CN103143844B - 喷嘴容纳件,喷嘴更换器和激光加工机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于喷嘴更换器(1)的喷嘴容纳件(2)，该喷嘴更换器(1)用于在激光加工机(17)的一个加工头(8)上安装和/或拆卸喷嘴(4a，4b，4c)，该喷嘴容纳件(2)包括喷嘴储存室(5)，该喷嘴储存室(5)沿喷嘴取出方向(Z)扩大至喷嘴取出口(7)，其中，喷嘴储存室(5)包括至少两个阶梯状彼此错位的、用于安放各个喷嘴(4a，4b，4c)的喷嘴储存位置(5a，5b，5c)。本发明也涉及一种带有多个喷嘴容纳件(2)的喷嘴更换器以及一种带有这种喷嘴更换器的激光加工设备。

Description

喷嘴容纳件,喷嘴更换器和激光加工机

技术领域

本发明涉及一种用于喷嘴更换器的喷嘴容纳件以及一种带有多个喷嘴容纳件的喷嘴更换器和一种带有这种喷嘴更换器的激光加工机，该喷嘴更换器用于在激光加工机的一个加工头上安装和/或拆卸喷嘴。

背景技术

一种带有多个喷嘴容纳件的用于安装/拆卸激光喷嘴的装置已公开在文件EP 2 078 584A1中。

为了进行加工过程而安装在激光加工设备的加工头上的激光喷嘴可由于与工件部分、来自加工过程的溅射物和污物相撞而被弄脏或损坏。因此，激光喷嘴涉及一种损耗件，该损耗件出于过程可靠性的原因应定期更换。在改变工件的材料类型或材料厚度时和在执行新的加工策略-例如借助镜面切削头和/或借助水冷装置进行二维激光切削-时也需更换喷嘴，在这些情况下使用新的喷嘴几何结构。不同的喷嘴、尤其是新型喷嘴的更换过程至今还不是自动化的且因此通常以手动方式进行，因为在激光加工机上使用的喷嘴更换器通常仅可更换标准喷嘴类型的喷嘴。

对于切削刀具，由文件JP 61197106 A和JP 61192436 A公开了一种阶梯形刀具容纳装置。这里不同成型的刀具相邻地设置在不同高度的不同梯级上。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种喷嘴容纳件、一种带有多个喷嘴容纳件的喷嘴更换器以及一种带有这种喷嘴更换器的激光加工机，利用这些装置使得灵活且自动化地操作和储存不同类型的喷嘴成为可能。

根据本发明，该任务通过如开头所述的喷嘴容纳件实现，包括：(阶梯状的)喷嘴储存室，该喷嘴储存室沿喷嘴取出方向扩大至喷嘴取出口，其中，喷嘴储存室包括至少两个、优选至少三个阶梯状彼此错位的、用于分别安放一个喷嘴的喷嘴储存位置。

喷嘴储存室基本上漏斗形地构造，从而在喷嘴储存室内部，在喷嘴储存位置上安放有多个不同类型的喷嘴，即，多个带有不同外轮廓或带有不同大小的外轮廓的喷嘴，且可自动地通过喷嘴取出口取出这些喷嘴。喷嘴外轮廓应理解为垂直于喷嘴(中心)轴线的喷嘴外周的变化曲线，该喷嘴轴线在喷嘴安放在容纳件中时应与喷嘴取出方向(Z方向)一致。不同类型喷嘴的外轮廓在尺寸上及也可能在形状上有所区别。

多个喷嘴储存位置使得安放带有(垂直于喷嘴取出方向的)不同外轮廓的喷嘴成为可能及沿着喷嘴取出方向阶梯状彼此错位。因此，这些喷嘴储存位置位于垂直于喷嘴取出方向的不同平面上，其中，用于容纳具有最大横截面的喷嘴的喷嘴储存位置与喷嘴储存室的喷嘴取出口相邻。喷嘴分别用其端面在成型为阶梯形的喷嘴容纳件中逆着取出方向在高度上定位。

