CN115338531A - 激光切割方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光切割方法及装置，该方法包括：将待切割工件装载于变位机；待切割工件对应有至少两个切割位置；变位机控制待切割工件旋转到预设的切割位置，获取预设的切割位置所对应的切割数据；其中，变位机旋转的角度大于或等于0度；应用切割数据，对待切割工件进行加工。在三维切割设备的基础上，工件的切割装置还扩展了具有旋转功能的变位机。在变位机上装载待切割工件后，根据待切割工件的类型，变位机相对于切割头的每次旋转，都可以进行切割，以获得更多维度的加工。由此，打破了A轴摆动头及机床Z轴行程的限制，只需要一个制程，无需多次取点检测，无需多点编程，对管材端头等需要双面加工的工件，进行高质量的切割。

Description

激光切割方法及装置

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其是指一种激光切割方法及装置。

背景技术

三维五轴激光切割机主要面向汽车、军工、航空航天、工程机械、船舶、五金、装饰、医疗器械、模具、家用电器、健身器材等领域，以解决各种金属工件三维切割问题，其特点是精度高、速度快、使用成本低、操作维护简单。常规的五轴切割机电气控制***中，如西门子840DSL五轴控制***，共具有六个轴，包括X、Y、Z三个直线轴及C、A两个旋转摆动轴构成五轴联动控制***，以及一个W轴随动控制轴进行激光随动控制。在进行三维切割工件姿态调整时，加工***配备C轴360°无限旋转及A轴±135°摆动以调整切割头姿态，从而按既定的轨迹，对工件的表面进行切割。

现有技术中也可以采用上述的五轴切割机来切割管状工件。通常管状工件的切割部位至少为两个，例如管状工件的正反面和端头等。如图1所示，受限于五轴切割机中A轴摆动头及机床Z轴行程，需要在管状工件不同切割位置对五轴切割机进行第二制程的编辑。因此，在第二制程的编辑的过程中，需要多次取点并编程，取点的误差较大，加之管材端头需要拼接，切割程序繁琐，无法满足高质量的切割要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种激光切割方法及装置，无需多次采点，且能够对特定形状的工件进行高质量的多次切割。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种激光切割方法，所述激光切割方法应用激光切割装置，所述激光切割装置包括用于承载待切割工件且可对待切割工件进行旋转的变位机，以及切割模块，所述方法包括：

将所述待切割工件装载于变位机；所述待切割工件对应有至少两个切割位置；

所述变位机控制所述待切割工件旋转到预设的切割位置，获取所述预设的切割位置所对应的切割数据；其中，所述变位机旋转的角度大于或等于0度；

应用所述切割数据，对所述待切割工件进行加工。

进一步地，若所述待切割工件为管状工件，则所述应用所述切割数据，对所述待切割工件进行加工，包括：

对管状工件的第一外表面区域及第一端进行切割；

按照第一预设角度旋转所述管状工件后，对所述管状工件的第一端进行切割；

按照第二预设角度翻转所述管状工件后，对所述管状工件的第二端及第二外表面区域进行切割。

其中，所述第一预设角度为80～100度，所述第二预设角度为130～140度。

具体的，所述将所述待切割工件装载于变位机，包括：

获取所述待切割工件的定位记录，调节所述变位机，使待检测工件处于预设位置；

若无法获取所述待切割工件的定位记录，对所述待切割工件进行三坐标检测。

上述中，激光切割装置包括变位平台及分布于所述变位平台上的第一变位机与第二变位机，所述第一变位机与所述第二变位机相对设置，所述应用所述切割数据，对所述待切割工件进行加工，还包括：

在所述第一变位机装载的待切割工件进行加工时，为所述第二变位机装载或卸下第二变位机对应的待切割工件。

可选地，所述将所述待切割工件装载于变位机之后，或者，所述对所述待切割工件进行加工之后，所述方法还包括：控制变位机进行原点初始化复位。

其中，所述方法应用于三维多轴激光切割机，所述三维多轴激光切割机设有至少五个联动轴及至少一个激光切割头的随动轴，所述变位机辅助所述三维多轴激光切割机进行切割；所述为变位机装载待切割工件之后，所述方法还包括：调用防干涉初始化程序，避免多轴碰撞。

