CN114619156B - 一种便于拆换的水冷式激光切割头 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种便于拆换的水冷式激光切割头，属于激光切割设备技术领域。包括基座和激光头；激光头上方的基座上固定有水箱，水箱下固定有环形支撑板；环形支撑板下固定有绕基座轴心均布的铰接座；散热片的上端铰接在铰接座上，散热片可沿铰接座朝向远离激光头的一侧转动；散热片中设置有水道，散热片的水道通过软管连接水箱；激光头表面开设有上散热通槽和下散热通槽；散热片的竖向部上开设有竖向滑槽和斜向滑槽；定位环滑动安装在散热片的竖向滑槽中。本发明散热片均布在激光头周围，扩大了散热面积，提高了散热效率，保证激光切割机可以长时间持续运行；通过定位环可以控制散热片的开合，便于更换新的激光头，提高了设备的安全性。

Description

一种便于拆换的水冷式激光切割头

技术领域

本发明涉及激光切割设备技术领域，具体是一种便于拆换的水冷式激光切割头。

背景技术

随着激光技术的不断发展，现在的光纤激光切割机已经逐步取代了气体激光切割机。激光切割机具有精度高、切割速度快、不局限于切割图案限制、能自动排版节省材料、切口平滑和加工成本低等特点。激光切割头是激光切割机的重要组成部分，目前市场上对大功率的激光切割头的需求越来越大，然而激光切割头的功率越大，激光切割头发热也就越严重。所以激光切割头需要配置冷却结构，确保激光切割机的工作持续性。

中国专利公开了一种冷却激光切割头（CN214079801U），涉及到激光加工设备领域，包括本体，本体包括镜筒部和倒锥部，镜筒部与倒锥部同轴固定连接；镜筒部上套设有水冷套，水冷套内设有冷循环通道，冷循环通道绕着镜筒部设置；水冷套上设有与冷循环通道相通的进水口和出水口，冷却水从进水口进入冷循环通道循环后从出水口流出；倒锥部上套设有风冷套，风冷套与倒锥部之间形成有与外界相通的风道口，风冷套上设置有与风道口相通的进风口，冷却风从进风口进入后从风道口的开口处吹出；利用水冷循环来对镜筒部进行冷却，利用风冷来对倒锥部进行冷却，两种冷却方式同步进行，从而实现对激光切割头的高效冷却，保证激光切割头在工作时温度的恒定，实现切割质量的提高。

上述技术存在的不足是：

通过安装在切割头之外的水冷套、风冷套散热，水冷套、风冷套散热面积小，散热效率较低。尤其是切割头下端锥形部的面积更小，而其热量也更集中，风冷效果差，该技术难以满足高功率的激光切割机切割头散热。

针对不同材质、不同厚度的板材，需要使用不同切割焦点的激光切割头。而且，激光切割头的聚焦镜使用寿命也有限。因此，激光切割头也是需要常常更换。激光切割头更换时，需要先拆除冷却结构，导致拆卸效率低。即使将冷却结构与激光切割头做成一体，也需要重新连接冷却系统，操作麻烦，容易引起冷却系统密封泄漏。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种便于拆换的水冷式激光切割头。

本发明通过以下技术方案实现：一种便于拆换的水冷式激光切割头，包括基座和安装在基座下的激光头，基座和激光头同轴心布置；所述激光头包括上部的柱形部和下部的锥形部。

所述激光头上方的基座上固定有水箱，水箱下固定有环形支撑板；所述环形支撑板下固定有绕基座轴心均布的铰接座；散热片的上端铰接在所述铰接座上，散热片可沿所述铰接座朝向远离激光头的一侧转动；所述散热片中设置有水道，散热片的水道通过软管连接所述水箱。

所述激光头的柱形部表面开设有上散热通槽，激光头的锥形部的表面开设有下散热通槽，上散热通槽和下散热通槽对接连通；所述散热片包括竖向部和倾斜部；所述竖向部的内侧边与所述柱形部的上散热通槽嵌合，倾斜部的内侧边与所述锥形部的下散热通槽嵌合。

所述散热片的竖向部上开设有竖向滑槽，散热片的倾斜部上开设有斜向滑槽，斜向滑槽上端与竖向滑槽下端对接连通，竖向滑槽上端敞口；定位环滑动安装在散热片的竖向滑槽中，定位环外侧固定连接有金属片；所述竖向滑槽上端敞口处固定有磁铁，所述定位环的金属片吸附在磁铁下表面。

优选的：所述水箱呈环形，水箱套装固定在基座上；水箱中设置有内环形水腔和外环形水腔，内环形水腔和外环形水腔之间通过环形隔板分割；所述外环形水腔上部连接有上进水管，外环形水腔下部连接有下出水管；所述内环形水腔上部连接有上出水管，内环形水腔下部连接有下进水管。

