本發明涉及激光切割設備技術領域，特別涉及一種激光切割機。

背景技術：

隨著激光切割技術的發展，激光切割以其獨特的優勢越來越廣泛地應用于工業加工中。其中，三維激光切割機以其切割路徑靈活和適用性強等特點廣泛應用于汽車工業、航空航天工業、精密五金等諸多領域。

激光切割過程中，切割樣品應盡可能保持在激光焦點處方能達到最佳的切割效果。然而，目前的激光切割機實際切割的樣品表面與其樣品模型表面有差異，特別是在三維樣品中，從而導致在切割過程中產生離焦，使切割效果變差，

因此，如何解決切割過程中產生的離焦問題，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的是提供一種三維激光切割機，解決了切割過程中的離焦問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種三維激光切割機，包括：

機床，包括用于沿X方向驅動切割頭的X軸組件、用于沿Z方向驅動所述切割頭的Z軸組件、用于沿Y方向驅動工件的Y軸組件、用于帶動所述工件轉動的工件轉軸組件、切割頭轉軸組件和隨動軸組件，所述工件轉軸組件能夠驅動所述工件繞所述Z方向旋轉，所述切割頭轉軸組件能夠驅動所述切割頭繞所述Y方向旋轉，所述隨動軸組件設于所述切割頭轉軸組件上，所述切割頭設于所述隨動軸組件中，所述切割頭的噴嘴處設有電容傳感器，所述X方向、所述Y方向、所述Z方向兩兩相互垂直；

用于進行所述機床的控制操作的控制終端。

優選地，所述工件轉軸組件滑動設于所述Y軸組件上，所述Z軸組件滑動設于所述X軸組件上，所述切割頭轉軸組件滑動設于所述Z軸組件上。

優選地，所述X軸組件與所述Y軸組件均為直線電機組件。

優選地，所述工件轉軸組件與所述切割頭轉軸組件均為DD馬達。

優選地，所述控制終端包括獨立設置的用于控制所述隨動軸組件的隨動控制柜，所述隨動控制柜與所述機床之間通過IO信號連接。

優選地，所述隨動控制柜中

用于供電的電源模塊；

用于接收隨動信號并控制所述切割頭移動至切割位置的切割頭隨動信號模塊；

用于在所述切割頭到位后輸出到位信號的到位信號模塊；

用于在所述切割頭觸碰到所述工件時發出碰撞信號的碰撞信號模塊；

用于在切割完成后接收抬搶信號并控制所述切割頭遠離所述工件運動設定距離的切割頭抬搶信號模塊。

優選地，所述隨動控制柜的控制界面包括用于指示所述噴嘴的高度的第一指示燈組、用于指示所述隨動控制柜的運行狀態的第二指示燈組、用于調節所述噴嘴高度的輸入面板。

優選地，所述控制終端包括用于進行所述X軸組件、所述Y軸組件、所述Z軸組件、所述切割頭轉軸組件的控制操作的標準控制終端和用于進行所述工件轉軸組件的控制操作的擴展控制終端，所述擴展控制終端信號連接所述標準控制終端。

優選地，所述標準控制終端、所述擴展控制終端均包括用于控制軸運動速度的軸控端口、用于進行軸的位置反饋的編碼器反饋端口、以及用于與所述機床傳輸預設控制信號的IO端口。

優選地，所述控制終端為利用UG軟件生成的切割軌跡文件進行控制的控制終端。

本發明提供的三維激光切割機中，由于此種機床上設置了隨動軸組件，隨動軸組件中設置了電容傳感器，在三維激光切割過程中，隨動軸組件能夠隨切割樣品表面的變化而自動調整切割頭的高度，保證切割頭與切割樣品之間的距離保持恒定，解決了切割過程中產生的離焦問題，從而達到最佳切割效果，提高了三維激光切割的可適用性。

