一种上料一体化的板材激光切割机床及其工作方法与流程

本发明涉及激光切割领域，尤其涉及一种上料一体化的板材激光切割机床及其工作方法。

背景技术：

1、激光切板机凭借切割精度高、切面质量好、加工效率高的优势，广泛应用于钣金加工、家电制造等板材加工领域。随着制造业自动化水平不断提升，市场对激光切板机的无人化连续作业能力提出了更高要求。

2、为适配自动化生产需求，现有激光切板机通常会在切割床身本体的外集成自动化上料装置，该类上料装置多采用外置桁架龙门架构，桁架架设于料垛存放区域与切割台面的上方，桁架上配置可移动的吸盘取料机构；作业时，吸盘机构移动至板材料垛上方吸取单张板材，再将板材搬运移送至切割床身的加工台面上，完成板材上料；随后切割床身的切割横梁带动激光切割头执行切割加工；以此实现板材从上料、切割的整套自动化作业流程。

3、以上技术方案中，外置桁架上料虽能够实现板材自动搬运上料，但桁架为独立成套设备，仍存在诸多不足：一是成本偏高，整套桁架自带机架、传动、控制组件，设备采购成本高，传动零部件多，后期维护保养工作量大；二是现场实施难度大，需要独立安装找平，要校准桁架与切割机的相对位置，设备搬迁后需重新对位调试；三是安全与精度隐患突出，两套设备依靠电气信号联动，存在通讯异常引发运动干涉碰撞风险，桁架与切割机的安装误差还会叠加，降低板材上料定位精度。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中外置上料桁架存在占用额外厂房空间、成本高、安装校准繁琐、易发生运动干涉以及定位误差叠加的技术问题，本发明提供了一种上料一体化的板材激光切割机床及其工作方法，能够规避占用额外厂房空间、成本高、安装校准繁琐、易干涉、定位误差叠加的缺陷，在紧凑空间内实现板材自动上料，提升设备集成度与运行可靠性。

2、第一方面，本发明为解决上述技术问题提供了一种上料一体化的板材激光切割机床及其工作方法，包括床身，所述床身上移动地设置有加工横梁，所述加工横梁上设置有激光切割组件，还包括：支撑横梁，所述支撑横梁相对设置有两个，两个所述支撑横梁分别设置在所述床身两端，所述支撑横梁的端部延伸至所述床身一侧，两个所述支撑横梁与所述床身一侧形成上料区，所述上料区用于放置待加工板料，所述床身的另一侧为下料区；上料横梁，所述上料横梁移动地设置在所述床身上且与所述加工横梁平行设置，所述上料横梁上升降地设置有上料组件，所述上料组件用于将所述上料区的待加工板料转运至所述床身上。

3、本发明有效避免了传统外置桁架式上料装置需要独立安装机架、传动与控制系统的弊端，减少了传动零部件的数量，从而降低了设备采购成本和后续维护保养的工作量，由于上料横梁直接依托于床身进行移动，省去了独立桁架的安装找平以及与切割床身的校准对位环节，简化了现场实施的工序，上料横梁与加工横梁共用同一床身作为运动基准，两者之间的相对位置由床身本身的结构精度保证，极大消除了两套独立设备因安装误差叠加而影响板材上料定位精度的隐患，使整台床身在紧凑的空间布局下实现了板材的自动上料功能，提升了设备的集成度和运行的可靠性。

4、进一步的，所述加工横梁上设置有驱动电机，所述驱动电机通过传动机构驱动所述加工横梁在所述支撑横梁上移动，所述加工横梁上设置有动力传递组件，所述动力传递组件能够与所述上料横梁连接和解锁，当所述动力传递组件与所述上料横梁连接时，所述加工横梁能够带动所述上料横梁在所述支撑横梁上同步移动，当所述动力传递组件解锁时，所述加工横梁能够独立移动。

5、本发明通过在上料横梁与加工横梁之间设置动力传递组件，使两者可共用同一套驱动系统，无需为上料横梁单独配备电机和传动部件，既降低了制造成本和故障率，又保证了运动基准的统一，避免了独立驱动可能产生的不同步和碰撞问题；同时在非上料阶段解锁后，加工横梁可独立高速切割，不影响切割效率，实现了上料与切割功能的灵活协调。

