專利名稱：一種激光工具刃磨機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光工具刃磨機(jī)，以激光為加工介質(zhì)，對金屬或非金屬工件 進(jìn)行精密去除材料從而得到所需形狀的加工方法。本實用新型特別涉及精密刀具、模具和 類似于刀具、模具的形狀或形式的加工工藝。本實用新型所涉及的工藝設(shè)備屬于精密切削 設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前普遍采用的加工方法現(xiàn)有技術(shù)一采用磨床和類似于磨床的設(shè)備以砂輪為磨削材料的加工方法。工作方式是以電動機(jī)或其它動力源作為驅(qū)動，通過砂輪旋轉(zhuǎn)并接觸被加工工件 表面，依靠磨料與工件的摩擦去除工件材料。在此摩擦的過程中砂輪也不斷的損耗，表現(xiàn)為 磨料顆粒從砂輪上不斷脫落從而剝離出新的砂輪表面。故此砂輪能夠?qū)崿F(xiàn)的磨削加工的復(fù) 雜和精密程度與磨粒的幾何尺寸、砂輪形狀的保持程度有關(guān)。所以此方法無法實現(xiàn)復(fù)雜和 極其細(xì)微的加工要求。優(yōu)勢磨出的工件可實現(xiàn)較高粗糙度等級、可得到鋒利的刃口。劣勢作為接觸式磨削加工易對刃口造成壓、應(yīng)力損傷?？蓪?dǎo)致刃口變形，無法實 現(xiàn)復(fù)雜形狀的超硬刀具加工?，F(xiàn)有技術(shù)二 采用放電加工方法。工作原理以液體為加工介質(zhì)于金屬電極和工件間施加很強(qiáng)的脈沖電壓。當(dāng)電 壓達(dá)到液體介質(zhì)絕緣強(qiáng)度最低處的擊穿電壓時，會在此處產(chǎn)生放電。放電產(chǎn)生的瞬間高溫 (通常為10000-12000°c )使工件局部材料熔化甚至氣化蒸發(fā)。在放電爆炸力的作用和液 體介質(zhì)的沖洗下，局部燒熔和氣化的工件顆粒脫離工件，從而形成工件表面微小的凹坑。放 電后液體介質(zhì)的流動使工件降溫，絕緣強(qiáng)度恢復(fù)初始狀態(tài)，等待下一次放電。通過此過程的 反復(fù)運用和工件與電極間的位移，形成所需的加工痕跡。優(yōu)勢工件和電極間不直接接觸，不產(chǎn)生應(yīng)力和壓力損傷。每次放電形成的加工痕 跡小，故此可實現(xiàn)較高精度且變形量很小的復(fù)雜加工。在超硬刀具如P⑶金剛石刀具加工 方面具有一定優(yōu)勢。劣勢加工效率較低，對導(dǎo)電性差的材料難以進(jìn)行加工?，F(xiàn)有技術(shù)三采用金屬結(jié)合劑砂輪以磨削和放電相結(jié)合的加工方式。工作原理此加工方式是以金屬結(jié)合劑砂輪中分布的金屬結(jié)合劑作為放電電極， 以金屬結(jié)合劑砂輪中的磨料顆粒作為磨削材料共同完成的復(fù)合加工。加工過程中以液體作 為放電介質(zhì)，當(dāng)金屬結(jié)合劑砂輪被施以很高的脈沖電壓并超出液體介質(zhì)絕緣強(qiáng)度時在被加 工工件上產(chǎn)生放電，并形成加工痕跡。由于金屬結(jié)合劑在砂輪中處于分散分布，故此在砂輪
3與工件相互摩擦的多點接觸、線接觸或面接觸中始終相對存在著一定的間隙量。而液體介 質(zhì)在砂輪或工件表面形成的覆蓋在放電和磨削中也始終處于一種斷續(xù)的被去除狀態(tài)，由此 磨削和放電加工可以有序的連續(xù)進(jìn)行。優(yōu)勢此加工方式對比普通電火花加工可實現(xiàn)更高的工作效率，相比砂輪磨削綜 合成本更佳。加工過程同時包含接觸式和非接觸式兩種加工方式。其中砂輪的磨削可以去 除工件材料和工件表面由高溫放電而產(chǎn)生的氧化層，并通過砂輪的磨損暴露出新的金屬結(jié) 合劑，使加工過程中工件和砂輪始終保持最佳的導(dǎo)電性能。此加工方式特別適合由多種不 同阻值元素構(gòu)成的合金的加工。劣勢由于金屬結(jié)合劑在砂輪中屬于分散分布、有效的加工需要以多點放電的形 式實現(xiàn)，而過程中每個放電點與對應(yīng)的待加工點間距離有所差異，所以放電強(qiáng)度和形成的 加工痕跡也有所差異。由于砂輪本身的磨削一般只占輔助作用，且金屬結(jié)合劑砂輪不具備 精加工要求，故此該加工方式只適合精度要求較低的場合。金屬結(jié)合劑砂輪的成本和工藝難度較高，用于同種工件小批量加工時經(jīng)濟(jì)性不太 理想。故此應(yīng)用領(lǐng)域不太廣泛，也制約了此類設(shè)備功能的開發(fā)，常見的多為一些運動系統(tǒng)較 為簡單的專用機(jī)床。