喷嘴容纳件由刚性材料，优选由金属(例如铝)或增强塑料制成。为了减小摩擦，喷嘴容纳件的表面可具有涂层。

在一个优选的实施形式中，至少一个喷嘴储存位置，优选至少两个喷嘴储存位置，尤其所有喷嘴储存位置都具有环形容纳轮廓，用于将喷嘴形状锁合地及由此防扭转地安放在喷嘴储存位置上。在该情况下，喷嘴容纳件的内轮廓(容纳轮廓)在一个垂直于喷嘴取出方向的平面中具有相对于喷嘴容纳件的延伸在喷嘴取出方向上的中轴线的、不同大小的径向距离的区域(即，通常不是径向对称的)，及喷嘴外轮廓相应地与此匹配，使得喷嘴外轮廓可形状锁合地与容纳轮廓形成靠触。例如，喷嘴的外轮廓在最大圆周处设有平面及容纳轮廓具有相应数量的平面或略微朝内拱起的面。这使安放的喷嘴和容纳轮廓之间的形状锁合成为可能，所述形状锁合能够实现到喷嘴上的转矩传递。以此方式，喷嘴在喷嘴容纳件绕中轴线旋转时一起转动，从而喷嘴可被拧到激光加工头上或从激光加工头上被拧下。

除设有针对相应喷嘴的螺纹连接的激光加工头外，也可使用喷嘴被插接在其中的激光加工头。在该情况下，至少一个喷嘴储存位置必要时可具有相对喷嘴取出方向横向延伸的、用于靠触在加工头上的止挡，以便在加工头上触发闭锁过程，以致喷嘴可插到激光加工头上。

优选地，至少一个这样的喷嘴储存位置具有一个夹紧装置和/或卡锁装置，用于产生一个逆着喷嘴取出方向作用在喷嘴上的保持力，由此，例如通过加工头中的密封件或形状锁合连接施加到喷嘴上的力在撤回加工头时不会导致喷嘴的一起运动，而是喷嘴可靠地被保持在喷嘴储存位置上。

夹紧装置例如可通过以下方式实现，即，喷嘴储存位置或在喷嘴储存位置上形成的容纳轮廓具有一个或多个径向朝内延伸的、必要时弹性的或以机械操作的突出部，这些突出部可接合到喷嘴上相应的凹槽或合适的轮廓中，以便将喷嘴固定在喷嘴储存位置上。

夹紧装置和/或卡锁装置也可具有至少一个可相对喷嘴取出方向横向地运动的滑块，用于将喷嘴固定在喷嘴储存位置中，该滑块在导入喷嘴时抵抗回复力的作用例如径向朝外地移动及产生保持力，以便在加工头撤回时将喷嘴保持在喷嘴储存位置上。滑块的解锁可通过加工头自身或通过机械操作装置(例如通过机械驱动装置)来实现。

为了施加保持力被证实有利的是：喷嘴容纳件具有至少一个弹性内衬件(例如由弹性体如丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶(FPM)或硅(Silikon)制成)，在该内衬件中形成至少一个喷嘴储存位置。内衬件可基本上构造成漏斗形且延伸在整个喷嘴储存室上。替换地，可在每个喷嘴储存位置上设置单独的弹性内衬件。在将喷嘴安放在相应的喷嘴储存位置上时，弹性内衬件在径向方向(垂直于喷嘴取出方向)上被朝外挤压且对喷嘴施加夹持力。在此情况下，弹性内衬件可在每个平面上、即在每个喷嘴储存位置的区域中，至少基本上模仿不同喷嘴的外轮廓。

根据本发明的喷嘴容纳件使容纳不同类型(带有不同外轮廓)的喷嘴成为可能，从而可灵活使用该喷嘴容纳件。喷嘴储存位置的阶梯高度或者说容纳平面的间隔在此可这样选择，即在喷嘴容纳件中每次仅可安放一个唯一的喷嘴，因为同时安放的两个喷嘴会彼此冲突。

