一种教学型多功能小型激光金属切割机床的制作方法

本实用新型涉及一种机床，具体是一种教学型多功能小型激光金属切割机床。

背景技术：

金属激光切割机主要用于金属材料的切割加工等，具有切割面美观、热影响区小、效率高、切割成本低等特点，金属激光切割机在航空航天设备、船舶制造、仪器仪表、机电产品、汽车制造等行业中有着广泛的应用。现有的金属激光切割机均为固体激光器，固体激光器采用晶体棒作为激光介质，发散角度大，激光的输出功率不稳定导致光束质量不好，不能满足高速高精度的切割；固体激光器的重量大，占地面积大，运输不方便；固体激光器的能源消耗大，电光转换效率低，这就为使用者带来了不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种教学型多功能小型激光金属切割机床，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种教学型多功能小型激光金属切割机床，包括外壳、电脑显示器、按钮、门、工作控制机、水冷却系统、控制柜、激光器柜子、切割工作平台、切割头、随动系统、光纤、伺服电机、精密滚珠丝杠、旋转辅助器、落料斗、15°刀条和聚焦镜，所述按钮包括急停按钮、电源启动按钮、电机电源按钮、激光开关按钮和工作控制机开关按钮，门包括前门、左侧上门、左侧下门、右侧上门、右侧下门、后侧上门和后侧下门，伺服电机包括X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机，精密滚珠丝杠包括X轴精密滚珠丝杠和Y轴精密滚珠丝杠，外壳的下端设置有地脚，外壳的顶端设置有指示灯，前门位于外壳的正面，外壳的正面还设置有透明窗口、把手和用于收集废料的抽屉，外壳的侧面安装有支撑架，支撑架上设置有支撑操作台，电脑显示器通过支撑架台固定在外壳的侧面并且电脑显示器与输入设备相连，急停按钮、电源启动按钮、电机电源按钮、激光开关按钮和工作控制机开关按钮均设置在电脑显示器上，电脑显示器上还设置有USB接口，外壳的左侧设置有左侧上门和左侧下门，外壳的右侧设置有右侧上门和右侧下门，工作控制机位于外壳的右侧并且位于右侧上门的下方，外壳的右侧设置有总电源接口、空气接口、氧气接口、氮气接口、温水进水口、温水出水口、冷水进水口、冷水出水口、水冷机电源接口和水冷机信号线接口，外壳的后侧设置有后侧上门和后侧下门，控制柜位于外壳的后侧并且控制柜上设置有稳压电源，激光器柜子位于外壳后侧的下方，激光器柜子包括光纤激光器和激光器电源，激光器柜子和控制柜之间设置有第一排烟口，外壳内部设置有切割工作平台、抽风除尘机、空压机、储气罐、气动夹板、切割头、随动系统、聚焦镜、旋转辅助器、15°刀条、X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、X轴精密滚珠丝杠和Y轴精密滚珠丝杠，抽风除尘机、空压机、储气罐、气动夹板、切割头、随动系统、聚焦镜、旋转辅助器、15°刀条、X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、X轴精密滚珠丝杠和Y轴精密滚珠丝杠均安装在切割工作平台上，气动夹板上设置有工件限宽固定锁紧螺钉和固定座，15°刀条安装在固定座上，切割头上设置有非接触传感装置，抽风除尘机通过排烟管与第二排烟口相连，外壳内部还设置有落料斗，落料斗与抽屉相连，X轴精密滚珠丝杠和Y轴精密滚珠丝杠上均设置有直线导轨和防尘罩，直线导轨上安装有光电传感器，切割工作平台的两端设置有限位开关和弹性缓冲垫.

作为本实用新型进一步的方案：输入设备包括鼠标和键盘，切割头包括腔体、聚焦透镜座、聚焦镜、电容式传感器和辅助气体喷嘴，指示灯包括故障警示灯、加工警示灯和开机指示灯。

