专利名称：用于激光加工装置的摆动机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光加工机械，具体涉及一种用于激光加工装置的摆动机构。
背景技术：
在激光加工行业中，不管是热处理、切割、焊接，加工工艺都是生产合格产品的重要因素。对于规则的工件表面，加工工艺(包括光斑在工件表面上的移动速度，焦点至工作表面的距离，光束相对于工件表面的角度等)通过普通的激光加工机都可以实现。但是对于复杂的工件表面，要在加工过程中保证光束角度、焦距、光斑移动速度等工艺参数一致，却很困难。这也是国内激光技术深入应用的一个难题，为了解决这一问题，目前，国内企业通常在机床上安装一个如附图I所示的摆动机构，通过该摆动机构的使用，激光光束可以绕A 轴10旋转、绕B轴11摆动，利用数控程序，可使光斑以等焦距、等角度在工件表面移动，但却无法同时保证光斑在工件表面上匀速移动，激光加工质量差，阻碍了激光在很多领域的应用。例如，如果要加工如附图2所示的工件，L为一工件的加工路径，由一段直线PK和一段圆弧KD构成，直线与圆弧相切于K点，激光焦点12为J，摆动头旋转轴O点到工件表面的距离为H，且圆弧半径为R=H。加工时，先沿X轴方向移动摆动机构，使激光光斑沿直线段PK移动；然后将摆动机构的激光头绕B轴转动，加工圆弧段KD。当激光光斑到达切点K之前，摆动机构必须要有一段减速距离KaK和减速时间Tl， 使激光光斑到达切点K时，摆动机构沿X轴方向的速度降为O ;然后，激光头绕B轴转动伊始，激光头必须要有一段加速距离KKb和加速时间T2，这样摆动机构在切点K处就必定有一个停顿，如附图3所示。附图3所示的停顿点是客观存在的，是由物理学运动规律所决定的。通过减少摆动机构的减速时间Tl、增大激光头绕B轴11的转动加速度，可缩短K点的停顿时间，但不能消除此停顿，从而激光光斑不能在工件表面上匀速移动，产品加工合格率低。为解决上述的速度停顿问题，扩大激光技术的应用领域，需要提供一种能够保证激光加工过程中激光光斑沿工件表面匀速、等焦距、等角度的摆动机构。
发明内容本实用新型的发明目的是提供一种用于激光加工的摆动机构，通过结构的改进， 激光光斑可在工件表面匀速移动，激光光束始终垂直于加工表面，且激光光斑到加工表面的距离恒定。为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是一种用于激光加工装置的摆动机构，包括激光头、连接激光发生器和激光头的导光筒、设于激光头和导光筒内的反射镜，所述导光筒和激光头的内腔共同构成一供激光传输的柱形内腔，所述导光筒上自激光发生器至所述激光头依次设有第一折弯部、第二折弯部和第三折弯部，所述第一折弯部和第二折弯部之间通过一连接件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接，所述激光头上设有第四折弯部，所述第三折弯部和第四折弯部之间通过一转动件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接；所述第一、第二、第三和第四折弯部分别设有一所述反射镜。上述技术方案中，所述第二折弯部与所述第三折弯部连接的一端为第二后端，所述第三折弯部与所述第二折弯部连接的一端为第三前端，所述第三前端滑动连接于所述第 ~■后端上。进一步的技术方案，所述第三前端插设于所述第二后端内。上述技术方案中，所述第一折弯部与激光发生器连接的一端为第一前端，所述第一前端上连接有远离激光发生器的延伸部，激光焦点位于所述延伸部的轴线上，所述第二后端上套设有滑块，两端分别与所述滑块和延伸部铰接的连杆与所述激光头的激光输出端平行。进一步的技术方案，所述摆动机构还包括双菱形机构和双平行四边形机构，所述双菱形机构的两菱形的相邻的两条边转动连接，两所述菱形共用一公共端点，其中一所述菱形的两端点分别位于另一菱形的两条过所述公共端点的棱边的延长线上，所述公共端点转动连接于所述连杆和滑块的铰接处，所述双菱形机构的与所述公共端点相对的两端点分别铰接于所述第一折弯部和第二折弯部的铰接处以及所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处；所述双平行四边形机构的两个平行四边形具有一公共边，所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的其中一边的两端分别铰接于所述连杆的两端，所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的另一边的一端铰接于所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处，所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的另一边的另一端铰接于所述激光头的激光输出端上。