CN111250878A - 一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，包括机架、运动***、成像聚焦***、激光器以及控制驱动***；所述X轴平移台上设有四轴偏转台，所述四轴偏转台上固定设有旋转台；所述旋转台沿旋转轴方向固定自定心卡盘加工夹具；测量待加工模具的厚度d与高度h；将待加工模具进行安装定位；设定待加工工件的参数，所述参数包括厚度、定径、分段加工比例以及角度；采用分角度段加工方式对待加工模具进行加工；本发明的有益效果为提高了待加工模具角度的精确和内壁的直度与光洁度，提高了对大孔拉丝模具加工的加工效率。

Description

一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法

技术领域

本发明涉及激光拉丝模的打孔领域，尤其是一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法。

背景技术

拉丝模具的激光加工一般采用高频率、窄脉宽的激光束。每个脉冲具有较高的能量密度，但是总的能量不大。这使得微小区域的材料可以在瞬间内可靠地气化，在模具上留下一个微坑。在激光加工过程中，经常采用数控扫描的方法，大量的微坑连成一片，最终便得到了三维的孔型。

对于拉丝模具来说，其孔型一般包括入口、润滑、压缩、定径、倒锥以及出口区，通常是使用激光来对模具的孔型进行加工，传统的激光打孔方式为轮廓成型法，它是目前经常采用的激光打孔方法，通过激光束在模具表面聚焦，工件以一定的转速沿Z轴平移台进行旋转，激光束沿径向从模具中心到边缘进行扫描，其扫描的轨迹为阿基米德螺旋线，当一层材料去除后，激光焦距下降一段距离，扫描半径减为相对应的长度，激光去除另一层材料，直至整个厚度的材料被蚀除。

受激光频率，转台旋转速度，以及X水平移动速度等因素影响，激光去除很难达到理想的均匀去除。尤其是如果采用固定激光频率的方式，受线速度随半径的变化因素，必然造成中心凹的加工形状。最后拟合成的拉丝模内壁角度往往和设定值有较大的偏差，内壁直度较差，出现凸凹情况，而且由于是逐层去除，边缘必然留下台阶痕迹，对光洁度有很大的影响。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法，不会在激光加工过程中出现烧蚀情况以及对每层加工时，同时避免出现不规则的形状，不会造成对待加工模具的中心过度去除的情况出现，提高了待加工模具角度的精确以及内壁的直度和光洁度。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机，包括机架、运动***、成像聚焦***、激光器以及控制驱动***；所述运动***包括X轴平移台、Y轴平移台以及Z轴平移台；所述机架的表面固定设有所述Y轴平移台；所述Y轴平移台上固定设有X轴平移台；所述Z轴平移台设置在X轴平移台的上方，且固定在机架的侧架上；所述成像聚焦***固定在Z轴平移台上，其特征在于：所述X轴平移台上设有四轴偏转台，所述四轴偏转台上固定设有旋转台；所述旋转台沿旋转轴方向固定自定心卡盘加工夹具。

更进一步的，所述成像聚焦***倾斜角度为0°－10°。

更进一步的，所述偏转台的偏转角度为0°－70°。

本发明还提供一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，所述四轴激光切割打孔机的打孔方法步骤包括：

A.测量待加工模具的厚度d与高度h；

B.将待加工模具进行安装定位；

C.设定待加工工件的参数，所述参数包括厚度、定径、三段式加工比例以及角度；

D.采用分角度段加工方式对待加工模具进行加工；

E.采用小功率激光对加工后的待加工模具进行抛光，所述小功率激光的功率范围为小于50W。

更进一步的，所述步骤D中分角度段加工方式中的每一角度对应的加工方式的具体的操作方法包括：

(1)四轴偏转台根据设定的角度，沿垂直轴偏转半角；

(2)成像聚焦***通过Z轴平移台升降到所需要对待加工模具加工的高度；

(3)旋转台旋转，同时，X轴运动台沿宽度方向做轴向运动；

(4)Z轴运动台带动成像聚焦***进行待加工模具的切割。

更进一步的，，其特征在于：所述步骤B中具体的操作方法包括：

(1)将待加工模具正面向上放入机器卡盘内并锁紧；

(2)将待加工模具旋转中心及其上表面与机器的激光焦点重合。

本发明还提供一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，所述四轴激光切割打孔机的打孔方法步骤包括：

