三维激光切割机

三维激光切割机（精选7篇）

三维激光切割机 篇1

华工法利莱自主创新推出了一款新型三维光纤激光切割机, 打破了国外同类产品在汽车行业的垄断, 该产品已在国内汽车零部件制造企业开始使用。该机通过龙门固定倒挂机器人或立式固定机器人底座, 光纤激光器柔性传输高品质的激光到切割头, 独立开发的PLC集成控制机器人, 以及激光器等部件对汽车三维零件进行异形加工。该设备主要生产零件厚离结构和控制方法, 通过两者的结合使用, 实现了在炉内不同高度范围内不同加热温度的精确控制, 从而确保低压转子各段性能满足使用要求。喷淬机床可以实现喷水、喷风、喷雾三种淬火冷却功能, 且自上而下喷出介质的流量、压力、方向均可按工艺要求方便调整, 完全满足转子两端与中间因结构不同而需淬火介质量不同的要求。

三维激光切割机 篇2

三维五轴激光切割机的运动主要包括X、Y、Z三个直线轴运动和C、A两个旋转轴运动。其中, X、Y、Z直线轴运动采用滚珠丝杠、齿轮齿条等方式进行传动, 与传统的二维激光切割机相同, 其机床制造的核心技术在于如何通过激光头旋转机构来实现C、A两个旋转轴的精确、快速运动。作为三维激光切割机的核心部件, 激光头旋转机构目前完全依赖进口, 价格相当昂贵, 例如某国外品牌的激光头旋转机构价格高达40~50万人民币, 可以说如果没有自主研发的激光头旋转机构, 三维激光切割机的自主研发就是一纸空谈。

针对上述问题, 本文对现有力矩电机驱动偏置式及一点指向式激光头旋转机构进行了分析比较, 并在此基础上创造性地设计了一种结构更加简化、性能更加优越的激光头旋转机构。

1 力矩电机驱动的偏置式激光头旋转机构

力矩电机驱动的偏置式激光头旋转机构如图1所示。该机构由连接座1、连接座2、固定座1、固定座2、反射镜座1、反射镜座2、两个力矩电机、激光头、反射镜以及聚焦镜组成。连接座1的上端通过法兰连接面与机床的X、Y、Z轴运动机构相连接, 下部的内圆柱面安装有力矩电机的定子。反射镜座1上端和右端分别设置有相互垂直的连接面, 其中上端连接面与固定座1的下端面相连接, 固定座上部的外圆柱面上安装有力矩电机的转子, 连接座1与固定座1构成一个转动副实现C轴旋转运动。反射镜座1的右端连接面与连接座2左边的连接面相连接, 连接座2的内圆柱面安装有力矩电机的定子。反射镜座2的左端和下端分别设置有相互垂直的连接面, 其中左端连接面与固定座2的右侧端面相连接, 连接座2的外圆柱面上安装有力矩电机的转子, 连接座2与固定座2构成另一个转动副实现A轴的运动。

力矩电机驱动的激光头旋转机构控制简单, 结构紧凑, 对局部切割能力强, 光路调整方便。但是该机构负载能力较弱, 精度不高, 动态响应速度慢, 当切割机进行五轴联动时, X、Y、Z轴运动的加速度惯性载荷容易超过扭矩电机的负载极限。

2 一点指向式激光头旋转机构

一点指向式激光头旋转机构如图2所示。该机构由连接座、C轴连接体、A轴连接体、激光头、聚焦镜以及反射镜片组成。连接座通过上端的法兰面与机床的X、Y、Z轴直线运动轴连接, 连接座下部的内圆柱面与C轴连接体上部的外圆柱面构成转动副实现C轴运动。C轴连接体下部与水平面呈45°的内圆柱面与A轴连接体的左侧的外圆柱面构成转动副实现A轴运动。

该机构最突出的优点是C、A轴在运动过程中加工点 (焦点) 的位置始终保持不变, 这对三维激光切割机示教功能的实现有很大帮助。但是一点指向式激光头旋转机构体积大, 在切割深孔时极易产生机械干涉;至少需要4块反射镜片, 能量损耗大, 镜片费用高, 调校复杂。

