CN103826792A - 用于激光切割机的通用喷嘴和通用喷嘴的调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光切割机的通用喷嘴（16）和一种与所述通用喷嘴（16）一起使用的激光切割机。通用喷嘴（16）具有喷嘴盘（20），所述喷嘴盘设有具有不同直径（d）的多个喷嘴孔（22）。喷嘴盘（20）绕着旋转轴线（24）被支撑，使得具有预定直径的喷嘴孔（22）可旋转到通用喷嘴（16）的通道开口（21）中。

Description

用于激光切割机的通用喷嘴和通用喷嘴的调节方法

技术领域

本发明涉及一种用于激光切割机的通用喷嘴和一种该通用喷嘴的调节方法。尤其地，本发明涉及一种切割头的通用喷嘴，激光束和切割气体可通过所述通用喷嘴输送至加工位置。

背景技术

在激光切割过程中，切割气体和激光束通过切割头中的喷嘴的喷嘴孔漏出。气体量和气流形状由喷嘴孔的直径确定。在切割薄金属板的过程中，提供细微的气流就足以将熔化的金属熔池和金属渣从间隙吹走。当待加工的材料的厚度增加时，气流的直径也必须加大。

由于这个原因，应用了分别具有不同直径喷嘴孔的不同喷嘴。通过喷嘴，可输送氮气以用于熔化切割，以及可输送氧气以用于火焰切割。

目前，必要时，通常通过手动将喷嘴从切割头拧出并通过将适合于随后的作业步骤的喷嘴拧入来将具有第一直径的喷嘴更换为具有第二直径的喷嘴。当加工顺序是自动程序时，还可通过以下方式来实施喷嘴的自动更换：借助于喷嘴的自动更换器将当前喷嘴从切割头拧出，从喷嘴贮斗取出随后需要的喷嘴，并再次将该喷嘴拧入切割头中。

因此，一种应用例如是在从位于托板上的多个厚度不同的小块金属板中的每个分别切割多个部分时。对于每种厚度的金属板，可使用相同的切割头，其中必须更换喷嘴，以便为不同的切割任务分别使用合适直径的喷嘴。

然而，在每种情况下，更换都意味着通过设定时间、停用期和通过操作喷嘴来中断作业流程。此外，当频繁地更换喷嘴时还存在螺纹磨损问题。

发明内容

本发明基于以下目的：通过减少设定时间、停用期和操作期来优化激光切割机的操作，以及通过省去多余的操作装置来最小化激光切割机的制造成本。

该目的通过根据权利要求1的通用喷嘴、通过根据权利要求13的激光切割机以及通过根据权利要求19的方法来实现。

根据本发明的一个方面，可在不更换通用喷嘴的情况下改变通用喷嘴的喷嘴孔。通过支撑一喷嘴盘，在所述喷嘴盘中设置了多个直径不同的喷嘴孔，使得喷嘴盘能够在通用喷嘴中旋转，可容易地改变直径，而无需用于多个喷嘴的附加的空间需求。不需要提供用于不同喷嘴的较大的贮斗，且不需要提供喷嘴的特定的自动更换器。另外，减少了设定时间，因为喷嘴可通过喷嘴盘在机器的作业区域内的简单旋转来改变成另一直径。因此，可由现有的系列喷嘴来制造通用喷嘴。

