CN102189335B - 用于制造旋转对称工具的激光加工装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造旋转对称工具的激光加工装置和方法，即一种用于从坯料(27)制造工具的方法和装置，其中特别地，所述工具是绕纵轴线(L)旋转的旋转工具。该旋转工具包括至少一个切削边(60)和缺口凹槽(61)。优选地，该旋转工具在操作区(63)中其横截面关于其纵轴线(L)径向对称。它使用激光加工装置(20)借助于具有如方形轮廓的脉冲区(55)的激光扫描器通过激光烧蚀从圆柱状坯料(27)专门制造。激光束脉冲(24)在脉冲区(55)内被引导至多个沿预定脉冲路径(B)设置的冲击区(25)上。该脉冲区(55)像工具一样沿坯料(27)的表面(26)运动。于是缺口凹槽(61)和接下来的切削边(60)通过材料的升华由坯料(27)形成。支撑坯料(27)的工具保持件(18)与传送激光束脉冲(24)的激光头(19)之间的相对运动，通过具有多个轴线的定位装置(30)实现。

Description

用于制造旋转对称工具的激光加工装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年3月15日提交的德国申请NO.102010011508.8-34的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于用坯料制造工具特别是制造旋转地对称工具的激光机械加工装置和方法。该坯料具有一个或多个缺口凹槽、切削边、切削面和端侧翼。坯料还可包括多个材料层或多个结合构件，如硬金属轴和金刚石工具插件。

背景技术

对于这些坯料的加工来说，多种烧蚀(ablation)方法是已知的，例如磨削。磨削极硬材料，如CVD(化学气相沉积)金刚石的多晶金刚石(PKD)，在技术和经济方面受到限制。特别是对于极小的尺寸而言，只有某些缺口凹槽几何结构能通过磨削来制造。另外，作用在坯料上的力非常大，可能引起不希望的变形。使用短脉冲激光的激光烧蚀在制造例如工具中为经济地加工这些材料提供了新的可能性。

但高质量工具的制造仍存在问题。现有技术中，已知的激光系统通过激光扫描仪扫描工具轮廓，其中坯料相对于扫描仪是固定的。这些激光扫描仪在扫描坯料期间，通过单独的激光束脉冲，以极高的扫描速度运行。但是，可获得的精度不能满足当前需要。另外，处理中形成的表面和边缘偏离直线路线并且具有不均匀的锯齿状路线。

此外，已知的激光加工装置中，激光沿着相对于坯料的加工轴线移动。尽管以这种方式能获得更高精度和更高质量的形成于坯料上的表面和边缘，但借此可实现的烧蚀率是低的。这是因为加工轴线的动力学和速度有限。为提高加工轴线的动力学，需要大的努力和花费，这使得激光加工装置非常昂贵。

一种用于激光加工坯料的方法和装置从例如DE29908385UI已知。该装置包含用于产生激光脉冲的激光器。通过驱动单元，激光器和/或工具坯料保持件沿激光器光轴线方向移动并横穿激光器光轴线。加工中激光束沿着在待被去除表面的整个宽度上的多个相邻或重叠线移动。材料因此在激光脉冲的冲击区处逐点地被去除。为获得连续的材料烧蚀，冲击区覆盖5-25％。在高频脉冲激光下，相应地大的行进速度是必须的。如已所述的，此过程中的烧蚀率是低的，并且加工时间相应地长。

WO2006/038017A2中描述了激光加工装置的两个不同的实施方案。第一实施方案中，利用激光扫描仪，形成了用于激光脉冲的多个相邻冲击区的脉冲区。材料烧蚀发生在脉冲区内的激光脉冲的冲击区。第二实施方案中，不影响实际材料烧蚀，却切断了坯料。首先穿过坯料钻开一个通道。完成通道后，在一次掠扫中启动推进运动以切削坯料。这对应于起初描述的激光加工的变体。

DE102007012815AI公开了一种方法，其中激光束冲击的冲击区沿网格状图案通过扫描仪设置。重叠在其上，在网格状图案和冲击区之间的一维或二维相对运动可得到执行。该重叠的相对运动应当比通过扫描仪形成的激光脉冲的路径移动更快。但如何可获得这种快的重叠运动没有公开。已知的加工轴线不能提供这样的运动。

基于这些已知的方法和装置，本发明的目的在于提供一种改进的用于制造工具的方法和激光加工装置。

发明内容

本发明涉及一种用于从坯料(27)制造工具的方法和装置，其中特别地，所述工具是绕纵轴线(L)旋转的旋转工具。该旋转工具包括至少一个切削边(60)和缺口凹槽(61)。优选地，该旋转工具在操作区(63)中其横截面关于其纵轴线(L)径向对称。它使用激光加工装置(20)借助于具有如方形轮廓的脉冲区(55)的激光扫描器通过激光烧蚀从圆柱状坯料(27)专门制造。激光束脉冲(24)在脉冲区(55)内被引导至多个沿预定脉冲路径(B)设置的冲击区(25)上。该脉冲区(55)像工具一样沿坯料(27)的表面(26)运动。于是缺口凹槽(61)和接下来的切削边(60)通过材料的升华由坯料(27)形成。支撑坯料(27)的工具保持件(18)与传送激光束脉冲(24)的激光头(19)之间的相对运动，通过具有多个轴线的定位装置(30)实现。

