專利名稱：多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光加工裝置，尤其是一種多軸數(shù)控、雙工作臺激 光加工裝置。
背景技術(shù)：
目前的激光加工裝置的工作原理是激光器發(fā)射激光，加工件在含監(jiān)控設(shè) 備的數(shù)控系統(tǒng)控制隨二維工作臺按預(yù)存程序作平面移動，到達激光給定處時， 激光自動擊發(fā)，進行加工。因此現(xiàn)有技術(shù)不能進行三維加工，無法實現(xiàn)復(fù)雜 的加工工序。還有目前的激光加工裝置通常只設(shè)置有一個加工平臺，無法在 一套激光加工裝置中實現(xiàn)激光熔覆、熱處理、焊接和切割等工序。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種多軸數(shù)控、雙工作臺激光 加工裝置，以解決現(xiàn)有激光加工裝置所存在的諸多技術(shù)問題。
本實用新型所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn) 一種多 軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，包括
一機床床身，
安裝在機床床身上的激光器電源以及對所述的激光器電源實施冷卻的 冷水機組；
設(shè)置在機床床身上的激光器；其特征在于，還包括-
設(shè)置在機床床身上的用于激光焊接、切割加工的第一四軸數(shù)控工作臺和 用于激光熔覆、熱處理加工的第二四軸數(shù)控工作平臺；
設(shè)置在第一四軸數(shù)控工作臺上的第一激光加工頭和設(shè)置在第二四軸數(shù) 控工作臺上的第二激光加工頭；
所述激光器發(fā)出的激光通過激光外光路輸送至第一激光加工頭和第二 激光加工頭。
本實用新型的激光外光路還包含一能將所述的激光器發(fā)出的同一束激 光分別切換到所述的第一激光加工頭或第二激光加工頭的雙路光束導(dǎo)向單 元。
本實用新型的第一四軸數(shù)控工作臺包括一設(shè)置在機床床身上的固定式操
作平臺， 一設(shè)置在X、 Y軸十字滑臺之上的移動式龍門架，設(shè)置在移動式龍門 架上Z軸直線運動機構(gòu)；所述的第一激光加工頭可拆卸地安裝在所述的Z軸 直線運動機構(gòu)上；在所述固定式操作平臺上安裝有可拆卸的切割箱和可拆卸 的實現(xiàn)A軸運動的立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺，在所述立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺上設(shè)置 有工件夾具。
本實用新型的第二四軸數(shù)控工作臺包括一設(shè)置在X、Y軸十字滑臺之上的 移動式操作平臺，設(shè)置在機床床身上的固定式龍門架，可拆卸地設(shè)置在移動 式操作平臺上并能實現(xiàn)A軸運動的立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺，在所述立、臥兩用 數(shù)控轉(zhuǎn)臺上設(shè)置有工件夾具；在所述固定式龍門架上設(shè)置有Z軸直線運動機 構(gòu)，所述的第二激光加工頭可拆卸地安裝在所述Z軸直線運動機構(gòu)上。
在本實用新型中，所述的X、 Y軸十字滑臺包括能實現(xiàn)X軸方向運動的X 軸直線運動機構(gòu)和實現(xiàn)Y軸方向運動的Y軸直線運動機構(gòu)，所述的X、 Y、 Z 軸直線運動機構(gòu)為由伺服電機驅(qū)動的精密滾珠絲杠運動機構(gòu)或精密直線導(dǎo)軌 運動機構(gòu)。
在本實用新型中，所述的第一、第二激光加工頭為透射聚焦激光加工頭 或反射聚焦激光加工頭；所述的透射聚焦激光加工頭主要用于激光切割或焊 接加工，所述的反射聚焦激光加工頭主要用于激光焊接、熔覆、熱處理加工。
本實用新型所述的反射聚焦激光加工頭配置有同軸送粉裝置或側(cè)向送粉 裝置，以實現(xiàn)激光熔覆。
本實用新型的所述的反射聚焦激光加工頭在用于激光熱處理和熔覆時采 用積分鏡聚焦方式。
本實用新型的所述的反射聚焦激光加工頭為可±90°數(shù)控偏轉(zhuǎn)的反射聚焦 激光加工頭。為保證±90°數(shù)控偏轉(zhuǎn)的反射聚焦激光加工頭在第一四軸數(shù)控工 作臺與第二四軸數(shù)控工作臺之間互換使用，所述的土90。數(shù)控偏轉(zhuǎn)的反射聚焦 激光加工頭需要額外配置有一套西門子公司的伺服驅(qū)動器。
所述的透鏡聚焦激光加工頭為具有Z向自動聚焦功能和高度跟蹤功能的
透鏡聚焦激光加工頭。
本實用新型所述的第一四軸數(shù)控工作臺的行程范圍大于所述的第二四軸 數(shù)控工作臺的行程范圍。
