阅读说明：本技术 一种高速高精度带自由环切的多轴联动激光切割机 (High-speed high-precision multi-axis linkage laser cutting machine with free circular cutting function ) 是由 陆志伟 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高速高精度带自由环切的多轴联动激光切割机,第一轴为主轴的升降,用于焊接的激光头固定在主轴的底部；第二轴为工件的前后平移,工作固定在支架上,支架的底部固定在一组导轨上,支架可以在导轨上前后平移,从而带动工件做前后平移；第三轴为主轴的左右平移；第四轴为激光头支座的转动,激光头支座固定在主轴的底部,主轴可以受驱转动,从而带动激光头支座在水平面上做360°的转动；第五轴为激光头的转动,激光头支座的侧面设置有转轴,激光头套设在转轴上,当转轴转动时,能带动激光头绕转轴在竖直平面内摆动；第六轴为工件自身的转动。通过六轴的联动,可以使得激光头能够绕着工件进行自由的环向切割。(The invention discloses a high-speed high-precision multi-axis linkage laser cutting machine with free circular cutting, wherein a first axis is used for lifting a main shaft, and a laser head for welding is fixed at the bottom of the main shaft; the second shaft is used for the front-back translation of the workpiece, the workpiece is fixed on the bracket in a working mode, the bottom of the bracket is fixed on a group of guide rails, and the bracket can translate front and back on the guide rails so as to drive the workpiece to translate front and back; the third axis is the left-right translation of the main shaft; the fourth shaft is used for rotating the laser head support, the laser head support is fixed at the bottom of the main shaft, and the main shaft can be driven to rotate, so that the laser head support is driven to rotate 360 degrees on the horizontal plane; the fifth shaft is used for rotating the laser head, a rotating shaft is arranged on the side surface of the laser head support, the laser head is sleeved on the rotating shaft, and when the rotating shaft rotates, the laser head can be driven to swing in a vertical plane around the rotating shaft; the sixth axis is the rotation of the workpiece itself. Through the linkage of six axles, can make the laser head carry out the hoop cutting of freedom around the work piece.)

一种高速高精度带自由环切的多轴联动激光切割机

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，特别是涉及了一种高速高精度带自由环切的多轴激光切割机。具体的，在本发明的多轴激光切割机中，第一轴为主轴的升降，用于焊接的激光头固定在主轴的底部，主轴由电机驱动其竖直升降；第二轴为工件的前后平移，工作固定在支架上，支架的底部固定在一组导轨上，支架可以在导轨上前后平移，从而带动工件做前后平移；第三轴为主轴的左右平移，在机架的顶部设置有一组横向的滑轨，主轴通过滑块套设在滑轨上，滑块可以沿滑轨滑动，从而带动主轴沿着滑轨左右滑动；第四轴为激光头支座的转动，激光头支座固定在主轴的底部，主轴可以受驱转动，从而带动激光头支座在水平面上做360°的转动；第五轴为激光头的转动，激光头支座的侧面设置有转轴，激光头套设在转轴上，当转轴转动时，能带动激光头绕转轴在竖直平面内摆动；第六轴为工件自身的转动。通过六轴的联动，可以使得激光头能够绕着工件进行自由的环向切割。

背景技术

现有的激光切割设备其结构如201620695337.3的中国专利中所示，申请人大族激光科技有限公司公开了一种双工位激光切割设备，该切割设备包括工控机、双动子四轴运动平台、视觉检测组件和激光切割组件；两个待检测物体设置在所述双动子四轴运动平台上的夹具内，并能分别实现X、Y轴的运动；所述视觉检测组件用于检测待检测物体上的毛刺位置；所述激光切割组件根据所述毛刺位置，对待检测物体进行激光毛刺切割；所述工控机分别控制双动子四轴运动平台、视觉检测组件和激光切割组件工作。

