CN114769840A - 一种双激光砂带协同加工设备 - Google Patents

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周坤
黄云
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Abstract

本发明公开了一种双激光砂带协同加工设备，包括主机机体、横向移动导轨、竖向移动导轨、脉冲激光发生器、激光光路系统、砂带磨头和工件移动平台，工件移动平台、横向移动导轨、冲激光发生器和激光光路系统安装到主机机体上，竖向移动导轨滑动连接在横向移动导轨上，砂带磨头滑动连接在竖向移动导轨上。通过激光器发出激光通过激光光路系统发出，并与砂带对工件进行协同加工；本发明可实现先激光后砂带加工、先砂带后激光加工，也可以关闭激光进行砂带磨削加工；本发明可根据不同的加工需求调整磨削参数和激光参数可以满足不同功能性要求的仿生微纳结构表面的加工及强化，加工效率高，加工精度高，自动化程度高，人机交互方便。

Description

一种双激光砂带协同加工设备
技术领域
本发明涉及激光砂带磨削技术领域，具体涉及一种双激光砂带协同加工设备。
背景技术
激光砂带协同加工技术结合了激光的高精度、无损伤和砂带磨削高效率、高表面完整性的加工特点，可以实现具有微纳结构的高性能表面的加工。但单个激光与砂带协同加工难以实现高精度的微纳结构结构加工，不能高效的实现具有仿生微纳表面特性的加工。
因此有必要提出一种能解决上述问题的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种双激光砂带协同加工设备，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种双激光砂带协同加工设备，包括位于空间直角坐标系O-XYZ内的主机机体、横向移动导轨、竖向移动导轨、两个脉冲激光发生器、两个激光光路系统、砂带磨头和工件移动平台，平面O-XY为水平面，Z轴方向为竖直方向。
所述主机机体包括两根立柱、主机平台和连接板，相互间隔的两根立柱固定在主机平台的上表面，连接板固定在两根立柱的上端。
两个所述脉冲激光发生器和两个激光光路系统均安装在连接板上，两个脉冲激光发生器位于两个激光光路系统之间。
所述激光光路系统包括光路箱、扩束镜、折射镜、合束镜、两个伸缩套、折射镜箱Ⅰ、折射镜箱Ⅱ、激光出口装置和振镜。
所述光路箱安装在连接板上，折射镜箱Ⅰ和折射镜箱Ⅱ均位于连接板下方并采用一个伸缩套连接，另一个伸缩套的下端与折射镜箱Ⅰ连接，上端穿过连接板并与光路箱连接，激光出口装置的上端与折射镜箱Ⅱ连接。
所述光路箱内安装有扩束镜、若干折射镜和若干合束镜，折射镜箱Ⅰ和折射镜箱Ⅱ内均安装有折射镜，激光出口装置与折射镜箱Ⅱ的连接处安装有振镜。
所述横向移动导轨安装在两根立柱上，竖向移动导轨滑动连接在横向移动导轨上。
所述竖向移动导轨上滑动连接有砂带磨头，砂带磨头包括磨头主体安装板、主动轮、惰轮、两个导向张紧轮、接触轮、接触轮支杆和砂带。
所述磨头主体安装板滑动连接在竖向移动导轨上，磨头主体安装板面向竖向移动导轨的一侧安装有驱动电机，磨头主体安装板的另一侧安装有主动轮、惰轮、两个导向张紧轮和接触轮支杆。
相互间隔的所述主动轮和惰轮均靠近磨头主体安装板的上边缘，驱动电机的输出轴穿过磨头主体安装板并与主动轮连接。
相互间隔的两个所述导向张紧轮均位于主动轮和惰轮的下方，竖直的接触轮支杆位于两个导向张紧轮下方，接触轮支杆的下端伸出磨头主体安装板下边缘，接触轮与接触轮支杆下端活动连接。
所述砂带依次与主动轮、惰轮、两个导向张紧轮和接触轮接触连接，并形成封闭循环，砂带的外侧与两个导向张紧轮抵紧。
所述工件移动平台包括XY移动平台和工件装夹平台，XY移动平台安装在主机平台上，工件装夹平台滑动连接在XY移动平台上。
