一种激光三维切割装置.pdf

本发明公开一种激光三维切割装置，其包括C轴、与C轴连接的A轴、驱动C轴的电机一、驱动A轴的电机二以及与A轴连接的切割头，C轴和A轴均设有激光通道，激光发生器通过激光通道将激光传递给切割头，C轴套设有过孔式导电滑环，过孔式导电滑环的上端连接所述电机一；过孔式导电滑环的下端设有高低压切割辅助气体输送通道，通过高低压切割辅助气体输送通道将高低压切割气体输送到切割头，高低压切割辅助气体输送通道套设在C轴下端且不随C轴旋转。本发明的激光三维切割装置采用力矩电机直接驱动，整个装置的扭转刚性高，在有限的装置尺寸下，很好的适应高速三维切割的需求。

1.  一种激光三维切割装置，其包括C轴、与所述C轴连接的A轴、驱动所述C轴的电机一、驱动所述A轴的电机二以及与A轴连接的切割头，所述C轴和A轴均设有激光通道，激光发生器通过所述激光通道将激光传递给所述切割头，其特征在于，所述C轴套设有过孔式导电滑环，所述过孔式导电滑环的上端连接所述电机一；所述过孔式导电滑环的下端设有高低压切割辅助气体输送通道，通过所述高低压切割辅助气体输送通道将高低压切割气体输送到切割头，所述高低压切割辅助气体输送通道套设在所述C轴下端且不随所述C轴旋转。

2.  根据权利要求1所述的一种激光三维切割装置，其特征在于，所述电机一和所述电机二均为力矩电机，所述C轴垂直于所述A轴，所述A轴垂直于所述切割头；所述C轴与所述A轴连接拐角处设有第一反射镜，所述A轴与所述切割头连接拐角处设有第二反射镜。

3.  根据权利要求2所述的一种激光三维切割装置，其特征在于，还包括反射镜座一和反射镜座二，所述反射镜座一连接所述C轴和所述A轴，所述第一反射镜设置在所述反射镜座一上；所述反射镜座二连接所述A轴和所述切割头，所述第二反射镜设置在所述反射镜座二上。

4.  根据权利要求3所述的一种激光三维切割装置，其特征在于，还包括冷却水通道，所述冷却水输送通道设置在所述高低压切割辅助气体输送通道的一侧，所述冷却水输送通道与所述高低压切割辅助气体输送通道均匀的排布所述C轴的外周，所述冷却水通道输送冷却水来冷却所述第一反射镜、第二反射镜的镜片和设置在所述切割头中的聚焦镜。

5.  根据权利要求4所述的一种激光三维切割装置，其特征在于，所述冷却水输送通道与所述高低压切割辅助气体输送通道均由旋转格莱圈密封。

6.  根据权利要求5所述的一种激光三维切割装置，其特征在于，还包括法兰，所述法兰连接所述C轴和所述反射镜座一，所述冷却水通道的出入口 径向设置在所述法兰周边。

7.  根据权利要求1所述的一种激光三维切割装置，其特征在于，所述过孔式导电滑环中间设有用于传输激光光束的中心通孔，所述过孔式导电滑环的内壁为屏蔽机构，所述屏蔽机构隔离传导到所述电机二的动力电和模拟信号及数字信号。

