一種定龍門雙工位雷射切割設備的製作方法

2023-09-18 00:51:10 2

本實用新型涉及雷射加工領域，特別涉及一種定龍門雙工位雷射切割設備。

背景技術：

隨著雷射切割技術的發展，雷射切割以其獨特的優勢已經越來越廣泛的應用於工業加工中。目前我國現有的雷射切割設備主要以單平臺設計為主，對於切割過程來說，主要包含上料、加工和下料三個過程，單平臺雷射切割設備無法實現在加工時進行工件上下料，從而影響到了加工效率。

可見，現有技術還有待改進和提高。

技術實現要素：

鑑於上述現有技術的不足之處，本實用新型的目的在於提供一種定龍門雙工位雷射切割設備，旨在提高雷射切割的生產效率。

為了達到上述目的，本實用新型採取了以下技術方案：

一種定龍門雙工位雷射切割設備，包括基座，其特徵在於，所述基座上設置有：與所述基座固定連接的龍門架，雷射切割頭，用於驅動所述雷射切割頭沿Z軸方向運動的Z軸組件，用於驅動所述Z軸組件沿X軸方向運動的X軸組件，用於驅動第一工作檯沿Y軸方向運動的第一Y軸組件，用於驅動第二工作檯沿Y軸方向運動的第二Y軸組件以及用於通過控制Z軸組件、X軸組件、第一Y軸組件和第二Y軸組件實現四軸聯動的控制器；所述X軸組件設置於所述龍門架的橫梁上；所述第一工作檯和第二工作檯並列的設置於所述龍門架的橫梁下方；所述Z軸組件可滑動地設置在所述龍門架的橫梁上；所述Z軸組件、X軸組件、第一Y軸組件和第二Y軸組件均與所述控制器連接。

所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述第一Y軸組件包括用於驅動所述第一工作檯直線運動的第一直線電機；所述第二Y軸組件包括用於驅動述第二工作檯直線運動的第二直線電機；所述X軸組件包括第三直線電機；所述控制器包括用於驅動第一直線電機的第一Y軸驅動器、用於驅動第二直線電機的第二Y軸驅動器、用於驅動第三直線電機的X軸驅動器以及用於通過第一Y軸驅動器、第二Y軸驅動器、X軸驅動器實現四軸聯動的控制模塊，所述控制模塊通過第一Y軸驅動器連接第一直線電機、通過第二Y軸驅動器連接第二直線電機、通過X軸驅動器連接第三直線電機。

所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述第一Y軸組件還包括平行地固定於所述基座上的一對第一直線導軌；所述第一直線電機的動子可滑動地設置於所述第一直線導軌上；所述第一直線電機的定子設置在兩個第一直線導軌之間；所述第一工作檯固定於所述第一直線電機動子上；所述第二Y軸組件還包括平行地固定於所述基座上的一對第二直線導軌；所述第二直線電機動子可滑動地設置於所述第二直線導軌上；所述第二直線電機的定子設置在兩個第二直線導軌之間；所述第二直線導軌與所述第一直線導軌平行；所述第二工作檯固定於所述第二直線電機的動子上。

所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述第一工作檯與第二工作檯為相同尺寸的兩個工作檯。

所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述X軸組件還包括第三直線電機和水平地固定於所述龍門架的橫梁上的一對第三直線導軌；所述第三直線電機的定子設置在兩個第三直線導軌之間，所述第三直線電機的動子可滑動地設置於所述第三直線導軌上，所述第三直線電機的動子上固定有X軸車載板。

所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述的Z軸組件包括固定在所述X軸車載板上的Z軸安裝板、設置在所述Z軸安裝板上的Z軸傳動模組、以及可滑動地設置於所述Z軸傳動模組上的Z軸車載板；所述雷射切割頭固定在所述Z軸車載板上。

進一步的，所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述Z軸傳動模組包括伺服電機和滾珠絲槓；所述伺服電機驅動滾珠絲槓使所述雷射切割頭沿Z軸方向直線運動。

