一種具有擺動(dòng)功能的激光切割頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光切割領(lǐng)域，具體涉及一種具有擺動(dòng)功能的激光切割頭。
【背景技術(shù)】
[0002]激光切割作為一種已經(jīng)比較成熟的加工工藝，大量應(yīng)用于各種金屬加工行業(yè)當(dāng)中，憑借其柔性化程度高、加工效率高、綜合成本低、精度高、熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)成為不可或缺的一道工序。而隨著其加工對(duì)象從二維平面向等截面型材甚至曲面沖壓件的擴(kuò)展，激光加工裝備的關(guān)鍵部分切割頭也經(jīng)歷開始細(xì)分為2D/2.5D/3D幾種分類。
[0003]在現(xiàn)在激光切割領(lǐng)域中，常常使用擺動(dòng)切割頭，擺動(dòng)切割頭的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)功能，原始的做法是手動(dòng)調(diào)整切割頭的擺角，目前常用伺服電機(jī)控制切割頭，伺服電機(jī)控制切割頭主要有以下形式:一是使用2D切割頭改裝，二是使用直驅(qū)馬達(dá)，三是使用伺服電機(jī)。
[0004]其中，使用2D切割頭改裝的形式，其為外光路設(shè)計(jì)，并且由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)軸線和激光束軸線不同軸，零件集成度低，體積大，擺動(dòng)的范圍受到自身尺寸的限制，由于其回轉(zhuǎn)軸線與質(zhì)心偏移量很大，其運(yùn)動(dòng)的速度、精度、響應(yīng)都比較差，屬于最簡(jiǎn)易原始的一種擺動(dòng)切割頭，因?yàn)槠湫阅茌^差趨于淘汰。
[0005]第二種和第三種主要是驅(qū)動(dòng)方式的區(qū)別，目前直驅(qū)馬達(dá)占據(jù)主流，直驅(qū)馬達(dá)主要有無傳動(dòng)鏈、精度高、動(dòng)作快的優(yōu)點(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)也很明顯:1、直驅(qū)馬達(dá)動(dòng)態(tài)剛性低，動(dòng)作的準(zhǔn)確性很容易被負(fù)載的變化或者外力干擾，而影響切割；2、系統(tǒng)阻尼比低，容易引起共振；3、發(fā)熱較大，耗電高，對(duì)于激光切割頭這種密封性要求很高的部件，散熱智能靠熱傳動(dòng)的方式，在高強(qiáng)度重載連續(xù)工作的情況下容易過熱報(bào)警；4、售價(jià)非常昂貴，購買和維修的成本很高；5、不便于維修保養(yǎng)，直驅(qū)電機(jī)必須要使得激光從其中心孔穿孔，作為其位置反饋元件的編碼器相應(yīng)的必須選用大直徑中空式的圓光柵，該元件價(jià)格昂貴，而且容易受損，而且該元件緊密地嵌入在切割頭機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部，更換時(shí)需要徹底拆解，不易維修更換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種擺動(dòng)式可調(diào)激光切割頭方案，該切割頭可以快速準(zhǔn)確的完成激光切割過程中的切割頭擺動(dòng)偏角需要(行程可達(dá)±120° )，同時(shí)具備較高的傳動(dòng)精度及傳動(dòng)剛性，使其在動(dòng)作中時(shí)刻保持軌跡準(zhǔn)確，并且具備自動(dòng)變焦功能，在穿孔和切割過程中可以實(shí)時(shí)改變焦點(diǎn)位置，無需手動(dòng)調(diào)整。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種具有擺動(dòng)功能的激光切割頭，其包括擺動(dòng)組件和支撐并且給所述擺動(dòng)組件提供驅(qū)動(dòng)力的固定組件，所述擺動(dòng)組件包括:第一連接件、設(shè)置在所述第一連接件內(nèi)的可變曲率反射鏡、固定于所述第一連接件下端的聚焦鏡、設(shè)置于所述聚焦鏡下端的電容傳感器以及設(shè)置在所述電容傳感器下端的噴嘴，所述固定組件包括第二連接件、連接到所述第二連接件上的支撐軸承、與所述支撐軸承連接的齒輪箱、以及與所述齒輪箱連接的伺服電機(jī)，所述齒輪箱連接所述擺動(dòng)組件，所述齒輪箱將所述伺服電機(jī)輸出的扭矩放大轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)所述擺動(dòng)組件擺動(dòng)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述齒輪箱與所述支撐軸承外圈固定，所述齒輪箱內(nèi)部包括主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，所述主動(dòng)齒輪與所述伺服電機(jī)的輸出軸連接，所述主動(dòng)齒輪將所述伺服電機(jī)的扭矩傳遞給所述從動(dòng)齒輪；所述從動(dòng)齒輪包括兩片齒輪，兩片所述齒輪分別與所述支撐軸承的內(nèi)圈連接。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述伺服電機(jī)為帶抱閘功能的伺服電機(jī)。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述可變曲率反射鏡通過氣壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)輸入氣壓來控制其曲率變化。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述第一連接件為等邊直角三角形，通過等邊直角三角形提供安裝可變曲率反射鏡的45°傾斜安裝面，所述可變曲率反射鏡設(shè)置在所述第一連接件的斜邊側(cè)。