CN103316990A - 脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置及其方法 - Google Patents

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CN103316990A CN2013102021826A CN201310202182A CN103316990A CN 103316990 A CN103316990 A CN 103316990A CN 2013102021826 A CN2013102021826 A CN 2013102021826A CN 201310202182 A CN201310202182 A CN 201310202182A CN 103316990 A CN103316990 A CN 103316990A
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沈宗宝
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江苏大学
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Abstract

本发明公开了一种脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置及其方法,该装置包括激光发生系统、自动成形系统和控制系统;激光发生系统由激光控制器、激光发射器和光纤组成;自动成形系统由端盖、调焦镜筒、机体、微冲裁工作台、三坐标移动夹头、底座、变磁场装置、转盘多工位装置、约束层-飞片集成片、约束层-飞片集成片储仓装置、回收装置组成。本发明采用脉冲激光作为成形动力源,由约束层-飞片集成片装置进行光能与机械能的能量转化,实现了脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺的自动化;自动成形系统相对独立,加工精度不受外部干扰,避免了人为误差;激光光路与微冲裁工作台都收纳于机体之内,提升了实验操作的安全性。

Description

脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置及其方法,属于机械制造先进成形领域和自动化加工领域,尤指微机电系统(MEMS)零件加工技术领域。

背景技术

[0002] 随着现代科学技术的日新月异,亦随着市场对科技产品要求的精益求精,在诸如航空航天、精密仪器、生物医疗等领域,微器件的应用愈趋广泛,对各种材料的微型零件的需求量都在增加,因而又推动了对微器件的加工工艺新的探索。

[0003] 现如今面向MEMS的微机械加工技术和工艺是在集成电路的基础上发展起来的,主要依赖于LIGA、蚀刻、微铣削、微细电火花等微细加工技术,受到加工效率低、成本高以及污染环境等问题的限制,不能形成大批量的自动化生产。因此,以微模具成形技术为重点的新的微成形工艺得到了重点关注。

[0004] 正如公开号为CN 101583559A的专利所提供的利用硅基衬底制造微机械结构的方法,能够加工出应用于半导体技术中的MEMS微器件,但是这种加工方法还是集成电路技术的应用,零件材料上局限于了硅,不能多样性选择加工材料,尤其不能加工金属的微器件;公开号为CN 2589139Y的专利提出一种微细电火花机床,可以用来加工微器件,但是这种加工方法中所使用的电极形状需要根据所加工零件形状确定,需专门加工且加工过程中消耗磨损严重,加工误差逐渐加大;在公开号CN 101108433A的专利中也可以发现,电火花加工对于不同的零件一般需要配备各自专门的电极。另外,此专利中主要提出的是微铣削刀具的制备,也从一个角度反映出微铣削加工刀具制造的不易以及成本较高。与以上种种加工工艺和方法相比,一种全新的工艺——激光驱动飞片微成形技术则有很大的优势,精度较高、成本低廉、易于实现批量化和自动化生产。激光驱动飞片微成形技术的优势在本发明专利中完全可以体现出来。

[0005] 激光驱动飞片微成形是一种新型的MEMS微金属零部件成形技术,即通过激光驱动飞片加载的方式代替激光直接冲击,利用激光驱动飞片高速运动,将激光能量转化为飞片的动能,高速运动的飞片作为激光能量的载体,飞行一段距离后与工件材料发生碰撞,在碰撞界面上产生高压冲击波,高压冲击波向材料内部传播,使得材料在微型模具内产生超快塑性变形,从而实现工件在微模具中的精确成形。申请号201010505869.3的中国专利介绍了应用激光驱动飞片微成形技术进行微金属器件冲裁的工艺过程,利用此专利的方法可以在一次脉冲激光中进行批量化冲裁,方便有效。但是目前应用激光驱动飞片微成形技术的装置不能连续的脉冲激光驱动飞片微成形,其批量生产只是在一次脉冲冲击下多个凹模的成形,并不是真正意义上快速、连续的批量化生产,又因为在此装置与方法中经一次激光冲击成形之后,工件和夹具等需要重新装夹,由此势必会由于人工操作而带来人为误差影响加工精度。并且,开放性的激光光路也存在一定的安全隐患。

