一种手动调焦光纤激光切割头的制作方法

本发明属于切割设备制造领域，具体是涉及一种用于钢材切割的光纤激光切割头。

背景技术：

随着全球制造业的中心向我国转移，我国数控激光成套设备市场需求年增长速度达50％以上，经过多年的发展，激光技术及装备从无到有，已逐步形成一定的产业规模。切割头作为激光切割机传动链的末端，对切割质量和切割速度有着重要作用。

目前，国内使用最多的就是precitec切割头和iivi切割头，国内一些大牌激光切割机厂商基本使用进口切割头，过分依赖进口，利润空间缺失。激光产业中的核心技术是制约我国激光行业快速健康发展的重要因素。打破国外的技术垄断，实现进口替代是激光加工发展道路上的重要课题。因此，对切割头进行结构优化设计，既为尝试打破国外技术的封锁，也为了降低成本。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低廉的手动调焦光纤激光切割头，满足基本的切割碳钢板和不锈钢板的要求。

技术方案：本发明所述手动调焦光纤激光切割头，包括依次设置的光纤接口座、水冷组件、准直镜组件、聚焦镜组件、保护镜组件以及割嘴，光纤通过光纤接口座伸入所述水冷组件内，所述水冷组件用于光纤的冷却；

所述准直镜组件内安装有用于对光纤发出的光束扩束的准直镜，所述准直镜与所述光纤接口座同轴安装；

所述聚焦镜组件包括聚焦镜部分和调焦部分，所述聚焦镜部分设置有用于将准直镜扩束后的平行光重新汇聚成高斯光束的聚焦镜、放置所述聚焦镜的聚焦镜座，以及嵌套设置在所述聚焦镜座外的聚焦镜镜筒，所述聚焦镜座与聚焦镜镜筒刚性连接；所述调焦部分安装于所述聚焦镜座的侧面，该调焦部分包括由短头螺钉和偏心轮刚性连接形成的偏心调节轮以及连接块，所述偏心轮的圆柱面与所述连接块相切，所述偏心调节轮转动带动所述连接块沿聚焦镜座的轴向作直线运动，连接块与所述聚焦镜镜筒连接，所述连接块的直线运动带动所述聚焦镜镜筒运动，所述聚焦镜镜筒带动所述聚焦镜座同步运动；

所述保护镜组件包括保护镜座和安装在保护镜座内的保护镜，所述保护镜座可拆卸式安装在所述聚焦镜座的下方；

所述割嘴安装在所述保护镜组件的下方。

本发明进一步优选地技术方案为，所述聚焦镜组件的调焦部分还包括焦点调节座、聚焦镜座盖、调焦旋钮座和刻度盘；

所述焦点调节座嵌套设置在所述聚焦镜座外侧，所述聚焦镜座盖安装在所述焦点调节座的侧面，所述调焦旋钮座安装在所述聚焦镜座盖上，刻度盘设置在所述调焦旋钮座的表面，由短头螺钉和偏心轮刚性连接形成的偏心调节轮放置于所述调焦旋钮座内，在所述调焦旋钮座内转动；

在所述焦点调节座的轴向上还开有一凹槽，与所述偏心调节轮相切的连接块穿过盖凹槽与位于所述焦点调节座内的聚焦镜镜筒连接。

作为优选地，所述聚焦镜组件还包括调轴部分，调轴部分包括：

托架，所述托架位于聚焦镜座盖和焦点调节座之间，托架通过定位销钉与所述聚焦镜座盖连接，托架相对聚焦镜座盖上下方向的位移被所述定位销钉限制，托架在远离或靠近聚焦镜座盖的平行方向上的位移不被限制；

若干弹簧，若干弹簧沿焦点调节座的轴向设置，并环绕在所述焦点调节座上，弹簧的两端分别绕过托架的两侧固定在所述聚焦镜座盖上，若干所述弹簧与托架配合形成抱箍状结构维持所述焦点调节座相对聚焦镜座盖的位置；

若干第一平头锁紧螺丝，在所述托架上开设有若干盲孔，盲孔内放置有钢球，所述第一平头锁紧螺丝穿过聚焦镜座盖上开设的通孔伸入托架上相对应的盲孔内，调节所述第一平头锁紧螺丝，第一螺钉配合钢球推动所述托架在远离或靠近聚焦镜座盖的方向上位移，托架带动所述焦点调节座改变位置，调节聚焦镜的焦点至与割嘴中心同轴。

