一种不等厚板切割焊接一体机床的制作方法

本实用新型涉及机床领域，具体涉及一种不等厚板切割焊接一体机床。

背景技术：

在现代工业中，经常需要将两块不同厚度的板材拼焊在一起形成平板胚料，此类平板胚料也称为拼焊板。传统的拼焊板采用阻点焊或摩擦焊等方式焊接，随着科技的进步，激光焊接以焊接速度快、焊缝强度高和焊缝美观等优势得到认可；现有技术采用激光焊接不等厚板，需要先将两块板材对接端切割出相吻合的斜面，目前普遍采用的是激光切割方式；由于切割激光器到板材表面的距离对切割效果有影响，激光切割领域普遍采用电容调高器来检测、控制切割激光器到板材表面的距离，使切割激光器随着板材表面的凹凸不平而上下浮动，对于竖直状态的切割能够起着很好的调控作用，但是在切割斜面时，如图28所示，切割激光器沿着位置21处切割板材19，当板材19上有凸起20时，切割激光器被抬高到位置22处，虽然到切割点的高度始终保持一致，但是切割面出现了偏移，加工出的斜面不平整，当两块板材拼接时，此处会离缝，焊接成平板胚料后，此处的强度与其余焊缝处不一致，平板胚料在受力时应力分布不均匀，有断裂的风险。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种不等厚板切割焊接一体机床，可以解决现有不等厚板切割焊接机床采用电容调高器控制切割激光器随着板材的凹凸不平而上下浮动，导致切割面偏移、斜面不平整的问题。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种不等厚板切割焊接一体机床，包括安装在底座上的工件固定台、工件夹紧滑台、龙门架和Y轴机构；所述工件固定台和工件夹紧滑台沿Y轴并排设置，其中工件夹紧滑台上设置有沿X轴方向的夹紧机构；所述Y轴机构驱动龙门架沿Y轴移动，所述龙门架上安装有X轴机构，所述X轴机构上安装有焊接Z轴机构和切割Z轴机构，所述焊接Z轴机构和切割Z轴机构上分别安装有焊接激光器、切割激光器，其中切割激光器倾斜设置；还包括控制器和安装在切割激光器上的电容调高器，所述控制器接收电容调高器的输出信号，控制切割Z轴机构和X轴机构同步动作，构成切割激光器的两轴联动闭环控制系统。

本实用新型的进一步方案是，所述切割激光器通过旋转滑台安装在切割Z轴机构上；旋转滑台便于调节切割激光器的倾斜角，加工不同角度的斜面。

本实用新型的进一步方案是，所述Y轴机构包括并排设置在底座上的两根Y轴丝杠，以及两条Y轴齿条，所述龙门架的两个底脚分别设置有与相应的Y轴齿条啮合传动的齿轮，其中一个底脚固定连接一根Y轴丝杠的丝母；两根Y轴丝杠的同一端同轴固定连接有Y轴同步轮，通过Y轴同步带传动，其中一根Y轴丝杠与Y轴伺服电机传动；Y轴伺服电机通过Y轴同步带驱动Y轴丝杠，带动龙门架在Y轴齿条上行走，控制精度高。

本实用新型的进一步方案是，所述工件固定台包括固定台底板，安装在固定台底板的外沿和Y轴方向两端的定位块，以及安装在固定台底板上的快速夹钳，所述固定台底板水平安装在底座上的凸台上；工件取、放操作方便。

本实用新型的进一步方案是，所述工件夹紧滑台包括滑台底板，安装在滑台底板的外沿和Y轴方向两端的定位块，以及安装在滑台底板上的快速夹钳，所述滑台底板通过相互配合的滑台滑轨、滑台滑块水平安装在滑台基座上，所述滑台基座上还安装有水平的、垂直朝向工件固定台的滑台丝杆，所述滑台丝杆一端安装有滑台同步轮，通过滑台同步带与夹紧伺服电机传动，其滑台丝母与滑台底板固定连接。

本实用新型的进一步方案是，所述控制器的输入端连接有触摸屏；便于修改待加工工件参数，对不同厚度、种类的板材实现切割、焊接。

本实用新型的进一步方案是，所述底座上安装有覆盖工件固定台、工件夹紧滑台、龙门架和Y轴机构的防护罩；防止加工过程产生受到干扰影响加工质量，或加工过程产生的光、热污染环境，伤害人体。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

