CN110421276A - 一种激光切割头水气一体冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割头水气一体冷却装置，包括气冷装置及一体成型的水冷装置；水冷装置的底端设有气冷装置，水冷装置及气冷装置设有中空的通孔，通孔用于套在激光切割头的外侧；水冷装置设有环形的水槽，水槽从水冷装置的顶端向下延伸，水冷装置的外壁设有与水槽连通的进水口及出水口，气冷装置的内部设有气腔，且气冷装置的外壁及底端分别设有与气腔连通的进气口及出气口。本发明取得的有益效果：水冷装置可对传感器本体进行有效地降温，能够保证传感器的正常使用；气冷装置可对陶瓷环及喷嘴进行有效地降温，提高激光切割的稳定性，从而提高激光切割产品的质量；结构简单，安装维护方便。

Description

一种激光切割头水气一体冷却装置

技术领域

本发明涉及激光切割头冷却装置技术领域，具体涉及一种激光切割头水气一体冷却装置。

背景技术

在高功率平面激光切割领域，现有的德国品牌切割头厂商Precitec公司生产的Procutter系列切割头在实际生产加工中切割较厚的碳钢及铜、铝等高反材料时；切割头喷嘴、陶瓷环、板材及传感器温度会逐步升高；当板材、喷嘴温度过高时会烧坏切割头陶瓷环，切割头报警并停机；当传感器温度超过45℃时，切割头会自动上升并报警停机。

目前CN208743919U公开了一种激光切割头水冷保护装置，其设置在激光切割头的传感器上，包括第一保护罩和第二保护罩；第一保护罩与第二保护罩可拆卸的固定连接在一起形成中空的圆筒状，用于抱紧在传感器外壁上；第一保护罩与第二保护罩的上端均具有用于可拆卸的固定连接和贴合传感器的固定连接部；第一保护罩与第二保护罩的内部均设置有冷却循环水通道，外壁上均设置有与冷却循环水通道连接的进水口和出水口；虽然该激光切割头水冷保护装置通过设置第一保护罩与第二保护罩可拆卸的固定连接在一起形成中空的圆筒状抱紧在传感器外壁上，并在第一保护罩与第二保护罩的内部均设置冷却循环水通道，从而能够对激光切割头的传感器进行冷却，结构简洁，安装维护方便；但是该激光切割头水冷保护装置的冷却循环水通道是在第一保护罩及第二保护罩的外表面进行钻孔加工形成，这就导致冷却循环水通道的容积小，冷却效果降低；再且，该激光切割头水冷保护装置只能对激光切割头的传感器进行冷却，不能对激光切割头的喷嘴进行冷却，喷嘴的温度高不仅降低了切割产品的质量，喷嘴的温度高甚至会烧坏切割头的陶瓷环。

因此，急需一种更为优良的激光切割头冷却保护装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种激光切割头水气一体冷却装置，其包括水冷装置、气冷装置及气体制冷器，该光纤激光切割头水气一体冷却装置具有能够有效冷却传感器、有效冷却喷嘴、提高激光切割的稳定性、提高产品切割质量、结构简单、安装维护方便的优点。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种激光切割头水气一体冷却装置，包括气冷装置及一体成型的水冷装置；所述水冷装置的底端设有所述气冷装置，所述水冷装置及所述气冷装置设有中空的通孔，所述通孔用于套在激光切割头的外侧；所述水冷装置设有环形的水槽，所述水槽从所述水冷装置的顶端向下延伸，所述水槽的内侧及外侧分别为所述水冷装置的内壁及外壁，所述水冷装置的外壁设有与所述水槽连通的进水口及出水口；所述气冷装置的内部设有气腔，所述气腔的内侧及外侧分别为所述气冷装置的内壁及外壁，所述气冷装置的外壁及底端分别设有与所述气腔连通的进气口及出气口。。

