CN2474264Y

CN2474264Y - 一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置

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Publication number: CN2474264Y
Application number: CN 00264775
Authority: CN
Inventors: 王红才; 杨明江; 韩延良
Original assignee: Institute of Mechanics of CAS
Current assignee: Institute of Mechanics of CAS
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2002-01-30
Anticipated expiration: 2010-12-13

Abstract

本实用新型涉及一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置。包括:机床主和副移动架是平行安装在机床导轨上,作同向运动的,机床主移动架的运动速率是副移动架运动速度的两倍;移动架与机械传动机构中的丝杆分别通过丝母连接机床主、副移动架与机床导轨滑配;激光器、机床主移动架上安一块全反镜、副移动架安两块全反镜形成光路的激光入射工件。该装置具有当机床移动架沿导轨移动时总光程保持不变的优点。

Description

一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置

本实用新型涉及一种激光导光装置，特别是涉及一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置。

若要完成激光加工操作，必须要有激光束与被加工工件之间的相对运动。激光束与工件之间的相对运动分为三种方式，一种是工件运动方式，一种是激光束运动方式，还有一种是二者的组合。如果工件比较大或比较重，一般采用激光束运动的方式。而激光束运动方式又分为两种方式，一种是导光装置运动方式，另一种是激光器运动方式。考虑到振动对激光器的影响很大，在许多场合都采用导光装置运动的方式。如：中国专利号：ZL94220848.X，发明名称：“用于轧辊表面毛化的激光加工设备”。该激光毛化设备总体结构示意图如图1所示，激光器固定在机床床尾，导光装置由机床移动架、机床导轨、光杆及其传动部分组成，通过机床移动架的左右移动将激光束传到轧辊表面。该导光装置的缺点：由于激光器固定不动，激光加工毛化过程中机床移动架左右移动时，从激光器到轧辊表面作用点的光程不相等，光斑大小不一致，导致毛化微坑大小不一致。

本实用新型的目的在于克服上述已有技术的缺点，在工件和激光器不动的情况下，为了达到从激光器到轧辊表面作用点的光程相等，实现光斑大小一致，毛化微坑大小一致，从而提供一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型提供的用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置包括：在机床导轨上安装的带有机械传动机构的移动架和光路部分，其特征在于：所述的机床主和副移动架是平行安装在机床导轨上，作同向运动的，机床主移动架的运动速率是机床副移动架运动速度的两倍；所述的机械传动机构包括三种传动机构，并且三种传动机构可以任意组合使用，机械传动机构中的丝杆分别通过丝母连接机床主、副移动架与机床导轨滑配；所述的光路部分包括一台激光器，激光器输出光入射在机床主移动架处开有一孔，输出光穿过机床主移动架，入射机床副移动架上所安装的第一块全反镜，机床副移动架上安有两块全反镜，经反射后的激光束到机床副移动架的第一块全反镜，经反射后入射机床副移动架的第二块全反镜，反射后激光从机床主移动架侧面入射到工件表面，其中从激光器输出光穿过机床主移动架上的孔入射到机床副移动架的第一块全反镜的光路与从机床副移动架的第二块全反镜到机床主移动架的全反镜的光路都与机床导轨平行。这样保证从激光器穿过机床主移动架到机床副移动架的第一块全反镜的光路与从机床副移动架的第二块全反镜到机床主移动架的全反镜的光路都与机床导轨平行。

所述的传动机构包括三种方式：第一种是采用调速电机、变速箱和丝杆传动方式；其中一台速度无级调速的电机主轴通过联节轴与变速箱联接，变速箱也通过联节轴与丝杆连接，丝杆通过丝母连接机床移动架与机床导轨滑配。

第二种是采用调速电机、变速箱、光杆、齿轮及齿条传动方式；其中一台速度无级可调的调速电机主轴通过联节轴与变速箱联接，变速箱也通过联节轴与光杆连接，光杆通过齿轮及齿条连接机床移动架与机床导轨滑配。

第三种是采用调速电机、变速箱、齿轮及齿条传动方式；其中一台速度无级可调的调速电机主轴通过联节轴与变速箱联接，变速箱通过齿轮及齿条连接机床移动架与机床导轨滑配。

第一种与第二种方式的共同点是调速电机与变速箱相对机床导轨固定，而第三种方式调速电机与变速箱相对机床移动架固定。如果机床主移动架的传动机构和机床副移动架的传动机构采用的是第一种方式或第二种方式，可共用调速电机和变速箱，但此时变速箱输出两个轴，分别用于连接驱动机床主移动架和机床副移动架的丝杆或光杆。另外，三种传动机构可以任意组合，在一台装置中可以组合成9种方式的传动机构，该传动机构的机床主移动架与机床副移动架在导轨上做同向运动，且机床主移动架的运动速率是机床副移动架的运动速率的两倍，因此保证了该激光加工系统具有等光程。

