CN104722929B - 一种激光切割头 - Google Patents

Abstract

一种激光切割头，包括：激光输入接口、调节机构、气体保压机构、切割喷嘴。激光输入接口、调节机构、气体保压机构、切割喷嘴内部形成光通路。调节机构分可独立调整光斑与切割喷嘴的水平位置以及独立调整切割喷嘴沿光轴方向与焦点的位置；气体保压机构包括保护镜片，吹气筒和吹气嘴且与调节机构连接。本发明在独立调整切割喷嘴沿光轴方向与焦点的相对位置及独立调整光斑与切割喷嘴的水平位置，使经过切割喷嘴处的光斑的功率达到最大值同时改变切割头小孔与焦点之间的位置关系来满足切割需要。尤其切割气体压力机构与任何调整机构不相关，大大减少了密封的复杂性，也减少了大多切割头中光学镜片容易被污染的问题。

Description

一种激光切割头

技术领域

本发明涉及一种激光切割头。

背景技术

激光切割头是激光加工中的核心部件，激光切割是利用从激光器发射出的激光束，经激光切割头，聚焦成高功率密度的光斑照射到工件表面。聚焦在工件上光斑的能量密度越高对工件的切割效果越好。

现有的激光切割头一般包括激光输入接口、调节机构、切割气体保压装置、切割头几个部分，从上到下依次连接形成光通路，其中与激光输入接口连接的光学成像系统包括扩束镜和聚焦镜；调节机构包括光束与切割喷嘴通孔同轴度以及激光焦点沿光轴方向与切割喷嘴相对位置的调节；切割气体保压装置用于保证通入切割头内的辅助气体的气压提高辅助激光切割的效果；切割头实际应用中装有传感器，感应切割喷嘴与被切割工件之间相对距离，为获得最佳的切割质量提供保证。

现阶段的激光切割头存在的问题如下：

中国专利申请号200610063566.4公开的激光切割机用切割头辅助气体通道设置在镜腔盒的侧壁上且位于调整机构的上方，即增加了机构的复杂性又增加了密封的复杂性，且容易出现密封圈老化出现漏气现象。

中国专利申请号201010113156.2公开的激光切割头调节机构是通过调整聚焦镜片的方法来调节焦点与切割头相对位置，运用调节镜片的方法很容易导致光斑偏移的现象，且调节困难。

中国专利申请号201310488178.0公开的光纤激光切割头通过调整聚焦镜片的方法来调节焦点与切割头相对位置，运用调节镜片很容易导致光斑偏移的现象，且调节困难。导气装置结构复杂增加了密封的复杂性，且密封圈老化出现漏气现象。

