一种激光切割机及其工作方法
技术领域
本发明涉及激光切割机及其工作方法,尤其涉及一种重型大幅面厚板激光切割机的改进及其工作方法。
背景技术
宽、大幅面激光切割机有很大市场应用前景,由于其切割幅面大,所以通常运动部件的重量大,比如:主横梁单体重量达2-3吨,加上激光发生器、水冷机等,约有4-5吨的重量。主横梁重量大的主要弊病是:1、重量大、惯性大,使得主横梁运动的动态响应速度差,对加工精度与质量有很大的影响。2、使得主横梁结构的刚度差,会造成传动***定位误差大。上述两问题使得现有设备在加工小孔槽或局部复杂形状时,精度低、质量低、加工效率低。运动部件质量大时,工作过程中驱动***消耗功率大,不符合当今低碳减排的产业要求。
发明内容
本发明针对以上问题,提供了一种能够像小幅面激光切割机一样,具有高的切割质量、高效率,高精度,且切割过程中驱动***消耗的功率较小的大幅面的激光切割机及其工作方法。
本发明的激光切割机:包括设有X导轨的机座、设有Y导轨的主横梁和激光头座,所述主横梁与机座上的X导轨活动相连,它还包括用于激光头在X向实现短程动作的悬臂梁;所述悬臂梁上设有X短导轨;所述悬臂梁的根部与所述主横梁上的Y导轨活动相连,使所述悬臂梁做Y向运动;所述激光头座与所述X短导轨活动相连。
它还包括控制器,所述控制器中包括记载有控制激光头座相对于X导轨和X短导轨进行复合运动时生成VX速度、进而与VY速度合成时、合成的矢量速度相对于工件具有均匀速率的程序的存储器。
本发明激光切割机的工作方法,
首先,将所述X短导轨的有效工作行程设为LX1,在该LX1中间部分设LX1长度的50-95%为LX2,LX2两端至LX1两端分别为缓冲区;
然后,按以下步骤进行:
1)、数据录入;将板料中所有需加工的轮廓、孔槽参数输入控制器;
2)、计算;
2.1)、孔槽;
2.1.1)、从加工开始端按照LX1长度划分出X短导轨的第一加工区域,对出现在第一加工区域内的孔槽A进行统计,将其纳入第一加工区域的加工范围;
2.1.2)、沿X方向对部分轮廓出现在第一加工区域之内的孔槽B再进行统计;
2.1.3)、计算出孔槽B边缘最接近加工开始端的X向坐标参数,作为第二加工区域的加工开始端;再依照本步骤的前述规则,划分出后续加工区域;
2.2)、板料轮廓;
2.2.1)对X方向两次变向的连续性轮廓线A;计算出所述轮廓线A边缘最接近加工开始端的X向坐标参数,作为第一加工区域的起始边界,同时也是LX1的起始点;至以LX1为基准,朝向下一加工区域的LX2的端点为X短导轨的第一加工区域;以所述朝向下一加工区域的LX2的端点一侧的缓冲区为X短导轨和X导轨运动互换的互换区;
2.2.2)对小于X方向两次变向的连续性形状轮廓线B,纳入主横梁在X导轨上一次性由头至尾的加工范围;
最后,按上述计算启动激光切割机工作,制得。
本发明的大幅面激光切割机,增加了一个X短导轨作为激光头X向短程运动的载体;这样,在进行局部加工时(比如,在加工一些军工、航天产品时,有比较复杂的轮廓形状,并且有极高的精度要求)。在X短导轨行程范围内加工精度要求高、形状复杂的轮廓则无需启动主横梁运动;一来,大大降低了***驱动功率,二来,运行精度也更高,可靠性更好。在更大范围内工作时,才需要进行X短导轨(激光头座与悬臂梁)和X导轨(主横梁与机座)的互换运动(即VX短速度由某值均匀减至0,VX长速度由0匀增0至某值)。由于激光切割时需要保证激光束能量作用于板料的均匀性(接触时间不均匀,容易造成板料边缘不规整),需要对复合(互换)运动的速度VX(VX短+VX长)进行采集,并与VY合成的矢量速度进行合成,以确保激光束相对于板料的运行速率的均匀性。为此,本发明采用了矢量控制原理对VX短、VX长和VY进行合成,以有效控制加工时的速率,确保加工的质量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图中1是X导轨,2是主横梁,3是激光发生器,4是Y导轨,5是激光头座驱动机构,6是X短导轨,7是激光头座,8是悬臂梁,9是激光头。
图2是图1的俯视图
图3是图2的左视图
图4是本发明使用状态参考图一
图中10是孔槽,11是板料,12是缓冲区,13是第一加工区域;
图5是本发明使用状态参考图二
图6是本发明使用状态参考图三
图7是本发明使用状态参考图四
图8是本发明使用状态参考图五
图中14是X方向两次变向的连续性轮廓线A,15是斜边;
图9是本发明使用状态参考图六
图中16是另一X方向两次变向的连续性轮廓线A。
各图中标示了参考坐标系。
具体实施方式
