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目前三維激光切割機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，主要有以下幾點(diǎn)：

隨著加工件復(fù)雜程度提升，平面激光切割機(jī)已無(wú)法滿足部分行業(yè)的加工需求，三維激光切割機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。三維激光切割機(jī)設(shè)備可對(duì)工件進(jìn)行多角度、多方位的柔性切割，加工方式更加靈活，能有效提升加工效率，廣泛應(yīng)用于汽車、航天航空工業(yè)、工程機(jī)械、造船、模具、健身器材、鈑金加工等制造領(lǐng)域。

三維激光切割技術(shù)還廣泛應(yīng)用在模具制造、雕刻、石油工業(yè)等行業(yè)之中。在印刷行業(yè)中，激光雕刻切割機(jī)利用激光的高能量性和高效率性，通過(guò)程序控制對(duì)橡膠版進(jìn)行燒蝕，制造出的印刷版不僅成本低，而且雕刻精細(xì)，質(zhì)量很高；在模具制造領(lǐng)域，可以用于加工模具、試模、制造模具。由模具CAD和激光切割相結(jié)合能夠完成模具內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造，如深孔、型孔、中空體以及復(fù)雜的冷卻水道；用激光精細(xì)切割薄鋼板，然后將其疊加成凹?；蛲鼓?。在石油工業(yè)中，用該技術(shù)來(lái)加工割縫篩管。

目前，市場(chǎng)上的三維激光切割系統(tǒng)均采用二次折返鏡全反射光路結(jié)構(gòu)，其有光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試難度大，維護(hù)成本高，光路不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種混合反射式三維聯(lián)動(dòng)激光切割頭，以解決現(xiàn)有三維激光切割系統(tǒng)存在的光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試難度大，維護(hù)成本高，光路不穩(wěn)定的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種混合反射式三維聯(lián)動(dòng)激光切割頭，包括聚焦模塊、防碰撞模塊、隨動(dòng)模塊、光學(xué)元件模塊、光纖90°模塊、擺動(dòng)軸模塊、旋轉(zhuǎn)軸模塊、垂直主軸模塊及旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊，其中防碰撞模塊的上、下端分別與擺動(dòng)軸模塊和聚焦模塊連接，所述擺動(dòng)軸模塊可驅(qū)動(dòng)所述聚焦模塊繞水平軸上下方向擺動(dòng)，所述隨動(dòng)模塊和光學(xué)元件模塊設(shè)置于所述擺動(dòng)軸模塊內(nèi)，所述隨動(dòng)模塊與所述防碰撞模塊連接，用于驅(qū)動(dòng)所述聚焦模塊沿豎直方向升降，所述光學(xué)元件模塊與光纖線纜連接，用于光束的傳輸和轉(zhuǎn)向，所述光纖90°模塊為所述擺動(dòng)軸模塊與旋轉(zhuǎn)軸模塊之間的過(guò)渡連接模塊，所述旋轉(zhuǎn)軸模塊通過(guò)垂直主軸模塊與旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊連接。

所述光學(xué)元件模塊包括折返鏡模塊和準(zhǔn)直器模塊，其中準(zhǔn)直器模塊的一端與折返鏡模塊連接，另一端與光纖線纜連接，所述準(zhǔn)直器模塊將光纖線纜中的激光光束轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄饴罚稣鄯电R模塊用于將平行光折返90°至所述聚焦模塊內(nèi)。

所述準(zhǔn)直器模塊與所述擺動(dòng)軸模塊之間設(shè)有中心補(bǔ)償模塊，所述中心補(bǔ)償模塊用于調(diào)節(jié)所述擺動(dòng)軸模塊與所述準(zhǔn)直器模塊的同軸度。

