一种五轴三联动激光切割机及其控制方法与流程

1.本发明属于激光切割技术领域，特别涉及一种五轴三联动激光切割机及其控制方法。


背景技术：

2.五轴三联动的激光切割机包括激光切割头在长度方向、宽度方向和垂直方向的轴向调整，以及水平方向上和垂直方向上的旋转构成。其灵活度更高。
3.传统激光切割机的固定机构是直接固定在物体上，其表面与物体的结合处无法自行调整，从而造成了切割死角的出现，当需要对物体的切割角度或方位进行调整时，需要将激光切割机整体停下，然后手动调整，从而降低了切割工作的流畅性。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种五轴三联动激光切割机，包括底架、工作框台和方位调节单元；所述底架上设有五轴切割模组，所述工作框台安装在底架顶部，且工作框台中心通孔的截面为矩形结构，所述工作框台四周内壁上均设有一组气弹簧，所述气弹簧输出端上安装有卡板，所述卡板远离气弹簧一侧壁的俯视截面和侧截面均为扇环形结构；所述方位调节单元包括弹性升降机构；所述底架顶部开设有底架顶槽，所述弹性升降机构位于底架顶槽内，且顶部转动连接有拨轮安装筒，所述拨轮安装筒顶部延伸至工作框台中心通孔内；所述拨轮安装筒的中轴线与工作框台中心通孔垂直方向上的中心线重合；所述拨轮安装筒内设有拨轮传动机构，所述拨轮传动机构的输出端上设有拨轮机构，所述拨轮机构包括拨轮中心盘，所述拨轮中心盘传动连接在拨轮传动机构的输出端上，所述拨轮中心盘顶部延伸至拨轮安装筒上方；拨轮中心盘侧壁上呈环形阵列分布有若干组拨动齿；所述拨动齿两侧壁上对称设置有两组侧滑坡，所述侧滑坡上等间距排列有若干组边角卡槽。
5.进一步的，所述五轴切割模组包括第一电动滑台和第二电动滑台，所述第二电动滑台设置在第一电动滑台输出端上，所述第二电动滑台的输出方向和第一电动滑台输出方向的夹角为
°
。
6.进一步的，所述第二电动滑台的输出端上滑动连接有切割单元，所述切割单元包括电动升降座，所述电动升降座的输出端设有第一电动转台，所述第一电动转台的输出端上设有垂直旋转座，所述垂直旋转座输出端上设有激光切割头。
7.进一步的，所述底架顶槽侧壁上开设有侧滑槽；所述弹性升降机构包括复位弹簧，所述复位弹簧一端安装在底架顶槽底部，且另一端安装有弹簧压块，所述弹簧压块侧壁上安装有侧滑块，所述侧滑块另一端滑动连接在侧滑槽内；所述弹簧压块上安装有第二电动转台，所述拨轮安装筒底部安装在第二电动转台上。
8.进一步的，所述侧滑坡一端与所述拨动齿顶部边缘处固定连接，且另一端延伸至拨轮中心盘的侧壁上；所述边角卡槽两端均为开放式结构；所述拨动齿表面平局分布有若
干组防滑凸块。
9.进一步的，所述工作框台中心通孔的顶部四周边缘处设有支撑框架台，所述支撑框架台上活动安装有支撑单元。
10.进一步的，所述支撑单元包括支撑框本体；所述支撑框本体的俯视截面为矩形框体结构，且所述支撑框本体活动安装在支撑框架台上，且所述支撑框本体的四周外壁分别与所述支撑框架台的四周内壁活动贴合；所述支撑框本体的中心通孔内等间距分布有若干组支撑杆。
11.进一步的，所述支撑杆包括支撑杆底座和若干组支撑齿；所述支撑杆底座两端分别固定安装在所述支撑框本体中心通孔的两侧内壁上，所述支撑杆底座的两侧外壁上均等间距排列有若干组通气孔；若干组所述支撑齿等间距排列在所述支撑杆底座顶部，且所述支撑齿的截面为锥形结构。
12.进一步的，所述支撑齿两侧倾斜外壁上对称开设有两组进气口，所述进气口底部连通有出气通道，所述出气通道另一端与所述支撑杆底座的腔体连通；且所述出气通道靠近进气口一端的内直径要大于另一端。
