CN109967885A - 一种激光加工方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于激光加工领域,提供了一种激光加工方法和设备,该方法包括:制作样品的加工模型;将工件通过夹具安装在多轴工作台上,调节多轴工作台使工件的预设位置处于镭射区;调节激光参数,并控制激光对工件进行等高外形加工,以将工件镭射出与加工模型匹配的形状。应用本发明提供的方法,可实现集高精度、高效率、低成本于一体的加工技术方案。

Description

一种激光加工方法和设备
技术领域
本发明属于激光加工领域,尤其涉及一种激光加工方法和设备。
背景技术
陶瓷材料具有硬度大、质地致密、不易磨损、咀嚼效率高、光泽好、不易污染变色等优点,是一种良好的义齿制作材料。使用金属或陶瓷材料制作义齿时,目前的加工方法主要为机械加工和3D打印。机械加工方法在加工陶瓷的过程中容易出现崩边的情况,产品精度不高,且由于刀具损耗较快,加工时间长导致成本提高,而采用3D打印技术得到陶瓷生坯后,还需要经过高温烧结增加生胚的强度才能得到合格的产品,其制备工序复杂,效率较低。因此,现有技术缺少一种集高精度、高效率、低成本于一体的加工技术。
发明内容
本发明提供了一种激光加工方法和设备,旨在解决现有技术中缺少一种集高精度、高效率、低成本于一体的加工技术。
为实现上述目的,本发明第一方面提供了一种激光加工方法,包括:
制作样品的加工模型;
将工件通过夹具安装在多轴工作台上,调节所述多轴工作台使所述工件的预设位置处于镭射区;
调节激光参数,并控制激光对所述工件进行等高外形加工,以将所述工件镭射出与所述加工模型匹配的形状。
优选地,所述制作样品的加工模型包括:
根据样品的形状和大小,制作所述样品的三维模型;
获取所述三维模型的轮廓数据,并建立三维轮廓模型;
将所述三维轮廓模型输入到打标软件中,作为所述样品的加工模型。
优选地,所述调节所述多轴工作台使所述工件的预设位置处于镭射区包括:
调整所述工件在所述多轴工作台上的位置,使所述工件的预加工位置与激光加工镜头相对;
调节所述激光加工镜头的焦距,使所述激光加工镜头输出的激光聚焦于所述工件的预加工位置。
优选地,所述调节所述激光参数包括:
调节刻槽速度为600-2000毫米/秒,激光重复频率为50-500千赫兹,填充间距为0.005-0.1毫米,激光功率范围为60-100%;
激光加工镜头输出的激光的波长为1030-1064纳米,脉宽为5-25皮秒。
优选地,所述控制激光对所述工件进行等高外形加工包括:
对所述加工模型进行等高外形处理,获取多层镭射模型;
控制激光的走向,将所述工件逐层镭射出与对应的镭射模型匹配的形状。
优选地,所述方法还包括利用除尘装置抽除加工过程中产生的粉尘。
本发明第二方面提供了一种激光加工设备,应用于上述激光加工方法中,所述激光加工设备包括:
模型制作装置,用于制作样品的加工模型;
激光器,用于发射激光;
工件位置调节装置,用于安装工件,并调节所述工件的预设位置处于镭射区;
激光加工镜头,用于根据样品的加工模型对所述工件进行等高外形加工,以将所述工件镭射出与所述加工模型匹配的形状。
优选地,所述激光加工设备还包括除尘装置,所述除尘装置用于抽除加工过程中产生的粉尘。
优选地,所述工件位置调节装置包括夹具和多轴工作台,所述夹具用于将所述工件安装在所述多轴工作台上;
所述多轴工作台包括第一驱动组件和第二驱动组件;
其中,所述第一驱动组件用于控制所述工件平移、升降,所述第二驱动组件用于控制所述工件旋转。
优选地,所述激光加工镜头包括:
聚焦透镜,用于对来自所述激光器的激光进行聚焦;
振镜***,用于控制激光在所述工件表面的走向;
