(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211170418.8 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 中国航空制造技 术研究院 地址 100024 北京市朝阳区八里桥北东军 庄1号 (72)发明人 杨洁　张喻琳　彭鑫　冯长征　 (51)Int.Cl. B23K 26/362(2014.01) B23K 26/08(2014.01) B23K 26/14(2014.01) B23K 26/146(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种适用 于三维激光刻蚀加工的专用双摆 角头 (57)摘要 本发明涉及一种适用于三维激光刻蚀加工 的专用双摆角头， C摆角部件下端与A摆角部件 连 接， 并驱动A摆角部件沿C轴线旋转； A摆角部件为 叉形结构， 双叉之间为刻蚀头安装座， 刻蚀头安 装座两侧与A摆旋转轴相连， 随A摆旋转轴沿A轴 线旋转。 A摆旋转轴一端为悬臂结构， 用于安装激 光器支架。 通过A摆旋转轴、 刻蚀头安装座、 激光 器安装支架将激光器和刻蚀头集成于A/C摆角末 端， 与A、 C摆角同步转动， 确保了激光器和刻蚀头 之间没有相对运动， 可通过光纤在外部直接连 接， 既保证了激光传输质量， 又解决了外置光纤 对加工可达性的影 响， 大大降低了光纤破损的可 能性， 摆角范围大、 结构刚性好、 定位精度高， 可 满足高精度三维激光刻蚀工艺要求。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115430922 A 2022.12.06 CN 115430922 A 1.一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 包括： C摆角部件、 A摆 角部件、 刻蚀头安装座、 激光器安装支 架以及A摆旋转轴； 所述C摆角部件下端与所述A摆角部件连接， 并通过所述C摆角部件驱动所述A摆角部件 转动； 所述A摆角部件呈叉形结构， 所述刻蚀头安装座通过所述A摆旋转轴设置在叉形开口 内， 并随所述A摆旋转轴转动， 所述A摆旋转轴一端为悬臂结构， 并贯穿所述A摆角部件与所 述激光器安装支 架连接。 2.根据权利要求1所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 所述C摆角部件包括C摆电机、 C摆旋转轴以及C摆转台轴承， 所述C摆旋转轴设置在机床滑枕 上， 且通过所述C摆转台轴承转动连接， 所述C摆电机固定 设置在所述机床滑枕上， 并驱动所 述C摆旋转轴旋转， 所述C摆旋转轴与所述A摆角部件的顶端连接 。 3.根据权利要求2所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 所述C摆电机与C摆减速器连接， 并通过所述C摆减速器减速， 所述C摆减速器的输出轴与所 述C摆旋转轴通过C摆齿轮副连接， 并进行传动。 4.根据权利要求2所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 所述C摆旋转轴上设置有C摆角度编 码器， 所述C摆角度编 码器与所述C摆电机通过伺服系统 形成全闭环控制。 5.根据权利要求2所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 所述C摆旋转轴为空心结构以便 于通讯控制、 电源、 气冷、 水冷管线的走线。 6.根据权利要求1所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 所述A摆角部件包括A摆箱体、 A摆电机以及A摆转台轴承， 所述A摆旋转轴通过所述A摆转台 轴承与所述A摆箱体连接， 所述A摆电机设置在所述A摆箱体内， 并驱动所述A摆旋转轴带动 所述刻蚀头安装座 转动。 7.根据权利要求6所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 所述A摆电机与A摆减速器连接， 并通过所述A摆减速器减速， 所述A摆减速器的输出轴与所 述A摆旋转轴通过A摆齿轮副连接， 并进行传动。 8.根据权利要求6所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 所述A摆旋转轴上设置有A摆角度编 码器， 所述A摆角度编 码器与所述A摆电机通过伺服系统 形成全闭环控制。 9.根据权利要求1所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 其特征在于， 所述A摆旋转轴为空心结构以便 于通讯控制、 电源、 气冷、 水冷管线的走线。 10.根据权利要求1～9任一项所述的一种适用于三维激光刻蚀加工的专用 双摆角头， 其特征在于， 所述激光器安装支架包括侧 面安装板和底部连接板， 所述侧 面安装板一面与 所述A摆旋转轴的一端通过A摆过渡法兰盘连接， 所述侧 面安装板的另一面与激光器连接， 所述侧面 安装板一端通过 所述底部连接 板与所述刻蚀头安装座连接 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115430922 A 2一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头 技术领域 [0001]本发明涉及特种加工技术领域， 特别是涉及一种适用于三维激光刻蚀加工的专用 双摆角头 。 背景技术 [0002]激光刻蚀的基本原理是将高光束质量的小功率激光束聚焦成极小光斑， 在焦 点处 形成很高的功 率密度， 使 材料在瞬间汽化蒸发， 形成孔、 缝、 槽等。 为 获得良好的刻蚀尺 寸精 度和加工质量， 激光刻蚀加工对激光光束质量和运动载体定位精度要求非常高。 激光刻蚀 技术与高精度五轴数控机床的融合， 成功将激光加工从二维平面扩展到三维复杂曲面的表 面纹理加工， 实现了大 型零件的高精度三维激光刻蚀。 [0003]激光加工技术与五轴数控机床的集成， 主要技术难点是刻蚀头和激光器与双摆角 头的集成设计。 其中， 如何实现激光器发射的激光经摆角机构传输至刻蚀头是重点要解决 的问题。 由于光纤弯曲半径大， 而摆角头内部结构复杂、 空间紧凑， 难以提供充足的走线空 间， 光纤电缆无法随摆角头内部的柔性电缆管线一起从摆角 头外部传输至末端的刻蚀头 处。 [0004]目前， 现有的解决方案一般有两种： 一种是将激光器放置于地面或者机床上， 通过 长光纤走明线直接接入刻蚀头， 光纤需要 预留足够长度， 以满足行程和摆角范围的要求。 对 于行程大、 摆角范围大(如C摆角 ±360°)的情况， 光纤预留长度长， 运动过程中光纤极易与 机床或工件发生摩擦干涉， 容易造成光纤破损， 严重影响设备加工可达性、 运行可靠性和安 全性。 另一种方案是摆角头内部采用硬光路传输， 通过摆角头内部安装若干个反光镜， 完成 激光沿两个摆角轴线的换向传输。 为保证激光传输质量， 对反光镜安装精度和双摆角运动 精度要求非常高， 光路调节难度大。 特别是对于内置振镜扫描的刻蚀头， 由于增加了两轴偏 转振镜， 导致多个反光镜空间姿态误差、 摆角传动误差、 传动过程中的振动等因素对光束传 输质量和刻蚀精度产生更大影响， 光路调 校难度极大， 很难满足高精度激光刻蚀对光束质 量的要求。 发明内容 [0005](1)要解决的技 术问题 [0006]本发明实施例提供了一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 将激光器和 刻蚀头集 成安装于A/C摆角结构， 激光器和刻蚀头之间没有相对运动， 可通过光纤在外部直 接连接， 既保证了 激光传输质量， 又解决了光纤走线的技 术问题。 [0007](2)技术方案 [0008]本发明的实施例提出了一种适用于三维激光刻蚀加工的专用双摆角头， 包括： C摆 角部件、 A摆角部件、 刻蚀头安装座、 激光器安装支架以及A摆旋转轴； 所述C摆角部件下端与 所述A摆角部件连接， 并通过所述C摆角部件驱动所述A摆角部件转动； 所述A摆角部件呈叉 形结构， 所述刻蚀头安装座通过所述A摆旋转轴设置在叉形开口内， 并随所述A摆旋转轴转说　明　书 1/4 页 3 CN 115430922 A 3