一种用于金属板材的高效光纤激光切割机的制作方法

本实用新型涉及激光切割机技术领域，具体涉及一种用于金属板材的高效光纤激光切割机。

背景技术：

目前，激光加工技术已广泛应用于机械、汽车工业、航空航天、轻工纺织、食品医疗等领域。在激光加工方面，激光切割技术也得到了更为广泛的应用，超过激光加工业的70%。激光切割利用经聚焦后产生的高功率密度的激光光束，在数控系统控制下，在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，在光斑处会焦的激光功率密度高达106－109w/cm²，焦斑位于待加工面附近，使工件材料瞬间熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时配合辅助切割气体将气化的金属吹走。

近几年，全球激光切割机数量增长速度接近1000台每年，该行业销售总额也已超过90亿美元，其中美国与日本的激光切割设备市场占有率约为25%。由于激光切割功率的增大、机械设备柔性的增强、加工光束稳定性的提高，除了加工金属，各类无机材料也采用激光进行加工。

随着激光切割机的逐步普及和科技的不断进步，人们对激光切割机的要求也越来越高，要求激光切割机进一步提高切割效率、降低待机时、扩大应用面、降低运行成等，提高激光切割机性能。此外，由于激光切割机加工速度快，这对激光切割机的结构尺寸及运动灵活性提出了较高的要求。现有技术中的激光切割机，由于不具有合理的结构设计，在运动性能及动力特性有一定的欠缺，在生产过程中，会对产品的精度、质量、效率产生一定的影响。

中国专利申请号为cn201910608327.x公开了一种光纤激光切割机，包括机体，所述机体上侧安装有操作台，解决了现有技术中激光切割机只能进行线性切割处理，不能对金属板或金属片进行切圆处理，而且便于对金属板或金属片进行快速定位处理，降低了激光切割机的切割效率的问题，没有对激光切割机的精度、质量、效率进行提高。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种用于金属板材的高效光纤激光切割机，结构设计合理，运动灵活性高，整体稳定性好，抗振性能好以及灵敏度高，应用前景广泛。

技术方案：一种用于金属板材的高效光纤激光切割机，包括激光切割装置、支撑装置，所述激光切割装置安装在支撑装置上；所述激光切割装置包括z轴滑台、安装支座、激光器、光纤连接块、切割头，所述z轴滑台安装在支撑装置上，所述z轴滑台前侧面竖直方向设置有两条滑台滚动导轨，所述安装支座后侧面设置有与所述滑台滚动导轨相配合的滚轮，并且通过z轴部件实现了安装支座在z轴滑台上z方向的运动；所述激光器、光纤连接块、切割头从上至下依次固定连接并且通过安装支座安装在z轴滑台前侧面上，所述激光器固定安装在安装支座上方，所述光纤连接块安装在安装支座内，所述切割头位于安装支座下方，所述切割头通过安装支座实现在z方向的运动；所述切割头包括准直部件、聚焦组件、保护镜盒、传感器、割嘴，所述激光器、光纤连接块、准准直部件、聚焦组件、保护镜盒、传感器、割嘴从上至下依次固定连接。

本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，结构设计合理，支撑装置的作用给激光切割装置进行承重，通过安装支座设置的与z轴滑台的滑台滚动导轨相配合的滚轮，激光器、切割头实现在z方向的往复直线运动，即上下运动，方便对金属板材进行切割作业。

所述激光切割装置，工作原理如下：激光器发出的光纤，通过光纤连接块导入切割头的接口，其中，切割头的准直组件是将出自光纤的发散光收敛起来，将其拉直或准直，准直组件还包括准直对中部分和水冷却部分；聚焦组件是将准直后平行的激光束聚焦，切割工件，通过聚焦组件的调焦部分可以改变焦点位置，以满足切割不同材料和不同厚度板材的需求；保护镜盒是用于将外界与切割头内部光路隔绝，保证光路密封，防止灰尘和杂质进入光路，延长切割头的使用寿命；传感器用于和激光切割装置的控制盒信号连接，实时传输数据，通过控制盒能使切割头与金属板材表面之间的距离长期、可靠地保持稳定，为获得最佳的切割质量提供保证；割嘴安装在切割头底端，是激光束和铺助气体的排出通道，辅助气体经过割嘴内腔后形成高速气流，将融熔材料吹走，达到切割的目的。

