技术领域
[0001] 本
发明涉及激光切割设备技术领域，特别涉及一种激光切割机。
背景技术
[0002] 随着激光切割技术的发展，激光切割以其独特的优势越来越广泛地应用于工业加工中。其中，三维激光切割机以其切割路径灵活和适用性强等特点广泛应用于
汽车工业、航空航天工业、精密五金等诸多领域。
[0003] 激光切割过程中，切割样品应尽可能保持在激光焦点
处方能达到最佳的切割效果。然而，目前的激光切割机实际切割的样品表面与其样品模型表面有差异，特别是在三维样品中，从而导致在切割过程中产生离焦，使切割效果变差，
[0004] 因此，如何解决切割过程中产生的离焦问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种三维激光切割机，解决了切割过程中的离焦问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 一种三维激光切割机，包括：
[0008] 机床，包括用于沿X方向驱动切割头的X轴组件、用于沿Z方向驱动所述切割头的Z轴组件、用于沿Y方向驱动
工件的Y轴组件、用于带动所述工件转动的工件
转轴组件、切割头转轴组件和随动轴组件，所述工件转轴组件能够驱动所述工件绕所述Z方向旋转，所述切割头转轴组件能够驱动所述切割头绕所述Y方向旋转，所述随动轴组件设于所述切割头转轴组件上，所述切割头设于所述随动轴组件中，所述切割头的
喷嘴处设有电容
传感器，所述X方向、所述Y方向、所述Z方向两两相互垂直；
[0009] 用于进行所述机床的控制操作的控制终端。
[0010] 优选地，所述工件转轴组件滑动设于所述Y轴组件上，所述Z轴组件滑动设于所述X轴组件上，所述切割头转轴组件滑动设于所述Z轴组件上。
[0011] 优选地，所述X轴组件与所述Y轴组件均为直线
电机组件。
[0012] 优选地，所述工件转轴组件与所述切割头转轴组件均为DD
马达。
[0013] 优选地，所述控制终端包括独立设置的用于控制所述随动轴组件的随动控制柜，所述随动控制柜与所述机床之间通过IO
信号连接。
[0014] 优选地，所述随动控制柜中
[0016] 用于接收随动信号并控制所述切割头移动至切割
位置的切割头随动信号模块；
[0017] 用于在所述切割头到位后输出到位信号的到位信号模块；
[0018] 用于在所述切割头触碰到所述工件时发出碰撞信号的碰撞信号模块；
[0019] 用于在切割完成后接收抬抢信号并控制所述切割头远离所述工件运动设定距离的切割头抬抢信号模块。
[0020] 优选地，所述随动控制柜的控制界面包括用于指示所述喷嘴的高度的第一指示灯组、用于指示所述随动控制柜的运行状态的第二指示灯组、用于调节所述喷嘴高度的输入面板。
[0021] 优选地，所述控制终端包括用于进行所述X轴组件、所述Y轴组件、所述Z轴组件、所述切割头转轴组件的控制操作的标准控制终端和用于进行所述工件转轴组件的控制操作的扩展控制终端，所述扩展控制终端信号连接所述标准控制终端。
[0022] 优选地，所述标准控制终端、所述扩展控制终端均包括用于控制轴运动速度的轴控端口、用于进行轴的位置反馈的
编码器反馈端口、以及用于与所述机床传输预设
控制信号的IO端口。
[0023] 优选地，所述控制终端为利用UG
软件生成的切割轨迹文件进行控制的控制终端。
[0024] 本发明提供的三维激光切割机中，由于此种机床上设置了随动轴组件，随动轴组件中设置了电容传感器，在三维激光切割过程中，随动轴组件能够随切割样品表面的变化而自动调整切割头的高度，保证切割头与切割样品之间的距离保持恒定，解决了切割过程中产生的离焦问题，从而达到最佳切割效果，提高了三维激光切割的可适用性。