所述中心補(bǔ)償模塊環(huán)套在所述準(zhǔn)直器模塊的外側(cè)，包括C形塊、調(diào)整塊組件及連接塊組件，其中C形塊與所述擺動(dòng)軸模塊連接，所述連接塊組件與所述準(zhǔn)直器模塊連接，所述調(diào)整塊組件設(shè)置于所述C形塊和所述連接塊組件之間、且兩側(cè)分別與所述C形塊和所述連接塊組件活動(dòng)連接，所述準(zhǔn)直器模塊具有左右方向和升降的自由度，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整塊組件使所述擺動(dòng)軸模塊和所述準(zhǔn)直器模塊保持同軸。

所述隨動(dòng)模塊包括伺服電機(jī)、主動(dòng)輪、皮帶輪、皮帶、連接塊、連接桿及過(guò)渡軸，其中伺服電機(jī)安裝在所述擺動(dòng)軸模塊內(nèi)、且輸出端與主動(dòng)輪連接，所述皮帶經(jīng)過(guò)主動(dòng)輪和位于下方的皮帶輪傳動(dòng)連接，所述連接塊與所述皮帶連接，所述連接桿的上端與所述連接塊連接，下端與所述過(guò)渡軸連接，所述過(guò)渡軸與所述防碰撞模塊連接。

所述擺動(dòng)軸模塊包括力矩電機(jī)、主動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪、同步帶及中空擺動(dòng)軸，其中力矩電機(jī)設(shè)置于所述光纖90°模塊內(nèi)、且輸出端與主動(dòng)帶輪連接，所述中空擺動(dòng)軸水平設(shè)置、且與所述光纖90°模塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述中空擺動(dòng)軸一端設(shè)有從動(dòng)帶輪，另一端與所述防碰撞模塊固定連接，所述主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪通過(guò)同步帶傳動(dòng)連接。

所述光纖90°模塊包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有使光纖線纜折彎90°的弧形固定槽。

所述旋轉(zhuǎn)軸模塊包括中空力矩電機(jī)、環(huán)形光柵、氣動(dòng)抱閘及傳動(dòng)軸，其中中空力矩電機(jī)設(shè)置于所述垂直主軸模塊的下端、且與傳動(dòng)軸連接，所述傳動(dòng)軸與所述光纖90°模塊連接，所述環(huán)形光柵和氣動(dòng)抱閘安裝在中空力矩電機(jī)上，所述環(huán)形光柵用于檢測(cè)角度，所述氣動(dòng)抱閘用于加工時(shí)鎖緊所述中空力矩電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸。

所述垂直主軸模塊包括垂直主軸模塊主體輪廓及設(shè)置在主體輪廓內(nèi)部的中空轉(zhuǎn)軸，所述中空轉(zhuǎn)軸的下端與所述中空力矩電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸連接，上端與所述旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊連接。

所述旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊包括鏈盒及盤繞在所述鏈盒內(nèi)的拖鏈，所述鏈盒與所述垂直主軸模塊的主體輪廓固定連接，所述拖鏈的內(nèi)側(cè)端與所述中空轉(zhuǎn)軸連接，外側(cè)端與所述鏈盒連接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有效果是：

1.本發(fā)明全新設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊11**替代旋轉(zhuǎn)光路；

2.本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)軸模塊采用特殊設(shè)計(jì)的中空軸力矩伺服電機(jī)，中空直徑Φ≥80mm，可以輕松穿過(guò)光纖及水冷接頭；

3.本發(fā)明的光纖90°模塊布置，可替代一套折返鏡組，降低成本并提高設(shè)備可維護(hù)性；

4.本發(fā)明的擺動(dòng)軸模塊采用旁軸式驅(qū)動(dòng)中空設(shè)計(jì)，更利于光路布置，光纖插拔更方便；

5.本發(fā)明的擺動(dòng)軸模塊采用內(nèi)層和外層雙層浮動(dòng)設(shè)計(jì)，特殊設(shè)計(jì)的中心補(bǔ)償模塊，可避免加工不同軸造成的影響，易于調(diào)試和維修。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的軸測(cè)圖；

圖2為本發(fā)明的主視圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為圖3中B-B剖視圖；

圖5為本發(fā)明中隨動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明中折返鏡模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明中準(zhǔn)直器模塊和中心補(bǔ)償模塊的連接示意圖之一；

