本發(fā)明屬于激光切割設(shè)備領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種光纖激光切割設(shè)備及其切割方法。

背景技術(shù)：

汽車零部件的鈑金覆蓋件包含機(jī)蓋、后蓋箱、水箱架、保險(xiǎn)杠、葉子板、車門，還有底盤件的元寶梁、控制臂、后橋等等，往往需要三維切割，包括修邊和沖孔等，傳統(tǒng)工藝有開(kāi)模沖壓，等離子切割或五軸機(jī)床激光切割等。

在模具的制作過(guò)程中，修邊、沖孔工序一直是難點(diǎn)，特別是一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的斜切、斜沖、斜翻等大型汽車模具。修邊線的確定需反反復(fù)復(fù)摸索幾次甚至十多次，給鉗工、加工設(shè)備帶來(lái)了極大的工作量，不但對(duì)鉗工的技能水平提出了較高的要求，而且會(huì)嚴(yán)重地影響后工序模具的調(diào)試。且現(xiàn)實(shí)中有很多修邊、沖孔模的切刃材質(zhì)從成本上考慮采用了合金鋼，如Cr12、Cr12MoV等，如果采用傳統(tǒng)的修邊模制作方法，就難免會(huì)對(duì)刃口進(jìn)行多次堆焊，由于諸如上面的材料在進(jìn)行多次堆焊的過(guò)程中，容易開(kāi)裂而致使鑲件報(bào)廢，不得不重新補(bǔ)料再加工，這樣，不但周期會(huì)被滯后，而且模具的制作成本也會(huì)大幅增加。而且在批量不大或是預(yù)制階段，開(kāi)發(fā)模具費(fèi)用高，周期長(zhǎng)，更改不靈活。

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(lái)打磨，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。小孔只能用手鉆或沖床來(lái)加工，工作效率低下。而且手持離子設(shè)備對(duì)人體有一定的輻射。

一些規(guī)模較大的生產(chǎn)廠家，率先引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的五軸鐳射切割機(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，動(dòng)輒三五百萬(wàn)以上的設(shè)備價(jià)位，對(duì)廣大中小型生產(chǎn)廠家是一個(gè)難以普及的門檻。而且目前三四百萬(wàn)的中低端的五軸鐳射切割機(jī)，選配的激光器基本上都是2KW的快軸流CO2激光器，需要充He,Ne,CO2等氣體，維護(hù)費(fèi)用在20元/小時(shí)左右，系統(tǒng)耗電在30KW左右，即累計(jì)每小時(shí)的使用費(fèi)用高達(dá)60元左右。包含冷卻包含充氣在內(nèi)的系統(tǒng)占地面積高達(dá)數(shù)十平米。

因此，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題就是：如何能夠創(chuàng)新地提出一種有效的光纖激光切割設(shè)備及切割方法，以滿足實(shí)際應(yīng)用中的更多需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中激光器占地面積大、耗能高、對(duì)銅鋁等金屬材料切割效果不好、成本高的問(wèn)題，提出一種新的設(shè)備和切割方法。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種光纖激光切割設(shè)備及其切割方法，包括：1000W光纖激光主機(jī)、光纖線、激光切割頭、三維機(jī)器人和工作臺(tái)，所述工作臺(tái)包括變位機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人軌道、系統(tǒng)集成柜和離線編程軟件，所述1000W激光主機(jī)有觸摸屏控制盒，觸摸屏控制盒通過(guò)專用數(shù)據(jù)線與1000W光纖激光主機(jī)，激光切割頭通過(guò)光纖線連接1000W光纖激光主機(jī)并固定在三維機(jī)器人懸臂上。

優(yōu)選地，所述1000W光纖激光主機(jī)為英國(guó)通快SPI公司生產(chǎn)的UW-S1000SU型激光主機(jī)，其工作波長(zhǎng)為1070±5nm，脈沖寬度為連續(xù)出光，光纖直徑為50Um，主機(jī)功率4.8KW，輸出光功率穩(wěn)定性±1%。

優(yōu)選地，所述激光切割頭具有防碰撞功能，采用電磁式方式，防止切割頭碰壞，工件割壞，保證切割頭的工具值變化和切割軌跡的精度性，最大切割速度為4.8米/分鐘，最大切割深度在不銹鋼材質(zhì)時(shí)為6毫米，鋁合金材質(zhì)時(shí)為2.5毫米，與光纖激光主機(jī)連接的光纖長(zhǎng)度為10米。

