本系統(tǒng)由一臺(tái)CELL3122三維五軸激光切割機(jī)、雙工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、激光器、三維內(nèi)置光路切割頭、水冷機(jī)、穩(wěn)壓電源、抽風(fēng)除塵系統(tǒng)、空壓機(jī)、FANUC控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等組成，整體結(jié)構(gòu)如上圖1-1到圖1-3所示。

3.1 三維五軸激光切割機(jī)特點(diǎn)

(1) 設(shè)備采用光纖激光器，可滿足三維曲面薄壁工件加工需求；

(2) 設(shè)備采用高架龍門(mén)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件經(jīng)受力分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)具備高強(qiáng)度、高精度、高穩(wěn)定性及高動(dòng)態(tài)性能特點(diǎn)，可滿足高速度、高精度的加工要求；

(3) 設(shè)備配備精密雙工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可適用不同工件夾具安裝，加工效率高；

(4) 設(shè)備配備高精度、高動(dòng)態(tài)性能的三維內(nèi)置光路切割頭，實(shí)現(xiàn)高效三維切割，切割頭具備自動(dòng)調(diào)焦功能，切割時(shí)可根據(jù)板材厚度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)切割；

(5) 設(shè)備配備全封閉外罩防護(hù)，防護(hù)外罩上配有防輻射觀察窗口及安全防護(hù)門(mén)，防護(hù)門(mén)具備連鎖保護(hù)功能，安全可靠；

(6) 設(shè)備配備雙屏顯示監(jiān)控系統(tǒng)，可分別顯示設(shè)運(yùn)行狀況及生產(chǎn)信息；

(7) 設(shè)備配備上下雙重保護(hù)安全光柵，有效保證人員生產(chǎn)時(shí)安全；

(8) 設(shè)備配備抽風(fēng)除塵系統(tǒng)，防護(hù)罩頂部配有正壓吹風(fēng)結(jié)構(gòu)，有效處理加工產(chǎn)生的煙塵顆粒，保證加工環(huán)境可靠性；

(9) 設(shè)備采用專用FANUC五軸控制系統(tǒng)，具有良好的人機(jī)交互性能，各系統(tǒng)之間均設(shè)計(jì)有安全互鎖功能，提高工作安全性，降低受傷危險(xiǎn)；

(10) 設(shè)備采用FANUC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配合高精密進(jìn)口傳動(dòng)件，定位精度高，速度快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；

(11) 設(shè)備配備多功能示教器，示教及修改編程方便快捷；

(12) 設(shè)備配備離線編程軟件，方便工件的模擬切割及路徑優(yōu)化；

(13) 設(shè)備可采用氧氣、氮?dú)饧案邏嚎諝馊N不同的氣體切割，可根據(jù)不同工件的材料及厚度來(lái)選擇切割氣體。

3.2 三維五軸激光切割機(jī)功能

(1) 360°防碰撞功能：在加工過(guò)程中當(dāng)切割頭與工件或者夾具等發(fā)生碰撞時(shí)，切割頭的磁力防撞裝置會(huì)脫落，系統(tǒng)報(bào)警停機(jī)，有效避免切割頭損壞；

(2) 自適應(yīng)變焦功能：切割頭可以自動(dòng)調(diào)焦，切割時(shí)可根據(jù)板材厚度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)切割；

(3) 示教功能：可以進(jìn)行圓、腰圓、矩形、正多邊形等輪廓的示教編程及修改；

(4) 計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能：生產(chǎn)時(shí)通過(guò)系統(tǒng)對(duì)工件加工時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)對(duì)工件產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)；

(5) 一鍵標(biāo)定功能：移動(dòng)Z軸至板材平整處，在Z軸距離板材200mm以內(nèi)時(shí)，一鍵啟動(dòng)完成標(biāo)定；

(6) 三點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能：實(shí)現(xiàn)CAM提前編輯好加工程序，提高程序編寫(xiě)效率，并且可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)程序應(yīng)用于多臺(tái)機(jī)床上；

