CN113664395A - 一种用于高功率激光切割头的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高功率激光切割头的冷却装置，包括载体，所述载体内连接设有高度传感器，所述载体连接在激光切割机的机体上，所述载体的外圆周上套设有与载体抵触的冷却块，所述冷却块远离所述载体的一侧连接设有气冷组件，所述气冷组件与激光切割机的机体连接，所述冷却块通过气冷组件的支撑能在载体上滑动；本发明通过气冷组件内的导气管以及冷却块实现对载体表面的温度的分级降温，从而使高度传感器升温速率较慢，进而确保高度传感器在较长的时间内监测精准，并且设置的水冷箱，从而确保载体的温度始终在高度传感器的安全范围内，并且提醒操作人员对装置进行停机保护。

Description

一种用于高功率激光切割头的冷却装置

【技术领域】

本发明涉及激光切割设备，具体地说，是一种用于高功率激光切割头的冷却装置。

【背景技术】

当前在高功率激光切割过程中，光与金属板材接触聚焦大量的热使得金属板材达到熔点或汽化临界点从而实现金属切割。而激光切割为非接触式切割方式，常使用电容传感器方式进行定高切割。在碳钢氧气切割过程中，切割氧化还原反应中释放的大量热烘烤切割头底部传感器，使切割头内部镜片受热，使得传感器内部电容值产生变化从而导致切割头高度上抬，导致切割不稳定甚至切割丢失等情况，并且在对切割头进行降温时，通过单一形式的降温方式无法满足对切割头的完全降温，并且在通过普通的水冷降温时，需要从外端接入水源，从而造成冷水管缠绕较为繁琐的情况发生。

【发明内容】

本发明的目的是针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种用于高功率激光切割头的冷却装置，通过气冷组件与冷却块对载体的表面进行冷却降温，从而避免载体内部的高度传感器升温较快，影响切割效率与切割精度，通过气冷组件、冷却块与水冷箱三种冷却方式，实现对载体的分级冷却，确保在高度传感器的环境温度不被影响，同时当水冷箱工作的同时，提醒操作人员对激光切割装置进行停机保护。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：一种用于高功率激光切割头的冷却装置，包括载体，载体内连接设有高度传感器，载体连接在激光切割机的机体上，载体的外圆周上套设有与载体抵触的冷却块，冷却块远离载体的一侧连接设有气冷组件，气冷组件与激光切割机的机体连接，冷却块与气冷组件之间设有驱动装置，冷却块通过驱动装置的驱动能在载体上滑动；

冷却块靠近地面的一端还转动设有水冷箱，水冷箱内设有供液体存放的液体腔，液体腔部分贯穿靠近载体的一侧设有出液口，出液口内设有用于控制液体流动的压力阀；

当载体激光切割机刚开始工作时，首先通过气冷组件对载体的表面进行温度抑制；

当载体因工作时间较长，表面温度持续上升，使冷却块沿载体向靠近地面的一侧移动，进而通过固体之间的热传导提高对载体上的温度转移；

当载体超长时间工作后，冷却块不能满足对载体的温度转移，进而通过压力阀打开出液口，使水冷箱内的液体喷洒在载体上，实现蒸发降温。

作为本发明的进一步改进，冷却块靠近载体的一侧设有用于连接水冷管道的螺旋槽。

作为本发明的进一步改进，冷却块上连通设有供水冷管道连接回流孔，回流孔靠近载体的一侧与螺旋槽连通。

作为本发明的进一步改进，气冷组件包括位置约束的承载体，承载体内均匀设有若干导气管，导气管沿承载体的高度方向贯穿，且导气管向靠近切割区域的方向延伸，确保导气管在喷气时不会被冷却块所阻挡。

作为本发明的进一步改进，导气管远离切割区域的一端设有用于防止杂物进入的透风滤板。

作为本发明的进一步改进，承载体上开设有若干水循环腔，若干水循环腔之间相互连通，同时水循环腔上设有能与回流孔连通的接口。

作为本发明的进一步改进，冷却块与气冷组件之间连接设有导向轨，从而通过导向轨完成冷却块在载体上的移动。

作为本发明的进一步改进，载体靠近地面的一侧固定设有用于阻挡气冷组件风速的挡风块，挡风块圆周上设有引导风向的若干引风槽。

作为本发明的进一步改进，水冷箱与冷却块之间连接设有用于为水冷箱提供转动支撑的转动环。

作为本发明的进一步改进，水冷箱远离载体的一侧连通设有注液孔，注液孔靠近载体的一侧与液体腔连通，且注液孔位于转动环靠近地面的一侧。

本发明优点在于：1、通过气冷组件内的导气管以及冷却块实现对载体表面的温度的分级降温，从而使高度传感器升温速率较慢，进而确保高度传感器在较长的时间内监测精准，并且设置的水冷箱，从而确保载体的温度始终在高度传感器的安全范围内，并且提醒操作人员对装置进行停机保护。

