技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种激光切割系统用光纤激光切割头,属于激光加工技术领域。 背景技术
[0002] 激光切割是利用高功率
密度的聚焦
激光束扫描过材料表面,在极短时间内将材料加热到几千甚至上万摄氏度,使材料瞬间
熔化或
汽化,再用高压气体将熔化或汽化物质从切缝中吹走,从而达到切割材料的目的。
[0003] 光纤切割比传统切割速度更快效率更高,加工时间短,热影响区小,热
变形和加工变形小。激光束聚焦光斑小,可进行更加精细的微加工,传导与聚焦性能更加优越,功率与
能量易控。紧凑轻便的模
块化机械组件设计,重量轻便,尤其适合于工厂车间使用。 [0004] 近年国内对激光材料加工的需求,尤其是光纤激光切割的需求迅速增加。而且国产设备近几年来销售量也大增,激光企业近年发展势头迅猛。但是纵观这些激光企业,其主要高端核心部件——光纤激光切割头的技术
水平仍然不高,极大地限制了激光切割行业的进一步发展。
[0005] 光纤激光切割头一般包括光纤接头、水平调节装置、调焦装置、保护镜装置、导气装置和切割头几大部分,这几大部分从上到下顺次连接,它们的轴向中心位于同一轴线上。其中的光纤接头用于与激光发生器的光纤输出单元连接,接收激光。由于接收到的激光属于发散光,需要用水平调节装置来调整入射光
角度,将发散的激光通过安装在水平调节装置内部的
准直镜片转换成平行激光才能继续使用。调节后的平行激光再次经过调焦装置中的聚焦镜片,到达切割表面;为了获得最佳的切割效果,可以旋转调焦装置上的调焦旋钮,根据板材厚度调整到最合适的焦点。保护镜装置用于将外界与切割头内部的光路隔绝,保证光路的密封,防止灰尘和杂质进入光路,延长整个光纤激光切割头的使用寿命。导气装置用于在激光切割加工过程中辅助激光切割。切割头连接在导气装置之下,切割头上安装有
传感器,传感器接头与传感
信号处理
电路和线性驱动控制电路连接,能使切割头与
工件表面之间的距离长期、可靠地保持稳定,为获得最佳的切割
质量提供保证。 [0006] 但现有的光纤激光切割头一般存在下述问题:
[0007] 1、在调焦装置中,传统的激光头焦距调节主要采用手动调节旋钮方式,也就是通过相关机构将旋转运动转化为直线运动,从而实现焦点
位置的上下调节。但由于采用手动调节的
扭矩相对较小,相关零部件的配合较松,容易出现焦距调节后焦点中心位置发生变化的问题,影响切割质量。
[0008] 2、在保护镜装置中,激光头保护镜的使用寿命短,在实际使用中需经常拆卸更换。传统的保护镜装置在拆卸保护镜时要先用工具拆卸4颗
锁紧
螺栓,然后拔出安装座,在更换保护镜后再将其插回,重新锁紧4个紧固螺栓。传统的激光头保护镜中,保护镜座安装座在拆卸安装后易导致焦点中心偏离,因此每次拆卸后都必须重新调节焦点中心位置,工作量较大,工作效率较低。另外在使用时间较长后,
密封圈老化易发生漏气现象。 [0009] 3、在导气装置中,传统的激光头内部气道一端被位于进气口上方的保护镜密封,另一端为孔径很小的
喷嘴,直通大气。气流直接通过通气接头进入激光头内部气道,再杂乱无章地从喷嘴流出,辅助激光进行切割。这种吹气方式中的气流是垂直射入激光头内部气道,因此气流在内部传输方向紊乱,一定程度上降低了气体流动速度,从而降低了辅助激光切割的效果。