优选的：所述散热片上端靠外位置设置有进水口，散热片上端靠内位置设置有出水口；所述散热片的进水口通过软管连接水箱的下出水管，散热片的出水口通过软管连接水箱的下进水管。

优选的：所述水箱的上进水管连接高压水源，水箱的上出水管连接至回水箱总成。

优选的：所述铰接座包括一对耳板，两所述耳板之间安装有销轴；所述散热片上端固定有连接板，连接板安装孔套装在销轴上，连接板与两耳板采用间隙配合。

优选的：所述定位环外侧固定连接有6个所述金属片，6个金属片绕定位环中心均布，金属片呈“L”型；所述磁铁共设有6个，6个磁铁固定在对应的6个散热片上。

优选的：所述水道包括从散热片上端开设的竖向的第一盲孔和第二盲孔；在散热片下端同一位置开设有第三盲孔和第四盲孔，第三盲孔和第四盲孔呈“V”型；所述第三盲孔与第一盲孔相交，第四盲孔与第二盲孔相交。

工作时，高压水源将冷却水注入水箱的外环形水腔，外环形水腔内的冷却水通过软管进入散热片中，冷却水在散热片的水道中循环一周再通过软管进入水箱的内环形水腔；通过水冷式散热片对激光头进行冷却。当需要更换激光头时，克服磁铁的吸力向下移动定位环，定位环滑动至斜向滑槽的底部时，撑起散热片向外开合呈最大角度，留出足够的空间，便于激光头更换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

散热片均布在激光头周围，提高了散热面积；在激光头的锥形部，散热片的密度更高，可有效缓解激光头下端的局热问题，提高散热效率，保证激光切割机可以长时间持续运行。

散热片中设置有散热水道，散热水道与上端水箱中对应的内、外环形水腔连接；每一个散热片中散热水道为单独循环结构，大大提高了水道中冷却介质的循环效率，冷却介质的温度更低，进一步提高了散热效率。

需要更换激光头，通过定位环可以控制散热片的开合；散热片打开之后，激光头可以竖向向下移出，便于更换新的激光头；更换激光头之后，再通过定位环控制散热片闭合即可；不需要拆卸冷却结构，也不需要重新连接冷却系统，既提高了激光头的更换便捷性，也不会引起冷却系统密封的松动，提高了设备的安全性。

附图说明

图1是本发明水冷式激光切割头的剖视图（散热片闭合状态）。

图2是本发明水冷式激光切割头的剖视图（散热片打开状态）。

图3是图1中A-A向视图。

图4是图1中B处的放大图。

图5是环形支撑板与铰接座的结构示意图。

图6是散热片的结构示意图。

图7是定位环的结构示意图。

图中：1、基座；2、激光头；2-1、柱形部；2-2、锥形部；2-3、上散热通槽；2-4、下散热通槽；3、水箱；3-1、内环形水腔；3-2、外环形水腔；3-3、环形隔板；3-4、上进水管；3-5、下出水管；3-6、上出水管；3-7、下进水管；4、环形支撑板；5、铰接座；5-1、耳板；5-2、销轴；6、散热片；6-1、竖向部；6-2、倾斜部；6-3、竖向滑槽；6-4、斜向滑槽；6-5、进水口；6-6、出水口；6-7、连接板；7、软管；8、定位环；8-1、金属片；9、磁铁；10、水道；10-1、第一盲孔；10-2、第二盲孔；10-3、第三盲孔；10-4、第四盲孔。

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。

结合图1和图2所示，一种便于拆换的水冷式激光切割头，包括基座1和安装在基座1下的激光头2。基座1和激光头2同轴心布置，激光头2以上下插接的方式与基座1连接。激光头2包括上部的柱形部2-1和下部的锥形部2-2。柱形部2-1和锥形部2-2为一体结构，柱形部2-1和锥形部2-2的表面采用铜材制作。以上为现有技术，本实施例不做赘述。

结合图1、图2和图4所示，激光头2上方的基座1上固定有水箱3。水箱3呈环形结构，水箱3下固定有环形支撑板4。水箱3、环形支撑板4与基座1同轴心布置。环形支撑板4下固定有绕基座1轴心均布的铰接座5。起到散热作用的散热片6采用铜材制作，散热片6上端铰接在铰接座5上。散热片6中设置有单向循环的水道10，散热片6的水道10通过软管7连接水箱3。工作时，散热片6吸收激光头2的热量，散热片6中流动的冷却水来对散热片6进行散热。散热片6呈辐射状布置，增加散热面，配合流动的冷却水能提高激光头2散热效果。