13.一种五轴三联动激光切割机的控制方法，所述控制方法包括：将物体放置在拨轮安装筒上，并使其底部贴合在拨轮机构上；将各组卡板从不同方位卡接在物体上，利用卡板对物件形成固定效果；启动激光切割模组，利用激光切割模组对物体进行切割工作；当需要调整物体的水平切割角度时，启动第二电动转台，通过第二电动转台带动拨轮安装筒转动，再由拨轮安装筒带动物体进行水平方向上的旋转，实现物体在水平方向上的角度调整；当需要调整物体的垂直切割角度时，启动拨轮传动机构，通过拨轮传动机构带动拨轮机构旋转，再由拨轮机构的旋转带动物体进行垂直方向上的旋转，实现物体在垂直方向上的角度调整；切割完成后，拨动各组卡板，使其脱离物体，并将物体直接从拨轮安装筒上取出即可。
14.本发明的有益效果是：1、通过第二电动转台和拨轮机构可以带动物体同时进行水平方向上以及垂直方向上的转动，使得物体不会出现切割死角。解决了传统激光切割机在进行切割工作时，物体与固定机构的结合处无法进行切割的问题，从而提高了激光切割工作的流畅性。并且在物体进行旋转时，通过四周的卡板可以对物体进行限位，避免物体掉落。与此同时，利用气弹簧可伸缩的特性，使得物体无论形状尺寸如何，都可以通过卡板形成固定效果，从而提高了其兼容性。
15.2、拨轮机构是由若干组环形阵列分布的拨动齿进行物体的拨动工作的，由于拨动齿的截面为扇环形结构，因此无论物体的形状如何，拨动齿顶部都可以更好的贴合在物体表面，从而提高了物体拨动工作的流畅性。当物体静止时，不仅可以通过拨动齿表面摩擦力打的若干组防滑凸块对物体进行固定，还可通过相邻的两组侧滑坡从物体底部两侧托住物体，又因为侧滑坡上等间距排列的若干组边角卡槽，使得物体无论形状如何，其拐角处均可找到相应的一组边角卡槽卡接进去，避免物体底部悬空，提高了物体在静止时的稳定性。
16.3、本发明不仅可以对块状物体进行切割固定，还可通过支撑单元对板状物体进行固定，丰富了激光切割机的功能性。并且用于支撑的支撑杆顶部是由截面为锥形的若干组支撑齿组成，因此激光切割所产生的热量可以从板状物体下方快速散去，以此提高了散热效果。
17.4、当需要对物体的切割角度进行调整时，通过第二电动转台和拨轮机构可以同时满足物体在水平方向上以及垂直方向上的角度调整，避免出现切割死角。也无需将激光切割机整体停下，然后手动去进行调整，以此提高了切割工作的流畅性。
18.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1示出了根据本发明实施例的激光切割机的结构示意图；图2示出了根据本发明实施例的激光切割模组的结构示意图；图3示出了根据本发明实施例的侧限位单元和工作框台的连接示意图；图4示出了根据本发明实施例的支撑单元的仰视剖视示意图；图5示出了根据本发明实施例的支撑杆的结构示意图；图6示出了根据本发明实施例的支撑杆的剖视示意图；图7示出了根据本发明实施例的图6中a圈内的放大示意图；图8示出了根据本发明实施例的方位调节单元和底架的连接示意图；图9示出了根据本发明实施例的方位调节单元的结构示意图；图10示出了根据本发明实施例的拨轮安装筒的剖视示意图；图11示出了根据本发明实施例的拨轮机构的结构示意图；图12示出了根据本发明实施例的侧限位单元的俯视剖视示意图；图13示出了根据本发明实施例的卡板的结构示意图；图14示出了根据本发明实施例的图12中b圈内的放大示意图。