切割Z轴机构和X轴机构同步动作调节切割激光器到板材表面的距离，使切割面保持不变，确保加工出的斜面平整，两块板材拼接时没有离缝，焊接成平板胚料后焊缝强度一致，平板胚料在受力时应力分布均匀，有效降低断裂的风险。

附图说明

图1为切割激光器的两轴联动闭环控制系统的结构框图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型去除防护罩后的俯视图。

图4为龙门架及Y轴机构的结构立体图。

图5为龙门架及Y轴机构的俯视图。

图6为图5的仰视图。

图7为图6的左视图。

图8为底座及工件固定台、工件夹紧滑台的结构立体图。

图9为底座及凸台的结构立体图。

图10为工件夹紧滑台的俯视图。

图11为图10的仰视图。

图12为图11的A向视图。

图13为工件夹紧滑台的结构立体图。

图14为工件固定台的俯视图。

图15为图14的仰视图。

图16为工件固定台的结构立体图。

图17为焊接激光器的驱动电路。

图18为切割激光器的驱动电路。

图19为触摸屏电路。

图20为X轴机构驱动电路。

图21为Y轴机构驱动电路。

图22为切割Z轴机构驱动电路。

图23为夹紧伺服电机驱动电路。

图24为切割伺服电机与电容调高器连接电路。

图25为电容调高器与PLC通信电路。

图26为激光器动作控制电路。

图27为激光器功率控制电路。

图28为现有的切割激光器浮动位置示意图。

图29为本实用新型的切割激光器浮动位置示意图。

其中，1是底座，2是防护罩，3是触摸屏，4是工件固定台，5是工件夹紧滑台，6是龙门架，7是Y轴机构，8是焊接激光器，9是切割激光器，10是焊接Z轴机构，11是切割Z轴机构，12是X轴机构，13是旋转滑台，14是凸台，15是定位块，16是快速夹钳，17是试样薄板，18是试样厚板，19是样板，20是凸点，21是第一切割点，22是第二切割点，23是第三切割点； 41是固定台底板；51是滑台底板，52滑台同步轮，53是滑台基座，55是滑台滑轨，56是滑台滑块，57是滑台丝杆，58是滑台丝母，59是滑台同步带；71是Y轴伺服电机，72是Y轴齿条，73是Y轴丝杠，74是Y轴同步带，75是Y轴同步轮。

具体实施方式

如图2和图3所示的一种不等厚板切割焊接一体机床，包括上表面安装有防护罩2、底部安装有地脚和脚轮的底座1，以及安装在防护罩2中的底座1上的工件固定台4、工件夹紧滑台5、龙门架6和Y轴机构7。

如图3、图8~16所示，所述工件固定台4和工件夹紧滑台5沿Y轴并排设置；所述工件固定台4包括固定台底板41，通过螺栓安装在固定台底板41的外沿和Y轴方向两端的定位块15，以及安装在固定台底板41上的快速夹钳16，所述固定台底板41通过螺栓水平安装在底座1上的凸台14上；所述工件夹紧滑台5包括滑台底板51，通过螺栓安装在滑台底板51的外沿和Y轴方向两端的定位块15，以及安装在滑台底板51上的快速夹钳16，所述滑台底板51通过相互配合的滑台滑轨55、滑台滑块56水平安装在滑台基座53上，所述滑台基座53通过螺栓固定安装在底座1上，所述滑台基座53上还安装有水平的、沿X轴方向垂直朝向工件固定台4的滑台丝杆57，所述滑台丝杆57一端安装有滑台同步轮52，通过滑台同步带59与夹紧伺服电机（未示出）传动，其滑台丝母58与滑台底板51固定连接。

