[发明专利]一种具有摆动功能的激光切割头

说明书

技术领域

本发明属于激光切割领域，具体涉及一种具有摆动功能的激光切割头。

背景技术

激光切割作为一种已经比较成熟的加工工艺，大量应用于各种金属加工行业当中，凭借其柔性化程度高、加工效率高、综合成本低、精度高、热影响区小等优点成为不可或缺的一道工序。而随着其加工对象从二维平面向等截面型材甚至曲面冲压件的扩展，激光加工装备的关键部分切割头也经历开始细分为2D/2.5D/3D几种分类。

在现在激光切割领域中，常常使用摆动切割头，摆动切割头的关键点在于如何实现摆动功能，原始的做法是手动调整切割头的摆角，目前常用伺服电机控制切割头，伺服电机控制切割头主要有以下形式：一是使用2D切割头改装，二是使用直驱马达，三是使用伺服电机。

其中，使用2D切割头改装的形式，其为外光路设计，并且由于机械运动轴线和激光束轴线不同轴，零件集成度低，体积大，摆动的范围受到自身尺寸的限制，由于其回转轴线与质心偏移量很大，其运动的速度、精度、响应都比较差，属于最简易原始的一种摆动切割头，因为其性能较差趋于淘汰。

第二种和第三种主要是驱动方式的区别，目前直驱马达占据主流，直驱马达主要有无传动链、精度高、动作快的优点，但是它的缺点也很明显：1、直驱马达动态刚性低，动作的准确性很容易被负载的变化或者外力干扰，而影响切割；2、系统阻尼比低，容易引起共振；3、发热较大，耗电高，对于激光切割头这种密封性要求很高的部件，散热智能靠热传动的方式，在高强度重载连续工作的情况下容易过热报警；4、售价非常昂贵，购买和维修的成本很高；5、不便于维修保养，直驱电机必须要使得激光从其中心孔穿孔，作为其位置反馈元件的编码器相应的必须选用大直径中空式的圆光栅，该元件价格昂贵，而且容易受损，而且该元件紧密地嵌入在切割头机械结构内部，更换时需要彻底拆解，不易维修更换。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种摆动式可调激光切割头方案，该切割头可以快速准确的完成激光切割过程中的切割头摆动偏角需要(行程可达±120°)，同时具备较高的传动精度及传动刚性，使其在动作中时刻保持轨迹准确，并且具备自动变焦功能，在穿孔和切割过程中可以实时改变焦点位置，无需手动调整。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有摆动功能的激光切割头，其包括摆动组件和支撑并且给所述摆动组件提供驱动力的固定组件，所述摆动组件包括：第一连接件、设置在所述第一连接件内的可变曲率反射镜、固定于所述第一连接件下端的聚焦镜、设置于所述聚焦镜下端的电容传感器以及设置在所述电容传感器下端的喷嘴，所述固定组件包括第二连接件、连接到所述第二连接件上的支撑轴承、与所述支撑轴承连接的齿轮箱、以及与所述齿轮箱连接的伺服电机，所述齿轮箱连接所述摆动组件，所述齿轮箱将所述伺服电机输出的扭矩放大转换为驱动所述摆动组件摆动的回转运动。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述齿轮箱与所述支撑轴承外圈固定，所述齿轮箱内部包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述伺服电机的输出轴连接，所述主动齿轮将所述伺服电机的扭矩传递给所述从动齿轮；所述从动齿轮包括两片齿轮，两片所述齿轮分别与所述支撑轴承的内圈连接。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述伺服电机为带抱闸功能的伺服电机。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述可变曲率反射镜通过气压调节装置调节输入气压来控制其曲率变化。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述第一连接件为等边直角三角形，通过等边直角三角形提供安装可变曲率反射镜的45°倾斜安装面，所述可变曲率反射镜设置在所述第一连接件的斜边侧。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，还包括平面反射镜，所述平面反射镜设置在所述第二连接件上。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述第二连接件为等边三角形，所述平面反射镜设置在所述第二连接件的直角三角形的斜边侧。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，还包括接口，所述接口设置在所述第二连接件的一直角边的端面，所述接口将激光切割头连接到激光切割机本体上。

本发明的有益效果是:

其一、该切割头可以快速准确的完成激光切割过程中的切割头摆动偏角需要(行程可达±120°)，同时具备较高的传动精度及传动刚性，使其在动作中时刻保持轨迹准确，并且具备自动变焦功能，在穿孔和切割过程中可以实时改变焦点位置，无需手动调整。