專利名稱：一種工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于汽車制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及機(jī)器人激光自動(dòng)切割裝置，具體的說，是涉及一種工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)。
背景技術(shù)：
在汽車車身覆蓋件制造中包含機(jī)蓋、后蓋箱、水箱架、保險(xiǎn)杠、葉子板、車門窗等，往往需要三維的切割，包括修邊和沖孔等，傳統(tǒng)工藝有開模沖壓，等離子切割或五軸機(jī)床CO2激光切割。等離子切割的方式，導(dǎo)致切口邊緣不整齊，需要下一道工序來打磨，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。小孔只能用手鉆或沖床來加工，工作效率低下，且等離子設(shè)備對(duì)人體有一定的輻射。一些規(guī)模較大的汽車生產(chǎn)廠家，率先引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的五軸激光切割機(jī)，大大改善了工藝效果，提高了生產(chǎn)效率。因?yàn)槲遢S聯(lián)動(dòng)機(jī)床目前基本上都是整機(jī)國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格極其昂貴，對(duì)廣大中小 型生產(chǎn)廠家是一個(gè)難以普及的門檻。通常五軸激光切割機(jī)所選配的激光器大多都是2KW的快軸流CO2激光器，需要充He，Ne，CO2等氣體，耗材消耗也較大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服國(guó)內(nèi)現(xiàn)有激光切割技術(shù)裝備的不足，提供一種基于工業(yè)機(jī)器人的三維激光切割機(jī)，主要適用于汽車車身覆蓋件的激光切割包括修邊和沖孔制造。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，包括工業(yè)機(jī)器人和光纖激光器，所述光纖激光器的激光切割刀固定在工業(yè)機(jī)器人的末端。所述光纖激光器包括激光切割刀、光纖電纜和激光器電源，激光器電源通過光纖電纜與激光切割刀連接。所述光纖激光器還包括氣源、軟氣管和吹氣嘴，氣源通過軟氣管與吹氣嘴連通，吹氣嘴設(shè)置在激光切割刀上。所述三維激光切割機(jī)還包括框架，工業(yè)機(jī)器人設(shè)置在框架的橫梁下。所述工業(yè)機(jī)器人包括手部、前臂部、后臂部、機(jī)身和機(jī)身固定座，手部通過旋轉(zhuǎn)軸與前臂部連接，前臂部通過旋轉(zhuǎn)軸與后臂部連接，后臂部通過旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)身連接，機(jī)身通過機(jī)身固定座固定在框架橫梁下，手部末端固定激光切割刀。手部夾持激光切割刀。所述三維激光切割機(jī)還包括加工平臺(tái)，加工平臺(tái)置于工業(yè)機(jī)器人的下方。本實(shí)用新型的有益效果采用工業(yè)機(jī)器人加光纖激光器的組合進(jìn)行三維切割，徹底有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題。兩者都能進(jìn)行空間軌跡的描述實(shí)現(xiàn)三維立體切割，首先，用工業(yè)機(jī)器人代替五軸機(jī)床，結(jié)合汽車覆蓋件的行業(yè)特點(diǎn)，主要切割生產(chǎn)零件的厚度在O. 5 2mm，具有方便三維零件的加工、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于3_以下的汽車薄板零部件切割。其次，采用光纖激光器代替CO2激光器。光纖激光技術(shù)是近幾年高速發(fā)展的激光技術(shù)，相比傳統(tǒng)激光，具有更好的切割質(zhì)量，更低的系統(tǒng)造價(jià)，更長(zhǎng)的使用壽命和更低的維護(hù)費(fèi)用，更低的耗電。關(guān)鍵是光纖激光器的激光可以通過光纖傳輸，方便與工業(yè)機(jī)器人連接，實(shí)現(xiàn)柔性加工。隨著高功率半導(dǎo)體激光器泵浦技術(shù)和雙包層光纖制作工藝的發(fā)展，光纖激光器的輸出功率逐步提高，目前采用單根光纖，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 1000瓦的激光能量輸出。激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實(shí)現(xiàn)的。在計(jì)算機(jī)的控制下,通過脈沖使激光器放電,從而輸出受控的重復(fù)高頻率的脈沖激光,形成一定頻率和脈寬的光束，該脈沖激光束經(jīng)過光路傳導(dǎo)及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個(gè)個(gè)細(xì)微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，能以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個(gè)高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個(gè)細(xì)小的孔，在計(jì)算機(jī)控制下，激光加工頭與被加工材料按預(yù)先繪好的圖形進(jìn)行連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)打點(diǎn)，這樣就會(huì)把物體加工成想要的形狀。