根据本发明，提供一种脉冲激光器，其产生具有预定脉冲频率的激光束脉冲。通过再导向(redirecting)装置，激光束脉冲特别地以固定的预定次序被引导至坯料表面的多个撞击区上。这些预定撞击区在坯料表面上形成二维冲击区。通过这种方式，产生激光束脉冲序列，其被引导至脉冲区内互相不同的冲击区上。该序列以预定次序重复。

定位装置，可与激光器一起，沿待形成的边或表面区在相对运动方向移动坯料和/或再导向装置。此处，脉冲表面以定位装置所设置的速度移动以便在坯料表面上的相对运动。通过这种方式，材料烧蚀在脉冲表面区完成，其相对坯料像工具一样移动。因此，一方面，获得高烧蚀率，另一方面，可制造非常精确的边和具有小偏移量或不精确的期望路线的表面路线。坯料中形成至少一个缺口凹槽和至少一个切削边，其中优选首先形成缺口凹槽。通过这种方式，额外成形，并且尤其是，材料烧蚀工艺可省略。工具可通过激光烧蚀由坯料专门制造。特别地，可以制造小型旋转工具，其直径小于2mm或甚至小于0.5mm。

本发明组合两种激光加工方法，目前这两种方法可以替代使用。快速扫描透镜用来形成脉冲区。扫描透镜不是沿期望的待成型的表面或边的轮廓定位激光束脉冲，而是它将激光束脉冲引导至脉冲区的碰撞区上。脉冲区通过加工轴线相对于坯料的同时相对运动，确保了期望精度，以保持表面和边路线与预定路线仅有小的偏差。

在形成缺口凹槽的材料烧蚀期间，脉冲区和坯料之间的相对运动的方向，在缺口凹槽的轴侧端颠倒。激光束脉冲在方向颠倒期间关闭，或者在脉冲区中激光脉冲的碰撞区的数量和/或位置改变，以在凹槽端部处获得期望的凹槽形状。

相反，在形成切削边时脉冲区和坯料之间的相对运动被保持，使得坯料表面上的脉冲区没有停止，从而可称为连续相对运动。例如，如果在相对运动的方向颠倒期间发生短暂停止，则脉冲区在此停止期间将处在坯料外。甚至仅一部分脉冲区碰撞坯料表面上时，相对运动就执行而不停止。

优选地，首先形成缺口凹槽或全部缺口凹槽。通过这种方式，能够减少用于随后形成该至少一个切削边所需的材料烧蚀。而且，由此获得具有微小不平坦度或相应地粗糙度的切削边路线。在缺口凹槽形成之后且切削边形成之前，能够紧邻着通过形成切线边所提供的自由区形成释放位置凹陷。释放位置凹陷便于建立约15°到30°范围的大的隙角(clearanceangle)。

用于形成切削边的激光束脉冲强度可比用于缺口凹槽的更小。在一优选实施方案中，激光束脉冲可被束均匀化。因此激光束脉冲中的能量分布在整个激光束脉冲的横截面区域上并因此在整个冲击区上是均匀的。工具制造过程中坯料的加热可因此进一步得到降低，并且热损伤尤其是变形可得到避免。这在制造高度精细工具如微型工具方面尤其重要。

定位装置可包括旋转轴线，其与待加工的圆柱状坯料的纵轴线一致。在加工缺口凹槽期间和或加工两个缺口凹槽之间时，坯料绕其轴线旋转。通过这种方式，能够制造缺口凹槽，其在至少节段延伸横过坯料的纵轴线延伸，如螺旋式缺口凹槽。

优选使用频率在1和10MHz之间的脉冲激光器。

优选地，定位装置，至少有时并且至少在制造缺口表面或自由表面期间，调节激光束脉冲的行进方向与坯料上待形成的表面之间的倾角大于零。激光束脉冲此处优选与相对运动方向呈直角延伸。脉冲区定向成横向于待形成的表面区。通过以相对于待被形成的表面区一定倾斜度而定向的激光束脉冲，在材料烧蚀期间提供了另外的自由空间，这改善了形成在烧蚀区的等离子体的去除。在程序开始时，倾角可为零，并且在达到程序的预定阶段时，该角度可增加。

例如可根据坯料的材料调整倾角。倾角可在0度和45度之间的区域，优选地在5度至25度的范围。通过定位装置，倾角也可在坯料的加工期间改变，并被调整到期望值。特别地，如果坯料包含若干层不同材料，且被加工的材料在加工过程期间改变，则给定的倾角可调节至不同值以适于不同材料。

