具有AC轴的五轴激光切割机的制作方法

具有ac轴的五轴激光切割机
技术领域
1.本发明涉及了激光切割领域，具体的是一种具有ac轴的五轴激光切割机。

背景技术：

2.如今，具有ac轴的五轴激光切割机已经广泛应用于各种加工制造领域，尤其对于复杂曲面的三维零件的切割，具有明显的优势。具有ac轴的五轴激光切割机一直在追求高效率和高精度，而结构本身的刚性的不足，会使效率和精度成为相互矛盾的问题。其中，ac轴是距离切割头最近的两个轴，其传动精度和结构刚度是影响切割精度的关键组件。现有的具有ac轴的五轴激光切割机中，有的将a轴驱动机构安装在z轴底部，对a轴进行直驱，且现有技术是在电机输出端，额外接了一个减速器，用来减速增大扭矩。由于集中在z轴底部重量过大，固有频率较低，导致在高速运动过程中会出现较大振动，导致切割精度不高。因此，减轻切割头附近的质量，将质量尽可能分布在中上部，提供一种轻量化、刚性好、方便安装的ac旋转轴传动结构是五轴激光领域所需要解决的重要技术问题。

技术实现要素：

3.为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种具有ac轴的五轴激光切割机，其用于解决上述切割精度不高的问题。
4.本技术实施例公开了：一种具有ac轴的五轴激光切割机，包括：z轴主体，所述z轴主体沿第一方向延伸；激光切割单元，所述激光切割单元位于所述z轴主体的一端，所述激光切割单元包括相互连接的激光反射座和激光切割头；a轴转动装置，所述a轴转动装置包括a轴驱动单元、a轴本体、a轴蜗轮、第一a轴换向锥齿轮和第二a轴换向锥齿轮，所述a轴本体位于所述z轴主体内且沿所述第一方向延伸，所述a轴蜗轮套设在所述a轴本体上，所述a轴驱动单元的输出端具有与所述a轴蜗轮啮合的a轴蜗杆，所述a轴蜗杆偏置于所述a轴蜗轮，所述a轴蜗杆与所述a轴蜗轮间具有大于1的第一传动比，所述a轴本体的末端位于所述激光反射座内且与所述第一a轴换向锥齿轮连接，所述第二a轴换向锥齿轮套设在垂直于所述第一方向延伸的转轴上，所述第一a轴换向锥齿轮与所述第二a轴换向锥齿轮啮合，所述转轴与所述激光切割头连接；c轴转动装置，所述c轴转动装置包括c轴驱动单元、c轴本体、c轴蜗轮，所述c轴本体位于所述z轴主体内且沿所述第一方向延伸，所述c轴蜗轮套设在所述c轴本体上，所述c轴驱动单元的输出端具有与所述c轴蜗轮啮合的c轴蜗杆，所述c轴蜗杆偏置于所述c轴蜗轮，所述c轴蜗杆与所述c轴蜗轮间具有大于1的第二传动比，所述c轴本体的末端与所述激光反射座连接；其中，所述a轴驱动单元和所述c轴驱动单元均位于所述z轴主体的侧部且分别与所述激光切割单元之间具有第一距离值和第二距离值。
5.进一步地，所述a轴本体中空设置，所述c轴本体套设在所述a轴本体外，所述a轴蜗轮连接有能调节所述a轴蜗轮轴向位置的a轴调节螺母，所述c轴蜗轮连接有能调节所述c轴蜗轮轴向位置的c轴调节螺母；所述a轴本体和所述a轴蜗轮间安装有a轴涨紧套，所述c轴本体和所述c轴蜗轮间安装有c轴涨紧套。
6.进一步地，所述激光反射座包括与所述z轴主体连接的第一本体部和沿垂直于所述第一方向延伸的第二本体部，所述第一本体部与所述z轴主体连接，所述第二本体部与所述激光切割头连接，所述第一本体部和所述第二本体部的连接位置设置有曲率镜。
7.进一步地，所述第一传动比和所述第二传动比均为20。
8.进一步地，包括a轴轴承单元，所述a轴轴承单元包括设置在所述a轴两端的a轴端部轴承和设置在所述转轴外侧的a轴尾端轴承，所述a轴端部轴承位于所述z轴主体内，所述a轴尾部轴承位于所述激光反射座内。
