激光实施机加工的装置及其机床.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020298469.9 (22)申请日 2020.03.11 (73)专利权人 上海名古屋精密工具股份有限公 司 地址 201801 上海市嘉定区马陆镇樊家村 (72)发明人 孙思叡 (74)专利代理机构 上海市海华永泰律师事务所 31302 代理人 包文超 (51)Int.Cl. B23K 26/38(2014.01) B23K 26/064(2014.01) B23K 26/06(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (ESM)同样的发明创造已同日申。

2、请发明专利 (54)实用新型名称 激光实施机加工的装置及其机床 (57)摘要 一种激光实施机加工的装置， 包括中空转 台、 腔道、 激光发射器和出光部件。 腔道设置于中 空转台内， 用于容纳激光的传播， 具有一条与回 转轴交角为0 15 的轴线， 激光发射器射出的 激光进入腔道射出后， 由出光部件接收。 出光部 件绕回转轴旋转， 将激光分布于绕回转轴的圆面 上。 应用本实用新型提供的装置的多轴机床， 与 三个直线运动轴和一个用于固定工件的回转运 动轴相组合形成空间多轴激光机加工方案， 实现 激光以回转的方式对工件实施机加工， 降低激光 在机加工中的定位误差， 提高激光加工的精密 度。 权利要求。

3、书1页 说明书4页 附图1页 CN 212144993 U 2020.12.15 CN 212144993 U 1.一种激光实施机加工的装置， 其特征在于包括： 中空转台， 其包括回转轴； 腔道， 其设置于所述的中空转台内， 用于容纳激光的传播， 具有一条与回转轴交角为0 15 的轴线； 激光发射器， 其射出的激光进入腔道； 出光部件， 其绕回转轴旋转， 接收由腔道射出的激光。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于所述的转台选自于内转子转台、 外转子转 台、 机械传动转台或直驱转台， 其内中空， 以设置所述的腔道。 3.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于所述的激光发射器或随所述的转台。

4、呈线性 移动。 4.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于所述的激光发射器位置固定， 射出的激光经 过换向部件的反射或折射后， 再射入所述的腔道。 5.一种机床， 其特征在于包括权利要求14之一所述的装置。 6.根据权利要求5所述的机床， 其特征在于还包括 三个直线运动轴； 第一回转运动轴， 用于使工件发生回转运动； 第二回转运动轴， 用于设置权利要求14之一所述的装置； 使得工件的加工精度与工件的长度解耦， 各轴相组合形成空间五轴激光机加工方案。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212144993 U 2 激光实施机加工的装置及其机床 技术领域 0001 本实用新型涉及一种机加工设备， 尤。

5、其涉及一种以激光为主要的手段对硬质材料 实施精密加工的装置， 以及安装此装置的多轴机床， 以实现刀具的工业化精密加工。 背景技术 0002 激光器是高精密仪器， 发生器通过硬光路或光纤连接激光头。 硬光路通常不可频 繁移动， 光纤也只能在较小范围的空间内轻缓运动， 无法满足多轴(如： 三轴、 四轴、 五轴和 六轴等)精密加工对效率和精度的需求。 0003 为了提高激光的机加工效率， 一种摇摆头结构被应用到多轴机加工中， 适用于XA+ YZB的多轴激光加工。 其将切割结构和激光出射端直接连接， 激光出射端随着摇摆机构摆 动， 激光出射端则通常靠近回转轴的轴线以便减少激光出射端的运动范围对光纤产生。

6、的牵 拉。 其具有结构简单的特点， 在一般的车床上加装激光出射端和切割机构即可实现， 并能满 足一些简单的五轴加工需求。 受限于激光出射端和切割机构的规格， 激光焦点离开B轴的回 转轴线较远， 始终存在较大的回转半径， 导致定位误差放大， 难以胜任微米级精度要求的激 光精密五轴加工， 现实中这种结构也主要用于管材的激光切割、 激光打孔及激光焊接等。 0004 于是， 另一种回转摇摆台结构应运而生， 适用于XYZ+AB的多轴激光加工， 能保持激 光出射端的摇摆而减少对光纤的牵拉， 回转轴全部叠加在被加工工件上。 当所加工的工件 长度比适当(根据现有技术水准， 当工件的长度不大于300mm， 弧长。

