專利名稱：高速激光切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬板材的加工機(jī)器，具體地說是一種高速激光切割 背景技術(shù)利用激光切割金屬板材是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技 術(shù)，它具有割縫細(xì)、熱影響區(qū)小、切割面質(zhì)量好、切割時(shí)無噪聲、切 邊光滑以及切割過程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。因此，激光切割已 廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、 石油和冶金等工業(yè)部門中?，F(xiàn)有的金屬板材激光切割機(jī)多采用傳統(tǒng)的龍門式或懸臂式結(jié)構(gòu)， 可以將金屬板材加工成各種形狀和圖案。但為了保證切割機(jī)的結(jié)構(gòu)剛 度，無論是龍門式激光切割機(jī)還是懸臂式激光切割機(jī)，龍門和懸臂梁 的結(jié)構(gòu)尺寸勢(shì)必會(huì)很大，這樣一來不僅增大了機(jī)器本身所受的剪切應(yīng) 力，還使得電機(jī)的負(fù)載也變大，進(jìn)而導(dǎo)致激光切割機(jī)不能達(dá)到較高的 加工速度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種提高橫梁剛度、提高加工速度的高速 激光切割機(jī)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括機(jī)床本體、與機(jī)床本體為一體的框架及工作臺(tái)，工作 臺(tái)位于機(jī)床本體內(nèi)、框架的下方，所述框架頂部的底面沿X向設(shè)有一 對(duì)導(dǎo)軌，X向移動(dòng)橫梁可往復(fù)移動(dòng)地安裝在導(dǎo)軌上，在X向移動(dòng)橫梁 上可往復(fù)移動(dòng)地安裝有Y向移動(dòng)系統(tǒng)，其上可往復(fù)移動(dòng)地安裝有Z向 移動(dòng)滑塊，激光頭安裝在Z向移動(dòng)滑塊上；光路沿各方向軸布置。其中所述框架為n型，其頂部與工作臺(tái)相對(duì)的底面上沿X向固 接有第一、二導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間設(shè)有第一直線電機(jī)次級(jí)，在X向移動(dòng)橫 梁上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第一直線電機(jī)初級(jí)，X向移動(dòng)橫梁安裝于第一、二 導(dǎo)軌上，通過第一直線電機(jī)初、次級(jí)可沿X向往復(fù)移動(dòng)；所述第一、二導(dǎo)軌對(duì)稱分布于框架上，承載橫梁載荷，框架邊沿距導(dǎo)軌的距離與兩導(dǎo)軌之間距離的比值為0.33-0.5;所述X向移動(dòng)橫梁的一側(cè)固接 有第三、四導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌之間設(shè)有第二直線電機(jī)次級(jí)；Y向移動(dòng)系統(tǒng) 包括Y向移動(dòng)滑塊、第一伺服電機(jī)、第五、六導(dǎo)軌及第一絲杠，其中 Y向移動(dòng)滑塊安裝于第三、四導(dǎo)軌上，在Y向移動(dòng)滑塊面對(duì)X向移動(dòng) 橫梁的一面設(shè)有與第二直線電機(jī)次級(jí)相對(duì)應(yīng)的第二直線電機(jī)初級(jí)；Y 向移動(dòng)滑塊的另一面固設(shè)有第五、六導(dǎo)軌，第一伺服電機(jī)安裝在Y向 移動(dòng)滑塊上，電機(jī)輸出軸上連接有第一絲杠，位于第五、六導(dǎo)軌之間； 所述Z向移動(dòng)滑塊穿過第一絲杠、安裝在第五、六導(dǎo)軌上，滑塊上還 設(shè)有U向移動(dòng)系統(tǒng)，包括U向移動(dòng)滑塊、第二伺服電機(jī)、第七、八導(dǎo) 軌及第二絲杠，第七、八導(dǎo)軌固接于Z向移動(dòng)滑塊的一面，第二伺服 電機(jī)設(shè)于Z向移動(dòng)滑塊上，電機(jī)輸出軸連接有第二絲杠，帶有激光頭 的U向移動(dòng)滑塊穿過第二絲杠、安裝在第七、八導(dǎo)軌上；所述X向移 動(dòng)橫梁與U向移動(dòng)滑塊同向移動(dòng)，速度疊加。