专利名称：多维激光加工装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光加工装置，尤其涉及一种多维激光加工装置。
背景技术：
随着加工工艺飞速发展，激光技术已经广泛应用于工件的切割、打孔以及焊接领 域中，包括激光切割工艺、激光焊接工艺、激光标记工艺、激光打孔工艺、激光淬火工艺、激 光喷涂工艺、激光覆融工艺、激光雕刻工艺。而在激光加工的过程中常常需要对工件的多个 不同位置进行不同角度的激光加工，甚至需要激光加工头在工件上行走。但现有技术的缺点是激光加工装置功能单一，无法满足多个不同位置不同角度 对工件进行加工，更无法实现激光加工头与工件的相对行走。同时，激光加工的辅助气体通 常也只设置有单路进气管，要完成不同的加工工艺，需要通过更换不同的气体气源和激光 加工装置，在加工时频繁的更换气源装置或者是激光加工设备，工作繁琐，而且在替换气源 的过程中，辅助气体容易泄露，可能造成污染和浪费，现有技术无法满足多种激光加工系统 集成的要求。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种多维激光加工装置，能够满足多个不同位置不同角 度对工件进行加工，也能实现激光加工头与工件的相对行走。为达到上述目的，本实用新型提供了一种多维激光加工装置，包括中央控制器，该 中央控制器的三维输出端组连接有激光头三维行走系统，该中央控制器的旋转输出端连接 有夹持系统，所述激光头三维行走系统上安装有激光头，该激光头连接在所述中央控制器 的激光控制端上，该激光头朝向所述夹持系统，其关键在于所述夹持系统由夹持及传动机 构和自适应机构组成；激光头三维行走系统实现了激光头在X轴、Y轴、Z轴方向上的三维的自由行走，配 合夹持系统带动加工工件，如钢管实现自转，工件的自转，实现了激光头能从不同角度对工 件进行加工。激光头三维行走系统和夹持系统配合工作，满足了多个不同位置不同角度对 工件进行加工的功能，也实现激光加工头与工件的相对行走。其中夹持及传动机构包括夹持基座，该夹持基座上经轴承安装有第一水平转轴， 该第一水平转轴的一端连接转动动力机构，该第一水平转轴的另一端安装有活动夹头，该 活动夹头朝向所述自适应机构；活动夹头用于加持工件，并带动工件旋转，自适应机构配合活动夹头，保证工件能 平稳可靠旋转。所述自适应机构包括适应头基座，该适应头基座上经轴承安装有第二水平转轴， 该第二水平转轴上固定有自适应头，该自适应头朝向所述活动夹头；根据不同的工件，设置不同的自适应头，可以满足不同工件的加持需要。所述第一水平转轴、活动夹头、第二水平转轴和自适应头的中轴线在同一直线a上，所述激光头靠近并朝向该直线a。同轴旋转，能提高工件的稳定性。在所述夹持及传动机构和自适应机构之间还安装有支撑机构，该支撑机构包括 活动支撑柱，该活动支撑柱的上端固定有马鞍形支撑台，该马鞍形支撑台上对称安装有左 伸缩支臂和右伸缩支臂，所述左伸缩支臂和右伸缩支臂中心线的延长线在所述直线a上相 交，且所述左伸缩支臂和右伸缩支臂的上端都安装有滚轮。如果工件过大过长，可以在传动机构和自适应机构之间安装一个或多个支撑机 构，用来托举工件，维持工件的平衡。左伸缩支臂和右伸缩支臂对称布置在直线a的两侧， 能自适应不同大小直径的工件托举，活动支撑柱的高度可以调节，能适应大小工件托举。所述转动动力机构为转动电机，该转动电机连接所述中央控制器的旋转输出端， 该转动电机的输出轴上固定有皮带轮，该皮带轮与所述第一水平转轴皮带连接。所述激光头三维行走系统设置有X轴电机，该X轴电机的输出轴连接有X轴丝杆 螺母副的X轴丝杆，该X轴丝杆螺母副的X轴螺母与X轴滑台固定连接，该X轴滑台上安装 有Y轴电机；所述Y轴电机的输出轴连接有Y轴丝杆螺母副的Y轴丝杆，该Y轴丝杆螺母副的 Y轴螺母与Y轴滑台固定连接，该Y轴滑台上安装有Z轴电机；所述Z轴电机的输出轴连接有Z轴丝杆螺母副的Z轴丝杆，该Z轴丝杆螺母副的 Z轴螺母与Z轴滑台固定连接，该Z轴滑台上安装有所述激光头。