所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述控制器還包括用於驅動伺服電機的Z軸驅動器，所述控制模塊通過所述Z軸驅動器連接伺服電機。

所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述控制模塊包括可編程控制器。

有益效果：

本實用新型提供了一種定龍門雙工位雷射切割設備，其基座上設置有：與所述基座固定連接的龍門架，雷射切割頭，用於驅動所述雷射切割頭沿Z軸方向運動的Z軸組件，用於驅動所述Z軸組件沿X軸方向運動的X軸組件，用於驅動第一工作檯沿Y軸方向運動的第一Y軸組件，用於驅動第二工作檯沿Y軸方向運動的第二Y軸組件以及用於通過控制Z軸組件、X軸組件、第一Y軸組件和第二Y軸組件實現四軸聯動的控制器；所述第一工作檯和第二工作檯並列的設置於所述龍門架的橫梁下方；本實用新型通過採用雙工作檯的方式，由控制器通過各個組件進行四軸聯動，實現了一個工位進行加工的同時另一個工位進行下料、上料操作，實現了連續生產，提高了生產效率。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備的立體圖。

圖2為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備的控制器的結構框圖。

圖3為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，第一Y軸組件及第二Y軸組件的結構圖。

圖4為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，第二Y軸組件的局部放大圖。

圖5為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，龍門架及X軸組件的正視圖。

圖6為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，雷射切割頭及Z軸組件的正視圖。

圖7為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，雷射頭及Z軸組件的右視圖。

圖8為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，殼體的立體圖。

圖9為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，外殼的正視圖。

圖10為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，外殼後視圖。

圖11為本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備中，殼體的左剖視圖。

具體實施方式

本實用新型提供一種定龍門雙工位雷射切割設備，為使本實用新型的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

為便於闡述，定義所述Z軸組件沿所述龍門架的橫梁水平直線運動的方向為X軸方向，所述工作檯水平直線運動的方向為Y軸方向（即：第一工作檯運動方向為第一Y軸方向，第二工作檯運動方向為第二Y軸方向），所述Z軸組件豎直移動的方向為Z軸方向。

請參閱圖1，本實用新型提供一種定龍門雙工位雷射切割設備，包括基座91，雷射切割頭50，與所述基座91固定連接的龍門架80，可滑動地設置於所述基座91上的第一工作檯60和第二工作檯70，用於分別驅動第一工作檯60及第二工作檯70運動的第一Y軸組件10及第二Y軸組件20，用於驅動雷射切割頭50沿Z軸方向運動的Z軸組件40，用於驅動Z軸組件40水平運動的X軸組件30，以及用於通過控制Z軸組件40、X軸組件30、第一Y軸組件10和第二Y軸組件20實現四軸聯動的控制器（控制系統）；所述第一工作檯60及第二工作檯70並列地設置於所述龍門架80的橫梁下方，所述X軸組件30設置於所述龍門架80的橫梁上，所述Z軸組件40可滑動地設置於所述龍門架80的橫梁上；所述Z軸組件40、X軸組件30、第一Y軸組件10和第二Y軸組件20均與所述控制器連接。所述第一工作檯60位第一工位，所述第二工作檯70為第二工位，一個工位進行雷射切割，同時另一個工位進行下料、上料操作，所述第一工位和第二工位分別加工相同產品或者不同產品，實現了連續加工，提高了生產效率，此外，由於採用工作檯移動方式，加工過程中，所述第一工作檯60與第二工作檯70的臺面可利用率幾乎為100%，進一步提高了生產效率。由於所述龍門架80與所述基座91固定連接，因此，所述龍門架80一直處於穩定的狀態，不會受到第一工作檯60和第二工作檯70運動時造成影響，即：提高了雷射切割頭50在X軸方向上的定位精度；由於所述第一工作檯60和第二工作檯70設置於所述基座上，具有重心低，穩定性好的特點，因此，通過工作檯直線運動的方式可以使所述雷射切割頭50在Y軸方向上獲得更精確的定位。可見，雷射切割頭50在X軸方向和Y軸方向的定位精度均得到了提高，從而提高了雷射切割的精準度。