作为优选，所述水槽的深度与所述水冷装置的高度的比值在4:7～6:7之间；所述水冷装置的内壁的厚度与所述水槽的宽度的比值在1:2～1:4之间通过这样设置，若所述水槽的深度与所述水冷装置的高度的比值过小，即所述水槽的深度小，则使得所述水槽的容积小，降温效果欠佳；若所述水槽的深度与所述水冷装置的高度比值过大，即所述水槽的深度大，虽然使得所述水槽的容积大，但是也使得所述水冷装置下部的壁厚较薄，所述水槽的容积大导致水的压力大，水的压力大会使得所述水冷装置壁厚较薄处容易发生断裂现象，结构的稳定性差；将所述水槽的深度与所述水冷装置的高度的比值控制在4:7～6:7之间，在保证所述水冷装置的结构的稳定性有足够强度的情况下，相对的增大所述水槽的容积，从而进一步提高冷却效果；若所述水冷装置的内壁的厚度与所述水槽的宽度的比值过小，即所述水冷装置的内壁的厚度较薄，虽然所述水槽的容积大，但容积大导致水压大，水压大会使得所述水冷装置壁厚较薄处容易发生断裂的情况；若所述水冷装置的内壁的厚度与所述水槽的宽度的比值过大，即所述水冷装置的内壁的壁厚较厚，这样使得所述水槽的容积小，降低冷却效果；将所述水冷装置的内壁的厚度与所述水槽的宽度的比值控制在1:2～1:4之间，在保证所述水冷装置的结构的稳定性有足够强度的情况下，相对的增大所述水槽的容积，再进一步提高对传感器本体的冷却效果。

作为优选，还包括环形盖，所述环形盖密封地设置在所述水槽的顶端，通过这样设置，由于所述水冷装置设有所述水槽，所述水槽从所述水冷装置的顶端向下延伸，这样便于加工出所述水槽，并且相对钻孔加工出来的水槽容积增大，但所述水槽的顶端没有密封，需要设有所述环形盖密封地设置在所述水槽的顶端，防止所述水槽内的流动水发生溢漏的现象。

作为优选，所述水冷装置的内壁面相应的套在所述激光切割头的传感器本体的外侧，所述水冷装置的内壁面的内径大于所述传感器本体的外表面的外径，即所述水冷装置的内壁面与所述传感器本体的外表面之间存在间隙，所述间隙的范围在0.02mm～0.05mm之间，通过这样设置，若所述间隙小于0.02mm，则使得所述水冷装置的内壁面与所述传感器本体的外表面之间的距离更加接近，能提高冷却效果，但是所述间隙过小不便于所述水冷装置套在所述传感器本体上；若所述间隙大于0.05mm，则使得所述水冷装置的内壁面与所述传感器本体的外表面之间的距离增大，虽然便于所述水冷装置套在所述传感器本体上，但是距离增大降低降温效果；将所述间隙的范围控制在0.02mm～0.05mm之间，使得所述水冷装置的内壁面与所述传感器本体的外表面的距离控制在一个合适的范围，不仅便于所述水冷装置套在所述传感器本体上，而且能相对地提高对传感器本体的冷却效果。

作为优选，在所述水冷装置位于所述水槽的下方沿周向设有若干均布的定位螺纹孔，通过这样设置，所述水冷装置套在所述传感器本体上，由于所述水冷装置的内壁面与所述传感器本体的外表面之间存在间隙，使用螺钉配合所述定位螺纹孔将所述水冷装置与所述传感器本体定位连接。

作为优选，所述气冷装置包括第一气冷装置及第二气冷装置，所述第一气冷装置的顶端设置在所述水冷装置的底端，所述第一气冷装置的底端设有环形的第一气槽，所述第二气冷装置的顶端设有环形的第二气槽，所述第二气冷装置的顶端设置在所述第一气冷装置的底端，所述第二气槽与所述第一气槽的宽度相等，且所述第二气槽与所述第一气槽之间相互连通形成所述气腔；所述进气口位于所述第一气冷装置的外壁，通过这样设置，所述气冷装置由所述第一气冷装置及所述第二气冷装置组成，便于所述气冷装置内部的气腔加工，而且使得结构简单，安装方便。

作为优选，所述第一气冷装置的内壁面的内径与所述水冷装置的内壁面的内径相等；所述第二气冷装置的内壁面为锥面，所述锥面从所述第二气冷装置的顶端往底端朝向芯轴延伸，且所述第二气冷装置的外壁面与所述第二气冷装置的内壁面平行，通过这样设置，将所述激光切割头水气一体冷却装置套在激光切割头时，激光切割头的陶瓷环及喷嘴伸出于所述第二气冷装置的下方，所述第二气冷装置的内壁面为锥面，所述锥面从所述第二气冷装置的顶端往底端朝向芯轴延伸，使得所述第二气冷装置更加靠近所述陶瓷环及喷嘴，提高对陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

作为优选，所述第二气槽包括两个侧面，两个所述侧面与所述第二气冷装置的内壁面平行，通过这样设置，两个所述侧面与所述第二气冷装置的内壁面平行，这样第二气槽从所述第二气冷装置的顶端向下延伸，仍能保证第二气冷装置的内壁及外壁的壁厚均一，在保证所述第二气冷装置的结构有足够强度的情况下，增大第二气槽的深度，即增大第二气槽的容积，能进一步提高陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