优选地，所述托架上开设置有若干通孔，各通孔内穿有第二平头锁紧螺丝，所述第二平头锁紧螺丝的端头与焦点调节座的表面接触。

优选地，所述水冷组件包括水冷法兰、水冷法兰盖、进水管接头和出水管接头，所述水冷法兰和水冷法兰盖之间通过若干密封圈密封；进水管接头和出水管接头与水冷法兰的内腔连通，在进水管接头和出水管接头之间还设置有密封销钉，所述密封销钉将所述进水管接头和出水管接头隔开。

优选地，所述准直镜组件、聚焦镜组件和保护镜组件均安装于切割头主体内，所述准直镜组件安装于切割头主体的顶端，所述保护镜组件安装于切割头主体底端。

优选地，所述保护镜组件包括保护镜座、安装在保护镜座内的保护镜以及安装在保护镜座侧面的连接板，所述连接板分别通过连接螺钉和不脱出螺钉与所述保护镜座和切割头主体固定。

优选地，所述保护镜座的顶端开口，所述保护镜可拆卸式安装在保护镜座的开口内，保护镜座的顶端开口设置锁紧螺母，锁紧螺母将所述保护镜固定在保护镜座内。

有益效果：(1)本发明中光纤通过光纤接口进入水冷组件，光束首先投射在准直镜组件上，此刻发散的激光束在通过准直镜后变成平行光，该平行光进入聚焦组件，然后在聚焦镜上汇聚，平行光重新汇聚成高斯光束，汇聚的高斯光束通过保护镜组件，最终进入割嘴实现激光切割，能够实现基本的切割碳钢板、不锈钢板的功能，但在结构上，本申请结构简单，无需精密的光学和机械仪器配合，成本低廉，可以实现大批量规模化的生产，能作为独立机床附件，连接于激光切割机；

(2)本发明采用手动调焦形式，有别于市场上现有的复杂的调焦系统，在调焦时，用内六角扳手转动短头螺钉，使偏心轮在调焦旋钮座内转动一定角度，偏心轮的偏心圆柱面刚好相切于连接块内，使连接块沿焦点调节座的凹槽上下移动，连接块带动聚焦镜座移动，从而实现聚焦镜的上下移动，使得激光切割时的焦点位置发生变化；与调焦功能一样，本发明的调轴功能同样采用简单的设置，托架通过定位销钉连接在聚焦镜座盖上，托架上的第二平头锁紧螺丝可以向外抵住焦点调节座，在焦点调节座外侧安装弹簧，使焦点调节座牢靠地安装在聚焦镜座盖上，在激光中心和割嘴中心不同轴时，可以通过托架上安装的第一平头锁紧螺丝和钢球使得焦点调节座的位置改变，从而使得激光中心和割嘴中心同轴；

(3)本发明中的水冷组件在进水管接头和出水管接头之间还设置有密封销钉，密封销钉将进水管接头和出水管接头隔开，避免冷却水从进水口直接回出水口，提升冷却效果；本发明中保护镜组件采用可拆卸式结构，使用简易，更换方便。

附图说明

图1为本发明的手动调焦光纤激光切割头结构示意图；

图2为本发明的手动调焦光纤激光切割头内部结构示意图；

图3为本发明的水冷组件的结构示意图；

图4为本发明的水冷组件的剖视图；

图5为本发明的聚焦镜组件的结构示意图；

图6为本发明的聚焦镜组件的轴向剖面图；

图7为本发明的聚焦组件的径向剖面图；

图8为本发明的聚焦组件的爆炸图；

图9为本发明的保护镜组件的结构示意图。

图中，1-光纤、2-光纤接口座、3-水冷组件、4-准直镜组件、5-聚焦镜组件、6-保护镜组件、7-割嘴、301-水冷法兰、302-水冷法兰盖、303-进水管接头、304-出水管接头、305-密封销钉、501-刻度盘、502-偏心轮、503-短头螺钉、504-连接块、505-调焦旋钮座、506-聚焦镜座盖、507-焦点调节座、508-聚焦镜座、509-第一平头锁紧螺丝、510-钢球、511-托架、512-弹簧、513-第二平头锁紧螺丝、514-聚焦镜镜筒、601-保护镜座、602-保护镜、603-连接板、604-锁紧螺母。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：一种手动调焦光纤激光切割头，包括依次设置的光纤接口座2、水冷组件3、准直镜组件4、聚焦镜组件5、保护镜组件6以及割嘴7。准直镜组件4、聚焦镜组件5和保护镜组件6均安装于切割头主体内，准直镜组件4安装于切割头主体的顶端，保护镜组件6安装于切割头主体底端。