发明内容[0006] 针对现有技术中微成形技术中存在的上述问题,即应用于微冲裁工艺的加工设备相对简陋、制作方法也相对简单的现状,本发明提供一种新的自动化生产装置与方法,实现脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁件的自动化生产,提高生产效率和加工质量。[0007] 本发明的技术方案是: 脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置,包括激光发生系统、自动成形系统和控制系统;所述激光发生系统由激光控制器、激光发射器和光纤组成;所述自动成形系统由端盖、调焦镜筒、机体、微冲裁工作台、三坐标移动夹头、底座、变磁场装置、转盘多工位装置、约束层-飞片集成片、约束层-飞片集成片储仓装置、回收装置组成;所述控制系统由计算机、激光控制器、三坐标移动平台控制器和步进电机驱动器组成。[0008] 所述控制系统协调控制激光发生系统和自动成形系统各个模块;所述激光控制器分别与计算机和纳米激光器相连接;所述光纤分别连接激光发生系统的激光发射器和自动成形系统的端盖;在自动成形系统内部,端盖固定连接调焦镜筒;调焦镜筒固定连接机体;机体固定连接底座;所述底座之上承接微冲裁工作台,底座下面连接变磁场装置;所述三坐标移动夹头通过光轴固联于三坐标移动平台,三坐标移动平台与三坐标移动平台控制器相连接;所述转盘多工位装置由转盘在约束层-飞片集成片储仓装置、回收装置和微冲裁工作台之间传输约束层-飞片集成片,并且转盘多工位装置的传动轴由步进电机驱动,连接步进电机驱动器;所述计算机分别与激光控制器、步进电机驱动器、三坐标移动平台控制器以及变磁场装置相连接。[0009] 进一步,所述约束层-飞片集成片由铁框、约束层以及飞片三部分组成;飞片贴合在约束层的中间位置,约束层嵌入铁框之中,约束层未贴合飞片的一面面向铁框,约束层嵌入铁框的深度小于约束层的厚度。[0010] 进一步,所述变磁场装置由步进电机和磁力表座组成;计算机连接步进电机驱动器,控制步进电机转动磁力表座的内置永磁磁铁,从而控制磁场的产生和消失;磁场作用于约束层-飞片集成片的铁框产生方向向下的磁力,所述磁力充当脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺中的压边力。[0011] 进一步,所述微冲裁工作台由模具垫块、微冲裁模具、飞型腔、弹性体以及飞型腔导轨组成;模具垫块固定设置于底座中央;微冲裁模具固定设置于模具垫块中央;飞型腔导轨固定于模具垫块一侧,其上装有弹性体以及飞型腔;飞型腔的一端带有卡槽,安装在导轨之中;弹性体安装在飞型腔导轨中飞型腔卡槽的下部。[0012] 进一步,所述模具垫块的厚度为I mm —10 mm,单个使用或多个叠加一起使用;所述飞型腔的厚度根据所需工艺参数确`定,飞型腔具有刚度;飞型腔腔孔可以是矩形或者圆形。[0013] 进一步,所述微冲裁模具的尺寸为20 mm X 30 mm X 10 mm,呈倒“凹”字形状,上表面中央位置设有用于成形的微特征结构,利用皮秒激光加工微冲裁凹模孔;微冲裁模具上表面对角线上加工有两个螺纹孔,微冲裁模具紧固在模具垫块上,凹模孔的形状根据要加工的零件形状确定,孔径上窄下宽,且凹模孔的长度较短;微冲裁模具凹槽截面尺寸为7腿X ίο腿。[0014] 脉冲激光驱动飞片加载薄板的自动化微冲裁方法,具体包括如下步骤: A、用光纤将激光从激光发射器中导入自动成形系统; B、利用调焦镜筒调节工艺参数离焦量; C、约束层-飞片集成片储仓装置储装有数十块约束层-飞片集成片;每个工步中,转盘多工位装置在第一工位从约束层-飞片集成片储仓装置中取出一块约束层-飞片集成片,第二工位为约束层-飞片集成片储备工位,同时第三工位也将一块约束层-飞片集成片输送至微冲裁工作台的上部位置。当完成一次脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁过程之后,转盘在步进电机的驱动下旋转,换上新的一块约束层-飞片集成片,同时第四工位将已经用过的约束层-飞片集成片送入约束层-飞片集成片回收装置中,如此完成约束层-飞片集成片的四工位传输;