作为优选，所述出气口在所述第二气冷装置的底端设置若干个，若干个所述出气口在所述第二气冷装置的底端沿周向均布，通过这样设置，所述出气口在所述第二气冷装置的底端设置若干个，即增加了出气量，提高对陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

作为优选，还包括气体制冷器，所述气体制冷器与所述进气口连接，通过这样设置，将压缩气体通进所述气体制冷器中，经过所述气体制冷器内部工作使得气体的温度降低，温度降低的气体从进气口进入气腔内，再从出气口吹出对陶瓷环及喷嘴进行降温，低温的气体进一步提高对陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

相对于现有技术，本发明取得了有益的技术效果：

1、本发明的一种激光切割头水气一体冷却装置包括水冷装置及气冷装置，将激光切割头水气一体冷却装置套在激光切割头上，所述水冷装置相应的位于激光切割头的传感器本体的外侧，所述气冷装置位于激光切割头的陶瓷环及喷嘴的上方；由于所述水冷装置内设有水槽，所述水槽中的流动水可以对所述传感器本体进行有效地降温；所述气冷装置气体可以对陶瓷环及喷嘴进行有效地降温；即本激光切割头水气一体冷却装置可以对激光切割头整体进行降温，且降温效果好。

2、由于所述传感器本体、所述陶瓷环、所述喷嘴都能得到有效的降温，传感器本体的温度低能保证正常使用的同时，陶瓷环、喷子的温度低能提高激光切割的稳定性，从而提高激光切割产品的质量。

3、由于激光切割头水气一体冷却装置还包括气体制冷器，所述气体制冷器连接所述气冷装置的进气口，气体制冷器能够将低温压缩气体通进所述气冷装置上，能进一步提高对陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

4、本激光切割头水冷一体冷却装置的结构简单，日后的安装维护方便。

附图说明

图1是本发明实施例的轴侧示意图；

图2是本发明实施例的剖面示意图；

图3是本发明实施例的水冷装置的剖面示意图；

图4是本发明实施例的水冷装置的底端正视示意图；

图5是本发明实施例的第一气冷装置的剖面示意图；

图6是本发明实施例的第二气冷装置的剖面示意图；

图7是本发明实施例的连接有制冷器的示意图。

其中，各附图标记所指代的技术特征如下：

1、水冷装置；1.1、进水口；1.2、出水口；1.3、定位螺纹孔；1.4、；水槽；1.5、连接螺纹孔；A、水冷装置的高度；B、水槽的深度；C、水槽的宽度；D、水冷装置的内壁的厚度；2、第一气冷装置；2.1、进气口；2.2、第一气槽；2.3、直通孔；3、第二气冷装置；3.1、出气口；3.2、第二气槽；3.3、沉头孔；4、环形盖；5、芯轴；6、气体制冷器；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

参考图1-7，本实施例公开了一种激光切割头水气一体冷却装置，包括气冷装置及一体成型的水冷装置1，水冷装置1的底端设有气冷装置，水冷装置1及气冷装置设有中空的通孔，通孔用于套在激光切割头的外侧；水冷装置1设有环形的水槽1.4，水槽1.4从水冷装置1的顶端向下延伸，水槽1.4的内侧及外侧分别为水冷装置1的内壁及外壁，水冷装置1的外壁设有与水槽1.4连通的进水口1.1及出水口1.2，进水口1.1及出水口1.2均设有内螺纹，进水口1.1及出水口1.2均连接有水管连接头；气冷装置的内部设有气腔，气腔的内侧及外侧分别为气冷装置的内壁及外壁，气冷装置的外壁及底端分别设有与气腔连通的进气口2.1及出气口3.1；该激光切割头水气一体冷却装置套在激光切割头的外侧时，水冷装置1相应的位于激光切割头的传感器本体的外侧，气冷装置相应的位于激光切割头的陶瓷环及喷嘴的上方；由于水冷装置1设有水槽1.4，水槽1.4内的流动水能够有效地给传感器本体进行有效地降温；气冷装置的气体可以对陶瓷环及喷嘴进行有效地降温；即本激光切割头水气一体冷却装置可以对激光切割头整体进行降温，且降温效果好；

