一种可置换的光纤激光加工刀柄

本发明涉及激光加工领域，具体为一种可置换的光纤激光加工刀柄。

背景技术：

1、激光加工技术作为二十世纪以来的重大发明之一，为人类加工技术的进步开辟了新的思路。激光加工技术的本质是一种热加工，本质是激光束作用于物体表面实现物体形状改变、性能改变或材料去除的一种加工手段。，随着对激光加工技术研究的深入，越来越多的领域开始应用激光加工技术。与传统的加工方式相比，激光加工优势明显，激光加工技术具有高效率、高质量、高精度、低污染、低副产物的优点。现阶段，市场上诞生了许多成熟的、专门化的设备，例如激光切割机、激光焊接机、激光打标机、激光雕刻机、激光快速成型机等，主流的激光加工设备一般由激光发生器、光学透镜系统、加工平台还有控制系统组成。然而目前大部分激光加工设备，都是根据激光加工的功能和方式去专门设计的，再和其他设备一起组成专用的特种加工设备。这种激光加工设备只能进行单一的激光加工不能进行传统的车削，铣削加工，而且设备成本昂贵，零部件加工范围和加工精度都有限，一般的企业都难以接受，形成了激光加工技术得痛点问题。

2、为此，本发明设计发明了一种可置换的光纤激光加工刀柄。本发明集成了传统激光加工设备的光学系统，满足了激光加工的功能需求，同时又结合了可置换刀柄，可以与机床刀具相同，安装在多轴数控加工机床上，在不影响机床正常加工功能和设计结构的同时为其增加激光加工的功能，不但降低了激光加工机床的设计定制成本还减少了频繁拆装激光器造成的定位误差，可以从根本上提高机床的加工功能，有效的提升了加工效率，提升了零件加工时的工艺选择，为激光器的发展提供了新的思路。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种可置换的光纤激光加工刀柄，本发明具备便于安装的优点，同时可以减小传统激光器频繁拆装带来的安装误差，解决了现有激光加工设备只能进行单一的激光加工不能进行传统的车削，铣削加工的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、为实现上述设计目的，本发明提供如下技术方案：一种可置换的光纤激光加工刀柄，该设备包括：可置换刀柄、刀柄外壳、光斑调节系统、光斑补偿系统四个部分。其中，所述可置换刀柄结构为光纤激光切割加工刀柄与加工机床之间的连接媒介，用于与不同型号的机床间连接并保证加工精度；所述光斑调节系统主要通过改变激光透镜间的距离改变光纤激光切割加工刀柄输出光斑的直径尺寸；所述光斑补偿系统通过对激光透镜间距进行微调对激光器输出的光斑直径进行微调和补偿；所述刀柄外壳为整个光纤激光切割加工刀柄的支撑系统，主要功能为提升整体刚度，防止液体及灰尘渗入以保护刀柄内部光学系统和电机的正常运行，实现本发明的防水防尘功能；

4、一种可置换的光纤激光加工刀柄，所述主体包括：可置换刀柄、光斑调节系统、光斑补偿系统、刀柄外壳四部分。其特征在于：所述可置换刀柄与所述刀柄外壳的上外壳座螺栓连接，所述上外壳座与外壳主体相连，所述上外壳座下部矩形定位槽与反射镜座相连，所述上外壳座侧面限位孔与qbh接头相连，通过所述外壳主体侧面螺纹孔对qbh接头进行约束。所述光斑调节系统的固定筒顶部与上外壳座底部螺纹孔螺纹连接，所述光斑调节系统补偿固定筒顶部与光斑补偿系统固定筒底部螺纹孔螺纹连接。聚焦喷嘴与所述外壳主体螺纹连接，聚焦喷嘴与所述光斑补偿系统的补偿固定座螺纹连接，借助其配合对光斑调节系统和光斑补偿系统进行约束，保证其同轴度，锁定其垂直位置。

5、进一步的，所述可置换刀柄与所述上外壳座通过8个m5螺栓进行螺栓连接，同时为了保证其配合时的同轴度，接合部分设计采用梯台结构，保证装配精度。

6、进一步的，所述刀柄外壳包括：上外壳座、外壳主体。所述上外壳座通过底部销孔与外壳本体间销连接，为保证本发明光纤激光加工刀柄的防尘防水性能，所述上外壳座底部连接部分设计预留槽，槽内用于安装防水垫圈。

