專利名稱：一種新型激光加工機床的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光切割與焊接領域，特指一種新型激光加工機床，能實現(xiàn)板類零件的高精度、高效率加工。
背景技術：
目前傳統(tǒng)的激光加工機床主要包括激光加工主機、激光器、導光聚焦系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及自動編程軟件，其中激光加工主機采用的是傳統(tǒng)的串聯(lián)運動機構，例如申請?zhí)枮?4190003.7和申請?zhí)枮?2802098.7的發(fā)明專利，該機構一般均是由床身、機床立柱、主軸箱和工作臺等部件串聯(lián)而成的非對稱“C”型布局，這種機構由于存在著懸臂部件，而懸臂部件需承受很大的彎矩和扭矩，所以難以獲得高的結構剛度，另外機構本身還存在著運動質量大、誤差線性累加等固有缺陷，所以很難獲得很高的加工效率和加工精度。傳統(tǒng)激光加工機床的導光聚焦系統(tǒng)一般采用折—反射光路，例如申請?zhí)枮?00510069951.5的發(fā)明專利，要求有光束質量監(jiān)控設備、光閘系統(tǒng)、擴束望遠鏡系統(tǒng)、可見光同軸瞄準系統(tǒng)、光傳輸轉向系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)，設備繁多，光路復雜，光路的調節(jié)繁瑣，影響加工效率，而且在激光的加工過程中，光路的長度的變化會導致光束直徑的變化，從而影響加工質量。隨著激光加工機器人的出現(xiàn)，光纖的使用提高了激光加工的柔性，但其操作機多采用的是多關節(jié)機器人的手腕機構，例如申請?zhí)枮?6192491.8和申請?zhí)枮?2144076.x的發(fā)明專利，該機構具有固定的X、Y、Z、A、B和C坐標軸，仍屬于傳統(tǒng)的串聯(lián)機構。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種新型適合激光切割與焊接特點的激光加工機床，充分結合了并聯(lián)運動機構優(yōu)點和光纖傳輸?shù)奶匦?，實現(xiàn)了激光加工的柔性化，以克服目前傳統(tǒng)激光加工機床、激光加工機器人所帶來的缺陷。該新型激光加工機床的機械部分是一種新型三平移自由度(具有沿X、Y、Z軸平移的三自由度)并聯(lián)運動機構。
本發(fā)明新型激光加工機床由并聯(lián)機床、激光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分構成。并聯(lián)機床由床身、三平移自由度并聯(lián)運動機構、機床立柱、工作臺和并聯(lián)機床控制柜構成，三平移自由度并聯(lián)運動機構的直線導軌固定在機床立柱上，工作臺位于三平移自由度并聯(lián)運動機構的動平臺下方，三平移自由度并聯(lián)運動機構，包括三個驅動滑塊及對應的三組支撐桿、直線導軌、動平臺和虎克鉸，三個驅動滑塊通過直線電機的拖動，在直線導軌上做水平運動，經虎克鉸傳遞到支撐桿上，由五根支撐桿的運動合成為動平臺空間三自由度平動，其中左右驅動滑塊各連接兩根支撐桿，上桿為輔助支撐桿，下桿為約束支撐桿，在驅動滑塊端，與左右約束支撐桿連接的虎克鉸處于同一水平高度，與中間支撐桿連接的虎克鉸高于前述虎克鉸，在動平臺端，三桿所對應的虎克鉸位置相近；激光系統(tǒng)由光束聚焦器、YAG激光器、冷卻系統(tǒng)和電源與控制器構成，激光系統(tǒng)的電源與控制器通過通信線分別與冷卻系統(tǒng)和YAG激光器相連，YAG激光器產生的激光，進入光纖傳輸?shù)焦馐劢蛊?，光束聚焦器固定安裝在并聯(lián)機床的動平臺上；控制系統(tǒng)為一臺控制用計算機；控制用計算機通過通信線分別與并聯(lián)機床控制柜和激光系統(tǒng)的電源與控制器相連，并控制并聯(lián)機床和激光系統(tǒng)。