本申请第二方面提供一种激光切割装置，包括：

变位机模块，用于承载待切割工件；所述待切割工件对应有至少两个切割位置；

所述变位机模块，还用于控制所述待切割工件旋转到预设的切割位置，获取所述预设的切割位置所对应的切割数据；其中，所述变位机旋转的角度大于或等于0度；

具体的，所述切割模块包括：第一控制单元，设有切割头的三维五轴激光切割机；所述第一控制单元，与所述五轴激光切割机电连接，所述三维五轴激光切割机带动所述切割头对所述待切割工件进行加工。

其中，所述变位机模块包括，第二控制单元、与所述第二控制单元电连接的第一变位机旋转轴、与所述第二控制单元电连接的第一变位机旋转轴，与所述第一变位机旋转轴的承载结构；

所述第二控制单元，用于控制所述第一变位机旋转轴与所述第二变位机旋转轴；

所述第一变位机旋转轴，用于转动所述第二变位机旋转轴，以将所述待切割工件装载于所述承载结构；

所述第二变位机旋转轴，用于相对于切割头的方向，翻转所述承载结构；

所述承载结构，用于承载所述待切割工件。

本发明的有益效果在于：在三维切割设备的基础上，工件的切割装置还扩展了具有旋转功能的变位机。在变位机上装载待切割工件后，根据待切割工件的类型，变位机相对于切割头的每次旋转，都可以进行切割，以获得更多维度的加工。由此，打破了A轴摆动头及机床Z轴行程的限制，只需要一个制程，无需多次取点检测，无需多点编程，对管材端头等需要多面加工的工件，进行高质量的切割。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为使用传统技术加工的示意图；

图2为本发明的某一实施例中激光切割方法的整体流程图；

图3为本发明的某一实施例中变位机旋转的流程图；

图4为本发明的某一实施例中进行三坐标检测的流程图；

图5为本发明的某一实施例中所述待切割工件加工的流程图；

图6为本发明的某一实施例中激光切割装置的整体模块图；

图7为本发明的某一实施例中激光切割装置的各模块之间的结构框图；

图8为本发明的某一实施例中激光切割装置后的示意图；

图9为本发明的某一实施例中未旋转的待切割工件的示意图；

图10为本发明的某一实施例中待切割工件旋转90度后的示意图；

图11为本发明的某一实施例中待切割工件旋转135度后的示意图；

标记说明

100-变位机模块；200-切割模块；301-管状工件的第一端；302-管状工件的第一外表面区域；303-管状工件的第二端；304-管状工件的第二外表面区域。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图2，图2为本发明的某一实施例中激光切割方法的整体流程图；

本申请第一方面介绍一种激光切割方法，适于需要在切割过程中进行旋转的工件，尤其利于管状工件的切割。

本实施例中，该激光切割方法应用激光切割装置，所述激光切割装置包括用于承载待切割工件且可对待切割工件进行旋转的变位机及切割模块，包括如下步骤：

步骤S101、将所述待切割工件装载于变位机；所述待切割工件对应有至少两个切割位置；

步骤S102、所述变位机控制所述待切割工件旋转到预设的切割位置，获取所述预设的切割位置所对应的切割数据；其中，所述变位机旋转的角度大于或等于0度；

步骤S103、应用所述切割数据，对所述待切割工件进行加工。

本实施例中，在三维切割设备的基础上，工件的切割装置还扩展了具有旋转功能的变位机。在变位机上装载待切割工件后，根据待切割工件的类型，变位机相对于切割头的每次旋转，都可以按照切割数据进行切割，以获得更多维度的加工。由此，打破了A轴摆动头及机床Z轴行程的限制，只需要一个制程，无需多次取点编程，对管材端头等需要双面加工的工件，进行高质量的切割。

具体的，请参考图3，图3为本发明的某一实施例中变位机旋转的流程图；步骤S102、所述变位机控制所述待切割工件旋转到预设的所述切割位置，获取与所述切割位置对应的切割数据，包括：

