CN109570753B - 一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置 - Google Patents

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    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • B23K26/0861—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane in at least in three axial directions

Abstract

本发明公开了一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置，包括绕X向转动机构和饶Y向转动机构，X方向与Y方向相垂直，所述绕X向转动机构设有绕X向转动的X向输出轴，所述饶Y向转动机构固定在X向输出轴上；所述绕X向转动机构包括齿轮箱，在齿轮箱上设有动力输入轴，在动力输入轴上设有手柄，在动力输入轴与X向输出轴之间设有多级减速齿轮组；通过绕X向转动机构的设置实现了待激光加工车刀的绕X方向的间歇式、量化的转动角度值，转动角度精度可调控，能够达到较高的转角精度；通过饶Y向转动机构的设置实现了待激光加工车刀的绕Y方向的双精度控制的高精度角度旋转，从而实现了车刀在二维自由度转动内的激光加工，提高了仿生微织构质量。

Description

一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置
技术领域
本发明属于微织构车刀制备技术领域，特别属于一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置。
背景技术
在自然界中，壁虎有着超常的爬行能力，荷叶表面、稻叶表面等具有超疏水性能，鲨鱼鳞片具有减阻性能等，都是值得借鉴模仿的生物结构。表面微织构属于表面功能结构的一种，是微米级的表面功能结构。这种表面功能结构就是仿照生物的这些性能在物体表面加工出不同尺寸不同形貌的结构，依次改进物体的物理化学性能。目前，刀具表面微织构加工的主要计数方法有光刻技术、电火花加工技术和激光加工技术，特别是激光加工技术以其突出优势而被大量应用，然而，目前用来激光加工的制备设备加工精度不高，而且只能在平面内织构，具有加工局限性，影响仿生微织构质量。
发明内容
本发明目的在于提供一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置；为达到上述目的所采取的技术方案是：
一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置，包括绕X向转动机构和绕Y向转动机构，X方向与Y方向相垂直，所述绕X向转动机构设有绕X向转动的X向输出轴，所述绕Y向转动机构固定在X向输出轴上；
所述绕X向转动机构包括齿轮箱，在齿轮箱上设有动力输入轴，在动力输入轴上设有手柄，在动力输入轴与X向输出轴之间设有多级减速齿轮组；
所述绕Y向转动机构包括固定在X向输出轴上的基板，基板的工作面与X方向平行，在基板的工作面上设有圆形凹槽，在圆形凹槽中心固定有转轴，在转轴上转动连接有转盘，在转盘上固定有车刀夹持机构，绕周向在圆形凹槽的内壁上均匀设有多个定位槽，在转盘上铰接有定位销，定位销位于相对应的定位槽内时对转盘起到定位作用。
优选的，相邻两个定位槽之间的圆心角为α，在转盘上设有n个定位销，相邻两个定位销之间的圆心角
Figure GDA0002635586360000021
其中k非零整数，n为大于1的整数。
优选的，n个定位销与转盘的铰接点位于同一圆周上，在铰接点外侧的转盘上设有第一弧形槽，在第一弧形槽外侧设有第二弧形槽，在第一弧形槽内或者第二弧形槽内卡接有弧形支撑板，当弧形支撑板卡接在第二弧形槽内时定位销卡接在定位槽或者搭接在圆形凹槽的内壁上；当弧形支撑板卡接在第一弧形槽内时定位销被抬起而脱离定位槽。
优选的，在转轴顶部固定有刻度指针，在转盘上绕指针周向设有刻度值。
优选的，所述车刀夹持机构包括固定在转盘上的L型定位座，所述L型定位座的敞口沿径向朝外设置，在转盘上固定有挡板，在挡板上固定有指向L型定位座敞口的伸缩杆，在伸缩杆端部固定有顶座，在顶座上设有用于定位车刀的直角缺口，在伸缩杆上套设有压簧，压簧的一端固定在挡板上，压簧的另一端固定在顶座上。
优选的，所述齿轮箱自左向右依次分为左箱室、中箱室和右箱室，动力输入轴的右端部转动连接在左箱室内，X向输出轴的左端部转动连接在右箱室内，且X向输出轴与右箱室侧壁左右滑动连接，在右箱室外侧的X向输出轴上固定有拨叉；在左箱室内转动连接有第一转轴，第一转轴右端部向右伸入中箱室且与中箱室右壁转动连接，在中箱室内转动连接有第二转轴，第二转轴右端部向右伸入右箱室且与右箱室右壁转动连接；
