CN113070580A - 一种旋转体内外圈表面激光刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，包括：机架；激光发射装置，安装在机架上，用于发射向下的激光束；工件固定装置，安装在机架上，用于固定旋转体工件并带动旋转体工件转动；其中，工件固定装置具有转动轴线水平延伸的第一装夹状态，以使激光束对旋转体工件的外圈表面进行加工；工件固定装置还具有转动轴线与水平面呈一定夹角设置的第二装夹状态，以露出旋转体工件的内圈表面，进而使激光束对旋转体工件的内圈表面进行加工。本发明的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备只需要将工件固定装置调整至第二装夹状态，即可实现对旋转体工件内圈表面的加工，无需激光发射装置伸入工件内孔中，可以适用于尺寸比较小的工件，适用范围更广。

Description

一种旋转体内外圈表面激光刻蚀设备

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种旋转体内外圈表面激光刻蚀设备。

背景技术

摩擦磨损造成了严重的能源浪费，表面织构技术作为可行的改善摩擦学性能的技术，在航空航天、交通运输、机械密封、机械制造等领域具有重要的应用价值。

激光具有亮度高、方向性强、单色性和相干性好等优异性能，激光的空间控制性和时间控制性能好，易获得超短脉冲、尺度极小的光斑，能够产生极高的能量密度和功率密度，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域之一。激光表面刻蚀技术是采用具有高能量密度、被聚焦到微小空间的激光用于表面加工的方法，其加工行为主要是对材料的刻蚀及去除而形成规则的微形貌。

激光精密加工属于非接触加工，材料损伤小；能通过透视窗孔对隔离或真空内的零件进行加工；同时其具有高效，对环境无污染等优势。目前，多种材料表面已经实现了表面织构化，且表面织构的形貌也已实现了多样化，但目前激光刻蚀大多是在平面或者是零件表面进行表面处理，对于旋转体尤其是旋转体内表面的激光加工并不多见。

对此，申请公布号为CN104842072A的中国发明专利申请公开了一种激光加工车床，包括卡盘和激光发射装置，激光发射装置可以在X、Y、Z三个方向调整位置，并且可以对圆形工件的内外表面进行加工。但是，在对工件的内表面进行加工时，激光发射装置的工作头需要伸入工件内部，对于尺寸比较小的工件，这种加工方式将无法适用，适用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用范围更广的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备。

为实现上述目的，本发明中的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备采用如下技术方案：

一种旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，包括：

机架；

激光发射装置，安装在机架上，用于发射向下的激光束；

工件固定装置，安装在机架上，用于固定旋转体工件并带动旋转体工件转动；

其中，工件固定装置具有转动轴线水平延伸的第一装夹状态，以使激光束对旋转体工件的外圈表面进行加工；工件固定装置还具有转动轴线与水平面呈一定夹角设置的第二装夹状态，以露出旋转体工件的内圈表面，进而使激光束对旋转体工件的内圈表面进行加工。

上述技术方案的有益效果在于：工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，工件固定装置的转动轴线水平延伸，此时可以方便激光束对旋转体工件的外圈表面进行加工；工件固定装置的卡盘处于第二装夹状态时，工件固定装置的转动轴线与水平面呈一定夹角设置，这样可以露出旋转体工件的内圈表面，方便激光束对旋转体工件的内圈表面进行加工。因此，本发明的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备只需要将工件固定装置调整至第二装夹状态，即可实现对旋转体工件内圈表面的加工，无需激光发射装置伸入工件内孔中，可以适用于尺寸比较小的工件，适用范围更广。

进一步的，为了方便对旋转体工件进行固定，所述工件固定装置包括装置架以及转动安装在装置架上的旋转卡盘，旋转卡盘包括至少三个卡爪。

进一步的，为了方便工件的固定和激光加工，工件固定装置的卡盘处于第二装夹状态时，卡爪直接夹紧旋转体工件的外圈表面。

进一步的，为了方便工件的固定和激光加工，简化结构，工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，卡爪直接夹紧旋转体工件的局部外圈表面。

进一步的，为了方便工件的固定和激光加工，工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，卡爪直接夹紧旋转体工件的内圈表面。

