本技術(shù)涉及水導(dǎo)激光加工，具體而言涉及水導(dǎo)激光噴嘴。

背景技術(shù)：

1、水導(dǎo)激光加工技術(shù)是一種清潔、高效、無(wú)損傷的新型精密加工技術(shù)，“精密”主要由精密機(jī)床、精密光水耦合設(shè)計(jì)、高精密?chē)娮?、穩(wěn)定的激光水束等條件共同決定。然而，高精密?chē)娮鞗Q定了水導(dǎo)激光加工“刀具”的直徑，比如噴嘴規(guī)格有30μm、50μm、60μm、80μm等，用戶可以根據(jù)加工效率和工藝選擇不同的噴嘴。

2、由于水射流噴嘴受高壓水持續(xù)沖刷、受散射出的激光沖擊頂部及側(cè)壁，工況非常惡劣，當(dāng)噴嘴尖角疲勞磨損變鈍、圓度失圓、噴嘴達(dá)到材料的損傷閾值后，“水光纖”將會(huì)被打破，有效的激光水束隨之縮短并且水中激光能量隨之下降，所以水導(dǎo)激光噴嘴是一個(gè)易損耗部件。

3、噴嘴的安裝位置在水導(dǎo)激光光水耦合參數(shù)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，一個(gè)最佳的光水耦合設(shè)置是綜合保護(hù)鏡片壽命、噴嘴壽命以及激光耦合入水穩(wěn)定性的平衡，也可以說(shuō)是耦合因子和聚焦點(diǎn)之間的相互平衡，使得噴嘴達(dá)到最佳保護(hù)。

4、如附圖1所示，水射流噴嘴套件通常包含水射流耦合器室、保護(hù)鏡片01、藍(lán)寶石噴嘴02、輔助氣體腔、密封元件等，通過(guò)光學(xué)模塊將激光束03聚焦在藍(lán)寶石噴嘴02的預(yù)定區(qū)域，例如圖1所示的藍(lán)寶石噴嘴02的中央位置為激光焦點(diǎn)05，高壓水層04從藍(lán)寶石噴嘴02處向下經(jīng)激光焦點(diǎn)05流出形成激光水束06。

5、應(yīng)當(dāng)理解的，保護(hù)鏡片01和藍(lán)寶石噴嘴02通常被設(shè)置在兩個(gè)可拆卸的結(jié)構(gòu)中，例如保護(hù)鏡片01連接在光學(xué)模塊中，而藍(lán)寶石噴嘴02設(shè)置在激光噴嘴結(jié)構(gòu)中。目前，激光噴嘴與光學(xué)模塊連接多為螺釘緊固、卡扣、夾持等，存在因更換噴嘴而造成裝配誤差或裝配一致性差等問(wèn)題，這將導(dǎo)致激光焦點(diǎn)05與藍(lán)寶石噴嘴02的位置關(guān)系發(fā)生變化，而這個(gè)安裝誤差的冗余量一般只有十幾微米，所以噴嘴更換后其位置的重復(fù)精度誤差會(huì)極大影響噴嘴壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中水導(dǎo)激光噴嘴存在的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的第一方面提出一種技術(shù)方案，一種水導(dǎo)激光噴嘴，包括：

2、光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭，第一端用于連接到光學(xué)模塊；

3、包含水路和光路結(jié)構(gòu)的噴嘴套件，所述噴嘴套件的第二端為水路和光路結(jié)構(gòu)的出口，定義水路和光路出口的軸線方向?yàn)榈谝环较?，徑向方向?yàn)榈诙较颍?/p>

4、定位部件，包括第一緊固件和第二緊固件，所述第一緊固件裝配在所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭的預(yù)定位置，所述第二緊固件裝配在所述噴嘴套件的預(yù)定位置；

5、其中，所述第一緊固件和第二緊固件被配置為，當(dāng)所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭和噴嘴套件對(duì)合連接后，沿第一方向，光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭和噴嘴套件之間連接相互作用力處于預(yù)定值，且所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭和噴嘴套件之間連接相互作用力大于噴嘴套件的重力。

