一种三维激光切割头随动装置的制作方法

1.本发明涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种三维激光切割头随动装置。


背景技术：

2.目前，现有技术中，激光切割加工技术作为最先进的加工制造技术之一，具有高精度、高适应性、高效率等优点，已被广泛应用于机械加工领域，随着应用的深入，简单的平面类和管类零件切割已经无法满足加工需求，而三维激光切割因其能满足复杂曲面类零件的加工，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。三维激光切割在加工过程中工件固定不动，依靠激光切割头的运动完成切割。典型的三维激光切割设备采用五轴联动，由xyz三个直线运动轴与激光切割头自身的c轴旋转和b轴摆转组成，以实现切割嘴在切割过程中始终保持与工件表面的垂直，也就是激光的出光方向与工件表面垂直。在切割过程中，喷嘴与工件表面的距离需要始终保持恒定，该距离一般为0.5mm至10mm之间，只有合适的距离才能充分发挥切割效率，否则会使切割效率和切割质量下降。然而，对于大型复杂曲面薄板类零件，其自身的变形无法很好的控制，喷嘴与工件表面的距离需要实时调整才能满足距离恒定的要求。所以，在三维激光切割头喷嘴处需增加一组随动装置，该装置由传感器和执行机构组成，可带动喷嘴做直线运动，使喷嘴与工件的距离始终恒定。由于激光切割具有高速度、高精度等特点，所以要求随动装置必须具有很高的响应速度。目前随动装置的传感器为电容开关，可实时反馈距离信号。执行机构采用直线导轨和滚珠丝杠的结构，由伺服电机驱动，可带动喷嘴进行直线运动，从而达到随动的目的。
3.然而，现有随动调高装置采用伺服电机驱动滚珠丝杠，带动喷嘴沿直线导轨完成直线运动，由此实现随动调高，这种方式结构复杂，丝杠、丝母占用空间较大，不利于缩小随动组件的整体尺寸，对装配精度要求较高，而且后期还需对丝杠丝母进行定期维护。
4.因此，需要提供一种新型的三维激光切割头随动装置。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本发明要解决的技术问题是提供一种三维激光切割头随动装置，以解决现有随动结构随动响应速度慢、结构复杂、占用空间大、制造不便、对安装精度要求高的问题。
7.(二)技术方案
8.为解决上述技术问题，本发明提供的三维激光切割头随动装置包括驱动电机、直线导轨副安装座、直线导轨副、滑动组件、距离检测器、同步带轮、同步带惰轮及同步带；驱动电机、直线导轨副安装座均安装在三维切割头摆动轴上，直线导轨副固定在直线导轨副安装座上，滑动组件可滑动地设置在直线导轨副上；驱动电机的输出端与同步带轮连接，同步带环绕于同步带轮和同步带惰轮上；滑动组件与同步带连接，且在同步带的带动下做直线运动；滑动组件的下端与距离检测器连接。
9.其中，还包括力矩电机水冷外壳，所述驱动电机为力矩电机，力矩电机和直线导轨
副安装座通过力矩电机水冷外壳安装在三维切割头摆动轴上。
10.其中，所述滑动组件包括左滑动单元和右滑动单元，左滑动单元和右滑动单元的下端固定连接有安装基板，所述距离检测器设置在安装基板的下方。
11.其中，所述同步带为开环同步带，所述同步带的两个移动端分别与所述左滑动单元和右滑动单元连接。
12.其中，所述同步带呈“s”环绕在同步带轮和同步带惰轮上，在力矩电机的驱动下，同步带的两个移动端同时朝向一个方向移动，以带动左滑动单元和右滑动单元同时直线移动。
13.其中，所述同步带惰轮安装在力矩电机水冷外壳上。
14.其中，所述距离检测器为电容开关。
15.其中，所述力矩电机的输出端通过传动轴与同步带轮连接。
