CN104325223A - 激光切割头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光切割头，包括透镜座、保护镜固定座、保护镜及焦距调节主心轴；保护镜固定座内部开设有贯通保护镜固定座的内腔，保护镜固定座的侧壁上还开设有与内腔相连通的进气口；保护镜设置于保护镜固定座靠近透镜座的一端，并将保护镜固定座靠近透镜座的一端遮盖；焦距调节主心轴包括主体及设置于主体一端的折边，主体设有折边的一端收容于内腔中，主体开设有与内腔相导通的内孔，折边的外周缘为导气面，导气面为圆锥面，进气口正对导气面；保护气体从进气口进入内腔中，并经过导气面的导向流向保护镜，并经过保护镜反射之后由内腔远离保护镜固定座的一端输出。上述激光切割头具有保护气体的气流对激光光束影响较小的优点。

Description

激光切割头

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，特别是涉及一种激光切割头。

背景技术

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性来对材料进行切割、打孔、微加工等的一种新型切割技术。激光加工技术具有快速、无挤压、毛刺少等特点，因此得到了越来越广泛的应用。

激光切割的实现过程是高能激光束与保护气体相互作用的结果，一方面高能激光束使加工材料熔化甚至气化，另一方面保护气体把熔融金属和部分热量从切口中排出去。在激光加工的所有工艺参数中，保护气体压力与气体流动特性是影响加工质量的重要因素。合理的保护气体流场结构不仅能够提高加工能力，而且能够使热影响区限制在一个特定的范围内，保证了良好的加工质量。

在传统的激光切割头中，保护气体沿着与高能激光束垂直的方向横着进入切割头的内腔，横向进入内腔后，保护气体在激光切割头内腔里实现不断撞击和无序运动，从而带动切割头内腔里残留的灰尘、杂质、水分实现无序运动，影响了高能激光光束的传播。

发明内容

基于此，有必要提供一种保护气体的气流对激光光束影响较小的激光切割头。

一种激光切割头，包括：

透镜座，其内部设置有透镜；

保护镜固定座，所述透镜座设置于所述保护镜固定座的一端，所述保护镜固定座内部开设有贯通所述保护镜固定座的内腔，所述保护镜固定座的侧壁上还开设有与所述内腔相连通的进气口；

保护镜，设置于所述保护镜固定座靠近所述透镜座的一端，并将所述保护镜固定座靠近所述透镜座的一端遮盖；及

焦距调节主心轴，包括主体及设置于所述主体一端的折边，所述主体设有所述折边的一端收容于所述内腔中，所述主体开设有与所述内腔相导通的内孔，所述内孔贯穿所述主体，所述折边的外周缘为导气面，所述导气面为圆锥面，所述进气口正对所述导气面；

其中，保护气体从所述进气口进入所述内腔中，并经过所述导气面的导向流向所述保护镜，并经过所述保护镜反射之后由所述内腔远离所述保护镜固定座的一端输出。

在其中一个实施例中，所述内孔为圆台状结构，内孔包括大头端及半径小于所述大头端的小头端，所述内腔通过所述大头端与所述内腔相导通。

在其中一个实施例中，还包括第一密封环，所述第一密封环设置于所述透镜座与所述保护镜固定座的连接处，以将所述透镜座与所述保护镜固定座的连接处密封。

在其中一个实施例中，所述保护镜固定座还包括由所述内腔腔壁向内延伸的固定板，所述固定板的端面与所述焦距调节主心轴的外侧面相抵持；

所述焦距调节主心轴还包括多个弹簧，所述弹簧一端设置于所述折边上，另一端设置于所述固定板上。

在其中一个实施例中，所述内腔的腔壁上还开设内螺纹；

所述焦距调节主心轴还包括刻度环，所述刻度环套设并固定于所述主体的外侧，所述刻度环上开设有外螺纹，所述刻度环与所述保护镜固定座通过所述外螺纹与所述内螺纹螺合；

其中，转动所述刻度环，可使所述刻度环相对所述保护镜固定座移动，进而调节所述焦距调节主心轴相对所述透镜座的距离。

在其中一个实施例中，还包括第二密封环，所述第二密封环设置于所述刻度环与所述保护镜固定座的连接处，以使所述刻度环与所述保护镜固定座间密封。

在其中一个实施例中，还包括气嘴及密封圈，所述气嘴设置于所述主体远离所述保护镜固定座的一端，所述气嘴与所述焦距调节主心轴的连接处通过所述密封圈密封。

在其中一个实施例中，还包括气嘴固定座及第三密封环，所述气嘴固定座固定于所述主体远离所述保护镜固定座的一端，所述气嘴通过所述气嘴固定座固定于所述焦距调节主心轴上；所述第三密封环设置于所述气嘴固定座与所述焦距调节主心轴的连接处，以将所述气嘴固定座与所述焦距调节主心轴的连接处密封。