附图说明

本发明借助于实施例并参照附图来描述。

尤其地：

图1示出了一种其中可采用通用喷嘴的激光切割机；

图2示出了第一实施例中的通用喷嘴的透视图；

图3示出了根据图2的通用喷嘴的剖视图；

图4示出了通用喷嘴的另一实施例，所述通用喷嘴具有作为锁定机构的弹簧加载式压力件；

图5示出了根据图2至图4的实施例的喷嘴盘；

图6示出了图5的喷嘴盘的剖视图，所述喷嘴盘具有被扭转到剖切平面中的两个喷嘴孔；

图7示出了根据另一实施例的通用喷嘴的透视图；

图8示出了图7所示的通用喷嘴的剖视图；

图9示出了图7和图8所示的通用喷嘴的另一实施例的示图，所述通用喷嘴具有作为锁定机构的弹簧加载式压力件；

图10示出了根据图9的通用喷嘴的喷嘴盘的剖视图，所述喷嘴盘具有被扭转到剖切平面中的两个喷嘴孔；以及

图11示出了图10的喷嘴盘的透视图。

具体实施方式

图1示出了激光切割机1的结构，在所述激光切割机1中可安装通用喷嘴。此处，激光切割机1包括作为激光束发生器2的CO₂激光器、切割头3和工件支撑结构4。借助于激光束发生器2产生激光束5。成金属板形式的工件6布置在工件支撑结构4上。借助于偏转镜（未示出），激光束5在光束引导系统中从激光束发生器2传送至切割头3，并被引导至工件6。另外，激光切割机1被供送切割气体7，此处是氧气和氮气。替代性地或附加地，可提供气压或定制的气体。多种气体的使用取决于待加工的工件6的材料和对切割边缘的质量要求。

根据所使用的切割气体，当切割工件6时，例如在使用氧气的情况下，材料熔化并主要地被氧化，或者在使用惰性气体、例如氮气或氩气的情况下，材料仅仅熔化。于是，所产生的熔化微粒根据情况与氧化铁一起被切割气体吹走，并借助于抽气装置8经由抽气室9与切割气体一起被抽走。

切割头3借助于直线驱动装置10、11、12移动，所述直线驱动装置使切割头3能够沿着三个空间轴线移动。

在激光切割机1中，设置了用于调节通用喷嘴的预定喷嘴直径的致动装置13。该致动装置13可以以齿条、销的形式形成，或者通过以形状配合的方式接合的、或以力配合的方式施加力的其它元件形成。根据情况，致动装置13可移动至操作位置，然后借助于气动缸起动回到停靠位置。

激光切割机1可在切割气体传送装置中包括压力传感器14，通过所述压力传感器可检测通用喷嘴内的压力。对于通过压力传感器14检测的压力，可根据压力的参考点以分配的方式储存有效的喷嘴孔口。根据加工模式，通过压力传感器14检测的压力可在评价处理装置15中处理，从而可标示切割头3中的喷嘴孔口、以及喷嘴孔的直径。替代性地，在自动模式中，通过预定的分配，通用喷嘴的设定的有效直径也可根据通用喷嘴内的压力来验证。

图2示出了可容纳在激光切割机1的切割头3（图1）中的通用喷嘴16的等轴视图。通用喷嘴16包括喷嘴本体17。喷嘴本体17是截头圆锥形式的，且具有轴线19。附连装置18布置在喷嘴本体17的上端部处，通用喷嘴16可通过所述附连装置保持在激光切割机1的切割头3中。

喷嘴本体17的和附连装置18的尺寸匹配于具有固定直径的喷嘴孔的传统喷嘴的尺寸。因此，在对可用的激光切割机1不进行任何修改的情况下，还可使用通用喷嘴作为具有固定喷嘴直径的传统喷嘴的替代物。由于通用喷嘴的尺寸匹配于传统喷嘴的尺寸，因此，当通用喷嘴16作为改装元件安装到可用的激光切割机1中时，还可使用喷嘴的可能可用的自动更换器。因此，通用喷嘴代替传统喷嘴的不正确使用没有任何机械影响。

图3示出了通用喷嘴16的剖视图。开口21轴向地设置在喷嘴本体17中，激光束5和切割气体7（图1）可通过所述开口。开口21在朝向附连装置18的端部处包括圆筒形部分32。在圆筒形部分32与喷嘴本体17的间隙34之间，开口21具有截头圆锥形部分33。开口21的、在间隙34与喷嘴本体17的与附连装置18相反的端部之间的部分35也形成圆筒形。在间隙34中，通用喷嘴16包括喷嘴盘20。因此，喷嘴盘20布置在截头圆锥形部分33与圆筒形部分35之间。