水槽的深度B与水冷装置的高度A的比值在4:7～6:7之间，若水槽的深度B与水冷装置的高度A的比值过小，即水槽的深度B小，则使得水槽1.4的容积小，降温效果欠佳；若水槽的深度B与水冷装置的高度A比值过大，即水槽的深度B大，虽然使得水槽1.4的容积大，但是也使得水冷装置1下部的壁厚较薄，水槽1.4的容积大导致水的压力大，水的压力大会使得水冷装置1壁厚较薄处容易发生断裂现象，结构的稳定性差；本实施例中，水槽的深度B与所述水冷装置的高度A的比值为5:7，在保证所述水冷装置1的结构的稳定性有足够强度的情况下，相对的增大所述水槽1.4的容积，从而进一步提高冷却效果。水冷装置的内壁的厚度D与水槽的宽度C的比值在1:2～1:4之间，若水冷装置的内壁的厚度D与水槽的宽度C的比值过小，即水冷装置的内壁的厚度D较薄，虽然水槽1.4的容积大，但容积大导致水压大，水压大会使得水冷装置1壁厚较薄处容易发生断裂的情况；若水冷装置的内壁的厚度D与水槽的宽度C的比值过大，即水冷装置的内壁的壁厚D较厚，这样使得水槽1.4的容积小，降低冷却效果；本实施例中，水冷装置的内壁的厚度D与水槽的宽度C的比值为1:3，在保证水冷装置1的结构的稳定性有足够强度的情况下，相对的增大水槽1.4的容积，再进一步提高对传感器本体的冷却效果。

激光切割头水气一体冷却装置还包括环形盖4，环形盖4密封地设置在所述水槽1.4的顶端，由于水冷装置1设有水槽1.4，水槽1.4从水冷装置1的顶端向下延伸，这样便于加工出水槽1.4，并且相对钻孔加工出来的水槽容积增大，但水槽1.4的顶端没有密封，需要设有环形盖4密封地设置在水槽1.4的顶端，防止水槽1.4内的流动水发生溢漏的现象。

水冷装置1的内壁面相应的套在所述激光切割头的传感器本体上，水冷装置1的内壁面的内径大于传感器本体的外径，即水冷装置1的内壁面与传感器本体的外表面之间存在间隙，间隙的范围在0.02mm～0.05mm之间，若间隙小于0.02mm，则使得水冷装置1的内壁面与传感器本体的外表面之间的距离更加接近，能提高冷却效果，但是间隙过小不便于水冷装置1套在传感器本体上；若间隙大于0.05mm，则使得水冷装置1的内壁面与传感器本体的外表面之间的距离增大，虽然便于水冷装置1套在传感器本体上，但是距离增大降低降温效果；在本实施例中，水冷装置1的内壁面与传感器本体的外表面的间隙为0.03mm，使得水冷装置1的内壁面与传感器本体的外表面的距离控制在一个合适的范围，不仅便于水冷装置1套在传感器本体上，而且能相对地提高对传感器本体的冷却效果。

在水冷装置1位于水槽1.4的下方沿周向设有四个均布的M6的定位螺纹孔1.3，水冷装置1套在传感器本体上，由于水冷装置1的内壁面与传感器本体的外表面之间存在间隙，使用螺钉配合定位螺纹孔1.3，螺钉抵触在传感器本体的外表面，将水冷装置1与传感器本体定位连接。

气冷装置包括第一气冷装置2及第二气冷装置3，第一气冷装置2的顶端设置在水冷装置1的底端，第一气冷装置2的底端设有环形的第一气槽2.2，第二气冷装置3的顶端设有环形的第二气槽3.2，第二气冷装置3的顶端设置在第一气冷装置2的底端，第二气槽3.2与第一气槽2.2的宽度相等，且第二气槽3.2与第一气槽2.2连通；进气口2.1位于第一气冷装置2的外壁，气冷装置由第一气冷装置2及第二气冷装置3组成，便于气冷装置内部的气腔加工，而且使得结构简单，安装方便。进一步具体描述，水冷装置1的底端沿周向设有四个M5的连接螺纹孔1.5，且M5的连接螺纹孔1.5位于水槽1.4的外侧，第一气冷装置2沿周向设有与连接螺纹孔1.5一一对应的直通孔2.3，第二气冷装置3沿周向设有与连接螺纹孔1.5一一对应的沉头孔3.3，螺钉从第二气冷装置3的底端开始依次穿过直通孔2.3、沉头孔3.3与连接螺纹孔1.5连接，使得第二气冷装置3、第一气冷装置2及水冷装置1固定连接。

第一气冷装置2的内壁面的内径与水冷装置1的内壁面的内径相等；第二气冷装置3的内壁面为锥面，锥面从第二气冷装置3的顶端往底端朝向芯轴5延伸，且第二气冷装置3的外壁面与第二气冷装置3的内壁面平行，将激光切割头水气一体冷却装置套在激光切割头时，使得第二气冷装置3更加靠近陶瓷环及喷嘴，提高对陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

