(71)申请人武汉大族金石凯激光系统有限公司地址430223湖北省武汉市东湖新技术开

　　本发明公开了一种侧立式同步双驱激光加工机床,它包括床身(1)、激光柜组件(4)和电器柜组件(5),床身(1)下安装有床身底座(6),床身(1)上竖向安装有Z轴组件,Z轴组件上横向安装有XY轴组件(3),XY轴组件(3)上安装有激光器,激光柜组件(4)和电器柜组件(5)安装于床身(1)周边,电器柜组件(5)内安装有用于控制整个机床工作的控制中心,Z轴组件采用双立柱结构,每根立柱上设有对应的驱动,Z轴组件与XY轴组件(3)构成同步双驱动龙门式结构,激光器为半导体耦合光纤激光器。激光加工机床具有能完成大型平面模具的激光淬火、焊接、切割等多种功能,且体积小,结构稳定性好的有益效果。

　　1.一种侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,它包括床身(1)、激光柜组件(4)和电器柜组件(5),床身(1)下安装有床身底座(6),床身(1)上竖向安装有Z轴组件,所述的Z轴组件上横向安装有XY轴组件(3),所述的XY轴组件(3)上安装有激光器,激光柜组件(4)和电器柜组件(5)安装于床身(1)周边,所述的激光柜组件(4)用于保障激光器正常工作,所述的电器柜组件(5)内安装有用于控制整个机床工作的控制中心,所述的Z轴组件采用双立柱结构,每根立柱上设有对应的驱动,Z轴组件与XY轴组件(3)构成同步双驱动龙门式结构,所述的激光器为半导体耦合光纤激光器。

　　2.根据权利要求1所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,所述的激光器上的激光头(19)通过激光器支架(20)安装于XY轴组件(3)上,激光器支架(20)上方还安装有光纤线所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,所述的Z轴组件上配套一组对重组件(12),对重组件(12)包括对重轮组件(13)、钢索(17)、绞盘和对重块,钢索(17)的一端与绞盘相连,另一端穿过对重轮组件(13)与对重块相连。

　　4.根据权利要求1所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,所述的激光器为德国Laserline公司生产的LDM‑6000‑‑100型激光器,激光器的激光头(19)为可变光斑激光头,激光头的光纤接口为LLK‑D型接口。

　　5.根据权利要求1所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,所述的激光柜组件(4)包括有光束传输和聚焦系统,该系统用于将激光器发出的激光光束经切换传导至激光加工光头,光束传输和聚焦系统组成为光纤和聚焦光头聚焦,所述的光头安装于机床上。

　　6.根据权利要求1所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,所述的激光柜组件(4)还包括有温度闭环控制系统,该系统由稳定控制单元和高温计适配器组成,稳定控制单元和高温计适配器之间信号连接,用于实现对激光器温度的闭环控制。

　　7.根据权利要求1所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,所述的电器柜组件(5)包括激光专用冷水机组,机组采用大族制冷的HC250M型激光器专用精密水冷却机,双温双控高水质激光冷水机组。

　　8.根据权利要求1所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,所述的电器柜组件(5)还包括XYZ三轴数控系统,所述的数控系统用于控制激光器在如下行程范围内移动,X×Y×Z=4000mm×600mm×3500mm。

　　9.根据权利要求1所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,XYZ三轴结构采用齿轮齿条及导轨传动,Z采用龙门双驱的结构形式,Z轴选用具有抱刹功能的伺服电机,X轴安装在Z轴的滑板上,Y轴安装在X轴的滑板上,激光头(19)以及其调节支架安装在Y轴滑台上,随Y轴滑台上下左右滑动。

　　10.根据权利要求1所述的侧立式同步双驱激光加工机床,其特征在于,它还包括有集成式操作系统,所述的集成式操作系统用于将机床的数控部分与激光器的控制部分集成到一个操作台上,它还包括有至少一部手持控制单台,用于操作人员实现远程控制。

　　[0001]本发明涉及激光加工机床技术领域,具体是指一种能完成大型平面模具的激光淬火、焊接、切割等功能,集光、机、电以及制冷和材料加工技术于一体的侧立式同步双驱激光加工机床。

