[發(fā)明專(zhuān)利]一種變焦距激光精密加工深槽深孔的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410142394.4
• 申請(qǐng)日: 2014-04-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103878495A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹宇;余婷婷;蔡豐勇;魏鑫磊;李峰平;余德格;馮愛(ài)新
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 溫州大學(xué);溫州百岸汽車(chē)零部件有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/382
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/382;B23K26/364;B23K26/046;B23K26/08
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1.一種變焦距激光精密加工深槽深孔的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將多個(gè)焦距不同的聚焦透鏡安裝在同一個(gè)聚焦透鏡座上，其安裝方位是：多個(gè)聚焦透鏡在與聚焦透鏡座中心軸線距離為R的圓周方向上均勻排布，多個(gè)聚焦透鏡按焦距長(zhǎng)短排序，以順時(shí)針?lè)较虬凑战咕鄰拈L(zhǎng)到短或從短到長(zhǎng)的次序依次安裝，所有聚焦透鏡的中心軸線均與聚焦透鏡座的中心軸線平行；其中，R小于聚焦透鏡座的半徑；

(2)將工件安裝在工作臺(tái)上，所述工件可由工作臺(tái)帶動(dòng)做X-Y兩個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng)，激光束由聚焦透鏡座上的某個(gè)聚焦透鏡中心軸線入射，沿Z方向垂直入射并聚焦在工件表面；其中，XYZ構(gòu)成直角坐標(biāo)系；

(3)進(jìn)行單次激光加工操作，若激光加工類(lèi)型為深槽加工，則執(zhí)行步驟(4)，若激光加工類(lèi)型為深孔加工，則執(zhí)行步驟(5)；

(4)開(kāi)啟激光器，保持激光束輸出；同時(shí)啟動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使得激光束在工件表面的聚焦光斑由初始位置開(kāi)始，在工件表面發(fā)生移動(dòng)，其移動(dòng)軌跡與工件表面待刻蝕加工圖形一致，直至工件表面待刻蝕加工圖形的位置全部經(jīng)歷過(guò)一遍激光刻蝕加工；轉(zhuǎn)入步驟(6)；

(5)啟動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使得激光束在工件表面的聚焦光斑位于工件表面的待打孔位置；然后開(kāi)啟激光器，輸出N個(gè)激光脈沖，其中N為大于0的整數(shù)；之后進(jìn)入步驟(6)；

(6)關(guān)閉激光，使工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)回到初始位置，亦即激光束在工件表面的聚焦光斑回到初始位置；

(7)檢測(cè)判斷第(4)步或者第(5)步加工后的深槽或深孔的深度是否滿(mǎn)足要求；若滿(mǎn)足，則加工結(jié)束，轉(zhuǎn)入步驟(9)；若不滿(mǎn)足，進(jìn)入步驟(8)；

(8)旋轉(zhuǎn)聚焦透鏡座，使得當(dāng)前聚焦透鏡移開(kāi)，退出加工過(guò)程；下一個(gè)聚焦透鏡移動(dòng)到當(dāng)前聚焦透鏡的位置，加入加工工程；且滿(mǎn)足條件：加入加工工程的聚焦透鏡的焦距大于退出加工過(guò)程的聚焦透鏡的焦距，二者的焦距差delta_f在0.005mm～0.5mm范圍內(nèi)；

返回步驟(3)；

(9)結(jié)束。

2.一種變焦距激光精密加工深槽深孔裝置，其特征在于，包括工作臺(tái)(13)、激光器(14)和聚焦光路系統(tǒng)(15)，所述聚焦光路系統(tǒng)(15)包括コ字形支撐架(1)、導(dǎo)光機(jī)構(gòu)、多片聚焦透鏡、聚焦透鏡座(2)、聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)筒(5)和固定套筒(4)；

