CN106271120B - 一种锥形微孔激光旋切加工机 - Google Patents
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Abstract
一种锥形微孔激光旋切加工机,本申请反射镜在激光发生器的发射头一侧,反射镜将来自激光发生器的激光束垂直反射入聚焦镜组件,聚焦镜组件包括在底部的聚焦镜固定支架、聚焦镜以及水平方向控制调节件和在中上部的平透镜固定支架、平透镜以及平透镜调节旋钮,聚焦镜固定于聚焦镜固定支架内,聚焦镜固定支架两侧均有水平方向控制调节件,平透镜固定于平透镜固定支架内,平透镜固定支架一侧有平透镜调节旋钮,聚焦镜组件下端有喷嘴组件,驱动电机组件在聚焦镜组件一侧。本发明能实现不同锥度不同孔径锥形微孔旋切加工,并且结构相对简单,方便装配和调节。
Description
技术领域
本发明涉及微孔旋切加工、激光加工、喷油嘴加工等技术领域,特别涉及一种能实现汽车发动机喷油嘴倒锥微孔旋切加工的激光加工装置。
背景技术
随着汽车保有量的增加,我们周围的环境也因汽车尾气的排放而变差,进而提出了喷油嘴微孔的激光加工需求,在航空发动机领域也有微孔加工需求,当然,在其他领域也有微孔加工需求。为了更好地加工微孔,激光脉冲旋切加工技术成了一种较好的选择。对于汽车发动机喷油嘴微孔而言,倒锥孔效果好于直孔或正锥孔,而在有些领域则可能需要直孔或正锥孔。为了实现锥形微孔的激光旋切,目前在国外已有的技术有扫描振镜、光楔旋转扫描***等。扫描振镜是通过两个伺服电机驱动反射镜在二维方向摆动扫描来实现对光束方向的控制的,光楔旋转扫描***是通过驱动两片或更多的微角度楔形镜旋转来实现光束角度的偏摆控制的。以上这些实现激光脉冲环切扫描的装置中聚集镜位置固定不变,它们的结构一般相对复杂,且对加工装配精度要求较高,成本高,调节难度大,当然国内在这方面的核心技术相对较少,形成的自主知识产权更少,这也严重制约我国相关工业和科技领域的发展。
发明内容
为了解决上述存在的问题,本发明提供一种锥形微孔激光旋切加工机,能实现不同锥度不同孔径锥形微孔旋切加工,并且结构相对简单,方便装配和调节,为达此目的,本发明提供一种锥形微孔激光旋切加工机,包括激光发生器、反射镜、聚焦镜组件、喷嘴组件和驱动电机组件,所述反射镜倾斜设置,所述反射镜的倾斜角度为45°,所述反射镜在激光发生器的发射头一侧,所述反射镜下方有聚焦镜组件,所述反射镜将来自激光发生器的激光束垂直反射入聚焦镜组件,所述聚焦镜组件的外形为圆柱,所述聚焦镜组件包括在底部的聚焦镜固定支架、聚焦镜以及水平方向控制调节件和在中上部的平透镜固定支架、平透镜以及平透镜调节旋钮,所述聚焦镜固定于聚焦镜固定支架内,所述聚焦镜固定支架两侧均有水平方向控制调节件,所述水平方向控制调节件穿过聚焦镜组件的壳体抵住聚焦镜固定支架,所述平透镜固定于平透镜固定支架内,所述平透镜固定支架一侧有平透镜调节旋钮,所述平透镜固定支架通过螺栓或杆件与平透镜调节旋钮刚性相连,所述平透镜调节旋钮控制平透镜固定支架内平透镜翻转角度,所述聚焦镜组件下端有喷嘴组件,所述驱动电机组件在聚焦镜组件一侧,所述驱动电机组件通过传动件驱动聚焦镜组件绕轴旋转。
本发明的进一步改进,所述水平方向控制调节件为水平方向调节螺钉或水平方向调节弹簧或水平方向调节杆,本发明水平方向调节螺钉、水平方向调节弹簧和水平方向调节杆均可以使用,厂家可根据实际设备需要使用相应的水平方向控制调节件。
本发明的进一步改进,所述水平方向调节螺钉一端连有内置蓄电池的直流电机组件,所述内置蓄电池的直流电机组件安装在聚焦镜组件上随聚焦镜组件旋转,本发明由人来调节的水平方向调节螺钉可改为用内置蓄电池的直流电机组件来驱动,内置蓄电池的直流电机组件作为聚焦镜组件附属部件,随聚焦镜组件旋转,选用内置蓄电池的直流电机组件,可避免聚焦镜组件旋转时导线缠绕,此改进可使聚焦激光束在锥形扫描时实时改变扫描半径,从而实现圆环或圆面扫描。