有利的是，这样地构成喷嘴容纳件，即至少两个具有不同尺寸和/或不同形状的外轮廓的喷嘴可安放在至少两个彼此上下重叠布置的喷嘴储存位置上。这可通过以下方式实现，即容纳平面或喷嘴储存位置的沿着喷嘴取出方向的间隔应这样地选择尺寸或者说应这样与喷嘴的空间延伸相匹配，以致在喷嘴容纳件中可彼此上下重叠地安放至少两个喷嘴。

本发明也涉及一种喷嘴更换器，其包括：多个如上文所述的喷嘴容纳件，这些喷嘴容纳件设置在一个共同的支承装置中。通过这样的可能性，即将不同类型的喷嘴容纳在同一喷嘴容纳件中及此外将多个喷嘴同时储存在一个唯一的喷嘴容纳件中，与由现有技术公开的喷嘴更换器相比可减少喷嘴更换器中所需喷嘴容纳件的数量，这导致了一种非常紧凑且小型的喷嘴更换器，或提高了喷嘴更换器的容纳能力。显然，喷嘴更换器可具有不同类型的或带有不同构造的喷嘴储存位置 的喷嘴容纳件。然而为了简化喷嘴更换，有利的是，使用在喷嘴更换器中的所有喷嘴容纳件具有相同的结构型式。

优选地，喷嘴容纳件在喷嘴取出方向上被弹性地支承，以便补偿位置误差。

根据本发明的喷嘴更换器的一个优选的实施形式包括一个驱动装置，其用于使至少一个喷嘴容纳件产生绕延伸在喷嘴取出方向上的中轴线的旋转运动。通过喷嘴容纳件的旋转运动可实现将喷嘴旋拧到激光加工头上或将喷嘴由激光加工头上旋拧下。驱动装置可构造成一个马达的形式，该马达通过齿形皮带或齿轮与喷嘴容纳件上的齿盘相耦合。为了能用唯一一个马达驱动喷嘴更换器，有利的是，将喷嘴更换器的至少两个、尤其所有的喷嘴容纳件通过齿形皮带或齿轮与马达相耦合。替换地，每个喷嘴容纳件也可设有一个自己的马达。对于插接式喷嘴则不操作马达或者说不需要马达。

本发明也涉及一种用于加工工件的激光加工机，其包括：一个构造用于固定喷嘴的加工头、以及用于在加工头上安装和/或拆卸喷嘴的喷嘴更换器，该喷嘴更换器以上文所述的方式构成。优选地，加工头可向着或逆着喷嘴取出方向移动地构造在激光加工机上，从而它可通过喷嘴取出口导入喷嘴储存室中及可补偿喷嘴储存位置在喷嘴取出方向上的高度差异。为了固定喷嘴，加工头可设有螺纹和/或具有卡锁或夹紧装置，用于与喷嘴卡锁地或夹紧地连接。

本发明的其它优点由说明书和附图中获得。前文提到的和还将进一步描述的技术特征同样可各自单独地或多个以任意组合地得到应用。所示和所述的实施形式不应理解为总结性的逐一列举，而是具有用于描述本发明的示例性特征。

附图说明

示出了：

图1a带有多个喷嘴容纳件的喷嘴更换器；

图1b图1a的喷嘴更换器的一个区段；

图2a-c三个喷嘴容纳件，借助激光加工头由这三个喷嘴容纳件中取出三个不同的喷嘴；

图3一种喷嘴更换器，具有用于产生喷嘴容纳件的旋转运动的驱动装置；

图4a-b图3的喷嘴更换器的细节剖面图；以及

图5一种带有加工头和喷嘴更换器的激光加工机。

具体实施方式

图1a，1b展示了一种带有多个在支承装置3中的喷嘴容纳件2的喷嘴更换器1，该支承装置3包括一个带有遮盖件的壳体。在所示实施例中，喷嘴容纳件2中的三个配备有不同类型的、即带有不同外轮廓的喷嘴4a，4b，4c。