進一步的，所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，第一Y軸組件10包括用於驅動所述第一工作檯直線運動的第一直線電機102，所述第二Y軸組件20包括用於驅動述第二工作檯直線運動的第二直線電機202；所述X軸組件30包括第三直線電機302；所述Z軸組件40包括伺服電機4022；所述控制器包括用於驅動第一直線電機102的第一Y軸驅動器216、用於驅動第二直線電機202的第二Y軸驅動器217、用於驅動第三直線電機302的X軸驅動器215、用於驅動伺服電機4022的Z軸驅動器218以及用於通過第一Y軸驅動器216、第二Y軸驅動器217、X軸驅動器215、Z軸驅動器218實現四軸聯動的控制模塊51，所述控制模塊51通過第一Y軸驅動器216連接第一直線電機102、通過第二Y軸驅動器217連接第二直線電機202、通過X軸驅動器215連接第三直線電機302、通過Z軸驅動器218連接伺服電機4022。由於第一工作檯60和第二工作檯70是獨立驅動的，因此實現了加工過程中第一工作檯60和第二工作檯70的運動狀態彼此互不幹涉，提高了工作檯的操作靈活性，提高了生產效率。X軸、Y軸方向均採用直線電機，結構緊湊，簡化了傳動結構。

請參閱圖3和圖4，以下闡述直線電機的設置：

此處以第二Y軸組件20為例進行闡述，所述第二Y軸組件20還包括平行地固定於所述基座91上的一對第二直線導軌201；所述第二直線電機202包括與設置於所述兩個第二直線導軌201之間的第二直線電機定子2021，及可滑動地設置於所述第二直線導軌201上的第二直線電機動子2022；所述第二工作檯70固定於所述第二直線電機動子2022上。因此，第二直線電機202運動時可以通過第二直線電機動子2022驅動第二工作檯70沿所述第二直線導軌201做直線運動。同理，第一Y軸組件10包含第一直線導軌101和第一直線電機102，所述第一直線電機包括第一直線電機定子1021和第一直線電機動子1022，其設置方式與第二Y軸組件20一致，此處不再重複闡述。由於直線電機運行過程中具有高加速度、高速、高精度等優點，因此，通過直線電機驅動的第一工作檯60和第二工作檯70也具有高加速度、高速、高精度等優點，進一步提高了雷射切割的生產效率和切割精度。

進一步的，所述第一Y軸組件10和第二Y軸組件20還分別包括有限位傳感器和擋光片，用於限制工作檯移動範圍。此處以第二Y軸組件20為例，所述第二Y軸組件20還包括分別對應於工作檯移動範圍前端及後端並固定於所述基座91上的第二限位傳感器204，固定於所述第二工作檯70側面的第二擋光片205。當第二工作檯70向前移動至預定的限位位置時，所述第二擋光片205正好擋住前端的第二限位傳感器204；當第二工作檯70向後移動至預定的限位位置時，所述第二擋光片205正好擋住後端的第二限位傳感器204。同理，第一工作檯60移動範圍的前端與後端也通過相同方式設置有第一限位傳感器104和第一擋光片105，此處不再重複闡述。通過上述方式設置限位傳感器和擋光片，所述第一工作檯60和第二工作檯70分別在各自限位傳感器限定的範圍內運行，避免了工作檯因超行程等原因與其他部件發生碰撞，提高了工作檯運行的安全性。

進一步的，所述第一工作檯60和第二工作檯70的前後兩端分別設置有防撞塊。此處以第二工作檯70為例進行闡述，請參閱圖3，所述第二工作檯70移動範圍的前端和後端分別設置有固定於所述基座91上的第二防撞塊206，當所述第二工作檯70移動過程中因某種原因超出移動範圍時，則所述工作檯與防撞塊相撞，通過防撞塊的緩衝作用，避免了工作檯發生撞擊事故。