发明内容

本发明的目的在于设计一种激光切割头，在独立调整切割喷嘴沿光轴方向与焦点的相对位置，以及独立调整光斑与切割喷嘴的水平位置，使经过切割喷嘴处的光斑的功率达到最大值同时改变切割头小孔与焦点之间的位置关系来满足切割需要。尤其切割气体压力机构与任何调整机构不相关，大大减少了密封的复杂性，也减少了大多切割头中光学镜片容易被污染的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种激光切割头，包括：激光输入接口，呈管状；与激光输入接口连接的光学成像系统包括扩束镜和聚焦镜；其特征在于，还包括调节机构、气体保压机构、切割喷嘴；所述的调节机构，包括，聚焦镜座，为一管体，其一端连接于所述激光输入接口，另一端设一环体，沿环体周向对称、均匀开设四个调整通孔；环体外端口端面设环形凹槽；聚焦镜座环体上端两侧对称开设两个安装通孔及相应的两个紧固螺栓；调整外圈，为一环体，其一端设置于所述聚焦镜座环体内侧，该端侧面开设一销孔；另一端外侧面中部沿周向凸设第一固定部，并抵靠于聚焦镜座环体外端口端面的环形凹槽；调整外圈外端部内侧面沿周向凸设第二固定部；调整外圈通过四螺钉自聚焦镜座调节通孔调节与聚焦镜座之间的间隙；压圈，设置于所述调整外圈第一固定部外侧面，将调整外圈锁紧于聚焦镜座；调节筒，设置于所述调整外圈内，其对应所述调整外圈销孔的侧壁上轴向开设有一腰形孔，并通过一连接销与所述的调整外圈固接；调节螺母，设置于所述调整外圈与调节筒之间，该调节螺母外侧端侧面周向凸设一与调整外圈外端部配合的限位部，且，该端端面还开设环形凹槽，该调节螺母外侧端内侧面周向凸设与调节筒螺纹配合的连接部；内环，设置于所述调节螺母与调整外圈之间，其内侧面与调节螺母外壁螺纹配合；内环外侧端对应于所述调整外圈外端部内侧面沿周向凸设的第二固定部；上卡环，套设于所述调整外圈的外端部，并螺纹配合，其外端部与所述调节螺母限位部相对；所述的气体保压机构，包括，吹气筒，其一端设置于所述调节机构的调节筒内下部，该端内侧壁沿周向设环形凹槽；吹气筒外侧壁中部沿周向凸设一与调节筒外端抵靠的固定部，并通过一锁紧环自该固定部外侧将其锁定于调节筒；吹气筒位于调节筒外的侧壁上还开设一安装通孔；下卡环，套设于所述锁紧环外，螺纹配合，其外侧端抵靠所述调节螺母外端面；保护镜片，设置于所述吹气筒环形凹槽底部，并由一压环自保护镜片上方将其固定于吹气筒内；吹气嘴，设置于所述吹气筒侧壁的安装通孔，并外接气源；所述的切割喷嘴，安装于所述气体保压机构的吹气筒外侧端。

进一步，所述调节筒上端外壁与调节螺母上端内壁之间通过一O型圈紧配合。

又，所述保护镜片与所述吹气筒环形凹槽底部之间设密封圈。

另外，所述光学成像系统安装扩束镜和聚焦镜的镜筒外壁装设有用于连接控制机床的安装板。

本发明激光切割头调节机构，所述调节机构分为水平调节机构和竖直调节机构，独立调整光斑与切割喷嘴的水平位置，以及独立调整切割喷嘴沿光轴方向与焦点的位置，所述调节机构与聚焦镜座固接；气体保压机构包括保护镜片，吹气筒和吹气嘴且与调节机构连接；切割喷嘴，所述切割喷嘴上部与保压机构连接；所述激光输入接口、调节机构、气体保压机构、切割喷嘴内部形成光通路。

所述聚焦镜座下端内壁与嵌入的外圈周向存在间隙作为调节间隙，所述外圈上端周向均布有相互平行的两对平面且与螺纹孔处位置一致使经过螺纹孔的螺钉能够顶在该平面上。所述外圈上端在一侧平面处开有圆形通孔，所述压圈将外圈锁紧，所述内环与外圈滑动连接，所述调节螺母与内环螺纹连接，所述调节筒上端外壁与调节螺母上端内壁通过O型圈紧配合，调节筒下端与调节螺母下端螺纹连接。所述调节筒的侧壁上开设有竖直方向的腰形孔，所述的外圈处的圆形通孔与腰形孔通过销固接。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

本发明独立调整切割喷嘴沿光轴方向与焦点的相对位置，以及独立调整光斑与切割喷嘴的水平位置，使经过切割喷嘴处的光斑的功率达到最大值同时改变切割头小孔与焦点之间的位置关系来满足切割需要。尤其切割气体压力机构与任何调整机构不相关，大大减少了密封的复杂性，也减少了大多切割头中光学镜片容易被污染的问题。

