TWI508810B - 雷射輔助加工裝置 - Google Patents

Description

雷射輔助加工裝置

本發明是有關於一種加工裝置，特別是指一種雷射輔助加工裝置。

雷射輔助加工技術是常用的精密加工技術，通常是用於陶瓷、超合金等難以直接切削的材料上。

參閱圖1，為中華民國第580416號發明專利案，該專利揭露了一種以雷射輔助精細切削的方法，是利用一安裝在一刀具座11上的刀具12對一陶瓷工件13加工，輔以一裝設在該刀具座11上且位於該刀具12側方的雷射頭14產生雷射照在該陶瓷工件11之欲加工區域上。

參閱圖2，受該雷射頭14所發出之雷射照射後，該陶瓷工件13上會產生一加熱區A，而該刀具12之刃口前方有一沒被照射到的微小部分形成一未加熱區B。切削時，該刀具12推擠該未加熱區B，而支撐該未加熱區B的該加熱區A已被軟化，大幅降低了切削阻力，所以該刀具12可將該加熱區A與該未加熱區B一併移除。隨著上述過程的持續進行，完成對該陶瓷工件13的切削加工。

此技術的缺點是，不易調整該雷射頭14的所產 生的雷射至該刀具12之刃口處的對焦，容易造成誤加熱，且若該刀具12具有多個刃口(如銑刀)，該雷射頭14的所產生的雷射不能同時照射至該等刃口前方。

因此，本發明之目的，即在提供一種方便調整雷射焦距，並能適用多刀刃刀具的雷射輔助加工裝置。

於是，本發明雷射輔助加工裝置，適用於安裝在一工具機上，該雷射輔助加工裝置包含一雷射產生單元、一旋轉軸單元、一設置於該旋轉軸單元內的分光模組，及一連接該旋轉軸單元的刀具。

該雷射產生單元設置於該工具機上，並可發出一雷射主光束。

該旋轉軸單元包括一旋轉軸本體、一插設於該旋轉軸本體內的旋轉軸軸心，及一套設於該旋轉軸軸心上的盤體。該旋轉軸軸心具有一沿其長度方向延伸的雷射通道，及一連通外界與該雷射通道的入光口。該盤體圍繞界定出一與該雷射通道相連通之容室，且具有一相反於該入光口的分光面，及複數貫穿該分光面且與該容室相連通的出光孔，該雷射主光束由該入光口射入該雷射通道後，再進入該容室內。

該分光模組是用以接收入射進來的該雷射主光束，並包括一分光鏡單元、一內反射單元，及一外反射單元。該分光鏡單元設置於該雷射通道內，將入射進來的該雷射主光束分成複數雷射次光束。該內反射單元是與該分 光鏡單元相間隔設置於該雷射通道內，而將該等雷射次光束反射至該容室內。該外反射單元是設置於該容室內，將反射至該容室內的該等雷射次光束再次反射，而分別通過相對應的出光孔射出。

該刀具固定於該旋轉軸單元上並包括複數刀刃，該等刀刃相配合界定出位於該等刀刃之該等刃口前方的複數加工區，由該等出光孔射出的該等雷射次光束分別射入相對應的該等加工區。於該旋轉軸單元旋轉時，該等雷射次光束分別恆照射於相對應的該等加工區上。

本發明之功效，藉由該分光模組將該雷射主光束分為該等雷射次光束，該等雷射次光束可照射於具多刀刃之該刀具的該等加工區上。此外，該分光模組的設計可方便調整雷射焦距。加工時，該等雷射次光束會隨著該旋轉軸單元一起旋轉，而該工件受該等雷射次光束照射後而軟化及預移除，使該刀具容易移除該工件之材料並可達到高精度。

2‧‧‧工具機

3‧‧‧雷射產生單元

31‧‧‧雷射主光束

311‧‧‧雷射次光束

311a‧‧‧第一雷射次光束

311b‧‧‧第二雷射次光束

4‧‧‧旋轉軸單元

41‧‧‧旋轉軸本體

42‧‧‧旋轉軸軸心

421‧‧‧雷射通道

422‧‧‧入光口

43‧‧‧盤體

431‧‧‧容室

432‧‧‧分光面

433‧‧‧出光孔

433a‧‧‧第一出光孔

433b‧‧‧第二出光孔

5‧‧‧分光模組

51‧‧‧分光鏡單元

52‧‧‧內反射單元

53‧‧‧外反射單元

531‧‧‧第一全反射鏡

532‧‧‧第二全反射鏡

6‧‧‧刀具

60‧‧‧夾具

61‧‧‧刀刃

61a‧‧‧第一刀刃

61b‧‧‧第二刀刃

62‧‧‧加工區

62a‧‧‧第一加工區

62b‧‧‧第二加工區

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明一種習知的雷射輔助精細切削的方法；圖2是一示意圖，說明該方法之材料移除機制；圖3是一局部剖面圖，說明本發明雷射輔助加工裝置之一較佳實施例；及 圖4是一示意圖，說明該較佳實施例之複數雷射次光束分別照射至一刀具之複數加工區。

