激光切割机上下料装置及方法与流程

本发明涉及一种激光切割机上下料装置，以及在激光切割机上进行上下料的方法。

背景技术：

当今大多数的激光切割机在使用的过程中，需要工人将待加工的工件放置到激光切割机工作平台指定的位置，然后利用激光切割机对切割件进行加工，切割件加工完成以后，成品和废料其一已经掉入机架下方的抽屉里，但另一还留在工作平台上，需要工人把留在工作平台上的料拿下来放到指定的位置。以上的操作需要一个或者几个工人才能完成，既浪费了人力物力，还影响到切割机的生产效率。

在一些实现中，采用气动装置实现工件的拾取和搬运，一般而言，实现拾取的部分为具有一定行程的气缸，以及设置在气缸推杆端部的真空吸盘，于此类结构中容易出现以下问题，首先是真空吸盘，其对工件表面质量要求较高，否则无法吸牢工件，而气缸属于具有特定工作行程的气动元件，即其工作行程不可调，因而在面对不同厚度的工件时，只能通过调整缸体的安装位置以获得对不同厚度工件的适应。

为了减少工件搬运的麻烦，例如中国专利文献CN201632769U采用了一种工件竖直放置的结构，然而竖直放置也仍然会涉及到工件上下料的搬运，并且，竖直放置时，由于工件受自身重力的影响，其定位和夹紧是需要特别考虑的因素。实际上，对于卧式的激光切割机，板型的工件普遍不需要夹紧。

而如中国专利文献CN105414766A则给出了使用送料辊送料的方案，并依靠挡料辊挡料从而实现送料和大致定位的问题。使用送料辊送料仍然会涉及到料如何放置到送料辊上的问题，且一旦使用了送料辊，送料辊本身会对工件起到基础的支撑作用，对板材进行切割时需要避开送料辊，从而影响板材的切割区域，进而会影响工件切割的适用范围。对于激光切割机配备独立的工作平台有其现实的意义，在于可以根据工件的不同调整可用于激光切割的区域。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利于上下料的激光切割机上下料装置，本发明还提供了一种激光切割机上下料的方法。

