專利名稱：含前置噴淋導水結構的激光切割機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種含前置噴淋導水結構的激光濕切割機，具有涉及一種具有前置噴淋導水機構和同軸水射流裝置的激光切割機。
背景技術：
激光切割技術由于具有減少加工時間，降低加工成本，提高工件質量的優(yōu)點，被廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中，而激光切割加工也漸漸有取代傳統(tǒng)刀具的趨勢。激光微加工由于加工效率高、切割殘渣少、非接觸加工、易實現加工過程的自動化等特點，因而成為薄壁管材加工的主要方法。薄壁管材的激光切割是由相互重疊的激光脈沖點在管材上沿切割線移動，同時輸入高壓氧輔助熔化切割。激光聚焦點處材料熔融氣化，熔渣被氣體吹出，在金屬管壁上形成切割軌跡。熔融氣體和熔渣起初向外發(fā)射，但是最后，大部分的蒸汽都變成了碎屑，散布在燒蝕圖樣表面四周和刻槽內。碎屑的形成破壞了零件的外觀和性能。它也降低了燒蝕效率，由于前一次留下來的碎屑可能擋住下一次掃描時激光光束傳播的路徑。在激光切割大管徑的管材時，小區(qū)域過熱帶來的影響不大。但是，很多應用中需要切割微小管徑的管材，(管徑一般小于5mm)在激光加工過程中會快速產生熱量，零件的熱擴散會產生熱損傷，無論是熱影響區(qū)、融化區(qū)域、重鑄，還是渣滓，都改變了微結構。零件熱影響區(qū)域危害了零件的完整性，進而明顯降低了加工產量。一般激光微加工工藝有干切和濕切兩種工藝，干切工藝是將輔助氣體吹在激光與材質作用區(qū)域，用于去除切口的碎渣并冷卻激光作用區(qū)。濕切通常在小零件切割中有優(yōu)勢，因為小的金屬零件在切割過程中會快速產生熱量，濕切在保持熱影響區(qū)溫度最小方面具有重要作用，尤其是因為特擴散導致的溫度增加，濕切能幫助維持工件中最佳的熱管理。同時由于熔化及凝結后的材料仍殘留在切口及切割表面。為了消除它們，有限氣壓的輔助氣流通常在激光束附近被生成。但是，這一氣流并不十分有效，因為僅有一小部分的氣體穿透進入切口。除了切口附近的碎屑，還有熔化顆粒以及蒸發(fā)材料在表面的沉積。而引入高壓水到切割點，在工件表面會產生一層很薄的水膜。落在薄膜上的顆粒很快冷卻并無法粘結在工件的表面。導水方式的具體實現:相比于干切工藝，濕切工藝多了導水環(huán)節(jié)，需要向切表I]點位直導入冷卻水。CN202006338U公開一種高功率激光切割機和導光系統(tǒng)領域，尤其是水冷激光切割頭，其包括水冷聚焦鏡內筒、水冷聚焦鏡外套，水冷聚焦鏡內筒、水冷聚焦鏡外套之間通有冷卻水，聚集鏡及其保護片安裝在水冷聚焦鏡內筒中，所述水冷聚焦鏡內筒的激光輸出端安裝有縱向截面呈兩端小、中間大的雙錐形吹氣套，在吹氣套的上錐部外側表面上設置有進氣接頭。CN1827282公開了一種用于CO2數控激光切割機的數控激光切割頭及其制造方法。數控激光切割頭包括水冷組件，所述水冷組件的上、下部分均是整體式環(huán)形冷卻水道結構，其環(huán)形冷卻水槽是一次性機械加工成型的；采用以上技術使數控激光切割頭在使用時氣壓與光能量的損耗小、聚焦效果好、密封性好、被切割的板材厚度更大、板材利用率高，并具有聞強度、聞耐壓性和聞導熱性。現有技術中的激光切割機導水系統(tǒng)供水不穩(wěn)定，結構不緊湊，整個設備占據空間大，也不利于設備成本的控制，現有技術也沒報道自動控制、供水穩(wěn)定的自動供水系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是激光加工微小管徑管材的過程中，產生的熱量對零件造成熱損傷，碎屑不易清除的問題，提供一種激光切割機，采用該激光切割機具有對零件造成的熱損傷小，同時切割過程中產生的碎屑易清除的優(yōu)點。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下:一種激光切割機，包括同軸水射流裝置9、夾具10、密封堵頭11和前置噴淋導水機構，前置噴淋導水機構含有自動供水系統(tǒng)；所述的前置噴淋導水機構，包括電機1、聯(lián)軸器2、襯套3、導水管4、自動供水系統(tǒng)5和進水口 6,電機I通過聯(lián)軸器2、襯套3和導水管4相連,襯套3 —端位于聯(lián)軸器2內，另一端和導水管4密封連接，導水管4靠近襯套3 —端具有進水口 6，進水口 6和自動供水系統(tǒng)5密封軸承7連接，導水管4的外徑小于待加工管材8的內徑，導水管4遠離襯套3端深入待加工管材的內部。