3 复合驱动的激光头旋转机构

针对以上问题, 本文设计了一种结构更加简化, 后续控制编程更加方便, 操控性更优越的三维激光切割机激光头旋转机构, 如图3所示。

该机构由连接座、固定座、反射镜座、双联齿轮、锥齿轮、激光头、聚焦镜、C轴电机、A轴电机以及反射镜组成。连接座通过上端的法兰与机床的X、Y、Z轴直线运动轴连接, C轴电机与A轴电机分别固定安装在连接座的两侧。固定座的上部的外圆柱面与连接座的内圆柱面构成转动副, 设置在固定座外圆柱面下方的齿轮与连接在C轴电机轴上的齿轮相啮合, 通过C轴电机的转动实现对C轴的驱动。双联齿轮的内圆柱面与固定座中部的外圆柱面构成转转动副, 上部设置的直齿与A轴电机轴上的齿轮啮合, 下部设置的锥形齿与锥齿轮啮合;锥齿轮的内圆柱面与固定座下部的外圆柱面构成转动副, 端面与反射镜座连接, A轴电机的旋转带动双联齿轮转动, 再通过锥形齿轮的啮合将运动传递到反射镜座, 进而实现了对A轴的驱动。

由图可知, A轴的运动是单独通过A轴电机的驱动来实现的, C轴的运动是通过C轴电机和A轴电机的复合运动实现的。两个驱动电机都位于旋转机构的上部, 偏置距离小, 下部结构更加简单、紧凑, 能够有效避免工作过程中管线缠绕的问题。机械啮合 (传动) 部分与光路传输部分完全隔离开, 从根本上解决了传动部件对光路的污染问题。该机构的传动部件都是最为简单的齿轮、锥齿轮、普通的伺服电机, 价格低廉, 负载能力强, 精度高, 动态响应速度快。

4 结论

本文对现有的激光头旋转机构技术方案作了介绍和比较, 创新地设计了一种复合驱动的激光头旋转机构。该机构构思巧妙, 结构简单, 精度高, 负载能力强, 动态响应速度高, 附加值高, 极具产业化价值。

参考文献

[1]黄开金, 谢长生.三维激光切割机的发展现状[J].激光技术, 1998, 22 (6) :352-356.

[2]陈根余, 黄丰杰, 刘旭飞, 等.三维激光切割技术在车身覆盖件制造中的应用与研究[J].激光技术, 2008, 29 (4) :67-69.

[3]李宇顺, 罗敬文, 等.中国大功率激光装备的发展[J].锻压装备与制造技术, 2008, 43 (3) :9-12.

激光切割机光路系统设计 篇3

关键词：机械设计,激光切割机,光路,设计,二氧化碳发生器,圆偏振镜,吸收薄膜反射镜

激光切割与传统切割机床相比具有更好的加工柔性,而且加工速度快、效率高、无振动及噪声等[1]。近年来,激光切割技术正以前所未有的速度发展,每年都以15%~20%的速度增长。我国自1985年以来,更是以每年近25%的速度增长[2]。

激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑,将材料快速加热至汽化温度,蒸发形成小孔洞后,再使光束与材料相对移动,从而获得窄的连续切缝[3]。激光切割的质量和精度受众多因素的影响,有一些影响因素在切割生产中是可调节的,如激光功率、切割速度、辅助气体气压、焦距和焦点位置等;另外还有一些切割影响因素是预先确定的,如激光器的性能、光束传输的光路系统等。其中,实践表明,光束传输的光路系统对激光切割质量具有重要影响。

本文结合我公司TL3015三维激光切割机的研发项目,通过对光束的传输特性、光路系统的传输环境等方面进行系统分析,总结阐述了光路系统的设计要点和使用方法,对激光切割机的光路系统设计具有指导意义。

2 光路设计

在激光切割过程中,受到诸多因素影响,可能导致不能获得稳定的切割质量,出现切口表面粗糙、切缝宽度不一致、切口挂渣、切不透等现象。在光路设计中,要尽量排除干扰切割质量因素。其中主要应考虑两方面因素,即光束传输特性、光路系统的防护。

2.1 光束的传输特性

不同厂家的激光器产生光束的传输特性不同,其光路设计也不尽相同。光束的传输特性在设计上主要考虑两方面,即光束的发散特性以及光束的偏振特性。

2.1.1 光束的发散特性及补偿措施

由于光束具有发散特性,机床在不同行程位置切割时,光束的直径会随光束传输距离的变化而变化,其带来聚焦点的变化使切割质量不稳定。激光光束特性对聚焦点的影响,如图1所示,光束直径越大通过透镜后得到的聚焦点将越小。为了在切割大幅面板材时保持切割范围内前后切割质量一致,需要采取一定的补偿措施。目前通常采用以下三种方案。