发明内容
[0010] 本实用新型的目的在于克服
现有技术中存在的不足,提供一种全新设计的激光切割系统用光纤激光切割头,其结构巧妙合理,调焦装置调节快速,调节好激光焦距位置后焦点中心位置非常稳定,能够确保切割质量;保护镜装置中的保护镜拆卸更换方便,在拆卸过程中激光头的焦点中心位置不会发生任何变化,拆装后不需任何调整,方便快捷;导气装置能够让激光头内部气道中的气流保持均匀,气流流出时速度快,有效辅助激光切割,提高切割质量和效率,并且对保护镜具有一定的保护效果,能够延长保护镜的使用寿命。 [0011] 按照本实用新型提供的技术方案:激光切割系统用光纤激光切割头,包括从上向下顺次同轴连接的光纤接头、水平调节装置、调焦装置、保护镜装置、导气装置和切割头,其特征在于:所述调焦装置包括焦点调节座、调焦旋钮座、调焦刻度盘、调焦旋钮、调焦筒连接板、调焦筒和聚焦镜片;所述焦点调节座内设有调焦筒滑道,调焦筒活动装配于调焦筒滑道内,调焦筒与调焦筒连接板连接成一个能够沿着调焦筒滑道进行上下滑动的刚体结构;所述调焦旋钮座紧固于焦点调节座上,调焦刻度盘与调焦旋钮座紧固在一起,调焦旋钮通过调焦刻度盘卡装在调焦旋钮座内孔中,调焦刻度盘限制调焦旋钮往外移动,调焦旋钮能顺畅旋转运动但不能轴向移动;所述调焦筒连接板外侧设有一卡槽,所述调焦旋钮内侧设有一环形凸台,该环形凸台中心与调焦旋钮的旋转中心偏置,环形凸台配合嵌置在调焦筒连接板上的卡槽内,调焦旋钮旋转带动环形凸台旋转,环形凸台旋转驱动调焦筒连接板和调焦筒沿着调焦筒滑道进行上下滑动;聚焦镜片安装在调焦筒内,跟随调焦筒同步移动。 [0012] 作为本实用新型的进一步改进,所述保护镜装置包括保护镜座、保护镜座安装座、保护镜压圈、密封圈、紧固螺栓和保护镜座
支架;所述保护镜座安装座内设有安装腔,所述保护镜座设置在安装腔内并可从保护镜座安装座一侧的开口抽出;所述保护镜置于保护镜座内,保护镜压圈设置在保护镜之上,密封圈设置在保护镜之下;所述保护镜座底部设有圆凹槽,所述密封圈紧装配在圆凹槽内,密封圈的上唇口与保护镜下表面
接触,密封圈的下唇口与下方导气装置中导气筒座的顶面接触;所述保护镜座支架与保护镜座连接成一体,保护镜座支架通过紧固螺栓紧固连接在保护镜座安装座上。
[0013] 作为本实用新型的进一步改进,所述导气装置包括导气筒座和导气筒,导气筒座和导气筒位于保护镜下方,导气筒座内设有导气筒安装腔,导气筒安装在导气筒安装腔中,导气筒下部外壁与导气筒安装腔内壁密封配合,导气筒中部外周壁上设有环形槽,导气筒上部外壁与导气筒安装腔内壁之间留有环形缝隙,导气筒顶面与保护镜下表面之间留有顶部缝隙,导气筒中心设有导气通道;所述导气筒座下方连接切割头,切割头内设有激光头内部气道,激光头内部气道下端安装喷嘴;所述导气筒座上设有进气口,该进气口依次通过环形槽、环形缝隙、顶部缝隙和导气通道与激光头内部气道连通。
[0014] 作为本实用新型的进一步改进,所述调焦旋钮外周壁上设有环形凹槽,该环形凹槽内装有第一O型密封圈,所述第一O型密封圈与调焦旋钮座内孔壁紧配合。 [0015] 作为本实用新型的进一步改进,所述调焦筒两端的外周壁上设有环形凹槽,环形凹槽内装有第二O型密封圈,所述第二O型密封圈与调焦筒滑道壁紧配合。 [0016] 作为本实用新型的进一步改进,所述调焦旋钮外侧锁紧固定有调焦螺栓,调焦螺栓采用内六角头螺栓,调焦螺栓配备有可驱动其转动的丁字