同時，機床通過六軸控制的方式控制切割路徑，即X軸組件、Z軸組件和切割頭轉軸組件分別控制切割頭沿X方向上移動、沿Z方向上移動、繞Y方向轉動，Y軸組件、工件轉軸組件分別控制工件沿Y方向移動、繞Z方向轉動，從而調節切割頭與工件的相對位置關系，使切割頭按照設定切割路徑進行工件的切割，在切割過程中，通過隨動軸組件對切割頭進行實時微調，能夠保證切割頭的切割精度。

一種優選的實施例中，控制終端為利用UG軟件生成的切割軌跡文件進行控制的控制終端。采用UG軟件三維軌跡生成功能，結合激光切割所需工藝要求，可以實現一種適用于激光三維切割的軌跡生成方法，從而實現該三維激光切割機不依賴于專業三維激光切割機軟件即可進行三維激光切割，從而降低三維激光切割機的成本，擴大使用范圍，使該三維激光切割機具有適用性強、成本低的特點，提高三維激光切割機的性價比。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明所提供三維激光切割機的結構圖；

圖2為本發明所提供三維激光切割機中的隨動控制柜的電氣控制原理圖；

圖3為本發明所提供三維激光切割機中的隨動控制柜的控制界面圖；

圖4為本發明所提供三維激光切割機中的五軸控制終端圖。

圖1至圖4中，1為X軸組件，2為Y軸組件，3為Z軸組件，4為切割頭轉軸組件，5為工件轉軸組件，6為隨動軸組件，7為標準控制終端，8為擴展控制終端，9為隨動軸控制柜。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明的核心是提供一種三維激光切割機，解決了切割過程中的離焦問題。

請參考圖1，圖1為本發明所提供三維激光切割機的結構圖。

本發明所提供機床的一種具體實施例中，包括機床和用于進行機床的控制操作的控制終端。

其中，機床包括用于沿X方向驅動切割頭的X軸組件1、用于沿Z方向驅動切割頭的Z軸組件3、用于沿Y方向驅動工件的Y軸組件2、用于帶動工件轉動的工件轉軸組件5、切割頭轉軸組件4和隨動軸組件6，工件轉軸組件5能夠驅動工件繞Z方向旋轉，切割頭轉軸組件4能夠驅動切割頭繞Y方向旋轉，隨動軸組件6設于切割頭轉軸組件4上，切割頭設于隨動軸組件6中，切割頭的噴嘴處設有電容傳感器，X方向、Y方向、Z方向兩兩相互垂直。

由于此種機床上設置了隨動軸組件6，隨動軸組件6中設置了電容傳感器，在三維激光切割過程中，隨動軸組件6能夠隨切割樣品表面的變化而自動調整切割頭的高度，保證切割頭與切割樣品之間的距離保持恒定，解決了切割過程中產生的離焦問題，從而達到最佳切割效果，提高了三維激光切割的可適用性。

同時，機床通過六軸控制的方式控制切割路徑，即X軸組件1、Z軸組件3和切割頭轉軸組件4分別控制切割頭沿X方向上移動、沿Z方向上移動、繞Y方向轉動，Y軸組件2、工件轉軸組件5分別控制工件沿Y方向移動、繞Z方向轉動，從而調節切割頭與工件的相對位置關系，使切割頭按照設定切割路徑進行工件的切割，在切割過程中，通過隨動軸組件6對切割頭進行實時微調，能夠保證切割頭的切割精度。

具體地，工件轉軸組件5可以滑動設于Y軸組件2上，Z軸組件3可以滑動設于X軸組件1上，切割頭轉軸組件4可以滑動設于Z軸組件3上，即，工件轉軸組件5可以沿著Y方向在Y軸組件2上滑動，Z軸組件3可以沿著X方向在X軸組件1上滑動，切割頭轉軸組件4可以沿Z方向在Z軸組件3上滑動，設置方便。

