一種三維激光切割頭隨動裝置

一種三維激光切割頭隨動裝置

【申請公布號：CN115383291A；申請權利人：中國航空制造技術研究院;發明設計人： 馬鎮; 左從進; 聶瑞濤; 王菲;】

摘要：

本發明涉及激光切割技術領域，尤其涉及一種三維激光切割頭隨動裝置。該裝置包括驅動電機、直線導軌副安裝座、直線導軌副、滑動組件、距離檢測器、同步帶輪、同步帶惰輪及同步帶；直線導軌副固定在直線導軌副安裝座上，滑動組件可滑動地設置在直線導軌副上；驅動電機的輸出端與同步帶輪連接，同步帶環繞于同步帶輪和同步帶惰輪上；滑動組件與同步帶連接，且在同步帶的帶動下做直線運動；通過距離檢測器和噴嘴在同步帶的帶動下延直線導軌做直線運動，以實現隨動調高，這種方式中同步帶輪的結構，自身的重量較輕，可降低自身的運動慣量，提高其響應速度，且整體結構簡單，緊湊，制造方便，對安裝精度要求不高。 

主權項：

1.一種三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，包括驅動電機、直線導軌副安裝座、直線導軌副、滑動組件、距離檢測器、同步帶輪、同步帶惰輪及同步帶；驅動電機、直線導軌副安裝座均安裝在三維切割頭擺動軸上，直線導軌副固定在直線導軌副安裝座上，滑動組件可滑動地設置在直線導軌副上；驅動電機的輸出端與同步帶輪連接，同步帶環繞于同步帶輪和同步帶惰輪上；滑動組件與同步帶連接，且在同步帶的帶動下做直線運動；滑動組件的下端與距離檢測器連接。 

要求：

1.一種三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，包括驅動電機、直線導軌副安裝座、直線導軌副、滑動組件、距離檢測器、同步帶輪、同步帶惰輪及同步帶；驅動電機、直線導軌副安裝座均安裝在三維切割頭擺動軸上，直線導軌副固定在直線導軌副安裝座上，滑動組件可滑動地設置在直線導軌副上；驅動電機的輸出端與同步帶輪連接，同步帶環繞于同步帶輪和同步帶惰輪上；滑動組件與同步帶連接，且在同步帶的帶動下做直線運動；滑動組件的下端與距離檢測器連接。

2.如權利要求1所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，還包括力矩電機水冷外殼，所述驅動電機為力矩電機，力矩電機和直線導軌副安裝座通過力矩電機水冷外殼安裝在三維切割頭擺動軸上。

3.如權利要求2所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，所述滑動組件包括左滑動單元和右滑動單元，左滑動單元和右滑動單元的下端固定連接有安裝基板，所述距離檢測器設置在安裝基板的下方。

4.如權利要求3所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，所述同步帶為開環同步帶，所述同步帶的兩個移動端分別與所述左滑動單元和右滑動單元連接。

5.如權利要求4所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，所述同步帶呈“S”環繞在同步帶輪和同步帶惰輪上，在力矩電機的驅動下，同步帶的兩個移動端同時朝向一個方向移動，以帶動左滑動單元和右滑動單元同時直線移動。

6.如權利要求2所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，所述同步帶惰輪安裝在力矩電機水冷外殼上。

7.如權利要求1所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，所述距離檢測器為電容開關。

8.如權利要求2所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，所述力矩電機的輸出端通過傳動軸與同步帶輪連接。

9.如權利要求8所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，還包括圓形光柵，所述圓形光柵設置在所述傳動軸上。