優(yōu)選地，所述三維機(jī)器人為RX160L型史陶比爾機(jī)器人，史陶比爾機(jī)器人通過(guò)底座連接機(jī)器人軌道，通過(guò)電源線和控制線連接系統(tǒng)集成柜，通過(guò)離線編程軟件控制機(jī)器人工作。

優(yōu)選地，所述離線編程軟件為Robotmaster軟件，它在Mastercam軟件中無(wú)縫集成了機(jī)器人編程、仿真和代碼生成功能，提高了機(jī)器人編程速度。

優(yōu)選地，使用所述光纖激光切割設(shè)備的切割方法，包括以下步驟：

S1：將史陶比爾機(jī)器人固定在底座上，并放置在機(jī)器人軌道上，機(jī)器人連接系統(tǒng)集成機(jī)柜和電源；

S2：將1000W光纖激光主機(jī)連接系統(tǒng)集成柜，機(jī)器的冷卻系統(tǒng)加水，通過(guò)光纖線連接激光切割頭并將激光切割頭固定在史陶比爾機(jī)器人的懸臂上，連接觸摸屏控制盒；

S3：將需要切割器具擺放在變位機(jī)系統(tǒng)擺臺(tái)上，調(diào)整史陶比爾機(jī)器人懸臂的高度，使激光切割頭在切割器具合適位置的上方；

S4：使用離線編程軟件Robotmaster創(chuàng)建零件，創(chuàng)建機(jī)器人軌跡，用戶選擇幾何圖形用數(shù)控機(jī)床所用的過(guò)程和工具圖形化完成機(jī)器人軌跡編程，用戶選擇幾何圖形以后，參數(shù)框指導(dǎo)用戶選擇正確的過(guò)程信息，軟件根據(jù)上述信息自動(dòng)生成機(jī)器人軌跡。

S5：?jiǎn)?dòng)開(kāi)始操作按鈕，使激光切割頭按照程序規(guī)定進(jìn)行切割，機(jī)器人懸臂調(diào)整、機(jī)器人軌道移動(dòng)和變位機(jī)系統(tǒng)移動(dòng)共同配合完成激光切割程序的執(zhí)行。

本發(fā)明設(shè)計(jì)一種光纖激光切割設(shè)備，光纖激光器的輸出波長(zhǎng)為1.07微米，是CO2波長(zhǎng)的1/10，輸出的光束質(zhì)量好，功率密度高，非常有利于金屬材料的吸收，具有卓越的穿透、切割能力，從而使加工的費(fèi)用最低，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

（1）在切割平臺(tái)的任何區(qū)域，無(wú)需使用電腦數(shù)控光束瞄準(zhǔn)儀就能達(dá)到同樣的切割質(zhì)量；

（2）提供10m、20m、50m甚至更長(zhǎng)的光纖光纜，在有效的成本內(nèi)可搭建多種尺寸的切割平臺(tái)；

（3）相同功率下，光纖激光器可切割鋁、銅、黃銅和有高反射的合金材料，可CO2激光器很難實(shí)現(xiàn)；

（4）由于低發(fā)熱水平，通常使用光纖激光器進(jìn)行復(fù)雜形狀圖形的切割；

（5）光纖激光切割技術(shù)對(duì)材料的選擇多樣，可實(shí)現(xiàn)出眾的邊緣切割質(zhì)量及復(fù)雜精確的切割。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的光纖激光切割設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的光纖激光切割設(shè)備的切割方法流程示意圖；