作为本实用新型进一步的方案：外壳采用移动式龙门结构并且采用焊接工艺制作，透明窗口采用亚克力材料制作，氧气接口和氮气接口均与快插接头相连，聚焦镜上设置有保护镜。

作为本实用新型进一步的方案：抽屉上设置有轮子和推拉把，地脚的数量为六个，每个地脚上设置有四个便于移动的脚轮。

作为本实用新型进一步的方案：抽屉位于外壳的下部，透明窗口位于外壳的上部，把手位于抽屉和透明窗口之间。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该装置设计合理，光束质量极好，适用于高速高精度切割切割，故障率低，使用安全性和运行稳定性好；重量轻，占地面积小，便于搬运，采用柔性传送的光纤，可以长达数米，能适应加工地点变换的要求，实现产品的便携化；能量波动低于2％，确保激光切割切割质量的稳定，平均使用时间可达10万小时以上，大大提高了使用寿命；该装置的电光转换效率，降低了能源消耗从而减少了使用成本，该装置采用电脑控制电动工作台平移完成工件的切割等工作，可以完成任意平面内的切割图形编辑与运动；该装置可以切割多种金属板材和管材，适用于仪器仪表、精密器械、五金模具、汽车配件、工艺礼品等多元化行业，适用范围广，使用效果好。

附图说明

图1为教学型多功能小型激光金属切割机床的外部结构主视图。

图2为教学型多功能小型激光金属切割机床的外部结构左视图。

图3为教学型多功能小型激光金属切割机床的外部结构右视图。

图4为教学型多功能小型激光金属切割机床的外部结构后视图。

图5为教学型多功能小型激光金属切割机床的内部结构主视图。

图6为教学型多功能小型激光金属切割机床的内部结构俯视图。

其中：1-指示灯，2-前门，3-透明窗口，4-把手，5-抽屉，6-地脚，7-支撑架，8-输入设备，9-电脑显示器，10-USB接口，11-急停按钮，12-电源启动按钮，13-电机电源按钮，14-激光开关按钮，15-工作控制机开关按钮，16-左侧上门，17-左侧下门，18-右侧上门，19-工作控制机，20-总电源接口，21-空气接口，22-氧气接口，23-氮气接口，24-温水进水口，25-温水出水口，26-冷水进水口，27-冷水出水口，28-水冷机电源接口，29-水冷机信号线接口，30-右侧下门，31-后侧上门，32-控制柜，33-后侧下门，34-第一排烟口，35-激光器柜子，36-气动夹板，37-固定座，38-防尘罩，39-切割头，40-保护镜，41-随动系统，42-光纤，43-X轴伺服电机，44-Y轴精密滚珠丝杠，45-Y轴伺服电机，46-旋转辅助器，47-第二排烟口，48-X轴精密滚珠丝杠，49-落料斗，50-Z轴伺服电机，51-15°刀条，52-聚焦镜。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-6，一种教学型多功能小型激光金属切割机床，包括外壳、电脑显示器9、按钮、门、工作控制机19、水冷却系统、控制柜32、激光器柜子35、切割工作平台、切割头39、随动系统41、光纤42、伺服电机、精密滚珠丝杠、旋转辅助器46、落料斗49、15°刀条51和聚焦镜52，所述按钮包括急停按钮11、电源启动按钮12、电机电源按钮13、激光开关按钮14和工作控制机开关按钮15，门包括前门2、左侧上门16、左侧下门17、右侧上门18、右侧下门30、后侧上门31和后侧下门33，伺服电机包括X轴伺服电机43、Y轴伺服电机45和Z轴伺服电机50，精密滚珠丝杠包括X轴精密滚珠丝杠48和Y轴精密滚珠丝杠44，外壳的下端设置有地脚6，外壳的顶端设置有指示灯1，前门2位于外壳的正面，外壳的正面还设置有透明窗口3、把手4和用于收集废料的抽屉5，外壳的侧面安装有支撑架7，支撑架7上设置有支撑操作台，电脑显示器9通过支撑架台固定在外壳的侧面并且电脑显示器9与输入设备8相连，急停按钮11、电源启动按钮12、电机电源按钮13、激光开关按钮14和工作控制机开关按钮15均设置在电脑显示器9上，电脑显示器9上还设置有USB接口10，外壳的左侧设置有左侧上门16和左侧下门17，外壳的右侧设置有右侧上门18和右侧下门30，工作控制机19位于外壳的右侧并且位于右侧上门18的下方，外壳的右侧设置有总电源接口20、空气接口21、氧气接口22、氮气接口23、温水进水口24、温水出水口25、冷水进水口26、冷水出水口27、水冷机电源接口28和水冷机信号线接口29，外壳的后侧设置有后侧上门31和后侧下门33，控制柜32位于外壳的后侧并且控制柜32上设置有稳压电源，激光器柜子35位于外壳后侧的下方，激光器柜子35包括光纤激光器和激光器电源，激光器柜子35和控制柜32之间设置有第一排烟口34，外壳内部设置有切割工作平台、抽风除尘机、空压机、储气罐、气动夹板36、切割头39、随动系统41、聚焦镜52、旋转辅助器46、15°刀条51、X轴伺服电机43、Y轴伺服电机45、Z轴伺服电机50、X轴精密滚珠丝杠48和Y轴精密滚珠丝杠44，抽风除尘机、空压机、储气罐、气动夹板36、切割头39、随动系统41、聚焦镜52、旋转辅助器46、15°刀条51、X轴伺服电机43、Y轴伺服电机45、Z轴伺服电机50、X轴精密滚珠丝杠48和Y轴精密滚珠丝杠44均安装在切割工作平台上，气动夹板36上设置有工件限宽固定锁紧螺钉和固定座37，15°刀条51安装在固定座37上，切割头39上设置有非接触传感装置，抽风除尘机通过排烟管与第二排烟口47相连，外壳内部还设置有落料斗49，落料斗49与抽屉5相连，X轴精密滚珠丝杠48和Y轴精密滚珠丝杠44上均设置有直线导轨和防尘罩38，直线导轨上安装有光电传感器，切割工作平台的两端设置有限位开关和弹性缓冲垫。

