CN207372500U - U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床，该数控机床包括床身、设置于床身内的激光微雕系统、激光清洗系统、上下料传动系统和U型网纹微雕控制系统，激光清洗系统位于激光微雕系统的左侧，上下料传动系统位于激光微雕系统和激光清洗系统的下部；激光微雕系统包括微雕激光器、第一光路能量分布调节系统、第一光路传导系统、组合聚焦镜头、自动焦距检测系统和第一进给伺服直线电机系统；激光清洗系统包括清洗激光器、第二光路能量分布调节系统、第二光路传导系统和第二进给伺服直线电机系统；上下料传动系统包括直线传输导轨和负载平台、可旋转微雕工装平台、可旋转清洗工装平台和伺服力矩电机系统。

Description

U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床

技术领域

本实用新型属于激光微雕技术领域，具体涉及一种U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床。

背景技术

传统的激光表面垳磨加工装置采用固体YAG激光器、电机驱动导轨、控制复杂，机床体积大，功能单一。气缸套的微雕和清洗分离加工，手动上下料操作，机床布局不合理，生产效率低，且微雕过程中定位精度和运动精度差（0.01毫米），速度慢，效率低。加工制得的垳磨网纹表面有翻边（12微米），网纹截面粗糙，有微裂纹质量缺陷，需要后续抛光加工。另外，采用超声波清洗不能剥离金属及粉末杂质，清洗不彻底，表面不光滑。采用现有的加工装置制得的气缸套网纹一致性差，硬度低，耐磨、减磨性差，网纹支撑率低，稳定性差，使用寿命较短。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床，该数控机床对气缸套的微雕和清洗实现统一控制，均通过程序实现自动化，定位精度和运动精度高，制得的网纹截面光滑，无微裂纹质量缺陷，不用后续抛光加工，使气缸套表面耐磨、减磨性更好，可大幅度延长气缸套的使用寿命。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床，包括床身、设置于床身内的激光微雕系统、激光清洗系统、上下料传动系统和U型网纹微雕控制系统，所述激光清洗系统位于激光微雕系统的左侧，所述上下料传动系统位于激光微雕系统和激光清洗系统的下部；所述激光微雕系统包括微雕激光器、第一光路能量分布调节系统、第一光路传导系统、组合聚焦镜头、自动焦距检测系统和第一进给伺服直线电机系统，所述微雕激光器的输入端连接U型网纹微雕控制系统，输出端通过第一光路能量分布调节系统、第一光路传导系统与组合聚焦镜头输入端相连，自动焦距检测系统与U型网纹微雕控制系统相连，所述第一进给伺服直线电机系统的输入端与U型网纹微雕控制系统连接，输出端与第一光路传导系统相连；所述激光清洗系统包括清洗激光器、第二光路能量分布调节系统、第二光路传导系统和第二进给伺服直线电机系统，所述清洗激光器的输入端连接U型网纹微雕控制系统，输出端通过第二光路能量分布调节系统与第二光路传导系统输入端相连，所述第二进给伺服直线电机系统的输入端与U型网纹微雕控制系统连接，输出端与所述第二光路传导系统相连；所述上下料传动系统包括直线传输导轨和设置于所述直线导轨上可沿直线导轨长度方向滑移的负载平台、可旋转微雕工装平台、可旋转清洗工装平台和伺服力矩电机系统，所述伺服力矩电机系统的输入端与U型网纹微雕控制系统连接，输出端分别与可旋转微雕工装平台和可旋转清洗工装平台相连，所述可旋转微雕工装平台和可旋转清洗工装平台上分别装有连接于U型网纹微雕控制系统的感应装置；所述第一光路传导系统与可旋转微雕工装平台同轴分布，所述第二光路传导系统与可旋转清洗工装平台同轴分布。

优选地，所述微雕激光器和清洗激光器为纳秒光纤激光器。

优选地，所述第一光路能量分布调节系统包含偏振镜，所述第一光路传导系统包含微雕导光筒，所述微雕导光筒的底端侧壁设有出光口，所述自动焦距检测系统包含自动测距头，所述微雕激光器、偏振镜和微雕导光筒由上而下沿同一轴线分布，所述偏振镜位于微雕导光筒的顶部，所述组合聚焦镜头设置于微雕导光筒的下端筒内，所述自动测距头位于所述微雕导光筒底端的外侧壁上。

优选地，所述第二光路能量分布调节系统包含扩束镜，所述第二光路传导系统包含清洗导光筒，所述清洗导光筒的底端侧壁设有出光口，所述清洗激光器、扩束镜和清洗导光筒由上而下沿同一轴线分布，所述扩束镜位于清洗导光筒的顶部。

