CN103212821B - 湿式激光切割机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光切割机，主要解决现有技术中激光切割机加工微小管径管材的过程中，产生的热量对零件造成热损伤，碎屑不易清除的问题，本发明通过采用一种激光切割机，包括切割头和前置导水系统，前置导水系统的电机（1）通过联轴器（2）、衬套（3）和导水管（4）相连，衬套（3）一端位于联轴器（2）内，另一端和导水管（4）密封连接，导水管（4）靠近衬套（3）一端具有进水口（6），进水口（6）和自动供水系统（5）密封轴承（7）连接，导水管（4）的外径小于待加工管材（8）的内径，导水管（4）远离衬套（3）端插入待加工管材的内部的技术方案，较好地解决了该问题，可用于激光湿切割加工的工业生产中。

Description

湿式激光切割机

技术领域

本发明涉及一种湿式激光切割机，具有涉及一种具有前置喷淋导水机构的激光切割机。

背景技术

激光切割技术由于具有减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量的优点，被广泛应用于金属和非金属材料的加工中，而激光切割加工也渐渐有取代传统刀具的趋势。

激光微加工由于加工效率高、切割残渣少、非接触加工、易实现加工过程的自动化等特点，因而成为薄壁管材加工的主要方法。薄壁管材的激光切割是由相互重叠的激光脉冲点在管材上沿切割线移动,同时输入高压氧辅助熔化切割。激光聚焦点处材料熔融气化，熔渣被气体吹出,在金属管壁上形成切割轨迹。熔融气体和熔渣起初向外发射，但是最后，大部分的蒸汽都变成了碎屑，散布在烧蚀图样表面四周和刻槽内。碎屑的形成破坏了零件的外观和性能。它也降低了烧蚀效率，由于前一次留下来的碎屑可能挡住下一次扫描时激光光束传播的路径。

在激光切割大管径的管材时，小区域过热带来的影响不大。但是，很多应用中需要切割微小管径的管材，（管径一般小于5mm）在激光加工过程中会快速产生热量，零件的热扩散会产生热损伤，无论是热影响区、融化区域、重铸，还是渣滓，都改变了微结构。零件热影响区域危害了零件的完整性，进而明显降低了加工产量。

一般激光微加工工艺有干切和湿切两种工艺，干切工艺是将辅助气体吹在激光与材质作用区域,用于去除切口的碎渣并冷却激光作用区。湿切通常在小零件切割中有优势，因为小的金属零件在切割过程中会快速产生热量，湿切在保持热影响区温度最小方面具有重要作用，尤其是因为特扩散导致的温度增加，湿切能帮助维持工件中最佳的热管理。同时由于熔化及凝结后的材料仍残留在切口及切割表面。为了消除它们，有限气压的辅助气流通常在激光束附近被生成。但是，这一气流并不十分有效，因为仅有一小部分的气体穿透进入切口。除了切口附近的碎屑，还有熔化颗粒以及蒸发材料在表面的沉积。而引入高压水到切割点，在工件表面会产生一层很薄的水膜。落在薄膜上的颗粒很快冷却并无法粘结在工件的表面。导水方式的具体实现：相比于干切工艺，湿切工艺多了导水环节，需要向切割点位置导入冷却水。

CN202006338U公开一种高功率激光切割机和导光系统领域，尤其是水冷激光切割头，其包括水冷聚焦镜内筒、水冷聚焦镜外套，水冷聚焦镜内筒、水冷聚焦镜外套之间通有冷却水，聚集镜及其保护片安装在水冷聚焦镜内筒中，所述水冷聚焦镜内筒的激光输出端安装有纵向截面呈两端小、中间大的双锥形吹气套，在吹气套的上锥部外侧表面上设置有进气接头。

CN1827282公开了一种用于CO₂数控激光切割机的数控激光切割头及其制造方法。数控激光切割头包括水冷组件，所述水冷组件的上、下部分均是整体式环形冷却水道结构，其环形冷却水槽是一次性机械加工成型的；采用以上技术使数控激光切割头在使用时气压与光能量的损耗小、聚焦效果好、密封性好、被切割的板材厚度更大、板材利用率高，并具有高强度、高耐压性和高导热性。