7、误差不超过6 m)， 就能取 得较高的精度。 还由于激光出射端不摆动， 相关部件(尤其是光纤)的寿命显著延长， 稳定性 高。 因此， 其作为唯一方案在精密五轴加工中被广泛采用。 但是随着所加工零件的长径比的 增加(即工件的长度大于300mm)， 采用此方法的加工精度会快速下降， 无法实施长轴类零件 的加工。 因此， 使得激光在机加工中的应用范围受到限制。 实用新型内容 0005 本实用新型的一个目的在于提供一种激光实施机加工的装置， 以扩展激光在机加 工中的应用范围， 适用各种规格零件的加工需求。 0006 本实用新型的另一个目的在于提供一种激光实施机加工的装置， 降低激光在机加 工中的定位误。

8、差， 提高激光加工的精密度。 0007 本实用新型的再一个目的在于提供一种激光实施机加工的装置， 实现激光以回转 方式实施机加工， 利于长轴类工件的加工精度的提高。 0008 本实用新型的又一个目的在于提供一种激光实施机加工的装置， 应用于多轴加工 设备(如： 五轴机床)上， 提高激光回转加工的精度的同时减少激光器件的移动和旋转、 防止 光纤牵拉， 防止光纤弯折/脱落导致的设备故障， 利于对各种规格零件实施激光加工的同时 提高设备的可靠性和稳定性。 0009 本实用新型的第五目的在于提供一种激光实施机加工的装置， 用于激光以回转方 式实施机加工， 既提高加工精度， 还能满足各种规格零件的精密加。

9、工需求。 说明书 1/4 页 3 CN 212144993 U 3 0010 通常理解的激光， 系原子因受激而辐射的光， 原子中的电子吸收能量后从低能级 跃迁到高能级， 再从高能级回落到低能级的时候， 所释放的能量以光子的形式放出。 激光的 形态可分为连续激光和脉冲激光。 依据激光的脉冲宽度特性分为热激光和冷激光。 0011 激光发射器如： 但不限于纳秒、 飞秒或皮秒激光器， 产生的激光如： 红外、 红外、 蓝 光、 绿光、 紫光或极紫光。 0012 在机加工中， 所称的工件通常是用于制造零件或部件的材料或半成品， 是机械加 工过程中的加工对象。 即对工件实施机加工后， 得到符合加工或设计要求。

10、的产品。 0013 精密加工， 指加工精度和表面质量达到极高程度的加工技术。 比如： 刀具加工中， 尺寸、 直线度、 轮廓度、 表面粗糙度、 刃尖圆弧半径、 加工精度均高于达到微米级。 0014 轴类工件， 即具有长度是直径至少3倍。 0015 机加工设备(或机加工中心)， 系具有多个运动轴的加工设备。 即在右手直角坐标 系中， 沿直线方向移动的X、 Y和Z轴， 以及分别绕X、 Y和Z轴的回转的A轴、 B轴和C轴。 0016 机加工设备， 如： 数控机床， 通常加载了各项控制软件， 以代码形式接收和发出各 项指令对工件实施自动化加工。 0017 本实用新型提供一种激光实施机加工的装置， 包括 。

11、0018 中空转台， 其包括回转轴； 0019 腔道， 其用于容纳激光的传播， 具有一条与回转轴交角为0 15 的轴线； 0020 激光发射器， 其射出的激光进入腔道； 0021 出光部件， 其绕回转轴旋转， 接收由腔道射出的激光。 0022 本实用新型提供的装置， 转台如： 但不限于内转子转台、 外转子转台、 机械传动转 台和直驱转台等， 其内中空， 以设置腔道。 设置于中空转台内的腔道， 其具有自成外壁， 或者 利用转子内中空构造的内壁作为腔道的外壁， 则此时腔道即为转台内的中空构造， 以此减 少装置所占的空间。 0023 对工件实施加工中， 激光发射器或随转台呈线性移动， 或位置固定， 。