進一步的，第一Y軸組件10和第二Y軸組件20還分別包括有1套光柵尺和讀數頭，用於精確測量工作過程中工作檯的位置。請參閱圖3，所述第二Y軸組件20還包括與所述第二直線導軌201平行地固定於所述基座91上的第二光柵尺207，及固定於第二工作檯70側面的第二光柵尺讀數頭208。當第二工作檯70運動時，第二光柵尺讀數頭208在第二光柵尺上207直線運動從而實現實時讀取第二工作檯70在第二Y軸方向上的位置信息，進一步實現對第二工作檯70上的工件進行精準的雷射切割。同理，所述第一Y軸組件10通過相同方式設置有第一光柵尺和第一讀數頭，用於實時讀取第一工作檯60在第一Y軸方向上的位置信息並實現對第一工作檯60上的工件進行精準的雷射切割。

優選地，所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，第一工作檯60和第二工作檯70的臺面尺寸相同。由於臺面尺寸相同，第一工作檯60和第二工作檯70便於交替地連續加工具有相同尺寸及相同切割路徑的工件，提高了生產效率。當然，在其他實施例中，第一工作檯60和第二工作檯70的臺面尺寸也可不同。

進一步的，所述X軸組件30包括用於驅動Z軸組件沿X軸運動第三直線電機302。以下進一步闡述：

請參閱圖5及圖6，圖5中B區域所示為對應的龍門架80的橫梁部分拆除防塵罩305之後的正視圖，所述X軸組件30還包括水平地固定於所述龍門架80的橫梁上的一對第三直線導軌301；所述第三直線電機302包括設置於所述兩個第三直線導軌301之間的第三直線電機定子3021，及可滑動地設置於所述第三直線導軌301上的第三直線電機動子3022，所述X軸組件30還包括固定於第三直線電機動子3022的X軸車載板304。所述Z軸組件40包括Z軸安裝板，所述Z軸安裝板401設置於所述X軸車載板304連接。因此，第三直線電機302運動時可以通過第三直線電機動子3022驅動X軸車載板304從而帶動Z軸組件40沿X軸方向運動。由於直線電機運行過程中具有高加速度、高速、高精度等優點，因此，通過直線電機驅動Z軸組件40在X軸方向上也具有高加速度、高速、高精度等優點，進一步提高了雷射切割的生產效率和切割精度。

進一步的，所述X軸組件30還包括第三限位傳感器和第三擋光片，用於保護Z軸組件40沿X軸方向在限定的範圍內移動，其設置方法與上述實施例相同，此處不再贅述。

請參閱圖6和圖7，本實施例中所述Z軸組件40還包括設置于于Z軸安裝板401上的Z軸傳動模組402，可滑動地設置於所述Z軸傳動模組402上的Z軸車載板403，及固定於所述Z軸車載板上403的雷射切割頭連接板404；所述雷射切割頭50固定於所述雷射切割頭連接板404上。因此，所述Z軸傳動模組402可以驅動Z軸車載板403並帶動雷射切割頭50沿Z軸方向直線運動，從而控制所述雷射切割頭50對不同厚度的工件進行精確切割。

進一步的，所述Z軸傳動模組402包括伺服電機4021及滾珠絲槓4022所述伺服電機4021驅動滾珠絲槓4022使所述雷射切割頭50沿Z軸方向直線運動。由於伺服電機具有響應快，轉速平滑，低慣量等特點，可以實現對所述雷射切割頭50沿Z軸方向運動的精確控制，同時，由於滾珠絲槓具有高精度，零間隙等特點，進一步提高了所述雷射切割頭50在豎直方向上的定位精度，從而進一步提高了切割質量。

