专利名称：激光切割机管材旋转自动进给装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光切割设施技术领域，具体为一种激光切割机管材旋 转自动进给装置。
(二)
背景技术：
激光切割机是一种用激光束进行切割加工的设备，主要包括激光发生器、
扩束镜、聚焦镜、X-Y十字工作台、平面夹具或旋转夹具及其它相关控制单 元。激光束经由扩束镜后入射聚焦镜，平行入射的光束被聚焦在待切割材料 的表面、产生超强高温，烧熔、汽化或氧化被切割材料完成切割。旋转夹具 装夹待切割管材，旋转夹具的旋转运动带动管材转动，激光切割机对管材进 行精确地切割。激光切割管材主要应用于首饰、工艺品等行业，比如旋转 切割戒指等。
一般的激光切割机X-Y十字工作台行程为300mm 500mm，每次只能切割 长度小于X-Y十字工作台的行程的管材。因此在使用激光切割机切割管材时， 必须事先把较长的管材锯成为适合X-Y十字工作台的行程的较短的料，才能 装夹到激光切割机上进行操作。
常用的旋转夹具为三爪卡盘，每次装料要夹紧三爪卡盘固定管材，还要 进行对位，才能保证质量。同样，卸料又要松开三爪卡盘。每次装卸作业时 间长，劳动强度大，工序繁琐，工作效率低。
另外，每次装卸管材，都会产生余料和料头，随着装料、卸料和对位次 数的增加，所产生的废品、边角、余料和料头的数量也大大增加了，造成极 大的浪费，从而增加了产品成本。
如果要减少装料、卸料次数，就得增大X-Y十字工作台的行程。但加大 其行程，其体积也随之增大；且X-Y十字工作台要求精度高，加大行程、设 备成本将成倍增加。而且行程过大时，制作困难，也很难保证其定位精度。 因此，增大X-Y十字工作台的行程来解决切割管材的装卸问题是不现实的。
为了便于使用激光切割机切割管材需要设计可装夹长的管材并能旋转加 工、自动进给的装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种激光切割机管材旋转自动进给装置，能装 夹长的管材、旋转完成激光切割，并能自动进给。
本实用新型设计的激光切割机管材旋转自动进给装置包括激光切割机 和激光头、能沿着X轴和Y轴做平面移动的X-Y十字工作台、旋转夹具及其 相关气动和电动控制单元。激光切割机机架上固定的工作台安装底板上安装
有X-Y十字工作台，可调节的激光头安装于所述X-Y十字工作台上方，其旋
转夹具为旋转气动夹具，具有其内圈与伺服电机驱动连接的气动卡盘，本装 置还包括气动锁紧机构和支撑架。
支撑架位于激光切割机后方，框架式的支撑架上为支撑板，支撑板上有 至少一对支撑杆，横杆横向连接二支撑杆，横杆上有连接件，连接件中部有 可穿过待切割管材的孔。
气动锁紧机构安装于激光头后方，其固定架与X-Y十字工作台的X轴垂
直、其左右两端固定于本装置的外壳。固定架中部有大于待切割管材外径的 孔。固定架中孔左右各有一滑块，二滑块相对的面上分别有与待切割管材相 配合的凹槽，左右二滑块至少有一个与气缸活塞杆连接，在气缸驱动下二滑 块靠近。
旋转气动夹具前方是拖板，拖板后端的下方至少有一支撑轮，支撑轮位
于支撑板上。X-Y工作台上固定有工作台连接板，螺栓固定连接工作台连接 板和拖板前端。气动卡盘外壳与拖板固定连接。
本激光切割机管材旋转自动进给装置的使用方法为工作时，先调节支
撑架使支撑板与X-Y工作台的安装底板处于同一平面。气动锁紧机构的固定
架固定于激光切割机外壳。旋转气动夹具拖板的支撑轮置于支撑板上。气动 锁紧机构和气动卡盘均放松，待切割管材从后端依次穿过旋转气动夹具的气 动卡盘和锁紧机构的中孔。
气动卡盘卡紧管材，伺服电机带动气动卡盘内圈及待切割管材转动，激 光头完成切割。
一次切割完成后，启动激光切割机的X-Y工作台的电机，使工作台沿X 轴方向前进，位移距离为下一次切割的管材长度。工作台前移时其工作底板 拉着与之固定连接的旋转气动夹具的拖板一起前进，气动卡盘卡固的管材同 时进给。工作台位移到位后，气动锁紧机构再次锁紧管材，同时气动卡盘放