9.进一步地，包括c轴轴承单元，所述c轴轴承单元包括设置在所述c轴两端的c轴端部轴承，所述c轴端部轴承位于所述z轴主体内。
10.进一步地，所述第一a轴换向锥齿轮和所述第二a轴换向锥齿轮均为模数为2的圆弧锥齿轮，所述第一a轴换向锥齿轮和所述第二a轴换向锥齿轮的传动比为1。
11.进一步地，所述a轴驱动单元包括与所述a轴蜗杆连接的a轴伺服电机，所述c轴驱动单元包括与所述c轴蜗杆连接的c轴伺服电机。
12.本发明的有益效果如下：
13.1、将a轴驱动单元和c轴驱动单元上移，从而减轻了z轴底部的重量，这样避免了z轴转动时底部较大的惯性对扰度造成的不利影响，从而可以提升结构的刚性，通过a轴转动装置二级传动和c轴转动装置一级传动，可以起到减速和换向的作用，此外，上述结构也使得结构紧凑，体积更小，从而提高具有ac轴的五轴激光切割机的切割精度。
14.2、可以减轻a轴本体和c轴本体自身的质量，还可以提升二者的动态性能，还可以达到控制所述a轴蜗轮与a轴蜗杆和所述c轴蜗轮与c轴蜗杆侧隙的效果，进而提高传动精度，且避免了现有技术中反复磨垫片的繁琐步骤。此外，还可以使得所述a轴本体和所述a轴蜗轮以及所述c轴本体和所述c轴蜗轮可以具有较好的结合效果。
15.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明实施例中具有ac轴的五轴激光切割机的结构示意图；
18.图2是本发明实施例中具有ac轴的五轴激光切割机的整体截面图；
19.图3是本发明实施例中具有ac轴的五轴激光切割机的第一部分的截面图；
20.图4是本发明实施例中具有ac轴的五轴激光切割机的第二部分的截面图；
21.图5是本发明实施例中具有ac轴的五轴激光切割机的细节图；
22.以上附图的附图标记：1、z轴主体；2、激光切割单元；21、激光反射座；22、激光切割头；3、a轴转动装置；31、a轴驱动单元；32、a轴本体；33、a轴蜗轮；34、第一a轴换向锥齿轮；35、第二a轴换向锥齿轮；4、c轴转动装置；41、c轴驱动单元；42、c轴本体；43、c轴蜗轮；5、a轴调节螺母；6、c轴调节螺母；7、a轴涨紧套；8、c轴涨紧套；9、曲率镜；101、a轴端部轴承；102、a
轴尾端轴承；103、c轴端部轴承；104、转轴。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1至图5所示，本实施例的一种具有ac轴的五轴激光切割机，包括：
25.z轴主体1，所述z轴主体1沿第一方向延伸，在本实施例中，所述第一方向为图1中纸面的长度方向，当然的，在其他可选的实施方式中，所述第一方向可以根据实际需要进行调整。
26.激光切割单元2，所述激光切割单元2位于所述z轴主体1的一端，所述激光切割单元2可以包括相互连接的激光反射座21和激光切割头22，所述激光反射座21可以中空设置，从而使得激光可以经由所述激光反射座21进入所述激光切割头22，并由所述激光切割头22实现激光的出射，进而使得所述激光切割头22可以完成切割。
27.a轴转动装置3，所述a轴转动装置3可以包括a轴驱动单元31、a轴本体32、a轴蜗轮33、第一a轴换向锥齿轮34和第二a轴换向锥齿轮35，所述a轴本体32可以位于所述z轴主体1内且沿所述第一方向延伸，即可以使得所述a轴本体32可以与所述z轴主体1沿相同方向延伸。所述a轴蜗轮33套设在所述a轴本体32上，从而使得二者可以同步转动，所述a轴蜗轮33和所述a轴本体32间可以固定连接。所述a轴驱动单元31的输出端可以具有与所述a轴蜗轮33啮合的a轴蜗杆，所述a轴蜗杆可以偏置于所述a轴蜗轮33，所述a轴蜗杆与所述a轴蜗轮33间具有大于1的第一传动比，从而可以使得动力由所述a轴蜗杆向所述a轴蜗轮33传递时，可以同时起到减速和换向的作用。