專利名稱：一種激光切割方法
一種激光切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于去除注塑件水口和非金屬覆膜件水口的激光切割方法，尤其 是不規(guī)則形狀的注塑件水口和非金屬覆膜件水口的激光法向切割方法。
背景技術(shù)：
注塑零件凝固后流道所形成的部分稱為水口 ；表面貼敷非金屬膜的零件稱為覆膜 件，這里把覆膜件邊緣的非金屬飛邊也稱為水口。利用激光聚焦產(chǎn)生能量來切割物體的方 法稱為激光切割工藝，我們所要揭露的工藝方法就是如何利用激光切割的方法去除注塑件 水口和覆膜件飛邊。根據(jù)覆膜件水口邊緣的形狀可定義為平面水口和空間水口。水口的延伸方向與零 件上某一平面的延伸方向相同的水口稱為平面水口，其特征為水口成一平面曲線且位于一 個(gè)真實(shí)平面上；水口的延伸方向與零件上某些曲面的延伸方向相同的水口稱為空間水口， 其特征為水口成一空間曲線或者水口成一平面曲線但位于一個(gè)假想平面與其他面相交面 上。某種筆記本電腦外殼采用最新的注塑件覆膜工藝，該工藝涉及到的去除覆膜水口 (如圖3和圖4，31-水口、32-切除部分)工序，通常是利用刀片手工切割。手工切割是一種 比較原始的切割方法，對(duì)操作技巧要求很高，而且切割質(zhì)量也不可控制，主要問題體現(xiàn)在如 下幾個(gè)方面切割尺寸精度差、圓弧與直線、圓弧與圓弧銜接部位連續(xù)性、不同零件一致性 難于保證，表面容易產(chǎn)生意外損傷，切割效率低下，對(duì)操作技巧和熟練程度要求較高等。問 題集中在尺寸精度、效率、外觀和熟練工人的培養(yǎng)等方面，因此很難形成較高層次的量產(chǎn)， 影響這種新工藝的普及和發(fā)展。某種手機(jī)屏幕采用注塑制造工藝，該工藝中涉及到的去除注塑件水口工序，目前 采用的是沖切工藝，沖切工藝的執(zhí)行器件主要是切刀，這種工藝主要問題體現(xiàn)在如下幾個(gè) 方面水口位于曲線邊或?yàn)榭臻g水口無法切割，接觸式的沖切工藝可能導(dǎo)致零件表面損傷 或零件切口附近撕裂，同一把切刀不能兼容不同形式的水口等。問題集中在異型水口不能 切割，可能導(dǎo)致的報(bào)廢量增加和切刀數(shù)量增加帶來的管理成本上升。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種便于操作、高切割精度、高生產(chǎn)效率、高加工品質(zhì)、高安全性、高通 用性、長(zhǎng)期穩(wěn)定型的激光切割方法，該方法用于去除注塑件水口和覆膜件水口，包括如下步 驟a、零件定位；b、零件按照預(yù)先設(shè)定的切割路徑運(yùn)動(dòng)，采用多軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)使零件保持切割方向 沿切割路徑法向運(yùn)動(dòng)，且切割路徑采用示教編程并記錄相關(guān)程序的方法；其中，假定切割路徑是由許多點(diǎn)相連構(gòu)成的空間曲線，切割頭沿曲線行走一周即 是依次沿曲線上的點(diǎn)行走一周，針對(duì)每一個(gè)點(diǎn)來說，切割頭有唯一的姿態(tài)和即時(shí)速度，所述的示教編程方法是逐一記錄曲線上點(diǎn)的切割頭姿態(tài)和即時(shí)速度，并把這些數(shù)據(jù)聯(lián)系起來形 成連續(xù)的切割運(yùn)動(dòng)，示教整條切割路徑并保存為CNC程序；其中，規(guī)則曲線根據(jù)其特征進(jìn)行示教，不規(guī)則曲線則采用短線段擬合法示教；所述 的短線段擬合法是把空間曲線分成若干首尾相接的短線段，通過示教這條短線段而取得一 條近似的空間曲線來代替真實(shí)的曲線，擬合的曲線無限接近于真實(shí)曲線。其中，所述步驟a的零件定位是通過外部壓緊的方式保證夾具與零件完全貼合。其中，所述步驟a的零件定位是通過機(jī)械安裝的方式保證定位后夾具完全水平。其中，所述步驟a的零件定位是通過設(shè)置多軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)關(guān)電原點(diǎn)的方式保證定 位后夾具具有唯一的一種初始化狀態(tài)。其中，所述步驟a的零件定位首先設(shè)置切割起點(diǎn)，該切割起點(diǎn)是通過設(shè)置水口上 的某一點(diǎn)與激光焦點(diǎn)重合，該點(diǎn)為切割起點(diǎn)。通過采用程序控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)和激光頻率、能量的方式和法向切割的工作模式， 除了降低對(duì)操作人員的要求外，同時(shí)也保證了加工的一致性、切口和圓弧銜接的連續(xù)性，提 高了切割質(zhì)量，進(jìn)一步擴(kuò)大激光切割的適用范圍，具體效果如下1、用自動(dòng)切割的勻速運(yùn)動(dòng)保證切口的連續(xù)性、圓弧銜接的連續(xù)性。2、用較高的定位精度及運(yùn)動(dòng)定位精度保證切割精度。3、用自動(dòng)切割的快速運(yùn)動(dòng)保證切割效率。4、用示教的編程方式保證操作的便捷性。5、用程序控制代替手工操作保證加工的一致性。6、用法向切割方法保正切割質(zhì)量。7、用能量隨動(dòng)的方法保證切割質(zhì)量。8、用激光加工代替沖切來實(shí)現(xiàn)更廣泛的適應(yīng)性。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的描述。圖1是本發(fā)明方法原理圖；圖2是本發(fā)明方法流程圖；圖3是本發(fā)明的一種應(yīng)用——筆記本外殼空間水口平面示意圖；圖4是本發(fā)明的一種應(yīng)用——筆記本外殼空間水口立體示意圖。