所述工作臺(tái)(13)為一兩軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，可帶動(dòng)工件做X-Y兩個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng)；激光器14發(fā)射的激光束入射到聚焦光路系統(tǒng)(15)中，通過(guò)聚焦透鏡座(2)上的某個(gè)聚焦透鏡中心軸線，沿Z方向垂直入射并聚焦在工件表面，其中，XYZ構(gòu)成直角坐標(biāo)系；

所述コ字形支撐架(1)包括頂板、底板和連接頂板與底板的豎直支撐板，所述豎直支撐板上開(kāi)設(shè)有激光入射孔(8)和用于將コ字形支撐架(1)固定到加工機(jī)床上的多個(gè)螺釘孔(9)；

所述聚焦透鏡座(2)呈圓盤(pán)形，聚焦透鏡座(2)的邊沿內(nèi)側(cè)沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)尺寸相同的圓形安裝孔(21)，多個(gè)圓形安裝孔(21)的圓心位于同一圓周上；多個(gè)圓形安裝孔(21)的中心軸線應(yīng)該與聚焦透鏡座(2)的中心軸線平行；

所述多片聚焦透鏡的焦距互不相同；多個(gè)聚焦透鏡分別固定安裝在多個(gè)圓形安裝孔(21)上，其安裝方位使得所述多個(gè)聚焦透鏡的中心軸線，以及聚焦透鏡座(21)的中心軸線均相互平行；

所述多個(gè)聚焦透鏡在多個(gè)圓形安裝孔(21)的安裝順序是：以順時(shí)針?lè)较虬凑战咕鄰拈L(zhǎng)到短或從短到長(zhǎng)的次序依次安裝在多個(gè)圓形安裝孔(21)上；

所述固定套筒(4)的上端緊固連接在頂板的內(nèi)側(cè)，固定套筒(4)的下端通過(guò)推力滾子軸承(6)與旋轉(zhuǎn)筒(5)連接；

所述導(dǎo)光機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)45度反射鏡(3)，所述45度反射鏡(3)安裝在固定套筒(4)內(nèi)，所述固定套筒(4)的側(cè)面上設(shè)置有導(dǎo)光孔(7)；

所述45度反射鏡(3)的安裝方位應(yīng)該使得從激光入射孔(8)和導(dǎo)光孔(7)入射的激光束經(jīng)45度反射鏡(3)的反射后，其光路行進(jìn)方向轉(zhuǎn)折到豎直向下，即與聚焦透鏡座(2)的中心軸線平行；

所述聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(10)、主動(dòng)輪(11)和從動(dòng)輪(12)，所述主動(dòng)輪(11)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(10)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述從動(dòng)輪(12)與主動(dòng)輪(11)嚙合實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞；所述聚焦透鏡座旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(5)用于驅(qū)動(dòng)聚焦透鏡座(2)沿其自身中心軸線旋轉(zhuǎn)；

所述從動(dòng)輪(12)中心設(shè)置有圓孔，其上端面邊沿與旋轉(zhuǎn)筒(5)下端的法蘭固定連接在一起，圓孔的內(nèi)壁上設(shè)置有有用于安裝聚焦透鏡座(2)的第一環(huán)形臺(tái)階；旋轉(zhuǎn)筒(5)為空心環(huán)形，環(huán)形內(nèi)腔的底部設(shè)置有第二環(huán)形臺(tái)階，所述聚焦透鏡座(2)的直徑恰好與第一環(huán)形臺(tái)階和第二環(huán)形臺(tái)階匹配，使得聚焦透鏡座(2)可以水平擱置在第一環(huán)形臺(tái)階上，由第二環(huán)形臺(tái)階壓緊，并且使得聚焦透鏡座(2)的中心軸線與從動(dòng)輪(12)的旋轉(zhuǎn)軸線重合；

所述導(dǎo)光機(jī)構(gòu)與聚焦透鏡座(2)的安裝方位應(yīng)使得外部入射的激光束經(jīng)過(guò)45度反射鏡(3)的轉(zhuǎn)折之后，垂直入射進(jìn)入任意一個(gè)聚焦透鏡，之后聚焦在工件表面。