用激光切割圆形、弧形的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种用激光切割圆形、弧形的装置，包括激光器、反射镜、圆锥状喷嘴、透镜和设置在喷嘴侧壁上的辅助气体进气口，其中喷嘴的侧壁为夹层，夹层的顶端密封、底部敞开，进气口与夹层联通，透镜设置在喷嘴的上方，且轴线与喷嘴的轴线重合，激光器的耦合输出口对准反射镜，反射镜的反射光与透镜的轴线平行且穿过透镜，其特征在于：透镜采用可变焦距透镜，在透镜的上方设置一透明圆锥体，圆锥体的轴线与透镜的轴线重合，且圆锥体的顶端与透镜的焦点重合，透镜的焦距其中Ｒ为待切割圆形或弧形的半径，α为圆锥体的半顶角。本实用新型专利技术由于不需要激光焦点扫描，所以不需要微机控制步进电机带动工作平台或激光输出设备的复杂移动，操作简便。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术提供一种用激光切割圆形、弧形的装置，属于激光加工

技术介绍
激光切割是利用经聚焦获得的高功率密度激光束照射工件，使材料被照射的区域 迅即达到熔点，使之熔化和烧蚀，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现 割开工件的一种热切割方法。被切材料平放在回转工作台上，回转工作台由调频电机带动 进行回转，同时调频电机由传感器控制进行分度。激光聚焦器放在机床的横梁上的垂直梁 上，横梁放在纵向导轨上，并由步进电机分别带动纵向导轨和垂直导轨完成激光束的纵向 进给和垂直进给运动，即激光焦点扫描，整个运动系统由微机控制完成。如果准确地控制激 光的输出和加工物的移动速度便可实现高质量的切割。当切割较厚的材料时，应采用焦点 深度较大的光束，以获得垂直较好的切割面，但是焦点深度较大，光斑直径也增大，照射功 率密度减小，故切割速度降低，如保持一定切割速度，就要增大激光功率。因此焦深与焦斑 不能兼顾。影响切割质量的因素较多，大致主要影响因素如下①激光器波长、输出功率、光 束模式；②加工光学系统光束形状、光束直径、发散角、焦距、离焦、焦深、光点直径；③保护 气体、辅助气体的成分；④加工对象的材料、形状、尺寸、表面状态、温度、湿度、进给速度等。激光切割有很大一部分是对材料进行圆形切割，这时要求激光焦点运行轨迹是一 条圆周线，并通过两种办法来实现，或控制工作平台移动或控制激光输出移动来完成，但不 论哪种移动都必须由微机控制步进电机来完成，工作量较大。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能克服上述缺陷、焦深与焦斑能够兼顾、不需要微 机控制步进电机带动工作平台或激光输出设备的复杂移动的用激光切割圆形、弧形的装 置。技术方案为包括激光器、反射镜、圆锥状喷嘴、透镜和设置在喷嘴侧壁上的辅助气体进气口， 其中喷嘴的侧壁为夹层，夹层的顶端密封、底部敞开，进气口与夹层联通，透镜设置在喷嘴 的上方，且轴线与喷嘴的轴线重合，激光器的耦合输出口对准反射镜，反射镜的反射光与 透镜的轴线平行且穿过透镜，其特征在于透镜采用可变焦距透镜，在透镜的上方设置一透 明圆锥体，圆锥体的轴线与透镜的轴线重合，且圆锥体的顶端与透镜的焦点重合，透镜的焦距/ =其中待切割圆形或弧形的半径，α为圆锥体的半顶角。所述的用激光切割圆形、弧形的装置，设圆锥体的折射率为ξ、半顶角α、底面圆 半径H，其中折射率取值为1.45843彡ξ彡1.75496，半顶角取值为0.06556 (rad) < α < 0. ；35 (rad)，并且 α = ( ji/2-arcsin (1/ξ )) Λ2η_3)，其中 η 为整数、3 彡 η 彡 10、(η_1) 为传输光线和圆锥体内侧壁的交点次数，圆锥体的高L = Hcot α。其工作原理为工作时，调节透镜使其焦距/ = 一卩，并使透镜的焦点与透明圆锥体的顶点重合，其中R为待切割圆形或弧形的半径，α为圆锥体的半顶角。若待切割 目标是半径为R的1/2圆弧，移动待切割目标使其圆心在透镜的轴线上。然后在圆锥体的 圆形底面处，用不透光的遮蔽物遮去1/2圆，打开激光器，调整反射镜，让反射光束垂直圆 锥体的底面入射，自圆锥体母线出来的光的截面呈1/2圆弧形，经透镜后作用于待切割目 标上，即得到半径为R的1/2圆弧。与其同时高速气流自辅助气体进气口进入喷嘴的夹层， 再由喷嘴喷出，借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现割开工件的目的。如果加工目标是半径为R的圆，操作同上，只是圆锥体的圆形底面不用被遮挡，打 开激光器，即可完成加工。