脉冲区可具有基本长方形(oblong)轮廓。形成脉冲区的冲击区在长方形轮廓内彼此紧邻设置，以便通过激光束脉冲使形成在冲击区处的若干坑接触长方形轮廓。以另外方式表示，脉冲区的外冲击区沿方框线设置。替代长方形脉冲区，还可以设置其他多边形区、椭圆区或圆形区或环形片段区。脉冲区的形状可适于待完成的材料烧蚀和从坯料待形成的工件的期望轮廓。

脉冲区的尺寸在建立缺口凹槽期间可变。例如，脉冲区随缺口凹槽深度的增加可变小。通过这种方式，缺口凹槽的不同几何形状能够以简单方式形成。脉冲区可减小成脉冲线或单个冲击区。

再导向装置将激光束脉冲优选引导朝向沿预定脉冲路径设置的脉冲区。脉冲路径取决于脉冲区的形状，并且优选地具有折线或螺旋路线。此处，脉冲路径可包括作为起点的冲击区和作为终点的冲击区，其中，终点设置在脉冲区的边缘处，位于待形成的轮廓内。包括终点的路径段优先地沿相对运动的平行或切线方向延伸。在从终点到起点的重置运动期间，经过相对大的调整距离，该距离显著大于沿脉冲路径的两个连续冲击区之间的其他调整路径。因为激光脉冲的定位精度受限于再导向装置，且再导向装置易于超调，所以重置运动的运动方向被引导远离待形成的边缘和/或区域。通过这种方式，避免了对被加工的轮廓的定量负冲击。

沿脉冲路径的两个连续冲击区之间的距离可按需求预定，尤其是通过选取脉冲频率的调节值和再导向装置的调节速度。

两个连续激光束脉冲可被引导至脉冲区中的不同撞击区上。替代地，还可以将两个或更多个激光束脉冲的脉冲序列引导至相同的冲击区，并且只有下一脉冲序列到不同冲击区上。引导至一个冲击区上的单个脉冲能量或脉冲序列能量是预定的并且根据使用的脉冲数量来分配。包含在脉冲序列中的激光束脉冲数量越多，单个激光束脉冲含有的能量越小。

覆盖待形成表面区的坯料材料部分的去除，有利地在基本平行于脉冲表面区延伸的若干烧蚀层中逐层发生。烧蚀层-沿激光束辐射方向-的厚度取决于激光的脉冲频率和脉冲表面区相对于坯料的相对速度。可获得几百毫米的层厚。烧蚀层在待形成的表面区前横向延伸。

在每一烧蚀层烧蚀后，激光束脉冲的聚焦优选通过聚焦透镜系统或定位装置调节或分别调整。

而且，另外的加工参数以依赖材料的方式来设置。例如，激光脉冲的强度在材料烧蚀期间可变。通过这种方式，可降低期望工具形状的偏差。

通过工艺气体供给器，工艺气体流可被引导至坯料上。工艺气体流有利地以一定倾角引导至脉冲表面区上。升华期间形成的等离子体通过工艺气体流从激光的加工区移除。优选地，工艺气体供给器包括若干间隔的工艺气体喷嘴，每个喷嘴将部分流从不同方向引导至脉冲表面区附近的加工区上。

附图说明

本发明的有利特征可从本发明的附图例子中明显看出，其中：

图1是激光加工装置示例性实施方案的方框图；

图2是激光加工装置示例性实施方案的示意性侧视图；

图3-5是脉冲表面区的各种形状；

图6是两个冲击区的示意性截面图；

图7是制造缺口凹槽期间坯料的横截面表示；

图8是形成切削边之前在外侧处材料烧蚀期间坯料的横截面表示；

图9是在制造切削边期间坯料的横截面表示；

图10是以透视示意表示的坯料，具有沿纵轴线方向延伸的缺口凹槽；

图11是以透视示意表示的坯料，具有与纵轴线呈一定角度延伸的缺口凹槽；

图12是图10和11所示的在轴处在缺口凹槽端部的区域中纵向剖面的坯料，和示意性地坯料与脉冲表面区之间的相对运动；

图13是具有螺旋缺口凹槽的坯料的示意图；

图14图示地描述了随时间变化的激光束脉冲或相应地脉冲序列的强度；

图15是激光加工装置的另一实施方案的示意性表示，该装置包括示意性的真空室，类似于方框图；

图16是根据图14的示例性实施方案变形的示意性方框图表示；

图17是完成工具的操作区的透视局部图，其具有邻近切削边形成的支承基座；和

图18是完成工具的操作区的透视局部图，其具有邻近切削边的缺口引导台。

具体实施方式

图1示意性地显示了激光加工装置20。该激光加工装置具有脉冲激光器21，脉冲激光器21产生脉冲激光束22并将其供给具有再导向装置23的激光头19。再导向装置23能改变所提供的激光束脉冲的方向，并因此将激光束脉冲24引导到坯料27的表面26上的预定冲击区25上。再导向装置23也可被称为扫描器装置。它还包括聚焦透镜系统28。坯料27支撑在调节区(accommodationarea)47中的工具支撑件18上。