6、優(yōu)選的，所述第一緊固件和第二緊固件通過(guò)非接觸方式施加相互作用力。

7、優(yōu)選的，所述第一緊固件和第二緊固件包括磁性部件，所述第一緊固件和第二緊固件相對(duì)的一端磁極相反，使所述第一緊固件和第二緊固件相互吸引。

8、優(yōu)選的，所述第一緊固件和第二緊固件包括柱狀磁體，所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭設(shè)有容納所述柱狀磁體的第一柱狀孔，所述噴嘴套件設(shè)有容納所述柱狀磁體的第二柱狀孔，所述柱狀磁體在所述第二柱狀孔內(nèi)被限位件固定，使處于所述第一柱狀孔和第二柱狀孔內(nèi)的沿第一方向布置且相互吸引的兩個(gè)所述柱狀磁體沿第一方向的間距被固定。

9、優(yōu)選的，所述第一柱狀孔和第二柱狀孔內(nèi)的沿第一方向布置且相互吸引的兩個(gè)所述柱狀磁體沿第一方向的間距為0.6mm。

10、優(yōu)選的，所述第一柱狀孔以及第二柱狀孔的孔底設(shè)有直徑小于所述柱狀磁體的通孔。

11、優(yōu)選的，所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭的第二端設(shè)有孔結(jié)構(gòu)，所述噴嘴套件的第一端設(shè)有與所述孔結(jié)構(gòu)相互配合的軸結(jié)構(gòu)，所述噴嘴套件的第一端用于連接到所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭的第二端，且所述軸結(jié)構(gòu)插入到所述孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，約束噴嘴套件相對(duì)于光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭在第二方向的相對(duì)位置。

12、優(yōu)選的，所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭包括非閉合的環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)，所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣形成所述孔結(jié)構(gòu)，且所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)包括放松狀態(tài)和預(yù)緊狀態(tài)，在所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)處于放松狀態(tài)時(shí)，所述軸結(jié)構(gòu)能伸入到所述孔結(jié)構(gòu)中，使噴嘴套件相對(duì)于光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭沿第二方向被定位，當(dāng)所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)由放松狀態(tài)被緊固為預(yù)緊狀態(tài)后，使噴嘴套件相對(duì)于光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭沿第一方向以及第二方向被定位。

13、優(yōu)選的，所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)包括易變形區(qū)域，所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)的第一自由端和第二自由端通過(guò)第三緊固件箍緊，使環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)的易變形區(qū)域變形，并由放松狀態(tài)被緊固為預(yù)緊狀態(tài)。

14、優(yōu)選的，所述第三緊固件包括螺栓，所述螺栓與所述第一自由端、第二自由端螺紋連接，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)所述螺栓，使環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)的第一自由端和第二自由端相互靠近或遠(yuǎn)離。

15、本實(shí)用新型第二方面提出一種技術(shù)方案，一種水導(dǎo)激光噴嘴更換方法，使用上述的水導(dǎo)激光噴嘴，拆卸噴嘴套件時(shí)，先解除第三緊固件對(duì)噴嘴套件的連接，僅通過(guò)第一緊固件和第二緊固件維持光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭和噴嘴套件之間連接，此時(shí)光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭和噴嘴套件之間連接作用力為f1，對(duì)噴嘴套件施加大于f1的作用力f2，將噴嘴套件拆下；

16、安裝噴嘴套件時(shí)，將噴嘴套件的第一端與光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭的第二端對(duì)合，并通過(guò)第一緊固件和第二緊固件維持光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭和噴嘴套件之間連接，此時(shí)光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭和噴嘴套件之間連接作用力為f3，再使第三緊固件箍緊噴嘴套件，完成噴嘴套件的更換；

17、其中，f3＝f1。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

19、1、噴嘴具備快速拆卸、安裝能力，且具有高精度的軸向和徑向定位，可以做到不同操作人員不同操作習(xí)慣下更換噴嘴后，噴嘴的位置重復(fù)精度高；

20、2、更換噴嘴自吸定位后，具有鎖死結(jié)構(gòu)，防止加工過(guò)程中高加速度運(yùn)動(dòng)影響噴嘴結(jié)構(gòu)的可靠性；

