交流永磁同步力矩電機直驅(qū)式三維激光加工頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明應用于三維激光加工設備，包括三維激光切割、焊接、熔覆、熱處理加工機床，是三維激光加工機床的關鍵執(zhí)行功能部件。
【背景技術】
[0002]激光加工技術廣泛應用于金屬與非金屬材料的加工。三維激光加工機床也是航空、航天、船舶、核電、汽車等領域鈑金類零件加工的關鍵設備。大力發(fā)展激光加工設備對國家的工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展、經(jīng)濟和國防安全具有重要的戰(zhàn)略意義。
[0003]常見的激光加工包括激光切割、焊接、熔覆、熱處理等工藝方法。三維激光加工機床可實現(xiàn)對復雜立體形狀零件進行上述激光加工工藝。三維激光加工頭是三維激光加工機床實現(xiàn)三維激光加工功能最核心的關鍵執(zhí)行功能部件。國外主流三維激光加工機床上應用的三維激光加工頭通常采用齒輪系傳動的機械結(jié)構。本文根據(jù)機加工領域中力矩電機直驅(qū)技術在雙擺銑頭上的應用，采用交流永磁同步力矩電機驅(qū)動，結(jié)合采用柔性光纖的激光傳輸光路，設計一種專門應用于三維激光加工領域的加工頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是根據(jù)機加工領域中力矩電機直驅(qū)技術在雙擺銑頭上的應用，米用交流永磁同步力矩電機直接驅(qū)動技術，結(jié)合基于光纖激光器的激光傳輸光路，設計一種專門應用于三維激光加工領域的交流永磁同步力矩電機直驅(qū)式三維激光加工頭。
[0005]為達到以上目的，通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]交流永磁同步力矩電機直驅(qū)式三維激光加工頭，包括:準直單元、擺頭軸單元、擺頭A軸單元和聚焦單元，擺頭C軸單元和/或A軸單元采用交流永磁同步力矩電機直接驅(qū)動形式；
[0007]擺頭C軸單元可實現(xiàn)連續(xù)無限制旋轉(zhuǎn)；
[0008]擺頭C軸單元包含電氣滑環(huán)；
[0009]擺頭C軸單元包含至少兩路相互隔離的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)路，用于傳輸流體介質(zhì)如水，氣體等；
[0010]準直單元包括:光纖接頭、準直鏡片、準直鏡座、冷卻外殼、O形密封圈和鎖緊螺母；光纖接頭(光纖接頭的種類和樣式因激光器及傳輸光纖供應商而異。)一端與光纖端部接頭連接固定，另一端固定在準直鏡座上端；準直鏡座加工有與光纖接頭光孔同軸心線的通光孔，下端通光孔內(nèi)壁依次加工有安裝止口和內(nèi)螺紋；準直鏡片置于通光孔內(nèi)壁安裝止口處，且通過鎖緊螺母與安裝止口下端內(nèi)螺紋配合固定；準直鏡片與鎖緊螺母接觸端依次設置有用于預緊固定的平墊片和波形彈簧；準直鏡座外壁加工有水槽；冷卻外殼套置在準直鏡座外壁，且與其外壁的水槽形成容水腔；冷卻外殼與準直鏡座外壁結(jié)接合處設置有O形密封圈，且冷卻外殼加工有上述容水腔連通的進水口和出水口 ；
[0011]上述結(jié)構具體實施時根據(jù)準直鏡片焦距改變準直鏡座長度，使光纖輸出端面位于準直鏡片焦點位置，這樣激光束通光準直鏡后擴束成準平行光進入后續(xù)光路。
[0012]擺頭C軸單元包括:上端蓋、C軸外殼、C軸芯軸、C軸力矩電機轉(zhuǎn)子、C軸力矩電機定子、過渡芯軸、滑環(huán)旋轉(zhuǎn)端接線座和分流塊；C軸外殼內(nèi)部加工為階梯孔，且C軸芯軸為階梯軸；c軸芯軸上端和下端均通過軸承組安裝于C軸外殼階梯孔內(nèi)，且軸承組由一端壓緊軸承內(nèi)環(huán)且與C軸芯軸可拆卸固定連接的鎖緊螺母和一端壓緊軸承外環(huán)且與C軸外殼可拆卸固定連接的軸承壓蓋組成；C軸外殼固定有用于壓緊上端軸承組的上端蓋，且上端蓋上端通過連接法蘭與準直單元連接固定(此處連接法蘭的連接可通過螺紋或螺釘連接方式與冷卻水座或擺頭C軸單元連接。)；C軸芯軸上端軸承組下端套置有C軸力矩電機轉(zhuǎn)子，且通過C軸芯軸上端軸承組與C軸力矩電機轉(zhuǎn)子之間通過軸承隔環(huán)預緊固定；C軸外殼與安裝C軸力矩電機轉(zhuǎn)子對應位置固定有C軸力矩電機定子；(3軸外殼的C軸力矩電機定子下端與C軸芯軸下端軸承組上端接合部設置有不少兩個旋轉(zhuǎn)密封圈，且每相鄰兩個密封圈之間形成密封環(huán)路，C軸芯軸在對應位置加工有與上述密封環(huán)路相通的孔(水、氣介質(zhì)從C軸外殼引入，在擺頭C軸單元旋轉(zhuǎn)過程中，環(huán)路始終與C軸芯軸開設的孔相通，實現(xiàn)水、氣介質(zhì)的在相對旋轉(zhuǎn)部件之間的傳遞。)，C軸外殼或者C軸力矩電機定子加工有冷卻水槽，且冷卻水槽入水口位于C軸外殼下端，出水口位于C軸外殼上端；
