CN116140680A - 一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声铣削技术领域，尤其涉及一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，解决了背景技术中的技术问题，XYZ三轴铣床的Z轴移动工件上连接有与Z轴垂直的支撑臂，支撑臂上固定连接有主轴电机，铣削刀具固定连接至主轴电机的驱动轴端；主轴电机的驱动轴通过轴承连接有水平调节齿轮，水平调节齿轮通过竖直升降机构连接有激光发生器，激光发生器的端部接有激光反射罩，水平调节齿轮啮合有通过驱动电机驱动的传动轮。本发明激光经过工件表面反射后，能够射向激光反射罩，并通过激光反射罩上抛物面镜的反射，能够使反射回的激光以竖直状态继续射向工件，进而降低激光能量的浪费，同时能够加大激光照射范围，提高加热效率和效果。

Description

一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置

技术领域

本发明涉及超声铣削技术领域，尤其涉及一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置。

背景技术

铣削是一种常见的机械加工方法，利用旋转的铣刀将工件表面上的材料去除，从而得到所需形状和尺寸的工件。随着科技的进步和加工需求的提高，铣削技术也在不断发展和改进。

三轴铣床是目前仍然是用于制造机械零件的较广泛使用的机床之一，它的工作原理是：通过调整机床三个方向上的运动，即X、Y、Z轴方向的移动，使铣削刀具在工件表面上进行切削加工。其中，X轴和Y轴位于水平方向上，Z轴位于垂直方向上，Z轴分别与X轴和Y轴垂直，X轴方向上设置有X轴导轨，X轴导轨上滑动配合有X轴移动工件，X轴移动工件上固定连接有Y轴导轨，Y轴导轨上滑动配合有Y轴移动工件，Z轴方向上设置有Z轴导轨，Z轴导轨上滑动配合有Z轴移动工件。将工件夹紧在Y轴移动工件上，铣削刀具装配在Z轴移动工件上，从而实现对工件表面的切削加工。

激光辅助铣削是一种利用激光加热工件表面的先进加工技术，可以提高铣削的精度和效率。该技术是将激光束聚焦在工件表面，通过吸收激光能量来加热工件表面，使工件局部软化或熔化。在软化或熔化状态下，铣削刀具可以更容易地去除工件表面的材料，从而实现高精度加工。激光辅助铣削技术的应用非常广泛，尤其适用于对高精度和高质量要求较高的零件进行加工。

但是目前对于一些表面光滑的工件进行激光加热时，由于表面对激光的反射率较高，致使其加热效率较低，进而影响后续的铣削效率和效果。

发明内容

为克服对于一些表面比较光滑的工件进行激光加热时，由于对激光的反射率较高，致使其加热效率较低，进而影响后续铣削效率和效果的缺陷，本发明提供了一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置。

本发明提供了一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，包括XYZ三轴铣床，XYZ三轴铣床的Z轴移动工件上连接有与Z轴垂直的支撑臂，支撑臂上固定连接有驱动轴向下布置的主轴电机，铣削刀具固定连接至主轴电机的驱动轴端；主轴电机的驱动轴还通过轴承连接有水平调节齿轮，水平调节齿轮通过竖直升降机构连接有激光发生器，激光发生器通过光纤连接至激光电源，激光发生器的端部可拆卸套接有激光反射罩，激光反射罩内壁为抛物面镜，水平调节齿轮啮合有通过驱动电机驱动的传动轮，驱动电机通过安装基座与支撑臂固定连接。