(1)扩束镜。如图2所示,扩束镜是一种由凸透镜和凹透镜组成的光学系统,该装置能改变光束的大小和发散特性。扩束镜的原理是先对光束进行扩展,再将其聚焦,可以得到更小的焦点。扩束镜可以改善光束的准直特性,使得光束直径在切割范围内基本保持一致。使用该装置可以获得前后基本一致的切割质量,并可提高切缝与板材表面的垂直精度。

(2)变曲率半径镜平片(VRM)。VRM闭环控制系统原理是:通过调整变量泵的输出流量来改变VRM镜片内水槽中的水压,从而改变聚焦透镜的曲率半径。变曲率半径镜片能够在光路长度改变时动态地调整光束的特征参数,以保持焦点半径和焦点深度的稳定。VRM系统结构复杂、成本高、需要闭环控制,国外一些技术先进的产品采用这种光路补偿措施。但就目前国内整体技术水平而言,难以达到预期的使用效果[4]。

(3)恒定光程系统。恒定光程是指从激光器到加工板面的光束传输距离恒定。下面介绍两种实现恒定光路的方案。(1)如图3所示,该方式为单独使用一台伺服电机控制两块将光束反射回去的光学镜片来取得恒定的光路长度,参见图中U轴处。因为光束存在束腰和发散角,不同的光程有不同的特征,如模式形状等。该方案能够实现可调的光路长度,可满足不同的光程长度的多种加工性能要求。(2)如图4所示,该方式为使用一个可以旋转的光学镜片和传输光束的导光臂来取得恒定的光路长度。该方案可以使用最少的镜片来实现恒定的光路长度,而且光路的调节简单。

2.1.2 光束的偏振特性

大部分激光器发出的激光束是在垂直于传播方向的平面内光矢量只沿一个固定方向振动的线偏振光。在实际激光切割中存在着不同方向切割的切缝质量不一致、高反射率金属(铜、黄铜、铝)难以切割等问题。我们在光路设计中利用其光束的偏振特性配合使用了不同的光学镜片,很好地解决了上述问题。

(1)在激光切割实验中发现,切缝质量取决于相对于切割方向的光偏振方向。由于相对于金属切割面呈S偏振的光比呈P偏振的光更容易被切缝表面反射,切缝质量会在不同切割方向上产生差异。我们使用反射式相位延迟圆偏振镜片(RPR)来消除切缝的这种变化,其作用是把激光器发出的光束由线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光在任何光束方向上都是由等量的S偏振和P偏振组成的,因此在所有的轴向都会具有相同成分的偏振,无论切割方向如何,都将以均一的方式去除材料。

圆偏镜的使用安装方法如图5所示。入射光束的偏振方向必须与传输面成45°角,且以90°角反射出去。在激光切割机的使用中圆偏镜应该尽可能靠近激光器安装,以便取得一个准确的入射角,避免入射角不准确导致切缝倾斜。

(2)在激光切割高反射率金属穿孔时,光束的一部分会被反射偏离金属表面并进入激光器腔体,引起光束模式和光束能量不稳定,从而干扰激光器的正常运行。同时其中被反射回来的光束将可能在激光器腔体内放大,然后集中于下一光束中同时照射在光学镜片上,引起光学镜片的损害。我们在切高反射率金属的过程中使用了吸收薄膜反射镜片即ATFR镜片,其特点是对S偏振光的高反射率(通常为99%)和P偏振光的低反射率(通常小于1%)。例如在切割铜、黄铜、铝时,其表面反射回来的光束将被ATFR镜片吸收。

ATFR镜片的使用方法:(1)如图6所示,先确定激光器射出的光束的偏振方向,然后再确定ATFR镜片的安装位置,使照射到ATFR镜片上的光束为S偏振光。例如:射出光束水平偏振时,光束需经过ATFR镜片向上或向下垂直反射;射出光束垂直偏振时,光束需经过ATFR镜片向左或向右水平反射;射出光束45°偏振时,光束需经过ATFR镜片向上斜45°或向下斜45°反射。(2)如图7所示,激光切割机中需要在ATFR镜片与切割金属之间的适当位置安装PRP镜片。