　　[0002]由于激光加工机床可基于激光系统的红外辐射与材料固有热作用而将材料加热、熔化、烧蚀甚至汽化来进行打孔、切割、焊接以及表面热处理。且激光加工是非接触加工,加工速度快,生产率高,打一个小孔的时间约需0.1s,热影响区域小,热变形也小。该技术在汽车、航空、宇航、电子、机械和轻工等方面的应用愈来愈广。

　　[0003]以激光加工机床中的激光淬火成套设备为例,激光淬火又称激光相变硬化热处理,是将规律的强激光束照射到工件表面,迅速将工件表面温度提高到奥氏体转变温度以上,熔点以下的范围之内,通过激光束的快速移动,被加热的部位与工件内部进行快速的热交换,使工件表面的冷却速度极快以实现马氏体的转化,得到极细的马氏体结构组织。由于激光相变硬化是采用快速加热与快速冷却的工作方式,它在工件表面上产生的压应力可以达到750Mpa以上,从而增强了材料的疲劳性能。目前激光淬火已经应用于汽车模具、齿轮、曲轴、汽缸、活塞杆、导轨、轧辊、剪刃等领域的加工,可有效提高零部件的耐磨性和使用寿命以及提高抗磨损、抗疲劳性。例如,在大型齿轮处理的齿面、大型轴类零部件的轴颈淬火,表面粗糙度基本不变,不需要后续机械加工就可满足实际工况需求。

　　[0004]目前市场上激光淬火设备通常采用激光器与大型多功能加工机床结合组成成套设备,其特点在于将激光淬火技术与通用加工机床简单结合,能实现各种不同部件的表面淬火,但该结构有一定局限性,不能实现快速移动及现场淬火,无法完成对大型平面模具的激光淬火,且还有功能单一,结构稳定性差,占用体积大等不足之处。

　　[0005]针对上述问题,本专利申请的发明人通过检索,有发现名为可移动式激光淬火装置的发明专利一件,该专利公开了一种可移动式激光淬火装置,包括基体、设置在基体上的六轴机械手以及设置在六轴机械手末端的激光淬火头,所述基体设置在移动机构上,该移动机构包括移动平台、设置在移动平台上的滚轮以及驱动所述滚轮转动的驱动源,在所述移动平台上还设置有在垂直方向运动的与地面接触的支撑机构。该专利解决了激光淬火装置的移动性问题,但功能还是单一,竖直方向上的移动高度有限,且结构稳定性偏低。

　　[0006] 本专利申请的发明人进一步检索到一种圆筒形工件的高效率激光淬火设备及其使用方法的发明专利,也公开了一种激光淬火设备,该设备采用两套激光淬火组件、一套数控三轴、用于安装圆筒形工件的滚轮架,圆筒形工件套设于所述滚轮架上,每套激光淬火组件包括一台激光器、一台冷水机、一套激光淬火头,所述激光器通过光纤连接对应的激光淬火头,所述激光器和所述激光淬火头均通过水管与对应的冷水机相连,两套激光淬火组件的激光淬火头沿圆筒形工件的轴向间隔安设于数控三轴上。该专利方案效率比较高,且对圆筒形工件有很好的适用性。但对于大型平面模具,其运动幅度还有稳定性仍不能很好的

　　[0007] 综上所述,目前缺少一种能完成大型平面模具的激光淬火、焊接、切割等多种功能,且体积小,结构稳定性好的激光加工机床。

　　[0008] 本发明要解决的技术问题是,提供一种能完成大型平面模具的激光淬火、焊接、切割等多种功能,且体积小,结构稳定性好的侧立式同步双驱激光加工机床。

　　[0009] 为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案为,一种侧立式同步双驱激光加工机床,它包括床身、激光柜组件和电器柜组件,床身下安装有床身底座,床身上竖向安装有Z 轴组件,所述的Z轴组件上横向安装有XY轴组件,所述的XY轴组件上安装有激光器,激光柜组件和电器柜组件安装于床身周边,所述的激光柜组件用于保障激光器正常工作,所述的电器柜组件内安装有用于控制整个机床工作的控制中心,所述的Z轴组件采用双立柱结构,每根立柱上设有对应的驱动,Z轴组件与XY轴组件构成同步双驱动龙门式结构,所述的激光器为半导体耦合光纤激光器。

