CN100534698C - 在工件承受摩擦负载的面上产生微槽结构的激光珩磨工具 - Google Patents

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本发明涉及用于在工件的承受摩擦负载的面上产生由一些微槽构成的结构的激光珩磨工具；本发明还涉及一种用于将微槽加工到工件中的承受摩擦负载的圆柱形内表面上的、尤其是加工到内燃机缸孔的工作面上的方法。

Description

在工件承受摩擦负载的面上产生微槽结构的激光珩磨工具
技术领域
本发明涉及用于在工件的承受摩擦负载的面上产生由一些微槽构成的结构的激光珩磨工具。
本发明还涉及一种用于将微槽加工到工件中的承受摩擦负载的圆柱形内表面上的、尤其是加工到内燃机缸孔的工作面上的方法。
背景技术
这类表面例如是内燃机的发动机缸体中的孔的圆柱形工作面。这些微槽用于接收润滑剂，尤其是在内燃机活塞的上止点及下止点的区域中。
具有用于激光束引入、聚焦及偏转的装置的激光珩磨工具已公开(EP 0 565 742 B1；DE 43 16 012 C2；DE 295 06 005 U；EP 1 275 864B1)。
发明内容
本发明的任务在于：进一步改善这种激光珩磨工具。
根据本发明，提出了一种用于在工件的承受摩擦负载的面上产生由一些微槽构成的结构的激光珩磨工具，它具有：用于将一个主轴的下方敞开的空心端部连接在激光珩磨工具的工具体上及用于将激光束引入到工具体的内室中的装置；用于使激光束聚焦的装置；用于使激光束偏转大约90°的装置；一个可更换的激光束出射组件，激光束穿过一个保护玻璃被导入到该激光束出射组件中，并且该激光束又从该激光束出射组件通过一个开口出射，其中在保护玻璃与开口之间构造有一个室，一种气体通过管路输送给该室，该气体通过该开口再从室排出。
根据本发明，还提出了一种用于在工件的承受摩擦负载的面上产生由一些微槽构成的结构的激光珩磨工具，它具有：用于将一个主轴的下方敞开的空心端部连接在激光珩磨工具的工具体上及用于将激光束引入到工具体的内室中的装置；用于使激光束聚焦的装置；一个可更换的激光束出射组件，激光束穿过一个保护玻璃被引入到该激光束出射组件中，并且该激光束又从该激光束出射组件通过一个开口出射，其中在保护玻璃与开口之间构造有一个室，一种气体通过管路输送给该室，该气体通过该开口再从室排出。
有利的是，工具体中的聚焦光学装置被设置在一个可轴向移动的套筒中，该套筒具有一个穿过工具体中的一个缝槽延伸的销，该销在一个环绕着所述套筒的调节环的一个斜着延伸的槽中被导向。
有利的是，用于使激光束偏转的装置具有一个可围绕一个相对于激光珩磨工具的轴线A垂直地延伸的轴线B摆动的偏转镜。
有利的是，用于使激光束偏转的装置可相对于工具体转动。
根据本发明，还提出了一种用于将微槽加工到工件中的承受摩擦负载的圆柱形内表面上的、尤其是加工到内燃机缸孔的工作面上的方法，其中，该方法具有以下步骤：以一个公知的珩磨工具对内表面进行初珩磨；借助根据上述技术方案的激光珩磨工具引入微槽结构；对微槽边缘进行去毛刺；对内表面进行最终珩磨。
有利的是，为了去毛刺及为了最终珩磨，使用了一个具有可独立操作的第一珩磨条及第二珩磨条的双扩径工具，其中，第一珩磨条在设置有微槽的区域上延伸并且用于去毛刺，而在整个面上延伸的第二珩磨条用于最终珩磨。
有利的是，激光珩磨工具在所述孔中相对于所述孔的轴线A偏心地旋转。
有利的是，为了引入构成所述结构的这些微槽，激光束从斜上方引入到所述孔中。
附图说明
下面根据附图对本发明的实施例及其有利的进一步构型进行详细的说明。附图表示：
图1一个实施例，
图2第二实施例，
图3在用根据图1及图2的实施例加工之后接着所使用的去毛刺及精珩磨工具。
具体实施方式
图1示出了一个具有孔2的工件1，该孔具有一个圆柱形内表面3。借助一个激光束15将一些微槽6加工到该内表面3中，这些微槽在内表面3、例如内燃机的发动机缸体中的缸孔承受摩擦负载时(由于摩擦而负载)接收润滑剂。
激光珩磨工具有一个工具体5，该工具体用一些螺钉7固定在珩磨机的一个空心且向下敞开的主轴10的法兰8上。该主轴可上下运动且可转动。
激光束15以公知的装置产生，并且被从上(未显示)引入到主轴10的空心内腔11中。然后，该激光束从主轴10的下端部上的开口9入射到工具体5的内室16中并由一个聚焦光学装置17这样地聚焦，使得该激光束在一个偏转装置18的偏转镜18′上偏转后在照射到工件1的内表面3时形成点P。如果之后主轴10围绕它的轴线A转过一个确定角度，则形成一个微槽6。
聚焦光学装置17位于一个套筒20中，该套筒可轴向移动地、但不可转动地设置在工具体5中。这是这样实现的，即一个固定地设置在该套筒上的销23在一个在轴向方向上延伸的缝槽22中被导向。通过调节环19的转动进行聚焦，该调节环可转动地、但不可轴向移动地设置在工具体5上。在内部，调节环19设置有一个矩形的、螺旋状的、由此如同一个螺纹相对轴线A斜着延伸的槽21，销23配合到该槽内。因为这个销与套筒20固定地连接，所以在转动调节环19时，销23轴向地移动，且由此带有聚焦光学装置17的、与该销连接的套筒20轴向地移动。