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松，工作台沿X轴后退归位，带动旋转气动夹具归位。此时再一次放松气动 锁紧机构、同时气动卡盘锁紧待切割管材。伺服电机动作，激光切割机进行 下一轮切割。
本实用新型激光切割机管材旋转自动进给装置的优点在于1、本装置 不受X-Y十字工作台行程的限制，能直接装夹长达6米或更长的整条管材， 并能连续不断地进行多次切割；减少装料、卸料、对位的次数和作业时间， 降低了作业人员的劳动强度，提高了工作效率；2、本装置的气动锁紧机构和 旋转气动夹具均由计算机控制的电机和气动阀实现运动，计算机可存储不同 长度的切割数据一次性完成多个切割任务；3、减少废品、边角、余料、料头 的数量，节约了管材原料，降低了产品成本；4、可实现一名作业人员同时操 作几台设备，大大降低了人工成本，生产效率明显提高。
图1为本激光切割机管材旋转自动进给装置实施例的整体结构示意图2为图1中支撑架的结构正视示意图3为图1中支撑架的结构左视示意图4为图1中气动锁紧机构的结构左视示意图5为图1中气动锁紧机构的结构俯视示意图6为图1中旋转气动夹具的结构正视示意图7为图1中旋转气动夹具的结构左视示意图8为图1中旋转气动夹具的结构俯视示意图。
图中标记为
1、激光切割机，2、工作台安装底板，3、 X-Y十字工作台，4、激光头， 5、气动锁紧机构，6、工作台连接板，7、拖板，8、旋转气动夹具，9、待切 割管材，10、支撑架；
5-1、固定架，5-2、调节螺丝，5-3、固定座，5-4、滑块，5-5、导向杆， 5-6、笔形气缸，5-7、调心板；
7- 1、支撑轮；
8- 1、空心主轴，8-2、锁紧螺母，8-3、轴承端盖，8-4、轴承座，8-5、 轴承，8-6、大滑座，8-7、固定片，8-8、气动卡盘，8-9、大滑块，8-10、 大调节螺丝，8-11、小调节螺丝，8-12、小滑座，8-13、小滑块，8-14、从 动同步轮，8-15、大加强筋，8-16、伺服电机，8-17、小加强筋，8-18、主
7动同步轮，8-19、同步皮带；
10-1、支撑腿，10-2、支撑板，10-3、支撑杆，10-4、支撑脚，10-5、 横杆，10-6、连接件。
具体实施方式
本激光切割机管材旋转自动进给装置实施例的整体结构如图l所示，包 括激光切割机1和激光头4、能沿着X轴和Y轴做平面移动的X-Y十字工 作台3、旋转夹具及其相关气动和电动控制单元。激光切割机1机架上固定 的工作台安装底板2上安装有X-Y十字工作台3，可调节的激光头4安装于 所述X-Y十字工作台3上方，其旋转夹具为旋转气动夹具8，旋转气动夹具8 的气动卡盘8-8内圈与伺服电机8-16驱动连接；本装置还包括气动锁紧机构 5和支撑架10。
支撑架10位于激光切割机1后方，本例中支撑架的具体结构如图2和3 所示，三对支撑腿10-1构成框架，其上为支撑板10-2，两对支撑腿10-1伸 到支撑板10-2上方为两对支撑杆10-3， 二横杆10-5分别横向连接两对支撑 杆10-3，横杆10-5上有连接件10-6，连接件10-6中部有可穿过待切割管材 9的孔，管材在孔内可自由转动。连接件10-6的孔上有定位螺丝，可卡紧待 切割管材，防止管材滚动，但其内的管材仍转动自如。支撑腿10-1底端为可 调节高度的支撑脚10-4，以保证支撑板10-2的水平。支撑架10支撑着待切 割管材9。
气动锁紧机构5位于激光头4的后方，其结构如图4和5所示。其固定架 5-1与X-Y十字工作台3的X轴垂直、其左右两端固定于本装置的外壳11。 固定架5-1前侧面上左右各固定有一竖直的固定座5-3。调心板5-7上有内 径大于待切割管材9外径的孔，固定架5-1中部的孔大于调心板5-7的孔。 调心板5-7固定于固定架5-1的后侧面上，二者的孔中心相重合。固定架5-1 中孔前侧面左右各有一滑块5-4，左右二滑块5-4相对的面上分别有与待切 割管材9相配合的凹槽，左右二滑块5-4穿在与固定架5-1长轴方向一致的 二导向杆5-5上，导向杆5-5两端分别固定于左右固定座5-3。