12、射出的激光经 过换向部件的反射或折射后， 再射入腔道。 0024 本实用新型提供的装置， 还包括换向部件， 激光入射换向部件， 经反射或折射后， 再射入腔道。 以此保持激光发射器的位置， 不发生移动或摆动， 也不牵拉光纤。 比如： 将激光 发射器固定于Z轴上， 射出的激光经反射后变向沿Y轴传播， 并入射腔道， 激光在腔道的出口 端沿着直线传播， 传播的路径与一条回转轴的交角为0 10 ， 而由出光部件接收， 最后由 出光部件射出。 对工件实施加工中， 为了适应不同的加工要求， 转台和出光部件同步沿Z轴 往复移动， 而激光发射器位置保持稳定， 无需摆动和移动， 避免了对光纤扭曲和牵拉。 0025。

13、 本实用新型提供的各种装置安装于多轴机床上， 以三个直线运动轴、 一个用于固 定工件的回转运动轴和一个激光束回转轴相组合形成空间五轴激光机加工方案， 就能实现 以多轴方式对工件进行机加工， 制造复杂和多样构造的产品。 比如： 机床具有至少三个直线 轴， 其中一个直线轴上安装本实用新型的装置(比如： 设置在X轴和Z轴确定的平面上， 并沿Z 轴直线移动)， 另一个直线轴上安装转动定位机构， 驱动被加工工件回转的定位(比如： 将工 件设置于X轴和Y轴确定的平面上)， 使得工件的加工精度与工件的长度解耦， 提高激光回转 加工的精度， 利于对各种规格零件实施激光加工。 0026 另一种机床， 将本实用新。

14、型装置的转台安装于直线轴上， 装置沿直线移动， 则使得 说明书 2/4 页 4 CN 212144993 U 4 出光部件射出的激光光斑呈线性移动， 当出光部件绕回转轴转动， 则使得激光光斑分布于 回转面上， 适应各种工件加工。 0027 本实用新型技术方案实现的有益效果： 0028 本实用新型提供的装置， 激光发射器射出的激光先射入一段腔道， 使得绕回转轴 旋转的出光部件射出的激光绕回转轴方向分布， 实现激光以回转的方式对工件实施机加 工， 降低激光在机加工中的应回转轴误差导致的定位误差， 提高激光加工的精密度， 如： 刀 具的五轴机加工误差在1 m以内。 0029 本实用新型提供的装置， 。

15、激光发射器射出的激光先射入一段腔道， 使得绕回转轴 的出光部件射出的激光绕回转轴方向分布， 能够实现激光在长轴工件(如： 大于300mm)加工 中的应用， 扩展了激光在机加工中的应用范围， 而能够适用各种规格零件的加工需求。 0030 本实用新型提供的装置， 提高了激光回转加工的精度的同时减少激光器件的移动 和旋转、 防止了光纤牵拉， 防止了光纤弯折/脱落导致的设备故障。 将其应用于多轴加工设 备， 利于对各种规格零件实施激光加工的同时提高设备的可靠性和稳定性。 0031 本实用新型提供的装置， 其结构更紧凑， 不仅利于对应用于现有机床， 或便于对现 有机床实施改造， 更利于机床内空间的排布和。

16、利用。 0032 与现有设备相比， 采用本实用新型的装置的多轴机床， 激光发射器摆动或移动的 情形显著下降， 减少或停止对光线的牵拉情形， 使得使用寿命延长。 加工制得的产品精度显 著提高。 射出的激光绕回转轴方向分布， 实现了以激光对各种规格零件的复杂加工， 在软件 的控制下， 使得各类产品一键加工。 附图说明 0033 图1为用于本实用新型激光实施机加工的方法的装置一实施例的示意图； 0034 图2为用于本实用新型激光实施机加工的方法的装置另一实施例的示意图。 具体实施方式 0035 以下结合附图详细描述本实用新型的技术方案。 本实用新型实施例仅用以说明本 实用新型的技术方案而非限制， 尽。