现有技术中的激光切割机导水系统供水不稳定，结构不紧凑，整个设备占据空间大，也不利于设备成本的控制，现有技术也没报道自动控制、供水稳定的自动供水系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是激光加工微小管径管材的过程中，产生的热量对零件造成热损伤，碎屑不易清除的问题，提供一种湿式激光切割机，采用该激光切割机具有对零件造成的热损伤小，同时切割过程中产生的碎屑易清除的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种湿式激光切割机，包括切割头9、夹具10、密封堵头11和前置喷淋导水机构，前置喷淋导水机构含有自动供水系统；所述的前置喷淋导水机构，包括电机1、联轴器2、衬套3、导水管4、自动供水系统5和进水口6，电机1通过联轴器2、衬套3和导水管4相连，衬套3一端位于联轴器2内，另一端和导水管4密封连接，导水管4靠近衬套3一端具有进水口6，进水口6和自动供水系统5密封轴承7连接，导水管4的外径小于待加工管材8的内径，导水管4远离衬套3端深入待加工管材的内部。

上述技术方案中，优选的技术方案导水管上有长槽形的喷水口，高压水进入导水管后从喷水口喷出。在待加工管材切割过程中，导水管4在电机1的带动下做与待加工管材8反方向的旋转。

自动供水系统5包括水箱、液位传感器、进水口、电磁阀、出水口、离心泵、水管和液位线；液位传感器位于水箱内的中上部液位线位置，进水口的一端连接在水箱上部，另一端通过电磁阀和水源相连；水管的一端位于水箱的底部或侧面，并位于液位线以下；水管的另一端和离心泵相连，出水口的一端位于离心泵上，另一端和激光切割机的导水管相连。

上述技术方案中，优选的技术方案水箱由透明材质制成；优选的技术方案液位传感器、电磁阀、离心泵由可编程控制器（PLC）控制。

相比于干切工艺，湿切工艺多了导水环节，需要向切割点位置导入冷却水。本发明提出的前置喷淋导水机构中：导水管是采用比管材内径更细的管材，把水送到切割端，其上有长槽形的喷水口，高压水射入导水管后会从喷水口喷出。在管材切割过程中，管材夹具带动管材高速旋转，导水管在电机的带动下做与管材反方向的旋转，喷水口旋转，从而可以实现整个管材的冷却。导水管与管材之间为间隙配合，防止在相对运动过程中导水管磨损管材。衬套安装在导水管末端，一则保护导水管，二则如果切割微小管径管材时，导水管的外径更小，导水管末端安装衬套，方便与联轴器连接。

电机的输出轴与联轴器连接，联轴器的另一端与安装好导水管的衬套连接，从而把电机输出轴的旋转运动传递到导水管。水箱由透明材质制作，可以随时观察水位的变化。在水箱中安装有液位传感器，预先设定液位传感器的数值，只要水位低于液位传感器的示数，液位传感器发出信号，电磁阀打开，向水箱中注水。电磁阀处于常闭的状态。离心泵有进水口和出水口，进水口通过水管与水箱连接，经过离心泵的水流变成高压水由出水口射出，出水口与导水管连接。整个过程由PLC控制，供水稳定。

激光切割中，导入的冷却水作用：1.在激光切割时冷却管材。2.清除碎屑。熔融金属和金属蒸汽在管材表面的沉积，导入的冷却水在工件表面会产生一层很薄的水膜，落在薄膜上的颗粒很快冷却并无法粘结在工件的表面。与激光束同轴的辅助高压气体把冷却的碎屑吹出切割区，碎屑随同水流一起汇集到污水过滤装置进行过滤。本发明中的离心泵对冷却水进行加压，能更好地起到清除碎屑的作用。

本发明提出的适用于薄壁管材湿切加工的具有前置导水机构的激光切割机，用于激光加工微小管径管材的过程中引入高压水快速冷却，防止管材的过度灼烧，减少切割过程中的污染。同时克服了后置导水存在的弊端。所用的供水装置，克服了供水现有供水系统供水不稳定，结构不紧凑，整个设备占据空间大，设备成本高的弊端，具有供水稳定，结构紧凑，整个设备占据空间小，设备成本低的优点，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为激光切割机结构示意图。

