CN204470781U - 一种基于反射镜导光的五轴联动激光加工机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型所提供的激光加工机床，包括底座、激光器、X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组、旋转摆动头及用于将激光器所发出的激光束导入Z轴运动模组上扫描振镜的多个反射镜，其中所述旋转摆动头包含有用于形成该激光加工机床A轴的A轴伺服电机和A轴中空回转减速机，以及用于形成该激光加工机床C轴的C轴伺服电机和C轴中空回转减速机。本实用新型通过合理的结构设置，将五轴联动的运动方式与反射镜的导光作用有效结合，保证了该激光加工机床在工作时的稳定性以及对于激光器安装位置的灵活性。

Description

一种基于反射镜导光的五轴联动激光加工机床

技术领域

本实用新型涉及一种机床，具体涉及一种基于反射镜导光的五轴联动激光加工机床。

背景技术

激光加工机床是一种用激光加工方法加工工件的特种加工机床，随着工业的发展，世界上的机床已经在向高、精、尖的方向发展，现代传统的机械切削机床在许多高精度场合已不再适用。激光加工技术与传统加工技术相比具有很多优点，尤其适合新产品的开发：一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，可以在最短的时间内得到新产品的实物。因此将激光与传统的机床相结合已成必然的趋势。例如：航空航天的发动机叶轮叶片的加工，需要高精度、高效率、低损伤，因此激光加工技术在该领域应用非常广泛，而传统的激光加工机床，是激光技术与机床简单的相结合，很难保证叶轮叶片的加工精度和效率。

目前，市场上激光加工机床的其激光器大多是使用光纤激光器，而光纤在设备运动过程中的损坏性很大，这使得在设计激光加工机床时需要进行特殊考虑，即，现有的激光加工机床不具备自由性和灵活性。其中基于反射镜导光原理的激光加工机床，大多是三轴加工，例如一些激光打标机，切割机之类，这些机器的加工精度比较低，并且加工零件也比较单一，很难用于一些复杂零件和曲面的高精度加工。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于解决上述技术问题的激光加工机床，其中该激光加工机床具有高精度、高效率、多功能的特点。

一种基于反射镜导光的五轴联动激光加工机床，其特征在于：该激光加工机床包括，

底座，所述底座上固定有一激光器和两根立柱，其中所述的两根立柱在远离底座的一端连接一横梁，并形成一龙门；

X轴运动模组，所述X轴运动模组包括X轴伺服电机、X轴滚珠丝杆、X轴线性导轨、X轴模组基座和X轴运动托板，其中所述X轴模组基座通过螺钉固定在横梁上，所述X轴运动托板设于X轴线性导轨上，并与X轴滚珠丝杆螺纹连接；

Y轴运动模组，所述Y轴运动模组包括Y轴伺服电机、Y轴滚珠丝杆、Y轴线性导轨、Y轴模组基座和Y轴运动托板，其中所述Y轴模组基座通过螺钉固定在底座上，所述Y轴运动托板设于X轴线性导轨上，并与X轴滚珠丝杆螺纹连接；

旋转摆动头，所述旋转摆动头包括固定座，摆动板，回转工作台，以及相互连接的A轴伺服电机和A轴中空回转减速机、C轴伺服电机和C轴中空回转减速机，其中所述固定座设于Y轴运动托板上，所述A轴中空回转减速机的回转平面与摆动板相连接，并可通过A轴伺服电机来驱动摆动板在竖直方向上进行转动，所述C轴中空回转减速机固定在摆动板上，其回转平面与回转工作台相连接，并可通过C轴伺服电机来驱动回转工作台在水平方向上进行旋转；

Z轴运动模组，所述Z轴运动模组包括Z轴伺服电机、Z轴滚珠丝杆、Z轴线性导轨、Z轴模组基座和Z轴运动托板，其中所述Z轴模组基座通过连接板固定在X轴运动托板上，所述Z轴运动托板设于Z轴线性导轨上，其面向Z轴模组基座的一侧面上与Z轴滚珠丝杆用螺纹连接，背离Z轴模组基座的一侧面通过振镜连接板设置有扫描振镜；

以及多个反射镜，用于将激光器发出的激光束导入扫描振镜。

优选地，所述激光器通过辅助支撑机构安装在横梁上，并通过设有的反射镜将该激光器所发出的激光束导入扫描振镜。

优选地，该激光加工机床在所述X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组上分别设置有一防尘钢带，所述防尘钢带分别设置在该X轴运动模组的X轴线性导轨、该Y轴运动模组的Y轴线性导轨以及该Z轴运动模组Z轴线性导轨上。

