专利名称：具有加工头的工件加工机、抽吸管和用于输送加工机的结构性连接机架部分的制作方法
技术领域：
本发明涉及工件加工系统，例如，通过比如利用激光射束切割金属板材而加工板状工件的工件加工系统。
背景技术：
用于将金属板材加工成希望的部件的很多机器，尤其是加工宽度和长度都是几英尺的标准金属板材的机器是相当大的系统。通常认为机器在加工过程中保持金属板材相对于加工头，例如切割头的已知位置是重要的。在很多这些机器中，金属板材工件被放置在支撑件上，该支撑件当切割头通过工件加工区域移动通过工件时保持静止。这些机器大体利用既支撑工件和加工头以及又支撑提供相对移动的必要移动系统的较重并且较坚固的机架。这样的机架的重量例如可以超过几千镑。特别是在利用大功率射束，例如激光射束以加工工件的加工机器中，可能发生射束有时不偏斜地穿过工件并且可能损坏工件加工区域的相对侧的机器部件。
发明内容
本发明的一个方面的特点为工件加工机包括机架，所述机架构造成在工件通过升高的工件加工区域的加工过程中支撑板状工件。加工机的加工头构造成可控地通过工件加工区域，同时将加工射束发射到工件加工区域中从而接合并且加工工件加工区域中被支撑的工件。加工机包括射束拦截器，所述射束拦截器定位在工件加工区域的与加工头相对的一侧并且被控制为与切割头配合地沿着至少一个轴线移动通过工件加工区域，以便保持定位成截断离开工件加工区域的未偏斜的加工射束辐射。所述机架包括相对的侧架部分， 所述相对的侧架部分沿着工件加工区域的相对侧延伸并且支撑加工头；以及结构性连接机架部分，所述结构性连接机架部分连接相对的侧架部分并且在与加工头相对的工件加工区域的一侧延伸跨越工件加工区域。射束拦截器在所述加工头和所述连接机架部分之间通过工件加工区域，使得连接机架部分的材料在工件加工过程中被所述射束拦截器保护免受未偏斜的切割射束辐射。所述连接机架部分优选具有足够的结构强度和刚度以能够将切割系统作为单一整体提升而不损害工件加工机。在一些实施方式中，连接机架部分包括结构上连接相对的侧架部分并且与工件加工机的重心对准的主梁。在一些情况中，所述连接机架部分还包括至少一个与相对的侧架部分隔开并且将主梁连接到机架的侧架部件的侧架加强梁。在一些其它的例子中，连接机架部分基本包括与工件加工机的重心侧向对准的主梁。在一些实施方式中，连接机架的主梁具有三角形横截面。所述主梁可以布置为使得三角形横向通过横截面的上顶点设置在工件加工机的重心的高度处。在一些例子中，所述工件加工机包括提升吊环，所述吊环在沿着主梁与相对的侧机架部分间隔开的位置例如在对应于工件加工机的重心的位置可拆卸地连接到所述主梁。在一些例子中，所述连接机架部分包括多个平行梁，每个平行梁连接相对的侧机架部分。在一些实施方式中，所述加工头设置在所述工件加工区域上方并且所述连接机架部分设置在所述工件加工区域下方。工件碎屑箱可以提供并设置在所述连接机架部分下方，使得所述连接机架部分的上表面在所述工件加工区域下方并且相对于竖直方向倾斜，使得从工件切下并且下落到连接机架部分的上表面的片段被导入所述碎屑箱。在一些实施方式中，加工头为激光头的形式，所述激光头构造成发射充足功率的射束以切穿金属板工件。在一些实施方式中，加工头安装在从顶梁支撑的移动单元上，所述顶梁在相对的侧架部分之间延伸，所述移动单元沿着侧向可控制地移动以通过所述工件加工区域。所述连接机架部分可以与所述顶梁的前纵向边缘竖直对准。在一些情况中，所述移动单元和和所述射束拦截器通过共同的驱动系统可控制地移动，并且可以物理连结以共同移动。