加工时，将工件固定在所述工件装夹平台上，上位机控制两个脉冲激光发生器发射激光束并分别射入两个激光光路系统，激光束经过扩束镜、若干折射镜、若干合束镜和振镜后射到工件上，上位机控制驱动电机带动主动轮和砂带转动，砂带协同激光束对工件进行加工。所述上位机控制砂带磨头和工件装夹平台按预定轨迹进行运动。
进一步，所述立柱的材质为大理石。
进一步，所述磨头主体安装板通过磨头连接架滑动连接在竖向移动导轨上，磨头主体安装板上罩设有磨头保护罩，主动轮、惰轮和导向张紧轮均位于磨头保护罩内，接触轮支杆的下端伸出磨头保护罩并与接触轮连接。
进一步，所述XY移动平台包括X向移动导轨、Y向移动导轨和连接板，X向移动导轨安装在主机平台上，Y向移动导轨通过连接板滑动连接在X向移动导轨上，工件装夹平台安装在连接板上。
本发明的有益效果在于：
1.通过横向移动导轨可实现砂带磨头和激光光路系统的横向移动；
2.通过竖向移动导轨实现磨头的上下移动；通过竖向移动导轨实现激光光路相关装置的上下移动，实现激光和砂带磨头的对焦；自动化程度高；
3.通过激光器发出激光通过激光光路系统从激光出口装置发出，并与接触轮外侧做高速旋转运动的砂带来对工件进行协同加工；
4.通过工件移动平台可以实现加工工件的进给运动；
5.通过控制双激光协同加工系统可实现，单激光砂带协同加工；实现先激光后砂带加工、先砂带后激光加工；实现双激光砂带协同加工；也可以关闭激光进行砂带磨削加工；
6.通过控制激光扫描路径可以实现激光砂带协同对工件功能性图案的加工、仿生微纳结构的精确加工；
7.通过改变激光功率、激光扫描速率可以实现激光对工件改性深度和强化程度的改变；
8.根据不同的加工需求调整磨削参数和激光参数可以满足不同功能性要求的仿生微纳结构表面的加工，加工效率高，加工精度高，自动化程度高，人机交互方便。
附图说明
图1为本发明激光砂带协同加工设备的整体结构示意图；
图2为本发明激光砂带协同加工设备的正视图；
图3为本发明砂带磨头的结构示意图；
图4为本发明砂带磨头的正视图；
图5为本发明激光光路系统的结构示意图；
图6为本发明双激光砂带协同加工的工作示意图；
图7为工件移动平台俯视图。
图中：主机机体1、立柱101、主机平台102、连接板103、横向移动导轨2、竖向移动导轨3、脉冲激光发生器4、激光光路系统5、光路箱501、扩束镜502、折射镜503、合束镜504、伸缩套505、折射镜箱Ⅰ506、激光出口装置507、振镜508、折射镜箱Ⅱ509、砂带磨头6、磨头主体安装板601、主动轮602、惰轮603、导向张紧轮604、接触轮605、接触轮支杆606、砂带607、磨头保护罩609、工件移动平台7、X向移动导轨701、Y向移动导轨702、工件装夹平台704和磨头连接架8。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1，本实施例公开了一种双激光砂带协同加工设备，包括位于空间直角坐标系O-XYZ内的主机机体1、横向移动导轨2、竖向移动导轨3、两个脉冲激光发生器4、两个激光光路系统5、砂带磨头6和工件移动平台7，平面O-XY为水平面，Z轴方向为竖直方向。
所述主机机体1包括两根立柱101、主机平台102和连接板103，相互间隔的两根立柱101固定在主机平台102的上表面，连接板103固定在两根立柱101的上端，立柱101的材质为大理石。
参见图2，两个所述脉冲激光发生器4和两个激光光路系统5均安装在连接板103上，两个脉冲激光发生器4位于两个激光光路系统5之间。
参见图5，所述激光光路系统5包括光路箱501、扩束镜502、折射镜503、合束镜504、两个伸缩套505、折射镜箱Ⅰ506、折射镜箱Ⅱ509、激光出口装置507和振镜508。
所述光路箱501安装在连接板103上，折射镜箱Ⅰ506和折射镜箱Ⅱ509均位于连接板103下方并采用一个伸缩套505连接，另一个伸缩套505的下端与折射镜箱Ⅰ506连接，上端穿过连接板103并与光路箱501连接，激光出口装置507的上端与折射镜箱Ⅱ509连接。