步骤S201、判断所述待切割工件为管状工件；其中，所述管状工件包括相对应的第一端与第二端，及所述第一端与第二端之间的第一外表面区域与第二稿外表面区域；

需要了解的是，判断待切割工件是否为管状，可以采用声/光探测器，对待切割工件的长度、宽度、形状等规格进行判断，也可以通过其他参数进行判断；管状工件的第一端301与第二端可以是一一对应，也可以是一对多的关系；

步骤S202、使所述管状工件的第一外表面区域302靠近所述切割头；

本实施例中，步骤S202、使所述管状工件的第一外表面区域302靠近所述切割头，包括至少两种情况；在一种情况下，管状工件装载到变位机后，无需进行旋转，管状工件的第一外表面区域302靠近所述切割头；在另一种情况下，管状工件装载到变位机后，通过变位机的旋转轴进行旋转与定位，使管状工件的第一外表面区域302靠近所述切割头。

步骤S203、按照第一预设角度旋转所述管状工件后，所述管状工件的第一端301靠近所述切割头；

步骤S204、按照第二预设角度翻转所述管状工件后，所述管状工件的第二端303靠近所述切割头。

在第一预设角度旋转所述管状工件后，可以对管状工件的第一端301加工，也可以对管状工件的第一端301附近的第一外表面区域与第二外表面区域进行加工。

需要了解的是，在按照第一预设角度旋转所述管状工件后，不会将管状工件复位，而会保留其旋转的状态，进行一次加工后，直接以第二预设角度旋转所述管状工件。而后，可以对管状工件的第二端303加工，也可以对管状工件的第二端303附近的第一外表面区域与第二外表面区域进行加工。

在一个具体的实施例中，管状工件可以具有一种端头，管状工件的第一端301与第二端仅仅是位置关系，且这两个端头的距离相对于其他端头之间的最远，以此实现多个角度的切割。在另一个具体的实施例中，管状工件可以具有至少两种端头，管状工件的第一端301与第二端仅仅是种类关系，以进行多种类型的切割。在又一个具体的实施例中，管状工件可以具有至少两种端头，管状工件的第一端301与第二端不仅是种类关系，且这两个端头的距离相对于其他端头之间的最远，实现高复杂度的加工。

其中，所述第一预设角度为80～100度，所述第二预设角度为130～140度。在按照第一预设角度进行旋转之后，管状工件的第一端301头内部相对于切割头产生了相对位移；当第一预设角度为80或100度时，管状工件的第一端301头内，远离切割头的部分内表面更容易切割，且对应的外表面部分也更容易切割。在按照第二预设角度旋转之后，管状工件的第二端303头内部相对于切割头产生了相对位移，管状工件的第二端303头内，远离切割头的部分内表面更容易切割，且对应的外表面部分也更容易切割。

需要了解的是，步骤S203、步骤S204可以只进行一次，也可以进行多次；当进行多次时，需要进行复位。而不论步骤S203、步骤S204进行多少次，都会存在定位、检测的步骤。

在一个具体的实施例中，变位机第一次装载某种类型的待切割工件，此时，请参考图4，图4为本发明的某一实施例中进行三坐标检测的流程图。

在一种情况下，曾经对该待切割工件进行过检测，或者通过某些手段，直接获得待切割工件的定位记录，此时无需进行检测。可以通过调节变位机旋转轴的角度，使待检测工件到达合适的位置。此时，步骤S101、所述为变位机装载待切割工件，仅包括：获取所述待切割工件的定位记录，调节所述变位机，使待检测工件处于预设位置。

若无法获取所述待切割工件的定位记录，则步骤S101、所述为变位机装载待切割工件，还包括进行三坐标检测的步骤，具体如下：

步骤S301、在所述待切割工件旋转后，对所述待切割工件进行三坐标检测；

步骤S302、根据三坐标检测结果，判断所述待切割工件偏离对应的位置，则调节所述待切割工件，使所述待切割工件的位置符合预设的装载参数。

需要了解的是，在三维工件编程时，需要将实际工件坐标系的三点与数模编程的三点相对应上，如果将工件的随意装载，则在进行任意翻转之前，进行三坐标检测。如果需要对同一工件多次切割时，每次切割之前都行重新采集工件坐标系的三点坐标，多次采集三点，同时增加了采点误差的风险，多次调试工件，效率与效果都很差。而本实施例中，只需要对同一工件进行一次多点检测，即可进行多次切割。而且，可以使用者可以从任意角度装置待切割工件，都不会影响到设备的运行。

