CN115945800A - 一种水压均衡的激光加工头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光加工技术领域，具体是涉及一种水压均衡的激光加工头，包括具有安装腔的壳体件，所述安装腔中自上向下依次设置有激光窗口镜和喷嘴，所述激光窗口镜和所述喷嘴之间设置有水光耦合腔，所述水光耦合腔与外界注水装置连通，所述喷嘴具有与所述水光耦合腔连通的狭口，所述水光耦合腔中设置有消除水流脉动的稳流机构，本发明通过在水光耦合腔中设置稳流机构，使得稳流机构能够消除注入到水光耦合腔中液体的脉动，以此使得稳定的水流能够平稳的穿过狭口以形成稳定的水柱，进一步提高激光切割的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体是涉及一种水压均衡的激光加工头。
背景技术
水导激光加工技术是一种微细水射流引导激光进行加工的技术，由于激光在水中与空气中的折射率不同，使水中传播的激光在水束与空气的界面上发生全反射而被限制在水束内，水束起导光纤维的作用。
现有激光耦合头中，水光耦合腔中的液体会存在脉动，进而会导致脉动会对激光的折射产生影响，进而使得激光无法稳定的被聚集以穿过宝石的狭口，同时穿过狭口且具有脉冲的液体无法稳定的喷出，基于此，本发明中，提出了一种水压均衡的激光加工头，以解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，提供一种水压均衡的激光加工头，通过在水光耦合腔中设置稳流机构，使得稳流机构能够消除注入到水光耦合腔中液体的脉动，解决了水光耦合腔中的脉动流体影响激光折射的问题。
为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种水压均衡的激光加工头，包括具有安装腔的壳体件，所述安装腔中自上向下依次设置有激光窗口镜和喷嘴，所述激光窗口镜和所述喷嘴之间设置有水光耦合腔，所述水光耦合腔与外界注水装置连通，所述喷嘴具有与所述水光耦合腔连通的狭口，所述水光耦合腔中设置有消除水流脉动的稳流机构。
优选地，所述稳流机构包括设置在所述水光耦合腔中的折流件，以及设置在所述折流件中可吸储和释放脉动动能的缓冲件。
优选地，所述折流件将所述水光耦合腔分为与所述狭口连通的稳流腔，以及与外界注水装置连通的紊流腔，所述折流件具有同轴设置在所述水光耦合腔中的折流环腔，所述折流环腔具有与所述紊流腔连通的第一通道，以及与所述稳流腔连通的第二通道，所述第一通道和第二通道相互远离，水流沿所述水光耦合腔的轴向自第一通道流向第二通道，所述缓冲件设置在所述折流环腔中。
优选地，所述缓冲件为弹簧，所述弹簧同轴地设置在所述折流环腔中。
优选地，所述缓冲件为橡胶圈。
优选地，所述折流环腔中设置有限位环，所述限位环与所述折流环腔形成与所述橡胶环过盈配合的限位槽。
优选地，所述折流环腔至少有两个。
优选地，所述折流件包括同轴设置在所述水光耦合腔中的第一折流筒、第二折流筒和第三折流筒，所述第一折流筒、第二折流筒和第三折流筒的内径依次减小，所述第一折流筒、第二折流筒和第三折流筒的端部依次交错地与所述水光耦合腔的端面连接，所述第一折流筒、第二折流筒和第三折流筒之间依次形成内径逐渐减小的折流环腔。
优选地，所述折流件还包括与所述水光耦合腔顶面卡接的第一安装环，以及与所述水光耦合腔底面卡接的第二安装环，所述第一折流筒和第三折流筒同轴地设置在第二安装环的顶端，所述第二折流筒同轴地设置在第一安装环的底端。
优选地，所述第一安装环的外圆周面设置有第一固定筒，所述第一固定筒与所述水光耦合腔内壁过盈配合，所述第二安装环的外圆周面上设置有与其同轴的第二固定筒，所述第二固定筒与所述水光耦合腔的内壁过盈配合。
本发明相比较于现有技术的有益效果是：
1.本发明通过在水光耦合腔中设置稳流机构，使得稳流机构能够消除注入到水光耦合腔中液体的脉动，以此使得稳定的水流能够平稳的穿过狭口以形成稳定的水柱，进一步提高激光切割的稳定性；
2.本发明通过将存在脉动动能的压力峰值的流体作用在缓冲件上后，缓冲件能够吸收该动能而发生弹性变形；相反的，当压力谷值的流体作用在缓冲件上后，缓冲件则释放该动能而恢复弹性变形，依靠缓冲件吸储和释放脉动动能的过程，使脉动液体的动能得到平抑，从而起到消除压力脉动的效果，以此使得液体能够在稳流腔中稳定。
附图说明
图1是一种水压均衡的激光加工头的第一种实施例的结构示意图；
图2是图1的A处局部放大图；