10.如權利要求9所述的三維激光切割頭隨動裝置，其特征在于，還包括控制系統，所述距離檢測器與控制系統連接，控制系統與力矩電機連接，圓形光柵與控制系統連接。

一種三維激光切割頭隨動裝置
技術領域

本發明涉及激光切割技術領域，尤其涉及一種三維激光切割頭隨動裝置。

背景技術

目前，現有技術中，激光切割加工技術作為最先進的加工制造技術之一，具有高精度、高適應性、高效率等優點，已被廣泛應用于機械加工領域，隨著應用的深入，簡單的平面類和管類零件切割已經無法滿足加工需求，而三維激光切割因其能滿足復雜曲面類零件的加工，被廣泛應用于航空航天、汽車制造等領域。三維激光切割在加工過程中工件固定不動，依靠激光切割頭的運動完成切割。典型的三維激光切割設備采用五軸聯動，由XYZ三個直線運動軸與激光切割頭自身的C軸旋轉和B軸擺轉組成，以實現切割嘴在切割過程中始終保持與工件表面的垂直，也就是激光的出光方向與工件表面垂直。在切割過程中，噴嘴與工件表面的距離需要始終保持恒定，該距離一般為0.5mm至10mm之間，只有合適的距離才能充分發揮切割效率，否則會使切割效率和切割質量下降。然而，對于大型復雜曲面薄板類零件，其自身的變形無法很好的控制，噴嘴與工件表面的距離需要實時調整才能滿足距離恒定的要求。所以，在三維激光切割頭噴嘴處需增加一組隨動裝置，該裝置由傳感器和執行機構組成，可帶動噴嘴做直線運動，使噴嘴與工件的距離始終恒定。由于激光切割具有高速度、高精度等特點，所以要求隨動裝置必須具有很高的響應速度。目前隨動裝置的傳感器為電容開關，可實時反饋距離信號。執行機構采用直線導軌和滾珠絲杠的結構，由伺服電機驅動，可帶動噴嘴進行直線運動，從而達到隨動的目的。

然而，現有隨動調高裝置采用伺服電機驅動滾珠絲杠，帶動噴嘴沿直線導軌完成直線運動，由此實現隨動調高，這種方式結構復雜，絲杠、絲母占用空間較大，不利于縮小隨動組件的整體尺寸，對裝配精度要求較高，而且后期還需對絲杠絲母進行定期維護。

因此，需要提供一種新型的三維激光切割頭隨動裝置。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種三維激光切割頭隨動裝置，以解決現有隨動結構隨動響應速度慢、結構復雜、占用空間大、制造不便、對安裝精度要求高的問題。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供的三維激光切割頭隨動裝置包括驅動電機、直線導軌副安裝座、直線導軌副、滑動組件、距離檢測器、同步帶輪、同步帶惰輪及同步帶；驅動電機、直線導軌副安裝座均安裝在三維切割頭擺動軸上，直線導軌副固定在直線導軌副安裝座上，滑動組件可滑動地設置在直線導軌副上；驅動電機的輸出端與同步帶輪連接，同步帶環繞于同步帶輪和同步帶惰輪上；滑動組件與同步帶連接，且在同步帶的帶動下做直線運動；滑動組件的下端與距離檢測器連接。