具體實(shí)施例以下結(jié)合各附圖所示之最佳實(shí)施例作進(jìn)一步說明。本發(fā)明涉及一種激光切割方法，本方法的實(shí)施需提及的一種系統(tǒng)組合，如圖1，該 系統(tǒng)組合包括多軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)、激光切割機(jī)、CCD過程監(jiān)視系統(tǒng)14，其中，整個(gè)方法的流程 需要中央控制系統(tǒng)11調(diào)節(jié)控制工作臺(tái)的切割路徑的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)13、控制激光切割機(jī)的 能量和頻率的激光控制系統(tǒng)12以及執(zhí)行各系統(tǒng)的程序控制軟件；本實(shí)施例中，激光切割為 C02激光切割機(jī)。如圖1所述的實(shí)施例中，所述的多軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)為XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，其分別 X、Y、Z、A方向上的直線運(yùn)動(dòng)速度分別由伺服驅(qū)動(dòng)器1、伺服驅(qū)動(dòng)器2、伺服驅(qū)動(dòng)器3、伺服驅(qū)動(dòng)器4控制，實(shí)現(xiàn)XYZ-A四聯(lián)動(dòng)切割路徑輸出。激光控制系統(tǒng)12由激光能量控制和激光頻率控制組成。而激光的能量與頻率控 制是根據(jù)零件的運(yùn)動(dòng)速度和厚度確定的。其中，激光軸垂直于切割面，激光焦點(diǎn)位于切割面上。其中，切割頭要與切割路徑成法向。CCD過程監(jiān)視系統(tǒng)14是用于操作人員在切割軌跡示教的過程中，確保切割頭與切 割路徑成法向、激光軸垂直于切割面以及激光焦點(diǎn)位于切割面上；在示教之后的切割軌跡 程序修正過程中，用于觀察切割軌跡形態(tài)是否與水口完美擬合，以便操作人員對(duì)擬合不完 美的地方對(duì)CNC程序內(nèi)的個(gè)別語句進(jìn)行修正。中央控制系統(tǒng)11是通過控制軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)13、激光控制系統(tǒng)12的 調(diào)配，使得激光頻率、能量隨運(yùn)動(dòng)速度和零件厚度而變化，提高了不同厚度零件的切割通用 性。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)13通過運(yùn)動(dòng)控制軟件可以實(shí)現(xiàn)各種直線運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)、不規(guī)則曲 線運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)，各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)速度可分別設(shè)定，可保證運(yùn)動(dòng)速度均勻。在切割路徑、切割頭姿態(tài)的調(diào)節(jié)過程中，涉及到一種示教編程并記錄相關(guān)程序的 方法，即逐一記錄曲線上點(diǎn)的切割頭姿態(tài)和即時(shí)速度，并把這些數(shù)據(jù)聯(lián)系起來形成連續(xù)的 切割運(yùn)動(dòng)。軌跡上的不規(guī)則曲線采用短線段擬合法示教，即把空間曲線分成若干首尾相接 的短線段，通過示教這條短線段而取得一條近似的空間曲線來代替真實(shí)的曲線，擬合的曲 線無限接近于真實(shí)曲線。本激光切割方法的流程圖如圖2所示，具體步驟如下步驟1 切割系統(tǒng)初始化XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)四軸回復(fù)原點(diǎn)，設(shè)定工作臺(tái)初始速度，切割機(jī)各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置 到最低，激光處于鎖光狀態(tài)。