[实用新型]一种多轴数控激光加工装置

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。

中国发明专利文献“一种数控激光加工装置”（公告号为CN101690994，公开日为2010年04月07日）报道中，提出了一种多轴联动数控激光加工装置，该加工装置将激光加工数控机床和多轴关节机器人集合起来。激光加工数控机床采用了两种机床结构。一是采用移动式龙门结构，多轴关节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；二是采用固定龙门结构，多轴关节机器人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，同样增加了两个自由度。该装置不但提高了激光加工装置的柔性和自动化控制能力，降低了数控编程的难度，而且大幅度提高了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。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多轴数控激光加工装置，该装置简化了激光加工数控机床的结构，降低数控编程的难度，并更大程度地提高加工零件尺寸范围。

本实用新型提供的一种多轴数控激光加工装置，其特征在于，该装置包括固定框架基体，直线导轨，悬臂，多关节机器人，激光加工头，激光器，冷却机，控制器，工作台和伺服电机；

直线导轨安装在固定框架基体的横梁上，悬臂安装在直线导轨上，伺服电机安装在悬臂中部，伺服电机通过传动机构带动悬臂在直线导轨上直线移动；多关节机器人倒挂安装在悬臂的末端，多关节机器人为三轴以上的工业机器人；多关节机器人的最后一个关节末端上安装有激光加工头；激光加工头通过光纤与激光器相连；激光加工头和激光器又通过冷却管分别与冷却机相连；工作台位于激光加工头的下方；控制器通过控制线分别与多关节机器人和悬臂连接。

上述技术方案的改进为：工作台的台面宽度为多关节机器人的最大工作直径，工作台的台面分布有等距的T型槽。