激光切割头及三维激光切割装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种激光切割头及采用该激光切割头的三维激光切割装置，该激光切割头包括回转驱动机构、摆动驱动机构和随动驱动机构，回转驱动机构实现切割头的无限旋转切割，摆动驱动机构实现切割头的摆动切割，随动驱动机构可确保切割头本体到工件表面的距离恒定不变，聚焦进行切割；通过回转驱动机构、摆动驱动机构及随动驱动机构配合，可实现对工件如具有复杂曲面的航空航天零件及汽车覆盖件等的加工。上述三维激光切割装置，可实现对切割头本体的三维多自由度定位，保证激光切割头的加工精度及对不同工件表面的适应能力，可实现对三维工件的高质量、高精度、高效率切割，无需二次加工。

Laser cutting head and three-dimensional laser cutting device

The invention relates to a cutting device for 3D laser cutting head and the laser cutting head, the laser cutting head comprises a rotary driving mechanism, swing drive mechanism and servo driving mechanism, a rotary drive mechanism to realize the cutting head of infinite rotary cutting, swing drive mechanism realize cutting head swing cutting servo drive mechanism to ensure the cutting head body to the surface of the workpiece distance constant, focusing on cutting; through the rotation driving mechanism, swing drive mechanism and servo driving mechanism, can realize the processing of the workpiece with complex surfaces such as aerospace parts and automobile parts. The 3D laser cutting device, which can realize three-dimensional multi degree of freedom positioning of the cutting head body, ensure the machining accuracy of laser cutting head and the ability to adapt to the different workpiece surface, can realize high quality, high precision and high efficiency of 3D workpiece cutting, without processing two.

【技术实现步骤摘要】
激光切割头及三维激光切割装置
本专利技术属于激光加工
，具体涉及一种激光切割头及采用该激光切割头的三维激光切割装置。
技术介绍
目前，国内航空航天、汽车制造、工程机械、轮船、五金、装饰、医疗器械、模具开发、家用电器制造、机械制造、健身器材等领域迅速发展，传统的加工方式很难满足当今要求。机器人三维切割以其先进、灵活、快速的柔性化加工特点可满足上述领域中精度和效率要求不高的加工工作，但对于精度和效率要求比较高的器件加工，尤其是对于具有复杂空间曲面的三维工件的切割加工，如航空航天及汽车覆盖件的切边和孔加工，机器人三维切割是无法满足要求的。
技术实现思路