进一步的，为了方便工件的固定，旋转体内外圈表面激光刻蚀设备还包括芯轴，工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，卡爪直接夹紧芯轴，芯轴用于与旋转体工件的内圈表面过盈配合，以对旋转体工件进行固定。

进一步的，为了方便使用，芯轴呈阶梯轴状，芯轴包括大径段和小径段，大径段和小径段之间形成有台阶面，卡爪用于夹紧大径段，小径段用于与旋转体工件的内圈表面过盈配合，台阶面用于与旋转体工件的端面挡止配合。

进一步的，为了方便调整激光发射装置的上下高度，方便加工不同外径的工件，激光发射装置通过能够上下伸缩的伸缩机构安装在机架上，以调整激光发射装置的上下高度。

进一步的，为了方便调整工件固定装置的位置，机架上设置有十字滑台，工件固定装置安装在十字滑台上。

附图说明

图1为本发明中旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的实施例1在加工旋转体工件的外圈表面时的局部结构示意图；

图2为本发明中旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的实施例1在加工旋转体工件的内圈表面时的局部结构示意图；

图3为本发明中旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的实施例1的局部结构示意图；

图4为本发明中旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的实施例2在加工旋转体工件的外圈表面时的局部结构示意图；

图5为本发明中旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的实施例3在加工旋转体工件的外圈表面时的局部结构示意图。

图中：10、外卡爪；10＇、内卡爪；20、旋转体工件；30、机座；40、支撑架；50、伸缩机构；60、激光发射装置；70、十字滑台；80、芯轴；81、大径段；82、小径段。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中旋转体内外圈表面激光刻蚀设备（以下简称激光刻蚀设备）的实施例1如图3所示，激光刻蚀设备包括机架，机架包括机座30和固定在机座30上的支撑架40，支撑架40上安装有激光发射装置60，激光发射装置60用于发射向下的激光束。具体的，激光发射装置60通过能够上下伸缩的伸缩机构50安装在机架40上，以调整激光发射装置60的上下高度。其中，伸缩机构50可以是气缸、液压缸或者丝杠螺母机构。

激光刻蚀设备还包括安装在机架上的工件固定装置，工件固定装置用于固定旋转体工件并带动旋转体工件转动，本实施例中的工件固定装置包括装置架（图中未示出）以及转动安装在装置架上的旋转卡盘（图中未示出），旋转卡盘包括至少三个卡爪，如图1和图2所示，各卡爪均为外卡爪10，外卡爪10用于直接夹紧旋转体工件20的局部外圈表面。

机座30上设置有十字滑台70，十字滑台70属于现有技术，其能够输出X向和Y向的移动。工件固定装置的装置架安装在十字滑台70上，这样外卡爪10就可以带动旋转体工件20进行X向和Y向的移动。同时，如图1所示，工件固定装置的卡盘具有转动轴线水平延伸的第一装夹状态，以使激光束对旋转体工件20的外圈表面进行加工，当然由于外卡爪10夹紧旋转体工件20的局部外圈表面，因此激光束先对裸露的外圈表面进行加工，然后将旋转体工件20调头进行夹紧，加工剩余的外圈表面即可。

如图2所示，工件固定装置的卡盘还具有转动轴线与水平面呈一定夹角θ设置的第二装夹状态，此时可以露出旋转体工件20的内圈表面，进而使激光束对旋转体工件20的内圈表面进行加工。

工件固定装置的卡盘在第一装夹状态和第二装夹状态之间的切换可以通过多种形式来实现，例如工件固定装置的装置架可以与一个电机连接，电机轴旋转时可以带动整个装置架旋转，进而调整装置架上的卡盘的倾斜角度；再例如装置架传动连接有蜗轮蜗杆机构，装置架与蜗轮固定，蜗杆可以手动或电动驱动旋转，从而控制装置架旋转，改变卡盘的倾斜角度；当然装置架也可以传动连接齿轮机构。或者，装置架可以是铰接安装在机架上，另外再安装一个与装置架连接的液压缸、气缸或者电动推杆，通过液压缸、气缸或者电动推杆的伸缩来控制装置架的旋转，改变卡盘的倾斜角度；或者，还可以改变十字滑台70的整体倾斜角度，以此来改变十字滑台70上的工件固定装置的整体倾斜角度。