所述a轴本体32的末端可以位于所述激光反射座21内且与所述第一a轴换向锥齿轮34连接，从而使得所述a轴本体32可以带动所述第一a轴换向锥齿轮34转动。所述第二a轴换向锥齿轮35套设在垂直于所述第一方向延伸的转轴104上，所述第一a轴换向锥齿轮34与所述第二a轴换向锥齿轮35啮合，从而使得可以起到90度换向的作用，所述转轴104可以与所述激光切割头22连接，从而使得所述转轴104可以带动所述激光切割头22同步转动。
28.c轴转动装置4，所述c轴转动装置4可以包括c轴驱动单元41、c轴本体42、c轴蜗轮43，所述c轴本体42位于所述z轴主体1内且沿所述第一方向延伸，即可以使得所述c轴本体42可以与所述z轴主体1沿相同方向延伸。所述c轴蜗轮43可以套设在所述c轴本体42上，从而使得二者可以同步转动，所述c轴蜗轮43和所述c轴本体42件可以固定连接。所述c轴驱动单元41的输出端可以具有与所述c轴蜗轮43啮合的c轴蜗杆，所述c轴蜗杆可以偏置于所述c轴蜗轮43，所述c轴蜗杆与所述c轴蜗轮43间具有大于1的第二传动比，从而可以使得动力由所述c轴蜗杆向所述c轴蜗轮43传递时，可以同时起到减速和换向的作用，所述c轴本体42的末端与所述激光反射座21连接，从而使得所述c轴本体42可以带动所述激光反射座21同步转动。所述第一a轴换向锥齿轮34和所述第二a轴换向锥齿轮35可以均为模数为2的圆弧锥齿轮，所述第一a轴换向锥齿轮34和所述第二a轴换向锥齿轮35的传动比可以为1，即可以使得所述第一a轴换向锥齿轮34和所述第二a轴换向锥齿轮35的齿数相同。
29.其中，所述a轴驱动单元31和所述c轴驱动单元41均位于所述z轴主体1的侧部且分别与所述激光切割单元2之间具有第一距离值和第二距离值。从而可以使得所述a轴驱动单元31和所述c轴驱动单元41可以均与所述激光切割单元2之间具有一定距离，从而避免将a轴驱动单元31和c轴驱动单元41的重量均集中在所述激光切割单元2上的情况。
30.在本实施例中，当所述a轴驱动单元31带动其末端的所述a轴蜗杆转动时，所述a轴蜗杆带动所述a轴蜗轮33转动，由于所述a轴蜗轮33和所述a轴本体32可以同步转动，进而可以使得所述a轴本体32转动。所述a轴本体32带动所述第一a轴换向锥齿轮34转动，进而带动与其啮合的所述第二a轴换向锥齿轮35转动，所述第二a轴换向锥齿轮35带动转轴104转动，从而最终使得所述激光切割头22转动，以达到a轴转动的效果。
31.当所述c轴驱动单元41带动其末端的所述c轴蜗杆转动时，所述c轴蜗杆带动所述c轴蜗轮43转动，由于所述c轴蜗轮43和所述c轴本体42可以同步转动，进而可以使得所述c轴本体42转动，进而使得所述激光反射座21转动，以达到c轴转动的效果。
32.借由上述结构，将a轴驱动单元31和c轴驱动单元41上移，从而减轻了z轴底部的重量，这样避免了z轴转动时底部较大的惯性对扰度造成的不利影响，从而可以提升结构的刚性，通过a轴转动装置3二级传动和c轴转动装置4一级传动，电机后端不需要额外的减速器，锥涡杆可以同时起到大减速比和换向的作用，此外，上述结构也使得结构紧凑，体积更小，从而提高具有ac轴的五轴激光切割机的切割精度。