D、当更新的约束层-飞片集成片位于转盘多工位装置的第三工位时(微冲裁工作台之上),计算机控制变磁场装置产生磁场,对约束层-飞片集成片的铁框部分产生磁场吸力,从而使得约束层-飞片集成片向下压紧,即提供脉冲激光驱动飞片加载薄板微冲裁工艺中的压边力;

E、激光通过调焦镜筒(内置透镜)投射到约束层-飞片集成片的中间位置,继而完成脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺过程;

F、完成一次冲裁之后,计算机控制变磁场装置关闭磁场作用,从而卸载压边力;转盘多工位装置转动至下个工位;三坐标移动夹头夹持着板料工件实现进给;整个自动化过程由计算机协调控制,由此进入下一个微冲裁周期。

[0015] 本发明的有益效果是:

本发明采用脉冲激光作为成形动力源,由约束层_飞片集成片装置进行光能与机械能的能量转化,并采用一系列可靠方法实现了脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺的自动化,由此可以进行金属微冲裁件的高效率、大批量生产;自动成形系统相对独立,加工精度不受外部干扰,全过程由控制系统协调避免了人为误差;激光光路与微冲裁工作台都收纳于机体之内,提升了实验操作的安全性。

附图说明

[0016] 图1是本发明脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置的结构示意图;

图2是约束层-飞片集成片的结构示意图;

图3是约束层-飞片集成片沿图2中A-A线的剖面结构示意图;

图4是转盘多工位装置的结构示意图;

图5是变磁场装置的平面结构图;

图6是变磁场装置的立体结构图;

图7是微冲裁工作台的结构示意图;

图8是微冲裁模具剖面结构示意图;

图9是微冲裁模具的立体结构图;

