具有多參數(shù)設定功能的激光切割機的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種具有多參數(shù)設定功能的激光切割機,屬于激光切割技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光切割作為一種快速高效的加工方式,已經(jīng)在各種工業(yè)領域得到廣泛應用。但正是由于其結(jié)構(gòu)精密、加工效率很高,因此對操作者提出了較高的要求。比如對于焦點位置的掌握,對于不同材料不同厚度的原材料來說,焦點位置的零點幾毫米的偏差就會導致完全不同的加工效果。另一方面焦點的大小對于切割也有著決定性的影響,比如薄板切割時,通常希望焦點能盡可能的小,使激光的能量高度集中在一個很小的范圍,這樣在不增加激光器輸出功率的條件下也可以使切割速度顯著提高,同時工件的熱影響區(qū)也會縮小,使得工件不會受熱變形影響相對位置度及工件自身的平面度。但是對于厚板切割來說,如果焦點過小則會導致切割所需的輔助氣體無法到達割縫深處,使得切割不能持續(xù)或者切割斷面十分粗糙,這也成為高功率光纖激光切割機切割厚板的一個主要限制因素。由于光纖激光切割機的焦點大小取決于光纖芯徑、準直鏡焦距、聚焦鏡焦距三個因素。并且由于其功率密度極高對光學組件的清潔度有極高要求,即使肉眼不可見的灰塵如果沾染在光學組件上也可能造成不可修復的損壞。所以光纖端面到保護鏡之間的各種光學組件必須整體密封在設備內(nèi),在設備使用現(xiàn)場不能隨意更換。
[0003]因此對于今后的高度自動化程度的激光切割來說,要實現(xiàn)無人工干預的多種板材及厚度的連續(xù)自動加工,焦點位置和焦點大小的獨立自動設定是一個必須解決的問題。目前對于使用I微米波長的高功率厚板切割國外已經(jīng)取得了技術(shù)突破并逐步進入量產(chǎn)階段。主要有以下兩種形式:
[0004]1、移動透鏡組變焦技術(shù)
[0005]其原理和照相機的變焦鏡頭十分相似,通過在切割頭內(nèi)布置多組透鏡,相互補償。進而實現(xiàn)焦點位置和焦點大小的獨立設定。
[0006]2、切換工作光纖
[0007]其原理類似于在諧振腔和切割頭之間布置一根以上不同芯徑的工作光纖,在需要改變切割參數(shù)的時候通過切換工作光纖來實現(xiàn)焦點大小的變化。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)仍存在以下技術(shù)問題:
[0009]1、移動透鏡組方案的技術(shù)缺陷
[0010]對于使用移動透鏡組變焦技術(shù)的方案來說,其最大的缺點在于其內(nèi)部的透鏡數(shù)量非常多。
[0011]以這一類型目前比較成功的某美國公司方案為例,其內(nèi)部包含8片曲率透鏡。分為三組移動。也就是說要有三套伺服機構(gòu)來驅(qū)動這些鏡片組的移動。所以其機械結(jié)構(gòu)非常復雜龐大,并且總質(zhì)量也大,由于激光切割機的傳動形式通常為串聯(lián)結(jié)構(gòu),而切割頭一般作為最后一級,切割頭質(zhì)量每增加10公斤就需要前面各級所有的驅(qū)動力及機械剛度成倍提高。由于結(jié)構(gòu)十分復雜一旦某個鏡片發(fā)生損壞更換也會比較困難。同時由于鏡片數(shù)量從2片變?yōu)?片,激光每穿過一片鏡片就會有一定損耗,這些損失的能量會轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)熱,因此增加的6片鏡片將額外消耗很多激光能量,同時也增加了散熱系統(tǒng)的負擔。并且由于I ym波長激光主要使用熔石英透鏡,這種透鏡是熱的不良導體。當發(fā)熱達到一定程度時,鏡片會產(chǎn)生溫度梯度,造成變形導致曲率變化精度喪失,也就是熱透鏡效應。由于這些鏡片需要經(jīng)常移動,所以無法通過循環(huán)水直接冷卻,只能靠熱傳導的方式將其熱量逐層轉(zhuǎn)移到切割頭外殼的冷卻回路內(nèi)。密封問題,由于切割頭本身需要嚴密密封,當其內(nèi)部有活動部件時,其運動會導致兩側(cè)腔體容積的變化,這時這些移動的鏡組就像氣缸中的活塞,在負壓狀態(tài)下可能導致細小的顆粒進入切割頭內(nèi)部。由于光纖頭內(nèi)部的能量密度極高,肉眼無法發(fā)現(xiàn)的灰塵一旦沾染在光纖端頭也很可能造成光纖燒毀。熱透鏡效應如附圖1所示,綜上移動透鏡組方案有以下明顯缺點:
[0012](I)、結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大、重量大,
[0013](2)、鏡片數(shù)量多,發(fā)熱多,但受限于其運動需要無法直接冷卻,
[0014](3)、熱透鏡效應限制了其所能承受的最大功率,
[0015](4)、鏡片的移動可能導致外部顆粒污染切割頭內(nèi)部,
[0016](5)、鏡片的移動需要一定時間,不適應快速頻繁的參數(shù)切換;
[0017]2、使用切換工作光纖來實現(xiàn)改變焦點直徑的方案技術(shù)缺陷
[0018]通過光束開關來切換不同芯徑的工作光纖也可以有效的改變焦點大小。但是這種方案有一個顯而易見的缺點,就是其焦點直徑的變化不是連續(xù)可變的,通常只能有兩到三個設定值。所以在這種方案下,仍舊要對整體切割系統(tǒng)的切割能力做出側(cè)重和取舍。但相比傳統(tǒng)固定芯徑的解決方案它已經(jīng)有了極大的拓展。另一個問題就是這種切換技術(shù)需要制作一種特殊的工作光纖,將兩根不同芯徑的光纖組合在里面并通過同一個端頭輸出。這項工作的技術(shù)難度非常高,成本也頗為不菲。并且工作光纖由于暴露在激光器外部,屬于較為易損的部分,一旦發(fā)生損壞其維修成本將相當驚人。另外不可避免的需要增設光束開關或調(diào)制器來切換工作光纖。這部分裝置的成本也比較昂貴。并且由于光纖激光器的諧振腔和工作光纖熔接在一起,單獨更換的費用十分高昂。所以對于已經(jīng)出廠使用中的激光器是無法使用這一技術(shù)的。
[0019]綜上,現(xiàn)有使用切換工作光纖來實現(xiàn)改變焦點直徑的技術(shù)方案主要有以下缺點:
(I)其設定值不能連續(xù)可調(diào);(2)雙芯徑的工作光纖制造成本非常高,一旦損壞后果嚴重;
(3)增加了光束開關。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0020]本實用新型目的是提供一種具有多參數(shù)設定功能的激光切割機,該激光切割機可以實現(xiàn)焦點大小和焦點位置的獨立設定,改變其中一個賦值時另一個參數(shù)不發(fā)生變化,當然這兩個值可以同時改變,且互不影響;使用無氧銅鏡片可以從鏡片內(nèi)部進行冷卻,鏡片始終維持標準溫度,無熱透鏡效應,可以使用高功率激光器;由于無活動部件,整個光路部分可以嚴格密封,同時切割頭內(nèi)部腔體的氣壓不會發(fā)生變化,光學組件壽命長。
[0021]為達到上述目的,本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種具有多參數(shù)設定功能的激光切割機,包括激光發(fā)生器、光路系統(tǒng)、光纖接口、殼體、上定位環(huán)、連接套、下定位環(huán)、電容傳感器和噴嘴,所述激光發(fā)生器的輸出端連接到光路系統(tǒng)一端,光路系統(tǒng)另一端連接到光纖接口,所述殼體的前端設有前埠,殼體的末端設置有一斜面安裝板,位于殼體末端的下端設有下埠;
[0022]所述光纖接口安裝到殼體的前埠,位于殼體內(nèi)腔末端的斜面安裝板上從上往下依次安裝有變曲率凸面反射鏡、變曲率反射鏡,位于殼體內(nèi)腔內(nèi)的前端且位于前埠下方安裝有一變曲率凹面反射鏡,所述光纖接口和變曲率凸面反射鏡與變曲率凹面反射鏡和變曲率反射鏡分別位于第一平面和位于第一平面正下方的第二平面上;
[0023]所述變曲率凸面反射鏡包括凸面反射薄膜、第一空氣腔和水冷腔,所述第一空氣腔內(nèi)氣壓在第一設定值時,凸面反射薄膜的表面為凸面狀態(tài),在工作狀態(tài)時,第一空氣腔內(nèi)氣壓大于等于第一設定值;
[0024]所述變曲率凹面反射鏡包括凹面反射薄膜、第二空氣腔和水冷腔,所述第二空氣腔內(nèi)氣壓在第二設定值時,凹面反射薄膜的表面為凹面狀態(tài),在工作狀態(tài)時,第二空氣腔內(nèi)氣壓低于等于第二設定值;
[0025]所述變曲率凹面反射鏡包括反射薄膜、第三空氣腔和水冷腔,所述第三空氣腔內(nèi)氣壓在第三設定值時,反射薄膜的表面為平面狀