[发明专利]一种带有刀柄的激光加工机构

说明书

技术领域

本发明属于激光加工应用领域，特别涉及一种带有刀柄的激光加工机构。

背景技术

激光加工是一种被日益广泛应用的非接触式加工方法，它是利用高功率密度激光束作用于工件，将其加热、熔化或气化从而实现切割、焊接、硬化、熔覆、变形或划线等加工目的。一个完整的激光加工系统包括控制系统，激光器，导光系统，多轴联动数控机床或机器人以及激光加工头等。

现有的激光加工机床是激光器和多轴联动数控机床或机器人的组合系统，其中激光器一般为CO₂激光器、Nd:YAG激光器和光纤激光器。此前大部分激光加工机床都是采用CO₂激光器，由于其导光系统必须采用光学镜片等所谓“硬光路系统”传输，故其导光系统与多轴联动数控机床主轴运动机构平行，则激光加工头一般是通过固定架安装在主轴运动执行机构上。加工头的这种安装方法，决定了激光加工机床的专门化。专利申请号为200810034265.8的发明专利“多轴数控、双工作台激光加工系统”报告了这种CO₂激光加工专用机床。与CO₂激光器不同，Nd:YAG激光器可采用光纤传输。但目前行业领域内Nd:YAG激光加工机床也是作为激光加工专用机床，专利申请号为200510122655.7的发明专利“一种新型激光加工机床”和专利申请号为201010240139.5的发明专利“一种五轴联动激光加工机床”报告了Nd:YAG激光器利用光纤传输方式与多轴联动数控机床组合的激光加工专用机床。光纤激光器由于其光传输过程的柔性化特性，使其既可与机器人也可与多轴联动数控机床相结合，组成专业的激光加工机床。专利申请号为201010528434.0的发明专利“一种多轴数控激光加工装置”即报告了一种光纤激光器与多轴数控机床以及多关节机器人三者组合的激光加工专用机床。

迄今为止，激光加工机床正在工业中得到越来越广泛的应用。但大部分激光加工机床都是根据激光加工功能，设计专用的激光加工机床，形成独立的特种加工机床体系，不具备的传统机械加工的切削、铣削加工功能，而且价格昂贵。现有的激光加工机床还存在以下问题：

1.零部件加工范围、加工精度有限：大幅面加工主要限于平面激光切割机。三维激光加工机床，特别是高精度三维激光加工机床，尺寸范围都相对较小，目前在工业中的应用范围有限。制约其发展的最主要因素可能是设备成本过高，一般企业难以接受；

2.激光加工机床和常规多轴联动数控机床这两类设备部分功能相同，部分功能互补。如果能够将两者结合起来运用，或者将一台机床经过改造、整合后具备两台机床的功能，将会受到企业的特别欢迎。但是，目前国内外却没有见到与常规多轴联动数控机床如龙门铣相结合的、集成有机械加工/激光加工功能的大型设备。

针对激光加工机床存在的上述问题，本发明提出了将激光加工机床与常规多轴联动数控机床相组合的技术路线：将激光加工机构看成一把刀具，在激光加工机构上设有刀柄，取下多轴联动数控机床的主轴加工头，换成带有刀柄的激光加工机构，再利用光纤激光器的光传输特性，将激光束传输到该激光加工机构内。然后，通过专业设计的加工系统和软件作为控制系统，即可将常规的多轴联动数控机床快速转换为兼有激光加工功能的多功能机床。

这种带有刀柄的激光加工机构可以根据实际的工艺需要，将激光加工机构内的激光加工头设计为激光焊接加工头、激光切割加工头、激光熔覆加工头和激光热处理加工头等，从而实现激光焊接、切割和表面处理等特种加工功能。

将该激光加工机构与常规的多轴联动数控机床相结合，即可成为集冷加工、热加工为一体的高性能机床。该激光加工机构主要具有以下优点：

1.可以将常规的多轴联动数控机床快速转换为兼有激光加工功能的多功能机械加工/激光加工机床，不但大幅度扩展与增强了原有多轴联动数控机床的功能，而且可以有效提高设备的使用效率；

2.在完成特定零部件的机械加工工艺后，可以在不拆卸工件的前提下，通过快速更换该激光加工机构内的激光加工头，根据零部件的加工特点与要求，直接实现激光切割、焊接、熔覆、淬火等加工过程，有效节省加工工序，包括零部件的拆卸、清洗、对中等步骤，大幅度提高生产效率，降低生产成本；

3.该激光加工机构投入费用的增加有限，可以大幅度降低设备的购置成本，从而更好地利用当前资源，取得显著的经济效益好社会效益。

4.开启了一条高效利用现有高端数控加工机床等资源的新途径，使激光加工技术能够实现与常规多轴数控机床的成功嫁接，以有限的费用增加满足企业的重大、关键需求。

发明内容