激光加工装置20还包括控制单元29，其控制定位装置30，通过定位装置30，可调节和改变激光头19与坯料27之间的相对位置。定位装置30的直线轴线和旋转轴线的数量可以变化。

激光束加工装置的一个示例性实施方案在图2中以侧视图显示。激光加工装置20，基座部件31形成机床。为此，在基座部件31上，安装有第一导轨32，通过其，箱体33在机床上在第一方向X能够移动。在第一箱体33上，工具支撑件18支撑成沿第二方向z可移动。第二方向z与第一方向x呈直角延伸。因此，在第一箱体33上，设置第二导轨34，其在第二方向z延伸，并且其上可移动地支撑第二箱体35。在第二箱体35上，布置第一枢转装置36，其枢转轴线37沿第三方向y延伸，第三方向y与第一方向x垂直并且也与第二方向z垂直。第一枢转装置36携载具有第二枢转轴线39的第二枢转装置38。第二枢转装置38的第二枢转轴线39相对第一枢转轴线37以直角延伸。用于接合坯料27的工具保持件18在示例性实施方案中与第二枢转轴线39共轴延伸。接合在工具保持件18内的圆柱状坯料因此与第二枢转轴线39共轴支撑。当第二枢转装置旋转时，坯料27沿其纵轴L旋转。

在基座部件31上，布置有另一第三导轨40，在其上，支撑激光头19的第三箱体41支撑成在第三方向y可移动。第三箱体41包括上部42，激光头19设置于上部42内。激光束脉冲24在基座部件31的方向引出并进入调节区47中。

箱体33、35、41例如可直线移动。

脉冲激光器21产生的激光束在管状激光束管43内从激光器21延伸至激光头19。第一管部43a沿第三方向Y在基座部件31内延伸。第一管部43a为伸缩管形式，以便于使第一管部43a的长度适合第三箱体41在第三方向Y的移动。第二管部43b通过再导向镜44a连接到第一管部43a。第二管部43b从基座部件31延伸进入第三箱体41直至其上部42。在那里，它通过第二再导向镜44b连接到第三管部43c，在第三管部43c端部处设置有激光头14。

定位装置30包括驱动装置，通过驱动装置移动和定位箱体33、35、41和枢转装置36、38。通过这种方式，可根据控制单元29提供的控制信号由定位装置30调节激光束脉冲24和坯料27之间的相对位置和相对运动。例如转矩马达可用作枢转驱动器，并且优选地直线驱动器例如直线马达轴和优选地直接驱动器用作用于箱体33、35、41运动的驱动器。定位装置30提供激光头19和工具保持件18之间并因此与通过工具保持件18所接合的坯料之间的相对运动。该相对运动可遵循由所述三个方向x、y、z所限定的空间内的任意路径。

不同于所示的示例性实施方案，激光头19还可布置成关于基座部件31不可移动。第三方向y上激光头19和工具保持件18之间的相对运动，可然后通过在基座部件31和第一箱体导轨32之间或者在第一箱体导轨32与第一箱体33之间设置的另一箱体来获得。可另外提供另一第三枢转轴线和相关联的枢转装置。在更简单的激光加工装置中，还可减少加工轴线的数量。

控制单元29还可控制激光头19，例如以调节用于加工坯料27的操作参数或改变它们。该操作参数可以是，例如，激光脉冲24的强度I和/或激光器21的脉冲频率f和/或聚焦透镜系统28的焦距。频率范围可从1MHz延伸到10MHz，或者它可仅包括该频率范围内的部分范围。

激光加工装置20还具有工艺气体供给器45和工艺气体吸取设备46，用于在调节区47处产生工艺气体流P。工艺气体流P用来去除激光烧蚀期间材料升华形成的等离子体。被加工坯料27的区域内的等离子体云会降低材料烧蚀的效率，因为包含在激光束脉冲内的部分能量已经被等离子体吸收。通过去除来自坯料27的等离子体，确保了通过激光束脉冲的不受抑制的材料烧蚀。