2.2 光束的传输环境

光束从激光器射出经过气体介质的传输到达切割金属,在传输过程中会受到传输介质的影响,不良的传输介质会影响切割质量。我们分析了传输环境的各个因素对光束的影响,在设计光路中使用了净化装置和洁净密封的设计。实践证明,该设计能够很好地控制传输环境对光束的影响,并且有效减少了其对反射镜片的污染,对切割质量的提高起到了显著作用。

2.2.1 光路中的灰尘、油雾、水汽

如图8所示,当光束通过带有灰尘、油雾、水汽的空气时,光束有部分能量会被吸收,光束的扩散角度将被扩大,从而影响最终到达切割板材的光束质量。如图9所示,随着光束的发散角的增大,聚焦点的高度将会降低。针对上述问题,我们设计安装了灰尘、油雾和水汽的过滤装置,只有经过过滤的空气才可以进入通光管道。

2.2.2 光路中的二氧化碳

光束传输时,通道内的二氧化碳会吸收部分光束的能量使传输通道变热,同样二氧化碳也会引起光束扩散角度的扩大。切割时间越长对切割质量的影响越明显,其影响也会随着激光功率的增大和光路长度的增加而增加。

控制光束传输通道内二氧化碳比例的方法一般采用以下两种:(1)采用二氧化碳过滤器(也可采用吸附二氧化碳的空气干燥器),控制光束传输通道内二氧化碳的比例。(2)采用PSA氮气发生器获得高纯度的氮气,使得光束在单一氮气中传输以获得更好的质量。PSA制氮设备原理是:PSA空分制氮设备,以空气为原料,以碳分子筛为吸附剂,运用变压吸附原理(PSA),利用充满微孔的分子筛,对空气进行选择性吸附,从而达到氧氮分离的目的[5]。当干燥纯净压缩空气进入碳分子筛时,空气中的O2、CO2和H2O被选择吸附进入分子筛的微孔中,而未被吸附的N2穿过吸附区成为输出气体。当碳分子筛吸附O2、CO2和H2O达到饱和时,利用减压解吸将其排入大气中。如图10所示。

2.2.3 光路通道内吹气的安装

为了获得良好的光束质量,我们在设计中尽可能保证光束传输部分的密封性,并保持光束传输部分被连续地吹入净化的空气,避免外界污染物进入传输通道内。

2.2.4 运动部件的防护

大部分厂家都使用可拉伸的防护护罩作为运动部件的光路防护腔体,其直径通常需要大于光束直径的3倍,以避免干涉到光束的传输。

以下为不同种类防护护罩性能的对比:

圆形护罩容易受重力的影响而下垂,在运动中也非常容易受振动的影响,从而可能会干涉到光束。

望远镜型护罩通光口的大小会受到其长度的限制,而且这种类型所使用的润滑油可能进入其内部,润滑油蒸发后对光束的传输会有严重影响。

风琴型护罩的性能要优于前两种类型的护罩,其内部需要有骨架支撑,并且每隔几折需要有PVC骨架与导向零件的连接。

根据三种防护护罩的特点对比,结合公司TL3015系列的结构特点,我们采用了风琴型的方式防护,很好地保持了光束传输环境的洁净。

3 结束语

作为当代最先进和最重要的材料裁切方法,激光切割在现代工业中得到广泛应用。本文针对光束传输的物理特性、传输环境对激光切割机光路的影响进行了分析和研究,提出了光路系统设计的方法和要点。

参考文献

[1]余先照,朱华炳,冯霄,等.数控激光切割机床开发及其关键技术分析[J].机电产品开发与创新,2011,24(3):176-178.

[2]徐红丽,王霄,蔡兰.新型激光切割并联机床的研究[J].煤矿机械,2007,28(10):128-130.

[3]张国顺.现代激光制造技术[M].北京:化学工业出版社,2006.

[4]周鹏飞,胡金龙,季鹏,等.数控激光切割机光路补偿措施的探讨[J].锻压装备与制造技术,2009,44(5):50-53.

[5]于迎芳.PSA——空分制氮工艺的应用[J].科技资讯,2005,26:26-27.

[6]陶晔,陈树明,赵志超.大功率激光切割机的导光系统设计要点[J].锻压装备与制造技术,2004,39(5):46-47.

