一种多轴高速运动激光加工设备

技术领域

本发明涉及激光加工设备的技术领域，尤其是涉及一种多轴高速运动激光加工设备。

背景技术

激光加工设备是通过利用光学件将光源发出的激光光束照射加工工件，对加工工件实行标记、冲孔、切割等加工作业的装置，近年来，激光加工技术因其加工效率高、无机械接触、易于实现自动化等一系列优点，在工业领域正得到越来越广泛的应用。

现有如授权公告号CN209503257U的中国专利所公开的一种多轴联动激光加工中心，包括工作台、输送装置、激光器和安装架，所述输送装置和安装架均安装于工作台的台面，安装架包括固定于工作台四个角的四个立柱和安装在四个立柱之间的四个横梁，四个横梁之间设有十字相交的两个丝杆以及通过螺纹连接于两个丝杆的安装座，丝杆的两端分别通过滑块滑动安装在相对的两个横梁上，每个丝杆由一个驱动电机驱动转动；所述激光器固定在安装座的底面。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述方案中的激光加工装置针对被加工工件只能进行单一的加工，如只在工件上加工孔、加工表面或其他加工，当工件具有多层复杂的构造时，每种特殊的构造或形状都需要进行单独加工，使得加工的繁琐程度大大提高，影响了生产效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种多轴高速运动激光加工设备，其具有提高加工效率的优点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种多轴高速运动激光加工设备，包括机架，所述机架上设置有大理石基座，所述大理石基座上设置有加工平台，其特征在于：所述加工平台竖直方向的上方设置有平行于加工平台的大理石横梁，所述大理石横梁两端与机架固定连接，所述大理石横梁的两侧面上均设置有两道互相平行的第一X轴负载导轨和第二X轴负载导轨，所述第一X轴负载导轨的长度方向与大理石横梁的长度方向一致，所述第一X轴负载导轨位于第二X轴负载导轨的上方，所述第一X轴负载导轨内滑动设置有第一激光加工切割头和第一飞行光路激光折射器，所述第二X轴负载导轨内滑动设置有第二激光加工切割头和第二飞行光路激光折射器，所述第一飞行光路激光折射器和第二飞行光路激光折射器分别位于第一激光加工切割头和第二激光加工切割头的不同侧，所述大理石横梁上设置有用于驱使第一激光加工切割头、第二激光加工切割头、第一飞行光路激光折射器、第二飞行光路激光折射器移动的多个X轴直线电机；

所述大理石基座上设置有多道Y轴负载导轨，所述Y轴负载导轨的长度方向垂直于大理石横梁的长度方向设置，所述加工平台与Y轴负载导轨滑动连接，所述大理石基座上还设置有用于驱动加工平台移动的多个Y轴直线电机；

还包括设置在大理石横梁两端的用于发射激光的第一激光反射装置和第二激光反射装置。

通过采用上述技术方案，在激光加工的过程中，多个激光反射装置发射出激光，在经过第一飞行光路激光折射器、第二飞行光路激光折射器的折射后照射到第一激光加工切割头和第二激光加工切割头上，从而对放置在加工平台上的待加工工件进行加工。本发明采用了四轴多导轨的设计方式，借助了互不干涉的四个激光加工切割头，使得在加工过程中四轴可以独立进行加工，在同一台设备上可以同时实现多种激光工艺，极大提高设备的加工效率和工艺功能的多样化。

本发明进一步设置为：所述第一激光反射装置包括设置在机架上的第一激光发射器、设置在所述第一激光发射器前端的第一扩束镜和第一整形装置、设置在第一扩束镜前的第一反射镜以及设置在第一X轴负载导轨一端的第一反射器，所述第一激光反射装置、第一扩束镜、第一整形装置、第一反射镜位于同一直线上，所述第一反射器位于第一反射镜竖直方向的上方，所述第一激光加工切割头位于第一反射器与第一飞行光路激光折射器之间。

通过采用上述技术方案，第一激光发射器发出激光光束通过第一扩束镜扩束后到达第一整形装置位置，第一整形装置对激光光束进行光束质量整形，优化后的激光光束经过第一反射镜反射，垂直达到第一反射器所在位置，经过第一反射器的折射激光光束水平达到第一飞行光路激光折射器位置，并通过第一飞行光路激光折射器反射至第一激光加工切割头。

本发明进一步设置为：所述第二激光反射装置包括设置在机架上的第二激光发射器、设置在所述第二激光发射器前端的第二扩束镜和第二整形装置、设置在第二扩束镜前的第二反射镜以及设置在第二X轴负载导轨一端的第二反射器，所述第二激光反射装置、第二扩束镜、第二整形装置、第二反射镜位于同一直线上，所述第二反射器位于第二反射镜竖直方向的上方，且所述第二反射器位于第二X轴负载导轨远离第一反射器的一端，所述第二激光加工切割头位于第二反射器与第二飞行光路激光折射器之间。