本专利技术实施例涉及一种激光切割头及采用该激光切割头的三维激光切割装置，至少可解决现有技术的部分缺陷。本专利技术实施例涉及一种激光切割头，包括切割头本体，还包括回转驱动机构、摆动驱动机构和随动驱动机构；所述随动驱动机构包括具有一伸缩输出轴的随动驱动单元，所述伸缩输出轴的轴向与所述切割头本体的轴向平行，所述切割头本体连接于所述伸缩输出轴的输出端；所述摆动驱动机构包括用于驱动所述切割头本体绕一水平向轴线旋转的摆动驱动单元，所述随动驱动机构与所述摆动驱动单元的输出端连接；所述回转驱动机构包括用于驱动所述切割头本体绕一竖向轴线旋转的回转驱动单元，所述摆动驱动机构与所述回转驱动单元的输出端连接。作为实施例之一，于所述回转驱动机构及所述摆动驱动机构中形成有用于将激光束导入所述切割头本体内的激光通道，所述激光通道包括形成于所述回转驱动机构内的入口段和形成于所述摆动驱动机构内的中间段。作为实施例之一，所述回转驱动单元包括第一中空直线电机，所述第一中空直线电机的轴向为竖向，所述摆动驱动机构连接于所述第一中空直线电机的转子底端，所述第一中空直线电机的中空腔构成所述入口段；所述摆动驱动单元包括第二中空直线电机，所述第二中空直线电机的轴向为水平向，所述随动驱动机构与所述第二中空直线电机的转子的一端连接，所述第二中空直线电机的中空腔构成所述中间段。作为实施例之一，该激光切割头还包括光栅尺，所述第一中空直线电机、所述第二中空直线电机及所述光栅尺均与激光切割中控系统电连接，并形成闭环运动控制回路。作为实施例之一，所述第一中空直线电机的转子底端安装有转接座，所述转接座内形成有第一入射通道和第一出射通道，所述第一入射通道沿竖向延伸且与所述入口段连通，所述第一出射通道沿水平向延伸且与所述中间段连通，所述第一入射通道与所述第一出射通道相交导通且于相交处设有第一反射镜；所述随动驱动机构包括反射镜座，所述随动驱动单元安装于所述反射镜座上，所述反射镜座内形成有第二入射通道和第二出射通道，所述第二入射通道沿水平向延伸且与所述中间段连通，所述第二出射通道沿竖向延伸且与所述切割头本体同轴设置，所述第二入射通道与所述第二出射通道相交导通且于相交处设有第二反射镜。作为实施例之一，所述第一反射镜及所述第二反射镜均为自适应聚焦镜。作为实施例之一，该激光切割头还包括回转连接件，所述回转连接件包括回转柱环和用于连接激光光路组件的顶盖，所述顶盖盖合于所述回转柱环的顶端且与所述回转柱环滑动接触，所述顶盖上开设有通光孔，所述回转柱环与所述回转驱动单元连接且其内腔与所述入口段连通。作为实施例之一，所述回转柱环内设有管线安装件，所述管线安装件与所述回转柱环内壁固连。本专利技术实施例涉及一种三维激光切割装置，包括激光切割头，所述激光切割头连接有用于定位其在三维空间内位置的X轴驱动机构、Y轴驱动机构及Z轴驱动机构，所述激光切割头采用如上所述的激光切割头。本专利技术实施例至少具有如下有益效果：本专利技术提供的激光切割头中，回转驱动机构用于实现切割头的无限旋转切割，摆动驱动机构用于实现切割头的摆动切割，随动驱动机构用于调节切割头本体与工件表面之间的相对距离，确保切割头本体到工件表面的距离恒定不变，聚焦进行切割；通过回转驱动机构、摆动驱动机构及随动驱动机构配合，可实现对工件如具有复杂曲面的航空航天零件及汽车覆盖件等的加工。而采用该激光切割头的三维激光切割装置，其X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构与上述的回转驱动机构、摆动驱动机构及随动驱动机构配合，实现对切割头本体的三维多自由度定位，保证激光切割头的加工精度及对不同工件表面的适应能力，可实现对三维工件的高质量、高精度、高效率切割，无需二次加工。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的激光切割头的结构示意图；图2为图1中的激光切割头的第一中空直线电机与回转连接件装配的结构示意图；图3为图1中的激光切割头的转接座的结构示意图；图4为图1中的激光切割头的随动驱动机构的装配结构示意图；图5为图1中的激光切割头的防碰撞机构的结构示意图；图6为图1中的激光切割头的切割头本体的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一如图1，本专利技术实施例提供一种激光切割头，包括切割头本体9、回转驱动机构、摆动驱动机构和随动驱动机构；所述随动驱动机构包括具有一伸缩输出轴的随动驱动单元7，所述伸缩输出轴的轴向与所述切割头本体9的轴向平行，所述切割头本体9连接于所述伸缩输出轴的输出端；所述摆动驱动机构包括用于驱动所述切割头本体9绕一水平向轴线旋转的摆动驱动单元6，所述随动驱动机构与所述摆动驱动单元6的输出端连接；所述回转驱动机构包括用于驱动所述切割头本体9绕一竖向轴线旋转的回转驱动单元3，所述摆动驱动机构与所述回转驱动单元3的输出端连接。