通用喷嘴16的直径由布置于喷嘴盘20中的喷嘴孔22的直径d来确定。直径d匹配于喷嘴盘20的背向附连装置18的一侧的喷嘴孔22的直径，激光束5和切割气体7在该侧处从喷嘴孔22漏出。如随后所示，多个喷嘴孔22布置在喷嘴盘20中。喷嘴盘20绕着旋转轴线24借助于轴23能旋转地支撑在喷嘴本体17中。在该实施例中，旋转轴线24与轴线19平行地布置，因此，旋转轴线24相对于轴线19具有零度的角度，且旋转轴线24相对于轴线19具有预定的距离。喷嘴盘20例如能够借助于摩擦力锁定，从而喷嘴盘20不绕着旋转轴线24旋转，其中，喷嘴盘20的设置通过（随后示出的）标记进行。

与图3中所示的实施例对比，图4中示出了具有用于喷嘴盘20的锁定机构25的通用喷嘴16的另一实施例。在该实施例中，锁定机构25由布置在喷嘴本体17中的弹簧加载式压力件形成，使得所述压力件压靠到喷嘴盘20上，但是在替代性实施例中，锁定机构25也可以以其他方式、例如作为槽来形成。

喷嘴盘20包括锁定装置26，此处所述锁定装置形成为在喷嘴盘20的圆周处的槽。弹簧加载式压力件25接合锁定装置26，使得（随后示出的）喷嘴轴线与喷嘴本体17的轴线19对齐。因此，喷嘴盘20卡扣成：使得保证喷嘴盘在使用中不旋转。在一个替代性实施例中，锁定装置可以以其他方式、例如作为突出部形成。

图5中，从下方倾斜地示出了喷嘴盘20。此处，可看出喷嘴盘20设有具有不同的直径d的喷嘴孔22。此处，喷嘴孔22的数量是七个。然而，喷嘴盘20也可设有其他合适数量的喷嘴孔22。喷嘴孔22的直径d在0.5毫米与3毫米之间。此处，直径d为：0.8毫米、1.0毫米、1.2毫米、1.4毫米、1.7毫米、2.3毫米和2.7毫米。锁定装置26中的一个在喷嘴盘20的圆周上被分配给每个喷嘴孔22。锁定装置26处于与喷嘴孔22相同的圆周角度。另外，喷嘴盘20设有关于喷嘴孔22的直径d的标示。相应的标示相对于喷嘴盘20的旋转轴线24对置地定位，其中，例如通过设有标记，喷嘴本体17（见图2）被调整成：使得能识别喷嘴孔22的实际设定的直径d。

图6示出了喷嘴盘20的剖视图，其中，喷嘴孔22中的两个被扭转到剖切平面中。喷嘴孔22分别具有喷嘴轴线27。喷嘴孔22的喷嘴轴线27相对于旋转轴线24分别平行地布置。喷嘴轴线27与旋转轴线24之间的距离l对于喷嘴盘20中的每个喷嘴孔22而言都是相同的，且距离l匹配于旋转轴线24与轴线19之间的预定距离（见图3）。

通用喷嘴16的另一实施例在图7中示出。所述通用喷嘴16也包括喷嘴本体17和附连装置18。与以上所示的实施例的差别在于喷嘴盘20的形状和布置方式。

图8中，示出了通过图7所示的轴线19的剖面。相对于以上所示的实施例的本质差别在于，旋转轴线24相对于通用喷嘴16的轴线19不平行，而是相对于所述轴线成一角度α，该角度α大于0度而小于90度。在一个替代性实施例中，该角度在25度与35度之间。在该实施例中，该角度是30度，从而喷嘴盘20相对于金属板的平面旋转了30度。因此，喷嘴轴线27相对于旋转轴线24不平行，而是还成角度α。

在该实施例中，喷嘴盘20不通过轴23支撑，而是通过装配螺栓28支撑。替代性地，其他合适的支撑结构、例如具有轴承衬套的螺栓也是可行的。

另外，可以看出，喷嘴盘20不像图3所示的那样位于喷嘴本体17内，而是其形成了开口21的终止端。喷嘴孔22的朝向工件的一侧的直径d和喷嘴孔22的背向工件的一侧的直径最大程度地确定出喷嘴孔22的圆锥形。背向工件的一侧的直径应匹配于喷嘴盘一侧的开口21的直径。优选地，开口21的和喷嘴孔22的圆锥角调整成：使位于喷嘴盘20上的喷嘴孔22的范围内尽可能产生层流状况。