(7) 隨動(dòng)鎖定功能：通過(guò)特定指令鎖定隨動(dòng)傳感器，從而實(shí)現(xiàn)外邊框從零件外面切入；

(8) 隨動(dòng)控制功能：通過(guò)隨動(dòng)控制來(lái)提高隨動(dòng)響應(yīng)和隨動(dòng)穩(wěn)定性；

(9) 快速穿刺功能：加工頭以zui大速度直接接近加工零件進(jìn)行定位，在接近零件時(shí)提前打開(kāi)激光開(kāi)始穿刺；

(10) 功率控制功能：系統(tǒng)根據(jù)刀尖點(diǎn)位置來(lái)動(dòng)態(tài)控制出光功率的大小，提高切割穩(wěn)定性和切割質(zhì)量，尤其是拐角位置；

(11) 三維圓弧插補(bǔ)功能：實(shí)現(xiàn)空間圓弧軌跡移動(dòng)，提升效率，同時(shí)可進(jìn)行空間避讓；

(12) 高速平滑TCP功能：自動(dòng)補(bǔ)償?shù)都恻c(diǎn)指令，使得刀路更加平滑，減少刀具姿勢(shì)的變動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)作更平滑，提高加工質(zhì)量，減少循環(huán)時(shí)間；

(13) 在線修改功能：通過(guò)在線修改軟件，可以實(shí)現(xiàn)孔位及邊線的快速修改，提高加工效率。

3.3 主機(jī)結(jié)構(gòu)介紹

CELL3122 三維五軸激光切割主機(jī)（圖1-3）是整個(gè)光纖激光切割機(jī)系統(tǒng)zui主要的組成部分之一,整個(gè)切割機(jī)系統(tǒng)的主要切割功能和切割精度都是由主機(jī)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。

主機(jī)結(jié)構(gòu)采用成熟的高架龍門(mén)式結(jié)構(gòu)，主要由一體式床身、橫梁、Z軸裝置、操作控制單元、氣路及水路等部分組成。通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制X、Y、Z軸交流伺服電機(jī)，從而帶動(dòng)切割頭實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠、高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。XYZ軸均采用優(yōu)質(zhì)導(dǎo)軌、齒條、齒輪傳動(dòng)，有效地保證了傳動(dòng)的精度。各軸均配置了3重限位，分別是軸兩端的機(jī)械硬限位，高精度感應(yīng)開(kāi)關(guān)的電氣限位及系統(tǒng)軟限位，有效保證了機(jī)床運(yùn)動(dòng)的安全性。

機(jī)床配有潤(rùn)滑裝置，定期向XYZ軸的運(yùn)動(dòng)部件添加潤(rùn)滑油/脂，保證運(yùn)動(dòng)部件在良好的狀況下運(yùn)行，提高其使用壽命，通過(guò)油路中的計(jì)量件，實(shí)現(xiàn)精確潤(rùn)滑，減少油污對(duì)機(jī)床的污染，特別是垂直方向XZ軸多余油污的滴落對(duì)工件造成污染，本系統(tǒng)XZ軸各滑塊、齒輪、齒條均采用精準(zhǔn)定量潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑，可有效避免該問(wèn)題的出現(xiàn)。XYZ軸均采用了全封閉式防塵裝置，減少外界雜質(zhì)對(duì)高精度運(yùn)動(dòng)部分的污染，其重量輕，運(yùn)行可靠。

a.一體式床身：

床身采用高強(qiáng)度板材一體式焊接的方式，退火消除內(nèi)應(yīng)力后進(jìn)行加工，其流程為焊接→去應(yīng)力退火→粗加工→振動(dòng)時(shí)效→精加工，較好地解決了因焊接及加工而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而大大地提高了機(jī)床的穩(wěn)定性。一體式焊接床身可以有效的提高整體的強(qiáng)度和剛性，保證機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行。一體式床身還可以整體運(yùn)輸，便于安裝和運(yùn)輸。地面上預(yù)制混凝土地基，內(nèi)預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)骨架及地腳螺栓，床身與地面連接時(shí)，采用斜鐵調(diào)整好床身的平面度，整機(jī)調(diào)整完畢后緊固斜鐵螺栓，鎖緊床身地腳四周頂緊板。