三轴联动方式很多，还可以在X轴滑台上安装Z轴电机，Z轴滑台上安装Y轴电机， Y轴滑台上安装激光头。激光头就可以由纵向进给调整为横向进给。为确保三轴平移的可 靠性，可以在滑台上增加限位滑轨装置，以提高激光头三维行走系统的可靠运行。所述中央控制器的三维输出端组由X向控制端、Y向控制端和Z向控制端组成，所 述X向控制端连接所述X轴电机，Y向控制端连接所述Y轴电机，Z向控制端连接所述Z轴 电机。所述中央控制器还设置有气体控制端组，该气体控制端组连接有辅助气体控制装 置，所述辅助气体控制装置包括出气总管、喷气嘴，其中出气总管上安装有总管压力传感器 和出气流量控制阀，该出气总管的出气口连接所述喷气嘴，在喷气嘴上安装有出气压力传 感器，所述出气总管的进气口连接有至少一路进气支管；每一路进气支管安装有支管压力传感器和进气流量控制阀；所述总管压力传感器和支管压力传感器的信号输出端都连接在所述中央控制器 上；所述出气流量控制阀和进气流量控制阀的控制输入端都连接在所述中央控制器 上。所述出气总管上还安装有混气罐。中央控制器根据不同加工工艺辅助气体的参数要求以及各个支管压力传感器检 测到的气体压力，按照给定的气体混合比例，调节各路进气支管上的进气流量控制阀，使得 各个支路上连接的气源进气流量之比符合气体混合比例。各个支路中流入的气体在出气总 管中混合，中央控制器通过总管压力传感器以及出气压力传感器检测混合后的气体压力以 及出气口的气体压力，根据设定的出气口气体压力参数，调节出气流量控制阀，使得喷气嘴喷出辅助气体的压力以及气体混合比例能够满足相应加工工艺的要求。通过设定气体混 合比例，既可以提供单一气源，也可以实现多种气源的混合，将喷气嘴与激光加工头做成一 体，减少了在加工过程中更换气源或是更换激光设备的繁琐工序，对不同激光加工工艺提 供不同辅助气体实现了自动控制。通过在出气总管上安装混气罐优化了多种气体的混合效果，使得气体混合更加均 勻，输出的气体压力更稳定。所述出气总管的进气口连接有三路进气支管，分别与氩气气源，氮气气源以及氧 气气源连接。根据常用加工工艺辅助气体的要求，常常采用氩气，氮气以及氧气等气体作为气 体气源，对于一些特殊工艺，也可以设置不同的气体气源，比如二氧化碳以及氦气等。所述支管压力传感器安装在进气流量控制阀的进气端，所述总管压力传感器安装 在出气流量控制阀的进气端。将压力传感器安装在流量控制阀的进气端，防止因为流量控制阀的影响而对气体 压力的检测引起误差。所述自适应头为圆锥形，该圆锥形自适应头的锥尖朝向所述活动夹头。圆锥形自适应头锥面朝向被加工的圆管，不同直径的圆管都可以套装在圆锥形自 适应头的锥面上。本实用新型的显著效果是能够从多个不同位置不同角度对工件进行加工。同时 根据不同激光加工工艺对辅助气体的要求，采用自动控制技术实现对单一气源或者多种气 源的气体混合比例以及气体压强进行控制，根据不同的加工工艺的需求，设定相关激光头 的行走路径、辅助气体的供应比例和气体压强，采用自动控制技术自动完成相应控制流程， 满足多种激光加工系统集成的需要。
图1是本实用新型的装配结构图；图2是夹持系统的装配结构图；图3是激光头三维行走系统的装配结构图；图4是激光头三维行走系统的俯视图；图5是支撑机构的装配结构图；图6是本实用新型的连接关系图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1、6所示一种多维激光加工装置，包括中央控制器，该中央控制器1的三维 输出端组连接有激光头三维行走系统2，该中央控制器1的旋转输出端连接有夹持系统3， 所述激光头三维行走系统2上安装有激光头2a，该激光头2a连接在所述中央控制器1的激 光控制端上，该激光头2a朝向所述夹持系统3，所述夹持系统3由夹持及传动机构和自适应 机构组成；激光头三维行走系统2实现了激光头2a在X轴、Y轴、Z轴方向上的三维的自由行走，配合夹持系统3带动加工工件，如钢管实现自转，工件的自转，实现了激光头2a能从不 同角度对工件进行加工。