光路防护套用于光路防尘及保证人身安全，它有两种结构：一种是两段或两段以上的固定长度的金属套筒或塑料筒，它连接在激光器与机床主移动架光路之间；另一种是螺旋管状的金属筒，它连接在机床主移动架与机床副移动架光路之间。防护套的特点是的其长度可随机床主移动架和机床副移动架的移动而变化。

本实用新型提供的用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置的优点在于：该传动机构的机床主移动架与机床副移动架在导轨上做同向运动，且机床主移动架的运动速率是机床副移动架的运动速率的两倍，以及光路的设计，保证了从激光器到轧辊表面作用点的光程相等，激光光斑大小一致，因此毛化微坑大小一致，大大地提高了加工质量。该装置结构简单，易于操作。

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明：

图1用于轧辊表面毛化的激光加工设备总体结构示意图。

图2本实用新型的导光装置总体结构示意图。

图3实施例2机械传动机构结构示意图。

图4本实用新型的导光装置光程示意图。

图面说明如下：

1-轧辊；2-光路防护罩；3-气路；4-激光器；5-机床床头；6-监视器；7-机床导轨；8-机床移动架；9-激光头；10-光杆；11-机床床尾；12-机床副移动架第一块全反镜；13-机床副移动架第二块全反镜；14-机床主移动架调速电机；15-机床主移动架变速箱；16-机床副移动架调速电机；17-机床副移动架；18-机床主移动架；19-机床主移动架全反镜；20-丝杆；21-齿条。

实施例1：

本实施例是按图2制作一台具有等光程的运动式激光导光装置。采用一通常双导轨结构的车床，机床导轨7，机床主移动架18调速电机14为一台速度无级可调的伺服电机(使用型号为MDMA152A1A)，它通过联轴节与机床主移动架变速箱连接。变速箱15减速比为1∶2，它与一丝杆20连接。丝杆的螺距为10mm，它通过丝母连接机床主移动架18与机床导轨7滑配。机床副移动架调速电机16为一台速度无级可调的伺服电机(使用型号为MDMA102A1A)，它与机床副移动架变速箱连接。变速箱在机床副移动架内，它通过齿轮及齿条21连接机床副移动架与机床导轨7滑配。通过机床副移动架变速箱、齿轮及齿条的参数合理配置，保证机床主移动架调速电机14和机床副移动架调速电机16同向等速运行时机床主移动架与机床副移动架同向运动，且机床主移动架的运动速率是机床副移动架的运动速率的两倍，从而保证机床移动架沿机床导轨移动时光程相等。机床主移动架18设有通光孔，以让激光束输出穿过而射到机床副移动架的反射镜上。

光路部分包括机床主移动架18上的一块全反镜、机床副移动架17上的两块全反镜12与13和光路防护套2。激光束从激光器4发出，穿过机床主移动架18，到机床副移动架17的第一块全反镜12，经反射后到机床副移动架的第二块全反镜13，经反射后到机床主移动架18的全反镜19，经反射后从机床主移动架18的侧面射出到工件表面。从激光器4穿过机床主移动架18到机床副移动架17的第一块全反镜12的光路与从机床副移动架17的第二块全反镜13到机床主移动架18的全反镜19的光路在一铅直面上，前者在后者的下方，它们都与机床导轨7平行。光路防护套2有两种结构：一种是两段或两段以上的固定长度的金属套筒或塑料筒，用于激光器4与机床主移动架18之间的光路连接；另一种是螺旋管状的金属筒，用于机床主移动架18与机床副移动架17之间的光路连接。

实施例2：

本实施例是按图2和图4制作一台具有等光程的运动式激光导光装置。

实施例2与实施例1相比，光路部分完全相同，机械传动机构不相同。图3是该实施例的机械传动机构结构示意图。机床主移动架的调速电机14为一台速度无级可调的伺服电机(使用型号为MDMA252A1A)，它与机床主移动架变速箱15连接。机床副移动架的调速电机及其变速箱与机床主移动架的调速电机14及其变速箱15共用，但此时变速箱15输出两个轴，减速比分别为1∶2和1∶4，分别用于连接驱动机床主移动架18和机床副移动架17的两根丝杆20。，丝杆20的螺距为10mm，其中之一通过丝母连接机床主移动架18与机床导轨7滑配，其中之二通过丝母连接机床副移动架17与机床导轨7滑配。保证机床主移动架调速电机14运行时机床主移动架18与机床副移动架17同向运动，且机床主移动架的运动速率是机床副移动架的运动速率的两倍，从而保证机床移动架沿机床导轨移动时光程相等。

本实施例的导光装置光程示意如图4所示，附图4中带箭头的粗线表示一段光路及其传输方向。光路说明：

S：激光器光束输出点；

A₀：运动前机床副移动架的第一块全反镜中心；

B₀：运动前机床副移动架的第二块全反镜中心：

C₀：运动前机床主移动架的全反镜中心；

D₀：运动前工件表面激光作用点；

A₁：运动后机床副移动架的第一块全反镜中心；

B₁：运动后机床副移动架的第二块全反镜中心；

C₁：运动后机床主移动架的全反镜中心；

D₁：运动后工件表面激光作用点；假设机床主移动架以速率v沿机床导轨向激光器方向移动时间t。运动前激光器到工件表面激光作用点的总光程由光路SA₀、A₀B₀、B₀C₀和C₀D₀组成，可表示为：