为使所述连杆与所述激光头的激光输出端平行，还可以采用下述技术方案所述摆动机构还包括双菱形机构和角形架，所述双菱形机构的两菱形的相邻的两条边转动连接，两所述菱形共用一公共端点，其中一所述菱形的两端点分别位于另一菱形的两条过所述公共端点的棱边的延长线上，所述公共端点转动连接于所述连杆和滑块的铰接处，所述双菱形机构的与所述公共端点相对的两端点分别铰接于所述第一折弯部和第二折弯部的铰接处以及所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处；所述角形架由两连杆、三滚轮、两钢带和一心轴构成，每一所述连杆的一端转动连接于所述心轴上，其中一连杆的另一端转动连接于所述连杆和滑块的铰接处，另一连杆的另一端转动连接于所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处，三所述滚轮分别同轴固定于所述连杆和滑块的铰接处、所述心轴上以及所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处，位于同一所述连杆两端的滚轮通过一所述钢带构成固定连接。上文中，每一所述连杆的一端和心轴之间设有轴承，每一连杆通过所述轴承与心轴构成转动连接。上述技术方案中，所述第一、第二、第三和第四折弯部的折弯角均为直角。本实用新型的加工过程如下所述[0021](I)将摆动机构与摆动机构驱动装置连接，将激光头与激光头驱动装置连接；(2)根据加工路径，使自激光头输出的激光束始终与加工表面垂直，设计连杆驱动 装置的操作程序；(3)根据加工路径，使摆动机构在三维空间中的直线运动与加工路径的变化保持 一致，从而使激光头至加工表面的焦距恒定，设计摆动机构驱动装置的操作程序，使激光光 斑沿加工表面匀速移动；(4)同时启动摆动机构驱动装置和激光头驱动装置，运行操作程序，完成工件的加工。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点I.本实用新型的导光筒具有第一、第二和第三折弯部，且所述第一折弯部与第二 折弯部铰接，第三折弯部与激光头铰接，所以激光头的摆动和摆动机构的三维移动可独立 进行，在保证激光光束始终与工件表面垂直和激光头至工件表面距离恒定的情况下，保证 了激光光斑始终沿工件表面匀速移动，产品加工合格率高，适宜大范围推广应用。2.本实用新型的激光头可绕第三折弯部和第四折弯部铰接处的柱形内腔轴线转 动，同时摆动机构可绕第一前端的柱形内腔轴线转动，所以激光头可以进行空间任一角度 的旋转，满足各种不规则工件表面的加工要求。
图I是背景技术中激光加工装置采用的摆动机构；图2是背景技术中摆动机构使用状态的示意图；图3是背景技术中摆动机构移动速度与位移的关系图；图4是本实用新型实施例一的主视图；图5是实施例一的左视图；图6是本实用新型实施例二的主视图；图7是图6中去除双菱形结构和双平行四边形结构后的主视图；图8是图6中去除双菱形结构和双平行四边形结构后的左视图；图9是图6中双菱形结构的结构示意图；图10是图6中双平行四边形结构的结构示意图；图11是本实用新型实施例三的主视图；图12是图11中去除双菱形结构的主视图；图13是实施例三中角形架的主视图的放大视图；图14是图13中沿线A-A的剖视图；其中1、激光头；10、第四折弯部；2、导光筒；20、第一折弯部；200、第一前端； 201、延伸部；21、第二折弯部；210、第二后端；22、第三折弯部；220、第三前端；3、反射镜； 4、滑块；5、连杆；6、双菱形机构；7、双四边形机构；8、双菱形机构；9、角形架；90、连杆；91、 滚轮；92、钢带；93、心轴；10、A轴；11、B轴；12、激光焦点。