具體地，X軸組件1與Y軸組件2具體可以為直線電機組件，直線電機組件為機床通用軸結構，通常包括：直線電機定子、直線電機動子、導軌、滑塊、光柵尺、光柵尺讀數頭等部件；Z軸組件3具體可以為伺服電機組件，伺服電機組件為機床通用軸結構，通常包括：伺服電機、聯軸器、絲桿、導軌、滑塊等部件，能夠可靠實現X方向、Y方向Z方向上的運動。

具體地，工件轉軸組件5與切割頭轉軸組件4具體可以為DD馬達(Direct Drive Motor)，為機床通用部件，DD馬達的輸出力矩較大，可以直接與運動裝置連接，便于機械安裝。

具體地，隨動軸組件6通常包括：伺服電機、聯軸器、絲桿、導軌、滑塊及切割頭等部件。

上述各個實施例中，控制終端具體可以包括獨立設置的用于控制隨動軸組件6的隨動控制柜9，隨動控制柜9與機床之間通過IO信號連接，即隨動控制柜9為一個單獨的柜體，通過信號實現對機床的控制，降低了三維激光切割機的設置難度，有利于節約成本。

請參考圖2，圖2為本發明所提供三維激光切割機中的隨動控制柜的電氣控制原理圖。

隨動控制柜9中具體可以包括電源模塊、碰撞信號模塊、到位信號模塊、切割頭抬搶信號模塊、切割頭隨動信號模塊，以便實現對隨動軸組件6的控制。其中，碰撞信號模塊、到位信號模塊向機床輸出控制信號，切割頭抬搶信號模塊、切割頭隨動信號模塊接收機床的控制信號。電源模塊用于供電；切割頭隨動模塊接收隨動信號并控制切割頭移動至切割位置；切割頭到位后，到位信號模塊輸出到位信號，使切割頭能夠開始進行切割工作；碰撞信號模塊用于在切割頭觸碰到工件時發出碰撞信號；切割頭抬搶信號模塊用于在切割完成后接收抬搶信號并控制切割頭遠離工件運動設定距離，從而使工件與切割頭之間相隔一定的安全距離，以防止切割頭碰撞切割完的工件。其中，電源模塊具體可以包括至直流電源24V接口、至直流電源0V接口。

具體地，隨動控制柜9的控制界面可以包括用于指示噴嘴的高度的第一指示燈組、用于指示隨動控制柜9的運行狀態的第二指示燈組、用于調節噴嘴高度的輸入面板，從而更加方便地了解隨動控制柜9的運行狀態。

請參考圖3，圖3為本發明所提供三維激光切割機中的隨動控制柜的控制界面圖。

第一指示燈組可以進一步包括：

HIGH指示燈(黃燈)：當噴嘴高于設定點高度時，此LED燈會亮；

IN POSITION指示燈(綠燈)：當噴嘴到達設置高度設定點位置時，此LED燈會亮；

LOW指示燈指示燈(紅燈)：當噴嘴低于設定點高度時，此燈會亮。

第二指示燈組可以進一步包括：

POWERHIGH指示燈(紅燈)：24V DC電源狀態；

HOLDHIGH指示燈(紅燈)：亮燈表示隨動控制柜9處于HOLD(校準)狀態，不亮表示隨動控制柜9處于RUN狀態；

TIP CONTACT(紅燈)：當燈亮時表示噴嘴與工件已經接觸碰撞。

輸入面板具體可以包括：

CALIBRATE輸入板(4位數字撥碼器)：切割頭處于HOLD狀態時，控制為HS(內控)，將噴嘴移動到切割焦點位置，如果HIGH LED亮起，調高CALIBRATE的設定值，如果LOW LED亮起，調低CALIBRATE的設定值，調至當IN POSITION LED亮為止；

TIP STAND OFF輸入板(2位數字撥碼器)：用于修改隨動高度，數字調小，高度變低；數字調大，高度變高。

上述各個實施例中，控制終端具體可以包括用于進行X軸組件1、Y軸組件2、Z軸組件3、切割頭轉軸組件4的控制操作的標準控制終端7和用于進行工件轉軸組件5的控制操作的擴展控制終端8，擴展控制終端8信號連接標準控制終端7，具體可以通過超級總線進行連接。目前的標準控制終端7可以控制四個軸，通過擴展控制終端8與標準控制終端7的連接設置，即在標準控制終端7的基礎上擴展一個軸控模塊，即可方便地實現控制終端對五軸的控制，有利于降低成本。

