激光喷嘴、喷嘴保持器、喷嘴联接件和机床的制作方法

本发明涉及激光喷嘴、喷嘴保持器、喷嘴联接件和机床。

特别地，本发明涉及一种根据权利要求1的激光喷嘴、根据权利要求6的喷嘴保持器、根据权利要求11的喷嘴联接件以及根据权利要求16的机床。

背景技术：

机床用于使用工具制造和加工工件。此处考虑例如激光加工机、特别是激光切割机作为机床。此外，激光加工机还可用于雕刻、结构化、焊接、热处理以及例如表面层硬化和涂覆，以及用于比如快速成型或选择性烧结的体积构建加工。

对于激光加工机，在工件上设置有用于导引激光束的激光喷嘴。激光喷嘴可以更换，并且因此经由喷嘴保持器附接至机床。激光喷嘴和喷嘴保持器形成喷嘴联接件。

对于激光加工机，激光喷嘴或喷嘴联接件的精确对准对于良好且可再现的加工质量是重要的。在某些情况下，特别是在激光喷嘴具有小的光束出口开口的情况下，有时无法保证激光喷嘴与喷嘴保持器之间的切割加工时稳定的连接。由于比如脉冲切割气体压力或密封环上的热-机械相互作用的内部干扰以及比如激光喷嘴上的清洁操作、机械冲击或振动的外部干扰，激光喷嘴可能相对于激光束轴线变得偏离中心，因此导致不满意的切割结果或甚至光束中的破裂。

ep2110198a2公开了一种用于激光加工机的喷嘴联接件，该喷嘴联接件具有接合在槽中的锁定螺栓并且具有密封环。

us6025571公开了一种具有螺纹连接的喷嘴联接件。

jph0452092a公开了一种喷嘴，该喷嘴被弹性安装以便限制在碰撞情况下的损坏。

技术实现要素：

本发明的目的是避免现有技术的缺点，并且提供一种改进的激光喷嘴。替代性的目的包括提供一种改进的喷嘴保持器、一种改进的喷嘴联接件或一种改进的机床。

该目的通过根据权利要求1的激光喷嘴、根据权利要求6的喷嘴保持器、根据权利要求11的喷嘴联接件以及根据权利要求16的机床来实现。

根据本发明的构造成用于激光加工机的激光喷嘴包括外部轮廓，该外部轮廓构造成用于插入到喷嘴保持器的内部轮廓中，其中，外部轮廓具有锥形区域和锁定凹槽，该锁定凹槽构造成用于与喷嘴保持器的锁定螺栓以力配合(force-fitting)的方式接合。

根据本发明的激光喷嘴具有通过喷嘴的低游隙配合而改善的加工稳定性的优点，这通过锥形区域和力配合的锁定凹槽的组合来实现。此外，实现了较好的对中精度。此外，建议的解决方案是有成本效益的。

可以设置的是，外部轮廓、特别是锥形区域和锁定凹槽是相对于喷嘴轴线旋转对称的。这简化了制造并且有助于将激光喷嘴插入或引入到保持器中。锁定凹槽因此可以是环形凹槽。也可以设置分布在外部轮廓的周部上的多个凹槽或凹部。然后，例如可以提供螺栓作为用于每个凹槽或凹部的锁定元件。

还可以设置的是，锥形区域在激光喷嘴的插入方向上布置在锁定凹槽的前面。以这种方式，锥形区域可以容易且可靠地定位在夹具中。锁定凹槽可以与锥形区域直接相邻或可以形成在锥形区域中。

可以设置的是，锁定凹槽在激光喷嘴的插入方向上具有前部接触表面，为用于锁定螺栓的接触表面。这优化了锁定凹槽或激光喷嘴与锁定螺栓或喷嘴保持器之间的力配合连接。由于锁定螺栓与表面的受限定的接触，因此可以精确且可再现地设置压力。

还可以设置的是，锁定凹槽的前部接触表面相对于喷嘴轴线以25°至35°、特别是28°至32°的角度倾斜。通过该角度，可以实现特别好的力配合连接。

构造成用于激光加工机的、具有构造成用于接纳激光喷嘴的内部轮廓的根据本发明的喷嘴保持器设置成内部轮廓具有锥形区域和在螺栓导引部中被导引的至少一个锁定螺栓，该至少一个锁定螺栓构造成用于以力配合的方式接合在激光喷嘴的锁定凹槽中。相同的优点和改型如上所述同样适用。

还可以设置的是，至少一个锁定螺栓通过至少一个弹簧被径向向内预紧。可以设置弹簧，该弹簧优选地与插入方向相反地作用在所有锁定螺栓上。通过弹簧进行的在锁定凹槽的方向上的预紧允许实现简单且可靠的附接机构。