如从第二方向z所见，工艺气体吸取气体设备46例如设置在待被加工的坯料27的水平处，坯料27在如图2中由虚线示出在可能的加工位置。工艺气体流P大约在第三方向y从坯料27延伸至工艺气体吸取设备46。工艺气体供给器45优选邻近激光头19设置。如图2所示，激光头19和工艺气体供给器45并排设置在第三箱体41的上部42上。从工艺气体供给器45泄放的工艺气体因此以一定角度被引导向待被加工的坯料27。工艺气体流P在工艺气体供给器45和坯料27之间延伸，例如，相对于与第一方向x和第三方向y所限定的平面呈一定角度。工艺气体供给器45可包括一个或多个工艺气体喷嘴52。在此处的示例性实施方案中，三个工艺气体喷嘴52并排设置在第一方向x上。每个工艺气体喷嘴52泄放部分流，该流被引导朝向被加工的坯料27区域附近。还可设置可枢转工艺气体喷嘴52，其可调节以便控制来自喷嘴52的工艺气体的流向。工艺气体吸取设备46在第三方向y与第三箱体41一起可移动。此外，工艺气体吸取设备46还可支撑在箱体41上，从而在第二方向z和/或第一方向x上可调节。

如图15、16所示的示例性实施方案中，替代地，对于工艺气体流P的产生，设置真空室48，在真空室48中，设置有用于坯料27的调节区47和工具保持件18。通过吸取线路49，真空室48被连接到真空泵50，使得可在调节区47中形成真空。再导向装置23可然后设置在真空室48内(图15)，或替代地设置在真空室48的外部，例如如图2、图16所示。在这种情况下，真空室48需要处在对于所应用的激光波长可透过的激光脉冲24的入口区51的区域内。

通过再导向装置23，激光束脉冲24在脉冲区55的区域内被引导在坯料27的表面26上。激光束脉冲24在冲击区25处碰撞到表面26上，并在那里引起材料烧蚀，藉此形成漏斗状坑56，如在图6中示意性所示。在这种情况下，坑的中心点或分别地中心轴线被指定作为冲击区25。多个预定间隔的冲击区25形成脉冲区55。

控制装置29为再导向装置23提供脉冲路径B，用于设置随后的脉冲区25。再导向装置23将激光束脉冲24相继引导到脉冲路径B的冲击区25上。脉冲路径B的路线取决于脉冲区55的形状，并且在根据图3的长方形(oblong)脉冲区55中具有曲折形式，其包括直线路径节段57。冲击区25的拐点处的脉冲区55形成起点S，其从边缘60或自由表面62’间隔开。从起点S开始，激光束脉冲24沿脉冲路径B布置于脉冲区的对角地相反角处的冲击区25，其产生脉冲路径B的终点E。

包括终点E的脉冲路径的路径段57，在切削边的制造中平行于邻近边60的缺口或自由表面62’延伸。该路径段57与待被形成的边缘60或自由表面区域62’直接毗接。在到达终点E时，在再导向装置23中启动重置运动，而激光束脉冲24则再次置于开始于起点S的脉冲路径B上。重置运动发生在离开待被形成的轮廓60、61的方向。在图3到5中用虚线表示。

沿脉冲路径B的两个相继冲击区25之间的距离A，由激光器21的脉冲频率f和再导向装置23的调节速度决定。在改变脉冲路径B的方向期间，距离A也可以改变。

如果脉冲区55具有圆的、椭圆的或其他弯曲形状，则包括终点E的路径段还可相对于待被形成的轮廓60、61切向延伸(图4)。脉冲路径B此时为螺旋状。脉冲区55还可以是环形节段形式(图5)。

代替沿弯折或蛇形路线排列相继的激光束脉冲24，还可以选择存储在控制单元29内的其他脉冲路径，其中所有限定的冲击区25从起点S到终点E陆续出现。优选地，起点S和终点E尽可能大地彼此间隔，工艺气体从终点E朝向起点S流动。

在优选示例性实施方案中，只有一个激光束脉冲24引导到每个冲击区25上，而下一个激光束脉冲引导到脉冲区55的另一个冲击区25上。这种过程在图14中的图的上部示出。两个相继激光束脉冲24之间的时间距离与激光器21的瞬时脉冲频率f的逆。脉冲激光器21可以是毫微(nano)秒、微微(piko)秒或毫微微(fempto)秒激光器形式。

如果相继激光束脉冲24被引导到不同冲击区25上，则这些激光束脉冲24具有不同强度I1。如在图14的另两幅图所示，在下一个冲击区25被处理前，也可将两个或更多个激光束脉冲24引导到冲击区25上。换句话说，在相继脉冲序列65被引导到另一冲击区25上之前，再导向装置23将若干激光束脉冲24的脉冲序列65引导到冲击区25上。这种情况下包含在脉冲序列65的能量和对冲击区25的影响，应与具有强度I1的单个激光束脉冲24的相当。因此，脉冲序列65的单个激光束脉冲24的强度I得到降低。在此处所示的示例性实施方案中，激光脉冲序列65的总强度I是恒定的。因此，单个激光束脉冲24的强度I为脉冲序列65的对应于强度I1除以由包含在脉冲序列65内的激光束脉冲24的数目的商。