在一些实施方式中，射束拦截器的特点在于具有抽吸管，所述抽吸管可以包括构造成从所述加工射束吸收能量的细长部件。在一些装置中，所述细长部件是轴，所述轴可枢转以便打开连接到轴的排放槽。所述轴是中空的并且与液体冷却剂的液流连接，以消散从射束吸收的能量。本发明的另一方面的特点在于输送工件加工机的方法，所述工件加工机包括移动单元；切割头，所述切割头安装在移动单元上并且构造成发出加工射束；以及机架，所述机架构造成支撑移动单元并且限定移动单元的射束移动区域。所述方法包括抓握工件加工机的大体居中地位于射束移动区域中并且在工件支撑高度下方的结构性部件；以及通过所述结构性部件提升所述工件加工机。这里公开的多种概念在设计诸如激光切割机床的工件加工系统时很有用，，以较小的重量提供了必要的刚度，部分由于采用了跨过工件加工区域并且加强了相对的侧架部分之间连接的连接机架部分。这样的连接机架部分可以通过移动射束拦截器或约束单元例如抽吸管而免受损坏。本发明的一个或多个实施方式的细节在附图和下面的叙述中描述。本发明的其它特点和优点将从说明书、附图以及权利要求书中变得明显。
图1是激光切割系统的前视图。图2是图1的激光切割系统沿着线A-A截取的横截面图。图3是图1的区域I的放大细节视图。图4和图4A是用于激光切割系统的机架的立体图，省略了移动单元和输送单元以便清楚(图4)和包括了移动单元和输送单元(图4A)。图5是图4和图4A中所示的机架的立体图，安装有碎屑盒和盒分开器。图6是图3的一部分的放大视图。在图6中，槽部件18在三个不同位置示出关
5闭位置、转动位置和转动/移位位置。图7是图2的左手侧上(图8的区域II)所示的抽吸槽的放大视图。图8是沿着图1中的线A-A截取的抽吸系统的收集器部分的横截面图。图9是沿着图2上的D-D线截取的抽吸槽的横截面图。图10和图IOA是示出了抽吸系统的收集器部分连接到切割系统的移动单元的细节的局部立体图。图11示意性地示出了另一种机架装置。相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施例方式下面更详细地描述的激光切割系统包括射束拦截器或约束装置，例如抽吸管，构造成至少沿着一个轴线与切割头的移动配合移动，这可以通过将所述约束装置与所述加工头系统结构上连接或者通过利用被控制为提供必要的移动配合的单独驱动器实现。所述抽吸管或者其它射束约束/拦截装置设计成安全地拦截或者包含切割射束，允许结构设置在抽吸管之下。因此，将在下文中详细描述的机架可以包括定位在所述切割射束的移动区域中的部件，而这些部件不被切割射束损坏。特别地，机架可以包括跨越所述切割射束的移动区域延伸的结构性部件，优选定位为与机器的重心对准，以便提供用于将机器作为单一整体移动的提升点和支撑结构。参照图1和4-5，激光切割系统包括机架1，所述机架1在其前壁和后壁包括狭槽 9。如图4-4A中所示，机架1包括在相对的端部的第一副架和第二副架或侧架部分108、 109 ；顶梁103 ；以及结构性连接机架部分102。激光切割系统包括以传统方式安装在移动单元3上的切割或加工头5。抽吸管7 形式的细长的射束拦截器以允许抽吸管7与移动单元3 —起沿着X轴51移动并且由此与切割头5—起移动的方式安装到移动单元3。因此，仅仅需要单一移动单元驱动器(例如， 驱动电机，相关的电机控制器和适当的动力传递部件)就能既移动移动单元3也能移动抽吸管7。例如，可以通过支撑架6实现抽吸管7的安装，所述支撑架6的结构将在下文中详细说明。所述激光切割系统还包括为将由切割头5切割的工件提供支撑的支撑板条4(图 3)。