　　[0010] 作为优选,所述的激光器上的激光头通过激光器支架安装于XY轴组件上,激光器支架上方还安装有光纤线] 作为优选,所述的Z轴组件上配套一组对重组件,对重组件包括对重轮组件、钢索、绞盘和对重块,钢索的一端与绞盘相连,另一端穿过对重轮组件与对重块相连。

　　[0012] 作为优选,所述的激光器为德国Laserline公司生产的LDM‑6000‑ ‑100型激光器,激光器的激光头为可变光斑激光头,激光头的光纤接口为LLK‑D型接口。

　　[0013] 作为优选,所述的激光柜组件包括有光束传输和聚焦系统,该系统用于将激光器发出的激光光束经切换传导至激光加工光头,光束传输和聚焦系统组成为光纤和聚焦光头聚焦,所述的光头安装于机床上。

　　[0014] 作为优选,所述的激光柜组件还包括有温度闭环控制系统,该系统由稳定控制单元和高温计适配器组成,稳定控制单元和高温计适配器之间信号连接,用于实现对激光器温度的闭环控制。

　　[0015] 作为优选,所述的电器柜组件包括激光专用冷水机组,机组采用大族制冷的HC250M型激光器专用精密水冷却机,双温双控高水质激光冷水机组。

　　[0016] 作为优选,所述的电器柜组件还包括XYZ三轴数控系统,所述的数控系统用于控制激光器在如下行程范围内移动,X×Y×Z=4000mm×600mm×3500mm。

　　[0017] 作为优选,XYZ三轴结构采用齿轮齿条及导轨传动,Z采用龙门双驱的结构形式,Z 轴选用具有抱刹功能的伺服电机,X轴安装在Z轴的滑板上,Y轴安装在X轴的滑板上,激光头以及其调节支架安装在Y轴滑台上,随Y轴滑台上下左右滑动。

　　[0018] 作为优选,它还包括有集成式操作系统,所述的集成式操作系统用于将机床的数控部分与激光器的控制部分集成到一个操作台上,它还包括有至少一部手持控制单台,用于操作人员实现远程控制。

　　[0019] 采用上述结构后,本发明具有如下有益效果,所述的成套设备由半导体耦合光纤激光器、激光光头、传导光纤、激光器专用水冷机组、三轴数控机床、集成控制系统、稳压电源等组成,可完成平面类零件的激光表面处理、焊接、切割等。且各组成部件均是高稳定性

　　[0023] 如图所示, 1、床身,2、爬梯,3、XY轴组件,4、激光柜组件,5、电器柜组件,6、床身底座,7、第一床身斜筋,8、电器柜支撑件,9、Z轴防护罩,10、X轴防护罩,11、第二床身斜筋,12、对重组件,13、对重轮组件,14、Z轴防护罩固定件,15、Z轴防护罩左定位件,16、Z轴防护罩右定位件,17、钢索,18、光纤线、激光器支架。

　　[0025] 结合附图1到附图3,一种侧立式同步双驱激光加工机床,它包括床身1、激光柜组件4和电器柜组件5,床身1下安装有床身底座6,床身1上竖向安装有Z轴组件,所述的Z轴组件上横向安装有XY轴组件3,所述的XY轴组件3上安装有激光器,激光柜组件4和电器柜组件5安装于床身1周边,所述的激光柜组件4用于保障激光器正常工作,所述的电器柜组件5内安装有用于控制整个机床工作的控制中心,所述的Z轴组件采用双立柱结构,每根立柱上设有对应的驱动,Z轴组件与XY轴组件3构成同步双驱动龙门式结构,所述的激光器为半导体耦合光纤激光器。