附图说明

图1为本发明激光切割头实施例的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图2的A-A剖视示意图。

图4为本发明实施例保压机构的局部放大图。

图5为图2的B-B剖视示意图。

具体实施方式

参见图1～图5，本发明的一种激光切割头，包括：激光输入接口1，呈管状；与激光输入接口连接的光学成像系统5包括扩束镜和聚焦镜；其还包括调节机构2、气体保压机构3、切割喷嘴4；

所述的调节机构2，包括，聚焦镜座21，为一管体，其一端连接于所述激光输入接口1，另一端设一环体22，沿环体周向对称、均匀开设四个调整通孔221；环体外端口端面设环形凹槽222；调整外圈23，为一环体，其一端设置于所述聚焦镜座环体22内侧，该端侧面开设一销孔231；另一端外侧面中部沿周向凸设第一固定部232，并抵靠于聚焦镜座环体22外端口端面的环形凹槽222；聚焦镜座21环体22上端两侧对称开设两个安装通孔及相应的两个紧固螺栓8、8’；调整外圈23外端部内侧面沿周向凸设第二固定部233；调整外圈23通过四螺钉24、24’自聚焦镜座21调节通孔221调节与聚焦镜座21之间的间隙；压圈25，设置于所述调整外圈23第一固定部232外侧面，将调整外圈23锁紧于聚焦镜座21；调节筒26，设置于所述调整外圈23内，其对应所述调整外圈销231的侧壁上轴向开设有一腰形孔261，并通过一连接销与所述的调整外圈23固接；调节螺母27，设置于所述调整外圈23与调节筒26之间，该调节螺母27外侧端侧面周向凸设一与调整外圈23外端部配合的限位部271，且，该端端面还开设环形凹槽272，该调节螺母27外侧端内侧面周向凸设与调节筒26螺纹配合的连接部273；内环28，设置于所述调整外圈23与调节螺母27之间，其内侧面与调节筒26外壁螺纹配合；内环28外侧端对应于所述调整外圈23外端部内侧面沿周向凸设的第二固定部233；上卡环29，套设于所述调整外圈23的外端部，并螺纹配合，其外端部与所述调节螺母27限位部271相对；

所述的气体保压机构3，包括，吹气筒31，其一端设置于所述调节机构2的调节筒26内下部，该端内侧壁沿周向设环形凹槽311；吹气筒31外侧壁中部沿周向凸设一与调节筒26外端抵靠的固定部312，并通过一锁紧环32自该固定部312外侧将其锁定于调节筒26；吹气筒31位于调节筒26外的侧壁上还开设一安装通孔313；下卡环37，套设于所述锁紧环32外，螺纹配合，其外侧端抵靠所述调节螺母27外端面；保护镜片33，设置于所述吹气筒31环形凹槽311底部，并由一压环34自保护镜片33上方将其固定于吹气筒31内；吹气嘴35，设置于所述吹气筒31侧壁的安装通孔313，并外接气源；

切割喷嘴4，安装于所述气体保压机构3的吹气筒31外侧端；激光输入接口、调节机构、气体保压机构、切割喷嘴内部形成光通路。

在本实施例中，所述调节筒26上端外壁与调节螺母27上端内壁之间通过一O型圈7紧配合。

另外，所述保护镜片33与所述吹气筒31环形凹槽311底部之间设密封圈36。

另外，所述光学成像系统5安装扩束镜和聚焦镜的镜筒外壁装设有用于连接控制机床的安装板6。

调节机构的工作原理及工作过程如下：

在激光切割头安装和调试过程中，激光束和切割喷嘴的同轴度出现偏差时，通过调节水平调节结构，可以高效准确的调节整个切割喷嘴前后左右的位置，从而使激光束与切割喷嘴的同轴度达到最优，使通过切割喷嘴的激光束最大化。调整过程中，当激光束和切割喷嘴的同轴度出现偏差时，可通过调节两个方向上的刚性调节螺钉，来压迫弹性调节螺钉，改变切割喷嘴的前后左右的位置，使激光束与切割喷嘴的中心轴线相适应，调节完毕后锁紧聚焦镜座上端的两个紧固螺栓(对称分布)。