可选择地，在另一种结构中，移动单元3和抽吸管7中的每一个都由各自的驱动系统驱动，所述驱动系统被控制以引起配合移动。后一种结构在希望工件支撑结构沿着其侧面连接到机架，并且提供单独的驱动器能够实现这样的支撑连接的机器中特别有用。现在参照图2和图3，抽吸管7沿着狭槽9移动，并且由于所述抽吸管7连结到移动单元，抽吸管一直定位为抽吸开口 10和轴19直接在激光射束11之下。(注意到，射束 11的位置被示出为稍微从其直接与轴19对准的实际位置偏离)。如上所述，机架1包括形成为上部M和基部25 (图幻的焊接件的机架连接部件 102。上部和下部都通过弯曲5/16英寸(8mm)的冷轧钢板形成，并且利用1/4英寸(6mm) 连续焊缝焊接在一起，六个加强钢板31 (图1)焊接在4米长的连接部件102中，在其中点附近更加紧密地隔开。由于抽吸管7的射束约束功能，机架连接部件102直接定位在切割区域之下是可能的，所述抽吸管一直包含来自切割头的射束。优选地，所述机架连接部件延伸机架的长度并且与顶梁2的边缘对准地定位在位于机架的端部处的副架108、109上，所述顶梁支撑移动单元和切割头，如图1中所示。机架连接部件的横截面大体是三角形，并因此限定相对的倾斜表面，三角形的顶点定位为最接近被切割的工件。机架连接部件执行多种功能。首先，机架连接部件102加强机架，为机架提供吸收切割操作过程中产生的惯性力所需的结构完整性。其次，机架连接部件提供单一提升点，允许整个切割机器(重量大约8吨或 8000kg)被从单一连接提升和输送到机架连接部件。这免去了可能导致对机器造成损坏的使用其它提升点提升切割机器的需要。例如，如果机器被通过梁103提升，由于该梁引导移动单元的移动并且因此引导切割射束的移动，这可能损害机器的精度。为了帮助提升切割机，机器提升/输送装置104可以被暂时安装在机架上，如图4A中所示。所述装置104提供用于起重机或其它提升装置的安全和方便的连接点，并且通过螺纹紧固件被紧固到部件 102，所述螺纹紧固件与焊接到所述机架连接部件102的内表面的螺母接合。与在各种组装状态下机器重心对应，用于提升装置104的多个安装点设置在机架连接部件102上。连接部件102的顶点与顶梁2的前部竖直边缘竖直对准，装置104被向前偏移，足够与顶梁隔开。第三，由机架连接部件的三角形横截面限定的倾斜表面提供引导从工件落下的排出段和碎屑进入碎屑箱或盒22、23(图1、2、幻中的滑动表面。机架连接部件还为盒分开器 105(图幻提供支撑，所述盒分开器具有倾斜的上表面，所述倾斜上表面引导在切割过程中从工件掉落的颗粒和小段到碎屑盒中。盒分开器105从机架连接部件102延伸到下侧机架外壳部件106。在一些结构中，盒分开器105和下侧机架外壳部件被构造和连接成为机架提供另外的结构刚度。现在将描述与这里公开的机架一起使用的抽吸管。其它细节可以在与本申请共同提交的专利申请中发现，该专利申请2009年4月7日提交，题目为“利用射束的工件加工” 并且指定的序列号为61/167观9，该申请的全部内容并入这里。有利的是，抽吸管优选具有相对较小的抽吸量，并且因此不需要较大的抽吸单元，以便获得管道和碎片的良好移除。例如，在一些情况中，抽吸单元可以具有小于大约700m3/h的抽吸容量，或者甚至小于500m3/ h。在一些实施例中，这提供了将使用的相对较低成本的抽吸单元，从而减小了切割系统的总成本而不损害其效率。抽吸管也设计成在切割系统的整个切割区域提供均勻的抽吸。抽吸管7包括由壁112、113(图6)限定的两个侧抽吸腔12、13 (图3、6)。