阅读说明：本技术 一种具有3d坡口切割功能的激光切管机及控制方法 (Laser pipe cutting machine with 3D groove cutting function and control method ) 是由 曹俊伟 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明的一种具有3D坡口切割功能的激光切管机及控制方法,主轴箱与前卡盘均安装于主机床身同一副直线导轨上,便于保持和调节主轴箱与前卡盘同心,主轴箱和前卡盘用于夹持管材,使得管材、主轴箱和前卡盘同步旋转；主轴箱夹持爪夹持着管材沿直线导轨X轴方向移动,前卡盘的滚轮托住管材,使管材在前卡盘滚轮的支撑下顺畅的沿X轴移动,同时前卡盘也可沿X轴移动,用于切割管材3D坡口时避让激光切割头,3维激光切割头安装在Z轴上下机构底板上,通过控制Z轴上下机构的运动,从而实现Z轴上下机构底板和3维切割头上下运动；本发明能实现五轴插补运动来切割管材的3D坡口,同时缩短管材尾料长度甚至零尾料。(According to the laser pipe cutting machine with the 3D groove cutting function and the control method, the spindle box and the front chuck are both arranged on the same pair of linear guide rails of the machine body of the main machine, so that the concentricity of the spindle box and the front chuck is convenient to keep and adjust, the spindle box and the front chuck are used for clamping a pipe, and the pipe, the spindle box and the front chuck synchronously rotate; the main shaft box clamping jaw clamps a pipe to move along the X-axis direction of the linear guide rail, the roller of the front chuck supports the pipe to enable the pipe to smoothly move along the X-axis under the support of the roller of the front chuck, meanwhile, the front chuck can also move along the X-axis and is used for avoiding a laser cutting head when cutting a 3D groove of the pipe, the 3-dimensional laser cutting head is arranged on a bottom plate of a Z-axis up-down mechanism, and the bottom plate of the Z-axis up-down mechanism and the 3-dimensional cutting head move up and down by controlling the movement of the Z-axis up-; the three-dimensional groove cutting machine can cut a 3D groove of a pipe by five-axis interpolation motion, and simultaneously shortens the length of the tail material of the pipe and even has zero tail material.)

一种具有3D坡口切割功能的激光切管机及控制方法

技术领域

本发明涉及一种具有3D坡口切割功能的激光切管机及控制方法，具体涉及一种激光切管机，能实现五轴插补运动来切割管材的3D坡口，同时缩短管材尾料长度甚至零尾料。

背景技术

一般2D的激光切管机可用于封闭管材的下料，切孔和切坡口。由于设备中的激光切割头不可偏摆，激光切割头只能垂直于管材的表面进行切割，因此这种管材的下料、切孔和切坡口的断面也是垂直的。这时，将两个或多个具有垂直断面的零件拼在一起，拼接处将会有较大的缝隙，不能满足部分生产需要。同时，在2D坡口下料时，不能进行共边切割，即浪费物料又增长加工时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于封闭管材进行3D坡口切割的激光切管机及控制方法，本发明的激光切头可以沿X轴方向作±45偏摆，因此，管材切割的断面可以是不垂直于管材的表面；将这种断面形式的管材零件拼起来，缝隙较小；当管材下料时，可以进行共边切割，节省物料和加工时间；同时，为缩短尾料，可设置激光切割头于主轴箱和前卡盘之间切割；能实现五轴插补运动来切割管材的3D坡口，同时缩短管材尾料长度甚至零尾料。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一种具有3D坡口切割功能的激光切管机，包括主轴箱，前卡盘，Z轴上下机构，3维激光切割头和前置吸尘装置，所述主轴箱与前卡盘均安装于主机床身同一副直线导轨上，便于保持和调节主轴箱与前卡盘同心，主轴箱和前卡盘用于夹持管材，使得管材、主轴箱和前卡盘同步旋转；主轴箱夹持爪夹持着管材沿直线导轨X轴方向移动，前卡盘的滚轮托住管材，使管材在前卡盘滚轮的支撑下顺畅的沿X轴移动，同时前卡盘也可沿X轴移动，用于切割管材3D坡口时避让激光切割头，所述3维激光切割头安装在Z轴上下机构底板上，通过控制Z轴上下机构的运动，从而实现Z轴上下机构底板和3维切割头上下运动；前置吸尘装置固定在主机床身上，且位于直线导轨侧面。

