加工頭及激光加工裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及能進行穩定、高速、高質量加工的激光加工頭及使用此加工頭的激光加工裝置。 此加工頭具有：輔助助燃氣體供給口；在軸向分隔輔助助燃氣體噴嘴內部的環形隔壁；接在此環形隔壁的下側面并可回轉的、將上述氣體供給口的一部分遮擋的非完整環形平板；裝在此環形平板的兩端，將上述環形隔壁的下側的輔助助燃氣體噴嘴內部沿徑向隔開并與上述平板一起聯動的二枚分隔板；上述平板的驅動機構及使驅動裝置動作的控制裝置。加工頭的構成能調整助燃氣流流速分布。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種激光加工裝置，特別是涉及其加工頭。本說明書以激光切斷為例說明激光加工。激光加工的切斷性能決定于激光束的輸出功率、相對于被切斷材料表面的激光束的焦點位置、助燃氣體壓力、被切斷材料表面與激光束噴嘴前端的距離等工作條件。同時，也依賴于材料的種類、表面狀態、質量、成分、厚度等與材料相關的條件。激光加工裝置要求能夠對這樣的工作條件、材料的條件具有較寬的裕度，能得到穩定的加工質量。特別是在切斷鋼時，使用氧氣射流作助燃劑，通過激光束直接加熱熔化被切斷材料，氧氣射流不僅將溶融金屬吹走，而且伴隨著劇烈的燃燒氧化反應使被切斷材料升化或熔化，顯著提高切斷效率。所以，被切斷材料的切斷面質量很大程度上決定于切斷面表面的燃燒氧化速度。即，燃燒氧化速度越大，切斷面的粗糙度越小。而且，由于連續地消耗供給氧氣，不易發生由氧氣過量引起的自燃(激光束還未到達金屬就產生爆炸式的強烈地自燃，損壞切斷表面質量的現象)。再有，由于切斷速度的增加，故可以實現更高速的切斷。所以，優化助燃氣體的供給條件，提高燃燒氧化速度是非常重要的。基于以上認識，到目前為止，已對氣體供給噴嘴進行了各種各樣的改進。例如，圖46是特公昭61-60757號公報揭載的在過去的激光加工裝置上設有的激光束噴嘴的縱斷面模式圖。圖中，1是主助燃氣體噴嘴、2是輔助助燃氣體噴嘴、3是切斷板表面、10是助燃氣體的供給源。下面說明其動作。過去的激光加工裝置中在加工頭上設有的激光束噴嘴的構成如上所述。此噴嘴具有多重結構，具有中心軸上的氣體流通路及繞在其周圍的多重的同心圓狀的氣體通路。從中心軸上的氣體通路供給到切斷材料的氧氣的氣壓較高，流速也大。氧氣主要流入切斷溝內，其中一部分由氧化反應消耗，剩余的部分將熔化、氧化的金屬吹起、除去。從外周部的氣體流路供給的氣體流速較低，起到防止周圍的空氣混入、使中心軸附近的氣流穩定、保持氧氣濃度處于較高水準的作用。而且，各輔助助燃氣體噴嘴的噴射方向設置成與主助燃氣體噴嘴的噴射方向平行，氣體呈層流狀噴射。另外，主助燃氣體噴嘴、各輔助助燃氣體噴嘴的界面存在一定壁厚的隔壁，從而很大程度上抑制了主助燃氣體與輔助助燃氣體之間的互相干擾，保證了主助燃氣體呈層流狀態。激光加工中，通過激光束的能量加熱金屬切斷至高溫狀態，向切斷面供助燃氣體(氧氣)，使之產生氧化燃燒反應。但是，切斷中，經常需要給小于1.00mm的狹窄的切斷溝中供給需要的助燃氣體(氧氣)。此外，切斷面的最附近，由氧化反應生成了燃燒生成物(氣體或溶化金屬)。助燃氣體(氧氣)射流如果是層流狀態，助燃氣體必須在此燃燒生成物(氣體成分)的氛圍中擴散，達到金屬表面。所以，為提高氧化速度，有效的方法是使助燃氣體射流呈紊流狀態，攪亂切斷面附近的燃燒反應區域的界面層，更新新鮮助燃氣體和燃燒生成物(氣體成分)之間的表面。過去的激光加工裝置中的加工頭所配置的激光束噴嘴中，各輔助助燃氣體噴出口的噴出方向設置成與主助燃氣體噴出口的噴出方向平行，且氣體呈層流狀態，極大的程度上抑制了與主助燃氣體之間的干涉，故也保持了主助燃氣體呈層流狀，流動平衡。雖具有保持中心部的助燃氣體的純度(氧氣純度)處于較高水準的作用，但由于中心部的氣流安定，為有效的向狹窄的切斷溝內供給助燃氣體(氧氣)就必須使主助燃氣體的供給壓力增高。此外，由于噴嘴氣流中心部的速度變動量(紊亂強度)小，在金屬的氧化反應表面形成了助燃氣體濃度(氧氣濃度)較低的界面層，新鮮的助燃氣體(氧氣)不易直接到達反應表面。因此，存在著供給的助燃氣體(氧氣)不能有效的用于氧化反應的問題。還有，在這種條件下，根據流量等條件，未充分消耗的氧氣易殘存在切斷溝內部的凹坑內，成為引起自燃的原因。