进一步的，上述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所述支撑装置包括左机架、右机架、工作台、纵梁、横梁，所述左机架、右机架通过所述连接板连接；所述工作台水平设置在所述连接板上方并且两端分别与所述左机架、右机架内侧中部连接；所述纵梁水平设置在所述工作台上方并且两端分别固定在所述左机架、右机架上端；所述纵梁下挂有所述横梁，所述横梁与纵梁垂直设置。

进一步的，上述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所述左机架、右机架内侧分别设置有左台阶、右台阶，所述左台阶、右台阶面上分别安装有左滚动导轨、右滚动导，所述工作台安装在所述左滚动导轨、右滚动导轨上，所述工作台左右两侧的底部分别设置有与所述左滚动导轨、右滚动导轨相配合的滚轮，并且通过x轴部件一实现了工作台在x方向的运动。

通过工作台左右两侧的底部设置的与左滚动导轨、右滚动导轨相配合的滚轮，工作台实现在x方向的往复直线运动，方便了金属板材的上料、下料，x轴部件一是动力装置。

进一步的，上述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所述纵梁与所述横梁之间设置有纵梁滚动导轨，所述纵梁滚动导轨有两条，所述横梁上端面设置有与所述纵梁滚动导轨相配合的滚轮，并且通过y轴部件实现了横梁在纵梁上的y方向的运动。

通过横梁上端面设置的与纵梁滚动导轨相配合的滚轮，横梁实现了在纵梁上的y方向的往复直线运动，从而实现了激光切割装置在y方向的往复直线运动。而在加工过程中，纵梁不参与运动，纵梁的作用是给横梁及依附于横梁上的各部件进行直接承重。

进一步的，上述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所述横梁前侧平行设置有两条横梁滚动导轨，所述z轴滑台朝向横梁滚动导轨的一面设置有与所述横梁滚动导轨相配合的滚轮，并且通过x轴部件二实现了z轴滑台在x方向的运动。

通过激光切割装置上设置的与横梁滚动导轨相配合的滚轮，激光切割装置实现了在x方向的往复直线运动。本实用新型均选择滚动导轨，是因为滚动导轨摩擦系数较小，且静、动摩擦系数差也非常小，因此运动灵便，不容易出现爬行的现象。其次，滚动导轨定位精度高，重复定位误差约为0.1～0.2μm，大约为滑动导轨的1/50，具有更平顺的运动，而且噪声更小。由于使用滚动摩擦，因而它的磨损较小，寿命长，润滑方便，但是滚动导轨抗震性较差，因此选用两条滚动导轨一起来进行横梁的导向及承重增强抗震性，来保证相对运动的精度。

其中，所述x轴部件一、x轴部件二、y轴部件、z轴部件均为现有技术中常见结构，x轴部件、y轴部件、z轴部件均是由伺服电机、电机座、导轨、导轨滑块、联轴器、丝杠、丝杠螺母座、轴承座、支承板等部件组成，在这里就不一一赘述，不影响本实用新型技术方案的实现。

进一步的，上述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所述左机架、右机架的底部四角分别安装有减振器。

在左机架、右机架底部的四角安装有减振器，可以增加本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机整体的稳定性，还能固定工作台，使其在加工过程中不发生移动而影响加工精度。

进一步的，上述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所所述减振器包括支架、质量块、金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二、螺钉、螺母；所述支架、金属丝网橡胶一、质量块、金属丝网橡胶二从下至上依次设置；所述螺钉穿设所述支架、金属丝网橡胶一、质量块、金属丝网橡胶二并且所述螺钉上方设置有螺母。

进一步的，上述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所述金属丝网橡胶一上、下端设置有保护壳一；所述金属丝网橡胶二上、下端设置有保护壳二；所述螺钉与支架连接处设置有垫片。