但是，上述的激光切割设备，只能实现工件的X、Y轴平移，而且激光头始终位于工件的上方，这使得激光头无法从工件的底部向上或斜上方进行切割，即该激光切割设备无法实现对工件的环向切割。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状而提供高速高精度带自由环切的多轴联动激光切割机。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高速高精度带自由环切的多轴联动激光切割机，包括有机架，在机架顶面上设置有一组平行的滑轨，在两根滑轨之间架设有滑块，滑块能沿着滑轨左右往复滑动，该滑块中心开设有安装孔，在安装孔中插接有主轴，主轴顶部设置有电机，该电机能驱动主轴升降，同时，主轴可以随着滑块一起沿滑轨滑动；

在主轴底部固定着激光头支座，所述激光头支座能受驱自转，在激光头支座的侧面设置有转轴，激光头套设在转轴上，当转轴转动时，能带动激光头绕转轴在竖直平面内做相对于支座的摆动；激光从激光头的尖端射出，射到工件上进行灼烧切割；

在机架底部形成有工作台，在工作台上铺设有前后走向的一组导轨，在导轨上滑动连接工装，工装包括两根立柱，在立柱顶部固定着转臂，管件的两端分别固定在转臂上，两个转臂由驱动机构驱动它们转动，进而带动管件翻转；

所述激光头包括有安装箱体，所述安装箱体套设在转轴上并能随转轴一起转动，所述安装箱体的底部连接着外壳体，所述外壳体的底面上形成有安装孔，在所述安装孔的上部固定着激光二极管，在所述安装孔的下部固定着透镜，这些透镜能将所述激光二极管发射的激光进行聚焦，在工件上形成公共焦点从而对焦点位置进行灼烧，在所述安装箱体的底部还连接着内壳体，所述外壳体内部形成有空腔，所述内壳体位于所述空腔中，所述激光二极管具有引脚，所述引脚插接在所述内壳体上，在所述内壳体的底面与所述激光二极管的安装面之间形成有散热通道，所述散热通道在所述外壳体上形成有散热孔，所述散热孔的高度要高于所述内壳体的底面，在所述内壳体的顶面与所述安装箱体之间形成有入口通道，所述入口通道在所述安装箱体的表面形成有进气口，在所述内壳体的底面上固定着通风机，该通风机用于将从入口通道的进气口进入的空气在散热通道中产生气流并通过散热孔排出，所述外壳体的顶面上形成有锥体，所述椎体正对着所述通风机。

作为本发明的改进，所述外壳采用导热材料制成。

作为本发明的优选，所述工装还包括齿轮箱体，所述齿轮箱体滑动连接在所述导轨上，所述的两根立柱固定在所述齿轮箱体的两侧并与齿轮箱体的内部连通，所述齿轮箱体内部设置有齿轮轴，所述齿轮轴的两端套设有从动齿轮，在其中一侧立柱上固定着驱动电机，所述驱动电机的电机中上套设着主动齿轮，由所述驱动电机驱动主动齿轮转动，该侧立柱上的转臂通过主动轴与所述主动齿轮连接，当所述主动齿轮转动时，能带动所述主动轴转动，进而带动该侧立柱的转臂转动，所述主动齿轮上套设有同步带，所述同步带同时套设在所述从动齿轮上，另一侧立柱中穿设有从动轴，另一侧立柱的转臂套设在所述从动轴上，所述从动轴也通过同步带与所述齿轮轴联动。

作为本发明的进一步优选，所述进气口环绕着所述通风机设置。

作为本发明的进一步改进，在所述机架顶部设置有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆与所述滑轨平行设置，所述机架上固定着丝杆电机，所述丝杆电机能驱动所述滚珠丝杆转动，所述滑块固定在所述滚珠丝杆的丝杆螺母上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过六轴的联动，可以使得激光头能够绕着工件进行自由的环向切割，由于能实现六轴联动，本发明的激光切割机切割效率高，且能多角度不停机进行切割，适用面广，不需要多次拆卸重新固定，切割的精度也得到显著提升。另外，在激光头内置有散热机构，可以显著延长激光头的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中高速高精度带自由环切的多轴联动激光切割机的结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1中工装部分的结构剖视图；

