一种多头异步协同动作的激光切割设备及其切割方法与流程

本发明涉及金属切割，具体是一种多头异步协同动作的激光切割设备及其切割方法。

背景技术：

1、激光切割以其高精度、高速度和非接触式加工的特点，已成为钣金加工行业的核心工艺。随着制造业对生产效率要求的不断提升，多头异步协同动作的激光切割设备应运而生。该类设备通过在单一机架上设置多个可独立编程、异步运动的切割头（切割模块），能够在同一块板材上同时对不同区域进行切割作业，大幅提升了单位时间的产出效率，特别适用于大幅面、多孔型板材的加工。

2、常见的多头异步协同动作的激光切割设备包括步进送料机构、夹持定位结构、切割模组，其中步进送料机构负责将待加工的板材按预设步距向前输送，夹持定位结构用于在切割瞬间固定板材，防止其移动，切割模组包含激光器、切割头及相应的驱动单元，负责执行具体的切割路径，其中夹持定位结构多采用气缸或硬性连杆直接对板材边缘进行下压夹持，通常为刚性夹持件，以确保板材在切割区域内位置精确，不发生偏移。

3、对于大尺寸超薄板材，仅靠边缘的支撑难以克服重力引起的中部下垂，这种下垂不仅改变了板材与切割头的相对距离，更导致激光焦距发生波动，严重影响了切割断面的垂直度与光洁度，甚至导致切不透或尺寸超差，无法满足微米级加工精度的要求，尤其是在多头异步切割时，板材容易产生不均匀热应力，使得材料局部急剧膨胀，在传统的刚性夹持状态下，板材无法通过位移释放这种热膨胀，导致材料发生突发性屈曲变形，使板材瞬间脱离聚焦平面，容易导致切割中断或尺寸报废。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多头异步协同动作的激光切割设备及其切割方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多头异步协同动作的激光切割设备，包括机箱，所述机箱上安装有多组轨道；所述轨道上滑动连接有若干组呈异步联动设置的多组切割模块；

4、还包括安装在所述机箱上的料台与轨台，所述轨台上安装有承屑板，所述轨台与所述料台位于同一水平面上，所述轨台与所述承屑板上下错位设置；

5、所述机箱上设置有步进件，所述步进件包括与所述料台滑动连接的推料框架，所述推料框架能够靠近或远离所述切割模块，以推动板材行进；

6、所述机箱上设置有多组夹持件，多组所述夹持件分别设置在所述轨台的两端，所述夹持件包括相互配合的下夹板与上夹板，所述上夹板能够靠近或远离所述下夹板，以夹持或释放板材，且当板材被夹紧后，多组所述夹持件能够为向板材施加双向拉伸力，以使板材处于张紧状态。

7、如上所述的多头异步协同动作的激光切割设备：所述步进件包括安装在所述机箱上的上料电机；所述上料电机的输出端上安装有主动转盘，所述主动转盘上安装有多组沿其周向等距设置的主动齿块，所述机箱上转动安装有上料丝杆，所述上料丝杆上螺纹连接有与所述推料框架连接的上料套筒；所述上料丝杆上滑动嵌合有从动转盘，所述从动转盘上安装有多组沿其周向等距设置的从动齿块，多组所述从动齿块与所述主动齿块相互啮合，所述上料丝杆上套设有抵紧弹簧，所述抵紧弹簧的两端分别与所述从动转盘以及所述机箱抵接。

8、如上所述的多头异步协同动作的激光切割设备：所述主动齿块与所述从动齿块均呈尖锐状。

9、如上所述的多头异步协同动作的激光切割设备：所述夹持件包括安装在所述机箱上的滑轨；所述滑轨上滑动嵌合有滑块；所述滑块上安装有与所述下夹板连接的立柱，所述立柱上滑动安装有滑动套筒，所述滑动套筒上安装有压板，所述压板通过给压件连接所述上夹板。