图10是微冲裁件意图。

[0017] 图中:1、变磁场装置;2、底座;3、三坐标移动夹头;4、微冲裁工作台;5、机体;6、调焦镜筒;7、端盖;8、光纤;9、激光发射器;10、激光控制器;11、计算机;12、步进电机驱动器;13、三坐标移动平台控制器;14、约束层-飞片集成片储仓装置;15、约束层-飞片集成片;16、约束层-飞片集成片回收装置;17、转盘多工位装置;18、光轴;19、铁框;20、约束层;21、飞片;22、磁力表座;23、步进电机;24、模具垫块;25、微冲裁模具;26、飞型腔;27、弹性体;28、飞型腔导轨;29、第一工位;30、第二工位;31、第三工位;32、第四工位。具体实施方式[0018] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。[0019] 本发明脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置的结构如图1所示,包括激光发生系统、自动成形系统和控制系统三部分。[0020] 激光发生系统由激光控制器10、激光发射器9和光纤8组成;自动成形系统由端盖7、调焦镜筒6、机体5、微冲裁工作台4、三坐标移动夹头3、底座2、变磁场装置1、转盘多工位装置17、约束层-飞片集成片15、约束层-飞片集成片储仓14、回收装置16组成;控制系统由计算机11、激光控制器10、三坐标移动平台控制器13和步进电机驱动器12组成。[0021] 控制系统协调控制激光发生系统和自动成形系统各个模块;激光控制器10分别与计算机11和纳米激光器9相连接;所述光纤8分别连接激光发生系统的激光发射器9和自动成形系统的端盖7 ;在自动成形系统内部,端盖7连接调焦镜筒6 (内置透镜),端面之间使用圆柱销定位;调焦镜筒6再连接机体5,调焦镜筒与箱体间利用导套定位;机体5连接底座2,接触面利用圆柱销定位;底座2之上承接微冲裁工作台,底座2下面还连接变磁场装置I ;三坐标移动夹头3通过光轴18固联三坐标移动平台,平台与三坐标移动平台控制器13相连接,从而实现工件的进给;转盘多工位装置17的结构如图4所示,由转盘在约束层-飞片集成片储仓14、回收装置16和微冲裁工作台4之间传输约束层-飞片集成片15,并且转盘多工位装置17的传动轴由步进电机驱动,连接步进电机驱动器12 ;计算机11分别与激光控制器10、步进电机驱动器12、三坐标移动平台控制器13以及变磁场装置I相连接,从而实现了激光发射、约束层-飞片集成片传输、工件进给和磁力压边力的自动化协调控制。[0022] 用于产生压边力(配合变磁场装置)的约束层-飞片集成片装置的结构如图2和图3所示,由铁框19、K9玻璃约束层21以及飞片20三部分组成。飞片20贴合在K9玻璃约束层21的中间位置,K9玻璃约束层21嵌入铁框19之中,K9玻璃约束层21未贴合飞片20的一面面向铁框,K9玻璃约束层21嵌入铁框19的深度为I毫米左右,小于K9玻璃约束层21的厚度。[0023] 用于产生可控磁场实现压边力控制(配合约束层-飞片集成片)的变磁场装置I的结构如图5和图6所示,由步进电机22和磁力表座23组成。计算机11连接步进电机驱动器12,控制步进电机22转动磁力表座23的内置永磁磁铁,从而控制磁场的产生和消失。磁场作用于约束层-飞片集成片15的铁框19产生方向向下的磁力,此磁力充当脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺中的压边力,最终实现了对压边力的自动化控制。[0024] 用于加工金属薄板的微冲裁工作台4的结构如图7所示,由模具垫块24、微冲裁模具25、飞型腔26、弹性体27以及飞型腔导轨28组成。模具垫块24安装在底座2中央,利用螺栓连接、圆锥销定位;微冲裁模具25安装在模具垫块24中央,以定位螺钉紧固相对位置;飞型腔导轨28利用螺钉安装于模具垫块24 —侧,其上装有弹性体27以及飞型腔26 ;飞型腔26带卡槽的一端,安装在导轨之中;弹性体27安装在飞型腔导轨28中飞型腔26卡槽的下部。在整个装置中,连接表面都具有很高的平面度,其中模具垫块24规格上可以有不同的厚度,具体为I mm —10 mm之间,可以多个叠加一起使用,研磨、抛光模具垫块的下表面可以微调工作台的水平度。微冲裁模具25的尺寸规格为:20 mm X30 mm X 10 mm,上表面中央加工有微米级特征,用于成形。飞型腔26厚度根据所需工艺参数确定,一般0.1mm左右,飞型腔需具有一定刚度。飞型腔腔孔可以是矩形或者圆形,尺寸为直径3.5 mm左右。在磁力加载压边力的过程中,约束层_飞片集成片15受磁力牵引向下,依次将飞型腔26、工件压紧在微冲裁模具25上。一次激光脉冲之后,磁力卸载,弹性体27促使飞型腔26以及约束层-飞片集成片15向上回复,工件在三坐标移动夹头3推进下再次进给,准备下一个成形周期。

[0025] 用于金属薄板微成形的微冲裁模具25的结构如图8和图9所示,其尺寸为20mm X 30 mm X 10 mm,呈倒“凹”字形状,上表面中央位置有用于成形的微特征(微米级):利用皮秒激光加工微冲裁凹模孔;另外,模具上表面对角线上加工有两个螺纹孔,通过定位螺钉将微冲裁模具25紧固在模具垫块24上。凹模孔的形状根据要加工的零件形状确定,孔径上窄下宽,且凹模孔的长度较短(3 mm左右),便于收集落料。微冲裁模具25凹槽截面尺寸为7mm XlO mm,在冲裁过程中,可以插入纸槽等收集落料(微米级)。微冲裁后的工件如图10所示。