本實用新型的激光加工裝置采用行程范圍一大、 一小均為四軸數(shù)控的雙 工作臺，較小的工作臺主要用于激光熔覆、熱處理試驗研究、應(yīng)用，較大的 工作臺主要用于激光焊接、切割等研究、應(yīng)用。針對不同的研究、應(yīng)用，該 系統(tǒng)可以通過激光外光路的雙路光束導(dǎo)向單元方便地將同一束C02激光分別 快速地切換到所需的工作臺，因此本實用新型與現(xiàn)有的激光加工裝置相比， 能實現(xiàn)三維加工和多工序加工。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)簡視圖。
圖2為本實用新型的原理示意圖。
具體實施方式

以下，參照附圖詳細說明本實用新型的優(yōu)選實施例。在此之前需要說明 的是，本說明書及權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語或詞語不能限定解釋為通常的 含義或辭典中的含義，而應(yīng)當(dāng)立足于為了以最佳方式說明其實用新型實用新 型人可以對術(shù)語的概念進行適當(dāng)定義的原則解釋為符合本實用新型技術(shù)思想 的含義和概念。隨之，本說明書所記載的實施例和附圖中表示的結(jié)構(gòu)只是本 實用新型最佳實施例之一，并不能完全代表本實用新型的技術(shù)思想，因此應(yīng) 該理解到對于本實用新型而言可能會存在能夠進行替換的各種等同物和變形 例。
參見圖1和圖2， 一種多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，包括機床床 身1，在機床床身1上安裝有激光器電源2和冷水機組3，激光器電源2和冷 水機組3與現(xiàn)有的激光器電源和冷水機組相同，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉， 在此不在重復(fù)描述。
在機床床身1上安裝有激光器4，激光器4為目前常規(guī)使用的C02激光器。 本實用新型的特點是在機床床身1上安裝有雙工作臺， 一個工作臺為用于激 光焊接、切割加工的第一四軸數(shù)控工作臺5，另一個工作臺為用于激光熔覆、
熱處理加工的第二四軸數(shù)控工作平臺6，第一四軸數(shù)控工作臺5的行程范圍
要比第二四軸數(shù)控工作臺6的行程范圍大一些，這樣行程范圍較小的第二四 軸數(shù)控工作臺6可以用于激光熔覆、熱處理的試驗研究和應(yīng)用。
第一四軸數(shù)控工作臺5的設(shè)計方案采用"動光式"的基本結(jié)構(gòu)，即被加 工的工件不在X、 Y、 Z軸三個方向上移動，僅在A軸方向做旋轉(zhuǎn)運動，而激 光束做X、 Y、 Z軸方向運動。在這樣的設(shè)計思路下，第一四軸數(shù)控工作臺5 包括一設(shè)置在機床床身1上的固定式操作平臺51，實現(xiàn)X、Y軸方向運動的X、 Y軸十字滑臺52安裝在機床床身1上，在X、 Y軸十字滑臺52上安裝有移動 式龍門架53，這樣移動式龍門架53就可以由X、 Y軸十字滑臺52帶動實現(xiàn)X 和Y軸方向的移動。在移動式龍門架53上安裝有Z軸直線運動機構(gòu)54，在Z 軸直線運動機構(gòu)54上采用可拆卸方式安裝有第一激光加工頭55，這樣第一 激光加工頭55的運動軌跡在X、 Y軸十字滑臺52和Z軸運動機構(gòu)54的帶動 下實現(xiàn)X、 Y、 Z軸三個方向上移動。
在固定式操作平臺51上安裝有可拆卸的切割箱和可拆卸的實現(xiàn)A軸運動 的立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺，在立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺上設(shè)置有工件夾具，所要焊 接的工件夾在工件夾具上。立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺可帶動所要焊接的工件實現(xiàn) A軸的旋轉(zhuǎn)，并可定位于任一角度。
第二四軸數(shù)控工作臺6的設(shè)計方案采用"定光式"的基本結(jié)構(gòu)，即所要 進行激光熔覆、熱處理的工件能實現(xiàn)X、 Y軸兩個方向的移動和A軸方向的旋 轉(zhuǎn)，激光束僅能沿Z軸方向的上、下移動。在這樣的設(shè)計思路下，第二四軸 數(shù)控工作臺包括一個安裝在機床床身1上的X、 Y軸十字滑臺61，在X、 Y軸 十字滑臺61上安裝有移動式操作平臺62，這樣移動式操作平臺62即可實現(xiàn) X、 Y軸兩個方向的移動，在移動式操作平臺62上可拆卸地安裝有立、臥兩 用數(shù)控轉(zhuǎn)臺，在立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺上設(shè)置有工件夾具，所要進行激光熔覆、 熱處理的工件夾在工件夾具上。立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺可帶動所要進行激光熔 覆、熱處理的工件實現(xiàn)A軸的旋轉(zhuǎn)，并可定位于任一角度。這樣所要進行激 光熔覆、熱處理的工件的運動軌跡在X、 Y軸十字滑臺61和立、臥兩用數(shù)控 轉(zhuǎn)臺的帶動下實現(xiàn)X、 Y、 A軸三個方向上的移動和旋轉(zhuǎn)。
