一种激光切割小圆装置的制作方法

本发明涉及激光切割领域，尤其涉及一种激光切割小圆装置。

背景技术：

激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的(如0.1mm左右)切缝，完成对材料的切割。

在传统的x/y正交坐标的运动平台中，由x/y轴运行轨迹合成的圆形图案，由于运行半径的变化，在相同的线速度下，角速度会发生很大的变化。举一个极端的例子：假设线速度每分钟10米，画一个直径0.3米的圆(周长约等于一米)将耗费6秒的时间，在这6秒的时间内x/y轴合成的运动向量，连续变化了360度(角速度＝30度/每秒)。在相同的条件下，如果画一个直径0.003米的小圆，这时周长缩小了约为0.01米，时间仅为前者的1％，也就是说，需在0.06秒的时间内，x/y轴合成的向量变化同样也是360度(角速度约等于5060度/每秒)。这种高速的向量改变，将给运动系统带来极大地冲击。结果是图形的严重失真。为了适应这种变化，同时保持在这种变化状况下的运动精度，唯一的办法是提高x/y轴的运动加速度性能，或者降低切割圆的线速度。如果仅仅是为了切割小圆而提高系统的加速度，显然这并不是最经济的方法，试想一下，如前所述，如果系统在切割直径大的圆时，系统加速度0.1g可以满足，要想在同样的速度参数下切割直径为该圆直径1％的小圆时，则必须提高系统的加速度到10g以上，从机床设计、动力配备的角度来讲，0.1g和10个g的要求完全不在一个档次上，付出的经济代价也完全不可比拟。折中的办法则是大大降低切割小圆的速度，以降低对系统的要求。这样做的结果，是效率的大幅度降低。

目前，在实际激光切割加工中，对于切割直径小于20mm的小圆，其切割效率十分低下，由此，急需解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种激光切割小圆装置，以解决现有激光切割加工中，对于切割直径小于20mm的小圆，其切割效率十分低下的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种激光切割小圆装置，包括机架及激光器本体，所述激光器本体包括激光轴及固定于激光轴端头的激光头，所述机架上转动连接有主动盘，且机架上安装有用于带动主动盘旋转的主驱动机构，所述激光轴相对于主动盘偏心布置；激光切割时，主动盘与激光轴相连以实现扭矩的传递；调节切割半径时，激光轴与主动盘分离，且激光轴能相对于主动盘径向移动。

作为本发明的一种优选方案，所述机架上设置有从动盘，所述从动盘上设置有连接锥部，所述主动盘上设置有与连接锥部相配合的连接锥槽，所述主动盘上沿轴向开有第一通孔，所述从动盘上沿轴向开有第二通孔，所述激光轴依次穿过第一通孔、第二通孔，且激光轴上位于主动盘与连接锥部之间固定连接有偏心盘，所述主动盘上开有槽口，所述槽口与连接锥槽相连通，所述偏心盘位于槽口内，且偏心盘上固定连接有滑销，所述主动盘上开有渐开线槽，所述从动盘上沿其径向方向开有导向长槽，所述滑销的一端穿过渐开线槽，滑销的另一端始终位于导向长槽内；所述从动盘能沿其轴向方向移动，所述机架上设置有用于带动从动盘沿其轴向方向移动的移动驱动机构，激光切割时，移动驱动机构带动从动盘沿其轴向方向移动，连接锥部嵌入连接锥槽将槽口内的偏心盘压紧以实现扭矩的传递；调节切割半径时，从动盘沿其轴向方向反向移动以使得连接锥部脱离连接锥槽，主动盘旋转以使得激光轴相对于主动盘径向移动；所述机架上设置有防止从动盘在调节切割半径时转动的止动装置。

作为本发明的一种优选方案，所述从动盘为工字形结构，其包括连接锥部、止动部及用于连接两者的中间轴，所述移动驱动机构包括2个移动组件，所述移动组件包括移动气缸、连杆、支座及驱动件，所述连杆的一端与移动气缸的活塞杆铰接，其另一端铰接在支座上，所述移动气缸的活塞杆沿从动盘的轴向方向布置，所述驱动件安装于连杆上，且驱动件位于连接锥部与止动部之间。

作为本发明的一种优选方案，所述驱动件为一滚轮，所述滚轮转动连接在安装轴的一端端头，所述安装轴的另一端端头固定在连杆的中间处，且安装轴沿从动盘的径向方向布置。

作为本发明的一种优选方案，所述止动装置包括第一刹车片及与第一刹车片相配合的第二刹车片，所述第一刹车片安装于止动部上，所述第二刹车片安装于机架上。

作为本发明的一种优选方案，所述第一通孔为圆孔，其半径大于激光轴的半径，所述第二通孔为沿径向方向开设的长条形孔，所述第二通孔与导向长槽相平行。

作为本发明的一种优选方案，所述从动盘上固定连接有起支撑作用的花键轴，所述花键轴的中心处沿轴向开有便于激光轴穿过的第三通孔，所述第三通孔的半径大于激光轴的半径，所述花键轴键连接在花键轴套内，所述花键轴套上安装有第一轴承，所述第一轴承固定于轴承座上，所述轴承座固定于机架上。