[0026] 脉冲激光驱动飞片加载薄板的自动化微冲裁方法,具体包括如下的步骤:

A、用光纤8将激光从激光发射器9中导入所述自动成形系统。

[0027] B、利用调焦镜筒6 (内置透镜)调节工艺参数离焦量。

[0028] C、约束层-飞片集成片储仓装置14储装有数十块约束层-飞片集成片15 ;每个工步中,转盘多工位装置17在第一工位29从约束层-飞片集成片储仓装置14中取出一块约束层-飞片集成片15,同时第三工位31也将一块约束层-飞片集成片15输送至微冲裁工作台4的上部位置。当完成一次脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁过程之后,转盘在步进电机的驱动下17旋转,换上新的一块约束层-飞片集成片15,同时第四工位32将已经用过的约束层-飞片集成片15送入约束层-飞片集成片回收装置16中,如此完成约束层-飞片集成片15的四工位传输。其中,其中第一工位29、第二工位30、第三工位31、第四工位32为该装置的四个工位,分别对应约束层-飞片集成片储仓装置、储备工位、微冲裁工作台、约束层-飞片集成片回收装置的工作位置。

[0029] D、当更新的约束层-飞片集成片15位于转盘多工位装置17的第三工位31时(微冲裁工作台之上),计算机11控制变磁场装置I产生磁场,对约束层-飞片集成片15的铁框部分产生磁场吸力,从而使得约束层-飞片集成片15向下压紧,即提供脉冲激光驱动飞片加载薄板微冲裁工艺中的压边力。

[0030] E、激光通过调焦镜筒6 (内置透镜)投射到约束层-飞片集成片15的中间位置,继而完成脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺过程。完成一次冲裁之后,计算机11控制变磁场装置I关闭磁场作用,从而卸载压边力;转盘多工位装置17转动至下个工位;三坐标移动夹头3夹持着板料工件实现进给。整个自动化过程由计算机11协调控制,由此进入下一个微冲裁周期。