可以理解的是，在步骤S302中，可以包括如下步骤：

在所述待切割工件旋转后，对所述待切割工件进行三坐标检测，判断所述待切割工件位于所述预设位置，则运行旋转与切割的程序。

应当理解的是，只需要记住旋转的角度，在一个变位机的工位上，或者，多个均匀分布的等效变位机的工位上，只需要在第一个工位进行的第一次装载待加工工件时，进行三坐标检测。

进一步地，请参考图5，图5为本发明的某一实施例中所述待切割工件加工的流程图；步骤S103中，在所述变位机进行预设的旋转后，对所述待切割工件进行加工，包括：

步骤S401、对所述管状工件的第一外表面区域302及第一端进行切割；

步骤S402、按照第一预设角度旋转所述管状工件后，对所述管状工件的第一端301进行切割；

步骤S403、按照第二预设角度翻转所述管状工件后，对所述管状工件的第二端303及管状工件的第二外表面区域304进行切割。

在一优选地实施例中，所述第一预设角度为90度，所述第二预设角度为135度。其中，在旋转90度之后，对管状工件的第一外表面区域302及第一端进行切割效果较佳，按照135度翻转所述管状工件后，所述管状工件的第二端303及管状工件的第二外表面区域304的切割效果较优。

进一步地，激光切割装置包括变位平台及分布于所述变位平台上的第一变位机与第二变位机，所述第一变位机与所述第二变位机相对设置，所述应用所述切割数据，对所述待切割工件进行加工，还包括：

在所述第一变位机装载的待切割工件进行加工时，为所述第二变位机装载或卸下第二变位机对应的待切割工件。

其中，第一变位机与第二变位机仅表示相对的位置关系，第一变位机与第二变位机均可以有多个；当第一变位机与第二变位机之间的直线距离最大时，相对应的，变位平台的面积较小。

需要了解的是，所述步骤S101、将所述待切割工件装载于变位机之后，或者，步骤S103、所述对所述待切割工件进行加工之后，所述方法还包括：控制变位机进行原点初始化复位。由此，可以进行多次旋转，实现复杂的加工。

在一具体的实施例中，所述方法应用于三维多轴激光切割机，所述三维多轴激光切割机设有至少五个联动轴及随动轴，所述变位机辅助所述三维多轴激光切割机进行切割；所述为变位机装载待切割工件之后，所述方法还包括：调用防干涉初始化程序，避免多轴碰撞。

本实施例中，变位机是三维多轴激光切割机扩展出来的某一个单元，可能存在不稳定的情况。因此，还需要统合三维多轴激光切割机与变位机的多轴运动轨迹，以避免碰撞。

本申请第二方面提供一种激光切割装置，如图6所示，图6为本发明的某一实施例中激光切割装置的整体模块图，包括：

变位机模块100，用于承载待切割工件；

所述变位机模块100，还用于根据所述待切割工件的类型，相对于切割头的方向，所述变位机旋转至少两次；其中，所述变位机旋转的角度大于或等于0度；

切割模块200，用于在所述变位机进行预设的旋转后，对所述待切割工件进行加工。

该激光切割装置，可以实现本申请第一方面的同等效果。其中，变位机模块100，设有至少一个旋转轴，用于控制变位机相对于切割头的方向旋转。切割模块200，会按照对应的工况，进行所述待切割工件的加工。

所述切割模块200包括：第一控制单元，设有切割头的三维五轴激光切割机；所述第一控制单元，与所述五轴激光切割机电连接，所述三维五轴激光切割机带动所述切割头对所述待切割工件进行加工。其中，三维五轴激光切割机包括，五个联动轴，一个随动轴及切割头。