壁112包括抽吸开口 14 (图6、8)，所述抽吸开口 14相对于相对的壁113中的抽吸开口 15偏离。在所述切割系统的运行过程中，这些开口在抽吸腔12、13与配置在切割区域之下的中心体积 114之间提供了真空联通。所述抽吸开口偏离以便接近所有切割位置提供抽吸并且提高切割头的整个工作区域上的抽吸均勻性(均勻的空气速度)。抽吸腔12、13在输出腔16(图 7-9)处的抽吸管的一端接合。输出腔16通过输出管道17连接到抽吸槽8，所述抽吸槽8 定位在机架的后部，并且自身连接到抽吸单元(未示出)。在切割头的移动过程中，输出管道17沿着抽吸槽8的部件沈的长度移动，同时部件26保持静止。为了在该相对移动过程中保持抽吸，左风箱27(图7和9)和右风箱观(图 9)连接到输出管道17的下部。左风箱和右风箱响应于推一个风箱并且拉另一个风箱的输出管道17的移动交替膨胀和收缩，以便连续密封抽吸槽部件沈的开口四。风箱优选由防你火材料或耐火材料形成。在切割头切割工件的操作过程中，碎片和小段落入抽吸管7的开口 10中。烟雾和细粉尘与气流一起流动通过偏离的抽吸管开口 14、15，并且被抽到抽吸单元中。较大的碎片和小段通过设置在中心体积114的基部处的碎屑槽或排放槽18排出。碎屑槽可以在如图 6中所示的三个位置之间移动。在其正常的关闭位置，碎屑槽18与壁112和113的底部密封，防止碎屑和小段流出。碎屑槽18可转动，并且随后可在两个步骤中移动到转动/移位位置，在转动/移位位置碎屑和小段可以被从抽吸管排出。现在将详细描述这种移动。参照图6，碎屑槽18安装在轴19上。轴19用作碎屑槽18的枢转轴，并且在切割过程中也吸收激光射束能量。轴19是水冷的以便允许其吸收激光能量，并且没有过热和由此带来的损坏。当切割加工完成时，移动单元3以及由此使得抽吸管7移动到切割区域之外到达 “停机”位置，例如到达图1中所示的右手位置。在该位置，约束单元接触使轴19转动(图 6中顺时针)的固定止挡(未示出)，伸长拉伸弹簧21。拉伸弹簧21在其端部121连接到抽吸管的外表面并且在其相对的端部连接到碎屑槽。因此，当槽18打开时弹簧21伸长，并且当约束单元移离停机位置时弹簧21用作使得槽18回到其正常的关闭位置的返回弹簧。槽18首先响应于轴19的初始转动而转动90度到其转动位置。移动单元3朝向其行程的端部的进一步移动引起轴19的移动(向着图6中的左侧)。轴19和相连接的槽 18因此移开，提供了用于碎屑排放的较大间隙。排放的小段和碎屑通过如上所述的用作滑动表面的机架连接部件的上表面24、25 的辅助落入碎屑盒22、23(图1、2和5)。所述切割系统随后准备好用于下一个加工周期。 通过利用手柄123将盒拉出，小段和碎屑可以被从碎屑盒22、23中清理(图5)。当下一个加工周期开始时，移动单元3移离其停机位置并且弹簧21关闭碎屑槽 18。这为抽吸管7在下一个切割周期中接收碎屑和小段做好了准备、以及将轴19定位为在下一个切割周期中吸收激光射束能量。轴19是具有7/8英寸(22mm)外径和1/8英寸(3mm) 厚度的无缝不锈钢管，被安装成在每一端在密封安装座(未示出)的孔道中转动。轴径选择为对应于当激光射束接触轴时的激光射束宽度(由于射束发散而变宽，但是示意性的表示为窄线11)。在激光切割过程中，轴19通过沿着轴流动的蒸馏水冷却，例如2. 8升每分钟的流量。例如，水可以是与冷却机器的镜子和其他温度临界部件的相同冷却剂，在其回到水冷却器的路径上经过轴。作为安全装置，以防止较长的小片卡在工件支撑件(板条4)和抽吸管7之间时对切割系统的损害，抽吸管在移动单元上的安装优选包括断开装置。