在激光切割头安装和调试过程中，由于切割板材的材料和厚度变化，通过调节竖直调节机构来改变切割喷嘴与光束焦点之间的关系来满足切割需要。

调节过程中，调节切割喷嘴与光束焦点之间的关系时，可通过旋转调节螺母，使激光切割喷嘴沿z向上下调节，调节完毕后通过上、下卡环将调节螺母锁紧，从而调节切割喷嘴与光束焦点沿光轴方向之间的位置关系。

气体保压机构的工作原理及工作过程如下：

气体通过切割喷嘴进入吹气筒内，上端通过保护镜片与光路系统隔开，吹气筒中的气流最终从切割喷嘴高速流出，从而辅助激光完成切割。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (4)

1.一种激光切割头，包括：激光输入接口，呈管状；与激光输入接口连接的光学成像系统包括扩束镜和聚焦镜；其特征在于，还包括，调节机构、气体保压机构、切割喷嘴；

所述的调节机构，包括，

聚焦镜座，为一管体，其一端连接于所述激光输入接口，另一端设一环体，沿环体周向对称、均匀开设四个调整通孔；环体外端口端面设环形凹槽；聚焦镜座环体上端两侧对称开设两个安装通孔及相应的两个紧固螺栓；

调整外圈，为一环体，其一端设置于所述聚焦镜座环体内侧，该端侧面开设一销孔；另一端外侧面中部沿周向凸设第一固定部，并抵靠于聚焦镜座环体外端口端面的环形凹槽；调整外圈外端部内侧面沿周向凸设第二固定部；调整外圈通过四个螺钉自聚焦镜座四个调节通孔调节与聚焦镜座之间的间隙；所述聚焦镜座上两个紧固螺栓穿过环体安装通孔抵靠调整外圈内端面；

压圈，设置于所述调整外圈第一固定部外侧面，将调整外圈锁紧于聚焦镜座；

调节筒，设置于所述调整外圈内，其对应所述调整外圈销孔的侧壁上轴向开设有一腰形孔，并通过一连接销与所述的调整外圈固接；

调节螺母，设置于所述调整外圈与调节筒之间，该调节螺母外侧端侧面周向凸设一与调整外圈外端部配合的限位部，且，该端端面还开设环形凹槽，该调节螺母外侧端内侧面周向凸设与调节筒螺纹配合的连接部；

内环，设置于所述调节螺母与调整外圈之间，其内侧面与调节螺母外壁螺纹配合；内环外侧端对应于所述调整外圈外端部内侧面沿周向凸设的第二固定部；

上卡环，套设于所述调整外圈的外端部，并螺纹配合，其外端部与所述调节螺母限位部相对；

所述的气体保压机构，包括，

吹气筒，其一端设置于所述调节机构的调节筒内下部，该端内侧壁沿周向设环形凹槽；吹气筒外侧壁中部沿周向凸设一与调节筒外端抵靠的固定部，并通过一锁紧环自该固定部外侧将其锁定于调节筒；吹气筒位于调节筒外的侧壁上还开设一安装通孔；

下卡环，套设于所述锁紧环外，螺纹配合，其外侧端抵靠所述调节螺母外端面；

保护镜片，设置于所述吹气筒环形凹槽底部，并由一压环自保护镜片上方将其固定于吹气筒内；

吹气嘴，设置于所述吹气筒侧壁的安装通孔，并外接气源；

所述的切割喷嘴，安装于所述气体保压机构的吹气筒外侧端。

2.如权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述调节筒上端外壁与调节螺母上端内壁之间通过一O型圈紧配合。

3.如权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述保护镜片与所述吹气筒环形凹槽底部之间设密封圈。

4.如权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述光学成像系统安装扩束镜和聚焦镜的镜筒外壁装设有用于连接控制机床的安装板。