一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割方法及系统与流程

本申请涉及激光切割设备，具体为一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割方法及系统。

背景技术：

1、现有的激光切割机器人在执行切割定位圆的指令时，一方面受限于硬件结构，即画直径相对来说小一点的圆时，切割头与硬件实物干扰；另一方面，画直径小的圆，由于运动过程中电机的惯量很大，且现有的激光切割机为串联结构定位误差是累计的，随着部件增多刚性逐渐降低，导致惯量大，所以会导致三维五轴机器人末端发抖，从而影响激光切割的质量。

2、而市面上能精准画圆且不受半径限制的同类型的激光切割机，其相关技术也受限于电机选型和结构，质量在10~20吨左右，量级上升了3~5倍，成本高。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供有效提高系统刚性，降低从轴运动过程中的惯量，减少干扰，提高切割质量,降低运营成本的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割系统，包括主轴和从轴，所述从轴通过凸轮表与主轴耦合，所述从轴包括用于确定从轴目标位置的角度的旋转机构和用于确定从轴目标位置的长度的直线机构，所述旋转机构与所述直线机构并联连接。

4、进一步，所述旋转机构的一端连接有连接座，所述连接座的另一端与所述直线机构的一端连接，所述旋转机构的另一端连接有角接触轴承，所述角接触轴承的外圈与所述旋转机构固定连接,所述角接触轴承的内圈与所述直线机构的另一端固定连接。

5、进一步，所述旋转机构包括与角接触轴承的外圈固定连接的安装面板，所述安装面板固定连接有旋转电机，所述旋转电机的输出轴竖直向下伸出并固定连接有圆盘，所述旋转电机的输出轴与所述圆盘的轴心连接，所述圆盘上固定连接有连杆，所述连杆的一端与所述圆盘偏心连接且倾斜设置，所述连接座的一端与所述连杆球铰接并且滑动连接。

6、进一步，所述直线机构包括与角接触轴承的内圈固定连接的安装背板，所述安装背板固定连接有直线电机，所述直线电机的输出轴竖直向下伸出并固定连接有螺杆，连接座与所述螺杆螺纹连接。

7、进一步，所述安装背板与所述安装面板的两侧均通过角接触轴承连接，所述直线电机和所述旋转电机均设置在所述安装背板与所述安装面板之间。

8、进一步，所述连接座固定连接有滑块，所述安装背板固定连接有滑轨，所述滑块与所述滑轨滑动连接。

9、进一步，所述直线机构和所述旋转机构均采用多圈绝对值光电编码器。

10、一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割方法，

11、包括以需要切割的目标曲线的参数为依据设置凸轮表参数；

12、根据凸轮表参数得到反应主轴与从轴的位置关系的凸轮曲线；

13、读取主轴位置，根据凸轮曲线计算得到从轴的目标位置；

14、根据从轴的目标位置分别确定旋转机构的控制参数以及直线机构的控制参数；

15、旋转机构根据旋转机构的控制参数确定目标位置的角度，同时直线机构根据旋转机构确定的角度以确定目标位置的长度，进而带动激光切割头进行目标曲线切割。

16、进一步，根据从轴的目标位置分别确定旋转机构的控制参数以及直线机构的控制参数的方法包括：将目标位置的坐标极角作为旋转机构的电机角度，即为旋转机构的控制参数；

17、根据公式1计算得到直线机构的电机角度：

18、ρ=kω，公式1，

19、其中ρ为目标位置的极径，ω为直线机构的电机角度，即为直线机构的控制参数，k为转换系数。

20、进一步，在位置控制模式下，读取主轴和从轴的动力学参数；根据主轴和从轴的动力学参数识别主轴和从轴的惯量数据；根据辨识到的惯量数据调整主轴和从轴伺服控制的pid参数，进行前馈补偿。