关于数控激光切割机设计要点分析 篇4

近年来,我国大力发展数控激光切割机技术,投入了一定程度的人力和财力,并取得了长足的进步。国内数控激光切割机产品,凭借良好的服务、合理的性价比,并逐步抢占激光切割机市场,并已取得一席之地。所以,优化激光切割机设计,是我国激光切割机领域长远发展的需求。

1 数控激光切割机的整体结构

从当前市场而言,数控激光切割机有悬臂式、龙门式和横梁倒挂三种结构形式。如下表1,所示了三种结构形式的优缺点。

2 数控激光切割机的光路设计

在数控激光切割机的外光路中,主要由聚焦透镜、线偏振反射镜片和圆偏振反射镜片等构成。激光器输出的线性偏振光在这些镜片的转化下,以圆偏振光的形式传输至激光切割头,再由经聚焦透镜聚焦,从喷嘴上同时输出能量和辅助气体,实现对板材的切割。

就外光路系统的结构而言,主要有龙门式飞行光路、混合光路和等光程光路三种。其中,龙门式飞行光路相比较于其他两种,在调整上比较繁琐,但能够较好地满足高精度和高速度的切割需求,在数控激光切割机的设计中,使用最为广泛。

从实际来看,激光器所发出的激光具有一定的发散角。基于光路长度的变化,光束的直径也随之发生着变化,从而焦点的深度、大小也发生变化,导致对切割效果造成不良影响。例如,在板材切割中,出现切割宽度不统一、烧蚀板材的不良后果。如表2所示,是当前用于光路长度补偿的有效措施。

3 数控激光切割机的驱动系统

在数控激光切割机中,高精度和高动态响应是其重要性能的体现。其中,数控激光切割机的驱动系统对切割精度和动态响应有所影响。在现实设计中,常用齿轮齿条、滚珠丝杠和直线电机三种驱动方式。如下表3所示,三种驱动方式的比较分析。

4 激光切割机未来发展趋势

通过比较数控激光切割机各结构的优缺点,可以看出,随着科学技术的不断发展,龙门式横梁结构由于其结构性能的优点,已经越来越多地运用到数控激光切割机的设计中,悬臂式横梁在运行速度要求不高,且切割幅面不大时具有一定的优势,而悬臂倒挂式横梁由于其结构上的缺陷,应用较少。

在考虑光路设计时,三种补偿方案各有优缺点,主要根据各生产厂家的实际情况,在综合考虑性价比、加工能力的基础上选择最优方案。在驱动系统方面,目前国内主流的传动方案为齿轮齿条传动,而国外越来越多地采用直线电机驱动,并且其代表着未来发展的趋势。如果国内市场对激光切割机的性能要求提高及购买力上升的话,可以考虑采用直线电机驱动的方式。

5 结语

数控激光切割机设计是一项复杂而系统的工作,涉及到电、光、机等方面。并且,激光切割工艺比较复杂,融有物理化学等变化过程。本文的论述比较有限,在今后的研究中,笔者认为可以从以下几点入手:1)激光器研究;2)关键部件及加工工艺研究;3)喷嘴结构方面的研究;4)激光切割工艺参数的研究。这些领域的继续研究,有助于推动数控激光切割机的设计研发进程。

参考文献

[1]朱华硕.数控激光切割机床开发及其关键技术分析[J].机电产品开发与创新,2011.

[2]李妮妮.全软件型激光机数控系统研究[D].浙江大学,2010.

[3]陈树明.高性能数控激光切割机设计要点[J].锻压装备与制造技术,2003.

一种激光切割机升降工作台设计 篇5

随着近年来激光切割技术应用的普及,人们对激光切割机的加工效率提出了更高的要求。目前绝大多数激光切割机都采用双层交换式升降工作台,当双层工作台中的一层在加工区域进行加工时,可以在另一层工作台上完成上、下料工作,两层工作台交换使用可以减少上、下料停机等待时间,在很大程度上提高了设备的工作效率。目前绝大多数升降工作台均采用液压驱动方式,在升降台的四角采用液压缸驱动,实现升降台的上下运动。液压式升降工作台在实际使用中存在一些不足:①同步性差,尤其是当出现偏载时不同步问题更加严重;②成本高,需要专门的一个液压站来提供液压油;③运行平稳性不好,启动、停止时会产生较大的冲击;④定位精度不高,上、下极限点停止的位置偏差较大。