7、进一步的，所述反射镜座安装在上外壳座底部矩形凹槽内，所述反射镜安装在反射镜座底部圆柱凹槽内，透镜盖与反射镜座螺纹连接并反射镜进行约束，同时，其垂直位置受上外壳座与光斑调节系统连接的约束。保证反射镜与入射激光束45°夹角。

8、进一步的，所述qbh接头与所述上外壳座侧面限位孔箱梁，所述qbh接头与外壳主体体侧面螺纹孔螺纹连接，对其形成约束，保证激光束的准直。

9、进一步的，所述光斑调节系统包括：旋转筒、固定筒、移动镜座、圆柱滚子销、固定镜座、无刷电机。所述旋转筒套装在固定筒上，通过所述光斑调节系统与上外壳座的配合进行约束，所述无刷电机定子与固定筒固接，转子与旋转筒固接，移动镜座与圆柱滚子销螺纹连接，圆柱滚子销与所述固定筒上限位槽、所述旋转筒上螺旋槽相连，对所述移动镜座的运动进行约束，固定镜座与固定筒底部凹槽相连，其位置受固定筒与补偿固定筒的连接约束。

10、进一步的，所述光斑补偿系统包括：补偿旋转筒、补偿固定筒、移动镜座、圆柱滚子销、聚焦透镜座、无刷电机。所述补偿旋转筒套装在补偿固定筒上，通过所述光斑补偿系统与所述光斑调节系统的配合进行约束，所述无刷电机定子与补偿固定筒固接，转子与补偿旋转筒固接，移动镜座与圆柱滚子销螺纹连接，圆柱滚子销与所述补偿固定筒上限位槽、所述补偿旋转筒上螺旋槽相连，对移动镜座的运动进行约束，聚焦透镜座与补偿固定筒底部凹槽相连，其位置受补偿固定筒与所述聚焦喷嘴的连接约束。

11、进一步的，所述聚焦喷嘴顶部螺纹与所述补偿固定筒底部螺纹孔螺纹连接，与所述外壳主体底部螺纹孔螺纹连接。

12、本发明与现有技术相比，包含的有益效果是：

13、1、本发明设计的带有可置换刀柄的光纤激光加工设备可以安装在多轴数控加工机床上，为其提供一种新的加工方式，拓展了数控机床的加工能力。

14、2、本发明结构简单，操作难度低，具有很高的可靠性。

15、3、本发明一种带有可置换刀柄的激光加工设备刀柄部分的设计为可置换刀柄，极大的提高了本发明的泛用性，使得本发明可以安装于市场上大部分主流多轴数控加工机床。

16、4、本发明体积较小，安装简单，与同类产品相比，可以极大的减小频繁拆装带来的安装误差，提高了加工效率。

17、5、本发明采用两组无刷电机分别驱动光斑调节系统与光斑补偿系统，首先是避免了每次加工都需要将刀柄拆卸进行手动调焦，节约加工时间，提升了加工效率；其次，采用无刷电机驱动调焦有效的降低了手动调焦带来的操作误差。

18、6、本发明的刀柄外壳的上外壳座与外壳主体、qbh接头间的连接区域预留了安装垫圈的预留槽，外壳主体与光斑补偿系统、聚焦喷嘴的连接部分也设计的用于安装垫圈的预留槽，保证了本发明光学体统的密封性，提升了本发明的防尘防水性能。同时，本发明设计的刀柄外壳可以有效的阻止加工中产生的碎屑溅射对光学系统造成的影响。

技术特征：

1.一种可置换的光纤激光加工刀柄，所述主体包括：可置换刀柄(1)、光斑调节系统(3)、光斑补偿系统(4)、刀柄外壳(2)四部分。其特征在于：所述可置换刀柄(1)与所述刀柄外壳(2)的上外壳座(18)通过螺栓连接，所述上外壳座(18)与外壳主体(19)相连，所述上外壳座(18)下部矩形定位槽与反射镜座(6)相连，所述上外壳座(18)侧面限位孔与qbh接头(9)相连。所述光斑调节系统(3)的固定筒(11)顶部与上外壳座(18)底部螺纹孔螺纹连接，所述光斑调节系统(3)的补偿固定筒(16)顶部与光斑补偿系统(4)固定筒(11)底部螺纹孔螺纹连接。聚焦喷嘴(10)与所述外壳主体(19)螺纹连接，聚焦喷嘴(10)与所述光斑补偿系统(4)的补偿固定筒(16)螺纹连接，借助其配合对光斑调节系统(3)和光斑补偿系统(4)进行约束，保证其同轴度，锁定其垂直位置。