上述技術方案中，優(yōu)選的技術方案導水管上有長槽形的噴水口，高壓水進入導水管后從噴水口噴出。在待加工管材切割過程中，導水管4在電機I的帶動下做與待加工管材8反方向的旋轉。自動供水系統(tǒng)5包括水箱、液位傳感器、進水口、電磁閥、出水口、離心泵、水管和液位線；液位傳感器位于水箱內的中上部液位線位置，進水口的一端連接在水箱上部，另一端通過電磁閥和水源相連；水管的一端位于水箱的底部或側面，并位于液位線以下；水管的另一端和離心泵相連，出水口的一端位于離心泵上，另一端和激光切割機的導水管相連。上述技術方案中，優(yōu)選的技術方案水箱由透明材質制成；優(yōu)選的技術方案液位傳感器、電磁閥、離心泵由可編程控制器(PLC)控制。同軸水射流裝置，呈中空圓柱形，上端有光電傳感器安裝座3，光電傳感器I和光電傳感器調焦旋鈕2設在光電傳感器安裝座3的上面，光電傳感器安裝座3下面，同軸水射流裝置內部設有45°反射鏡4，與45°反射鏡4對應的圓柱體側壁上，設有照明光源5，照明光源5的下面設有激光發(fā)生器6，45°反射鏡4下面設有聚焦鏡7，聚焦鏡7對應的圓柱體側壁上設有聚焦鏡調焦微分頭8，聚焦鏡7的下面設有保護鏡9，保護鏡9的下面為具有雙層結構的噴嘴11，水射流12從噴嘴11雙層結構間通過，噴嘴11通過側壁上的進水口 13和高壓供水單元10連接。上述技術方案中，優(yōu)選的技術方案同軸水射流裝置還包括工作臺面放置待加工管材14,待加工管材14位于噴嘴11下方。優(yōu)選的技術方案激光發(fā)生器6為光纖激光發(fā)生器。優(yōu)選的技術方案噴嘴11呈圓環(huán)形，水射流12呈柱狀。聚焦鏡調焦微分頭8用于水平或垂直調節(jié)聚焦鏡7。本發(fā)明采用最先進的光纖激光器，獲得足夠高的峰值功率。高壓水供給單元。用于提供高壓水。采用圓形的噴嘴，水射流基本上呈柱狀。保護鏡9在加工過程中避免熔融飛濺的碎屑和水流對聚焦鏡和激光發(fā)生器的影響。
本發(fā)明提出的適用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置的原理為:在激光加工過程中引入與激光束同軸的冷卻水輔助切割，采用將激光束聚焦后在水柱維持穩(wěn)定的范圍內，將工件浸于其中對待加工的工件進行加工，使得激光能量積累和傳導產生的熱量被水帶走，可以避免激光在對薄壁管材切割時的熱損傷及灼熱。同軸入射的水流可以有效減少熱影響區(qū)，降低熱應力以抑制工件表面裂紋產生。同時在工件加工過程中引入同軸水射流可以提高材料的斷裂強度能夠更好的保障后續(xù)的加工以及器件的使用壽命。同時激光的高溫使水溫上升，產生的氣泡和加熱液體的活動有助于熔渣的排出，提高加工質量。水流的沖刷使大多數熔化的材料被水射流帶走，只有少部分碎屑留下來。在工件表面會產生一層很薄的水膜，落在薄膜上的顆粒很快冷卻并無法粘結在工件的表面。高壓水射流可以代替輔助高壓氣體，對工件進行冷卻和帶走加工過程中產生的熔渣和碎屑。相比于干切工藝，濕切工藝多了導水環(huán)節(jié)，需要向切割點位置導入冷卻水。本發(fā)明提出的前置噴淋導水機構中:導水管是采用比管材內徑更細的管材，把水送到切割端，其上有長槽形的噴水口，聞壓水射入導水管后會從噴水口噴出。在管材切割過程中，管材夾具帶動管材高速旋轉，導水管在電機的帶動下做與管材反方向的旋轉，噴水口旋轉，從而可以實現整個管材的冷卻。導水管與管材之間為間隙配合，防止在相對運動過程中導水管磨損管材。襯套安裝在導水管末端，一則保護導水管，二則如果切割微小管徑管材時，導水管的外徑更小，導水管末端安裝襯套，方便與聯(lián)軸器連接。電機的輸出軸與聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器的另一端與安裝好導水管的襯套連接，從而把電機輸出軸的旋轉運動傳遞到導水管。