CN107876975A - 一种复合片双头激光切割分片装置及分片加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合片双头激光切割分片装置及分片加工方法，包括控制器、用于发射激光光束的光纤激光器、与光纤激光器进行耦合并进行准直分光和聚焦的双头光纤激光切割头、用于对激光切割路径进行控制的XYZ轴运动单元以及用于对待加工复合片进行限位固定的复合片固定治具平台；在靠近复合片固定治具平台部位还设置有对切割位置进行吹气、保证切割粉尘被及时清除的吹气吸尘装置；复合片固定治具平台设置于双头光纤激光切割头下部，与传统PCD和PCBN复合片分片加工方式比较，本装置加工的效率是传统的5‑10倍，无需使用砂轮片或线切割中的化学溶液，另激光切割可以任意编辑切割图形路径，能在单片复合片上切割出更多料片，提高产出量。

Description

一种复合片双头激光切割分片装置及分片加工方法
[技术领域]
本发明涉及激光切割装置技术领域，尤其涉及一种可有效保证切割粉尘被及时清除，不影响切割质量和污染机台环境的复合片双头激光切割分片装置及分片加工方法。
[背景技术]
随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统的切削加工刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛，金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一，目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。
PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性，硬度均匀，石墨化温度为550℃。为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片。即在硬质合金基底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成PCD复合片。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。
PCBN复合片是立方氮化硼微粉和硬质合金在高温高压下合成的，具有较高的硬度和耐磨性，在高温下不与铁族金属起反映的化学惰性，主要用于高硬度材料及难加工材料的切削加工。
目前市场上的复合片分片加工一般是采用砂轮机械加工和电火花放电线切割加工，其优点为加工端面的粗糙度较好，缺点为加工时间超长，另外在线切割中大量使用化学冷却液体，不利于环保加工，而相比较而言双头激光加工复合片的优点就是在于高效率的加工时间和任意加工的切割形状，更改加工图形只需要通过软件导入画好的图档即可，在切割加工中无任何污染耗材。
基于此，怎样才能获得比较完善的切割分片装置以及具体怎样去进行激光切割，提高效率，保证稳定性，本领域的技术人员进行了大量的研发和实验，并取得了较好的成绩。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种可有效保证切割粉尘被及时清除，不影响切割质量和污染机台环境的复合片双头激光切割分片装置及分片加工方法。
本发明解决技术问题的方案是提供一种复合片双头激光切割分片装置及，包括用于控制激光参数、激光出光开关和轴运动路径的控制器、用于发射激光光束的光纤激光器、与光纤激光器进行耦合并进行准直分光和聚焦的双头光纤激光切割头、用于对激光切割路径进行控制的XYZ轴运动单元以及用于对待加工复合片进行限位固定的复合片固定治具平台；在所述靠近复合片固定治具平台部位还设置有对切割位置进行吹气、保证切割粉尘被及时清除的吹气吸尘装置；该光纤激光器、XYZ轴运动单元以及吹气吸尘装置与控制器电性连接；所述复合片固定治具平台设置于双头光纤激光切割头下部，且该复合片固定治具平台包括支撑架以及设置于支撑架上的平台基体，在所述平台基体上安设有用于固定和限制待加工复合片的复合片切割槽。
优选地，所述双头光纤激光切割头包括用于与光纤激光器进行耦合、对光纤激光器出射的激光进行扩束准直的准直单元11、用于对激光束进行等功率一分为二的分光单元、用于对分光后的激光光束进行聚焦成点的聚焦单元(14、15)以及位于最底部、射出激光光束的喷嘴(16、17)；且该聚焦单元(14、15)为带有同轴吹气切割部件的聚焦单元(14、15)。
优选地，所述光纤激光器为波长为1070nm的单模、QCW准连续型光纤激光器，在所述加工部位外部还设置有用于起到保护作用的激光安全防护罩。
优选地，所述准直单元11为用来耦合QCW准连续型光纤激光器的光纤接口QBH头。
优选地，所述分光单元包括反射镜13以及将激光束等功率一分为二、且将一路激光束反射到反射镜13，一路激光束投射到聚焦单元(14、15)的分光镜12；该聚焦单元(14、15)分别设置于分光镜12和反射镜13下部。
一种复合片双头激光切割分片加工方法，包括以下步骤，