參閱圖3，本發明雷射輔助加工裝置之一較佳實施例，適用於安裝在一工具機2上。該雷射輔助加工裝置包含一雷射產生單元3、一旋轉軸單元4、一設置於該旋轉軸單元4內的分光模組5，及一連接該旋轉軸單元4的刀具6。該雷射產生單元3設置於該工具機2上，並可發出一雷射主光束31進入該旋轉軸單元4內。

該旋轉軸單元4包括一旋轉軸本體41、一插設於該旋轉軸本體41內的旋轉軸軸心42，及一套設於該旋轉軸軸心42上的盤體43。

該旋轉軸本體41是與該雷射產生單元3相間隔設置於該工具機2上，並能被該工具機2帶動旋轉。該旋轉軸軸心42具有一沿其長度方向延伸的雷射通道421，及一連通外界與該雷射通道421的入光口422。該盤體43圍繞界定出一與該雷射通道421相連通之容室431，且具有一相反於該入光口422的分光面432，及複數貫穿該分光面432且與該容室431相連通的出光孔433。於本較佳實施例中，該等出光孔433之數量為二，分別為一第一出光孔423a，及一第二出光孔423b。

該分光模組5是用以接收入射進來的該雷射主光束31，並包括一分光鏡單元51、一內反射單元52，及一外反射單元53。該分光鏡單元51設置於該雷射通道421外反射單元53。該分光鏡單元51設置於該雷射通道421內，將入射進來的該雷射主光束31分成複數雷射次光束311。該內反射單元52是與該分光鏡單元51相間隔設置於該雷射通道421內，而將該等雷射次光束311反射至該容室431內。該外反射單元53是設置於該容室431內，將反射至該容室431內的該等雷射次光束311再次反射，而分別通過相對應的出光孔433射出。

參閱圖3及圖4，該刀具6被一連接於該旋轉軸單元4上的夾具60所夾持，並包括複數刀刃61。該等刀刃61相配合界定出位於該等刀刃61之刃口前方的複數加工區62。於本較佳實施例中，該刀具6為一雙刀刃之銑刀，因此該等刀刃61之數量為二，分別為一第一刀刃61a，及一與該第一刀刃61a對稱排列之第二刀刃61b。如此則該等加工區62之數量亦為二，分別為一位於該第一刀刃61a之刃口前方的第一加工區62a，及一位於該第二刀刃61b之刃口前方的第二加工區62b。

於本較佳實施例中，該分光鏡單元51為一分光鏡，並將該雷射主光束31分為一第一雷射次光束311a，及一第二雷射次光束311b。該內反射單元52為一全反射鏡片。該外反射單元53具有相間隔設置的一第一全反射鏡片531及一第二全反射鏡片532。

該第一雷射次光束311a被該分光鏡單元51反射後，行進路線和該雷射主光束31垂直，然後會直接射入該容室431內，再被該第一全反射鏡片531反射，而由該 第一出光孔433a射出，最後照射至該第一加工區62a。

該第二雷射次光束311b穿透該分光鏡單元51後，行進路線和該雷射主光束31相同，被該內反射單元52反射後再射入該容室431內，然後被該第二全反射鏡片532反射後，由該第二出光孔433b射出，最後照射至該第二加工區62b。

加工時，該工具機2帶動該旋轉軸單元4連同該刀具6轉動，該第一雷射次光束311a與該第二雷射次光束311b是分別恆照射至該第一加工區62a與該第二加工區62b。藉由該分光模組5的設計，方便調整該第一全反射鏡片531及該第二全反射鏡片532，將該第一雷射次光束311a與該第二雷射次光束311b對焦至同一平面上，以達最佳照射效果。

參閱圖4，為放置一工件7於該刀具6下對其進行銑削加工之示意圖，此時該第一雷射次光束311a照射該第一加工區62a，而該第二雷射次光束311b照射該第二加工區62b後。該工件7上會形成兩個分別受該雷射次光束311a與該第二雷射次光束311b照射而加熱軟化及預移除的區域，大幅降低了銑削阻力。所以隨著該刀具6的旋轉，該第一刀刃61a與該第一刀刃61b可容易地將該工件7的材料移除。隨著上述過程的持續進行，完成對該工件7的銑削加工。