作为本发明的一种优选方案，所述连接锥部上固定连接有万向滚珠，所述万向滚珠位于连接锥部与偏心盘之间。

作为本发明的一种优选方案，所述主动盘上连接有盘轴，所述盘轴上安装有第二轴承，所述第二轴承固定于轴承固定环上，所述轴承固定环固定于机架上。

作为本发明的一种优选方案，所述主驱动机构包括伺服电机、所述伺服电机的输出轴上安装有主动齿轮，所述主动盘的外圈上设置有与主动齿轮相啮合的齿。

本发明的有益效果为，所述一种激光切割小圆装置结构简单、紧凑，在同一动力下，其切割角速度不受切割小圆的直径影响，始终保持恒定，进而使其在切割直径小于20mm的小圆时具备极高的切割效率。

附图说明

图1为本发明一种激光切割小圆装置的立体结构示意图；

图2为本发明一种激光切割小圆装置的主视图；

图3是图2所示的一种激光切割小圆装置在a-a处的剖视示意图；

图4为本发明主动盘的结构示意图；

图5为本发明从动盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

请参照图1至图5所示，于本实施例中，一种激光切割小圆装置，包括机架1及激光器本体，所述激光器本体包括激光轴2及固定于激光轴端头的激光头，所述机架1上转动连接有主动盘3，所述主动盘3上连接有盘轴12，所述盘轴12上安装有第二轴承15，所述第二轴承15固定于轴承固定环13上，所述轴承固定环13固定于机架1上，所述机架1上安装有伺服电机6、所述伺服电机6的输出轴上安装有主动齿轮7，所述主动盘3的外圈上设置有与主动齿轮7相啮合的齿，所述机架1上通过第一轴承18转动连接有花键轴套17，所述第一轴承18安装于轴承座5上，所述轴承座5固定于机架1上，所述花键轴套17内键连接有花键轴16，所述花键轴16上方固定连接有从动盘4，所述主动盘3上开有渐开线槽25，且主动盘3的下端设置有连接锥槽19，所述从动盘4为工字形结构，其包括上部的连接锥部29、下部的止动部30及连接两者的中间轴31，所述连接锥部29与连接锥槽19相配合，所述止动部30的下端面设置有第一刹车片20，所述机架1上设置有与第一刹车片20相配合的第二刹车片21，所述从动盘4能沿其轴向方向移动，所述机架1上设置有用于带动从动盘4轴向移动的移动驱动机构，所述移动驱动机构包括2个移动组件，所述移动组件包括移动气缸8、连杆9、支座10、安装轴及滚轮14，所述连杆9的一端与移动气缸8的活塞杆铰接，其另一端铰接在支座10上，所述移动气缸8的活塞杆沿竖直方向布置，所述安装轴沿水平方向布置，且安装轴的一端端头固定在连杆9的中间处，所述滚轮14转动连接在安装轴的另一端端头，且滚轮14位于从动盘4的连接锥部29与止动部30之间，为了保持平衡，2个移动组件中的移动气缸8呈对角布置，所述主动盘3的中心处沿轴向开有第一通孔27，所述从动盘4的中心处沿轴向开有第二通孔28，所述花键轴16的中心处沿轴向开有第三通孔22，所述第一通孔27为圆孔，其半径大于激光轴2的半径，所述第二通孔28为沿径向方向开设的长条形孔，且第二通孔28与导向长槽32相平行，所述第三通孔22为圆孔，其半径大于激光轴2的半径，所述激光轴2依次穿过第一通孔27、第二通孔28、第三通孔22，且激光轴2能相对于主动盘3径向移动，所述激光轴2上位于主动盘3与从动盘4之间固定连接有偏心盘23，所述主动盘3的下端位于连接锥槽19的上方开有用于容纳偏心盘23的槽口24，所述连接锥部29上固定连接有万向滚珠26，所述万向滚珠26位于连接锥部29与偏心盘23之间，所述偏心盘23上固定连接有滑销11，所述滑销11的上端穿过渐开线槽25，所述从动盘4的连接锥部29上沿其径向方向开有导向长槽32，所述滑销11的下端始终位于导向长槽32内。

调节切割半径时，移动气缸8启动，带动从动盘4下移，从动盘4止动部下端面的第一刹车片20与机架1上的第二刹车片21相配合，使得从动盘4固定不动，与此同时，伺服电机6启动带动主动盘3转动，滑销11在从动盘4上导向长槽32的约束下沿着主动盘3上的渐开线槽25滑向主动盘3的边沿或圆心，因为滑销11是固定在偏心盘23上的，而偏心盘23与激光轴2固定连接，因此，滑销11的径向移动带动激光轴2相对于主动盘3径向移动，从而带动激光器本体径向移动，实现了切割半径的调节。

从动盘4和因改变切割半径而旋转的主动盘3之间的旋转夹角位于渐开线的起始角到终止角的有效范围内，并且是切割半径的函数。因此，要设置不同的切割半径，只要设置相应的旋转夹角；同时，因为伺服电机6的输入脉冲是主动盘3旋转角度的函数，所以只要已知当前的夹角(切割半径)输入相应的方向脉冲，就可以对当前的夹角(切割半径)进行适量的增减，从而实现了对切割工件孔径的调整。

在切割半径调节完成的基础上，通过移动气缸8带动从动盘4上移，从动盘4上的连接锥部29嵌入主动盘3的连接锥槽19将偏心盘23压紧以实现扭矩的传递；此时，伺服电机6带动主动盘3转动，进而带动从动盘4及偏心盘23一同旋转，于是带动了激光轴2及其端头的激光头以设定的半径沿主动盘3的圆心公转，与此同时，激光头发出的激光束便在工件上切割出与设定的半径相适应的圆孔。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。