一种激光三维切割装置
技术领域
本发明属于激光切割领域，具体涉及一种激光三维切割装置。
背景技术
在现有的激光切割技术中，能够实现三维切割的激光三维切割工作头，如图1和图2中所示，其采用齿轮或者同步带传动机构实现A、C轴驱动，其具有较长的传动链。但是，由于机构整体尺寸的限制，切割工作头传动链长导致整体扭转刚性不高，难以适应三维激光切割对高加速度的性能要求。而且，因为传动链复杂，导致了使用维护成本偏高，另外由于齿轮副等传动机构的引入，引入反向间隙和节距误差等，最终导致三维切割头的控制精度严重下降，控制的困难程度严重增加。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光三维切割装置，该装置利用力矩电机和负载直接连接的特点，消除了减速机、齿轮副、同步带等对整个装置系统性能及精度造成的影响，同时由于力矩电机结构的紧凑性，无需联轴器等附属设备，降低了设备整体的尺寸及惯量，进一步提高了装置的性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种激光三维切割装置，其包括C轴、与所述C轴连接的A轴、驱动所述C轴的电机一、驱动所述A轴的电机二以及与A轴连接的切割头，所述C轴和A轴均设有激光通道，激光发生器通过所述激光通道将激光传递给所述切割头，所述C轴套设有过孔式导电滑环，所述过孔式导电滑环的上端连接所述电机一；所述过孔式导电滑环的下端设有高低压切割辅助气体输送通道，通过所述高低压切割辅助气体输送通道将高低压切割气体输送到切割头，所述高低压切割辅助气体输送通道套设在所述C轴下端且不随所述C轴旋转。
在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述电机一和所述电机二均为力矩电机，所述C轴垂直于所述A轴，所述A轴垂直于所述切割头；所述C轴与所述A轴连接拐角处设有第一反射镜，所述A轴与所述切割头连接拐角处设有第二反射镜。
在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，还包括反射镜座一和反射镜座二，所述反射镜座一连接所述C轴和所述A轴，所述第一反射镜设置在所述反射镜座一上；所述反射镜座二连接所述A轴和所述切割头，所述第二反射镜设置在所述反射镜座二上。
在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，还包括冷却水通道，所述冷却水输送通道设置在所述高低压切割辅助气体输送通道的一侧，所述冷却水输送通道与所述高低压切割辅助气体输送通道均匀的排布所述C轴的外周，所述冷却水通道输送冷却水来冷却所述第一反射镜、第二反射镜的镜片和设置在所述切割头中的聚焦镜。
在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述冷却水输送通道与所述高低压切割辅助气体输送道通均由旋转格莱圈密封。
在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，还包括法兰，所述法兰连接所述C轴和所述反射镜座一，所述冷却水通道的出入口径向设置在所述法兰周边。
在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述过孔式导电滑环中间设有用于传输激光光束的中心通孔，所述过孔式导电滑环的内壁为屏蔽机构，所述屏蔽机构隔离传导到所述电机二的动力电和模拟信号及数字信号。
本发明的有益效果是:
其一、本发明的激光三维切割装置采用力矩电机直接驱动，消除了现有技术中齿轮产生的反向间隙，消除节距误差，消除了同步带柔性导致的误差，整个装置的扭转刚性高，在有限的装置尺寸下，很好的适应高速三维切割的需求。
其二、本发明的切割装置结构简单，简化了设备的机械传动结构，提高 了机构效率，降低了故障率，降低了装置的维护成本。
其三、本发明中的C轴能够实现360°无限回转，提高了切割效率，并且A轴有±135°摆角范围，可满足绝大多数激光三维加工的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中采用传动齿轮驱动的三维切割装置。
图2为现有技术中采用同步带传动机构的三维切割装置。
图3为本发明的三维切割装置的剖面结构示意图。
