CN104722931A - 激光加工喷油器的喷油板零件上的微细喷油斜孔的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光加工喷油器的喷油板零件上的微细喷油斜孔的装置，包括机身，所述的机身上设有用于微孔加工的激光加工单元和用于承载待加工件且能沿着机身在水平面内来回滑动的工作台，所述的激光加工单元在驱动装置的驱动下沿竖直方向上下运动；所述的工作台在驱动装置的驱动下能相对于水平面在0-90范围内任意倾斜同时能在任意倾斜面位置旋转360度；且所述的激光加工单元与工作台在各自驱动装置的驱动下相互配合实现对喷油板零件上的微细喷油斜孔的加工。

Description

激光加工喷油器的喷油板零件上的微细喷油斜孔的装置

技术领域

本发明属于激光微细加工领域，具体涉及一种在喷油器的喷油板上进行激光加工微细喷油斜孔的装置及方法。

背景技术

喷油器的喷油孔直径微小，符合欧III～欧VI排放标准的喷油孔直径在0.08mm～0.17mm，为了获得较好的喷油雾化效果，喷油器的喷油板零件上一般设计多个斜孔作为喷油孔。

采用微细钻头钻削加工喷油板零件上的微细斜孔存在很多问题，喷油板零件材料为不锈钢(SUS 304)，查切削用量两手册可知，如果采用硬质合金钻头钻孔，其最佳切削速度范围为70～90m/min，根据切削速度与主轴转速的关系v_c＝πdn/1000可知，当钻头直径0.1mm时，钻头的转速要求达到222817～286479r/min才能获得最佳的切削效果，如果采用高速钢钻头钻孔，其最佳切削速度范围为20～35m/min，钻头的转速要求达到63662～111408r/min才能获得最佳的切削效果，因此一般钻床很难达到这么高的转速。另外钻削加工微细斜孔使得钻头受到较大的径向切削力，导致刚度和强度较低的微细钻头很容易弯曲和折断。钻孔后在工件孔口边沿产生的毛刺也很难去除。

放电加工(EDM)也称电火花加工是一种特种加工方法，通过工具电极与被加工工件之间的放电产生电火花烧蚀去除材料，存在的缺陷是加工效率较低、工具电极损耗快、所加工微孔表面由微蚀坑叠加构成，呈桔皮状，因此表面质量较低。

上述分析表明，用传统的钻孔方法和EDM方法加工喷油器的微细喷油斜孔存在很多问题，加工效率和加工质量低。

在文件【201310339845.9】中公开了一种汽车喷油器微细喷油孔飞秒激光高效精密加工装置及方法，但是该专利只是提出将激光器输出的激光束分为多光束实现喷油器微孔并行加工的一种新方法，没有给出工作台装置的具体结构,以及如何实现工件的安装和激光器与工作台的配合的具体装置并没有给出。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种激光加工喷油板零件上的微细喷油斜孔的装置及方法，具有零件装夹方便、孔的倾斜角度精确可调、高效快捷等优点。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种激光加工喷油器的喷油板零件上的微细喷油斜孔的装置，包括机身，所述的机身上设有用于微孔加工的激光加工单元和用于承载待加工件且能沿着机身在水平面内来回滑动的工作台，所述的激光加工单元在驱动装置的驱动下沿竖直方向上下运动；所述的工件台在驱动装置的驱动下能在机身上方的空间内任意倾斜同时能在竖直平面内的任一位置旋转360度；且所述的激光加工单元与工件台在各自驱动装置的驱动下相互配合实现对喷油板零件上的微细喷油斜孔的加工。

所述的机身包括机架，所述的机架的侧面安装有门、窗，其内部被不锈钢板分割成不同的空间，其底部安装有万向轮和调整螺栓，机身是整个装置的支撑部件。

所述的机架呈框架结构，由4条不锈钢方管和上中下三块不锈钢钢板焊接而成，位于中间的钢板将整个机架内部分成两格，上格用于安放电路主板，下格用于安放激光器，底面的钢板功能是支撑激光器等元器件。

所述激光加工单元包括一个光纤激光器，在所述的光纤激光器的头部安装一个激光头；其主要功能是输出聚焦激光用于微孔加工。所述的光纤激光器为准连续光纤激光器，设有8寸液晶显示屏，可通过触摸设定激光脉冲宽度、重复频率和编辑输出波形。并带有三个控制按钮，分别为急停、启动、停止功能。