本发明的进一步改进,所述水平方向控制调节件有3个,所述聚焦镜固定支架一侧有一对水平方向控制调节件,所述聚焦镜固定支架另一侧有一个水平方向控制调节件,为了保持聚焦镜固定支架移动稳定,本发明常用3个水平方向控制调节件进行控制。
本发明的进一步改进,所述水平方向控制调节件为一个水平方向调节杆和两个水平方向调节弹簧,所述水平方向调节杆无螺纹,所述水平方向调节杆与水平方向调节气缸的活塞相连,所述水平方向调节气缸与气缸节流阀一和气缸节流阀二,本发明水平方向调节螺钉可改为无螺纹的水平方向调节杆,与水平方向调节气缸的活塞相连,当气缸节流阀二进气而气缸节流阀一出气时,活塞推动水平方向调节杆向左,从而带动聚焦镜向左运动,当气缸节流阀二出气而气缸节流阀一进气时,活塞拉动水平方向调节杆向右,则聚焦镜在水平方向调节弹簧的作用下向右运动,当气缸节流阀一与气缸节流阀二同时关闭时,活塞不动,从而保持聚焦镜当前位置不变,本发明由人来调节的水平方向调节螺钉改为用调节气缸组件来驱动,调节气缸组件(含直流电磁阀等与除聚焦镜组件外的部件无导线、气管等连接)作为聚焦镜组件附属部件,随聚焦镜组件旋转,此改进也可使聚焦激光束在锥形扫描时实时改变扫描半径,从而实现圆环或圆面扫描。
本发明的进一步改进,所述聚焦镜固定支架用于固定聚焦镜,外形可为方形、圆形、椭圆形或它们的各种近似组合,厂家可根据实际生产需要进行选择。
本发明的进一步改进,当平透镜大于2个,第一个平透镜的入射激光束与最后一个平透镜的出射激光束平行,本发明可根据实际需要使用多个平透镜。
本发明的进一步改进,所述聚焦镜组件、喷嘴组件和驱动电机组件安装在外部控制设备上通过外部控制设备进行上下移动,所述聚焦镜组件、喷嘴组件、驱动电机组件可在外部相关装置作用下整体上下移动,从而实现调节聚焦激光束聚焦点相对于工件的位置,进而实现倒锥孔切割。
本发明为一种锥形微孔激光旋切加工机,该装置主要包括激光发生器、反射镜、聚焦镜组件、喷嘴组件、驱动电机组件,其中聚焦镜组件中聚焦可水平调节,并能在驱动电机组件的驱动下作旋转运动,从而实现通过聚焦镜后的激光束的倒锥形扫描输出。作为本发明的进一步改进,可在降低平透镜的厚度同时增加平透镜的数量,可用弹簧代替部分水平方向调节螺钉,也可用电机驱动水平方向调节螺钉,实现扫描半径动态的变化。当然,调节水平方向调节螺钉也可改为无螺纹的水平方向调节杆,采用气缸驱动。
附图说明
图1为喷油嘴倒锥微孔激光旋切加工装置示意图;
图2为聚焦镜调节结构剖切俯视示意图;
图3为聚焦镜平移后聚焦镜位置与聚焦激光束光路示意图;
图4为聚焦激光束倒锥扫描示意图;
图5为一种带弹簧的聚焦镜调节结构剖切俯视示意图;
图6为电动聚焦镜调节结构剖切俯视示意图;
图7为气动聚焦镜调节结构剖切俯视示意图;
图8为平透镜调节结构剖切俯视示意图;
图9为平透镜、聚焦镜相对位置与聚焦激光束关系示意图;
具体部件名称如下:
1、激光发生器;2、反射镜;3、聚焦镜固定支架;4、水平方向调节螺钉;5、聚焦镜组件;6、聚焦镜;7、喷嘴组件;8、驱动电机组件;9、聚焦激光束;10、光心;11、入射激光束;12、光轴 ;13、水平方向调节弹簧;14、内置蓄电池的直流电机组件;15、水平方向调节气缸;16、水平方向调节杆;17、气缸节流阀一;18、气缸节流阀二;19、平透镜;20、平透镜内折射激光束;21、平透镜出射激光束;22、平透镜调节旋钮;23、平透镜固定支架。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