S1：预备用于进行激光切割复合片的光纤激光器、对激光光束进行准直分光和聚焦的双头光纤激光切割头以及用于放置待加工物料的复合片固定治具平台；
S2：确定待加工复合片的尺寸大小，并根据复合片的尺寸大小调节复合片固定治具平台的夹具范围，将复合片固定好在复合片固定治具平台的夹具上；
S3：根据步骤S2中复合片之间的间距，利用XYZ轴运动单元调节双头光纤激光切割头的焦距以及工作距离，将焦点调试到复合片表面位置或将焦点调试到复合片内部位置；同理，设置光纤激光器的脉冲宽度、频率和功率百分比，以及切割运动轴的切割速度；
S4：设置双头光纤激光切割头切割气体的压力、激光器脉冲能量和功率百分比；
S5：设置XYZ轴运动单元运动轴Z轴，调试双头光纤激光切割头的喷嘴(16、17)与复合片固定治具平台之间的工作距离在0.5-1mm之间；
S6：设置喷嘴(16、17)同轴切割气体的压力，并开启切割处理操作，完成激光切割复合片。
优选地，所述步骤S6中，喷嘴(16、17)同轴切割气体的压力为1.0MPa。
优选地，所述步骤S1中，预先对待加工复合片的厚度进行初步计算，若厚度小于2mm，则选用峰值功率为1500W的光纤激光器；若复合片厚度大于2mm，则选用峰值功率为4500W的光纤激光器。
与现有技术相比，本发明一种复合片双头激光切割分片装置通过同时设置光纤激光器、双头光纤激光切割头、XYZ轴运动单元以及用于对待加工复合片进行限位固定的复合片固定治具平台，且在靠近复合片固定治具平台部位设置对切割位置进行吹气、保证切割粉尘被及时清除的吹气吸尘装置，确保加工过程的清洁，不影响切割质量和污染机台环境，与传统PCD和PCBN复合片分片加工方式比较，本装置加工的效率是传统的5-10倍，无需使用砂轮片或线切割中的化学溶液，另激光切割可以任意编辑切割图形路径，能在单片复合片上切割出更多料片，提高产出量。
[附图说明]
图1是本发明一种复合片双头激光切割分片装置的平面状态结构示意图。
图2是本发明一种复合片双头激光切割分片加工方法的流程示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1和图2，本发明一种复合片双头激光切割分片装置1包括用于控制激光参数、激光出光开关和轴运动路径的控制器、用于发射激光光束的光纤激光器、与光纤激光器进行耦合并进行准直分光和聚焦的双头光纤激光切割头、用于对激光切割路径进行控制的XYZ轴运动单元以及用于对待加工复合片进行限位固定的复合片固定治具平台；在所述靠近复合片固定治具平台部位还设置有对切割位置进行吹气、保证切割粉尘被及时清除的吹气吸尘装置；该光纤激光器、XYZ轴运动单元以及吹气吸尘装置与控制器电性连接；所述复合片固定治具平台设置于双头光纤激光切割头下部，且该复合片固定治具平台包括支撑架以及设置于支撑架上的平台基体，在所述平台基体上安设有用于固定和限制待加工复合片的复合片切割槽。
通过同时设置光纤激光器、双头光纤激光切割头、XYZ轴运动单元以及用于对待加工复合片进行限位固定的复合片固定治具平台，且在靠近复合片固定治具平台部位设置对切割位置进行吹气、保证切割粉尘被及时清除的吹气吸尘装置，确保加工过程的清洁，不影响切割质量和污染机台环境，与传统PCD和PCBN复合片分片加工方式比较，本装置加工的效率是传统的5-10倍，无需使用砂轮片或线切割中的化学溶液，另激光切割可以任意编辑切割图形路径，能在单片复合片上切割出更多料片，提高产出量。
优选地，所述双头光纤激光切割头包括用于与光纤激光器进行耦合、对光纤激光器出射的激光进行扩束准直的准直单元11、用于对激光束进行等功率一分为二的分光单元、用于对分光后的激光光束进行聚焦成点的聚焦单元(14、15)以及位于最底部、射出激光光束的喷嘴(16、17)；且该聚焦单元(14、15)为带有同轴吹气切割部件的聚焦单元(14、15)。光路和气路同轴加工。
优选地，所述光纤激光器为波长为1070nm的单模、QCW准连续型光纤激光器，在所述加工部位外部还设置有用于起到保护作用的激光安全防护罩。光纤激光器单脉冲能量高，最高可达15J。
优选地，所述准直单元11为用来耦合QCW准连续型光纤激光器的光纤接口QBH头。
优选地，所述分光单元包括反射镜13以及将激光束等功率一分为二、且将一路激光束反射到反射镜13，一路激光束投射到聚焦单元(14、15)的分光镜12；该聚焦单元(14、15)分别设置于分光镜12和反射镜13下部。
一种复合片双头激光切割分片加工方法，包括以下步骤，
S1：预备用于进行激光切割复合片的光纤激光器、对激光光束进行准直分光和聚焦的双头光纤激光切割头以及用于放置待加工物料的复合片固定治具平台；
S2：确定待加工复合片的尺寸大小，并根据复合片的尺寸大小调节复合片固定治具平台的夹具范围，将复合片固定好在复合片固定治具平台的夹具上；
S3：根据步骤S2中复合片之间的间距，利用XYZ轴运动单元调节双头光纤激光切割头的焦距以及工作距离，将焦点调试到复合片表面位置或将焦点调试到复合片内部位置；同理，设置光纤激光器的脉冲宽度、频率和功率百分比，以及切割运动轴的切割速度；