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)功能和綜合效率的不足，本實用新型提供一種以激光為加 工手段對精密刀具、模具和類似于刀具、模具的形狀或形式工件的加工方法。以及針對此加 工方法的激光加工設(shè)備。本實用新型所采用的技術(shù)方案一種激光工具刃磨機(jī)，由高品質(zhì)激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、高精度的多維運動系統(tǒng)、 安裝工具卡具、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制和操作系統(tǒng)組成；高品質(zhì)激光器固 定在機(jī)身上，導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)安裝在高品質(zhì)激光器的前端，實時監(jiān)測系統(tǒng)安裝在導(dǎo)光聚焦系 統(tǒng)的一側(cè)，安裝工具卡具安裝在高精度多維運動系統(tǒng)上，冷卻系統(tǒng)的管道連接高品質(zhì)激光 器；電源系統(tǒng)和控制和操作系統(tǒng)通過電纜連接高品質(zhì)激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、高精度多維運 動系統(tǒng)、安裝工具卡具、實時監(jiān)測系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；控制和操作系統(tǒng)分別控制高精度多維運動系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和高品 質(zhì)激光器。采用二維以上的電控或手控平移臺、偏轉(zhuǎn)臺及旋轉(zhuǎn)臺，按照一定方式組合在一起， 工件在(X、Y、Z)三個直線坐標(biāo)方向及(θ χ、θ y、θ ζ)三個圓坐標(biāo)方向共六維中的至少兩 維以上的的方向內(nèi)進(jìn)行調(diào)整或運動。一種激光工具刃磨機(jī)包含一系列光學(xué)鏡片，通過擴(kuò)束、轉(zhuǎn)折、匯集聚焦，使焦點或 交平面處具有極高的能量密度。該導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)可以與主工作臺面偏轉(zhuǎn)一定的角度。激光刃磨螺旋槽采用逐層切削的方式；運動系統(tǒng)θ χ旋轉(zhuǎn)、y軸、Z軸的三軸按照 一定的時間、速度等函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運動，使激光束在工件上形成規(guī)律弧形加工痕跡；或調(diào)整使待加工的圓弧的圓心與旋轉(zhuǎn)中心同軸，激光束按后角方向傾斜一定的角 度，焦點位于待加工的刀具表面圓弧線位置，手動往復(fù)旋轉(zhuǎn)或電控往復(fù)旋轉(zhuǎn)，即可加工出刀 具的圓弧刃口。[0027]一種激光工具刃磨機(jī)，激光波長或是Nd: YAG三倍頻355nm激光，或是Nd: YAG 二倍 頻 532nm，或是 Nd: YAG 激光 1064nm ；激光脈沖的脈沖寬度小于200微秒。一種激光工具刃磨機(jī)，采用二維以上的電控或手控平移臺、偏轉(zhuǎn)臺及旋轉(zhuǎn)臺；按照 一定方式組合在一起，使工件能夠在(X、Y、Z)三個直線坐標(biāo)方向及(θ X、θ y、θ Ζ)三個圓 坐標(biāo)方向共六維中的至少兩維以上的的方向內(nèi)進(jìn)行調(diào)整或運動。高品質(zhì)激光為燈泵浦或二極管泵浦的固體YAG激光器(波長1064nm、倍頻后為 532nm、三倍頻為355nm)、或是光纖激光器、或是紫外波長激光器。控制和操作系統(tǒng)分別連接高精度多維運動系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和高品 質(zhì)激光器；當(dāng)控制和操作系統(tǒng)完成程序的設(shè)定并對設(shè)備發(fā)出指令時，被安裝工具卡具鎖定 的工件在實時監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控下，隨高精度多維運動系統(tǒng)進(jìn)行基準(zhǔn)點的定位。