图4为激光头内部的构造图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。

如附图所示，本实施例为一种高速高精度带自由环切的多轴联动激光切割机，包括有机架1，在机架顶面上设置有一组平行的滑轨2，在两组滑轨之间设置有一根滚珠丝杆3，滚珠丝杆与两组滑轨平行设置，在机架的侧面设置有丝杆电机4，滚珠丝杆通过联轴器与丝杆电机的电机轴相连，从而由丝杆电机控制滚珠丝杆转动，在滚珠丝杆上套设有丝杆螺母，丝杆螺母是每一根滚珠丝杆必配的附件，当滚珠丝杆转动时，可以带动丝杆螺母在滚珠丝杆上滑动，其具体原理记载在《机械设计手册》关于滚珠丝杆的原理描述中，为现有技术，故本实施例中不对其进行具体的介绍，在丝杆螺母上固定着滑块5，由丝杆螺母带动滑块沿滚珠丝杆滑动，滑块架设在两根滑轨之间，故滑块也能沿着滑轨滑动。

在滑块中心开设有安装孔，在安装孔中插接有主轴6，主轴顶部设置有电机7，主轴分为固定套和滑套，固定套插接在安装孔中不动，在固定套的内壁上设置有竖直的滑槽，滑套滑动连接在滑槽中，滑套通过滚珠丝杆或者其他的联动机构与电机相连，从而由该电机控制滑套的升降，在滑套的底部固定着激光头支座8，在滑套底部内置有微型电机，激光头支座固定在该微型电机的电机轴上，由该微型电机驱动激光头支座自转，在激光头支座的侧面设置有转轴，激光头9套设在激光头支座上，激光头支座中也设置了微型电机，由该微型电机驱动转轴转动，当转轴转动时，能带动激光头绕转轴在竖直平面内做相对于支座的摆动；激光从激光头的尖端射出，射到工件上进行灼烧切割。

激光头包括有安装箱体91，所述安装箱体套设在转轴上并能随转轴一起转动，所述安装箱体的底部连接着外壳体92，所述外壳体的底面上形成有安装孔，在所述安装孔的上部固定着激光二极管93，在所述安装孔的下部固定着透镜94，这些透镜能将所述激光二极管发射的激光进行聚焦，在工件上形成公共焦点从而对焦点位置进行灼烧，通过形成公共焦点，每个激光二极管可以分摊切割所需的总能量而需要发射出的激光，因此在每个二极管处将产生较少的热量。并且由于这些激光二极管是分散式排布的，它们产生的热量散布在较大的区域，从而使温度保持较低。激光二极管的使用寿命与温度有较大的关联性，在较高温度下寿命会缩短，而本实施例通过上述设计，可以显著延长激光二极管的使用寿命。

例如，如果激光切割需要1W的激光，那么如果损耗为40％，则一个或多个激光二极管必须产生1.67 W的激光。多余的0.67 W的激光将在激光头中转换为热量，必须将其除去。插入透镜的作用是可以调节光束的角度，以便消除激光的损失。这将显着提高激光切割的效率，此外，产生的热量也大大减少。本实施例中的透镜由玻璃制成。