每个喷嘴容纳件2包括一个带有多个喷嘴储存位置5a，5b，5c的阶梯状喷嘴储存室5，这些喷嘴储存位置5a，5b，5c分别垂直于喷嘴取出方向Z地布置在不同的平面中，且阶梯状地彼此错位。喷嘴储存室5具有开口7，不同的喷嘴4a，4b，4c穿过该开口可导入喷嘴储存室5且可由该喷嘴储存室5中取出。在本实施例中，每个喷嘴储存位置5a，5b，5c具有一个环形的容纳轮廓6a，6b，6c，这些容纳轮廓6a，6b，6c被构造用于形状锁合地容纳各个喷嘴4a，4b，4c的外轮廓。

用于容纳具有最小外径的喷嘴4c的喷嘴储存位置5c位于喷嘴容纳件2中的最下部(即离开口7最远)。在本实施例中上升地，另两个喷嘴储存位置5a，5b分别设有更大的径向直径。最上方的喷嘴储存位置5a或所属的容纳轮廓6a的横截面被这样大地选择，使得设置在离开口7最远的喷嘴储存位置5c中的喷嘴4c也可被一个加工头(图1a，b中未示出)抓住。因此，所有可储存在喷嘴容纳件2中的喷嘴4a-c都可通过开口7被引入及重新引出。

因此，文件EP2078584A1中所述的喷嘴容纳件-该喷嘴容纳件被构造用于在一个唯一的喷嘴储存位置上容纳唯一一个喷嘴-被附加至少一个、尤其两个或多个阶梯状错位的喷嘴储存位置，所述喷嘴储存位置使得在不同平面上储存不同类型的喷嘴成为可能，其中，喷嘴储存位置5a-5c的直径、更确切地说各个环形的容纳轮廓6a-c的直径沿喷嘴取出方向Z增大。

图2a-c展示了三个同一结构型式的喷嘴容纳件2的剖视图，这些喷嘴容纳件2分别配备有一个喷嘴4a，4b，4c，其中，喷嘴4a，4b，4c具有带有不同几何形状或不同外径的不同外轮廓。与外轮廓相对应地，不同的喷嘴类型被布置在不同平面上的喷嘴储存位置5a，5b，5c中。加工头8可穿过开口7导入喷嘴储存室5中，以便取出各个喷嘴4a，4b，4c。在更换喷嘴4a，4b，4c时，喷嘴储存位置5a-c在喷嘴容纳件2中的水平面差异通过加工头8沿喷嘴取出方向Z的相应进给得到补偿。

当喷嘴4a，4b，4c借助卡锁或插接连接固定在加工头8上时，为了由加工头8上取下喷嘴通常必须松开该插接连接。为此目的可能必需的是：在将喷嘴放置在喷嘴储存位置上时，对喷嘴作用一个逆着喷嘴取出方向Z作用的保持力(例如为密封摩擦或形状锁合)，从而在加工头8撤回时，喷嘴仍保留在喷嘴储存位置上。

为了施加保持力，喷嘴容纳件2可构造为弹性的或可具有弹性的内衬件2a，该内衬件2a具有阶梯状的内轮廓，该内轮廓在每个喷嘴储存位置5a-c上应至少基本上模仿一个相应的喷嘴4a-c的外轮廓。替换地，喷嘴容纳件2在每个喷嘴储存位置5a-c上可具有一个单独的内衬件2a(如图1b中示例性地针对一个喷嘴储存位置所示)。通过这种弹性内衬件2a可实现：喷嘴4a-c在加工头8松开之后保留在喷嘴容纳件2中，即，通过弹性内衬件2a对已插入的喷嘴在喷嘴取出方向Z上施加所需的保持力。