A.测量待加工模具的厚度d与高度h；

B.将待加工模具进行安装定位；

C.通过偏心加工方式，进行切割留柱；

D.采用分角度段加工方式，对待加工模具进行切割；

E.采用小功率激光对加工后的待加工模具进行抛光，所述小功率激光的功率范围为小于50W。

更进一步的，所述步骤C中偏心加工方式的具体操作方法包括：

(1)通过定径区的直径来设定偏心距离，其中偏心距离指的是留柱切割后切割出来的柱子的半径；

(2)成像聚焦***发出的激光束根据所设置的偏心距离对待加工模具进行加工。

更进一步的，所述激光束的夹角为3°－10°。

更进一步的，所述步骤C中的切割留柱方法中，留柱角度为3°－10°。

留柱角度指的是在切割留柱的方法当中，被切割下来的柱子沿剖面两条斜边延长的夹角的角度。

更进一步的，所述步骤B中具体的操作方法包括：

(1)将待加工模具正面向上放入机器卡盘内并锁紧；

(2)将待加工模具旋转中心及其上表面与机器的激光焦点重合。

更进一步的，所述步骤D中分角度段加工方式中的每一角度对应的加工方式的具体的操作方法包括：

(1)四轴偏转台根据设定的角度，沿垂直轴偏转半角；

(2)成像聚焦***通过Z轴平移台升降到所需要对待加工模具加工的高度；

(3)旋转台旋转，同时，X轴运动台沿宽度方向做轴向运动；

(4)Z轴运动台带动成像聚焦***进行待加工模具的切割。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.采用本发明提供的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法，通过在激光切割打孔机上增加一台四轴偏转台，提高了待加工模具角度的精确以及内壁的直度；

2.采用本发明提供的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法，通过对待加工模具内壁进行第二次小功率激光进行精加工，提高了待加工模具内壁的光洁度；

3.采用本发明提供的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法，通过对待加工模具采用留柱切割的方法进行加工，有效的减少了一般加工方法的加工量，同时也不会出现对加工之后的区域进行重复加工的情况；

4.采用本发明提供的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法，通过对成像聚焦***倾斜0°－10°的角度，减小了由于待加工模具不同层区域角度的变化，对激光加工的影响，实现了激光加工垂直孔型的高垂直度；

5.采用本发明提供的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法，通过增加四轴偏转台以及采用切割留柱的方法对待加工模具进行加工，提高了对大孔拉丝模具加工的加工效率。

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是四轴激光切割打孔机主视图

图2是四轴激光切割打孔机的侧视图

图3待加工模具调整位置后的示意图

图4第一角度段切割的示意图

图5第二角度段切割示意图

图6最后一个角度段加工的示意图

图7是对待加工模具进行加工的孔型变化示意图

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施列一

本实施列公开了一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机，如图1和图2所示，包括机架1、运动***、成像聚焦***4、激光器5以及控制驱动***6；所述机架1的材质为花岗岩或大理石材质；所述运动***包括X轴平移台2.1、Y轴平移台2.2以及Z轴平移台2.3，所有的平移台是滚珠丝杠平移台或者直线电机平移台；所述机架1的表面固定设有所述Y轴平移台2.2；所述Y轴平移台2.2上固定设有X轴平移台2.1；所述Z轴平移台2.3设置在X轴平移台2.1的上方，且固定在机架1的侧架上；所述成像聚焦***4固定在Z轴平移台2.3上，成像聚焦***4是随着Z轴平移台2.3一起上下移动，带动激光的焦点在Z方向上移动；所述X轴平移台2.1上设有四轴偏转台2.4，所述四轴偏转台2.4上固定设有旋转台3.1，旋转台3.1的旋转轴可以通过四轴偏转台2.4的偏转角度，用于同轴倾斜工件角度；所述旋转台3沿旋转轴方向固定自定心卡盘3.2加工夹具3.5，旋转台3带动加工模具3.5进行高速旋转，是***的核心加工的部件之一，其转速最高为3000r/min，径向跳动为＜1μm，为高精度的机械轴承旋转台3或气浮旋转台3；所述成像聚焦***4倾斜角度为0°－10°，通过将成像聚焦***有意的倾斜0°－70°，可以减小由于工件不同层区域的角度变化，造成的对激光加工的影响，在配合激光变频技术、激光变功率技术，提高待加工模具角度的精度以及内壁直度和光洁度。

实施列二

本实施列基于实施列一的基础上，公开了一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，所述四轴激光切割打孔机的打孔方法步骤包括：