坑(焊口)56的直径D取决于冲击区25处激光束脉冲24的有效直径，其由聚焦透镜系统28预定并且优选地调节到某个值，但在加工期间其也可以改变。

激光头19也可包括用于将脉冲激光束22的束均匀化的装置66。用于束均匀化的装置66在激光束脉冲的剖面区域上提供更均匀的能量分布。折射或衍射的束均匀化器可用作装置66。通过这种方式，还能够获得非均匀性小于2％的长方形(oblong)强度轮廓。使用这种用于束均匀化的装置66，单个激光束脉冲24的脉冲侧翼非常陡，如在图14中示意性所示。围绕激光点区域中的冲击区2，获得了待被烧蚀材料的均匀升华。通过这种方式，待被加工的坯料27的加热进一步降低。

尽管通过再导向装置23，二维空间有限脉冲区55得到加工，但是同时定位装置30在坯料27的表面26上引起脉冲区55的相对运动。换句话说，通过激光束脉冲24的冲击区25由脉冲区55形成的材料烧蚀区以预定的相对速度Vrel运动。

在图7至9中，示出三种方法步骤，用于从圆柱状的坯料27形成具有一个或若干切削边60和一个或多个缺口凹槽61的旋转工具。

在根据图7的第一方法步骤中，缺口凹槽61形成在坯料27中。为此，通过脉冲区55在坯料27的表面上的运动，材料逐层59被去除，从而形成期望的缺口凹槽61。脉冲区55的尺寸可变。通过这种方式，脉冲区55的尺寸可适应待被形成的缺口凹槽61的期望形状。例如，关于朝向槽底部变窄的缺口凹槽61，脉冲区55的尺寸可从一个烧蚀层59到下一个烧蚀层59变小。随着脉冲区55沿坯料27移动，缺口凹槽61可被赋予几乎任意形状。具有钝角或锐角的边可形成在缺口凹槽61内。并且可以在一个或若干个槽侧翼上底切。在图10、11和13中，示意性显示不同形式的缺口凹槽61。

缺口凹槽61可平行于纵轴线L延伸(图10)。与此不同，缺口凹槽61还可相对于圆柱状坯料27的纵轴线L以一定角度延伸。在图11的实施方案中，缺口凹槽61沿直线延伸，其中凹槽的边缘与平行于圆柱状坯料27的纵轴线L延伸的线成锐角。在另一工具中，形成的缺口凹槽61可在纵轴线L方向上螺旋延伸。该实施例在图13中示意性地示出。

从坯料27待被制造的工具包括轴62，缺口凹槽61和具有切削边60的工作区63沿其延伸。轴62和工作区63可以是相互连接在一起的两个不同部件。例如，坯料27可以是设置在硬材料轴62中的销形式。该销可以是多晶金刚石(PKD)或CVD-金刚石(化学气相沉积)的金刚石工具插件。替代地，轴62和工作区63可由单件材料部件形成，而没有接头或连接区。

在邻近轴62的缺口凹槽端64的区域内，在从纵轴线L径向测量时，缺口凹槽61的深度变小。缺口凹槽61可朝缺口凹槽端64例如以斜坡形式延伸。为形成具有斜坡状缺口凹槽端64的缺口凹槽61，脉冲区55沿待被形成的缺口凹槽61在坯料27上移动多次，如在图12中示意性所示。随着脉冲区55在相对移动方向V上的每一次移动，烧蚀层59被去除。烧蚀层59关于纵轴线L在径向上布置在另一层的上部。随着脉冲区55的第一相对运动，从坯料27的自由端67在朝向轴端64的方向上材料烧蚀发生。在到达缺口凹槽端64时，脉冲区55和坯料27之间的相对运动的运动方向必须颠倒。在该运动颠倒时，激光束脉冲24被关闭。只有在相对运动方向V已经颠倒，并且该去除的烧蚀层的终点68和新烧蚀层59的起点69之间的位移dS在缺口凹槽方向上完成时，激光束脉冲才再次被开启。位移dS的量取决于凹槽64的轴侧端部处的凹槽底部的期望间距。在脉冲区55从缺口凹槽64的轴侧端部移动到自由端67时，这种相对运动的方向的颠倒仅在脉冲区55离开坯料27时发生。在自由端67处运动方向颠倒时，关闭激光脉冲24是不必要的。当在轴侧缺口凹槽端64的区域中的凹槽基的变化间距待要实现时，烧蚀层的终点68与相继烧蚀层的起点69之间的位移dS可取决于凹槽深度--长度不同。

在根据图7的第一方法步骤中的示例性实施方案中，形成了两个缺口凹槽61。在标识区63内获得的坯料27的横截面形状关于纵轴线L径向对称。

在根据图8的第二可选方法步骤中，邻近待形成的缺口凹槽61的外部70处存在材料烧蚀。在示例性实施方案中，圆柱状坯料27的初始壳表面的节段径向向内烧蚀，从而产生清除凹陷(clearingrecess)71。在关于纵轴线L的径向上测量，烧蚀深度是恒定的。脉冲区55在处理中沿坯料27的纵轴线L移动多次。烧蚀层因此在径向上布置在另一层的上部。