需要了解的是，第一控制单元内置的驱动控制器，可以控制多个伺服轴。如果只需要对待切割工件的某一面进行加工，则只需要第一控制单元，即可实现较优的加工效果。本实施例中，使用变位机模块100承载待切割工件，并通过U轴或V轴进行位置调节，实现待切割工件的旋转，配合切割模块200。

进一步地，所述变位机模块100包括，第二控制单元、与所述第二控制单元电连接的第一变位机旋转轴、与所述第二控制单元电连接的第一变位机旋转轴，与所述第一变位机旋转轴的承载结构；

所述第二控制单元，用于控制所述第一变位机旋转轴与所述第二变位机旋转轴；

所述第一变位机旋转轴，用于转动所述第二变位机旋转轴，以将所述待切割工件装载于所述承载结构；

所述第二变位机旋转轴，用于相对于切割头的方向，翻转所述承载结构；

所述承载结构，用于承载所述待切割工件。

本实施例中，变位机模块100包括，第一变位机旋转B轴，第二变位机旋转轴U轴；其中，通过B轴控制旋转平台，在旋转平台上设置U轴，在U轴上设置有承载结构，以承载待切割工件。

整体上，需要进行加工时，通过第一变位机旋转B轴的运动使第二变位机旋转轴U轴处于U轴对应的加工位置时，再通过第二变位机旋转轴U轴进行翻转，以更好地加工待切割工件。而待切割工件加工完毕之后，通过第一变位机旋转B轴的运动，使第二变位机旋转轴U轴远离U轴对应的加工位置，以装载待加工工件。

进一步地，当第二变位机旋转轴包括两个轴时，可以分别命名为U轴与V轴，U轴与V轴均安装于旋转平台上，且U轴与V轴以旋转平台的中心点中心对称。在U轴控制的承载结构的工件进行加工时，V轴控制的承载结构进行上下料。可以理解的是，当第二变位机旋转轴包括多个轴时，也具有相近的安装方式与技术效果。

本申请第三方面，使用一个具体的实施例，对激光切割方法与激光切割装置的整体进行论述。

请参阅图7、8；图7为本发明的某一实施例中激光切割装置的各模块之间的结构框图；图8为本发明的某一实施例中激光切割装置后的示意图。

本实施例中，切割模块200又称五轴切割***，可以基于840DSL控制***开发。其中，第一控制单元内置的驱动控制器，最多控制6个伺服轴，当***控制的轴数超过6个伺服轴时，需通过第一控制单元来第二控制单元扩展控制轴数量。其中，第一控制单元，可以是控制单元NCU；第二控制单元，可以是扩展单元NX。

还请参阅图9～11，图9为本发明的某一实施例中未旋转的待切割工件的示意图；图10为本发明的某一实施例中待切割工件旋转90度后的示意图；图11为本发明的某一实施例中待切割工件旋转135度后的示意图。

从整体上看，在待切割工件之后，其所使用的方法，如图8所示，包括：

STEP11、变位机U轴到达参考点；

STEP12、机床准备子程序；

STEP13、变位机U轴旋转0°；

STEP14、运行TABLE ONE.SPF切割子程序；

STEP15、变位机U轴旋转90°；

STEP16、运行TABLE TWO.SPF切割子程序；

STEP17、变位机U轴旋转135°；

STEP18、运行TABLE THREE.SPF切割子程序；

STEP19、加工完成，机床结束子程序，可选择性地控制变位机U轴回到参考点。

由此，通过控制单元NCU控制旋转电机，并控制第二控制单元NX扩展单元，使变位机进行多角度的旋转，分别旋转到0°、90°、135°来满足工件不同切割的工况。在NC通道控制***中，制作3个角度的NC加工程序TABLE ONE.SPF、TABLE TWO.SPF、TABLE THREE.SPF。

此发明巧妙的利用了变位机对工件角度进行变换来满足现有机床的局限性。本申请的技术方案中，只需对工件的一个角度进行三点采集，无需多次对不同角度进行多点采集及编程，减少了编程的繁琐的同时，切割精度更佳。

