CN114406505B - 一种激光切割头及激光切割机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种激光切割头及激光切割机，其中，激光切割头包括上连接件、切割嘴组件、避让组件，避让组件包括支撑环、避让环、弹性件。支撑环固定于上连接件的底部，且支撑环的内环面设置为支撑面，支撑环在支撑面的下缘向内延伸形成限位台阶；避让环包括上环部、位于上环部下侧的下环部，上环部的外侧面形成外凸的第一弧面，第一弧面的曲率大于支撑面的曲率，第一弧面抵接支撑于支撑面，且上环部的底部搭接在限位台阶，切割嘴组件安装在下环部；弹性件的一端抵接在上连接件，另一端抵接在避让环。本申请中，第一弧面在沿支撑面移动时不易于卡住，从而能够提高避让的可靠性以及避让环恢复原位置的可靠性。

Description

一种激光切割头及激光切割机

技术领域

本申请涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种激光切割头，还涉及一种激光切割机。

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，随着光束相对材料移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对材料的切割。但是在切割过程中，由于被切割材料形状不规则，有时会造成切割嘴与材料发生碰撞而使得切割嘴发生错位，若不能及时复位，会影响后续切割效果，甚至会损坏切割嘴。

为解决上述问题，现有一种激光切割头，包括冷却座和切割嘴，切割嘴通过防撞单元与冷却座相连，如图5所示，防撞单元包括滑筒座5和V型外筒6，滑筒座5与冷却座相连，且该滑筒座5内部为一空腔，空腔下端直径小于空腔上端直径，且该空腔下端直径逐渐减小，呈弧形；V型外筒6的上端位于滑筒座5的空腔中，且V型外筒6上端外壁与滑筒座5下端内壁相贴合，V型外筒6的下端位于滑筒座5的外部，且与切割嘴相连。对于该切割头，滑筒座5空腔下端的内壁为弧面，V型外筒6上端外壁也为弧面，当切割嘴与被切割材料发生碰撞时，V型外筒6依靠其弧面沿滑筒座5的弧面上升或倾斜转动。但是，由于滑筒座5的弧面和V型外筒6的弧面相贴合，滑筒座5的弧面容易出现锁止点以限制V型外筒6转动，V型外筒6容易卡住，避让效果不好。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种激光切割头，第一弧面在沿支撑面移动时不易于卡住，从而能够提高避让环的避让效果。

本申请还提供了一种激光切割机，其激光切割头的避让环避让效果好。

为了解决上述问题，本申请提供一种激光切割头，包括上连接件、设于上连接件下侧的切割嘴组件，上连接件具有与切割嘴组件连通的导光腔，上连接件和切割嘴组件之间设有避让组件，避让组件包括支撑环、避让环、弹性件。支撑环固定于上连接件的底部，且支撑环的内环面设置为支撑面，支撑环在支撑面的下缘向内延伸形成限位台阶；避让环包括上环部、位于上环部下侧的下环部，上环部的外侧面形成外凸的第一弧面，第一弧面的曲率大于支撑面的曲率，第一弧面抵接支撑于支撑面，且上环部的底部搭接在限位台阶，切割嘴组件安装在下环部；弹性件的一端抵接在上连接件，另一端抵接在避让环。

进一步的，第一弧面的曲率为ρ，10m^-1≤ρ≤50m^-1。

进一步的，下环部的外侧面形成第二弧面，第二弧面和限位台阶之间具有间隙。

进一步的，第二弧面的曲率大于限位台阶侧面的曲率。

进一步的，上连接件朝向避让环的一侧形成第一环形槽，避让环朝向上连接件的一侧形成有第二环形槽，弹性件的一端抵接在第一环形槽内，另一端抵接在第二环形槽内。

进一步的，避让组件还包括传感器，传感器设于支撑环上方并固定于上连接件。

进一步的，避让组件还包括密封圈，下环部的侧壁设有环形插槽，支撑环的下方设有夹持环，密封圈的外边缘夹持于支撑环和夹持环之间，密封圈的内边缘***环形插槽。

进一步的，限位台阶设有与间隙连通的第一卡槽，下环部设有与间隙连通的第二卡槽，密封圈的顶部形成卡接部，卡接部的一端由间隙卡接于第一卡槽，另一端由间隙弹性卡接于第二卡槽，卡接部卡入第一卡槽的部分包裹有金属片。