21、3、操作簡(jiǎn)單，不需要專(zhuān)業(yè)技能即可快速更換噴嘴。

技術(shù)特征：

1.一種水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述第一緊固件(31)和第二緊固件(32)通過(guò)非接觸方式施加相互作用力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述第一緊固件(31)和第二緊固件(32)包括磁性部件，所述第一緊固件(31)和第二緊固件(32)相對(duì)的一端磁極相反，使所述第一緊固件(31)和第二緊固件(32)相互吸引。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述第一緊固件(31)和第二緊固件(32)包括柱狀磁體，所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭(10)設(shè)有容納所述柱狀磁體的第一柱狀孔(102)，所述噴嘴套件(20)設(shè)有容納所述柱狀磁體的第二柱狀孔(201)，所述柱狀磁體在所述第二柱狀孔(201)內(nèi)被限位件(22)固定，使處于所述第一柱狀孔(102)和第二柱狀孔(201)內(nèi)的沿第一方向布置且相互吸引的兩個(gè)所述柱狀磁體沿第一方向的間距被固定。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述第一柱狀孔(102)和第二柱狀孔(201)內(nèi)的沿第一方向布置且相互吸引的兩個(gè)所述柱狀磁體沿第一方向的間距為0.6mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述第一柱狀孔(102)以及第二柱狀孔(201)的孔底設(shè)有直徑小于所述柱狀磁體的通孔。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任意一項(xiàng)所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭的第二端設(shè)有孔結(jié)構(gòu)(101)，所述噴嘴套件(20)的第一端設(shè)有與所述孔結(jié)構(gòu)(101)相互配合的軸結(jié)構(gòu)(21)，所述噴嘴套件(20)的第一端用于連接到所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭(10)的第二端，且所述軸結(jié)構(gòu)(21)插入到所述孔結(jié)構(gòu)(101)內(nèi)，約束噴嘴套件(20)相對(duì)于光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭(10)在第二方向的相對(duì)位置。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭(10)包括非閉合的環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)，所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣形成所述孔結(jié)構(gòu)(101)，且所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)包括放松狀態(tài)和預(yù)緊狀態(tài)，在所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)處于放松狀態(tài)時(shí)，所述軸結(jié)構(gòu)(21)能伸入到所述孔結(jié)構(gòu)(101)中，使噴嘴套件(20)相對(duì)于光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭(10)沿第二方向被定位，當(dāng)所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)由放松狀態(tài)被緊固為預(yù)緊狀態(tài)后，使噴嘴套件(20)相對(duì)于光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭(10)沿第一方向以及第二方向被定位。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)包括易變形區(qū)域(11)，所述環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)的第一自由端(12)和第二自由端(13)通過(guò)第三緊固件(40)箍緊，使環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)的易變形區(qū)域(11)變形，并由放松狀態(tài)被緊固為預(yù)緊狀態(tài)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水導(dǎo)激光噴嘴，其特征在于，所述第三緊固件(40)包括螺栓，所述螺栓與所述第一自由端(12)、第二自由端(13)螺紋連接，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)所述螺栓，使環(huán)狀抱箍結(jié)構(gòu)的第一自由端(12)和第二自由端(13)相互靠近或遠(yuǎn)離。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及水導(dǎo)激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種水導(dǎo)激光噴嘴，包括：光學(xué)模塊轉(zhuǎn)接法蘭，第一端用于連接到光學(xué)模塊；包含水路和光路結(jié)構(gòu)的噴嘴套件，所述噴嘴套件的第二端為水路和光路結(jié)構(gòu)的出口，定義水路和光路出口的軸線方向?yàn)榈谝环较颍瑥较蚍较驗(yàn)榈诙较颉娮炀邆淇焖俨鹦丁惭b能力，且具有高精度的軸向和徑向定位，可以做到不同操作人員不同操作習(xí)慣下更換噴嘴后，噴嘴的位置重復(fù)精度高；更換噴嘴自吸定位后，具有鎖死結(jié)構(gòu)，防止加工過(guò)程中高加速度運(yùn)動(dòng)影響噴嘴結(jié)構(gòu)的可靠性；操作簡(jiǎn)單，不需要專(zhuān)業(yè)技能即可快速更換噴嘴。

技術(shù)研發(fā)人員：邢飛,陸鑫,劉寶順,鎖紅波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240509
技術(shù)公布日：2024/12/23