圖8為本發(fā)明中準(zhǔn)直器模塊和中心補(bǔ)償模塊的連接示意圖之二；

圖9為本發(fā)明中擺動(dòng)軸模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)軸模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為聚焦模塊，2為防碰撞模塊，3為隨動(dòng)模塊，301為伺服電機(jī)，302為主動(dòng)輪，303為皮帶輪，304為皮帶，305為連接塊，306為連接桿，307為過(guò)渡軸，4為折返鏡模塊，5為準(zhǔn)直器模塊，6為中心補(bǔ)償模塊，601為C形塊，602為連接座，603為調(diào)整塊I，604為調(diào)整塊II，605為連接塊Ⅰ，606為連接塊Ⅱ，7為光纖90°模塊，8為擺動(dòng)軸模塊，801為力矩電機(jī)，802為主動(dòng)帶輪，803為從動(dòng)帶輪，804為同步帶，805為中空擺動(dòng)軸，9為旋轉(zhuǎn)軸模塊，901為中空力矩電機(jī)，902為環(huán)形光柵，903為氣動(dòng)抱閘，904為傳動(dòng)軸，10為垂直主軸模塊，11為旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊，1101為鏈盒，1102為拖鏈。A為正極限位置，B為中間位置，C為負(fù)極限位置。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1-4所示，本發(fā)明提供的一種混合反射式三維聯(lián)動(dòng)激光切割頭，包括聚焦模塊1、防碰撞模塊2、隨動(dòng)模塊3、光學(xué)元件模塊、光纖90°模塊7、擺動(dòng)軸模塊8、旋轉(zhuǎn)軸模塊9、垂直主軸模塊10及旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊11，其中防碰撞模塊2的上、下端分別與擺動(dòng)軸模塊8和聚焦模塊1連接，擺動(dòng)軸模塊8可驅(qū)動(dòng)聚焦模塊1繞水平軸上下方向擺動(dòng)，隨動(dòng)模塊3和光學(xué)元件模塊設(shè)置于擺動(dòng)軸模塊8內(nèi)，隨動(dòng)模塊3與防碰撞模塊2連接，用于驅(qū)動(dòng)聚焦模塊1沿豎直方向升降，光學(xué)元件模塊與光纖線纜連接，用于光束的傳輸和轉(zhuǎn)向，光纖90°模塊7為擺動(dòng)軸模塊8與旋轉(zhuǎn)軸模塊9之間的過(guò)渡連接模塊，旋轉(zhuǎn)軸模塊9通過(guò)垂直主軸模塊10與旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊11連接。

如圖5所示，隨動(dòng)模塊3包括伺服電機(jī)301、主動(dòng)輪302、皮帶輪303、皮帶304、連接塊305、連接桿306及過(guò)渡軸307，其中伺服電機(jī)301安裝在擺動(dòng)軸模塊8內(nèi)、且輸出端與主動(dòng)輪302連接，皮帶304經(jīng)過(guò)主動(dòng)輪302和位于下方的皮帶輪303傳動(dòng)連接，連接塊305與皮帶304連接，連接桿306的上端與連接塊305連接，下端與過(guò)渡軸307連接，過(guò)渡軸307與防碰撞模塊2連接。

通過(guò)聚焦模塊1內(nèi)部的電容傳感器檢測(cè)聚焦模塊1的切割噴嘴到被切割件表面的距離，反饋給系統(tǒng)，控制伺服電機(jī)301正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)帶輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)主動(dòng)輪302、皮帶輪303、皮帶304的傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成連接塊305與連接桿306的上下升降運(yùn)動(dòng)(連接塊305連接在皮帶304上)，連接桿306連接在過(guò)渡軸307上，過(guò)渡軸307與防碰撞模塊2螺栓連接，從而帶動(dòng)聚焦模塊1上下升降，保證聚焦模塊1的切割噴嘴距離被切割件表面的距離(在±10mm偏差內(nèi))始終不變；(見圖5)