进一步的，激光切割头还包括旋转组件，旋转组件连接于上连接件上方，旋转组件包括定子、转子、连接法兰、第二密封圈，转子设于定子内侧，连接法兰固定于转子靠近切割嘴组件的一侧，第二密封圈套设于连接法兰外侧。

本申请还提供一种激光切割机，包括上述激光切割头。

本申请的有益效果在于，支撑面与第一弧面近似线接触，以此使得避让环整体形成“底部面面抵接约束、侧方线面抵接约束的状态”，线面抵接的位置更加容易变化，相较于现有技术中直角面卡接定位抵接（直角面抵接容易卡死）的方式，第一弧面在沿支撑面移动时，支撑面对第一弧面的约束小，第一弧面不易于卡住，从而能够提高避让的可靠性以及避让环恢复原位置的可靠性，从而能够提高切割效果。本申请的激光切割头及激光切割机有效的解决了现有技术中存在的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请一实施例中激光切割头的结构示意图。

图2为本申请一实施例中激光切割头的局部剖面结构示意图。

图3为图2中A处的局部放大示意图。

图4为本申请一实施例中激光切割头的部分剖面结构示意图。

图5为现有技术中激光切割头的部分结构示意图。

其中：1、上连接件；11、导光腔；12、第一环形槽；2、切割嘴组件；3、避让组件；31、支撑环；311、支撑面；312、限位台阶；3121、第一卡槽；32、避让环；321、上环部；3211、第一弧面；322、下环部；3221、第二弧面；3222、环形插槽；3223、第二卡槽；323、第二环形槽；33、弹性件；34、传感器；35、第一密封圈；351、卡接部；3511、金属片；36、夹持环；4、旋转组件；41、定子；42、转子；43、连接法兰；44、第二密封圈；5、滑筒座；6、V型外筒。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过度结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本申请中，如图1至图4所示，提供了一种激光切割头，包括上连接件1、设于上连接件1下侧的切割嘴组件2，上连接件1具有与切割嘴组件2连通的导光腔11，上连接件1和切割嘴组件2之间设有避让组件3，避让组件3包括支撑环31、避让环32、弹性件33。支撑环31固定于上连接件1的底部，且支撑环31的内环面设置为支撑面311，支撑环31在支撑面311的下缘向内延伸形成限位台阶312；避让环32包括上环部321、位于上环部321下侧的下环部322，上环部321的外侧面形成外凸的第一弧面3211，第一弧面3211的曲率大于支撑面311的曲率，第一弧面3211抵接支撑于支撑面311，且上环部321的底部搭接在限位台阶312，切割嘴组件2安装在下环部322；弹性件33的一端抵接在上连接件1，另一端抵接在避让环32。

本申请的激光切割头，其上环部321的第一弧面3211抵接支撑于支撑环31的支撑面311，当切割组件在切割过程中受到障碍物的撞击时，上环部321的第一弧面3211可以沿支撑面311向上移动，从而带动切割嘴组件2避让障碍物，以缓冲碰撞的冲击力，减小切割嘴组件2损坏。当切割嘴组件2避开障碍物时，在避让环32自身重力的作用以及弹性件33弹力的作用下，避让环32恢复至原位置，有利于切割组件继续稳定切割。

更为重要的是，上环部321的外侧面的第一弧面3211的曲率大于支撑面311的曲率，即第一弧面3211的弯曲程度大于支撑面311的弯曲程度，支撑面311与第一弧面3211近似线接触，以此使得避让环32整体形成“底部面面抵接约束、侧方线面抵接约束的状态”，线面抵接的位置更加容易变化，相较于现有技术中直角面卡接定位抵接（直角面抵接容易卡死）的方式，第一弧面3211在沿支撑面311移动时，支撑面311对第一弧面3211的约束小，第一弧面3211不易于卡住，从而能够提高避让的可靠性以及避让环32恢复原位置的可靠性，从而能够提高切割效果。