本发明提供一种锥形微孔激光旋切加工机,能实现不同锥度不同孔径锥形微孔旋切加工,并且结构相对简单,方便装配和调节。
本发明提供一种能实现不同锥度不同孔径锥形微孔旋切加工的激光加工装置,如图1、2、8所示,该装置包括激光发生器1、反射镜2、聚焦镜组件5、喷嘴组件7、驱动电机组件8,其中实现锥形微孔加工的关键部件为聚焦镜组件5,它的外形为圆柱,包括在底部的聚焦镜固定支架3、聚焦镜6、水平方向调节螺钉4和在中上部的平透镜固定支架23、平透镜19、平透镜调节旋钮22几个部分,其中水平方向调节螺钉4共有三个用于调节聚焦镜的水平位置,如图3所示,当聚焦镜6的水平位置改变后,光心10和光轴12的位置也随之改变,同样聚焦镜焦点也会因此而平移到新的光轴12上,根据几何光学原理知,与光轴12平行的光线必然会聚于一点——聚焦镜的焦点,根据聚焦镜6的光轴12相对于聚焦镜组件5的轴线的位置,就可知焦点位置,由图3可见聚焦镜6的平移能够改变聚焦光束倾斜方向和聚焦光束聚焦点扫描半径。
聚焦镜组件5中的平透镜19为对光线没有聚焦和发散作用的上下两面平行的透镜,当它与入射激光束11垂直时,入射(镜外)、折射(镜内)、出射(镜外)激光束中心线在同一条垂直于平透镜19的直线上,此时它对旋切加工微孔的孔径、锥度没有任何影响;若通过平透镜调节旋钮22使平透镜19与入射激光束11夹角小于90°,如图9所示,则镜内折射激光束20与入射激光束11成一角度,而出射激光束21与入射激光束11平行,但不在一条直线上,它们之间有一个水平位移,由几何光学知这一水平位移的大小就是平透镜镜内折射激光束20在聚焦镜6所在平面上投影的长度,它与平透镜19的折射率、厚度和倾角有关,由图9可知这一位移与聚焦镜6的位置配合调节可以进一步改变聚焦光束倾斜方向和聚焦光束聚焦点扫描半径。
为实现锥形微孔激光旋切加工,我们将由激光发生器1发出经反射镜2的激光束调整到聚焦镜组件5的对称中心轴上,即入射激光束11的中心线与圆柱形聚焦镜组件5的轴线重复,此时若在改变聚焦镜6水平位置的同时改变平透镜19倾斜角度,就可以更方便地控制微孔的锥度和孔径。如图3、4所示,在该装置中聚焦镜组件5的作用是控制微孔锥度和孔径,驱动电机组件8的作用是通过驱动聚焦镜组件5绕其轴线旋转从而实现微孔的旋切扫描,喷嘴组件7的作用是调节喷嘴位置,同时用于同轴吹送辅助气体,以提高设备对不同工况微孔旋切加工的适应能力。
作为本发明的一具体实施例,为增大设备切割孔径的适用范围,可适当增加平透镜19的厚度或数量。
作为本发明的一具体实施例,在不降低切割孔径范围的情况下,为提高设备切割孔径的调节精度,可适当降低平透镜19的厚度,增加平透镜19的数量。
作为本发明的一具体实施例,在图5中,三个水平方向调节螺钉4改为了两个水平方向调节弹簧13与一个水平方向调节螺钉4的组合。
作为本发明的一具体实施例,在上述改进的基础上,由人来调节的水平方向调节螺钉4改为用内置蓄电池的直流电机组件14来驱动,如图6所示,这一改进能实时改变聚焦激光束在锥形扫描时的扫描半径,从而实现圆环或圆面扫描。
作为本发明的一具体实施例,在上述改进的基础上,水平方向调节螺钉4改为无螺纹的水平方向调节杆16,如图7所示,与水平方向调节气缸15的活塞相连,当气缸节流阀二18进气而气缸节流阀一17出气时,活塞推动水平方向调节杆16向左,从而带动聚焦镜向左运动,当气缸节流阀二18出气而气缸节流阀一17进气时,活塞拉动水平方向调节杆16向右,则聚焦镜在水平方向调节弹簧13的作用下向右运动,当气缸节流阀一17与气缸节流阀二18同时关闭时,活塞不动,从而保持聚焦镜当前位置不变。