用于激光加工裝置的激光加工頭制造方法及圖紙

一種改進的激光加工頭，包括外殼，安裝在外殼中的透鏡套－噴嘴，和將氣體引入到靠近夾持在外殼中的聚焦透鏡處的氣體分布器，以便冷卻透鏡并防止透鏡受到來自工件的被切割材料的污染或損壞。氣體分布器包括多個帶角度的分布槽，它們產生氣流的渦流作用，使氣流離開透鏡表面，流向噴嘴出口。（*該技術在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】 本專利技術涉及激光加工頭，更具體地說涉及適用于對例如塑料和金屬材料進行大功率切削、切割或鉆孔的改進的激光加工頭。激光加工在機床和印刷工業(yè)中已廣為人知。激光加工用來切割和/或切削材料。激光加工頭一般包括一個安裝在通常是圓筒形的外殼中的聚焦透鏡。聚焦透鏡可以通過采用透鏡一側一個的一對卡環(huán)夾持在外殼中。激光加工頭一般還包括一個噴嘴，它安裝在外殼的一端上。噴嘴具有一個狹窄的開口，當聚焦的激光束離開加工頭照射到工件上之前，它穿過該開口。在應用時，激光束經過聚焦透鏡照射到工件上。在某些情況下，激光束經過聚焦透鏡照射到工件上之前，激光束偏離一個或多個位于遠處的反光鏡。與激光加工頭分離的真空碎屑去除系統(tǒng)通常用來收集和去除由聚焦的激光束切割或切削工件產生的碎屑。上述的噴嘴用來保護聚焦透鏡，使之不與未被真空碎屑去除系統(tǒng)收集的碎屑接觸。圖1是常規(guī)的激光加工頭的剖視圖。激光加工頭1包括空心圓筒形透鏡套2，套2包括一個內腔15，其中通過一對鎖定環(huán)4和5夾持聚焦透鏡3。噴嘴6通過一個封閉腔15的O形環(huán)7和鎖定定位螺絲8固定到套2的外表面上。噴嘴6包括具有狹窄開口10的尖端9。可選擇地從位于遠處的反光鏡(圖1中未示出)反射的激光束由透鏡3聚焦，并通過開口10射出。當離開開口10時，激光束切割或切削工件上所要求的材料。如前所述，真空碎屑去除系統(tǒng)(圖中未示出)圍繞噴嘴6，以便去除大部分切割或切削的材料。然而，由于被切削的材料離開表面的速度很快，所以圍繞激光加工頭的真空系統(tǒng)不可能將所有的碎屑去除，一些碎屑可能進入噴嘴中的開口。帶有狹窄開口10的噴嘴6阻止大塊的被切削材料反射損壞透鏡。然而即使這樣做，雜質和碎屑也會從工件表面反彈，經過開口10損壞透鏡，使其不能工作。為了解決這一問題，在現(xiàn)有技術中采用了一種系統(tǒng)，迫使空氣或其它氣體經過開口10流向工件，阻止顆粒反射進入透鏡套2。如圖1所示，該系統(tǒng)包括噴嘴6中的氣體入口11和圓周形氣體腔12，以及套2中的槽13。氣體通路用參考號14表示。雖然圖1所示的現(xiàn)有技術的激光加工頭對許多應用場合已足夠了，但是采用大功率激光器從工件表面去除大量的材料需要一種改進的系統(tǒng)。在這樣的應用場合，采用具有1200瓦或更大能級的激光束從工件表面切削材料。一般如圖1所示類型的常規(guī)的激光加工頭不足以阻止被切削的材料在很長的一段時間以很高的能量經過噴嘴的開口反彈。透鏡可能變得被來自工件表面的雜質涂附。在某些情況下，這些雜質將導致熱積累，使聚焦透鏡破裂或換句話說使透鏡損壞。為了避免上述雜質和/或熱積累，需要周期性地中斷加工過程，清潔聚焦透鏡。這導致時間的浪費，降低了工作效率。本專利技術旨在提供一種改進的激光加工頭，它包括一個氣體分布裝置，用于在壓力下將氣體引入靠近透鏡的頭，以避免透鏡被來自工件的雜質或被切削的材料損壞。氣流在透鏡處進入以后，離開透鏡，流向噴嘴。