一種激光工具刃磨方法，采用高品質(zhì)激光代替砂輪或放電加工，對刀具、模具和類 似于刀具、模具的形狀或形式工件進(jìn)行精密加工，含有以下步驟將精密刀具、模具和類似于刀具、模具的形狀或形式的工件裝于安裝工具卡具內(nèi)， 調(diào)整被加工工件位置使之達(dá)到最合適的角度和方位；使被加工點置于激光焦點或焦平面 上，開動激光和冷卻氣或冷卻液，電控或手控高精度多維運動系統(tǒng)，使加工區(qū)域按一定規(guī)律 進(jìn)行位移，從而形成各種形狀的工具刃口 ；電源系統(tǒng)分為多路，分別為高品質(zhì)激光器、高精度多維運動系統(tǒng)(運動系統(tǒng)也可 以采用手動模式)、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制和操作系統(tǒng)提供電力。控制和操作系統(tǒng)分別控制高精度多維運動系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和高品 質(zhì)激光器。當(dāng)控制和操作系統(tǒng)完成程序的設(shè)定并對設(shè)備發(fā)出指令時，被安裝工具卡具鎖定的 工件在實時監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控下，隨高精度多維運動系統(tǒng)進(jìn)行基準(zhǔn)點的定位。定位完成后高品質(zhì)激光器通過導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)發(fā)出能量，并在工件表面形成燒蝕或 材料氣化的加工痕跡。同時冷卻系統(tǒng)以液冷或氣冷的方式對激光器由電能至光能轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的熱 量加以冷卻。采用輔助氣體的形式通過噴嘴對工件表面的被加工部分加以冷卻并吹除氣化 和燒熔殘渣。高精度多維運動系統(tǒng)在實時監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控下，配合高品質(zhì)激光器進(jìn)行預(yù)設(shè)程序 下的多維精確位移。并根據(jù)實時監(jiān)測系統(tǒng)的檢測結(jié)果進(jìn)行隨時的修正。通過以上步驟實現(xiàn)對工件的精密加工。一種激光工具刃磨機(jī)，由高品質(zhì)激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、高精度的多維運動系統(tǒng)、 安裝工具卡具、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制和操作系統(tǒng)等部分組成。電源系統(tǒng)分為多路，分別為高品質(zhì)激光器、高精度多維運動系統(tǒng)(運動系統(tǒng)也可 以采用手動模式)、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制和操作系統(tǒng)提供電力?？刂坪筒僮飨到y(tǒng)分別掌管高精度多維運動系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和高品 質(zhì)激光器。當(dāng)控制和操作系統(tǒng)完成程序的設(shè)定并對設(shè)備發(fā)出指令時，被安裝工具卡具鎖定 的工件在實時監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控下，隨高精度多維運動系統(tǒng)進(jìn)行基準(zhǔn)點的定位。定位完成后高品質(zhì)激光器通過導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)發(fā)出能量，并在工件表面形成燒蝕或材料氣化的加工痕跡。同時冷卻系統(tǒng)以液冷或氣冷的方式對激光器由電能至光能轉(zhuǎn)換過程 中產(chǎn)生的熱量加以冷卻。以及采用輔助氣體的形式通過噴嘴對導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)和工件表面的 被加工部分加以冷卻并吹除氣化和燒熔殘渣。高精度多維運動系統(tǒng)在實時監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控下，配合高品質(zhì)激光器進(jìn)行預(yù)設(shè)程序 下的多維精確位移。并根據(jù)實時監(jiān)測系統(tǒng)的檢測結(jié)果進(jìn)行隨時的修正。通過以上各系統(tǒng)間的精確配合實現(xiàn)對工件的精密加工。各主要部件的介紹激光器高品質(zhì)激光可以是來自多種激光介質(zhì)的激光器?？