CN111893254B - 一种激光内孔淬火装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光内孔淬火装置，包括工件架、激光淬火头和随动座；激光淬火头包括壳体、准直镜和聚焦镜，准直镜水平地安装于壳体内，聚焦镜位于准直镜的下方且具有圆台形的聚焦镜面，壳体外安装有水平拉板；随动座包括U型的座本体、安装于座本体上的镜座、第一全反镜、支撑柱、第二全反镜，座本体的两纵边分别穿过工件的左右两侧后安装于水平拉板上，镜座竖直地伸入工件的内孔中，可与激光淬火头同步移动；激光束经过准直镜后由第二全反镜反射至聚焦镜上，再由聚焦镜向下反射形成环状激光束，环状激光束到达第一全反镜后反射至工件的内孔壁上。本发明可解决工件内孔淬火的加工效率低、结构臃肿、能耗高、加工精度不足的问题。

Description

一种激光内孔淬火装置

技术领域

本发明属于激光淬火技术领域，具体涉及一种激光内孔淬火装置。

背景技术

激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。激光淬火的功率密度高，冷却速度快，是一种清洁、快速的淬火工艺。

针对工件内孔的激光淬火而言，由于需要对内孔进行圆周方向和轴向淬火，而反射至工件内孔上的激光束通常呈线束状，因此需要将激光束在圆周上扫描一周才能完成一圈淬火，加工效率低；并且激光淬火设备通常配置两组驱动装置，分别是工件旋转驱动装置与激光进给装置，或者激光旋转装置和激光进给装置，导致设备的结构臃肿，且增加了能耗。

申请号为CN201410481458.3的中国专利《内孔激光淬火头及淬火方法》公开了一种内孔激光淬火头，该内孔激光淬火头产生一个环形激光束进行淬火，在内孔零部件的圆周上实现同时淬火的目的，改变了以往的激光束在圆周上扫描一周的淬火方法，提高了生产效率。但是该装置仍需配置两组驱动装置，一个用于驱动激光淬火头上下移动，另一个用于驱动内孔移动设备上下移动，并且二者之间的移动需要保持精确的同步，这种结构无法解决设备的结构臃肿与能耗高的问题，并且由于同步性不足而导致淬火精度不够。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光内孔淬火装置，以解决工件内孔淬火的加工效率低、结构臃肿、能耗高、加工精度不足的问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种激光内孔淬火装置，包括工件架、激光淬火头和随动座；

所述工件架用于支撑带内孔的工件，所述工件架的下方设有用于装配随动座的离地间距；所述激光淬火头位于工件内孔的正上方，所述激光淬火头包括管状的壳体、安装于壳体内的准直镜和聚焦镜，所述准直镜水平地安装于所述壳体内，所述聚焦镜位于准直镜的下方且具有圆台形的聚焦镜面，所述壳体外的下侧固定安装有用于连接所述随动座的水平拉板；

所述随动座包括U型的座本体、安装于所述座本体上的镜座、固定于所述镜座上的第一全反镜、固定连接于所述第一全反镜上的支撑柱、位于所述支撑柱上的第二全反镜，所述座本体的两纵边分别穿过工件的左右两侧后可拆卸地安装于所述水平拉板上，所述镜座可贯穿所述工件架上的导向孔后竖直地伸入工件的内孔中，所述镜座可与所述激光淬火头同步移动；所述第一全反镜、所述第二全反镜均为与所述聚焦镜倾斜角度匹配的锥状镜面，所述第一全反镜、所述第二全反镜、所述聚焦镜和所述准直镜均同轴设置，激光束经过所述准直镜后由第二全反镜反射至聚焦镜上，再由聚焦镜向下反射形成环状激光束，所述环状激光束到达第一全反镜后反射至工件的内孔壁上。

优选的，所述座本体的两纵边的顶部固定有磁铁，所述水平拉板为铁磁性材质，所述座本体的两纵边顶部可吸附固定于所述水平拉板上。

优选的，所述水平拉板的底部设有定位槽，所述磁铁的顶部设有与所述定位槽配合的定位凸块，所述座本体通过所述定位凸块与定位槽定位于所述水平拉板上。

进一步的，所述第一全反镜、所述第二全反镜的背面均呈螺旋状地盘绕有水冷管道，所述水冷管道的端部穿过所述镜座与所述座本体后连接冷水泵。

优选的，所述镜座的直径大于所述支撑柱的直径，所述工件架上的导向孔直径与所述镜座匹配。

优选的，所述工件架的上表面设有与工件外形匹配的工件定位槽。

优选的，所述工件架的一侧壁贴合所述座本体的一条纵边内壁，所述工件架的另一侧壁与所述座本体的另一纵边内壁之间留有空隙。

进一步的，所述工件架的架腿上设有条形孔，所述条形孔上由螺栓紧固有水平的托板，所述托板的高度可调节且可托举所述随动座。

本发明的有益效果是：

本发明的激光淬火头和随动座之间通过光路的配置，可形成环形的激光束，对工件内孔的圆周淬火，提高了加工效率。

本发明将准直镜与聚焦镜安装于激光淬火头内，将第一全反镜与第二全反镜安装于随动座上，并且随动座可拆卸地连接激光淬火头，因此随动座可与激光淬火头同步上行或者下行，不需要另外配置驱动件来驱动第一全反镜上下移动，仅需要一个直线驱动装置驱动激光淬火头上下移动即可对工件的内孔淬火，简化了设备结构，减少了驱动能耗。激光淬火头与随动座之间完全同步动作，维持了激光光路的稳定性，保证了淬火精度。

