CN111230153A - 复合式加工主轴装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合式加工主轴装置，包含主轴座、心轴、刀把结构、超声波振动组件、激光光源及镜组。主轴座具有容置空间。心轴设置在容置空间中。心轴具有激光通道。刀把结构设置在心轴上。刀把结构具有中空通道、内部空间及凹陷部。中空通道连通激光通道。中空通道的内壁具有至少一个穿孔连通内部空间。凹陷部设置在刀把结构的底面。底面具有至少一个出光孔连通内部空间。超声波振动组件包含至少一个振动件设置在刀把结构的凹陷部中。激光光源被配置成产生激光光束。镜组被配置成反射激光光束，使激光光束从穿孔射入刀把结构中后，再从出光孔射出。本发明的复合式加工主轴装置同时具有激光加热与超声波振动的功能。

Description

复合式加工主轴装置
技术领域
本发明是有关于一种加工主轴装置，且特别是有关于一种具有激光加热与超声波震动功能的复合式加工主轴装置。
背景技术
一般的切削工艺是利用加工机的刀具切削工件。当工件为高温合金或陶瓷基复合材料等高强度或高硬度的材料时，使用一般的切削方式容易造成刀具磨损而降低机具寿命及切削效率，导致影响切削品质。
因此，如何提高加工机的切削效率及切削品质已成为相关业者积极努力开发的目标。
发明内容
因此，本发明的目的是在提供一种加工主轴装置，其可有效提升加工效率及加工品质。
根据本发明的上述目的，提出一种复合式加工主轴装置。复合式加工主轴装置适用以安装至加工机上。复合式加工主轴装置包含主轴座、心轴、刀把结构、超声波振动组件、激光光源以及镜组。主轴座具有容置空间。心轴设置在容置空间中。其中，心轴具有激光通道沿着心轴的轴向延伸。刀把结构设置在心轴上。其中，刀把结构具有中空通道、内部空间以及凹陷部。中空通道沿着轴向延伸，且连通激光通道。中空通道的内壁具有至少一个穿孔连通内部空间。凹陷部设置在刀把结构远离心轴的底面，其中底面具有至少一个出光孔连通内部空间。超声波振动组件包含至少一个振动件设置在刀把结构的凹陷部中。激光光源被配置成产生激光光束。镜组被配置成反射激光光束，使激光光束从穿孔射入刀把结构中后，再从出光孔射出。
依据本发明的一实施例，上述的超声波振动组件还包含供电元件设置在容置空间中且电性连接振动件。
依据本发明的一实施例，上述的心轴以及该刀把结构均为导体，该供电元件电性连接该心轴以及该刀把结构进而提供电力至该振动件。
依据本发明的一实施例，上述的镜组设置在刀把结构中。
依据本发明的一实施例，上述的镜组包含第一反射镜以及第二反射镜。第一反射镜设置在刀把结构的中空通道中，第一反射镜被配置成反射激光光束从穿孔射入刀把结构的内部空间中。第二反射镜设置在刀把结构的内部空间中，第二反射镜被配置成将射入内部空间的激光光束再次反射至出光孔射出。
依据本发明的一实施例，上述的镜组包含半透反光镜、第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜。半透反光镜设置在刀把结构的中空通道中。半透反光镜被配置成将激光光束分成第一激光以及第二激光，其中第一激光是被半透反光镜反射至刀把结构的内部空间中，第二激光是沿着中空通道行进。第一反射镜设置在刀把结构的内部空间中，第一反射镜被配置成将射入内部空间的第一激光再次反射至出光孔射出。第二反射镜设置在刀把结构的中空通道中，第二反射镜被配置成反射第二激光从穿孔射入刀把结构的内部空间中。第三反射镜设置在刀把结构的内部空间中，第三反射镜被配置成将射入内部空间的第二激光再次反射至该出光孔射出。
依据本发明的一实施例，上述的激光光源为一连续式激光光源。
由上述可知，本发明主要是将激光加热装置与超声波振动装置整合于主轴座的内部，以使主轴装置同时具有激光加热以及超声波振动的功能。激光加热可预热加工区中的工件，以降低材料机械强度，进而可减少切削力，可适用于高温合金或陶瓷基复合材料等高强度或高硬度的工件切削。超声波振动的功能则可使刀具产生高频振动，藉以避免切屑沾粘以及改善刀具因工件受热而导致温升问题，进而提高刀具的寿命。此外，当需要加工例如碳纤复材等不耐高温材料时，可仅开启超声波震动功能而关闭激光加热功能，以因应各种不同材料加工。
另一方面，本发明的镜组与振动件均直接整合于刀把结构中，且不同的刀把结构的镜组与振动件亦可有不同的设计，故使用者或厂商可直接通过更换刀把结构的方式，来达到改变不同的激光出光与超声波振动需求。
附图说明