激光头三维行走系统2和夹持系统3配合工作，满足了多个不同 位置不同角度对工件进行加工的功能，也实现激光加工头与工件的相对行走。如图2所示其中夹持及传动机构包括夹持基座4，该夹持基座4上经轴承安装有 第一水平转轴5，该第一水平转轴5的一端连接转动动力机构，该第一水平转轴5的另一端 安装有活动夹头6，所述活动夹头6朝向所述自适应机构；活动夹头6用于加持工件，并带动工件旋转，自适应机构配合活动夹头6，保证工 件能平稳可靠旋转。活动夹头6的结构种类很多，如简单的抱箍形式，气缸夹持、液压夹持 等结构，都可以实现对工件的夹持。所述自适应机构包括适应头基座7，该适应头基座7上经轴承安装有第二水平转 轴8，该第二水平转轴8上固定有自适应头9，该自适应头9朝向所述活动夹头6 ；根据不同的工件，设置不同的自适应头9，可以满足不同工件的加持需要。所述第一水平转轴5、活动夹头6、第二水平转轴8和自适应头9的中轴线在同一 直线a上，所述激光头2a靠近并朝向该直线a。同轴旋转，能提高工件的稳定性。如图2、5所示在所述夹持及传动机构和自适应机构之间还安装有支撑机构，该 支撑机构包括活动支撑柱10，该活动支撑柱10的上端固定有马鞍形支撑台11，该马鞍形支 撑台11上对称安装有左伸缩支臂12a和右伸缩支臂12b，所述左伸缩支臂12a和右伸缩支 臂12b中心线的延长线在所述直线a上相交，且所述左伸缩支臂12a和右伸缩支臂12b的 上端都安装有滚轮13。如果工件过大过长，可以在传动机构和自适应机构之间安装一个或多个支撑机 构，用来托举工件，维持工件的平衡。左伸缩支臂12a和右伸缩支臂12b对称布置在直线a的两侧，能自适应不同大小 直径的工件托举，活动支撑柱10的高度可以调节，能适应大小工件托举。左伸缩支臂12a 和右伸缩支臂12b都具备伸缩的功能，缩支臂可以采用弹簧支撑顶柱的活动结构，也可以 采用螺钉过盈配合调节的锁止方式，设置可以根据工件更换相应的缩支臂。如图2所示所述转动动力机构为转动电机14，该转动电机14连接所述中央控制 器1的旋转输出端，该转动电机14的输出轴上固定有皮带轮，该皮带轮与所述第一水平转 轴5皮带连接。如图1、3、4所示所述激光头三维行走系统2设置有X轴电机15，该X轴电机15 的输出轴连接有X轴丝杆螺母副的X轴丝杆16，该X轴丝杆螺母副的X轴螺母与X轴滑台 17固定连接，该X轴滑台17上安装有Y轴电机18 ；所述Y轴电机18的输出轴连接有Y轴丝杆螺母副的Y轴丝杆19，该Y轴丝杆螺母 副的Y轴螺母与Y轴滑台20固定连接，该Y轴滑台20上安装有Z轴电机21 ；所述Z轴电机21的输出轴连接有Z轴丝杆螺母副的Z轴丝杆22，该Z轴丝杆螺母 副的z轴螺母与Z轴滑台23固定连接，该Z轴滑台23上安装有所述激光头2a。三轴联动方式很多，最常见的如行车结构和三维机床。本实施例也可以在X轴滑 台上安装Z轴电机，Z轴滑台上安装Y轴电机，Y轴滑台上安装激光头。激光头就可以由纵 向进给调整为横向进给。为确保三轴平移的可靠性，可以在滑台上增加限位滑轨装置，以提高激光头三维行走系统2的可靠运行。如图6所示所述中央控制器1的三维输出端组由X向控制端、Y向控制端和Z向 控制端组成，所述X向控制端连接所述X轴电机15，Y向控制端连接所述Y轴电机18，Z向 控制端连接所述Z轴电机21。所述中央控制器1还设置有气体控制端组，该气体控制端组连接有辅助气体控制 装置，所述辅助气体控制装置包括出气总管31、喷气嘴32，其中出气总管31上安装有总管 压力传感器24和出气流量控制阀25，该出气总管31的出气口连接所述喷气嘴32，在喷气 嘴32上安装有出气压力传感器26，所述出气总管31的进气口连接有至少一路进气支管 27 ；每一路进气支管27安装有支管压力传感器28和进气流量控制阀29 ；所述总管压力传感器24和支管压力传感器28的信号输出端都连接在所述中央控 制器1上；所述出气流量控制阀25和进气流量控制阀29的控制输入端都连接在所述中央控 制器1上。