在機床床身1上固定安裝有固定式龍門架63，在固定式龍門架63上安 裝有Z軸直線運動機構(gòu)64，第二激光加工頭65可拆卸地安裝在Z軸直線運
動機構(gòu)64上。這樣第二激光加工頭65在Z軸直線運動機構(gòu)64的帶動下，實 現(xiàn)Z軸方向上的上、下移動。
上述的X、 Y軸十字滑臺52、 61采用能實現(xiàn)X軸方向運動的X軸直線運 動機構(gòu)和實現(xiàn)Y軸方向運動的Y軸直線運動機構(gòu)，所有的X、 Y、 Z軸直線運 動機構(gòu)均為由伺服電機驅(qū)動的精密滾珠絲杠運動機構(gòu)或精密直線導(dǎo)軌運動機 構(gòu)，以保證精度及可靠性。
在本實施例中，由伺服電機驅(qū)動的精密滾珠絲杠運動機構(gòu)或精密直線導(dǎo) 軌運動機構(gòu)為本領(lǐng)域所熟知，再此不再展開描述。
激光器發(fā)出的激光通過激光外光路輸送至第一激光加工頭55和第二激光 加工頭65以實施加工。在激光外光路中配置有雙路光束導(dǎo)向單元7，該雙路 光束導(dǎo)向單元7能將CCV激光器發(fā)出的同一束激光分別切換到第一激光加工 頭55或第二激光加工頭65上。
本實施例的激光外光路和雙路光束導(dǎo)向單元7中的光路偏轉(zhuǎn)的安裝及調(diào) 整用元件，以及所用的光學(xué)元件，如聚焦鏡、反射聚焦鏡、積分聚焦鏡、反 射鏡、圓偏振鏡等將采用KUGLER公司的產(chǎn)品，以保證可靠性。
第一激光加工頭55和第二激光加工頭65采用透射聚焦及反射聚焦兩種規(guī) 格的三種激光加工頭，前者主要用于激光切割，也可以用于焊接；后者主要 用于焊接和熔覆、熱處理，也可以用于切割。
在實現(xiàn)激光熔覆時，第二激光加工頭65采用反射聚焦激光加工頭，并配 置有同軸送粉裝置或側(cè)向送粉裝置，以實現(xiàn)同軸和側(cè)向送粉兩種形式用于激 光熔覆。
而當(dāng)反射聚焦激光加工頭在用于激光熱處理和熔覆時，最好采用積分鏡 聚焦方式進行聚焦。
透鏡聚焦激光加工頭為具有Z向自動聚焦功能和高度跟蹤功能的透鏡聚 焦激光加工頭，因此還可以作為簡單示教系統(tǒng)使用。
反射聚焦激光加工頭為可±90°數(shù)控偏轉(zhuǎn)的反射聚焦激光加工頭。為保證 土90。數(shù)控偏轉(zhuǎn)的反射聚焦激光加工頭在第一四軸數(shù)控工作臺5與第二四軸數(shù) 控工作臺6之間互換使用，±90°數(shù)控偏轉(zhuǎn)的反射聚焦激光加工頭需要額外配 置有一套西門子公司的伺服驅(qū)動器。
本實施例中的各種激光加工頭之間能夠方便的實現(xiàn)快速準確互換，拆卸并
重新安裝后不需要重新調(diào)整外光路<
權(quán)利要求1.一種多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，包括一機床床身，安裝在機床床身上的激光器電源以及對所述的激光器電源實施冷卻的冷水機組；設(shè)置在機床床身上的激光器；其特征在于，還包括設(shè)置在機床床身上的用于激光焊接、切割加工的第一四軸數(shù)控工作臺和用于激光熔覆、熱處理加工的第二四軸數(shù)控工作平臺；設(shè)置在第一四軸數(shù)控工作臺上的第一激光加工頭和設(shè)置在第二四軸數(shù)控工作臺上的第二激光加工頭；所述激光器發(fā)出的激光通過激光外光路輸送至第一激光加工頭和第二激光加工頭。
2. 如權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在 于，所述的激光外光路還包含一能將所述的激光器發(fā)出的同一束激光分別切 換到所述的第一激光加工頭或第二激光加工頭的雙路光束導(dǎo)向單元。