6、进一步的，所述动力传递组件包括传递销和传递座，所述传递销与驱动气缸连接，所述驱动气缸设置在所述加工横梁的端部，所述传递销的轴向与所述加工横梁的长度方向平行，所述驱动气缸通过电磁阀与气源连通，所述传递座设置在所述上料横梁的端部，所述传递销能够伸入至所述传递座内，所述加工横梁上设置有接近开关，所述上料横梁相应的位置设置有感应块，所述上料横梁端部相应位置还设置有插接到位传感器，所述插接到位传感器能够感应所述传递销，当所述接近开关感应到所述感应块时，所述电磁阀导通，所述驱动气缸带动所述传递销伸入所述传递座内，当所述传递销伸入到位时，所述插接到位传感器发出信号。

7、本发明通过传递销、传递座、驱动气缸及配套传感器的组合实现加工横梁与上料横梁的可控连接，无需人工干预，提高了操作的自动化程度，在接近开关和插接到位传感器的双重检测下，有效防止传递销未对准或未到位时的误动作，降低了因连接不可靠导致的上料横梁意外脱开或撞击的风险，使动力传递的接通与断开更加可靠。

8、进一步的，所述传递销远离所述驱动气缸的外圆面上设置有导向锥面，所述传递销远离所述驱动气缸的端部浮动地设置有导向锥头，所述传递座上设置有与所述导向锥头相配合的导向锥孔，所述导向锥头的小端朝向所述传递座。

9、本发明通过在传递销端部浮动设置导向锥头，能在锥面引导下自动滑入导向锥孔，起到纠偏和导入作用，降低了对两横梁初始停止位置的精度要求，同时，导向锥头的浮动设计允许其在径向有一定调整余量，避免了刚性接触带来的卡滞或冲击，使连接过程更加平稳顺畅。

10、进一步的，所述支撑横梁上设置有直线导轨和v型导轨，所述v型导轨设置在所述直线导轨的内侧，所述上料横梁下部设置有v型轮，所述v型轮能够沿所述v型导轨滚动，所述加工横梁下部与所述直线导轨连接。

11、本发明通过在支撑横梁上分别为加工横梁和上料横梁设置直线导轨与v型导轨，使两者互不干扰，v型导轨容差性好、不易积尘，适合上料横梁的工况，直线导轨则保障加工横梁的高速高精度移动，从而兼顾了上料的适应性与切割的精密性。

12、进一步的，所述加工横梁和所述上料横梁的长度方向与所述床身的长度方向平行，所述加工横梁和所述上料横梁均沿所述床身的宽度方向移动。

13、本发明通过床身横置，使得上料横梁移动距离缩短，相比纵向上料所需的行程明显减少，从而缩短了单次上料循环时间，有助于提升整体作业效率，同时，床身宽度方向移动便于操作工直接靠近台面取料，改善了下料操作的人机便利性，此外，加工横梁沿床身宽度方向移动时，加工横梁的移动行程较短，由机头沿加工横梁长度方向完成较长的纵向移动，减少了质量较重的加工横梁的频繁启停和长距离移动，从而降低了传动机构在高负载工况下的磨损速率。

14、进一步的，还包括锁止组件，所述锁止组件能够将所述上料横梁锁止在所述床身的初始位置，所述锁止组件包括锁块和电磁锁座，所述锁块能够被所述电磁锁座吸附，所述电磁锁座设置在所述支撑横梁上，所述锁块呈工字型结构，所述上料横梁设置有导向孔，所述锁块上端伸入所述导向孔内且能够升降，所述锁块上端与所述上料横梁内表面之间设置有复位弹簧，所述上料横梁上还设置有复位检测传感器，所述复位检测传感器用于测量所述锁块是否复位，所述上料横梁与所述加工横梁相对的表面上设置有测距传感器，所述测距传感器用于检测所述上料横梁与所述加工横梁的距离。

15、本发明通过锁止组件将上料横梁固定在初始位置，锁块采用工字型结构配合复位弹簧实现弹性锁止与释放，电磁锁座吸附锁块即可锁定，无需严格对位，对位置偏差容忍度高，提高了动力传递组件连接的可靠性和安全性。

16、第二方面，本发明还提供了一种上料一体化的板材激光切割机床及其工作方法的工作方法，用于上述的上料一体化的板材激光切割机床，包括以下步骤：

17、s01：将待加工板料组成的垛堆放置于所述上料区，所述上料横梁位于初始位置，所述加工横梁位于床身上的切割工位，所述动力传递组件处于解锁状态，加工横梁与上料横梁相互独立；

18、s02：所述加工横梁沿床身宽度方向朝所述上料横梁方向移动，当所述接近开关感应到所述感应块时，所述锁止组件解锁，所述电磁阀导通，所述驱动气缸带动传递销伸出并伸入所述传递座内，所述加工横梁与所述上料横梁形成刚性连接，此时所述加工横梁能够带动所述上料横梁同步移动；