2、通过气冷组件对冷却块进行支撑，同时通过气冷组件内的水循环腔内的水对冷却块吸收的热量进行转移，从而确保冷却块可以较长时间的对载体进行温度吸收。

3、通过设置的挡风块，进而将气冷组价产生的风力进行发散，避免风力带起的杂物对激光切割造成干扰，从而确保激光切割的精准性。

【附图说明】

附图1是一种用于高功率激光切割头的冷却装置的整体结构示意图；

附图2是附图1中另一个方向的结构示意图；

附图3是附图2中另一个方向的结构示意图；

附图4是附图3中整体结构的剖视结构示意图；

附图5是附图4中气冷组件与水冷箱的仰视结构示意图；

附图6是附图5中气冷组件的剖视结构示意图。

附图标记：1-载体、2-气冷组件、21-承载体、22-导气管、23-导向轨、24-水循环腔、3-冷却块、31-回流孔、32-螺旋槽、33-水冷箱、331-转动环、332-注液孔、333-液体腔、34-压力阀、4-挡风块、41-引风槽。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

本发明的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，具体是通过气冷组件先对载体的表面进行气冷降温，从而避免高度传感器升温较快，影响切割效率与切割精度，进而当气冷无法抑制载体的温度上升时，使冷却块与载体接触，从而通过热传递的方式对载体的降温，确保高度传感器在工作中不会发生失准的情况，并且在长时间持续使用后，通过水冷箱内的液体对载体进行降温，同时提醒操作人员对激光切割机进行停机保护。

如图1-图6所示，一种用于高功率激光切割头的冷却装置，包括载体1，载体1内连接设有高度传感器，载体1连接在激光切割机的机体上，载体1的外圆周上套设有与载体1抵触的冷却块3，冷却块3远离载体1的一侧连接设有气冷组件2，气冷组件2与激光切割机的机体连接，冷却块3与气冷组件2之间设有驱动装置，冷却块3通过驱动装置的驱动能在载体1上滑动；

冷却块3靠近地面的一端还转动设有水冷箱33，水冷箱33内设有供液体存放的液体腔333，液体腔333部分贯穿靠近载体1的一侧设有出液口，出液口内设有用于控制液体流动的压力阀34；

当载体1激光切割机刚开始工作时，首先通过气冷组件2对载体1的表面进行温度抑制；

当载体1因工作时间较长，表面温度持续上升，使冷却块3沿载体1向靠近地面的一侧移动，进而通过固体之间的热传导提高对载体1上的温度转移；

当载体1超长时间工作后，冷却块3不能满足对载体1的温度转移，进而通过压力阀34打开出液口，使水冷箱33内的液体喷洒在载体1上，实现蒸发降温。

当激光切割正在进行时，容易导致载体1过热从而影响高度传感器的传感器的测量精准，进而当载体1的温度较低时，通过气冷组件2产生的流动气体对载体1的表面温度进行抑制，从而避免载体1表面的温度上升较快，进而确保高度传感器被温度影响的时间拉长，从而确保激光切割的时间和精度；当载体1经过高功率高时长的激光影响后，通过气冷组件2产生的气体不能有效的对载体1进行降温，此时通过移动冷却块3，使冷却块3与载体1的发热部分接触，进而通过热传递的方式对载体1表面实现降温，从而进一步的抑制载体1的温度上升；当冷却块3不能对载体1表面进行很好地降温后，进而将使冷却块3向远离地面的一侧移动，进而使液体腔333处于高度传感器附近，此时冷却块3停止移动，进而打开压力阀34，从而使液体腔333内的液体喷洒至载体1上，从而实现对载体1的水冷降温，同时提醒工作人员此时载体1温度过载，对激光切割机进行停机保护，从而确保高度传感器的测量精度的同时，确保激光切割机的切割头不会发生损坏。同时通过驱动装置对冷却块3进行滑动驱动。

如图4所示，进一步的，冷却块3靠近载体1的一侧设有用于连接水冷管道(附图未显示)的螺旋槽32。

为了使冷却块3能对载体1进行更好的热传递作用，同时避免冷却块3无法长时间工作的问题发生，进而在冷却块3靠近载体1的一侧设有螺旋槽32，同时在螺旋槽32内连接设有导热通管，同时在导热通管内注入流通的水，从而通过冷却块3对载体1表面的热量进行吸收，同时冷却块3吸收的热量被导热通管吸收，进而通过导热通管内的液体流动对导热通管上热量进行吸收，从而确保导热通管始终可以对冷却块3上的热量进行吸收，冷却块3始终能对载体1上的热量进行吸收。导热通管上由导热性能较好的金属构成，例如铜。