如圖4、圖6所示，光學(xué)元件模塊包括折返鏡模塊4和準(zhǔn)直器模塊5，其中準(zhǔn)直器模塊5的一端與折返鏡模塊4連接，另一端與光纖線纜連接，準(zhǔn)直器模塊5將光纖線纜中的激光光束轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄饴?，附帶光纖快插接口，連接光纖線纜。折返鏡模塊4用于將平行光折返90°至聚焦模塊1內(nèi)。

進(jìn)一步地，準(zhǔn)直器模塊5與擺動(dòng)軸模塊8之間設(shè)有中心補(bǔ)償模塊6，中心補(bǔ)償模塊6用于調(diào)節(jié)擺動(dòng)軸模塊8與準(zhǔn)直器模塊5的同軸度。

如圖7-8所示，中心補(bǔ)償模塊6環(huán)套在準(zhǔn)直器模塊5的外側(cè)，包括C形塊601、調(diào)整塊組件及連接塊組件，其中C形塊601與擺動(dòng)軸模塊8連接，連接塊組件與準(zhǔn)直器模塊5連接，調(diào)整塊組件設(shè)置于C形塊601和連接塊組件之間、且兩側(cè)分別與C形塊601和連接塊組件活動(dòng)連接，準(zhǔn)直器模塊5具有左右方向和升降的自由度，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整塊組件使擺動(dòng)軸模塊8和準(zhǔn)直器模塊5保持同軸。

本發(fā)明的實(shí)施例中，連接塊組件包括連接塊Ⅰ605和位于連接塊Ⅰ605上方的連接塊Ⅱ606。調(diào)整塊組件包括連接座602與連接座602連接的調(diào)整塊I603和調(diào)整塊II604，調(diào)整塊I603為兩個(gè)、且分別設(shè)置于準(zhǔn)直器模塊5的上下側(cè)，兩個(gè)調(diào)整塊I603通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)向螺栓分別與連接塊Ⅰ605和連接塊Ⅱ606上設(shè)有的兩個(gè)水平方向的條形槽滑動(dòng)連接。調(diào)整塊II604為兩個(gè)、且分別設(shè)置于準(zhǔn)直器模塊5的左右兩側(cè)，兩個(gè)調(diào)整塊II604通過(guò)導(dǎo)向螺釘與C形塊601上設(shè)有的兩個(gè)豎直方向的條形槽滑動(dòng)連接。通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整塊I603的左右位置可調(diào)節(jié)左右偏差，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整塊II604的上下位置可調(diào)節(jié)上下偏差，條形槽滑動(dòng)連接上下左右方向具有足夠的間隙以供調(diào)整使用，最終使擺動(dòng)軸模塊8和準(zhǔn)直器模塊5同軸。

中心補(bǔ)償模塊6通過(guò)中空十字滑塊結(jié)構(gòu)，用來(lái)抵消在擺動(dòng)軸高速擺動(dòng)過(guò)程中擺動(dòng)軸模塊8和準(zhǔn)直器模塊5因加工產(chǎn)生的不同軸。

如圖9所示，擺動(dòng)軸模塊8包括力矩電機(jī)801、主動(dòng)帶輪802、從動(dòng)帶輪803、同步帶804及中空擺動(dòng)軸805，其中力矩電機(jī)801設(shè)置于光纖90°模塊7內(nèi)、且輸出端與主動(dòng)帶輪802連接，中空擺動(dòng)軸805水平設(shè)置、且與光纖90°模塊7轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中空擺動(dòng)軸805一端設(shè)有從動(dòng)帶輪803，另一端與防碰撞模塊2固定連接，主動(dòng)帶輪802和從動(dòng)帶輪803通過(guò)同步帶804傳動(dòng)連接。

力矩電機(jī)801通過(guò)帶動(dòng)主動(dòng)帶輪802、從動(dòng)帶輪803以及同步帶804，將力矩傳遞給中空擺動(dòng)軸805，實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。

