CN110900010A - 一种电力设备生产用的板材激光切割机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力设备生产用的板材激光切割机，包括切割机架和激光切割头，切割机架包括框架机身，框架机身中卡接有耐磨支撑板，框架机身的侧边横梁上装配有龙门调整机构；激光切割头包括可滑动基座和激光发射器，激光发射器包括用于外接光纤的光纤连接块，光纤连接块的前端安装有用于进行光束向调整的准直组件模块，准直组件模块的光束射出端连接有连续变焦机构，准直组件模块和连续变焦机构的外表面包裹有防护镜盒，防护镜盒的前端镶嵌有切割嘴；本发明可实现高精度连续快速变焦，通过调整激光束出射光斑的大小，实现对不同厚度板材的切割，且可以进行三维位置精确调整，适用于复杂要求的金属板材切割，切割速度快效率高。
Description
技术领域
本发明涉及切割机领域，具体为一种电力设备生产用的板材激光切割机。
背景技术
电力设备的生产需要用到大量的金属板材等材料，为了满足不同条件下的应用需求，需要对不同的板材进行切割，在切割作业中高效环保的切割装置即为激光切割机，激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路***，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。随着光束与工件相对位置的移动，最终使材料形成切缝，从而达到切割的目的。
激光切割加工是用不可见的光束代替了传统的机械刀，具有精度高，切割快速，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的金属切割工艺设备。激光刀头的机械部分与工件无接触，在工作中不会对工件表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄(0.1mm～0.3mm)；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。
目前，激光发生器由于制造成本等原因，所发出的激光光束都具有一定的发散角，呈“锥形”。当“锥形”的高度改变时(相当于激光切割机光路长度改变)，聚焦透镜表面的光束横截面面积也随之改变。此外，光还具有波的性质，因此，不可避免地会出现衍射现象，衍射会使光束在传播过程中发生横向扩展，该现象存在于所有的光学***中，能够决定这些***在性能方面的理论极限值。由于高斯光束呈“锥形”和光波的衍射作用，当光路长度变化时，作用在透镜表面的光束直径时刻发生着变化，这就会引起焦点大小和焦点深度的变化，但对焦点位置的影响很小。如果焦点大小和焦点深度在连续加工中发生变化，必然会对加工产生很大影响，比如，会造成切割缝宽度不一致、在相同切割功率下会割不透或烧蚀板材等。
综合上述，现有的激光切割装置存在以下缺陷：
(1)该切割器虽然可以实现对待加工工件的连续切割，但是该装置不具有变焦功能，那么对于厚度相差较大的工件就不能够根据需要调整输出光束的焦点和光斑大小，导致切割效率低下；
(2)该装置虽具有三个方向的轴承调整探头位置，但通过丝杆旋转进行调整，精度有限且稳定性较差。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种电力设备生产用的板材激光切割机，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电力设备生产用的板材激光切割机，包括切割机架和激光切割头，切割机架包括不锈钢制成的框架机身，框架机身中卡接有耐磨支撑板，框架机身的侧边横梁上装配有用于进行位置调整的龙门调整机构，龙门调整机构共有两个，两边的龙门调整机构之间横跨有基座横梁，基座横梁用于固定安装激光切割头；
