CN210498812U - 一种激光微雕织构多功能加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于激光微雕织构的加工设备技术领域，公开一种激光微雕织构多功能加工设备，包括床身、激光微雕组件、移动旋转组件、清洗冷却组件和控制装置；所述激光微雕组件包括依次连接的激光器、激光隔离器、密封伸缩管、激光光斑整形器和导光筒，导光筒的激光出口端沿光路依次设有双分离聚焦镜和任选的反射镜、窗口镜；移动旋转组件包括定位平台、X轴移动模块、Y轴移动模块、Z轴移动模块和A轴旋转模块，清洗冷却组件包括依次连通的冷却气万向环、冷却气管道和冷却导向嘴；控制装置包括控制模块、交互触摸屏和功能按钮。该加工设备结构简单，操作方便。

Description

一种激光微雕织构多功能加工设备

技术领域

本实用新型属于激光微雕织构的加工设备技术领域，具体地，涉及一种激光微雕织构多功能加工设备。

背景技术

对于有气缸套的发动机缸体，在气缸套表面加工合理的网纹结构可有效降低摩擦、减少磨损；对于无缸套缸体，一般是直接在缸体内孔中进行网纹结构（表面织构）的加工，降低磨损。另外，轴类外圆等也需要进行网纹结构的加工。

表面织构的加工手段有多种，如：激光、喷丸、反应离子刻蚀、纳米压痕、脉冲电弧加工、LIGA光刻加工、电子束加工以及化学蚀刻等。其中，激光加工是利用激光的高能光束对零件表面进行熔化或气化，以去除材料。相对于其他的表面织构加工方法，激光表面织构法表现出优异的性能，主要表现为以下几点：1）激光加工可控性好、精度高、激光可以加工理论上任意的二维向量图形；2）通过对激光的功率、频率、脉宽等参数的调整，可加工出不同宽度、深度的表面织构；3）使用激光可进行微米乃至纳米级别的精细加工；4）激光加工属于高能加工，加工速度快、热影响区小、表面质量高，后续处理工序简单；5）对环境无污染。

现有的激光微雕织构设备一般将微雕与清洗分开设置，结构复杂，适用范围窄。因此，亟需一种激光微雕织构多功能加工设备，结构简单，适用范围广泛。

实用新型内容

针对上述情况，本实用新型的目的是提供一种激光微雕织构多功能加工设备，通过合理的结构设置，可同时适用于气缸套、缸体、轴类等加工件的激光微雕织构的加工。

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：

一种激光微雕织构多功能加工设备，包括床身、激光微雕组件、移动旋转组件、清洗冷却组件和控制装置；所述激光微雕组件包括依次连通的激光器、激光隔离器、密封伸缩管、激光光斑整形器和导光筒，所述导光筒的激光出口端沿光路依次设有双分离聚焦镜（调节焦点位置，以适用工件直径尺寸的变化）和任选的反射镜、窗口镜（任选的是指根据需要安装反射镜和窗口镜，加工气缸套和缸体的时候需要安装，当加工轴类的时候不需要安装），所述激光隔离器通过隔离器定位座竖直固定于床身上；所述移动旋转组件包括加工件移动组件和激光微雕移动旋转组件，所述加工件移动组件（完成加工件加工前的定位）位于导光筒下方，其包括定位平台、X轴移动模块和Y轴移动模块，所述定位平台滑动连接在X轴移动模块上方，所述X轴移动模块滑动连接在Y轴移动模块上方，所述激光微雕移动旋转组件包括Z轴移动模块和A轴旋转模块，所述Z轴移动模块竖直设于导光筒一侧的床身上，所述A轴旋转模块包括DD马达，所述导光筒旋转连接于DD马达上，所述DD马达通过Z轴固定架滑动连接于Z轴移动模块上；所述清洗冷却组件包括依次连通的冷却气万向环、冷却气管道和冷却导向嘴，所述冷却气万向环设置于所述DD马达的固定外圈内，所述冷却气管道固定于导光筒的一侧，所述冷却导向嘴设置于导光筒的出光口，且其开口与激光出口方向一致；所述控制装置设置于床身上，其包括控制模块、交互触摸屏和功能按钮，所述激光微雕组件、移动旋转组件、清洗冷却组件、交互触摸屏和功能按钮均与控制模块电连接。