所述光路箱501内安装有扩束镜502、若干折射镜503和若干合束镜504，折射镜箱Ⅰ506和折射镜箱Ⅱ509内均安装有折射镜503，激光出口装置507与折射镜箱Ⅱ509的连接处安装有振镜508。所述脉冲激光发生器4和激光光路系统5实现激光功率、激光扫描速率、激光扫描路径、激光频率的分别控制。所述振镜508的作用下从激光出口装置507发出的激光在工件上可以进行不同结构形状的加工，可达微纳尺度。
所述横向移动导轨2安装在两根立柱101上，竖向移动导轨3滑动连接在横向移动导轨2上。
所述竖向移动导轨3上滑动连接有砂带磨头6，参见图4，砂带磨头6包括磨头主体安装板601、主动轮602、惰轮603、两个导向张紧轮604、接触轮605、接触轮支杆606和砂带607。
所述磨头主体安装板601滑动连接在竖向移动导轨3上，磨头主体安装板601面向竖向移动导轨3的一侧安装有驱动电机，磨头主体安装板601的另一侧安装有主动轮602、惰轮603、两个导向张紧轮604和接触轮支杆606。
相互间隔的所述主动轮602和惰轮603均靠近磨头主体安装板601的上边缘，驱动电机的输出轴穿过磨头主体安装板601并与主动轮602连接。
相互间隔的两个所述导向张紧轮604均位于主动轮602和惰轮603的下方，竖直的接触轮支杆606位于两个导向张紧轮604下方，接触轮支杆606的下端伸出磨头主体安装板601下边缘，接触轮605与接触轮支杆606下端活动连接。
所述砂带607依次与主动轮602、惰轮603、两个导向张紧轮604和接触轮605接触连接，并形成封闭循环，砂带607的外侧与两个导向张紧轮604抵紧。
参见图3，所述磨头主体安装板601通过磨头连接架8滑动连接在竖向移动导轨3上，磨头主体安装板601上罩设有磨头保护罩609，主动轮602、惰轮603和导向张紧轮604均位于磨头保护罩609内，接触轮支杆606的下端伸出磨头保护罩609并与接触轮605连接。
所述工件移动平台7包括XY移动平台和工件装夹平台704，XY移动平台安装在主机平台102上，工件装夹平台704滑动连接在XY移动平台上。
参见图7，所述XY移动平台包括X向移动导轨701、Y向移动导轨702和连接板，X向移动导轨701安装在主机平台102上，Y向移动导轨702通过连接板滑动连接在X向移动导轨701上，工件装夹平台704安装滑动连接在Y向移动导轨702上。
参见图6，加工时，将工件固定在所述工件装夹平台704上，上位机控制两个脉冲激光发生器4发射激光束并分别射入两个激光光路系统5，激光束经过扩束镜502、若干折射镜503、若干合束镜504和振镜508后射到工件上，上位机控制驱动电机带动主动轮602和砂带607转动，砂带607协同激光束对工件进行加工，砂带磨头6和工件移动平台7之间通信连接由上位机统一控制，上位机控制砂带磨头6和工件装夹平台704按预定轨迹进行运动。通过控制激光参数和砂带磨削参数可以实现仿生微纳结构的加工，实现激光砂带协同加工及表面强化。通过控制系统可以实现自动化数字加工，人机交互便捷。
实施例2：
参见图1，本实施例公开了一种双激光砂带协同加工设备，包括位于空间直角坐标系O-XYZ内的主机机体1、横向移动导轨2、竖向移动导轨3、两个脉冲激光发生器4、两个激光光路系统5、砂带磨头6和工件移动平台7，平面O-XY为水平面，Z轴方向为竖直方向。
所述主机机体1包括两根立柱101、主机平台102和连接板103，相互间隔的两根立柱101固定在主机平台102的上表面，连接板103固定在两根立柱101的上端。
参见图2，两个所述脉冲激光发生器4和两个激光光路系统5均安装在连接板103上，两个脉冲激光发生器4位于两个激光光路系统5之间。
参见图5，所述激光光路系统5包括光路箱501、扩束镜502、折射镜503、合束镜504、两个伸缩套505、折射镜箱Ⅰ506、折射镜箱Ⅱ509、激光出口装置507和振镜508。