所述减振器由支架、质量块、保护壳、螺栓、螺母和一对金属丝网橡胶等构成。支架用来将减振器其他构件连接并固定，保护壳可以给予金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二支撑和保护作用，将一对金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二有机地组合成一个整体，螺栓贯穿减震机构，通过调节螺栓、螺母可以控制金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二的相对预紧量。所述减振器为对称结构，可以使减振器实现轴向方向上的双向减振，金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二工作时在受到外界振动激励并且减震机构有一定预紧量时，上下层两个金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二均在承受压力，因此减振器可以承受周期性的拉压载荷，提高了所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机的稳定性和使用寿命。

进一步的，上述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所述左机架、右机架、连接板为钢板及型钢焊接而成的封闭箱型结构；所述工作台由窄边平行的若干锯齿形板材组成，所述锯齿形板材下设置有与工作台宽边平行的若干筋板。

左右两边的左机架、右机架及用于连接的连接板组成主要支承部分，采用钢板及型钢焊接而成的封闭箱型结构，具有减轻重量和增加刚度的显著优点，提高各构件的固有频率，从而有效抑制共振的发生。

由于激光切割加工是将激光转化成热能的加工方式，它在切割金属板材的同时也可能会将工作台面的金属熔化，因而要尽量减小工作台与金属板材的接触，同时又要起到支撑加工金属板材的作用。本实用新型所述的工作台，采用与窄边平行的若干锯齿形板材作为工作台面的主体，使得工作台与加工金属板材进行点接触，减少接触面积，同时为了保证刚度，加入与工作台宽边平行的若干筋板来承重。

本实用新型的有益效果为：

（1）本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，结构设计合理，采用横梁倒挂式结构，开放性好，与传统的悬臂式结构相比，横梁倒挂式结构运动速度更快，运行更平稳，驱动力作用点位于横梁重心，基本无附加力矩，具有更高的驱动效率和更平稳的运行能力；

（2）本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，运动灵活性高，能够实现沿x、y、z三个直线运动坐标移动，实现了各类金属板材的激光切割加工，提高了金属板材激光切割加工的加工精度；

（3）本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，整体稳定性好，抗振性能好以及灵敏度高，应用前景广泛。

附图说明

图1为本实用新型所述用于金属板材的高效光纤激光切割机的整体结构示意图；

图2为本实用新型所述用于金属板材的高效光纤激光切割机的激光切割装置结构示意图；

图3为本实用新型所述用于金属板材的高效光纤激光切割机的减振器结构示意图；

图中：激光切割装置1、z轴滑台11、滑台滚动导轨111、安装支座12、激光器13、光纤连接块14、切割头15、准直部件151、聚焦组件152、保护镜盒153、传感器154、割嘴155、支撑装置2、左机架21、左台阶211、左滚动导轨212、右滚动导轨213、右机架22、右台阶221、工作台23、锯齿形板材231、筋板232、纵梁24、纵梁滚动导轨241、横梁25、横梁滚动导轨251、连接板26、减振器27、支架271、质量块272、金属丝网橡胶一273、金属丝网橡胶二274、螺钉275、螺母276、保护壳一277、保护壳二278、垫片279。

具体实施方式

下面结合附图1-3和具体实施例，进一步阐明本实用新型。

如图1、2所示的上述结构的用于金属板材的高效光纤激光切割机，包括激光切割装置1、支撑装置2，所述激光切割装置1安装在支撑装置2上；所述激光切割装置1包括z轴滑台11、安装支座12、激光器13、光纤连接块14、切割头15，所述z轴滑台11安装在支撑装置2上，所述z轴滑台11前侧面竖直方向设置有两条滑台滚动导轨111，所述安装支座12后侧面设置有与所述滑台滚动导轨111相配合的滚轮，并且通过z轴部件实现了安装支座12在z轴滑台11上z方向的运动；所述激光器13、光纤连接块14、切割头15从上至下依次固定连接并且通过安装支座12安装在z轴滑台11前侧面上，所述激光器13固定安装在安装支座12上方，所述光纤连接块14安装在安装支座12内，所述切割头15位于安装支座12下方，所述切割头15通过安装支座12实现在z方向的运动；所述切割头15包括准直部件151、聚焦组件152、保护镜盒153、传感器154、割嘴155，所述激光器13、光纤连接块14、准准直部件151、聚焦组件152、保护镜盒153、传感器154、割嘴155从上至下依次固定连接。