梢允菬舯闷只蚨O管泵浦的固 體YAG激光器(波長1064nm、倍頻后為532nm、三倍頻為355歷)、可以是光纖激光器、可以是 紫外波長激光器、也可以是其它品質(zhì)較高的激光器。從激光波長來說，應(yīng)該是波長盡可能短 的激光。其中以位于紫外波段的準(zhǔn)分子激光為最佳，Nd:YAG三倍頻355nm激光其次，Nd:YAG 二倍頻532nm再次，普通Nd: YAG激光1064nm及更長波長的激光勉強(qiáng)可用。從激光脈沖的 特點來說，應(yīng)該是峰值功率較高、脈沖寬度較窄為佳。一般來說脈沖寬度要小于200微秒， 能達(dá)到納秒、皮秒甚至飛秒級別則加工品質(zhì)更高，但加工效率也隨之下降，故此對于精加工 來說納秒和皮秒級別脈寬的激光是較佳選擇。對于脈沖的峰值功率沒有過高的要求，只要 能進(jìn)行有效加工即可。但脈寬確定的情況下，峰值功率越高，則加工效率也越高。導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)使激光束經(jīng)過一系列光學(xué)鏡片進(jìn)行擴(kuò)束、轉(zhuǎn)折、匯集聚焦，從而在焦 點或交平面處具有極高的能量密度。當(dāng)工件的待加工部分置于焦點附近時，就被迅速燒熔 和氣化以形成加工。高精度的運動控制系統(tǒng)一般采用二維以上的電控或手控平移臺、偏轉(zhuǎn)臺及旋轉(zhuǎn)臺(通稱運動單元)。按照 一定方式組合在一起，使工件可以在(X、Y、Z)三個直線坐標(biāo)方向及(θ X、θ y、θ Ζ)三個圓 坐標(biāo)方向共六維中的至少兩維以上的的方向內(nèi)進(jìn)行調(diào)整或運動。維數(shù)越多則功能更全面， 工藝更簡化，生產(chǎn)效率也更高。安裝夾持系統(tǒng)安裝于運動單元上，用于鎖定被加工工件。并可在一定角度、方位和尺寸內(nèi)進(jìn)行調(diào)
整ο實時監(jiān)測系統(tǒng)采用顯微鏡或投影系統(tǒng)或C⑶攝像系統(tǒng)。可以和導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)集成在一起。冷卻系統(tǒng)采用氣體冷卻或液體冷卻，也可二者并用。氣體冷卻較簡單而且易于實現(xiàn)，液體冷 卻效果好但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。本實用新型的有益效果具體如下和現(xiàn)有技術(shù)的對比1、砂輪磨削難以實現(xiàn)，由于螺旋槽很小普通砂輪無法實現(xiàn)可用的加工痕跡，只能 使用成型定制的磨頭。加工時除了 θ X、y、ζ三軸運動外，磨頭還要延軸線進(jìn)行自轉(zhuǎn)。加工 中磨頭處于徑向和軸向沿同側(cè)受力，故穩(wěn)定性受到一定影響。磨頭磨損過程中形狀發(fā)生變化，超出工藝允許的極限時需要更換，以及重新調(diào)整工作面。此種加工效率和成本均不理
術(shù)g
；ο2、多工序加工先進(jìn)行車或銑加工，再進(jìn)行磨加工。首先工件如果是超硬材料，車、 銑方式均無法進(jìn)行加工。即便是普通材料想得到較高質(zhì)量的預(yù)加工也要依賴很高的工藝條 件。以車為例以機(jī)械方式變速的普通車床沒有足夠的變速比，當(dāng)螺旋升角很大時難以實現(xiàn) 正確的預(yù)加工。只能依賴步進(jìn)電機(jī)變速的高級數(shù)控機(jī)床或數(shù)控加工中心以及尺寸更小的成 型刀具進(jìn)行加工，預(yù)加工完畢按1-1所述進(jìn)行砂輪磨削。以此方式設(shè)備和工時成本較高，生 產(chǎn)效率較低。3、放電加工方法基本與激光加工相近，但效率較低。如采用成型電極進(jìn)行仿型電 加工，會在加工過程中隨著電極逐漸氧化和磨損影響到螺旋槽的加工精度。4、采用金屬結(jié)合劑砂輪以磨削和放電相結(jié)合的加工方式。此類設(shè)備具有一定技術(shù) 局限，不適合此類精密加工。5、非接觸式加工，無砂輪磨削之壓、應(yīng)力損傷；亦無電火花磨削之放電損傷。高品 質(zhì)當(dāng)激光品質(zhì)較高時可加工出鏡面光潔的刃口，無論效率還是品質(zhì)都比電火花優(yōu)越。高效 率激光磨的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于放電磨和砂輪磨。易于實時監(jiān)測。

圖1 激光工具刃磨機(jī)示意圖；圖2 激光工具刃磨機(jī)高精度多維運動系統(tǒng)示意圖；圖3 激光工具刃磨機(jī)A點局部放大示意圖；圖4 螺旋槽加工示意圖；圖5 加工螺旋槽的局部放大示意圖；圖6 —種輪轂刀具的加工方法示意圖；圖7 —種輪轂刀具的加工方法示意圖；圖8:加工方法示意圖。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。
