CN110936015B

CN110936015B - 一种激光振镜环形扫描加工自适应吹气装置及应用方法

Info

Publication number: CN110936015B
Application number: CN201911265297.3A
Authority: CN
Inventors: 陶能如; 彭高丰; 夏自由
Original assignee: Changsha Normal University
Current assignee: Changsha Normal University
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: CN110936015A

Abstract

本发明提供了一种激光振镜环形扫描加工自适应吹气装置及应用方法，包括扫描振镜头、伺服电机、小齿轮、驱动盘、上固定板、下固定板、压片、销钉、机架、吹气滑块、侧吹快速接头；驱动盘下端设置有多个呈圆周分布的吹气滑块，吹气滑块内部开设有吹气孔，并与加工面设置成一定夹角β；伺服电机接收上位机加工图形信号，并驱动吹气滑块进行同步且同圆周的径向运动；本发明装置结构精简，便于自动化推广应用；本发明还提供了一种用于激光振镜环形扫描加工自适应变换直径的吹气方法，其相比传统的固定式吹气方法，增强了吹气同步性及自适应性，极大改善了吹气效果和加工质量。

Description

一种激光振镜环形扫描加工自适应吹气装置及应用方法

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种激光振镜环形扫描加工自适应吹气装置及应用方法。

背景技术

扫描振镜是一种可以实现切割头固定，而聚焦光束在二维平面内高速(m/s)运动的加工装置，其配合激光的非接触、高效率、高柔性加工特点，目前已在激光环切制孔领域广泛应用，特别是在难加工材料及复合材料制孔领域，优势明显。然而，激光加工作为一种典型的热源加工技术，加工过程中吹气效果显得尤为重要。一方面激光切割工件后表面升温明显，吹气有利于工件快速降温；另一方面，激光加工过程中易产生等离子体、羽烟等遮挡物阻碍光路传输，吹气有利于吹散遮挡物，提高激光能量利用率。

目前，部分相关的吹气装置专利技术主要针对采用激光切割头移动带动聚焦光束移动实现环切制孔加工方式，如：申请号为201110373924.2的激光切割吹气喷头；申请号为201410817979.1的一种激光焊缝同轴吹气保护装置及应用方法等。此类吹气装置固定安装于激光切割头上，气路口位置不可调，应用于激光振镜这种聚焦光束高速环形运动的切割头加工装置上，吹气效率低下，严重影响加工质量。

综上所述，现有市场上急需一种结构精简、吹气精准、自动化程度高的自适应调节吹气口位置的吹气装置及应用方法，用于解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种用于激光振镜环形扫描加工的自适应变换吹气口位置的吹气装置及应用方法，用于解决现有技术中的吹气口位置不可调，吹气效率低、对加工效率、加工质量影响大等问题，具体技术方案如下：

一种用于激光振镜环形扫描加工工况下的自适应吹气装置，包括扫描振镜头、伺服电机、小齿轮、驱动盘、上固定板、下固定板、压片、销钉、机架、吹气滑块、侧吹快速接头；

所述扫描振镜头(切割头)与激光器相对设置，其下方设置所述自适应吹气装置机架，所述机架上表面开有圆形孔，便于激光束射入；所述伺服电机、上固定板、下固定板固定安装于所述机架上；伺服电机输出轴与所述小齿轮相连；所述驱动盘为中空结构，表面设有弧形槽，其圆周面一端开有部分轮齿，与所述小轮齿相互啮合连接；驱动盘法兰面与所述上固定板通过旋转副相连；所述销钉外圆面与所述驱动盘上的弧形槽通过移动副连接；所述压片与所述上固定板通过螺栓连接，用于限制驱动盘的轴向运动；所述驱动盘下端设置有多个呈圆周分布的吹气滑块，其一端面与所述销钉通过螺纹连接，另一端面与所述下固定板通过移动副相连；吹气滑块内部开设有吹气气孔，用于冷却工件；所述机架一侧设置有多个所述侧吹快速接头，用于从侧面吹走激光加工过程中上浮的等离子体、羽烟等遮挡物。

优选的，所述销钉、吹气滑块、驱动盘弧形槽成套设置，数量为四个，配合伺服电机实现吹气口位置的径向移动。

优选的，所述吹气滑块呈圆周分布，内置气孔与加工面设置成一定夹角β，吹气滑块开有螺纹接口，对接气源输入。

优选的，为了方便制造与加工过程观测，所述机架采用透明材质制作。

本发明还提供一种用于激光振镜环形扫描加工的自适应吹气应用方法，具体包括以下步骤：

S1、激光扫描振镜上位机根据工件制孔大小，绘制加工图形；

S2、伺服电机上位机软件，根据加工图形圆形大小，触发伺服电机启动信号；

S3、伺服电机启动，驱动小齿轮与驱动盘上轮齿啮合，带动驱动盘旋转，驱动销钉沿驱动盘上弧形槽路径运动，进而带动吹气滑块在光束垂直平面内作径向运动，并移动到加工图形指定位置；

S4、激光器开启，同时气源接通，吹气滑块9开始轴向吹气，同时，侧吹快速接头12开始侧向吹气工作。

以上技术方案中优选的，所述吹气口径向运动行程范围为0～40mm。

本发明的有益效果在于：该用于激光振镜环形扫描加工的自适应变换吹气口位置的吹气装置及应用方法，采取了运动吹气滑块轴向冷却吹气，侧向快速接头吹散遮挡物的方式，大大提高了激光能量利用率和加工质量。采用驱动盘开设弧形槽驱动销钉运动机构，由上位机发送信号，实现多个吹气滑块同步运动的需求，结构精简、吹气精准，便于自动化推广应用。