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述[0044]实施例一参见图4和图5所不,一种用于激光加工装置的摆动机构,包括激光头 I、连接激光发生器和激光头的导光筒2、设于激光头I和导光筒2内的反射镜3,所述导光筒2和激光头I的内腔共同构成一供激光传输的柱形内腔，其特征在于所述导光筒2上自激光发生器至所述激光头依次设有第一折弯部20、第二折弯部21和第三折弯部22，所述第一折弯部20和第二折弯部21之间通过一连接件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接，所述激光头I上设有第四折弯部10，所述第三折弯部22和第四折弯部10之间通过一转动件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接。所述第一、第二、第三和第四折弯部分别设有一所述反射镜3。所述第一、第二、第三和第四折弯部的折弯角均为直角。所述摆动机构与一摆动机构驱动装置连接，用以控制摆动机构的三维直线运动。 所述激光头与激光头驱动装置连接，用以控制激光头的摆动，使激光光束始终与加工表面垂直。本实施例一的加工过程如下所述(I)将摆动机构与摆动机构驱动装置连接，将激光头与激光头驱动装置连接；(2)根据加工路径，使自激光头输出的激光束始终与加工表面垂直，并设计激光头驱动装置的操作程序；(3)结合加工路径及激光头摆动至与加工表面垂直后摆动机构各零件的位置，使激光头至加工表面的焦距恒定，设计摆动机构驱动装置的操作程序，使激光光斑沿加工表面匀速移动；(4)同时启动摆动机构驱动装置和激光头驱动装置，运行操作程序，完成工件的加工。实施例二 如图6 图10所示，为方便工业上的使用，本实施例二在实施例一的基础上做了部分改进，具体结构描述如下一种用于激光加工装置的摆动机构，包括激光头I、连接激光发生器和激光头的导光筒2、设于激光头I和导光筒2内的反射镜3,所述导光筒2和激光头I的内腔共同构成一供激光传输的柱形内腔，其特征在于所述导光筒2上自激光发生器至所述激光头依次设有第一折弯部20、第二折弯部21和第三折弯部22，所述第一折弯部20和第二折弯部21 之间通过一连接件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接，所述激光头I上设有第四折弯部10，所述第三折弯部22和第四折弯部10之间通过一转动件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接。所述第一、第二、第三和第四折弯部分别设有一所述反射镜3。所述第一、第二、第三和第四折弯部的折弯角均为直角。所述第二折弯部21与所述第三折弯部22连接的一端为第二后端210，所述第三折弯部22与所述第二折弯部21连接的一端为第三前端220，所述第三前端220插设于所述第二后端210内。所述第一折弯部20与激光发生器连接的一端为第一前端200，所述第一前端200 上连接有远离激光发生器的延伸部201，激光焦点位于所述延伸部201的轴线上，所述第二后端210上套设有滑块4，所述滑块4和延伸部201之间设有两端分别与所述滑块4和延伸部201铰接的连杆5。[0059]所述摆动机构还包括双菱形机构6和双平行四边形机构7，所述双菱形机构6的两菱形的相邻的两条边转动连接，两所述菱形共用一公共端点，其中一所述菱形的两端点分别位于另一菱形的两条过所述公共端点的棱边的延长线上，所述公共端点转动连接于所述连杆和滑块的铰接处，所述双菱形机构的与所述公共端点相对的两端点分别铰接于所述第一折弯部和第二折弯部的铰接处以及所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处。所述双平行四边形机构7的两个平行四边形具有一公共边，所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的其中一边的两端分别铰接于所述连杆的两端，所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的另一边的一端铰接于所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处， 所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的另一边的另一端铰接于所述激光头的激光输出端上。通过上述结构，所述连杆5始终与所述激光头I的激光输出端平行，附图7中的 Δ O1O2E1 相似于Λ O1O3O40所述摆动机构与一摆动机构驱动装置连接，用以控制摆动机构的三维直线运动。 本实施例二的连杆与连杆驱动装置连接，通过连杆、滑块、导光筒等零部件之间的相互驱动以及Λ O1O2E1与Λ O1O3O4之间的相似关系，用以控制激光头的摆动，使激光光束始终与加工