左侧固定座 5-3上有调节螺丝5-2，其底端连接左侧的滑块5-4，其顶端有锁紧螺母。笔 形气缸5-6缸筒固定于固定架5-1前侧面，笔形气缸5-6的活塞杆顶端穿过 固定座5-3连接右侧的滑块5-4，调节螺丝5-2和笔形气缸5-6活塞活动方 向与导向杆5-5平行。待切割管材插入调心板5-7、固定架5-1的孔并从二滑块5-4之间穿过， 装夹时，拧动调节螺丝，使左侧的滑块5-4在导向杆5-5上向中心滑动，直 至与待切割管材9接触；启动笔形气缸5-6，使右侧的滑块5-4在气缸的推 动下，在导向杆5-5上向中心滑动，至夹紧待切割管材9。向内或向外拧动 调节螺丝5-2进行调节，至待切割管材9的中心与调心板5-7的孔中心重合， 紧固调节螺丝5-2上的锁紧螺母。调心板防止管材在旋转时偏心，影响切割。
如图1所示，旋转气动夹具8位于气动锁紧机构5后方。旋转气动夹具 8前方为拖板7，拖板7后端的下方至少有一对支撑轮7-1，支撑轮7-l置于 支撑架10的支撑板10-2上。X-Y十字工作台3上固定有工作台连接板6，螺 栓固定连接工作台连接板6和拖板7前端。旋转气动夹具8的具体结构如图 6 8所示，两条大加强筋8-15经螺栓固定连接大滑座8-6和拖板7，两条小 加强筋8-17经螺栓固定连接小滑座8-12和拖板7。大小二滑座8-6、 8_12 的前表面处于同一平面上。轴承8-5装在轴承座8-4内，可加装轴承端盖8-3。 空心主轴8-1穿过轴承8-5内圈二者为紧配合。大滑块8-9中心有大于空心 主轴8-l外径的中心孔，空心主轴8-1后端插入该中心孔，大滑块8-9嵌入 大滑座8-6，空心主轴8-1轴线与X-Y十字工作台3的X轴方向一致。大滑 座8-6上有竖直的、下端连接大滑块8-9的大调节螺丝8-10，上下旋动大调 节螺丝8-10带动大滑块8-9在大滑座8-6内上下滑动。空心主轴8-1后端套 装气动卡盘8-8内圈。固定片8-7固定连接气动卡盘8-8外圈和轴承座8-4 或设备外壳ll。空心主轴8-1前端套装轴套，其上安装从动同步轮8-14，平 键固定连接从动同步轮8-14和空心主轴8-1，并用锁紧螺母8-2紧固。小滑 座8-12内有小滑块8-13，小滑块8-13有大于伺服电机8-16轴外径的中心 孔，小滑块8-13固定连接伺服电机8-16，电机轴穿过小滑块8-13的中心孔， 电机轴与空心主轴8-1平行，其前端安装主动同步轮8-18。小滑块8-13嵌 入小滑座8-12。小滑座8-12上有竖直的、下端连接小滑块8-13的小调节螺 丝8-11，上下旋动小调节螺丝8-11带动小滑块8-13在小滑座8-12内上下 滑动。同步皮带8-19连接主动周步轮8-18和从动同步轮8-14。
拧动大小滑座8-6、 8-12上的大小调节螺丝8-10、 8-11，让大小滑块8-9、 8-13反向滑动，张紧同步皮带8-19。用水平仪和直角尺检测待切割管材9是 否与X-Y十字工作台3的X轴方向一致，不断调整，让待切割管材9与气动 卡盘8-8、空心主轴8-1、调心板5-7同轴，且与支撑板10-2平行。大小滑 座8-6、8-12和大小滑块8-9、8-13的嵌套滑动结构能方便张紧同步皮带8-19，同时调整气动卡盘8-8的安装高度和待切割管材9的水平度。
当切割不同外径的管材时，气动卡盘8-8安装相应的副爪进行装夹。
笔形气缸5-6和气动卡盘8-8的进气管上安装有电磁阀，二者的电磁阀 及激光切割机1、伺服电机8-16和X-Y十字工作台3的电机均与计算机控制 系统连接，除了在装料、卸料时，需要作业人员手动操作，其余工作流程均 在计算机的控制下自动完成。
本装置的使用前，调节支撑架10的支撑脚10-4，用水平仪检测支撑板 的水平度，使支撑板10-2与X-Y十字工作台3的工作台安装底板2处于同一 平面。X-Y十字工作台3位于其原点位置。气动锁紧机构5的固定架5-1固 定于本装置外壳。拖板7的支撑轮7-l置于支撑板10-2上。气动锁紧机构5 的笔形气缸5-6和气动卡盘8-8均放松，待切割管材9从后端依次穿过旋转 气动夹具8的气动卡盘8-8和气动锁紧机构5的中孔。用水平仪和直角尺检 测待切割管材9是否与X-Y十字工作台3的X轴方向一致，不断调整气动锁 紧机构5的调节螺丝5-2和旋转气动夹具8的大小调节螺丝8-10、 8-11，使 待切割管材9与气动卡盘8-8、空心主轴8-l、调心板5-7同轴，且与支撑板 10-2平行，紧固气动锁紧机构5的调节螺丝5-2上的锁紧螺母。
