件形式的加工。3、易于实现中空旋转轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光切割机，包括中空轴结构的双摆头，所述双摆头包括可绕第一方向旋转的C轴摆臂和可绕第二方向旋转的B轴摆头，其中所述B轴摆头设置有激光切割头；所述C轴摆臂的C轴输入轴连接至C轴驱动电机的C轴减速机，所述B轴摆头的B轴输入轴连接至B轴驱动电机的B轴减速机，所述B轴输入轴通过若干级B轴传动轴连接至所述B轴摆头，各级B轴传动轴安装于所述C轴摆臂；所述C轴输入轴、所述B轴输入轴及各级B轴传动轴均设有轴向空腔，所述B轴输入轴套装于所述C轴输入轴，且所述B轴输入轴与首级B轴传动轴之间、相邻的各级B轴传动轴之间、末级B轴传动轴与所述B轴摆头之间的交会位置分别设置有激光反射镜；其特征在于，所述C轴减速机为谐波减速机，所述谐波减速机的波发生器连接所述C轴驱动电机，所述谐波减速机的柔轮固定，所述谐波减速机的刚轮固连有C轴驱动齿轮，所述C轴驱动齿轮与安装于所述C轴输入轴的C轴输入齿轮啮合；所述B轴减速机为差动谐波减速机，所述差动谐波减速机的波发生器连接所述B轴驱动电机，所述差动谐波减速机的柔轮固定，所述差动谐波减速机的第一刚轮固连有B轴驱动齿轮，所述差动谐波减速机的第二刚轮固连有B轴解耦齿轮，所述第一刚轮和所述第二刚轮共用所述差动谐波减速机的波发生器和所述差动谐波减速机的柔轮，所述B轴驱动齿轮与安装于所述B轴输入轴的B轴输入齿轮啮合，所述B轴解耦齿轮与所述C轴输入齿轮啮合。...

【技术特征摘要】
1.一种激光切割机，包括中空轴结构的双摆头，所述双摆头包括可绕第一方向旋转的C轴摆臂和可绕第二方向旋转的B轴摆头，其中所述B轴摆头设置有激光切割头；所述C轴摆臂的C轴输入轴连接至C轴驱动电机的C轴减速机，所述B轴摆头的B轴输入轴连接至B轴驱动电机的B轴减速机，所述B轴输入轴通过若干级B轴传动轴连接至所述B轴摆头，各级B轴传动轴安装于所述C轴摆臂；所述C轴输入轴、所述B轴输入轴及各级B轴传动轴均设有轴向空腔，所述B轴输入轴套装于所述C轴输入轴，且所述B轴输入轴与首级B轴传动轴之间、相邻的各级B轴传动轴之间、末级B轴传动轴与所述B轴摆头之间的交会位置分别设置有激光反射镜；其特征在于，所述C轴减速机为谐波减速机，所述谐波减速机的波发生器连接所述C轴驱动电机，所述谐波减速机的柔轮固定，所述谐波减速机的刚轮固连有C轴驱动齿轮，所述C轴驱动齿轮与安装于所述C轴输入轴的C轴输入齿轮啮合；所述B轴减速机为差动谐波减速机，所述差动谐波减速机的波发生器连接所述B轴驱动电机，所述差动谐波减速机的柔轮固定，所述差动谐波减速机的第一刚轮固连有B轴驱动齿轮，所述差动谐波减速机的第二刚轮固连有B轴解耦齿轮，所述第一刚轮和所述第二刚轮共用所述差动谐波减速机的波发生器和所述差动谐波减速机的柔轮，所述B轴驱动齿轮与安装于所述B轴输入轴的B轴输入齿轮啮合，所述B轴解耦齿轮与所述C轴输入齿轮啮合。2.如权利要求1所述的激光切割机，其特征在于，所述C轴驱动电机的驱动轴通过联轴器与所述谐波减速机的波发生器连接，所述B轴驱动电机的驱动轴与所述差动谐波减速机的波发生器连接。3.如权利要求1所述的激光切割机，其特征在于，所述双摆头设置有齿轮箱，所述C轴输入轴和所述B轴输入轴分别支撑于所述齿轮箱的箱体，所述谐波减速机及C轴驱动齿轮、所述差动谐波减速机及B轴驱动齿轮和B轴解耦齿轮、所述C轴输入齿轮及所述B轴输入齿轮分别安装于所述齿轮箱的箱体内，所述C轴驱动电机、所述B轴驱动电机分别安装于所述齿轮箱的顶盖。4.如权利要1所述的激光切割机，其特征在于，所述双摆头设置有激光传导管，所述激光传导管安装于所述双摆头的齿轮箱顶盖，所述B轴输入轴与所述激光传导管连通。5.如权利要求1～4任一项所述的激光切割机，其特征在于，所述C轴摆臂和所述B轴摆头分别由主体及封板组装而成，所述C轴摆臂的主体和所述B轴摆头的主体分别设置空腔来安装所述B轴输入轴、各级B轴传动轴及各级激光反射镜。6.一种激光切割机，包括中空轴结构的双摆头，所述双摆头包括可绕第一方向旋转的C轴摆臂和可绕第二方向旋转的B轴摆头，其中所述B轴摆头设置有激光切割头；所述C轴摆臂的C轴输入轴连接至C轴驱动电机的C轴减速机，所述B轴摆头的B轴输入轴连接至B轴驱动电机的B轴减速机，所述B轴输入轴通过若干级B轴传动轴连接至所述B轴摆头，各级B轴传动轴安装于所述C轴摆臂；所述C轴输入轴、所述B轴输入轴及各级B轴传动轴均设有轴向空腔，所述B轴输入轴套装于所述C轴输入轴，且所述B轴输入轴与首级B轴传动轴之间、相邻的各级B轴传动轴之间、末级B轴传动轴与所述B轴摆头之间的交会位置分别设置有激光反射镜；其特征在于，所述B轴摆头的旋转轴为包括B轴输入轴、首级B轴传动轴及末级B轴传动轴的三级，其中所述B轴输入轴的一端支撑于所述双摆头的齿轮箱箱体，所述B轴输入轴的另一端支撑于所述C轴摆臂的空腔内，所述首级B轴传动轴和所述末级B轴传动轴分别支撑于所述C轴摆臂的空腔内，所述B轴输入轴与所述首级B轴传动轴之间、以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟胜波，李芝春，
申请(专利权)人：常州科乐为数控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32