可以设置的是，至少一个弹簧的弹簧力形成为垂直于喷嘴保持器的插入方向。以这种方式，可以设置一个或优选多个弹簧、最优选每个锁定螺栓一个弹簧。垂直于插入方向、即在径向方向上作用的弹簧力或弹簧的对准允许精确地在锁定螺栓的运动方向上的直接力作用。因此可以简化力的流动。

还可以设置的是，至少一个锁定螺栓通过至少一个弹性体元件被径向向内预紧。弹性体元件、例如呈环形式的弹性体元件能够在锁定凹槽的方向上通过简单的结构可靠地将一个或多个锁定螺栓预紧。

可以设置的是，螺栓导引部相对于喷嘴保持器的轴线以45°至50°、特别是47°的角度倾斜。通过该角度，可以实现特别好的力配合连接。

根据本发明的用于激光加工机的喷嘴联接件包括如上所述的激光喷嘴和如上所述的喷嘴保持器。根据本发明的喷嘴联接件提出了在切割喷嘴的外部几何形状与喷嘴保持器的内部几何形状之间的有目标的、成对的相互作用与锁定机构相结合，以便确保切割喷嘴与喷嘴保持器之间的在切割加工时稳定的连接。相同的优点和改型如上所述同样适用。

可以设置的是，锥形区域和锁定凹槽被设计成使得当激光喷嘴被插入并被锁定时，两个锥形区域接合。通过该接合，喷嘴容易地且可靠地被固定，使得保证了良好的加工质量。

还可以设置的是，两个锥形区域在激光喷嘴被插入并被锁定时形成密封。这节省了密封环，并且因此简化了联接件的设计。通过消除弹性元件、即密封环，可以实现低游隙和加工更稳定的对中。此外，由于喷嘴在喷射期间不再粘附至密封环，因此可靠性提高了。锥形表面优选具有低的粗糙度，使得确保密封。粗糙度可以与所使用的流体比如切割气体相协调。

可以设置的是，锥形区域和锁定凹槽形成为使得在将激光喷嘴引入到喷嘴保持器中时，至少一个锁定螺栓能够首先远离外部轮廓移动并且然后移动到锁定凹槽中，并且定位在锁定凹槽中的锁定螺栓将两个锥形区域迫压在一起。因此，激光喷嘴可以通过在插入方向上的力而被移动以便插入，或者通过与插入方向相反的力而被移动以便移除。锁定是自动发生的、即不需要进一步的主动致动。

还可以设置的是，螺栓导引部在插入方向上的前部区域在激光喷嘴被插入并被锁定时与锁定凹槽的前部接触表面锁定，以形成15°至25°的差角。差角形成在该区域与接触表面之间或在两个角度a与b之间。通过该角度或这两个角度，可以实现特别好的力配合连接。

根据本发明的机床、特别是具有用于对工件进行机加工的激光的激光加工机提供了设置根据前述权利要求中的一项所述的至少一个喷嘴联接件，其中，喷嘴联接件具有构造成用于使激光束通过的激光喷嘴。相同的优点和改型如上所述同样适用。在激光加工机的操作期间，喷嘴联接件允许稳定的光束导引并且因此允许良好的切割结果。当设置激光加工机时，喷嘴联接件允许喷嘴的快速且可靠的更换。

本发明的其他优选实施方式将由从属权利要求中提到的其他特征而变得明显。

除非在个别情况下另有说明，否则本申请中提到的本发明的各实施方式能够有利地彼此组合。

附图说明

下面将参照附图在示例性实施方式中说明本发明。附图示出：

图1是激光喷嘴的截面图；

图2是喷嘴保持器的截面图；

图3是包括激光喷嘴和喷嘴保持器的喷嘴联接件的截面图；

图4是图3的关于喷嘴联接件的力配合连接的细节表示；以及

图5是机床的示意性立体图。

图1示出了激光喷嘴100的示意性截面图。此处的激光喷嘴100具有圆形或椭圆形的横截面，然而原则上其他横截面比如方形管状截面也是可能的。激光喷嘴100还关于中心轴线a旋转对称。

激光喷嘴100具有主体102，该主体具有外部轮廓104和内部空间106。内部空间106在工件的方向上以喷嘴开口108终止。激光束和可选的流体比如切割气体被导引通过内部空间106和喷嘴开口108。

为了将激光喷嘴100接纳并且附接在喷嘴保持器中，在外部轮廓104上布置有锥形区域110和锁定凹槽112。理想地，锥形区域110和锁定凹槽112是外部轮廓104的一部分、即直接形成在外部轮廓104中。在平行于中心轴线a延伸的插入方向e上，激光喷嘴100可以被引入到喷嘴保持器中。插入方向e与激光喷嘴100中的光束导引方向相反地延伸。

锥形区域110在插入方向e上布置在前部处，也就是说布置在激光喷嘴100的远离工件的端部114处。在图1的表示中，锥形区域110布置在顶部处。锁定凹槽112布置成在插入方向e上比锥形区域110更靠后。换言之，锁定凹槽112布置在锥形区域110与喷嘴开口108之间。在该示例中，锥形区域110和锁定凹槽112两者是周向的并且旋转对称。