具體實施方式
激光工具刃磨機(jī)的基本組成如圖1所示，高品質(zhì)激光器1 ；導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)2 ；高精度多維運動系統(tǒng)3 ；安裝工具卡具4 ；實時 監(jiān)測系統(tǒng)5 ；冷卻系統(tǒng)6 ；電源系統(tǒng)7 ；控制和操作系統(tǒng)8。高品質(zhì)激光器1固定在機(jī)身上，導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)2安裝在高品質(zhì)激光器1的前端，實 時監(jiān)測系統(tǒng)5安裝在導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)2的一側(cè)，安裝工具卡具4安裝在高精度多維運動系統(tǒng) 3上，冷卻系統(tǒng)6的管道連接高品質(zhì)激光器1 ；電源系統(tǒng)7和控制和操作系統(tǒng)8通過電纜連 接高品質(zhì)激光器1、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)2、高精度多維運動系統(tǒng)3、安裝工具卡具4、實時監(jiān)測系統(tǒng) 5和冷卻系統(tǒng)6。激光工具刃磨機(jī)由以上各功能組件構(gòu)成，各組件之間也可根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行拆 分或組合，進(jìn)而形成新的外觀形式。各組件通過數(shù)據(jù)接口和信號線與控制和操作系統(tǒng)實現(xiàn)連接并接受操控。
7[0081 ] 各組件和電源系統(tǒng)間由電纜進(jìn)行連接。多維運動系統(tǒng)中的任一維均可通過聯(lián)動、獨立運動或手動方式實現(xiàn)運動。如圖2所示，高精度多維運動系統(tǒng)通常由χ軸、y軸、ζ軸、θ x旋轉(zhuǎn)、θ y旋轉(zhuǎn)、θζ 旋轉(zhuǎn)六維運動單元組成，也可根據(jù)刃磨工件的不同將運動單元進(jìn)行重新組合或增減運動單 元。運動單元可根據(jù)使用目的的差異與系統(tǒng)間進(jìn)行聯(lián)動、獨立運動或手動。運動單元非手 動運動時通常由數(shù)據(jù)接口接受指令由電機(jī)驅(qū)動完成動作。如圖3所示，平移臺的動力和數(shù)據(jù)接入部分。驅(qū)動電機(jī)9和數(shù)據(jù)接口 10連接在機(jī)身，手動調(diào)節(jié) 旋鈕11連接在驅(qū)動電機(jī)9，每個運動單元的數(shù)據(jù)接入方式可以是普通串口或并口接入，也 可以是基于其它各種通訊協(xié)議下的有線或無線接入方式。如圖4所示，高品質(zhì)激光器對被安裝、隨多維運動系統(tǒng)精確位移的螺旋工件12進(jìn)行加工。如圖5所示，特殊成型回轉(zhuǎn)式切削刀具的磨制。(特別針對特殊銑切刀具等具有螺旋槽的硬質(zhì) 材料工件和高精度微型鉆頭、超硬鉆頭、多臺階成型鉆頭。)激光刃磨螺旋槽采用逐層切削 的方式。運動系統(tǒng)θ χ旋轉(zhuǎn)、y軸、ζ軸的三軸按照一定的時間、速度等函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運動， 使激光束13在工件12上形成規(guī)律弧形加工痕跡(排屑槽代加工部分14、已加工去除部分 15)，并逐步實現(xiàn)最終的加工要求。如圖6、圖7所示，此加工中使用X、y軸配合θ y旋轉(zhuǎn)做待加工部分的定位和找正，以θ y旋轉(zhuǎn)方向 進(jìn)行準(zhǔn)確的角度調(diào)整，使待加工的部分(刀具后角)角度與激光束13 (豎直)方向重合，沿 θ ζ方向旋轉(zhuǎn)使激光束13沿旋轉(zhuǎn)軌跡形成對所需后角的切割?；蛘叩毒呒捌湫D(zhuǎn)工裝水平放置，調(diào)整使待加工的圓弧的圓心與旋轉(zhuǎn)中心同軸， 激光束13按后角方向傾斜一定的角度，焦點位于待加工的刀具表面圓弧線位置，手動往復(fù) 旋轉(zhuǎn)或電控往復(fù)旋轉(zhuǎn)，即可加工出刀具的圓弧刃口。如圖8所示，為圖7加工過程的示意圖，未加工前刀頭部分的軸心線與運動旋轉(zhuǎn)中 心之間有角度，以運動旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，激光束13對刀頭進(jìn)行加工，可以示意看出刀頭底面 上的已加工去除部分和刀頭底面上的待去除部分。