采用上述的U型激光表面微雕网纹气缸套专用数控机床进行U型激光表面微雕网纹气缸套加工的方法，包括以下步骤：

1）对数控机床的微雕、清洗工装精度进行校正，设定微雕激光器和清洗激光器的功率；

2）将激光微雕系统、激光清洗系统、上下料传动系统的输出参数输入U型网纹微雕控制系统；

3）设定数控机床的工作压力，将待微雕气缸套放置于上下料传动系统的负载平台上；

4）开启数控机床U型网纹微雕控制系统上的“循环加工”按钮，加工程序启动：

待微雕气缸套沿直线传输导轨向左运动、到达可旋转微雕工装平台后定位，位于可旋转微雕工装平台上的感应装置发出信号，微雕程序自动运行，微雕完成后，微雕气缸套向左传输，到达可旋转清洗工装平台后定位，位于可旋转清洗工装平台上的感应装置发出信号，清洗程序自动运行，清洗完成后，清洗气缸套向左传输；

5）取下气缸套、检测、防锈、包装。

微雕程序自动运行后，所述第一进给伺服直线电机系统驱动所述第一光路传导系统沿X轴直线运动进行调焦，再沿Y轴直线运动快速进给，然后控制其沿Y轴做直线进给运动，同时可旋转微雕工装平台沿Z轴做旋转运动，进行微雕，微雕完成后，所述第一光路传导系统复位回零。

清洗程序自动运行后，所述第二进给伺服直线电机系统驱动所述第二光路传导系统沿X轴直线运动进行调焦，再沿Y轴直线运动快速进给，然后控制其沿Y轴做直线进给运动，同时可旋转清洗工装平台沿Z轴做旋转运动，进行清洗，清洗完成后，所述第二光路传导系统复位回零。

与现有技术相比，本实用新型的有益点在于：

1、本实用新型数控机床的结构紧凑、布局合理，实现了自动化控制。

2、本实用新型数控机床的定位精度和运动精度可控制在0.0001毫米，速度更快，效率更高，将微雕和清洗复合，采用激光清洗可剥离微雕网纹截面金属及粉末等杂质，清洗更彻底。

3、采用本实用新型的数控机床制得的微雕网纹表面没有翻边，网纹截面光滑，无微裂纹质量缺陷，不用后续抛光加工。

4、采用本实用新型的数控机床进行微雕网纹加工，激光微雕网纹边界组织发生相变硬化，提高气缸套表面硬度，使气缸套表面耐磨、减磨性更好，气缸套具有高硬度、高精度、高支撑、高寿命、低润滑、低油耗、低排放和低成本的优异性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的U型激光表面微雕网纹气缸套专用数控机床的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1制得的U型激光表面微雕网纹气缸套的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“右侧”“左侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

如图1所示的U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床，其包括床身1、设置于床身1右侧的激光微雕系统2，设置于床身1左侧的激光清洗系统3，位于床身1底部的上下料传动系统4，以及U型网纹微雕控制系统（微机）5；激光微雕系统2包括由上而下沿同一轴线分布的微雕激光器6（纳秒光纤激光器）、偏振镜7和微雕导光筒8，微雕导光筒8下端筒内设置有组合聚焦镜头9，底端外侧壁设置有自动测距头10，微雕导光筒8的底端侧壁具有出光口（未示出），另外，还包括控制微雕导光筒8沿X轴（左右）移动的①进给伺服直线电机11和沿Y轴（上下）移动的②进给伺服直线电机12；激光清洗系统3包括由上而下沿同一轴线分布的清洗激光器13（纳秒光纤激光器）、扩束镜14、清洗导光筒15、控制清洗导光筒15沿X轴（左右）移动的③进给伺服直线电机16和沿Y轴（上下）移动的④进给伺服直线电机17，清洗导光筒15的底端侧壁设置有出光口24；上下料传动系统4包括自动传输导轨18、设置于所述直线导轨上可沿直线导轨长度方向滑移的负载平台19、可旋转微雕工装平台20和控制所述可旋转微雕工装平台20沿Z轴（工装平台轴线）旋转的①伺服力矩电机22，可旋转清洗工装平台21和控制所述可旋转清洗工装平台21沿Z轴（工装平台轴线）旋转的②伺服力矩电机23，微雕导光筒8和可旋转微雕工装平台20同轴分布，清洗导光筒15和可旋转清洗工装平台21同轴分布。另外，可旋转微雕工装平台20和可旋转清洗工装平台21上分别装有感应装置。

采用上述的专用数控机床进行斯太尔0015气缸套U型微雕网纹的加工，具体包括以下步骤：

1）微雕、清洗工装精度校正

平面精度：0.01毫米；旋转精度：0.03毫米。

2）微雕、清洗激光器功率调整

功率:85%（50×85%=42.5W）；脉冲频率:50KHz。

3）编写程序

微雕：焦距：4毫米；螺距1：4毫米；长度：178毫米；螺距2：2毫米；长度：30毫米；空程高度：107毫米；空程速度：68毫米/秒；直径：126毫米；线长：2.58毫米；间隔2毫米；合成速度0.80；

