[發(fā)明專利]一種基于五軸數(shù)控銑床的三維激光加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711142503.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN107824960B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣明;曾曉雁;高明;胡乾午;王鄧志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/08
• 分類號(hào): B23K26/08
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 張建偉;曹葆青

本發(fā)明提出一種基于五軸數(shù)控銑床的三維激光加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明將激光加工頭通過(guò)機(jī)械連接板固定到多軸機(jī)床末端，使得該激光加工頭成為機(jī)床的一類特殊刀具；激光加工頭上各部件(包括氣路、激光、送粉機(jī)構(gòu)等)通過(guò)控制接口與CNC數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，受機(jī)床CNC數(shù)控系統(tǒng)的統(tǒng)一控制；在五軸數(shù)控機(jī)床的CNC數(shù)控系統(tǒng)之外，配備三維激光加工CAM系統(tǒng)。本發(fā)明將傳統(tǒng)的五軸數(shù)控機(jī)械加工機(jī)床重組為大尺度三維激光加工系統(tǒng)，所用激光加工頭可以是通用的激光切割頭、焊接頭、光纖刻蝕頭、激光送粉熔覆頭、送絲增材制造頭等加工頭，能解決現(xiàn)有技術(shù)存在需要重新建立專門五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人加工范圍有限等技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中三維激光加工技術(shù)(包括三維激光切割、焊接、刻蝕、熔覆、增材等)，特別涉及一種基于現(xiàn)有的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)械銑床擴(kuò)展重組實(shí)現(xiàn)為三維激光加工系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)

激光加工具有高能束、高精度、高效率、非接觸加工、材料適應(yīng)性廣、工藝多樣的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)制造，但專用的三維激光加工系統(tǒng)需要架構(gòu)復(fù)雜的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，定位精度要求高，調(diào)校復(fù)雜而且造價(jià)昂貴。傳統(tǒng)的機(jī)械加工領(lǐng)域已經(jīng)廣泛采用五軸數(shù)控銑床或工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行大型零件三維機(jī)械加工，將激光與五軸機(jī)床或工業(yè)機(jī)器人結(jié)合則可以更經(jīng)濟(jì)便利的實(shí)現(xiàn)三維激光加工系統(tǒng)。

研究人員已有將激光加工頭安裝到工業(yè)機(jī)器人末端來(lái)組成三維激光加工系統(tǒng)，如申請(qǐng)?zhí)枮?00920228700的實(shí)用新型專利“一種數(shù)控激光加工裝置”和申請(qǐng)?zhí)枮镃N201710029392的發(fā)明專利申請(qǐng)“基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工方法和裝置”，通過(guò)將激光加工頭安裝到工業(yè)機(jī)器人的末端，固定在機(jī)器人旁邊的激光器與激光加工頭通過(guò)光纖相連，采用工業(yè)機(jī)器人自帶的NC數(shù)控系統(tǒng)控制工業(yè)機(jī)器人的三維運(yùn)動(dòng)，運(yùn)載激光頭實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸工件的三維激光切割、焊接或刻蝕加工。這種將激光切割頭或焊接頭甚至光纖激光直接組合到機(jī)器人的技術(shù)方案，充分利用了工業(yè)機(jī)器人柔性高、系統(tǒng)集成簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但工業(yè)機(jī)器人采用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，因此其可達(dá)空間范圍有限，因此三維激光加工范圍有限。

研究人員也有設(shè)計(jì)將激光加工頭安裝到五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床上組合成針對(duì)復(fù)雜自由曲面的三維激光加工系統(tǒng)。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010115968.0的中國(guó)發(fā)明專利“一種自由曲面上的投影式激光刻蝕方法”，設(shè)計(jì)了三軸數(shù)控機(jī)床+二軸偏轉(zhuǎn)振鏡的三維投影式激光刻蝕系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)將工件曲面投影到水平面然后進(jìn)行分層加工，通過(guò)三軸數(shù)控機(jī)床調(diào)整激光頭的XYZ空間位置定位到各層，然后振鏡掃描激光加工。專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N 102151984 A的發(fā)明專利“一種適用于復(fù)雜曲面的激光加工方法及裝置”，設(shè)計(jì)了具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床拉刀接口的三坐標(biāo)激光刻蝕加工頭，安裝至五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)拉刀刀座上，成為五軸機(jī)床的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)刀具，通過(guò)對(duì)復(fù)雜曲面劃分成多個(gè)子曲面片，五軸機(jī)床依次定位激光頭到各子曲面片上方，來(lái)完成投影式三維激光刻蝕加工。這類三維加工系統(tǒng)重組方案采用了振鏡掃描加工頭，增加了傳統(tǒng)的NC數(shù)控系統(tǒng)無(wú)法控制的光學(xué)振鏡掃描機(jī)構(gòu)，需要額外增加振鏡控制卡，控制結(jié)構(gòu)和CAM軟件處理都變得復(fù)雜。另一方面機(jī)械結(jié)構(gòu)上采用拉刀接口進(jìn)行連接，雖然便于安裝和拆卸，但限制了激光刻蝕加工頭的重量，影響三維激光加工功能的擴(kuò)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種將傳統(tǒng)的五軸數(shù)控機(jī)械加工機(jī)床便利地重組為大尺度三維激光加工系統(tǒng)的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在需要重新建立專門五軸機(jī)械結(jié)構(gòu)、振鏡加五軸機(jī)床控制復(fù)雜、工業(yè)機(jī)器人加工范圍有限等技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提出的一種基于五軸數(shù)控銑床的三維激光加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟：

(1)將激光加工頭通過(guò)機(jī)械連接板固定到五軸數(shù)控銑削機(jī)床末端，使之作為機(jī)床的一類刀具；在五軸機(jī)床CNC數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置激光加工頭尺寸參數(shù)，則數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床運(yùn)載激光加工頭及其激光加工點(diǎn)沿著加工程序預(yù)定的三維空間軌跡運(yùn)動(dòng)；

所述激光加工頭上各部件，包括氣路、激光和送粉機(jī)構(gòu)等，通過(guò)控制接口與CNC數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接，受機(jī)床CNC數(shù)控系統(tǒng)的統(tǒng)一控制；