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1、大功率激光切割系统 2016年2月 2020 4 4 1 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 2 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 3 需求分析 适应多品种复杂曲面零件 大 小尺寸 的切割与打孔 待加工零件材质为高温合金 不锈钢及钛合金等 待加工零件无CAD模型与CAD模型误差较大时 切割轨迹需3D重建 加工效率较高 具备飞行打孔功能 宜人化的操作 智能化程度较高 2
2、020 4 4 4 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 5 总体方案 主要组成 运动执行机构 激光系统 烟尘吸收净化系统 集成控制系统 工装夹具 切割末端执行器 测量传感器 2020 4 4 6 总体方案 功能介绍 运动执行机构 三轴机械手 旋转工作台 切割末端执行器 2个摆动轴 切割头 扫描传感器 同轴CCD 工装夹具 可换工装 一次装夹 整体加工 烟尘吸收净化系统 整体除尘 激光系统 能量源 激光器 水冷机 连续 脉冲 控制系统 集成控制 在线 离线编程与仿真 2020 4 4
3、 7 总体方案 设备运行环境 1 电源 380V 10 3相 50Hz 2 环境温度 5 35 3 相对湿度 75 4 设备工作状态下噪音 75DB 2020 4 4 8 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 9 运动执行机构 主要组成 三轴机械手 机床钢构 旋转工作台 X Y Z三个直线轴和一个旋转工作台 各轴均由伺服电机驱动 带闭环反馈系统 2020 4 4 10 运动执行机构 三轴机械手 X轴机械手 直线导轨 Y轴机械手 Z轴机械手 性能指标 X Y Z轴行程 X 1000mm
4、 Y 1000mm Z 1500mm 定位精度 0 01mm 500mm 重复定位精度 0 007mm 移动速度 20m min X轴机械手 2020 4 4 11 运动执行机构 旋转工作台 性能指标 承重量 1500Kg 旋转范围 n 360 定位精度 15 重复定位精度 6 可与其它5轴联动 回转机构 伺服电机 刚性工作台 2020 4 4 12 运动执行机构 工作区防护 功能 顶盖可根据需要开启 工作时锁死 前门用于工作人员进出设备工作区使用 工作时锁死 两侧壁安装透光玻璃窗 工作过程可见 后壁板配有维护用后门 方便设备调试 维护 可开启顶盖 前门 侧壁 维护用后门 隔板 后壁板 202
5、0 4 4 13 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 14 功能特点 由防碰撞机械臂和切割头组成 具有柔性防碰撞功能 具有焦距调节功能 具有随动跟踪功能 具有在线扫描测量功能 不同于普瑞玛 切割末端执行器 普瑞玛切割头 2020 4 4 15 垂直旋转轴 防碰撞机械臂 水平旋转轴 性能指标 水平旋转轴行程 450 垂直旋转轴行程 270 定位精度 15 重复定位精度 6 激光头 扫描传感器 光纤拖链 切割末端执行器 防碰撞机械臂 2020 4 4 16 主要参数 转速 50r mi
6、n 转动范围 120 侧向切割精度 5 m 环向切割精度 10 m 电机形式 力矩电机 额定力矩 12Nm 测量系统 ERA4281C 水平旋转轴 垂直旋转轴 光纤拖链 切割末端执行器 防碰撞机械臂 2020 4 4 17 主要参数 中断频率 350kHz 系统精度 4 5 光栅行数 16384 光栅周期 20 m 机构允许转速 4000r min 转子惯性矩 0 000033kgm 工作温度 10 80 旋转轴测量系统 切割末端执行器 防碰撞机械臂 2020 4 4 18 主要参数 焦距范围 最大 100至500 mm 标准 200至300 mm 焦距等级 每50mm一级 冷却方式 水冷 摆
7、动范围 水平 360 垂直 160 驱动 力矩电机 重量 约45kg 同轴CCD 具有40倍以上与激光束同轴CCD监视功能 可在线进行工件检查及精确定位 切割末端执行器 2020 4 4 19 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光器系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 20 工装夹具 采用球锁快速装夹和T型槽结构 工作平台可在 600mm回转台与 1200mm回转台之间转换 工装 夹具 工件 600mm回转台 1200mm回转台 工件 夹具 夹具 工装 工件 2020 4 4 21 工装夹具 工装转换流程 工装一 步骤
8、一 工件安装后整体吊运至工作转台 步骤二 准备定位销 步骤三 安装定位销 使工装与工作转台固定 2020 4 4 22 工装夹具 工装转换流程 工装二 步骤一 工件底板吊运至工作转台 步骤三 安装定位销 使工装底板与工作转台固定 步骤二 准备定位销 步骤四 安装工件并固定 步骤五 安装工装顶板 固定工件 2020 4 4 23 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光器系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 24 激光系统 激光器 IPG光纤 技术指标 工作方式 连续 脉冲最大平均功率 1 5kw 最大峰值功率 15kw 最