圖3為本發(fā)明的光纖激光切割設(shè)備的切割工作圖。

圖中：1、1000W光纖激光主機(jī)；2、光纖線；3、激光切割頭；4、三維機(jī)器人；5、變位機(jī)系統(tǒng)；6、機(jī)器人軌道；7、系統(tǒng)集成柜；8、離線編程軟件；9、觸摸屏控制盒。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，本方案所述的一種光纖激光切割設(shè)備及切割方法，具體包括：1000W光纖激光主機(jī)1、光纖線2、激光切割頭3、三維機(jī)器人4和工作臺(tái)，所述工作臺(tái)包括變位機(jī)系統(tǒng)5、機(jī)器人軌道6、系統(tǒng)集成柜7、離線編程軟件8和觸摸屏控制盒9，1000W光纖激光主機(jī)1為英國(guó)通快SPI公司生產(chǎn)的UW-S1000SU型激光主機(jī)，其工作波長(zhǎng)為1070±5nm，光束質(zhì)量為8mm-mrad，主機(jī)功率4.8KW，輸出光功率穩(wěn)定性±1%，激光切割頭3通過(guò)光纖線2連接光纖激光主機(jī)1并固定在三維機(jī)器人4的懸臂上。所述激光切割頭3具有防碰撞功能，采用電磁式方式，防止切割頭碰壞，工件割壞，保證切割頭的工具值變化和切割軌跡的精度性，最大切割速度為4.8米/分鐘，最大切割深度在不銹鋼材質(zhì)時(shí)為6毫米，鋁合金材質(zhì)時(shí)為2.5毫米，與光纖激光主機(jī)連接的光纖長(zhǎng)度為10米。1000W激光主機(jī)1有通過(guò)專用數(shù)據(jù)線連接觸摸屏控制盒9，操作者可以遠(yuǎn)端操作1000W激光機(jī)主機(jī)1，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光切割頭3的控制，觸摸屏控制盒9包括開(kāi)關(guān)按鈕、緊急關(guān)閉按鈕和顯示屏，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，1000W光纖激光主機(jī)1產(chǎn)生激光并控制激光切割頭3工作，當(dāng)關(guān)閉時(shí)，1000W光纖激光主機(jī)1停止產(chǎn)生機(jī)關(guān)，激光切割頭3停止工作，在遇到緊急情況時(shí)，緊急關(guān)閉按鈕可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制性迅速制動(dòng)，確保整個(gè)系統(tǒng)立即處于停止?fàn)顟B(tài)，顯示屏顯示實(shí)時(shí)工作參數(shù)。激光切割頭3使用lasermech激光切割頭，同時(shí)配有電容高度跟蹤系統(tǒng)，它由標(biāo)準(zhǔn)10〞鏡頭，氣體入口及切割噴嘴組成，可以保證更好的切割效果。三維機(jī)器人4為RX160L型史陶比爾機(jī)器人，史陶比爾機(jī)器人4通過(guò)底座連接機(jī)器人軌道6，機(jī)器人軌道6控制史陶比爾機(jī)器人4的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)電源線和控制線連接系統(tǒng)集成柜7，為史陶比爾機(jī)器人提供電源和控制指令，通過(guò)離線編程軟件8設(shè)計(jì)需要切割器件的結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)控制機(jī)器人懸臂的動(dòng)作，帶動(dòng)激光切割頭3切割出相應(yīng)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。離線編程軟件8為Robotmaster軟件，它在Mastercam軟件中無(wú)縫集成了機(jī)器人編程、仿真和代碼生成功能，提高了機(jī)器人編程速度。氣路控制系統(tǒng)，采用精密氣閥和PLC控制，可以準(zhǔn)確控制氣體的選擇和氣體的流量 、氣壓進(jìn)行控制，進(jìn)一步提升了設(shè)備的整體智能化，并保證控制設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的良品率，更大的提高了工作效率。

離線編程軟件8 Robotmaster具有強(qiáng)大的零件建模能力，精簡(jiǎn)的CAD引擎最大程度地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作。用戶創(chuàng)建的每一個(gè)幾何塊都是“活的”，以便用戶迅速做出修改，直到幾何圖形完全達(dá)到要求，只要輕點(diǎn)鼠標(biāo)就能運(yùn)用傳統(tǒng)功能，創(chuàng)建最復(fù)雜的零件。用戶也可以用其他CAD軟件創(chuàng)建零件，直接把模型導(dǎo)入本機(jī)文件格式或中性文件格式。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能轉(zhuǎn)換IGES、Parasolid、SAT（ACIS實(shí)體）、AutoCAD （DXF、DWG和Inventor TM文件）、SolidWorks、 Solid Edge、STEP、EPS、CADL、STL、VDA和ASCII、CATIA、Pro/E等文件。Robotmaster新增了兩種強(qiáng)大的工具：“文件跟蹤”和“變更識(shí)別”，能方便用戶識(shí)別CAD模型的修改，簡(jiǎn)化更新文件的編程。“文件跟蹤”和“變更識(shí)別”最大的作用體現(xiàn)在包含多項(xiàng)操作的大型文件設(shè)計(jì)變更方面。用Mastercam Mill或Router準(zhǔn)確創(chuàng)建無(wú)示教點(diǎn)的、或簡(jiǎn)單或復(fù)雜的機(jī)器人軌跡。選擇幾何圖形（線、弧線、零件邊緣及/或3D零件）用數(shù)控機(jī)床所用的過(guò)程和工具圖形化完成機(jī)器人軌跡編程。用戶選擇幾何圖形以后，參數(shù)框指導(dǎo)用戶選擇正確的過(guò)程信息。軟件根據(jù)上述信息自動(dòng)生成機(jī)器人軌跡。