为了更完整了解实施例及其优点，现参照结合附图做下列描述，其中：
图1是绘示依照本发明的一实施方式的一种复合式加工主轴装置的装置示意图；以及
图2是绘示依照本发明的一实施方式的一种复合式加工主轴装置的局部放大示意图。
主要附图标记说明：
100-复合式加工主轴装置，110-主轴座，111-容置空间，120-心轴，121-激光通道，130-刀把结构，131-内部空间，131a-穿孔，131b-穿孔，132-中空通道，133-凹陷部，134-出光孔，135-出光孔，140-超声波振动组件，141-供电元件，142-振动件，150-激光光源，160-镜组，161-半透反光镜，162-第一反射镜，163-第二反射镜，164-第三反射镜，S1-轴向，L-激光光束，L1-第一激光，L2-第二激光。
具体实施方式
请同时参照图1及图2，其是分别绘示依照本发明的一实施方式的一种复合式加工主轴装置的装置示意图以及局部放大示意图。本实施方式的复合式加工主轴装置100主要适用以安装至加工机上。复合式加工主轴装置100主要包含主轴座110、心轴120、刀把结构130、超声波振动组件140、激光光源150以及镜组160。
在本实施例中，主轴座110具有容置空间111。心轴120可旋转地设置在容置空间111中。其中，心轴120为中空结构，其具有激光通道121，且此激光通道121是沿着心轴120的轴向S1延伸。激光光源150设置在主轴座110上，以提供激光光源至激光通道121中。在一实施例中，激光光源150可为连续式激光光源。
请继续参照图1及图2所示，刀把结构130设置在心轴120上。刀把结构130为空心结构，其具有内部空间131、中空通道132以及凹陷部133。其中，刀把结构130的中空通道132是沿着轴向S1延伸，且连通心轴120的激光通道121。因此，激光光源150所产生的激光光束L可经由心轴120的激光通道121，而射入刀把结构130的中空通道132中。在本实施例中，镜组160设置在刀把结构130中，且镜组160主要是用来反射激光光束L，以使激光光束L从刀把结构130的底面射出。
如图1及图2所示，镜组160包含半透反光镜161、第一反射镜162、第二反射镜163以及第三反射镜164。其中，半透反光镜161以及第一反射镜162是沿着轴向S1设置在刀把结构130的中空通道132中，第二反射镜163以及第三反射镜164则是设置在刀把结构130的内部空间131中。此外，在本实施例中，刀把结构130的中空通道132的内壁具有至少一个穿孔(例如穿孔131a及131b)连通内部空间131。刀把结构130的底面具有出光孔134及135。在本实施例中，穿孔131a、穿孔131b、出光孔134及出光孔135的位置是分别对应第一反射镜162、半透反光镜161、第三反射镜164以及第二反射镜163的位置设计。
因此，当激光光源150所产生的激光光束L射向半透反光镜161时，一部分的激光光束L被半透反光镜161反射而形成第一激光L1通过穿孔131b再射向刀把结构130的内部空间131中的第二反射镜163，且第二反射镜163可进一步反射第一激光L1而使第一激光L1通过出光孔135后射出刀把结构130外。此外，另一部分的激光光束L则通过半透反光镜161形成第二激光L2沿着刀把结构130的中空通道132行进而射向第一反射镜162，再通过第一反射镜162反射第二激光L2使其通过穿孔131a而射向刀把结构130的内部空间131中的第三反射镜164，第三反射镜164接着可进一步将第二激光L2反射通过出光孔134而射出刀把结构130外。
欲陈明者，前述实施例的镜组160设计主要是先利用半透反光镜161将激光光束L分成第一激光L1与第二激光L2后，再利用反射镜(例如第一反射镜162、第二反射镜163、以及第三反射镜164)分别将第一激光L1与第二激光L2反射至刀把结构130外。在其他实施例中，可省略半透反光镜161以及第二反射镜163，也就是镜组160仅包含位于刀把结构130的中空通道132的第一反射镜162、以及位于中空通道132的内部空间131第三反射镜164。因此，激光光源150所产生的激光光束L可直接射向第一反射镜162而被第一反射镜162反射进入内部空间131，再由第三反射镜164反射出刀把结构130外。
