一种三维五轴激光切割系统的结构设计的制作方法
1.本发明涉及激光切割系统技术领域，具体涉及一种三维五轴激光切割系统的结构设计。
背景技术：
2.三维五轴激光切割系统凭借其高效率、高精度、高适应性等特点,在汽车零部件、航空航天、模具等行业有着广泛的应用。但由于高性能三维五轴激光切割系统相关技术一直被国外设备制造商封锁,国内在该领域缺乏相应的设计方法与经验,导致国产同类产品存在着结构设计不合理、强度不足或过高、加工工艺落后等问题。因此,研发出拥有完全自主知识产权的三维五轴激光切割系统,不仅能加快我国激光加工装备和产业的发展,更能保持中国制造业的国际竞争力。
3.现有的激光切割系统不能满足多维度和多角度的激光作业，对工件表面激光的过程中高压和高温容易导致传统的视觉识别系统受到干扰，影响激光的精确度和灵敏性，容易导致激光作业的偏差，例如申请号为202110187491.5公开的激光切割系统，在实际应用中不能将多轴和多维度结合，保证激光作业不受高温高压的影响进行多角度多维度的转动激光切割。
4.因此，发明一种三维五轴激光切割系统的结构设计来解决上述问题很有必要。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种三维五轴激光切割系统的结构设计，以解决技术中激光切割系统的激光切割头的切割范围受限，不能多面和多角度作业的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三维五轴激光切割系统的结构设计，包括一号轴、二号轴和三号轴，所述一号轴上设置有二号轴，所述二号轴上设置有挂板，所述挂板上安装有变压器，所述变压器上电性连接有二级板，所述挂板上安装有皮带，所述皮带另一端安装有三号轴，所述三号轴上开设有安装孔，所述三号轴上设置有转动项圈，所述安装孔内电性连接有转动轴，所述转动轴上安装有连杆，所述连杆上设置有一号控制器，所述一号控制器上电性连接有接线板，所述接线板上安装有二号控制器，所述二号控制器上设置有集成电路板，所述连杆上设置有滑块，所述滑块上安装有激光头。
7.优选的，所述一号轴上设置有定位器、卡槽和多轨道，所述定位器设置有两个，两个所述定位器分别设置在一号轴的两端，所述多轨道设置有三条。
8.优选的，所述卡槽与二号轴滑动连接，且三条所述多轨道其中一条内均匀分布有齿条，并且其余两条所述多轨道内均匀分布有滚珠转子，所述二号轴为“工”字形。
9.优选的，所述挂板与多轨道滑动连接，且所述挂板与变压器固定连接，并且所述挂板上开设有螺纹孔。
10.优选的，所述限位槽与三号轴滑动连接，且所述三号轴滑动的距离是三号轴自身高度的二分之一，所述滑块上开设有十字形槽。
11.优选的，包括由x轴、y轴和z轴组成的五轴系统以及三维系统，所述x轴、y轴和z轴以及各轴之间的运行方式均为齿轮齿条、滚珠丝杠、直线导轨与伺服电机的配套使用。
12.优选的，所述五轴系统利用ansys workbench对三维五轴激光切割系统的床身、悬臂梁及三维激光切割头等关键部件进行分析，结果表明各关键部件的最大变形量分别为33.8μm、75.5μm、29.3μm,最大等效应力分别为6.73mpa、11.5mpa、3.85mpa，固有频率均在60hz以上。
13.优选的，所述三维系统包括激光切割头定位、辅助切割路径设置、光束半径补偿、转角过烧设置和干涉预处理设置，利用有限元分析软件数值完成了22mn b5热成型钢在不同激光切割工艺参数下的温度场分布变化。
14.优选的，所述三维系统内涵盖不同激光切割工艺参数对切割质量的影响规律，通过正交实验得出的工艺参数组合是激光功率1200w，切割速度2.4m/min，辅助气体压力1.2mpa。
15.优选的，所述三维五轴激光切割系统满足切割系统整体及相关键零部件的连接关系，确定了x、y、z各轴和三维激光切割头采用的结构形式及运动方式。
16.在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
17.1、通过对激光头的多方位激光自主研发了一套系统，能将传统的三维系统上增加辅助切割路径设置、光束半径补偿、转角过烧设置和干涉预处理设置，来对激光头的运行做到更精准的切割，同时能对工件的三个面的多个角度进行切割，做到切割面光滑，完整连续；