同時(shí)在切割時(shí)，還可以通過設(shè)置在切割頭的吹氣嘴將一股與激光束同軸的氣流由切割頭噴出，將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出。激光切割與傳統(tǒng)的板材加工方法相比，其具有高的切割質(zhì)量(切口寬度窄、熱影響區(qū)小、切口光潔)、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀)、廣泛的材料適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。適合進(jìn)行切邊和沖孔，實(shí)現(xiàn)柔性化批量加工。采用激光切割的柔性生產(chǎn)，替代開模沖壓，適合個(gè)性化生產(chǎn)，也縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，以快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)。適用于汽車覆蓋件等多批次小批量的生產(chǎn)，采用工業(yè)機(jī)器人大大降低了系統(tǒng)的成本造價(jià)，減少了系統(tǒng)的占地面積和耗電量。

圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例中的工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)中的工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作示意圖。其中1_激光切割刀；2_工業(yè)機(jī)器人；3-框架；4_加工平臺(tái)；5_激光器電源；6-機(jī)器人電控柜；21_手部；22_前臂部；23_后臂部；24_機(jī)身；25_機(jī)身固定座；26_旋轉(zhuǎn)軸一；27-旋轉(zhuǎn)軸二 ；28_旋轉(zhuǎn)軸三；31_立柱；32_橫梁。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，一種工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，包括光纖激光器和工業(yè)機(jī)器人2，光纖激光器的激光切割刀I固定在工業(yè)機(jī)器人2的末端。同時(shí)還包括框架3和加工平臺(tái)4，工業(yè)機(jī)器人2懸掛在框架3的橫梁32的正中間下方，加工平臺(tái)4設(shè)置在工業(yè)機(jī)器人的下方?？蚣?包括橫梁32和立柱31，橫梁32固定在立柱31上端，如圖1所示。加工平臺(tái)4是工件的支撐固定平臺(tái)。光纖激光器還包括激光器電源5，激光器電源5通過光纖電纜與激光切割刀I柔性連接。光纖激光器還包括氣源、軟氣管和吹氣嘴(圖中未顯示)，氣源通過軟氣管與吹氣嘴連通，吹氣嘴設(shè)置在激光切割刀I上。工業(yè)機(jī)器人2包括手部21、前臂部22、后臂部23機(jī)身24和機(jī)身固定座25，手部21通過旋轉(zhuǎn)軸一 26與前臂部22連接，前臂部22通過旋轉(zhuǎn)軸二 27與后臂部23連接，后臂部23通過旋轉(zhuǎn)軸三28與機(jī)身24連接，機(jī)身24通過機(jī)身固定座25固定在框架3的橫梁32下，手部21末％5夾持激光切割刀I。工業(yè)機(jī)器人2的運(yùn)動(dòng)過程如圖2所示。工業(yè)機(jī)器人2的運(yùn)動(dòng)可以通過機(jī)器人電控柜6進(jìn)行控制，其相互的連接關(guān)系及控制原理為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。本實(shí)用新型通過工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)激光切割刀的五軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)精度能得到保障。本實(shí)用新型與傳統(tǒng)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)雜精準(zhǔn)。它具有剛度大、響應(yīng)快、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)附加值高等突出優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的三維激光切割機(jī)采用高能量的激光作為工具，通過工業(yè)機(jī)器人2的三個(gè)直線與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)方式形成激光焦點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜型面零件的三維切割加工。三維激光切割機(jī)的加工速度與精度高，可以滿足汽車覆蓋件等復(fù)雜型面的全自動(dòng)切割和開孔修邊加工要求。