[0031] 在该装置中,计算机11属于人机交互窗口,整个生产加工全部控制要求由操作者输入计算机当中并保存,计算机11又分别连接了激光控制器10、三坐标移动平台控制器13、步进电机驱动器12以及变磁场装置1,形成了此装置的控制系统。其中激光控制器10控制激光发射器9对激光参数进行调整;三坐标移动平台控制器13控制工件夹头3的移动,从而实现板料工件的进给;步进电机驱动器12分别连接约束层-飞片集成片储仓装置14、约束层-飞片集成片回收装置16以及转盘多工位装置17中的步进电机,驱动相应部件实现自动化;变磁场装置I直接与计算机11相连接,由计算机11控制步进电机22转动磁力表座23的内置永磁磁铁,从而实现对产生磁场与解除磁场的控制。[0032] 首先,根据生产要求安装微冲裁工作台,微冲裁工作台根据所选择的微冲裁工艺的不同使用不同的模具,并在模具之上架装飞行腔。固联在三坐标移动平台上的板料工件夹头3夹装工件,并在每一次激光冲击之前完成板料进给。[0033] 然后,约束层_飞片集成片15由转盘多工位装置17在约束层_飞片集成片储仓装置14、微冲裁工作台4以及约束层_飞片集成片回收装置16三个部分之间传输,转盘多工位装置具有四个工位,约束层_飞片集成片储仓装置、微冲裁工作台和约束层_飞片集成片回收装置在脉冲激光冲击时刻分别处于一个工位的位置,且其上的约束层_飞片集成片分别完成取片、转换激光能量和回收的过程,另外一个工位处于约束层_飞片集成片储仓装置和微冲裁工作台工位之间,其上约束层_飞片集成片将在下一个加工周期中转入微冲裁工作台位置。[0034] 同时,由变磁场装置I控制产生磁场,磁场对约束层_飞片集成铁框19产生向下的引力作用,从而依次压紧约束层_飞片集成片、飞行腔、板料工件以及微冲裁模具,也即加载压边力。[0035] 再后,激光从激光发生器9中由光纤引入自动化成形系统。在自动化成形系统中激光由顶端端盖7射入,经过调焦镜筒6的透镜聚焦之后投射到微冲裁工作台上的约束层_飞片集成片15的中央位置,也就是K9玻璃约束层21未贴合飞片那一面的中间位置。[0036] 最后,脉冲激光冲击飞片,能量转化,飞片撞击金属薄板与微冲裁模具一起完成一次成形过程。[0037] 在一次脉冲激光冲击过后,变磁场装置解除磁场作用,也就将压边力卸载;然后转盘多工位装置转动替换约束层_飞片集成片,联接三坐标移动平台的板料夹头移动完成板料进给,系统进入待命下一个脉冲激光冲击周期的状态。[0038] 本发明首次实现了脉冲激光驱动飞片微冲裁工艺的自动化,提出了利用磁力作为脉冲激光驱动飞片微冲裁工艺中约束层的压边力,通过步进电机转动磁力表座旋钮控制磁场有无来实现压边力自动化加载和卸载;另外,激光光路与微冲裁工作台都收纳于机体之内,既提升了实验操作的安全性又使得工艺中光路的对正性由成形系统本身的装配精度决定,避免了受外部因素的干扰,同时使得重复操作快捷精准。本装置由激光发生系统、自动成形系统和控制系统三部分组成。激光发生系统输出脉冲激光,并经光纤稱合输入自动成形系统,继而通过透镜聚焦微冲裁工作台;由调焦镜筒精确调节透镜竖直方向的位置从而实现对离焦量的控制;由固联在三坐标移动平台上的夹持装置夹装工件带材实现工件进给;由转盘多工位装置和约束层-飞片集成片储仓、回收装置实现约束层-飞片集成片的替换;由变磁场装置控制磁场的发生与否,磁场对约束层-飞片集成片铁框的吸引作用产生压边力。整个过程中由计算机协调控制脉冲激光的发射、三坐标移动平台的驱动、转盘多工位装置的转动、磁场的变化以及约束层-飞片集成片储仓、回收装置的动作。本装置可用于微冲裁件的快速、批量化生产。[0039] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置,其特征在于:包括激光发生系统、自动成形系统和控制系统;所述激光发生系统由激光控制器(10)、激光发射器(9)和光纤(8)组成;所述自动成形系统由端盖(7)、调焦镜筒(6)、机体(5)、微冲裁工作台(4)、三坐标移动夹头(3)、底座(2)、变磁场装置(I)、转盘多工位装置(17)、约束层-飞片集成片(15)、约束层-飞片集成片储仓装置(14)、回收装置(16)组成;所述控制系统由计算机(11)、激光控制器(10)、三坐标移动平台控制器(13)和步进电机驱动器(12)组成; 所述控制系统协调控制激光发生系统和自动成形系统各个模块;所述激光控制器(10)分别与计算机(11)和纳米激光器(9)相连接;所述光纤(8)分别连接激光发生系统的激光发射器(9)和自动成形系统的端盖(7);在自动成形系统内部,端盖(7)固定连接调焦镜筒(6);调焦镜筒(6)固定连接机体(5);机体(5)固定连接底座(2);所述底座(2)之上承接微冲裁工作台(4 ),底座(2 )下面连接变磁场装置(I);所述三坐标移动夹头(3 )通过光轴(18)固联于三坐标移动平台,三坐标移动平台与三坐标移动平台控制器(13)相连接;所述转盘多工位装置(17)由转盘在约束层-飞片集成片储仓装置(14)、回收装置(16)和微冲裁工作台(4)之间传输约束层-飞片集成片(15),并且转盘多工位装置(17)的传动轴由步进电机驱动,连接步进电机驱动器(12);所述计算机(11)分别与激光控制器(10)、步进电机驱动器(12)、三坐标移动平台控制器(13)以及变磁场装置(I)相连接。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置,其特征在于:所述约束层-飞片集成片(15)由铁框(19)、约束层(21)以及飞片(20)三部分组成;飞片(20)贴合在约束层(21)的中间位置,约束层(21)嵌入铁框(19)之中,约束层(21)未贴合飞片(20)的一面面向铁框,约束层(21)嵌入铁框(19)的深度小于约束层(21)的厚度。