与图8中所示的实施例相比，图9中示出了通用喷嘴16的另一实施例，所述通用喷嘴包括用于喷嘴盘20的锁定机构25。在该实施例中，锁定机构25也由弹簧加载式压力件形成，所述弹簧加载式压力件在喷嘴本体17中布置成：使所述压力件压靠在喷嘴盘20上。

喷嘴盘20还包括锁定装置26，所述锁定装置26在喷嘴盘20的圆周处形成为槽的形式。弹簧加载式压力件25像在前述实施例中的一个那样接合锁定装置26，使得喷嘴轴线27与喷嘴本体17的轴线19对齐。因此，喷嘴盘20卡扣成使得其保证喷嘴盘在使用中不旋转。

如以上已经描述，锁定机构25和锁定装置26在替代性实施例中也可以以其他类型形成。

如图10所示，喷嘴盘20中的喷嘴孔22由共同在喷嘴盘20中成一体的圆锥形部分29和喷嘴口30构成，因此，考虑到流动，它们充当相应的单个“固定式喷嘴”。预定直径连同对切割任务而言的最佳喷嘴几何形状总是可用的。喷嘴口30的直径匹配于喷嘴孔22的直径d。喷嘴口30可以以预定的高度延伸到喷嘴盘20中，由此圆锥形部分29的倾角能够根据所预定的直径来确定。圆锥形部分29形成为：在喷嘴口30处不出现能使切割过程不稳定的涡流区域或湍流脉动压力波。

因此，切割气体以与传统的切割喷嘴等同的层流方式被输送至切割过程。这有助于在切割过程中防止毛刺的出现。出于这个原因，在该实施例中，喷嘴盘20在喷嘴本体17内没有布置在开口21中，而是形成了与附连装置18相对的开口的端部，使得可在加工位置处实现最佳条件。喷嘴的下边缘、即在喷嘴盘20处的相应绕着喷嘴孔22的面在加工过程中恰好定位于金属板上方1毫米处。

图11中，在等轴视图中示出了图7的实施例的喷嘴盘20。藉此可以看出，喷嘴盘20在其外圆周上包括齿廓31。齿廓31形成为：它能够接合图1中示出的致动装置13，其中，喷嘴盘20可扭转成：使具有预定直径的合适的喷嘴孔22扭转至通用喷嘴16的开口21内。借助于齿廓31并通过将齿廓31定位在喷嘴本体17以外，可手动地调节喷嘴盘20。

作为相对于齿廓31的替代方案，可提供其他形状配合式装置（例如凹陷部）或适合于力配合的表面。

此处，喷嘴盘20被示为没有用于直径标示的标记；然而，在替代性的实施例中，这些标示也可与图5类似地存在。

图5中示出的喷嘴盘20被示为没有任何齿廓。然而，该喷嘴盘20可设有齿廓或合适的装置，以便手动地和自动地实施喷嘴直径d的调节。

在使用中，通用喷嘴16手动地或自动地调节，使得预定的喷嘴直径d被使用。

因此，当手动地调节时，简单地用手来扭转喷嘴盘20，直至喷嘴盘20上的预定直径的标示处于喷嘴本体17的适当位置处。因此，不需要更换或移动整个喷嘴。根据情况，锁定机构25和锁定装置26接合。

在机械调节过程中，切割头3借助于直线驱动装置10、11、12行进，使得致动装置13可啮合齿廓31。然后，切割头3连同通用喷嘴16沿着操作装置13移动，且喷嘴盘20扭转，从而使具有预定直径的喷嘴孔22的喷嘴轴线27被调节。于是，喷嘴盘20通过喷嘴盘20与喷嘴本体17或轴23之间的摩擦力固定就位，或者喷嘴盘通过锁定装置26和锁定机构25由接合或力配合连接的方式被保持。然后，以传统的方式实施切割加工。当加工条件改变时，喷嘴盘20再次被手动地或机械地扭转，使得最佳的喷嘴孔22再次被使用。

Claims (21)

