CN102837130A - 弱化激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可对薄壳状材质进行精密加工的弱化激光加工设备。包括工作台(1)、工作台(1)上设有的三维运动机构，关键是三维运动机构上设有切削激光刀(2)和测量装置(3)，NC处理系统(4)和激光控制装置(5)与切削激光刀(2)和测量装置(3)通过通信电缆连接，移动操作面板(6)通过电缆与三维运动机构的驱动伺服电机连接。本发明在对薄壳状工件加工过程中不产生变形、工件定位简单，加工精度高，可对任意曲面的工件进行任意形状的非贯穿性加工。

Description

弱化激光加工设备

技术领域：

本发明涉及一种机械精密加工设备，具体是指利用激光作为切割工具对所需加工的材质进行精确的非贯穿式加工的设备。

背景技术：

激光作为作为切割设备已得到普遍使用，例如板材的切割或在工件上钻孔等，一般情况下均是作贯穿性切割，例如将板材完全切断或钻出一个通孔等。但实际的机械加工过程中，往往存在非贯穿切割，例如在板材上加工一条凹槽，在金属板材加工一直线凹槽相对比较容易实现，仅需一般的金属刀具的往复运动即可，但在相对刚度不是很高的材料(如塑料等)表面加工曲线或任意形状的凹槽时，一般的金属刀具就无法实现，特别是在具有较大面积的薄壳状的材质上加工任意形状的凹槽是十分困难的，在实际工业中确有这样的要求，例如汽车内部的面板的内侧就需加工出一个封闭状的凹槽，在封闭状的凹槽内装有安全气囊，发生撞击时，安全气囊的膨胀力撕裂凹槽或薄弱结构使气囊逸出保护乘客。上述的汽车内部的面板就是壳状、具有弯曲度的大面积软性材料，常规的机械加工方法很难加工出深度一致的凹槽，已有的加工方法是利用高精度的机械手进行加工，一个机械手夹持面板，另一个机械手的刀具对面板进行加工，其存在的缺陷不仅是设备昂贵，运行操作复杂而使加工费用高，且刀具直接接触面板会对薄壳状面板施加一定的作用力，导致面板的局部有小的变形，进而影响加工精度，因此解决对薄壳状材质的精密加工问题是一个急待解决的课题。

发明内容：

本发明的发明目的是公开一种可对薄壳状材质进行精密加工的弱化激光加工设备。

实现本发明的技术解决方案如下：包括工作台、工作台上设有的三维运动机构，关键是三维运动机构上设有切削激光刀和测量装置，NC处理系统和激光控制装置与切削激光刀和测量装置通过通信电缆连接，移动操作面板通过电缆与三维运动机构的驱动伺服电机连接。

所述的测量装置为激光三坐标测绘仪。

所述的测量装置为探针式测量装置，其具有一可上下位移的针状探针，针状探针接一压力传感器。

所述的测量装置为一超声波或软X光发射接收装置。

所述的三维运动机构为框架结构，Y向伺服电机驱动框架在工作台表面运动，X向伺服电机驱动运动块在框架的横梁上运动，Z向伺服电机驱动运动块上的切削激光刀和测量装置。

本发明充分利用已有技术的控制技术和已有加工设备的平台，集成控制技术、测量技术与三维运动机构而设计出本发明。本发明原理简单，通过集成技术形成一个在对薄壳状工件加工过程中不产生变形、工件定位简单，加工精度高，关键是可对任意曲面的工件进行任意形状的非贯穿性加工，解决了已有技术存在的诸多缺陷，为极具实际用途的新的加工设备。