要特別強調的是，在本較佳實施例中，該刀具6是一具有該第一刀刃61a及該第二刀刃61b的銑刀，故該 光模組6的設置，是為了對應該刀具6之第一加工區62a及第二加工區62b。當然在其它可能的實施例中，該刀具6可以是具有兩個以上之多刀刃的切削用刀具。若此，該盤體43上的出光孔433、該分光模組5之分光鏡單元51、該內反射單元52，及該外反射單元53也會隨之調整，將該雷射主光束31分成兩個以上之相對應的雷射次光束311，以利加工。

綜上所述，本發明雷射輔助加工裝置，藉由該分光模組5將該雷射主光束31分光為該第一雷射次光束311a及該第二雷射次光束311b，並分別恆照射至該刀具6之第一加工區62a及第二加工區62b，軟化及預移除該工件7，使該刀具6容易移除該工件7之材料並可達到高精度，而使加工容易，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧工具機

3‧‧‧雷射產生單元

31‧‧‧雷射主光束

311‧‧‧雷射次光束

311a‧‧‧第一雷射次光束

311b‧‧‧第二雷射次光束

4‧‧‧旋轉軸單元

41‧‧‧旋轉軸本體

42‧‧‧旋轉軸軸心

421‧‧‧雷射通道

422‧‧‧入光口

43‧‧‧盤體

431‧‧‧容室

432‧‧‧分光面

433‧‧‧出光孔

433a‧‧‧第一出光孔

433b‧‧‧第二出光孔

5‧‧‧分光模組

51‧‧‧分光鏡單元

52‧‧‧內反射單元

53‧‧‧外反射單元

531‧‧‧第一全反射鏡

532‧‧‧第二全反射鏡

6‧‧‧刀具

60‧‧‧夾具

Claims (5)

1. 一種雷射輔助加工裝置，適用於安裝在一工具機上，該雷射輔助加工裝置包含：一雷射產生單元，設置於該工具機上，並可發出一雷射主光束；一旋轉軸單元，包括：一旋轉軸本體，與該雷射產生單元相間隔設置於該工具機上，並能被該工具機帶動旋轉；一旋轉軸軸心，插設於該旋轉軸本體內，且具有一沿其長度方向延伸的雷射通道，及一連通外界與該雷射通道的入光口；及一盤體，套設於該旋轉軸軸心上，並圍繞界定出一與該雷射通道相連通之容室，該盤體具有一相反於該入光口的分光面，及複數貫穿該分光面且與該容室相連通的出光孔，該雷射主光束由該入光口射入該雷射通道後，再進入該容室內；一分光模組，設置於該旋轉軸單元內，用以接收入射進來的該雷射主光束，並包括：一分光鏡單元，設置於該雷射通道內，將入射進來的該雷射主光束分成複數雷射次光束，及一內反射單元，與該分光鏡單元相間隔設置於該雷射通道內，將該等雷射次光束反射至該容室內，一外反射單元，設置於該容室內，將反射至該容室內的該等雷射次光束再次反射，而分別通過相 對應的出光孔射出；及一刀具，固定於該旋轉軸單元上並包括複數刀刃，該等刀刃定義出複數加工區，由該等出光孔射出的該等雷射次光束分別射入相對應的該等加工區，於該旋轉軸單元旋轉時，該等雷射次光束分別恆照射於相對應的加工區上。
2. 如請求項1所述的雷射輔助加工裝置，其中，入射進該分光鏡單元的該雷射主光束被分成一第一雷射次光束及一第二雷射次光束，該外反射單元具有相間隔設置的一第一全反射鏡片及一第二全反射鏡片，該第一雷射次光束是直接射入該容室內，再被該第一全反射鏡片反射，該第二雷射次光束是被該內反射單元反射後而射入該容室內，再被該第二全反射鏡片反射。
3. 如請求項2所述的雷射輔助加工裝置，其中，該盤體具有分別和該第一雷射次光束及該第二雷射次光束相對應的一第一出光孔及一第二出光孔，該第一雷射次光束被該第一全反射鏡片反射後，由該第一出光孔射出，而該第二雷射次光束被該第二全反射鏡片反射後，由該第二出光孔射出。
4. 如請求項3所述的雷射輔助加工裝置，其中，該刀具包括一第一刀刃，及一與該第一刀刃對稱排列之第二刀刃，該第一刀刃與該第二刀刃相配合界定出分別位於該等刀刃之刃口前方的一第一加工區及一第二加工區，由該第一出光孔射出的該第一雷射次光束射入該第一加 工區，由該第二出光孔射出的該第二雷射次光束射入該第二加工區。
5. 如請求項4所述的雷射輔助加工裝置，其中，該第一全反射鏡片及該第二全反射鏡片相配合，將該第一雷射次光束與該第二雷射次光束對焦至同一平面上。