[实用新型]三维激光切割机

说明书

技术领域

本实用新型涉及三维五轴数控激光切割机，尤其涉及三维五轴数控激光切割机的切割头驱动机构。

背景技术

三维空间曲线的激光切割以其先进、灵活、适应性强等特点，在国外的汽车工业、航空航天工业等诸多领域都取得了广泛的应用。使用三维激光切割，不仅可以节省样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期，具有极其广阔的应用前景，而目前三维激光切割机完全国外进口。为完善数控激光切割机产品系列，加强企业的自主创新能力，本申请人自2011年起对三维五轴数控激光切割机及激光头驱动机构进行了自主研发和创新设计。于2011.8.16.向国家知识产权局同时提出了名称为“一种混联五轴激光切割机，201110233707.3”、“一种少自由度并联五轴数控激光切割机，201110234063.X”以及“一种三维五轴数控激光切割机，201110234262.0”三项专利申请。这三项专利的技术方案都是以并联机构为基础来实现对激光头的五轴运动的控制，具有结构轻巧灵便、惯性小、响应速度快、精度高、刚性大、适应性强以及技术附加值高等诸多突出优点。但是随着研究工作的不断深入，我们发现上述以并联机构为基础的技术方案属于多变量、高度非线性、多参数耦合的复杂系统。虽然机械机构简单，但是运动轨迹的控制非常复杂，技术转化难度大，研发制造困难。

现有技术中在控制方面还有“一点指向式”和“偏置式”两种串联机构的技术方案。“一点指向式”切割头体积大，在切割深孔时极易产生机械干涉碰撞；其机构需4块镜片反射激光，使得能量损耗大，此外镜片费用高，调校复杂。“偏置式”旋转机构均是采用扭矩电机驱动，体积大、重量大、精度不高。且价格昂贵。前述两种串联机构技术完全掌握在国外，国内没有。例如某国外品牌的切割头旋转机构价格高达40-50万人民币，可以说如果没有自主研发的切割头旋转机构，三维激光切割机的研发就是一纸空谈。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题，提供了一种运动轨迹控制更加简单，技术转化更容易，研发制造成本更加低廉的基于串联机构的三维激光切割机。使得机械机构更加简单，后续编程控制更加方便，操控性更加优越。

本实用新型的技术方案是：包括切割头驱动机构，所述切割头驱动机构包括支座、电机α、电机β、双联齿轮、反射镜组一和反射镜组二；

所述支座包括具有中孔的支座板，支座板中部设有垂直于板体的筒，所述电机α和电机β分别固定连接于所述筒两侧的支座板上；

所述反射镜组一包括镜片一、壳体一和壳体一齿轮；所述壳体一具有出光口一和呈筒形的入光口一；所述壳体一齿轮设于所述筒形入光口一的外表面、且与所述筒形入光口一同轴心；

所述反射镜组二包括镜片二、壳体二和壳体二锥齿轮；所述壳体二具有入光口二和出光口二；所述壳体二锥齿轮固定连接在所述入光口二的孔口、且与所述入光口二同轴心；

所述双联齿轮活动连接在所述筒形入光口一外表面上、处于所述壳体一齿轮的下部、且与所述筒形入光口一同轴心，能相对于所述壳体一自由转动、且轴向固定；所述双联齿轮包括直齿轮和锥齿轮、所述直齿轮位于所述锥齿轮的上部；

所述壳体一的筒形入光口一枢接于所述支座的筒内；所述壳体一齿轮处于所述支座板下方；

所述电机α的电机轴贯穿所述支座板，通过联接齿轮啮合所述壳体一齿轮，驱动所述壳体一绕所述支座的筒的轴心作旋转运动；

所述电机β的电机轴贯穿所述支座板，通过联接齿轮啮合所述双联齿轮的直齿轮，驱动所述双联齿轮旋转；

所述壳体二的入光口二与所述壳体一的出光口一枢接；所述双联齿轮中的锥齿轮与所述壳体二锥齿轮啮合，进而驱动所述壳体二绕所述壳体一出光口的轴心旋转；

所述切割头固定连接在所述壳体二的出光口二上。

所述入光口一与出光口一之间呈90°夹角；所述入光口二与所述出光口二之间呈90°夹角。

电机α、电机β和所述支座的筒的轴心相互平行。

所述驱动机构还包括切割头随动机构，使得切割头相对于所述壳体二上出光口二的轴线做轴向运动；所述切割头随动机构包括具有中孔的固定座和活动连接在固定座中孔内的筒形驱动座；固定座固定连接于所述出光口二的口部，所述切割头固定连接在所述驱动座的底部。

所述固定座中孔内设有液压缸腔；所述驱动座的外壁中部设有起活塞作用的台阶圆，所述的驱动座外壁上的台阶圆与所述固定座中孔内的液压缸腔密封；驱动座的外圆柱面与固定座的内圆柱面相互配合，使得驱动座能够相对于固定座作往复直线运动。