21、与现有技术相比，本申请的有益效果是：

22、主轴为虚拟轴，从轴通过凸轮表与主轴进行位置关系耦合，实现在不增大系统质量的前提下提高激光切割精度，激光切割头与直线机构固定连接，旋转机构根据凸轮曲线确定目标位置的角度，直线机构根据凸轮曲线确定目标位置的长度，旋转机构转动带动直线机构转动，进而带动激光切割头进行激光切割，旋转机构和直线机构并联连接，从轴采用的并联结构与现有的串行结构相比，可以抵抗不必要的运动，并联结构的误差是平均的，而不是累积的，有效降低误差，旋转机构和直线机构并联连接，使得从轴形成的闭环刚度有效提高从轴的刚性，进而降低从轴运动过程中的惯量，减少干扰，提高切割质量；本发明有效提高系统刚性，降低从轴运动过程中的惯量，减少干扰，提高切割质量,降低运营成本。

技术特征：

1.一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割系统，包括主轴和从轴，所述从轴通过凸轮表与主轴耦合，其特征在于：所述从轴包括用于确定从轴目标位置的角度的旋转机构和用于确定从轴目标位置的长度的直线机构，所述旋转机构与所述直线机构并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割系统，其特征在于，所述旋转机构的一端连接有连接座(5)，所述连接座(5)的另一端与所述直线机构的一端连接，所述旋转机构的另一端连接有角接触轴承(6)，所述角接触轴承(6)的外圈与所述旋转机构固定连接，所述角接触轴承(6)的内圈与所述直线机构的另一端固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割系统，其特征在于，所述旋转机构包括与角接触轴承(6)的外圈固定连接的安装面板(1)，所述安装面板(1)固定连接有旋转电机(2)，所述旋转电机(2)的输出轴竖直向下伸出并固定连接有圆盘(3)，所述旋转电机(2)的输出轴与所述圆盘(3)的轴心连接，所述圆盘(3)上固定连接有连杆(4)，所述连杆(4)的一端与所述圆盘(3)偏心连接且倾斜设置，所述连接座(5)的一端与所述连杆(4)球铰接并且滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割系统，其特征在于，所述直线机构包括与角接触轴承(6)的内圈固定连接的安装背板(7)，所述安装背板(7)固定连接有直线电机(8)，所述直线电机(8)的输出轴竖直向下伸出并固定连接有螺杆(9)，连接座(5)与所述螺杆(9)螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割系统，其特征在于，所述安装背板(7)与所述安装面板(1)的两侧均通过角接触轴承(6)连接，所述直线电机(8)和所述旋转电机(2)均设置在所述安装背板(7)与所述安装面板(1)之间。

6.根据权利要求4所述的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割系统，其特征在于，所述连接座(5)固定连接有滑块(10)，所述安装背板(7)固定连接有滑轨(11)，所述滑块(10)与所述滑轨(11)滑动连接。

7.根据权利要求3或4所述的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割系统，其特征在于，所述直线机构和所述旋转机构均采用多圈绝对值光电编码器。

8.一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割方法，其特征在于，根据从轴的目标位置分别确定旋转机构的控制参数以及直线机构的控制参数的方法包括：将目标位置的坐标极角作为旋转机构的电机角度，即为旋转机构的控制参数；

10.根据权利要求8所述的一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割方法，其特征在于，在位置控制模式下，读取主轴和从轴的动力学参数；根据主轴和从轴的动力学参数识别主轴和从轴的惯量数据；根据主轴和从轴的惯量数据调整主轴和从轴伺服控制的pid参数，进行前馈补偿。

技术总结本申请涉及激光切割设备技术领域，公开了一种用于三维五轴激光切割机的定位孔切割方法及系统，包括主轴和从轴，所述从轴通过凸轮表与主轴耦合，所述从轴包括用于确定从轴目标位置的角度的旋转机构和用于确定从轴目标位置的长度的直线机构，所述旋转机构与所述直线机构并联连接；本申请有效提高系统刚性，降低从轴运动过程中的惯量，减少干扰，提高切割质量,降低运营成本。技术研发人员：梁祥义,王索元,魏佳豪,肖江华受保护的技术使用者：四川福莫斯工业技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1