一种数控激光加工装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多轴联动数控激光加工装置，其结构为：龙门框架的横梁上安装有直线导轨，机器人滑台安装在直线导轨上，第一伺服电机安装在龙门框架的立柱上，电机控制机器人滑台沿直线导轨移动；机器人固结在机器人滑台上，通过滑台倒挂在龙门立柱的横梁上面，激光加工头安装在机器人上；加工头通过光纤与激光器相连；冷却机通过冷却管分别与激光器及激光加工头相连；工作台位于龙门框架的下方，床头箱固定在工作台的端部，尾座活动安装在工作台上；第二伺服电机控制工作台上的待加工工件与龙门框架相对移动；控制器分别通过控制线与机器人及滑台连接。该装置提高了激光加工的柔性化和自动化控制能力，可以满足大尺寸和超大尺寸零部件的数控激光加工要求。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光加工领域，具体涉及一种数控激光加工装置。该装置可用于对不同型号的工件进行激光加工，包括焊接、切割和表面热处理等，尤其适用于大型工件的激光加工。
技术介绍
近年来，高功率激光加工技术因其加工效率高、无机械接触、易于实现自动化等一系列优点，在工业领域正得到越来越广泛的应用。特别是激光加工装置的刀具为激光，其加工特性与激光束的输出方式、能量大小以及所采用的光学系统、聚焦方式等密切相关。当我们改变激光的输出功率、输出脉冲频率或占空比等参数时，或者改变激光加工头的结构(如切割头、焊接头等)，激光加工工艺将会发生性质的变化，如从激光切割变为激光焊接或者激光表面强化处理等，而相应的机械结构、控制系统等几乎无需改动。这样，我们就可以利用改变激光加工参数(包括工艺参数和加工头)的方法使某台单功能的激光加工设备变为多功能的激光加工装置，实现智能柔性加工。 目前的机器人激光加工装置常有两种形式一种是基于常规数控机床的激光加工设备(以下简称数控激光加工机床)，它的通用性好，不仅能满足光纤传输的固体激光器激光加工的要求，而且满足依靠光学镜片的反射传输的C02激光器的激光加工要求；另一种是基于多轴机器人的激光加工装置，它的柔性化程度高，与固体激光器的光纤输出相适应，能够满足各种复杂三维形状的激光加工要求，C02激光器因其光束难以用光纤传输，因此很少使用机器人作为加工系统。 现有的数控激光加工机床按照所加工对象的性能要求，可以是二到五个自由度。一般为五个自由度，称为五轴联动激光加工装置，它包括三个平动轴和二个回转轴，可以加工大尺寸范围的复杂零件。但是在实际加工中却有其自身的技术难度 1.编程复杂，难度大。因为五轴加工除了三个直线平动外，还有两个旋转运动参与，其合成的运动的空间轨迹相当复杂和抽象。为了加工出所需的空间自由曲面，往往需要多次坐标变换和复杂的空间集合运算，同时还要考虑各轴运动的协调性，避免干涉、冲撞，编程难度相当大。 2.对数控和伺服系统要求高。由于五轴加工要协调控制五个轴，数控系统必须要有五轴联动的控制功能；另外合成运动有回转运动的加入，增加了插补运算的工作量；回转运动的微小误差有可能放大，为了避免影响加工的精度，要求数控系统要有极高的运算速度。 激光机器人加工系统一般采用关节式机器人，适合几乎任何角度和轨迹的工作，可以自由编程，可控制的错误率，较高的生产效率。但是目前多数的机器人在应用时定点在某个固定位置，由于机器人自身工作空间的限制，在实际加工中其工作范围显得较为狭窄，对于大型工件，如大型模具、机车车身、船舶等大型复杂零件的加工无能为力。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提出了一种数控激光加工装置，该装置不但提高了激 光加工装置的柔性化和自动化控制能力，降低了数控编程的难度，而且大幅提高了激光加 工效率和加工零件尺寸范围，特别可以满足大尺寸和超大尺寸零部件的数控激光加工要 求。 本技术提供的数控激光加工装置包括激光器，冷却机，龙门框架，机器人滑 台，机器人，床头箱，工作台，立柱导轨，第一、第二伺服电机，控制器，尾座和激光加工头； 龙门框架的横梁上安装有直线导轨，机器人滑台安装在龙门框架的横梁上的直线 导轨上，第一伺服电机安装在龙门框架的立柱上，第一伺服电机控制机器人滑台沿直线导 轨移动； 机器人为三轴以上的工业机器人，固定安装在在机器人滑台上，通过机器人滑台倒挂在龙门立柱的横梁上面，激光加工头安装在机器人的最后一个关节末端上；激光加工头通过光纤与激光器相连；冷却机通过冷却管分别与激光器及激光加工头相连； 工作台位于龙门框架的下方，床头箱固定在工作台的端部，尾座活动安装在工作台上；第二伺服电机控制工作台上的待加工工件与龙门框架相对移动； 控制器分别通过控制线与机器人及机器人滑台连接。 上述技术方案可以采用下述改进方式的一种或几种予以优化(一)机器人滑台 包括滑座和限位开关，滑座的底部上设有与直线导轨配合的凸台，限位开关装在滑座两侧， 通过信号线接到第一伺服电机；在滑座中部安装有一个滚珠丝杠螺母，滚珠螺杆位于龙门 框架的横梁中间，中部与安装在滑座上的滚珠丝杠螺母相配合，末端与第一伺服电机相连。 (二)工作台两侧对称安装有第一、第二立柱导轨，龙门框架的两个立柱安装在立柱导轨 上，构成机械滑台结构，第二伺服电机驱动龙门框架沿立柱导轨移动。(三)工作台的滑槽 上安装有滑鞍，第二伺服电机带动滑鞍沿工作台上的滑槽移动。 