CN111215767B - 一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，包括激光发射装置、空心转轴以及驱动装置；其中，所述激光发射装置包括激光器，用于发射作用于柱形工件的激光束；所述空心转轴，用于供所述激光器发射的激光束从内部穿过；所述驱动装置，用于驱动所述空心转轴绕轴转动。与直接通过反射镜周向转动的内腔加工方式相比，该装置可以充分发挥激光器高重频、振镜高速摆动、工业机器人重复定位精度的多重优势，实现柱形内腔结构的高速加工。并且，本装置结构紧凑，工作效率高。

Description

一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体地，涉及一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置。

背景技术

激光在加工制造领域应用十分广泛，可以广泛用于零件表面材料去除、表面清理以及表面强化，效果显著。各种激光加工技术用于柱形内腔结构表面加工应用前景广阔。例如，采用高重频脉冲激光可以实现发动机缸体内部的表面织构化，显著提高减摩和耐磨性能。此外，高重频脉冲激光还可以用于发动机内腔残留物去除，通过激光表面清洗技术，实现绿色表面清理，提高内腔表面清理效果与清理效率。

内腔表面激光加工与传统常见的开敞结果表面激光加工不同。如发动机缸体等为代表性的内腔尺寸一般尺寸较小，常规用于开敞结构的激光加工光学装置一般尺寸较大，难以进入内腔壁面有效实现表面激光加工。此外，内腔表面激光加工要实现激光束在内壁加工区域的覆盖，需要通过周向和轴向两个方向的连续运动，并与激光束脉冲重复频率相配合。目前，还少有专门用于内腔结构壁面激光加工的产品。专利文献CN201910478922.6公开了一种用于工件内壁表面的激光淬火装置，该方法通过圆锥反射镜伸入工件的内腔中，在激光辐照下将激光束变为环形激光束聚焦在待处理工件内壁表面。这种方法结构简单，但是由于环形激光束覆盖面积大，对于激光功率要求较高。在目前激光器的功率输出水平下，环形激光束难以满足众多激光加工应用的要求。而且，现在激光器重复频率可达数万赫兹，由于圆锥反射镜在轴向的运动由电机控制，移动速度难以与激光脉冲重复频率匹配，激光器的性能不能得到有效发挥，难以实现高速激光加工。专利文献CN201811484694.5公开了一种用于立柱油缸内壁的激光表面处理装置，该装置将激光加工头直接安装在驱动杆上在内腔直线运动，实现内壁不同位置的覆盖。这种方法采用的激光头与驱动杆在结构上相互独立，激光头结构尺寸大，容易受内壁尺寸限制。从现有文献分析来看，现有的内腔结构表面激光加工在结构紧凑设计和加工效率保证两方面存在不足。

为了搭建完善的内腔结构表面激光加工装置，以实现柱形内腔结构表面激光加工处理，需要提供一种结构紧凑、高效的装置。该装置将振镜高速往复摆动、高速旋转运动与间歇轴向进给运动结合，实现激光束在柱形内腔结构周向和轴向的覆盖。目前尚未发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，解决上述技术问题中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，提供一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，包括激光发射装置、空心转轴以及驱动装置；其中，所述激光发射装置包括激光器，用于发射作用于柱形工件的激光束；所述空心转轴，用于供所述激光器发射的激光束从内部穿过；所述驱动装置，用于驱动所述空心转轴绕轴转动。

在一些实施方式中，还包括托座，所述托座用于将所述空心转轴与外部设备相对固定。

在一些实施方式中，所述托座通过轴承环设于所述空心转轴的外壁。

在一些实施方式中，所述激光发射装置还包括准直镜，所述准直镜设于所述空心转轴的上端外部，所述激光器发射的激光束经准直镜后与所述空心转轴的中轴线重合。

在一些实施方式中，所述激光发射装置还包括振镜，所述振镜设于所述空心转轴的内部下端，其能绕轴往复摆动，所述激光器发射的激光束经所述振镜折射后作用于柱形工件。

在一些实施方式中，所述激光发射装置还包括用于聚焦激光束的场镜，所述场镜设于所述空心转轴的下端，且位于所述振镜和柱形工件之间。

在一些实施方式中，所述驱动装置包括电机和设于所述空心转轴外部的传动部件，所述电机的输出轴带动所述传动部件转动，进而带动所述空心转轴绕轴转动。

在一些实施方式中，还包括用于回收激光加工产生的粉尘的废物回收部件，所述废物回收部件设于所述空心转轴的外部，随所述空心转轴同步转动，所述废物回收部件的吸尘端朝向柱形工件待加工的部位。

在一些实施方式中，所述废物回收部件的吸尘端呈广口状。

在一些实施方式中，还包括提升装置，用于使整个设备沿所述空心转轴的中轴线上下往复运动，所述提升装置与所述托座相对固定。

与直接通过反射镜周向转动的内腔加工方式相比，该装置可以充分发挥激光器高重频、振镜高速摆动、工业机器人重复定位精度的多重优势，实现柱形内腔结构的高速加工。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种实施方式的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明公开的滑动轴承，一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，包括激光发射装置、空心转轴10以及驱动装置；其中，所述激光发射装置包括激光器1，用于发射作用于柱形工件的激光束5；所述空心转轴10，用于供所述激光器1发射的激光束5从内部穿过；所述驱动装置，用于驱动所述空心转轴10绕轴转动。