参数调节装置,用于调节激光参数和焦距。
本发明与现有技术相比,有益效果在于:1、激光加工不接触工件,不会对工件造成机械挤压或机械应力,也不会引起工件崩边;
2、激光加工的成本低,且激光易聚焦、导向,使得工件的加工精度高;
3、根据样品的加工模型编辑样品的大小和形状,并通过多轴工作台任意调节工件的加工位置,实现自动化连续加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例提供的的技术方案,下面将对本发明中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的激光加工方法的流程图;
图2为本发明第二实施例提供的激光加工方法的流程图;
图3为本发明第三实施例提供的激光加工设备的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而非全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,为本发明第一实施例提供的激光加工方法的流程图。
S100、制作样品的加工模型。
样品的加工模型为根据样品的形状、大小等实际数据获得的轮廓模型,利用该轮廓模型对工件进行激光打标。
S200、将工件通过夹具安装在多轴工作台上,调节多轴工作台使工件的预设位置处于镭射区。
工件的夹具是根据工件的形状和尺寸制作的、用于夹持工件的专用器具。工件通过其专用夹具安装在多轴工作台上,该多轴工作台包括多个运动轴及其驱动组件,驱动组件用于带动夹具和该夹具夹持的工件实现多个自由度的运动,从而实现工件在任意空间位置和角度的精确定位。
激光加工设备中包括激光器和聚焦透镜,激光器出射的激光通过聚焦透镜聚焦后形成打标激光,通过调节多轴工作台的运动轴使工件的预加工位置处于聚焦镜头的焦点处,打标激光在工件的预加工位置形成镭射区。利用聚焦后的高能量密度的激光对工件进行打标,通过在处于镭射区的工件的表层材料上发生库伦***效应,留下刻蚀印记。
S300、调节激光参数,并控制激光对工件进行等高外形加工,以将工件镭射出与加工模型匹配的形状。
由于激光的刻槽速度、激光重复频率、功率等各项参数可调,使得激光加工的效率和工件的最终形状可控。等高外形加工实际是一种层切加工方法,沿工件外表面的等高线进行加工,将工件的表层镭射成需要的形状后,采用层到层的移动方式尽给,加工完一层后,进入到内层继续加工,最终将工件的轮廓加工成与加工模型匹配的形状。
在本发明实施例中,第一方面,由于激光加工不接触工件,也不会对工件造成机械挤压或机械应力,因此可避免工件出现崩边的情况。第二方面,激光加工的成本低,且激光易聚焦、导向,使得工件的加工精度高。第三方面,根据本发明提供的方法,通过加工模型编辑样品的大小和形状,并通过多轴工作台任意调节工件的加工位置,实现自动化连续加工。
请参阅图2,为本发明第二实施例提供的激光加工方法的流程图。
S101、根据样品的形状和大小,制作样品的三维模型。
S102、获取三维模型的轮廓数据,并建立三维轮廓模型。
S103、将三维轮廓模型输入到打标软件中,作为样品的加工模型。
示例性的,利用本发明提供的方法加工陶瓷义齿时,根据义齿的形状进行数据处理,将所加工的陶瓷轮廓模型去掉义齿的轮廓后,陶瓷轮廓模型中剩余的部分作为加工轮廓模型,该加工轮廓模型作为义齿的加工模型并输入到3D打标软件中。
S201、调整工件在多轴工作台上的位置,使工件的预加工位置与激光加工镜头对应。
多轴工作台用于控制工件平移、升降和旋转,对工件的加工部位进行准确定位。
