CN105798457A - 一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头，包括A轴旋转组件、B轴摆动组件和高度随动激光头，所述A轴旋转组件带有安装法兰面，可安装固定在龙门机床上，A轴转动可实现n×360°转动，n值根据需求定制；B轴摆动组件安装在A轴旋转组件的旋转轴上；高度随动激光头安装在B轴摆动组件的摆动轴上。本发明结构设计新颖，安装到龙门机床后组成五轴联动加工系统，可实现复杂曲面轮廓的激光精密加工。
Description
技术领域
本发明涉及激光精密加工技术领域，具体为一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头。
背景技术
激光加工是一门发展极快的高新技术，各种激光系统、设备，已经或正在进入各个工业领域，为我国传统工业的技术改造，新兴工业领域以及制造业的现代化提供先进的技术装备。其中，三维激光加工技术，由于其加工能力灵活、精确细致、切割面光滑，且大件产品的模具制造费用很高，三维激光加工不需任何模具制造，激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品质量，在汽车工业、模具行业、机械制造工业等的应用日益广泛
传统的应用方案是使用机械臂抓取激光头进行三维复杂曲面的加工，机械臂的串联结构整体刚性差，导致切割精度较低、速度慢。而五轴激光系统刚性佳、速度快、精度高，在三维精密激光加工有很大优势；市面上常规的三维激光头A轴转动范围仅在360°左右，且常采用减速机构驱动转轴，导致其加工范围有限、精度偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头,包括A轴旋转组件、B轴摆动组件和高度随动激光头，所述A轴旋转组件带有安装法兰面，可安装固定在龙门机床上，所述A轴旋转组件转动角度为0°—360°，转动圈数为n圈，n值根据需求定制；所述B轴摆动组件安装在A轴旋转组件的旋转轴上；所述高度随动激光头安装在B轴摆动组件的摆动轴上。
优选的，所述A轴旋转组件包括A轴制动器、A轴限位座、A轴限位块、A轴限位块锁紧螺丝、线缆连接器、拖链座、旋转轴、旋转拖链、轴承压圈、安装法兰、主轴承、旋转法兰、QBH光纤接口组件、A轴机械限位组件以及A轴驱动组件，所述A轴驱动组件连接旋转轴，所述旋转法兰通过螺丝锁紧到旋转轴，所述旋转拖链下转盘锁紧到旋转法兰上，所述QBH光纤接口组件设置在A轴制动器上端，所述A轴制动器一侧设置A轴限位座，所述A轴制动器另一侧设置A轴限位块，所述A轴限位块下端设有A轴限位块锁紧螺丝，所述A轴机械限位组件设置在A轴制动器下端，所述旋转轴两侧设有拖链座，所述拖链座上设有线缆连接器，所述拖链座下端通过安装法兰连接主轴承，所述主轴承上固定设有轴承压圈。
优选的，所述A轴机械限位组件包括第一限位环、第二限位环、第三限位环、第四限位环、第五限位环、限位转轴、润滑片、润滑套、限位座和缓冲垫，所述旋转轴、限位转轴和限位环通过螺钉固定锁紧在一起，所述限位座通过A轴限位块锁紧螺丝锁紧到A轴限位座，所述限位座下端设有缓冲垫，所述第一限位环、第二限位环、第三限位环、第四限位环、第五限位环中心设有限位转轴，所述限位转轴外部套有润滑套，相邻两个限位环之间均设有润滑片。
优选的，所述A轴驱动组件包括A轴电机座、A轴无框电机定子、A轴无框电机转子、第一定子压环、盖板、水冷环、密封圈、连接器、空心编码器、电池、电池座、编码器座、深沟球轴承和传动环，所述A轴无框电机转子安装在传动环上，所述传动环通过键与旋转轴连接，所述空心编码器套在旋转轴上，所述空心编码器设置在编码器座上，所述电池设置在电池座上，所述电池电性连接空心编码器，所述盖板上端设有第一定子压环和A轴电机座，所述水冷环通过所述密封圈固定连接A轴电机座，所述A轴无框电机定子设置在A轴无框电机转子与第一定子压环之间，所述连接器固定设置在A轴电机座上端。