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，還包括平面反射鏡，所述平面反射鏡設(shè)置在所述第二連接件上。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，所述第二連接件為等邊三角形，所述平面反射鏡設(shè)置在所述第二連接件的直角三角形的斜邊側(cè)。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括，還包括接口，所述接口設(shè)置在所述第二連接件的一直角邊的端面，所述接口將激光切割頭連接到激光切割機(jī)本體上。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]其一、該切割頭可以快速準(zhǔn)確的完成激光切割過程中的切割頭擺動(dòng)偏角需要(行程可達(dá)±120° )，同時(shí)具備較高的傳動(dòng)精度及傳動(dòng)剛性，使其在動(dòng)作中時(shí)刻保持軌跡準(zhǔn)確，并且具備自動(dòng)變焦功能，在穿孔和切割過程中可以實(shí)時(shí)改變焦點(diǎn)位置，無需手動(dòng)調(diào)整。
[0018]其二、本發(fā)明中的切割頭可以配合管材切割機(jī)使用，其能夠精確切割出同一平面的斷面，其擺角精確可以參數(shù)化設(shè)定；其具備氣動(dòng)伺服調(diào)焦功能，切割不同材質(zhì)厚度的工件時(shí)，僅需參數(shù)設(shè)定即可調(diào)整焦點(diǎn)位置，無需手動(dòng)調(diào)整。
[0019]其三、本發(fā)明的切割頭的整體傳動(dòng)剛性高，當(dāng)做高加速度切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，切割頭自身能夠準(zhǔn)確可靠的維持其角度恒定。
[0020]其四、本發(fā)明的切割頭的傳動(dòng)精度高，由于引入了消隙齒輪結(jié)構(gòu)，消除了換向的運(yùn)動(dòng)間隙，實(shí)現(xiàn)了較高精度的擺角，重復(fù)定位精度可達(dá)±0.5°以上。
[0021 ] 其五、本發(fā)明的切割頭的成本低，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)中沒有昂貴的直驅(qū)電機(jī)和大直徑圓光柵，因此制造和維修成本較使用直驅(qū)電機(jī)的方案明顯降低；并且伺服電機(jī)與編碼器均在機(jī)械結(jié)構(gòu)外圍，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便，更換僅需拆解4顆螺釘。
[0022]其六、本發(fā)明的切割頭的能耗低且無明顯發(fā)熱，切割頭運(yùn)動(dòng)到設(shè)定位置后，其主要通過機(jī)械結(jié)構(gòu)自身阻尼及伺服電機(jī)保持其位置，僅需勵(lì)磁繞組維持很小電流即可，控制繞組中無電流。
[0023]其七、本發(fā)明的切割頭的重量輕，由于采用2級(jí)減速，總減速比可達(dá)100:1，因此只需要很小的電機(jī)既可以產(chǎn)生足夠的扭矩驅(qū)動(dòng)并維持切割頭的擺角，而傳統(tǒng)的直驅(qū)電機(jī)若要達(dá)到相同扭矩，體積重量均要大出許多。
[0024]其八、本發(fā)明的切割頭的安全性高，在急?；虻綦姷那闆r下，本發(fā)明的擺動(dòng)切割頭的位置能夠因?yàn)槠渥陨淼臋C(jī)械阻尼和電機(jī)抱閘不依賴外部能量或指令進(jìn)行自鎖，不會(huì)發(fā)生切割頭撞擊工件的事故，故障排除后可以在停機(jī)位置開始繼續(xù)加工，而使用直驅(qū)馬達(dá)或其他不具備自鎖功能傳動(dòng)方案的擺動(dòng)切割頭，在該種情況下切割頭會(huì)立即失去動(dòng)力，掉落至其重心最低位置。
[0025]其九、本發(fā)明的切割頭的扭矩大，由于總減速比很大，可以使得其輸出很高的轉(zhuǎn)矩，可以驅(qū)動(dòng)大尺寸長(zhǎng)焦距的聚焦鏡組件。而現(xiàn)有技術(shù)中采用直驅(qū)方案的擺動(dòng)切割頭，必須特別注意輕量化及配重平衡的問題，否則會(huì)嚴(yán)重影響其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
[0026]其十、本發(fā)明的切割頭無震蕩，現(xiàn)有技術(shù)中的切割頭使用直驅(qū)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)切割頭在保持靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由于其自身阻尼很低，整體處于一種小幅度高頻震蕩的狀態(tài)，很容易引起共振。而本發(fā)明的切割頭由于自身阻尼及傳動(dòng)特性，無明顯震蕩。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為圖1中齒輪箱的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3為實(shí)施例2縱截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]其中，1-固定組件，11-接口，12-平面反射鏡，13-支撐軸承，14-齒輪箱，141-主動(dòng)齒輪，142-從動(dòng)齒輪，15-伺服電機(jī)，16-第二連接件，2-擺動(dòng)組件，21-第一連接件，22-可變曲率反射鏡，23-聚焦鏡，24-電容傳感器，25-噴嘴，3-準(zhǔn)直鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方