图3是图1的B处局部放大图；
图4是图1的C处局部放大图；
图5是一种水压均衡的激光加工头的第一种实施例中稳流机构在第一种视角下的立体分解图；
图6是一种水压均衡的激光加工头的第一种实施例中稳流机构在第二种视角下的立体分解图；
图7是一种水压均衡的激光加工头的第二种实施例的结构示意图；
图8是图7的D处局部放大图；
图9是一种水压均衡的激光加工头的第二种实施例中稳流机构在第一种视角下的立体分解图；
图10是一种水压均衡的激光加工头的第二种实施例中稳流机构在第二种视角下的立体分解图。
图中标号为：
11-壳体件；
111-注液头；
112-注气头；
12-上螺纹件；
13-下螺纹件；
131-第一气道；
14-激光窗口镜；
15-支架；
16-宝石；
161-狭口；
17-内螺纹件；
171-第二气道；
18-喷嘴；
21-紊流腔；
22-稳流腔；
3-稳流机构；
31-折流环腔；
311-第一通道；
312-第二通道；
32-限位环；
33-第一折流筒；
34-第二折流筒；
35-第三折流筒；
36-第一安装环；
361-第一固定筒；
37-第二安装环；
371-第二固定筒；
38-缓冲件。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1、图4或图7所示，本实施例提供：
一种水压均衡的激光加工头，包括具有安装腔的壳体件11，所述安装腔中自上向下依次设置有激光窗口镜14和喷嘴18，所述激光窗口镜14和所述喷嘴18之间设置有水光耦合腔，所述水光耦合腔与外界注水装置连通，所述喷嘴18具有与所述水光耦合腔连通的狭口161，所述水光耦合腔中设置有消除水流脉动的稳流机构3。
水导激光装置包括壳体件11，壳体件11具有上下贯穿的安装腔，所述安全腔中自上向下依次设置有上螺纹件12和下螺纹件13，所述上螺纹件12和下料螺纹件之间形成可与外界注水装置连通的水光耦合腔，所述上螺纹件12的底端设置有激光窗口镜14，所述下螺纹件13中自上向下依次设置有支架15和内螺纹件17，所述内螺纹件17中设置有喷嘴18，所述支架15上设置带有狭口161的宝石16，通过支架15能够便于更换宝石16，以降低成本。
如图3所示，所述内螺纹件17的内圆周面和所述喷嘴18的外圆周面之间具有预留缝隙，下螺纹件13上设置有可与外界注气装置连通的第一气道131，所述内螺纹件17上设置有第二气道171，所述第二气道171连通第一气道131和预留缝隙，通过注气装置可向第一气道131中输入高压气体，进而使得高压气体依次通过第二气道171和预留缝隙，使得高压气体向下喷射，使得高压气体包裹在水柱的外围，以此保护水柱，提高水柱的抗干扰性，使得水柱更加聚拢不分散；同时，高压气体向下吹出，推开某些零部件表面的滴滴水珠或液滴等，利于激光的射出等。
喷嘴18中的喷射通道与支架15上的水柱喷射通道同轴设置，使得高压气体对水柱的包裹效果更好等。
所述壳体件11上还设置有注液头111和注气头112，通过注液头111可向所述水光耦合腔中注入高压液体，通过注气头112可向第一气道131中注入高压气体。
上螺纹件12中孔且底端设置有阶梯槽，所述激光窗口镜14设置在所述阶梯槽中，在水光耦合腔中高压液体的作用下，激光窗口镜14可被稳定地压在阶梯槽中而无法脱落。
通过外界注水装置向水光耦合腔中注入高压液体，因激光束通过激光窗口镜14聚集并穿过宝石16的狭口161，因管道压力的作用，液体会产生脉动，而当该种具有脉动的液体注入到水光耦合腔中时，脉动会对激光的折射产生影响，进而使得激光无法稳定的被聚集以穿过宝石16的狭口161，同时穿过狭口161且具有脉冲的液体无法稳定的喷出，因此需要稳定的液体平稳的穿过狭口161，进而形成稳定的水柱。
本实施例通过在水光耦合腔中设置稳流机构3，使得稳流机构3能够消除注入到水光耦合腔中液体的脉动，以此使得稳定的水流能够平稳的穿过狭口161以形成稳定的水柱，进一步提高激光切割的稳定性。
如图2所示，所述稳流机构3包括设置在所述水光耦合腔中的折流件，以及设置在所述折流件中可吸储和释放脉动动能的缓冲件38。
通过将折流件设置在所述水光耦合腔中，以增长液体在水光耦合腔中流动路程，同时将缓冲件38设置在折流件中，使得在折流件中具有脉动的液体能够被缓冲件38缓冲，进而消除液体的脉冲，使得紊流的液体被稳定，从而使得平稳的液体进入到水光耦合腔中，并通过宝石16的狭口161向下喷出。