工業(yè)機(jī)器人可以采用ABB公司的工業(yè)機(jī)器人，如型號(hào)為IRB4600-20/2. 50的工業(yè)機(jī)器人。技術(shù)特點(diǎn)1、尖端光纖激光技術(shù)與數(shù)字控制技術(shù)完美融合，代表著最先進(jìn)的激光切割水平。專業(yè)的激光切割機(jī)控制系統(tǒng)，電腦自動(dòng)操作控制，能夠保證切割質(zhì)量，使切割工作操作更為方便簡(jiǎn)單。2、配置進(jìn)口 ABB智能工業(yè)機(jī)械人，可實(shí)現(xiàn)三維立體切割，操控方便，智能化程度高。保證設(shè)備的高速度、高精度、高可靠性。3、激光切割刀可配置進(jìn)口激光切割刀，反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確，與機(jī)械人有效配合，避免切割頭與加工板材的干涉與碰撞，并能保證切割焦點(diǎn)位置，保證切割質(zhì)量穩(wěn)定。4、激光切割刀可承受:1. OMPa氣體壓力，聞壓氣路設(shè)備，提聞了對(duì)不鎊鋼等難割材料的切割能力；5、加工速度根據(jù)工件材質(zhì)、工件料厚和選配激光器功率大小而異，如1. 5_厚碳鋼板用200W激光器可達(dá)5米/分鐘。主要性能指標(biāo)激光功率200W 1000W，根據(jù)工件材質(zhì)和料厚可選擇。激光波長(zhǎng)1064nm (納米)工作區(qū)域半徑2米的半球形工作區(qū)間，對(duì)二維切割幅面可達(dá)3MX1. 5M。切割速度0 12米/分鐘；根據(jù)功率大小和工件材質(zhì)與厚度可調(diào)。供電電源三相交流380V ;用電功率小于6KW,根據(jù)選配激光器功率大小而定。冷卻方式風(fēng)冷，根據(jù)選配激光器功率大小而定。切割頭焦距3 5英寸，根據(jù)工件厚度可選。機(jī)械人重復(fù)定位精度±0.1mm機(jī)械人保護(hù)等級(jí)IP65，系統(tǒng)使用壽命十萬小時(shí)。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，其特征在于，包括工業(yè)機(jī)器人和光纖激光器，所述光纖激光器的激光切割刀固定在工業(yè)機(jī)器人的末端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，其特征在于，所述光纖激光器包括激光切割刀、光纖電纜和激光器電源，激光器電源通過光纖電纜與激光切割刀連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，其特征在于，所述光纖激光器還包括氣源、軟氣管和吹氣嘴，氣源通過軟氣管與吹氣嘴連通，吹氣嘴設(shè)置在激光切割刀上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，其特征在于，所述三維激光切割機(jī)還包括框架，工業(yè)機(jī)器人設(shè)置在框架的橫梁下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)器人包括手部、前臂部、后臂部、機(jī)身和機(jī)身固定座，手部通過旋轉(zhuǎn)軸與前臂部連接，前臂部通過旋轉(zhuǎn)軸與后臂部連接，后臂部通過旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)身連接，機(jī)身通過機(jī)身固定座固定在框架橫梁下，手部末端固定激光切割刀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，其特征在于，手部夾持激光切割刀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，其特征在于，所述三維激光切割機(jī)還包括加工平臺(tái)，加工平臺(tái)置于工業(yè)機(jī)器人的下方。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種工業(yè)機(jī)器人三維激光切割機(jī)，包括工業(yè)機(jī)器人和光纖激光器，所述光纖激光器的激光切割頭固定在工業(yè)機(jī)器人的末端。本實(shí)用新型采用工業(yè)機(jī)器人加光纖激光器的組合進(jìn)行三維切割加工，徹底有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題。兩者都能進(jìn)行空間軌跡的描述實(shí)現(xiàn)三維立體切割，首先，用工業(yè)機(jī)器人代替五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，結(jié)合汽車覆蓋件的行業(yè)特點(diǎn)，主要切割生產(chǎn)零件板材的厚度在0.5～2mm，具有方便三維零件的加工、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于3mm以下的汽車薄板零部件切割。
文檔編號(hào)B23K26/38GK202846028SQ20122054977
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
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