切割頭隨動調(diào)高裝置及激光切割機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及激光切割技術(shù)，尤其設(shè)及=維多軸數(shù)控激光切割技術(shù)，更具體來 說是一種切割頭隨動調(diào)高裝置及激光切割機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光切割技術(shù)具有切割尺寸精度高、切口無毛刺、切縫不變形、切割速度快且不受 加工形狀限制等特點(diǎn)，目前已越來越多地應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域。立維激光切割更是W其先 進(jìn)、靈活、快速的特點(diǎn)，在航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。使用=維激光切 割技術(shù)，不僅可W節(jié)省樣板及工裝設(shè)備，還可W大大縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
[0003] 為了保證切割質(zhì)量，=維激光切割機(jī)應(yīng)滿足W下要求:其一，是激光束始終和被切 割工件的切割曲線保持垂直;其二，是激光束焦點(diǎn)和工件表面的相對位置保持不變，即割嘴 和工件表面的距離始終保持一致;其=，是簡單快捷地反映=維曲線的特征并將其轉(zhuǎn)換為 激光切割數(shù)據(jù)。運(yùn)不僅是=維激光切割設(shè)計必須解決的重要問題，也是=維激光切割技術(shù) 在實(shí)際應(yīng)用中最復(fù)雜的一步。
[0004] S維激光切割機(jī)一般采用飛行光路設(shè)計，即加工過程中工件不動，靠激光切割頭 運(yùn)動來完成。典型的激光切割頭是=維五軸聯(lián)動的，各軸之間的關(guān)系如圖1所示:激光切割 頭除相對于工件坐標(biāo)系X、Y、Z軸快速相對運(yùn)動外，還有C軸擺臂的旋轉(zhuǎn)、B軸擺頭的擺動及激 光切割頭的法向(A軸)隨動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)C軸或B軸時，割嘴中屯、點(diǎn)在工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)應(yīng)保持不 變，即：剖嘴中屯、不動，激光切剖頭圍繞剖嘴中屯、擔(dān)動;移動剖嘴中屯、時，激光切剖頭才可W 相應(yīng)進(jìn)行運(yùn)動。由于激光切割頭設(shè)及多種運(yùn)動，其運(yùn)動控制較為復(fù)雜，需要采用十分復(fù)雜的 算法才可W滿足要求。
[0005] 參見圖2,為一種現(xiàn)有激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。該激光切割機(jī)具有安裝于雙擺頭 上的激光切割頭，其包括C軸電機(jī)OUC軸鏡座02、配重體03、B軸電機(jī)04、B軸鏡座05、防碰撞 裝置06和切割頭07等部件:C軸電機(jī)Ol和B軸電機(jī)04均為DD電機(jī)(Direct Driver,直接驅(qū)動 電機(jī)），其中C軸電機(jī)Ol用于驅(qū)動C軸旋轉(zhuǎn)，B軸電機(jī)04用于驅(qū)動B軸擺動;配重體03用于平衡 切割頭07在B軸的偏轉(zhuǎn)力矩。通過C軸的旋轉(zhuǎn)及B軸的擺動，切割頭07可W加工0-45度范圍的 各種單邊V型和I型坡口。該激光切割頭裝置存在明顯的缺陷：例如，旋轉(zhuǎn)C軸時，B軸會聯(lián)動， 使得切割頭07的割嘴方位發(fā)生移動，重新找準(zhǔn)十分困難，由此影響切割效率與切割質(zhì)量;再 如，調(diào)整切割頭07割嘴與工件之間的距離時需要整體移動C軸與B軸，因質(zhì)量大，導(dǎo)致切割頭 07隨動響應(yīng)慢、效率低;又如，C軸電機(jī)Ol和B軸電機(jī)04需要采用中空電機(jī)，其價格較高。
