CN102672348B - 一种激光切割头聚焦透镜更换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光切割头聚焦透镜更换装置，包括设有透镜座体腔的激光切割头，与激光切割头配套的聚焦透镜座体，透镜座体腔分为彼此对称的上透镜座体腔和下透镜座体腔；聚焦透镜座体由一个镜座和与镜座相连的密封挡板构成，镜座插入上透镜座体腔或下透镜座体腔中，聚焦透镜座体通过安装于密封挡板上的螺钉固定于激光切割头上。本发明的聚焦透镜更换装置只有一个透镜座，没有一般双焦距透镜更换装置中用于密封镜腔的空镜座部分，而将与镜座相连的密封挡板用于密封镜腔。本发明结构简单，定位精准，更换透镜方便，且立方体外形结构较圆柱体外形结构存在优越性。

Description

一种激光切割头聚焦透镜更换装置
技术领域
本发明涉及聚焦透镜更换装置，尤其涉及一种激光切割头聚焦透镜更换装置。
背景技术
激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。随着CO2激光切割机床的逐渐推广，工业生产柔性逐渐增加，双焦距聚焦透镜的使用频率在逐渐增大。如何在不影响加工精度的前提下实现快速方便的更换不同焦距的透镜成为一个焦点问题。现有的透镜更换装置两个透镜座，其中一个是空镜座。切割头上有两个镜座腔分别与空镜座配合。使用不同焦距的透镜时要调换两个透镜座在切割头镜腔座的位置。这种结构的不足在于零部件较多，结构不够简单，配合面较多，容易造成更换后误差，影响加工精度。传统透镜更换装置的镜座腔部分是圆柱体结构，在振动时产生的应力较大，容易对加工产生影响。
发明内容
本发明旨在克服现有技术中的不足，提供一种基于模态分析方法设计的激光切割头聚焦透镜更换装置。 
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
所述激光切割头聚焦透镜更换装置包括设有透镜座体腔的激光切割头14，与激光切割头14配套的聚焦透镜座体1；所述透镜座体腔分为彼此对称的上透镜座体腔2和下透镜座体腔3；所述聚焦透镜座体1由一个镜座15和与镜座15相连的密封挡板13构成，所述镜座15插入上透镜座体腔2或下透镜座体腔3中，聚焦透镜座体1通过安装于密封挡板13上的螺钉4固定于激光切割头14上。 
其中，所述激光切割头14为立方体结构。 
另外，所述镜座15包括透镜腔和置于透镜腔上的压盖9，所述压盖9通过密封垫圈10和弹簧垫圈8将聚焦透镜6固定在透镜腔中。所述上透镜座体腔2和下透镜座体腔3中设有导向配合槽12；所述镜座15两侧设有能与导向配合槽配合的导向配合面11。
更换透镜时，将换好透镜的聚焦透镜座体1上下颠倒后插入镜座体腔中。当镜座15插入上透镜座体腔2中时，聚焦透镜6凸面端与弹簧垫圈8之间为凹面垫圈7，聚焦透镜6平面端与镜座15底部之间为平垫圈5。当镜座15插入下透镜座体腔3中时，聚焦透镜6平面端与弹簧垫圈8贴合，聚焦透镜6凸面端与镜座15底部之间为凹面垫圈7和平垫圈5，其中，聚焦透镜6凸面端与凹面垫圈7贴合。
下面结合附图及设计原理对本发明做进一步说明：
参见图1至图4，所述激光切割头聚焦透镜更换装置包括设有透镜座体腔的激光切割头14，与激光切割头14配套的聚焦透镜座体1；所述透镜座体腔分为彼此对称的上透镜座体腔2和下透镜座体腔3， 所述聚焦透镜座体1由一个镜座15和与镜座15相连的密封挡板13构成，所述镜座15插入上透镜座体腔2或下透镜座体腔3中，聚焦透镜座体1通过安装于密封挡板13上的螺钉4固定于激光切割头14上。本发明激光切割头聚焦透镜更换装置的聚焦透镜座体只有一个镜座，没有一般双焦距透镜更换装置中用于密封镜腔的空镜座部分，这样使得装置的整体结构更加简单、零部件较少，从而使透镜座体与座体腔配合面较少，可减少因为透镜更换带来的误差，而透镜座体腔的密封则通过聚焦透镜座体的密封挡板实现。
其中，所述激光切割头14为立方体结构，本发明采用有限元模态分析方法，对基于此透镜更换装置的不同外形结构的切割头进行模态分析，比较各阶模态分析结果，确定将激光切割头设计为立方体结构，其较圆形结构在振动情况下产生的应力较小，增加激光切割头使用寿命和使用精度；
所述镜座15包括透镜腔和置于透镜腔上的压盖9，所述压盖9通过密封垫圈10和弹簧垫圈8将聚焦透镜6固定在透镜腔中。所述上透镜座体腔2和下透镜座体腔3中设有导向配合槽12；所述镜座15两侧设有能与导向配合槽配合的导向配合面11，导向配合槽12和导向配合面11的设置能使聚焦透镜座体1更准确、更好的定位和固定于激光切割头14上。
更换透镜时，将换好透镜的聚焦透镜座体1上下颠倒后插入镜座体腔中。