激光切割头包括可滑动基座，可滑动基座的下表面开凿有安装孔，安装孔内镶嵌有激光发射器，激光发射器包括用于外接光纤的光纤连接块，光纤连接块的前端安装有用于进行光束向调整的准直组件模块，准直组件模块的光束射出端连接有用于进行光束聚焦的连续变焦机构，准直组件模块和连续变焦机构的外表面包裹有用于进行保护和遮光的防护镜盒，防护镜盒的前端镶嵌有切割嘴，切割嘴入光口正对连续变焦机构；
准直组件模块包括准直光道，准直光道的上下两端均为圆锥形，中间段为圆筒状，均采用遮光材料制成，中间圆筒段内有准直透镜，准直透镜的边沿处连接有弹簧推架，弹簧推架的另一端卡接在准直光道的进口处，且弹簧推架的末端连接有用于驱动前进后退的微型驱动机，微型驱动机固定安装在防护镜盒的外表面。
进一步地，可滑动基座的上表面卡接有卡接基座，基座横梁的下表面开凿有滑动导轨，卡接基座卡接在滑动导轨内。
进一步地，龙门调整机构包括龙门支架，龙门支架采用折叠钢架制成，且龙门支架的底部卡接在框架机身侧边横梁的导轨内，对应的侧边横梁导轨上卡接有X轴联动器。
进一步地，X轴联动器的另一端连接有X轴驱动电机，X轴驱动电机固定在框架机身的前侧边，对应的框架机身的两侧横梁上均安装有X轴缓冲限位器。
进一步地，龙门支架与基座横梁之间连接有Z轴联动器，Z轴联动器的末端也安装有Z轴驱动电机，Z轴驱动电机固定安装在龙门支架的内壁上，且Z轴联动器顶部还安装有缓冲承重块，缓冲承重块固定在基座横梁下表面。
进一步地，基座横梁上安装有Y轴驱动电机，Y轴驱动电机的另一端连接有Y轴联动器，Y轴联动器的另一端连接至可滑动基座的侧边，基座横梁的滑动导轨两端还卡接有Y轴限位器。
进一步地，连续变焦机构包括卡接在准直光道前端锥削段中的前组物镜，前组物镜的前端套接有变焦调整架，变焦调整架的前端安装有补偿聚焦镜。
进一步地，变焦调整架采用四根圆柱状导轨组合而成，补偿聚焦镜的边缘处套接有凸轮固定夹，凸轮固定夹的凸轮卡接在变焦调整架的滑轨内。
进一步地，切割嘴采用耐高温材料制成，切割嘴的形状为拉瓦尔流线型喷嘴，且切割嘴的喷嘴口卡接有透明玻璃，喷嘴口直径为0.1mm-0.15mm。
进一步地，光纤连接块包括与外接光纤相连接的标准连接头，标准连接头内部安装有一级透镜，标准连接头的前端为倒锥体形状，与准直光道的前端相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过设置激光切割头，在其中设置准直组件模块，利用微型驱动机调整准直透镜在准直光道中的位置，从而实现对出射波束在待切割板材上形成的光斑大小；在连续变焦机构中，通过调整前组物镜与补偿聚焦镜之间的距离，实现可控连续变焦，从而调整输出光束的焦点位置；结合切割嘴将输出激光束进行加压加速至超音速，实现对金属板材的快速精准切割，且适用于不同厚度的板材，调整方便工作效率高；
(2)本发明通过设置龙门调整机构，利用X轴、Y轴和Z轴三个方向的驱动电机，控制实现三个维度的联动器运动，从而改变激光切割头的位置，且控制灵活精确度高，可以控制实现复杂的运动轨迹，进而实现复杂的切割操作，提高切割效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的正面结构示意图；
图3为本发明的侧面结构示意图；
图4为激光切割头的剖面结构示意图。
图中标号：
1-切割机架；2-激光切割头；3-龙门调整机构；
101-框架机身；102-耐磨支撑板；103-基座横梁；104-滑动导轨；105-Z轴限位器；
201-可滑动基座；202-激光发射器；203-光纤连接块；204-准直组件模块；205-连续变焦机构；206-防护镜盒；207-切割嘴；208-准直光道；209-准直透镜；210-弹簧推架；211-微型驱动机；212-卡接基座；213-前组物镜；214-变焦调整架；215-补偿聚焦镜；216-凸轮固定夹；217-标准连接头；218-一级透镜；