16.其中，还包括圆形光栅，所述圆形光栅设置在所述传动轴上。
17.其中，还包括控制系统，所述距离检测器与控制系统连接，控制系统与力矩电机连接，圆形光栅与控制系统连接。
18.(三)有益效果
19.本发明的上述技术方案具有如下优点：
20.本发明提供的技术方案中，通过驱动电机、直线导轨副安装座均安装在三维切割头摆动轴上，随动装置整体由三维切割头摆动轴驱动；通过直线导轨副，滑动组件上下可滑动，进而带动距离检测器上下移动，距离检测器用于检测喷嘴距离工件表面的距离，进而喷嘴与工件表面的距离可实时调整，滑动组件上下滑动为通过同步带的带动做直线运动，由于激光切割具有高速度、高精度等特点，所以要求随动装置必须具有很高的响应速度，通过距离检测器和喷嘴在同步带的带动下延直线导轨做直线运动，以实现随动调高，这种方式中同步带轮的结构，自身的重量较轻，可降低自身的运动惯量，提高其响应速度，且整体结构简单，紧凑，制造方便，对安装精度要求不高，且终身免于维护；该发明结构紧凑，可靠性高，成本低，可提高随动调高运动的响应速度和定位精度，也可免去滚珠丝杠后期维护成本，避免传统方式中滚珠丝杠润滑油脂污染切割头内部光路。
附图说明
21.图1为本发明三维激光切割头随动装置的立体装配结构示意图；
22.图2为本发明三维激光切割头随动装置的侧面结构示意图；
23.图3为本发明三维激光切割头随动装置的正面结构示意图；
24.图4为本发明三维激光切割头随动装置的正面局部结构示意图。
25.图中：a1：力矩电机水冷外壳，a2：力矩电机，a3：圆形光栅，a4：传动轴，a5：直线导轨副，a6：直线导轨副安装座，a7：滑动组件，a8：电容开关，b1：同步带轮，b2：同步带移动端，b3：同步带惰轮，b4：同步带，a701：左滑动单元，a702：右滑动单元，a703：同步带压板，a704：安装基板。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施
例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
27.本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.如图1-图4是本发明实施例提供的三维激光切割头随动装置包括驱动电机、直线导轨副安装座a6、直线导轨副a5、滑动组件a7、距离检测器、同步带轮b1、同步带惰轮b3及同步带b4；驱动电机、直线导轨副安装座均安装在三维切割头摆动轴上，直线导轨副固定在直线导轨副安装座上，滑动组件可滑动地设置在直线导轨副上；驱动电机的输出端与同步带轮连接，同步带环绕于同步带轮和同步带惰轮上；滑动组件与同步带连接，且在同步带的带动下做直线运动；滑动组件的下端与距离检测器连接。
30.上述实施例中，通过驱动电机、直线导轨副安装座均安装在三维切割头摆动轴上，随动装置整体由三维切割头摆动轴驱动；通过直线导轨副，滑动组件上下可滑动，进而带动距离检测器上下移动，距离检测器用于检测喷嘴距离工件表面的距离，进而喷嘴与工件表面的距离可实时调整，滑动组件上下滑动为通过同步带的带动做直线运动，由于激光切割具有高速度、高精度等特点，所以要求随动装置必须具有很高的响应速度，通过距离检测器和喷嘴在同步带的带动下延直线导轨做直线运动，以实现随动调高，这种方式中同步带轮的结构，自身的重量较轻，可降低自身的运动惯量，提高其响应速度，且整体结构简单，紧凑，制造方便，对安装精度要求不高，且终身免于维护。
31.具体地，还包括力矩电机水冷外壳a1，所述驱动电机为力矩电机a2，力矩电机和直线导轨副安装座通过力矩电机水冷外壳安装在三维切割头摆动轴上。通过力矩电机水冷外壳，一方面冷却电机，另一方面可为力矩电机和直线导轨副安装座提供安装支撑。