[0025] 同时，机床通过六轴控制的方式控制切割路径，即X轴组件、Z轴组件和切割头转轴组件分别控制切割头沿X方向上移动、沿Z方向上移动、绕Y方向转动，Y轴组件、工件转轴组件分别控制工件沿Y方向移动、绕Z方向转动，从而调节切割头与工件的相对位置关系，使切割头按照设定切割路径进行工件的切割，在切割过程中，通过随动轴组件对切割头进行实时微调，能够保证切割头的切割
精度。
[0026] 一种优选的
实施例中，控制终端为利用UG软件生成的切割轨迹文件进行控制的控制终端。采用UG软件三维轨迹生成功能，结合激光切割所需工艺要求，可以实现一种适用于激光三维切割的轨迹生成方法，从而实现该三维激光切割机不依赖于专业三维激光切割机软件即可进行三维激光切割，从而降低三维激光切割机的成本，扩大使用范围，使该三维激光切割机具有适用性强、成本低的特点，提高三维激光切割机的性价比。
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028] 图1为本发明所提供三维激光切割机的结构图；
[0029] 图2为本发明所提供三维激光切割机中的随动控制柜的电气控制原理图；
[0030] 图3为本发明所提供三维激光切割机中的随动控制柜的控制界面图；
[0031] 图4为本发明所提供三维激光切割机中的五轴控制终端图。
[0032] 图1至图4中，1为X轴组件，2为Y轴组件，3为Z轴组件，4为切割头转轴组件，5为工件转轴组件，6为随动轴组件，7为标准控制终端，8为扩展控制终端，9为随动轴控制柜。
具体实施方式
[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 本发明的核心是提供一种三维激光切割机，解决了切割过程中的离焦问题。
[0035] 请参考图1，图1为本发明所提供三维激光切割机的结构图。
[0036] 本发明所提供机床的一种具体实施例中，包括机床和用于进行机床的控制操作的控制终端。
[0037] 其中，机床包括用于沿X方向驱动切割头的X轴组件1、用于沿Z方向驱动切割头的Z轴组件3、用于沿Y方向驱动工件的Y轴组件2、用于带动工件转动的工件转轴组件5、切割头转轴组件4和随动轴组件6，工件转轴组件5能够驱动工件绕Z方向旋转，切割头转轴组件4能够驱动切割头绕Y方向旋转，随动轴组件6设于切割头转轴组件4上，切割头设于随动轴组件6中，切割头的喷嘴处设有电容传感器，X方向、Y方向、Z方向两两相互垂直。
[0038] 由于此种机床上设置了随动轴组件6，随动轴组件6中设置了电容传感器，在三维激光切割过程中，随动轴组件6能够随切割样品表面的变化而自动调整切割头的高度，保证切割头与切割样品之间的距离保持恒定，解决了切割过程中产生的离焦问题，从而达到最佳切割效果，提高了三维激光切割的可适用性。
[0039] 同时，机床通过六轴控制的方式控制切割路径，即X轴组件1、Z轴组件3和切割头转轴组件4分别控制切割头沿X方向上移动、沿Z方向上移动、绕Y方向转动，Y轴组件2、工件转轴组件5分别控制工件沿Y方向移动、绕Z方向转动，从而调节切割头与工件的相对位置关系，使切割头按照设定切割路径进行工件的切割，在切割过程中，通过随动轴组件6对切割头进行实时微调，能够保证切割头的切割精度。
[0040] 具体地，工件转轴组件5可以滑动设于Y轴组件2上，Z轴组件3可以滑动设于X轴组件1上，切割头转轴组件4可以滑动设于Z轴组件3上，即，工件转轴组件5可以沿着Y方向在Y轴组件2上滑动，Z轴组件3可以沿着X方向在X轴组件1上滑动，切割头转轴组件4可以沿Z方向在Z轴组件3上滑动，设置方便。
[0041] 具体地，X轴组件1与Y轴组件2具体可以为直线电机组件，直线电机组件为机床通用轴结构，通常包括：直线电机
定子、直线电机动子、
导轨、滑块、光栅尺、光栅尺读数头等部件；Z轴组件3具体可以为
伺服电机组件，伺服电机组件为机床通用轴结构，通常包括：伺服电机、
联轴器、