所述光路箱501安装在连接板103上，折射镜箱Ⅰ506和折射镜箱Ⅱ509均位于连接板103下方并采用一个伸缩套505连接，另一个伸缩套505的下端与折射镜箱Ⅰ506连接，上端穿过连接板103并与光路箱501连接，激光出口装置507的上端与折射镜箱Ⅱ509连接。
所述光路箱501内安装有扩束镜502、若干折射镜503和若干合束镜504，折射镜箱Ⅰ506和折射镜箱Ⅱ509内均安装有折射镜503，激光出口装置507与折射镜箱Ⅱ509的连接处安装有振镜508。所述振镜508可以实现激光束快速偏转，实现激光快速精确扫描，振镜508偏转后的激光从激光出口装置507发出进而实现加工。
所述横向移动导轨2安装在两根立柱101上，竖向移动导轨3滑动连接在横向移动导轨2上。
所述竖向移动导轨3上滑动连接有砂带磨头6，参见图4，砂带磨头6包括磨头主体安装板601、主动轮602、惰轮603、两个导向张紧轮604、接触轮605、接触轮支杆606和砂带607。
所述磨头主体安装板601滑动连接在竖向移动导轨3上，磨头主体安装板601面向竖向移动导轨3的一侧安装有驱动电机，磨头主体安装板601的另一侧安装有主动轮602、惰轮603、两个导向张紧轮604和接触轮支杆606。
相互间隔的所述主动轮602和惰轮603均靠近磨头主体安装板601的上边缘，驱动电机的输出轴穿过磨头主体安装板601并与主动轮602连接。
相互间隔的两个所述导向张紧轮604均位于主动轮602和惰轮603的下方，竖直的接触轮支杆606位于两个导向张紧轮604下方，接触轮支杆606的下端伸出磨头主体安装板601下边缘，接触轮605与接触轮支杆606下端活动连接。
所述砂带607依次与主动轮602、惰轮603、两个导向张紧轮604和接触轮605接触连接，并形成封闭循环，砂带607的外侧与两个导向张紧轮604抵紧。
所述工件移动平台7包括XY移动平台和工件装夹平台704，XY移动平台安装在主机平台102上，工件装夹平台704滑动连接在XY移动平台上。
参见图6，加工时，将工件固定在所述工件装夹平台704上，上位机控制两个脉冲激光发生器4发射激光束并分别射入两个激光光路系统5，激光束经过扩束镜502、若干折射镜503、若干合束镜504和振镜508后射到工件上，上位机控制驱动电机带动主动轮602和砂带607转动，砂带607协同激光束对工件进行加工。所述上位机控制砂带磨头6和工件装夹平台704按预定轨迹进行运动。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述立柱101的材质为大理石。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图3，所述磨头主体安装板601通过磨头连接架8滑动连接在竖向移动导轨3上，磨头主体安装板601上罩设有磨头保护罩609，主动轮602、惰轮603和导向张紧轮604均位于磨头保护罩609内，接触轮支杆606的下端伸出磨头保护罩609并与接触轮605连接。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图7，所述XY移动平台包括X向移动导轨701、Y向移动导轨702和连接板，X向移动导轨701安装在主机平台102上，Y向移动导轨702通过连接板滑动连接在X向移动导轨701上，工件装夹平台704安装滑动连接在Y向移动导轨702上。

Claims (4)

1.一种双激光砂带协同加工设备，其特征在于：包括位于空间直角坐标系O-XYZ内的所述主机机体(1)、横向移动导轨(2)、竖向移动导轨(3)、两个脉冲激光发生器(4)、两个激光光路系统(5)、砂带磨头(6)和工件移动平台(7)，平面O-XY为水平面，Z轴方向为竖直方向；
所述主机机体(1)包括两根立柱(101)、主机平台(102)和连接板(103)，相互间隔的两根立柱(101)固定在主机平台(102)的上表面，连接板(103)固定在两根立柱(101)的上端；
