一种用于铝型材激光切割装置及方法与流程

本发明涉及激光切割，具体而言，涉及一种用于带内加强筋异形中空铝型材的激光切割装置及方法。

背景技术：

1、带内加强筋的异形中空铝型材（俗称加强筋异形铝管、带筋异型空心铝等），其截面一侧呈平直方形、另一端外轮廓为半圆形，腔体内部自带一体挤压成型的竖向加强筋，属于开模定制的工业异型材，由铝厂挤压一体成型，筋和外壁为整块铝材，而非后焊接结构。内部加强筋的设计可以在控制重量（减少材料）的前提下，大幅提升抗弯、抗扭刚性，同等重量下比普通空心铝方管更不易弯曲变形。但内部隔断筋的存在使得普通锯片很难切透，因此需要采用激光切管机一次性穿透外壁和内部筋，完成开孔、切断、切轮廓等加工。

2、此类铝型材常用于自动化设备、输送机架、检测设备的横梁、全铝家具、门窗、铝制展架等，圆弧端用于做转角防撞造型，内部筋提升柜体承重，还被用于新能源设备支架、光伏边框附属支撑等对重量、耐腐蚀、抗弯要求高的支撑构件。

3、在对铝门窗异型材的激光切割加工中，铝型材一般由前置卡盘和后置卡盘夹持，前端悬伸至切割工位下方，激光切割头位于切割工位上方，由机械手调节位置，主轴带动卡盘及型材绕自身轴线旋转，即切割过程中型材旋转、切割头做三坐标平移，二者联动完成空间曲线切割。

4、该场景下存在以下核心难题：

5、1、前置卡盘多为简单的对辊夹持，切割不够稳定，难以做到切割时对型材进行加强紧固的同时，型材进给时松开对型材的夹持，现有夹持机构要么始终夹紧（无法进给），要么始终松开（切割时颤动），无法兼顾切割稳定性与进给顺畅性；

6、2、铝型材悬伸段在旋转切割时因自重和切削热产生下垂与颤振，悬伸段缺少支撑，加上异型材截面不对称导致旋转动平衡差，可能导致切缝偏移，影响切割精度，而若对悬伸段直接支撑，又难以适应异形铝型材的旋转轮廓，难以对悬伸段进行有效稳定；

7、3、异形铝型材截面不对称（一侧方形、一侧半圆），在旋转切割过程中，型材的截面轮廓不断变化，悬伸段的支撑面也随之变化，常规固定式支撑无法适应这种动态变化，容易造成支撑干涉或支撑失效。

8、因此，亟需一种能够兼顾切割夹紧与步进进给、并对旋转悬伸段进行自适应支撑稳定的铝型材激光切割装置及方法。

技术实现思路

1、本发明旨在解决背景技术中所述的至少一个问题，提供一种用于铝型材激光切割装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明提出一种用于铝型材激光切割装置，包括：底座；滑台和固定台，分别设置于所述底座的两侧，所述滑台与所述底座滑动装配，所述固定台固定安装；第一卡盘，安装于所述滑台上，用于夹持铝型材的后端；第二卡盘，转动安装于所述固定台上，所述第二卡盘的中心开设有供所述铝型材穿过的通孔，所述第一卡盘与所述第二卡盘同轴对中且通过固定杆固定连接；激光切割头，设置于所述第二卡盘远离所述第一卡盘的一侧上方，用于对所述铝型材的悬伸段进行激光切割；夹持机构，安装于所述第二卡盘上，用于对所述铝型材进行夹持；承托架，设置于所述固定台上且位于切割工位前方下部，用于对所述铝型材的自由端进行承托；其中，所述第一卡盘上安装有驱动杆，所述第二卡盘上开设有与所述驱动杆位置对应的活动孔，所述活动孔内设置有传动机构，所述驱动杆的自由端延伸至所述活动孔内且通过所述传动机构与所述夹持机构连接；当所述滑台带动所述第一卡盘步进前进时，所述驱动杆通过所述传动机构驱动所述夹持机构在夹持状态与松开状态之间切换。

3、作为本发明进一步优化的方案，所述传动机构包括传动齿条和传动齿轮，所述传动齿条安装于所述驱动杆上，所述传动齿轮安装于所述夹持机构的输入端，所述传动齿条与所述传动齿轮啮合配合；所述传动齿条的数量为多个且沿所述驱动杆的长度方向等间距分布，相邻所述传动齿条的间距与定长切割的步进距离一致。

4、优选的，多个传动齿条实现对传动齿轮的间歇式驱动，从而实现夹持机构的周期式锁紧，动作时序与定长切割的步进距离精确对应。

5、作为本发明进一步优化的方案，所述夹持机构包括第一双向丝杠组件和第二双向丝杠组件，所述第一双向丝杠组件和所述第二双向丝杠组件均具有两个活动端，每个所述活动端上均安装有夹持辊；所述第一双向丝杠组件和所述第二双向丝杠组件的丝杠轴端均延伸至所述第二卡盘的壳体外部，且每个所述丝杠轴端上均安装有所述传动齿轮。

6、优选的，两根驱动杆上的传动齿条分别驱动对应的传动齿轮，实现两道夹持的独立控制。

7、作为本发明进一步优化的方案，所述夹持机构包括第一双向丝杠组件和第二双向丝杠组件，所述第一双向丝杠组件和所述第二双向丝杠组件均具有两个活动端，每个所述活动端上均安装有夹持辊；所述第一双向丝杠组件和所述第二双向丝杠组件的输入端相互靠近且通过锥齿轮组传动连接，所述传动齿轮安装于所述第一双向丝杠组件和所述第二双向丝杠组件中其中一个的输入轴端上。