18.2、通过自主研发的控制系统与一、二、三号轴的三个方向的运行，增加激光头的转动和翻转范围，以及在三轴之前的轴方向也能实施，增加轴和增加维度能在系统的干涉预处理的范围内，对激光头的作业灵活度有革命性的意义；
19.3、通过激光头与多组控制器和接线板的共同组成完整的电信号传输路径，在保证信号完整的控制激光头的同时，能将事先设置好的转角过烧设置参数增设到激光头的转动角度内，保证激光头的转动范围，也能稳定激光作业。
附图说明
20.图1为本发明的整体结构示意图；
21.图2为本发明二号轴的立体结构示意图；
22.图3为本发明定位器的立体结构示意图；
23.图4为本发明皮带的立体结构示意图；
24.图5为本发明三号轴的立体结构示意图；
25.图6为本发明激光头的立体结构示意图。
26.附图标记说明：
27.1、一号轴；101、定位器；102、卡槽；103、多轨道；2、二号轴；3、挂板；4、变压器；5、二级板；6、皮带；7、限位槽；8、三号轴；801、转动项圈；9、安装孔；10、转动轴；11、连杆；1101、感应器；12、一号控制器；13、接线板；14、二号控制器；15、集成电路板；16、滑块；17、激光头。
具体实施方式
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
29.本发明提供了如图1-6所示的一种三维五轴激光切割系统的结构设计，包括一号轴1、二号轴2和三号轴8，一号轴1上设置有二号轴2，二号轴2上设置有挂板3，挂板3上安装有变压器4，变压器4上电性连接有二级板5，挂板3上安装有皮带6，皮带6另一端安装有三号轴8，三号轴8上开设有安装孔9，所述三号轴8上设置有转动项圈801，安装孔9内电性连接有转动轴10，转动轴10上安装有连杆11，连杆11上设置有一号控制器12，一号控制器12上电性连接有接线板13，接线板13上安装有二号控制器14，二号控制器14上设置有集成电路板15，连杆11上设置有滑块16，滑块16上安装有激光头17。
30.一号轴1上设置有定位器101、卡槽102和多轨道103，定位器101设置有两个，两个定位器101分别设置在一号轴1的两端，多轨道103设置有三条。
31.卡槽102与二号轴2滑动连接，且三条多轨道103其中一条内均匀分布有齿条，并且其余两条多轨道103内均匀分布有滚珠转子，二号轴2为“工”字形，挂板3与多轨道103滑动连接，且挂板3与变压器4固定连接，并且挂板3上开设有螺纹孔。
32.限位槽7与三号轴8滑动连接，且三号轴8滑动的距离是三号轴8自身高度的二分之一，滑块16上开设有十字形槽，包括由x轴、y轴和z轴组成的五轴系统以及三维系统，x轴、y轴和z轴以及各轴之间的运行方式均为齿轮齿条、滚珠丝杠、直线导轨与伺服电机的配套使用。
33.五轴系统利用ansys workbench对三维五轴激光切割系统的床身、悬臂梁及三维激光切割头等关键部件进行分析，结果表明各关键部件的最大变形量分别为33.8μm、75.5μm、29.3μm,最大等效应力分别为6.73mpa、11.5mpa、3.85mpa，固有频率均在60hz以上。
34.三维系统包括激光切割头定位、辅助切割路径设置、光束半径补偿、转角过烧设置和干涉预处理设置，利用有限元分析软件数值完成了22mn b5热成型钢在不同激光切割工艺参数下的温度场分布变化，三维系统内涵盖不同激光切割工艺参数对切割质量的影响规律，通过正交实验得出的工艺参数组合是激光功率1200w，切割速度2.4m/min，辅助气体压力1.2mpa，三维五轴激光切割系统满足切割系统整体及相关键零部件的连接关系，确定了x、y、z各轴和三维激光切割头采用的结构形式及运动方式。
35.本发明工作原理：
36.参照说明书附图1-3，在使用本装置时，首先通过三维五轴系统将参数输入到pc端之后，在通过多组伺服电机与变压器4的连接，以及与三号轴8的连接和皮带6的连接，最后将激光头17连接到接线板13上，将接线板13与连杆11上的感应器1101和一号控制器12连接；
37.参照说明书附图3-6，在使用本装置时，通过控制系统事先设置好的控制命令将信号传递到二级板5上，推动挂板3在多轨道103上的位移，在通过卡槽102和二号轴2来移动一号轴1的位置，以及通过挂板3上的皮带6和限位槽7来带动三号轴8的上下移动，最后通过接线板13与二号控制器14的连接带动滑块16的十字路径滑动，实现激光头17的十字路径位移，以及在十字滑槽内0-15