附图说明

图1为本发明自适应吹气装置结构示意图；

图2为本发明吹气滑块运动连接部分的结构示意图；

图3为本发明吹气滑块运动连接部分A视角的俯视图；

图4为本发明驱动盘结构示意图；

图5为本发明上固定板结构示意图；

图6为本发明吹气滑块结构示意图；

图7为本发明吹气方法原理示意图。

附图标记说明：

1、扫描振镜头；2、伺服电机；3、驱动盘；4、小齿轮；5、上固定板；6、下固定板；7、销钉；8、工件；9、吹气滑块；10、压片；11、机架；12、侧吹快速接头；310、弧形槽；320、轮齿；510、止口面；520、缺口槽；610、滑槽；910、吹气孔；920、销钉螺纹孔；930、气源输入口。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种激光振镜环形扫描加工的自适应吹气装置，包括扫描振镜头1、伺服电机2、驱动盘3、小齿轮4、上固定板5、下固定板6、销钉7、吹气滑块9、压片10、机架11、侧吹快速接头12。

所述扫描振镜头1(切割头)与激光器相对设置，其下方设置所述自适应吹气装置机架11，所述机架11上表面开有圆形孔，便于激光束射入。

所述伺服电机2、上固定板5、下固定板6固定安装于所述机架11上。

所述伺服电机2输出轴与所述小齿轮3相连。

参照图2-图5，所述驱动盘3为中空结构，表面设有弧形槽310，其圆周面一端开有部分轮齿320，与所述小轮齿4相互啮合连接；所述上固定板5开有缺口槽520用于给小齿轮预留空间，并开有止口面510用于驱动盘3轴向和径向定位；驱动盘3与所述上固定板5通过旋转副相连；所述销钉7外圆面与所述驱动盘3上的弧形槽310通过移动副连接；所述压片10与所述上固定板5通过螺栓连接，用于限制驱动盘3的轴向运动；所述驱动盘3下端设置有多个呈圆周分布的吹气滑块9，其一端面与所述销钉7通过销钉螺纹孔920连接，另一端面与所述下固定板6通过移动副相连；吹气滑块9内部开设有吹气孔910，用于冷却工件；所述机架11一侧设置有多个所述侧吹快速接头12，用于从侧面吹走激光加工过程中工件8上表面飘浮的等离子体、羽烟等遮挡物；为了方便制造与加工过程观测，所述机架11采用透明材质制作。

参照图2-图3，所述销钉7、吹气滑块9、驱动盘上的弧形槽310成配套设置，数量为四个，配合伺服电机2实现吹气口位置的径向移动。所述吹气滑块9呈圆周分布，内置吹气孔910与加工面设置夹角β为100°，吹气滑块9开有气源接入口930，对接气源输入。

参照图1、图7，本发明还提供一种用于激光振镜环形扫描加工的自适应吹气应用方法，具体包括以下步骤：

S1、激光扫描振镜头1上位机根据工件制孔大小，绘制加工图形；

S2、伺服电机2上位机软件，根据加工图形圆形大小，触发伺服电机启动信号；

S3、伺服电机2启动，驱动小齿轮4与驱动盘上轮齿320啮合，带动驱动盘3旋转，驱动销钉7沿驱动盘上弧形槽310路径运动，进而驱动吹气滑块9在工件8表面内作径向运动，吹气滑块9可吹气图形范围最大半径为R_max和最小半径为R_min，运动行程范围为0～40mm；

本发明中带有的电气控制部分技术，参照现有技术。

综上所述，采用本发明技术方案，大大提高了激光能量利用率和加工质量，且结构精简、吹气精准，便于自动化推广应用。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种激光振镜环形扫描加工的自适应吹气装置，其特征在于：包括扫描振镜头、伺服电机、小齿轮、驱动盘、上固定板、下固定板、压片、销钉、机架、吹气滑块、侧吹快速接头；

所述扫描振镜头与激光器相对设置，其下方设置机架，所述机架上表面开有圆形孔，便于激光束射入；

所述伺服电机、上固定板、下固定板固定安装于所述机架上；

所述伺服电机输出轴与所述小齿轮相连；

所述驱动盘为中空结构，表面设有弧形槽，其圆周面一端开有部分轮齿，与所述小齿轮相互啮合连接；驱动盘法兰面与所述上固定板通过旋转副相连；

所述销钉外圆面与所述驱动盘上的弧形槽通过移动副连接；

所述压片与所述上固定板通过螺栓连接，用于限制驱动盘的轴向运动；

所述驱动盘下端设置有多个呈圆周分布的吹气滑块，其一端面与所述销钉通过螺纹连接，另一端面与所述下固定板通过移动副相连；

所述机架一侧设置有多个所述侧吹快速接头，用于从侧面吹走激光加工过程中上浮的等离子体、羽烟；

所述吹气滑块呈圆周分布，内部开设有吹气孔，并与加工面设置成100°的夹角。

2.根据权利要求1所述的激光振镜环形扫描加工的自适应吹气装置，其特征在于，所述销钉、吹气滑块、驱动盘上的弧形槽成套设置，数量为四个，配合伺服电机实现吹气孔位置的径向移动。

3.一种用于激光振镜环形扫描加工的自适应吹气应用方法，使用如权利要求1所述的一种激光振镜环形扫描加工的自适应吹气装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、激光扫描振镜头上位机根据工件制孔大小，绘制加工图形；

S4、激光器开启，同时气源接通，吹气滑块开始轴向吹气，同时，侧吹快速接头开始侧向吹气工作。

4.根据权利要求3所述的一种用于激光振镜环形扫描加工的自适应吹气应用方法，其特征在于，所述吹气孔径向运动行程范围为0～40mm。