表面垂直。本实施例二的加工过程如下所述( I)将摆动机构与摆动机构驱动装置连接，将连杆与连杆驱动装置连接；(2)根据加工路径，使自激光头输出的激光束始终与加工表面垂直，设计连杆驱动装置的操作程序；(3)根据加工路径，使摆动机构在三维空间中的直线运动与加工路径的变化保持一致，从而使激光头至加工表面的焦距恒定，设计摆动机构驱动装置的操作程序，使激光光斑沿加工表面匀速移动；(4)同时启动摆动机构驱动装置和激光头驱动装置，运行操作程序，完成工件的加工。实施例三如图11 图14所示,为方便使用，提高加工质量,本实施例三针对实施例二的结构进行了优化，具体结构描述如下一种用于激光加工装置的摆动机构，包括激光头I、连接激光发生器和激光头的导光筒2、设于激光头I和导光筒2内的反射镜3,所述导光筒2和激光头I的内腔共同构成一供激光传输的柱形内腔，其特征在于所述导光筒2上自激光发生器至所述激光头依次设有第一折弯部20、第二折弯部21和第三折弯部22，所述第一折弯部20和第二折弯部21 之间通过一连接件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接，所述激光头I上设有第四折弯部10，所述第三折弯部22和第四折弯部10之间通过一转动件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接。所述第一、第二、第三和第四折弯部分别设有一所述反射镜3。所述第一、第二、第三和第四折弯部的折弯角均为直角。所述第二折弯部21与所述第三折弯部22连接的一端为第二后端210，所述第三折弯部22与所述第二折弯部21连接的一端为第三前端220，所述第三前端220插设于所述第二后端210内。[0073]所述第一折弯部20与激光发生器连接的一端为第一前端200，所述第一前端200 上连接有远离激光发生器的延伸部201，激光焦点位于所述延伸部201的轴线上，所述第二后端210上套设有滑块4，所述滑块4和延伸部201之间设有两端分别与所述滑块4和延伸部201铰接的连杆5。所述摆动机构还包括双菱形机构8和角形架9，所述双菱形机构8的两菱形的相邻的两条边转动连接，两所述菱形共用一公共端点，其中一所述菱形的两端点分别位于另一菱形的两条过所述公共端点的棱边的延长线上，所述公共端点转动连接于所述连杆和滑块的铰接处，所述双菱形机构的与所述公共端点相对的两端点分别铰接于所述第一折弯部和第二折弯部的铰接处以及所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处。所述角形架9由两连杆90、三滚轮91、两钢带92和一心轴93构成，每一所述连杆 90的一端和心轴93之间设有轴承，每一连杆90通过所述轴承与心轴93构成转动连接，其中一连杆90的另一端转动连接于所述连杆5和滑块4的铰接处，另一连杆90的另一端转动连接于所述第三折弯部22和第四折弯部10的铰接处，三所述滚轮91分别同轴固定于所述连杆5和滑块4的铰接处、所述心轴93上、所述第三折弯部22和第四折弯部10的铰接处，位于同一所述连杆90两端的滚轮通过一所述钢带92构成固定连接。因为三个滚轮的直径相同，所以三个滚轮转动的角度始终相同。通过上述结构，所述连杆5始终与所述激光头I的激光输出端平行，附图7中的 Δ O1O2E1 相似于Λ O1O3O40所述摆动机构与一摆动机构驱动装置连接，用以控制摆动机构的三维直线运动。 本实施例二的连杆与连杆驱动装置连接，通过连杆、滑块、导光筒等零部件之间的相互驱动以及Λ O1O2E1与Λ O1O3O4之间的相似关系，用以控制激光头的摆动，使激光光束始终与加工
表面垂直。
权利要求1.一种用于激光加工装置的摆动机构，包括激光头(I)、连接激光发生器和激光头的导光筒(2)、设于激光头(I)和导光筒(2)内的反射镜(3),所述导光筒(2)和激光头(I)的内腔共同构成一供激光传输的柱形内腔，其特征在于所述导光筒(2)上自激光发生器至所述激光头依次设有第一折弯部(20)、第二折弯部(21)和第三折弯部(22)，所述第一折弯部(20)和第二折弯部(21)之间通过一连接件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接，所述激光头(I)上设有第四折弯部(10)，所述第三折弯部(22)和第四折弯部(10)之间通过一转动件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接；所述第一、第二、第三和第四折弯部分别设有一所述反射镜(3)。