扳手。
[0017] 作为本实用新型的进一步改进,所述密封圈采用
弹簧蓄能密封圈。 [0018] 作为本实用新型的进一步改进,所述弹簧蓄能密封圈的环形圈体内设有环形凹腔。
[0019] 作为本实用新型的进一步改进,所述导气通道为上大下小的倒锥形结构,所述环形缝隙的上半部分具有一个向上向内倾斜的斜度坡。
[0020] 作为本实用新型的进一步改进,所述导气筒下部外壁与导气筒安装腔内壁之间装有O型圈。
[0021] 本实用新型与现有技术相比,优点在于:
[0022] (1)本实用新型调焦装置中的相关零部件配合非常紧密,调节时采用工具,整个机构更稳定,在调节好激光焦距位置后,激光头焦点的中心位置非常稳定,不会轻易变化,能够确保切割质量;而且由于省去了焦点中心位置重新调节的繁琐过程,节省了工作量,方便了客户的使用。
[0023] (2)本实用新型保护镜装置中的保护镜座安装座可以随时抽拉,只需手动松开两个辅助固定的紧固螺栓即可,保护镜的拆卸更换方便,减少因拆卸保护镜而带来的工作量。并且在拆卸过程中不会改动激光头及其他任何部件,因此激光头的焦点中心位置不会发生任何变化,拆装后不需任何调整,方便快捷。
[0024] (3)本实用新型导气装置能够让激光头内部气道中的气流保持均匀,而且气流流出时速度快,有效辅助激光切割,提高切割质量和效率。并且对保护镜具有一定的保护效果,气流吹到保护镜上,能够清洁保护镜并给保护镜降温,保持保护镜
温度恒定,能够延长保护镜的使用寿命。
附图说明
[0025] 图1为本实用新型
实施例的立体结构示意图。
[0026] 图2为本实用新型实施例的正视剖视图。
[0027] 图3为本实用新型实施例的侧视剖视图。
[0028] 图4为图2中调焦装置部位的放大结构示意图。
[0029] 图5为图2中保护镜装置部位的放大结构示意图。
[0030] 图6为图1中导气装置及切割头部位的放大结构示意图。
具体实施方式
[0031] 下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0032] 如图所示:实施例中的激光切割系统用光纤激光切割头主要由从上向下顺次同轴连接的光纤接头1、水平调节装置2、调焦装置3、保护镜装置4、导气装置5和切割头6几大部分组成。
[0033] 如图1~4图所示,实施例中的调焦装置3主要由焦点调节座3.1、调焦旋钮座3.2、调焦刻度盘3.3、调焦旋钮3.4、调焦筒连接板3.5、调焦螺栓3.6、锁紧螺钉3.7、第一O型密封圈3.8、调焦筒3.9、第二O型密封圈3.10和聚焦镜片3.11组成。
[0034] 所述焦点调节座3.1内设有调焦筒滑道3.1a,调焦筒3.9活动装配于调焦筒滑道3.1a内,调焦筒3.9通过锁紧螺钉3.7与调焦筒连接板3.5连接成一个能够沿着调焦筒滑道3.1a进行上下滑动的刚体结构;所述调焦旋钮座3.2紧固于焦点调节座3.1上,调焦刻度盘3.3与调焦旋钮座3.2紧固在一起,调焦旋钮3.4通过调焦刻度盘3.3卡装在调焦旋钮座3.2内孔中,调焦刻度盘3.3限制调焦旋钮3.4往外移动,调焦旋钮3.4能顺畅旋转运动但不能轴向移动;所述调焦筒连接板3.5外侧设有一卡槽3.5a,所述调焦旋钮3.4内侧设有一环形凸台3.4a,该环形凸台3.4a中心与调焦旋钮3.4的旋转中心偏置,环形凸台3.4a配合嵌置在调焦筒连接板3.5上的卡槽3.5a内,调焦旋钮3.4旋转带动环形凸台3.4a旋转,环形凸台3.4a旋转驱动调焦筒连接板3.5和调焦筒3.9沿着调焦筒滑道3.1a进行上下滑动;聚焦镜片3.11安装在调焦筒3.9内,跟随调焦筒3.9同步移动。 [0035] 所述调焦旋钮3.4外周壁上设有环形凹槽,该环形凹槽内装有第一O型密封圈