A.测量待加工模具的厚度d与高度h；

B.将待加工模具进行安装定位，具体的操作的步骤为将待加工模具正面向上放入机器卡盘内并锁紧，将待加工模具旋转中心及其上表面与机器的激光焦点重合，待加工模具所放的位置如图3所示，通过控制驱动***对待加工模具的位置的调整；

C.设定待加工工件的参数，所述参数包括厚度、定径、分段式加工比例以及角度，对在加工过程中所需要运用的参数进行设置，其中分段式加工比列是指的对同一孔型不同区域加工的比列不一样，需要将每段的比列参数一起设置；

D.采用分角度段加工方式对待加工模具进行加工，因为在对待加工模具的加工的过程中，同一孔型对应的不同的区域所需要的加工的角度不一样，因此对每个区域进行加工的时候，需要调整不同的角度进行加工，待加工模具才能加工为所需要的孔型的拉丝模；

E.采用小功率的激光对加工之后的待加工模具进行抛光，所述小功率激光的功率范围为小于50W，主要是去除在第一次进行切割加工待加工模具所产生的杂质，促使待加工模具的内壁在小功率激光的作用下，内壁变的更加光滑、整洁。

因为对于每一个加工的拉丝模来说，加工之后的孔型都分为入口、润滑、压缩、定径以及倒锥、出口的区域，每一个区域对应加工的激光束的角度都不同，加工出来的形状也不同，因此，需要对每个区域进行不同角度段加工，其中，分角度段的具体加工的操作步骤包括：

(1)四轴偏转台根据设定的角度，沿垂直轴偏转半角；

(2)成像聚焦***通过Z轴平移台升降到所需要对待加工模具加工的高度；

(3)旋转台旋转，同时，X轴运动台沿宽度方向做轴向运动；其中，所说的宽度指的是孔形边缘向中心移动的距离，通过控制驱动***来控制；

(4)Z轴运动台带动成像聚焦***进行待加工模具的切割，切割完之后的孔型为环状孔型。

如图4～图6所示，是从第一角度段到第三角度段分别对待加工模具加工时的示意图，从图中可以看出，对于不同区域的孔型的加工，所对应的即将的夹角度是不一样的因此最后切割出来的孔型在每个区域中也不一样。

实施列三

本实施列基于实施列一的基础上，公开了一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，所述四轴激光切割打孔机的打孔方法步骤包括：

A.测量待加工模具的厚度d与高度h；

B.将待加工模具进行安装定位：将待加工模具正面向上放入机器卡盘内并锁紧，将待加工模具旋转中心及其上表面与机器的激光焦点重合；

C.通过偏心加工方式，进行切割留柱，其中切割留柱的具体的操作步骤包括：通过定径区的直径来设定偏心距离，其中，偏心距离指的是被切割留柱所切割下来的柱子的半径，其切割的圆心和被加工孔型的定径区的圆心一致，成像聚焦***发出的激光束根据所设置的偏心距离对待加工模具进行加工，在进行留柱切割的时候，激光束带有一定的夹角，对靠近孔型边缘一侧的加工角度，是为了向下加工时不遮挡激光，其中，激光束的夹角为3°－10°，这一步骤主要是将待加工模具所需要加工的孔型的中间进行留柱的切割，将料中心大部分通过切割的方式进行去除，对于大孔来说，这样加工的方式节省了加工的时间；留柱角度为3°－10°，留柱角度指的是在切割留柱的方法当中，被切割下来的柱子沿剖面两条斜边延长的夹角的角度。

D.采用分角度段加工方式，对待加工模具进行切割：四轴偏转台根据设定的角度，沿垂直轴偏转半角；成像聚焦***通过Z轴平移台升降到所需要对待加工模具加工的高度；旋转台旋转，同时，X轴运动台沿宽度方向做轴向运动；Z轴运动台带动成像聚焦***进行待加工模具的切割；

E.采用小功率激光对加工后的待加工模具进行抛光，所述小功率激光的功率范围为小于50W，主要是去除在第一次进行切割加工待加工模具所产生的杂质，促使待加工模具的内壁在小功率激光的作用下，内壁变的更加光滑、整洁。

如图7所示，是采用留柱切割的方法对待加工模具进行加工的整体的孔型结构剖视图，从图中可以看出，留柱切割方法先将所需要加工成的孔型的中心的圆柱进行切割，切割完之后再在通过一般的方法对孔型进行分角度段式的进行加工，在对孔型进行第一次切割完成之后，通过第二次小功率的激光对待加工模具的孔型进行第二次加工，去除第一次对模具加工后留下的一些杂质。

