激光切割加工中悬臂型自动化设备的应用研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:胡贺(1984),男,汉族,江西南昌人,大学本科,江铜集团(德兴)铸造有限公司,工程师,研究方向为机械设计制造。-57-激光切割加工中悬臂型自动化设备的应用研究 胡 贺 江西铜业集团(德兴)铸造有限公司,江西 上饶 334224 摘要:摘要:激光切割技术得到了大范围推广与应用,其不仅适应性高,还具有高速等优势,由于激光切割能量相对集中,只有少部分能量会传送到加工的其他部位,所以加工过程中基本不会出现形变问题,将激光切割加工与悬臂型设备结合,有利于降低加工工艺成本,提升产业产能。本文主要围绕悬臂型设备来展开,基于
2、激光切割加工工艺,探究设备应用要点。关键词:关键词:激光切割原理;悬臂式设备;自动化工艺;机械手;上下料工位 中图分类号:中图分类号:TG485 0 引言 激光切割加工技术不断推广,是金属加工领域的一种先进的处理方式,受科技水平提升的带动,市场中出现了悬臂型自动化设备,通过在激光切割加工中运用悬臂型自动化设备,能够更好地符合相关金属生产线加工的个性化需求,优化了激光切割机设备的功能,促进企业生产线逐渐发展为自动化水平,设备综合性能有所增强,进而有效提升了生产效率。1 激光切割原理与质量影响因素 1.1 激光切割原理 在激光切割处理环节中,包括熔化、氧化熔化等形式。受到大功率激光的作用,利用透镜
3、工具促进光束聚集,然后照射在原料上,能够快速进入到材料内部,改变材料的状态,使之熔化、化学断裂等。对于高压辅助气体,面对蒸发、熔化的材料,气体会通过切割部位进行喷射,此时材料的切割工艺结束。在激光切割处理的环节中,各个脉冲都存在着足够的能量,并且峰值强度也处于高水平中,针对相应体积的材料,实现熔化效果,将传导过程产生的损耗有效克服掉。对于大多数材料而言,若发生熔化现象,将会呈现喷射状态,少部分会以蒸汽的形式得到消除,要想顺利消除材料,需要控制切割气体的压力,保证低于部分蒸发压力作用,与此同时,在切口前端处,降低金属层的厚度,进而实现能量的优化,当通过熔融层时,将其传输到切口之前,最终到达固体原
4、材料处1。进一步了解激光的切割技术,更多依靠大功率作用,将激光光束聚焦在一处,光束实现精准投射,作用于待切割的零部件位置,受到高水平激光功率照射,激光束会散发出能量,同时会运用辅助气体,为材料提供协助作用,从而吸收激光束产生的能量,此时察看激光的照射位置,温度在快速上升,等到了材料的沸点,将会发生气化现象,在材料上产生孔洞,致使材料出现了明显的切缝,切缝位置会形成熔渣,将会被气体消除。对于金属而言,在激光中体现着较强的吸收属性,因此,可以对整体金属展开激光切割处理。根据激光切割的原理,可以看出其加工特点,加工切割零部件时不需要和零件进行接触,形成的切割缝隙相对比较窄,切口部位比较完善,整体加工
5、精准程度比较高,体现着极强的自动化水平,所以当与悬臂型自动化设备结合应用时,能够更好地提升加工效率。1.2 激光切割质量影响因素 第一,切割工艺的速度。当执行激光切割的加工工作时,速度是影响材料切割质量的重要因素,如果切割速度趋于理想状态,整个切割面会相对比较平稳,观察材料的下部,也不会形成熔渣2。如果切割速度比标准要求慢,观察切缝处,此时激光的作用时间将会增加,产生更大的切缝宽度,影响切割质量,也降低了生产效率。如果速度太快,对于即将切割的工件材料来讲,输入的切割热量比较少,从而不能全面切透材料。第二,焦点位置。焦点位置至关重要,不仅能够影响切面,还会影响切缝。当焦点位置偏前,在目标切割工件
6、下部,吸收了大量热,若速度、辅助气压等处于标准状态,一些材料将会产生熔化现象,然后以液态的形式开始在下表面流动,经过冷却处理后,观察被熔化的材料,其逐渐变为球状,附着在工件的中国科技期刊数据库 工业 A-58-表面。如果位置比较靠后,由于吸收到的热量比较少,导致切缝中的材料只能部分熔化,观察板材的下表面,将会粘着一些残渣。一般情况下,当设置焦点的位置时,应置于工件的表面,或者朝下微调,在各类材料中需要针对性处理。第三,辅助气压。常见的辅助气压有很多,比如,氮气、氧气,应用辅助气压偏高时,会在材料的表面产生涡流,去除熔渣的能力下降,切缝受到影响而变宽,切割面也会呈现不平滑状态。如果气压相关比较低
7、,熔渣等不能全面被吹走,那些附着物很容易留存在材料的下表面,所以,需要在切割时合理运用辅助气体压力。第四,激光功率。依据材料类型、切割原理,选择激光功率,通常情况下,保证其他条件稳定,在激光的切割加工工艺中,可以得到最为适宜的切割激光功率,若此时调整功率,降低或者提高处理,将会形成过烧等问题,影响加工的质量。2 悬臂型自动化设备的构成 2.1 旋转机构 此机构包含多个部分,比如回转传动机构、悬臂梁。在悬臂梁部位,通过使用强度水平较高的厚板,经过折弯、焊接过程所形成,其强度相对较高,基本上不容易出现变形;在回转传动机构中,传动机构为大小伞齿轮模式,中心部位的关节轴主要起到支撑作用,不仅稳定性能良
8、好,并且承载能力强,当进行旋转运动时能够保证整体趋于平稳。旋转机构的另一个部位是插销定位机构,在设定好位置后,此机构能够保证悬臂梁实现准确旋转。2.2 测双料装置 本装置主要应用位移传感器、夹爪机构,实现板材厚度的准确测量。当机械手抓取板材过程中,夹爪机构会提升夹力,将板材夹紧。对于位移传感器来讲,通过整合模拟量信号,将其发送到数控系统,系统会将数据从位移传感器中提取出来,然后全面比较事先设置好的数据,对机械手的工作状态加以判断,获得板材数量吸取信息。利用此项装置,能够制约机械手,避免一次性吸收多张板材,维护后续加工能够正常进行3。2.3 提升机构 此机构在悬臂型自动化设备中占据着主体地位,其
9、立柱部分由型钢制作形成,不仅强度高,而且具有大截面,设备在运行阶段相对比较稳定,并且不会产生噪音。提升机构中,导向采取的是重载直线导轨,而对于链轮链条这样的传动结构,需要设计配重结构,这样将能够调控减速电机,让整个机构具有良好的动态性能。2.4 上下料复合机械手 悬臂型自动化设备需要上下料复合机械手的支持,此复合包括上料机械手、下料机械手,前者是通过铝型材料来拼接的,具有简单的结构,并且外在形态相对美观,含有足量的真空吸盘,可以依据板材的尺寸来调整吸盘,为了符合标准化板材的要求,运用了分区控制模式。后者结构为对叉形式,其中具有驱动结构,是链轮链条、直线导轨导向结合的结构形式,配合减速电机,从而
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