图2a-c展示了喷嘴4a，4b，4c，这些喷嘴在其外周的面向加工头8的区域中具有外螺纹，以便旋拧到加工头8中。设置用于待旋紧的喷嘴4a，4b，4c的喷嘴储存位置5a，5b，5c在该情况下不仅必须使喷嘴4a，4b，4c能够在轴向和径向上定位，而且必须使转矩能由喷嘴容纳件2传递到喷嘴4b，4c上。为此目的，可在喷嘴储存位置5a-c的各个容纳轮廓6a-c(参考图1b)和相应的喷嘴4b-c之间设置形状锁合。这种形状锁合例如通过以下方式来实现：喷嘴4a-c的外轮廓在其最大的外周区域中具有多个平面，及相应的容纳轮廓6a-c具有至少两个直的或略微朝内拱起的面13(参考图1b)，以便能防转动地容纳喷嘴4a-c。在附图1a，b所示的实施例中，待容纳的喷嘴4a-c具有外六边形及在相应的喷嘴储存位置5a-c上的容纳轮廓6a-c具有内六边形，在不同的喷嘴储存位置5a-c上该内六边形的直径彼此不同。替换地，喷嘴可具有略微朝外拱起的面，而喷嘴容纳件可具有多个平面等。

能使喷嘴4a-c旋拧到加工头上的喷嘴更换器1被示出在图3中。在喷嘴更换器1内部，喷嘴容纳件2被安装在一个底板上，该底板为支承装置3的一部分。一个马达10用作产生旋转运动的驱动装置，该马达驱动齿形皮带11，该齿形皮带11绕齿盘12(参考图4a)延伸。齿盘12具有形状锁合的缺口，喷嘴容纳件2插入到该缺口中，以使得喷嘴容纳件与齿盘12一起绕喷嘴容纳件2的中轴线z旋转。通过防扭转的支承，转矩被从喷嘴容纳件2传递到喷嘴4a，4c上。

在齿盘12内部，更确切的说在齿盘12和由该齿盘携带的喷嘴容纳件2之间，在径向上存在一个间隙A(图4b)。以此方式在旋拧过程中在加工头和喷嘴容纳件之间的轻微位置错位可以得到补偿。

此外，在本实施例中借助于螺旋弹簧14在中轴线z方向上弹性地支承喷嘴容纳件2，以补偿位置误差(间隙B)。

在将喷嘴4a-c旋拧到加工头8上时，驱动喷嘴容纳件2旋转，其中由于在多个轴向上的间隙A，B，喷嘴4a-c可匹配加工头8的螺纹，从而防止了喷嘴4a-c 的倾斜和“磨蚀”

在喷嘴容纳件2中使用弹性内衬件2a的情况下，在必要时不仅径向间隙A而且在中轴线方向上的间隙B都可在没有其它辅助件的情况下实现，从而例如可取消螺旋弹簧的设置。通过弹性内衬件2a可附加地对已插入的喷嘴施加逆着喷嘴取出方向Z的保持力。

使用弹性内衬件2a来实现逆着喷嘴取出方向Z的保持力的、附加的或变换的可能性在于：在喷嘴容纳件2的喷嘴储存位置5a-c上设置弹性的或以机械形式(例如气动形式)操作的滑块16，该滑块16在喷嘴4a-c插入时被径向朝外挤压，及以此方式在相应的喷嘴储存位置5a-c上夹紧或卡锁住喷嘴4a-c。替换地，可借助于适当的传感机构检测喷嘴存在与否及可通过机械控制装置操作机械式(例如气动式)的卡锁元件。

显然，喷嘴更换器1可附加地配备另一些不可旋转的喷嘴容纳件。如果应仅更换通过插接连接固定在加工头8上的喷嘴，则可取消用于使喷嘴容纳件2绕其中轴线z旋转的驱动装置。

通过在喷嘴容纳件2内部的不同构型的喷嘴储存位置5a-c使得在同一喷嘴容纳件2中储存不同类型的喷嘴成为可能。在此情况下，一方面存在这样的可能性，即分别仅将不同喷嘴中的唯一一个安放在喷嘴容纳件2中，这使得可直接抓取所有安放的喷嘴4a，4b，4c。必要时也可将多个喷嘴4a，4b，4c上下重叠安放在同一喷嘴容纳件2中，由此减少了用于待储存喷嘴数量的喷嘴容纳件2的数量。然而这种储存形式要求专门的装载和卸载策略。