其中，所述Z轴上下机构由抱闸伺服电机，行星减速机，直线导轨和齿轮齿条运动机构和Z轴底板组成，抱闸伺服电机直连行星减速机，行星减速机上安装有法兰型精密齿轮，伺服电机，行星减速机和齿轮作为一个整体安装在Y轴滑座上固定，直线导轨安装在Y轴滑座上作为Z轴底板导向，Z轴底板上装有齿条，齿条与齿轮组合成一套直线运动机构；通过控制Z轴上下机构的抱闸伺服电机驱动齿轮齿条运动，从而实现Z轴上下机构底板和3维切割头上下运动。

其中，所述前置吸尘装置包括三位五通电磁阀、安装盒、旋转轴、吸尘管、气缸，所述三位五通电磁阀和旋转轴分别固定在安装盒上，三位五通电磁阀与气缸连接，气缸与旋转轴连接，吸尘管与旋转轴连接。

本发明的一种具有3D坡口切割功能的激光切管机的控制方法，包括：

所述激光切割头自带一个偏摆轴(A)，可沿管材运动方向(X)作

偏摆，通过数控系统控制五个数控轴(X、Y、Z、P、A)进行插补，从而实现管材的3D坡口切割；

当需要缩短尾料长度甚至零尾料时，前卡盘将沿床身直线导轨向前移动，3维激光切割头置于主轴箱和前卡盘之间切割，实现缩短尾料或零尾料切割；当前卡盘向前移动时，前置吸尘装置的吸尘管将会在气缸的驱动下旋转90度，从而避开前卡盘与吸尘装置的干涉。

所述3D坡口是指斜向切割，断面没有垂直面。滑座的作用是Y轴运动，当前卡盘向前运动时，滑座沿Y轴运动，可以避开前卡盘的干涉；同时Z轴上下机构都安装在滑座上。

由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于：

1、本发明采用主机床身上同一副直线导轨来安装前卡盘和主轴箱，前卡盘和主轴箱的同心度便于调节；同时由于3D切割功能需要，前卡盘和主轴箱均会沿X轴运动；若采用同一副直线导轨，运动后，便于保持前卡盘和主轴箱的同心度。

2、本发明采用数控系统控制X、Y、Z、P、A五个数控轴进行插补，从而实现管材的3D坡口切割；这种方式相对于传统六轴切管机切割3D坡口来说，少了一个数控轴；这种方式简化了设备，降低了成本，提高了经济效益。

3、本发明采用前卡盘可沿管材方向运动(X轴)的方式；当切割管材3D坡口时，可用于避让激光切割头；当进行管材2D下料时，可缩短前卡盘与激光切割头之间的距离，使管材悬臂较短，卡盘和管材高速回转时，跳动较小，从而保证管材高精度稳定切割；当为节省尾料时，前卡盘可移动到管材的前方，使得激光切割头位于前卡盘和主轴箱之间切割，可最大限度缩短尾料甚至零尾料。

4、本发明为避免前卡盘向前移动时，与前置吸尘装置的发生干涉，配置了自动旋转机构避让前卡盘。即吸尘管将在气缸的驱动下旋转90度，从而吸尘口避让前卡盘；这套机构可使得前置吸尘口与激光切割头的距离较短，吸尘效果较好。

5、本发明涉及的一种3D激光切割头。该切割头内置一套大通径力矩电机驱动装置，直连切割头沿管材方向作偏摆回转，这种结构方式可以方便于作为激光光路传输；同时，激光切割头上配置有平衡块，使得力矩电机可以较小的电流来控制激光切割头的姿态。