3. 如權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在于， 所述的第一四軸數(shù)控工作臺包括一設(shè)置在機床床身上的固定式操作平臺，一 設(shè)置在X、 Y軸十字滑臺之上的移動式龍門架，設(shè)置在移動式龍門架上Z軸直 線運動機構(gòu)；所述的第一激光加工頭可拆卸地安裝在所述的Z軸直線運動機 構(gòu)上；在所述固定式操作平臺上安裝有可拆卸的切割箱和可拆卸的實現(xiàn)A軸 運動的立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺，在所述立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺上設(shè)置有工件夾具。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征 在于，所述的第二四軸數(shù)控工作臺包括一設(shè)置在X、 Y軸十字滑臺之上的移動 式操作平臺，設(shè)置在機床床身上的固定式龍門架，可拆卸地設(shè)置在移動式操 作平臺上并能實現(xiàn)A軸運動的立、臥兩用數(shù)控轉(zhuǎn)臺，在所述立、臥兩用數(shù)控 轉(zhuǎn)臺上設(shè)置有工件夾具；在所述固定式龍門架上設(shè)置有Z軸直線運動機構(gòu)， 所述的第二激光加工頭可拆卸地安裝在所述Z軸直線運動機構(gòu)上。
5. 如權(quán)利要求4所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在于， 所述的X、Y軸十字滑臺包括能實現(xiàn)X軸方向運動的X軸直線運動機構(gòu)和實現(xiàn) Y軸方向運動的Y軸直線運動機構(gòu)，所述的X、 Y、 Z軸直線運動機構(gòu)為由伺 服電機驅(qū)動的精密滾珠絲杠運動機構(gòu)或精密直線導(dǎo)軌運動機構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求4所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在于， 所述的第一、第二激光加工頭為透射聚焦激光加工頭或反射聚焦激光加工頭; 所述的透射聚焦激光加工頭主要用于激光切割或焊接加工，所述的反射聚焦 激光加工頭主要用于激光焊接、熔覆、熱處理加工。
7. 如權(quán)利要求6所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在于， 所述的反射聚焦激光加工頭配置有同軸送粉裝置或側(cè)向送粉裝置，以實現(xiàn)激 光熔覆。
8. 如權(quán)利要求6所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在于， 所述的反射聚焦激光加工頭在用于激光熱處理和熔覆時采用積分鏡聚焦方 式。
9. 如權(quán)利要求6所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在于， 所述的反射聚焦激光加工頭為可士90。數(shù)控偏轉(zhuǎn)的反射聚焦激光加工頭。
10. 如權(quán)利要求9所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在 于，所述的±90°數(shù)控偏轉(zhuǎn)的反射聚焦激光加工頭需要額外配置有一套西門子 公司的伺服驅(qū)動器。
11. 如權(quán)利要求6所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在 于，所述的透鏡聚焦激光加工頭為具有Z向自動聚焦功能和高度跟蹤功能的 透鏡聚焦激光加工頭。
12. 如權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，其特征在 于，所述的第一四軸數(shù)控工作臺的行程范圍大于所述的第二四軸數(shù)控工作臺 的行程范圍。
專利摘要一種多軸數(shù)控、雙工作臺激光加工裝置，包括機床床身，安裝在機床床身上的激光器電源以及對所述的激光器電源實施冷卻的冷水機組；設(shè)置在機床床身上的激光器；其還包括設(shè)置在機床床身上的用于激光焊接、切割加工的第一四軸數(shù)控工作臺和用于激光熔覆、熱處理加工的第二四軸數(shù)控工作平臺；設(shè)置在第一四軸數(shù)控工作臺上的第一激光加工頭和設(shè)置在第二四軸數(shù)控工作臺上的第二激光加工頭；所述激光器發(fā)出的激光通過激光外光路輸送至第一激光加工頭和第二激光加工頭。本實用新型可以通過激光外光路的雙路光束導(dǎo)向單元方便地將同一束CO₂激光分別快速地切換到所需的工作臺，因此本實用新型與現(xiàn)有的激光加工裝置相比，能實現(xiàn)三維加工和多工序加工。
文檔編號B23Q1/25GK201186370SQ20082005595
公開日2009年1月28日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者鋼 吳, 宓為建, 蕾 洪 申請人:上海海事大學(xué)