示例性的,若加工工件为长方体或立方体,则采用五轴驱动工作台。该五轴驱动工作台包括构成笛卡尔坐标系的X轴、Y轴和Z轴,以及旋转轴A轴和C轴,共五个运动轴,其中,X轴负责沿左右方向运动,Y轴负责沿前后方向运动,Z轴负责沿上下升降运动,A轴和C轴两个旋转轴垂直设置,可进行360度的旋转运动,通过五轴驱动工作台实现工件在五个自由度的运动,对工件的加工面进行准确定位。
S202、调节激光加工镜头的焦距,使激光聚焦于工件的预加工位置。
通过S201和S202,调整工件的预加工位置与激光加工镜头相对,并调节激光加工镜头的焦距,使工件的预加工位置处于激光加工镜头的焦点处,输入到打标软件中的加工模型与工件的预加工位置匹配,从而在工件的表面形成镭射区。当完成镭射区加工后,控制多轴工作台将工件移动或旋转,继续对下一个镭射区加工。
较佳地,S300中调节激光参数中的刻槽速度为600-2000毫米/秒,激光重复频率为50-500千赫兹,填充间距为0.005-0.1毫米,激光功率范围为60-100%。
调节激光加工镜头输出的激光的波长为1030-1064纳米或355纳米,脉宽为5-25皮秒。
S301、对加工模型进行等高外形处理,获取多层镭射模型。
在打标软件中对输入的加工模型进行等高外形处理,获取由多层镭射模型构成的三维模型。
S302、控制激光的走向,将工件逐层镭射出与对应的镭射模型匹配的形状。
通过振镜***控制激光的走向,对工件进行等高外形加工,沿工件外表面的等高线进行加工,将工件的表层镭射成与对应的镭射模型匹配的形状后,再进行Z方向的进给,对下一层继续加工,直到将工件的轮廓加工成与加工模型匹配的形状。
S400、利用除尘装置抽除加工过程中产生的粉尘。
当加工义齿时,工件的材料通常包括长石质陶瓷、玻璃陶瓷或氧化锆陶瓷等,通过除尘装置提供与激光束同轴的高速气流,抽除激光加工过程中产生的陶瓷颗粒和粉尘物质,避免造成环境污染。
请参阅图3,为本发明第三实施例提供的激光设备的结构示意图。
如图3所示,该激光加工设备包括:
模型制作装置1,用于制作样品的加工模型。
模型制作装置1用于根据样品的大小和形状,建立样品的三维模型,并获取三维模型的轮廓数据制作样品的加工模型,将该加工模型输入到打标软件中。模型制作装置1还用于通过打标软件对加工模型进行等高外形处理,获取由多层镭射模型构成的三维模型。
激光器2,用于发射激光。
工件位置调节装置3,用于安装工件,并调节工件的预设位置处于镭射区。
激光加工镜头4,用于根据样品的加工模型对工件进行等高外形加工,以将工件镭射出与加工模型匹配的形状。
进一步地,激光加工设备还包括除尘装置5,除尘装置5用于抽除加工过程中产生的粉尘。
进一步地,工件位置调节装置3包括夹具和多轴工作台。
夹具用于将工件安装在多轴工作台上。多轴工作台用于控制工件平移、升降和旋转,对工件的加工部位进行准确定位。
具体地,多轴工作台包括第一驱动组件和第二驱动组件。其中,第一驱动组件用于控制工件平移、升降,第二驱动组件用于控制工件旋转。
示例性的,若加工工件为长方体或立方体,则采用五轴驱动工作台。该五轴驱动工作台包括构成笛卡尔坐标系的X轴、Y轴和Z轴,以及旋转轴A轴和C轴,共五个运动轴,其中,X轴负责沿左右方向运动,Y轴负责沿前后方向运动,Z轴负责沿上下升降运动,A轴和C轴两个旋转轴垂直设置,可进行360度的旋转运动,通过五轴工作台实现工件在五个自由度的运动,对工件的加工面进行准确定位。
该五轴驱动工作台的第一驱动组件包括用于沿X轴、Y轴和Z轴分别进行移动的X轴驱动件、Y轴驱动件和Z轴驱动件,第一驱动组件用于控制工件平移、升降到空间上的任意位置。第二驱动组件包括设于Z轴驱动件上的A轴旋转动力件和C轴旋转动力件,C轴旋转动力件可带动A轴旋转动力件旋转,第二驱动组件用于控制工件旋转到任意角度。
进一步地,激光加工镜头4包括:
聚焦透镜41,用于对来自激光器2的激光进行聚焦。