其中，還包括力矩電機水冷外殼，所述驅動電機為力矩電機，力矩電機和直線導軌副安裝座通過力矩電機水冷外殼安裝在三維切割頭擺動軸上。

其中，所述滑動組件包括左滑動單元和右滑動單元，左滑動單元和右滑動單元的下端固定連接有安裝基板，所述距離檢測器設置在安裝基板的下方。

其中，所述同步帶為開環同步帶，所述同步帶的兩個移動端分別與所述左滑動單元和右滑動單元連接。

其中，所述同步帶呈“S”環繞在同步帶輪和同步帶惰輪上，在力矩電機的驅動下，同步帶的兩個移動端同時朝向一個方向移動，以帶動左滑動單元和右滑動單元同時直線移動。

其中，所述同步帶惰輪安裝在力矩電機水冷外殼上。

其中，所述距離檢測器為電容開關。

其中，所述力矩電機的輸出端通過傳動軸與同步帶輪連接。

其中，還包括圓形光柵，所述圓形光柵設置在所述傳動軸上。

其中，還包括控制系統，所述距離檢測器與控制系統連接，控制系統與力矩電機連接，圓形光柵與控制系統連接。

(三)有益效果

本發明的上述技術方案具有如下優點：

本發明提供的技術方案中，通過驅動電機、直線導軌副安裝座均安裝在三維切割頭擺動軸上，隨動裝置整體由三維切割頭擺動軸驅動；通過直線導軌副，滑動組件上下可滑動，進而帶動距離檢測器上下移動，距離檢測器用于檢測噴嘴距離工件表面的距離，進而噴嘴與工件表面的距離可實時調整，滑動組件上下滑動為通過同步帶的帶動做直線運動，由于激光切割具有高速度、高精度等特點，所以要求隨動裝置必須具有很高的響應速度，通過距離檢測器和噴嘴在同步帶的帶動下延直線導軌做直線運動，以實現隨動調高，這種方式中同步帶輪的結構，自身的重量較輕，可降低自身的運動慣量，提高其響應速度，且整體結構簡單，緊湊，制造方便，對安裝精度要求不高，且終身免于維護；該發明結構緊湊，可靠性高，成本低，可提高隨動調高運動的響應速度和定位精度，也可免去滾珠絲杠后期維護成本，避免傳統方式中滾珠絲杠潤滑油脂污染切割頭內部光路。

附圖說明

圖1為本發明三維激光切割頭隨動裝置的立體裝配結構示意圖；

圖2為本發明三維激光切割頭隨動裝置的側面結構示意圖；

圖3為本發明三維激光切割頭隨動裝置的正面結構示意圖；

圖4為本發明三維激光切割頭隨動裝置的正面局部結構示意圖。

圖中：A1：力矩電機水冷外殼，A2：力矩電機，A3：圓形光柵，A4：傳動軸，A5：直線導軌副，A6：直線導軌副安裝座，A7：滑動組件，A8：電容開關，B1：同步帶輪，B2：同步帶移動端，B3：同步帶惰輪，B4：同步帶，A701：左滑動單元，A702：右滑動單元，A703：同步帶壓板，A704：安裝基板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

如圖1-圖4是本發明實施例提供的三維激光切割頭隨動裝置包括驅動電機、直線導軌副安裝座A6、直線導軌副A5、滑動組件A7、距離檢測器、同步帶輪B1、同步帶惰輪B3及同步帶B4；驅動電機、直線導軌副安裝座均安裝在三維切割頭擺動軸上，直線導軌副固定在直線導軌副安裝座上，滑動組件可滑動地設置在直線導軌副上；驅動電機的輸出端與同步帶輪連接，同步帶環繞于同步帶輪和同步帶惰輪上；滑動組件與同步帶連接，且在同步帶的帶動下做直線運動；滑動組件的下端與距離檢測器連接。

上述實施例中，通過驅動電機、直線導軌副安裝座均安裝在三維切割頭擺動軸上，隨動裝置整體由三維切割頭擺動軸驅動；通過直線導軌副，滑動組件上下可滑動，進而帶動距離檢測器上下移動，距離檢測器用于檢測噴嘴距離工件表面的距離，進而噴嘴與工件表面的距離可實時調整，滑動組件上下滑動為通過同步帶的帶動做直線運動，由于激光切割具有高速度、高精度等特點，所以要求隨動裝置必須具有很高的響應速度，通過距離檢測器和噴嘴在同步帶的帶動下延直線導軌做直線運動，以實現隨動調高，這種方式中同步帶輪的結構，自身的重量較輕，可降低自身的運動慣量，提高其響應速度，且整體結構簡單，緊湊，制造方便，對安裝精度要求不高，且終身免于維護。

具體地，還包括力矩電機水冷外殼A1，所述驅動電機為力矩電機A2，力矩電機和直線導軌副安裝座通過力矩電機水冷外殼安裝在三維切割頭擺動軸上。通過力矩電機水冷外殼，一方面冷卻電機，另一方面可為力矩電機和直線導軌副安裝座提供安裝支撐。

具體地，所述滑動組件包括左滑動單元A701和右滑動單元A702，左滑動單元和右滑動單元的下端固定連接有安裝基板A704，所述距離檢測器設置在安裝基板的下方；左滑動單元和右滑動單元左右分居設置，結構更精巧和平衡，重量更輕便，運動更平穩。