在左箱室内的动力输入轴上固定有第一小齿轮，在第一转轴上固定有与第一小齿轮相啮合的第一大齿轮，在中箱室内的第一转轴上固定有第二小齿轮，在第二转轴上固定有与第二小齿轮相啮合的第二大齿轮，在右箱室内的第二转轴上固定有第三小齿轮和第三大齿轮，在右箱室内的X向输出轴上固定有第四大齿轮和第四小齿轮，当X向输出轴向左移动时第四大齿轮与第三小齿轮相啮合，当X向输出轴向右移动时第四小齿轮与第三大齿轮相啮合。
优选的，手柄通过转轴转动连接在齿轮箱左侧边上，在转轴上固定有主动拨盘，在动力输入轴固定有与主动拨盘相配合的槽轮，即主动拨盘和槽轮组成槽轮机构。
本发明所具有的有益效果为：通过绕X向转动机构的设置实现了待激光加工车刀的绕X方向的间歇式、量化的转动角度值，转动角度精度可调控，能够达到较高的转角精度；同时在右箱室内的变为齿轮可以改变齿轮的传动比，避免在转动较大角度时手柄的旋转圈数过多引起人为误差；通过绕Y向转动机构的设置实现了待激光加工车刀的绕Y方向的双精度控制的高精度角度旋转，从而实现了车刀在二维自由度转动内的激光加工，提高了仿生微织构质量。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为绕Y向转动机构的立体结构示意图；
图3为图1的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1至图3所示，一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置，包括绕X向转动机构1和绕Y向转动机构3，X方向与Y方向相垂直，所述绕X向转动机构1设有绕X向转动的X向输出轴2，所述绕Y向转动机构3固定在X向输出轴2上；
所述绕X向转动机构1包括齿轮箱，在齿轮箱上设有动力输入轴19，在动力输入轴19上设有手柄，在动力输入轴19与X向输出轴之2间设有多级减速齿轮组；
所述绕Y向转动机构包2括固定在X向输出轴2上的基板5，基板5的工作面与X方向平行，在基板5的工作面上设有圆形凹槽，在圆形凹槽中心固定有转轴13，在转轴13上转动连接有转盘8，在转盘8上固定有车刀夹持机构，绕周向在圆形凹槽的内壁上均匀设有多个定位槽9，在转盘8上铰接有定位销7，定位销7位于相对应的定位槽9内时对转盘8起到定位作用。
进一步，相邻两个定位槽9之间的圆心角为α，在转盘8上设有n个定位销7，相邻两个定位销7之间的圆心角
Figure GDA0002635586360000041
其中k非零整数，n为大于1的整数。这样当其中一个定位销7落入定位槽9时，其余定位销7均没有落入定位槽9内，转盘8每转过
Figure GDA0002635586360000042
角度时就会有一个定位销7对应落入定位槽9内，从而对转盘8转动角度达到了
Figure GDA0002635586360000043
角度的精度控制。
其中，n个定位销7与转盘8的铰接点位于同一圆周上，在铰接点外侧的转盘8上设有第一弧形槽11，在第一弧形槽11外侧设有第二弧形槽10，在第一弧形槽11内或者第二弧形槽10内卡接有弧形支撑板6，当弧形支撑板6卡接在第二弧形槽10内时定位销7卡接在定位槽9或者搭接在圆形凹槽的内壁上；当弧形支撑板6卡接在第一弧形槽11内时定位销7被抬起而脱离定位槽9。
另一方面，还可以在转轴13顶部固定有刻度指针33，在转盘8上绕指针33周向设有刻度值(由于太密集，图中未示出)，这样通过指针33和刻度值也可以判断和确定转盘8转过的角度，而且刻度值的最小刻度值与定位槽9能够达到的转角精度值相同。
所述车刀夹持机构包括固定在转盘8上的L型定位座14，所述L型定位座14的敞口沿径向朝外设置，在转盘8上固定有挡板17，在挡板17上固定有指向L型定位座14敞口的伸缩杆18，在伸缩杆18端部固定有顶座15，在顶座15上设有用于定位车刀的直角缺口，在伸缩杆18上套设有压簧16，压簧16的一端固定在挡板17上，压簧16的另一端固定在顶座15上。
如图3所示，所述齿轮箱自左向右依次分为左箱室30、中箱室31和右箱室32，动力输入轴19的右端部转动连接在左箱室30内，X向输出轴2的左端部转动连接在右箱室32内，且X向输出轴2与右箱室32侧壁左右滑动连接，在右箱室32外侧的X向输出轴2上固定有拨叉4；在左箱室30内转动连接有第一转轴29，第一转轴29右端部向右伸入中箱室31且与中箱室31右壁转动连接，在中箱室31内转动连接有第二转轴21，第二转轴21右端部向右伸入右箱室32且与右箱室32右壁转动连接；
在左箱室30内的动力输入轴19上固定有第一小齿轮20，在第一转轴29上固定有与第一小齿轮20相啮合的第一大齿轮28，在中箱室31内的第一转轴29上固定有第二小齿轮27，在第二转轴21上固定有与第二小齿轮27相啮合的第二大齿轮22，在右箱室32内的第二转轴21上固定有第三小齿轮25和第三大齿轮26，在右箱室32内的X向输出轴2上固定有第四大齿轮23和第四小齿轮24，当X向输出轴2向左移动时第四大齿轮23与第三小齿轮25相啮合，当X向输出轴2向右移动时第四小齿轮24与第三大齿轮26相啮合，从而实现了两个传动比的输出。