此外，如果采用双变位机，则第一变位机使用U轴改变其对应的待加工工件位置，第二变位机使用V轴改变其对应的待加工工件位置，U轴与V轴均安装于变位平台，该变位平台通过B轴控制，仅能进行平面旋转，以在保证稳定性的前提下，方便地切换U轴与V轴。此时只需一次采点输出两个工件的程序，提高了编程及切割效率。由此，巧妙的利用了数控***中NC与PLC的交互指令灵活的特性，完成对伺服电机的速度定位控制。而当第一变位机上的待加工工件切割时，第二变位机可进行上下件的步骤，节省了换件的时间，并且同一工种产品只需一次编程及采点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光切割方法，其特征在于，所述激光切割方法应用激光切割装置，所述激光切割装置包括用于承载待切割工件且可对待切割工件进行旋转的变位机及切割模块，所述方法包括：

将所述待切割工件装载于变位机；所述待切割工件对应有至少两个切割位置；

所述变位机控制所述待切割工件旋转到预设的切割位置，获取所述预设的切割位置所对应的切割数据；其中，所述变位机旋转的角度大于或等于0度；

应用所述切割数据，对所述待切割工件进行加工。

2.如权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，若所述待切割工件为管状工件，则所述应用所述切割数据，对所述待切割工件进行加工，包括：

对管状工件的第一外表面区域及第一端进行切割；

按照第一预设角度旋转所述管状工件后，对所述管状工件的第一端进行切割；

按照第二预设角度翻转所述管状工件后，对所述管状工件的第二端及第二外表面区域进行切割。

3.如权利要求2所述的激光切割方法，其特征在于：所述第一预设角度为80～100度，所述第二预设角度为130～140度。

4.如权利要求1～3任意一项所述的激光切割方法，其特征在于，所述将所述待切割工件装载于变位机，包括：

获取所述待切割工件的定位记录，调节所述变位机，使待检测工件处于预设位置；

若无法获取所述待切割工件的定位记录，对所述待切割工件进行三坐标检测。

5.如权利要求1～3任意一项所述的激光切割方法，其特征在于，所述激光切割装置包括变位平台及分布于所述变位平台上的第一变位机与第二变位机，所述第一变位机与所述第二变位机相对设置，所述应用所述切割数据，对所述待切割工件进行加工，还包括：

在所述第一变位机装载的待切割工件进行加工时，为所述第二变位机装载或卸下第二变位机对应的待切割工件。

6.如权利要求4所述的激光切割方法，其特征在于，所述将所述待切割工件装载于变位机之后，或者，所述对所述待切割工件进行加工之后，所述方法还包括：控制变位机进行原点初始化复位。

7.如权利要求4所述的激光切割方法，其特征在于，所述方法应用于三维多轴激光切割机，所述三维多轴激光切割机设有至少五个联动轴及至少一个激光切割头的随动轴，所述变位机辅助所述三维多轴激光切割机进行切割；所述为变位机装载待切割工件之后，所述方法还包括：调用防干涉初始化程序，避免多轴碰撞。

8.一种激光切割装置，其特征在于，包括：

变位机模块，用于承载待切割工件；所述待切割工件对应有至少两个切割位置；

所述变位机模块，还用于控制所述待切割工件旋转到预设的切割位置，获取所述预设的切割位置所对应的切割数据；其中，所述变位机旋转的角度大于或等于0度；

切割模块，用于根据所述切割数据，对所述待切割工件进行加工。

9.如权利要求8所述的激光切割装置，其特征在于，所述切割模块包括：第一控制单元，设有切割头的三维五轴激光切割机；所述第一控制单元，与所述五轴激光切割机电连接，所述三维五轴激光切割机带动所述切割头对所述待切割工件进行加工。

10.如权利要求9所述的激光切割装置，其特征在于，所述变位机模块包括，第二控制单元、与所述第二控制单元电连接的第一变位机旋转轴、与所述第二控制单元电连接的第一变位机旋转轴，与所述第一变位机旋转轴的承载结构；

所述第二控制单元，用于控制所述第一变位机旋转轴与所述第二变位机旋转轴；

所述第一变位机旋转轴，用于转动所述第二变位机旋转轴，以将所述待切割工件装载于所述承载结构；

所述第二变位机旋转轴，用于相对于切割头的方向，翻转所述承载结构；

所述承载结构，用于承载所述待切割工件。

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