[0006] 由前文可知，激光切割過程中需要對激光切割頭的方位、角度W及激光切割頭割 嘴與工件之間的距離進(jìn)行調(diào)整，其中：激光切割頭的方位及角度角度調(diào)整是通過C軸的旋轉(zhuǎn) 與B的軸擺動來實(shí)現(xiàn)的；激光切割頭割嘴與工件之間的距離的調(diào)整則過是切割頭隨動調(diào)高 裝置來實(shí)現(xiàn)的，其基本要求是響應(yīng)快、精度高，但現(xiàn)有技術(shù)并不能總是很好地滿足要求。
[0007] 在現(xiàn)有激光切割機(jī)產(chǎn)品中，切割頭隨動調(diào)高裝置采用伺服電機(jī)和直線模組來驅(qū)動 激光切割頭運(yùn)動的方式:伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成模組的直線運(yùn)動，切割頭隨著模組直 線運(yùn)動而運(yùn)動，由此實(shí)現(xiàn)隨動調(diào)高。運(yùn)存在較大的缺陷：一方面，伺服電機(jī)與直線模組存在 運(yùn)動的轉(zhuǎn)換，即將伺服電機(jī)死亡旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線模組的直線運(yùn)動，中間存在運(yùn)動形式 轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，因而難W實(shí)現(xiàn)高加速度隨動;另一方面，運(yùn)種切割頭隨動調(diào)高裝置除配置伺服 電機(jī)除伺服電機(jī)外，還增加了直線模組等元件，由于部件較多，導(dǎo)致整體質(zhì)量較大，不利于 提高隨動調(diào)高裝置的響應(yīng)速度與精度。
[0008] 有鑒于此，有必要研發(fā)一種新型的切割頭隨動調(diào)高裝置，W更好地滿足=維激光 切割機(jī)總體設(shè)計的要求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于提供一種高加速度、質(zhì) 量較輕的切割頭隨動調(diào)高裝置及激光切割機(jī)。
[0010] 為解決W上技術(shù)問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種切割頭隨動調(diào)高裝置，包括檢 測器、控制器及驅(qū)動器，其中：
[0011] 檢測器，用于檢測并輸出表征激光切割頭的割嘴與工件之間距離的檢測信號； [001^ 控制器，接收所述檢測信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)算法輸出控制指令，W便控制驅(qū)動器的動 作；
[0013] 驅(qū)動器，為滑動連接于安裝殼體且與激光切割頭固連的音圈電機(jī)，所述音圈電機(jī) 根據(jù)上述控制指令，驅(qū)動激光切割頭朝接近或遠(yuǎn)離工件方向運(yùn)動。
[0014] 較優(yōu)地，所述安裝殼體開設(shè)殼體開口，所述殼體開口的兩側(cè)設(shè)置安裝殼體導(dǎo)軌，所 述音圈電通過導(dǎo)軌滑塊安裝于所述安裝殼體導(dǎo)軌。
[0015] 較優(yōu)地，所述導(dǎo)軌滑塊之間通過滑塊連桿連為一體。
[0016] 較優(yōu)地，激光切割頭的頂端設(shè)有激光切割頭連接套，所述激光切割頭連接套伸入 所述殼體開口，與所述音圈電機(jī)連接為一體。
[0017] 較優(yōu)地，所述檢測器為電容傳感器，所述電容傳感器設(shè)置于所述激光切割頭的割 嘴底端，W檢測并輸出激光切割頭的割嘴與工件之間的距離信號。
[0018] 在此基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種激光切割機(jī)，其具有雙擺頭，所述雙擺 頭包括可繞第一方向旋轉(zhuǎn)的C軸擺臂和可繞第二方向旋轉(zhuǎn)的B軸擺頭，所述B軸擺頭上安裝 激光切割頭及上述的切割頭隨動調(diào)高裝置。
[0019] 較優(yōu)地，所述C軸擺臂的旋轉(zhuǎn)軸包括一級C軸輸入軸，所述B軸擺頭的旋轉(zhuǎn)軸包括一 級B軸輸入軸和兩級B軸傳動軸，所述巧由輸入軸連接至巧由驅(qū)動電機(jī)的巧由減速機(jī)，所述B軸 輸入軸連接至B軸驅(qū)動電機(jī)的B軸減速機(jī)，所述B軸輸入軸與首級B軸傳動軸之間、首級B軸傳 動軸和末級B軸傳動軸之間通過螺旋錐齒輪副曬合，末級B軸傳動軸連接所述B軸擺頭;所述 C軸擺臂設(shè)有中空腔體，所述C軸輸入軸、所述B軸輸入軸、所述首級B軸傳動軸及所述末級B 軸傳動軸各級B軸傳動軸均設(shè)有軸向空腔，所述B軸輸入軸套裝于所述C軸輸入軸，所述首級 B軸傳動軸及所述末級B軸傳動軸安裝于所述C軸擺臂的中空腔體內(nèi)，W構(gòu)成具有中空軸結(jié) 構(gòu)的雙擺頭。