当镜座15插入上透镜座体腔2中时，聚焦透镜6凸面端与弹簧垫圈8之间为凹面垫圈7，聚焦透镜6平面端与镜座15底部之间为平垫圈5。当镜座15插入下透镜座体腔3中时，聚焦透镜6平面端与弹簧垫圈8贴合，聚焦透镜6凸面端与镜座15底部之间为凹面垫圈7和平垫圈5，其中，聚焦透镜6凸面端与凹面垫圈7贴合。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）结构简单，零部件较少，操作简易。
（2）透镜座体与座体腔配合面较少，减少因为透镜更换带来的误差。
（3）更换装置的镜座体腔为立方体结构，显著减少了振动情况下产生的应力，延长切割头使用寿命。
总之，本发明是一种结构简单，零部件较少，操作简易，不会造成或造成较少由于更换镜片带来误差的方形切割头双焦距聚焦透镜镜片更换装置。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明190.5mm焦距聚焦透镜工作状态剖视示意图；
图3是本发明127mm焦距聚焦透镜工作状态剖视示意图；
图4是本发明安装190.5mm焦距聚焦透镜时聚焦透镜座体的结构示意图。
图中：1、聚焦透镜座体；2、上透镜座体腔；3、下透镜座体腔；4、螺钉；5、平垫圈；6、聚焦透镜；7、凹面垫圈；8、弹簧垫圈；9、压盖；10、密封垫圈；11、导向配合面；12、导向配合槽；13、密封挡板；14、激光切割头；15、镜座。
具体实施方式
实施例1
参见图1至图4，以190.5mm焦距聚焦透镜和127mm焦距聚焦透镜更换为例，所述激光切割头聚焦透镜更换装置包括设有透镜座体腔的激光切割头14，与激光切割头14配套的聚焦透镜座体1；所述透镜座体腔分为彼此对称的上透镜座体腔2和下透镜座体腔3；所述聚焦透镜座体1由一个镜座15和与镜座15相连的密封挡板13构成，所述镜座15插入上透镜座体腔2或下透镜座体腔3中，聚焦透镜座体1通过安装于密封挡板13上的螺钉4固定于激光切割头14上。其中，所述激光切割头14为立方体结构，
所述镜座15包括透镜腔和置于透镜腔上的压盖9，所述压盖9通过密封垫圈10和弹簧垫圈8将聚焦透镜6固定在透镜腔中。所述上透镜座体腔2和下透镜座体腔3中设有导向配合槽12；所述镜座15两侧设有能与导向配合槽配合的导向配合面11。
如图2和图4所示，当聚焦透镜6为190.5mm焦距聚焦透镜时，聚焦透镜6凸面端与弹簧垫圈8之间为凹面垫圈7，聚焦透镜6平面端与镜座15底部之间为平垫圈5，装有聚焦透镜6的镜座15插入上透镜座体腔2中。
如图3所示，当要将聚焦透镜6更换为127mm焦距聚焦透镜时，将聚焦透镜座体1取出并更换聚焦透镜，此时聚焦透镜6平面端与弹簧垫圈8贴合，聚焦透镜6凸面端与镜座15底部之间为凹面垫圈7和平垫圈5，其中，聚焦透镜6凸面端与凹面垫圈7贴合。将换好透镜的聚焦透镜座体1上下颠倒后插入下透镜座体腔3中。
实施例2 有限元模态分析
分别对立方体结构的切割头和圆柱体结构的切割头进行模态分析。建模时要求两种外形结构的切割头顶面面积相同，对顶面所有节点建立ALL DOF约束，进析1～5阶模态分析。结果为立方体结构2阶模态的最大应力为：0.365E12MPa，圆柱体结构的2阶模态的最大应力为：0.553E12MPa。显然基于此透镜更换装置的立方体结构优于圆柱体结构。
 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种激光切割头聚焦透镜更换装置，包括设有透镜座体腔的激光切割头（14），与激光切割头（14）配套的聚焦透镜座体（1），其特征在于，所述透镜座体腔分为彼此对称的上透镜座体腔（2）和下透镜座体腔（3）；所述聚焦透镜座体（1）由一个镜座（15）和与镜座（15）相连的密封挡板（13）构成，更换透镜时，所述聚焦透镜座体（1）上下颠倒后插入镜座体腔中；所述聚焦透镜座体（1）固定于激光切割头（14）上；所述上透镜座体腔（2）和下透镜座体腔（3）中设有导向配合槽（12）；所述镜座（15）两侧设有能与导向配合槽配合的导向配合面（11）。
2.如权利要求1所述的激光切割头聚焦透镜更换装置，其特征在于，所述激光切割头（14）为立方体结构。
3.如权利要求1所述的激光切割头聚焦透镜更换装置，其特征在于，所述镜座（15）包括透镜腔和置于透镜腔上的压盖（9），所述压盖（9）通过密封垫圈（10）和弹簧垫圈（8）将聚焦透镜（6）固定在透镜腔中。
4.如权利要求3所述的激光切割头聚焦透镜更换装置，其特征在于，所述聚焦透镜（6）凸面端与弹簧垫圈（8）之间设有凹面垫圈（7），聚焦透镜（6）平面端与镜座（15）底部之间设有平垫圈（5）。
5.如权利要求3所述的激光切割头聚焦透镜更换装置，其特征在于，所述聚焦透镜（6）平面端与弹簧垫圈（8）贴合，聚焦透镜（6）凸面端与镜座（15）底部之间设有凹面垫圈（7）和平垫圈（5）。
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