请再次参照图1及图2，超声波振动组件140主要包含供电元件141以及振动件142。在本实施例中，供电元件141可设置在主轴座110的容置空间111中，振动件142设置在刀把结构130的底面上的凹陷部133中。在一示范例子中，供电元件141可为收电磁圈及送电磁圈所组成的供电磁圈，且振动件142可为压电片。在一些实施例中，心轴120与刀把结构130均为导体，供电元件141可电性连接心轴120与刀把结构130，进而提供电力至振动件142。在其他实施例中，亦可通过在容置空间111中拉线的方式，将电线延伸至刀把结构130的内部，而使得供电元件141电性连接振动件142。在其他例子中，亦可将主轴座110中的其他元件，例如用来支撑心轴120的衬套，设计为中空壳体结构，以使电线设置于其中。因此，当刀具(图未示)装设在刀把结构130时，振动件142可使刀具产生高频振动，当刀具振动时，除了可避免切屑沾粘外，亦可改善刀具因工件受热导致温升问题。
欲陈明者，本实施方式的镜组160与振动件142均直接设置在刀把结构130上，故可方便使用者或厂商依据不同需求来调整或更换镜组160与振动件142，在维修上也容易。此外，在其他实施例中，不同的刀把结构上的镜组与振动件亦可有不同的设计，故使用者或厂商可直接通过更换刀把结构的方式，来达到改变不同的激光出光与超声波振动需求。
由前述实施方式可知，本发明主要是将激光加热装置与超声波振动装置整合于主轴座的内部，以使主轴装置同时具有激光加热以及超声波振动的功能。激光加热可预热加工区中的工件，以降低材料机械强度，进而可减少切削力，可适用于高温合金或陶瓷基复合材料等高强度或高硬度的工件切削。超声波振动的功能则可使刀具产生高频振动，藉以避免切屑沾粘以及改善刀具因工件受热而导致温升问题，进而提高刀具的寿命。此外，当需要加工例如碳纤复材等不耐高温材料时，可仅开启超声波震动功能而关闭激光加热功能，以因应各种不同材料加工。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种复合式加工主轴装置，适用以安装至加工机上，其特征在于，所述复合式加工主轴装置包含：
主轴座，具有容置空间；
心轴，设置在所述容置空间中，其中所述心轴具有激光通道沿着所述心轴的轴向延伸；
刀把结构，设置在所述心轴上，其中所述刀把结构具有中空通道、内部空间以及凹陷部，所述中空通道沿着所述轴向延伸并且连通所述激光通道，且所述中空通道的内壁具有至少一个穿孔连通所述内部空间，所述凹陷部设置在所述刀把结构远离所述心轴的底面，其中所述底面具有至少一个出光孔连通所述内部空间；
超声波振动组件，包含至少一个振动件设置在所述刀把结构的所述凹陷部中；
激光光源，被配置成产生激光光束；以及
镜组，被配置成反射所述激光光束，使所述激光光束从所述穿孔射入所述刀把结构中后，再从所述出光孔射出。
2.如权利要求1所述的复合式加工主轴装置，其特征在于，所述超声波振动组件还包含供电元件设置在所述容置空间中且电性连接所述振动件。
3.如权利要求2所述的复合式加工主轴装置，其特征在于，所述心轴以及所述刀把结构均为导体，所述供电元件电性连接所述心轴以及所述刀把结构进而提供电力至所述振动件。
4.如权利要求1所述的复合式加工主轴装置，其特征在于，所述镜组设置在所述刀把结构中。
5.如权利要求4所述的复合式加工主轴装置，其特征在于，所述镜组包含：
第一反射镜，设置在所述刀把结构的所述中空通道中，所述第一反射镜被配置成反射所述激光光束从所述穿孔射入所述刀把结构的所述内部空间中；以及
第二反射镜，设置在所述刀把结构的所述内部空间中，所述第二反射镜被配置成将射入所述内部空间的所述激光光束再次反射至所述出光孔射出。
6.如权利要求4所述的复合式加工主轴装置，其特征在于，所述镜组包含：
半透反光镜，设置在所述刀把结构的所述中空通道中，所述半透反光镜被配置成将所述激光光束分成第一激光以及第二激光，其中所述第一激光是被所述半透反光镜反射至所述刀把结构的所述内部空间中，所述第二激光是沿着所述中空通道行进；
第一反射镜，设置在所述刀把结构的所述内部空间中，所述第一反射镜被配置成将射入所述内部空间的所述第一激光再次反射至所述出光孔射出；
第二反射镜，设置在所述刀把结构的所述中空通道中，所述第二反射镜被配置成反射所述第二激光从所述穿孔射入所述刀把结构的所述内部空间中；以及
第三反射镜，设置在所述刀把结构的所述内部空间中，所述第三反射镜被配置成将射入所述内部空间的第二激光再次反射至所述出光孔射出。
7.如权利要求1所述的复合式加工主轴装置，其特征在于，所述激光光源为连续式激光光源。
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