17、管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明， 本领 域的普通技术人员应当理解， 可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱 离本实用新型技术方案的精神和范围， 其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。 0036 本实施例提供的激光实施机加工的方法， 激光发射器射出的激光先射入一段腔 道， 再自腔道射出后， 由出光部件接收， 最后由出光部件射出， 用于对工件实施加工； 激光在 腔道的出口端沿着直线传播， 传播的路径与一条回转轴的交角为0 15 。 在右手直角坐标 系中， 回转轴为A轴、 B轴或C轴， 使出光部件射出的激光绕回转轴方向分布， 实现激光以回转 的方式实施机加工。 本实施例。

18、中， 腔道设置于Y轴上， 回转轴为B轴， 出光部件绕B轴转动。 0037 图1为用于本实用新型激光实施机加工的方法的装置一实施例的示意图。 如图1所 示， 本实施例的设备包括激光发射器100， 腔道200、 出光部件300和转台400。 0038 激光发射器100设置于腔道200的一端， 自激光发射器100射出的激光110进入腔道 200。 本实施例中， 腔道200呈直管状， 自激光发射器100射出的激光110从腔道200入射后沿 直线方向传播， 不发生偏转， 至另一端出射。 出射的激光由出光部件300接收， 最后由出光部 说明书 3/4 页 5 CN 212144993 U 5 件300射出。

19、实施机加工的激光束310。 0039 在右手直角坐标系中， 转台400绕Y轴回转， 回转所绕的轴为B轴(未示出)。 腔道200 具有一条轴线(与图中激光110共线， 未示出)， 该轴线与B轴共轴。 出光部件300绕B轴回转， 使得射出的激光绕B轴方向分布， 实现激光以回转的方式实施机加工。 转台400呈中空构造， 腔道200设置于转台400内， 即为转台400内一段位于直管型中空腔体， 腔体的轴线与B轴共 轴， 还与转台的转动对称轴共轴。 0040 随着转台400旋转， 设置于其内的腔道200并不发生位移， 而使得从腔道200穿行的 激光110始终沿直线方向传播， 不发生偏转， 并始终为出光部。

20、件300所接收。 随着出光部件 300绕B轴不断回转， 而形成绕B轴回转方向分布激光， 无需对光纤实施牵拉， 缩短了激光焦 点离开B轴的回转轴线的距离， 提高了定位误差的精度， 实现了工件的高精度机加工。 0041 将本实施例的装置应用于多轴机加工设备中， 就能实现长轴类工件的激光精密加 工， 扩展激光在机加工中的应用范围， 适用各种规格零件的加工需求。 0042 图2为用于本实用新型激光实施机加工的方法的装置另一实施例的示意图。 结合 图1， 如图2所示， 将本实施例的装置安装于沿机床Z轴安置的支架600， 装置可沿Z轴实施直 线的往复运动， 具有绕B轴转动的中空转台420， 转台内设置腔道。

21、200。 本实施例中， 利用转子 内中空构造的内壁作为腔道的外壁， 腔道200即为转台内的中空构造腔体。 将激光发射器 100安置于支架600， 射出激光110由换向部件500反射后变向， 再射入腔道200内， 在腔道200 的出口端， 激光110沿直线传播， 其与回转B轴410的夹角为0 15 ， 而由出光部件300接收。 出光部件300绕回转B轴410转动， 使得由其射出的激光绕回转轴回转方向分布。 再与机床上 的三个直线运动轴和一个用于固定工件的回转运动轴相组合形成空间五轴激光机加工方 案， 降低激光在机加工中的应回转轴误差导致的定位误差， 提高激光加工的精密度， 实现以 多轴方式对工件进行机加工， 制造复杂和多样构造的产品。 比如： 刀具的五轴机加工误差在 1 m以内。 说明书 4/4 页 6 CN 212144993 U 6 图1 图2 说明书附图 1/1 页 7 CN 212144993 U 7 。