　　[0026] 作为优选,所述的激光器上的激光头19通过激光器支架20安装于XY轴组件3上,激光器支架20上方还安装有光纤线] 作为优选,所述的Z轴组件上配套一组对重组件12,对重组件12包括对重轮组件

　　13、钢索17、绞盘和对重块,钢索17的一端与绞盘相连,另一端穿过对重轮组件13与对重块相连。

　　[0028] 作为优选,所述的激光器为德国Laserline公司生产的LDM‑6000‑ ‑100型激光器,激光器的激光头19为可变光斑激光头,激光头的光纤接口为LLK‑D型接口。

　　[0029] 作为优选,所述的激光柜组件4包括有光束传输和聚焦系统,该系统用于将激光器发出的激光光束经切换传导至激光加工光头,光束传输和聚焦系统组成为光纤和聚焦光头聚焦,所述的光头安装于机床上。

　　[0030] 作为优选,所述的激光柜组件4还包括有温度闭环控制系统,该系统由稳定控制单元和高温计适配器组成,稳定控制单元和高温计适配器之间信号连接,用于实现对激光器温度的闭环控制。

　　[0031] 作为优选,所述的电器柜组件5包括激光专用冷水机组,机组采用大族制冷的HC250M型激光器专用精密水冷却机,双温双控高水质激光冷水机组。

　　[0032] 作为优选,所述的电器柜组件5还包括XYZ三轴数控系统,所述的数控系统用于控制激光器在如下行程范围内移动,X×Y×Z=4000mm×600mm×3500mm。

　　[0033] 作为优选,XYZ三轴结构采用齿轮齿条及导轨传动,Z采用龙门双驱的结构形式,Z 轴选用具有抱刹功能的伺服电机,X轴安装在Z轴的滑板上,Y轴安装在X轴的滑板上,激光头

　　[0034] 作为优选,它还包括有集成式操作系统,所述的集成式操作系统用于将机床的数控部分与激光器的控制部分集成到一个操作台上,它还包括有至少一部手持控制单台,用于操作人员实现远程控制。

　　[0035] 具体实施时,所述的成套设备由半导体耦合光纤激光器、激光淬火光头配两轴可调矩形光斑光头、传导光纤、激光器专用水冷机组、三轴数控机床、集成控制系统、稳压电源等组成,可完成平面类零件的激光淬火目的。其中激光器采用原装进口德国Laserline公司的半导体激光器应用于表面硬化,具有如下技术优势,电光转换率高,省电,体积小,可以实现便携式加工,稳定的短波长,同时具有红光指示功能,能量更容易吸收,无触点能量吸收,硬化零件不变形,能量吸收和硬化定位高度准确,通过热传导自动冷却,处理过程稳定可控,结晶硬化结构更优良。Laserline LDM6000‑100光纤耦合半导体激光器能通过光纤和光头将激光传导到工件上,将激光器远离工件和工作区域,有效的保护了激光器。该激光器技术非常成熟,具有体积小、结构紧凑、操作简单的特点。对应参数如下,额定输出功率(6KW)输出功率调节范围,0‑6000W,输出波长,900nm‑1070 nm,功率不稳定度,≤±2%,最小光束直径,110mm.mrad,电光转换效率,≤45%,激光器电源要求,三相380V(±10%) ,50/60Hz,最大功耗, 17.5KW,最大冷却要求, 11 .5KW,工作温度, 10‑40℃,工作湿度, 10‑80%/25℃,85%/35℃,重量,约110 kg,体积,700mm×500mm×320mm3。

　　[0036] 其中光束传输和聚焦系统的功能就是将激光器发出的激光光束经切换传导至激光加工光头,光束传输和聚焦系统组成为光纤和聚焦光头聚焦,光头安装于机床上。光纤采用德国laserline公司原装进口, 1000μm,30M。接口采用LLK‑D接口。可变光斑激光头选用laserline公司原装进口的OTZ ‑5型宽带聚焦光头,以满足宽带激光淬火及宽带激光熔覆加工要求,提高设备加工效率。相关参数如下,聚焦方式,透射聚焦,光斑尺寸,8‑64*8‑64mm。焦距(400mm)带气刀保护单元,激光淬火光斑形状,矩形,含光纤耦合单元、准直镜覆板、失真锁底板、快拆式保护板。