第二气槽3.2包括两个侧面，第二气槽3.2的两个侧面与第二气冷装置3的内壁面平行，两个侧面与第二气冷装置3的内壁面平行，这样第二气槽3.2从第二气冷装置3的顶端向下延伸，仍能保证第二气冷装置3的内壁及外壁的壁厚均一，在保证第二气冷装置3的结构有足够强度的情况下，增大第二气槽3.2的深度，即增大第二气槽3.2的容积，能进一步提高陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

出气口3.1在第二气冷装置3的底端设置若干个，若干个出气口3.1在第二气冷装置3的底端沿周向均布，出气口3.1在第二气冷装置3的底端设置若干个，即增加了出气量，提高对陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

激光切割头水气一体冷却装置还包括气体制冷器6，进气口2.1设有内螺纹，气体制冷器6与出气口3.1的内螺纹连接，将压缩气体通进所述气体制冷器6中，经过气体制冷器6内部工作使得气体的温度降低，温度降低的气体从进气口2.1进入气腔内，再从出气口3.1吹出对陶瓷环及喷嘴进行降温，低温的气体进一步提高对陶瓷环及喷嘴的冷却效果。

本发明实施例的使用过程：

将激光切割头水气一体冷却装置套在激光切割头上，进水口1.1及出水口1.2的水管连接头分别连接有从高处引接而来的进水管及出水管，流动水不断地从进水管从进水口1.1进入水槽1.4内，水槽1.4内的流动水吸收传感器本体的热量后，通过出水口1.2从出水管排出；将压缩的空气通进气体制冷器6内，经过气体制冷器6的内部工作后对压缩空气进行降温，低温的压缩空气通过进气口2.1进入气腔内，再从出气口3.1吹出对陶瓷环及喷嘴进行降温；激光切割头水气一体冷却装置使得传感器本体温度较低保证能正常使用的同时，也使得陶瓷环及喷嘴的温度较低，提高激光切割的稳定性，从而提高激光切割产品的质量。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，包括气冷装置及一体成型的水冷装置；所述水冷装置的底端设有所述气冷装置，所述水冷装置及所述气冷装置设有中空的通孔，所述通孔用于套在激光切割头的外侧；所述水冷装置设有环形的水槽，所述水槽从所述水冷装置的顶端向下延伸，所述水槽的内侧及外侧分别为所述水冷装置的内壁及外壁，所述水冷装置的外壁设有与所述水槽连通的进水口及出水口；所述气冷装置的内部设有气腔，所述气腔的内侧及外侧分别为所述气冷装置的内壁及外壁，所述气冷装置的外壁及底端分别设有与所述气腔连通的进气口及出气口。

2.根据权利要求1所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，所述水槽的深度与所述水冷装置的高度的比值在4:7～6:7之间；所述水冷装置的内壁的厚度与所述水槽的宽度的比值在1:2～1:4之间。

3.根据权利要求2所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，还包括环形盖，所述环形盖密封地设置在所述水槽的顶端。

4.根据权利要求1所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，所述水冷装置的内壁面相应的套在所述激光切割头的传感器本体的外侧，所述水冷装置的内壁面的内径大于所述传感器本体的外表面的外径，即所述水冷装置的内壁面与所述传感器本体的外表面之间存在间隙，所述间隙的范围在0.02mm～0.05mm之间。

5.根据权利要求4所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，在所述水冷装置位于所述水槽的下方沿周向设有若干均布的定位螺纹孔。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，所述气冷装置包括第一气冷装置及第二气冷装置，所述第一气冷装置的顶端设置在所述水冷装置的底端，所述第一气冷装置的底端设有环形的第一气槽，所述第二气冷装置的顶端设有环形的第二气槽，所述第二气冷装置的顶端设置在所述第一气冷装置的底端，所述第二气槽与所述第一气槽的宽度相等，且所述第二气槽与所述第一气槽之间相互连通形成所述气腔；所述进气口位于所述第一气冷装置的外壁。

7.根据权利要求6所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，所述第一气冷装置的内壁面的内径与所述水冷装置的内壁面的内径相等；所述第二气冷装置的内壁面为锥面，所述锥面从所述第二气冷装置的顶端往底端朝向芯轴延伸，且所述第二气冷装置的外壁面与所述第二气冷装置的内壁面平行。

8.根据权利要求7所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，所述第二气槽包括两个侧面，所述第二气槽的两个侧面与所述第二气冷装置的内壁面平行。

9.根据权利要求6所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，所述出气口在所述第二气冷装置的底端设置若干个，若干个所述出气口在所述第二气冷装置的底端沿周向均布。

10.根据权利要求7-9任一项所述的一种激光切割头水气一体冷却装置，其特征在于，还包括气体制冷器，所述气体制冷器与所述进气口连接。