本发明将工件放置于工件架上，工件架下方设有离地间距，U型的随动座从工件架的左右两侧包围工件架，因此工件架会不干涉随动座的上下移动动作，便于装配随动座。

本发明将第一全反镜与第二全反镜装配于随动座上，第一全反镜与第二全反镜之间由支撑柱固定连接，实现两个全反镜的同步移动；当需要清洁全反镜时，将激光淬火头与工件移走即可，操作方便。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的激光淬火头与随动座位于初始位置的结构示意图；

图2是本发明的激光淬火头与随动座联动淬火的结构示意图；

图3是从图2的左侧看本发明的结构示意图；

图4是本发明的水冷管道分布示意图。

图中标记为：1.工件架；2.激光淬火头；3.随动座；4.工件；5.工件定位槽；6.托板；7.壳体；8.准直镜；9.聚焦镜；10.水平拉板；11.座本体；12.镜座；13.第一全反镜；14.支撑柱；15.第二全反镜；16.磁铁；17.定位凸块；18.定位槽；19.导向孔；20.水冷管道。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种激光内孔淬火装置，包括工件架1、激光淬火头2和随动座3。

请参考图1和图3，工件架1用于支撑带内孔的金属工件，工件架1的上表面设有与工件4外形匹配的工件定位槽5。工件架1的下方设有用于装配随动座3的离地间距，可将随动座3从工件架1的下方送入然后向上托举而围在工件架的两侧。工件架1的两条架腿上设有条形孔，条形孔上由螺栓紧固有水平的托板6，托板6在条形孔内的安装高度可调节，组装随动座3之前，将托板6下移至最低点，然后将随动座3送入工件架1的下方，再向上提升后用螺栓固定托板6，使托板6托举随动座3，将随动座3定位于一特定的初始高度上，便于对工件4的内孔由下至上淬火。

请参考图1和图2，激光淬火头2位于工件内孔的正上方，激光淬火头2包括管状的壳体7、安装于壳体7内的准直镜8和聚焦镜9，准直镜8水平地安装于壳体7内，聚焦镜9位于准直镜8的下方且具有圆台形的聚焦镜面。壳体7外的下侧固定安装有用于连接随动座的水平拉板10。本发明的激光淬火头2安装于一直线驱动装置上，由该直线驱动装置驱动激光淬火头匀速地向上移动，从而对工件的内孔进行均匀地淬火。直线驱动装置可选用由伺服电机驱动的高精度滚珠丝杠，或者直线伺服模组。

随动座3包括U型的座本体11、安装于座本体11上的镜座12、固定于镜座12上的第一全反镜13、固定连接于第一全反镜13上的支撑柱14、位于支撑柱14上的第二全反镜15，镜座12、第一全反镜13、支撑柱14和第二全反镜15由下至上依次连接且均与聚焦镜9和准直镜8同轴设置。其中，座本体11的两纵边分别穿过工件架1的左右两侧后可拆卸地安装于水平拉板10上，为了提高装配效率，可将座本体11与水平拉板10吸附连接，具体地，座本体11的两纵边顶部由螺钉固定有磁铁16，水平拉板10为铁磁性材质，座本体11的两纵边顶部由磁铁16吸附固定于水平拉板10上。为了提高随动座3的装配精度，在水平拉板10的底部设有定位槽18，磁铁16的顶部设有与定位槽18配合的定位凸块17，座本体11通过定位凸块17与定位槽18精确地定位于水平拉板10上。

工件架1上设有与镜座12直径匹配的导向孔19，镜座12贯穿导向孔19后竖直地伸入工件4的内孔中，由于座本体11固定连接水平拉板10，因此镜座12可与激光淬火头2同步移动，不需要另外配置驱动装置驱动镜座12，结构更紧凑，而且降低了能耗。镜座12的直径大于支撑柱14的直径，因此装配随动座时，支撑柱14顶部的第二全反镜15不容易碰撞工件架1和工件4内壁，有助于保护第二全反镜15。同时，为了进一步保护第一全反镜13、第二全反镜15不受剐蹭，适当增加工件架1的左侧宽度，使其左侧壁基本贴合座本体11的一条纵边内壁，而工件架1的另一侧壁与座本体的另一纵边内壁之间留有空隙。装配随动座3时，将座本体11的左侧纵边贴合工件架1而稳定地向上移动，防止座本体左右晃动。