铣削刀具在主轴电机的带动下实现对工件表面的切削加工，铣削刀具和主轴电机能沿着XYZ三轴铣床的Z轴移动，通过调节Z轴移动工件的高低，能调节铣削刀具距离待加工工件表面的距离，主轴电机的驱动轴与水平调节齿轮通过轴承连接，所以当主轴电机的驱动轴转动时，水平调节齿轮不随之转动，当待加工工件就位后，调整铣削刀具至合适高度，然后通过驱动电机带动传动轮，传动轮与水平调节齿轮啮合，所以能带动水平调节齿轮转动，水平调节齿轮即可带动其上的竖直升降机构、激光发生器转动，将激光发生器的激光出射口调节至正对待加工工件表面，然后通过竖直升降机构调整激光发生器的高低，使得激光发生器的激光在待加工工件表面的入射点即为激光反射罩的焦点，如此被待加工工件表面反射的激光在激光反射罩的抛物面镜的反射后，能以竖直状态继续射向待加工工件的表面，进而降低激光能量的浪费，增加待加工工件表面的激光光斑的面积，保证加热的效率和效果，提高铣削效率。

优选的，竖直升降机构包括竖直丝杠和升降台，竖直丝杠底部与水平调节齿轮的顶面固定连接，竖直丝杠顶部设置有限位件，升降台上设置有相互啮合的蜗轮和蜗杆，蜗轮的轴线位于竖直方向，竖直丝杠穿置在蜗轮中并与蜗轮啮合，蜗杆位于蜗轮外侧且蜗杆的轴线位于水平方向，蜗杆还固定连接有摇杆，转动摇杆使蜗杆带动蜗轮沿竖直丝杠的轴线上下移动，激光发生器的顶端固定连接至升降台上，激光发生器的底端穿过水平调节齿轮后与激光反射罩配合。摇杆作为把手，蜗杆和摇杆通过键固定连接，转动摇杆会带动蜗杆转动，蜗杆转动会带动蜗轮转动，蜗轮由于和竖直丝杠啮合，所以当涡轮转动时，能带动其上的升降台沿着竖直丝杠上下运动，进而对激光发生器在竖直方向上起到微调作用，保证激光发生器的激光在待加工工件表面的入射点即为激光反射罩的焦点。

本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：待加工工件上激光的入射点与激光反射罩的焦点位于同一轴线上且重合，通过调整激光发生器高度，可使激光经过工件表面反射后，能够射向激光反射罩，并通过激光反射罩上抛物面镜的反射，能够使反射回的激光以竖直状态继续射向工件，进而降低激光能量的浪费，同时能够加大激光照射范围，提高加热效率和效果；安装在竖直升降机构上的激光发生器在铣削过程中，通过控制竖直升降机构，能够进行一定范围的微调，以更好的适应不同的铣削量，提高铣削效果；激光反射罩激光发生器的端部可拆卸连接，进而可更换不同焦点位置的激光反射罩来适应不同的铣削参数，满足多样化铣削需求；安装在水平调节齿轮上的激光发生器在铣削过程中，通过水平调节齿轮的旋转能始终对后一步铣削的位置进行加热，提高铣削的效率和效果；激光发生器在转动过程中与主轴旋转互不干扰，保证铣削过程顺利完成。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置的三维主体示意图；

图2为本发明所述一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置的另一视角的三维主体示意图；

图3 为本发明中所述竖直升降机构与激光发生器的结构示意图；

图4为本发明中竖直升降机构的内部结构示意图；

图5为本发明中套管件的示意图；

图6为本发明中套管件与主轴电机输出轴上轴承的连接结构示意图；

图7为本发明的反光板光路反射图；

图8为本发明传动轮与水平调节齿轮的啮合细节图；

图9为本发明另一种实施例中传动轮与水平调节齿轮的啮合细节图。

图中：1、XYZ三轴铣床；2、主轴电机；3、安装基座；4、驱动电机调；5、传动轮；6、水平调节齿轮；7、升降台；8、轮齿；9、竖直丝杠；10、摇杆；11、激光发生器；12、激光反射罩；13、套管件；14、弹性杆、15、卡接头、16、光纤、17、激光电源、18、槽口、19、底盘、20、蜗杆、21、蜗轮。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在描述中，需要说明的是，术语 “第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合附图1-图9，对本发明的具体实施例进行详细说明。