如图3~7所示，所述Y轴机构7包括并排设置在底座1上的两根Y轴丝杠73，以及两条Y轴齿条72，所述龙门架6的两个底脚分别设置有与相应的Y轴齿条72啮合传动的齿轮，其中一个底脚固定连接一根Y轴丝杠73的丝母；两根Y轴丝杠73的同一端同轴固定连接有Y轴同步轮75，通过Y轴同步带74传动，其中一根Y轴丝杠73与Y轴伺服电机71传动；所述龙门架6上安装有X轴机构12，所述X轴机构12上安装有焊接Z轴机构10和切割Z轴机构11，所述焊接Z轴机构10安装有焊接激光器8，所述切割Z轴机构11通过旋转滑台13安装有切割激光器9，切割激光器9倾斜设置，角度在-60°~+60°内可调，优选-10°；还包括控制器和安装在切割激光器9上的电容调高器，如图1、图17~27所示，所述控制器的输入端连接有延伸至防护罩2外的触摸屏3，所述控制器控制夹紧伺服电机、Y轴伺服电机71、X轴机构12、焊接Z轴机构10、切割Z轴机构11、焊接激光器8和切割激光器9的动作，还接收电容调高器的输出信号，控制切割Z轴机构11和X轴机构12同步动作，构成切割激光器9的两轴联动闭环控制系统，其中X轴机构12的移动距离Lx为切割激光器9的倾斜角θ的正切值tanθ与切割Z轴机构11移动距离Lz的乘积tanθ*Lz。

在本实施例中，底座1采用40*40*4的钢管焊接得到框架，保证整台设备的强度和刚度，再安装上铝合金壁板、面板及底板，其内部作为电气柜，底部采用地脚进行高度调节；工件夹紧滑台5用于安装试样薄板17，工件固定台4用于安装试样厚板18，定位块15根据试样薄板17和试样厚板18的尺寸确定位置，然后通过螺栓紧固，快速夹钳16有多种市售品牌可供选择，如观祺牌的水平式20752B型；夹紧伺服电机采用台达B系列的伺服电机：ECMA-C10602RS，功率400W—低惯量—增量式伺服电机，配合使用的滚珠丝杆的导程为5mm，行程0-30mm；Y轴伺服电机71采用台达B系列的伺服电机：ECMA-C10602RS，功率400W—低惯量—增量式伺服电机，Y轴丝杠73的行程是0—650mm，丝杆导程5mm；X轴机构12采用的是两台同轴设置且同步动作的、行程200mm的X轴伺服滑台，其伺服电机的型号为：ECMA-E11305RS，不带刹车，功率500W，低惯量，增量式伺服电机，配400W的驱动器，焊接Z轴机构10、切割Z轴机构11各自安装在一台X轴伺服滑台上；焊接Z轴机构10和切割Z轴机构11采用的均是行程100mm的伺服滑台，其伺服电机的型号为：ECMA-C10602RS，带刹车，功率400W，低惯量，增量式伺服电机，配400W的驱动器；旋转滑台13采用的是金科牌RS60-L RS60-R型；控制器采用的是PLC可编程逻辑控制器，触摸屏3采用的是台达10吋触摸屏，电容调高器采用的是BCS100型，焊接激光器8和切割激光器9采用的是吉林省长光瑞思激光技术有限公司制造的激光器。

加工时，根据试样薄板17和试样厚板18的尺寸确定定位块15的位置，再通过快速夹钳16将试样薄板17和试样厚板18分别固定在工件夹紧滑台5和工件固定台4上；将试样薄板17和试样厚板18的参数通过触摸屏3输入控制器，控制器控制X轴机构12动作将切割激光器9对准试样薄板17的内沿，再控制龙门架6沿Y轴移动，对试样薄板17进行切割，然后龙门架6退回，控制器控制X轴机构12动作将切割激光器9对准试样厚板18的内沿，再控制龙门架6沿Y轴移动，对试样厚板18进行切割；如图29所示，在切割过程中，遇到板材19表面有凸起20时，控制器在控制切割Z轴机构11抬起的同时，还控制X轴机构12平移，使切割激光器9从位置21移动到位置23，切割面始终保持一致；切割完成后，龙门架6退回，控制器控制夹紧伺服电机动作，使试样薄板17向试样厚板18移动直至二者切割面贴合，再控制X轴机构12动作将焊接激光器8对准试样薄板17和试样厚板18的切割面贴合处，然后控制龙门架6沿Y轴移动进行焊接。