专利名称：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，会造成传动系统定位误差大。 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，工作过程中驱动系统消耗功率大，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，且切割过程中驱动系统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 勻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，大大降低了系统驱动功率，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短速度由某值均勻减至0，VX长速度由0勻增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勻性(接触时间不均勻，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勻性。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。
图1是本发明的结构示意中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3是图2的左视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。
具体实施例方式本发明如图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 具有均勻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勻性。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XI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XI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勻速降低至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，以确保勻速地运动。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。)
权利要求
一种激光切割机，所述切割机包括设有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，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的一种激光切割机，其特征在于，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勻速率的程序的存储器。
3.—种权利要求1所述激光切割机的工作方法，其特征在于，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。
全文摘要
一种激光切割机及其工作方法。涉及激光切割机及其工作方法。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，且切割过程中驱动系统消耗的功率较小。包括设有X导轨的机座、设有Y导轨的主横梁和激光头座，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；悬臂梁上设有X短导轨；悬臂梁的根部与主横梁上的Y导轨活动相连，使悬臂梁做Y向运动；激光头座与X短导轨活动相连。工作方法，一，在短导轨上设缓冲区；二，根据不同加工要求，分别按不同步骤进行计算；三，按上述计算启动机器，制得。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。
文档编号B23K26/08GK101862909SQ20101019670
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月10日 优先权日2010年6月10日
发明者周鹏飞, 洪超, 潘志华, 翟东升, 胡金龙 申请人:江苏扬力数控机床有限公司