進一步的，Z軸組件40還包括設置於所述Z軸傳動模組側面的第三傳限位感器405，及固定於Z軸車載板403側面的第四擋光片406；當所述雷射切割頭50移動至下限位時，所述第四擋光片406正好擋住位於最下端的所述的第三傳限位感器405，當所述雷射切割頭50移動至上限位時，所述第四擋光片406正好擋住自上而下第二個所述的第四限位傳感器405。通常情況下，所述雷射切割頭50在自上而下第二個和第三個所述的第四限位傳感器所限制的位置之間運動，避免了雷射切割頭50運動時超過上、下限位進而與其他部件發生機械碰撞，提高了運行安全性。設置於最上端的所述的第四限位傳感器405起到進一步的保護作用，避免所述雷射切割頭移動過程中超出上限位。

本實施例中，Z軸組件40還包括固定於Z軸車載板上的相機安裝板407，光源安裝板408。

本實施例中，Z軸組件40還包括與所述Z軸安裝板401固定連接的X軸拖鏈固定板408，及同時與X軸拖鏈板及Z軸安裝板固定連接的X軸拖鏈加強板409；所述X軸拖鏈加強板409用於加強X軸拖鏈板408的穩定性。

進一步的，請參閱圖8，所述的一種定龍門雙工位雷射切割設備還包括底座92，所述基座91設置於底座92，所述的基座91為大理石基座。由於大理石基座具有剛性好，硬度高，無變形等優點，進一步提高了與所述基座91固定連接的龍門架80的穩定性，同時提高了可滑動地設置於所述的基座91上的第一工作檯60及第二工作檯70運動過程中的穩定性。

進一步的，所述的定龍門雙工位雷射切割設備還包括設置於底座之上的殼體11，所述的殼體11可以連接至獨立的吸塵系統。由於雷射切割是在所述殼體11內進行的，因此具有如下優點：1，防止雷射輻射對操作人員的傷害及機械運動部件對操作人員的傷害；2，便於收集雷射切割產生的煙塵並排至吸塵系統，防止雷射切割產生的煙塵向生產車間內散發；3，降低了雷射切割產生的噪音。

進一步的，所述的定龍門雙工位雷射切割設備中，所述殼體11還設置有可以左右移動的第一前門111。通過設置所述可移動的第一前門111，保障了操作人員進行下料、上料時的人身安全，提高了雙工位雷射切割的可靠性。

進一步的，請參閱圖9，所述的定龍門雙工位雷射切割設備還包括設置於所述底座92下方的雷射器213，優選地，所述雷射器213為光纖雷射器。由於光線雷射器產生的雷射光束具有良好的方向性和穩定性，進一步提高了雷射加工質量。

設置於底座外圍的外殼12，所述外殼12的前面設置有第二前門121，通過打開第二前門121可以很方便地對設置於所述底座92下方的雷射器213進行調試和維護。

請參閱圖10，進一步的，所述外殼12後方設有：1個用於連接進氣管的進氣口123，1個用於連接冷卻水進水管的冷卻液進水口124，及1個用於連接冷卻水出水管的冷卻液出水口125。所述外殼12後面還設置有總電源接線板122，用於將所述的一種定龍門雙工位雷射切割設備與電源線連接。

進一步的，請參閱圖11，所述的一種定龍門雙工位雷射切割設備還包括設置於殼體11內後方的電氣櫃31和空調32。由於所述殼體11內設置有空調32，將切割過程中的環境溫度控制在正常範圍內，同時提高了所述電氣櫃31中的電器元件的使用壽命。

進一步的，所述的一種定龍門雙工位雷射切割設備中，所述的殼體11及外殼12的結構採用模塊化設計，提高了殼體11及外殼12的生產效率，降低了製造成本。

請參閱圖8，本實施例中，所述的定龍門雙工位雷射切割設備還包括置於所述殼體11頂部的三色報警燈220，設置於殼體11正面的右側的操作按鈕板112；所述顯示器212位於所述操作按鈕板112的上方。