33.具体的，所述a轴本体32中空设置，所述c轴本体42套设在所述a轴本体32外，从而不仅可以减轻a轴本体32和c轴本体42自身的质量，还可以提升二者的动态性能。所述a轴蜗轮33连接有能调节所述a轴蜗轮33轴向位置的a轴调节螺母5，从而可以通过a轴调节螺母5来调整a轴蜗轮33相对于所述a轴本体32的轴向位置，进而达到控制所述a轴蜗轮33与a轴蜗杆侧隙的效果。所述c轴蜗轮43连接有能调节所述c轴蜗轮43轴向位置的c轴调节螺母6，从而可以通过c轴调节螺母6来调整c轴蜗轮43相对于所述c轴本体42的轴向位置，进而达到控制所述c轴蜗轮43与c轴蜗杆侧隙的效果。所述a轴本体32和所述a轴蜗轮33间可以安装有a轴涨紧套7，从而使得所述a轴本体32和所述a轴蜗轮33可以具有较好的结合效果。所述c轴本体42和所述c轴蜗轮43间可以安装有c轴涨紧套8，从而使得所述c轴本体42和所述c轴蜗轮43可以具有较好的结合效果。
34.在本实施例中，可以通过a轴调节螺母5调整a轴蜗轮33的轴向位置，控制a轴蜗轮33与a轴蜗杆的侧隙。待a轴蜗轮33位置确定好后，按照规定力矩锁紧a轴涨紧套7上方的压盖。在推力的作用下，a轴涨紧套7内外套撑开，固定住a轴蜗轮33的位置。同样的，可以通过c轴调节螺母6调整c轴蜗轮的轴向位置，控制c轴蜗轮43与c轴蜗杆的侧隙。待c轴蜗轮43位置确定好后，按照规定力矩锁紧c轴涨紧套8上方的压盖。在推力的作用下，c轴涨紧套8内外套撑开，固定住c轴蜗轮43的位置。
35.借由上述结构，可以减轻a轴本体32和c轴本体42自身的质量，还可以提升二者的动态性能，还可以达到控制所述a轴蜗轮33与a轴蜗杆和所述c轴蜗轮43与c轴蜗杆侧隙的效果，进而提高传动精度，且避免了现有技术中反复磨垫片的繁琐步骤。此外，还可以使得所述a轴本体32和所述a轴蜗轮33以及所述c轴本体42和所述c轴蜗轮43可以具有较好的结合效果。
36.具体的，所述激光反射座21包括与所述z轴主体1连接的第一本体部和沿垂直于所
述第一方向延伸的第二本体部，所述第一本体部与所述z轴主体1连接，所述第二本体部与所述激光切割头22连接，所述第一本体部和所述第二本体部的连接位置设置有曲率镜9。所述第一把问题和所述第二本体可以均中空设置，从而可以使得激光沿第一本体和所述第二本体延伸方向延伸，并通过曲率镜9完成对激光方向的改变，而激光可以在后续进入所述激光切割头22后，经由在其中的方向变化，最终从所述激光切割头22远离所述激光反射座21的一端射出，从而实现切割效果。
37.具体的，所述第一传动比和所述第二传动比均为20。传动比在该数值下时，使得所述a轴蜗轮33和所述c轴蜗轮43可以较好的实现减速效果，使得整个具有ac轴的五轴激光切割机具有较好的精度和稳定性。
38.具体的，包括a轴轴承单元，所述a轴轴承单元包括设置在所述a轴两端的a轴端部轴承101和设置在所述转轴104外侧的a轴尾端轴承，所述a轴端部轴承101位于所述z轴主体1内，所述a轴尾部轴承102位于所述激光反射座21内。所述a轴轴承单元可以为所述a轴本体32和所述转轴104提供稳定的支撑作用，从而达到稳定所述a轴本体32和所述转轴104的效果。
39.具体的，包括c轴轴承单元，所述c轴轴承单元包括设置在所述c轴两端的c轴端部轴承103，所述c轴端部轴承103位于所述z轴主体1内。所述c轴轴承单元可以为所述c轴本体42提供稳定的支撑作用，从而达到稳定所述c轴本体42的效果。
40.具体的，所述a轴驱动单元31可以包括与所述a轴蜗杆连接的a轴伺服电机，所述c轴驱动单元41包括与所述c轴蜗杆连接的c轴伺服电机。