在其中一个实施例中，还包括与所述透镜座相连接的透镜调节机构，所述透镜调节机构用于对所述透镜座进行调节。

在其中一个实施例中，还包括与所述透镜座相连接的冷却机构，所述冷却机构用于对激光切割头进行冷却。

上述激光切割头，相对传统的激光切割头，至少具备以下优点：

上述激光切割头通过圆锥面形的导气面对保护气体进行导向。经过保护镜反射之后，进入内孔时保护气体几乎与激光光束的轴向同向运动，可以有效避免的流动对激光光束的干扰。

同时，焦距调节主心轴的内孔为圆台状结构。保护气体从输入内孔至最终输出，大致形成喇叭状气流路径。保护气体运动至气嘴处时，气体的压强也随之增大，流速变快，进而产生足够的动能，将切割过程中产生的残渣从工件的切缝中吹走，使加工后的工件获得较好的端面效果，满足精密切割的要求。

此外，通过第一密封环、第二密封环及第三密封环等的共同作用，使得上述激光切割头具备较好的密封性能，能够有效杜绝激光加工过程中的漏风现象，从而保证保护气体在激光切割头内部的能够产生高压。

附图说明

图1为一实施例中激光切割头的剖视图；

图2为图1所示激光切割头的工作示意图；

图3为图1所示激光切割头的局部剖视图；

图4为图1所示激光切割头的局部爆炸图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，一实施例中的激光切割头10，包括透镜座100、保护镜固定座200、保护镜300及焦距调节主心轴400。

透镜座100的内部设置有透镜110。透镜座100设置于保护镜固定座200的一端，保护镜固定座200内部开设有贯通保护镜固定座200的内腔210，保护镜固定座200的侧壁上还开设有与内腔210相连通的进气口220。工作时，激光光束经过透镜110及内腔210向外发射出。

保护镜300设置于保护镜固定座200靠近透镜座100的一端，并将保护镜固定座200靠近透镜座100的一端遮盖。保护镜300能够对透镜座100里的透镜110进行保护。

焦距调节主心轴400包括主体410及设置于主体410一端的折边420。主体410设有折边420的一端收容于内腔210中。主体410开设有与内腔210相导通的内孔412，内孔412贯穿主体410。折边420的外周缘为导气面422，导气面422为圆锥面。进气口220正对导气面422。

激光切割头10还包括气嘴500及密封圈600，气嘴500设置于主体410远离保护镜固定座200的一端，气嘴500与焦距调节主心轴400的连接处通过密封圈600密封。

请一并参阅图2，保护气体从进气口220进入内腔210中，并经过导气面422的导向。圆锥面形的导气面422对保护气体进行导向，使得保护气体成一定角度流向保护镜300，并且经过保护镜300反射之后，进入内孔412时保护气体几乎与激光光束的轴向同向运动，经主体410远离保护镜固定座200一端的气嘴500进行输出，以吹向所需激光切割的工件表面。

圆锥面形的导气面422对保护气体进行导向。且经过保护镜300反射之后，进入内孔412时保护气体几乎与激光光束的轴向同向运动，可以有效避免保护气体的流动对激光光束的干扰。

同时，内孔412可为圆台状结构，内孔412包括大头端及半径小于大头端的小头端，内腔210通过大头端与内腔210相导通。

内孔412为圆台状结构，保护气体从输入内孔412至最终输出，大致形成喇叭状气流路径。保护气体运动至气嘴500处时，气体的压强也随之增大，流速变快，进而产生足够的动能，将切割过程中产生的残渣从工件的切缝中吹走，使加工后的工件获得较好的端面效果，满足精密切割的要求。