水箱由透明材質制作，可以隨時觀察水位的變化。在水箱中安裝有液位傳感器，預先設定液位傳感器的數值，只要水位低于液位傳感器的示數，液位傳感器發(fā)出信號，電磁閥打開，向水箱中注水。電磁閥處于常閉的狀態(tài)。離心泵有進水口和出水口，進水口通過水管與水箱連接，經過離心泵的水流變成高壓水由出水口射出，出水口與導水管連接。整個過程由PLC控制，供水穩(wěn)定。激光切割中，導入的冷卻水作用:1.在激光切割時冷卻管材。2.清除碎屑。熔融金屬和金屬蒸汽在管材表面的沉積，導入的冷卻水在工件表面會產生一層很薄的水膜，落在薄膜上的顆粒很快冷卻并無法粘結在工件的表面。與激光束同軸的輔助高壓氣體把冷卻的碎屑吹出切割區(qū)，碎屑隨同水流一起匯集到污水過濾裝置進行過濾。本發(fā)明中的離心泵對冷卻水進行加壓，能更好地起到清除碎屑的作用。本發(fā)明提出的適用于薄壁管材濕切加工的具有前置導水機構的激光切割機，用于激光加工微小管徑管材的過程中引入高壓水快速冷卻，防止管材的過度灼燒，減少切割過程中的污染。同時克服了后置導水存在的弊端。所用的供水裝置，克服了現有供水系統(tǒng)供水不穩(wěn)定，結構不緊湊，整個設備占據空間大，設備成本高的弊端，具有供水穩(wěn)定，結構緊湊，整個設備占據空間小，設備成本低的優(yōu)點，取得了較好的技術效果。


圖1為激光切割機結構示意圖。圖2為濕切加工的激光切割機供水設備示意圖。圖3為同軸水射流裝置結構示意圖。圖1中，I為電機,2為聯(lián)軸器,3為襯套,4為導水管,5為自動供水系統(tǒng),6為進水口，7為密封軸承，8為待加工管材，9為同軸水射流裝置，10為夾具，11為密封堵頭。I為已加工區(qū)；II為待加工區(qū)。圖2中，1為水箱，2液位傳感器，3進水口，4為電磁閥，5為出水口、6為離心泵，7為水管，8為液位線。圖3中，1為光電傳感器；2為光電傳感器調焦旋鈕，3為光電傳感器安裝座3，4為45°反射鏡，5為照明光源，6為激光發(fā)生器，7為聚焦鏡，8為聚焦鏡調焦微分頭，9為保護鏡，10為高壓供水單元，11為噴嘴，12為水射流，13為進水口，14為待加工管材。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。
具體實施例實施例1
本實例提供一種激光切割機，如圖1所示，包括同軸水射流裝置9、夾具10、密封堵頭11和前置噴淋導水機構，前置噴淋導水機構含有自動供水系統(tǒng)；所述的前置噴淋導水機構，包括電機1、聯(lián)軸器2、襯套3、導水管4、自動供水系統(tǒng)5和進水口 6,電機I通過聯(lián)軸器2、襯套3和導水管4相連，襯套3 —端位于聯(lián)軸器2內，另一端和導水管4密封連接，導水管4靠近襯套3 —端具有進水口 6，進水口 6和自動供水系統(tǒng)5密封軸承7連接，導水管4的外徑小于待加工管材8的內徑，導水管4遠離襯套3端深入待加工管材的內部。所述的自動供水裝置，如圖2所示，包括水箱1、液位傳感器2、進水口 3、電磁閥4、出水口 5、離心泵6、水管7和液位線8 ;液位傳感器2位于水箱I內的中上部液位線8位置，進水口 3的一端連接在水箱I上部，另一端通過電磁閥4和水源相連；水管7的一端位于水箱I的底部或側面，并位于液位線8以下；水管7的另一端和離心泵6相連，出水口 5的一端位于離心泵6上，另一端和激光切割機的導水管相連。水箱I由透明材質制成，液位傳感器、電磁閥4、離心泵6由可編程控制器控制。同軸水射流裝置，如圖3所示，呈中空圓柱形，上端有光電傳感器安裝座3，光電傳感器I和光電傳感器調焦旋鈕2設在光電傳感器安裝座3的上面，光電傳感器安裝座3下面，同軸水射流裝置內部設有45°反射鏡4，與45°反射鏡4對應的圓柱體側壁上，設有照明光源5，照明光源5的下面設有激光發(fā)生器6，45°反射鏡4下面設有聚焦鏡7，聚焦鏡7對應的圓柱體側壁上設有聚焦鏡調焦微分頭8，聚焦鏡7的下面設有保護鏡9，保護鏡9的下面為具有雙層結構的噴嘴11，水射流12從噴嘴11雙層結構間通過，噴嘴11通過側壁上的進水口 13和高壓供水單元10連接。采用該裝置向激光切割機供水，預先設定液位傳感器的數值，只要水位低于液位傳感器的示數，液位傳感器發(fā)出信號，電磁閥打開，向水箱中注水。電磁閥處于常閉的狀態(tài)。該實施例提供的適用于薄壁管材濕切加工的方法，用于激光加工微小管徑管材的過程中引入高壓水快速冷卻，防止管材的過度灼燒，減少切割過程中的污染，同時克服了后置導水存在的弊端。所用的的激光濕切割加工的自動供水裝置具有供水穩(wěn)定，結構緊湊，設備占據空間小,設備成本低的優(yōu)點。