本实用新型中将清洗冷却组件直接与激光微雕组件并行设置，在激光微雕的同时通过冷却气（可采用冷却的惰性气体）对激光微雕部位进行冷却降温和吹扫清洗。另外，通过加工件移动组件（X轴移动模块、Y轴移动模块）的设置，使设备同时适用于气缸套和缸体内孔的激光微雕织构的加工；在Z轴方向上，Z轴移动模块和密封伸缩管实现导光筒出光口的上、下移动（沿轴线方向移动），同时结合A轴旋转模块（带动光路系统完成360°回转），使导光筒出光口做上下且旋转运动，进行激光微雕。另外，在光纤头到聚焦镜中间外漏部位，采用密封伸缩管的设置，还可避免油膜、灰尘及其它杂物进入聚焦镜上面，污染镜片，降低传输效率。

优选地，所述X轴移动模块包括X轴伺服电机和X轴移动导轨，所述X轴移动导轨上设有X轴螺杆，所述X轴伺服电机驱动连接于所述X轴螺杆的一端，所述定位平台通过X轴移动滑块滑动连接在X轴螺杆上；所述Y轴移动模块包括Y轴伺服电机和Y轴移动导轨，所述Y轴移动导轨上设有Y轴螺杆，所述Y轴伺服电机驱动连接于所述Y轴螺杆的一端，所述X轴移动模块通过Y轴移动滑块滑动连接在Y轴螺杆上。X/Y轴移动模块：具有快进、工进速度，快进速度范围为0-2000mm/s、工进速度范围为0-1500mm/s，重复精度为0.005mm。本实用新型的设备采用自动对焦，根据焦距位置设定数值后，自动控制X/Y轴移动模块移动对焦。

优选地，所述Z轴移动模块包括Z轴伺服电机、Z轴移动导轨和Z轴固定架，所述Z轴移动导轨上设有Z轴螺杆，所述Z轴伺服电机驱动连接于所述Z轴螺杆的一端，所述Z轴固定架的一端滑动连接于所述Z轴螺杆上；所述导光筒的上端连接于DD马达的旋转内圈，所述DD马达的固定外圈固定于所述Z轴固定架上。Z轴移动模块：具有快进、工进速度，快进速度范围为0-2000mm/s、工进速度范围为0-1500mm/s，重复精度为0.003mm。旋转轴（A轴）：采用进口DD马达，旋转速度范围为0-3000mm/s，旋转精度为0.012°，重复精度为0.001mm。

优选地，所述冷却气管道与导光筒形成圆柱体，所述冷却气万向环密封围设于圆柱体的外侧，所述冷却气万向环上设有进气通道，所述冷却气管道上设有进气孔，所述进气孔与所述冷却气万向环相连通。

优选地，所述定位平台上设有气缸套定位台、缸体定位槽和轴类旋转定位台中的至少一种。定位平台上定位结构的具体设计可根据实际加工件的尺寸和形状进行相应设计。轴类旋转定位台可以为卧式三爪卡盘和尾尖实现轴类的定位和旋转。

本实用新型中的激光系统可采用常规设置，如激光器：采用IPG100W纳秒脉冲光纤激光器（M²<1.5、波长1064纳米）；聚焦镜：蓝宝石胶合聚焦镜片，直径24mm，1064nm双透膜；反射镜：蓝宝石镜片，直径12×2mm，1064nm双反膜；窗口镜：蓝宝石镜片，直径8.8×1mm，1064nm双透膜。

本实用新型中的控制模块采用常规的控制组件组成，如其包括多轴控制卡、伺服电机驱动器等，预置微雕网纹模式，参数化驱动，方便现场使用。

本实用新型中还包括能够使该激光微雕织构多功能加工设备正常运转的其它组件，均属于本领域的常规选择，如冷却气供气组件，冷却气体管路可采用电磁阀自动控制。另外，本实用新型中未加以限定的组件均采用本领域的常规技术手段，例如，激光器、激光隔离器、激光光斑整形器、双分离聚焦镜、反射镜和窗口镜等均采用本领域的常规设置，而且控制装置与激光微雕组件、移动旋转组件之间的连接、控制等在现有技术的基础上均能够实现。

本实用新型中激光微雕织构多功能加工设备的加工对象可包括：

1、气缸套（内孔）

（1）适用工件材料种类：高磷铸铁、钼镍铜铸铁、硼铸铁、硼铜铸铁、45号钢；（2）工件直径：Φ80—Φ140mm；（3）工件高度：400mm；（4）工件重量：20Kg。

