一种三维激光切割头防撞保护装置的制作方法

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防撞保护装置。


背景技术：

2.目前，三维五轴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，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。现有的三维激光切割头结构由旋转系统，摆动系统和随动装置等组成，在切割过程中，激光切割头末端的喷嘴与工件表面进行近距离高速运动，最小距离仅为0.5mm。然而对于大型复杂曲面薄板类零件来说，外形尺寸精度无法很好的控制，这样就难免发生不必要的碰撞，为避免造成工件、切割头甚至激光器的损坏，需要在三维激光切割头喷嘴位置增加防撞保护装置。
3.现有防撞机构通常采用永磁铁的形式，该结构较复杂，不光需要有磁铁进行连接，还需要有软连接机构用来防止喷嘴脱落，同时还需要单独设计定位机构用以碰撞后的复位。此结构会提高喷嘴的重量，加大其运动惯量，进一步影响切割头运动时的响应速度和定位精度。
4.因此，针对上述问题，需要提供新型三维激光切割头防撞保护装置。


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提供一种三维激光切割头防撞保护装置，以解决现有复杂空间曲面在加工过程中存在的喷嘴与工件碰撞造成的工件、切割头甚至激光器损坏的问题，且不影响切割头运动时的响应速度和定位精度。
7.(二)技术方案
8.为解决上述技术问题，本发明提供的一种三维激光切割头防撞保护装置，其包括连接基件、微动感应开关、压紧件、弹性压缩件、浮动球面连接轴；连接基件上端面与切割头随动装置固定连接，连接基件内设置所述浮动球面连接轴，浮动球面连接轴的下端伸出连接基件，且与喷嘴连接；连接基件容置浮动球面连接轴的空间内设置上固定槽，浮动球面连接轴的内侧设置下固定槽，弹性压缩件的上下端分别位于所述上固定槽和下固定槽内，浮动球面连接轴外侧具有向外凸出的凸缘部，压紧件抵压所述凸缘部的下侧面，以将浮动球面连接轴限定在连接基件内；凸缘部的外侧面为浮动球面结构，微动感应开关设置在连接基件容置浮动球面连接轴的空间内壁上，浮动球面连接轴因碰撞受力而动时，所述凸缘部与微动感应开关相对应，所述凸缘部触发微动感应开关。
9.其中，浮动球面连接轴球面结构形成的中心为浮动球面连接轴旋转的虚拟球面中心；当喷嘴发生碰撞时，浮动球面连接轴受侧向力的作用，沿虚拟球面中心发生旋转，凸缘部的一侧抬起，微动感应开关与所述凸缘部相对应。
10.其中，所述连接基件为连接板，连接板上端面与切割头随动装置通过螺钉固定。
11.其中，所述微动感应开关沿连接板中心轴呈180
°
分布于连接板内部。
12.其中，所述压紧件为压紧端盖，浮动球面连接轴中心轴与连接板轴线重合，压紧端盖抵压所述凸缘部的下侧面，以将浮动球面连接轴压入到连接板内部。
13.其中，所述弹性压缩件为压缩弹簧。
14.其中，还包括防尘圈，所述防尘圈固定于压紧端盖和浮动球面连接轴的凸缘部之间。
15.其中，还包括控制中心，所述微动感应开关与控制中心连接，控制中心与切割头随动装置连接。
16.(三)有益效果
17.本发明的上述技术方案具有如下优点：
18.本发明提供的技术方案中，通过连接基件内设置所述浮动球面连接轴，浮动球面连接轴的虚拟球面中心位于连接基件内，浮动球面连接轴的下端与喷嘴连接，弹性压缩件的上下端分别位于连接基件内上固定槽和浮动球面连接轴的内侧的下固定槽内，当喷嘴发生碰撞时，浮动球面连接轴受侧向力的作用，沿虚拟球面中心发生旋转，凸缘部的一侧抬起，微动感应开关与所述凸缘部相对应，此时微动感应开关检测到信号，整个设备停止，对切割头起到防撞保护的作用；当碰撞消失后，受压缩弹簧的所用，浮动球面连接轴同样延虚拟球面中心旋转，恢复到初始位置完成碰撞的复位。本发明结构紧凑，可靠性高，成本低，易于安装，可减少切割头发生碰撞时造成的损失，也可降低其自身的重量，提高切割头运动精度和运动响应速度。
附图说明
19.图1为本发明实施例提供的三维激光切割头防撞保护装置的剖视结构示意图；
20.图2为本发明实施例提供的三维激光切割头防撞保护装置中虚拟球面中心的位置关系示意图。
21.图中：a1：连接板，a2：微动感应开关，a3：压紧端盖，a4：压缩弹簧，a5：浮动球面连接轴，a6：防尘圈，a101：上固定槽，a501：凸缘部，a502：下固定槽。
具体实施方式
22.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。