19、s03：所述加工横梁带动所述上料横梁沿支撑横梁移动至所述上料区上方，使所述上料组件对准上料区内的待加工板料，所述上料组件沿上料横梁下降至贴近待加工板料表面，吸附或抓取待加工板料后上升复位，完成取料；

20、s04：所述上料横梁随所述加工横梁移动至放料位，使所述上料组件对准床身上的加工工位，所述上料组件沿所述上料横梁下降，将待加工板料放置于所述床身上，解除吸附或抓取后上升复位，完成上料；

21、s05：所述加工横梁带动上料横梁沿支撑横梁同步移动返回至初始位置；

22、s06：当上料横梁到达初始位置后，所述锁止组件锁止所述上料横梁，所述电磁阀断电，所述驱动气缸带动所述传递销从所述传递座内缩回，所述加工横梁与所述上料横梁分离，所述上料横梁位于初始位置，所述加工横梁恢复独立运动状态；

23、s07：所述加工横梁沿所述支撑横梁独立移动至切割工位，所述激光切割组件对待加工板料进行切割加工，形成半成品件和废料；

24、s08：切割完成后，由下料区一侧的下料机构或人工将半成品件和废料从床身上移出至下料区，随后重复步骤s02至s07，进入下一个上料-切割循环，直至所有待加工板料加工完成。

25、本发明通过接近开关、感应块、电磁阀及锁止组件的自动控制，实现了上料横梁与加工横梁在锁止、对接、同步移动、分离各步骤的顺序衔接，无需人工干预，提高了自动化程度；上料横梁返回初始位置后先锁止再分离，避免了非工作状态下的意外移位；加工横梁在上料完成后恢复独立运动进行切割，与上料过程在时间上错开，互不干扰，使上料与切割功能高效交替运行，缩短了单个工件的加工节拍，提升了整机的连续作业能力。

26、进一步的，在s02中，当所述加工横梁与所述上料横梁的实际间距大于第一距离阈值时，所述驱动电机以v1运行，所述锁止组件保持锁止状态；当所述加工横梁与所述上料横梁的实际间距小于或等于第一距离阈值且大于第二距离阈值时，所述驱动电机切换至v2运行，v2＜v1，所述锁止组件保持锁止状态；当所述加工横梁与所述上料横梁的实际间距小于或等于第二距离阈值时，所述驱动电机切换至v3运行，v3＜v2所述锁止组件保持锁止状态，所述加工横梁以v3速度完成剩余行程，当所述接近开关感应到所述感应块时，所述锁止组件解锁，当所述测距传感器检测到所述锁块复位后，所述电磁阀导通，所述驱动气缸带动所述传递销伸入所述传递座内；当所述传递销伸入到位后，所述插接到位传感器发出耦合确认信号，所述加工横梁与所述上料横梁形成刚性连接，所述驱动电机切换至v4，v3＜v4＜v1带动所述上料横梁同步移动。

27、本发明通过根据加工横梁与上料横梁的实际间距设置多级减速策略，使驱动电机在接近过程中逐步降低速度，有效减小了对接时的碰撞力和机械振动，保护了传递销、传递座及相关传感器的结构完整性，锁止组件在接近过程中保持锁止状态，直至接近开关感应到感应块时才解锁，避免了上料横梁提前释放产生偏移，插接到位传感器确认传递销完全伸入后才切换至较高速度运行，确保了刚性连接的可靠性，提升了对接过程的平稳性和安全性。

28、进一步的，s04中，所述加工横梁带动所述上料横梁向所述床身上的加工工位移动，实时采集所述驱动电机的电流信号并计算实际负载转矩，当所述实际负载转矩大于所述基准值时，所述驱动电机以降速后的v5运行，且所述实际负载转矩越大，v5越小，基准值为所述上料组件未吸附板料时所述驱动电机的负载转矩，当负载转矩变化率大于第一变化率阈值时，判定所述上料横梁出现板料晃动或卡滞，所述驱动电机立即降速运行并发出报警信号；s05中，所述加工横梁带动所述上料横梁返回初始位置时，所述驱动电机先以v4运行，当所述上料横梁接近初始位置至设定距离时，所述驱动电机降低至v6运行，且v3＜v6＜v4，使所述上料横梁平稳停靠于初始位置。

29、本发明通过在s04中实时采集驱动电机电流并计算负载转矩，当实际负载转矩增大时自动降速，且负载越大降速越多，避免了板材晃动或冲击；当负载转矩变化率超限时判定出现卡滞或晃动，立即降速并报警，防止板材脱落或设备损伤；在s05步骤中，上料横梁返回初始位置时先高速运行，接近设定距离后降速平稳停靠，减少了惯性过冲，有利于锁止组件准确锁止，提升了复位精度和重复一致性。