[0013]過渡芯軸固定在C軸芯軸下端；過渡芯軸外壁固定有電氣滑環(huán),且在C軸外殼上電氣滑環(huán)對應位置固定有滑環(huán)電刷；滑環(huán)電刷外固定有滑環(huán)外殼，且滑環(huán)外殼下端固定有用于連接外部電纜的滑環(huán)旋轉(zhuǎn)端接線座；滑環(huán)旋轉(zhuǎn)端接線座下端固定有用于將芯軸傳遞下來的水、氣介質(zhì)分配到不同的位置經(jīng)通用接頭輸出的分流塊；滑環(huán)外殼的作用是保護電氣滑環(huán)并安裝滑環(huán)固定端接線座，滑環(huán)固定端接線座上安裝電纜接頭，連接電刷和外部電纜；
[0014]上端蓋、C軸芯軸和過渡芯軸加工有與準直單元I輸出光路匹配的光線傳輸管路；
[0015]擺頭A軸單元包括:加工為“L”字形的A軸單元外殼、A軸芯軸、A軸力矩電機定子、A軸力矩電機轉(zhuǎn)子和密封端蓋；A軸單元外殼加工有與擺頭C軸單元輸出光路匹配的“L”字型光線傳輸管路，且在“L”字型光線傳輸管路轉(zhuǎn)角處設置有用于反射光路轉(zhuǎn)向的反射裝置；A軸芯軸安裝于A軸單元外殼內(nèi)部，且位于平直部分；A軸芯軸后端通過軸承壓蓋與軸承配合固定在A軸單元外殼內(nèi)，前端通過軸承組配合固定在A軸單元外殼內(nèi)部；A軸芯軸中部套置固定有A軸力矩電機轉(zhuǎn)子，且A軸單元外殼與A軸力矩電機轉(zhuǎn)子對應位置安裝有A軸力矩電機定子；密封端蓋固定在A軸單元外殼前端，且能夠壓緊密封A軸芯軸前端組合軸承；
[0016]當擺頭A軸單元處規(guī)格比較大時，在擺頭A軸單元A軸外殼或者A軸力矩電機定子處設置有與擺頭C軸單元對應位置設置有相同的冷卻系統(tǒng)；
[0017]電刷和滑環(huán)之間的接觸將電信號傳遞到運動部件上。電刷上各路導電環(huán)通過導線連接到滑環(huán)旋轉(zhuǎn)端接線座的電纜插頭上。電刷設備上的電信號連接電氣滑環(huán)和滑環(huán)電刷的作用是在相對旋轉(zhuǎn)的部件間傳遞電信號。通過旋轉(zhuǎn)密封及電氣滑環(huán)，實現(xiàn)擺頭C軸單元連續(xù)360°無限制旋轉(zhuǎn)。在過渡芯軸上電氣滑環(huán)下方安裝的分流塊，分流塊上加工一些深孔，將芯軸傳遞下來的水、氣介質(zhì)分配到不同的位置通過通用的接頭輸出，便于管路連接；
[0018]分流塊外壁固定有用于輔助定位各線路的轉(zhuǎn)接板，擺頭C軸單元與擺頭A軸單元之間的水、氣、電路連接通過上述轉(zhuǎn)接板連接，轉(zhuǎn)接板的作用是將擺頭C軸單元與擺頭A軸單元之間的水、氣、電路管線接到一個合適的位置使擺頭A軸單元在擺動時每根管線都有足夠的彎曲運動空間，實現(xiàn)擺頭C軸單元與擺頭A軸單元的靈活運動。
[0019]聚焦單元，為現(xiàn)有激光聚焦裝置，且通過法蘭盤固定在A軸單元前端；
[0020]擺頭C軸單元上端與準直單元之間的連接法蘭可采用一體式設計，即連接法蘭與準直單元的冷卻外殼為一體式設計，方便維護人員的維修安裝；
[0021]采用上述技術方案的本發(fā)明采用力矩電機內(nèi)置的方式(即通過轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動轉(zhuǎn)軸。)來驅(qū)動擺頭C軸單元與擺頭A軸單元的轉(zhuǎn)動，這樣的直驅(qū)方式效率高，并通過在相對應的位置配備有水、氣、電的線路使整個結(jié)構可穩(wěn)定運行；
[0022]綜上本發(fā)明的優(yōu)點是顯而易見的，主要表現(xiàn)在:
[0023]1、直驅(qū)式，使旋轉(zhuǎn)高效準確；
[0024]2、擺頭C軸單元可連續(xù)360°旋轉(zhuǎn)，沒有旋轉(zhuǎn)死角；
[0025]3、擺頭C軸單元與擺頭A軸單元為全閉環(huán)控制，精度高；
[0026]4、各單元組件模塊化設計，具有功能可擴展性；
[0027]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0028]本發(fā)明共2幅附圖，其中:
[0029]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構剖