优选的，所述B轴摆动组件包括反射镜座、反射镜座盖、镜片盖、第一水冷接头、反射镜片、弹簧、镜片座、制动器、摆动轴承、摆动法兰、摆动转轴、空心编码器、水冷环、第二水冷接头、摆动电机座、无框电机定子、无框电机转子和第二定子压环，所述反射镜座通过圆周定位固定到旋转法兰上，所述反射镜片通过弹簧一端顶在镜片盖上，所述弹簧另一端顶住镜片座，所述镜片座外侧设有反射镜座盖，所述反射镜座盖设置在反射镜座上，所述反射镜座盖上设有第一水冷接头，所述空心编码器套在摆动转轴上，所述空心编码器上端设有水冷环，所述水冷环连接第二水冷接头，所述制动器用螺丝锁紧到摆动转轴上，所述摆动转轴下端设有摆动轴承，所述摆动法兰安装高度随动激光头，所述摆动电机座设置在空心编码器内侧，所述摆动电机座固定连接无框电机定子，所述无框电机定子连接无框电机转子，所述无框电机定子外侧固定设有第二定子压环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的A轴旋转组件可实现n×360°转动，n值根据需求定制，大大扩展了三维激光加工能力范围。
(2)本发明采用直驱旋转电机，不使用传动机构，高精度的编码器实时反馈角度位置，传动精度大大提高，且无任何反向运动间隙，提高了加工精度；水冷环用于电机发热的冷却，保证整个机构可连续长时间工作。
(3)本发明的A轴旋转组件、B轴摆动组件均有制动器，系统掉电时可实现转轴制动，后面的激光头可保持现有位置，不会撞到工件上；A轴旋转组件、B轴摆动组件均有机械限位，可在系统出错时起到机械限位保护作用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明A轴旋转组件示意图；
图3为本发明A轴机械限位组件示意图；
图4为本发明A轴驱动组件示意图；
图5为本发明B轴摆动组件示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头,包括A轴旋转组件、B轴摆动组件和高度随动激光头，所述A轴旋转组件带有安装法兰面，可安装固定在龙门机床上，所述A轴旋转组件转动角度为0°—360°，转动圈数为n圈，n值根据需求定制；所述B轴摆动组件安装在A轴旋转组件的旋转轴上；所述高度随动激光头安装在B轴摆动组件的摆动轴上，本发明的A轴旋转组件可实现n×360°转动，n值根据需求定制，大大扩展了三维激光加工能力范围。
本实施例中，所述A轴旋转组件1包括A轴制动器101、A轴限位座102、A轴限位块103、A轴限位块锁紧螺丝104、线缆连接器105、拖链座106、旋转轴107、旋转拖链108、轴承压圈109、安装法兰110、主轴承111、旋转法兰112、QBH光纤接口组件10、A轴机械限位组件11以及A轴驱动组件12，所述A轴驱动组件12连接旋转轴107，旋转轴107通过主轴承111和深沟球轴承143支撑连接，所述旋转法兰112通过螺丝锁紧到旋转轴107，所述旋转拖链108下转盘锁紧到旋转法兰112上，所述QBH光纤接口组件10设置在A轴制动器101上端，所述A轴制动器101一侧设置A轴限位座102，所述A轴制动器101另一侧设置A轴限位块103，所述A轴限位块103下端设有A轴限位块锁紧螺丝104，所述A轴机械限位组件11设置在A轴制动器101下端，所述旋转轴107两侧设有拖链座106，所述拖链座106上设有线缆连接器105，所述拖链座106下端通过安装法兰110连接主轴承111，所述主轴承111上固定设有轴承压圈109，电机、编码器、水管、气管等线路穿行在旋转拖链108中，可实现n×360°连续旋转而不缠绕线，A轴机械限位组件11提供旋转的机械硬限位，保证即使在程序出错时也不会损坏旋转拖链108及内部线缆；当停机时，A轴制动器101工作实现转轴制动功能。光纤通过QBH接口组件10插入，也可安装其他光纤接口，如QD光纤接口等。
