一種具有擺動功能的激光切割頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于激光切割領(lǐng)域，具體涉及一種具有擺動功能的激光切割頭。
【背景技術(shù)】
[0002]激光切割作為一種已經(jīng)比較成熟的加工工藝，大量應(yīng)用于各種金屬加工行業(yè)當(dāng)中，憑借其柔性化程度高、加工效率高、綜合成本低、精度高、熱影響區(qū)小等優(yōu)點成為不可或缺的一道工序。而隨著其加工對象從二維平面向等截面型材甚至曲面沖壓件的擴展，激光加工裝備的關(guān)鍵部分切割頭也經(jīng)歷開始細(xì)分為2D/2.5D/3D幾種分類。
[0003]在現(xiàn)在激光切割領(lǐng)域中，常常使用擺動切割頭，擺動切割頭的關(guān)鍵點在于如何實現(xiàn)擺動功能，原始的做法是手動調(diào)整切割頭的擺角，目前常用伺服電機控制切割頭，伺服電機控制切割頭主要有以下形式:一是使用2D切割頭改裝，二是使用直驅(qū)馬達(dá)，三是使用伺服電機。
[0004]其中，使用2D切割頭改裝的形式，其為外光路設(shè)計，并且由于機械運動軸線和激光束軸線不同軸，零件集成度低，體積大，擺動的范圍受到自身尺寸的限制，由于其回轉(zhuǎn)軸線與質(zhì)心偏移量很大，其運動的速度、精度、響應(yīng)都比較差，屬于最簡易原始的一種擺動切割頭，因為其性能較差趨于淘汰。
[0005]第二種和第三種主要是驅(qū)動方式的區(qū)別，目前直驅(qū)馬達(dá)占據(jù)主流，直驅(qū)馬達(dá)主要有無傳動鏈、精度高、動作快的優(yōu)點，但是它的缺點也很明顯:1、直驅(qū)馬達(dá)動態(tài)剛性低，動作的準(zhǔn)確性很容易被負(fù)載的變化或者外力干擾，而影響切割；2、系統(tǒng)阻尼比低，容易引起共振；3、發(fā)熱較大，耗電高，對于激光切割頭這種密封性要求很高的部件，散熱智能靠熱傳動的方式，在高強度重載連續(xù)工作的情況下容易過熱報警；4、售價非常昂貴，購買和維修的成本很高；5、不便于維修保養(yǎng)，直驅(qū)電機必須要使得激光從其中心孔穿孔，作為其位置反饋元件的編碼器相應(yīng)的必須選用大直徑中空式的圓光柵，該元件價格昂貴，而且容易受損，而且該元件緊密地嵌入在切割頭機械結(jié)構(gòu)內(nèi)部，更換時需要徹底拆解，不易維修更換。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種擺動式可調(diào)激光切割頭方案，該切割頭可以快速準(zhǔn)確的完成激光切割過程中的切割頭擺動偏角需要(行程可達(dá)±120° )，同時具備較高的傳動精度及傳動剛性，使其在動作中時刻保持軌跡準(zhǔn)確，并且具備自動變焦功能，在穿孔和切割過程中可以實時改變焦點位置，無需手動調(diào)整。
[0007]為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]一種具有擺動功能的激光切割頭，其包括擺動組件和支撐并且給所述擺動組件提供驅(qū)動力的固定組件，所述擺動組件包括:第一連接件、設(shè)置在所述第一連接件內(nèi)的可變曲率反射鏡、固定于所述第一連接件下端的聚焦鏡、設(shè)置于所述聚焦鏡下端的電容傳感器以及設(shè)置在所述電容傳感器下端的噴嘴，所述固定組件包括第二連接件、連接到所述第二連接件上的支撐軸承、與所述支撐軸承連接的齒輪箱、以及與所述齒輪箱連接的伺服電機，所述齒輪箱連接所述擺動組件，所述齒輪箱將所述伺服電機輸出的扭矩放大轉(zhuǎn)換為驅(qū)動所述擺動組件擺動的回轉(zhuǎn)運動。
[0009]在本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括，所述齒輪箱與所述支撐軸承外圈固定，所述齒輪箱內(nèi)部包括主動齒輪和從動齒輪，所述主動齒輪與所述伺服電機的輸出軸連接，所述主動齒輪將所述伺服電機的扭矩傳遞給所述從動齒輪；所述從動齒輪包括兩片齒輪，兩片所述齒輪分別與所述支撐軸承的內(nèi)圈連接。
[0010]在本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括，所述伺服電機為帶抱閘功能的伺服電機。
[0011]在本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括，所述可變曲率反射鏡通過氣壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)輸入氣壓來控制其曲率變化。
[0012]在本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括，所述第一連接件為等邊直角三角形，通過等邊直角三角形提供安裝可變曲率反射鏡的45°傾斜安裝面，所述可變曲率反射鏡設(shè)置在所述第一連接件的斜邊側(cè)。