此外，所述支撑装置2包括左机架21、右机架22、工作台23、纵梁24、横梁25，所述左机架21、右机架22通过连接板26连接；所述工作台23水平设置在所述连接板26上方并且两端分别与所述左机架21、右机架22内侧中部连接；所述纵梁24水平设置在所述工作台23上方并且两端分别固定在所述左机架21、右机架22上端；所述纵梁24下挂有所述横梁25，所述横梁25与纵梁24垂直设置。

其中，所述左机架21、右机架22内侧分别设置有左台阶211、右台阶221，所述左台阶211、右台阶221面上分别安装有左滚动导轨212、右滚动导轨213，所述工作台23安装在所述左滚动导轨212、右滚动导轨213上，所述工作台23左右两侧的底部分别设置有与所述左滚动导轨212、右滚动导轨213相配合的滚轮，并且通过x轴部件一实现了工作台23在x方向的运动。

此外，所述纵梁24与所述横梁25之间设置有纵梁滚动导轨241，所述纵梁滚动导轨241有两条，所述横梁25上端面设置有与所述纵梁滚动导轨241相配合的滚轮，并且通过y轴部件实现了横梁25在纵梁24上的y方向的运动。

此外，所述横梁25前侧平行设置有两条横梁滚动导轨251，所述z轴滑台11朝向横梁滚动导轨251的一面设置有与所述横梁滚动导轨251相配合的滚轮，并且通过x轴部件二实现了z轴滑台11在x方向的运动。

进一步的，所述左机架21、右机架22的底部四角分别安装有减振器27。

此外，如图3所示，所述减振器27包括支架271、质量块272、金属丝网橡胶一273、金属丝网橡胶二274、螺钉275、螺母276；所述支架271、金属丝网橡胶一273、质量块272、金属丝网橡胶二274从下至上依次设置；所述螺钉275穿设所述支架271、金属丝网橡胶一273、质量块272、金属丝网橡胶二274并且所述螺钉275上方设置有螺母276。

进一步的，所述金属丝网橡胶一273上、下端设置有保护壳一277；所述金属丝网橡胶二274上、下端设置有保护壳二278；所述螺钉275与支架271连接处设置有垫片279。

进一步的，如图1所示，所述左机架21、右机架22、连接板26为钢板及型钢焊接而成的封闭箱型结构；所述工作台23由窄边平行的若干锯齿形板材231组成，所述锯齿形板材231下设置有与工作台23宽边平行的若干筋板232。

实施例

基于以上的结构基础，如图1~3所示。

本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，所述激光切割装置1，工作原理如下：激光器13发出的光纤，通过光纤连接块14导入切割头15的接口，其中，切割头15的准直组件151是将出自光纤的发散光收敛起来，将其拉直或准直，准直组件151还包括准直对中部分和水冷却部分；聚焦组件152是将准直后平行的激光束聚焦，切割工件，通过聚焦组件152的调焦部分可以改变焦点位置，以满足切割不同材料和不同厚度板材的需求；保护镜盒153是用于将外界与切割头内部光路隔绝，保证光路密封，防止灰尘和杂质进入光路，延长切割头15的使用寿命；传感器154用于和激光切割装置1的控制盒(图未示)信号连接，实时传输数据，通过控制盒能使切割头与金属板材表面之间的距离长期、可靠地保持稳定，为获得最佳的切割质量提供保证；割嘴155安装在切割头15底端，是激光束和铺助气体的排出通道，辅助气体经过割嘴内腔后形成高速气流，将融熔材料吹走，达到切割的目的。

本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，结构设计合理，支撑装置2的作用给激光切割装置1进行承重，支撑装置2采用横梁倒挂式结构，开放性好，驱动力作用点位于横梁重心，基本无附加力矩，具有更高的驱动效率和更平稳的运行能力。