本实施例中，A轴机械限位组件11包括第一限位环121、第二限位环122、第三限位环123、第四限位环124、第五限位环125、限位转轴126、润滑片127、润滑套128、限位座103和缓冲垫129，所述旋转轴107、限位转轴126和限位环121通过螺钉固定锁紧在一起，所述限位座103通过A轴限位块锁紧螺丝104锁紧到A轴限位座102，所述限位座103下端设有缓冲垫129，所述第一限位环121、第二限位环122、第三限位环123、第四限位环124、第五限位环125中心设有限位转轴126，所述限位转轴126外部套有润滑套128，相邻两个限位环之间均设有润滑片127。旋转轴107转动时带动限位转轴126和第一限位环121同步转动，第二限位环122、第三限位环123、第四限位环124、第五限位环125可绕限位转轴126自由转动，中间通过润滑套128隔离润滑减磨降噪，这样第一限位环121转动到与第二限位环122侧面贴紧时会推动第二限位环122绕限位转轴126转动，同样的以此类推，最终在第一限位环121转动多圈后推动最后一个第五限位环125转动直至撞到缓冲垫129到达机械限位点，反转时第五限位环125的另一面会撞到另一个缓冲垫129实现反转机械限位。限位角度可根据需求定制，可实现n×360°的机械限位。
本实施例中，A轴驱动组件12包括A轴电机座134、A轴无框电机定子137、A轴无框电机转子131、第一定子压环132、盖板133、水冷环135、密封圈136、连接器138、空心编码器139、电池140、电池座141、编码器座142、深沟球轴承143和传动环144，所述A轴无框电机转子131安装在传动环144上，所述传动环144通过键与旋转轴107连接，所述空心编码器139套在旋转轴107上，所述空心编码器139设置在编码器座142上，所述电池140设置在电池座141上，所述电池140电性连接空心编码器139，以记录多圈位置信号，所述盖板133上端设有第一定子压环132和A轴电机座134，所述水冷环135通过所述密封圈136固定连接A轴电机座134，水冷环135内通流动冷却水，实现电机冷却，所述A轴无框电机定子137设置在A轴无框电机转子131与第一定子压环132之间，所述连接器138固定设置在A轴电机座134上端。
本实施例中，B轴摆动组件2包括反射镜座201、反射镜座盖202、镜片盖203、第一水冷接头204、反射镜片205、弹簧206、镜片座207、制动器(208)、摆动轴承209、摆动法兰210、摆动转轴211、空心编码器212、水冷环213、第二水冷接头214、摆动电机座215、无框电机定子216、无框电机转子217和第二定子压环218，所述反射镜座201通过圆周定位固定到旋转法兰112上，所述反射镜片205通过弹簧206一端顶在镜片盖203上，所述弹簧206另一端顶住镜片座207，所述镜片座207外侧设有反射镜座盖202，所述反射镜座盖202设置在反射镜座201上，所述反射镜座盖202上设有第一水冷接头204，所述空心编码器212套在摆动转轴211上，所述空心编码器212上端设有水冷环213，所述水冷环213连接第二水冷接头214，水冷环213内通流动的冷却水，实现电机冷却，所述制动器208用螺丝锁紧到摆动转轴211上，停机时实现摆动转轴211制动功能，所述摆动转轴211下端设有摆动轴承209，所述摆动法兰210安装高度随动激光头3，实现激光喷嘴与工件间距实时随动功能，保证加工质量，所述摆动电机座215设置在空心编码器212内侧，所述摆动电机座215固定连接无框电机定子216，所述无框电机定子216连接无框电机转子217，所述无框电机定子216外侧固定设有第二定子压环218。
