[发明专利]激光加工机床的旋转激光头辅助气体传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及到激光表面微加工领域中要求激光头轴向旋转与竖直方向升降运动相复合的应用场合，特指一种激光加工机床的旋转激光头辅助气体传输装置。

背景技术

激光表面微加工技术以加工速度快、对环境无污染以及优良的尺寸控制能力等优点在摩擦副表面微观形貌加工方法中受到高度重视。专利申请号为CN200610039758.1的“单脉冲同点间隔多次法”中提出了一种新的激光微造型加工工艺。此专利中，采用工件夹持旋转、激光头做上下直线运动的控制方案。倘若加工大型机器器件，工件很难与激光脉冲进行耦合，带来很大的加工局限性。激光加工机床的旋转激光头辅助气体传输装置在实现激光头旋转的同时，传输辅助气体，激光头还可以做上下直线运动，解决了由于工件体积、质量较大所带来的加工局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在激光微加工领域中要求激光头轴向旋转与竖直方向运动相复合的应用场合，在实现激光头旋转的同时，通光并传输辅助气体，激光头还可以做上下直线运动，解决了由于工件体积、质量较大带来的加工局限性。

本发明所采取的技术方案是，在Z轴立式工作台上水平安装一个悬臂梁，悬臂梁是由六块硬质铝合金构成的长方体腔体。悬臂梁的右端开设一通孔，一个密封气腔套筒经过这个通孔固定在悬臂梁的下端面。一根旋转轴通过两个密封轴承与密封气腔套筒的内壁连接。气体传输采用独立式气腔设计，即密封气腔套筒不随旋转轴旋转。圆环状的上轴承压盖穿过旋转轴固定在悬臂梁上端面，此上轴承压盖与悬臂梁上端面连接处设有密封圈，与上密封轴承之间设有毡圈，保证气腔套筒上端面的密封。圆环状的下轴承压盖穿过旋转轴固定在密封气腔套筒下端面，此下轴承压盖与密封气腔套筒下端面连接处设有密封圈，与下密封轴承之间设有毡圈，保证密封气腔套筒下端面的密封。上轴承压盖、旋转轴、密封气腔套筒、下轴承压盖之间就形成一个密闭腔。密封气腔套筒外部开设一个气腔进气孔用于外部气源气体的输入。悬臂梁的左端固定一个步进电机，步进电机通过同步带的传动驱动旋转轴的旋转，旋转轴的旋转速度时刻保持与步进电机一致。在两个密封轴承之间的那段旋转轴外圆周表面上开设一定数量的通气孔用作旋转轴上的输气孔，这样就能在旋转轴旋转的同时把辅助气体通入到旋转轴内部。在旋转轴顶端放置一块高透光度透镜并用透镜压盖固定。悬臂梁上架设一个机箱外壳，机箱外壳盖住整个装置中位于悬臂梁上端面之上的部分。机箱外壳上开设一个圆孔，圆孔的轴心与高透光度透镜轴心重合，圆孔内安装一块透光玻璃用作激光束的传播。旋转轴下端连接一个激光头，为了保证激光头旋转同轴度以及激光头与旋转轴连接处的密封性，旋转轴与激光头的连接方式有莫氏锥度联接和法兰连接。在激光头的内部安装一个聚焦透镜用于对激光束的聚焦，激光头的底部安装一块45°全反镜用于将聚焦以后的激光束反射到工件加工表面。聚焦透镜插在一个聚焦透镜套筒的插槽里，聚焦透镜套筒的外径小于激光头的内径。聚焦透镜套筒外圆周表面设有三个均匀分布的凸台，凸台与激光头内表面为间隙配合。聚焦透镜套筒插在激光头内部，在激光头外表面上均匀开设3个螺纹孔，从三个螺纹孔旋入3个紧定螺钉与聚焦套筒接触，从而固定聚焦透镜在激光头内的位置。松开3个紧定螺钉，聚焦透镜套筒可在激光头的轴向位置实现移动，从而改变聚焦焦点的位置。聚焦透镜套筒与激光头内壁之间留有的空隙用作传输辅助气体。激光束经由激光发生器输出，进入旋转轴内部，由激光头里的聚焦透镜聚焦，再由激光头底部的45°全反镜反射后，从激光头出光出气孔射出。

本发明的有益效果是：实现激光头多角度均匀通光送气；激光头旋转的同时传输辅助气体并保证良好的气密性；激光头旋转时保证较小的圆跳动；足够的吹气压力去除加工表面的金属残渣、同时使聚焦透镜和工件加工表面及时散热。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是激光加工机床的旋转激光头辅助气体传输装置结构示意图。

图2是旋转轴上开设通气孔的正面剖视图。

图3是旋转轴上开设通气孔的横截面剖视图。

图4是旋转轴与激光头莫氏锥度连接的示意图。

图5是旋转轴与激光头法兰连接的示意图。

图6是聚焦透镜套筒在激光头内部固定的示意图。