步驟2 零件裝卡、夾持定位根據(jù)夾具設(shè)計(jì)選擇裝卡和定位夾緊方式。其中，零件精確定位的方法為采用特殊設(shè)計(jì)的工裝夾具，該特殊設(shè)計(jì)的工裝夾具 可實(shí)現(xiàn)零件定位、又能在一定程度上矯正零件的應(yīng)力變形。該特殊設(shè)計(jì)的工裝夾具的特點(diǎn) 之一為定位后通過外部壓緊的方式保證夾具與零件完全貼合，從而實(shí)現(xiàn)定位并矯正變形； 該特殊設(shè)計(jì)的工裝夾具的特點(diǎn)之二為通過機(jī)械安裝的方式保證定位后夾具體完全水平； 該特殊設(shè)計(jì)的工裝夾具的特點(diǎn)之三為通過設(shè)置XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)光電原點(diǎn)的方式保 證定位后夾具體有唯一的一種初始化狀態(tài)，并且無論經(jīng)過怎樣的循環(huán)運(yùn)動(dòng)后都可以回復(fù)到 這種狀態(tài)，從而保證加工的可重復(fù)性。步驟3:切割起點(diǎn)設(shè)置調(diào)節(jié)XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)帶動(dòng)零件運(yùn)動(dòng)，使水口上的某一點(diǎn)與激光焦點(diǎn)重合， 該點(diǎn)設(shè)置為切割起點(diǎn)，切割起點(diǎn)應(yīng)選擇水口路徑上的尖角、拐點(diǎn)等，若沒有尖角、拐點(diǎn)則應(yīng) 選擇水口以外，路徑附近的某一點(diǎn)以保證切割首尾處的切割質(zhì)量。步驟4 切割姿態(tài)調(diào)節(jié)、姿態(tài)校正校正切割頭與切割路徑成法向，激光軸垂直于切割面，激光焦點(diǎn)位于切割面上。步驟5:切割軌跡示教
對(duì)于切割軌跡上的規(guī)則曲線，按照軟件內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)方法示教編程并記錄程序，軌跡 上的不規(guī)則曲線則采用短線段擬合法示教，示教整條切割路徑并保存為CNC程序。本工藝方法中涉及一種示教編程并記錄相關(guān)程序的方法，該示教編程方法是通過 如下定義的假定切割路徑是由許多點(diǎn)相連構(gòu)成的空間曲線，切割頭沿曲線行走一周即是 依次沿曲線上的點(diǎn)行走一周，針對(duì)每一個(gè)點(diǎn)來說，切割頭有唯一的姿態(tài)和即時(shí)速度，所述的 示教編程方法是逐一記錄曲線上點(diǎn)的切割頭姿態(tài)和即時(shí)速度，并把這些數(shù)據(jù)聯(lián)系起來形成 連續(xù)的切割運(yùn)動(dòng)，示教整條切割路徑并保存為CNC程序。當(dāng)然對(duì)于直線、圓弧、橢圓弧、漸開線等規(guī)則曲線來說，使用的軟件可以用特定的 方法快速實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這些特定方法已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于不規(guī)則空間曲線則必須使 用示教編程方法獲得。但對(duì)于生產(chǎn)而言不可能也不必要把所有的點(diǎn)全部找出來，為提高效率，可采用短 線段擬合法，所述的短線段擬合法是把空間曲線分成若干首尾相接的短線段，通過示教這 條短線段而取得一條近似的空間曲線來代替真實(shí)的曲線，擬合的曲線無限接近于真實(shí)曲 線。其中，切割軌跡示教過程由CCD過程監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，確保以下三點(diǎn)一是切割頭與 切割路徑成法向，二是激光軸垂直于切割面，三是激光焦點(diǎn)位于切割面上。通過采用XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)可以使零件按照切割路徑運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閄YZ-A四 軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)；XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)能夠使零件按照空間軌跡運(yùn) 動(dòng)；工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度均勻；工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中始終保持切割方向沿切割路徑的法向。步驟6:切割軌跡程序修正示教完畢后，在激光器鎖光狀態(tài)下調(diào)用程序并試行切割作業(yè)，即通過CCD過程監(jiān) 視系統(tǒng)觀察切割軌跡形態(tài)是否與水口完美擬合，對(duì)于擬合不完美的地方可通過手工改變 CNC程序內(nèi)的個(gè)別語句進(jìn)行修正。