[实用新型]交流永磁同步力矩电机直驱式三维激光加工头

说明书

技术领域

本实用新型应用于三维激光加工设备，包括三维激光切割、焊接、熔覆、热处理加工机床，是三维激光加工机床的关键执行功能部件。

背景技术

激光加工技术广泛应用于金属与非金属材料的加工。三维激光加工机床也是航空、航天、船舶、核电、汽车等领域钣金类零件加工的关键设备。大力发展激光加工设备对国家的工业现代化发展、经济和国防安全具有重要的战略意义。

常见的激光加工包括激光切割、焊接、熔覆、热处理等工艺方法。三维激光加工机床可实现对复杂立体形状零件进行上述激光加工工艺。三维激光加工头是三维激光加工机床实现三维激光加工功能最核心的关键执行功能部件。国外主流三维激光加工机床上应用的三维激光加工头通常采用齿轮系传动的机械结构。本文根据机加工领域中力矩电机直驱技术在双摆铣头上的应用，采用交流永磁同步力矩电机驱动，结合采用柔性光纤的激光传输光路，设计一种专门应用于三维激光加工领域的加工头。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是根据机加工领域中力矩电机直驱技术在双摆铣头上的应用，采用交流永磁同步力矩电机直接驱动技术，结合基于光纤激光器的激光传输光路，设计一种专门应用于三维激光加工领域的交流永磁同步力矩电机直驱式三维激光加工头。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

交流永磁同步力矩电机直驱式三维激光加工头，包括：准直单元、摆头轴单元、摆头A轴单元和聚焦单元，摆头C轴单元和/或A轴单元采用交流永磁同步力矩电机直接驱动形式；

摆头C轴单元可实现连续无限制旋转；

摆头C轴单元包含电气滑环；

摆头C轴单元包含至少两路相互隔离的旋转密封环路，用于传输流体介质如水，气体等；

准直单元包括：光纤接头、准直镜片、准直镜座、冷却外壳、O形密封圈和锁紧螺母；光纤接头(光纤接头的种类和样式因激光器及传输光纤供应商而异。)一端与光纤端部接头连接固定，另一端固定在准直镜座上端；准直镜座加工有与光纤接头光孔同轴心线的通光孔，下端通光孔内壁依次加工有安装止口和内螺纹；准直镜片置于通光孔内壁安装止口处，且通过锁紧螺母与安装止口下端内螺纹配合固定；准直镜片与锁紧螺母接触端依次设置有用于预紧固定的平垫片和波形弹簧；准直镜座外壁加工有水槽；冷却外壳套置在准直镜座外壁，且与其外壁的水槽形成容水腔；冷却外壳与准直镜座外壁结接合处设置有O形密封圈，且冷却外壳加工有上述容水腔连通的进水口和出水口；

上述结构具体实施时根据准直镜片焦距改变准直镜座长度，使光纤输出端面位于准直镜片焦点位置，这样激光束通光准直镜后扩束成准平行光进入后续光路。

摆头C轴单元包括：上端盖、C轴外壳、C轴芯轴、C轴力矩电机转子、C轴力矩电机定子、过渡芯轴、滑环旋转端接线座和分流块；C轴外壳内部加工为阶梯孔，且C轴芯轴为阶梯轴；C轴芯轴上端和下端均通过轴承组安装于C轴外壳阶梯孔内，且轴承组由一端压紧轴承内环且与C轴芯轴可拆卸固定连接的锁紧螺母和一端压紧轴承外环且与C轴外壳可拆卸固定连接的轴承压盖组成；C轴外壳固定有用于压紧上端轴承组的上端盖，且上端盖上端通过连接法兰与准直单元连接固定（此处连接法兰的连接可通过螺纹或螺钉连接方式与冷却水座或摆头C轴单元连接。）；C轴芯轴上端轴承组下端套置有C轴力矩电机转子，且通过C轴芯轴上端轴承组与C轴力矩电机转子之间通过轴承隔环预紧固定；C轴外壳与安装C轴力矩电机转子对应位置固定有C轴力矩电机定子；C轴外壳的C轴力矩电机定子下端与C轴芯轴下端轴承组上端接合部设置有不少两个旋转密封圈，且每相邻两个密封圈之间形成密封环路，C轴芯轴在对应位置加工有与上述密封环路相通的孔（水、气介质从C轴外壳引入，在摆头C轴单元旋转过程中，环路始终与C轴芯轴开设的孔相通，实现水、气介质的在相对旋转部件之间的传递。），C轴外壳或者C轴力矩电机定子加工有冷却水槽，且冷却水槽入水口位于C轴外壳下端，出水口位于C轴外壳上端；

过渡芯轴固定在C轴芯轴下端；过渡芯轴外壁固定有电气滑环，且在C轴外壳上电气滑环对应位置固定有滑环电刷；滑环电刷外固定有滑环外壳，且滑环外壳下端固定有用于连接外部电缆的滑环旋转端接线座；滑环旋转端接线座下端固定有用于将芯轴传递下来的水、气介质分配到不同的位置经通用接头输出的分流块；滑环外壳的作用是保护电气滑环并安装滑环固定端接线座，滑环固定端接线座上安装电缆接头，连接电刷和外部电缆；

上端盖、C轴芯轴和过渡芯轴加工有与准直单元1输出光路匹配的光线传输管路；