[实用新型]一种数控激光加工装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光加工领域，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。

背景技术

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CO2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，CO2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。

发明内容

针对上述问题，本实用新型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。

本实用新型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。