优选地，所述底座上设置有一垫板，并通过该垫板与激光器、立柱及Y轴运动模组相连接。

优选地，所述底座由花岗岩材质制备而成。

优选地，该激光加工机床进一步包括一电荷藕合器件图像传感器，其中所述电荷耦合器件图像传感器固定在振镜连接板上。

优选地，该激光加工机床包含有7个反射镜、定义所述的7个反射镜为反射镜A、反射镜B、反射镜C、反射镜D、反射镜E、反射镜F和反射镜G，其中所述反射镜A和发射镜B通过支撑块固定在底座上，用于将激光器发出的激光束反射至横梁上；所述反射镜C和反射镜D通过调节架固定在横梁上，用于将激光束反射至Z轴运动模组上；所述反射镜E和反射镜F通过第一支架固定在Z轴运动模组的Z轴模组基座上，用于将激光束反射至振镜连接板上；所述发射镜G通过第二支架固定在振镜连接板上，用于将激光束发射至扫描振镜。

优选地，所述X轴运动模组分别垂直于Y轴运动模组及Z轴运动模组，其中所述Y轴运动模组与Z轴运动模组相互垂直。

优选地，所述A轴伺服电机的缸体部垂直地设置在固定座上，其转轴部伸入固定座并与A轴中空回转减速机相连接，其中所述A轴中空回转减速机与摆动板相连接；所述C轴伺服的缸体部容置于所述固定座内，其转轴部伸出摆动板并与C轴中空回转减速机相连接，其中所述C轴中空回转减速机与回转工作台相连接。

优选地，该激光加工机床进一步包括控制系统，用于对X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、A轴伺服电机及C轴伺服电机进行控制。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型的激光加工机床，通过合理的结构设置，将五轴联动的运动方式与反射镜的导光作用有效结合，保证了该激光加工机床在工作时的稳定性以及对于激光器安装位置的灵活性；同时，采用模块化结构设计的龙门结构，这样让该激光加工机床的整体安装结构更具灵活性和多样性，使得该激光加工机床具有高精度、高效率、多功能的优点。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例所提供的激光加工机床的结构示意图；

图2为本实用新型较佳实施例所提供的激光加工机床另一视角的结构示意图；

图3为本实用新型较佳实施例所提供的激光加工机床中X轴运动模组及Z轴运动模组组合的结构示意图；

图4为本实用新型较佳实施例所提供的激光加工机床中Y轴运动模组的结构示意图；

图5为本实用新型较佳实施例所提供的激光加工机床中旋转摆动头的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

请参阅图1、图2，本实用新型较佳实施例所提供的基于反射镜导光的五轴联动激光加工机床10，包括底座100、X轴运动模组200、Y轴运动模组300、Z轴运动模组400、旋转摆动头500、激光器600和反射镜700，其中所述发射镜700用于将激光器600工作时所发出的激光束导入到Z轴运动模组400上固定有的扫描振镜470，并可用扫描振镜470上引导出的激光来完成该激光加工机床10的激光加工作用。

所述底座100是由刚性材料制成，用于对该激光加工机床10上的X轴运动模组200、Y轴运动模组300、Z轴运动模组400、旋转摆动头500、激光器600以及反射镜700进行支撑。本实施例的底座100采用天然花岗岩经由人工打磨而成，使得该激光加工机床10在进行五轴(X轴、Y轴、Z轴、A轴及C轴)联动时，具有较强的抗震性能，进而保证了该激光加工机床10在工作时激光束光路的稳定性。

所述底座100上固定有一龙门、Y轴运动模组300及用于发出激光束的激光器600，其中龙门具体是有两根立柱110和一根横梁120组成的。由上可知，本实施例的底座100要求具有一定的抗震性能，特别是当该底座100由抗震性能好的花岗岩材质制成时，如果直接将龙门及激光器600固定在底座100上，会对底座100造成一定的损伤，为此，本实施例在该底座100背离地面的一侧面上设置有一垫板130，并通过该垫板130来与激光器600、立柱110及Y轴运动模组300相连接。

由上可知，本实施例的激光加工机床10在工作时可以实现五轴联动，下面就该激光技工机床10工作时的五轴(X轴、Y轴、Z轴、A轴及C轴)所对应的运动模组做具体的描述。

请参阅图3，所述X轴运动模组200具体装配在该激光加工机床10底座100上龙门的横梁120上，用于形成该激光加工机床10X轴运动方向的运动机构。该X轴运动模组200包括X轴伺服电机210、X轴滚珠丝杆220、X轴线性导轨230、X轴模组基座240和X轴运动托板250,其中所述X轴模组基座240通过螺钉固定在横梁120上，进而实现将该X轴运动模组200装配在横梁120上。