图2为湿切加工的激光切割机供水设备示意图。

图1中，1为电机，2为联轴器，3为衬套，4为导水管，5为自动供水系统，6为进水口，7为密封轴承，8为待加工管材，9为切割头，10为夹具，11为密封堵头。Ⅰ为已加工区；Ⅱ为待加工区。

图2中，1为水箱，2液位传感器，3进水口，4为电磁阀，5为出水口、6为离心泵，7为水管，8为液位线。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施例

【实施例1】

一种湿式激光切割机，如图1所示，包括切割头9、夹具10、密封堵头11和前置喷淋导水机构，前置喷淋导水机构含有自动供水系统；所述的前置喷淋导水机构，包括电机1、联轴器2、衬套3、导水管4、自动供水系统5和进水口6，电机1通过联轴器2、衬套3和导水管4相连，衬套3一端位于联轴器2内，另一端和导水管4密封连接，导水管4靠近衬套3一端具有进水口6，进水口6和自动供水系统5密封轴承7连接，导水管4的外径小于待加工管材8的内径，导水管4远离衬套3端深入待加工管材的内部。

所述的的自动供水装置，如图2所示，包括水箱1、液位传感器2、进水口3、电磁阀4、出水口5、离心泵6、水管7和液位线8；液位传感器2位于水箱1内的中上部液位线8位置，进水口3的一端连接在水箱1上部，另一端通过电磁阀4和水源相连；水管7的一端位于水箱1的底部或侧面，并位于液位线8以下；水管7的另一端和离心泵6相连，出水口5的一端位于离心泵6上，另一端和激光切割机的导水管相连。水箱1由透明材质制成，液位传感器、电磁阀4、离心泵6由可编程控制器控制。

采用该装置向激光切割机供水，预先设定液位传感器的数值，只要水位低于液位传感器的示数，液位传感器发出信号，电磁阀打开，向水箱中注水。电磁阀处于常闭的状态。

该实施例提供的适用于薄壁管材湿切加工的前置导水机构，用于激光加工微小管径管材的过程中引入高压水快速冷却，防止管材的过度灼烧，减少切割过程中的污染，同时克服了后置导水存在的弊端。所用的激光湿切割加工的自动供水装置具有供水稳定，结构紧凑，设备占据空间小，设备成本低的优点。

Claims (3)

1.一种湿式激光切割机，包括切割头（9）、夹具（10）、密封堵头（11）和前置喷淋导水机构；所述的前置喷淋导水机构，包括电机（1）、联轴器（2）、衬套（3）、导水管（4）、自动供水系统（5）和进水口（6），电机（1）通过联轴器（2）、衬套（3）和导水管（4）相连，衬套（3）一端位于联轴器（2）内，另一端和导水管（4）密封连接，导水管（4）靠近衬套（3）一端具有进水口（6），进水口（6）和自动供水系统（5）密封轴承（7）连接，导水管（4）的外径小于待加工管材（8）的内径，导水管（4）远离衬套（3）端插入待加工管材的内部；

其特征在于导水管（4）上有长槽形的喷水口，高压水进入导水管后从喷水口喷出；导水管（4）在电机（1）的带动下做与待加工管材（8）反方向的旋转。

2.根据权利要求1所述的湿式激光切割机，其特征在于自动供水系统包括水箱、液位传感器、进水口、电磁阀、出水口、离心泵、水管和液位线；液位传感器位于水箱内的中上部液位线位置，进水口的一端连接在水箱上部，另一端通过电磁阀和水源相连；水管的一端位于水箱的底部或侧面，并位于液位线以下；水管的另一端和离心泵相连，出水口的一端位于离心泵上，另一端和激光切割机前置喷淋导水机构的导水管相连，液位传感器、电磁阀、离心泵由可编程控制器控制。

3.根据权利要求2所述的湿式激光切割机，其特征在于水箱由透明材质制成。