其中：10-电机一，11-C轴，12-过孔式导电滑环，13-旋转格莱圈，14-冷却水通道，15-高低压切割辅助气体输送通道，16-反射镜座一，17-反射镜座二，20-法兰，30-电机二，31-A轴，41-第一反射镜，42-第二反射镜，50-切割头，60-A轴传动齿轮，61-C轴传动齿轮。
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作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。
实施例
如图3所示，本实施例中公开了一种激光三维切割装置，其包括C轴11、与上述C轴11连接的A轴31、驱动上述C轴11的电机一10、驱动上述A轴31的电机二30以及与A轴31连接的切割头50，上述C轴11和A轴31均设有激光通道，激光发生器通过上述激光通道将激光传递给上述切割头50来实现切割功能。
在本实施例中，上述电机一10和上述电机二30均为力矩电机，通过力 矩电机以及与它们配合的环形编码器取代普通的伺服电机、减速机及相关传动机构(图1和图2)，实现对A轴31和C轴11的旋转控制。
在本实施例中，上述激光三维切割装置利用力矩电机和负载直接连接的特点，消除了减速机、齿轮副、同步带等对系统性能及精度造成的影响。同时，由于力矩电机结构的紧凑性，无需联轴器等附属设备，降低了设备整体的尺寸及惯量，进一步提高了系统的性能。
具体的，上述C轴11垂直于上述A轴31，上述A轴31垂直于上述切割头50，上述C轴11通过反射镜座一16连接上述A轴31，上述A轴31通过反射镜座二17连接上述切割头50，即通过上述反射镜座一16和反射镜座二17将上述C轴11和A轴31以及切割头50组成一个椅字形状。
为了使激光光束顺利的到达切割头50端部，在上述反射镜座一16的折弯处设置有一个第一反射镜41，在上述反射镜座二17的折弯处设有一个第二反射镜42，上述第一反射镜41和第二反射镜42的两个镜片是相对的，并且它们平行设置，激光光束通过反射镜的作用折弯到达切割头50。
为了提高整个装置的可靠稳定性，在上述C轴11套设有过孔式导电滑环12，上述过孔式导电滑环12的上端连接上述电机一10；上述过孔式导电滑环12的下端设有高低压切割辅助气体输送通道15，通过上述高低压切割辅助气体输送通道15将高低压切割气体输送到切割头50，上述高低压切割辅助气体输送通道15套设在上述C轴11下端且不随上述C轴11旋转。
具体的，上述过孔式导电滑环12中间设有用于传输激光光束的中心通孔，上述过孔式导电滑环12的内壁为屏蔽机构，上述屏蔽机构隔离传导到上述电机二30的动力电和模拟信号及数字信号。上述过孔式导电滑环12传导A轴驱动电机二30的动力电、数字量输入输出信号以及模拟量的高度跟踪信号，因为其内部的屏蔽机构能够妥善的隔离动力电以及模拟信号及数字信号，防止造成相互干扰，影响了设备的可靠性。
在本实施例的装置中，还设置有冷却水通道14，上述冷却水输送通14道设置在上述高低压切割辅助气体输送通道15的一侧，上述冷却水输送通道14 与上述高低压切割辅助气体输送通道15均匀的排布上述C轴11的外周，上述冷却水通道输14送冷却水来冷却上述第一反射镜41和第二反射镜42的镜片，保证了切割的稳定性。
为了保证气体和冷却水输送的密闭性和稳定性，将上述冷却水输送通道14与上述高低压切割辅助气体输送通道15均由旋转格莱圈13密封。旋转格莱圈13将冷却水输送通道和高低压切割辅助气体输送通道可靠隔离、密封，并且它们均不受C轴11旋转的影响。
上述C轴11和上述反射镜座一16通过一个法兰20连接，上述冷却水通道14的一个进水口穿过上述法兰20。
本发明的激光三维切割装置的工作原理：利用无框架的力矩电机和负载直接连接的特点，消除了减速机、齿轮副、同步带等对系统性能及精度造成的影响；同时，由于力矩电机结构的紧凑性，无需联轴器等附属设备，降低了设备整体的尺寸及惯量，进一步提高了系统的性能；采用过孔式导电滑环，实现电机动力电，及模拟、数字信号的传输；采用旋转格莱圈密封，实现高低压切割辅助气体，及聚焦镜片冷却水的传输；采用过孔式导电滑环及旋转密封是实现激光中心传输，及切割头C轴的360°无限旋转的关键技术；并且A轴能够在+/-135°摆角范围内转动，可满足绝大多数激光三维加工的要求。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。