其中，標準控制終端7、擴展控制終端8均可以包括用于控制軸運動速度的軸控端口、用于進行軸的位置反饋的編碼器反饋端口和用于與機床傳輸預設控制信號的IO端口，從而方便可靠地實現標準控制終端7、擴展控制終端8對機床的控制。

請參見圖4，圖4為本發明所提供三維激光切割機中的五軸控制終端圖。一種具體的實施例中，標準控制終端7的X37端口與擴展控制終端8的X36端口可以為軸控端口，標準控制終端7的X37端口可以控制X軸組件1、Y軸組件2、Z軸組件3、切割頭轉軸組件4，擴展控制終端8的X36端口可以控制工件轉軸組件5，具體可以采用模擬量控制，0V代表對應軸速度為零，10V對應軸設置的最大速度。標準控制終端7的X31端口、X32端口、X33端口、X34端口與擴展控制終端8的X31端口、X32端口為編碼器反饋端口，與驅動器的編碼器接口相連，用于監控機床各軸的位置反饋。標準控制終端7的QX100端口、QX101端口、QX102端口、QX103端口為模塊IO輸出接口，輸出高電平，IX1端口、IX2端口、IX3端口、IX4端口、IX5端口、IX6端口為模塊IO輸入接口，輸入為高電平有效。

上述各個實施例中，控制終端的操作界面可以包括手動操作界面和自動操作界面，以便實現對機床的手動控制或自動控制，即，X軸組件1、Y軸組件2、Z軸組件3、切割頭轉軸組件4、工件轉軸組件5、隨動軸組件6可以由各自對應的控制終端以自動或手動的方式進行控制。

其中，手動操作界面具體可以包括“回原點”、“各軸手動運動”、“激光器上電”、“激光器出光”、“電磁閥吹氣”等控制鍵，具體可以通過修改控制終端自帶的“HMI”文件，設計出簡單實用并符合激光切割工藝要求的操作界面，從而增強此種三維激光切割機的可推廣性。自動操作界面通過運行加載到控制終端中的切割軌跡文件來進行切割操作。

上述各個實施例中，控制終端具體可以為利用UG軟件生成的切割軌跡文件進行控制的控制終端。采用UG軟件三維軌跡生成功能，結合激光切割所需工藝要求，可以實現一種適用于激光三維切割的軌跡生成方法，從而實現該三維激光切割機不依賴于專業三維激光切割機軟件即可進行三維激光切割，從而降低三維激光切割機的成本，擴大使用范圍，使該三維激光切割機具有適用性強、成本低的特點，提高三維激光切割機的性價比。當然，UG軟件也可以用其他CAM軟件進行替代。

其中，生成激光切割軌跡的第一步為生成后處理文件，后處理文件的步驟依次為：

步驟一：啟動UG后處理構造器；

步驟二：配置機床參數；

步驟三：生成后處理文件。

生成后處理文件為生成激光切割軌跡的第一步。

其中，G代碼的生成方法依次包括：

步驟一：啟動UG軟件；

步驟二：導入樣品3D圖；

步驟三：啟動可變輪廓銑編程；

步驟四：設置激光光斑半徑；

步驟五：規劃切割路徑；

步驟六：后處理生成G代碼。

其中，三維激光切割工藝流程具體可以包括以下步驟：

步驟一：開始路徑規劃；

步驟二：啟動隨動切割；

步驟三：提前出光；

步驟四：提前吹氣；

步驟五：起點；

步驟六：提前關光；

步驟七：終點；

步驟八：延時關光；

步驟九：關閉隨動切割；

步驟十：關閉吹氣。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上對本發明所提供的三維激光切割機進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。