在偏转镜18′上偏转后，激光束15穿过一个激光束出射组件30，在该激光束出射组件中设置有一个保护玻璃31。这个保护玻璃用于防止内室16被粒子污染，这些粒子在激光束15作用到内表面3上时被剥除并且从该内表面3飞溅下来。上述激光束15从激光束出射组件30通过开口32出射。该开口32的直径应尽可能如此地小，然而要大于在这个位置上的光束直径，以便有利于没有粒子可以进入到保护玻璃31与开口32之间的室35中。
用于保持保护玻璃31的、朝向开口32的表面不受污染的其它措施在于，将处于压力下的气体通过一个管路40输送给保护玻璃31与开口32之间的室35，该气体则通过开口32再从室35排出，由此，这种流动也防止了在保护玻璃31的、朝向所述内表面3的侧上由于激光作用而从在内表面3爆裂下来的粒子渗透到室35中。
调节环19可以或手动或通过一个数控控制机构调节到孔2的不同直径上。
如图所示，偏转装置18具有例如一个反射激光的偏转镜18′。但是也可以将它设计成棱镜，由此，激光束15根据全反射定律被偏转。
偏转装置18构造成可调节的，其方式是：偏转镜18′可以围绕沿垂直于绘图平面延伸的轴线B摆动。此外，该偏转装置连同轴线B可在底座25上围绕轴线A旋转。
在调节激光束15时的偏移，可以获得在偏转角相对精确90°方面的变化及激光束穿过开口32时的直径的变化。如果激光束15例如没有精确地调整在工具体5的中间，则该激光束在工具体5转动时上下漂移。在一种倾斜设置中，如在图2中仅示意性地示出的实施例中，出现其它的偏移。
如果尽管采取了相关的措施而保护玻璃31仍被污染，则可以特别简单地更换激光束出射组件30。这种快速且无需调整的更换可能性减少了生产中的停工时间。
推荐将激光珩磨工具5优选在孔2的中央这样地定位，使得该激光珩磨工具可以围绕轴线A旋转。由此，聚焦光学装置17与内表面3之间的距离及点P所处的聚焦平面保持不变。
人们也可以相对于孔2的轴线偏心地定位及旋转该激光珩磨工具。以此方式，内表面3与该激光珩磨工具之间的距离变大。当然，为此则激光珩磨工具必须同时在一个环形轨道上被导向。作为替代方案也可以是：使工件1围绕激光珩磨工具旋转。
在如图2中所示的实施形式中，将激光束15倾斜地从外部上方引入到孔2内。在此情况下，激光珩磨工具则在孔2外部定位。激光束15不像图1中所示的那样进行偏转。
这样地进行操作：首先以通常方式对孔2进行初珩磨；然后用所述的激光珩磨工具引入由一些微槽6构成的结构；随后在另一个处理过程中对内表面3去毛刺，也就是除去在微槽6边缘上的毛刺；然后进行最终珩磨。
上述去毛刺及最终珩磨可以借助一个唯一的去剔毛刺及珩磨工具进行，该去毛刺及珩磨工具构造成根据图3的双扩径工具。该双扩径工具具有一个工具体51，该工具体设置有一些径向缝槽，在这些缝槽内交替地设置有一些具有用于去毛刺的短的切削层60的第一珩磨条52及一些具有用于最终珩磨的长的切削层61的第二珩磨条53。短的珩磨条52用于对在活塞的上止点附近区域中的微槽6的边缘去毛刺，该活塞可上下运动地设置在内燃机的孔2中。短珩磨条52用于对微槽6的边缘去毛刺。为此，如果例如仅在上部区域中(活塞的上止点附近)在内表面3上施加微槽，则只需要短的珩磨条。
在扩径杆54上设置有一些圆锥形的面54′，这些面54′与在珩磨条52上的圆锥形的面52′共同作用，如果移动该扩径杆54，则这些珩磨条52径向向外移动。此时可去毛刺。扩径杆55设置有一些圆锥形的扩径面55′，这些扩径面与在第二珩磨条53上的圆锥形的面53′共同作用，如果反之移动扩径杆55，则第二珩磨条53径向向外移动。此时进行最终珩磨。在扩径杆54或55向上运动时，珩磨条52或53由复位弹簧56径向向内拉。
参考标号清单
1工件                        25底座
2孔                          30激光束出射组件
3孔2的圆柱形内表面           31保护玻璃
5工具体                      32开口
6在3中的微槽                 15 31与32之间的室
7螺钉                        40管路
8法兰                        50用于去毛刺及最终珩磨的工具
9部件10的下端部上的开口      51部件50的工具体
10主轴                       52第一珩磨条(短的)
11部件10的内腔               52′部件52上的圆锥形的面
15激光束                     53第二珩磨条(长的)
16部件5的内室                53′部件53上的圆锥形的面
17聚焦光学装置               54用于部件52的扩径杆
18偏转装置                   54′部件54上的圆锥形的面
18′偏转镜                   55用于部件53的扩径杆
19调节环                     55′部件55上的圆锥形的面
20套筒                       56复位弹簧
21槽60部件                   52上的切削层(短的)
22 5中的缝槽                 61部件53上的切削层(长的)
23销