所述X轴伺服电机210与X轴滚珠丝杆220相连接，其中所述X轴滚珠丝杆220设置在X轴线性导轨230内，并与限位在X轴线性导轨230上的X轴运动托板250通过螺纹连接。这样该X轴运动模组200在工作时，所述X轴伺服电机210带动X轴滚珠丝杆220进行自转，由于X轴运动托板250与X轴滚珠丝杆220之间通过螺纹相连接，这样旋转的X轴滚珠丝杆220即可驱动X轴运动托板250，使其在X轴线性导轨230上进行平移。可以理解，该X轴运动模组200在具体工作时，可以通过控制X轴伺服电机210来驱动X轴运动托板250的移动速率及移动方向，即，本实施例的激光加工机床10在工作时，可以通过控制X轴伺服电机210来控制其X轴方向上的运动。

请参阅图4，所述Y轴运动模组300包括Y轴伺服电机310、Y轴滚珠丝杆320、Y轴线性导轨330、Y轴模组基座340和Y轴运动托板350，其中所述Y轴模组基座340通过螺钉固定在底座100的垫板130上，即，该Y轴运动模组300具体是固定在该激光加工机床10的底座100上，可以理解，本实施例的Y轴运动模组300是垂直设于X轴运动模组200设置。

所述Y轴伺服电机310与Y轴滚珠丝杆320相连接，其中所述Y轴滚珠丝杆320设置在Y轴线性导轨330内，并与限位在Y轴线性导轨330上的Y轴运动托板350通过螺纹连接。这样该Y轴运动模组300在工作时，所述Y轴伺服电机310带动Y轴滚珠丝杆320进行自转，由于Y轴运动托板350与Y轴滚珠丝杆320之间通过螺纹相连接，这样旋转的Y轴滚珠丝杆320即可驱动Y轴运动托板350，使其在Y轴线性导轨330上进行平移。可以理解，该Y轴运动模组300在具体工作时，可以通过控制Y轴伺服电机310来驱动Y轴运动托板350的移动速率及移动方向，即，本实施例的激光加工机床10在工作时，可以通过控制Y轴伺服电机310来控制其Y轴方向上的运动。

请参阅图3，所述Z轴运动模组400包括Z轴伺服电机410、Z轴滚珠丝杆420、Z轴线性导轨430、Z轴模组基座440和Z轴运动托板450，其中所述Z轴模组基座440通过连接板(图未示)固定在X轴运动模组200上的X轴运动托板250上，即，该X轴运动托板250在运动的过程中，可以带动Z轴运动模组400整体进行移动。

所述Z轴伺服电机410与Z轴滚珠丝杆420相连接，其中所述Z轴滚珠丝杆420设置在Z轴线性导轨430内，并与限位在Z轴线性导轨430上的Z轴运动托板450通过螺纹连接。这样该Z轴运动模组400在工作时，所述Z轴伺服电机410带动Z轴滚珠丝杆420进行自转，由于Z轴运动托板450与Z轴滚珠丝杆420之间通过螺纹相连接，这样旋转的Y轴滚珠丝杆320即可驱动Z轴运动托板450，使其在Z轴线性导轨330上进行平移。可以理解，该Z轴运动模组400在具体工作时，可以通过控制Z轴伺服电机410来驱动Z轴运动托板450的移动速率及移动方向，即，本实施例的激光加工机床10在工作时，可以通过控制Z轴伺服电机410来控制其Z轴方向上的运动。

本实施例的Z轴运动托板450在背离Z轴模组基座440的一侧面上通过振镜连接板460固定有一扫描振镜470，使得该激光加工机床10在工作时，通过设置有反射镜700将激光器600所发出的激光束进行反射并导入该扫描振镜470，然后经由该扫描振镜470射出的激光束来对该激光加工机床10所需要加工的工件进行激光加工。

请参阅图5，所述旋转摆动头500应用在该激光加工机床10内，是用于安置该激光加工机床10所需要进行的加工工件，其包括固定座510，摆动板520，回转工作台530，以及相互连接的A轴伺服电机540和A轴中空回转减速机550、C轴伺服电机560和C轴中空回转减速机570。其中，所述A轴伺服电机540和A轴中空回转减速机550具体是用于形成该激光技工机床10的A轴联动，所述C轴伺服电机560和C轴中空回转减速机570是用于形成该激光技工机床10的C轴联动。所述固定座510是固定在Y轴运动模组300的Y轴运动托板350上，即，将该旋转摆动头500整体固定在Y轴运动模组300上，使其在工作时，可随Y轴运动托板350进行Y轴联动。