为了实现X向输出轴2间歇式的、量化的转动角度值，将手柄设计为通过转轴转动连接在齿轮箱左侧边上，在转轴上固定有主动拨盘，在动力输入19轴固定有与主动拨盘相配合的槽轮，即主动拨盘和槽轮组成槽轮机构，这样就保证了手柄连续转动的同时，动力输入19做间歇式转动，从而X向输出轴2输出间歇式的、量化的转动角度值。
本发明在工作时，将待激光加工的车刀放入L型定位座14的敞口内，在压簧16的作用顶座15紧紧压紧车刀，从而将车刀固定夹持在转盘8上；当转动手柄时，在槽轮机构的作用下带动绕Y向转动机构3绕X方向做间歇式旋转，每次转过的角度为绕X方向转动的精度值；当转动转盘8时实现绕Y方向的转动，转动时参考指针33对准的刻度值来确定转过的角度，同时根据
Figure GDA0002635586360000061
即可确定绕Y方向转动的精度值，两个方向均调整完成后进行激光加工以完成车刀表面仿生微织构图形。
通过绕X向转动机构1的设置实现了待激光加工车刀的绕X方向的间歇式、量化的转动角度值，转动角度精度可调控，能够达到较高的转角精度；同时在右箱室32内的变为齿轮可以改变齿轮的传动比，避免在转动较大角度时手柄的旋转圈数过多引起人为误差；通过绕Y向转动机构3的设置实现了待激光加工车刀的绕Y方向的双精度控制的高精度角度旋转，从而实现了车刀在二维自由度转动内的激光加工，提高了仿生微织构质量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种仿生微织构车刀激光加工用制备装置，其特征在于，包括绕X向转动机构和绕Y向转动机构，X方向与Y方向相垂直，所述绕X向转动机构设有绕X向转动的X向输出轴，所述绕Y向转动机构固定在X向输出轴上；
所述绕X向转动机构包括齿轮箱，在齿轮箱上设有动力输入轴，在动力输入轴上设有手柄，在动力输入轴与X向输出轴之间设有多级减速齿轮组；
所述绕Y向转动机构包括固定在X向输出轴上的基板，基板的工作面与X方向平行，在基板的工作面上设有圆形凹槽，在圆形凹槽中心固定有转轴，在转轴上转动连接有转盘，在转盘上固定有车刀夹持机构，绕周向在圆形凹槽的内壁上均匀设有多个定位槽，在转盘上铰接有定位销，定位销位于相对应的定位槽内时对转盘起到定位作用；
相邻两个定位槽之间的圆心角为α，在转盘上设有n个定位销，相邻两个定位销之间的圆心角β为
Figure FDA0002635586350000011
其中k非零整数，n为大于1的整数；
在转轴顶部固定有刻度指针，在转盘上绕指针周向设有刻度值；
手柄通过转轴转动连接在齿轮箱左侧边上，在转轴上固定有主动拨盘，在动力输入轴固定有与主动拨盘相配合的槽轮，即主动拨盘和槽轮组成槽轮机构。
2.根据权利要求1所述的仿生微织构车刀激光加工用制备装置，其特征在于，n个定位销与转盘的铰接点位于同一圆周上，在铰接点外侧的转盘上设有第一弧形槽，在第一弧形槽外侧设有第二弧形槽，在第一弧形槽内或者第二弧形槽内卡接有弧形支撑板，当弧形支撑板卡接在第二弧形槽内时定位销卡接在定位槽或者搭接在圆形凹槽的内壁上；当弧形支撑板卡接在第一弧形槽内时定位销被抬起而脱离定位槽。
3.根据权利要求1所述的仿生微织构车刀激光加工用制备装置，其特征在于，所述车刀夹持机构包括固定在转盘上的L型定位座，所述L型定位座的敞口沿径向朝外设置，在转盘上固定有挡板，在挡板上固定有指向L型定位座敞口的伸缩杆，在伸缩杆端部固定有顶座，在顶座上设有用于定位车刀的直角缺口，在伸缩杆上套设有压簧，压簧的一端固定在挡板上，压簧的另一端固定在顶座上。
4.根据权利要求3所述的仿生微织构车刀激光加工用制备装置，其特征在于，所述齿轮箱自左向右依次分为左箱室、中箱室和右箱室，动力输入轴的右端部转动连接在左箱室内，X向输出轴的左端部转动连接在右箱室内，且X向输出轴与右箱室侧壁左右滑动连接，在右箱室外侧的X向输出轴上固定有拨叉；在左箱室内转动连接有第一转轴，第一转轴右端部向右伸入中箱室且与中箱室右壁转动连接，在中箱室内转动连接有第二转轴，第二转轴右端部向右伸入右箱室且与右箱室右壁转动连接；
在左箱室内的动力输入轴上固定有第一小齿轮，在第一转轴上固定有与第一小齿轮相啮合的第一大齿轮，在中箱室内的第一转轴上固定有第二小齿轮，在第二转轴上固定有与第二小齿轮相啮合的第二大齿轮，在右箱室内的第二转轴上固定有第三小齿轮和第三大齿轮，在右箱室内的X向输出轴上固定有第四大齿轮和第四小齿轮，当X向输出轴向左移动时第四大齿轮与第三小齿轮相啮合，当X向输出轴向右移动时第四小齿轮与第三大齿轮相啮合。
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