本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)可以是基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，也可以是專用的數(shù)控系統(tǒng)。本發(fā)明的控制軟件則滿足工件的幾何建模、軌跡規(guī)劃、誤差補償、代碼生成、插補計算、軸伺服控制等的數(shù)控編程軟件。
本發(fā)明的效果是本發(fā)明的三平移自由度并聯(lián)運動機構具有結構簡單、力/重量比大、沒有誤差積累、無運動耦合、控制容易、工作空間大等優(yōu)點，使激光加工機床的運動易以實現(xiàn)高精度、高效率；本發(fā)明的光纖傳輸，具有設備簡單、傳輸靈活、安裝方便等優(yōu)點，使激光加工易以實現(xiàn)高柔性化；本發(fā)明的激光光束經光纖傳輸具有光斑直徑穩(wěn)定的優(yōu)點，使得加工零件的質量穩(wěn)定性得以提高。


下面結合附圖對本發(fā)明的內容作詳細描述圖1為本發(fā)明激光加工機床結構示意2為本發(fā)明的并聯(lián)機床的結構示意3為本發(fā)明的并聯(lián)運動機構的工作原理示意4為本發(fā)明的并聯(lián)運動機構動平臺YOZ平面的工作空間5為本發(fā)明的激光系統(tǒng)示意中1并聯(lián)機床，2激光系統(tǒng)，3控制用計算機，4直線導軌，5驅動滑塊，6虎克鉸，7支撐桿，8機床立柱，9并聯(lián)機床控制柜，10動平臺，11工作臺，12床身，13光纖，14YAG激光器，15冷卻系統(tǒng)，16電源與控制器，17光束聚焦器，18局部發(fā)射鏡，19激勵燈(2個)，20YAG芯棒，21激光束，22高效反射鏡，23耦合器，24邊鏡。
具體實施方法本發(fā)明的激光加工機床如圖1所示，主要由并聯(lián)機床1，激光系統(tǒng)2，控制系統(tǒng)構成?？刂葡到y(tǒng)為一臺控制用計算機3，通過通信線一端連接并聯(lián)機床控制柜9，另一端連接激光系統(tǒng)電源與控制器16。
其工作原理是控制用計算機3發(fā)出控制指令，一端發(fā)送給并聯(lián)機床控制柜9，一端發(fā)送給激光系統(tǒng)的電源與控制器16。并聯(lián)機床控制柜7通過控制用計算機3傳來的控制指令進行分析處理，經輪廓造型→G代碼生成→G代碼格式變換→插補→坐標變換→運動學變換→伺服控制，產生數(shù)控指令控制并聯(lián)機床1的驅動滑塊5在直線導軌4上作直線運動，經5根支撐桿7運動合成為動平臺10的運動。激光系統(tǒng)的電源與控制器16對信號進行處理后，控制YAG激光器14產生激光，通過光纖13傳輸?shù)焦馐劢蛊?7上，光束聚焦器17對激光光束進行聚焦后，形成適合切割的一定光斑直徑的激光束。
本發(fā)明并聯(lián)機床的結構如圖2所示由直線導軌4，驅動滑塊5，虎克鉸6，支撐桿7，機床立柱8，并聯(lián)機床控制柜9，動平臺10，工作臺11和床身12構成。直線導軌4，機床立柱8，工作臺11和床身12構成了并聯(lián)機床的固定支架，驅動滑塊5、虎克鉸6，支撐桿7和動平臺10構成了并聯(lián)機床的運動部分。3個驅動滑塊5通過直線電機連接在直線導軌4上，5根支撐桿7通過虎克鉸6連接驅動滑塊5，支撐桿7另一端通過虎克鉸6連接在動平臺10上。
本發(fā)明并聯(lián)運動機構的工作原理如圖3所示。其工作原理是3個驅動滑塊5通過直線電機驅動在機床直線導軌4上的水平位置的變化，通過虎克鉸6傳遞到5根固定桿長的支撐桿7上，由支撐桿7的運動通過虎克鉸6驅動動平臺10實現(xiàn)空間三自由度的平動。其中，左邊和右邊驅動滑塊上連接的各兩根支撐桿，上桿為輔助支撐桿，下桿為約束動平臺自由度支撐桿(如圖3所示)，桿S1、S3為約束支撐桿，在驅動滑塊端，連接桿S1、S3的虎克鉸處于同一水平高度，連接桿S2的虎克鉸高于前述虎克鉸，在動平臺端，連接桿S1、S3和S2的虎克鉸位置相近。機構工作時，改變Xm1、Xm3的值，通過桿S1、S3控制動平臺在XOY平面內實現(xiàn)平動，此時Xm2值不變，桿S2和中間驅動滑塊隨動；改變Xm2的值，通過桿S2控制動平臺沿Z移動，此時，和Xm3值隨Xm2變化而變化，左右驅動滑塊隨動；同時改變Xm1、Xm2和Xm3，可實現(xiàn)動平臺的空間三軸聯(lián)動。