通过采用上述技术方案，第二激光发射器发出激光光束通过第二扩束镜扩束后到达第二整形装置位置，第二整形装置对激光光束进行光束质量整形，优化后的激光光束经过第二反射镜反射，垂直达到第二反射器所在位置，经过第二反射器的折射激光光束水平达到第二飞行光路激光折射器位置，并通过第二飞行光路激光折射器反射至第二激光加工切割头。

本发明进一步设置为：所述第一整形装置和第二整形装置均为快门式光束整形装置。

通过采用上述技术方案，采用快门式光束整形装置使得激光在照射时可以快速地调整激光的光斑大小，从而快速优化激光光束质量，能够达到快速控制激光切割时的焦点大小及加工深度的效果，进一步提高了加工效率。

本发明进一步设置为：所述第一飞行光路激光折射器的运动速度为第一激光加工切割头的50％，所述第二飞行光路激光折射器的运动速度为第二激光加工切割头的50％。

通过采用上述技术方案，使得飞行光路激光折射器、激光加工切割头与激光反射装置间的相对距离始终保持不变，使得激光飞行光路路程始终不变，提高了激光的稳定性，从而提高了产品加工的质量。

本发明进一步设置为：所述第一X轴负载导轨和第二X轴负载导轨的两端均设置有限位板，所述限位板垂直于大理石横梁设置。

通过采用上述技术方案，借助限位板对在X轴负载导轨上滑动的飞行光路激光折射器、激光加工切割头进行限制，减小飞行光路激光折射器、激光加工切割头从负载导轨上滑出的可能性，提高了安全性能。

本发明进一步设置为：所述加工平台包括上层板、下层板以及设置在上层板与下层板之间的中间层，所述上层板和下层板均为硬质强化铝板，所述中间层为镂空的龙骨架。

通过采用上述技术方案，上层板提高了加工平台的平面度，使得加工过程中的待加工工件的稳定性更强，而镂空的龙骨架降低了加工平台的整体重量，使得加工过程中加工平台惯性更小、稳定性更高，也减轻了Y轴直线电机的性能要求。

本发明进一步设置为：所述上层板和下层板上均开设有若干吸孔。

通过采用上述技术方案，在将待加工工件放置在加工平台上后，透过吸孔对待加工工件产生吸力，使得待加工工件被吸附在上层板上，减小待加工工件在加工过程中发生移位的可能。

本发明进一步设置为：所述加工平台支撑结构受力点采用力学黄金分割。

通过采用上述技术方案，满足力学黄金分割的支撑结构使得在承受重力压迫时，加工平台的受力更加均匀，提高了加工平台整体的稳定性，使得加工平台可以放置在更多不同的环境中，扩大了加工设备的适用范围。

本发明进一步设置为：所述大理石基座的下方设置有钣金结构底座，所述钣金结构底座包括多根方管，多根所述方管上下纵横交错设置。

通过采用上述技术方案，上下纵横交错设置的方管在保证了钣金结构底座的承重能力的同时，降低了钣金结构底座的重量，使得加工设备的整体重量降低，从而使得加工设备可以放置在高层生产加工厂房内，扩大了加工设备的适用范围。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.采用了四轴多导轨的设计方式，借助了互不干涉的四个激光加工切割头，使得在加工过程中四轴可以独立进行加工，在同一台设备上可以同时实现多种激光工艺，极大提高设备的加工效率和工艺功能的多样化；

2.采用快门式光束整形装置使得激光在照射时可以快速地调整激光的光斑大小，从而快速优化激光光束质量，能够达到快速控制激光切割时的焦点大小及加工深度的效果，进一步提高了加工效率；

3.将飞行光路激光折射器的速度设置为激光加工切割头的50％，使得飞行光路激光折射器、激光加工切割头与激光反射装置间的相对距离始终保持不变，使得激光飞行光路路程始终不变，提高了激光的稳定性，从而提高了产品加工的质量；

4.在大理石基座下方设置钣金结构底座，且钣金结构底座由上下纵横交错设置的方管制成，在保证了钣金结构底座的承重能力的同时，降低了钣金结构底座的重量，使得加工设备的整体重量降低，从而使得加工设备可以放置在高层生产加工厂房内，扩大了加工设备的适用范围。