2.根据权利要求I所述的摆动机构，其特征在于所述第二折弯部(21)与所述第三折弯部(22)连接的一端为第二后端(210)，所述第三折弯部(22)与所述第二折弯部(21)连接的一端为第三前端(220)，所述第三前端(220)滑动连接于所述第二后端(210)上。
3.根据权利要求2所述的摆动机构，其特征在于所述第三前端(220)插设于所述第二后立而(210)内。
4.根据权利要求2或3所述的摆动机构，其特征在于所述第一折弯部(20)与激光发生器连接的一端为第一前端(200)，所述第一前端(200)上连接有远离激光发生器的延伸部(201)，激光焦点位于所述延伸部(201)的轴线上，所述第二后端(210)上套设有滑块(4)，两端分别与所述滑块(4)和延伸部(201)铰接的连杆(5)与所述激光头(I)的激光输出端平行。
5.根据权利要求4所述的摆动机构，其特征在于所述摆动机构还包括双菱形机构(6) 和双平行四边形机构(7)，所述双菱形机构(6)的两菱形的相邻的两条边转动连接，两所述菱形共用一公共端点，其中一所述菱形的两端点分别位于另一菱形的两条过所述公共端点的棱边的延长线上，所述公共端点转动连接于所述连杆和滑块的铰接处，所述双菱形机构的与所述公共端点相对的两端点分别铰接于所述第一折弯部和第二折弯部的铰接处以及所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处；所述双平行四边形机构(7)的两个平行四边形具有一公共边，所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的其中一边的两端分别铰接于所述连杆(5)的两端，所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的另一边的一端铰接于所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处，所述双平行四边形机构的与所述公共边相对的另一边的另一端铰接于所述激光头的激光输出端上。
6.根据权利要求4所述的摆动机构，其特征在于所述摆动机构还包括双菱形机构(8) 和角形架(9)，所述双菱形机构(8)的两菱形的相邻的两条边转动连接，两所述菱形共用一公共端点，其中一所述菱形的两端点分别位于另一菱形的两条过所述公共端点的棱边的延长线上，所述公共端点转动连接于所述连杆和滑块的铰接处，所述双菱形机构的与所述公共端点相对的两端点分别铰接于所述第一折弯部和第二折弯部的铰接处以及所述第三折弯部和第四折弯部的铰接处；所述角形架(9)由两连杆(90)、三滚轮(91)、两钢带(92)和一心轴(93)构成，每一所述连杆(90)的一端转动连接于所述心轴(93)上，其中一连杆(90)的另一端转动连接于所述连杆(5)和滑块(4)的铰接处，另一连杆(90)的另一端转动连接于所述第三折弯部(22) 和第四折弯部(10)的铰接处，三所述滚轮(91)分别同轴固定于所述连杆(5)和滑块(4)的铰接处、所述心轴(93)上、所述第三折弯部(22)和第四折弯部(10)的铰接处，位于同一所述连杆(90 )两端的滚轮通过一所述钢带(92 )构成固定连接。
7.根据权利要求I所述的摆动机构，其特征在于所述第一、第二、第三和第四折弯部的折弯角均为直角。
专利摘要本实用新型公开了一种用于激光加工装置的摆动机构，包括激光头、导光筒、反射镜，所述导光筒和激光头的内腔共同构成一供激光传输的柱形内腔，所述导光筒上自激光发生器至所述激光头依次设有第一折弯部、第二折弯部和第三折弯部，所述第一折弯部和第二折弯部之间通过一连接件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接，所述激光头上设有第四折弯部，所述第三折弯部和第四折弯部之间通过一转动件构成绕两者连接处柱形内腔轴线的转动连接。本实用新型的激光头的摆动和摆动机构的三维移动可独立进行，在保证激光光束始终与工件表面垂直和激光头至工件表面距离恒定的情况下，保证了激光光斑始终沿工件表面匀速移动，产品加工合格率高。
文档编号B23K26/08GK202344125SQ201120519360
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者傅戈雁, 吴云霞, 孙承峰, 涂群, 石世宏, 郭开波 申请人:苏州大学