再结合图5所示，铰接座5包括一对平行的耳板5-1，两耳板5-1之间固定安装有销轴5-2。散热片6上端固定有连接板6-7，连接板6-7可以采用隔热材料制作。连接板6-7上端开设安装孔，安装孔回转套装在销轴5-2上，连接板6-7与两个耳板5-1采用间隙配合。散热片6可沿铰接座5朝向远离或靠近激光头2的一侧转动，两耳板5-1与散热片6之间采用略小配合间隙，确保两耳板5-1对散热片6的转动起到限位作用，散热片6在回转时，可以顺利的进入激光头2表面的通槽。

结合图4所示，水箱3焊接固定在基座1上。水箱3中设置有内环形水腔3-1和外环形水腔3-2。内环形水腔3-1和外环形水腔3-2之间通过环形隔板3-3分割，内环形水腔3-1和外环形水腔3-2相互独立。外环形水腔3-2上部连接有上进水管3-4，外环形水腔3-2下部连接有下出水管3-5。内环形水腔3-1上部连接有上出水管3-6，内环形水腔3-1下部连接有下进水管3-7。

散热片6上端靠外位置设置有进水口6-5，散热片6上端靠内位置设置有出水口6-6。散热片6的进水口6-5通过软管7连接水箱3的下出水管3-5，下出水管3-5的个数与散热片6一致。散热片6的出水口6-6通过软管7连接水箱3的下进水管3-7，下进水管3-7的个数与散热片6一致。水箱3的上进水管3-4连接高压水源，水箱3的上出水管3-6连接至回水箱总成，上进水管3-4和上出水管3-6设置一个即可。

结合图6所示，水道10包括从散热片6上端开设的竖向的第一盲孔10-1和第二盲孔10-2。在散热片6下端同一位置开设有第三盲孔10-3和第四盲孔10-4，第三盲孔10-3和第四盲孔10-4呈“V”型，第三盲孔10-3和第四盲孔10-4下端通过螺堵密封。第三盲孔10-3与第一盲孔10-1相交，第四盲孔10-4与第二盲孔10-2相交。水道10中通过单向的水流，流动的水流提高散热片6的散热效果。

结合图1至图3，以及图6所示，激光头2的柱形部2-1表面开设有上散热通槽2-3，激光头2的锥形部2-2的表面开设有下散热通槽2-4。上散热通槽2-3和下散热通槽2-4对接连通，上散热通槽2-3和下散热通槽2-4在同一竖向平面中。散热片6包括竖向部6-1和倾斜部6-2；竖向部6-1的内侧边与柱形部2-1的上散热通槽2-3嵌合，倾斜部6-2的内侧边与锥形部2-2的下散热通槽2-4嵌合。竖向部6-1和倾斜部6-2的内侧边开设倒角，便于竖向部6-1和倾斜部6-2可以顺利的嵌入激光头2中。

散热片6的竖向部6-1上开设有竖向滑槽6-3，散热片6的倾斜部6-2上开设有斜向滑槽6-4。斜向滑槽6-4上端与竖向滑槽6-3下端对接连通，竖向滑槽6-3上端敞口。

再结合图7所示，定位环8滑动安装在散热片6的竖向滑槽6-3中，定位环8外侧固定连接有6个金属片8-1，6个金属片8-1绕定位环8中心均布，金属片8-1呈“L”型。6个散热片6的竖向滑槽6-3上端敞口处固定有磁铁9，磁铁9与定位环8上的金属片8-1一一对应。定位环8的金属片8-1吸附在磁铁9下表面，实现对定位环8的固定。

工作时，高压水源将冷却水注入水箱3的外环形水腔3-2，外环形水腔3-2产生一定的内压力；外环形水腔3-2内的冷却水通过软管7进入散热片6中，冷却水在散热片6的水道10中循环一周再通过软管7进入水箱3的内环形水腔3-1，然后回流至回水箱总成，形成一个完整的冷却循环。

如图1所示，定位环8吸附定位在散热片6上的磁铁9下，定位环8压在散热片6的竖向滑槽6-3中，将散热片6压紧在激光头2上。激光头2在工作时，通过散热片6来散热，降低激光头2的温度。

如图2所示，需要更换激光头2时，克服磁铁9的吸力向下移动定位环8，定位环8沿着竖向滑槽6-3、斜向滑槽6-4向下滑动；定位环8滑动至斜向滑槽6-4的底部时，撑起散热片6向外开合呈最大角度，留出可以供激光头2拆卸安装的空间，实现激光头2的便捷更换。

本实施例中将散热片6均布在激光头2周围，提高了散热面积；在激光头2的锥形部，散热片6的密度更高，可有效缓解激光头2下端的局热问题，提高散热效率，保证激光切割机可以长时间持续运行；

散热片6中设置有用于散热的水道10，水道10与上端水箱3中对应的内、外环形水腔连接；每一个散热片6中的水道10为单独循环结构，大大提高了水道10中冷却介质的循环效率，冷却介质的温度更低，进一步提高了散热效率；

