TWI602632B - 雷射輔助銑削主軸裝置 - Google Patents

Description

雷射輔助銑削主軸裝置

本發明是有關於一種銑削裝置，特別是指一種可在待加工件上形成複數聚焦點的雷射輔助銑削主軸裝置。

利用銑刀來切削待加工件是常見的切削加工方式之一，然而當待加工件的硬度過高或是刀具尺寸過小時，容易因刀具磨耗及強度不足而導致加工失敗。

參閱圖1，為一使用雷射源10輔助的銑削裝置11，其是透過該雷射源10來加熱待加工件，以將待加工件的加工表面加熱軟化，隨即以刀具12將該處材料移除，藉此提高加工良率。然而，該銑削裝置11的雷射源10僅能於該待加工件上聚焦出單一聚焦點，且僅能聚焦於刀具的外側，造成加熱區域與刀具加工路徑A偏移一距離而未共點，使得非加工範圍材料變形及欲加工區未獲得加熱，導致加工品質下降。此外，該聚焦點僅位於刀具12的一側，容易使刀具12內外溫度不均，減少刀具12使用壽命。

因此，本發明之目的，即在提供一種可聚焦出複數聚焦點的雷射輔助銑削主軸裝置。

於是，本發明雷射輔助銑削主軸裝置，用以驅動一銑刀，以加工一待加工物。該雷射輔助銑削主軸裝置包含一用以供該銑刀設置並驅動該銑刀的主軸單元、一設置於該主軸單元上的鏡體單元，及一設置於該主軸單元並用以朝該鏡體單元出光的雷射單元。該雷射單元的出光是經該鏡體單元導引反射後，形成複數聚焦於該待加工物上的聚焦點。該等聚焦點是分別位於該銑刀內側及外側。

本發明之功效在於：該雷射單元的出光在經該鏡體單元導引後，可形成複數分別位於該銑刀內側及外側的聚焦點，使加熱區域與加工區域位於同一範圍內，提升加工品質，並使該銑刀的內外溫度均勻，以延長該銑刀的使用壽命。

參閱圖2及圖3，本發明雷射輔助銑削主軸裝置2的一實施例，是用以驅動一銑刀3，以加工一待加工物。該雷射輔助銑削主軸裝置2包含一主軸單元4、一設置於該主軸單元4上的鏡體單元5，及一設置於該主軸單元4上且朝該鏡體單元5出光的雷射單元6。

該主軸單元4包括一中空的基軸41、一由該基軸41所圍繞出的通槽42、一樞設於該基軸41底端以供該銑刀3插設的樞軸43，及一開設於該樞軸43上的出光孔44。該銑刀3是可拆離地設置於該樞軸43上並可被該樞軸43帶動旋轉。

該鏡體單元5是可上下移動地設置於該主軸單元4之樞軸43內，並具有一對應該雷射單元6的第一反射鏡51、一對應該第一反射鏡51的分光鏡52、一對應該分光鏡52的第二反射鏡53，及一對應該第二反射鏡53設置的氣流機構54。該氣流機構54具有一流道541、一形成於該流道541上且朝向該銑刀3的出氣口542，及一朝向該第二反射鏡53的氣膜輸出口543，氣體可沿該流道541流向該出氣口542及該氣膜輸出口543。該流道541、該出氣口542，及該氣膜輸出口543的型態可依該主軸單元4的空間配置，及該鏡體單元5的位置而設計，在此不加以限制。

該雷射單元6包括一可受調整而橫向移動地設置於該主軸單元4之基軸41頂端的治具61，及一可調整角度地設置於該治具61上的雷射源62。

該雷射單元6的雷射源62可由人工調整角度，並朝該鏡體單元5方向射出雷射光束，該雷射源62射出的雷射光束是通過該主軸單元4之通槽42而射向該鏡體單元5之第一反射鏡51，經該第一反射鏡51反射後，會通過該分光鏡52而形成兩道雷射光束，一道雷射光束是直接由該出光孔44出光，另一道雷射光束是射向該第二反射鏡53，並在被該第二反射鏡53反射後由該出光孔44出光而形成兩個聚焦於待加工件上的聚焦點7。該二聚焦點7分別位於該銑刀3的內側及外側。

該氣流機構54之出氣口542可射出同軸氣流以包覆由該出光孔44出光的兩道雷射光束，達到快速排除切屑及保護雷射光束之功效。該氣流機構54之氣膜輸出口543是朝向該第二反射鏡53輸出氣膜，以使該第二反射鏡53具自潔效果，以避免切屑沾黏。

需要特別說明的是，雖然本實施例中是以該雷射源62與該第一反射鏡51、該分光鏡52，及該第二反射鏡53相配合，使單一雷射光束分光而形成兩聚焦點7，但也可以是於該治具61上設置兩個雷射源62，並搭配分光及反射鏡組使該二雷射源62所射出的兩道雷射光束各別形成兩個聚焦點7。另外，本實施例中的鏡體單元5是採同側分光，但也可以是採不同側分光的配置，前者較後者難取得平衡，但較易聚焦。