请再次参阅图1，激光切割头10还包括第一密封环700a。第一密封环700a设置于透镜座100与保护镜固定座200的连接处，以将透镜座100与保护镜固定座200的连接处密封。第一密封环700a包括环状的V型弹簧(图未示)及包裹V型弹簧的柔性材料(图未示)。柔性材料具体可为聚四氟乙烯。V型弹簧的截面为“V”字形结构。当整个装置内部的气压较低时，通过V型弹簧的弹力对外施压，以实现良好的密封效果。当整个装置内部的气压较高时，V型弹簧的两臂在系统压力的作用下向外张开，进一步的提高了密封效果。

保护镜固定座200还包括由内腔210腔壁向内延伸的固定板230，固定板230的端面与焦距调节主心轴400的外侧面相抵持，以使焦距调节主心轴400在水平方向上固定，且固定板230可防止保护镜固定座200从内腔210中脱出。

焦距调节主心轴400还包括多个弹簧430，弹簧430一端设置于折边420上，另一端设置于固定板230上，以支撑焦距调节主心轴400。焦距调节主心轴400通过弹簧430进行支撑。由于弹簧430具有弹性，使得焦距调节主心轴400相对透镜座100的距离可调节，进而调节激光切割头10的焦距。

具体在本实施例中，内腔210的腔壁上还开设内螺纹。焦距调节主心轴400还包括刻度环440，刻度环440套设并固定于主体410的外侧。刻度环440上开设有外螺纹，刻度环440与保护镜固定座200通过外螺纹与内螺纹螺合，形成螺纹副。

其中，转动刻度环440，可使刻度环440相对保护镜固定座200移动，进而调节焦距调节主心轴400相对透镜座100的距离。

激光切割头10还包括第二密封环700b，第二密封环700b设置于刻度环440与保护镜固定座200的连接处，以使刻度环440与保护镜固定座200间密封。

激光切割头10还包括气嘴固定座700c及第三密封环700d。气嘴固定座700c固定于主体410远离保护镜固定座200的一端。气嘴500通过气嘴固定座700c固定于焦距调节主心轴400上。第三密封环700d设置于气嘴固定座700c与焦距调节主心轴400的连接处，以将气嘴固定座700c与焦距调节主心轴400的连接处密封。

具体的，气嘴固定座700c固定于刻度环440上，第三密封环700d将气嘴固定座700c与刻度环440的连接处密封。

第二密封环700b、第三密封环700d与第一密封环700a的结构相类似，均包括环状的V型弹簧(图未示)及包裹V型弹簧的柔性材料(图未示)。在系统压力较大的情况下，第二密封环700b、第三密封环700d均具备较好的密封性能。

通过第一密封环700a、第二密封环700b及第三密封环700d等的共同作用，使得上述激光切割头10具备较好的密封性能，能够有效杜绝激光加工过程中的漏风现象，从而保证保护气体在激光切割头10内部的能够产生高压。

请一并参阅图3，激光切割头10还包括与透镜座100相连接的透镜调节机构800。透镜调节机构800用于对透镜座100进行调节。

具体在本实施例中，请一并参阅图4，透镜调节机构800包括调节座810、连接板820、第一固定销钉830、第二固定销钉840、第一调节螺钉850、第二调节螺钉860及弹片870。

连接板820上开设有条状孔822。第一固定销钉830、第二固定销钉840均穿设于条状孔822，且均可在条状孔822中可移动。第一固定销钉830及第二固定销钉840分别插入调节座810及透镜座100对应的固定孔中，以使调节座810与透镜座100可相对移动。

调节座810上还开设第一调节孔(图未示)及第二调节孔(图未示)，第一调节螺钉850及第二调节螺钉860分别穿设于第一调节孔及第二调节孔，第一调节螺钉850及第二调节螺钉860的端部均抵持于调节座810的外侧面上。弹片870设置于透镜座100的外侧面上，弹片870对透镜座100提供回复力。

通过调节第一调节螺钉850及第二调节螺钉860，即可调节透镜座100与调节座810之间的位置关系。

请再次参阅图1，激光切割头10还包括与透镜座100相连接的冷却机构900，冷却机构900用于对激光切割头10进行冷却。

具体在本实施例中，冷却机构900设置于透镜座100远离保护镜固定座200的一端上。冷却机构900内部设有冷却通道910，冷却通道910内部注入冷却水或冷却气体，以在激光切割时将激光切割头10内产生的热量带走，有效保护了激光切割头10。