在后一种情况下，喷嘴储存位置5a-c在喷嘴取出方向Z上的间隔应与待安放的喷嘴4a，4b，4c在喷嘴取出方向Z上的延展相匹配，即喷嘴储存室5内部的阶梯高度(喷嘴储存位置5a-c在喷嘴取出方向Z上的尺寸)应适当地选择。

附图5展示了在激光加工机17中的根据本发明所述的喷嘴更换器1，该激光加工机17具有一个位置固定的机身18和一个加工头8，该加工头8可在三个空间方向X，Y，Z上相对于机身18运动。喷嘴更换器1位于加工空间的边缘区域或者可摆入或移入到该加工空间中。激光加工机17具有一个激光辐射源19，在图5中表示出的激光束可由该激光辐射源19指向一个(未示出的)工件。显然，激光源19在喷嘴更换期间不工作。

总的来说，这里所述的喷嘴容纳件2具有阶梯状的喷嘴储存室5，该喷嘴储存室5扩大至喷嘴取出口7。喷嘴储存室5内的各个阶梯或安放面分别形成一个喷嘴 储存位置5a-c。喷嘴储存位置5a-c的内轮廓(容纳轮廓6a-c)在此有利地与一种确定的喷嘴类型的外轮廓相匹配，该喷嘴类型对于每个喷嘴储存位置5a-c来说是不同的。因此，根据本发明的喷嘴容纳件2可被用来储存且尤其用来更换带有不同外轮廓形状和/或外轮廓尺寸的、不同类型的喷嘴。

Claims (9)

1.一种用于喷嘴更换器(1)的喷嘴容纳件(2)，所述喷嘴更换器用于在激光加工机(17)的加工头(8)上安装和/或拆卸喷嘴(4a,4b,4c)，所述喷嘴容纳件包括喷嘴储存室(5)，所述喷嘴储存室沿喷嘴取出方向(Z)扩大至喷嘴取出口(7)，其中，所述喷嘴储存室(5)包括至少两个阶梯状彼此错位的、用于分别安放一个喷嘴(4a,4b,4c)的喷嘴储存位置(5a,5b,5c)，至少两个喷嘴储存位置(5a,5b,5c)分别具有环形的容纳轮廓(6a,6b,6c)，用于防扭转地储存喷嘴(4a,4b,4c)。

2.根据权利要求1所述的喷嘴容纳件(2)，其特征在于，至少一个喷嘴储存位置(5a,5b,5c)具有夹紧和/或卡锁装置，用于产生逆着喷嘴取出方向(Z)的保持力。

3.根据权利要求2所述的喷嘴容纳件(2)，其特征在于，所述夹紧和/或卡锁装置具有至少一个可相对喷嘴取出方向(Z)横向地抵抗回复力作用而运动的滑块(16)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的喷嘴容纳件(2)，其特征在于，该喷嘴容纳件具有至少一个弹性内衬件(2a)，在所述内衬件中形成至少一个喷嘴储存位置(5a,5b,5c)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的喷嘴容纳件(2)，其特征在于，还包括至少两个喷嘴(4a,4b,4c)，所述至少两个喷嘴上下重叠地安放在至少两个不同的喷嘴储存位置(5a,5b,5c)上。

6.喷嘴更换器(1)，包括多个根据以上权利要求中任一项所述的喷嘴容纳件(2)，这些喷嘴容纳件(2)被设置在一个共同的支承装置(3)中。

7.根据权利要求6所述的喷嘴更换器(1)，其特征在于，该喷嘴容纳件(2)在喷嘴取出方向(Z)上被弹性地支承。

8.根据权利要求6或7所述的喷嘴更换器，其特征在于，还包括一个驱动装置(10)，用于使至少一个喷嘴容纳件(2)产生绕着在喷嘴取出方向(Z)上延伸的中心轴线(z)的旋转运动。

9.用于工件加工的激光加工机(17)，包括：构成用于固定喷嘴(4a,4b,4c)的加工头(8)，以及用于在加工头(8)上安装和/或拆卸喷嘴(4a,4b,4c)的、根据权利要求6至8中任一项所述的喷嘴更换器(1)。