丝杆、导轨、滑块等部件，能够可靠实现X方向、Y方向Z方向上的运动。
[0042] 具体地，工件转轴组件5与切割头转轴组件4具体可以为DD马达(Direct Drive Motor)，为机床通用部件，DD马达的输出
力矩较大，可以直接与运动装置连接，便于机械安装。
[0043] 具体地，随动轴组件6通常包括：伺服电机、联轴器、丝杆、导轨、滑块及切割头等部件。
[0044] 上述各个实施例中，控制终端具体可以包括独立设置的用于控制随动轴组件6的随动控制柜9，随动控制柜9与机床之间通过IO信号连接，即随动控制柜9为一个单独的柜体，通过信号实现对机床的控制，降低了三维激光切割机的设置难度，有利于节约成本。
[0045] 请参考图2，图2为本发明所提供三维激光切割机中的随动控制柜的电气控制原理图。
[0046] 随动控制柜9中具体可以包括电源模块、碰撞信号模块、到位信号模块、切割头抬抢信号模块、切割头随动信号模块，以便实现对随动轴组件6的控制。其中，碰撞信号模块、到位信号模块向机床输出控制信号，切割头抬抢信号模块、切割头随动信号模块接收机床的控制信号。电源模块用于供电；切割头随动模块接收随动信号并控制切割头移动至切割位置；切割头到位后，到位信号模块输出到位信号，使切割头能够开始进行切割工作；碰撞信号模块用于在切割头触碰到工件时发出碰撞信号；切割头抬抢信号模块用于在切割完成后接收抬抢信号并控制切割头远离工件运动设定距离，从而使工件与切割头之间相隔一定的安全距离，以防止切割头碰撞切割完的工件。其中，电源模块具体可以包括至直流电源24V
接口、至直流电源0V接口。
[0047] 具体地，随动控制柜9的控制界面可以包括用于指示喷嘴的高度的第一指示灯组、用于指示随动控制柜9的运行状态的第二指示灯组、用于调节喷嘴高度的输入面板，从而更加方便地了解随动控制柜9的运行状态。
[0048] 请参考图3，图3为本发明所提供三维激光切割机中的随动控制柜的控制界面图。
[0049] 第一指示灯组可以进一步包括：
[0050] HIGH指示灯(黄灯)：当喷嘴高于设定点高度时，此
LED灯会亮；
[0051] IN POSITION指示灯(绿灯)：当喷嘴到达设置高度设定点位置时，此LED灯会亮；
[0052] LOW指示灯指示灯(红灯)：当喷嘴低于设定点高度时，此灯会亮。
[0053] 第二指示灯组可以进一步包括：
[0054] POWERHIGH指示灯(红灯)：24V DC电源状态；
[0055] HOLDHIGH指示灯(红灯)：亮灯表示随动控制柜9处于HOLD(校准)状态，不亮表示随动控制柜9处于RUN状态；
[0056] TIP CONTACT(红灯)：当灯亮时表示喷嘴与工件已经
接触碰撞。
[0057] 输入面板具体可以包括：
[0058] CALIBRATE输入板(4位数字拨码器)：切割头处于HOLD状态时，控制为HS(内控)，将喷嘴移动到切割焦点位置，如果HIGH LED亮起，调高CALIBRATE的设定值，如果LOW LED亮起，调低CALIBRATE的设定值，调至当IN POSITION LED亮为止；
[0059] TIP STAND OFF输入板(2位数字拨码器)：用于
修改随动高度，数字调小，高度变低；数字调大，高度变高。
[0060] 上述各个实施例中，控制终端具体可以包括用于进行X轴组件1、Y轴组件2、Z轴组件3、切割头转轴组件4的控制操作的标准控制终端7和用于进行工件转轴组件5的控制操作的扩展控制终端8，扩展控制终端8信号连接标准控制终端7，具体可以通过超级总线进行连接。目前的标准控制终端7可以控制四个轴，通过扩展控制终端8与标准控制终端7的连接设置，即在标准控制终端7的
基础上扩展一个轴控模块，即可方便地实现控制终端对五轴的控制，有利于降低成本。