優選地，所述同步帶為開環同步帶，開環同步帶具有同步帶移動端B2，所述同步帶的兩個移動端分別與所述左滑動單元和右滑動單元連接；優選地，本申請同步帶配備有同步帶壓板A703。本申請優選為開環同步帶，同步帶的兩個移動端分別與所述左滑動單元和右滑動單元，傳動更便捷平穩。

具體地，打破常規思維，將同步帶呈“S”環繞在同步帶輪和同步帶惰輪上，在力矩電機的驅動下，同步帶的兩個移動端同時朝向一個方向移動，以帶動左滑動單元和右滑動單元同時直線移動。

具體地，所述同步帶惰輪安裝在力矩電機水冷外殼上。同步帶惰輪作為從動輪。

具體他，距離檢測器為電容開關A8。通過電容開關，可實時反饋距離信號。

具體地，力矩電機的輸出端通過傳動軸A4與同步帶輪連接。優選地，還包括圓形光柵A3，所述圓形光柵設置在所述傳動軸上，圓形光柵作為旋轉編碼器，可實時反饋傳動軸的角度信號。

具體地，還包括控制系統，所述距離檢測器與控制系統連接，控制系統與力矩電機連接，圓形光柵與控制系統連接。隨動功能開啟后，電容開關檢測噴嘴距離工件表面的距離，將信號傳遞給控制系統，控制系統驅動力矩電機，在力矩電機的驅動下，傳動軸帶動同步帶輪一起旋轉，同步帶將同步帶輪的旋轉運動轉換為直線運動，在直線導軌副的作用下，同步帶移動端發生直線運動。滑動組件在同步帶移動端的帶動下可實現隨動運動；圓形光柵與控制系統連接，對旋轉精度進行閉環反饋。

為了進一步理解本申請的技術方案，結合附圖，通過以下實施例進行詳細說明。

如圖2、圖3和圖4所示，力矩電機水冷外殼A1與三維切割頭擺動軸端面固定，力矩電機A2固定在力矩電機水冷外殼A1中，傳動軸A4與力矩電機轉子連接，在轉子的帶動下做旋轉運動。圓形光柵A3與傳動軸A4連接，可實時反饋傳動軸A4的角度信號。直線導軌副安裝座A6與力矩電機水冷外殼A1固定，直線導軌副A5固定在直線導軌副安裝座A6上，滑動組件A7與直線導軌副A5上的滑塊固定，做直線運動。電容開關A8位于滑動組件A7最下端，可實時反饋噴嘴與工件之間的距離。B1為同步帶輪，B2為同步帶移動端，B3為同步帶惰輪，B4為同步帶。同步帶輪B1與傳動軸A4連接。同步帶B4環繞于同步帶輪B1和同步帶惰輪B3上，同步帶移動端B2固定在滑動組件A7上，當同步帶輪B1轉動時，同步帶移動端B2可帶動滑動組件A7做直線運動。

上述實施例提供的方案中調整及工作過程：隨動功能開啟后，電容開關A8檢測噴嘴距離工件表面的距離，將信號傳遞給控制系統，控制系統驅動力矩電機A2，在力矩電機的驅動下，傳動軸A4帶動同步帶輪B1一起旋轉，同步帶B4將同步帶輪B1的旋轉運動轉換為直線運動，在直線導軌副A5的作用下，同步帶移動端B2發生直線運動。滑動組件A7在同步帶移動端B2的帶動下可實現隨動運動。圓形光柵A3對旋轉精度進行閉環反饋。

綜上所述，本發明采用力矩電機和旋轉編碼器作為隨動動力的輸入，力矩電機驅動同步帶輪旋轉，同步帶輪帶動同步帶將旋轉運動轉化為直線運動，噴嘴在同步帶的帶動下延直線導軌做直線運動，以實現隨動調高。這種方式結構簡單，緊湊，制造方便，對安裝精度要求不高，且終身免于維護。此外同步帶輪的結構較絲杠比，其自身的重量較輕，可降低自身的運動慣量，提高其響應速度。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護范圍。