适用于机械手笼式结构全密封激光三维切割头的制作方法与工艺

本发明涉及一种激光三维切割头，特别涉及一种机械手三维激光切割头，属于激光切割技术领域。

背景技术：
激光切割是利用高功率密度的聚焦激光束扫描工件表面，在极短时间内将激光束扫描处加热到几千或是上万摄氏度，使其瞬间熔化或汽化，再用高压气体将熔化或汽化物质从切缝中吹走，从而达到切割工件的目的。随着近几年工业的快速发展，对激光材料加工的需求不断增大，同时对设备工艺的要求越来越高。钣金、航空、汽车及石油化工行业需要高质量的切割工件，提升产品的质量，满足客户的要求，因此激光切割的工艺就尤其突出。其中，对空间三维复杂曲线曲面的激光切割即激光三维切割需要更高的速度、效率、精度，加工时间短，热影响区小，热变形和加工变形小。激光三维切割头作为激光三维加工的重要部件，其起到了关键作用。目前市场上可适用于激光工业加工的激光三维切割头一般包括光纤接头、水平调节装置、调焦装置、保护镜装置、导气装置和切割头，另附外置随动装置。激光三维切割头通过法兰与机械手连接，在长时间的工作状态下，激光三维切割头的垂直平面与要切割工件点的垂直平面不重合，易导致切割路径偏移或未切透工件等现象。随动装置裸露在工作环境内，装置内容易进粉尘可导致装置损坏，且外置随动装置体积相对较大，降低了切割头的灵活度和灵敏度。在保护镜装置中个，保护镜片的使用寿命短，在使用中需要经常拆卸更换，一般的切割头需用工具拆卸锁紧螺栓，拔出安装座，然后更换保护镜再将其插回，重新锁紧禁锢螺栓，反复拆装易导致焦点中点偏离，降低工作效率，而且可导致密封圈老化发生漏气现象。

