[發明專利]一種基于五軸數控銑床的三維激光加工系統實現方法

有效

• 申請號: 201711142503.2
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107824960B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 蔣明;曾曉雁;高明;胡乾午;王鄧志
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K26/08
• 分類號: B23K26/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張建偉;曹葆青

1.一種基于五軸數控銑床的三維激光加工系統實現方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將激光加工頭通過機械連接板固定到五軸數控銑削機床末端，使之作為機床的一類刀具；在五軸機床CNC數控系統中設置激光加工頭尺寸參數，則數控系統能控制機床運載激光加工頭及其激光加工點沿著加工程序預定的三維空間軌跡運動；

所述激光加工頭上各部件通過控制接口與CNC數控系統進行通訊連接，受機床CNC數控系統的統一控制；

(2)在所述五軸機床CNC數控系統通用的G、M代碼之外，擴展激光加工指令，用于控制激光加工頭上各功能部件的動作執行；

(3)在五軸機床CNC數控系統中設置激光加工和機械銑削加工兩種工作模式，并設置在兩種工作模式間切換的M指令，用于切換機床加工模式；當切換到激光加工模式，CNC控制系統使用激光加工指令，關閉銑削指令；當切換到機械銑削加工模式時，CNC控制系統關閉激光加工指令，使用銑削加工指令；

(4)在三維激光加工CAM系統中對待加工工件三維CAD模型進行數據分析，生成三維激光加工路徑，轉換為CNC控制指令，保存為加工程序文件發送給五軸機床CNC數控系統執行，或者直接發送指令控制CNC執行加工指令。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)之后，還包括如下步驟：

激光加工完畢后，卸下激光加工頭，在數控系統中通過M指令將機床工作模式設置到機械銑削加工模式，則整個系統恢復成為一臺五軸機械銑床。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，激光加工頭包括激光切割頭、焊接頭、光纖聚焦刻蝕頭、熔覆頭、送粉或送絲增材制造頭。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光加工頭通過固定板安裝到五軸機床的最后一關節臂的末端。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括從多軸機床末關節臂的側面位置增加輔助固定裝置固定激光加工頭，以提高機床運載激光加工頭的穩定性。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，激光加工頭上電源和控制信號線以及輔助氣路、冷卻水路通過機床空心關節內部走線，實現更高的集成度，減少相互干涉；所述三維激光加工CAM系統與CNC數控系統之間通過數據通訊線路連接。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在同一臺五軸銑床安裝實現不同工藝的激光加工頭，在五軸數控銑削加工CNC系統通用的G、M代碼之外，針對不同激光加工頭功能部件控制需要，增設相應的激光加工CNC控制指令代碼。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，為五軸機床擴展包括激光切割、焊接、熔覆和送風增材多種激光加工功能時，在CNC數控系統中設置多種加工模式，通過M指令在不同的工作模式之間切換，以使能相應的激光加工指令或者機械銑削指令。

9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述三維激光加工CAM系統用于完成三維模型的數據處理和三維激光加工程序G代碼的生成；其中，三維激光加工程序中包括傳統五軸數控機床運動控制指令，以及激光加工頭上激光的開關、激光功率調節、輔助氣體開關、送粉送絲控制及其他激光加工工藝控制指令。

10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，三維激光加工CAM系統具有兩種工作方式：

模式一：將G代碼三維激光加工程序文件發送給CNC數控系統，由CNC數控系統獨立控制五軸機床和激光加工頭協同工作完成三維激光加工；

模式二：直接發送指令給CNC系統，控制五軸數控機床完成三維空間運動和激光頭上各功能部件的開關控制，并實時獲得CNC系統中機床運動狀態，以實現三維激光加工過程的閉環監控。