需要更换激光头2，通过定位环8可以控制散热片6的开合；散热片6打开之后，激光头2可以竖向向下移出，便于更换新的激光头2；更换激光头2之后，再通过定位环8控制散热片6闭合即可；不需要拆卸冷却结构，也不需要重新连接冷却系统，既提高了激光头2的更换便捷性，也不会引起冷却系统密封的松动，提高了设备的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种便于拆换的水冷式激光切割头，包括基座（1）和安装在基座（1）下的激光头（2），基座（1）和激光头（2）同轴心布置；所述激光头（2）包括上部的柱形部（2-1）和下部的锥形部（2-2）；

其特征在于：

所述激光头（2）上方的基座（1）上固定有水箱（3），水箱（3）下固定有环形支撑板（4）；所述环形支撑板（4）下固定有绕基座（1）轴心均布的铰接座（5）；散热片（6）的上端铰接在所述铰接座（5）上，散热片（6）可沿所述铰接座（5）朝向远离激光头（2）的一侧转动；所述散热片（6）中设置有水道（10），散热片（6）的水道（10）通过软管（7）连接所述水箱（3）；

所述激光头（2）的柱形部（2-1）表面开设有上散热通槽（2-3），激光头（2）的锥形部（2-2）的表面开设有下散热通槽（2-4），上散热通槽（2-3）和下散热通槽（2-4）对接连通；所述散热片（6）包括竖向部（6-1）和倾斜部（6-2）；所述竖向部（6-1）的内侧边与所述柱形部（2-1）的上散热通槽（2-3）嵌合，倾斜部（6-2）的内侧边与所述锥形部（2-2）的下散热通槽（2-4）嵌合；

所述散热片（6）的竖向部（6-1）上开设有竖向滑槽（6-3），散热片（6）的倾斜部（6-2）上开设有斜向滑槽（6-4），斜向滑槽（6-4）上端与竖向滑槽（6-3）下端对接连通，竖向滑槽（6-3）上端敞口；定位环（8）滑动安装在散热片（6）的竖向滑槽（6-3）中，定位环（8）外侧固定连接有金属片（8-1）；所述竖向滑槽（6-3）上端敞口处固定有磁铁（9），所述定位环（8）的金属片（8-1）吸附在磁铁（9）下表面。

2.根据权利要求1所述的一种便于拆换的水冷式激光切割头，其特征在于：所述水箱（3）呈环形，水箱（3）套装固定在基座（1）上；水箱（3）中设置有内环形水腔（3-1）和外环形水腔（3-2），内环形水腔（3-1）和外环形水腔（3-2）之间通过环形隔板（3-3）分割；所述外环形水腔（3-2）上部连接有上进水管（3-4），外环形水腔（3-2）下部连接有下出水管（3-5）；所述内环形水腔（3-1）上部连接有上出水管（3-6），内环形水腔（3-1）下部连接有下进水管（3-7）。

3.根据权利要求2所述的一种便于拆换的水冷式激光切割头，其特征在于：所述散热片（6）上端靠外位置设置有进水口（6-5），散热片（6）上端靠内位置设置有出水口（6-6）；所述散热片（6）的进水口（6-5）通过软管（7）连接水箱（3）的下出水管（3-5），散热片（6）的出水口（6-6）通过软管（7）连接水箱（3）的下进水管（3-7）。

4.根据权利要求2所述的一种便于拆换的水冷式激光切割头，其特征在于：所述水箱（3）的上进水管（3-4）连接高压水源，水箱（3）的上出水管（3-6）连接至回水箱总成。

5.根据权利要求1所述的一种便于拆换的水冷式激光切割头，其特征在于：所述铰接座（5）包括一对耳板（5-1），两所述耳板（5-1）之间安装有销轴（5-2）；所述散热片（6）上端固定有连接板（6-7），连接板（6-7）安装孔套装在销轴（5-2）上，连接板（6-7）与两耳板（5-1）采用间隙配合。

6.根据权利要求1所述的一种便于拆换的水冷式激光切割头，其特征在于：所述定位环（8）外侧固定连接有6个所述金属片（8-1），6个金属片（8-1）绕定位环（8）中心均布，金属片（8-1）呈“L”型；所述磁铁（9）共设有6个，6个磁铁（9）固定在对应的6个散热片（6）上。

7.根据权利要求1所述的一种便于拆换的水冷式激光切割头，其特征在于：所述水道（10）包括从散热片（6）上端开设的竖向的第一盲孔（10-1）和第二盲孔（10-2）；在散热片（6）下端同一位置开设有第三盲孔（10-3）和第四盲孔（10-4），第三盲孔（10-3）和第四盲孔（10-4）呈“V”型；所述第三盲孔（10-3）与第一盲孔（10-1）相交，第四盲孔（10-4）与第二盲孔（10-2）相交。

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