[發(fā)明專利]一種多軸數(shù)控激光加工裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010528434.0
• 申請(qǐng)日: 2010-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102000913A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾曉雁;杜敏;胡乾午;曹宇;蔡志祥;李重洋;高明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/00
• 分類號(hào): B23K26/00;B23K26/42;B23K26/08
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控激光加工裝置。該裝置可用于對(duì)不同型號(hào)的工件進(jìn)行激光加工，包括焊接、切割和表面熱處理等，尤其適用于大型工件的激光加工。

背景技術(shù)

近年來(lái)，高功率激光加工技術(shù)因其加工效率高、無(wú)機(jī)械接觸、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。特別是激光加工裝置的“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(xué)系統(tǒng)、聚焦方式等密切相關(guān)。當(dāng)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(shí)，或者改變激光加工頭的結(jié)構(gòu)（如切割頭、焊接頭等），激光加工工藝將會(huì)發(fā)生性質(zhì)的變化，如從激光切割變?yōu)榧す夂附踊蛘呒す獗砻鎻?qiáng)化處理等，而相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等幾乎無(wú)需改動(dòng)。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(tái)單功能的激光加工設(shè)備變?yōu)槎喙δ艿募す饧庸ぱb置，實(shí)現(xiàn)智能柔性加工。

目前的機(jī)器人激光加工裝置常有兩種形式：一種是基于常規(guī)數(shù)控機(jī)床的激光加工設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱數(shù)控激光加工機(jī)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(xué)鏡片的反射傳輸?shù)腃O2激光器的激光加工要求；另一種是基于多軸機(jī)器人的激光加工裝置，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激光器因其光束難以用光纖傳輸，因此很少使用機(jī)器人作為加工系統(tǒng)。

現(xiàn)有的數(shù)控激光加工機(jī)床按照所加工對(duì)象的性能要求，可以是二到五個(gè)自由度。一般為五個(gè)自由度，稱為五軸聯(lián)動(dòng)激光加工裝置，它包括三個(gè)平動(dòng)軸和二個(gè)回轉(zhuǎn)軸，可以加工大尺寸范圍的復(fù)雜零件。但是在實(shí)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?yàn)槲遢S加工除了三個(gè)直線平動(dòng)外，還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參與，其合成的運(yùn)動(dòng)的空間軌跡相當(dāng)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(biāo)變換和復(fù)雜的空間集合運(yùn)算，同時(shí)還要考慮各軸運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性，避免干涉、沖撞，編程難度相當(dāng)大。

2.對(duì)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(gè)軸，數(shù)控系統(tǒng)必須要有五軸聯(lián)動(dòng)的控制功能；另外合成運(yùn)動(dòng)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的加入，增加了插補(bǔ)運(yùn)算的工作量；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)算速度。

激光機(jī)器人加工系統(tǒng)一般采用關(guān)節(jié)式機(jī)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(cuò)誤率，較高的生產(chǎn)效率。但是目前多數(shù)的機(jī)器人在應(yīng)用時(shí)定點(diǎn)在某個(gè)固定位置，由于機(jī)器人自身工作空間的限制，在實(shí)際加工中其工作范圍顯得較為狹窄，對(duì)于大型工件，如大型模具、機(jī)車車身、船舶等大型復(fù)雜零件的加工無(wú)能為力。

中國(guó)發(fā)明專利文獻(xiàn)“一種數(shù)控激光加工裝置”（公告號(hào)為CN101690994，公開(kāi)日為2010年04月07日）報(bào)道中，提出了一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控激光加工裝置，該加工裝置將激光加工數(shù)控機(jī)床和多軸關(guān)節(jié)機(jī)器人集合起來(lái)。激光加工數(shù)控機(jī)床采用了兩種機(jī)床結(jié)構(gòu)。一是采用移動(dòng)式龍門(mén)結(jié)構(gòu)，多軸關(guān)節(jié)機(jī)器人可以沿著龍門(mén)立柱橫梁方向直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)立柱可以沿著直線導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，增加了兩個(gè)自由度；二是采用固定龍門(mén)結(jié)構(gòu)，多軸關(guān)節(jié)機(jī)器人可以沿著龍門(mén)立柱橫梁方向直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)工作臺(tái)滑鞍可以沿著工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)，同樣增加了兩個(gè)自由度。該裝置不但提高了激光加工裝置的柔性和自動(dòng)化控制能力，降低了數(shù)控編程的難度，而且大幅度提高了加工效率和加工零件尺寸范圍，特別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。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多軸數(shù)控激光加工裝置，該裝置簡(jiǎn)化了激光加工數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，降低數(shù)控編程的難度，并更大程度地提高加工零件尺寸范圍。

本發(fā)明提供的一種多軸數(shù)控激光加工裝置，其特征在于，該裝置包括固定框架基體，直線導(dǎo)軌，懸臂，多關(guān)節(jié)機(jī)器人，激光加工頭，激光器，冷卻機(jī)，控制器，工作臺(tái)和伺服電機(jī)；

直線導(dǎo)軌安裝在固定框架基體的橫梁上，懸臂安裝在直線導(dǎo)軌上，伺服電機(jī)安裝在懸臂中部，伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)懸臂在直線導(dǎo)軌上直線移動(dòng)；多關(guān)節(jié)機(jī)器人倒掛安裝在懸臂的末端，多關(guān)節(jié)機(jī)器人為三軸以上的工業(yè)機(jī)器人；多關(guān)節(jié)機(jī)器人的最后一個(gè)關(guān)節(jié)末端上安裝有激光加工頭；激光加工頭通過(guò)光纖與激光器相連；激光加工頭和激光器又通過(guò)冷卻管分別與冷卻機(jī)相連；工作臺(tái)位于激光加工頭的下方；控制器通過(guò)控制線分別與多關(guān)節(jié)機(jī)器人和懸臂連接。

上述技術(shù)方案的改進(jìn)為：工作臺(tái)的臺(tái)面寬度為多關(guān)節(jié)機(jī)器人的最大工作直徑，工作臺(tái)的臺(tái)面分布有等距的T型槽。