2、缸体（内孔）

（1）适用工件材料种类：铸铁、铝制；（2）工件长度：700mm；（3）工件宽度：400mm；（4）工件高度：400mm；（5）重量：100Kg。

3、轴类（外圆）

（1）适用工件材料种类：钢制；（2）工件直径：Φ30—Φ80mm；（3）长度：400mm。

本实用新型的激光微雕织构多功能加工设备的工作原理：加工件（气缸套、缸体）放置在定位平台上，通过控制X轴移动模块和Y轴移动模块使气缸套或缸体的缸孔与导光筒同轴设置，驱动Z轴移动模块，将导光筒的出光端移至气缸套或缸孔内，开启激光微雕组件和清洗冷却组件，在Z轴移动模块和A轴旋转模块的配合下，对气缸套内壁和缸孔内壁进行激光微雕织构加工。对于轴类的加工，将定位平台上轴类的旋转平台（A轴旋转模块不启动）与Z轴移动模块相结合实现轴类外圆上激光微雕织构的加工，轴类加工时，是轴类加工件进行旋转，而且导光筒内不设置反射镜和窗口镜，其余的操作与气缸套的加工操作相同。

与现有技术相比，本实用新型的有益点在于：

本实用新型的激光微雕织构多功能加工设备通过合理的结构设置，将清洗冷却与激光微雕设计为一体结构，实现加工件的激光微雕，另外，为了配合加工不同加工件（气缸套、缸体、轴类）设置了加工件移动组件，整个加工设备结构简单，操作方便。该设备可加工多种微雕织构格式：螺旋线格式、点阵式格式、网状沟槽格式、图文网纹格式等。

附图说明

图1为实施例的激光微雕织构多功能加工设备的结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为图1中B处的局部放大图。

图4为图1中加工件移动组件的俯视图。

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，指示方位或位置关系的术语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

如图1-4所示，一种激光微雕织构多功能加工设备，包括床身1、激光微雕组件、移动旋转组件、清洗冷却组件和控制装置；所述激光微雕组件包括依次连通的激光器20、激光隔离器18、密封伸缩管16、激光光斑整形器15和导光筒12，所述导光筒12的激光出口端沿光路依次设有双分离聚焦镜8（调节焦点位置，以适用工件直径尺寸的变化）和任选的反射镜7、窗口镜6，所述激光隔离器18通过隔离器定位座17竖直固定于床身1上；所述移动旋转组件包括加工件移动组件和激光微雕移动旋转组件，所述加工件移动组件（完成加工件加工前的定位）位于导光筒12下方，其包括定位平台3、X轴移动模块4和Y轴移动模块21，所述定位平台3滑动连接在X轴移动模块4上方，所述X轴移动模块4滑动连接在Y轴移动模块21上方，所述激光微雕移动旋转组件包括Z轴移动模块10和A轴旋转模块14，所述Z轴移动模块10竖直设于导光筒12一侧的床身1上，所述A轴旋转模块14包括DD马达，所述导光筒12旋转连接于DD马达上，所述DD马达通过Z轴固定架11滑动连接于Z轴移动模块10上；所述清洗冷却组件包括依次连通的冷却气万向环13、冷却气管道9和冷却导向嘴5，所述冷却气万向环13设置于所述DD马达的固定外圈内，所述冷却气管道9固定于导光筒12的一侧，所述冷却导向嘴5设置于导光筒12的出光口，且其开口与激光出口方向一致；所述控制装置设置于床身1上，其包括控制模块、交互触摸屏19和功能按钮2，所述激光微雕组件、移动旋转组件、清洗冷却组件、交互触摸屏19和功能按钮2均与控制模块电连接。

所述X轴移动模块4包括X轴伺服电机和X轴移动导轨，所述X轴移动导轨上设有X轴螺杆，所述X轴伺服电机驱动连接于所述X轴螺杆的一端，所述定位平台3通过X轴移动滑块滑动连接在X轴螺杆上；所述Y轴移动模块21包括Y轴伺服电机和Y轴移动导轨，所述Y轴移动导轨上设有Y轴螺杆，所述Y轴伺服电机驱动连接于所述Y轴螺杆的一端，所述X轴移动模块4通过Y轴移动滑块滑动连接在Y轴螺杆上。

所述Z轴移动模块10包括Z轴伺服电机、Z轴移动导轨和Z轴固定架11，所述Z轴移动导轨上设有Z轴螺杆，所述Z轴伺服电机驱动连接于所述Z轴螺杆的一端，所述Z轴固定架11的一端滑动连接于所述Z轴螺杆上；所述导光筒12的上端连接于DD马达的旋转内圈，所述DD马达的固定外圈固定于所述Z轴固定架11上。

所述冷却气管道9与导光筒12形成圆柱体，所述冷却气万向环13密封围设于圆柱体的外侧，所述冷却气万向环13上设有进气通道，所述冷却气管道9上设有进气孔，所述进气孔与所述冷却气万向环13相连通。