在一个实施例中，如图1所示，本发明提供了一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，包括XYZ三轴铣床1， XYZ三轴铣床1的Z轴移动工件上连接有与Z轴垂直的支撑臂，支撑臂上固定连接有驱动轴向下布置的主轴电机2，铣削刀具固定连接至主轴电机2的驱动轴端；主轴电机2的驱动轴还通过轴承连接有水平调节齿轮6，水平调节齿轮6通过竖直升降机构连接有激光发生器11，激光发生器11通过光纤16连接至激光电源17，激光发生器11的端部可拆卸套接有激光反射罩12，激光反射罩12内壁为抛物面镜，水平调节齿轮6啮合有通过驱动电机驱动的传动轮5，驱动电机通过安装基座3与支撑臂固定连接。

铣削刀具在主轴电机2的带动下实现对工件表面的切削加工，铣削刀具和主轴电机2能沿着XYZ三轴铣床1的Z轴移动，通过调节Z轴移动工件的高低，能调节铣削刀具距离待加工工件表面的距离，主轴电机2的驱动轴与水平调节齿轮6通过轴承连接，所以当主轴电机2的驱动轴转动时，水平调节齿轮6不随之转动，当待加工工件就位后，调整铣削刀具至合适高度，然后通过驱动电机带动传动轮5，传动轮5与水平调节齿轮6啮合，所以能带动水平调节齿轮6转动，水平调节齿轮6即可带动其上的竖直升降机构、激光发生器11转动，将激光发生器11的激光出射口调节至正对待加工工件表面，然后通过竖直升降机构调整激光发生器11的高低，使得激光发生器11的激光在待加工工件表面的入射点即为激光反射罩12的焦点，如此被待加工工件表面反射的激光在激光反射罩12的抛物面镜的反射后，能以竖直状态继续射向待加工工件的表面，进而降低激光能量的浪费，增加待加工工件表面的激光光斑的面积，保证加热的效率和效果，提高铣削效率。驱动电机与传动轮5固定连接，通过驱动电机驱动传动轮5转动，能使水平调节齿轮6转动，进而实现激光发生器11沿水平调节齿轮6周向各个位置加热的功能。

在上述实施例的基础上，在一个优选的实施例中，竖直升降机构包括竖直丝杠9和升降台7，竖直丝杠9底部与水平调节齿轮6的顶面固定连接，竖直丝杠9顶部设置有限位件，升降台7上设置有相互啮合的蜗轮21和蜗杆20，蜗轮21的轴线位于竖直方向，竖直丝杠9穿置在蜗轮21中并与蜗轮21啮合，蜗杆20位于蜗轮21外侧且蜗杆20的轴线位于水平方向，蜗杆20还固定连接有摇杆10，转动摇杆10使蜗杆20带动蜗轮21沿竖直丝杠9的轴线上下移动，激光发生器11的顶端固定连接至升降台7上，激光发生器11的底端穿过水平调节齿轮6后与激光反射罩12配合，具体的，激光发生器11的端部与激光反射罩12螺纹连接，方便拆卸。摇杆10作为把手，蜗杆20和摇杆10通过键固定连接，转动摇杆10会带动蜗杆20转动，蜗杆20转动会带动蜗轮21转动，蜗轮21由于和竖直丝杠9啮合，所以当涡轮转动时，能带动其上的升降台7沿着竖直丝杠9上下运动，进而对激光发生器11在竖直方向上起到微调作用，保证激光发生器11的激光在待加工工件表面的入射点即为激光反射罩12的焦点。

进一步的，具体在一个实施例中，水平调节齿轮6的端面上开有用于穿置激光发生器11的通孔。激光发生器11能在通孔中上下活动。

进一步的，具体在一个实施例中，竖直丝杠9底部固定连接有底盘19，底盘19与水平调节齿轮6的顶面通过螺栓紧固连接。这样设置结构合理，竖直丝杠9与水平调节齿轮6可拆卸连接，更换方便。