請參閱圖2，所述控制器還包括與控制模塊51連接的輸入設備211、顯示器212、電氣控制閥214和原點開關52。

此處進一步闡述控制流程：

在第一工位運行前，通過輸入設備211設置第一工位切割範圍，導入切割圖形，設置工藝參數，設置上下料位置；由控制模塊51生成第一工位切割文檔。在第二工位運行前，通過輸入設備211設置第二工位切割範圍，導入切割圖形，設置工藝參數，設置上下料位置；由控制模塊51生成第二工位切割文檔。若選擇第一工位則第一工位單獨運行；若選擇第二工位則第二工位單獨運行；若選擇加載則生成第一工位與第二工位交互加工文檔，進一步選擇第一工位、第二工位交互+循環則第一工位和第二工位交互運行。換而言之，所述控制模塊51還用於控制第一工位及第二工位單獨工作或連續交替工作。

具體地，所述輸入設備211包括滑鼠、鍵盤等。用戶通過所述外部輸入設備211將加工指令輸入到控制模塊51中，所述控制模塊51處理接收到的加工指令，並輸出信號至X軸驅動器215、第一Y軸驅動器216、第二Y軸驅動器217和Z軸驅動器218，分別控制第三直線電機302、第一直線電機102、第二直線電機202和伺服電機4022的運動，從而實現雷射切割頭50按照切割圖形的軌跡進行運動。同時，所述控制模塊51輸出信號至所述雷射器213及所述氣體電氣控制閥214，控制所述雷射器213的開啟、關閉、功率、頻率等參數，並控制所述氣體電氣閥214的開啟和關閉，從而實現對不同材料、厚度的工件進行雷射加工。所述的定龍門雙工位雷射切割設備在加工部分材料時需要使用輔助氣體，例如氮氣、氧氣等。在加工過程中氣體從雷射切割頭50的進氣口123進入，從雷射切割頭50的切割噴嘴的正中心射出，從而將雷射束熔化的材料及時吹除，從而實現雷射切割。

進一步的，所述控制模塊51連接第一限位傳感器104、第二限位傳感器204、第三限位傳感器307及第四限位傳感器406。各個限位傳感器輸出信號至控制模塊51，進而控制模塊51控制第一Y軸、第二Y軸、X軸及Z軸各軸的驅動裝置回原點。

進一步的，所述的原點開關52，用於精確控制所述定龍門雙工位雷射切割設備各軸驅動部件回原點。

具體的，在原點開關52被按下後，所述控制模塊51發出回原點命令；控制模塊51根據預先設置的回原點順序，通過對應的驅動器控制對應的電機運轉。當原點開關52響應的同時，根據回原點設置參數設置的回原點類型決定是尋找馬達Z脈衝還是尋找原點開關信號，本實施例中為尋找馬達Z脈衝；當原點開關52響應後，控制模塊51進入捕捉馬達Z脈衝的過程，驅動裝置會持續移動，移動速度由回原點設置參數中的數值決定，移動的方向由此參數的符號決定。當控制模塊51捕捉到Z脈衝後，回原點過程完成。同時檢測回原點偏移參數，如果此參數未設置值，則驅動裝置停在當前位置，如果此參數有設置值（允許有負值），那麼驅動裝置會移動到設置值對應的位置，回原點過程完畢。優選的，所述控制模塊51包括可編程控制器，當然在其他實施例中，還可以採用單片機。

進一步的，第一工作檯和第二工作檯的加工範圍可以在臺面尺寸範圍內任意設定，從而提高工作檯面的利用率。此外，第一工位和第二工位上下料位置可以任意設定，提高操作的便捷性。

綜上所述，本實用新型提供的定龍門雙工位雷射切割設備，具有如下優點：

通過雙工位交替加工，實現了雷射切割與下料、上料操作同時進行，保證了連續生產，提高了生產效率；由於採用工作檯移動方式，加工過程中，所述第一工作檯與第二工作檯的臺面可利用率幾乎為100%，進一步提高了生產效率；通過採用龍門架與基座固定連接的方式，提高了龍門架的穩定性，進一步提高了Z軸組件沿龍門架橫向水平運動的穩定性；通過採用工作檯直線運動的方式，提高了雷射切割頭相對於工作檯的定位精度，從而實現了雷射切割過程中同時滿足高生產效率和高切割精度的要求。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本實用新型所附的權利要求的保護範圍。