　　[0037] 其中温度闭环控制系统的温度闭环控制原理为,采集器同轴连接在镜头上,工作时发出一束很微弱的红外激光,然后通过检测回返激光,计算出光斑正中心的温度值,工作原理也就是红外测温仪类似。然后测得的温度数据和设定数据比较,进行闭环控制激光器,让工作区域在移动的过程中保持一定的温度。这个调节时间很短,等到移动稳定以后温度差很小的。信号拉普拉斯变化以后得到PID三个参数,通过调节这三个参数让实际值快速接近目标值,然后再反拉普拉斯变化得到具体的模拟量大小。双色高温计温度测量和闭环功率控制相关参数如下,温度范围,约450° ‑ 1500°C。测量时间,根据信号强度从0. 1 ms‑20ms。调整测量位置(x – y位置)的指示激光635 nm为二级激光,与激光器连接,集成在激光器主题内部,否则作为一个独立的19英寸的机箱。轮廓测量过程管理软件(Linux)和集成闪存盘快速通过USB端口备份,多IO PCI卡对轮廓数据采集,数据出口以Windows数据为基础。个人设置激光功率的上限和下限的值,温度通过过程文档处理和控制激光功率来对应恒定的温度。可变光斑激光头+温度闭环控制系统再配套合适的高功率激光器是大型平面类淬火加工的利器,能极大地提高工作效率和保证加工质量。

　　[0038] 激光专用冷水机组采用大族制冷的HC250M型激光器专用精密水冷却机,双温双控高水质激光冷水机组冷却激光器,配备有低温水及常温水两组冷却水,满足激光器腔体及

　　出光口的恒温需求。冷水机由制冷系统、水路系统以及电气系统组成。制冷系统主要由压缩机、冷凝器,配散热风机, 、节流部件以及蒸发器组成,当制冷器正常工作时,从蒸发器吸收的热量通过冷凝器散发到环境中去。水路系统为高洁净的循环水系统,配套去离子装置。采用不锈钢冷水循环泵。电气控制系统主要由温控板、温度传感器、液位开关、流量开关等组成,温控板经过温度传感器探测水箱中的水温,从而控制制冷系统的启停。为保障制冷系统的安全,当液位或流量报警时,制冷系统将会停止工作,且报警提示。控制系统提供多重保护功能和无源报警端子、远程控制端子,易于实现CNC的集中控制和监控。

　　[0039] 机床主体采用三轴数控激光加工机床,龙门式悬臂结构形式,光头在Y轴滑板上作XYZ三轴直线运动。机床主体行程,X×Y×Z=4000mm×600mm×3500mm,XYZ三轴的行走速度0~5000mm/min,定位精度,±0. 1mm mm,重复定位精度,±0. 1mm,XYZ三轴采用齿轮齿条及导轨传动,Z采用龙门双驱的结构形式,Z轴选用具有抱刹功能的伺服电机,X轴安装在Z轴的滑板上,Y轴安装在X轴的滑板上,光头以及其调节支架安装在Y轴滑台上,随Y轴滑台上下左右滑动,机床两侧设有爬梯2,机床的导轨、齿轮齿条都选用国内品牌产品,数控系统选用西门子808D交流伺服系统,配有四台西门子数值式交流伺服电机,配套一台集成式的操作台,统一机床、激光器等的操作,同时配一部手持单元,便于远离操作台工作,机床主体采用钢板焊接件,全部焊缝都采用人工时效处理,以消除焊接应力,减少结构的变形。机床底座上立柱左右两侧分别设有第一床身斜筋7和第二床身斜筋11 ,电器柜组件配套有电器柜支撑件

　　8, Z轴外周安装有Z轴防护罩9,Z轴防护罩9还配套有Z轴防护罩固定件14、 Z轴防护罩左定位件15和Z轴防护罩右定位件16,均是用于安装防护罩的配套结构,X轴外周安装有X轴防护罩10。

　　[0040] 以上对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。星空体育集团股份有限公司