9、大脉冲能量 150J 脉冲宽度 0 2ms 10ms 脉冲频率 1Hz 2000Hz 功率调节范围 10 100 光束发散角 15 19mm mrad 工作环境温度 5 45 无水存放温度 40 75 外形尺寸 1004 804 556 重量 190kg 2020 4 4 25 激光系统 水冷机 采用IPG原厂水冷机 具备双温双控 水温自动加热补偿功能 水冷机控温精度 0 5 具备离子吸附功能 满足整体设备正常使用冷却要求 具备水温超高报警 流量低报警 冷却水电导率高报警等报警功能 2020 4 4 26 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光器系统在线测量与路径规划烟尘
10、吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 27 在线测量与路径规划 根据理论数模与实际工件的误差范围 有三种方式 位移指令 整体 特征重建 在线测量 测量路径规划 理论数模 切割 打孔路径规划 理论数模 在线测量 示教测量路径 切割 打孔路径规划 位移指令 整体 特征重建 切割 打孔路径规划 位移指令 2020 4 4 28 在线测量与路径规划 轮廓测量仪 LJ H3测量仪高速测量 每秒输出64000个轮廓数据自动位移补正通过以太网与工控机连接 高速传输数据 LJ V7060K测量传感器采用蓝色激光 波长更短 精度更高采用两种偏振光交替原理剔除多重反射光测量范围 Z轴54
11、 6mm 7 6mm X轴14mm测量精度 145mm以内0 018mm 重复精度 X轴5 m Z轴0 4 m 测量传感器采用高精度镜面目标物型蓝光激光轮廓测量传感器 测量精度高 适用于各种镜面金属表面的轮廓测量 2020 4 4 29 在线测量与路径规划 测量路径规划 用户指定测量传感器方向 第一扫描方向和第二扫描方向 即可根据数模自动生成测量路径 测量传感器方向 A 90B 0 第一扫描方向 Z 第二扫描方向 R 利用计算机图形学 微分几何学相关理论 曲面 曲线 点 2020 4 4 30 在线测量与路径规划 三维重建 通过测量仪获取的点云数据 进行整体或特征曲面重建 重建 利用计算机图形
12、学 微分几何学相关理论 大致有两种方法 点 曲线 曲面 点 曲面 2020 4 4 31 在线测量与路径规划 切割路径规划 可以导入数模中的边作为切割路径 支持编辑路径起点 路径方向 安全起落方向等 切割路径 安全路径 2020 4 4 32 根据数模上的加工路线和安全方向设置 可根据数模表面法线自动指定 也可由用户手动指定 生成加工路径 在线测量与路径规划 打孔路径规划 输出 2020 4 4 33 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光器系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 34 烟尘吸收净化系统 主要参数 过滤桶
13、过滤面积 180m 过滤筒材质 过滤膜 清洁方式 H型旋转喷嘴 粉尘收集箱容量 192L 最大吸风量 6000m h 风机形式 离心风机 电机功率 7 5kw 2020 4 4 35 烟尘吸收净化系统 功能特点 模块化设计采用分体模块组合形式 根据现场空间布置 布置灵活 空间利用率高 智能化控制所有功能控制和反馈信息都在显示屏上显示 重要参数设置有密码锁防护功能 防止误操作 变频控制通过配置风压传感器 系统可实现全自动变频 起到节约能耗及延长滤筒使用寿命的作用 方便的粉尘清理配置气缸启闭式集尘箱固定方式 使粉尘清理和集尘箱复位更方便 集尘箱下方安装有带锁定功能的万向轮 移动方便 2020 4
14、4 36 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光器系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 37 集成系统 在线测量 西门子840Dsl 测量末端 切割 打孔路径规划 在线 离线仿真 测量路径规划 3D重建 工艺数据库 人机交互 加工记录输出 6轴控制 激光系统 DI DO AI AO 切割末端执行器 模式切换 能量 功率频率调节 反馈 激光器开关 防碰撞功能 随动加工 集成控制系统 架构 2020 4 4 38 西门子840Dsl系统具有高性能 可靠性 模块化 在线 离线编程等功能 集成控制系统 西门子840Dsl系统 2
15、020 4 4 39 2020 4 4 40 集成控制系统 加工代码 设置激光头功率 设置激光头频率 设置激光头关闭 设置激光头打开 位移指令 位置指令 设备控制指令 工艺参数设定指令等 2020 4 4 41 加工工艺数据 加工工艺数据分析 激光切割 打孔工艺数据库 历史查询 输出 集成控制系统 工艺数据库 2020 4 4 42 集成控制系统 资源管理 2020 4 4 43 测量和加工过程运行之前 首先可以通过离线仿真系统模拟运行 对可能出现的干涉情况进行排除 集成控制系统 离线仿真 2020 4 4 44 测量和加工过程运行时 可以监测设备的运行状态数据 并通过3D仿真显示运动机构运行
16、状态 集成控制系统 在线仿真 2020 4 4 45 集成控制系统 软件接口 2020 4 4 46 集成控制系统 开环控制方式 飞行打孔模式 适用平面类零件打孔 2020 4 4 47 集成控制系统 闭环控制方式 运动机构和激光器都会对集成系统进行动作反馈 适用复杂曲面类零件打孔 2020 4 4 48 目录 需求分析总体方案运动执行机构切割末端执行器工装夹具激光器系统在线测量与路径规划烟尘吸收净化系统集成控制系统激光切割工艺研究总结 2020 4 4 49 激光切割工艺研究 主要工艺参数 1 辅助气体类型 根据不同材料选择 2 气体压力 根据不同材料与板厚选择 3 喷嘴直径 根据板厚选择 4 切割速度 根据材料 板厚 能量匹配 5 焦点位置 根据不同材料 板厚设定 6 喷嘴高度 根据打孔 切割设定 7 激光功率或能量 不同工艺 材料 厚度选择 8 激光频率 与切割速度匹配 2020 4 4 50 激光切割工艺研究 影响主要因素 2020 4 4 51 激光切割工艺研究 不锈钢切割工艺参数 2020 4 4 52 激光切割工艺研究 低碳钢切割工艺参数 2020 4 4 53 激光切割