使用时，将待切割金属板材放置在工作台23上，通过安装支座12设置的与z轴滑台11的滑台滚动导轨111相配合的滚轮，切割头15实现在z方向的往复直线运动，即上下运动，方便对金属板材进行切割作业；通过工作台23左右两侧的底部设置的与左滚动导轨212、右滚动导轨213相配合的滚轮，工作台23实现在x方向的往复直线运动，方便了金属板材的上料、下料；通过横梁25上端面设置的与纵梁滚动导轨241相配合的滚轮，横梁25实现了在纵梁24上的y方向的往复直线运动，从而实现了激光切割装置1在y方向的往复直线运动；通过激光切割装置1上设置的与横梁滚动导轨251相配合的滚轮，激光切割装置1实现了在x方向的往复直线运动。

由上可得，本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机，能够实现沿x、y、z三个直线运动坐标移动，实现了不同金属板材的激光切割，提高了金属板材激光切割的加工精度。

其中，本实用新型均选择滚动导轨，是因为滚动导轨摩擦系数较小，且静、动摩擦系数差也非常小，因此运动灵便，不容易出现爬行的现象。其次，滚动导轨定位精度高，重复定位误差约为0.1～0.2μm，大约为滑动导轨的1/50，具有更平顺的运动，而且噪声更小。由于使用滚动摩擦，因而它的磨损较小，寿命长，润滑方便，但是滚动导轨抗震性较差，因此选用两条滚动导轨一起来进行横梁的导向及承重增强抗震性，来保证相对运动的精度。

其中，所述x轴部件一、x轴部件二、y轴部件、z轴部件均为现有技术中常见结构，x轴部件、y轴部件、z轴部件均是由伺服电机、电机座、导轨、导轨滑块、联轴器、丝杠、丝杠螺母座、轴承座、支承板等部件组成，在这里就不一一赘述，不影响本实用新型技术方案的实现。

进一步的，在左机架21、右机架22底部的四角安装有减振器27，可以增加本实用新型所述的用于金属板材的高效光纤激光切割机整体的稳定性，还能固定工作台，使其在加工过程中不发生移动而影响加工精度。

进一步的，所述减振器27由支架271、质量块272、保护壳一277、保护壳二278、螺钉275、螺母276和一对金属丝网橡胶一273、金属丝网橡胶二274等构成。支架271用来将减振器27其他构件连接并固定，保护壳一277、保护壳二278可以给予金属丝网橡胶一273、金属丝网橡胶二274支撑和保护作用，将一对金属丝网橡胶一273、金属丝网橡胶二274有机地组合成一个整体，螺钉275贯穿减振器27，通过调节螺钉275、螺母276可以控制金属丝网橡胶一273、金属丝网橡胶二274的相对预紧量。

所述减振器27为对称结构，可以使减振器27实现轴向方向上的双向减振，金属丝网橡胶一273、金属丝网橡胶二274工作时在受到外界振动激励并且减振器27有一定预紧量时，上下层两个金属丝网橡胶一273、金属丝网橡胶二274均在承受压力，因此减振器27可以承受周期性的拉压载荷，提高了所述的用于金属管道坡口加工的高效坡口机的稳定性和使用寿命。

进一步的，左右两边的左机架21、右机架22及用于连接的连接板26组成主要支承部分，采用钢板及型钢焊接而成的封闭箱型结构，具有减轻重量和增加刚度的显著优点，提高各构件的固有频率，从而有效抑制共振的发生。

由于激光切割加工是将激光转化成热能的加工方式，它在切割金属板材的同时也可能会将工作台面的金属熔化，因而要尽量减小工作台23与金属板材的接触，同时又要起到支撑加工金属板材的作用。本实用新型所述的工作台23，采用与窄边平行的若干锯齿形板材231作为工作台23台面的主体，使得工作台23与加工金属板材进行点接触，减少接触面积，同时为了保证刚度，加入与工作台23宽边平行的若干筋板232来承重。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。