如图2所示，所述折流件将所述水光耦合腔分为与所述狭口161连通的稳流腔22，以及与外界注水装置连通的紊流腔21，所述折流件具有同轴设置在所述水光耦合腔中的折流环腔31，所述折流环腔31具有与所述紊流腔21连通的第一通道311，以及与所述稳流腔22连通的第二通道312，所述第一通道311和第二通道312相互远离，水流沿所述水光耦合腔的轴向自第一通道311流向第二通道312，所述缓冲件38设置在所述折流环腔31中。
通过折流件将水光耦合腔分为紊流腔21和稳流腔22，使得紊流腔21中的液体通过折流件后再流入到稳流腔22中，液体通过第一通道311流向第二通道312，在此过程中，液体沿水光耦合腔的轴向流动，通过将缓冲件38设置在所述折流环腔31中，使得液体产生的脉动作用于缓冲件38上，从而使得缓冲件38能够吸收液体的脉冲，进而使得液体在穿过折流环腔31时，液体能够平稳的流向稳流腔22，以此提高液体的稳定性。
如图2、图5和图6所示，所述缓冲件38为弹簧，所述弹簧同轴地设置在所述折流环腔31中。
作为本申请的第一种实施例，存在脉动动能的压力峰值的流体作用在弹簧上后，弹簧能够吸收该动能而发生弹性变形；相反的，当压力谷值的流体作用在弹簧上后，弹簧则释放该动能而恢复弹性变形，依靠弹簧吸储和释放脉动动能的过程，使脉动液体的动能得到平抑，从而起到消除压力脉动的效果，以此使得液体能够在稳流腔22中稳定。
所述弹簧为波簧或其他截面扁平的簧体，波簧或其他截面扁平的簧体与折流环腔31中的液体接触面积较大，因此波簧或其他截面扁平的簧体能够更好的吸储和释放脉动动能，进一步提高结构的稳定性。
如图7、图9和图10所示，所述缓冲件38为橡胶圈。
作为本申请的第二种实施例，所述橡胶圈为空心圈体或实心圈体，橡胶圈在受力作用下可形变，而在无作用力时可恢复形变，因此将橡胶圈设置在折流环腔31中，使得液体自第一通道311流动第二通道312时，使得具有脉动的液体作用于橡胶圈，使得橡胶圈变形而吸储或释放脉动动能。
如图8所示，所述折流环腔31中设置有限位环32，所述限位环32与所述折流环腔31形成与所述橡胶环过盈配合的限位槽。
通过将橡胶圈设置在折流环腔31中，而在脉动液体的作用下，橡胶圈会因水流的作用而逐渐脱离折流环腔31，因此通过在折流环腔31中设置限位环32，使得限位环32和所述折流环腔31形成限位槽，使得橡胶圈设置在限位槽中，而限位槽的槽口朝向限位环32的轴线，在水流的作用下，橡胶圈不易或无法脱离限位槽，以此能够提高结构的稳定性。
如图2和图8所示，所述折流环腔31至少有两个。
通过设置至少两个折流环腔31，以此使得液体能够多次经过折流环腔31，从而使得具有脉动的流体能够稳定地流过折流环腔31，从而对脉动的流体进行多次平抑。
如图2、图8、图9和图10所示，所述折流件包括同轴设置在所述水光耦合腔中的第一折流筒33、第二折流筒34和第三折流筒35，所述第一折流筒33、第二折流筒34和第三折流筒35的内径依次减小，所述第一折流筒33、第二折流筒34和第三折流筒35的端部依次交错地与所述水光耦合腔的端面连接，所述第一折流筒33、第二折流筒34和第三折流筒35之间依次形成内径逐渐减小的折流环腔31。
为使得折流件能够形成至少两个折流环腔31，通过将内径逐渐减小的第一折流筒33、第二折流筒34和第二折流筒34同轴地设置在水光耦合腔中，使得第一折流筒33的顶端与水光耦合腔的顶面形成通道，而使得第二折流筒34的底端与水光耦合腔的底面形成通道，并使得第三折流筒35的顶端与水光耦合腔的顶面形成通道，以此使得紊流腔21中的液体能够有序以此地通过第一折流筒33、第二折流筒34和第三折流筒35之间的折流环腔31，从而在液体的流动过程中，使得缓冲件38能够对液体的脉动进行平抑。
如图2和图8所示，所述折流件还包括与所述水光耦合腔顶面卡接的第一安装环36，以及与所述水光耦合腔底面卡接的第二安装环37，所述第一折流筒33和第三折流筒35同轴地设置在第二安装环37的顶端，所述第二折流筒34同轴地设置在第一安装环36的底端。
为使得第一折流筒33、第二折流筒34和第三折流筒35能够稳定地设置在水光耦合腔中时，通过将第一折流筒33和第二折流筒34与第二安装环37同轴固定连接，而将第二折流筒34和第一安装环36固定连接，使得第一安装环36和第二安装环37能够分别地设置在水光耦合腔的顶端和底端，以此使得第一折流筒33、第二折流筒34和第三折流筒35能够稳定地设置在水光耦合腔中无法脱落。
