[发明专利]配置双摆头的激光切割机

说明书

本发明实施例公开一种配置双摆头的激光切割机，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B轴输入轴的一端支撑于双摆头的齿轮箱箱体，B轴输入轴的另一端支撑于C轴摆臂的空腔内，首级B轴传动轴和末级B轴传动轴分别支撑于C轴摆臂的空腔内，B轴输入轴与首级B轴传动轴之间、以及首级B轴传动轴和末级B轴传动轴之间分别以螺旋锥齿轮副啮合，末级B轴传动轴与B轴摆头安装座固连。本发明可提高激光切割机的综合性能。

本发明为申请人于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”的中国发明专利申请的分案申请，其全部内容结合于本申请之中。

技术领域

本发明涉及激光切割技术，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。

背景技术

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(Direct Driver，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。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明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。