L₀＝SA₀＋A₀B₀＋B₀C₀＋C₀D₀式中SA₀、A₀B₀、B₀C₀和C₀D₀分别表示相应光路的光程。运动前激光器到工件表面激光作用点的总光程由光路SA₁、A₁B₁、B₁C₁和C₁D₁组成，可表示为：

L₁＝SA₁＋A₁B₁＋B₁C₁＋C₁D₁式中SA₁、A₁B₁、B₁C₁和C₁D₁分别表示相应光路的光程。

由于运动时机床副移动架的两台全反镜之间，机床主移动架的全反镜与工件表面激光作用点之间的光路固定不动，故有关系式：

A₁B₁＝A₀B₀，C₁D₁＝C₀D₀而 A₀A₁＝vt/2，C₀C₁＝vt得 SA₁＝SA₀－A₀A₁＝SA₀－vt/2B₁C₁＝B₀C₀＋C₀C₁－A₀A₁＝B₀C₀＋vt－vt/2＝B₀C₀＋vt/2从而 L₁＝SA₁＋A₁B₁＋B₁C₁＋C₁D₁

＝SA₀－vt/2＋A₀B₀＋B₀C₀＋vt/2＋C₀D₀

＝SA₀＋A₀B₀＋B₀C₀＋C₀D₀

＝L₀所以机床移动架沿机床导轨向激光器方向移动的过程中总光程保持不变。类似可证明机床移动架沿机床导轨背离激光器方向移动时导光装置光程总光程保持不变。

实施例3

该装置的结构完全与实施例1相同，只是两台机床移动架的机械传动机构，均采用其中一台速度无级可调的调速电机与变速箱连接，变速箱与丝杆连接，丝杆通过丝母连接机床移动架与机床导轨滑配；

实施例4

该装置的结构完全与实施例1相同，只是两台机床移动架的机械传动机构，均采用其中一台速度无级可调的调速电机与变速箱连接，变速箱与光杆连接，光杆通过齿轮及齿条连接机床移动架与机床导轨滑配。

实施例5

该装置的结构完全与实施例1相同，只是两台机床移动架的机械传动机构，均采用其中一台速度无级可调的调速电机与变速箱连接，变速箱通过齿轮及齿条连接机床移动架与机床导轨滑配。

实施例6-9的结构完全与实施例1相同，只是两台机床移动架的机械传动机构，采用除本实用新型中的实施例1-5的组合外的其余6种方式的任意组合。

Claims

1、一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置，包括：在机床导轨上安装的带有机械传动机构的移动架和光路部分，其特征在于：所述的机床主和副移动架是平行安装在机床导轨上，作同向运动的，机床主移动架的运动速率是机床副移动架运动速度的两倍；所述的机械传动机构包括三种传动机构，并且三种传动机构可以任意组合使用，机械传动机构中的丝杆分别通过丝母连接机床主、副移动架与机床导轨滑配；所述的光路部分包括一台激光器，激光器输出光入射在机床主移动架处开有一孔，输出光穿过机床主移动架，入射机床副移动架上所安装的第一块全反镜，机床副移动架上安有两块全反镜，经反射后的激光束到机床副移动架的第一块全反镜，经反射后入射机床副移动架的第二块全反镜，反射后激光从机床主移动架侧面入射到工件表面，其中从激光器输出光穿过机床主移动架上的孔入射到机床副移动架的第一块全反镜的光路与从机床副移动架的第二块全反镜到机床主移动架的全反镜的光路都与机床导轨平行。

2、根据权利要求1所述的一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置，其特征在于：所述的三种机械传动机构之一是由一台速度无级调速的电机主轴通过联节轴与变速箱联接，变速箱也通过联节轴与丝杆连接，丝杆通过丝母连接机床移动架与机床导轨滑配。

3、根据权利要求1所述的一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置，其特征在于：所述的三种机械传动机构之一是采用一台速度无级可调的调速电机主轴通过联节轴与变速箱联接，变速箱也通过联节轴与光杆连接，光杆通过齿轮及齿条连接机床移动架与机床导轨滑配。

4、根据权利要求1所述的一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置，其特征在于：所述的三种机械传动机构之一是采用一台速度无级可调的调速电机主轴通过联节轴与变速箱联接，变速箱通过齿轮及齿条连接机床移动架与机床导轨滑配。

5、根据权利要求1所述的一种用于激光加工系统中具有等光程的运动式导光装置，其特征在于：还包括在光路上安装光路防护套，该光路防护套是一种由两段或两段以上的固定长度的、螺旋管状的金属套筒或塑料筒，它接连在激光器与机床主移动架的光路之间。