玻璃光学元件是高能量的首选，因为如果光学元件表面有杂质，塑料光学元件可能会熔化。透镜可以是镀膜的或未镀膜的，在本实施例中优选地使用菲涅耳镜片来制作透镜。

在所述安装箱体的底部还连接着内壳体95，所述外壳体内部形成有空腔，所述内壳体位于所述空腔中，所述激光二极管具有引脚96，所述引脚插接在所述内壳体上，在所述内壳体的底面与所述激光二极管的安装面之间形成有散热通道10，所述散热通道在所述外壳体上形成有散热孔11，所述散热孔的高度要高于所述内壳体的底面，在所述内壳体的顶面与所述安装箱体之间形成有入口通道12，所述入口通道在所述安装箱体的表面形成有进气口13，在所述内壳体的底面上固定着通风机14，该通风机用于将从入口通道的进气口进入的空气在散热通道中产生气流并通过散热孔排出，所述外壳体的顶面上形成有锥体15，所述椎体正对着所述通风机。即使不设置通风机，散热通道也可以通过对流散热降低激光头内部的温度，但设置通风机的目的是在散热通道中形成涡流提升散热效果，同时，利用通风机加大风力可以防止灰尘在散热通道中的堆积。另外，进气口环绕着所述通风机设置，这是因为在对工件进行环向的激光切割时，进气口环绕着所述通风机设置可能会被工件阻塞或部分阻塞。通过使进气口环绕通风机设置，以使空气可以从通风机的各个方向吸入。因此，进气口和入口通道不能被完全阻塞。

而设置一个锥体的目的在于该锥体将沿所有方向引导气流，从而确保气流相对均匀地分布到散热通道的所有部分。这将减少气流死区的变化，同时也能防止灰尘的堆积。因此，锥体增加了散热效率。为了进一步增加散热效率，外壳体可以由导热材料制成。外壳体与发热的激光二极管直接接触。 因此，导热材料可以将所产生的热量沿着散热通道大面积散布，这将提高排热效率。导热材料可以是金属，例如铜或铝。内壳体也可以由导热材料制成。

在机架底部形成有工作台16，在工作台上铺设有前后走向的一组导轨17，在导轨上滑动连接工装，工装包括两根立柱18，在立柱顶部固定着转臂19，管件的两端分别固定在转臂上，两个转臂由驱动机构驱动它们转动，进而带动管件翻转。所述工装还包括齿轮箱体20，所述齿轮箱体滑动连接在所述导轨上，所述的两根立柱固定在所述齿轮箱体的两侧并与齿轮箱体的内部连通，所述齿轮箱体内部设置有齿轮轴21，所述齿轮轴的两端套设有从动齿轮22，在其中一侧立柱上固定着驱动电机23，所述驱动电机的电机中上套设着主动齿轮24，由所述驱动电机驱动主动齿轮转动，该侧立柱上的转臂通过主动轴25与所述主动齿轮连接，当所述主动齿轮转动时，能带动所述主动轴转动，进而带动该侧立柱的转臂转动，所述主动齿轮上套设有同步带26，所述同步带同时套设在所述从动齿轮上，另一侧立柱中穿设有从动轴27，另一侧立柱的转臂套设在所述从动轴上，所述从动轴也通过同步带与所述齿轮轴联动。通过这种设计，使得利用一台驱动电机就可以同时控制两个转臂同步转动，带动工件翻转，在实现了翻转工件目的的同时，由于节省了一台电机，也大幅降低了成本。

本实施例的激光切割机至少能实现六轴的联动，具体的：第一轴为主轴的升降，用于焊接的激光头固定在主轴的底部，主轴由电机驱动其竖直升降；第二轴为工件的前后平移，工作固定在支架上，支架的底部固定在一组导轨上，支架可以在导轨上前后平移，从而带动工件做前后平移；第三轴为主轴的左右平移，在机架的顶部设置有一组横向的滑轨，主轴通过滑块套设在滑轨上，滑块可以沿滑轨滑动，从而带动主轴沿着滑轨左右滑动；第四轴为激光头支座的转动，激光头支座固定在主轴的底部，主轴可以受驱转动，从而带动激光头支座在水平面上做360°的转动；第五轴为激光头的转动，激光头支座的侧面设置有转轴，激光头套设在转轴上，当转轴转动时，能带动激光头绕转轴在竖直平面内摆动；第六轴为工件自身的转动，即通过两个来带动工件翻转。

通过六轴的联动，可以使得激光头能够绕着工件进行自由的环向切割，由于能实现六轴联动，本发明的激光切割机切割效率高，且能多角度不停机进行切割，适用面广，不需要多次拆卸重新固定，切割的精度也得到显著提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。