振镜***42,用于控制激光在工件表面的走向。
参数调节装置43,用于调节激光参数和激光焦距。
在多轴工作台上调整工件的预加工位置与激光加工镜头相对,并通过参数调节装置43调节聚焦透镜41的焦距,使工件的预加工位置处于聚焦透镜41的焦点处,从而在工件的表面形成镭射区。振镜***42控制激光在工件表面的走向,实现等高外形加工。
以上为对本发明实施例提供的一种激光加工方法和激光加工设备的描述,技术人员依据本发明实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内,因此本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种激光加工方法,其特征在于,所述方法包括:
制作样品的加工模型;
将工件通过夹具安装在多轴工作台上,调节所述多轴工作台使所述工件的预设位置处于镭射区;
调节激光参数,并控制激光对所述工件进行等高外形加工,以将所述工件镭射出与所述加工模型匹配的形状。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法,其特征在于,所述制作样品的加工模型包括:
根据样品的形状和大小,制作所述样品的三维模型;
获取所述三维模型的轮廓数据,并建立三维轮廓模型;
将所述三维轮廓模型输入到打标软件,作为所述样品的加工模型。
3.根据权利要求1所述的激光加工方法,其特征在于,所述调节所述多轴工作台使所述工件的预设位置处于镭射区包括:
调整所述工件在所述多轴工作台上的位置,使所述工件的预加工位置与激光加工镜头对应;
调节所述激光加工镜头的焦距,使所述激光加工镜头输出的激光聚焦于所述工件的预加工位置。
4.根据权利要求1所述的激光加工方法,其特征在于,所述调节所述激光参数包括:
调节刻槽速度为600-2000毫米/秒,激光重复频率为50-500千赫兹,填充间距为0.005-0.1毫米,激光功率范围为60-100%;
激光加工镜头输出的激光的波长为1030-1064纳米,脉宽为5-25皮秒。
5.根据权利要求1所述的激光加工方法,其特征在于,所述控制激光对所述工件进行等高外形加工包括:
对所述加工模型进行等高外形处理,获取多层镭射模型;
控制激光的走向,将所述工件逐层镭射出与对应的镭射模型匹配的形状。
6.根据权利要求1所述的激光加工方法,其特征在于,所述方法还包括利用除尘装置抽除加工过程中产生的粉尘。
7.一种激光加工设备,应用于如权利要求1至6任一项所述的激光加工方法,其特征在于,所述激光加工设备包括:
模型制作装置,用于制作样品的加工模型;
激光器,用于发射激光;
工件位置调节装置,用于安装工件,并调节所述工件的预设位置处于镭射区;
激光加工镜头,用于根据所述样品的加工模型对所述工件进行等高外形加工,以将所述工件镭射出与所述加工模型匹配的形状。
8.根据权利要求7所述的激光加工设备,其特征在于,所述激光加工设备还包括除尘装置,所述除尘装置用于抽除加工过程中产生的粉尘。
9.根据权利要求7所述的激光加工设备,其特征在于,所述工件位置调节装置包括夹具和多轴工作台,所述夹具用于将所述工件安装于所述多轴工作台;
所述多轴工作台包括第一驱动组件和第二驱动组件;
其中,所述第一驱动组件用于控制所述工件平移、升降,所述第二驱动组件用于控制所述工件旋转。
10.根据权利要求7所述的激光加工设备,其特征在于,所述激光加工镜头包括:
聚焦透镜,用于对来自所述激光器的激光进行聚焦;
振镜***,用于控制激光在所述工件表面的走向;
参数调节装置,用于调节激光参数和焦距。
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