301-龙门支架；302-X轴联动器；303-X轴驱动电机；304-X轴缓冲限位器；305-Z轴联动器；306-缓冲承重块；307-Y轴驱动电机；308-Y轴联动器；309-Z轴驱动电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种电力设备生产用的板材激光切割机，包括切割机架1和激光切割头2，激光切割头2固定在切割机架1的上方，切割机架1上放置有待切割的金属板材，通过控制激光切割头2的运动，实现对金属板材的切割操作。
如图2所示，切割机架1包括不锈钢制成的框架机身101，框架机身101中卡接有耐磨支撑板102，耐磨支撑板102采用高强度复合板材制成，耐高温且强度大，不易磨损；框架机身101的侧边横梁上装配有用于进行位置调整的龙门调整机构3，龙门调整机构3共有两个，两边的龙门调整机构3之间横跨有基座横梁103，基座横梁103用于固定安装激光切割头2，设置两个完全对称的龙门调整机构3对激光切割头2的位置进行调整，可以提高调整机构的灵活性能。
如图3所示，龙门调整机构3包括龙门支架301，龙门支架301采用折叠钢架制成，且龙门支架301的底部卡接在框架机身101侧边横梁的导轨内，对应的侧边横梁导轨上卡接有X轴联动器302，X轴联动器302的另一端连接有X轴驱动电机303，X轴驱动电机303固定在框架机身101的前侧边，对应的框架机身101的两侧横梁上均安装有X轴缓冲限位器304。
优选地是，龙门支架301采用折叠框架结构，在不需要时可以进行折叠收纳，节省存储空间，并且具有良好的承重性能；当需要进行水平方向即X轴的位置调整时，首先启动X轴驱动电机303，X轴驱动电机303驱动X轴联动器302前进后退，从而控制龙门支架301沿着框架机身101前后移动，实现X轴位置调整，并且通过增设X轴缓冲限位器304，有效防止龙门支架301超过限位，且有效吸收了碰撞过程中产生的振荡，保护整个装置的稳定性。
同样地，龙门支架301与基座横梁103之间连接有Z轴联动器305，Z轴联动器305的末端也安装有Z轴驱动电机309，Z轴驱动电机309固定安装在龙门支架301的内壁上，且Z轴联动器305顶部还安装有缓冲承重块306，缓冲承重块306固定在基座横梁103下表面；同样的，当需要调整激光切割头2的高度时，首先利用Z轴驱动电机309控制调整Z轴联动器305的高度，从而改变基座横梁103的高度，实现对整体高度的调整，增加缓冲承重块306可以防止调节过度，并且提高装置的承重性能。
激光切割头2包括可滑动基座201，可滑动基座201的上表面卡接有卡接基座212，基座横梁103的下表面开凿有滑动导轨104，卡接基座212卡接在滑动导轨104内。
进一步地，基座横梁103上安装有Y轴驱动电机307，Y轴驱动电机307的另一端连接有Y轴联动器308，Y轴联动器308的另一端连接至可滑动基座201的侧边，基座横梁103的滑动导轨104两端还卡接有Y轴限位器105，为了实现激光切割头2在Y轴方向的位移，通过控制Y轴驱动电机307驱动Y轴联动器308，控制可滑动基座201沿着滑动导轨104左右移动，从而实现对水平方向的位移控制。
需要补充说明的是，X轴驱动电机303Z轴驱动电机309和Y轴联动器308都可以外接光栅尺传感控制机构，通过光栅长度测量实现对位移的精准控制，从而大大提高装置的精确度。
如图4所示，可滑动基座201的下表面开凿有安装孔，安装孔内镶嵌有激光发射器202，激光发射器202包括用于外接光纤的光纤连接块203，光纤连接块203的前端安装有用于进行光束向调整的准直组件模块204，准直组件模块204的光束射出端连接有用于进行光束聚焦的连续变焦机构205，准直组件模块204和连续变焦机构205的外表面包裹有用于进行保护和遮光的防护镜盒206，防护镜盒206的前端镶嵌有切割嘴207，切割嘴207入光口正对连续变焦机构205。
在本实施例中，光纤连接块203包括与外接光纤相连接的标准连接头217，标准连接头217内部安装有一级透镜218，标准连接头217的前端为倒锥体形状，与准直光道208的前端相连接；光纤连接块203用于连接外置的激光发射器，其中标准连接头217具有通用适配性，内部的一级透镜218具有初步聚光作用，从而将激光束传输至后续的准直组件模块204。