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為1. 本發(fā)明采用n型框架承載橫梁，使得懸掛橫梁較目前常用的 龍門式或懸臂式切割機(jī)的結(jié)構(gòu)剛度更高，提高了在高速運(yùn)動(dòng)中橫梁的 工作穩(wěn)定性。2. 本發(fā)明在X向增加U軸，由于U軸負(fù)載小且動(dòng)態(tài)性能比較好， 與X軸橫梁復(fù)合運(yùn)動(dòng)能有效地提高系統(tǒng)在X向的加工速度與動(dòng)態(tài)特 性。3. 本發(fā)明的橫梁釆用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于直線電機(jī)沒有從轉(zhuǎn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的變換裝置，所以電機(jī)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修容易，效率高，成本也較低，還解決了單邊驅(qū)動(dòng)容易產(chǎn)生附加力矩以及雙邊驅(qū) 動(dòng)難以同步等技術(shù)難點(diǎn)。4. 本發(fā)明通過兩根導(dǎo)軌承載橫梁以及其移動(dòng)滑塊的重量，減少 橫梁變形，在橫梁中部通過一臺(tái)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減少了成本、提高了運(yùn)動(dòng)精度；模擬橫梁受力情況，通過計(jì)算選定兩根導(dǎo)軌的合理間距，使得橫梁變形最小。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的局部放大圖； 圖3為圖1的仰視圖；其中l(wèi)為機(jī)床本體，2為工作臺(tái)，3為光路，4為框架，5為X 向移動(dòng)橫梁，6為第一直線電機(jī)初級(jí)，7為第一直線電機(jī)次級(jí)，8為 第一導(dǎo)軌，9為第二導(dǎo)軌，IO為Y向移動(dòng)滑塊，ll為第二直線電機(jī) 初級(jí)，12為第二直線電機(jī)次級(jí)，13為第三導(dǎo)軌，14為第四導(dǎo)軌，15 為Z向移動(dòng)滑塊，16為第一伺服電機(jī)，17為第五導(dǎo)軌，18為第六導(dǎo) 軌，19為第一絲杠，20為U向移動(dòng)滑塊，21為第二伺服電機(jī)，22為 第七導(dǎo)軌，23為第八導(dǎo)軌，24為第二絲杠，25為激光頭。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。如圖1 3所示，本發(fā)明包括機(jī)床本體l、與機(jī)床本體l為一體 的II型框架4及工作臺(tái)2,工作臺(tái)2位于機(jī)床本體1內(nèi)、1I型框架4 的下方，1I型框架4由鑄鐵制成，其頂部與工作臺(tái)2相對(duì)的底面上沿 X向固接有第一、二導(dǎo)軌8、 9,兩導(dǎo)軌間設(shè)有第一直線電機(jī)次級(jí)7， 在X向移動(dòng)橫梁5上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第一直線電機(jī)初級(jí)6, X向移動(dòng)橫 梁5安裝在第一、二導(dǎo)軌8、 9上，通過第一直線電機(jī)初、次級(jí)6、 7 可沿X向往復(fù)移動(dòng)。X向移動(dòng)橫梁5的一側(cè)固接有第三、四導(dǎo)軌13、 14，兩導(dǎo)軌之間設(shè)有第二直線電機(jī)次級(jí)12。 Y向移動(dòng)系統(tǒng)可往復(fù)移動(dòng) 地安裝在X向移動(dòng)橫梁5上，包括Y向移動(dòng)滑塊10、第一伺服電機(jī) 16、第五、六導(dǎo)軌17、 18及第一絲杠19，其中Y向移動(dòng)滑塊10安 裝于第三、四導(dǎo)軌13、 14上，在Y向移動(dòng)滑塊10面對(duì)X向移動(dòng)橫梁 5的一面設(shè)有與第二直線電機(jī)次級(jí)12相對(duì)應(yīng)的第二直線電機(jī)初級(jí)11; Y向移動(dòng)滑塊IO的另一面固設(shè)有第五、六導(dǎo)軌17、 18,第一伺服電 機(jī)16安裝在Y向移動(dòng)滑塊10上，電機(jī)輸出軸上連接有第一絲杠19, 位于第五、六導(dǎo)軌17、 18之間。Z向移動(dòng)滑塊15的一面設(shè)有螺母， 第一絲杠19與螺母螺紋連接，由第一伺服電機(jī)控制Z向移動(dòng)滑塊15 的移動(dòng)。