[发明专利]用于激光加工装置的激光加工头

说明书

本发明涉及激光加工头，更具体地说涉及适用于对例如塑料和金属材料进行大功率切削、切割或钻孔的改进的激光加工头。

激光加工在机床和印刷工业中已广为人知。激光加工用来切割和/或切削材料。

激光加工头一般包括一个安装在通常是圆筒形的外壳中的聚焦透镜。聚焦透镜可以通过采用透镜一侧一个的一对卡环夹持在外壳中。激光加工头一般还包括一个喷嘴，它安装在外壳的一端上。喷嘴具有一个狭窄的开口，当聚焦的激光束离开加工头照射到工件上之前，它穿过该开口。在应用时，激光束经过聚焦透镜照射到工件上。在某些情况下，激光束经过聚焦透镜照射到工件上之前，激光束偏离一个或多个位于远处的反光镜。与激光加工头分离的真空碎屑去除系统通常用来收集和去除由聚焦的激光束切割或切削工件产生的碎屑。上述的喷嘴用来保护聚焦透镜，使之不与未被真空碎屑去除系统收集的碎屑接触。

图1是常规的激光加工头的剖视图。激光加工头1包括空心圆筒形透镜套2，套2包括一个内腔15，其中通过一对锁定环4和5夹持聚焦透镜3。喷嘴6通过一个封闭腔15的O形环7和锁定定位螺丝8固定到套2的外表面上。喷嘴6包括具有狭窄开口10的尖端9。可选择地从位于远处的反光镜(图1中未示出)反射的激光束由透镜3聚焦，并通过开口10射出。当离开开口10时，激光束切割或切削工件上所要求的材料。如前所述，真空碎屑去除系统(图中未示出)围绕喷嘴6，以便去除大部分切割或切削的材料。然而，由于被切削的材料离开表面的速度很快，所以围绕激光加工头的真空系统不可能将所有的碎屑去除，一些碎屑可能进入喷嘴中的开口。带有狭窄开口10的喷嘴6阻止大块的被切削材料反射损坏透镜。然而即使这样做，杂质和碎屑也会从工件表面反弹，经过开口10损坏透镜，使其不能工作。

为了解决这一问题，在现有技术中采用了一种系统，迫使空气或其它气体经过开口10流向工件，阻止颗粒反射进入透镜套2。如图1所示，该系统包括喷嘴6中的气体入口11和圆周形气体腔12，以及套2中的槽13。气体通路用参考号14表示。虽然图1所示的现有技术的激光加工头对许多应用场合已足够了，但是采用大功率激光器从工件表面去除大量的材料需要一种改进的系统。在这样的应用场合，采用具有1200瓦或更大能级的激光束从工件表面切削材料。一般如图1所示类型的常规的激光加工头不足以阻止被切削的材料在很长的一段时间以很高的能量经过喷嘴的开口反弹。透镜可能变得被来自工件表面的杂质涂附。在某些情况下，这些杂质将导致热积累，使聚焦透镜破裂或换句话说使透镜损坏。为了避免上述杂质和/或热积累，需要周期性地中断加工过程，清洁聚焦透镜。这导致时间的浪费，降低了工作效率。

本发明旨在提供一种改进的激光加工头，它包括一个气体分布装置，用于在压力下将气体引入靠近透镜的头，以避免透镜被来自工件的杂质或被切削的材料损坏。气流在透镜处进入以后，离开透镜，流向喷嘴。在本发明的一个最佳实施例中，气体分布装置包括用于当气体进入靠近透镜的头时形成涡流作用的装置。气体的涡流保持透镜的清洁，并消除了在透镜中积累起来的热。气体涡流产生了附加的力，它阻止了杂质和被切削的材料到达透镜。涡流导致透镜保持清洁、冷却和在激光器的整个操作过程中不被损坏。在一个所示的实施例中，涡流作用是由具有多个带角度的槽的圆形气体分布器提供的，因此进入其中安装了透镜的外壳的气体是在产生涡流的螺旋作用下进入的。

在另一个最佳实施例中，本发明的激光加工头包括具有本体部分的一个喷嘴，它包括在气体出口对面的气体入口，以及一个从入口的宽开口到出口的窄开口逐渐减小的内腔。锥形内腔提供从宽开口到窄开口的气流，这导致气流离开窄开口时流速增加。提高速度的作用是阻止杂质和被切削的材料通过喷嘴反弹并到达透镜。

图1是现有技术的激光加工头的剖面图。

图2是本发明的激光加工头的剖面图。

图3是图2的激光加工头的透镜套部分的剖面图。

图4是沿图3的4-4线取的气体分布器的端面图。

现在参照图2，本发明的改进的激光加工头20由一个组件构成，它包括外壳22和内透镜套—喷嘴24。激光聚焦透镜26置于外壳22的一端中。如图2所示，借助于一个外锁定环28，透镜26被夹持在外壳22中，外锁定环28拧进外壳22内径上的螺纹30。透镜26通过透镜套—喷嘴24的入口端32在其内表面上被夹持。虽然透镜26可以通过其它锁定环或其它适合的夹持部件在其内表面上被夹持，但是本发明的优点是最好通过透镜套—喷嘴24将透镜在其内表面上夹持。