步驟7 切割參數(shù)設(shè)定、調(diào)整修正完畢后，按照生產(chǎn)效率的要求把XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)調(diào)整到理想的運(yùn)動(dòng)速 度——在CNC程序的速度設(shè)定中輸入合適數(shù)值——然后在程序中插入調(diào)用激光器能量和 頻率的語句，插入激光能量、頻率與速度的函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)激光能量和頻率隨速度變化而隨 動(dòng)。步驟8 試切并修正切割參數(shù)參數(shù)設(shè)定完畢后，打開激光進(jìn)行試切，根據(jù)切割方法的要求檢驗(yàn)切口。切口檢驗(yàn)合格后將參數(shù)保存，命名為產(chǎn)品A切割程序，以后的命名可依次類推。對(duì)于同一種水口切割來說，直接調(diào)用切割程序即可完成切割，若更換了夾具或產(chǎn) 品則需重新編輯程序。切口檢驗(yàn)不合格則需要區(qū)分問題性質(zhì)，若為軌跡不吻合則轉(zhuǎn)到前述6步驟重新修 正軌跡，若為激光參數(shù)設(shè)置不良則轉(zhuǎn)到前述7步驟重新設(shè)定參數(shù)。步驟9:設(shè)置完成重復(fù)以上的參數(shù)設(shè)定過程，直到切口檢驗(yàn)合格為止，保存最終的CNC程序，命名后 并存入到指定的文件夾以備隨時(shí)調(diào)用。步驟10 更換產(chǎn)品
一種夾具及程序只能對(duì)應(yīng)一種產(chǎn)品，若要更換產(chǎn)品則需要更換夾具并重新編程。流程結(jié)束。以上是本激光切割方法的全部步驟，根據(jù)以上的步驟，總結(jié)出本激光切割方法以 下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)第一、本激光切割方法可以提高切割通用性。采用C02激光切割機(jī)代替普通的切刀，因?yàn)镃02激光切割機(jī)的激光聚焦后形成一個(gè) 高溫點(diǎn)，高溫點(diǎn)沿切割路徑運(yùn)動(dòng)不受路徑形狀的影響，可以完成直線切割、曲線切割，提高 了不同形狀零件的切割通用性；并通過控制軟件可以實(shí)現(xiàn)激光頻率、能量隨運(yùn)動(dòng)速度而變 化，隨零件厚度而變化，提高了不同厚度零件的切割通用性。第二、本激光切割方法可以提高切割連續(xù)性。本激光切割方法采用的是XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，通過運(yùn)動(dòng)控制軟件可以實(shí)現(xiàn)各 種直線運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)、不規(guī)則曲線運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)，各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)速度可分別設(shè)定，可保證運(yùn)動(dòng) 速度均勻；并通過采用示教編程方法可保證切割姿態(tài)始終沿切割路徑法向；激光能量隨速 度、厚度隨動(dòng)；以上三點(diǎn)的綜合運(yùn)用，使得切割過程速度變化具有連續(xù)性，能量變化具有連 續(xù)性，切割姿態(tài)變化具有連續(xù)性，因此整個(gè)切割過程也具有連續(xù)性。第三、本激光切割方法可以提高切割尺寸精度。本激光切割方法采用的是XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)，通過高精度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)代替無 精度的手工操作從而提高切割尺寸精度。第四、本激光切割方法可以提高切割效率。通過設(shè)置特殊設(shè)計(jì)的工裝夾具、及采用的是XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的綜合運(yùn)用， 使得零件裝卡后自動(dòng)完成切割，減少了中間環(huán)節(jié)；工作臺(tái)平穩(wěn)快速比手工操作效率高。第五、本激光切割方法可以提高切割一致性。通過設(shè)置特殊設(shè)計(jì)的工裝夾具、采用的是XYZ-A四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)、及能量隨動(dòng)等 方法的綜合運(yùn)用，使得切割過程的所有環(huán)節(jié)都可以控制，排除了手工操作中的不可控因素， 從而提高切割一致性。第六、本激光切割方法可以提高切割安全性。本激光切割方法的零件裝卡后的整個(gè)切割過程沒有人員干預(yù)，安全性大大提高。第七、本激光切割方法可以提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性。