30、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

31、本发明提供了一种上料一体化的板材激光切割机床及其工作方法，有效避免了传统外置桁架式上料装置需要独立安装机架、传动与控制系统的弊端，减少了传动零部件的数量，从而降低了设备采购成本和后续维护保养的工作量，由于上料横梁直接依托于床身进行移动，省去了独立桁架的安装找平以及与切割床身的校准对位环节，简化了现场实施的工序，上料横梁与加工横梁共用同一床身作为运动基准，两者之间的相对位置由床身本身的结构精度保证，极大消除了两套独立设备因安装误差叠加而影响板材上料定位精度的隐患，使整台床身在紧凑的空间布局下实现了板材的自动上料功能，提升了设备的集成度和运行的可靠性；通过在上料横梁与加工横梁之间设置动力传递组件，使两者可共用同一套驱动系统，无需为上料横梁单独配备电机和传动部件，既降低了制造成本和故障率，又保证了运动基准的统一，避免了独立驱动可能产生的不同步和碰撞问题；同时在非上料阶段解锁后，加工横梁可独立高速切割，不影响切割效率，实现了上料与切割功能的灵活协调；通过传递销、传递座、驱动气缸及配套传感器的组合实现加工横梁与上料横梁的可控连接，无需人工干预，提高了操作的自动化程度，在接近开关和插接到位传感器的双重检测下，有效防止传递销未对准或未到位时的误动作，降低了因连接不可靠导致的上料横梁意外脱开或撞击的风险，使动力传递的接通与断开更加可靠；通过在传递销端部浮动设置导向锥头，能在锥面引导下自动滑入导向锥孔，起到纠偏和导入作用，降低了对两横梁初始停止位置的精度要求，同时，导向锥头的浮动设计允许其在径向有一定调整余量，避免了刚性接触带来的卡滞或冲击，使连接过程更加平稳顺畅；通过在支撑横梁上分别为加工横梁和上料横梁设置直线导轨与v型导轨，使两者互不干扰，v型导轨容差性好、不易积尘，适合上料横梁的工况，直线导轨则保障加工横梁的高速高精度移动，从而兼顾了上料的适应性与切割的精密性；通过床身横置，使得上料横梁移动距离缩短，相比纵向上料所需的行程明显减少，从而缩短了单次上料循环时间，有助于提升整体作业效率，同时，床身宽度方向移动便于操作工直接靠近台面取料，改善了下料操作的人机便利性，此外，加工横梁沿床身宽度方向移动时，加工横梁的移动行程较短，由机头沿加工横梁长度方向完成较长的纵向移动，减少了质量较重的加工横梁的频繁启停和长距离移动，从而降低了传动机构在高负载工况下的磨损速率；通过锁止组件将上料横梁固定在初始位置，锁块采用工字型结构配合复位弹簧实现弹性锁止与释放，电磁锁座吸附锁块即可锁定，无需严格对位，对位置偏差容忍度高，提高了动力传递组件连接的可靠性和安全性；通过接近开关、感应块、电磁阀及锁止组件的自动控制，实现了上料横梁与加工横梁在锁止、对接、同步移动、分离各步骤的顺序衔接，无需人工干预，提高了自动化程度；上料横梁返回初始位置后先锁止再分离，避免了非工作状态下的意外移位；加工横梁在上料完成后恢复独立运动进行切割，与上料过程在时间上错开，互不干扰，使上料与切割功能高效交替运行，缩短了单个工件的加工节拍，提升了整机的连续作业能力；过根据加工横梁与上料横梁的实际间距设置多级减速策略，使驱动电机在接近过程中逐步降低速度，有效减小了对接时的碰撞力和机械振动，保护了传递销、传递座及相关传感器的结构完整性，锁止组件在接近过程中保持锁止状态，直至接近开关感应到感应块时才解锁，避免了上料横梁提前释放产生偏移，插接到位传感器确认传递销完全伸入后才切换至较高速度运行，确保了刚性连接的可靠性，提升了对接过程的平稳性和安全性；通过在s04中实时采集驱动电机电流并计算负载转矩，当实际负载转矩增大时自动降速，且负载越大降速越多，避免了板材晃动或冲击；当负载转矩变化率超限时判定出现卡滞或晃动，立即降速并报警，防止板材脱落或设备损伤；在s05步骤中，上料横梁返回初始位置时先高速运行，接近设定距离后降速平稳停靠，减少了惯性过冲，有利于锁止组件准确锁止，提升了复位精度和重复一致性。