光纖90°模塊7包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有使光纖線纜折彎90°的弧形固定槽，利用光纖的柔性，將光纖平滑改變90゜，光纖可沿著大圓弧固定槽緩慢過(guò)渡，保護(hù)光纖在折彎90°的情況下，仍滿足光纖最小轉(zhuǎn)彎半徑(≥100mm)。

如圖10所示，旋轉(zhuǎn)軸模塊9包括中空力矩電機(jī)901、環(huán)形光柵902、氣動(dòng)抱閘903及傳動(dòng)軸904，其中中空力矩電機(jī)901設(shè)置于垂直主軸模塊10的下端、且與傳動(dòng)軸904，傳動(dòng)軸904與光纖90°模塊7連接，環(huán)形光柵902和氣動(dòng)抱閘903安裝在中空力矩電機(jī)901上，環(huán)形光柵902用于檢測(cè)角度，氣動(dòng)抱閘903用于加工時(shí)鎖緊中空力矩電機(jī)901的旋轉(zhuǎn)軸。

如圖4所示垂直主軸模塊10包括垂直主軸模塊主體輪廓及設(shè)置在主體輪廓內(nèi)部的中空轉(zhuǎn)軸，中空轉(zhuǎn)軸的下端與中空力矩電機(jī)901的旋轉(zhuǎn)軸連接，上端與旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊11連接。

垂直主軸模塊10的主體輪廓為鑄件結(jié)構(gòu)，內(nèi)部通過(guò)中空轉(zhuǎn)軸將旋轉(zhuǎn)軸模塊9的扭矩傳遞到旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊11。

如圖11所示，旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊11包括鏈盒1101及盤繞在鏈盒1101內(nèi)的拖鏈1102，鏈盒1101與垂直主軸模塊10的主體輪廓固定連接，拖鏈1102的內(nèi)側(cè)端與中空轉(zhuǎn)軸連接，外側(cè)端與鏈盒1101連接，拖鏈1102可繞旋轉(zhuǎn)軸做±200゜旋轉(zhuǎn)纏繞，其最小直徑Φ≥400mm，即有效保護(hù)光纖又解決了旋轉(zhuǎn)問(wèn)題。正極限位置A為+200゜，負(fù)極限位置C為-200゜。

本發(fā)明中，聚焦模塊1和防碰撞模塊2為市購(gòu)產(chǎn)品，聚焦模塊1將平行光路聚焦成切割光斑，可同時(shí)噴出高壓切割氣體并附帶冷卻裝置；防碰撞模塊2由永磁鐵和柔性結(jié)構(gòu)組成，防止誤操作引起的碰撞損傷。折返鏡模塊4為市購(gòu)產(chǎn)品，型號(hào)YK52-C，準(zhǔn)直器模塊5為市購(gòu)產(chǎn)品，型號(hào)YK52-D。

激光經(jīng)由光纖從旋轉(zhuǎn)拖鏈模塊11進(jìn)入系統(tǒng)，依次穿過(guò)中空設(shè)計(jì)的垂直主軸模塊10(中空直徑Φ≥80mm)、旋轉(zhuǎn)軸模塊9、擺動(dòng)軸模塊8、光纖90°模塊7，中心補(bǔ)償模塊6，到達(dá)準(zhǔn)直器模塊5(光纖插拔接口)，激光內(nèi)光路經(jīng)由準(zhǔn)直器模塊5、折返鏡模塊4、隨動(dòng)模塊3、防碰撞模塊2達(dá)到聚焦模塊1，完成聚焦。

三維激光切割系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：

1)旋轉(zhuǎn)軸行程：±200°；速度：90rpm；加速度：200rad/s2。

2)擺動(dòng)軸行程：±135°；速度：90rpm；加速度：100rad/s²。

本發(fā)明兩次光路折返機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為一套，設(shè)備成本降低10％以上，減少一次折返鏡光路折返，即減少一倍加工誤差及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)本身帶來(lái)的穩(wěn)定性影響，穩(wěn)定性高，同時(shí)大大降低了調(diào)整及維修旋轉(zhuǎn)光路的難度。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)、擴(kuò)展等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。