技术实现要素：
发明目的：本发明提供一种适用于机械手笼式结构全密封激光三维切割头，其目的在于提供一种全新设计的激光三维切割头，克服现有切割头技术中存在的缺陷，采用模块化设计、导向性好、体积小、防尘性好；调焦调节快速焦点中心位置稳定，确保切割质量；光学镜片拆装更换方便快捷；采用感应控制器和伺服电机对切割工件和切割喷嘴之间的距离实时控制，实现了更高的切割精度，避免激光头与工件碰撞，损坏激光切割头。技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：一种适用于机械手笼式结构全密封激光三维切割头，其特征在于：该激光三维切割头主要包括笼式传动结构、伺服驱动电机、距离探测传感器、内冷却水进出口、切割气体入口、电控接口、准直系统、密封外罩、切割头主体、切割随动头、切割喷嘴；伺服驱动电机与距离探测传感器相邻，位于笼式传动结构一侧；内冷却水进出口和切割气体入口位于切割头主体上部，冷却水管路和切割气体管路内嵌于切割头主体；准直系统位于切割头主体顶部；电控接口位于密封外罩上方；切割头主体底部连接处分别设有切割随动头和切割喷嘴。密封外罩包括第一密封外罩和第二密封外罩，第二密封外罩位于第一密封外罩下方；笼式传动结构包括嵌入到第一密封外罩内的导向板和导向柱，导向柱穿过导向板；伺服驱动电机与距离探测传感器嵌入到第一密封外罩内，两者的电控接口位于第一密封外罩上方。导向柱设置为三根，导向柱与导向板垂直。切割头主体内嵌于第一密封外罩和第二密封外罩内。切割头主体内部从上到下依次设置有准直镜片、聚焦镜片和保护镜片；准直镜片位于第一密封外罩上表面内边缘，聚焦镜片位于第一密封外罩下表面外边缘，保护镜片位于第二密封外罩下表面内边缘。切割头还包括随动传感器线路和切割气体流路，随动传感器线路内嵌于切割头主体内壁，经切割随动头到达切割喷嘴；切割气体流路内嵌于第二密封外罩内壁，直通到切割随动头。切割喷嘴表面镀铬，用于气割碳钢。优点及效果：本发明提供了一种适用于机械手笼式结构全密封激光三维切割头，与目前普通的激光三维切割头相比较，该切割头具有以下优点：（1）、本激光三维切割头采用笼式传动结构即三个导向柱固定使切割头垂直面（即XOY面）稳定、无振动，同时切割头方向（Z轴）可稳定调动。（2）、本激光三维切割头采用模块化设计：伺服驱动电机通过密封外罩封入激光头内部，可防止粉尘进入驱动装置，同时减小了切割头的体积，提高了激光三维切割头的灵敏度；准直、聚焦、保护光学镜片各自具有光学镜片模块，拆卸方便，拆装后不需调整，且能够准确快速调焦，确保切割质量。（3）、通过感应控制器和伺服电机对切割工件感应，可实现更高的切割精度，同时能有效防止激光切割头与切割工件发生碰撞，避免激光头与工件碰撞并损坏激光切割头。附图说明图1为本发明的第一密封外罩内部示意图。图2为本发明的整体结构正面示意图。图3为本发明的切割主体内部示意图。图4为本发明应用拓扑图。附图标记说明：1-笼式传动结构、导向板1.1、导向柱1.2、2-伺服驱动电机、3-距离探测传感器、4-内冷却水进出口、5-切割气体入口、6-电控接口、7-准直系统、8-密封外罩、第一密封外罩8.1、第二密封外罩8.2、9-切割头主体、10-切割随动头、11-切割喷嘴、12-准直镜片、13-聚焦镜片、14-保护镜片、15-切割气体流路、16-随动传感器线路。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的说明：本发明提供了一种适用于机械手笼式结构全密封激光三维切割头，该激光三维切割头主要包括笼式传动结构1、伺服驱动电机2、距离探测传感器3、内冷却水进出口4、切割气体入口5、电控接口6、准直系统7、密封外罩8、切割头主体9、切割随动头10、切割喷嘴11。密封外罩8包括第一密封外罩8.1和第二密封外罩8.2，第二密封外罩8.2位于第一密封外罩8.1下方。如图1中所示，第一密封外罩8.1内包括笼式传动结构1、伺服驱动电机2、距离探测传感器3和内冷却水进出口4。采用笼式传动结构最大限度使激光器Z轴方向稳定可调，笼式传动结构1包括导向板1.1和导向柱1.2，导向板1.1和导向柱1.2嵌入到第一密封外罩8.1内部，导向柱1.2穿过导向板1.1；导向柱1.2设置为三根，并与导向板1.1垂直，三个导向柱固定使切割头垂直面（即XOY面）稳定、无振动，同时切割头方向（Z轴）可稳定调动。伺服驱动电机2与距离探测传感器3相邻，位于笼式传动结构1一侧。如图2中所示，伺服驱动电机2与距离探测传感器3嵌入到第一密封外罩8.1内，两者（伺服驱动电机2与距离探测传感器3）的电控接口6位于第一密封外罩8.1上方。内冷却水进出口4和切割气体入口5位于切割头主体9上部，冷却水管路和切割气体管路内嵌于切割头主体9。准直系统7位于切割头主体9顶部。切割头主体9内嵌于第一密封外罩8.1和第二密封外罩8.2内。切割头主体9底部连接处分别是切割随动头10和切割喷嘴11。如图3中所示，切割头主体9内部从上到下依次包括准直镜片12、聚焦镜片13和保护镜片14，三镜片分别具有光学镜片模块，拆卸方便，拆装后不需调整，且能够准确快速调焦，确保切割质量。准直镜片12位于第一密封外罩8.1上表面内边缘，聚焦镜片13位于第一密封外罩8.1下表面外边缘，保护镜片14位于第二密封外罩8.2下表面内边缘。驱动和光学组件采用模块化设计，可防止粉尘进入驱动装置，同时减小了切割头的体积，提高了激光三维切割头的灵敏度。切割头还包括随动传感器线路16和切割气体流路15，随动传感器线路16内嵌于切割头主体9内壁，经切割随动头10到达切割喷嘴11；切割气体流路15内嵌于第二密封外罩8.2内壁，直通到切割随动头10。切割喷嘴11表面镀铬，主要用于气割碳钢。切割时，可用于氧气保护，避免高温对喷嘴产生影响。如图4所示，本发明具体实施时，通过感应控制器和伺服电机对切割工件感应，在机械手处于工作运行过程中，高度调节器经激光三维切割头喷嘴感应配件根据喷嘴底部和工件的距离发送一个信号给处理器，处理器经过数据的处理和分析，给出一个补偿信号，伺服电机根据反馈信号旋转一定角度，带动丝杆运动，调节激光三维切割头的位置，与工件始终保持一定距离，可实现更高的切割精度，有效防止激光切割头与切割工件发生碰撞，避免激光头与工件碰撞并损坏激光切割头。