水冷组件3包括水冷法兰301、水冷法兰盖302、进水管接头303和出水管接头304，水冷法兰301和水冷法兰盖302之间通过若干密封圈密封；进水管接头303和出水管接头304与水冷法兰301的内腔连通，在进水管接头303和出水管接头304之间还设置有密封销钉305，密封销钉305将进水管接头303和出水管接头304隔开。

准直镜组件4内安装有用于对光纤1发出的光束扩束的准直镜，准直镜与光纤接口座2同轴安装。

聚焦镜组件5包括聚焦镜部分、调焦部分和调轴部分。

聚焦镜部分设置有用于将准直镜扩束后的平行光重新汇聚成高斯光束的聚焦镜、放置聚焦镜的聚焦镜座508，以及嵌套设置在聚焦镜座508外的聚焦镜镜筒514，聚焦镜座508与聚焦镜镜筒514刚性连接。

调焦部分包括由短头螺钉503和偏心轮502刚性连接形成的偏心调节轮、连接块504、焦点调节座507、聚焦镜座盖506、调焦旋钮座505和刻度盘501。

焦点调节座507嵌套设置在聚焦镜镜筒514外侧，聚焦镜座盖506安装在焦点调节座507的侧面，调焦旋钮座505安装在聚焦镜座盖506上，刻度盘501设置在调焦旋钮座505的表面，由短头螺钉503和偏心轮502刚性连接形成的偏心调节轮放置于调焦旋钮座505内，在调焦旋钮座505内转动；在焦点调节座507的轴向上还开有一凹槽，与偏心调节轮相切的连接块504穿过盖凹槽与位于焦点调节座507内的聚焦镜镜筒514连接。偏心调节轮转动带动连接块504沿聚焦镜座508的轴向作直线运动，连接块504的直线运动带动聚焦镜镜筒514运动，聚焦镜镜筒514带动聚焦镜座508同步运动。

调轴部分包括托架511、若干弹簧512和若干第一平头锁紧螺丝509，托架511位于聚焦镜座盖506和焦点调节座507之间，托架511通过定位销钉与聚焦镜座盖506连接，托架511相对聚焦镜座盖506上下方向的位移被定位销钉限制，托架511在远离或靠近聚焦镜座盖506的平行方向上的位移不被限制；托架511上开设置有若干通孔，各通孔内穿有第二平头锁紧螺丝513，第二平头锁紧螺丝513的端头与焦点调节座507的表面接触。若干弹簧512沿焦点调节座507的轴向设置，并环绕在焦点调节座507上，弹簧512的两端分别绕过托架511的两侧固定在聚焦镜座盖506上，若干弹簧512与托架511配合形成抱箍状结构维持焦点调节座507相对聚焦镜座盖506的位置。在托架511上开设有若干盲孔，盲孔内放置有钢球510，第一平头锁紧螺丝509穿过聚焦镜座盖506上开设的通孔伸入托架511上相对应的盲孔内，调节第一平头锁紧螺丝509，第一螺钉配合钢球510推动托架511在远离或靠近聚焦镜座盖506的方向上位移，托架511带动焦点调节座507改变位置，调节聚焦镜的焦点至与割嘴7中心同轴。

保护镜组件6包括保护镜座601、保护镜602以及安装在保护镜座601侧面的连接板603，连接板603分别通过连接螺钉和不脱出螺钉与保护镜座601和切割头主体固定。保护镜座601的顶端开口，保护镜602可拆卸式安装在保护镜座601的开口内，保护镜座601的顶端开口设置锁紧螺母604，锁紧螺母604将保护镜602固定在保护镜座601内。

割嘴7安装在保护镜组件6的下方。

光纤1通过光纤接口进入水冷组件3，光束首先投射在准直镜组件4上，此刻发散的激光束在通过准直镜后变成平行光，该平行光进入聚焦组件，然后在聚焦镜上汇聚，平行光重新汇聚成高斯光束，汇聚的高斯光束通过保护镜组件6，最终进入割嘴7实现激光切割。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。