所述定位平台3上设有气缸套定位台、缸体定位槽和轴类旋转定位台中的至少一种。

该激光微雕织构多功能加工设备的工作原理：加工件（气缸套、缸体）放置在定位平台3上，通过控制X轴移动模块4和Y轴移动模块21使气缸套或缸体的缸孔与导光筒12同轴设置，驱动Z轴移动模块10，将导光筒12的出光端移至气缸套或缸孔内，开启激光微雕组件和清洗冷却组件，在Z轴移动模块10和A轴旋转模块14的配合下，对气缸套内壁和缸孔内壁进行激光微雕织构加工。对于轴类的加工，将定位平台3上轴类的旋转平台（A轴旋转模块14不启动）与Z轴移动模块10相结合实现轴类外圆上激光微雕织构的加工，轴类加工时，是轴类加工件进行旋转，而且导光筒12内不设置反射镜7和窗口镜6，其余的操作与气缸套的加工操作相同。

该激光微雕织构多功能加工设备通过合理的结构设置，将清洗冷却与激光微雕设计为一体结构，实现加工件的激光微雕，另外，为了配合加工不同加工件（气缸套、缸体、轴类）设置了加工件移动组件，整个加工设备结构简单，操作方便。该设备可加工多种微雕织构格式：螺旋线格式、点阵式格式、网状沟槽格式、图文网纹格式等。

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 (5)

1.一种激光微雕织构多功能加工设备，包括床身、激光微雕组件，其特征在于：还包括移动旋转组件、清洗冷却组件和控制装置；所述激光微雕组件包括依次连通的激光器、激光隔离器、密封伸缩管、激光光斑整形器和导光筒，所述导光筒的激光出口端沿光路依次设有双分离聚焦镜和任选的反射镜、窗口镜，所述激光隔离器通过隔离器定位座竖直固定于床身上；所述移动旋转组件包括加工件移动组件和激光微雕移动旋转组件，所述加工件移动组件位于导光筒下方，其包括定位平台、X轴移动模块和Y轴移动模块，所述定位平台滑动连接在X轴移动模块上方，所述X轴移动模块滑动连接在Y轴移动模块上方，所述激光微雕移动旋转组件包括Z轴移动模块和A轴旋转模块，所述Z轴移动模块竖直设于导光筒一侧的床身上，所述A轴旋转模块包括DD马达，所述导光筒旋转连接于DD马达上，所述DD马达通过Z轴固定架滑动连接于Z轴移动模块上；所述清洗冷却组件包括依次连通的冷却气万向环、冷却气管道和冷却导向嘴，所述冷却气万向环设置于所述DD马达的固定外圈内，所述冷却气管道固定于导光筒的一侧，所述冷却导向嘴设置于导光筒的出光口，且其开口与激光出口方向一致；所述控制装置设置于床身上，其包括控制模块、交互触摸屏和功能按钮，所述激光微雕组件、移动旋转组件、清洗冷却组件、交互触摸屏和功能按钮均与控制模块电连接。

2.根据权利要求1所述的激光微雕织构多功能加工设备，其特征在于：所述X轴移动模块包括X轴伺服电机和X轴移动导轨，所述X轴移动导轨上设有X轴螺杆，所述X轴伺服电机驱动连接于所述X轴螺杆的一端，所述定位平台通过X轴移动滑块滑动连接在X轴螺杆上；所述Y轴移动模块包括Y轴伺服电机和Y轴移动导轨，所述Y轴移动导轨上设有Y轴螺杆，所述Y轴伺服电机驱动连接于所述Y轴螺杆的一端，所述X轴移动模块通过Y轴移动滑块滑动连接在Y轴螺杆上。

3.根据权利要求1或2所述的激光微雕织构多功能加工设备，其特征在于：所述Z轴移动模块包括Z轴伺服电机、Z轴移动导轨和Z轴固定架，所述Z轴移动导轨上设有Z轴螺杆，所述Z轴伺服电机驱动连接于所述Z轴螺杆的一端，所述Z轴固定架的一端滑动连接于所述Z轴螺杆上；所述导光筒的上端连接于DD马达的旋转内圈，所述DD马达的固定外圈固定于所述Z轴固定架上。

4.根据权利要求1所述的激光微雕织构多功能加工设备，其特征在于：所述冷却气管道与导光筒形成圆柱体，所述冷却气万向环密封围设于圆柱体的外侧，所述冷却气万向环上设有进气通道，所述冷却气管道上设有进气孔，所述进气孔与所述冷却气万向环相连通。

5.根据权利要求1所述的激光微雕织构多功能加工设备，其特征在于：所述定位平台上设有气缸套定位台、轴类旋转定位台和缸体定位槽中的至少一种。

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