Claims (10)

1.用于在工件(1)的承受摩擦负载的面(3)上产生由一些微槽(6)构成的结构的激光珩磨工具，它具有：
a)用于将一个主轴(10)的下方敞开的空心端部(9)连接在激光珩磨工具的工具体(5)上及用于将激光束(15)引入到工具体(5)的内室(16)中的装置(7，8)；
b)用于使激光束(15)聚焦的装置；
c)用于使激光束(15)偏转大约90°的装置(18，18′)；
d)一个可更换的激光束出射组件(30)，激光束(15)穿过一个保护玻璃(31)被导入到该激光束出射组件中，并且该激光束又从该激光束出射组件通过一个开口(32)出射，其中保护玻璃(31)设置在激光束出射组件(30)中并且在保护玻璃(31)与开口(32)之间构造有一个室(35)，一种气体通过管路(40)输送给该室，该气体通过该开口(32)再从室(35)排出。
2用于在工件(1)的承受摩擦负载的面(3)上产生由一些微槽(6)构成的结构的激光珩磨工具，它具有：
a)用于将一个主轴(10)的下方敞开的空心端部(9)连接在激光珩磨工具的工具体(5)上及用于将激光束(15)引入到工具体(5)的内室(16)中的装置(7，8)；
b)用于使激光束(15)聚焦的装置；
c)一个可更换的激光束出射组件(30)，激光束(15)穿过一个保护玻璃(31)被引入到该激光束出射组件中，并且该激光束又从该激光束出射组件通过一个开口(32)出射，其中保护玻璃(31)设置在激光束出射组件(30)中并且在保护玻璃(31)与开口(32)之间构造有一个室(35)，一种气体通过管路(40)输送给该室，该气体通过该开口(32)再从室(35)排出。
3.根据权利要求1或2的激光珩磨工具，其特征在于，所述用于使激光束(15)聚焦的装置是工具体(5)中的聚焦光学装置(17)，该聚焦光学装置被设置在一个可轴向移动的套筒(20)中，该套筒具有一个穿过工具体中的一个缝槽(22)延伸的销(23)，该销在一个环绕着所述套筒的调节环(19)的一个斜着延伸的槽(21)中被导向。
4.根据权利要求1的激光珩磨工具，其特征在于，用于使激光束(15)偏转的装置(18)具有一个可围绕一个相对于激光珩磨工具的轴线(A)垂直地延伸的轴线(B)摆动的偏转镜(18′)。
5.根据权利要求4的激光珩磨工具，其特征在于，用于使激光束(15)偏转的装置(18)可相对于工具体(5)转动。
6.用于将微槽(6)加工到工件(1)中的孔(2)的承受摩擦负载的圆柱形内表面(3)上的方法，其特征在于，该方法具有以下步骤：
a)以一个公知的珩磨工具对内表面(3)进行初珩磨；
b)借助根据权利要求1～5中的一项的激光珩磨工具引入微槽(6)结构；
c)对微槽(6)边缘进行去毛刺；
d)对内表面(3)进行最终珩磨。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，为了去毛刺及为了最终珩磨，使用了一个具有可独立操作的第一珩磨条(52)及第二珩磨条(53)的双扩径工具(50)，其中，第一珩磨条(52)在设置有微槽(6)的区域上延伸并且用于去毛刺，而在整个面上延伸的第二珩磨条(53)用于最终珩磨。
8.根据权利要求6或7的方法，其特征在于，激光珩磨工具在所述孔(2)中相对于所述孔的轴线(A)偏心地旋转。
9.根据权利要求6的方法，其特征在于，为了引入构成所述结构的这些微槽(6)，激光束(15)从斜上方引入到所述孔(2)中。
10.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述圆柱形内表面(3)是内燃机缸孔的工作面。
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