如图2和图8所示，所述第一安装环36的外圆周面设置有第一固定筒361，所述第一固定筒361与所述水光耦合腔内壁过盈配合，所述第二安装环37的外圆周面上设置有与其同轴的第二固定筒371，所述第二固定筒371与所述水光耦合腔的内壁过盈配合。
通过在第一固定环的外圆周面上设置第一固定筒361，使得第一固定筒361能够同轴拧接在上螺纹件12的底端，或将第一固定筒361与水光耦合腔的内壁过盈配合，以使得第一安装环36能够被稳定地设置在水光耦合腔的顶端，同理，通过第二固定通过能够将第二固定环稳定地设置在水光耦合腔的底端。
以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种水压均衡的激光加工头，包括具有安装腔的壳体件(11)，所述安装腔中自上向下依次设置有激光窗口镜(14)和喷嘴(18)，所述激光窗口镜(14)和所述喷嘴(18)之间设置有水光耦合腔，所述水光耦合腔与外界注水装置连通，所述喷嘴(18)具有与所述水光耦合腔连通的狭口(161)，其特征在于，所述水光耦合腔中设置有消除水流脉动的稳流机构(3)。
2.根据权利要求1所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述稳流机构(3)包括设置在所述水光耦合腔中的折流件，以及设置在所述折流件中可吸储和释放脉动动能的缓冲件(38)。
3.根据权利要求2所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述折流件将所述水光耦合腔分为与所述狭口(161)连通的稳流腔(22)，以及与外界注水装置连通的紊流腔(21)，所述折流件具有同轴设置在所述水光耦合腔中的折流环腔(31)，所述折流环腔(31)具有与所述紊流腔(21)连通的第一通道(311)，以及与所述稳流腔(22)连通的第二通道(312)，所述第一通道(311)和第二通道(312)相互远离，水流沿所述水光耦合腔的轴向自第一通道(311)流向第二通道(312)，所述缓冲件(38)设置在所述折流环腔(31)中。
4.根据权利要求3所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述缓冲件(38)为弹簧，所述弹簧同轴地设置在所述折流环腔(31)中。
5.根据权利要求3所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述缓冲件(38)为橡胶圈。
6.根据权利要求5所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述折流环腔(31)中设置有限位环(32)，所述限位环(32)与所述折流环腔(31)形成与所述橡胶环过盈配合的限位槽。
7.根据权利要求3-6中任意一项所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述折流环腔(31)至少有两个。
8.根据权利要求3-6中任意一项所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述折流件包括同轴设置在所述水光耦合腔中的第一折流筒(33)、第二折流筒(34)和第三折流筒(35)，所述第一折流筒(33)、第二折流筒(34)和第三折流筒(35)的内径依次减小，所述第一折流筒(33)、第二折流筒(34)和第三折流筒(35)的端部依次交错地与所述水光耦合腔的端面连接，所述第一折流筒(33)、第二折流筒(34)和第三折流筒(35)之间依次形成内径逐渐减小的折流环腔(31)。
9.根据权利要求8所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述折流件还包括与所述水光耦合腔顶面卡接的第一安装环(36)，以及与所述水光耦合腔底面卡接的第二安装环(37)，所述第一折流筒(33)和第三折流筒(35)同轴地设置在第二安装环(37)的顶端，所述第二折流筒(34)同轴地设置在第一安装环(36)的底端。
10.根据权利要求9所述的一种水压均衡的激光加工头，其特征在于，所述第一安装环(36)的外圆周面设置有第一固定筒(361)，所述第一固定筒(361)与所述水光耦合腔内壁过盈配合，所述第二安装环(37)的外圆周面上设置有与其同轴的第二固定筒(371)，所述第二固定筒(371)与所述水光耦合腔的内壁过盈配合。
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