这样的装置的一个例子在图10和图IOA中示出。在本实施例中，将移动单元3连接到抽吸管7的支架120在每一侧与单个紧固件(例如，螺钉或螺栓)122连接。该紧固件装配在槽124中，并且被保持在足够的预加载荷下，所述预加载荷由该紧固件的头部下方压缩的一系列贝氏垫圈保持，以便在正常的运行过程中保持静止。但是，在互锁状态过程中的冲击力引起紧固件122在槽中滑动并且启动开关126(图10A)。所述开关关闭切割系统，防止灾难性结果。另一种机架结构在图11中示出。在这种布置中，移动单元3承载切割头5并且沿着X轴线51移动，移动单元3跨过工件加工区域并且在任意一端支撑在侧向副架108a和 109a上。抽吸管7被沿着副架108a和109a以及沿着槽110引导并且被安装在侧向副架中的单独驱动器驱动，所述侧向副架也沿着长度支撑工件支撑板条(未示出，但是在切割头5 和抽吸管7之间延伸)。切割头5沿着Y轴线52并且沿着移动单元3从一侧到另一侧通过工件加工区域，以便加工工件。侧向副架108a、109a通过三个隔开以在它们之间限定碎屑盒的机架连接部件10 结构上连接。机架连接部件10 对整体机器提供充足的刚度，以便在使用过程中保持定位并且能够通过中间机架连接部件的中心附近的单个提升点或者从两个外侧机架连接部件提升整个机器。 已经描述了本发明的多个实施方式。但是将会理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出多种改变。例如，虽然上面描述了激光切割系统，可以使用其它射束切割头，例如火焰喷射切割。作为另一种例子，可以对槽18使用不同的转动/移动机构。因此，其它实施方式在后面的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种工件加工机，包括机架(1)，所述机架构造成在工件通过升高的工件加工区域的加工过程中支撑板状工件；加工头(5)，所述加工头构造成可控制地通过所述工件加工区域，同时将加工射束发射到所述工件加工区域以接合并且加工所述工件加工区域中被支撑的工件；和射束拦截器(7)，所述射束拦截器定位在所述工件加工区域的与所述加工头相对的一侧上、并且被控制为与所述加工头配合地沿着至少一个轴线移动通过所述工件加工区域， 以便保持定位成拦截离开所述工件加工区域的未偏斜的加工射束(11)；其中，所述机架包括相对的侧架部分(108、109)，所述相对的侧架部分沿着所述工件加工区域的相对侧延伸并且支撑所述加工头(5)；以及结构性连接机架部分(102)，所述结构性连接机架部分连接所述相对的侧架部分并且在与所述加工头( 相对的所述工件加工区域的一侧延伸跨越所述工件加工区域，所述射束拦截器(7)在所述加工头和所述连接机架部分之间横过所述工件加工区域，使得所述连接机架部分(10 的材料在工件加工过程中被所述射束拦截器(7)保护免受未偏斜的切割射束辐射。
2.如权利要求1所述的工件加工机，其中，所述连接机架部分(102)具有足够的结构强度和刚度以使得能够将所述工件加工机作为单一单元提升而不损害所述工件加工机。
3.如权利要求1或2所述的工件加工机，其中，所述连接机架部分包括主梁(102)，所述主梁结构上连接所述相对的侧架部分并且与所述工件加工机的重心对准。
4.如权利要求3所述的工件加工机，其中，所述连接机架部分还包括至少一个侧架加强梁(105)，所述侧架加强梁与所述相对的侧架部分(108、109)隔开并且将所述主梁连接到所述机架的侧架部件(106)，或者其中，所述连接机架部分主要包括与所述工件加工机的重心侧向对准的主梁(102)。