针对上述问题,结合扬力公司FL3015型直线电机驱动的数控激光切割机研发项目,设计了一种基于偏心轮机构的机械式升降工作台,并运用多体动力学软件ADAMS对其运动规律进行了仿真。该技术方案具有结构简单、成本低廉、安全平稳、定位准确等诸多优点。

1机构设计

激光切割机的升降工作台与其他工业升降台有些不同:①行程固定,要求上、下极限点的位置准确;②启动、停止的过程平稳无冲击;③偏载情况下保证升降动作的同步性。本文设计的机械式升降台,采用4个刚性联接的偏心轮机构作为驱动机构,其运动学特性非常适用于激光切割机的升降工作台,具体结构如图1、图2所示,传动机构原理如图3所示。

如图1和图2所示,升降工作台主要包括机架、U型托架、工作台A、工作台B、同步轴、驱动齿轮、偏心齿轮、减速器、电机等部分。其中机架上设置有导向装置,工作台A、B上设置带有导向槽的滚轮,U型托架上设有上导轨和下导轨,U型托架下部设有轴承座,偏心轮上设有偏心轴,电机为普通带制动的交流异步电机。驱动电机经减速器减速后,通过驱动齿轮带动偏心齿轮旋转,偏心轴通过与轴承座的铰接带动U型托架一起做圆周方向上的平动,从而实现了位于U型托架上的工作台的升降运动。在升降过程中,工作台由于受到导向装置的限制,只能够作上下运动。当U型托架在绕偏心齿轮轴心的圆周方向上平动时,工作台上的滚轮在U型托架上的导轨上滚动。另外,位于同侧的两个偏心齿轮通过U型托架刚性连接,由同一个减速电机驱动的分别位于两侧的两个偏心齿轮通过同步轴刚性连接,实现了4个偏心齿轮的刚性连接,进而保证了升降过程中4个偏心轮的同步性。

2技术要点

2.1 过约束问题

由图2可知,4个偏心齿轮通过2个同步轴和2个U型托架刚性连接以保证4个偏心齿轮的绝对同步。然而在实际设计、装配过程中,两侧的两个U型托架轴承座的孔距以及偏心齿轮中心距必然存在偏差,如果该偏差过大会使得机构在实际运转过程中产生很大的内力,容易引起机械部件的振动、噪声以及异常的磨损,甚至引起机械部件的损坏。

2.2 电机制动响应滞后

大多数交流异步电机都存在制动响应滞后和制动响应一致性差等问题,所带来的影响就是当升降台负重下降过程中进行制动操作时,电机断电后由于制动响应时间的滞后,升降台处于失重状态加速向下运动一段距离后电机才会制动,这样会给整个传动机构造成很大的冲击。另外,如果两个电机的制动不同步,在制动过程中其中一个电机已经制动,而另外一个电机还是处于断电后的自由状态,由于所有的制动扭矩都是通过机构内部传递的,必然会给传动系统的零部件带来附加的冲击载荷。因此在机械设计过程中,应尽可能选用制动响应时间快且制动响应一致性好的两个电机。

2.3 机构死点

在机构运动过程中,当偏心轴与偏心齿轮轴心处于同一高度时,机构的传动角γ=0°,机构处于锁死状态。因此在使用过程中应尽可能避免在死点进行启动、停止操作。

3运动学仿真

在ADAMS中建立的动力学模型如图4所示。负载重量为5 000 kg,驱动电机作1 450 r/min的匀速转动,减速机的速比为28.4,齿轮减速的速比为1∶6,偏心齿轮的偏心距为105 mm。

通过ADAMS的运动学仿真,获得了升降台速度变化曲线(见图5)和驱动扭矩变化曲线(见图6)。由图5和图6可知,在升降过程中,升降速度和驱动扭矩的变化符合正弦曲线分布,当升降台位于上、下极限点时,升降速度和驱动扭矩均为“0”;当升至行程的1/2时(偏心轴与偏心齿轮轴心水平时),升降速度达到最大值93 mm/s,驱动扭矩也达到了最大值7.52 N·m。