本发明采用以下技术方案：

依据本发明的第一个方面，一种激光切割机上下料装置，包括：

机架，为卧式结构，且该机架上设有工作平台，以及架身导轨，并在工作平台下设有接料装置；且在架身导轨布设方向上，工作平台所在侧为加工侧，相对侧为装卸料侧；

第一龙门架，配置在工作平台处的架身导轨上；

激光切割机，装设在所述第一龙门架上；

第二龙门架，配置在架身导轨上，而在加工侧与装卸料侧间移动；

装卸料装置，装设在所述第二龙门架上；以及

两料仓，设置在装卸料侧，其一用于盛装原料，另一用于盛装所述装卸料装置所卸料；

其中，装卸料装置包括一卷扬机，以及该卷扬机所卷的钢丝绳出绳端连接的用于取放料的电磁铁，以及该电磁铁的电源电路。

上述激光切割机上下料装置，可选地，所述卷扬机布设在一箱体内，并通过预设在箱体的出绳孔出绳；

在箱体上设有卷扬机上卷到位的检测装置。

可选地，驱动所述卷扬机的电机为伺服电机。

可选地，所述工作平台包括：

钢管定位单元，沿所述架身导轨方向阵列；

多支钢管，装设在选定的钢管定位单元上，用于支撑工件，并留出落料空间。

可选地，所述钢管定位单位为相应于钢管的两端部阵列的各一行钢管定位槽或者钢管定位孔。

可选地，所述第一龙门架与第二龙门架装设在同一拖板上，该拖板通过运行在所述架身导轨上的滑块而装设在架身导轨上。

可选地，驱动所述拖板移动的机构为齿轮齿条机构，该齿轮齿条机构的齿条为双齿条，而在拖板两侧各设有一条；

相应地，齿轮齿条机构与两齿条啮合的各一个齿轮装设在所述拖板上，至少一个齿轮为动力输出齿轮；若两个齿轮均是动力输出齿轮时，则一个为正转，另一个为反转。

可选地，所述两料仓均为料车结构，该料车结构采用轮式底盘，且轮式底盘的为球滚轮底盘。

依据本发明的第二个方面，一种本发明第一个方面的激光切割机上下料装置的上下料方法，包括以下步骤：

1）上电初始化；

2）位于第二初始位置的驱动第二龙门架到装卸料侧，第二龙门架所载的装卸料装置下放电磁铁，拾取工件，并上升到预定高度；

3）驱动第二龙门架移动到工作平台，下放电磁铁，释放工件，第二龙门架回第一初始位置；

4）位于第一初始位置的第一龙门架移动到工作平台处的加工位置，调用加工程序对工件进行加工，产生去除部分和产品，该去除部分或者产品落入工作平台下方的接料装置内；

5）第一龙门架回到第一初始位置，第二龙门架从第二初始位置移动到工作平台预设位置，下放电磁铁拾取留在工作平台上的去除部分或者产品，并上升到预定高度；

6）第一龙门架移动到装卸料侧，下放电磁铁，释放所吸取的去除部分或者产品，然后拾取新的工件进行新的加工循环，或者加工完毕回到第二初始位置。

可选地，对第一龙门架和第二龙门架的移动控制为基于数控系统的移动控制。

依据本发明，采用出绳端连接有电磁铁的卷扬机进行工件的装卸料（成品属于泛化的工件形式），控制简单，并且其装卸料行程不受刚性构件的约束，而只需要调整卷扬机电机的转数。进而通过第二龙门架的移动可进行工件在加工侧与装卸料侧件的搬运，行程为直线行程，实现非常容易。

附图说明

图1为依据本发明的一种激光切割机上下料装置的俯视结构示意图。

图2为一种板料吸放装置结构原理图。

图3为一种机架俯视结构示意图（含有齿条的部分）。

图4为机架部分左视结构示意图。

图5为一种激光切割机工作平台俯视结构示意图。

图中：1.机架，2.第一龙门架，3.激光切割机，4.第二龙门梁，5.板料取放装置，6.原料车，7.盛料车，8.箱体，9.卷扬机，10.伺服电机，11.钢丝绳，12.电磁铁，13.齿条，14.抽屉，15.滑块，16.底座，17.电机舱，18.钢管，19.钢管定位槽。

具体实施方式

公知的，对于卧式结构的机床等机械设备，若存在主移动方向，例如存在床身导轨的结构，床身导轨的方向为第一维度，一般可以定义为X轴，或者机床的长度方向，在水平面内与其垂直的方向一般为前后方向，一般是第二维度，在数控机床中定义为Y轴，前方一般是操作人员所在侧。相应地，若存在与水平面垂直的第三维度，则一般定义为Z轴。

参见如说明书附图1-5所示的一种激光切割机上下料装置，图中以概略图的形式反映其基础架构，主要释明其基本结构和原理，在其定义的技术问题范围内是可实现的。

上述上下料装置，其基本结构包括：

机架1，为卧式结构，通常情况下，机架1一般需要稳定可靠，而相对固定，对于一些振动比较剧烈的机床，机架1通常需要通过例如地脚螺栓等安装在车间地面上。对于自身振动不影响加工精度时，机架1依靠其较大的自重和较低的重心而放置在车间预定位置。

激光切割加工一般不会产生太大的振动，从而可参见说明书附图4，机架配置四个底座16或者脚座，可以直接放置在车间的预定位置，并调平工作平台。

机架是基础架体，如前所述，工作平台通常需要调平，以满足板型工件的切割加工，对于工件在进行切割加工时，废料可能留在工作台上，产品落下，也有可能废料落下，产品留在工作平台上。本发明主要涉及留在工作平台的工件部分的取下问题。

相对而言，在机架设计中一般认为机械设备的基座部分和与基座部分构建为一体的部分例如发动机的主壳体等称为机架，而在机构分析中，相对固定部分的称为机架，对此，机械领域的技术人员应有清楚地理解。