附图说明：

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式：

请参见图1，本发明的具体实施例如下：包括工作台1，工作台1为普通具有一平面的台体，其表面具有多条燕尾槽，以便于设置固定装置的安装，例如一般的固定螺栓，螺栓一端置于燕尾槽内，螺栓上套置于任意形状的压板或压块，压板或压块上有螺母，多个固定螺栓可将一工件压置定位在工作台表面，通过固定螺栓在燕尾槽上的移动，便于压置不同大小或任意形状的工件；在工作台1上或一端设有的三维运动机构，该三维运动机构上设有切削激光刀2和测量装置3，NC处理系统4和激光控制装置5通过通信电缆与切削激光刀2和测量装置3连接，实现数据双向通信，移动操作面板6通过电缆与三维运动机构的驱动伺服电机连接；在本发明的实施例中，在设备运行中，首先将待加工的工件固定在工作台1的表面，由于固定装置对工件施加一定的压力，会导致工件的微小或局部变形，同时将原工件的标准尺寸和待加工切割形状输入的NC处理系统4，通过移动操作面板6控制三维运动机构按预先输入的标准数据和待加工切割的形状，利用已存的软件控制在三维运动机构上绘出待加工切割的路径并输入激光控制装置5，然后测量装置3按激光控制装置5的指令执行程序进行实际工件的路径扫描，读出路径点云，测量出实际工件(在工作台1上固定的)的真实的被切割路径的三维数据，并将实测数据反馈给NC处理系统4，NC处理系统4将实测的数据与原输入的标准数据进行比较，得出切割路径上的三维偏差，并将该三维偏差输入激光控制装置5，在激光控制装置5的指令下，三维运动机构运动的同时切削激光刀2在实际工件表面进行精确切割，控制激光强度，则可在实际工件表面(尽管有局部或整体的小变形)切割出所需深度的任意形状的凹槽甚至贯通槽；例如在开发实验过程中，利用本发明对汽车内饰的整体塑料面板上的安全气囊的撕裂线进行加工，上述面板表面积很大(为汽车厂家提供)且形状复杂，该撕裂线在面板的内表面，为保证安全气囊在汽车出现碰撞时能可靠逸出，面板上的撕裂线的加工深度和形状(即切割路径)必须非常精确，若撕裂线(即加工后的封闭状的凹槽)深浅不一，会影响安全气囊的逸出而使安全气囊的功效的丧失，经实际实验表明，本发明对上述的撕裂线进行加工具有非常明显的优势，其一是对待加工工件的定位要求不高，只要固定在工作台1表面即可，上述的整体面板有局部受压变形亦可在加工过程中的三维实际测量路径偏差中得到最终的一次性修正，这极大方便了加工过程，避免了使用昂贵的机械手进行加工(以避免定位过程的受力变形)，极大地提高了工作效率，其二由于现有的控制技术已十分成熟，如本发明使用的测量装置3、NC处理系统4和切削激光刀2均是已有技术，但经本发明的技术集成(包括使用的软件)构成一加工精度非常高的激光加工设备，其三是在保证加工精度和加工效率的同时，本发明的设备投入大为降低，且应用范围广泛，只须调整切削激光刀2的强度，就可对各种材质的工件进行各种深度和形状的切割加工。

为丰富本发明的实际使用范围，上述的测量装置3可以使用激光扫描测厚仪，利用连续的激光可得到工作台1的实际工件的三维切割路径的数据，当然也可使用脉冲型激光发射器得到精确时间间隔的实测数据，但因激光只能直线传播，当工件待测表面垂直或基本垂直于激光光路时，测量精度可以得到保证，但如果工件的待测量或待加工路径表面有局部不垂直于激光光路时，会增加测量误差，则测量装置3为探针式测量装置；测量装置3为探针式测量装置，其具有一可上下位移的针状探针，针状探针的上下位移量由探针式测量装置记录后传输给NC处理系统4，并且针状探针接一压力传感器，在NC处理系统4内预设压力传感器传过来的压力值的阈值，当压力传感器给出的压力值大于所述阈值，则需停止测量，这样可避免探针对工件施加过大的压力而使工件表面变形导致产生新的测量误差；所述的测量装置3还可以是一超声波或软X光发射接收装置，则对待加工工件的内外表面作透视性测量，得到更为精确的两表面的实测数据，通过调整NC处理系统4内的计算软件，则可给激光控制装置5更为详细复杂的数据，并进一步控制切削激光刀2的切割运行速度，可使待加工工件被激光烧蚀后的凹槽的底部的厚度在整个凹槽上更为一致，例如可进一步提高上述的汽车面板上的撕裂线底部厚度的一致性而使安全气囊的使用更为可靠。

所述的三维运动机构可以是框架结构，Y向伺服电机7驱动框架8在工作台1表面运动，X向伺服电机9驱动运动块10在框架8的横梁11上运动，Z向伺服电机12驱动运动块10上的切削激光刀2和测量装置3运动，通过上述的三维运动框架结构，可保证切削激光刀2和测量装置3的运行的平移和精确，不会因削激光刀2和测量装置3的自重产生新的变形而导致增加测量误差。本发明结构简单，但技术集成效果极佳，解决了软性材料工件的非贯穿性加工的技术难题，即使工件在定位或固定中有新的变形误差，本发明亦可保证加工效率的大幅提高和保证加工精度。

Claims (5)

1.一种弱化激光加工设备，包括工作台(1)、工作台(1)上设有的三维运动机构，其特征在于三维运动机构上设有切削激光刀(2)和测量装置(3)，NC处理系统(4)和激光控制装置(5)与切削激光刀(2)和测量装置(3)通过通信电缆连接，移动操作面板(6)通过电缆与三维运动机构的驱动伺服电机连接。

2.按权利要求1所述的弱化激光加工设备，其特征在于所述的测量装置(3)为激光三坐标测绘仪。

3.按权利要求1所述的弱化激光加工设备，其特征在于所述的测量装置(3)为探针式测量装置，其具有一可上下位移的针状探针，针状探针接一压力传感器。

4.按权利要求1所述的弱化激光加工设备，其特征在于所述的测量装置(3)为一超声波或软X光发射接收装置。

5.按权利要求1或2或3或4所述的弱化激光加工设备，其特征在于所述的三维运动机构为框架结构，Y向伺服电机(7)驱动框架(8)在工作台(1)表面运动，X向伺服电机(9)驱动运动块(10)在框架(8)的横梁(11)上运动，Z向伺服电机(12)驱动运动块(10)上的切削激光刀(2)和测量装置(3)。

Images