4总结

本文设计了一种应用于激光切割机的基于偏心轮机构的机械式升降工作台,较为详细地介绍了其结构特点、工作原理以及设计要点,并运用ADAMS软件对其进行了运动学仿真,该技术方案具有如下特点:

(1) 结构简单、绝对同步。

通过简单的机械传动即可实现升降台的升降动作,由于4个偏心齿轮之间采用刚性连接,即使在严重偏载情况下,也能够保证4个偏心齿轮运动的绝对同步性。

(2) 安全运行平稳。

偏心轮机构能够实现360°范围内的回转运动,即使发生电气故障,也不会发生机械碰撞,引发安全事故。当升降台位于上极限位置时,机构在重力的作用下处于自锁状态,很小的制动力矩就可以保证升降台不会掉落下来。机构的速度曲线、驱动扭矩曲线符合正弦曲线的变化规律,在启动、停止过程中能够极大地减小冲击。

(3) 行程固定、定位精确、易于控制。

机构的行程为2倍的偏心距,并且当位于上、下极限位置附近时,其高度受偏心齿轮角度的变化影响很小,易于极限位置的定位控制。

摘要：设计了一种激光切割机的升降工作台,对其结构特点、工作原理以及技术要点进行了详细说明,并运用ADAMS软件进行了运动学仿真,为进一步的研究和产品化提供参考依据。

关键词：激光切割机,升降工作台,运动学仿真

参考文献

[1]胡惠芬.数控激光切割机的发展现状和应用前景[J].造船技术,1997(3):37-39.

[2]周昭文,陈振华.叉式升降台设计[J].机械制造,2010(1):27-30.

浅谈工业应用中激光切割机的选型 篇6

在工业应用中, 机械加工和钣金加工占据了相当大的比重, 而板材加工又是机械加工和钣金加工中十分重要的环节。在板材加工过程中, 有线切割、火焰切割、等离子切割、水切割、数控冲、激光切割等多种不同的方式, 优缺点也各异。激光切割作为近些年迅速发展的技术, 以其高精度、高效率、柔性化等特点为板材加工技术带来了一场革命。

2 激光切割技术简介

激光由粒子受激辐射产生, 具有很好的相干性、方向性和高能量密度, 其高相干性在高精密测量、物质结构分析、信息存储等领域得到了广泛应用;而激光的高方向性和高能量密度则广泛应用于加工制造业。激光加工技术即利用激光的高能量密度, 使激光经聚焦镜聚焦到加工物件上, 使加工件因高温而迅速的融化或汽化, 再配合激光的运行轨迹从而达到加工的目的。

世界第一台CO2激光切割机诞生于二十世纪七十年代。三十多年来, 随着激光技术及数控技术的不断发展, 激光切割技术已逐步发展成为一种先进的加工方法。应用也逐步渗透到科研、产业的各个方面, 如在汽车制造、航空航天、钢铁、金属加工、冶金等领域。而在国内外众多的激光切割机品牌中, 国外知名企业有德国Trumpf公司、意大利Prima公司、瑞士Bystronic公司、日本三菱公司等。国内如深圳大族、上海团结、苏州领创、武汉楚天、武汉华工, 深圳迪能 (主营灯泵YAG激光切割机) 等, 切割机的种类也从最初单一的CO2激光切割机发展到:灯泵YAG激光切割机、CO2激光切割机、光纤激光切割机等不同类型, 功率从几十瓦到几千瓦不等, 价格由几十万到几百万。那么如何在众多的品牌、众多的类型中选择一款适合自己的就显得尤为重要了。

3 激光切割机的分类

激光切割机的种类按功率大小可分为大功率激光切割机和中小功率切割机, 大功率激光切割机可以切割20mm厚碳钢甚至更厚, 而中小功率切割机则主要用于6mm以下的薄板切割。

3.1 大功率激光切割机类型对比

首先, 我们来对比一下主流的大功率激光切割机 (如表1) :

3.2 中小功率激光切割机类型对比

而中小功率切割机的价格相对大功率激光切割机就便宜的多, 主要分为光纤激光切割机、CO2激光切割机、YAG激光切割机。下面对以上三种激光切割机进行对比如表2。

以上是作者对市场中一些主流的激光切割机类型进行了对比, 诚如所言, 适合自己的才是最好的, 比如您所属广告行业, 对厚板的切割需求极少, 那么您不妨省出100W, 买一台500W的中小功率切割机;再比如您不需要切割非金属, 但却经常会切割铝或铜, 那您就可以选择光纤切割机或YAG切割机。因为不同的切割机都各自有自己的优势和缺点, 如何选择还是要充分考虑自己的应用, 在购买之前做好充分的调研, 以免造成不必要的损失。