1.一种用于激光切割机（1）的通用喷嘴（16），所述通用喷嘴具有喷嘴本体（17），所述喷嘴本体包括：

附连装置（18），其用于在激光切割机（1）的切割头（3）中保持通用喷嘴（16）；

具有截头圆锥形部分（33）的开口（21）；和

轴线（19），且所述通用喷嘴具有

喷嘴盘（20），各自具有不同直径（d）的多个喷嘴孔（22）设置在所述喷嘴盘中，其中，

所述喷嘴盘（20）绕着旋转轴线（24）能旋转地支撑，且

所述喷嘴孔（22）分别包括布置在一圆上的喷嘴轴线（27），所述圆绕着所述旋转轴线（24）同心地定位。

2.如权利要求1所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴盘（20）至少包括锁定装置（26），并且至少一个锁定机构（25）设置在所述喷嘴本体（17）中，使得喷嘴盘（20）能够锁定，从而所述喷嘴轴线（22）中的一个与所述喷嘴本体（17）的轴线（19）对齐。

3.如权利要求2所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述锁定装置（26）是槽，且所述锁定机构（25）是弹簧加载式压力件。

4.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴盘（20）中的所述喷嘴孔（22）的直径（d）处于0.5毫米至3毫米的范围内。

5.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴轴线（27）相对于所述喷嘴本体（17）的所述旋转轴线（24）具有大于或等于零度的角度（α）。

6.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述旋转轴线（24）相对于轴线（19）具有零度的角度（α），并且所述旋转轴线（24）偏离所述喷嘴本体（17）的所述轴线（19）。

7.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，在所述喷嘴盘（20）上以分配的方式提供相应的喷嘴孔（22）的直径（d）的标示，所述喷嘴本体（17）被调整成：使所述喷嘴孔（22）的实际设定的直径（d）能够识别。

8.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴盘（20）中的所述喷嘴孔（22）包括圆锥形部分（29）和喷嘴口（30），其中，所述喷嘴口（30）的直径（d）匹配于所述喷嘴孔（22）的直径（d）。

9.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴轴线（27）与所述旋转轴线（24）之间的角度（α）大于零度。

10.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴轴线（27）与所述旋转轴线（24）之间的角度（α）处于25度与35度之间。

11.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴轴线（27）与所述旋转轴线（24）之间的角度（α）是30度。

12.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴盘（20）形成和布置成：该喷嘴盘能够被手动地调节以及自动地操作。

13.如前面权利要求中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴盘（20）布置在截头圆锥形部分（33）与圆筒形部分（35）之间。

14.如权利要求1至12中任一所述的通用喷嘴（16），其特征在于，所述喷嘴盘（20）形成开口（21）的终止端。

15.一种与如权利要求1至14中任一所述的通用喷嘴（16）一起使用的激光切割机（1），其特征在于，所述激光切割机（1）包括至少两个直线轴（10、11、12）和适于调节喷嘴盘（20）的致动装置（13），所述切割头能够通过所述直线轴（10、11、12）移动。

16.如权利要求15所述的激光切割机，其特征在于，所述致动装置（13）是齿条。

17.如权利要求15或16所述的激光切割机，其特征在于，所述激光切割机（1）具有设置在切割气体传送装置中的压力传感器（14），使得通用喷嘴（16）内的压力能够检测。

18.如权利要求17所述的激光切割机，其特征在于，所述激光切割机（1）包括评价处理装置（15），所述评价处理装置（15）适于通过压力来显示通用喷嘴（16）的设定的有效直径（d）。

19.如权利要求17或18所述的激光切割机，其特征在于，所述激光切割机（1）包括评价处理装置（15），所述评价处理装置适于在激光切割机（1）的自动操作下检测通用喷嘴（16）的设定的有效直径（d）与通用喷嘴（16）内的压力之间的预定相关性。

20.一种具有如权利要求1至14中任一所述的通用喷嘴（16）和如权利要求15至19中任一所述的激光切割机（1）的系统。

21.一种具有如权利要求12所述的通用喷嘴（16）的如权利要求15至19所述的激光切割机（1）的操作方法，其中，所述方法包括以下步骤：

借助于直线轴（10、11、12）中的至少一个将切割头（3）向着致动装置（13）移动；

借助于直线轴（10、11、12）中的至少一个将切割头（3）沿着致动装置（13）移动，从而旋转喷嘴盘（20），使得预定直径（d）被调节；

借助于直线轴（10、11、12）中的至少一个将切割头（3）远离致动装置（13）移动到工作位置。

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