以下动作均由计算机指令控制，气动卡盘8-8卡紧待切割管材9，伺服 电机8-16带动气动卡盘8-8内圈及待切割管材9转动，激光切割机1工作、 激光头4完成切割。
一次切割完成后，启动激光切割机1的X-Y十字工作台3的电机，使X-Y 十字工作台3沿X轴方向前进，位移距离为下一次计划切割的管材长度。X-Y 十字工作台3的最大行程为图1所示的D。工作台3前移时其工作台连接板6 拉着拖板7 —起前进，与拖板7固定连接的旋转气动夹具8的气动卡盘8-8 带动其卡固的管材9同时前进。X-Y十字工作台位移到位后，气动锁紧机构5 的笔形气缸5-6动作再次锁紧管材9，同时气动卡盘8-8放松，X-Y十字工作 台3沿X轴后退归位，带动旋转气动夹具8归位。此时再一次放松气动锁紧 机构5、同时气动卡盘8-8锁紧待切割管材9，计算机判断气动卡盘8-8确实 锁紧待切割管材9，启动伺服电机8-16动作，启动激光切割机1进行下一轮 切割。当计算机判断气动卡盘8-8未夹到待切割管材9，工作人员卸去料头 重新装料。
计算机控制系统可根据所需要切割的管材长度，存储多个X-Y十字工作 台的工作行程， 一次装夹后控制本装置自动依次完成多个管材的切割任务。
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权利要求1、一种激光切割机管材旋转切割自动进给装置，包括激光切割机(1)和激光头(4)、能沿着X轴和Y轴做平面移动的X-Y十字工作台(3)、旋转夹具及其相关气动和电动控制单元；激光切割机(1)机架上固定的工作台安装底板(2)上安装有X-Y十字工作台(3)，可调节的激光头(4)安装于所述X-Y十字工作台(3)上方，所述旋转夹具为旋转气动夹具(8)，旋转气动夹具(8)的气动卡盘(8-8)的内圈与伺服电机(8-16)驱动连接；其特征在于还包括气动锁紧机构(5)和支撑架(10)；支撑架(10)位于激光切割机(1)后方，框架式的支撑架(10)上为支撑板(10-2)，支撑板(10-2)上有至少一对支撑杆(10-3)，横杆(10-5)横向连接二支撑杆(10-3)，横杆(10-5)上有连接件(10-6)，连接件(10-6)中部有可穿过待切割管材(9)的孔；气动锁紧机构(5)安装于激光头(4)后方，其固定架(5-1)与X-Y十字工作台(3)的X轴垂直、其左右两端固定于本装置的外壳(11)，固定架(5-1)中部有大于待切割管材(9)外径的孔；固定架(5-1)中孔左右各有一滑块(5-4)，二滑块(5-4)相对的面上分别有与待切割管材(9)相配合的凹槽，左右二滑块(5-4)至少有一个与气缸活塞杆连接；旋转气动夹具(8)前方是拖板(7)，拖板(7)后端的下方至少有一支撑轮(7-1)，支撑轮(7-1)位于支撑板(10-2)上；X-Y工作台(3)上固定有工作台连接板(6)，螺栓固定连接工作台连接板(6)和拖板(7)前端；旋转气动夹具(8)的气动卡盘(8-8)的外壳与拖板(7)固定连接；本装置工作时支撑板(10-2)与X-Y十字工作台(3)的工作台安装底板(2)处于同一平面，待切割管材(9)从后端依次穿过旋转气动夹具(8)的气动卡盘(8-8)和气动锁紧机构(5)的中孔。
2、根据权利要求1所述的激光切割机管材旋转切割自动进给装置，其特 征在于所述气动锁紧机构(5)的固定架(5-1)前侧面上左右各固定有一竖直的 固定座(5-3);调心板(5-7)上有内径大于待切割管材(9)外径的孔，固 定架(5-1)中部的孔大于调心板(5-7)的孔，调心板(5-7)固定于固定架(5-1)的后侧面上，二者的孔中心相重合；固定架(5-1)中孔左右的滑块 (5-4)，穿在与固定架(5-1)长轴方向一致的二导向杆(5-5)上，导向杆 (5-5)两端分别固定于左右固定座(5-3);左侧固定座(5-3)上有调节螺 丝(5-2)，其底端连接左侧的滑块(5-4)，其顶端有锁紧螺母；笔形气缸(5-6) 缸筒固定于固定架(5-1)前侧面，笔形气缸(5-6)的活塞杆顶端穿过固定 座(5-3)连接右侧的滑块(5-4)，调节螺丝(5-2)和笔形气缸(5-6)活塞 活动方向与导向杆(5-5)平行。