權利要求
1.一種激光切割機，包括同軸水射流裝置(9)、夾具(10)、密封堵頭(11)和前置噴淋導水機構，前置噴淋導水機構含有自動供水系統(tǒng)；所述的前置噴淋導水機構，包括電機(I)、聯(lián)軸器(2)、襯套(3)、導水管(4)、自動供水系統(tǒng)(5)和進水口(6)，電機(I)通過聯(lián)軸器(2)、襯套(3)和導水管(4)相連,襯套(3) —端位于聯(lián)軸器(2)內，另一端和導水管(4)密封連接，導水管(4 )靠近襯套(3 ) 一端具有進水口( 6 )，進水口( 6 )通過密封軸承(7 )和自動供水系統(tǒng)(5)連接，導水管(4)的外徑小于待加工管材(8)的內徑，導水管(4)遠離襯套(3)端插入待加工管材的內部。
2.根據權利要求1所述的激光切割機，其特征在于導水管(4)上有長槽形的噴水口，高壓水進入導水管后從噴水口噴出。
3.根據權利要求1所述的激光切割機，其特征在于在待加工管材切割過程中，導水管(4)在電機(I)的帶動下做與待加工管材(8)反方向的旋轉。
4.根據權利要求1所述的激光切割機，其特征在于自動供水系統(tǒng)包括水箱、液位傳感器、進水口、電磁閥、出水口、離心泵、水管和液位線；液位傳感器位于水箱內的中上部液位線位置，進水口的一端連接在水箱上部，另一端通過電磁閥和水源相連；水管的一端位于水箱的底部或側面 ，并位于液位線以下；水管的另一端和離心泵相連，出水口的一端位于離心泵上，另一端和激光切割機前置噴淋導水機構的導水管相連，液位傳感器、電磁閥、離心泵由可編程控制器控制。
5.根據權利要求1所述的激光切割機，其特征在于所述的同軸水射流裝置呈中空圓柱形，上端有光電傳感器安裝座(3 )，光電傳感器(I)和光電傳感器調焦旋鈕(2 )設在光電傳感器安裝座(3)的上面，光電傳感器安裝座(3)下面，同軸水射流裝置內部設有45°反射鏡(4)，與45°反射鏡(4)對應的圓柱體側壁上，設有照明光源(5)，照明光源(5)的下面設有激光發(fā)生器(6)，45°反射鏡(4)下面設有聚焦鏡(7)，聚焦鏡(7)對應的圓柱體側壁上設有聚焦鏡調焦微分頭(8)，聚焦鏡(7)的下面設有保護鏡(9)，保護鏡(9)的下面為具有雙層結構的噴嘴(11)，水射流(12 )從噴嘴(11)雙層結構間通過，噴嘴(11)通過側壁上的進水口( 13 )和高壓供水單元(10)連接。
6.根據權利要求5所述的激光切割機，其特征在于激光發(fā)生器(6)為光纖激光發(fā)生器；噴嘴(11)呈圓環(huán)形，水射流(12 )呈柱狀；聚焦鏡調焦微分頭(8 )用于水平或垂直調節(jié)聚焦鏡(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光切割機，主要解決現有技術中激光切割機加工微小管徑管材的過程中，產生的熱量對零件造成熱損傷，碎屑不易清除的問題，本發(fā)明通過采用一種激光切割機，包括同軸水射流裝置系統(tǒng)和前置導水系統(tǒng)，前置導水系統(tǒng)的電機(1)通過聯(lián)軸器(2)、襯套(3)和導水管(4)相連，襯套(3)一端位于聯(lián)軸器(2)內，另一端和導水管(4)密封連接，導水管(4)靠近襯套(3)一端具有進水口(6)，進水口(6)和自動供水系統(tǒng)(5)密封軸承(7)連接，導水管(4)的外徑小于待加工管材(8)的內徑，導水管(4)遠離襯套(3)端插入待加工管材的內部的技術方案，較好地解決了該問題，可用于激光濕切割加工的工業(yè)生產中。
文檔編號B23K26/14GK103212805SQ20121001589
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權日2012年1月19日
發(fā)明者魏志凌, 寧軍, 夏發(fā)平, 馬秀云 申請人:昆山思拓機器有限公司