41.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种具有ac轴的五轴激光切割机，其特征在于，包括：z轴主体，所述z轴主体沿第一方向延伸；激光切割单元，所述激光切割单元位于所述z轴主体的一端，所述激光切割单元包括相互连接的激光反射座和激光切割头；a轴转动装置，所述a轴转动装置包括a轴驱动单元、a轴本体、a轴蜗轮、第一a轴换向锥齿轮和第二a轴换向锥齿轮，所述a轴本体位于所述z轴主体内且沿所述第一方向延伸，所述a轴蜗轮套设在所述a轴本体上，所述a轴驱动单元的输出端具有与所述a轴蜗轮啮合的a轴蜗杆，所述a轴蜗杆偏置于所述a轴蜗轮，所述a轴蜗杆与所述a轴蜗轮间具有大于1的第一传动比，所述a轴本体的末端位于所述激光反射座内且与所述第一a轴换向锥齿轮连接，所述第二a轴换向锥齿轮套设在垂直于所述第一方向延伸的转轴上，所述第一a轴换向锥齿轮与所述第二a轴换向锥齿轮啮合，所述转轴与所述激光切割头连接；c轴转动装置，所述c轴转动装置包括c轴驱动单元、c轴本体、c轴蜗轮，所述c轴本体位于所述z轴主体内且沿所述第一方向延伸，所述c轴蜗轮套设在所述c轴本体上，所述c轴驱动单元的输出端具有与所述c轴蜗轮啮合的c轴蜗杆，所述c轴蜗杆偏置于所述c轴蜗轮，所述c轴蜗杆与所述c轴蜗轮间具有大于1的第二传动比，所述c轴本体的末端与所述激光反射座连接；其中，所述a轴驱动单元和所述c轴驱动单元均位于所述z轴主体的侧部且分别与所述激光切割单元之间具有第一距离值和第二距离值。2.根据权利要求1所述的具有ac轴的五轴激光切割机，其特征在于，所述a轴本体中空设置，所述c轴本体套设在所述a轴本体外，所述a轴蜗轮连接有能调节所述a轴蜗轮轴向位置的a轴调节螺母，所述c轴蜗轮连接有能调节所述c轴蜗轮轴向位置的c轴调节螺母；所述a轴本体和所述a轴蜗轮间安装有a轴涨紧套，所述c轴本体和所述c轴蜗轮间安装有c轴涨紧套。3.根据权利要求1所述的具有ac轴的五轴激光切割机，其特征在于，所述激光反射座包括与所述z轴主体连接的第一本体部和沿垂直于所述第一方向延伸的第二本体部，所述第一本体部与所述z轴主体连接，所述第二本体部与所述激光切割头连接，所述第一本体部和所述第二本体部的连接位置设置有曲率镜。4.根据权利要求1所述的具有ac轴的五轴激光切割机，其特征在于，所述第一传动比和所述第二传动比均为20。5.根据权利要求1所述的具有ac轴的五轴激光切割机，其特征在于，包括a轴轴承单元，所述a轴轴承单元包括设置在所述a轴两端的a轴端部轴承和设置在所述转轴外侧的a轴尾端轴承，所述a轴端部轴承位于所述z轴主体内，所述a轴尾部轴承位于所述激光反射座内。6.根据权利要求1所述的具有ac轴的五轴激光切割机，其特征在于，包括c轴轴承单元，所述c轴轴承单元包括设置在所述c轴两端的c轴端部轴承，所述c轴端部轴承位于所述z轴主体内。7.根据权利要求1所述的具有ac轴的五轴激光切割机，其特征在于，所述第一a轴换向锥齿轮和所述第二a轴换向锥齿轮均为模数为2的圆弧锥齿轮，所述第一a轴换向锥齿轮和所述第二a轴换向锥齿轮的传动比为1。8.根据权利要求1所述的具有ac轴的五轴激光切割机，其特征在于，所述a轴驱动单元
包括与所述a轴蜗杆连接的a轴伺服电机，所述c轴驱动单元包括与所述c轴蜗杆连接的c轴伺服电机。

技术总结

本发明公开了一种具有AC轴的五轴激光切割机，包括：Z轴主体；激光切割单元，所述激光切割单元位于所述Z轴主体的一端，所述激光切割单元包括相互连接的激光反射座和激光切割头；A轴转动装置，所述A轴转动装置包括A轴驱动单元、A轴本体、A轴蜗轮、第一A轴换向锥齿轮和第二A轴换向锥齿轮；C轴转动装置，所述C轴转动装置包括C轴驱动单元、C轴本体、C轴蜗轮。本发明可以提升结构的刚性，通过A轴转动装置二级传动和C轴转动装置一级传动，可以起到减速和换向的作用，此外，上述结构也使得结构紧凑，体积更小，从而提高具有AC轴的五轴激光切割机的切割精度。割精度。割精度。