本實施例藉由該第一反射鏡51、該分光鏡52，及該第二反射鏡53的配置，將該雷射源62的單一雷射光束分光成兩道，以形成兩個聚焦於待加工件上且可加熱待加工件的聚焦點7。該等聚焦點7是分別位於該銑刀3的內外兩側，兩個聚焦點7的加熱區域可交疊而形成概呈橢圓形的加熱區域，該加熱區域是由該銑刀3的下方內側的加工區域延伸到該銑刀3外側，可均勻該銑刀3的內外側溫度，並使該銑刀3的加工區域與該等聚焦點7的加熱區域位於相同的範圍內。透過將該鏡體單元5設置於該樞軸43上，使該鏡體單元5可與該樞軸43同軸旋轉，達到相同路徑的加工功能。本實施例所搭配的銑刀3不需特殊設計，因此可以採用市面上通用之一般銑刀3，泛用性高。該氣流機構54之出氣口542可產生同軸氣流，配合該樞軸43的旋轉，可包覆分光後由該出光孔44出光的兩道雷射光束，以將飛濺的切屑排除並保護雷射光束，該氣膜輸出口543可在該第二反射鏡53上形成氣膜以達到保護及自潔的功效。使用者可透過橫向調整該治具61、改變該雷射源62的傾斜角度，及上下調整該鏡體單元5，以進行雷射光束的光路調校。

綜上所述，該雷射單元6的出光在經該鏡體單元5導引後，可形成複數分別位於該銑刀3內側及外側的聚焦點7，使加熱區域與加工區域位於同一範圍內，提升加工品質，並使該銑刀3的內外溫度均勻，以延長該銑刀3的使用壽命，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是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‧‧‧雷射輔助銑削主軸裝置
3‧‧‧銑刀
4‧‧‧主軸單元
41‧‧‧基軸
42‧‧‧通槽
43‧‧‧樞軸
44‧‧‧出光孔
5‧‧‧鏡體單元
51‧‧‧第一反射鏡
52‧‧‧分光鏡
53‧‧‧第二反射鏡
54‧‧‧氣流機構
541‧‧‧流道
542‧‧‧出氣口
543‧‧‧氣膜輸出口
6‧‧‧雷射單元
61‧‧‧治具
62‧‧‧雷射源
7‧‧‧聚焦點

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是一不完整的立體示意圖，說明一習知使用雷射源輔助的銑削裝置； 圖2一側視示意圖，說明本發明雷射輔助銑削主軸裝置的一實施例；及 圖3是一不完整的立體示意圖，說明該實施例的出光路徑。

2‧‧‧雷射輔助銑削主軸裝置

3‧‧‧銑刀

4‧‧‧主軸單元

41‧‧‧基軸

42‧‧‧通槽

43‧‧‧樞軸

44‧‧‧出光孔

5‧‧‧鏡體單元

51‧‧‧第一反射鏡

52‧‧‧分光鏡

53‧‧‧第二反射鏡

54‧‧‧氣流機構

541‧‧‧流道

542‧‧‧出氣口

543‧‧‧氣膜輸出口

6‧‧‧雷射單元

61‧‧‧治具

62‧‧‧雷射源

Claims (6)

1. 一種雷射輔助銑削主軸裝置，用以驅動一銑刀，以加工一待加工物，包含：一主軸單元，用以供該銑刀設置並驅動該銑刀；一鏡體單元，設置該主軸單元上，並包括一可朝該銑刀方向射出氣流的氣流機構，該氣流機構具有一流道，及至少一形成於該流道上且朝向該銑刀的出氣口；及一雷射單元，設置於該主軸單元，並用以朝該鏡體單元出光，該雷射單元的出光是經該鏡體單元導引反射後，形成複數聚焦於該待加工物上的聚焦點，該等聚焦點是分別位於該銑刀的內側及外側，該雷射單元出光後的雷射光束可被該氣流機構之出氣口所射出的氣流包覆。
2. 如請求項1所述的雷射輔助銑削主軸裝置，其中，該雷射單元包括一可移動地設置於該主軸單元的治具，及一設置於該治具上且可相對於該治具調整傾斜角度的雷射源。
3. 如請求項2所述的雷射輔助銑削主軸裝置，其中，該鏡體單元包括一對應該雷射單元之雷射源的第一反射鏡、一對應該第一反射鏡的分光鏡，及一對應該分光鏡的第二反射鏡。
4. 如請求項3所述的雷射輔助銑削主軸裝置，其中，該主軸單元包括一基軸、一樞設於該基軸底端以供該銑刀插設的樞軸，及一開設於該樞軸上並對應該鏡體單元之第二反射鏡的出光孔，該鏡體單元是可上下移動地設置於該樞軸內，該雷射單元之治具是設置於該基軸頂端。
5. 如請求項4所述的雷射輔助銑削主軸裝置，其中，該主軸單元還包括一由該基軸所圍繞出的通槽，該雷射源所射出的雷射光束是通過該通槽而射向該鏡體單元之第一反射鏡，接著反射至該分光鏡分光成兩道雷射光束，其中一道雷射光束是直接由該出光孔出光，另一道雷射光束是經由該第二反射鏡反射而由該出光孔出光，以形成兩個分別位於該銑刀內側及外側的聚焦點。出氣口。
6. 如請求項5所述的雷射輔助銑削主軸裝置，其中，該鏡體單元之氣流機構還具有至少一形成於該流道上且朝向該第二反射鏡的氣膜輸出口。