Z向移動(dòng)滑塊15安裝在第五、六導(dǎo)軌17、 18上，滑塊上還 設(shè)有U向移動(dòng)系統(tǒng)，包括U向移動(dòng)滑塊20、第二伺服電機(jī)21、第七、 八導(dǎo)軌22、 23及第二絲杠19,第七、八導(dǎo)軌22、 23固接于Z向移 動(dòng)滑塊15的另一面，第二伺服電機(jī)21設(shè)于Z向移動(dòng)滑塊15上，電 機(jī)輸出軸連接有第二絲杠24, U向移動(dòng)滑塊20的背面設(shè)有螺母，第 二絲杠24與螺母螺紋連接，由第二伺服電機(jī)21控制U向移動(dòng)滑塊 20的移動(dòng)。U向移動(dòng)滑塊20安裝在第七、八導(dǎo)軌22、 23上，激光頭 25固接在U向移動(dòng)滑塊20上，光路3沿各方向軸布置。X向移動(dòng)橫梁5與U向移動(dòng)滑塊20同一方向復(fù)合運(yùn)動(dòng)，U軸負(fù)載激光頭在X向 小距離移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)速度疊加。第一、二導(dǎo)軌8、 9對(duì)稱分布于框架4上，承載橫梁載荷。在圖 3中，根據(jù)計(jì)算，AB/BC=CD/BC在0. 33 ~ 0. 5之間，本實(shí)施例取AB( CD ) /BC=0. 39,使X向移動(dòng)橫梁5變形最小。本發(fā)明的工作原理為工作時(shí)，X向移動(dòng)橫梁5在第一直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌在X向 全程范圍運(yùn)動(dòng)，同時(shí)U向移動(dòng)滑塊20在第二伺服電機(jī)21驅(qū)動(dòng)下也在 X方向小范圍運(yùn)動(dòng)，在激光加工過程中U軸與X軸復(fù)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)速度 疊加，有效地提高了加工速度。Y向移動(dòng)滑塊10在第二直線電機(jī)驅(qū) 動(dòng)下在Y向運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)激光頭25在Y向運(yùn)動(dòng)，Z向移動(dòng)滑塊15 在第一伺服電機(jī)16驅(qū)動(dòng)下在Z向運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)激光頭25的高度。具體為對(duì)金屬板材進(jìn)行切割時(shí)，位于橫梁中部的第一直線電機(jī) 通電，在第一直線電機(jī)初、次級(jí)6、 7的作用下，使X向移動(dòng)橫梁5 在第一、二導(dǎo)軌8、 9上沿X向移動(dòng)。第二直線電機(jī)通電，Y向移動(dòng) 滑塊10在第二直線電機(jī)初、次級(jí)ll、 12的作用下，在第三、四導(dǎo)軌 13、 14上沿Y向移動(dòng)。同時(shí)第一伺服電機(jī)16工作，帶動(dòng)第一絲杠19 旋轉(zhuǎn)，通過第一絲杠19與螺母的配合，使Z向移動(dòng)滑塊15在第五、 六導(dǎo)軌17、 18上沿Z向移動(dòng)。第二伺服電機(jī)21工作，第二絲杠24 旋轉(zhuǎn)，通過第二絲杠24與螺母的配合，使U向移動(dòng)滑塊20在第七、 八導(dǎo)軌22、 23上沿與X向同向復(fù)合運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)要求的切割距離。本發(fā)明的X向移動(dòng)橫梁5、 Y向移動(dòng)滑塊10均釆用直線電機(jī)、中 間驅(qū)動(dòng)，U軸行程短且與X軸同向，加工過程中與X軸復(fù)合運(yùn)動(dòng)用于 速度疊架，提高加工速度。
權(quán)利要求
1. 一種高速激光切割機(jī)，包括機(jī)床本體、與機(jī)床本體為一體的框架及工作臺(tái)，工作臺(tái)位于機(jī)床本體內(nèi)、框架的下方，其特征在于 所述框架(4)頂部的底面沿X向設(shè)有一對(duì)導(dǎo)軌，X向移動(dòng)橫梁(5) 可往復(fù)移動(dòng)地安裝在導(dǎo)軌上，在X向移動(dòng)橫梁(5)上可往復(fù)移動(dòng)地 安裝有Y向移動(dòng)系統(tǒng)，其上可往復(fù)移動(dòng)地安裝有Z向移動(dòng)滑塊(15)， 激光頭(25)安裝在Z向移動(dòng)滑塊(15)上；光路(3)沿各方向軸 布置。