5.如权利要求3或4所述的工件加工机，其中，所述主梁(10 具有三角形横截面，特别是，其中三角形横截面的上顶点设置在所述工件加工机的重心的高度。
6.如权利要求3到5中任意一项所述的工件加工机，还包括提升装置(104)，所述提升装置在沿着所述主梁与所述相对的侧架部分(108、109)隔开的位置可拆卸地连接到所述主梁(102)，特别是，其中所述提升装置在对应于所述工件加工机的重心的位置处可拆卸地连接到所述主梁。
7.如权利要求1或2所述的工件加工机，其中，所述连接机架部分包括多个平行梁 (10 )，每个平行梁(102a)连接所述相对的侧架部分(108a、109a)。
8.如上述权利要求中任意一项所述的工件加工机，其中，所述加工头( 设置在所述工件加工区域上方并且所述连接机架部分(10 设置在所述工件加工区域下方。
9.如上述权利要求中任意一项所述的工件加工机，还包括设置在所述连接机架部分下方的工件碎屑箱02、23)，并且在所述工件加工区域下方的所述连接机架部分(10 的上表面04)相对于竖直方向倾斜，使得从工件切下的并且下落到所述连接机架部分的上表面上的片段被导入所述碎屑箱，和/或其中所述加工头( 包括激光头，所述激光头构造成发射足够功率的射束(11)以切穿金属板工件。
10.如上述权利要求中任意一项所述的工件加工机，其中，所述加工头( 安装在从顶梁(2)支撑的移动单元C3)上，所述顶梁在所述相对的侧架部分(108、109)之间延伸，所述移动单元沿着侧向可控制地移动以通过所述工件加工区域。
11.如权利要求10所述的工件加工机，其中，所述连接机架部分(10 与所述项梁(2) 的前部纵向边缘竖直对准，和/或其中所述移动单元C3)和所述射束拦截器(7)通过共同的驱动系统可控制地移动，特别是，其中所述移动单元(3)和所述射束拦截器(7)物理地连结以便共同移动。
12.如上述权利要求中任意一项所述的工件加工机，其中，所述射束拦截器包括抽吸管 (7)，特别是其中所述抽吸管包括构造成从所述加工射束(11)吸收能量的细长部件。
13.如权利要求12所述的工件加工机，其中，所述细长部件是轴(19)，所述轴可枢转以便打开连接到所述轴的排放槽(18)，特别是其中所述轴是中空的并且与液体冷却剂的液流连接。
14.一种运输工件加工机的方法，所述工件加工机包括移动单元(3)；切割头(5)，所述切割头安装在所述移动单元上并且构造成发出加工射束(11)；以及机架(1)，所述机架构造成支撑所述移动单元并且限定所述移动单元的射束移动区域，所述方法包括设置所述机架(1)的结构性部件(102)，所述结构性部件(102)大体居中地定位在所述射束移动区域中并且在工件支撑高度下方；以及通过所述结构性部件(102)提升所述工件加工机。
全文摘要
一种工件加工机，例如激光切割机，包括具有相联系的驱动器的移动单元，安装在所述移动单元(3)上并且构造成发出射束的加工头，以及抽吸管或其它形式的射束拦截器，抽吸管或其它形式的射束拦截器连结到所述移动单元(3)以便与所述移动单元一起移动并且在工件加工操作过程中抽吸管的开口定位在所述切割头下方。所述工件加工机还包括机架(1)，所述机架构造成支撑所述移动单元并且限定移动单元的移动区域，所述机架具有梁(102)，所述梁大体居中地定位在所述移动区域中并且设置在所述移动区域下方。
文档编号B23K26/38GK102378665SQ201080015109
公开日2012年3月14日 申请日期2010年4月6日 优先权日2009年4月7日
发明者L·泽格曼 申请人:通快公司