在本專利技術的一個最佳實施例中，氣體分布裝置包括用于當氣體進入靠近透鏡的頭時形成渦流作用的裝置。氣體的渦流保持透鏡的清潔，并消除了在透鏡中積累起來的熱。氣體渦流產生了附加的力，它阻止了雜質和被切削的材料到達透鏡。渦流導致透鏡保持清潔、冷卻和在激光器的整個操作過程中不被損壞。在一個所示的實施例中，渦流作用是由具有多個帶角度的槽的圓形氣體分布器提供的，因此進入其中安裝了透鏡的外殼的氣體是在產生渦流的螺旋作用下進入的。在另一個最佳實施例中，本專利技術的激光加工頭包括具有本體部分的一個噴嘴，它包括在氣體出口對面的氣體入口，以及一個從入口的寬開口到出口的窄開口逐漸減小的內腔。錐形內腔提供從寬開口到窄開口的氣流，這導致氣流離開窄開口時流速增加。提高速度的作用是阻止雜質和被切削的材料通過噴嘴反彈并到達透鏡。圖1是現(xiàn)有技術的激光加工頭的剖面圖。圖2是本專利技術的激光加工頭的剖面圖。圖3是圖2的激光加工頭的透鏡套部分的剖面圖。圖4是沿圖3的4-4線取的氣體分布器的端面圖。現(xiàn)在參照圖2，本專利技術的改進的激光加工頭20由一個組件構成，它包括外殼22和內透鏡套—噴嘴24。激光聚焦透鏡26置于外殼22的一端中。如圖2所示，借助于一個外鎖定環(huán)28，透鏡26被夾持在外殼22中，外鎖定環(huán)28擰進外殼22內徑上的螺紋30。透鏡26通過透鏡套—噴嘴24的入口端32在其內表面上被夾持。雖然透鏡26可以通過其它鎖定環(huán)或其它適合的夾持部件在其內表面上被夾持，但是本專利技術的優(yōu)點是最好通過透鏡套—噴嘴24將透鏡在其內表面上夾持。圖2所示的透鏡套—噴嘴24是本專利技術的最佳實施例，它包括錐形內腔34和在入口端32的氣體分布器36。內腔34由錐形本體部分38構成，并提供寬入口開口40和窄出口開口42。圖2所示實施例包括可移動的尖端44，本實施例所示的尖端44是通過螺紋擰入開口43的。可移動的尖端44是一個可選擇的特征。最好尖端44可以擰入或擰出透鏡套—噴嘴24中的開口43，以便調整從尖端44的前表面到工件表面的間距。透鏡套—噴嘴24借助于帶螺紋的法蘭46被夾持在圓筒形外殼22中，法蘭46與外殼22中位于內部的螺紋30配合。此外，環(huán)形槽48包括一個O形環(huán)封閉件50，以便在外殼22和透鏡套—噴嘴24之間的出口端端部形成氣體密封。外殼22進一步包括氣體入口52。在外殼22的內表面和透鏡套24的外表面之間形成一條氣體通路54。法蘭56和O形環(huán)50防止氣體在噴嘴24的出口端泄漏，因此如箭頭58所示的氣流開始流向透鏡套—噴嘴24的入口端32。本專利技術的激光加工頭進一步包括一個環(huán)形氣體分布器36，用于接收來自通路54的氣體，并使所述氣體先經過聚焦透鏡26的內面26a，然后從入口端32進入腔34，流向開口42，在那里離開激光加工頭20。于是可以理解，氣體分布器36提供了從通路54到腔34的氣體通路。氣體分布器36包括在分布器36的外圍間隔開的分布孔60。環(huán)形氣體分布器36由一個環(huán)62構成，它具有分布孔60，每個分布孔60與多個分布槽63有氣體互通。在圖4所示的最佳實施例中，每個槽63的縱軸67與環(huán)62的半徑的延伸66形成一個角64(在環(huán)62的外表面測量)。氣體分布器36最好是透鏡套24的一個組成部分。然而作為一種變換，分布器也可以是一個固定到套24的入口端的單獨的部件。特別是氣體分布器36最好作為透鏡套—噴嘴24的帶螺紋法蘭46的一個組成部分。