21.图中：100、底架；110、第一电动滑台；120、第二电动滑台；200、切割单元；210、电动升降座；220、第一电动转台；230、垂直旋转座；240、激光切割头；300、工作框台；310、支撑框架台；400、支撑单元；410、支撑框本体；420、支撑杆；421、支撑杆底座；422、通气孔；423、支撑齿；424、进气口；425、出气通道；500、方位调节单元；501、底架顶槽；502、复位弹簧；503、侧滑槽；504、弹簧压块；505、侧滑块；506、第二电动转台；510、拨轮安装筒；520、伺服马达；521、传动齿轮；530、拨轮转杆；540、拨轮机构；541、拨轮中心盘；542、拨动齿；543、防滑凸块；544、侧滑坡；545、边角卡槽；550、从动齿轮；600、侧限位单元；601、框体内槽；610、气弹簧；620、卡板；630、卡板前槽；640、转球。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明实施例提供了一种五轴三联动激光切割机，包括底架100、工作框台300和支撑单元400。示例性的，如图1、图2和图3所示，所述底架100上设有五轴切割模组，所述五轴切割模组包括第一电动滑台110和第二电动滑台120，所述第二电动滑台120设置在第一电动滑台110的输出端上，所述第二电动滑台120的输出方向和第一电动滑台110输出方向的夹角为90
°
，所述第二电动滑台120的输出端上滑动连接有切割单元200，所述切割单元200包括电动升降座210，所述电动升降座210的输出端设有第一电动转台220，所述第一电动转台220的输出端上设有垂直旋转座230，所述垂直旋转座230的输出端上设有激光切割头240。
24.首先通过第一电动滑台110和第二电动滑台120实现了激光切割头240在底架100长度方向以及宽度方向上的水平移动。然后通过电动升降座210实现激光切割头240的垂直升降移动，再分别利用第一电动转台220和垂直旋转座230实现激光切割头240在水平方向以及垂直方向上的旋转。从而满足了五轴三联动的要求，提高了激光切割头240的灵活性。
25.所述工作框台300固定安装在所述底架100上，所述工作框台300的俯视截面为矩形框体结构，且所述工作框台300中心通孔的顶部四周边缘处设有支撑框架台310。
26.所述支撑单元400的壳体活动安装在所述支撑框架台310上，且所述支撑单元400壳体的四周外壁与支撑框架台310的四周内壁均活动贴合。
27.当需要对板状物体进行切割时，将支撑单元400放置在支撑框架台310上，并直接将板状物体放置在支撑单元400上即可，丰富了激光切割机的功能性。
28.所述底架100顶部设有方位调节单元500，所述方位调节单元500顶部可活动贯穿至所述工作框台300的中心通孔内。方位调节单元500用于在切割工作时调节块状物体的角度或方位。
29.所述工作框台300中心通孔的内壁上设有侧限位单元600。侧限位单元600用于对块状物体进行限位。
30.所述支撑单元400包括支撑框本体410。示例性的，如图4所示，所述支撑框本体410的俯视截面为矩形框体结构，且所述支撑框本体410活动安装在支撑框架台310上，且所述支撑框本体410的四周外壁分别与所述支撑框架台310的四周内壁活动贴合。所述支撑框本体410的中心通孔内等间距分布有若干组支撑杆420。