23.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。
24.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。
25.如图1和图2所示，本发明实施例提供的三维激光切割头防撞保护装置包括连接基件、微动感应开关a2、压紧件、弹性压缩件、浮动球面连接轴a5；连接基件上端面与切割头随动装置固定连接，连接基件内设置所述浮动球面连接轴，浮动球面连接轴的下端伸出连接基件，且与喷嘴连接；连接基件容置浮动球面连接轴的空间内设置上固定槽a101，浮动球面连接轴的内侧设置下固定槽a502，弹性压缩件的上下端分别位于所述上固定槽和下固定槽内，浮动球面连接轴外侧具有向外凸出的凸缘部a501，压紧件抵压所述凸缘部的下侧面，以将浮动球面连接轴限定在连接基件内，凸缘部的外侧面为浮动球面结构，微动感应开关设置在连接基件容置浮动球面连接轴的空间内壁上，浮动球面连接轴因碰撞受力而动时，所述凸缘部与微动感应开关相对应，所述凸缘部触发微动感应开关。
26.具体地，浮动球面连接轴球面结构形成的中心为浮动球面连接轴旋转的虚拟球面中心；当喷嘴发生碰撞时，浮动球面连接轴受侧向力的作用，沿虚拟球面中心发生旋转，凸缘部的一侧抬起，微动感应开关与所述凸缘部相对应。
27.上述实施例中，连接基件内设置所述浮动球面连接轴，浮动球面连接轴的虚拟球面中心位于连接基件内，浮动球面连接轴的下端与喷嘴连接，弹性压缩件的上下端分别位于连接基件内上固定槽和浮动球面连接轴的内侧的下固定槽内，当喷嘴发生碰撞时，浮动球面连接轴受侧向力的作用，沿虚拟球面中心发生旋转，凸缘部的一侧抬起，微动感应开关与所述凸缘部相对应，此时微动感应开关检测到信号，整个设备停止，对切割头起到防撞保护的作用；当碰撞消失后，受压缩弹簧a4的所用，浮动球面连接轴a5同样延虚拟球面中心b1旋转，恢复到初始位置完成碰撞的复位。
28.具体地，所述连接基件为连接板a1，连接板上端面与切割头随动装置通过螺钉固定。通过连接板的形式，结构简单，便于安装。
29.具体地，微动感应开关沿连接板中心轴呈180
°
分布于连接板内部。微动感应开关沿连接板中心轴呈180
°
的设置方式便于浮动球面连接轴因碰撞受力而动时可以准确地感应到。
30.具体地，压紧件为压紧端盖a3，浮动球面连接轴中心轴与连接板轴线重合，压紧端盖抵压所述凸缘部的下侧面，以将浮动球面连接轴压入到连接板内部。通过浮动球面连接轴中心轴与连接板轴线重合，保证整个防撞保护装置结构的运转的平稳性和安装定位的精确性。
31.具体地，所述弹性压缩件为压缩弹簧a4。当然也可采用其他弹性压缩件。
32.优选地，还包括防尘圈a6，防尘圈固定于压紧端盖和浮动球面连接轴的凸缘部之间。通过防尘圈的设置，保证连接基件容置浮动球面连接轴的空间内的洁净，避免浮动球面连接轴因喷嘴碰撞后旋转不顺及微动感应开关误检测的问题发生。
33.具体地，还包括控制中心，所述微动感应开关与控制中心连接，控制中心与切割头随动装置连接，通过微动感应开关与控制中心连接，当微动感应开关检测到信号，将信号发送至控制中心，控制中心控制设备运行，让设备停止，并进行处理。
34.为了进一步理解本技术的技术方案，下面结合图1和图2，提供一实施例进行详细介绍。
35.具体他，连接板a1上端面与切割头随动装置螺钉固定，微动感应开关a2沿连接板
a1中心轴呈180
°
分布于连接板a1内部，压缩弹簧a4放置在连接板a1的固定槽内；浮动球面连接轴a5中心轴与连接板a1轴线重合，并通过压紧端盖a3将浮动球面连接轴a5压入到连接板a1内部，在浮动球面连接轴a5内部同样有用于辅助压缩弹簧a4固定的槽；此时压缩弹簧a4上端与连接板a1接触，下端与浮动球面连接轴a5接触，并具有一定压缩量，可将浮动球面连接轴a5固定在连接板a1内，以避免当切割头进行高速运动时，浮动球面连接轴a5发生移动；防尘圈a6固定于压紧端盖a3和浮动球面连接轴a5之间。b1为虚拟球面中心，当浮动球面连接轴a5固定后，其球面结构形成的中心即为虚拟球面中心b1。工作过程：当发生碰撞时，浮动球面连接轴a5受侧向力的作用，沿虚拟球面中心b1发生旋转，此时微动感应开关a2检测到信号，设备停止。当碰撞消失后，受压缩弹簧a4的所用，浮动球面连接轴a5同样延虚拟球面中心b1旋转，恢复到初始位置完成碰撞的复位。
36.综上所述，申请人通过市场调研及关键难点分析，开发出的用于三维激光切割头的防撞保护装置，能对三维激光切割头提供有效的保护，并提高切割头运动精度和响应速度，同时还具有自复位功能。
37.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。