锥形区域110延伸至激光喷嘴100的第二端部114并且在该方向上渐缩。渐缩意味着锥形区域110在第二端部114处的直径小于在第二端部114后面的区域中的直径。

锁定凹槽112在第二端部114的方向上具有接触表面116，由此，锁定凹槽112或接触表面116构造成用于与喷嘴保持器的或机床的锁定螺栓以力配合的方式接合。锁定凹槽112的接触表面116相对于喷嘴轴线a以25°至35°、特别是28°至32°、此处为30°的角度a倾斜。凭借该结构，作用在接触表面116上的锁定螺栓可以将激光喷嘴100与激光喷嘴100的锥形区域110一起迫压到喷嘴保持器中并且将激光喷嘴100固定在喷嘴保持器处。

图2示出了喷嘴保持器200的示意性截面图，该喷嘴保持器200构造成接纳图1中所示的激光喷嘴100。喷嘴保持器200具有主体202，该主体202具有内部轮廓204。内部轮廓204至少部分地形成内部空间206的边界。内部空间206用于接纳激光喷嘴100，并且可能用于激光束和可选的切割气体的通道。在面向工件的端部处或在插入方向e上的前部处，内部空间通向轴环208，以便有助于接纳激光喷嘴100。

在内部轮廓204中或作为内部轮廓204的一部分，形成有锥形区域210。该锥形区域210形成为与激光喷嘴100的锥形区域110互补。在插入方向e上锥形区域110的前面，布置有多个锁定螺栓212，此处示例性地示出了多个锁定螺栓212中的一个锁定螺栓。锁定螺栓212是以可动方式安装的柱形螺栓。这些锁定螺栓212能够在锁定位置与解锁位置之间移动。在此处所示的锁定位置中，锁定螺栓212的至少一部分突出超出内部轮廓204进入内部空间206中。在该锁定位置中，锁定螺栓212将喷嘴100保持在喷嘴保持器200中。在解锁位置中，锁定螺栓212定位在主体202内，并且因此不突出超出内部轮廓204进入内部空间206中。

在喷嘴保持器200的外部布置有套筒214，该套筒214可以与锁定螺栓212接合。此外，锁定螺栓212在锁定位置的方向上通过弹簧216被迫压。中间构件218可以在弹簧216与锁定螺栓212之间提供均匀的力传递。

一个或多个锁定螺栓212布置在螺栓导引部220中，锁定螺栓212可以从螺栓导引部220部分地穿透到激光喷嘴的锁定凹槽中。螺栓导引部220相对于喷嘴保持器200的轴线a'以角度b倾斜。角度b为45°至50°、优选为47°。

图3示出了包括激光喷嘴100和喷嘴保持器200的喷嘴联接件300的示意性截面图。在图3中，喷嘴联接件300被示出为处于联接状态中，也就是说激光喷嘴100固定在喷嘴保持器200中。

锥形区域110和210以及锁定凹槽112和锁定螺栓212被设计成使得当激光喷嘴100插入到喷嘴保持器200中时，至少一个锁定螺栓212能够首先远离外部轮廓104移动并且然后移动到锁定凹槽112中。在锁定位置中，部分地定位在锁定凹槽112中的锁定螺栓212迫压两个锥形区域110、210抵靠彼此、优选地以密封的方式抵靠彼此。在这种情况下，锁定螺栓212仅以力配合的方式与接触表面116接触。

为了将激光喷嘴100从喷嘴保持器200移除，套筒214被向上推动，由此使弹簧216松弛。然后，激光喷嘴100可以通过与插入方向e相反地拉动来移除。

图4示出了喷嘴联接件的下述区域的示意性立体图：在该区域中，锁定螺栓接合在锁定凹槽中。将参照图4描述螺栓导引部220与锁定凹槽的前部接触表面116之间的角度关系。

螺栓导引部220在插入方向e上的前部区域在激光喷嘴100被插入并被锁定时与锁定凹槽112的前部接触表面116锁定以形成差角d。差角d可以被计算为角度b减去角度a的差。角度b为45°至50°、优选为47°。角度a为25°至35°、特别是28°至32°、此处为30°。因此，差角d为15°至25°、优选为17°。

图5示出了机床500比如激光加工机、特别是具有激光切割头502的激光切割机的示意性立体图。激光切割头502包括喷嘴联接件300。激光切割头502布置在可移动的桥状件504上，使得激光切割头502可以沿至少x方向和y方向移动。激光源506产生激光，并且经由光纤508将激光供给至激光切割头502。例如板的工件510被激光束切割。

本文示出的激光喷嘴100、喷嘴保持器200、喷嘴联接件300或机床500允许简单且稳定地定位并固定激光喷嘴100，由此提高了加工质量。