31.所述支撑杆420包括支撑杆底座421和若干组支撑齿423。示例性的，如图5、图6和图7所示，所述支撑杆底座421两端分别固定安装在所述支撑框本体410中心通孔的两侧内壁上，所述支撑杆底座421的两侧外壁上均等间距排列有若干组通气孔422。若干组所述支撑齿423等间距排列在所述支撑杆底座421顶部，且所述支撑齿423的截面为锥形结构。所述支撑齿423两侧倾斜外壁上对称开设有两组进气口424，所述进气口424底部连通有出气通道425，所述出气通道425另一端与所述支撑杆底座421的腔体连通。且所述出气通道425靠近进气口424一端的内直径要大于另一端。
32.当需要对板状物体进行切割时，首先将支撑框本体410卡接在支撑框架台310，并将板状物体放置在等间距排列的各组支撑杆420顶部。由于支撑齿423的截面为锥形结构，因此当进行切割工作时，由激光切割头240工作所产生的热量就会向下运动至相邻两组支撑齿423之间的缝隙中，并经由进气口424和出气通道425进入支撑杆底座421的腔体内，并最终通过通气孔422排出。解决了传统激光切割机因底部支撑部为实心机构而造成的散热效果不佳的问题，并且由于出气通道425靠近进气口424一端的直径要大于另一端，因此当热量进入出气通道425后，其运动速度就会加快，从而加快了散热速度。
33.所述方位调节单元500包括弹性升降机构、拨轮安装筒510和拨轮机构540。示例性的，如图8、图9和图10所示，所述底架100顶部开设有底架顶槽501，所述底架顶槽501侧壁上开设有侧滑槽503。所述弹性升降机构包括复位弹簧502，所述复位弹簧502一端安装在底架顶槽501底部，且另一端安装有弹簧压块504，所述弹簧压块504侧壁上安装有侧滑块505，所述侧滑块505另一端滑动连接在所述侧滑槽503内。所述弹簧压块504上安装有第二电动转台506，所述拨轮安装筒510一端安装在第二电动转台506上，且另一端延伸至底架100上方。所述拨轮安装筒510内设有拨轮传动机构，所述拨轮传动机构包括伺服马达520和拨轮转杆530，所述伺服马达520输出端上传动连接有传动齿轮521。所述拨轮转杆530位于传动齿轮521正上方，且所述拨轮转杆530上套接有从动齿轮550。所述从动齿轮550啮合连接在所述传动齿轮521上。所述拨轮机构540套接在拨轮转杆530上，且所述拨轮机构540顶部延伸至拨轮安装筒510外部。
34.所述拨轮机构540包括拨轮中心盘541和若干组拨动齿542。示例性的，如图11所示，所述拨轮中心盘541套接在拨轮转杆530上，所述拨轮中心盘541顶部延伸至拨轮安装筒510上方。若干组所述拨动齿542呈环形阵列分布在所述拨轮中心盘541的侧壁上。所述拨动齿542的截面为扇环形结构，且所述拨动齿542两侧壁上对称设置有两组侧滑坡544，所述侧滑坡544一端与所述拨动齿542顶部边缘处固定连接，且另一端延伸至拨轮中心盘541的侧壁上。所述侧滑坡544上等间距排列有若干组边角卡槽545，所述边角卡槽545两端均为开放式结构。所述拨动齿542表面平局分布有若干组防滑凸块543。
35.所述侧限位单元600包括四组卡板620。示例性的，如图12、图13和图14所示，所述工作框台300中心通孔的俯视截面矩形结构，且所述工作框台300中心通孔的四周内壁的中心线上均开设有一组框体内槽601，所述框体内槽601中固定安装有气弹簧610。所述气弹簧610的输出端延伸至工作框台300的中心通孔内，且与其中一组卡板620固定连接。所述卡板620远离气弹簧610的一侧壁开设有凹槽，所述凹槽的侧截面和俯视截面均为扇环形结构，所述凹槽中心处开设有卡板前槽630。所述卡板前槽630内转动连接有转球640，所述转球640一侧壁延伸至卡板前槽630外部。