所述出气总管31上还安装有混气罐30。中央控制器1根据不同加工工艺辅助气体的参数要求以及各个支管压力传感器 检测到的气体压力，按照给定的气体混合比例，调节各路进气支管上的进气流量控制阀，使 得各个支路上连接的气源进气流量之比符合气体混合比例。各个支路中流入的气体在出气 总管中混合，中央控制器通过总管压力传感器以及出气压力传感器检测混合后的气体压力 以及出气口的气体压力，根据设定的出气口气体压力参数，调节出气流量控制阀，使得喷气 嘴喷出辅助气体的压力以及气体混合比例能够满足相应加工工艺的要求。通过设定气体混 合比例，既可以提供单一气源，也可以实现多种气源的混合，将喷气嘴与激光加工头做成一 体，减少了在加工过程中更换气源或是更换激光设备的繁琐工序，对不同激光加工工艺提 供不同辅助气体实现了自动控制。通过在出气总管31上安装混气罐30优化了多种气体的混合效果，使得气体混合 更加均勻，输出的气体压力更稳定。所述出气总管31的进气口连接有三路进气支管27，分别与氩气气源la，氮气气源 lb以及氧气气源lc连接。根据常用加工工艺辅助气体的要求，常常采用氩气，氮气以及氧气等气体作为气 体气源，对于一些特殊工艺，也可以设置不同的气体气源，比如二氧化碳以及氦气等。所述支管压力传感器28安装在进气流量控制阀29的进气端，所述总管压力传感 器24安装在出气流量控制阀25的进气端。将压力传感器安装在流量控制阀的进气端，防止因为流量控制阀的影响而对气体 压力的检测引起误差。所述自适应头9为圆锥形，该圆锥形自适应头9的锥尖朝向所述活动夹头6。圆锥形自适应头9锥面朝向被加工的圆管，不同直径的圆管都可以套装在圆锥形 自适应头9的锥面上。尽管以上结构结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但本实用新型不 限于上述具体实施方式
，上述具体实施方式
仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以 作出多种类似的表示，如更改三维行走系统的结构、活动夹头6的结构、活动支撑柱10的高 度调节方式、支撑臂的装配方式、气源种类和数量、更换压力传感器和流量控制阀的相对位 置等方式，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。
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权利要求一种多维激光加工装置，包括中央控制器，该中央控制器(1)的三维输出端组连接有激光头三维行走系统(2)，该中央控制器(1)的旋转输出端连接有夹持系统(3)，所述激光头三维行走系统(2)上安装有激光头(2a)，该激光头(2a)连接在所述中央控制器(1)的激光控制端上，该激光头(2a)朝向所述夹持系统(3)，其特征在于所述夹持系统(3)由夹持及传动机构和自适应机构组成；其中夹持及传动机构包括夹持基座(4)，该夹持基座(4)上经轴承安装有第一水平转轴(5)，该第一水平转轴(5)的一端连接转动动力机构，该第一水平转轴(5)的另一端安装有活动夹头(6)，该活动夹头(6)朝向所述自适应机构；所述自适应机构包括适应头基座(7)，该适应头基座(7)上经轴承安装有第二水平转轴(8)，该第二水平转轴(8)上固定有自适应头(9)，该自适应头(9)朝向所述活动夹头(6)；所述第一水平转轴(5)、活动夹头(6)、第二水平转轴(8)和自适应头(9)的中轴线在同一直线(a)上，所述激光头(2a)靠近并朝向该直线(a)。
2.根据权利要求1所述的多维激光加工装置，其特征在于在所述夹持及传动机构和 自适应机构之间还安装有支撑机构，该支撑机构包括活动支撑柱(10)，该活动支撑柱(10) 的上端固定有马鞍形支撑台(11)，该马鞍形支撑台(11)上对称安装有左伸缩支臂(12a)和 右伸缩支臂(12b)，所述左伸缩支臂(12a)和右伸缩支臂(12b)中心线的延长线在所述直线 (a)上相交，且所述左伸缩支臂(12a)和右伸缩支臂(12b)的上端都安装有滚轮(13)。