1000W光纖激光主機(jī)1系統(tǒng)的冷卻方式是水冷，冷水機(jī)功率為2.5KW，水容量為140升，光纖線2的長(zhǎng)度為10米，光纖芯徑為100um，光纖允許彎曲半徑在受到應(yīng)力時(shí)，最小為200mm，在不受應(yīng)力時(shí)，最小為100mm；光纖允許盤繞半徑為300mm；激光輸出頭標(biāo)準(zhǔn)為：IP-50-150210PE/IP-30-100120PE。

系統(tǒng)增加了高清視覺(jué)輔助功能，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器坐標(biāo)精確測(cè)量，減少人為測(cè)量誤差，也可實(shí)現(xiàn)在線生產(chǎn)坐標(biāo)監(jiān)控，防止工人生產(chǎn)操作失誤，造成不必要的損失，并可與機(jī)器人同步，發(fā)生坐標(biāo)偏差時(shí)可及時(shí)糾正機(jī)器人行走軌跡。

一種使用光纖激光切割設(shè)備的切割方法，包括以下步驟：

S1：將史陶比爾機(jī)器人4固定在底座上，并放置在機(jī)器人軌道6上，機(jī)器人連接系統(tǒng)集成機(jī)柜7和電源；

史陶比爾機(jī)器人4可以通過(guò)懸臂控制其動(dòng)作，機(jī)器人軌道6用于機(jī)器人的大范圍遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)集成機(jī)柜7和電源為史陶比爾機(jī)器人4提供電能和軌道運(yùn)行指令。

S2：將1000W光纖激光主機(jī)1連接系統(tǒng)集成柜7，機(jī)器的冷卻系統(tǒng)加水，通過(guò)光纖線2連接激光切割頭3并將激光切割頭3固定在史陶比爾機(jī)器人4的懸臂上，連接觸摸屏控制盒9；

1000W光纖激光主機(jī)1是產(chǎn)生激光的主設(shè)備，光纖線2將1000W光纖激光主機(jī)產(chǎn)生的激光及損耗的傳送到激光切割頭3，由于激光切割頭3固定在史陶比爾機(jī)器人4的懸臂上，所以，史陶比爾機(jī)器人4懸臂的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)激光切割頭3運(yùn)動(dòng)，激光切割頭3發(fā)射的激光按照史陶比爾機(jī)器人4懸臂運(yùn)動(dòng)的軌跡進(jìn)行激光切割，觸摸屏控制盒9控制1000W光纖激光主機(jī)1的工作，并能緊急停止整個(gè)系統(tǒng)工作。

S3：將需要切割器具擺放在變位機(jī)系統(tǒng)5擺臺(tái)上，調(diào)整史陶比爾機(jī)器人4懸臂的高度，使激光切割頭3在切割器具合適位置的上方；

S4：使用離線編程軟件8 Robotmaster創(chuàng)建零件，創(chuàng)建機(jī)器人軌跡，用戶選擇幾何圖形用數(shù)控機(jī)床所用的過(guò)程和工具圖形化完成機(jī)器人軌跡編程，用戶選擇幾何圖形以后，參數(shù)框指導(dǎo)用戶選擇正確的過(guò)程信息，軟件根據(jù)上述信息自動(dòng)生成機(jī)器人軌跡。

S5：?jiǎn)?dòng)開(kāi)始操作按鈕，使激光切割頭3按照程序規(guī)定進(jìn)行切割，機(jī)器人懸臂調(diào)整、機(jī)器人軌道6移動(dòng)和變位機(jī)系統(tǒng)5移動(dòng)共同配合完成激光切割程序的執(zhí)行。

基于上述，本發(fā)明結(jié)合汽車鈑金覆蓋件和底盤件的行業(yè)特點(diǎn)，提供出一種工業(yè)機(jī)器人和光纖激光器的組合進(jìn)行三維切割。首先，用工業(yè)機(jī)器人代替五軸機(jī)床。兩者都能進(jìn)行空間軌跡的描述實(shí)現(xiàn)三維立體切割，工業(yè)機(jī)器人的精度比五軸機(jī)床稍低，約為100uM，但這完全可以滿足汽車鈑金覆蓋件和底盤件行業(yè)的精度要求了。而采用工業(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。

本發(fā)明還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(guò)光纖傳輸，方便與工業(yè)機(jī)器人連接，實(shí)現(xiàn)柔性加工。

以上示意性的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。