綜合以上實施例表明，激光刃磨方法融合了磨(逐層去除)和切(一次去除)兩 種加工優(yōu)勢。且加工效率和精度有效提高于現(xiàn)有工藝方法，是一項工具加工領(lǐng)域的重大突 破。平移臺的動力和數(shù)據(jù)接入部分。每個運動單元的數(shù)據(jù)接入方式可以是普通串口或 并口接入，也可以是基于其它各種通訊協(xié)議下的有線或無線接入方式。綜合以上實施例表明，本實用新型綜合了激光切割機(jī)及激光雕刻機(jī)的工件運動方 式和傳統(tǒng)砂輪刃磨刀具和電火花刃磨刀具的工件運動方式，并以激光替代砂輪和電火花對 刀具刃口進(jìn)行加工，使加工效率得到大幅提高，是超硬工具加工領(lǐng)域的一項重大突破。尤其 在金剛石刀具的粗磨和半精磨方面，激光刃磨機(jī)的加工效率可以比現(xiàn)有砂輪磨削或電火花 磨削效率高出數(shù)倍?！N以激光為介質(zhì)刃磨刀具、模具和類似于刀具、模具的形狀或形式工件的加工方法，是以激光對所述工件進(jìn)行以精密去除材料為特征的加工方法。被加工工件可以由導(dǎo)體、半導(dǎo)體或不導(dǎo)電材料構(gòu)成。通過導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)在工件的待加工處形成可實現(xiàn)加工的高密度能量。所述工件的加工特征在于加工過程中使工件和激光焦點間產(chǎn)生相對位移，以便形 成具有所需形狀和相對位置的加工痕跡。一種激光工具刃磨機(jī)。由高品質(zhì)激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、高精度的多維運動系統(tǒng)、 安裝工具卡具、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制和操作系統(tǒng)等部分構(gòu)成。各系統(tǒng)之間也可根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行拆分或組合，進(jìn)而形成新的外觀形式。所述高品質(zhì)激光器可以是市售的燈泵浦或二極管泵浦的固體YAG激光器(波長 1064nm、倍頻后為532nm、三倍頻為355歷)、可以是光纖激光器、可以是紫外波長激光器、也 可以是其它品質(zhì)較高適于進(jìn)行工具加工的激光器。導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)包含一系列光學(xué)鏡片，通過對激光束的擴(kuò)束、轉(zhuǎn)折、匯集聚焦，使焦 點或交平面處具有極高的能量密度。該導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)可以與工作臺面偏轉(zhuǎn)一定的角度，以 實現(xiàn)對刀具后角及其它位置的加工。高精度的多維運動系統(tǒng)可以是市售的采用二維以上的電控或手控平移臺、偏轉(zhuǎn) 臺及旋轉(zhuǎn)臺(通稱運動單元)。按照一定方式組合在一起，使工件可以在(x、Y、z)三個直 線坐標(biāo)方向及(θχ、9y、θ ζ)三個圓坐標(biāo)方向共六維中的至少兩維以上的的方向內(nèi)進(jìn)行 調(diào)整或運動。安裝工具卡具可以由一件或多件工具構(gòu)成，并根據(jù)不同的使用要求進(jìn)行拆分或組 合?？梢元毩⒋嬖谝部杉捎诟呔榷嗑S運動系統(tǒng)?？梢允构ぜ庸c處于較適合的安 裝位置。所述實時監(jiān)測系統(tǒng)可以是市售的顯微鏡、投影系統(tǒng)或CXD攝像系統(tǒng)構(gòu)成。可獨立 也可和激光工具刃磨機(jī)中其它系統(tǒng)相互集成。所述控制和操作系統(tǒng)可以包括具有一定應(yīng)用程序的計算機(jī)、操作部件(也可以 是鍵盤和鼠標(biāo))和顯示部件。其工作方式在于通過與激光工具刃磨機(jī)中其它各系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)或電力端口連接，傳達(dá)指令和實現(xiàn)操控。所述數(shù)據(jù)端口可以是普通串口或并口接入，也可以是基于其它各種通訊協(xié)議下的 有線或無線接入方式。