输入设备8包括鼠标和键盘，切割头39包括腔体、聚焦透镜座、聚焦镜、电容式传感器和辅助气体喷嘴，指示灯1包括故障警示灯、加工警示灯和开机指示灯。外壳采用移动式龙门结构并且采用焊接工艺制作，透明窗口3采用亚克力材料制作，氧气接口22和氮气接口23均与快插接头相连，聚焦镜52上设置有保护镜40。抽屉5上设置有轮子和推拉把，地脚6的数量为六个，每个地脚6上设置有四个便于移动的脚轮。抽屉5位于外壳的下部，透明窗口3位于外壳的上部，把手4位于抽屉5和透明窗口3之间。

本实用新型的工作原理是：绘制好的切割文件通过USB接口10拷贝到电脑显示器9，在电脑显示器9中做简单的处理及调用合适的工艺参数进行激光切割加工；出现紧急情况，拍下急停按钮11，装置停止工作，设备启动状态下，按下该按钮可使电机和激光器断电停止工作；左侧上门16和右侧上门18的作用是便于维护装置的内部空间及安装、拆卸旋转辅助器46和装夹圆管，左侧下门17和右侧下门30的作用是便于维护装置的内部空间及安装、维护激光器电源等；第一排烟口34可以排出切割过程中产生的灰尘和废气；气动夹板36用于固定待切割板材，左右可动，通过调节工件限宽固定锁紧螺钉可以夹不同厚度的板材；切割头39采用光纤专用激光切割头；随动系统41是配制光纤专用激光切割头39的电容非接触式自动跟踪系统，可以自动调整最佳的焦距，保证整板最佳的切割效果，避免了材料不平整时，焦距变化问题引起的材料报废。由于切割头39配有非接触传感装置，在系统的控制下，能够实现稳定的Z轴浮动功能，直接消除了板材不平对切割质量的影响，使激光切割机具有很高的切割成品率。聚焦镜52的光纤光导出射面大，呈扩散光束，而不是一个准直的或聚焦光斑，光纤聚焦镜52在光纤的尾端，可有效的会聚光束，将输出光束控制在一个小的区域内，可有效减小光分叉。旋转辅助器46可进行圆管切割。

该装置使用“柏楚CypCut激光切割控制系统”(以下简称CypCut)。该软件是一套用于平面激光切割的系统软件，包含激光切割工艺处理、常用排样功能和激光加工控制。主要功能包括图形处理、参数设置、自定义切割过程编辑、排样、路径规划、模拟以及切割加工控制。CypCut软件必须配合加密狗和控制卡使用时，才能进行实际的加工控制。

当CypCut运行在一台没有加密狗的电脑上时，将进入演示模式，您可以正常使用除加工控制以外的其它所有功能。因此CypCut可安装在独立的笔记本上用于加工前的设计。该装置采用移动式龙门结构，整体床身，能保持长时间良好的稳定性、抗震性；横梁采用铝合金整体铸造工艺，保证了横梁的刚性和稳定性，动态性能佳，采用高精度齿轮齿条传动、日本安川原装伺服系统、行星差速减速机，确保高精度、高速运行，设备精度高、刚性好，运行平稳，采用自动交换工作台，设备可边加工边上下料，方便快捷省时。底座整体焊接而成，经过专业大型军工企业专业制造、二次时效处理和大型龙门铣床精密加工，这些设计和加工手段确保底座具有优良的抗震性、高刚性和稳定性。切割工作平台采用分区吸尘设计，用于清除生产过程中粉尘、废气等物质。通过数控系统控制X轴伺服电机43、Y轴伺服电机45和Z轴伺服电机50，从而带动切割头39实现稳定，可靠，高速往复运动，X方向的运动行程为600mm；Y方向的运动行程为600mm；采用全封闭式防尘装置，其中防尘罩38重量轻，运行可靠；X轴直线导轨和Y轴直线导轨均采用原装进口的精密产品，采用光电传感器等精密定位部件，有效地保证了传动的精度；Z轴采用伺服电机带动丝杠传动；行程两端有限位开关控制行程，同时辅以两侧的弹性缓冲垫，有效地保证了机床运动的安全性。