相对地，如图1中所示的机架1为机架设计中的机架，在机架上设有工作平台，工作平台可以通过可拆连接件装配在机架1上，也可以采用运动副设置在机架1，以适应不同的应用。

在机架上设置架身导轨，类同于机床上的床身导轨，提供主基准。

常规地，在工作平台下设有接料装置，如图3中所示的抽屉14，可以抽出，以运走落下的料。

同时，如前所述，类同于机床导轨，架身导轨所表示的方向为主基准，从而在架身导轨布设方向上，工作平台所在侧为加工侧，相对侧为装卸料侧。

对主要部件的载置采用如图1中所示的第一龙门架2和第二龙门架4，两龙门架配置在工作平台处的架身导轨上；龙门架更多的被应用于吊车技术领域，称为龙门吊，相应的架体称为起吊龙门架，其基础结构是运行在两条轨道上的各一个立柱，跨在两立柱顶部的横梁，在横梁上布设吊具。

实际上，龙门架并不在立柱与横梁的比例关系，尽管在激光切割技术领域中很少用到龙门架的概念，但目前在激光切割技术领域也普遍设有两条导轨，并在两条导轨上设置两立柱，以及两立柱上支撑的横梁，横梁上设置激光切割机，本质上也属于龙门架结构。

相对而言，应用在激光切割技术领域的龙门架的立柱比较低矮，实质构成架身轨道上的滑块，即通过架身轨道与龙门架的配合实现龙门架的移动导向。

因此，如前所述第一龙门架2配置在架身导轨上用于切割加工的工艺控制，而第二龙门架4配置在架身导轨上用于装卸料的行程控制。

进而，激光切割机3装设在所述第一龙门架2上。

装卸料装置5装设在所述第二龙门架4上。

不同于常规的激光切割上下料装置，配置两个料仓，设置在装卸料侧，如图1中所示的原料车6和盛料车7，其中原料车6用于盛装原料，而盛料车则用于盛装所述装卸料装置5所卸料，即工件加工完毕后留在工作平台上的工件部分。

进而关于所述装卸料装置5采用卷扬机9提供拾取工件的取放行程，卷扬机9的出绳，如图2中所示的钢丝绳11，受图中伺服电机10转数的控制，而不像例如气缸拾取部件，其工作行程受其本体的工作行程的限制，自身工作行程不可调，而工件厚度不一致，限制具有固定工作行程的拾取部件的限制。

相对而言，如图2所示，由于钢丝绳11需要吊挂例如图中所示的电磁铁12，在运行过程中，如果不收起钢丝绳11，则会产生摆动，从而在下放时，无法相对准确的将工件放置在工作平台预定的位置。因此，在搬运过程中，需要收起钢丝绳11。实际上，其他的搬运装置也需要有一个向上的行程，以避开如原料车6的车斗壁。因此，使用卷扬机9并不会增加较多的动作，而影响效率。

为了进一步的减少搬运过程中的摆动，还可以使用双出绳卷扬机（双出绳需要在架身导轨方向前后各一），例如图2中，电磁铁12含有两个吊点，可以有效的减少摆动和工件转动。

激光切割的工件主要是铁磁性板件，因此，使用电磁铁12用于工件的取放，对于其他类型的工件不予涉及。

显而易见的是，需要为电磁铁12配置电源电路，通过控制电源电路的通断控制电磁铁12的拾取状态和释放状态。

于一些实施例中，电源电路的主电路部分设置开关电路，通过控制开关电路的通断控制主电路的通断。

此外，关于工件的定位并不需要特别精确，尤其是板料下料，一个大致的定位即可满足切割的技术要求。

关于所述卷扬机9于一些实施例中可以直接吊挂在第二龙门架4下侧或者导轨方向的前后侧，也方便维护，相对而言，美观性不好。

在一些实施例中，则将卷扬机9布设在一箱体8内，如图2所示，图中箱体8底部开有出绳孔，以使卷扬机9的钢丝绳11从箱体内穿出。

同时卷扬机9整体上被纳入到所述箱体8，包括其驱动电机，对于设置驱动电机的部分可以开散热格栅或者其他类别的散热孔。

如前所述，钢丝绳11需要在搬运行程中收起，在一些实施例中，可以直接通过卷扬机9进行收绳控制。

在一些实施例中可以采用摩擦联轴器用于卷扬机9的卷筒与伺服电机10的传动连接，收绳到位后，电磁铁12会受到箱体8的阻挡，使摩擦联轴器产生滑动摩擦，卷筒不再转动收绳。