如图1-图4所示，进一步的，冷却块3上连通设有供水冷管道连接回流孔31，回流孔31靠近载体1的一侧与螺旋槽32连通。

为了确保导热通管内的液体始终处于流动状态，从而在冷却块3上设置有用于导热通管连通外端的回流孔31，进而使导热通管的两端开口分别与外界的液体源接通，从而使导热通管内的液体的温度稳定，始终对导热通管具备冷却作用。

如图1-图4所示，进一步的，气冷组件2包括位置约束的承载体21，承载体21内均匀设有若干导气管22，导气管22沿承载体21的高度方向贯穿，且导气管22向靠近切割区域的方向延伸，确保导气管22在喷气时不会被冷却块3所阻挡。

为了确保对导气管22提供有效支撑，进而通过设置的承载体21，进而通过承载体21与支撑载体1的部分进行固定连接，从而确保承载体21的位置不会发生移动，进而实现对导气管22的位置进行确定，同时为了保证每个导气管22的喷气口都能对载体1的表面进行降温处理，进而将导气管22的延伸部分设置为可弯曲定型的管道，从而在激光切割机要工作时，将导气管22的延伸端对准载体1的外表面，从而确保导气管22能对载体1表面进行良好的气冷降温，并且不对冷却块3的移动产生影响，同时为了保证导气管22具备较好的通气环境，进而使导气管22沿承载体21的高度方向贯穿承载体21，从而方便气体进入，同时导气管22内部连接设有风机(附图未显示)，从而通过风机转动实现对导气管22内的气体循环。

如图2所示，进一步的，导气管22远离切割区域的一端设有用于防止杂物进入的透风滤板(附图未标注)。

为了防止导气管22在工作时有异物直接通过吸气端进入导气管22的内部，从而对导气管22造成损坏的情况发生，进而在导气管22的吸气端设施透风滤板。

如图6所示，进一步的，承载体21上开设有若干水循环腔24，若干水循环腔24之间相互连通，同时水循环腔24上设有能与回流孔31连通的接口。

为了使导热通管内部的水进行快速且有效的循环，进而在承载体21的内部设置有若干水循环腔24，同时每一个水循环腔24分别位于相邻的两个导气管22之间，同时通过管道使若干水循环腔24相互连通，进而当载体1的温度较高时，冷却块3在气冷组件2上向靠近载体1的位置完成后，此时导热通管的开口端恰好与水循环腔24上连通的接口相互连接，从而方便水循环腔24内的水流入至导热通管内。优选的，水循环腔24内的水通过水泵驱动。

需要特别说明的是，当导热通管未与水循环腔24的接口连通时，水循环腔24的接口始终处于封闭状态。同时为了提高冷却块3的散热效率，在冷却块3靠近载体1的一侧涂抹有导热材料。

如图6所示，进一步的，冷却块3与气冷组件2之间连接设有导向轨23，从而通过导向轨23完成冷却块3在载体1上的移动。

为了使气冷组件2能对冷却块3进行有效的支撑，同时使冷却块3能更好的移动，进而在冷却块3与气冷组件2之间设置用于冷却块3移动的导向轨23，导向轨23的动能可以由电力提供，从而确保冷却块3在移动的过程中不会脱落。

如图1-图4所示，进一步的，载体1靠近地面的一侧固定设有用于阻挡气冷组件2风速的挡风块4，挡风块4圆周上设有引导风向的若干引风槽41。优选的，引风槽41在挡风块4上的形状为弧形，即将与载体1平行的风向改为与载体1垂直的风向。

当气冷组件2在对载体1的表面进行气冷降温时，气体会沿着载体1的向加工区域移动，从而会对激光加工中的工件产生影响，从而导致激光加工的精密性下降，进而设置挡风块4对经过载体1的风力进行阻挡与发散，从而避免气冷的风直接作用在加工区域，从而确保载体1在气冷的过程中的切割精准性；并且设置的引风槽41，将挡风块4阻挡的风通过引风槽41使风向改变，从而避免挡风块4上端承受的风力较大，进而保持挡风块4承受的风压稳定，不至于使挡风块4发生移位脱落的危险。

如图1-图4所示，进一步的，水冷箱33与冷却块3之间连接设有用于为水冷箱33提供转动支撑的转动环331。

为了使水冷箱33在对载体1进行水冷时，为了避免水冷箱33在载体1上喷洒不均匀，致使载体1受热不均的情况发生，进而设置了用于为水冷向33提供转动力的转动环331，转动环331远离地面的一端固定连接在冷却块3上，转动环331靠近地面的一侧靠近水冷箱33的一侧设有转动齿轮(附图未显示)，传动齿轮的动力来源于电机(附图未显示)，同时在水冷箱33外表面设置可以啮合的齿形(附图未显示)，进而在水冷箱33进行水冷时，通过传动齿轮与水冷箱33的外表面的齿形接触，进而带动水冷箱33转动，实现对载体1表面的均匀降温。