该装置应用光纤激光器产生的1064nm激光经过扩束、反射、聚焦后辐射到加工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过数字化精确控制激光脉冲的能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件汽化和熔化，形成切缝，从而实现对被加工件的激光切割。

开机流程是：第一，上电前检查装置整体：主要查看装置各运动部件的轨迹路线上及整机外壳上有无异常等。第二，外部设备启动：机床水冷却系统启动：检查状态是否正常，供水是否正常，水路有无漏水现象；激光器启动：包括水冷却系统及激光器主机，检查状态有无异常；辅助气体供应设备：启动空压机，打开所需供气阀，检查气路中的各过滤设备及各压力表的状态是否正常。机床主机上电：外部电源接通：打开机床总供电旋钮开关，检查电器柜的水冷却系统是否启动。数控系统上电：打开系统上电使能钥匙，启动上电按钮，等待3分钟系统完全启动后，检查有无异常报警；如在气候寒冷(零度以下)，需要在装置上电后等待5分钟，待机床预热后再进行其他操作；系统正常则打开急停。该装置的加工过程是：第一，加工板材准备：将加工材料放到切割工作平台，调整好需要的角度，准备好相应的辅助工装措施。第二，切割程序准备：打开切割软件，直接调用切割图形。第三，运行程序准备：准备运行切割程序前进行如下几个方面的准备及检查：光路检查，激光是否同轴，切割头39焦点位置是否准确；切割程序检查，可使用程序模拟软件功能查看程序切割图形或者顺序是否有错；检查调用的切割工艺参数是否正确及是否需要进行一些特殊的工艺参数设置；外部控制检查：检查激光器控制，如高压、红光和机械光闸；检查辅助气体选择，比例阀控制，光路吹气是否正常。第四，工件坐标系位置准备：可在手动方式下，找到起始零点位置，手动运行X轴伺服电机43和Y轴伺服电机45将切割头39移动到板材的相应位置，在后续的执行程序过程中，会自动设置相应轴位置值到工件坐标系。第五，在自动方式下，在程序界面选择准备好的加工程序，确定第3项的检查内容无误，操作面板切换为“DryCut”状态，使用循环启动启动加工程序进行切割。第六，程序结束后，提升Z轴伺服电机50，移动切割工作平台，装卸工件，加工结束，准备进行下一次切割。该装置的关机流程：第一，机床回原点。第二，关闭激光器。第三，关闭水冷却系统的电源。第四关闭空压机阀门与电源：对空压机进行手动排水和排油，将空压机底部储气罐的泄水阀打开进行排水，待废水排完后，关闭该泄水阀；对空气清净器进行手动排水(未装自动排水时)和排油，将空气清净器底部的排水阀打开进行排水，待废水排完后，旋紧该排水阀。第五，关闭水冷却系统、机床电源、稳压电源及外部总开关。第六，关闭切割用辅助气体。第七，封闭切割头喷嘴，防止空气中粉尘进入到聚焦镜52内。第八，巡视装置周边环境状况，检查是否有火种或高温物体存在，预防火灾，消除安全隐患。

该装置设计合理，光束质量极好，适用于高速高精度切割切割，故障率低，使用安全性和运行稳定性好；重量轻，占地面积小，便于搬运，采用柔性传送的光纤，可以长达数米，能适应加工地点变换的要求，实现产品的便携化；能量波动低于2％，确保激光切割切割质量的稳定，平均使用时间可达10万小时以上，大大提高了使用寿命；该装置的电光转换效率，降低了能源消耗从而减少了使用成本，该装置采用电脑控制电动工作台平移完成工件的切割等工作，可以完成任意平面内的切割图形编辑与运动；该装置可以切割多种金属板材和管材，适用于仪器仪表、精密器械、五金模具、汽车配件、工艺礼品等多元化行业，适用范围广，使用效果好。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。