3.根据权利要求1所述的多维激光加工装置，其特征在于所述转动动力机构为转动 电机(14)，该转动电机(14)连接所述中央控制器(1)的旋转输出端，该转动电机(14)的输 出轴上固定有皮带轮，该皮带轮与所述第一水平转轴(5)皮带连接。
4.根据权利要求1所述的多维激光加工装置，其特征在于所述激光头三维行走系统 (2)设置有X轴电机(15)，该X轴电机(15)的输出轴连接有X轴丝杆螺母副的X轴丝杆 (16)，该X轴丝杆螺母副的X轴螺母与X轴滑台(17)固定连接，该X轴滑台(17)上安装有 Y轴电机(18)；所述Y轴电机(18)的输出轴连接有Y轴丝杆螺母副的Y轴丝杆(19)，该Y轴丝杆螺母 副的Y轴螺母与Y轴滑台(20)固定连接，该Y轴滑台(20)上安装有Z轴电机(21)；所述Z轴电机(21)的输出轴连接有Z轴丝杆螺母副的Z轴丝杆(22)，该Z轴丝杆螺母 副的Z轴螺母与Z轴滑台(23)固定连接，该Z轴滑台(23)上安装有所述激光头(2a)。
5.根据权利要求1或4所述的多维激光加工装置，其特征在于所述中央控制器(1)的 三维输出端组由X向控制端、Y向控制端和Z向控制端组成，所述X向控制端连接所述X轴 电机(15)，Y向控制端连接所述Y轴电机(18)，Z向控制端连接所述Z轴电机(21)。
6.根据权利要求1所述的多维激光加工装置，其特征在于所述中央控制器(1)还设 置有气体控制端组，该气体控制端组连接有辅助气体控制装置，所述辅助气体控制装置包 括出气总管(31)、喷气嘴(32)，其中出气总管(31)上安装有总管压力传感器(24)和出气 流量控制阀(25)，该出气总管(31)的出气口连接所述喷气嘴(32)，在喷气嘴(32)上安装 有出气压力传感器(26)，所述出气总管(31)的进气口连接有至少一路进气支管(27)；每一路进气支管(27)安装有支管压力传感器(28)和进气流量控制阀(29)；所述总管压力传感器(24)和支管压力传感器(28)的信号输出端都连接在所述中央控制器⑴上；所述出气流量控制阀(25)和进气流量控制阀(29)的控制输入端都连接在所述中央控 制器⑴上。
7.根据权利要求6所述多维激光加工装置，其特征在于所述出气总管(31)上还安装 有混气罐(30)。
8.根据权利要求6所述多维激光加工装置，其特征在于所述出气总管(31)的进气口 连接有三路进气支管(27)，分别与氩气气源(la)，氮气气源(lb)以及氧气气源(lc)连接。
9.根据权利要求6所述多维激光加工装置，其特征在于所述支管压力传感器(28) 安装在进气流量控制阀(29)的进气端，所述总管压力传感器(24)安装在出气流量控制阀 (25)的进气端。
10.根据权利要求1所述多维激光加工装置，其特征在于所述自适应头(9)为圆锥 形，该圆锥形自适应头(9)的锥尖朝向所述活动夹头(6)。
专利摘要本实用新型公开了一种多维激光加工装置，包括中央控制器，该中央控制器连接有激光头三维行走系统和夹持系统，激光头三维行走系统上安装有激光头，其特征在于所述夹持系统由夹持及传动机构和自适应机构组成；其中夹持及传动机构包括夹持基座，该夹持基座上安装有活动夹头；所述自适应机构包括适应头基座，该适应头基座上固定有自适应头，该自适应头朝向活动夹头。其显著效果是能够从多个不同位置不同角度对工件进行加工，同时实现对单一气源或多种气源的气体混合比例以及气压进行控制，根据不同的加工工艺需求，设定激光头的行走路径、辅助气体的供应比例和气压，采用自动控制技术自动完成相应控制流程，满足多种激光加工系统集成的需要。
文档编号B23K26/00GK201645046SQ201029211029
公开日2010年11月24日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者刘朝涛, 杨燕宾, 苏力 申请人:重庆斯沃德光电设备设计制造有限公司