此外，上环部321的底部搭接在限位台阶312上，第一弧面3211和支撑面311抵接，利于避让环32和支撑环31保持对中状态，以提高整体结构的稳定性，提高切割的稳定性。

对于第一弧面3211的曲率的范围，在优选的实施例中，进一步的具体的说，第一弧面3211的曲率为ρ，10m^-1≤ρ≤50m^-1。通过对第一弧面3211的曲率进行优化，可以兼顾第一弧面3211的移动顺畅和抵接可靠，即避让环32带动切割嘴组件2避让障碍物的过程中，以及避让环32恢复至原位置的过程中，第一弧面3211沿支撑面311移动更加流畅，而且切割嘴组件2在正常工作时，第一弧面3211和支撑面311抵接更加可靠，切割嘴组件2在切割时更加稳定。

在优选的实施例中，进一步的具体的说，下环部322的外侧面形成第二弧面3221，第二弧面3221和限位台阶312之间具有间隙。

如图3、图4所示，当切割嘴组件2受到横向上的冲击，在初始时，由于第二弧面3221与限位台阶312之间具有间隙，不影响第一弧面3211相对支撑面311摆动，从而能够快速的缓冲横向的冲击力，在避让环32转动至一定角度时，第二弧面3221与限位台阶312抵接接触，使得限位台阶312可以对第二弧面3221起到导向移动的作用，进而可以防止避让环32随意的移动。尤为重要的是，在切割嘴组件2脱离障碍物后恢复至工作位置过程的初始阶段，限位台阶312能够在径向上与第二弧面3221抵接接触，从而可以引导避让环32顺畅、快速的恢复正常位置，并提高避让环32恢复至原位置的准确性，提高上环部321搭接在限位台阶312的稳定性。

从利于控制加工精度的角度上来讲，本申请需要控制精度的位置在于，底面配合精度、侧面线面抵接的精度。而对比文件中需要控制面面抵接，尤其是其面面抵接的位置不仅在正常使用时限位，还要在避让时引导避让移动，使得面面接触位置的加工精度要求更高，不易加工。

在优选的实施例中，进一步的具体的说，第二弧面3221的曲率大于限位台阶312侧面的曲率。第二弧面3221的弯曲程度大于限位台阶312侧面的弯曲程度，当切割嘴组件2受到冲击，避让环32转动至一定角度，第二弧面3221与限位台阶312抵接接触时，第二弧面3221与限位台阶312的侧面近似线接触，能够进一步防止避让环32卡住，提高避让环32移动的流畅性。同理，在避让环32复位的过程中，能够防止避让环32卡住，从而在激光切割头正常工作时，避让环32的上环部321能够更加可靠的搭接在限位凸台，切割嘴组件2不易于晃动，切割时更加稳定。

对于弹性件33的设置，在优选的实施例中，进一步的具体的说，上连接件1朝向避让环32的一侧形成第一环形槽12，避让环32朝向上连接件1的一侧形成有第二环形槽323，弹性件33的一端抵接在第一环形槽12内，另一端抵接在第二环形槽323内。

如图3所示，第一环形槽12和第二环形槽323能够对弹性件33在径向上进行限位，减少弹性件33压缩过程中在径向上偏移，进而能够使弹性件33更加有效的驱动上环部321抵接在限位凸台，提高上环部321抵接在限位台的稳定性，提高切割嘴组件2切割的稳定性，并且能够减少弹性件33遮挡导光腔11而影响光路的传输。另外，弹性件33安装在第一环形槽12和第二环形槽323，能够减小弹性件33在竖向上占用的空间。

此外，本申请中，弹性件33直接抵接在避让环32，避让环32在避让移动时，可以在竖向和横向上压缩弹簧，避让环32的避让路径更加的灵活，而且，弹性件33在给避让环32施加回复力时，可以直接的在多个方向施加力，使得避让环32能够快速的回位。