清洗：焦距：4毫米；空程高度：107毫米；空程速度：68毫米/秒。

4）调整氩气压力

开高纯氩气，调整压力至0.1MPa。

5）上料

若干待雕气缸套放到自动传输导轨最右端。

7）自动加工

按下U型网纹微雕控制系统5上的“循环加工”按钮，程序自动运行：

自动传输导轨18向左运动，带动待雕气缸套25向左运动，到可旋转微雕工装平台20后定位，可旋转微雕工装平台20上的感应装置发出信号，微雕程序自动运行：

微机5发出调焦指令，传输到①进给伺服直线电机11，驱动微雕导光筒8沿X轴直线运动调焦4毫米；然后，微机5发出快速空程指令，②进给伺服直线电机12驱动微雕导光筒8沿Y轴直线运动快速进给107毫米；微机5发出工进指令，控制微雕导光筒8沿Y轴做直线进给运动，同时①伺服力矩电机22控制可旋转微雕工装平台20沿Z轴做旋转运动，激光同时按程序控制A、B和C区的3-2-2、3-2-4格式间隔和长度合成加工；微雕完成后，微雕导光筒8复位回零；

微雕导光筒8复位回零后，微雕气缸套向左传输，到可旋转清洗工装平台21后定位，可旋转清洗工装平台21上的感应装置发出信号，清洗程序自动运行：按微机5控制的调焦、空程、进给清洗、复位程序自动运行；

复位后，微机5发出传输指令，清洗气缸套向左传输，完成一个工作循环。自动进入下一个工作循环。

8）取下汽缸套

取下加工后的气缸套，检测、防锈、包装。

采用上述加工方法制得的斯太尔0015气缸套U型微雕网纹，如图2所示，E为气缸套的轴向，F为气缸套的周向。

气缸套内表面沿轴线方向，距上端8毫米，距下端19毫米范围内进行窄U型激光表面微雕网纹加工：

上端30毫米长度（A区），微雕网纹格式为：3-2-2；

其余长度范围内（B/C区），微雕网纹格式为：3-2-4；

微雕网纹上口宽度为：30-50微米，下口宽度为：10-20微米，深度为：6-12微米；网纹方向与汽缸套中心轴线垂直。

微雕网纹格式3-2-2中：3、网纹线长3毫米；2、网纹线间隔2毫米；2、网纹螺距2毫米。

微雕网纹格式3-2-4中：3、网纹线长3毫米；2、网纹线间隔2毫米；4、网纹螺距4毫米。

以上已经描述了本实用新型的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (4)

1.一种U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床，其特征在于：包括床身、设置于床身内的激光微雕系统、激光清洗系统、上下料传动系统和U型网纹微雕控制系统，所述激光清洗系统位于激光微雕系统的左侧，所述上下料传动系统位于激光微雕系统和激光清洗系统的下部；所述激光微雕系统包括微雕激光器、第一光路能量分布调节系统、第一光路传导系统、组合聚焦镜头、自动焦距检测系统和第一进给伺服直线电机系统，所述微雕激光器的输入端连接U型网纹微雕控制系统，输出端通过第一光路能量分布调节系统、第一光路传导系统与组合聚焦镜头输入端相连，自动焦距检测系统与U型网纹微雕控制系统相连，所述第一进给伺服直线电机系统的输入端与U型网纹微雕控制系统连接，输出端与第一光路传导系统相连；所述激光清洗系统包括清洗激光器、第二光路能量分布调节系统、第二光路传导系统和第二进给伺服直线电机系统，所述清洗激光器的输入端连接U型网纹微雕控制系统，输出端通过第二光路能量分布调节系统与第二光路传导系统输入端相连，所述第二进给伺服直线电机系统的输入端与U型网纹微雕控制系统连接，输出端与所述第二光路传导系统相连；所述上下料传动系统包括直线传输导轨和设置于所述直线传输导轨上可沿直线传输导轨长度方向滑移的负载平台、可旋转微雕工装平台、可旋转清洗工装平台和伺服力矩电机系统，所述伺服力矩电机系统的输入端与U型网纹微雕控制系统连接，输出端分别与可旋转微雕工装平台和可旋转清洗工装平台相连，所述可旋转微雕工装平台和可旋转清洗工装平台上分别装有连接于U型网纹微雕控制系统的感应装置；所述第一光路传导系统与可旋转微雕工装平台同轴分布，所述第二光路传导系统与可旋转清洗工装平台同轴分布。

2.根据权利要求1所述的U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床，其特征在于：所述微雕激光器和清洗激光器为纳秒光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床，其特征在于：所述第一光路能量分布调节系统包含偏振镜，所述第一光路传导系统包含微雕导光筒，所述微雕导光筒的底端侧壁设有出光口，所述自动焦距检测系统包含自动测距头，所述微雕激光器、偏振镜和微雕导光筒由上而下沿同一轴线分布，所述偏振镜位于微雕导光筒的顶部，所述组合聚焦镜头设置于微雕导光筒的下端筒内，所述自动测距头位于所述微雕导光筒底端的外侧壁上。

4.根据权利要求1所述的U型激光表面微雕网纹气缸套的专用数控机床，其特征在于：所述第二光路能量分布调节系统包含扩束镜，所述第二光路传导系统包含清洗导光筒，所述清洗导光筒的底端侧壁设有出光口，所述清洗激光器、扩束镜和清洗导光筒由上而下沿同一轴线分布，所述扩束镜位于清洗导光筒的顶部。