本技术装置可以实现一种新的数控激光加工方式，它将激光加工数控机床和 关节机器人集合起来，不仅克服了现有激光加工数控机床加工系统编程复杂、控制较难和 费用高的缺陷，而且解决了关节机器人激光加工装置加工范围小的问题。具体而言，本实用 新型具有以下技术效果 1.采用移动龙门结构，机器人可以沿着龙门立柱横梁方向直线运动，同时立柱可 以沿着直线导轨纵向移动，增加了两个自由度，大大提高了机器人的加工范围，从而提高了 加工系统的加工范围； 2.采用固定龙门结构，机器人也可以沿着龙门立柱横梁方向直线运动，同时工作 台滑鞍可以沿着工作台纵向运动，同样增加了系统两个自由度，大大提高了加工系统的加 工范围； 3.采用先进的多轴关节机器人，提高了系统的柔性和自动化控制能力。一般而言，现代的商业机器人本身已经开发了强大的软件控制系统，可以进行示教或者离线编程，大大降低了复杂曲面加工的编程难度，提高了生产效率；此外，机器人本身一般带有自身开发的控制系统，从而使整个加工中心的控制系统设计得到简化；而且随着工业机器人在工业、物流等领域的逐渐普及，价格越来越低，从而整个系统的成本也将降低。 4.该加工系统的刀具为激光，激光器可以采用业已成熟的固体激光器(包括灯泵浦激光器、二极管泵浦全固态激光器、二极管激光器或者是光纤激光器)，其共同特点是 激光束可以通过光纤传输，因此可以和机器人的柔性化运动过程相结合，提高激光加工的 精度和效率。 5.工作台都采用数控机床形式，是工件的装夹和加工都非常方便，从而使该加工 中心具有很大通用性。 6.激光加工头可以根据加工需要进行跟换，大大提高了加工的通用性和实用性。 7.将机器人的六个轴以及系统其它轴的运动集成到控制器进行控制，可以实现系 统的多轴联动控制。附图说明图1为本技术装置的一种具体实施方式的结构主视图； 图2为图1的左视图； 图3为机器人滑台4的主视图； 图4为本技术装置的另一种具体实施方式的结构主视图； 图5为图3的左视图； 图6为图3的俯视图。具体实施方式本技术均能满足对大型工件的激光加工、控制相对简单、成本较低的要求。 下面通过借助实施例更加详细地说明本技术，但以下实施例仅是说明性的， 本技术的保护范围并不受这些实施例的限制。 如图1、2所示，本技术提供的多轴联动数控激光加工装置包括激光器l，冷却机2，龙门框架3，机器人滑台4，机器人5，滚珠螺杆6，床头箱7，工作台8，立柱导轨9、9'，第一伺服电机IO，控制器ll，龙门立柱驱动系统12，尾座13，激光加工头14。 激光器1可以是灯泵浦激光器、二极管泵浦全固态激光器、光纤激光器或者其它能够方便通过光纤传输的激光器，它主要是用来产生加工中心的刀具 一激光，并对激光的参数进行控制和优化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控激光加工装置，其特征在于：该装置包括激光器（１），冷却机（２），龙门框架，机器人滑台（４），机器人（５），床头箱（７），工作台（８），立柱导轨，第一、第二伺服电机（１０、１２），控制器（１１），尾座（１３）和激光加工头（１４）；龙门框架的横梁上安装有直线导轨，机器人滑台（４）安装在龙门框架（３）的横梁上的直线导轨（１９）上，第一伺服电机（１０）安装在龙门框架（３）的立柱上，第一伺服电机（１０）控制机器人滑台（４）沿直线导轨（１９）移动；机器人（５）为三轴以上的工业机器人，固定安装在机器人滑台（４）上，通过机器人滑台（４）倒挂在龙门立柱（４）的横梁上面，激光加工头（１４）安装在机器人（５）的最后一个关节末端上；激光加工头（１４）通过光纤与激光器（１）相连；冷却机（２）通过冷却管分别与激光器（１）及激光加工头（１４）相连；工作台（８）位于龙门框架的下方，床头箱（７）固定在工作台（８）的端部，尾座（１３）活动安装在工作台（８）上；第二伺服电机（１２）控制工作台（８）上的待加工工件与龙门框架（３）相对移动；控制器（１１）分别通过控制线与机器人（５）及机器人滑台（４）连接。

【技术特征摘要】
一种数控激光加工装置，其特征在于该装置包括激光器(1)，冷却机(2)，龙门框架，机器人滑台(4)，机器人(5)，床头箱(7)，工作台(8)，立柱导轨，第一、第二伺服电机(10、12)，控制器(11)，尾座(13)和激光加工头(14)；龙门框架的横梁上安装有直线导轨，机器人滑台(4)安装在龙门框架(3)的横梁上的直线导轨(19)上，第一伺服电机(10)安装在龙门框架(3)的立柱上，第一伺服电机(10)控制机器人滑台(4)沿直线导轨(19)移动；机器人(5)为三轴以上的工业机器人，固定安装在机器人滑台(4)上，通过机器人滑台(4)倒挂在龙门立柱(4)的横梁上面，激光加工头(14)安装在机器人(5)的最后一个关节末端上；激光加工头(14)通过光纤与激光器(1)相连；冷却机(2)通过冷却管分别与激光器(1)及激光加工头(14)相连；工作台(8)位于龙门框架的下方，床头箱(7)固定在工作台(8)的端部，尾座(13)活动安装在工作台(8)上；第二伺服电机(12)控制工作台(8)上的待加工工件与龙门框架(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓雁，胡乾午，杜敏，高明，李祥友，段军，吴哪吒，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]