需要说明的是，本申请对弹性件33的形式不做限定。在优选的实施例中，弹性件33为弹簧。

对于避让组件3的构成，在优选的实施例中，进一步的具体的说，避让组件3还包括传感器34，传感器34设于支撑环31上方并固定于上连接件1。如图3所示，当切割嘴组件2受到碰撞时，避让环32向上移动并触发传感器34，传感器34将信号反馈至控制***，控制***可以控制激光切割头启停，以避免激光切割头损坏。

对于图3所示的实施例，进一步的具体的说，上连接件1的底部形成与导光腔11连通的安装槽，支撑环31安装在安装在安装槽的底部，传感器34安装在安装槽的内壁，且安装槽的内壁间隔设置多个传感器34。避让环32相对支撑环31在多个方向上转动至设定角度时，均能够触发传感器34。

需要说明的是，本申请对传感器34的形式不做限定，例如，传感器34可以为光电传感器。

在优选的实施例中，进一步的具体的说，避让组件3还包括第一密封圈35，下环部322的侧壁设有环形插槽3222，支撑环31的下方设有夹持环36，第一密封圈35的外边缘夹持于支撑环31和夹持环36之间，第一密封圈35的内边缘***环形插槽3222。如图2、图3、图4所示，当切割嘴组件2避开障碍物后，第一密封圈35能够对避让环32产生拉力，以使其上环部321的底部重新搭接于限位台阶312，以提高避让环32的稳定性，进而提高切割嘴组件2的切割效果。而且，第一密封圈35能够遮挡限位台阶312和第二弧面3221之间的间隙，以防止灰尘进入间隙内。

对于夹持环36的连接，进一步的具体的说，夹持环36固定连接于上连接件1。

对于第一密封圈35的设置，进一步的具体的说，限位台阶312设有与间隙连通的第一卡槽3121，下环部322设有与间隙连通的第二卡槽3223，第一密封圈35的顶部形成卡接部351，卡接部351的一端由间隙卡接于第一卡槽3121，另一端由间隙弹性卡接于第二卡槽3223，卡接部351卡入第一卡槽3121的部分包裹有金属片3511。

如图4所示，正是由于在间隙处设置了卡接部351，使得避让环32在自然状态下被卡接部351卡止固定在支撑环31，能够进一步的约束避让环32，以减少避让环32由于弹性件33弹性力偏转（装配误差、弹性件33老化故障等情况导致的弹性件33与避让环32、支撑环31偏心，容易引发此问题）或者机械振动（避让环32震颤）导致的避让环32与支撑环31之间不同心的状况发生，从而使得避让环32的转动避让具有了启动的“初始阈值”，在切割嘴组件2受到外力大于这个“设定阈值”，避让环32开始转动，在避让环32转动的初始状态时，卡接部351在第一卡槽3121部分内的结构设置了金属片3511，使得金属片3511能够稳定的嵌入在第一卡槽3121，从而使得卡接部351与第二卡槽3223卡接部分弹性变形并与避让环32分离，避让环32进一步的转动，此时由于第二弧面3221与限位台阶312之间具有间隙，避让环32不与限位台阶312直接接触，卡接部351弹性变形提供的阻力能够使得避让环32顺畅的移动，并为卡接部351一定程度上形成了第一弧面3211和限位台阶312之间的缓冲作用，防止避让环32快速转动时导致的第二弧面3221与限位台阶312之间产生大力的硬性碰撞，进一步的有利于保护避让环32。

在避让环32复位过程中，卡接部351还可与第二弧面3221之间保持接触，使得避让环32能够平稳的复位，并且在避让环32复位后的瞬间，通过卡接部351的限位作用，进一步的减弱切割嘴组件2在惯性力和弹性件33弹性力的作用下往复转动。

在优选的实施例中，进一步的具体的说，激光切割头还包括旋转组件4，旋转组件4连接于上连接件1上方，旋转组件4包括定子41、转子42、连接法兰43、第二密封圈44，转子42设于定子41内侧，连接法兰43固定于转子42靠近切割嘴组件2的一侧，第二密封圈44套设于连接法兰43外侧。转子42能够相对定子41转动，提高切割的灵活性，另外，第二密封圈44能够减少外界的切割烟尘、灰尘等进入内腔。