本发明如图1-3所示,所述切割机包括设有X导轨1(可以是丝杠)的机座、设有Y导轨4的主横梁2和激光头座7,激光发生器3设置在主横梁2上,激光头9通过Z向导轨设在激光头座7上,所述主横梁2与机座上的X导轨1活动相连,它还包括用于激光头9在X向实现短程动作的悬臂梁8;所述悬臂梁8上设有X短导轨6;所述悬臂梁8的根部与所述主横梁2上的Y导轨4活动相连,使所述悬臂梁8可以做Y向运动;所述激光头座7与所述X短导轨6活动相连,通过激光头座驱动机构5实现相对运动。
它还包括控制器,所述控制器中包括记载有控制激光头座7相对于X导轨1和X短导轨6进行复合运动时生成VX速度、进而与VY速度合成时、合成的矢量速度相对于工件具有均匀速率的程序的存储器。最终可控制激光束作用于工件的能量的均匀性。
具体实施后,本发明相对于现有技术的特点有:
增加一个X向的复合运动,X2轴。
主横梁X1向驱动采用直线电机;采用滚珠丝杠,其中丝杠固定,螺母由驱动电机同步带轮带动旋转,实现X1向的运动。X2轴驱动采用直线电机驱动;齿轮齿条驱动。
Y向运动采用直线电机驱动;采用滚珠丝杠,其中丝杠固定,螺母由驱动电机同步带轮带动旋转,实现Y向的运动。Y向运动的悬梁臂结构,为增强其水平和竖直方向的刚度,采用变截面梁。Y向运动的横梁也可以采用龙门结构。
Z轴方向采用直线电机驱动;滚珠丝杠传动。
本发明激光切割机的工作方法,
首先,将所述X短导轨6的有效工作行程设为LX1(图中疏虚线),在该LX1中间部分设LX1长度的50-95%为LX2(图中密虚线),LX2两端至LX1两端分别为缓冲区12;
然后,按以下步骤进行:
1)、数据录入;将板料11中所有需加工的轮廓、孔槽10参数输入控制器;
2)、计算;
2.1)、孔槽10;
2.1.1)、从加工开始端按照LX1长度划分出X短导轨的第一加工区域13(图中点虚线),对出现在第一加工区域内13的孔槽A进行统计,将其纳入第一加工区域13的加工范围;
2.1.2)、沿X方向对部分出现在第一加工区域13之内的孔槽B再进行统计;
2.1.3)、计算出孔槽B边缘最接近加工开始端的X向坐标参数,作为第二加工区域的加工开始端;再依照本步骤的前述规则,划分出后续加工区域;
2.2)、板料轮廓;
2.2.1)对X方向两次变向的连续性轮廓线A14;计算出所述轮廓线A14边缘最接近加工开始端的X向坐标参数,作为第一加工区域的起始边界,同时也是LX1的起始点;至以LX1为基准,朝向下一加工区域的LX2的端点为X短导轨的第一加工区域;以所述朝向下一加工区域的LX2的端点一侧的缓冲区为X短导轨和X导轨运动互换的互换区;
2.2.2)对小于X方向两次变向的连续性形状轮廓线B,纳入主横梁在X导轨上一次性由头至尾的加工范围;
最后,按上述计算启动激光切割机工作,制得。
下面结合实例进一步说明本发明的工作方法:
第一种使用状态:如图4所示,板料11具有小于X方向两次变向的连续性形状轮廓线B,板面上具有若干孔槽10,如图中由左至右,四个圆孔及四个槽孔的左右边界处于LX1范围内,将该四个圆孔及四个槽孔纳入第一加工区域13进行加工;即主横梁2使悬臂梁8停留在第一加工区域13的位置,依靠激光头9相对于悬臂梁8上X短导轨的运动实现所述四个圆孔和四个槽孔(孔槽A)的加工。
第二种使用状态:如图5所示,板料11上靠近加工开始端有四个孔,其中最右边的圆孔(孔槽B)的部分处于LX1范围内,计算出孔槽B边缘最接近加工开始端的X向坐标参数,作为第二加工区域的加工开始端;再依照本步骤的前述规则,划分出后续加工区域;直至依次完成如图6、7所示的孔槽。此时第一加工区域变小,即只加工右端的三个孔。
第三种使用状态:如图8所示,图中左侧为X方向两次变向的连续性轮廓线A14,比如飞机上低雷达波发射的结构件,具有极高的精度要求,如果以主横梁为X向驱动的话,惯性会降低加工的精度。采用本发明的激光切割机,将复杂轮廓部分纳入第一加工区域,以激光头相对于X短导轨的运动进行该复杂轮廓的加工,能大大提高加工的精度。对于板料上的斜边15,需要进行激光头由X短导轨和X导轨驱动运动的互换,在激光头进入缓冲区后,X短导轨上驱动机构驱动激光头的速度由某值匀速降低至0,X导轨上驱动主横梁以使激光头运动的速度由0增至某值,以确保匀速地运动。
在该种情况下,如果出现如图9所示,在另一端有另一X方向两次变向的连续性轮廓线A16时,将该轮廓线纳入最后一加工区域,利用X短导轨进行加工。此时,需进行上述互换运动的反向互换运动,以进行切换;即最后加工区域朝向加工端的缓冲区域成为主横梁的减速区域,成为激光头的增速区域。
本发明能实现:一、定点区域加工(主横梁在X导轨上停留在一位置,由激光头相对于X短导轨运动实现加工);二、定点区域加工+合成运动加工(对超出X短导轨运动范围的部分,可以进行主横梁、激光头合成运动实现加工);三、主横梁加工(对简单轮廓,直接由主横梁相对于X导轨运动,实现一次性切割加工。)