所述的激光头包括准直透镜、聚焦透镜和壳体，准直透镜和聚焦透镜固定在壳体内，壳体与横梁一端连接；其功能是将激光器输出的激光束进行准直和聚焦获得能量密度极高的聚焦光斑。

所述激光加工单元的驱动装置包括一个垂直固定在机身顶部的立柱，所述的立柱内安装有一个丝杠，所述的丝杠的顶部与一个手轮连接，所述的丝杠上旋转螺母通过一个横梁与光纤激光器固定连接；转动手轮时丝杠一起转动，丝杠转动推动螺母沿着Z轴上下直线移动调整激光头加工时的高度。

所述的立柱由不锈钢板焊接成中空结构，后侧面开口，以便放置激光器的光纤等，立柱下端焊接有定位板，定位板四个角处加工出四条T形槽，通过螺栓与机身连结在一起，T形槽可以用于调整激光头与喷油板零件在Y轴方向的位移。

所述工作台包括带定位凸台的三爪旋转卡盘、工作台底座，所述的工作台底座是由上底座、下底座和升降轴构成，上底座、下底座的一端铰接在一起，同时升降轴固定在下底座上，升降轴的输出端与上底座的底面相连，上底座的顶面安装三爪旋转卡盘，且所述的三爪旋转卡盘在电机的驱动下可以360度旋转；下底座的底面安装与位于机身上的水平导轨配合的导轨套，实现工作台沿着X轴的移动。

带定位凸台的三爪旋转卡盘是由带定位凸台的旋转卡盘体和三个活动卡爪构成，其功能是保证喷油板零件的定位、夹紧和旋转。带定位凸台的旋转卡盘体上的定位凸台的外圆台面的结构尺寸与喷油板零件的内圆台面的结构尺寸相同，保证喷油板零件准确定位。

三个卡爪前端面为圆台型结构，与喷油板零件的外圆台面的结构尺寸相吻合，三个卡爪均匀分布安装在带定位凸台的旋转卡盘体上，且可以沿着卡盘体径向移动，夹紧或松开喷油板零件。

电机的转轴通过联轴器与过渡盘相连，过渡盘呈阶梯轴状结构，过渡盘的上端直径最大轴的上表面有定位孔和螺纹孔，用于带定位凸台的旋转卡盘体通过定位销和螺栓定位并固定在过渡盘上表面。过渡盘的中间轴与工作台上底座的孔配合，并加入润滑油，其作用相当于滑动轴承。过渡盘下端轴上开有键槽，与联轴器中的平键相连。通过电机转动时带动过渡盘转动，过渡盘转动带动安装在其上的带定位凸台的三爪旋转卡盘一起转动，喷油板零件安装在带定位凸台的三爪旋转卡盘上，实现喷油板零件可以进行任意角度的旋转。

本发明的有益效果：

本发明公开了一种激光加工喷油器的喷油板零件上的微细喷油斜孔的装置，通过激光加工单元沿竖直方向上下运动、以及工作台从水平位置到竖直位置(0-90度)的任意倾斜和在任意倾斜平面位置旋转360度；实现激光加工单元与工件台的相互配合，进而实现对喷油板零件上的微细喷油斜孔的加工；

本发明通过导轨可实现工作台在X方向移动，带定位凸台三爪旋转卡盘固定于过渡盘上，电机带动过渡盘转动，从而带动带凸台的三爪旋转卡盘转动，升降轴可调节角度，所以通过输出的激光，可对喷油板零件的表面任何位置进行斜孔加工，且斜孔的角度可以根据需要来调节。

附图说明

图1为本发明所述激光加工斜孔的装置；

图2(a)-图2(b)为机架内部的结构图；

图3(a)-图3(b)为调整螺栓螺母支撑脚和万向轮的形貌图；

图4(a)-图4(b)为Z轴立柱的结构图；

图5(a)-图5(b)为工作台的结构图；

图6带定位凸台的三爪旋转卡盘的结构图；

图7(a)-图7(b)为带定位凸台的三爪旋转卡盘的卡爪的形貌图；

图8(a)-图8(b)为过渡盘的形貌图；

图9为加工的样品孔的形貌图；

图中：1手轮、2升降台、3待加工件、4带定位凸台的三爪旋转卡盘、5过渡盘、6导轨、7机架、8对开门、9门把、10万向轮、11调整螺栓螺母支撑脚、12钢化透明玻璃、13平台下底座、14电机、15升降轴、16平台上底座、17激光头、18壳体、19不锈钢板、20立柱侧板、21丝杠、22激光罩托板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种激光加工喷油器的喷油板零件上的微细喷油斜孔的装置，包括机身、激光加工单元和工作台三大部件；所述的机身上设有用于微孔加工的激光加工单元和用于承载待加工件且能沿着机身在水平面内来回滑动的工作台，所述的激光加工单元在驱动装置的驱动下沿竖直方向上下运动；所述的工件台在驱动装置的驱动下能相对于水平面在0-90度范围内任意倾斜同时能在0-90度范围内的任一斜面位置旋转360度；且所述的激光加工单元与工件台在各自驱动装置的驱动下相互配合实现对喷油板零件上的微细喷油斜孔的加工。