[0020] 較優(yōu)地，所述C軸驅(qū)動電機(jī)為諧波減速機(jī)，所述B軸驅(qū)動電機(jī)為差動諧波減速機(jī);所 述諧波減速機(jī)的鋼輪安裝有C軸驅(qū)動齒輪，所述C軸驅(qū)動齒輪與安裝于所述C軸輸入軸的C軸 輸入齒輪曬合;所述差動諧波減速機(jī)的一個鋼輪安裝有B軸驅(qū)動齒輪，另一個鋼輪安裝有B 軸解禪齒輪，所述B軸驅(qū)動齒輪與安裝于所述B軸輸入軸的B軸輸入齒輪曬合，所述B軸解禪 齒輪與所述C軸輸入齒輪曬合，W便所述B軸解禪齒輪傳遞的所述C軸輸入齒輪的轉(zhuǎn)速與所 述B軸驅(qū)動齒輪傳遞的所述B軸輸入齒輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行抵消。
[0021] 較優(yōu)地，所述雙擺頭設(shè)置齒輪箱，其中：所述C軸驅(qū)動電機(jī)和所述B軸驅(qū)動電機(jī)分別 通過驅(qū)動電機(jī)支撐座安裝于所述齒輪箱的頂蓋;所述C軸輸入軸和所述B軸輸入軸部分伸入 并支撐于所述齒輪箱的箱體;所述C軸輸入齒輪及所述B軸輸入齒輪、所述諧波減速機(jī)及上 面的所述C軸驅(qū)動齒輪、所述差動諧波減速機(jī)及上面的所述B軸驅(qū)動齒輪及所述B軸解禪齒 輪均安裝于所述齒輪箱的箱體內(nèi)。
[0022] 較優(yōu)地，所述激光切割機(jī)的光路設(shè)置有四級激光反射鏡片，其中：第一級激光反射 鏡片安裝于所述C軸擺臂上所述B軸輸入軸和所述首級B軸傳動軸的交會位置，且所述第一 級激光反射鏡片的反射面垂直于所述B軸輸入軸和所述首級B軸傳動軸的軸線夾角平分線； 第二級激光反射鏡片安裝于所述C軸擺臂上所述首級B軸傳動軸的所述末級B軸傳動軸的交 會位置，且所述第二級激光反射鏡片的反射面垂直于所述首級B軸傳動軸的所述末級軸傳 動軸的軸線夾角平分線;第=級激光反射鏡片安裝于所述B軸擺頭底壁上接近所述末級B軸 傳動軸的出口位置;第四級激光反射鏡片安裝于所述B軸擺頭頂壁上所述第=級激光反射 鏡片反射激光束的到達(dá)位置，且所述第四級激光反射鏡片可反射激光束至所述激光切割頭 的割嘴。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型實(shí)施例采用音圈電機(jī)來實(shí)現(xiàn)切割頭的隨動調(diào)高功 能，因而具有隨動加速度高、質(zhì)量輕、價格低、可靠性好等明顯的技術(shù)優(yōu)勢:一方面，音圈電 機(jī)直接帶動切割頭，無中間傳動環(huán)節(jié)，可W實(shí)現(xiàn)更大的加速度，有利于提高響應(yīng)速度與精 度;其二，用音圈電機(jī)替代伺服電機(jī)與直線模組，部件大大減少，不僅質(zhì)量明顯減輕，也有利 于降低價格及提高產(chǎn)品可靠性。
[0024] 特別地，本實(shí)用新型實(shí)施例采用電容傳感器及音圈電機(jī)來實(shí)現(xiàn)切割隨動調(diào)高的功 能，可W進(jìn)一步改善產(chǎn)品性能，具體而言：用電容傳感器來感知激光切割頭的割嘴與工件之 間的距離，可W較好地測量慢變化或微小量，具有測量范圍大、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定 性好等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)有利于控制器優(yōu)化輸出控制指令，從而更精確、快速地調(diào)節(jié)音圈電機(jī)行程， 最終更好地實(shí)現(xiàn)切割頭隨動調(diào)高功能。
【附圖說明】
[0025] 圖1為=維五軸激光切割機(jī)的坐標(biāo)軸示意圖；
[00%]圖2為一種現(xiàn)有激光切割機(jī)的示意圖；
[0027] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中示出具有中空軸結(jié)構(gòu)的 雙擺頭及激光切割頭跟隨調(diào)高裝置；
[0028] 圖4為圖