本發(fā)明并聯(lián)運動機構動平臺YOZ平面的工作空間如圖4所示，具有工作空間大的特點。
本發(fā)明激光系統(tǒng)如圖5所示由YAG激光器14，冷卻系統(tǒng)15，電源與控制器16和光束聚焦器17構成。
其工作原理是電源與控制器16接收來自控制用計算機3的控制信號，進行處理后，發(fā)出指令控制YAG激光器14和冷卻系統(tǒng)15工作，YAG激光器14產生的激光光束，進入光纖13傳輸，在光束聚焦器17處，聚焦為滿足加工要求的具有一定光斑直徑的激光束。
本發(fā)明是一種新型激光加工機床，可進行三坐標聯(lián)動程序控制，主要用于激光切割與焊接。本發(fā)明采用了一種具有三平移自由度的并聯(lián)運動機構，具有結構簡單，工作空間大，運動靈活，無運動耦合，控制容易等優(yōu)點，結合光纖傳輸?shù)撵`活與柔性，使整個系統(tǒng)的加工速度，加工效率，加工質量和加工柔性都得到了顯著提高。
權利要求
1.一種新型激光加工機床由并聯(lián)機床(1)、激光系統(tǒng)(2)和控制系統(tǒng)三部分構成，其特征在于并聯(lián)機床(1)由床身(12)、三平移自由度并聯(lián)運動機構、機床立柱(8)、工作臺(11)和并聯(lián)機床控制柜(9)構成，三平移自由度并聯(lián)運動機構的直線導軌(4)固定在機床立柱(8)上，工作臺(11)位于三平移自由度并聯(lián)運動機構的動平臺(10)下方，三平移自由度并聯(lián)運動機構，包括三個驅動滑塊(5)及對應的三組支撐桿(7)、直線導軌(4)、動平臺(10)和虎克鉸(6)，三個驅動滑塊(5)通過直線電機的拖動，在直線導軌(4)上做水平運動，經虎克鉸(6)傳遞到支撐桿(7)上，由五根支撐桿(7)的運動合成為動平臺(10)空間三自由度平動，其中左右驅動滑塊(5)各連接兩根支撐桿(7)，上桿為輔助支撐桿，下桿為約束支撐桿，在驅動滑塊端，與左右約束支撐桿(7)連接的虎克鉸(6)處于同一水平高度，與中間支撐桿(7)連接的虎克鉸(6)高于前述虎克鉸，在動平臺端，三桿所對應的虎克鉸(6)位置相近；激光系統(tǒng)(2)由光束聚焦器(17)、YAG激光器(14)、冷卻系統(tǒng)(15)和電源與控制器(16)構成，激光系統(tǒng)的電源與控制器(16)通過通信線分別與冷卻系統(tǒng)(15)和YAG激光器(14)相連，YAG激光器(14)產生的激光，進入光纖(13)傳輸?shù)焦馐劢蛊?17)，光束聚焦器(17)固定安裝在并聯(lián)機床的動平臺(10)上；控制系統(tǒng)為一臺控制用計算機(3)，控制用計算機(3)通過通信線分別與并聯(lián)機床控制柜(9)和激光系統(tǒng)的電源與控制器(16)相連并控制并聯(lián)機床和激光系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明是一種新型激光加工機床。本機床采用的是一種新型三平移自由度并聯(lián)運動機構，在動平臺上安裝激光光束聚焦器，輔之以光纖的柔性傳輸，可實現(xiàn)激光切割和焊接。本發(fā)明的設計思想體現(xiàn)在充分結合并聯(lián)運動機構的優(yōu)點和光纖傳輸?shù)奶匦裕剐滦图す饧庸C床適合進行激光切割與焊接，且加工精度、加工效率和加工柔性都得到大幅度提高。
文檔編號B23K26/42GK1775449SQ20051012265
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權日2005年11月30日
發(fā)明者王霄, 林躍強, 劉會霞, 蔡蘭 申請人:江蘇大學