在一些实施例中，在箱体8上设有卷扬机9上卷到位的检测装置，例如霍尔传感器，用于检测电磁铁12是否提升到位。

也可以选择例如行程开关，用于检测电磁铁12是否到位。

在前文中提及，卷扬机9的驱动电机为伺服电机10，有利于相对精确的控制钢丝绳11的收放。

目前常见的激光切割机的工作平台是矩阵排列的棱锥体，不具有调整性，并且切割时直接掉落在工作平台下面的部分受矩阵排列密度的影响，尽管其对工件大小的具有比较广泛的适应性，但也存在着切割下的部分和留置在工作平台上的部分不容易卸料的问题。

有鉴于此，在一些实施例中，参见说明书附图5，所述工作平台包括：

钢管定位单元，沿所述架身导轨方向阵列，图中为对位设置的一对钢管定位槽19，阵列排列，满足钢管18的排列和间距调整。

进而需要配置多支钢管18，以满足例如钢板坯料的支撑，同时选择合适的钢管间距，以使落下的部分与留置的部分在切割过程中分离。

钢管18直接装设在选定的钢管定位单元上，如图5中所示有六支钢管18，至少具有两个支撑的部分一般能够被留置，而只具有单个支撑或者没有支撑的部分会从钢管间的空间掉落到工作平台下面的抽屉14。

基于前述的结构，可以根据坯料的形状已经切割完成后预留置在工作平台上的部分和从工作平台上落下的部分，布置钢管18的数量及相邻钢管18的间距，在满足对工件切割部分的分类外，也能够满足不同规格的工件的切割加工。

为满足钢管18的快速调整，所述钢管定位单位为相应于钢管18的两端部阵列的各一行钢管定位槽19或者钢管定位孔。如图5中所示，钢管18的上下两端各适配有一组钢管定位槽19。

在图3所示的结构中，第一龙门架2与第二龙门架4装设在同一拖板上，其控制为第一龙门架2和第二龙门架4的共同驱动，减少驱动机构数量，但也会增加整体的能耗。

于一些实施例中，第一龙门架2和第二龙门架4的拖板相互分离，增加一套驱动机构，降低整体的能耗。

关于所述拖板，则通过运行在所述架身导轨上的滑块15而装设在架身导轨上。

关于所使用的架身导轨，可以采用矩形导轨或者燕尾槽导轨，在一些实施例还可以使用光杆进行导向。

参见说明书附图3，驱动所述拖板移动的机构为齿轮齿条机构，该齿轮齿条机构的齿条13为双齿条，而在拖板两侧各设有一条；

相应地，齿轮齿条机构与两齿条13啮合的各一个齿轮装设在所述拖板上，至少一个齿轮为动力输出齿轮；若两个齿轮均是动力输出齿轮时，则一个为正转，另一个为反转。

使用双齿条可以保证整体驱动的平稳性。

此外，在一些实施例中，可以采用丝母丝杠机构驱动所述拖板。

关于料仓，参见说明书附图1，图中的原料车6和盛料车7采用滚轮的轮式底盘结构。当采用滚轮结构时，需要有一对行走轮和一对转向轮。

在一些实施例中，为了方便推拉，所述轮式底盘的为球滚轮底盘。

一种激光切割机上下料装置的上下料方法，包括以下步骤：

1）上电初始化；

2）位于第二初始位置的驱动第二龙门架4到装卸料侧，第二龙门架所载的装卸料装置5下放电磁铁12，拾取工件，并上升到预定高度；

3）驱动第二龙门架4移动到工作平台，下放电磁铁12，释放工件，第二龙门架回第一初始位置；

4）位于第一初始位置的第一龙门架2移动到工作平台处的加工位置，调用加工程序对工件进行加工，产生去除部分和产品，该去除部分或者产品落入工作平台下方的接料装置内；

5）第一龙门架2回到第一初始位置，第二龙门架4从第二初始位置移动到工作平台预设位置，下放电磁铁12拾取留在工作平台上的去除部分或者产品，并上升到预定高度；

6）第一龙门架2移动到装卸料侧，下放电磁铁12，释放所吸取的去除部分或者产品，然后拾取新的工件进行新的加工循环，或者加工完毕回到第二初始位置。

进一步地，对第一龙门架2和第二龙门架4的移动控制为基于数控系统的移动控制。