3.根据权利要求1所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置,其特征在于:所述变磁场装置(I)由步进电机(22 )和磁力表座(23 )组成;计算机(11)连接步进电机驱动器(12),控制步进电机(22)转动磁力表座(23)的内置永磁磁铁,从而控制磁场的产生和消失;磁场作用于约束 层-飞片集成片(15)的铁框(19)产生方向向下的磁力,所述磁力充当脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺中的压边力。
4.根据权利要求1所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置,其特征在于:所述微冲裁工作台(4)由模具垫块(24)、微冲裁模具(25)、飞型腔(26)、弹性体(27)以及飞型腔导轨(28)组成;模具垫块(24)固定设置于底座(2)中央;微冲裁模具(25)固定设置于模具垫块(24)中央;飞型腔导轨(28)固定于模具垫块(24)—侧,其上装有弹性体(27)以及飞型腔(26);飞型腔(26)的一端带有卡槽,安装在导轨之中;弹性体(27)安装在飞型腔导轨(28)中飞型腔(26)卡槽的下部。
5.根据权利要求4所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置,其特征在于:所述模具垫块(24)的厚度为I mm —10 mm,单个使用或多个叠加一起使用;所述飞型腔(26)的厚度根据所需工艺参数确定,飞型腔具有刚度;飞型腔腔孔可以是矩形或者圆形。
6.根据权利要求4或5所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置,其特征在于:所述微冲裁模具(25)的尺寸为20 mm X 30 mm X 10 mm,呈倒“凹”字形状,上表面中央位置设有用于成形的微特征结构,即利用皮秒激光加工微冲裁凹模孔;微冲裁模具(25)上表面对角线上加工有两个螺纹孔,微冲裁模具(25)紧固在模具垫块(24)上,凹模孔的形状根据要加工的零件形状确定,孔径上窄下宽,且凹模孔的长度较短;微冲裁模具(25)凹槽截面尺寸为7 mm X 10 mm。
7.脉冲激光驱动飞片加载薄板的自动化微冲裁方法,具体包括如下步骤: A、用光纤(8)将激光从激光发射器(9)中导入自动成形系统; B、利用调焦镜筒(6)调节工艺参数离焦量; C、约束层-飞片集成片储仓装置(14)储装有数十块约束层-飞片集成片(15);每个工步中,转盘多工位装置(17)在第一工位(29)从约束层-飞片集成片储仓装置(14)中取出一块约束层-飞片集成片(15),第二工位(30)为约束层-飞片集成片储备工位,同时第三工位(31)也将一块约束层-飞片集成片(15)输送至微冲裁工作台(4)的上部位置;当完成一次脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁过程之后,转盘在步进电机的驱动下(17)旋转,换上新的一块约束层-飞片集成片(15),同时第四工位(32)将已经用过的约束层-飞片集成片(15)送入约束层-飞片集成片回收装置(16)中,如此完成约束层-飞片集成片(15)的四工位传输; D、当更新的约束层-飞片集成片(15)位于转盘多工位装置(17)的第三工位时(微冲裁工作台之上),计算机(11)控制变磁场装置(I)产生磁场,对约束层-飞片集成片(15)的铁框部分产生磁场吸力,从而使得约束层-飞片集成片(15)向下压紧,提供脉冲激光驱动飞片加载薄板微冲裁工艺中的压边力; E、激光通过调焦镜筒(6)投射到约束层-飞片集成片(15)的中间位置,继而完成脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺过程; F、完成一次冲裁之后,计算机(11)控制变磁场装置(I)关闭磁场作用,从而卸载压边力;转盘多工位装置 (17)转动至下个工位;三坐标移动夹头(3)夹持着板料工件实现进给;整个自动化过程由计算机(11)协调控制,由此进入下一个微冲裁周期。
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