机身包括机架7、对开门8、窗12、不锈钢板19、万向轮10和调整螺栓11，是整个装置的支撑部件。

机身的机架7呈框架结构，由4条横截面为15×15mm壁厚5mm的不锈钢方管和上中下三块厚度分别为10mm、10mm、10mm的不锈钢钢板焊接而成，如图2所示。顶面的钢板功能是支撑工作台和立柱2等，中间钢板将整个内仓分成两格，上格用于安放电路主板和下格用于安放激光器。底面的钢板功能是支撑激光器等元器件。

机身的前后侧面均设有两扇对开门8，是由厚度10mm的不锈钢板制作而成，其功能是方便将激光器和其他元器件放入和取出。

机身的左右两侧面设有厚度8mm的正六边形钢化透明玻璃窗12，其功能是方便观察机身内部的元器件。

机身的底部四个角设有四个万向轮10，如图3(a)所示，其功能是方便整个装置移动。

机身的底部设有四个调整螺栓螺母支撑脚11，如图3(b)所示，其功能是加工时调整装置的水平度并固定支撑在地面上，保证机器稳定操作。

光纤激光器选购150W的准连续光纤激光器。设有8寸液晶显示屏，可通过触摸设定激光脉冲宽度、重复频率和编辑输出波形。并带有三个控制按钮，分别为急停、启动、停止功能。

立柱2由厚度10mm的不锈钢板焊接成中空结构，后侧面开口，以便放置激光器的光纤等，立柱下端焊接有定位板，定位板四个角处加工出四条T形槽，通过螺栓与机身连结在一起，T形槽可以用于调整激光头与喷油板零件在Y轴方向的位移。

手轮机构由手轮1、丝杠螺母副构成。

手轮1采用圆盘结构，端面上设有手柄用于转动手轮机构。

丝杠21与手轮1通过过盈配合连接在一起，转动手轮时丝杠21一起转动，丝杠21转动推动螺母沿着Z轴上下直线移动调整激光头加工时的高度，其中螺母副安装在激光罩托板22内，立柱侧板20打开就可以将其安装，如图4所示。

横梁采用厚度10mm的不锈钢板焊接成中空结构，后侧面开口，以方便放置光纤等元器件，横梁与螺母连接在一起，因此丝杠转动推动螺母和横梁一起沿着Z轴上下直线移动。

激光头17主要由准直透镜、聚焦透镜和壳体18构成，准直透镜和聚焦透镜固定在壳体内，壳体与横梁一端连接。其功能是将激光器输出的激光束进行准直和聚焦获得能量密度极高的聚焦光斑。

工作台包括带定位凸台的三爪旋转卡盘4、工作台底座、导轨6和电机14，如图5所示；工作台底座是由上底座、下底座和升降轴构成，上底座、下底座的一端铰接在一起，同时升降轴固定在下底座上，升降轴的输出端与上底座的底面相连，上底座的顶面安装三爪旋转卡盘，且所述的三爪旋转卡盘在电机的驱动下可以360度旋转；下底座的底面安装与位于机身上的水平导轨配合的导轨套。

带定位凸台的三爪旋转卡盘是由带定位凸台的旋转卡盘体和三个活动卡爪构成，带定位凸台的三爪旋转卡盘如图6所示，其功能是保证喷油板零件的定位、夹紧和旋转。

带定位凸台的旋转卡盘体上的定位凸台的外圆台面的结构尺寸与喷油板零件3的内圆台面的结构尺寸相同，保证喷油板零件准确定位。

三个卡爪前端面为圆台型结构，如图7所示，与喷油板零件3的外圆台面的结构尺寸相吻合，三个卡爪均匀分布安装在带定位凸台的旋转卡盘体上，且可以沿着卡盘体径向移动，夹紧或松开喷油板零件。