3.8,所述第一O型密封圈3.8与调焦旋钮座3.2内孔壁紧配合。所述调焦筒3.9两端的外周壁上设有环形凹槽,环形凹槽内装有第二O型密封圈3.10,所述第二O型密封圈3.10与调焦筒滑道3.1a壁紧配合。由于上述第一O型密封圈3.8和第二O型密封圈3.10的存在,调焦装置3中的相关零部件的配合很紧密,在整个运动过程中,在调节好激光焦距位置后,调焦筒3.9轴线位置在调节到位后基本不会发生改动,激光头焦点的中心位置非常稳定,能够确保切割质量。
[0036] 所述调焦旋钮3.4外侧锁紧固定有调焦螺栓3.6,调焦螺栓3.6配备有可驱动其转动的配套工具。实施例中,所述调焦螺栓3.6优选采用内六角头螺栓,配套工具采用丁字扳手。
[0037] 调焦装置3的工作原理及工作过程如下:
[0038] 当用丁字扳手顺
时针扭动调焦螺栓3.6时,调焦旋钮3.4会跟随调焦螺栓3.6一起做旋转运动,调焦旋钮3.4上的环形凸台3.4a也随之转动,环形凸台3.4a转动时驱动调焦筒连接板3.5向下运动,从而带动调焦筒3.9沿着调焦筒滑道3.1a向下滑动,由于聚焦镜片3.11位于调焦筒3.9内,此时焦点就向下移动,反之亦然。
[0039] 如图1、2、3、5所示,实施例中的保护镜装置4主要由保护镜压圈4.1、保护镜座4.2、保护镜座安装座4.3、密封圈4.4、保护镜4.5、紧固螺栓4.6和保护镜座支架4.7组成。 [0040] 所述保护镜座安装座4.3内设有安装腔,所述保护镜座4.2设置在安装腔内并可从保护镜座安装座4.3一侧的开口抽出;所述保护镜4.5置于保护镜座4.2内,保护镜压圈
4.1设置在保护镜4.5之上,密封圈4.4设置在保护镜4.5之下;所述保护镜座4.2底部设有圆凹槽,所述密封圈4.4紧装配在圆凹槽内,密封圈4.4的上唇口与保护镜4.5下表面接触,密封圈4.4的下唇口与下方的导气筒座5.1的顶面接触;所述保护镜座支架4.7与保护镜座4.2用螺栓连接成一体,保护镜座支架4.7通过紧固螺栓4.6紧固连接在保护镜座安装座4.3上。
[0041] 所述密封圈4.4优选采用弹簧蓄能密封圈4.4。并且所述弹簧蓄能密封圈4.4的环形圈体内设有环形凹腔4.4a。由于弹簧蓄能密封圈4.4的上唇口与保护镜4.5下表面密封接触,下唇口与导气筒座5.1顶面密封接触,这样弹簧蓄能密封圈4.4内的环形凹腔4.4a就构成了一个密闭腔,当高压气体从导气筒5.2和导气筒座5.1间的环形缝隙5.4导入(图中箭头方向)时,高压气体紧压在弹簧蓄能密封圈4.4的上下两个唇口内侧,加大了上下唇口与上下两个接触面的压
力,更有效的实现了密封,有效防止高压气体外泄,而且高压气体压力越大,密封效果越好。
[0042] 保护镜装置4的工作原理及工作过程如下:
[0043] 当需要拆卸保护镜4.5时,松开两个紧固螺栓4.6,从侧面将保护镜座支架4.7拖拽出来,然后拿掉保护镜压圈4.1,就可以更换保护镜4.5了;更换保护镜4.5时,先将保护镜4.5放入弹簧蓄能密封圈4.4之上,然后盖上保护镜压圈4.1,再将保护镜座支架4.7直接塞入保护镜座安装座4.3内,重新拧紧紧固螺栓4.6即可。
[0044] 如图1、2、3、5、6所示,所述导气装置5主要由导气筒座5.1和导气筒5.2组成,导气筒座5.1和导气筒5.2位于保护镜4.5下方,导气筒座5.1内设有导气筒安装腔5.1a,导气筒5.2安装在导气筒安装腔5.1a中,导气筒5.2下部外壁与导气筒安装腔5.1a内壁通过O型圈5.5密封配合,导气筒5.2中部外周壁上设有环形槽5.2a,导气筒5.2上部外壁与导气筒安装腔5.1a内壁之间留有环形缝隙5.4,导气筒5.2顶面与保护镜4.5下表面之间留有顶部缝隙5.3,导气筒5.2中心设有导气通道5.2a;所述导气筒座5.1下方连接切割头6,切割头6内设有激光头内部气道6.1,激光头内部气道6.1下端通过防松
螺母6.3安装有喷嘴6.4;所述导气筒座5.1上设有进气口5.1b,该进气口5.1b依次通过环形槽5.2a、环形缝隙5.4、顶部缝隙5.3和导气通道5.2a与激光头内部气道6.1连通,进气口5.1b上安装有切割气体接头5.6。
[0045] 实施例的导气装置5中,为保证气流流通的顺畅性,所述导气通道5.2a设置为上大下小的倒锥形结构,所述环形缝隙5.4的上半部分具有一个向上向内倾斜的斜度坡。 [0046] 导气装置5的工作原理及工作过程如下:
[0047] 高压气体通过切割气体接头5.6进入导气筒座5.1上的进气口5.1b,气流顺着进气口5.1b往里流动,遇到导气筒5.2后,气流首先充满导气筒5.2外周壁的环形槽5.2a,然后再通过导气筒5.2上部外壁与导气筒安装腔5.1a内壁之间的环形缝隙5.4流出,气流通过环形缝隙5.4的上半部分的斜度坡顺势冲向保护镜4.5,然后遇阻反向流入导气筒5.2内部的导气通道5.2a并顺势往下流动进入激光头内部气道6.1,最后从喷嘴6.4高速流出,从而辅助激光完成切割过程。
[0048] 在上述过程中,气流在流动过程中首先持续不断的冲刷保护镜4.5,防止保护镜4.5表面积灰而影响激光的通过率,确保激光能够最大程度的发挥性能,更好的完成切割过程;同时由于气流不断冲刷保护镜4.5,还能有效冷却保护镜4.5,保持保护镜4.5温度恒定,延长保护镜4.5的使用寿命。另外,气流经保护镜4.5反射后顺延一个方向往下流动,气流均匀稳定,流速不断加快,为激光切割提供了良好的
基础。
[0049] 本实用新型中,所述光纤接头1用于与激光发生器的光纤输出单元连接,接收激光。光纤接头1可采用现有技术中的常规产品。由于激光属于发散光,需要用水平调节装置2将接收到的发散的激光转换成平行激光。所述水平调节装置2内设有准直镜片2.1,通过调节水平调节装置2上的调节螺栓,可以调整准直镜片2.1的位置,通过准直镜片2.1将发散的激光转换成平行激光。水平调节装置2可采用现有技术中的常规产品或转用现有激光切割头6上的同功能部件,如可以采用
申请号为“CN201310192415.9”中的对中模块。所述切割头6连接在导气装置5之下,切割头6上安装有传感器,传感器接头6.2与传感
信号处理电路和线性驱动控制电路连接,能使切割头6与工件表面之间的距离长期、可靠地保持稳定,为获得最佳的切割质量提供保证。