8、优选的，通过一个传动齿轮经锥齿轮组同时驱动两个双向丝杠组件同步运行，结构更为紧凑。

9、作为本发明进一步优化的方案，所述承托架的上端两侧均安装有第一气缸，两个所述第一气缸的活塞杆端外端相对且均安装有限位板；所述承托架的上端面居中位置开设有凹槽，所述承托架的内部还安装有位于所述凹槽下方的第二气缸，所述第二气缸的活塞杆外端向上延伸至所述凹槽内且安装有浮动板，所述浮动板与所述凹槽的内壁竖向滑动装配。

10、优选的，所述浮动板的长度不小于铝型材的截面长度，初始状态时浮动板的上端面与承托架的上端面齐平；限位板靠近第二卡盘的一侧具有倒角，方便一次切割后铝型材的再次进给插入两个限位板之间。

11、作为本发明进一步优化的方案，所述第二气缸的缸体尾部具有一个进气口和两个出气口，两个所述出气口通过所述承托架两侧内部设置的流道分别与对应侧所述第一气缸的尾部进气口连接；所述凹槽内还设置有弹簧，所述弹簧套装在所述第二气缸的活塞杆上，且所述弹簧的两端分别与所述浮动板的下端面以及所述凹槽的底面连接。

12、优选的，当铝型材旋转将浮动板向下推动时，第二气缸活塞下移将尾部气体均匀排向两侧，气体经由流道排向对应侧第一气缸尾部，使得第一气缸的活塞带动活塞杆外移，从而带动限位板向铝型材靠近，实现自适应跟随支撑；弹簧在浮动板下移时被压缩，在铝型材旋转回位时提供复位力。

13、作为本发明进一步优化的方案，所述限位板靠近所述铝型材的一侧设置有柔性垫，所述限位板靠近所述第二卡盘的一侧具有倒角。

14、优选的，所述柔性垫为柔性弹性材质，在铝型材旋转过程中发生弹性形变，以适应异形截面轮廓的变化，使得铝型材在旋转过程中仍能够保持稳定，同时避免铝型材表面划伤。

15、本发明还提供一种用于铝型材激光切割方法，应用于上述任一项所述的装置，包括以下步骤：

16、s1：将铝型材的后端通过第一卡盘夹持固定，铝型材的前端穿过第二卡盘的通孔并悬伸至切割工位；

17、s2：通过滑台带动第一卡盘和铝型材步进前进，驱动杆随第一卡盘同步移动，当驱动杆初次移动时，驱动杆通过传动机构驱动夹持机构对铝型材进行夹持；

18、s3：启动激光切割头，结合铝型材的旋转，对铝型材的悬伸段进行激光切割；

19、s4：一次切割完毕后，驱动杆随第一卡盘再次移动，传动机构失去驱动杆的驱动输入，夹持机构松开对铝型材的夹持，铝型材得以步进前进；

20、s5：当铝型材的悬伸段达到指定长度后，驱动杆再次联动传动机构驱动夹持机构动作，实现旋转切割过程中的锁紧，同时完成切割完毕后的轴向进给；

21、s6：重复执行s3至s5，直至完成全部切割工序。

22、作为本发明进一步优化的方案，步骤s2中，所述传动齿条与所述传动齿轮啮合时，所述传动齿条驱动所述传动齿轮旋转，从而驱动所述第一双向丝杠组件和所述第二双向丝杠组件运行，带动对应的两个所述夹持辊相互靠近，实现对铝型材的两道夹持；

23、步骤s4中，当一次切割完毕后，所述传动齿条随所述驱动杆继续前进，所述传动齿条的最后一个齿驱动所述传动齿轮转动微小角度，使得所述夹持辊表面的橡胶层发生微小弹性形变，之后所述传动齿条与所述传动齿轮脱离，所述夹持机构失去锁紧力，铝型材将两道夹持的夹持辊向外推开，直至下一个所述传动齿条再次与所述传动齿轮啮合。

24、作为本发明进一步优化的方案，步骤s3中，当铝型材从横截面水平状态旋转至横截面竖直状态时，铝型材向下旋转的一端将所述浮动板向下推动，所述浮动板沿所述凹槽下移，使得所述第二气缸的活塞杆带动活塞下移，将所述第二气缸尾部的气体均匀排向两侧，气体经由所述流道排向对应侧所述第一气缸尾部，使得所述第一气缸的活塞带动活塞杆继续外移，从而带动所述限位板向铝型材靠近；所述柔性垫在铝型材旋转过程中发生弹性形变，以适应铝型材的旋转过程。

25、上述用于铝型材激光切割装置及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

26、1、本发明通过在第一卡盘上设置驱动杆、在第二卡盘上设置传动机构和夹持机构，利用滑台的步进运动实现夹持机构的自动夹紧与松开，无需额外动力源和独立控制，实现了“切割时夹紧、进给时松开”的自动切换，兼顾了切割稳定性与进给顺畅性。

27、2、本发明通过传动齿条与传动齿轮的间歇式啮合，配合多个等间距分布的传动齿条，实现了夹持机构的周期性锁紧，与定长切割的步进距离精确对应，动作时序精准可靠。

28、3、本发明通过承托架对铝型材自由端进行承托，并利用浮动板、第二气缸、第一气缸和限位板的联动结构，实现了在铝型材旋转切割过程中对悬伸段的自适应支撑稳定：当铝型材旋转导致浮动板下移时，第二气缸排出的气体驱动第一气缸推动限位板向铝型材靠近，柔性垫发生弹性形变以适应异形截面轮廓的变化，确保铝型材在旋转过程中始终得到有效支撑，避免了切缝偏移。

29、4、本发明通过承托架的被动式自适应结构，无需额外传感器和控制系统，利用气压联动即可实现随铝型材旋转轮廓变化的自动跟随支撑，结构巧妙、可靠性高。

30、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。