工作台底座是由上底座16、下底座13和升降轴15构成，其功能是支撑和调节角度。

上底座16是由不锈钢板加工而成，一端是铰链结构，其功能是支撑和转动。

下底座13也是由不锈钢板加工而成，一端是梯形凸台结构，另一端是平板铰链结构，底面有导轨套，与导轨配合，其功能是支撑和沿着X轴移动整个工作台。

升降轴15为螺栓螺母结构，其功能是调节上底座16与下底座13之间的夹角。

导轨6是由两条矩形滑动导轨构成，其功能是保证喷油板零件上的喷油孔加工时沿着X轴的定位和对准。

电机的转轴通过联轴器与过渡盘5相连，过渡盘如图8所示，带定位凸台的旋转卡盘体通过4个螺栓固定在过渡盘5上，电机转动时带动过渡盘5从而使得带定位凸台的三爪旋转卡盘4转动，带定位凸台的三爪旋转卡盘4及其装在上面的喷油板零件3进行任意角度旋转。

本实施例工作台通过导轨6可进行X方向移动，带定位凸台三爪旋转卡盘4固定于过渡盘5上，电机14带动过渡盘5转动，从而带动带凸台的三爪旋转卡盘4转动，升降轴14可调节角度，所以通过输出的激光，可对喷油板零件的表面任何位置进行斜孔加工，且斜孔的角度可以根据需要来调节。图9为在喷油板上加工出的斜孔的示意图。

本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种激光加工喷油器的喷油板零件上的微细喷油斜孔的装置，包括机身，其特征在于：所述的机身上设有用于微孔加工的激光加工单元和用于承载待加工件且能沿着机身在水平面内来回滑动的工作台，所述的激光加工单元在驱动装置的驱动下沿竖直方向上下运动；所述的工件台在驱动装置的驱动下能在机身上方0-90度的空间内任意倾斜同时能在任意倾斜平面位置旋转360度；且所述的激光加工单元与工作台在各自驱动装置的驱动下相互配合实现对喷油板零件上的微细喷油斜孔的加工。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的机身包括机架，所述的机架的侧面安装有门、窗，其内部被不锈钢板分割成不同的空间，其底部安装有万向轮和调整螺栓。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的机架呈框架结构，由4条不锈钢方管和上中下三块不锈钢钢板焊接而成；位于中间的钢板将整个机架内部分成用于安放电路主板的上格和用于安放激光器的下格。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述激光加工单元包括一个光纤激光器，在所述的光纤激光器的头部安装一个激光头；所述的光纤激光器为准连续光纤激光器；设有液晶显示屏和三个控制按钮，分别为急停、启动、停止功能。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的激光头包括准直透镜、聚焦透镜和壳体，准直透镜和聚焦透镜固定在壳体内，壳体与横梁一端连接，所述的激光头将激光器输出的激光束进行准直和聚焦获得能量密度极高的聚焦光斑。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述激光加工单元的驱动装置包括一个垂直固定在机身顶部的立柱，所述的立柱内安装有一个丝杠，所述的丝杠的顶部与一个手轮连接，丝杠上的旋转螺母通过一个横梁与光纤激光器固定连接。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述的立柱为不锈钢板焊接成中空结构，其后侧面开口，立柱的下端焊接有定位板，定位板四个角处加工出四条用于调整激光头与喷油板零件在Y轴方向的位移的T形槽，T形槽通过螺栓与机身连接在一起。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述工作台包括带定位凸台的三爪旋转卡盘、工作台底座，所述的工作台底座是由上底座、下底座和升降轴构成，上底座、下底座的一端铰接在一起，同时升降轴固定在下底座上，升降轴的输出端与上底座的底面相连，上底座的顶面安装三爪旋转卡盘，且所述的三爪旋转卡盘在电机的驱动下360度旋转；下底座的底面安装与位于机身上的水平导轨配合的导轨套。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的三爪旋转卡盘包括带定位凸台的旋转卡盘体和三个活动卡爪；旋转卡盘体上的定位凸台的外圆台面的结构尺寸与喷油板零件的内圆台面的结构尺寸相同；三个卡爪均匀分布在带定位凸台的旋转卡盘体上，且沿着卡盘体径向移动，夹紧或松开喷油板零件。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的电机的转轴通过联轴器与一个过渡盘相连，过渡盘呈阶梯轴状结构，过渡盘的上端直径最大轴的上表面设有定位孔和螺纹孔，卡盘体通过定位销和螺栓定位并固定在过渡盘上表面；过渡盘的中间轴与上底座的孔配合；过渡盘下端轴上开有键槽，与联轴器中的平键相连。