再者，主助燃氣體噴出口、各輔助助燃氣體噴出口的界面存在有厚度的隔壁，激光束噴嘴的前端的助燃氣體噴出壓力或噴出速度的分布呈不連續變化。所以，在壁厚部分上主助燃氣體射流、各助燃氣體輔助射流及周圍空氣的境面上產生分離。因此，會促進主助燃氣體和各輔助助燃氣體的擴散混合，最終使之與最外側輔助助燃氣體的周圍空氣的屏蔽效果變小，導致主助燃氣體的純度(氧氣純度)變低。本專利技術是解決上述問題的裝置。例如本激光加工裝置的加工頭可以達到下述目的降低切斷面的粗糙度，抑制自燃，為加工表面提供周圍的空氣混入量少、高純度且紊亂大的助燃的氣體(氧氣)，加速氧化反應，進行穩定、高速、高質量的加工。使用此加工頭，可以得到能穩定進行高精度加工的激光加工裝置。本專利技術設有調整輔助助燃氣體噴出口的流速分布的調整手段。例如，使流速分布在噴嘴的徑向斷面中對于中心軸呈非對稱變化。在加工方向的前方和后方，設有具體地使氣體的流速分布、流量變化的手段。本專利技術至少在輔助助燃氣體噴嘴內部設有多個給輔助助燃氣體噴嘴供氣的氣體供給口，或在輔助助燃氣體噴嘴內通過隔壁在徑向方向上分隔出多個小空間，以調整輔助助燃氣體噴嘴噴出口的流速分布。而且，本專利技術具有對各個小空間內的供給氣體流量進行個別調整的手段。另外，本專利技術形成有輔助助燃氣體供給口。設有與將輔助助燃氣體噴嘴內沿軸向隔開的環形隔壁的下側面相接，并可以回轉的、將上述氣體供給口的一部分遮擋的非完整環形平板;及與上述平板連動回轉的二枚隔板，隔板安裝在上述環形平板的兩端，并將環狀隔壁下面的輔助助燃氣體噴嘴內沿徑向分隔;以及驅動上述平板的驅動裝置和控制驅動裝置動作的控制裝置。本專利技術的激光加工裝置，具有上述加工頭及檢測加工物體表面的溫度、切斷溝寬、火花的光量的檢測手段，并根據檢測信號調整上述加工頭噴出的助燃氣體的種類、流量或壓力。本專利技術裝置是一種具有上述加工頭及運轉控制裝置、并通過上述運轉控制裝置用程序控制加工頭噴出的助燃氣體的氣體種類、流量或壓力的裝置。最后，本專利技術是一種設有檢測被加工物的板厚的板厚測定手段、并按板厚檢測手段的輸出由運轉控制裝置來控制加工頭噴出助燃氣體的流量或壓力的裝置。本專利技術設有調整輔助助燃氣體噴嘴噴出口的流速分布的調整手段，例如，在徑向斷面中使流速分布對中心軸呈非對稱的變化，可以具體地使加工方向的前方和后方的氣體流速分布、流量變化，并根據加工方向、加工種類、條件向溝內有效地供給氣體。此外，至少在輔助助燃噴嘴的內壁設有多個氣體供給口，或在輔助噴嘴內通過隔壁在徑向方向分隔出多個小空間，通過適當地設定上述氣體供給口的位置、個數、上述隔壁的尺寸、位置、個數，即可任意地設定輔助助燃氣體噴嘴出口處的助燃氣體的流量分布。最后，由于具有調整向各小空間供給氣體流量的調整手段，例如設有單獨的氣體供給源和流量控制裝置，按加工條件可自由地控制輔助助燃氣體噴嘴的出口流量分布，例如根據加工方向，可以從溝的后方供給助燃氣體，故可以一直向溝的內部高效地進行氣體供給，使加工速度、加工質量提高。此外，本專利技術形成有輔助助燃氣體供給口。設有與在軸向將輔助助燃氣體噴嘴內部隔開的環形隔壁的下側面相接且可以回轉、將上述氣體供給口的一部遮擋的非完整環形平板;及與上述平板連動回轉的二枚隔板，此隔板安裝在上述環形平板上，并將上述環形隔壁的下面的輔助助燃氣體噴嘴內部沿徑向分隔;以及驅動上述平板的驅動裝置和控制驅動裝置動作的控制裝置。所以，可根據加工條件任意地調整輔助助燃氣體噴嘴的出口流量分布，例如，根據加工方向，可以一直從溝的后方供給助燃氣體，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光加工裝置的加工頭，在有使激光束通過的加工頭中，其特征在于：在加工頭的中央部設有供給主助燃氣體的主助燃氣體噴嘴；設有１個或１個以上的環繞主助燃氣體噴嘴的環形的輔助助燃氣體噴嘴；上述輔助助燃氣體噴嘴的最內側的噴出口的內徑不能比上述主助燃氣體噴嘴噴出口的直徑小；噴出口的噴出氣體壓力及流速連續變化；而且使主助燃氣流的壓力變動及流速變動值較大；還有，設有調整輔助助燃氣體在噴出口處的流速分布的手段。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：加賀邦彥，古藤悟，小川周治，金岡優，村井融，
申請(專利權)人：三菱電機株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]