进一步的，具体在一个实施例中，传动轮5的周向上设有一个或多个与水平调节齿轮6内核的轮齿8。传动轮5的周向上可均匀分布有轮齿8，也可设置有一个轮齿8，只需要满足传动轮5与水平调节齿轮6啮合即可。

进一步的，具体在一个实施例中，水平调节齿轮6的内圈螺纹连接有穿置在轴承外圈上的套管件13，套管件13上固定连接有沿其周向均匀分布的多根弹性杆14，具体的，套管件13通过槽口18与弹性杆14固定连接，弹性杆14的轴线与套管件13的轴线平行，弹性杆14上设置有朝向轴承的卡接头15，轴承外圈上设置有与卡接头15位置对应且适配的卡接槽。通过套管件13及其上的弹性杆14和卡接头15能够使水平调节齿轮6与轴承外圈相对固定，卡接头15与轴承外圈上的卡接槽适配，起到限位作用，保证水平调节齿轮6的稳定性。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。尽管参照前述各实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离各实施例技术方案的范围，其均应涵盖权利要求书的保护范围中。

Claims (6)

1.一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，包括XYZ三轴铣床（1），其特征在于，XYZ三轴铣床（1）的Z轴移动工件上连接有与Z轴垂直的支撑臂，支撑臂上固定连接有驱动轴向下布置的主轴电机（2），铣削刀具固定连接至主轴电机（2）的驱动轴端；主轴电机（2）的驱动轴还通过轴承连接有水平调节齿轮（6），水平调节齿轮（6）通过竖直升降机构连接有激光发生器（11），激光发生器（11）通过光纤（16）连接至激光电源（17），激光发生器（11）的端部可拆卸套接有激光反射罩（12），激光反射罩（12）内壁为抛物面镜，水平调节齿轮（6）啮合有通过驱动电机驱动的传动轮（5），驱动电机通过安装基座（3）与支撑臂固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，其特征在于，竖直升降机构包括竖直丝杠（9）和升降台（7），竖直丝杠（9）底部与水平调节齿轮（6）的顶面固定连接，竖直丝杠（9）顶部设置有限位件，升降台（7）上设置有相互啮合的蜗轮（21）和蜗杆（20），蜗轮（21）的轴线位于竖直方向，竖直丝杠（9）穿置在蜗轮（21）中并与蜗轮（21）啮合，蜗杆（20）位于蜗轮（21）外侧且蜗杆（20）的轴线位于水平方向，蜗杆（20）还固定连接有摇杆（10），转动摇杆（10）使蜗杆（20）带动蜗轮（21）沿竖直丝杠（9）的轴线上下移动，激光发生器（11）的顶端固定连接至升降台（7）上，激光发生器（11）的底端穿过水平调节齿轮（6）后与激光反射罩（12）配合。

3.根据权利要求2所述的一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，其特征在于，水平调节齿轮（6）的端面上开有用于穿置激光发生器（11）的通孔。

4.根据权利要求2所述的一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，其特征在于，竖直丝杠（9）底部固定连接有底盘（19），底盘（19）与水平调节齿轮（6）的顶面通过螺栓紧固连接。

5.根据权利要求1所述的一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，其特征在于，传动轮（5）的周向上设有一个或多个与水平调节齿轮（6）内核的轮齿（8）。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种结合脉冲激光辅助加热的铣削装置，其特征在于，水平调节齿轮（6）的内圈螺纹连接有穿置在轴承外圈上的套管件（13），套管件（13）上固定连接有沿其周向均匀分布的多根弹性杆（14），弹性杆（14）的轴线与套管件（13）的轴线平行，弹性杆（14）上设置有朝向轴承的卡接头（15），轴承外圈上设置有与卡接头（15）位置对应且适配的卡接槽。

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