具体地，所述A轴伺服电机540的缸体部是垂直设于固定座510上的，其转轴部伸入固定座510并与A轴中空回转减速机550相连接，其中所述A轴中空回转减速机550与摆动板520相连接，这样该旋转摆动头500在工作时，A轴伺服电机540可驱动A轴中空回转减速机550进行旋转，即，实现了该旋转摆动头500的A轴联动。所述C轴伺服电机560的缸体部容置于所述固定座510内，其转轴部伸出摆动板520并与回转工作台530相连接，其中所述回转工作台530是固定在摆动板520上的，这样该旋转摆动头500在工作时，C轴伺服电机560可驱动C轴中空回转减速机570进行旋转，即，实现了该旋转摆动头500的C轴联动。

可以理解，所述X轴运动模组200分别垂直于Y轴运动模组300及Z轴运动模组400，其中所述Y轴运动模组300与Z轴运动模组400相互垂直。该激光加工机床10通过激光束来对工件进行具体加工时，其待加工的工件往往会因为激光束的照射而产生大量的粉尘，由上可知，本实施例的激光加工机床10在工作时，其X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上进行的联动都分别是通过运动托板(250、350、450)在线性导轨(230、330、430)上进行平移实现的，这样上述因激光束照射待加工工件而产生的粉尘就会进入到上述的线性导轨(230、330、430)内，为此，本实施例设置了一防尘钢带234，用与阻挡粉尘进入至线性导轨(230、330、430)内，进而保障了运动托板(250、350、450)在线性导轨(230、330、430)上的移动。

由上可知，本实施例的激光加工机床10实现了五轴联动，其在具体工作时，可以通过同时控制X轴伺服电机210、Y轴伺服电机310、Z轴伺服电机410、A轴伺服电机540及C轴伺服电机560的运动，即可实现了对该激光加工机床10五轴联动的控制。可以理解，本实施例的激光加工机床10还包含有一控制系统(图未示)，用于对X轴伺服电机210、Y轴伺服电机310、Z轴伺服电机410、A轴伺服电机540及C轴伺服电机560的具体运动进行控制。为了使得该激光加工机床10在工作时，其五轴联动的运动更加精准，并相应地提高该激光加工机床10的五轴联动效率，本实施例在该扫描振镜470的邻近位置处设置一电荷藕合器件图像传感器(CCD)800，即可将该CCD800与控制系统相连接。

所述激光器600是用于发出加工工件时所需要的激光束，可以理解，所述激光器600在工作时，可以具体安装在该激光加工机床10的底座100上，然后通过设有的反射镜700的反射作用，将激光器发出的激光束，引导至扫描振镜470，进而实现该激光加工机床的激光加工作用。

具体地，该激光加工机床包含有7个反射镜700、定义所述的7个反射镜为反射镜A710、反射镜B720、反射镜C730、反射镜D740、反射镜E750、反射镜F760和反射镜G770，其中所述反射镜A710和发射镜B720通过支撑块712固定在底座100上，用于将激光器600发出的激光束反射至横梁120上；所述反射镜C730和反射镜D740通过调节架734固定在横梁120上，用于将从反射镜A710或者发射镜B720反射过来得激光束反射至Z轴运动模组400上；所述反射镜E750和反射镜F760通过第一支架756固定在Z轴运动模组400的Z轴模组基座440上，用于将从反射镜C730或者反射镜D740反射过来得激光束反射至振镜连接板460上；所述发射镜G770通过第二支架771固定在振镜连接板上，用于将激光束发射至扫描振镜470上。

当然了，本实施例的激光加工机床10在工作时，可以将激光器600具体安装在横梁130上，并相应的修改反射镜700的位置，可以理解，所述反射镜700具体是用于将激光器600所发出的激光束导入扫描振镜470上的，这样在具体安装反射镜700位置时，只需满足以上要求即可。

综上所述，本实用新型的激光技工机床，通过合理的结构设置，将五轴联动的运动方式与反射镜的导光作用有效结合，保证了该激光加工机床在工作时的稳定性以及对于激光器安装位置的灵活性；同时，采用模块化结构设计的龙门结构，这样让该激光加工机床的整体安装结构更具灵活性和多样性，使得该激光加工机床具有高精度、高效率、多功能的优点。其中模组结构设计的X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组，使得该激光加工机构可以根据所需要加工的工件来相应的缩放，且便于在具体装配时的精度矫正。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于反射镜导光的五轴联动激光加工机床，其特征在于：该激光加工机床包括，