°
角度内的范围的翻转。
技术特征：
1.一种三维五轴激光切割系统的结构设计，包括一号轴(1)、二号轴(2)和三号轴(8)，其特征在于：所述一号轴(1)上设置有二号轴(2)，所述二号轴(2)上设置有挂板(3)，所述挂板(3)上安装有变压器(4)，所述变压器(4)上电性连接有二级板(5)，所述挂板(3)上安装有皮带(6)，所述皮带(6)另一端安装有三号轴(8)，所述三号轴(8)上开设有安装孔(9)，所述三号轴(8)上设置有转动项圈(801)，所述安装孔(9)内电性连接有转动轴(10)，所述转动轴(10)上安装有连杆(11)，所述连杆(11)上设置有一号控制器(12)，所述一号控制器(12)上电性连接有接线板(13)，所述接线板(13)上安装有二号控制器(14)，所述二号控制器(14)上设置有集成电路板(15)，所述连杆(11)上设置有滑块(16)，所述滑块(16)上安装有激光头(17)。2.根据权利要求1所述的一种三维五轴激光切割系统的结构设计，其特征在于：所述一号轴(1)上设置有定位器(101)、卡槽(102)和多轨道(103)，所述定位器(101)设置有两个，两个所述定位器(101)分别设置在一号轴(1)的两端，所述多轨道(103)设置有三条。3.根据权利要求2所述的一种三维五轴激光切割系统的结构设计，其特征在于：所述卡槽(102)与二号轴(2)滑动连接，且三条所述多轨道(103)其中一条内均匀分布有齿条，并且其余两条所述多轨道(103)内均匀分布有滚珠转子，所述二号轴(2)为“工”字形。4.根据权利要求1所述的一种三维五轴激光切割系统的结构设计，其特征在于：所述挂板(3)与多轨道(103)滑动连接，且所述挂板(3)与变压器(4)固定连接，并且所述挂板(3)上开设有螺纹孔。5.根据权利要求1所述的一种三维五轴激光切割系统的结构设计，其特征在于：所述限位槽(7)与三号轴(8)滑动连接，且所述三号轴(8)滑动的距离是三号轴(8)自身高度的二分之一，所述滑块(16)上开设有十字形槽。6.根据权利要求1所述的一种三维五轴激光切割系统，包括由x轴、y轴和z轴组成的五轴系统以及三维系统，其特征在于：所述x轴、y轴和z轴以及各轴之间的运行方式均为齿轮齿条、滚珠丝杠、直线导轨与伺服电机的配套使用。7.根据权利要求6所述的一种三维五轴激光切割系统，其特征在于：所述五轴系统利用ansys workbench对三维五轴激光切割系统的床身、悬臂梁及三维激光切割头等关键部件进行分析，结果表明各关键部件的最大变形量分别为33.8μm、75.5μm、29.3μm,最大等效应力分别为6.73mpa、11.5mpa、3.85mpa，固有频率均在60hz以上。8.根据权利要求6所述的一种三维五轴激光切割系统，其特征在于：所述三维系统包括激光切割头定位、辅助切割路径设置、光束半径补偿、转角过烧设置和干涉预处理设置，利用有限元分析软件数值完成了22mn b5热成型钢在不同激光切割工艺参数下的温度场分布变化。9.根据权利要求6所述的一种三维五轴激光切割系统，其特征在于：所述三维系统内涵盖不同激光切割工艺参数对切割质量的影响规律，通过正交实验得出的工艺参数组合是激光功率1200w，切割速度2.4m/min，辅助气体压力1.2mpa。10.根据权利要求6所述的一种三维五轴激光切割系统，其特征在于：所述三维五轴激光切割系统满足切割系统整体及相关键零部件的连接关系，确定了x、y、z各轴和三维激光切割头采用的结构形式及运动方式。
技术总结
本发明公开了一种三维五轴激光切割系统的结构设计，包括一号轴、二号轴和三号轴，所述一号轴上设置有二号轴，所述二号轴上设置有挂板，所述挂板上安装有变压器，所述变压器上电性连接有二级板，所述挂板上安装有皮带，所述皮带另一端安装有三号轴，所述三号轴上开设有安装孔，所述三号轴上设置有转动项圈，所述安装孔内电性连接有转动轴，所述转动轴上安装有连杆。本发明通过对激光头的多方位激光自主研发了一套系统，能将传统的三维系统上增加辅助切割路径设置、光束半径补偿、转角过烧设置和干涉预处理设置，来对激光头的运行做到更精准的切割，同时能对工件的三个面的多个角度进行切割，做到切割面光滑，完整连续。完整连续。完整连续。