b.橫梁

橫梁采用高強(qiáng)度板材焊接的方式，退火消除內(nèi)應(yīng)力后進(jìn)行加工，其流程為焊接→去應(yīng)力退火→粗加工→振動(dòng)時(shí)效→精加工,較好地解決了因焊接及加工而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而大大地提高了機(jī)床的穩(wěn)定性，能長(zhǎng)時(shí)間保持機(jī)床的精度。為了提高橫梁的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)性能，在保證橫梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性的條件下，采用薄板焊接，減輕橫梁的重量。通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制其伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)梁實(shí)現(xiàn)X/Y方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，齒條和直線導(dǎo)軌采用封閉的防塵裝置，可以有效防塵，提高傳動(dòng)部件的使用壽命。

c.Z軸：

Z軸采用滑塊固定導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的方式，通過(guò)伺服電機(jī)對(duì)齒輪齒條的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)切割頭的上下運(yùn)動(dòng)。Z軸上下兩端采用接近開(kāi)關(guān)控制行程，同時(shí)在兩端有彈性緩沖墊，保證了運(yùn)動(dòng)的安全性。

d.氣路及水路系統(tǒng)：

光纖激光切割機(jī)的氣路有兩部分，一部分為提供給切割頭的切割氣體，有清潔干燥壓縮空氣和高純度氧氣、氮?dú)?。另一部分為輔助氣體，全部都是清潔干燥的壓縮空氣。包括氣缸使用的氣體。

對(duì)于壓縮空氣而言，用戶若有統(tǒng)一氣源，則可不必選用空壓機(jī)，否則應(yīng)選配空壓機(jī)，從壓縮機(jī)出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)儲(chǔ)氣罐和冷干機(jī)進(jìn)入氣控柜后，經(jīng)過(guò)一套精密空氣處理系統(tǒng)，變成清潔干燥的氣體，分成兩路，一路作為切割氣體、一路作為氣缸等機(jī)構(gòu)使用氣體。其使用壓力由對(duì)應(yīng)的調(diào)壓閥來(lái)調(diào)整。

切割氣體分為三種氣體：氮?dú)?、氧氣和高壓空氣，氣體可以通過(guò)電磁閥自由選擇。其中氮?dú)庵饕糜谇懈畈讳P鋼和鋁板；氧氣主要是用來(lái)切割碳鋼；空氣也可以進(jìn)行金屬切割，要針對(duì)不同的材料來(lái)選用不同的切割氣體。另外在切割氣體系統(tǒng)里面由于安裝了壓力傳感器，確保了機(jī)床在氣體壓力不夠的時(shí)候能及時(shí)停止工作，避免了切割零件的作廢。其氣壓闕值可以由壓力傳感器調(diào)節(jié)設(shè)定。

光纖激光切割機(jī)的水路系統(tǒng)主要包括兩部分：一部分是冷卻水從冷水機(jī)組出來(lái)后，分兩路進(jìn)入激光器，一路進(jìn)入激光器主機(jī)部分，對(duì)其進(jìn)行冷卻；一路進(jìn)入激光器電控箱部分，對(duì)其進(jìn)行冷卻。該兩部分冷卻水循環(huán)后回到冷水機(jī)。

3.4雙工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)

該系統(tǒng)配置高精度、雙工位旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，一個(gè)工位處于加工位置時(shí)，另一個(gè)處于上下料位置，有效提高設(shè)備利用率及產(chǎn)品生產(chǎn)效率。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)底座采用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋼材組焊，經(jīng)焊接→去應(yīng)力退火→粗加工→振動(dòng)時(shí)效→精加工等工序，有效提高底座的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的精度穩(wěn)定。配置進(jìn)口的高精密轉(zhuǎn)臺(tái)，單側(cè)承重Max450Kg，旋轉(zhuǎn)180°時(shí)間≤3s，旋轉(zhuǎn)直徑5000mm，定位精度±15"，轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可有效保證精度要求。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)配置的支撐臂用于工件夾具的安裝，支撐臂數(shù)量和安裝位置可調(diào)，可適用于不同型號(hào)規(guī)格的工件加工。