附图说明

图1为本发明的主轴箱与前卡盘安装的示意图；

图2为本发明的管材标准切割时的示意图；

图3位本发明的节省尾料时管材切割的示意图；

图4位本发明的前置吸尘装置的放大示意图；

图5位本发明的3D激光切割头的放大示意图；

图中：

1—主轴箱；2—前卡盘；3—滑座；4—Z轴底板；5—3D激光切割头；6—平衡块；7—吸尘管；8—直线导轨9—气缸；10—主机床身；11—夹持爪；12—滚轮；13—齿条；14—三位五通电磁阀；15—安装盒；16—旋转轴；17—反射镜；18—配重块；19—光纤；20—力矩电机；21—管材；X—X轴，平行于地面轴线方向；Y—Y轴，平行于地面轴线方向；Z—Z轴，垂直于地面轴线方向；P—P轴，旋转轴；A—A轴，旋转轴。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1，本发明的前卡盘与主轴箱的安装形式；包括一个前卡盘2，一个主轴箱1，一副直线导轨8和一个床身10，使得前卡盘和主轴箱安装在同一副直线导轨上。

参见图2，本发明中的管材3D坡口功能的实现方式。包括一个前卡盘2、一个主轴箱1、Y轴机构、Z轴机构和3D激光切割头5；主轴箱1和前卡盘2用于夹持管材，使得管材、主轴箱1和前卡盘2同步旋转(P轴)；主轴箱夹持爪11夹持着管材沿直线导轨X轴方向移动；前卡盘2的滚轮托住管材，使管材在前卡盘滚轮12的支撑下顺畅的沿X轴移动；激光切割头5可以沿水平方向(Y轴)和垂直上下方向(Z轴)运动。同时，激光切割头5自带一个偏摆轴(A轴)可沿管材运动方向(X轴)作

偏摆；通过数控系统控制X、Y、Z、P、A五个数控轴进行插补，从而实现管材的3D坡口切割。

参见图3，本发明中的节省管材尾料的切割方式；前卡盘2可移动到激光头的前方，使得激光切割头5处于主轴箱1和前卡盘2之间；此时，管材尾料可以做到最短，甚至零尾料。

参见图3、图4，本发明中涉及到节省管材尾料的切割方式，当前卡盘2向前移动时，其吸尘管7将会与前卡盘干涉；图4为吸尘管转动90°避开前卡盘的机构，前置吸尘装置包含1个吸尘管7，一个控制阀14，气缸固定座15，一个气缸9和一个旋转固定座16。

参见图5，本发明的一种3D激光切割头，包含激光切割头5，力矩电机20，反射镜17和配重块18；力矩电机20直连激光切割头5，使得切割头沿管材方向作偏摆回转；配重块18用于平衡激光切割头5的重力。

伺服电机：品牌均为意大利摩力(Motorpower)；

力矩电机：品牌为意大利ELEN；

数控系统：品牌为意大利ELEN集团Smart manager；

行星减速机：品牌为德国阿尔法；

所述插补：用一小段直线或圆弧来逼近零件轮廓的方法；即把将要切割的图形离散化为一个个的点，然后NC程序去走这些点，即每个点都有代表切割的不同姿态。

数控系统会读取CAM生成的NC代码，来控制X、Y、Z、P、A五个轴的运动到NC代码所表示的位置，也就是插补每个点的运动状态；X，Y,Z均是伺服电机搭配行星减速机，齿轮齿条直线运动；P轴为伺服电机搭配行星减速机的齿轮减速旋转运动；A轴为力矩电机根据内置圆光栅控制切割头摆动。X、Y轴平行于地面，Z轴垂直于地面，P、A为旋转轴，见附图2。

所述抱闸伺服电机直连行星减速机，行星减速机上安装有法兰型精密齿轮。伺服电机，行星减速机和齿轮作为一个整体安装在Y轴滑座上固定。直线导轨安装在Y轴滑座上作为Z轴底板导向。Z轴底板上装有齿条，齿条与齿轮组合成一套直线运动机构。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。