三维激光切割机 篇7

激光切割是采用聚焦镜聚焦从激光器输出的激光光束作为高密度能量照射在材料上, 使材料受热熔化 (蒸发) 而切割的方法。激光切割机在切割工件时, 辅助气体与激光束同轴喷射, 用于散热、助燃、吹掉熔渍、改善切割面品质, 这将产生大量烟尘, 弥漫于整个机床的工作空间, 不仅污染精密部件切割头, 影响其寿命和稳定性, 而且严重污染工作环境, 危害工作人员的身体健康。本文介绍一种用于地轨式激光切割机的分区除尘装置, 该装置可有效抽除切割区域内的烟尘, 保护切割头, 并大大改善工作环境。

1 分区除尘装置设计

1.1 原有除尘装置及缺点

原有除尘装置采用的结构为:在工作台左右两侧各有一主除尘管道, 两管道汇合于机床后部的总除尘管道, 总除尘管道与集尘器相连。该结构的缺点是:如果其中一侧主除尘管道密封效果欠佳, 则直接影响另一侧主除尘管道除尘区域的除尘效果。

1.2 新型除尘装置组成

基于地轨式激光切割机的工作台结构, 结合激光切割机的作业特点, 设计了一种分区除尘装置, 如图1所示。激光切割头工作区域被分为A~X共24个除尘区域, 通过控制各除尘区域的气缸控制单元, 进而控制各气缸的动作, 摆轴与气缸相连, 气缸伸缩即可实现叶片转动, 达到分区除尘的目的。

如图2所示, 主除尘管道与机床外部集尘器通过波纹管道相连, 收集落料装置用于收集切割废料和切割小件, 方便定时集中处理。由图可见, 在分除尘管道装置上开有除尘孔。

1.3 工作原理

机床工作时, 切割过程同时伴随着抽烟除尘过程, 通过切割软件控制各气缸的电磁阀, 进而控制叶片与各分除尘管道间的密封状态, 使切割头所处区域的分除尘管道处于连通工作状态, 形成有效的气流通道;同时, 其余除尘区域的分除尘管道均处于闭合状态, 不会形成气流, 从而有效利用集尘器的效率, 增大除尘风量, 最大化地抽除切割时产生的烟尘。

1.4 新型装置的优点

本装置采用的是所有分除尘管道共用一个主除尘管道的结构, 减少了管道接口数量, 使除尘效果更加理想, 同时使工作台的结构更加紧凑。其主要优点有:

1.工作台框架2.主除尘管道3.分除尘管道4.收集落料装置5.气缸6.摆轴7.叶片

(1) 结构简单紧凑, 密封性好。主除尘管道与整个工作台一体化焊接, 既可作为抽烟尘的通道, 也可加强床身结构。原有结构由12段管道组成, 管道之间的连接难度大, 密封性也较差。新型除尘结构整个地轨工作幅面由6套单个工作台组合而成, 故主除尘管道只由6段组合而成, 有利于工作台的连接与密封。管道密封性提高, 将大大提高切割区域的除尘效果。

(2) 分区除尘效果好。分除尘管道共24套, 分别用螺钉与主管道相连, 将整个切割区域分割成24个小的除尘区域。每个分除尘管道可以根据切割头所在区域单独开关, 使集尘器对该区域实现单独除尘, 除尘风量大, 效果好。

(3) 节能减排, 提高效益。采用新型除尘结构的分区除尘方式, 除尘区域较原有结构大大减小, 从而可选用较小功率的集尘器, 既节能减排, 又降低设备成本。

2 结束语

地轨式激光切割机分区除尘装置, 已在我公司LR0312型地轨式激光切割机上实际应用。实际应用表明, 该装置可高效抽除激光切割机工作时产生的烟尘, 较好地保护切割头, 有效降低烟尘对工作环境的污染和人员身体健康的危害, 节能减排, 提高效益。

参考文献

[1]王志刚, 汪立新, 李振光.激光切割烟尘分析及除尘系统[J].锻压装备与制造技术, 2011, 46 (5) .