10、如上所述的多头异步协同动作的激光切割设备：所述给压件包括安装在压板上的伸缩套筒，所述上夹板上安装有与所述伸缩套筒滑动嵌合的伸缩柱；所述伸缩套筒内设置有夹持弹簧；所述夹持弹簧的两端分别与所述压板以及所述伸缩柱抵接。

11、如上所述的多头异步协同动作的激光切割设备：所述夹持件还包括安装在所述机箱上的夹持电机，所述夹持电机的输出端上安装有夹持丝杆，所述机箱上滑动安装有与所述夹持丝杆螺纹连接的驱动板，所述驱动板上开设有滑槽；所述滑动套筒上安装有与所述滑槽滑动嵌合的嵌合块。

12、如上所述的多头异步协同动作的激光切割设备：所述夹持件还包括安装在所述滑动套筒上的张紧楔块，所述滑轨上安装有固定套筒，所述固定套筒内滑动安装有与所述张紧楔块配合的配合楔块；所述固定套筒内设置有张紧弹簧，所述张紧弹簧的两端分别与所述配合楔块以及所述固定套筒抵接；所述滑块上设置有复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别与所述滑轨以及所述滑块抵接。

13、如上所述的多头异步协同动作的激光切割设备：所述机箱上滑动安装有分离板，所述分离板与所述从动转盘转动连接，所述分离板上安装有分离楔块；所述驱动板上安装有与分离楔块挤压配合的挤压杆。

14、如上所述的多头异步协同动作的激光切割设备：所述驱动板靠近所述夹持电机过程中，所述上夹板能够靠近所述下夹板；之后，所述滑块能够沿所述滑轨滑动；同时所述挤压杆会挤压所述分离楔块；以使所述从动转盘与所述主动转盘分离。

15、一种多头异步协同动作的激光切割方法，包括如下步骤：

16、步骤一：板材上料与步进送料；上料设备将待加工板材放置于料台上；启动步进件，使推料框架沿料台滑动，将板材向前推送预设距离，直至板材待切割区域悬置于轨台上；

17、步骤二：夹持与张紧；步进件停止动作，启动夹持件；先通过驱使上夹板下行并与下夹板闭合以夹持板材边缘；完成夹持后，通过向板材施加双向拉伸张力，以使其处于绷紧状态；

18、步骤三：动力断开；在夹持件对板材施加张紧力的同时，在机械结构上切断步进件与推料框架的动力连接，防止后续切割震动导致步进件误动作；

19、步骤四：异步切割；确认步进件动力断开后，启动多组切割模块，使其在轨道上进行异步协同切割作业，夹持件持续保持板材的张紧状态直至切割完成。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、通过夹持件对板材进行夹持，其中通过夹持弹簧的弹力提供上夹板与下夹板挤压板材的挤压力，既能避免板材被夹伤，又能提高夹持件的适应能力，且由于滑动套筒的行程固定，故而当板材厚度越厚时，夹持弹簧的压缩量越大，使得夹持力越大，能够避免后续张拉板材时板材在上夹板与下夹板之间相对滑动，从而提高装置的稳定性；且在夹持后，通过夹持件对板材施加多个方向的张力，能够在板材内部建立起双向预应力，有效抵消材料自重引起的中部下垂，并抑制激光热加工产生的热应力翘曲，从而将板材调整为高刚度的张紧状态，有效避免切割过程中的微观晃动，保障多头异步切割的微米级轨迹精度；通过步进件驱动推料框架平稳地将板材向前推送预设距离；其中通过上料丝杆与上料套筒的螺纹配合，能够有效地传递推料力矩，从而保证步进送料的精准度；且借助上料丝杆与上料套筒的螺纹自锁特性，不仅能够提供稳定可靠的推料力矩，还能在停止送料时有效防止板材发生非预期的回退；夹持件动作过程中，通过挤压杆与分离楔块的相互配合，驱使从动转盘与主动转盘分离，从而断开步进件的动力传输，只要板材处于张紧切割状态，步进件必然处于空转分离状态，从物理层面上杜绝了送料机构与切割机构的动作冲突，有效提升了设备的运行安全性与使用寿命。