上述的回转驱动机构用于实现切割头的无限旋转切割，上述的摆动驱动机构用于实现切割头的摆动切割，其摆角优选为控制在±135°范围内，上述的随动驱动机构用于调节切割头本体9与工件表面之间的相对距离，确保切割头本体9到工件表面的距离恒定不变，聚焦进行切割；通过上述的回转驱动机构、摆动驱动机构及随动驱动机构配合，实现对工件如具有复杂曲面的航空航天零件及汽车覆盖件等的加工。上述的切割头本体9可自行连接激光光纤等，回转驱动机构、摆动驱动机构及随动驱动机构仅用于实现切割头本体9的空间定位功能即可，本实施例中，为进一步简化该激光切割头的结构，避免光纤等线路在切割头本体9回转、摆动及调焦等运动中发生卷绕等问题而造成设备的损坏，采用如下优选方案：于所述回转驱动机构及所述摆动驱动机构中形成有用于将激光束导入所述切割头本体9内的激光通道，所述激光通道包括形成于所述回转驱动机构内的入口段和形成于所述摆动驱动机构内的中间段；即激光光束可在回转驱动机构及摆动驱动机构中传输，避免光纤或光学设备等于上述各驱动机构的相关设备发生干涉。优化上述激光切割头的结构，如图1和图2，所述回转驱动单元3包括第一中空直线电机301，所述第一中空直线电机30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光切割头，包括切割头本体，其特征在于：还包括回转驱动机构、摆动驱动机构和随动驱动机构；所述随动驱动机构包括具有一伸缩输出轴的随动驱动单元，所述伸缩输出轴的轴向与所述切割头本体的轴向平行，所述切割头本体连接于所述伸缩输出轴的输出端；所述摆动驱动机构包括用于驱动所述切割头本体绕一水平向轴线旋转的摆动驱动单元，所述随动驱动机构与所述摆动驱动单元的输出端连接；所述回转驱动机构包括用于驱动所述切割头本体绕一竖向轴线旋转的回转驱动单元，所述摆动驱动机构与所述回转驱动单元的输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种激光切割头，包括切割头本体，其特征在于：还包括回转驱动机构、摆动驱动机构和随动驱动机构；所述随动驱动机构包括具有一伸缩输出轴的随动驱动单元，所述伸缩输出轴的轴向与所述切割头本体的轴向平行，所述切割头本体连接于所述伸缩输出轴的输出端；所述摆动驱动机构包括用于驱动所述切割头本体绕一水平向轴线旋转的摆动驱动单元，所述随动驱动机构与所述摆动驱动单元的输出端连接；所述回转驱动机构包括用于驱动所述切割头本体绕一竖向轴线旋转的回转驱动单元，所述摆动驱动机构与所述回转驱动单元的输出端连接。2.如权利要求1所述的激光切割头，其特征在于：所述回转驱动机构及所述摆动驱动机构中形成有用于将激光束导入所述切割头本体内的激光通道，所述激光通道包括形成于所述回转驱动机构内的入口段和形成于所述摆动驱动机构内的中间段。3.如权利要求2所述的激光切割头，其特征在于：所述回转驱动单元包括第一中空直线电机，所述第一中空直线电机的轴向为竖向，所述摆动驱动机构连接于所述第一中空直线电机的转子底端，所述第一中空直线电机的中空腔构成所述入口段；所述摆动驱动单元包括第二中空直线电机，所述第二中空直线电机的轴向为水平向，所述随动驱动机构与所述第二中空直线电机的转子的一端连接，所述第二中空直线电机的中空腔构成所述中间段。4.如权利要求3所述的激光切割头，其特征在于：还包括光栅尺，所述第一中空直线电机、所述第二中空直线电机及所述光栅尺均与激光切割中控系统电连接，并形成闭环运动控制回路。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵新宇，李斌，王征，陈浩，程思，张崇尧，吕仁贵，荣晶，胡军巍，吴苶，
申请(专利权)人：华工法利莱切焊系统工程有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42