32.具体地，所述滑动组件包括左滑动单元a701和右滑动单元a702，左滑动单元和右滑动单元的下端固定连接有安装基板a704，所述距离检测器设置在安装基板的下方；左滑动单元和右滑动单元左右分居设置，结构更精巧和平衡，重量更轻便，运动更平稳。
33.优选地，所述同步带为开环同步带，开环同步带具有同步带移动端b2，所述同步带的两个移动端分别与所述左滑动单元和右滑动单元连接；优选地，本技术同步带配备有同步带压板a703。本技术优选为开环同步带，同步带的两个移动端分别与所述左滑动单元和右滑动单元，传动更便捷平稳。
34.具体地，打破常规思维，将同步带呈“s”环绕在同步带轮和同步带惰轮上，在力矩电机的驱动下，同步带的两个移动端同时朝向一个方向移动，以带动左滑动单元和右滑动单元同时直线移动。
35.具体地，所述同步带惰轮安装在力矩电机水冷外壳上。同步带惰轮作为从动轮。
36.具体他，距离检测器为电容开关a8。通过电容开关，可实时反馈距离信号。
37.具体地，力矩电机的输出端通过传动轴a4与同步带轮连接。优选地，还包括圆形光栅a3，所述圆形光栅设置在所述传动轴上，圆形光栅作为旋转编码器，可实时反馈传动轴的角度信号。
38.具体地，还包括控制系统，所述距离检测器与控制系统连接，控制系统与力矩电机连接，圆形光栅与控制系统连接。随动功能开启后，电容开关检测喷嘴距离工件表面的距离，将信号传递给控制系统，控制系统驱动力矩电机，在力矩电机的驱动下，传动轴带动同步带轮一起旋转，同步带将同步带轮的旋转运动转换为直线运动，在直线导轨副的作用下，同步带移动端发生直线运动。滑动组件在同步带移动端的带动下可实现随动运动；圆形光栅与控制系统连接，对旋转精度进行闭环反馈。
39.为了进一步理解本技术的技术方案，结合附图，通过以下实施例进行详细说明。
40.如图2、图3和图4所示，力矩电机水冷外壳a1与三维切割头摆动轴端面固定，力矩电机a2固定在力矩电机水冷外壳a1中，传动轴a4与力矩电机转子连接，在转子的带动下做旋转运动。圆形光栅a3与传动轴a4连接，可实时反馈传动轴a4的角度信号。直线导轨副安装座a6与力矩电机水冷外壳a1固定，直线导轨副a5固定在直线导轨副安装座a6上，滑动组件a7与直线导轨副a5上的滑块固定，做直线运动。电容开关a8位于滑动组件a7最下端，可实时反馈喷嘴与工件之间的距离。b1为同步带轮，b2为同步带移动端，b3为同步带惰轮，b4为同步带。同步带轮b1与传动轴a4连接。同步带b4环绕于同步带轮b1和同步带惰轮b3上，同步带移动端b2固定在滑动组件a7上，当同步带轮b1转动时，同步带移动端b2可带动滑动组件a7做直线运动。
41.上述实施例提供的方案中调整及工作过程：随动功能开启后，电容开关a8检测喷嘴距离工件表面的距离，将信号传递给控制系统，控制系统驱动力矩电机a2，在力矩电机的驱动下，传动轴a4带动同步带轮b1一起旋转，同步带b4将同步带轮b1的旋转运动转换为直线运动，在直线导轨副a5的作用下，同步带移动端b2发生直线运动。滑动组件a7在同步带移动端b2的带动下可实现随动运动。圆形光栅a3对旋转精度进行闭环反馈。
42.综上所述，本发明采用力矩电机和旋转编码器作为随动动力的输入，力矩电机驱动同步带轮旋转，同步带轮带动同步带将旋转运动转化为直线运动，喷嘴在同步带的带动下延直线导轨做直线运动，以实现随动调高。这种方式结构简单，紧凑，制造方便，对安装精度要求不高，且终身免于维护。此外同步带轮的结构较丝杠比，其自身的重量较轻，可降低自身的运动惯量，提高其响应速度。
43.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。