优选地是，准直组件模块204包括准直光道208，准直光道208的上下两端均为圆锥形，中间段为圆筒状，均采用遮光材料制成，中间圆筒段内有准直透镜209，准直透镜209的边沿处连接有弹簧推架210，弹簧推架210的另一端卡接在准直光道208的进口处，且弹簧推架210的末端连接有用于驱动前进后退的微型驱动机211，微型驱动机211固定安装在防护镜盒206的外表面。
准直组件模块204用于控制实现对激光束传输方向的调整，通过微型驱动机211带动弹簧推架210沿着Z轴上下移动，从而带动准直透镜209上下移动，当准直透镜209向上移动时，光束将变得发散，准直透镜209向下移动时，光束将提前汇聚，从而实现对激光束聚焦点的光斑直径大小的调整。
特别地，连续变焦机构205包括卡接在准直光道208前端锥削段中的前组物镜213，前组物镜213的前端套接有变焦调整架214，变焦调整架214的前端安装有补偿聚焦镜215；变焦调整架214采用四根圆柱状导轨组合而成，补偿聚焦镜215的边缘处套接有凸轮固定夹216，凸轮固定夹216的凸轮卡接在变焦调整架214的滑轨内。
与准直组件模块204相同，利用变焦调整架214改变前组物镜213与补偿聚焦镜215之间的距离，从而改变整个机构的焦距，实现对焦点位置的改变，以满足不同环境的需求；补充说明的是，调焦控制过程是利用计算机***通过光电检测***和压力传感***的反馈进行数据处理后，作为变曲率镜的输入控制信号输入计算机，对反馈的信号实时闭环监控，实现对光束质量和聚焦特性的自适应调控，达到调焦的效果。
补充地是，切割嘴207采用耐高温材料制成，切割嘴207的喷嘴口卡接有透明玻璃，进行三次汇聚，喷嘴口直径为0.1mm-0.15mm，切割嘴207的形状为拉瓦尔流线型喷嘴，依据空气动力学原理利用割嘴内部结构消除气流场中的激波，使压力能全部转换为速度能，实现超音速出流，从而保证激光切割效率和切割质量；当传入的激光束经过准直调焦汇聚后，可以实现在指定的位置实现强聚焦高能量的激光波束，从而对金属板材进行切割操作，切割薄板时调小光斑直径，这样切缝窄，热输入少，能量密度高，熔融能力大，在高速切割中发挥重要作用；切割厚板时调大光斑直径，切缝宽度增加，有利于熔融金属顺利流淌；而且可以获得较大的焦深，切割断面垂直度好(即切缝坡度小)，大大提高切割质量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种电力设备生产用的板材激光切割机，包括切割机架(1)和激光切割头(2)，其特征在于：所述切割机架(1)包括不锈钢制成的框架机身(101)，框架机身(101)中卡接有耐磨支撑板(102)，框架机身(101)的侧边横梁上装配有用于进行位置调整的龙门调整机构(3)，所述龙门调整机构(3)共有两个，两边的龙门调整机构(3)之间横跨有基座横梁(103)，所述基座横梁(103)用于固定安装激光切割头(2)；
所述激光切割头(2)包括可滑动基座(201)，所述可滑动基座(201)的下表面开凿有安装孔，安装孔内镶嵌有激光发射器(202)，所述激光发射器(202)包括用于外接光纤的光纤连接块(203)，所述光纤连接块(203)的前端安装有用于进行光束向调整的准直组件模块(204)，所述准直组件模块(204)的光束射出端连接有用于进行光束聚焦的连续变焦机构(205)，准直组件模块(204)和连续变焦机构(205)的外表面包裹有用于进行保护和遮光的防护镜盒(206)，所述防护镜盒(206)的前端镶嵌有切割嘴(207)，所述切割嘴(207)入光口正对连续变焦机构(205)；
所述准直组件模块(204)包括准直光道(208)，所述准直光道(208)的上下两端均为圆锥形，中间段为圆筒状，均采用遮光材料制成，中间圆筒段内有准直透镜(209)，所述准直透镜(209)的边沿处连接有弹簧推架(210)，所述弹簧推架(210)的另一端卡接在准直光道(208)的进口处，且弹簧推架(210)的末端连接有用于驱动前进后退的微型驱动机(211)，所述微型驱动机(211)固定安装在防护镜盒(206)的外表面。