[0013]在本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括，還包括平面反射鏡，所述平面反射鏡設(shè)置在所述第二連接件上。
[0014]在本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括，所述第二連接件為等邊三角形，所述平面反射鏡設(shè)置在所述第二連接件的直角三角形的斜邊側(cè)。
[0015]在本實用新型的一個較佳實施例中，進一步包括，還包括接口，所述接口設(shè)置在所述第二連接件的一直角邊的端面，所述接口將激光切割頭連接到激光切割機本體上。
[0016]本實用新型的有益效果是:
[0017]其一、該切割頭可以快速準(zhǔn)確的完成激光切割過程中的切割頭擺動偏角需要(行程可達(dá)±120° )，同時具備較高的傳動精度及傳動剛性，使其在動作中時刻保持軌跡準(zhǔn)確，并且具備自動變焦功能，在穿孔和切割過程中可以實時改變焦點位置，無需手動調(diào)整。
[0018]其二、本實用新型中的切割頭可以配合管材切割機使用，其能夠精確切割出同一平面的斷面，其擺角精確可以參數(shù)化設(shè)定；其具備氣動伺服調(diào)焦功能，切割不同材質(zhì)厚度的工件時，僅需參數(shù)設(shè)定即可調(diào)整焦點位置，無需手動調(diào)整。
[0019]其三、本實用新型的切割頭的整體傳動剛性高，當(dāng)做高加速度切割運動時，切割頭自身能夠準(zhǔn)確可靠的維持其角度恒定。
[0020]其四、本實用新型的切割頭的傳動精度高，由于引入了消隙齒輪結(jié)構(gòu)，消除了換向的運動間隙，實現(xiàn)了較高精度的擺角，重復(fù)定位精度可達(dá)±0.5°以上。
[0021]其五、本實用新型的切割頭的成本低，因為整個系統(tǒng)中沒有昂貴的直驅(qū)電機和大直徑圓光柵，因此制造和維修成本較使用直驅(qū)電機的方案明顯降低；并且伺服電機與編碼器均在機械結(jié)構(gòu)外圍，維護保養(yǎng)簡便，更換僅需拆解4顆螺釘。
[0022]其六、本實用新型的切割頭的能耗低且無明顯發(fā)熱，切割頭運動到設(shè)定位置后，其主要通過機械結(jié)構(gòu)自身阻尼及伺服電機保持其位置，僅需勵磁繞組維持很小電流即可，控制繞組中無電流。
[0023]其七、本實用新型的切割頭的重量輕，由于采用2級減速，總減速比可達(dá)100:1，因此只需要很小的電機既可以產(chǎn)生足夠的扭矩驅(qū)動并維持切割頭的擺角，而傳統(tǒng)的直驅(qū)電機若要達(dá)到相同扭矩，體積重量均要大出許多。
[0024]其八、本實用新型的切割頭的安全性高，在急?；虻綦姷那闆r下，本實用新型的擺動切割頭的位置能夠因為其自身的機械阻尼和電機抱閘不依賴外部能量或指令進行自鎖，不會發(fā)生切割頭撞擊工件的事故，故障排除后可以在停機位置開始繼續(xù)加工，而使用直驅(qū)馬達(dá)或其他不具備自鎖功能傳動方案的擺動切割頭，在該種情況下切割頭會立即失去動力，掉落至其重心最低位置。
[0025]其九、本實用新型的切割頭的扭矩大，由于總減速比很大，可以使得其輸出很高的轉(zhuǎn)矩，可以驅(qū)動大尺寸長焦距的聚焦鏡組件。而現(xiàn)有技術(shù)中采用直驅(qū)方案的擺動切割頭，必須特別注意輕量化及配重平衡的問題，否則會嚴(yán)重影響其動態(tài)響應(yīng)特性。
[0026]其十、本實用新型的切割頭無震蕩，現(xiàn)有技術(shù)中的切割頭使用直驅(qū)馬達(dá)驅(qū)動的擺動切割頭在保持靜止?fàn)顟B(tài)時，由于其自身阻尼很低，整體處于一種小幅度高頻震蕩的狀態(tài)，很容易引起共振。而本實用新型的切割頭由于自身阻尼及傳動特性，無明顯震蕩。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本實用新型實施例技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為圖1中齒輪箱的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3為實施例2縱截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]其中，1-固定組件，11-接口，12-平面反射鏡，13-支撐軸承，14-齒輪箱，141-主動齒輪，142-從動齒輪，15-伺服電機，16-第二連接件，2-擺動組件，21-第一連接件，22-可變曲率反射鏡，23-聚焦鏡，24-電容傳感器，25-噴嘴，3-準(zhǔn)直鏡。
【具體實施方式】
[0032]下面將結(jié)合本實用新型實施例