综上所述，本发明所公开的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机及打孔方法，通过在激光切割打孔机上增加一个四轴偏转台，结合切割留柱的打孔方法，通过在激光切割打孔机上增加一台四轴偏转台，使得待加工模具的角度达到了0.1°的要求，提高了待加工模具角度的精度和内壁的直度；通过对待加工模具采用小功率激光进行第二次精加工，提高了待加工模具内壁的光洁度；且对待加工模具采用留柱切割的方法进行加工，有效的减少了一般加工方法的加工量，同时也不会出现对加工之后的区域进行重复加工的情况，大大的提高了对于大孔的加工的效率，将成像聚焦***倾斜0°－10°的角度，减小了由于待加工模具不同层区域角度的变化，对激光加工的影响，实现了激光的高垂直度。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (12)

1.一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机，包括机架、运动***、成像聚焦***、激光器以及控制驱动***；所述运动***包括X轴平移台、Y轴平移台以及Z轴平移台；所述机架的表面固定设有所述Y轴平移台；所述Y轴平移台上固定设有X轴平移台；所述Z轴平移台设置在X轴平移台的上方，且固定在机架的侧架上；所述成像聚焦***固定在Z轴平移台上，其特征在于：所述X轴平移台上设有四轴偏转台，所述四轴偏转台上固定设有旋转台；所述旋转台沿旋转轴方向固定自定心卡盘加工夹具。

2.根据权利要求1所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机，其特征在于：所述成像聚焦***倾斜角度为0°－10°。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机，其特征在于：所述偏转台的偏转角度为0°－70°。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述四轴激光切割打孔机的打孔方法步骤包括：

A.测量待加工模具的厚度d与高度h；

B.将待加工模具进行安装定位；

C.设定待加工工件的参数，所述参数包括厚度、定径、分段式加工比例以及角度；

D.采用分角度段加工方式对待加工模具进行加工；

E.采用小功率激光对加工后的待加工模具进行抛光，所述小功率激光的功率范围为小于50W。

5.根据权利要求4所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述步骤D中分角度段加工方式中的每一角度对应的加工方式的具体的操作方法包括：

(1)四轴偏转台根据设定的角度，沿垂直轴偏转半角；

(2)成像聚焦***通过Z轴平移台升降到所需要对待加工模具加工的高度；

(3)旋转台旋转，同时，X轴运动台沿宽度方向做轴向运动；

(4)Z轴运动台带动成像聚焦***进行待加工模具的切割。

6.根据权利要求5所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述步骤B中具体的操作方法包括：

(1)将待加工模具正面向上放入机器卡盘内并锁紧；

(2)将待加工模具旋转中心及其上表面与机器的激光焦点重合。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述四轴激光切割打孔机的打孔方法步骤包括：

A.测量待加工模具的厚度d与高度h；

B.将待加工模具进行安装定位；

C.通过偏心加工方式，进行切割留柱；

D.采用分角度段加工方式，对待加工模具进行切割；

E.采用小功率激光对加工后的待加工模具进行抛光，所述小功率激光的功率范围为小于50W。

8.根据权利要求7所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述步骤B中具体的操作方法包括：

(1)将待加工模具正面向上放入机器卡盘内并锁紧；

(2)将待加工模具旋转中心及其上表面与机器的激光焦点重合。

9.根据权利要求7所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述步骤C中偏心加工方式的具体操作方法包括：

(1)通过定径区的直径来设定偏心距离；

(2)成像聚焦***发出的激光束根据所设置的偏心距离对待加工模具进行加工。

10.根据权利要求9所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述激光束的夹角为3°－10°。

11.根据权利要求7所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述步骤C中的切割留柱方法中，留柱角度为3°－10°。

12.根据权利要求7所述的一种用于拉丝模加工的四轴激光切割打孔机的打孔方法，其特征在于：所述步骤D中分角度段加工方式中的每一角度对应的加工方式的具体的操作方法包括：

(1)四轴偏转台根据设定的角度，沿垂直轴偏转半角；

(2)成像聚焦***通过Z轴平移台升降到所需要对待加工模具加工的高度；

(3)旋转台旋转，同时，X轴运动台沿宽度方向做轴向运动；

(4)Z轴运动台带动成像聚焦***进行待加工模具的切割。

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