底座，所述底座上固定有一激光器和两根立柱，其中所述的两根立柱在远离底座的一端连接一横梁，并形成一龙门；

X轴运动模组，所述X轴运动模组包括X轴伺服电机、X轴滚珠丝杆、X轴线性导轨、X轴模组基座和X轴运动托板，其中所述X轴模组基座通过螺钉固定在横梁上，所述X轴运动托板设于X轴线性导轨上，并与X轴滚珠丝杆螺纹连接；

Y轴运动模组，所述Y轴运动模组包括Y轴伺服电机、Y轴滚珠丝杆、Y轴线性导轨、Y轴模组基座和Y轴运动托板，其中所述Y轴模组基座通过螺钉固定在底座上，所述Y轴运动托板设于X轴线性导轨上，并与X轴滚珠丝杆螺纹连接；

旋转摆动头，所述旋转摆动头包括固定座，摆动板，回转工作台，以及相互连接的A轴伺服电机和A轴中空回转减速机、C轴伺服电机和C轴中空回转减速机，其中所述固定座设于Y轴运动托板上，所述A轴中空回转减速机的回转平面与摆动板相连接，并可通过A轴伺服电机来驱动摆动板在竖直方向上进行转动，所述C轴中空回转减速机固定在摆动板上，其回转平面与回转工作台相连接，并可通过C轴伺服电机来驱动回转工作台在水平方向上进行旋转；

Z轴运动模组，所述Z轴运动模组包括Z轴伺服电机、Z轴滚珠丝杆、Z轴线性导轨、Z轴模组基座和Z轴运动托板，其中所述Z轴模组基座通过连接板固定在X轴运动托板上，所述Z轴运动托板设于Z轴线性导轨上，其面向Z轴模组基座的一侧面上与Z轴滚珠丝杆用螺纹连接，背离Z轴模组基座的一侧面通过振镜连接板设置有扫描振镜；

以及多个反射镜，用于将激光器发出的激光束导入扫描振镜。

2.根据权利要求1所述的激光加工机床，其特征在于：所述激光器通过辅助支撑机构安装在横梁上，并通过设有的反射镜将该激光器所发出的激光束导入扫描振镜。

3.根据权利要求1所述的激光加工机床，其特征在于：该激光加工机床在所述X轴运动模组、Y轴运动模组及Z轴运动模组上分别设置有一防尘钢带，所述防尘钢带分别设置在该X轴运动模组的X轴线性导轨、该Y轴运动模组的Y轴线性导轨以及该Z轴运动模组Z轴线性导轨上。

4.根据权利要求1所述的激光加工机床，其特征在于：所述底座上设置有一垫板，并通过该垫板与激光器、立柱及Y轴运动模组相连接。

5.根据权利要求1或者4所述的激光加工机床，其特征在于：所述底座由花岗岩材质制备而成。

6.根据权利要求1所述的激光加工机床，其特征在于：该激光加工机床进一步包括一电荷藕合器件图像传感器，其中所述电荷耦合器件图像传感器固定在振镜连接板上。

7.根据权利要求1所述的激光加工机床，其特征在于：该激光加工机床包含有7个反射镜、定义所述的7个反射镜为反射镜A、反射镜B、反射镜C、反射镜D、反射镜E、反射镜F和反射镜G，其中所述反射镜A和发射镜B通过支撑块固定在底座上，用于将激光器发出的激光束反射至横梁上；所述反射镜C和反射镜D通过调节架固定在横梁上，用于将激光束反射至Z轴运动模组上；所述反射镜E和反射镜F通过第一支架固定在Z轴运动模组的Z轴模组基座上，用于将激光束反射至振镜连接板上；所述发射镜G通过第二支架固定在振镜连接板上，用于将激光束发射至扫描振镜。

8.根据权利要求1所述的激光加工机床，其特征在于：所述X轴运动模组分别垂直于Y轴运动模组及Z轴运动模组，其中所述Y轴运动模组与Z轴运动模组相互垂直。

9.根据权利要求1所述的激光加工机床，其特征在于：所述A轴伺服电机的缸体部垂直地设置在固定座上，其转轴部伸入固定座并与A轴中空回转减速机相连接，其中所述A轴中空回转减速机与摆动板相连接；所述C轴伺服的缸体部容置于所述固定座内，其转轴部伸出摆动板并与C轴中空回转减速机相连接，其中所述C轴中空回转减速机与回转工作台相连接。

10.根据权利要求1所述的激光加工机床，其特征在于：该激光加工机床进一步包括控制系统，用于对X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、A轴伺服电机及C轴伺服电机进行控制。