整個(gè)切割過程全部由設(shè)備完成，設(shè)備可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。通過上訴論述，本發(fā)明所達(dá)到的技術(shù)效果是1、用自動(dòng)切割的勻速運(yùn)動(dòng)保證切口的連續(xù)性、圓弧銜接的連續(xù)性；2、用較高的定位精度及運(yùn)動(dòng)定位精度保證切割精度；3、用自動(dòng)切割的快速運(yùn)動(dòng)保證切割效率；4、用示教的編程方式保證操作的便捷性；5、用程序控制代替手工操作保證加工的一致性；6、用法向切割方法保正切割質(zhì)量；7、用能量隨動(dòng)的方法保證切割質(zhì)量；8、用激光加工代替沖切來實(shí)現(xiàn)更廣泛的適應(yīng)性。盡管已經(jīng)參考附圖，對(duì)本發(fā)明的一種激光切割方法進(jìn)行了說明，但是上述公開的內(nèi)容僅是為了更好地了解本發(fā)明，而不是以任何方式限制權(quán)利要求的范圍，故凡依本發(fā)明 專利申請(qǐng)范圍所述的方法、特征及原理所做的等化或修飾，均包括于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種激光切割方法，該方法用于去除注塑件水口和覆膜件水口，其特征在于，包括如 下步驟a、零件定位；b、零件按照預(yù)先設(shè)定的切割路徑運(yùn)動(dòng)，采用多軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)使零件保持切割方向沿切 割路徑法向運(yùn)動(dòng)，且切割路徑采用示教編程并記錄相關(guān)程序的方法；其中，假定切割路徑是由許多點(diǎn)相連構(gòu)成的空間曲線，切割頭沿曲線行走一周即是依 次沿曲線上的點(diǎn)行走一周；針對(duì)每一個(gè)點(diǎn)來說，切割頭有唯一的姿態(tài)和即時(shí)速度，所述的示 教編程方法是逐一記錄曲線上點(diǎn)的切割頭姿態(tài)和即時(shí)速度，并把這些數(shù)據(jù)聯(lián)系起來形成連 續(xù)的切割運(yùn)動(dòng)，示教整條切割路徑并保存為CNC程序；其中，不規(guī)則曲線則采用短線段擬合法示教；所述的短線段擬合法是把空間曲線分成 若干首尾相接的短線段，通過示教這條短線段而取得一條近似的空間曲線來代替真實(shí)的曲 線，擬合的曲線無限接近于真實(shí)曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于所述步驟a的零件定位是通過外 部壓緊的方式保證夾具與零件完全貼合。
3. 如權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于所述步驟a的零件定位是通過機(jī) 械安裝的方式保證定位后夾具完全水平。
4.如權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于所述步驟a的零件定位是通過設(shè) 置多軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)光電原點(diǎn)的方式保證定位后夾具具有唯一的一種初始化狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于所述步驟a的零件定位首先設(shè)置 切割起點(diǎn)，該切割起點(diǎn)是通過設(shè)置水口上的某一點(diǎn)與激光焦點(diǎn)重合，該點(diǎn)為切割起點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光切割方法，該方法用于去除注塑件水口和覆膜件水口，其切割路徑采用示教編程并記錄相關(guān)程序的方法，所述的示教編程方法是逐一記錄曲線上點(diǎn)的切割頭姿態(tài)和即時(shí)速度，并把這些數(shù)據(jù)聯(lián)系起來形成連續(xù)的切割運(yùn)動(dòng)，示教整條切割路徑并保存為CNC程序；其中，規(guī)則曲線根據(jù)其特征進(jìn)行示教，不規(guī)則曲線則采用短線段擬合法示教。通過采用程序控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)和激光頻率、能量的方式和法向切割的工作模式，除了能夠降低對(duì)操作人員的要求外，同時(shí)也保證了加工的一致性、切口和圓弧銜接的連續(xù)性，提高了切割質(zhì)量，進(jìn)一步擴(kuò)大激光切割的適用范圍。
文檔編號(hào)B23K26/36GK102000916SQ201010269439
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者張洪鑫, 潘紅日, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司