第一全反镜13、第二全反镜15均为与聚焦镜9倾斜角度匹配的锥状镜面，激光器发射的激光束经过准直镜8后由第二全反镜15反射至聚焦镜9上，再由聚焦镜9向下反射形成环状激光束，环状激光束到达第一全反镜13后水平地反射至工件4的内孔壁上，从而形成一圈高能量激光束以对工件4的内壁淬火。

请参考图4，第一全反镜13、第二全反镜15的背面均呈螺旋状地盘绕有水冷管道20，水冷管道20的端部穿过镜座12与座本体11后连接冷水泵，冷水泵为第一全反镜13和第二全反镜15进行水冷以保护镜面。

本装置的工作原理为：

将托板6调整到最低点，将座本体11送入工件架1的下方，使支撑柱14对准工件架1上的导向孔19后向上移动座本体11，座本体11移动的同时使座本体11的左纵边贴合工件架1的左侧壁，直至座本体11上行至设定的高度，再调整托板6的高度，使托板6支撑座本体11后再锁紧托板6的紧固螺栓。

将工件4放入工件架1上的定位槽5内，直线驱动装置驱动激光淬火头2向下移动，直至其水平拉板10吸附于座本体顶部的磁铁16上，此时第一全反镜13正好位于可将激光束反射至内孔淬火起点的初始位置，然后启动激光器，激光束依次经过准直镜8、第二全反镜15、聚焦镜9和第一全反镜13后形成水平状的圆形激光束而对工件4的内孔一周淬火。直线驱动装置匀速提升激光淬火头2和随动座3，对工件4的内孔进行整体淬火。

淬火完成后，人工或者使用机械手分离激光淬火头2与随动座3，直线驱动装置继续向上提升激光淬火头2，随动座3滑落至托板6上，机械手将该工件从工件架1上取走，再放置第二个工件，以此重复而连续加工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光内孔淬火装置，其特征在于，包括工件架、激光淬火头和随动座；

所述工件架用于支撑带内孔的工件，所述工件架的下方设有用于装配随动座的离地间距；所述激光淬火头位于工件内孔的正上方，所述激光淬火头包括管状的壳体、安装于壳体内的准直镜和聚焦镜，所述准直镜水平地安装于所述壳体内，所述聚焦镜位于准直镜的下方且具有圆台形的聚焦镜面，所述壳体外的下侧固定安装有用于连接所述随动座的水平拉板；

所述随动座包括U型的座本体、安装于所述座本体上的镜座、固定于所述镜座上的第一全反镜、固定连接于所述第一全反镜上的支撑柱、位于所述支撑柱上的第二全反镜，所述座本体的两纵边分别穿过工件的左右两侧后可拆卸地安装于所述水平拉板上，所述镜座可贯穿所述工件架上的导向孔后竖直地伸入工件的内孔中，所述镜座可与所述激光淬火头同步移动；所述第一全反镜、所述第二全反镜均为与所述聚焦镜倾斜角度匹配的锥状镜面，所述第一全反镜、所述第二全反镜、所述聚焦镜和所述准直镜均同轴设置，激光束经过所述准直镜后由第二全反镜反射至聚焦镜上，再由聚焦镜向下反射形成环状激光束，所述环状激光束到达第一全反镜后反射至工件的内孔壁上；

可将所述随动座从所述工件架的下方送入然后向上托举而围在所述工件架的左右两侧；所述工件架的前后两条架腿上设有条形孔，所述条形孔上紧固有水平的托板，所述托板在所述条形孔内的安装高度可调节，组装随动座之前，由所述托板托举所述随动座，将所述随动座定位于初始高度上。

2.根据权利要求1所述的激光内孔淬火装置，其特征在于，所述座本体的两纵边的顶部固定有磁铁，所述水平拉板为铁磁性材质，所述座本体的两纵边顶部可吸附固定于所述水平拉板上。

3.根据权利要求2所述的激光内孔淬火装置，其特征在于，所述水平拉板的底部设有定位槽，所述磁铁的顶部设有与所述定位槽配合的定位凸块，所述座本体通过所述定位凸块与定位槽定位于所述水平拉板上。

4.根据权利要求1所述的激光内孔淬火装置，其特征在于，所述第一全反镜、所述第二全反镜的背面均呈螺旋状地盘绕有水冷管道，所述水冷管道的端部穿过所述镜座与所述座本体后连接冷水泵。

5.根据权利要求1所述的激光内孔淬火装置，其特征在于，所述镜座的直径大于所述支撑柱的直径，所述工件架上的导向孔直径与所述镜座的直径匹配。

6.根据权利要求1所述的激光内孔淬火装置，其特征在于，所述工件架的上表面设有与工件外形匹配的工件定位槽。

7.根据权利要求1所述的激光内孔淬火装置，其特征在于，所述工件架的一侧壁贴合所述座本体的一条纵边内壁，所述工件架的另一侧壁与所述座本体的另一纵边内壁之间留有空隙。

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