[0061] 其中，标准控制终端7、扩展控制终端8均可以包括用于控制轴运动速度的轴控端口、用于进行轴的位置反馈的编码器反馈端口和用于与机床传输预设控制信号的IO端口，从而方便可靠地实现标准控制终端7、扩展控制终端8对机床的控制。
[0062] 请参见图4，图4为本发明所提供三维激光切割机中的五轴控制终端图。一种具体的实施例中，标准控制终端7的X37端口与扩展控制终端8的X36端口可以为轴控端口，标准控制终端7的X37端口可以控制X轴组件1、Y轴组件2、Z轴组件3、切割头转轴组件4，扩展控制终端8的X36端口可以控制工件转轴组件5，具体可以采用模拟量控制，0V代表对应轴速度为零，10V对应轴设置的最大速度。标准控制终端7的X31端口、X32端口、X33端口、X34端口与扩展控制终端8的X31端口、X32端口为编码器反馈端口，与
驱动器的编码器接口相连，用于监控机床各轴的位置反馈。标准控制终端7的QX100端口、QX101端口、QX102端口、QX103端口为模块IO输出接口，输出高电平，IX1端口、IX2端口、IX3端口、IX4端口、IX5端口、IX6端口为模块IO输入接口，输入为高电平有效。
[0063] 上述各个实施例中，控制终端的操作界面可以包括手动操作界面和自动操作界面，以便实现对机床的手动控制或自动控制，即，X轴组件1、Y轴组件2、Z轴组件3、切割头转轴组件4、工件转轴组件5、随动轴组件6可以由各自对应的控制终端以自动或手动的方式进行控制。
[0064] 其中，手动操作界面具体可以包括“回原点”、“各轴手动运动”、“
激光器上电”、“激光器出光”、“电磁
阀吹气”等控制键，具体可以通过修改控制终端自带的“HMI”文件，设计出简单实用并符合激光切割工艺要求的操作界面，从而增强此种三维激光切割机的可推广性。自动操作界面通过运行加载到控制终端中的切割轨迹文件来进行切割操作。
[0065] 上述各个实施例中，控制终端具体可以为利用UG软件生成的切割轨迹文件进行控制的控制终端。采用UG软件三维轨迹生成功能，结合激光切割所需工艺要求，可以实现一种适用于激光三维切割的轨迹生成方法，从而实现该三维激光切割机不依赖于专业三维激光切割机软件即可进行三维激光切割，从而降低三维激光切割机的成本，扩大使用范围，使该三维激光切割机具有适用性强、成本低的特点，提高三维激光切割机的性价比。当然，UG软件也可以用其他CAM软件进行替代。
[0066] 其中，生成激光切割轨迹的第一步为生成后处理文件，后处理文件的步骤依次为：
[0067] 步骤一：启动UG后处理构造器；
[0068] 步骤二：配置机床参数；
[0069] 步骤三：生成后处理文件。
[0070] 生成后处理文件为生成激光切割轨迹的第一步。
[0071] 其中，G代码的生成方法依次包括：
[0072] 步骤一：启动UG软件；
[0073] 步骤二：导入样品3D图；
[0074] 步骤三：启动可变轮廓铣编程；
[0075] 步骤四：设置激光光斑半径；
[0076] 步骤五：规划切割路径；
[0077] 步骤六：后处理生成G代码。
[0078] 其中，三维激光切割工艺流程具体可以包括以下步骤：
[0079] 步骤一：开始路径规划；
[0080] 步骤二：启动随动切割；
[0081] 步骤三：提前出光；
[0082] 步骤四：提前吹气；
[0083] 步骤五：起点；
[0084] 步骤六：提前关光；
[0085] 步骤七：终点；
[0086] 步骤八：延时关光；
[0087] 步骤九：关闭随动切割；
[0088] 步骤十：关闭吹气。
[0089] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0090] 以上对本发明所提供的三维激光切割机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明
权利要求的保护范围内。