2.根据权利要求1所述，其特征在于：所述可置换刀柄(1)与所述上外壳座(18)通过8个m5螺栓进行螺栓连接，同时为了保证其配合时的同轴度，接合部分设计采用梯台结构，保证装配精度。

3.根据权利要求1所述，其特征在于：所述刀柄外壳(2)包括：上外壳座(18)、外壳主体(19)。所述上外壳座(18)通过底部销孔与外壳主体(19)销连接，为保证本发明光纤激光加工刀柄的防尘防水性能，所述上外壳座(18)底部连接部分设计预留槽，槽内用于安装防水垫圈。

4.根据权利要求1所述，其特征在于：所述反射镜座(6)安装在上外壳座(18)底部矩形凹槽内，所述反射镜(7)安装在反射镜座(6)底部圆柱凹槽内，透镜盖(8)与反射镜座(6)螺纹连接并对反射镜(7)进行约束，同时，其垂直位置受上外壳座(18)与光斑调节系统(3)连接的约束。保证反射镜(7)与入射激光束成45°夹角。

5.根据权利要求1所述，其特征在于：所述qbh接头(9)与所述上外壳座(18)侧面限位孔相连，所述qbh接头(9)与外壳主体(19)侧面螺纹孔螺纹连接，通过所述外壳主体(19)侧面螺纹孔与qbh接头(9)外螺纹的配合对其形成约束，保证qbh接头(9)中心线与所述光斑调节系统(3)的中心线想垂直，同时保证激光束的准直。

6.根据权利要求1所述，其特征在于：所述光斑调节系统(3)包括：旋转筒(12)、固定筒(11)、移动镜座(13)、圆柱滚子销(20)、固定镜座(14)、无刷电机(5)。所述旋转筒(12)套装在固定筒(11)上，通过所述光斑调节系统(3)与上外壳座(18)的配合进行约束，所述无刷电机(5)定子与固定筒(11)固接，转子与旋转筒(12)固接，移动镜座(13)与圆柱滚子销(20)螺纹连接，圆柱滚子销(20)与所述固定筒(11)上限位槽、所述旋转筒(12)上螺旋槽相连，对所述移动镜座(13)的运动进行约束，固定镜座(14)与固定筒(11)底部凹槽相连，其位置受固定筒(11)与补偿固定筒(16)的连接约束。

7.根据权利要求1所述，其特征在于：所述光斑补偿系统(4)包括：补偿旋转筒(15)、补偿固定筒(16)、移动镜座(13)、圆柱滚子销(20)、聚焦镜座(17)、无刷电机(5)。所述补偿旋转筒(15)套装在补偿固定筒(16)上，通过所述光斑补偿系统(4)与所述光斑调节系统(3)的配合进行约束，所述无刷电机(5)定子与补偿固定筒(16)固接，转子与补偿旋转筒(15)固接，移动镜座(13)与圆柱滚子销(20)螺纹连接，圆柱滚子销(20)与所述补偿固定筒(16)上限位槽、所述补偿旋转筒(15)上螺旋槽相连，对移动镜座(13)的运动进行约束，聚焦镜座(17)与补偿固定筒(16)底部凹槽相连，其位置受补偿固定筒(16)与所述聚焦喷嘴(10)的连接约束。

8.根据权利要求1所述，其特征在于：所述聚焦喷嘴(10)顶部螺纹与所述补偿固定筒(16)底部螺纹孔螺纹连接，与所述外壳主体(19)底部螺纹孔螺纹连接。

技术总结
本发明涉及光纤激光加工领域，公开了一种可置换的光纤激光加工刀柄。所述主体包括可置换刀柄(1)、光斑调节系统(3)、光斑补偿系统(4)、刀柄外壳(2)四部分。所述可置换刀柄(1)采用BT40型标准刀柄，与所述外壳主体(19)螺栓连接。内部光学系统由光斑调节系统(3)和光斑补偿系统(4)组成，分别由两组无刷电机(5)进行驱动，实现了激光器的免拆装调焦与精准调焦。本发明基于数控机床的高精度，为数控机床提供了一种额外的加工方式，具有较高的泛用性，可以实现高精准无接触调焦，刀柄外壳起到支撑固定的功能，同时为内部光学仪器提供干净密闭的工作环境。

技术研发人员：万泉,仲维哲,胡晓宇,肖贺,蔡向龙,周梓澳,张志强
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13