2. 按權(quán)利要求1所述的高速激光切割機(jī)，其特征在于所述框 架(4)為II型，其頂部與工作臺(tái)(2)相對(duì)的底面上沿X向固接有第 一、二導(dǎo)軌(8、 9),兩導(dǎo)軌間設(shè)有第一直線電機(jī)次級(jí)(7),在X向 移動(dòng)橫梁(5)上相對(duì)應(yīng)地設(shè)有第一直線電機(jī)初級(jí)(6), X向移動(dòng)橫 梁(5)安裝于第一、二導(dǎo)軌(8、 9)上，通過第一直線電機(jī)初、次 級(jí)(6、 7)可沿X向往復(fù)移動(dòng)。
3. 按權(quán)利要求1所述的高速激光切割機(jī)，其特征在于所述第 一、二導(dǎo)軌(8、 9)對(duì)稱分布于框架(4)上，承載橫梁載荷，框架 邊沿距導(dǎo)軌的距離與兩導(dǎo)軌之間距離的比值為0. 33~0. 5。
4. 按權(quán)利要求1所述的高速激光切割機(jī)，其特征在于所述X 向移動(dòng)橫梁(5)的一側(cè)固接有第三、四導(dǎo)軌(13、 14),兩導(dǎo)軌之間 設(shè)有第二直線電機(jī)次級(jí)(12); Y向移動(dòng)系統(tǒng)包括Y向移動(dòng)滑塊(IO)、 第一伺服電機(jī)U6)、第五、六導(dǎo)軌(l7、 18)及第一絲杠(l9),其 中Y向移動(dòng)滑塊(10)安裝于第三、四導(dǎo)軌(13、 14)上，在Y向移 動(dòng)滑塊(10)面對(duì)X向移動(dòng)橫梁(5)的一面設(shè)有與第二直線電機(jī)次 級(jí)(12)相對(duì)應(yīng)的第二直線電機(jī)初級(jí)(11); Y向移動(dòng)滑塊(10)的 另一面固設(shè)有第五、六導(dǎo)軌(17、 18)，第一伺服電機(jī)(16)安裝在 Y向移動(dòng)滑塊(10)上，電機(jī)輸出軸上連接有第一絲杠(19),位于 第五、六導(dǎo)軌(17、 18)之間。
5. 按權(quán)利要求1所述的高速激光切割機(jī)，其特征在于所述Z 向移動(dòng)滑塊(15)穿過第一絲杠(19)、安裝在第五、六導(dǎo)軌(17、 18)上，滑塊上還設(shè)有U向移動(dòng)系統(tǒng)，包括U向移動(dòng)滑塊(20)、第 二伺服電機(jī)(21)、第七、八導(dǎo)軌(22、 23)及第二絲杠(19),第七、八導(dǎo)軌(22、 23 )固接于Z向移動(dòng)滑塊(15 )的一面，第二伺服電機(jī) (21)設(shè)于Z向移動(dòng)滑塊(15)上，電機(jī)輸出軸連接有第二絲杠(24), 帶有激光頭(25)的U向移動(dòng)滑塊(20)穿過第二絲杠(24)、安裝 在第七、八導(dǎo)軌(22、 23)上。
6.按權(quán)利要求5所述的高速激光切割機(jī)，其特征在于所述X 向移動(dòng)橫梁(5)與U向移動(dòng)滑塊(20)同向移動(dòng)，速度疊加。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬板材的加工機(jī)器，具體地說是一種高速激光切割機(jī)，包括機(jī)床本體、與機(jī)床本體為一體的框架及工作臺(tái)，工作臺(tái)位于機(jī)床本體內(nèi)、框架的下方，所述框架頂部的底面沿X向設(shè)有一對(duì)導(dǎo)軌，X向移動(dòng)橫梁可往復(fù)移動(dòng)地安裝在導(dǎo)軌上，在X向移動(dòng)橫梁上可往復(fù)移動(dòng)地安裝有Y向移動(dòng)系統(tǒng)，其上可往復(fù)移動(dòng)地安裝有Z向移動(dòng)滑塊，激光頭安裝在Z向移動(dòng)滑塊上；光路沿各方向軸布置。本發(fā)明通過兩根導(dǎo)軌承載橫梁以及其移動(dòng)滑塊的重量，減少橫梁變形，在橫梁中部采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減少成本、提高運(yùn)動(dòng)精度；模擬橫梁受力情況，通過計(jì)算選定兩根導(dǎo)軌的合理間距，使得橫梁變形最??；U軸行程短且與X軸同向復(fù)合運(yùn)動(dòng)，速度疊加，提高加工速度。
文檔編號(hào)B23K26/00GK101310912SQ200710011430
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者勇 劉, 徐志剛, 趙明揚(yáng), 辛立明, 高英美 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所