[發(fā)明專利]多軸聯(lián)動數(shù)控激光加工系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910272361.0
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101690993A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾曉雁;胡乾午;杜敏;高明;李祥友;段軍;吳哪吒
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/08;B23K26/42
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域的數(shù)控激光加工系統(tǒng)，用于對不同型號的工件進行激光加工，包括焊接、切割和表面熱處理等，特別是能滿足大型工件的激光加工。

背景技術(shù)

近年來，高功率激光加工技術(shù)因其加工效率高、無機械接觸、易于實現(xiàn)自動化等一系列優(yōu)點，在工業(yè)領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是激光加工系統(tǒng)的“刀具”為激光，其加工特性與激光束的輸出方式、能量大小以及所采用的光學系統(tǒng)、聚焦方式等密切相關(guān)。當我們改變激光的輸出功率、輸出脈沖頻率或占空比等參數(shù)時，或者改變激光加工頭的結(jié)構(gòu)(如切割頭、焊接頭等)，相應(yīng)的激光加工工藝也會改變，如從激光切割改變?yōu)榧す夂附踊蛘呒す獗砻鎻娀幚淼龋鄳?yīng)的機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等幾乎無需改動。這樣，我們就可以利用改變激光加工參數(shù)(包括工藝參數(shù)和加工頭)的方法使某臺單功能的激光加工設(shè)備變?yōu)槎喙δ艿募す饧庸は到y(tǒng)，實現(xiàn)智能化、柔性化加工。

目前的機器人激光加工系統(tǒng)常有兩種形式：一種是基于常規(guī)數(shù)控機床的激光加工設(shè)備(以下簡稱數(shù)控激光加工機床)，它的通用性好，不僅能滿足光纖傳輸?shù)墓腆w激光器激光加工的要求，而且滿足依靠光學鏡片反射、透射傳輸?shù)腃O₂激光器的激光加工要求；另一種是基于多軸工業(yè)機器人的激光加工系統(tǒng)，它的柔性化程度高，與固體激光器的光纖輸出相適應(yīng)，能夠滿足各種復(fù)雜三維形狀的激光加工要求。CO₂激光器因無法用光纖傳輸激光束，因此很少使用機器人作為加工系統(tǒng)。

數(shù)控激光加工機床按照所加工對象的性能要求，可以是二到五個自由度。通常采用五個自由度的加工機床，稱為五軸聯(lián)動激光加工系統(tǒng)，它包括三個平動軸和二個回轉(zhuǎn)軸，可以加工大尺寸范圍的復(fù)雜零件。但是在實際加工中卻有其自身的技術(shù)難度：

1.編程復(fù)雜，難度大。因為五軸加工除了三個直線平動外，還有兩個旋轉(zhuǎn)運動軸參與，其合成的運動的空間軌跡相當復(fù)雜和抽象。為了加工出所需的空間自由曲面，往往需要多次坐標變換和復(fù)雜的空間集合運算，同時還要考慮各軸運動的協(xié)調(diào)性，避免干涉、沖撞，編程難度相當大。

2.對數(shù)控和伺服系統(tǒng)要求高。由于五軸加工要協(xié)調(diào)控制五個軸，數(shù)控系統(tǒng)必須要有五軸聯(lián)動的控制功能；另外合成運動有回轉(zhuǎn)運動的加入，增加了插補運算的工作量；回轉(zhuǎn)運動的微小誤差有可能放大，為了避免影響加工的精度，要求數(shù)控系統(tǒng)要有極高的運算速度。

激光機器人加工系統(tǒng)一般采用關(guān)節(jié)式機器人，適合幾乎任何角度和軌跡的工作，可以自由編程，可控制的錯誤率，較高的生產(chǎn)效率。但是目前多數(shù)的機器人在應(yīng)用時定點在某個固定位置，由于機器人自身工作空間的限制，在實際加工中其工作范圍偏小，對于大型工件，如汽車的大型覆蓋件模具、船舶與機車制造中的大型復(fù)雜零件的加工無能為力。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種多軸聯(lián)動數(shù)控激光加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了關(guān)節(jié)機器人激光加工系統(tǒng)加工范圍小的問題，可以滿足大尺寸和超大尺寸零部件的數(shù)控激光加工要求。

本發(fā)明提供的多軸聯(lián)動數(shù)控激光加工系統(tǒng)，其特征在于：

工作臺上安裝有第一直線導軌，第一直線導軌的兩端分別安裝有工作臺尾座和床頭箱，第一、第二開式中心托架活動安裝在第一直線導軌上，并位于工作臺尾座和床頭箱之間；

導軌臺安裝在工作臺旁，導軌臺上設(shè)置有與第一直線導軌平行的第二直線導軌，移動滑臺活動安裝在第二直線導軌上；機器人為三軸以上的工業(yè)機器人，機器人固定在移動滑臺上，激光加工頭安裝在機器人的最后一個關(guān)節(jié)末端上；

激光加工頭通過光纖與激光器相連；冷卻機通過冷卻管分別與激光器及激光加工頭相連；

控制器分別通過控制線與機器人及移動滑臺連接，控制機器人及控制移動滑臺帶動機器人在導軌臺上移動。