2.根据权利要求1所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机，其特征在于：所述可滑动基座(201)的上表面卡接有卡接基座(212)，所述基座横梁(103)的下表面开凿有滑动导轨(104)，所述卡接基座(212)卡接在滑动导轨(104)内。
3.根据权利要求1所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机，其特征在于：所述龙门调整机构(3)包括龙门支架(301)，所述龙门支架(301)采用折叠钢架制成，且龙门支架(301)的底部卡接在框架机身(101)侧边横梁的导轨内，对应的侧边横梁导轨上卡接有X轴联动器(302)。
4.根据权利要求3所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机，其特征在于：所述X轴联动器(302)的另一端连接有X轴驱动电机(303)，所述X轴驱动电机(303)固定在框架机身(101)的前侧边，对应的框架机身(101)的两侧横梁上均安装有X轴缓冲限位器(304)。
5.根据权利要求3所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机的制作工艺，其特征在于：所述龙门支架(301)与基座横梁(103)之间连接有Z轴联动器(305)，所述Z轴联动器(305)的末端也安装有Z轴驱动电机(309)，所述Z轴驱动电机(309)固定安装在龙门支架(301)的内壁上，且Z轴联动器(305)顶部还安装有缓冲承重块(306)，所述缓冲承重块(306)固定在基座横梁(103)下表面。
6.根据权利要求1所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机，其特征在于：所述基座横梁(103)上安装有Y轴驱动电机(307)，所述Y轴驱动电机(307)的另一端连接有Y轴联动器(308)，所述Y轴联动器(308)的另一端连接至可滑动基座(201)的侧边，基座横梁(103)的滑动导轨(104)两端还卡接有Y轴限位器(105)。
7.根据权利要求1所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机，其特征在于：所述连续变焦机构(205)包括卡接在准直光道(208)前端锥削段中的前组物镜(213)，所述前组物镜(213)的前端套接有变焦调整架(214)，所述变焦调整架(214)的前端安装有补偿聚焦镜(215)。
8.根据权利要求7所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机，其特征在于：所述变焦调整架(214)采用四根圆柱状导轨组合而成，补偿聚焦镜(215)的边缘处套接有凸轮固定夹(216)，所述凸轮固定夹(216)的凸轮卡接在变焦调整架(214)的滑轨内。
9.根据权利要求1所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机，其特征在于：所述切割嘴(207)采用耐高温材料制成，切割嘴(207)的形状为拉瓦尔流线型喷嘴，且切割嘴(207)的喷嘴口卡接有透明玻璃，喷嘴口直径为0.1mm-0.15mm。
10.根据权利要求1所述的一种电力设备生产用的板材激光切割机，其特征在于：所述光纤连接块(203)包括与外接光纤相连接的标准连接头(217)，所述标准连接头(217)内部安装有一级透镜(218)，标准连接头(217)的前端为倒锥体形状，与准直光道(208)的前端相连接。
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