36.在进行块状物体或异形物体的切割工作时，首先将物体放置在拨轮安装筒510上，使其底部贴合在拨轮机构540上。然后将各组卡板620从不同方位卡接在物体上，并保证转球640全部贴合在物体上，使卡板620对物件形成固定效果。由于卡板620的俯视截面和侧截面均为扇环形结构，因此扩大了卡板620对物体的保护，降低了物体在进行切割时发生晃动或掉落的风险。并且利用各组可进行伸缩运动的气弹簧610，使得物体在进行角度或方位调节时，无论物体形状尺寸如何，都可以与各组卡板620仅仅卡接。当需要调整物体在水平方向上的角度时，直接控制第二电动转台506带动拨轮安装筒510转动，再由拨轮安装筒510带
动物体进行转动。当需要调整物体在垂直方向上的角度时，启动拨轮传动机构，通过拨轮传动机构带动拨轮机构540，再由拨轮机构540拨动物体，从而使物体可以在垂直方向上进行转动。又因为在卡板前槽630内的转球640可以向任意方向进行转动，所以当转球640贴合在物体上时，随着物体的转动，转球640还可以进一步的推动物体，从而增加物体旋转的流畅性。
37.通过第二电动转台506和拨轮机构540可以带动物体同时进行水平方向上以及垂直方向上的转动，使得物体不会出现切割死角。解决了传统激光切割机在进行切割工作时，物体与固定机构的结合处无法进行切割的问题，从而提高了激光切割工作的流畅性。并且在物体进行旋转时，通过四周的卡板620可以对物体进行限位，避免物体掉落。与此同时，利用气弹簧610可伸缩的特性，使得物体无论形状尺寸如何，都可以通过卡板620形成固定效果，从而提高了其兼容性。
38.拨轮机构540是由若干组环形阵列分布的拨动齿542进行物体的拨动工作的，由于拨动齿542的截面为扇环形结构，因此无论物体的形状如何，拨动齿542顶部都可以更好的贴合在物体表面，从而提高了物体拨动工作的流畅性。当物体静止时，不仅可以通过拨动齿542表面摩擦力打的若干组防滑凸块543对物体进行固定，还可通过相邻的两组侧滑坡544从物体底部两侧托住物体，又因为侧滑坡544上等间距排列的若干组边角卡槽545，使得物体无论形状如何，其拐角处均可找到相应的一组边角卡槽545卡接进去，避免物体底部悬空，提高了物体在静止时的稳定性。
39.在上述一种五轴三联动激光切割机的基础上，本发明实施例还提出了一种用于该五轴三联动激光切割机的控制方法。示例性的，所述控制方法包括：将物体放置在拨轮安装筒上，并使其底部贴合在拨轮机构上；将各组卡板从不同方位卡接在物体上，利用卡板对物件形成固定效果；具体的，由于卡板的俯视截面和侧截面均为扇环形结构，因此扩大了卡板对物体的保护，降低了物体在进行切割时发生晃动或掉落的风险。并且利用各组可进行伸缩运动的气弹簧，使得物体在进行角度或方位调节时，无论物体形状尺寸如何，都可以与各组卡板仅仅卡接；启动激光切割模组，利用激光切割模组对物体进行切割工作；当需要调整物体的水平切割角度时，启动第二电动转台，通过第二电动转台带动拨轮安装筒转动，再由拨轮安装筒带动物体进行水平转动；当需要调整物体的垂直切割角度时，启动拨轮传动机构，通过拨轮传动机构带动拨轮机构，再由拨轮机构拨动物体，从而使物体可以在垂直方向上进行转动；切割完成后，拨动各组卡板，使其脱离物体，并将物体从拨轮安装筒上取出，切割工作全部完成。
40.当需要对物体的切割角度进行调整时，通过第二电动转台和拨轮机构可以同时满足物体在水平方向上以及垂直方向上的角度调整，避免出现切割死角。也无需将激光切割机整体停下，然后手动去进行调整，以此提高了切割工作的流畅性。
41.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的精神和范围。