附图说明

图1是多轴高速运动激光加工设备的整体结构示意图；

图2是加工平台的爆炸图；

图3是第一激光反射装置和第二激光反射装置的结构示意图；

图4是图3中A部分的放大示意图。

图中，1、机架；2、大理石基座；3、加工平台；31、上层板；311、吸孔；32、中间层；33、下层板；34、Y轴负载导轨；35、Y轴直线电机；4、大理石横梁；5、第一X轴负载导轨；51、第一激光加工切割头；52、第一飞行光路激光折射器；53、限位板；6、第二X轴负载导轨；61、第二激光加工切割头；62、第二飞行光路激光折射器；7、X轴直线电机；8、第一激光反射装置；81、第一激光发射器；82、第一扩束镜；83、第一整形装置；84、第一反射镜；85、第一反射器；9、第二激光反射装置；91、第二激光发射器；92、第二扩束镜；93、第二整形装置；94、第二反射镜；95、第二反射器；10、钣金结构底座；101、方管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种多轴高速运动激光加工设备，包括机架1，机架1底端设置有钣金结构底座10，钣金结构底座10由若干上下纵横交错的方管101组成，钣金结构底座10的上端面上放置有大理石基座2，大理石基座2的上端面上固定有多道Y轴负载导轨34，多道Y轴负载导轨34均沿大理石基座2的长度方向设置，多道Y轴负载导轨34的上方滑动连接有矩形的加工平台3，加工平台3的下端面平行于大理石基座2的上端面，大理石基座2上还设置有用于驱动加工平台3移动的多个Y轴直线电机35。

参照图2，加工平台3包括从上至下依次设置的上层板31、中间层32和下层板33，上层板31和下层板33均为硬质强化铝板，中间层32为镂空的矩形的龙骨架，且加工平台3支撑结构受力点采用力学黄金分割。上层板31提高了加工平台3的平面度，使得加工过程中的待加工工件的稳定性更强，而镂空的龙骨加强筋降低了加工平台3的整体重量，使得加工过程中加工平台3惯性更小、稳定性更高，也减轻了Y轴直线电机35的性能要求。在本实施例中，上层板31与下层板33的尺寸均为2500*1500mm，大尺寸的加工平台3使得本设备可以加工较大尺寸的工件，增大了设备的适用范围。

参照图2，上层板31和下层板33上均开设有若干吸孔311，在进行激光加工的过程中，可以外接真空发生装置，从而对加工平台3抽真空，使得待加工工件被吸附在上层板31上，减小了待加工工件在加工过程中发生移位的可能。

参照图1和图3，加工平台3竖直方向的上方设置有长条状的大理石横梁4，大理石横梁4的长度方向垂直于Y轴负载导轨34的长度方向，大理石横梁4的两端与机架1固定连接，大理石横梁4的两侧面上均固定连接有第一X轴负载导轨5和第二X轴负载导轨6，第一X轴负载导轨5和第二X轴负载导轨6互相平行且均沿大理石横梁4的长度方向设置，第一X轴负载导轨5位于第二X轴负载导轨6的上方，第一X轴负载导轨5和第二X轴负载导轨6的两端均设置有限位板53。

参照图1和图3，第一X轴负载导轨5上滑动连接有第一激光加工切割头51和第一飞行光路激光折射器52，第一飞行光路激光折射器52位于第一激光加工切割头51的左侧，第一X轴负载导轨5的右端固定有第一反射器85，第一反射器85竖直方向的下方设置有第一反射镜84，第一反射镜84与机架1固定连接，第一反射镜84一侧依次设置有第一整形装置83、第一扩束镜82、第一激光发射器81，第一整形装置83、第一扩束镜82、第一激光发射器81均与机架1固定连接。

参照图1和图3，第二X轴负载导轨6上滑动连接有第二激光加工切割头61和第二飞行光路激光折射器62，第二飞行光路激光折射器62位于第二激光加工切割头61的右侧，第二X轴负载导轨6的左端固定有第二反射器95，第二反射器95竖直方向的下方设置有第二反射镜94，第二反射镜94与机架1固定连接，第二反射镜94一侧依次设置有第二整形装置93、第二扩束镜92、第二激光发射器91，第二整形装置93、第二扩束镜92、第二激光发射器91均与机架1固定连接。

参照图1，大理石横梁4上还设置有分别用于驱使的第一激光加工切割头51、第二激光加工切割头61、第一飞行光路激光折射器52、第二飞行光路激光折射器62移动的多个X轴直线电机7，且第一飞行光路激光折射器52的运动速度为第一激光加工切割头51的50％，第二飞行光路激光折射器62的运动速度为第二激光加工切割头61的50％，将飞行光路激光折射器的速度设置为激光加工切割头的50％，使得飞行光路激光折射器、激光加工切割头与激光反射装置间的相对距离始终保持不变，使得激光飞行的光路路程始终不变，提高了激光的稳定性，从而提高了产品加工的质量。

参照图3和图4，第一整形装置83和第二整形装置93均为快门式光束整形装置，采用快门式光束整形装置使得激光在照射时可以快速地调整激光的光斑大小，从而快速优化激光光束质量，能够达到快速控制激光切割时的焦点大小及加工深度的效果，进一步提高了加工效率。

本实施例的实施原理为：在激光加工的过程中，多个激光反射装置发射出激光，在经过第一飞行光路激光折射器52、第二飞行光路激光折射器62的折射后照射到第一激光加工切割头51和第二激光加工切割头61上，从而对放置在加工平台3上的待加工工件进行加工。本发明采用了四轴多导轨的设计方式，借助了互不干涉的四个激光加工切割头，使得在加工过程中四轴可以独立进行加工，在同一台设备上可以同时实现多种激光工艺，极大提高设备的加工效率和工艺功能的多样化。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。