3.5 三維切割頭

三維切割頭采用的是一款高速高效高精度三維內(nèi)置光路切割頭。適用于汽車(chē)、模具、工程機(jī)械、航空航天、異形管材等加工領(lǐng)域，適用于碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等材料的三維異形薄壁工件的精密激光切割。

三維內(nèi)置光路切割頭主要由準(zhǔn)直部件、C軸部件、A軸部件、W軸部件組成，本產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：

1、切割速度快、精度高：切割精度高，各部件的運(yùn)行速度、加速度高。W軸隨動(dòng)加速度達(dá)到4g，C軸加速度60rad/s2，A軸加速度60rad/s2；

2、穩(wěn)定性好：采用的高速力矩電機(jī)+高精度編碼器結(jié)構(gòu)，在7×24小時(shí)工作情況下，可以保證穩(wěn)定的切割速度、切割精度；

3、安全性能高：設(shè)有防撞裝置，在切割過(guò)程與工件或其他機(jī)械裝置發(fā)生碰撞時(shí)，防撞裝置會(huì)脫落，系統(tǒng)報(bào)警停機(jī)，有效避免對(duì)產(chǎn)品及設(shè)備的損傷。

4、自適應(yīng)變焦功能：三維切割頭具備自適應(yīng)變焦能力，可以滿足多種厚度板材切割。

5、無(wú)限旋轉(zhuǎn)功能：三維切割頭的C軸可無(wú)限旋轉(zhuǎn)。

6、密封性好：定制的密封材料，上千個(gè)小時(shí)測(cè)試與分析得到的，大大提高了產(chǎn)品在動(dòng)態(tài)密封上安全性能與使用壽命;

7、特色化設(shè)計(jì)：細(xì)長(zhǎng)的噴嘴部件設(shè)計(jì)、保障市場(chǎng)上絕大部分三維件的切割需求；獨(dú)特的光學(xué)設(shè)計(jì)，光學(xué)特性穩(wěn)定，可靠性高；可靠的氣道設(shè)計(jì)與仿真，保證切割質(zhì)量。

表3-1 三維切割頭技術(shù)參數(shù)表

安全防護(hù)系統(tǒng)

設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)主要由防護(hù)罩和安全防護(hù)光柵組成，安全防護(hù)設(shè)計(jì)參考相應(yīng)的激光安全標(biāo)準(zhǔn)。防護(hù)罩為全封閉式結(jié)構(gòu)，整體空間合理化設(shè)計(jì)，盡量減小空間占用且方便操作者進(jìn)入安裝檢修。右側(cè)設(shè)有具備安全聯(lián)鎖功能的安全防護(hù)門(mén)，防護(hù)門(mén)上開(kāi)有防輻射觀察窗口，便于外部觀看內(nèi)部加工情況；前側(cè)設(shè)有兩個(gè)顯示屏用于監(jiān)控顯示內(nèi)部加工情況和加工計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)；頂部設(shè)有正壓吹風(fēng)裝置，將加工中產(chǎn)生的煙塵往下吹通過(guò)防護(hù)罩內(nèi)部的抽風(fēng)除塵裝置進(jìn)行處理，保證加工環(huán)境可靠性。設(shè)備上下料區(qū)域配置兩套安全光柵，雙重保護(hù)操作者的人身安全。正前面一對(duì)豎直光柵有效保護(hù)操作者進(jìn)出上料區(qū)域；水平一對(duì)光柵可以對(duì)操作者進(jìn)入操作區(qū)域后安全識(shí)別，兩套安全光柵同時(shí)工作起到立體空間的保護(hù)作用，只要促發(fā)光柵信號(hào)，保護(hù)功能立刻開(kāi)啟，工作臺(tái)立刻停止轉(zhuǎn)動(dòng)，安全連鎖生效。