本发明的有益效果是：本发明的A轴旋转组件可实现n×360°转动，n值根据需求定制，大大扩展了三维激光加工能力范围；本发明采用直驱旋转电机，不使用传动机构，高精度的编码器实时反馈角度位置，传动精度大大提高，且无任何反向运动间隙，提高了加工精度；水冷环用于电机发热的冷却，保证整个机构可连续长时间工作；本发明的A轴旋转组件、B轴摆动组件均有制动器，系统掉电时可实现转轴制动，后面的激光头可保持现有位置，不会撞到工件上；A轴旋转组件、B轴摆动组件均有机械限位，可在系统出错时起到机械限位保护作用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头,包括A轴旋转组件、B轴摆动组件和高度随动激光头，其特征在于：所述A轴旋转组件带有安装法兰面，可安装固定在龙门机床上，所述A轴旋转组件转动角度为0°—360°，转动圈数为n圈，n值根据需求定制；所述B轴摆动组件安装在A轴旋转组件的旋转轴上；所述高度随动激光头安装在B轴摆动组件的摆动轴上。
2.根据权利要求1所述的一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头，其特征在于：所述A轴旋转组件包括A轴制动器、A轴限位座、A轴限位块、A轴限位块锁紧螺丝、线缆连接器、拖链座、旋转轴、旋转拖链、轴承压圈、安装法兰、主轴承、旋转法兰、QBH光纤接口组件、A轴机械限位组件以及A轴驱动组件，所述A轴驱动组件连接旋转轴，所述旋转法兰通过螺丝锁紧到旋转轴，所述旋转拖链下转盘锁紧到旋转法兰上，所述QBH光纤接口组件设置在A轴制动器上端，所述A轴制动器一侧设置A轴限位座，所述A轴制动器另一侧设置A轴限位块，所述A轴限位块下端设有A轴限位块锁紧螺丝，所述A轴机械限位组件设置在A轴制动器下端，所述旋转轴两侧设有拖链座，所述拖链座上设有线缆连接器，所述拖链座下端通过安装法兰连接主轴承，所述主轴承上固定设有轴承压圈。
3.根据权利要求2所述的一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头，其特征在于：所述A轴机械限位组件包括第一限位环、第二限位环、第三限位环、第四限位环、第五限位环、限位转轴、润滑片、润滑套、限位座和缓冲垫，所述旋转轴、限位转轴和限位环通过螺钉固定锁紧在一起，所述限位座通过A轴限位块锁紧螺丝锁紧到A轴限位座，所述限位座下端设有缓冲垫，所述第一限位环、第二限位环、第三限位环、第四限位环、第五限位环中心设有限位转轴，所述限位转轴外部套有润滑套，相邻两个限位环之间均设有润滑片。
4.根据权利要求2所述的一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头，其特征在于：所述A轴驱动组件包括A轴电机座、A轴无框电机定子、A轴无框电机转子、第一定子压环、盖板、水冷环、密封圈、连接器、空心编码器、电池、电池座、编码器座、深沟球轴承和传动环，所述A轴无框电机转子安装在传动环上，所述传动环通过键与旋转轴连接，所述空心编码器套在旋转轴上，所述空心编码器设置在编码器座上，所述电池设置在电池座上，所述电池电性连接空心编码器，所述盖板上端设有第一定子压环和A轴电机座，所述水冷环通过所述密封圈固定连接A轴电机座，所述A轴无框电机定子设置在A轴无框电机转子与第一定子压环之间，所述连接器固定设置在A轴电机座上端。
5.根据权利要求1所述的一种针对复杂加工曲面的两轴三维激光头，其特征在于：所述B轴摆动组件包括反射镜座、反射镜座盖、镜片盖、第一水冷接头、反射镜片、弹簧、镜片座、制动器、摆动轴承、摆动法兰、摆动转轴、空心编码器、水冷环、第二水冷接头、摆动电机座、无框电机定子、无框电机转子和第二定子压环，所述反射镜座通过圆周定位固定到旋转法兰上，所述反射镜片通过弹簧一端顶在镜片盖上，所述弹簧另一端顶住镜片座，所述镜片座外侧设有反射镜座盖，所述反射镜座盖设置在反射镜座上，所述反射镜座盖上设有第一水冷接头，所述空心编码器套在摆动转轴上，所述空心编码器上端设有水冷环，所述水冷环连接第二水冷接头，所述制动器用螺丝锁紧到摆动转轴上，所述摆动转轴下端设有摆动轴承，所述摆动法兰安装高度随动激光头，所述摆动电机座设置在空心编码器内侧，所述摆动电机座固定连接无框电机定子，所述无框电机定子连接无框电机转子，所述无框电机定子外侧固定设有第二定子压环。
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