3、 根据权利要求2所述的激光切割机管材旋转切割自动进给装置，其特 征在于所述旋转气动夹具(8)位于气动锁紧机构(5)后方，两条大加强筋(8-15) 经螺栓固定连接大滑座(8-6)和拖板(7)，两条小加强筋(8-17)经螺栓固 定连接小滑座(8-12)和拖板(7)，大小二滑座(8-6、 8-12)的前表面处于 同一平面上；轴承(8-5)装在轴承座(8-4)内，空心主轴(8-1)穿过轴承(8-5)内圈二者为紧配合；大滑块(8-9)中心有大于空心主轴(8-1)外径 的中心孔，空心主轴(8-1)后端插入该中心孔，大滑块(8-9)嵌入大滑座(8-6)，空心主轴(8-1)轴线与X-Y十字工作台(3)的X轴方向一致；大 滑座(8-6)上有竖直的、下端连接大滑块(8-9)的大调节螺丝(8-10)，空 心主轴(8-1)后端套装气动卡盘(8-8)内圈，固定片(8-7)固定连接气动 卡盘(8-8)外圈和轴承座(8-4)或设备外壳(11);空心主轴(8-1)前端 套装轴套，其上安装从动同步轮(8-14)，平键固定连接从动同步轮(8-14) 和空心主轴(8-1)，锁紧螺母(8-2)紧固从动同步轮(8-14);小滑座(8-12) 内有小滑块(8-13)，小滑块(8-13)有大于伺服电机(8-16)轴外径的中心 孔，小滑块(8-13)固定连接伺服电机(8-16)，电机轴穿过小滑块(8-13) 的中心孔，电机轴与空心主轴(8-1)平行，其前端安装主动同步轮(8-18)， 小滑块(8-13)嵌入小滑座(8-12);小滑座(8-12)上有竖直的、下端连接 小滑块(8-13)的小调节螺丝(8-11);同步皮带(8-19)连接主动同步轮(8-18) 和从动同步轮(8-14)。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的激光切割机管材旋转切割自动进 给装置，其特征在于所述支撑架(10)的支撑腿(10-1)和其上的支撑板(10-2)构成框架，支撑腿(10-1)底端为可调节高度的支撑脚(10-4)，两对支撑腿(10-1)伸到支撑板(10-2)上方为两对支撑杆(10-3)， 二横杆(10-5)分别横向连接 两对支撑杆(10-3)。
5、 根据权利要求4所述的激光切割机管材旋转切割自动进给装置，其特征在于所述连接件(10-6)的孔上有定位螺丝。
6、 根据权利要求3所述的激光切割机管材旋转切割自动进给装置，其特征在于所述笔形气缸(5-6)和气动卡盘(8-8)的进气管上安装有电磁阀，二 者的电磁阀及激光切割机(1)、伺服电机(8-16)和X-Y十字工作台(3)的 电机均与计算机控制系统连接。
专利摘要本实用新型为激光切割机管材旋转自动进给装置。本装置的激光切割机后方有支撑架，气动锁紧机构的固定架中孔左右的滑块夹持管材，其一滑块与气缸活塞杆连接；旋转气动夹具的气动卡盘内圈与伺服电机连接、外壳与拖板固连，拖板下方的支撑轮位于支撑板上。X-Y工作台经连接板连接拖板前端。使用方法为管材穿过气动卡盘和锁紧机构的中孔，气动卡盘卡紧管材，伺服电机带动气动卡盘内圈及管材转动，激光头完成切割。切割完成后，工作台向前位移、管材进给，到位后气动锁紧机构锁紧管材、气动卡盘放松，工作台后退、旋转气动夹具归位。放松气动锁紧机构、气动卡盘锁紧，再次切割。优点为能装夹长管材，计算机控制连续切割，节约原料、提高效率。
文档编号B23K26/08GK201267916SQ20082011349
公开日2009年7月8日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者群 刘 申请人:深圳市星辰激光技术有限公司