上述激光切割头10，相对传统的激光切割头，至少具备以下优点：

上述激光切割头10通过圆锥面形的导气面422对保护气体进行导向。经过保护镜300反射之后，进入内孔412时保护气体几乎与激光光束的轴向同向运动，可以有效避免的流动对激光光束的干扰。

同时，焦距调节主心轴400的内孔412为圆台状结构。保护气体从输入内孔412至最终输出，大致形成喇叭状气流路径。保护气体运动至气嘴500处时，气体的压强也随之增大，流速变快，进而产生足够的动能，将切割过程中产生的残渣从工件的切缝中吹走，使加工后的工件获得较好的端面效果，满足精密切割的要求。

此外，通过第一密封环700a、第二密封环700b及第三密封环700d等的共同作用，使得上述激光切割头10具备较好的密封性能，能够有效杜绝激光加工过程中的漏风现象，从而保证保护气体在激光切割头10内部的能够产生高压。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光切割头，其特征在于，包括：

透镜座，其内部设置有透镜；

保护镜固定座，所述透镜座设置于所述保护镜固定座的一端，所述保护镜固定座内部开设有贯通所述保护镜固定座的内腔，所述保护镜固定座的侧壁上还开设有与所述内腔相连通的进气口；

保护镜，设置于所述保护镜固定座靠近所述透镜座的一端，并将所述保护镜固定座靠近所述透镜座的一端遮盖；及

焦距调节主心轴，包括主体及设置于所述主体一端的折边，所述主体设有所述折边的一端收容于所述内腔中，所述主体开设有与所述内腔相导通的内孔，所述内孔贯穿所述主体，所述折边的外周缘为导气面，所述导气面为圆锥面，所述进气口正对所述导气面；

其中，保护气体从所述进气口进入所述内腔中，并经过所述导气面的导向流向所述保护镜，并经过所述保护镜反射之后由所述内腔远离所述保护镜固定座的一端输出。

2.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述内孔为圆台状结构，内孔包括大头端及半径小于所述大头端的小头端，所述内腔通过所述大头端与所述内腔相导通。

3.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，还包括第一密封环，所述第一密封环设置于所述透镜座与所述保护镜固定座的连接处，以将所述透镜座与所述保护镜固定座的连接处密封。

4.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述保护镜固定座还包括由所述内腔腔壁向内延伸的固定板，所述固定板的端面与所述焦距调节主心轴的外侧面相抵持；

所述焦距调节主心轴还包括多个弹簧，所述弹簧一端设置于所述折边上，另一端设置于所述固定板上。

5.根据权利要求4所述的激光切割头，其特征在于，所述内腔的腔壁上还开设内螺纹；

所述焦距调节主心轴还包括刻度环，所述刻度环套设并固定于所述主体的外侧，所述刻度环上开设有外螺纹，所述刻度环与所述保护镜固定座通过所述外螺纹与所述内螺纹螺合；

其中，转动所述刻度环，可使所述刻度环相对所述保护镜固定座移动，进而调节所述焦距调节主心轴相对所述透镜座的距离。

6.根据权利要求5所述的激光切割头，其特征在于，还包括第二密封环，所述第二密封环设置于所述刻度环与所述保护镜固定座的连接处，以使所述刻度环与所述保护镜固定座间密封。

7.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，还包括气嘴及密封圈，所述气嘴设置于所述主体远离所述保护镜固定座的一端，所述气嘴与所述焦距调节主心轴的连接处通过所述密封圈密封。

8.根据权利要求7所述的激光切割头，其特征在于，还包括气嘴固定座及第三密封环，所述气嘴固定座固定于所述主体远离所述保护镜固定座的一端，所述气嘴通过所述气嘴固定座固定于所述焦距调节主心轴上；所述第三密封环设置于所述气嘴固定座与所述焦距调节主心轴的连接处，以将所述气嘴固定座与所述焦距调节主心轴的连接处密封。

9.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，还包括与所述透镜座相连接的透镜调节机构，所述透镜调节机构用于对所述透镜座进行调节。

10.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，还包括与所述透镜座相连接的冷却机构，所述冷却机构用于对激光切割头进行冷却。