換句話說，在最佳實施例中，帶螺紋的法蘭46的功能與上述環(huán)62相同。在這種結構中，法蘭46中形成有一系列排列于周圍的分布孔60。這些分布孔60的軸通常與激光加工頭20的縱軸平行，并通常與帶螺紋的法蘭46內部配置的表面46a垂直(參見圖3)。分布槽63提供分布孔60和腔34之間的氣體互通。首先將氣體引入靠近透鏡套結構，然后借助于帶角度的槽63產生渦流作用，經過透鏡的內表面，防止來自工件的被切削的顆粒損壞或污染透鏡26。氣流的渦流清潔了透鏡，并通過強迫對流散熱，避免了熱在透鏡26上的積累。氣流流向噴嘴出口42。這避免了顆粒和雜質到達透鏡26，從而顯著地延長了透鏡的壽命。為了從本專利技術的激光加工頭獲得最佳的性能，有兩個變量是需要控制的。它們是窄出口開口42的尺寸和在操作期間激光加工頭中的氣壓。窄出口開口應盡可能地小，以便最大限度地減小透鏡暴露在雜質和碎屑中的機會，但是它又必須足夠大，以適應離開加工頭時的激光束的直徑。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光加工頭包括： 外殼； 用于將聚焦透鏡保持在所述外殼中的所述外殼一端的裝置； 裝在所述外殼上并在所述外殼的相對的第二端具有氣體出口的噴嘴；以及氣體分布裝置，用于將氣體引入靠近所述透鏡保持裝置的所述外殼。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 1994-8-2 284,3391.一種激光加工頭，包括外殼；用于將聚焦透鏡保持在所述外殼中的所述外殼的第一端的裝置，使得所述透鏡的內表面面對所述外殼的內部；裝在所述外殼上并在所述外殼的相對的第二端具有氣體出口的噴嘴；以及環(huán)狀氣體分布裝置，設置在所述第一端并用于將氣體流引入所述外殼中，所述環(huán)狀氣體分布裝置具有多個槽，所述槽指向所述透鏡并相對于所述氣體分布裝置的延伸穿過每個槽的中心徑向軸有角度，從而引導渦流氣流接觸并流過設置在所述保持裝置中的所述透鏡的內表面，以提供透鏡清洗作用以及把所述渦流氣流引導向噴嘴以避免顆粒的后向散射，所述氣體分布裝置由在所述第二端附近的氣體入口和將所述氣體入口在所述第一端連接到所述氣體分布裝置的氣體通道供氣。2.權利要求1的激光加工頭，其中所述噴嘴包括本體部分，它具有在所述氣體出口對面的氣體入口，以及一個從所述入口的寬開口到所述出口的窄開口逐漸減小的內腔。3.權利要求2的激光加工頭，其中所述噴嘴包括在所述出口端的可移動的尖端。4.權利要求1的激光加工頭，其中所述有角度的槽具有抵靠且和所述透鏡的所述內表面齊平的一個壁。5.一種激光加工頭，包括具有氣體入口和相對的開啟端的圓筒形外殼；適合于安裝在所述外殼中并固定到其上的細長的圓筒形噴嘴，所述噴嘴具有錐形內腔，在入口端的寬開口和出口端的窄開口之間形成氣體互通；在所述噴嘴的入口端的氣體分布裝置；在所述外殼和所述噴嘴之間形成的氣體通路，在位于所述出口端的所述外殼氣體入口和位于所述入口端的所述分布器裝置之間形成氣體互通；以及用于將聚焦透鏡固定在所述外殼中抵靠所述氣體分布裝置其與之齊平的裝置包括形...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：WA詹姆斯，SH布賴特科夫，RH基爾科夫，RG普羅費爾，
申請(專利權)人：麥克尼爾PPC公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]