为减少接下来形成切削边60所需的材料烧蚀，清除凹陷71的形成是必要或有利的。这可以是例如用于建立大自由角的情况。如果缺口凹槽61在周缘方向非常大，或者如果有足够的缺口凹槽61，则可以省略根据此处提供的第二方法步骤在外部70处形成清除凹陷71。

随后，在第三方法步骤(图9)中，制造所述至少一个切削边60。在此处描述的示例性实施例中，提供两个切削边60。在生成切削边60的过程中，形成清除空间(clearingspace)72。清除空间72设置在清除凹陷71和缺口凹槽61之间。缺口引导区73设置成相邻在缺口凹槽61中的切削边60。在制造缺口凹槽61的结构时，缺口引导区73已经形成。

在制造清除空间72或分别地切削边60的过程中，只要脉冲区55的至少一部分到达坯料27的表面26，脉冲区55和坯料27之间的相对运动就从不为零。关于此，形成非常平的边和区。特别地，在制造切削工具的切削边60时，平滑的平坦路线非常重要。

在制造切削边60的过程中，通过定位装置30，可建立激光束脉冲24的束方向R和设置有清除空间72的平面F之间的倾角。由于清除空间72的弯曲表面轮廓，平面F关于脉冲区55工作的区域是纵向平面。倾角α通过控制单元29预定，且在加工期间可改变。例如，倾角α可适于待加工坯料27的材料。

在另一可选方法步骤中，在制造切削边或另外的边60之后，可沿切削边60在缺口引导区73内形成缺口引导台阶75，以便在加工操作期间改善缺口的制动(brakingoff)(图18)。此外，在坯料27的初始外表面区内可保持支撑斜面76，其布置在绕纵轴线L与切削边60有相同半径或稍小半径上。支撑斜面76设有微结构。特别地，该支撑斜面在其径向外表面处设有若干凹入凹陷77，在工具操作期间，冷却剂可收集在该凹入凹陷77内。通过这种方式，可降低摩擦力并可延长工具寿命。图17中，这些凹陷以夸张的尺寸示意性示出。

在工具制造过程中，烧蚀层62的烧蚀率可通过激光束脉冲24的强度I来改变。例如，强度I可在制造缺口凹槽61期间和/或制造清除凹陷71期间比在制造切削边60和清除空间72期间更大。烧蚀层59的层厚相应改变。而且，其他参数，如脉冲区55和坯料27之间的相对速度可在不同的方法步骤期间设置为不同，因为对边路线或表面的平坦度的需求不同。大的不平坦度在缺口凹槽61中可比在切削边60处得到容忍。

定位装置30和/或聚焦透镜系统28确保：在去除烧蚀层59后，聚焦位置适于下一烧蚀层59，因为，通过去除烧蚀层，坯料27的表面26与激光头19之间的距离通过去除的烧蚀层59的层厚改变。这在每一烧蚀层59去除结束时调节。

本发明涉及一种从坯料27制造工具、尤其是绕其纵轴线L旋转的旋转工具的方法和装置。该旋转工具包括至少一个切削边60和缺口凹槽61。优选地，旋转工具在其工作区63中横截面关于纵轴线L对称。其工作区63由激光加工装置20从圆柱状坯料27专门制造。激光加工装置20通过激光扫描器产生例如长方形(oblong)形状的脉冲区55。激光束脉冲24在脉冲区55内遵从具有多个冲击区25的预定脉冲路径B。该脉冲区55沿坯料27的表面26像工具一样移动。在此过程中，缺口凹槽61和随后的切削边60通过坯料27的材料升华而加工。工具支撑件18和提供激光束脉冲24的激光头19之间的相对运动由具有多个轴线的定位装置30来实现。在制造缺口凹槽61期间的操作参数不同于在制造切削边60期间的加工参数。激光束脉冲24的强度I和/或脉冲区55与坯料27之间的相对速度和/或脉冲频率f和/或脉冲区55的尺寸可通过控制单元29设置作为加工参数。

附图标记列表：

18工具支撑件

19激光头

20激光加工装置

21脉冲激光

22脉冲激光束

23再导向装置

24激光束脉冲

25冲击区

2627的表面区

27坯料

28聚焦透镜系统

29控制单元

30定位装置

31基座部件

32第一导轨

33第一箱体

34第二导轨

35第二箱体

36第一枢转装置

37第一枢转轴线

38第二枢转装置

39第二枢转轴线

40第三导轨

41第三箱体

4241的上部

43激光束管

43a第一管部

43b第二管部

43c第三管部

44a第一再导向镜

44b第二再导向镜

45工艺气体供给器

46工艺气体吸取设备

47调节区

48真空室

49吸取线路

50真空泵

51入口区

52工艺气体喷嘴

55脉冲区

56坑

57路径段

59烧蚀层

60切削边

61缺口凹槽

62轴

62′(自由表面)轴

63工作区

64缺口凹槽端

65脉冲序列

66用于束均匀化的装置

6727的自由端

6859的终点

6959的起点

70外侧

71去除凹陷

72清除空间

73缺口引导区

75缺口引导台阶

76支撑斜面

77凹入凹陷

a倾角

A间距

B脉冲路径

D直径

dS位移

E终点

f脉冲频率

F平面

I强度

L27的纵轴线

P工艺气体流

R辐射方向

S起点

V相对运动的方向

x第一方向

y第三方向

z第二方向

Claims (21)