本技术与现有技术相比，其优点是(1)由于不需要激光焦点扫描，所以不需要微机控制步进电机带动工作平台或激 光输出设备的复杂移动，提高了效率，节省能耗和工序，加工、操作、控制、使用的简便。(2)由喷嘴出射光束与加工工件垂直，不存在焦深和焦斑不能兼顾的问题，保证了 切割面的严格垂直，提高了切割质量。(3)由于选择变焦距透镜，可完成多种半径圆周的切割。(4)当进入圆锥体的入射平行光束的光斑为二分之一圆面时，由喷嘴出射的光束 光斑变为二分之一圆周，同理，当进入圆锥体的入射平行光束的光斑为三分之一圆面时，由 喷嘴出射的光束光斑变为三分之一圆周，光能量全部聚集在上述圆周上，利用此装置可以 方便的完成对不同类型圆弧的切割。附图说明图1是本技术实施例的结构示意图；图2是本技术圆锥体光束模式转换原理示意图；图3 6是本技术实施例入射光束的光斑变换效果图。图中1、激光器 2、反射镜 3、喷嘴 4、透镜 5、进气口 6、圆锥体 7、加工工件 8、入射光束 9、喷嘴处输出光束具体实施方式在图1所示的实施例中喷嘴3的侧壁为夹层，夹层的顶端密封、底部敞开，辅助气 体进气口 5与夹层联通，透镜4采用可变焦距透镜，设置在喷嘴3的上方，且轴线与喷嘴3 的轴线重合，激光器1的耦合输出口对准反射镜2，反射镜2的反射光与透镜4的轴线平行 且穿过透镜4，在透镜4的上方设置一透明圆锥体6，圆锥体6的折射率为ξ、半顶角α、底 面圆半径H，其中α = (Ji/2-arcsin(lA))/(2n-3)，公式中η为整数，3彡η彡10，(η-1) 为传输光线和圆锥体6内侧壁的交点次数，圆锥体6的高L = Hcot α。圆锥体6的轴线与/ pr\f ( 透镜4的轴线重合，且圆锥体6的顶端与透镜4的焦点重合，透镜4的焦距/ =，其中R为待切割圆形或弧形的半径。在图2所示的实施例中入射光线垂直于圆锥体6底面入射，经过(n-2)次全反射 后从圆锥体6的侧壁折射出，(n-1)为传输光线和圆锥体6内侧壁的交点次数，入射光在圆锥体6内的全反射次数由式(1)决定，权利要求1.一种用激光切割圆形、弧形的装置，包括激光器(1)、反射镜O)、圆锥状喷嘴(3)、透 镜(4)和设置在喷嘴(3)侧壁上的辅助气体进气口(5)，其中喷嘴(3)的侧壁为夹层，夹层 的顶端密封、底部敞开，进气口(5)与夹层联通，透镜(3)设置在喷嘴(3)的上方，且轴线与 喷嘴⑶的轴线重合，激光器(1)的耦合输出口对准反射镜0)，反射镜⑵的反射光与透 镜的轴线平行且穿过透镜G)，其特征在于透镜(4)采用可变焦距透镜，在透镜(4) 的上方设置一透明圆锥体(6)，圆锥体(6)的轴线与透镜⑷的轴线重合，且圆锥体(6)的] Cfit CL顶端与透镜的焦点重合，透镜的焦距/ = ~f，其中R为待切割圆形或弧形的半径，α为圆锥体(6)的半顶角。2.如权利要求1所述的用激光切割圆形、弧形的装置，其特征在于设圆锥体(6)的折 射率为ξ，半顶角α，底面圆半径H，其中折射率取值为1.45843彡ξ彡1.75496，半顶角 取值为 0. 06556 (rad) < α < 0. ；35 (rad)，并且 α = ( ji/2—arcsin (1/ξ )) / (&ι_3)，其中 η为整数、3彡η彡10、(η-1)为传输光线和圆锥体(6)内侧壁的交点次数，圆锥体(6)的高 L = Hcot α 0专利摘要本技术提供一种用激光切割圆形、弧形的装置，包括激光器、反射镜、圆锥状喷嘴、透镜和设置在喷嘴侧壁上的辅助气体进气口，其中喷嘴的侧壁为夹层，夹层的顶端密封、底部敞开，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用激光切割圆形、弧形的装置，包括激光器（１）、反射镜（２）、圆锥状喷嘴（３）、透镜（４）和设置在喷嘴（３）侧壁上的辅助气体进气口（５），其中喷嘴（３）的侧壁为夹层，夹层的顶端密封、底部敞开，进气口（５）与夹层联通，透镜（３）设置在喷嘴（３）的上方，且轴线与喷嘴（３）的轴线重合，激光器（１）的耦合输出口对准反射镜（２），反射镜（２）的反射光与透镜（４）的轴线平行且穿过透镜（４），其特征在于：透镜（４）采用可变焦距透镜，在透镜（４）的上方设置一透明圆锥体（６），圆锥体（６）的轴线与透镜（４）的轴线重合，且圆锥体（６）的顶端与透镜（４）的焦点重合，透镜（４）的焦距ｆ＝Ｒｃｏｔα／２，其中Ｒ为待切割圆形或弧形的半径，α为圆锥体（６）的半顶角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦华，孙存志，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]