S4：设置双头光纤激光切割头切割气体的压力、激光器脉冲能量和功率百分比；
S5：设置XYZ轴运动单元运动轴Z轴，调试双头光纤激光切割头的喷嘴(16、17)与复合片固定治具平台之间的工作距离在0.5-1mm之间；
S6：设置喷嘴(16、17)同轴切割气体的压力，并开启切割处理操作，完成激光切割复合片。
优选地，所述步骤S6中，喷嘴(16、17)同轴切割气体的压力为1.0MPa。
优选地，所述步骤S1中，预先对待加工复合片的厚度进行初步计算，若厚度小于2mm，则选用峰值功率为1500W的光纤激光器；若复合片厚度大于2mm，则选用峰值功率为4500W的光纤激光器。
与现有技术相比，本发明一种复合片双头激光切割分片装置1通过同时设置光纤激光器、双头光纤激光切割头、XYZ轴运动单元以及用于对待加工复合片进行限位固定的复合片固定治具平台，且在靠近复合片固定治具平台部位设置对切割位置进行吹气、保证切割粉尘被及时清除的吹气吸尘装置，确保加工过程的清洁，不影响切割质量和污染机台环境，与传统PCD和PCBN复合片分片加工方式比较，本装置加工的效率是传统的5-10倍，无需使用砂轮片或线切割中的化学溶液，另激光切割可以任意编辑切割图形路径，能在单片复合片上切割出更多料片，提高产出量。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合片双头激光切割分片装置，其特征在于：包括用于控制激光参数、激光出光开关和轴运动路径的控制器、用于发射激光光束的光纤激光器、与光纤激光器进行耦合并进行准直分光和聚焦的双头光纤激光切割头、用于对激光切割路径进行控制的XYZ轴运动单元以及用于对待加工复合片进行限位固定的复合片固定治具平台；在所述靠近复合片固定治具平台部位还设置有对切割位置进行吹气、保证切割粉尘被及时清除的吹气吸尘装置；该光纤激光器、XYZ轴运动单元以及吹气吸尘装置与控制器电性连接；所述复合片固定治具平台设置于双头光纤激光切割头下部，且该复合片固定治具平台包括支撑架以及设置于支撑架上的平台基体，在所述平台基体上安设有用于固定和限制待加工复合片的复合片切割槽。
2.如权利要求1所述的一种复合片双头激光切割分片装置，其特征在于：所述所头光纤激光切割头包括用于与光纤激光器进行耦合、对光纤激光器出射的激光进行扩束准直的准直单元11、用于对激光束进行等功率一分为二的分光单元、用于对分光后的激光光束进行聚焦成点的聚焦单元(14、15)以及位于最底部、射出激光光束的喷嘴(16、17)；且该聚焦单元(14、15)为带有同轴吹气切割部件的聚焦单元(14、15)。
3.如权利要求1或2所述的一种复合片双头激光切割分片装置，其特征在于：所述光纤激光器为波长为1070nm的单模、QCW准连续型光纤激光器，在所述加工部位外部还设置有用于起到保护作用的激光安全防护罩。
4.如权利要求3所述的一种复合片双头激光切割分片装置，其特征在于：所述准直单元11为用来耦合QCW准连续型光纤激光器的光纤接口QBH头。
5.如权利要求2所述的一种复合片双头激光切割分片装置，其特征在于：所述分光单元包括反射镜13以及将激光束等功率一分为二、且将一路激光束反射到反射镜13，一路激光束投射到聚焦单元(14、15)的分光镜12；该聚焦单元(14、15)分别设置于分光镜12和反射镜13下部。
6.一种复合片双头激光切割分片加工方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：预备用于进行激光切割复合片的光纤激光器、对激光光束进行准直分光和聚焦的双头光纤激光切割头以及用于放置待加工物料的复合片固定治具平台；
S2：确定待加工复合片的尺寸大小，并根据复合片的尺寸大小调节复合片固定治具平台的夹具范围，将复合片固定好在复合片固定治具平台的夹具上；
S3：根据步骤S2中复合片之间的间距，利用XYZ轴运动单元调节双头光纤激光切割头的焦距以及工作距离，将焦点调试到复合片表面位置或将焦点调试到复合片内部位置；同理，设置光纤激光器的脉冲宽度、频率和功率百分比，以及切割运动轴的切割速度；
S4：设置双头光纤激光切割头切割气体的压力、激光器脉冲能量和功率百分比；
S5：设置XYZ轴运动单元运动轴Z轴，调试双头光纤激光切割头的喷嘴(16、17)与复合片固定治具平台之间的工作距离在0.5-1mm之间；
S6：设置喷嘴(16、17)同轴切割气体的压力，并开启切割处理操作，完成激光切割复合片。
7.如权利要求6所述的一种复合片双头激光切割分片加工方法，其特征在于：所述步骤S6中，喷嘴(16、17)同轴切割气体的压力为1.0MPa。
8.如权利要求6所述的一种复合片双头激光切割分片加工方法，其特征在于：所述步骤S1中，预先对待加工复合片的厚度进行初步计算，若厚度小于2mm，则选用峰值功率为1500W的光纤激光器；若复合片厚度大于2mm，则选用峰值功率为4500W的光纤激光器。
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