1.用于从坯料（27）制造工具的激光加工装置，其包括：

用于产生激光束脉冲（24）的激光器（21）；

包括再导向装置（23）的激光头（19），所述再导向装置（23）用于将所述激光器（21）的激光束脉冲（24）引导至预定冲击区（25）上，预定冲击区（25）在坯料（27）上布置成在预定的二维脉冲区（55）内彼此间隔开；和

定位装置（30），其用于提供在所述坯料（27）和所述二维脉冲区（55）之间的相对运动，以便在坯料（27）上产生缺口凹槽（61）和切削边（60）。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述定位装置（30）具有枢转轴线（39），其与待被加工的圆柱状坯料（27）的纵轴线（L）一致。

3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，其还包括用于对激光束脉冲（24）进行束均匀化的束均匀化装置（66）。

4.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，其还包括控制单元（29），其控制定位装置（30）以便确定发射激光束脉冲（24）的激光头（19）的光学轴线（R）与在坯料（27）上待形成的表面区或切削边（60）之间的倾角（α）并且相应地调整倾角（α）。

5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，控制单元（29）还控制定位装置（30）以便在加工坯料（27）期间改变倾角（α）。

6.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，控制单元（29）还控制激光头（19）以便在坯料（27）的材料烧蚀期间改变激光束脉冲（24）的强度（I）。

7.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，再导向装置（23）还用于将激光束脉冲（24）以预定次序引导至二维脉冲区（55）的预定冲击区（25）上。

8.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，再导向装置（23）还用于将激光束脉冲（24）引导至沿预定脉冲路径（B）设置的预定冲击区（25）上。

9.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，其还包括用于产生工艺气体流（P）的工艺气体供给器（45），工艺气体流（P）被引导至坯料（27）。

10.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，工艺气体流（P）在相对于二维脉冲区（55）呈一定角度延伸的方向上被引导至坯料（27）。

11.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，工艺气体供给器（45）还包括若干工艺气体喷嘴（52），每个工艺气体喷嘴（52）用于将工艺气体流（P）的部分气流从不同方向引导至二维脉冲区（55）附近的加工区。

12.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，其还包括在激光器（21）与激光头（19）之间操作地布置的用于将激光束脉冲（24）引导至激光头（19）的激光束管（43）。

13.一种用于从坯料（27）制造具有轮廓的工具的方法，其包括以下步骤：

-提供坯料（27）；

-产生激光束脉冲（24）并将激光束脉冲（24）引导至坯料（27）上的预定的二维脉冲区（55）内的间隔开的预定冲击区（25）上；和

-执行坯料（27）和二维脉冲区（55）之间的相对运动（V），以便在坯料（27）上形成缺口凹槽（61）和切削边（60）。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其还包括步骤：坯料（27）的材料在由二维脉冲区（55）所确定的若干烧蚀层（59）内被逐层烧蚀。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，坯料（27）具有柱状形，并且待被制造的工具为旋转工具。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其还包括步骤：首先在坯料（27）上形成至少一个缺口凹槽（61），在随后另一步骤中，在坯料（27）的外侧（70）处形成至少一个切削边（60）。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其还包括：在形成缺口凹槽（61）的步骤之后并且在形成切削边（60）的步骤之前，靠近通过形成切削边（60）而待被建立的清除空间（72），形成清除凹陷（71）的额外步骤。

18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，二维脉冲区（55）的尺寸在形成缺口凹槽（61）的步骤期间改变。

19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，工具从所提供的坯料（27）制造，其为旋转对称，具有小于2mm的最大直径，并且通过激光束脉冲（24）专门加工。

20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其还包括另外的步骤，在形成所述至少一个切削边（60）的步骤之后，沿所述至少一个切削边（60）在缺口引导区（73）内形成至少一个缺口引导台阶（75），藉此，在工具的加工期间改善缺口的制动。

21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其还包括另外的步骤：在坯料（27）的初始外表面中保持支撑斜面（76），其布置在绕纵轴线（L）的与切削边（60）具有相同半径或稍小半径上，并且在支撑斜面（76）的径向外表面处为其提供若干凹入凹陷（77），藉此在工具工作期间冷却剂可收集在所述凹入凹陷（77）中，以降低摩擦力并且延长工具寿命。