两个所述脉冲激光发生器(4)和两个激光光路系统(5)均安装在连接板(103)上，两个脉冲激光发生器(4)位于两个激光光路系统(5)之间；
所述激光光路系统(5)包括光路箱(501)、扩束镜(502)、折射镜(503)、合束镜(504)、两个伸缩套(505)、折射镜箱Ⅰ(506)、折射镜箱Ⅱ(509)、激光出口装置(507)和振镜(508)；
所述光路箱(501)安装在连接板(103)上，折射镜箱Ⅰ(506)和折射镜箱Ⅱ(509)均位于连接板(103)下方并采用一个伸缩套(505)连接，另一个伸缩套(505)的下端与折射镜箱Ⅰ(506)连接，上端穿过连接板(103)并与光路箱(501)连接，激光出口装置(507)的上端与折射镜箱Ⅱ(509)连接；
所述光路箱(501)内安装有扩束镜(502)、若干折射镜(503)和若干合束镜(504)，折射镜箱Ⅰ(506)和折射镜箱Ⅱ(509)内均安装有折射镜(503)，激光出口装置(507)与折射镜箱Ⅱ(509)的连接处安装有振镜(508)；
所述横向移动导轨(2)安装在两根立柱(101)上，竖向移动导轨(3)滑动连接在横向移动导轨(2)上；
所述竖向移动导轨(3)上滑动连接有砂带磨头(6)，砂带磨头(6)包括磨头主体安装板(601)、主动轮(602)、惰轮(603)、两个导向张紧轮(604)、接触轮(605)、接触轮支杆(606)和砂带(607)；
所述磨头主体安装板(601)滑动连接在竖向移动导轨(3)上，磨头主体安装板(601)面向竖向移动导轨(3)的一侧安装有驱动电机，磨头主体安装板(601)的另一侧安装有主动轮(602)、惰轮(603)、两个导向张紧轮(604)和接触轮支杆(606)；
相互间隔的所述主动轮(602)和惰轮(603)均靠近磨头主体安装板(601)的上边缘，驱动电机的输出轴穿过磨头主体安装板(601)并与主动轮(602)连接；
相互间隔的两个所述导向张紧轮(604)均位于主动轮(602)和惰轮(603)的下方，竖直的接触轮支杆(606)位于两个导向张紧轮(604)下方，接触轮支杆(606)的下端伸出磨头主体安装板(601)下边缘，接触轮(605)与接触轮支杆(606)下端活动连接；
所述砂带(607)依次与主动轮(602)、惰轮(603)、两个导向张紧轮(604)和接触轮(605)接触连接，并形成封闭循环，砂带(607)的外侧与两个导向张紧轮(604)抵紧；
所述工件移动平台(7)包括XY移动平台和工件装夹平台(704)，XY移动平台安装在主机平台(102)上，工件装夹平台(704)滑动连接在XY移动平台上；
加工时，将工件固定在所述工件装夹平台(704)上，上位机控制两个脉冲激光发生器(4)发射激光束并分别射入两个激光光路系统(5)，激光束经过扩束镜(502)、若干折射镜(503)、若干合束镜(504)和振镜(508)后射到工件上，上位机控制砂带(607)转动，砂带(607)协同激光束加工；所述上位机控制砂带磨头(6)和工件装夹平台(704)按预定轨迹运动。
2.根据权利要求1所述的一种双激光砂带协同加工设备，其特征在于：所述立柱(101)的材质为大理石。
3.根据权利要求1所述的一种双激光砂带协同加工设备，其特征在于：所述磨头主体安装板(601)通过磨头连接架(8)滑动连接在竖向移动导轨(3)上，磨头主体安装板(601)上罩设有磨头保护罩(609)，主动轮(602)、惰轮(603)和导向张紧轮(604)均位于磨头保护罩(609)内，接触轮支杆(606)的下端伸出磨头保护罩(609)并与接触轮(605)连接。
4.根据权利要求1所述的一种双激光砂带协同加工设备，其特征在于：所述XY移动平台包括X向移动导轨(701)、Y向移动导轨(702)和连接板，X向移动导轨(701)安装在主机平台(102)上，Y向移动导轨(702)通过连接板滑动连接在X向移动导轨(701)上，工件装夹平台(704)安装在连接板上。
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