權(quán)利要求一種激光工具刃磨機(jī)，其特征在于由高品質(zhì)激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、高精度的多維運動系統(tǒng)、安裝工具卡具、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制和操作系統(tǒng)組成；高品質(zhì)激光器固定在機(jī)身上，導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)安裝在高品質(zhì)激光器的前端，實時監(jiān)測系統(tǒng)安裝在導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)的一側(cè)，安裝工具卡具安裝在高精度多維運動系統(tǒng)上，冷卻系統(tǒng)的管道連接高品質(zhì)激光器；電源系統(tǒng)和控制和操作系統(tǒng)通過電纜連接高品質(zhì)激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、高精度多維運動系統(tǒng)、安裝工具卡具、實時監(jiān)測系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；控制和操作系統(tǒng)分別控制高精度多維運動系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和高品質(zhì)激光器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光工具刃磨機(jī)，其特征在于采用二維以上的電控或 手控平移臺、偏轉(zhuǎn)臺及旋轉(zhuǎn)臺，按照一定方式組合在一起，工件在(X、Y、Z)三個直線坐標(biāo)方 向及(θχ、9y、θ ζ)三個圓坐標(biāo)方向共六維中的至少兩維以上的的方向內(nèi)進(jìn)行調(diào)整或運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光工具刃磨機(jī)，其特征在于包含一系列光學(xué)鏡片，通 過擴(kuò)束、轉(zhuǎn)折、匯集聚焦，使焦點或交平面處具有能量密度，該導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)與主工作臺面 偏轉(zhuǎn)一定的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光工具刃磨機(jī)，其特征在于激光波長或是Nd:YAG三 倍頻355nm激光，或是Nd: YAG 二倍頻532nm，或是Nd: YAG激光1064nm ；激光脈沖的脈沖寬度小于200微秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光工具刃磨機(jī)，其特征在于采用二維以上的電控或 手控平移臺、偏轉(zhuǎn)臺及旋轉(zhuǎn)臺；按照一定方式組合在一起，使工件能夠在(x、Y、z)三個直線 坐標(biāo)方向及(θχ、0y、θ Ζ)三個圓坐標(biāo)方向共六維中的至少兩維以上的的方向內(nèi)進(jìn)行調(diào) 整或運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光工具刃磨機(jī)，其特征在于高品質(zhì)激光為燈泵浦或 二極管泵浦的固體YAG激光器波長1064nm、倍頻后為532nm、三倍頻為355nm、或是光纖激光 器、或是紫外波長激光器。
專利摘要一種激光工具刃磨機(jī)。用高品質(zhì)激光代替砂輪或放電加工，對刀具、模具和類似于刀具、模具的形狀或形式工件進(jìn)行精密加工，含有以下步驟將工件裝于安裝工具卡具內(nèi)，調(diào)整被加工工件位置使之達(dá)到最合適的角度和方位；使被加工點置于激光焦點或焦平面上，開動激光和冷卻氣或冷卻液，電控或手控高精度多維運動系統(tǒng)，使加工區(qū)域按一定規(guī)律進(jìn)行位移，從而形成各種形狀的工具刃口。非接觸式加工，無砂輪磨削之壓、應(yīng)力損傷；亦無電火花磨削之放電損傷。高品質(zhì)當(dāng)激光品質(zhì)較高時可加工出鏡面光潔的刃口，無論效率還是品質(zhì)都比電火花優(yōu)越。高效率激光磨的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于放電磨和砂輪磨。易于實時監(jiān)測。
文檔編號B23K26/08GK201632768SQ20102000016
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者陳繼鋒 申請人:北京希波爾科技發(fā)展有限公司