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作任何其他形式的限制,而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化,仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种锥形微孔激光旋切加工机,包括激光发生器(1)、反射镜(2)、聚焦镜组件(5)、喷嘴组件(7)和驱动电机组件(8),其特征在于:所述反射镜(2)倾斜设置,所述反射镜(2)的倾斜角度为45°,所述反射镜(2)在激光发生器(1)的发射头一侧,所述反射镜(2)下方有聚焦镜组件(5),所述反射镜(2)将来自激光发生器(1)的激光束垂直反射入聚焦镜组件(5),所述聚焦镜组件(5)的外形为圆柱,所述聚焦镜组件(5)包括在底部的聚焦镜固定支架(3)、聚焦镜(6)以及水平方向控制调节件和在中上部的平透镜固定支架(23)、平透镜(19)以及平透镜调节旋钮(22),所述聚焦镜(6)固定于聚焦镜固定支架(3)内,所述聚焦镜固定支架(3)两侧均有水平方向控制调节件,所述水平方向控制调节件穿过聚焦镜组件(5)的壳体抵住聚焦镜固定支架(3),所述平透镜(19)固定于平透镜固定支架(23)内,所述平透镜固定支架(23)一侧有平透镜调节旋钮(22),所述平透镜固定支架(23)通过螺栓或杆件与平透镜调节旋钮(22)刚性相连,所述平透镜调节旋钮(22)控制平透镜固定支架(23)内平透镜(19)翻转角度,所述聚焦镜组件(5)下端有喷嘴组件(7),所述驱动电机组件(8)在聚焦镜组件(5)一侧,所述驱动电机组件(8)通过传动件驱动聚焦镜组件(5)绕轴旋转。
2.根据权利要求1所述的一种锥形微孔激光旋切加工机,其特征在于:所述水平方向控制调节件为水平方向调节螺钉(4)或水平方向调节弹簧(13)或水平方向调节杆(16)。
3.根据权利要求2所述的一种锥形微孔激光旋切加工机,其特征在于:所述水平方向调节螺钉(4)一端连有内置蓄电池的直流电机组件(14),所述内置蓄电池的直流电机组件(14)安装在聚焦镜组件(5)上随聚焦镜组件(5)旋转。
4.根据权利要求1或2所述的一种锥形微孔激光旋切加工机,其特征在于:所述水平方向控制调节件有3个,所述聚焦镜固定支架(3)一侧有一对水平方向控制调节件,所述聚焦镜固定支架(3)另一侧有一个水平方向控制调节件。
5.根据权利要求4所述的一种锥形微孔激光旋切加工机,其特征在于:所述水平方向控制调节件为一个水平方向调节螺钉(4)和两个水平方向调节弹簧(13),所述两个水平方向调节弹簧(13)在聚焦镜固定支架(3)一侧,所述水平方向调节螺钉(4)在聚焦镜固定支架(3)另一侧。
6.根据权利要求4所述的一种锥形微孔激光旋切加工机,其特征在于:所述水平方向控制调节件为一个水平方向调节杆(16)和两个水平方向调节弹簧(13),所述水平方向调节杆(16)无螺纹,所述水平方向调节杆(16)与水平方向调节气缸(15)的活塞相连,所述水平方向调节气缸(15)两端分别与气缸节流阀一(17)和气缸节流阀二(18)相连。
7.根据权利要求1所述的一种锥形微孔激光旋切加工机,其特征在于:所述聚焦镜固定支架(3)外形为方形或圆形或椭圆形。
8.根据权利要求1所述的一种锥形微孔激光旋切加工机,其特征在于:当平透镜(19)大于2个,第一个平透镜的入射激光束(11)与最后一个平透镜的出射激光束(21)平行。
9.根据权利要求1所述的一种锥形微孔激光旋切加工机,其特征在于:所述聚焦镜组件(5)、喷嘴组件(7)和驱动电机组件(8)安装在外部控制设备上通过外部控制设备进行整体上下移动来调节喷嘴与工件的距离。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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