如图3所示，进一步的，水冷箱33远离载体1的一侧连通设有注液孔332，注液孔332靠近载体1的一侧与液体腔333连通，且注液孔332位于转动环331靠近地面的一侧。

通过设置的注液孔332，进而当水冷箱33内的液体排出后，通过注液孔332进行注射补充，同时将注液孔332设置在转动环331靠近地面的一侧，进而当水冷箱33转动时，注液孔332不会与转动环331发生摩擦损坏的情况。

需要特别说明的是，液体腔333内的液体为易挥发的液体，从而避免液体沿载体1流动，影响激光的切割精准性。

进一步的，冷却块3是由导热性能较好的金属制成。

为了使冷却块3能对载体1上热量进行良好的吸收，进而冷却块3的材料选用导热性能较好的金属材料，包括但不限于铝制金属。

进一步的，为了使气冷组件2、冷却块3以及水冷箱33在不同的温度区间内工作，进而气冷组件2与冷却块3之间连接控制移动的温度传感器(附图未显示)，温度传感器能对载体1的温度进行监视测量。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高功率激光切割头的冷却装置，包括载体(1)，所述载体(1)内连接设有高度传感器，所述载体(1)连接在激光切割机的机体上，其特征在于，所述载体(1)的外圆周上套设有与载体(1)抵触的冷却块(3)，所述冷却块(3)远离所述载体(1)的一侧连接设有气冷组件(2)，所述气冷组件(2)与激光切割机的机体连接，所述冷却块(3)与所述气冷组件(2)之间设有驱动装置，所述冷却块(3)通过驱动装置的驱动能在载体(1)上滑动；

所述冷却块(3)靠近地面的一端还转动设有水冷箱(33)，所述水冷箱(33)内设有供液体存放的液体腔(333)，所述液体腔(333)部分贯穿靠近所述载体(1)的一侧设有供液体流向载体1的出液口，所述出液口内设有用于控制液体流动的压力阀(34)；

当载体1激光切割机刚开始工作时，首先通过气冷组件2对载体1的表面进行温度抑制；

当载体1因工作时间较长，表面温度持续上升，使冷却块3沿载体1向靠近地面的一侧移动，进而通过固体之间的热传导提高对载体1上的温度转移；

当载体1超长时间工作后，冷却块3不能满足对载体1的温度转移，进而通过压力阀34打开出液口，使水冷箱33内的液体喷洒在载体1上，实现蒸发降温。

2.根据权利要求1所述的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，所述冷却块(3)靠近载体(1)的一侧设有用于连接水冷管道的螺旋槽(32)。

3.根据权利要求2所述的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，所述冷却块(3)上连通设有供水冷管道连接的回流孔(31)，所述回流孔(31)靠近载体(1)的一侧与所述螺旋槽(32)连通。

4.根据权利要求3所述的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，所述气冷组件(2)包括位置约束的承载体(21)，所述承载体(21)内均匀设有若干导气管(22)，所述导气管(22)沿承载体(21)的高度方向贯穿，且导气管(22)向靠近切割区域的方向延伸，确保所述导气管(22)在喷气时不会被冷却块(3)所阻挡。

5.根据权利要求4所示的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，所述导气管(22)远离切割区域的一端设有用于防止杂物进入的透风滤板。

6.根据权利要求4所述的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，所述承载体(21)上开设有若干水循环腔(24)，所述若干水循环腔(24)之间相互连通，同时所述水循环腔(24)上设有能与回流孔(31)连通的接口。

7.根据权利要求1所述的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，驱动装置包括有设置在所述冷却块(3)与所述气冷组件(2)之间的导向轨(23)，从而通过导向轨(23)完成所述冷却块(3)在所述载体(1)上的移动。

8.根据权利要求1所述的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，所述载体(1)靠近地面的一侧固定设有用于阻挡气冷组件(2)风速的挡风块(4)，所述挡风板(4)圆周上设有引导风向的若干引风槽(41)。

9.根据权利要求1所述的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，所述水冷箱(33)与所述冷却块(3)之间连接设有用于为水冷箱(33)提供转动支撑的转动环(331)。

10.根据权利要求9所述的一种用于高功率激光切割头的冷却装置，其特征在于，所述水冷箱(33)远离所述载体(1)的一侧连通设有注液孔(332)，所述注液孔(332)靠近所述载体(1)的一侧与所述液体腔(333)连通，且所述注液孔(332)位于所述转动环(331)靠近地面的一侧。

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