此外，还包括托座8，所述托座8用于将所述空心转轴10与外部设备相对固定。

所述托座8通过轴承9环设于所述空心转轴10的外壁。

所述激光发射装置还包括准直镜2，所述准直镜2设于所述空心转轴10的上端外部，所述激光器1发射的激光束5经准直镜2后与所述空心转轴10的中轴线重合。

所述激光发射装置还包括振镜3，所述振镜3设于所述空心转轴10的内部下端，其能绕轴往复摆动，所述激光器1发射的激光束5经所述振镜3折射后作用于柱形工件。

所述激光发射装置还包括用于聚焦激光束5的场镜4，所述场镜4设于所述空心转轴10的下端，且位于所述振镜3和柱形工件之间。如图1所示，激光器1发出激光束5通过准直镜2准直后入射到振镜3；振镜3反射激光束通过场镜4聚焦入射到柱形工件内腔壁面。

所述驱动装置包括电机6和设于所述空心转轴10外部的传动部件7，所述电机6的输出轴带动所述传动部件7转动，进而带动所述空心转轴10绕轴转动。

在工作过程中，电机6驱动传动部件7旋转，带动空心转轴10高速旋转。激光束导光模块中振镜3和场镜4安装在空心转轴10下端，并与空心转轴10同步高速旋转，从而可以实现激光束5覆盖柱形工件内腔壁面指定周向部分。

还包括用于回收激光加工产生的粉尘的废物回收部件11，所述废物回收部件11设于所述空心转轴10的外部，随所述空心转轴10同步转动，所述废物回收部件11的吸尘端朝向柱形工件待加工的部位。所述废物回收部件11的吸尘端呈广口状。通过负压方式回收激光加工产生的粉尘等杂质，保证工作环境清洁。

还包括提升装置，用于使整个设备沿所述空心转轴10的中轴线上下往复运动，所述提升装置与所述托座8相对固定。这里的提升装置可以是工业机器人。

在实际应用中，整套装置结构紧凑。以采用光纤激光器作为激光源进行内腔表面加工为例，激光器1发出的激光通过光纤耦合器进入准直镜2。除激光器1外，整套装置可以由托座8作为与工业机器人法兰盘连接，在工业机器人带动下，沿着柱形工件轴线方向作间接性上下运动，实现柱形工件内腔表面全覆盖激光加工。当工业机器人通过间歇运动到内腔轴线指定位置后，控制系统启动电机6高速旋转和振镜3高速往复摆动，实现振镜3扫描母线范围内柱形工件内腔的周向高速激光加工。与直接通过反射镜周向转动的内腔加工方式相比，该装置可以充分发挥激光器高重频、振镜高速摆动、工业机器人重复定位精度的多重优势，实现柱形内腔结构的高速加工。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，其特征在于，包括激光发射装置、空心转轴（10）以及驱动装置；

其中，所述激光发射装置包括激光器（1），用于发射作用于柱形工件的激光束（5）；

所述空心转轴（10），用于供所述激光器（1）发射的激光束（5）从内部穿过；

所述驱动装置，用于驱动所述空心转轴（10）绕轴转动；

还包括托座（8），所述托座（8）用于将所述空心转轴（10）与外部设备相对固定；

所述托座（8）通过轴承（9）环设于所述空心转轴（10）的外壁；

所述激光发射装置还包括准直镜（2），所述准直镜（2）设于所述空心转轴（10）的上端外部，所述激光器（1）发射的激光束（5）经准直镜（2）后与所述空心转轴（10）的中轴线重合；

所述激光发射装置还包括振镜（3），所述振镜（3）设于所述空心转轴（10）的内部下端，其能绕轴往复摆动，所述激光器（1）发射的激光束（5）经所述振镜（3）折射后作用于柱形工件；

所述激光发射装置还包括用于聚焦激光束（5）的场镜（4），所述场镜（4）设于所述空心转轴（10）的下端，且位于所述振镜（3）和柱形工件之间；

还包括用于回收激光加工产生的粉尘的废物回收部件（11），所述废物回收部件（11）设于所述空心转轴（10）的外部，随所述空心转轴（10）同步转动，所述废物回收部件（11）的吸尘端朝向柱形工件待加工的部位；

还包括提升装置，用于使整个设备沿所述空心转轴（10）的中轴线上下往复运动，所述提升装置与所述托座（8）相对固定。

2.根据权利要求1所述的一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机（6）和设于所述空心转轴（10）外部的传动部件（7），所述电机（6）的输出轴带动所述传动部件（7）转动，进而带动所述空心转轴（10）绕轴转动。

3.根据权利要求1所述的一种适用于柱形内腔结构激光加工的装置，其特征在于，所述废物回收部件（11）的吸尘端呈广口状。

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