本申请还提供了一种激光切割机，包括以上实施例的激光切割头。激光切割头的上环部321的第一弧面3211抵接支撑于支撑环31的支撑面311，当切割组件在切割过程中受到障碍物的撞击时，上环部321的第一弧面3211可以沿支撑面311向上移动，从而带动切割嘴组件2避让障碍物，以缓冲碰撞的冲击力，减小切割嘴组件2损坏。当切割嘴组件2避开障碍物时，在避让环32自身重力的作用以及弹性件33弹力的作用下，避让环32恢复至原位置，有利于切割组件继续稳定切割。

更为重要的是，上环部321的外侧面的第一弧面3211的曲率大于支撑面311的曲率，即第一弧面3211的弯曲程度大于支撑面311的弯曲程度，支撑面311与第一弧面3211近似线接触，以此使得避让环32整体形成“底部面面抵接约束、侧方线面抵接约束的状态”，线面抵接的位置更加容易变化，相较于现有技术中直角面卡接定位抵接（直角面抵接容易卡死）的方式，第一弧面3211在沿支撑面311移动时，支撑面311对第一弧面3211的约束小，第一弧面3211不易于卡住，从而能够提高避让的可靠性以及避让环32恢复原位置的可靠性，从而能够提高切割效果。

此外，上环部321的底部搭接在限位台阶312上，第一弧面3211和支撑面311抵接，利于避让环32和支撑环31保持对中状态，以提高整体结构的稳定性，提高切割的稳定性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种激光切割头，包括上连接件、设于所述上连接件下侧的切割嘴组件，所述上连接件具有与所述切割嘴组件连通的导光腔，其特征在于，所述上连接件和所述切割嘴组件之间设有避让组件，所述避让组件包括:

支撑环，所述支撑环固定于所述上连接件的底部，且所述支撑环的内环面设置为支撑面，所述支撑环在所述支撑面的下缘向内延伸形成限位台阶；

夹持环，所述支撑环的下方设有所述夹持环;

避让环，所述避让环包括上环部、位于所述上环部下侧的下环部，所述上环部的外侧面形成外凸的第一弧面，所述第一弧面的曲率大于所述支撑面的曲率，所述第一弧面抵接支撑于所述支撑面，且所述上环部的底部搭接在所述限位台阶，所述切割嘴组件安装在所述下环部；所述下环部的外侧面形成第二弧面，所述第二弧面和所述限位台阶之间具有间隙，所述限位台阶设有与所述间隙连通的第一卡槽;所述下环部的侧壁设有环形插槽，所述下环部设有与所述间隙连通的第二卡槽；

弹性件，所述弹性件的一端抵接在所述上连接件，另一端抵接在所述避让环；

密封圈，所述密封圈的外边缘夹持于所述支撑环和所述夹持环之间，所述密封圈的内边缘***所述环形插槽;所述密封圈的顶部形成卡接部，所述卡接部的一端由所述间隙卡接于所述第一卡槽，另一端由所述间隙弹性卡接于所述第二卡槽，所述卡接部卡入第一卡槽的部分包裹有金属片。

2.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述第一弧面的曲率为ρ，10m^-1≤ρ≤50m^-1。

3.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述第二弧面的曲率大于所述限位台阶侧面的曲率。

4.根据权利要求2所述的激光切割头，其特征在于，所述上连接件朝向所述避让环的一侧形成第一环形槽，所述避让环朝向所述上连接件的一侧形成有第二环形槽，所述弹性件的一端抵接在所述第一环形槽内，另一端抵接在所述第二环形槽内。

5.根据权利要求2所述的激光切割头，其特征在于，所述避让组件还包括传感器，所述传感器设于所述支撑环上方并固定于所述上连接件。

6.根据权利要求1所述的激光切割头，其特征在于，所述激光切割头还包括旋转组件，所述旋转组件连接于所述上连接件上方，所述旋转组件包括定子、转子、连接法兰、第二密封圈，所述转子设于所述定子内侧，所述连接法兰固定于所述转子靠近所述切割嘴组件的一侧，所述第二密封圈套设于所述连接法兰外侧。

7.一种激光切割机，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的激光切割头。

Images