本发明的激光刻蚀设备在使用时，通过工件固定装置在X向和Y向的移动，以及激光发射装置60在Z向的移动，对待加工旋转体工件20的位置进行移动与调焦。激光刻蚀设备可以对旋转体工件20的内外表面进行激光加工，操作简单可控，对拓宽表面织构在装备关键零部件方面的应用具有重要的意义。并且，只需要将工件固定装置调整至第二装夹状态，即可实现对旋转体工件内圈表面的加工，无需激光发射装置伸入工件内孔中，可以适用于尺寸比较小的工件，适用范围更广。

本发明中旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的实施例2如图4所示，旋转体内外圈表面激光刻蚀设备还包括芯轴80，工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，外卡爪10直接夹紧芯轴80，芯轴80用于与旋转体工件20的内圈表面过盈配合，以对旋转体工件20进行固定。具体的，芯轴80呈阶梯轴状，芯轴80包括大径段81和小径段82，大径段81和小径段82之间形成有台阶面，外卡爪10用于夹紧大径段81，小径段82用于与旋转体工件20的内圈表面过盈配合，台阶面用于与旋转体工件20的端面挡止配合。

本发明中旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的实施例3如图5所示，本实施例中工件固定装置的卡盘包括内卡爪10＇，工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，内卡爪10＇直接夹紧旋转体工件20的内圈表面。

在旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的其他实施例中，机座上可以不设置十字滑台，而是将十字滑台安装在支撑架上与伸缩机构连接，这样激光发射装置就可以进行X、Y、Z三向移动。

在旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的其他实施例中，整个机架上都不设置十字滑台。

在旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的其他实施例中，不设置伸缩机构，激光发射装置固定安装，高度不可调。

在旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的其他实施例中，芯轴可以是等径轴。

在旋转体内外圈表面激光刻蚀设备的其他实施例中，工件固定装置不是卡盘形式，而是电磁铁，以对工件进行吸附固定。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，包括：

机架；

激光发射装置（60），安装在机架上，用于发射向下的激光束；

工件固定装置，安装在机架上，用于固定旋转体工件（20）并带动旋转体工件（20）转动；

其中，工件固定装置具有转动轴线水平延伸的第一装夹状态，以使激光束对旋转体工件（20）的外圈表面进行加工；工件固定装置还具有转动轴线与水平面呈一定夹角设置的第二装夹状态，以露出旋转体工件（20）的内圈表面，进而使激光束对旋转体工件（20）的内圈表面进行加工。

2.根据权利要求1所述的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，所述工件固定装置包括装置架以及转动安装在装置架上的旋转卡盘，旋转卡盘包括至少三个卡爪。

3.根据权利要求2所述的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，工件固定装置的卡盘处于第二装夹状态时，卡爪直接夹紧旋转体工件（20）的外圈表面。

4.根据权利要求2所述的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，卡爪直接夹紧旋转体工件（20）的局部外圈表面。

5.根据权利要求2所述的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，卡爪直接夹紧旋转体工件（20）的内圈表面。

6.根据权利要求2所述的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，旋转体内外圈表面激光刻蚀设备还包括芯轴（80），工件固定装置的卡盘处于第一装夹状态时，卡爪直接夹紧芯轴（80），芯轴（80）用于与旋转体工件（20）的内圈表面过盈配合，以对旋转体工件（20）进行固定。

7.根据权利要求6所述的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，芯轴（80）呈阶梯轴状，芯轴（80）包括大径段（81）和小径段（82），大径段（81）和小径段（82）之间形成有台阶面，卡爪用于夹紧大径段（81），小径段（82）用于与旋转体工件（20）的内圈表面过盈配合，台阶面用于与旋转体工件（20）的端面挡止配合。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，激光发射装置（60）通过能够上下伸缩的伸缩机构（50）安装在机架上，以调整激光发射装置（60）的上下高度。

9.根据权利要求1~7任意一项所述的旋转体内外圈表面激光刻蚀设备，其特征在于，机架上设置有十字滑台（70），工件固定装置安装在十字滑台（70）上。

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