CN111375901B - 一种激光车铣复合加工刀具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光车铣复合加工刀具的方法，包括以下步骤：S1.测量；S2.编程；S3.装夹；S4.激光车去除毛坯；S5.激光车外圆轮廓成型；S6.激光铣型面；S7.激光切割。本发明提供了一种激光车铣复合加工刀具的方法,通过一次装夹，实现刀具轮廓的激光车削加工和刀具型面的铣削加工,颠覆刀具传统加工工艺流程，解决了刀具传统制造过程需多道工序进行多次装夹造成的加工效率低、加工成本高、影响加工精度和质量的问题。

Description

一种激光车铣复合加工刀具的方法
技术领域
本发明属于刀具激光加工技术领域，具体涉及一种激光车铣复合加工刀具的方法。
背景技术
近年来，随着现代工业的高速发展，为满足航空航天、3C等关键领域用难加工材料的高效高质量加工需求，刀具形状趋于复杂，且对刀具精度与质量要求愈高。采用磨削等传统方法制造复杂超硬材料刀具需定制砂轮，且工艺复杂，制造成本高、加工效率低。激光加工具有无接触、加工灵活、无材料选择性等特点，成为取代传统刀具制造方法的重要手段。
然而，目前激光加工主要为刀具表面微织构、退刀槽、刃口等简单型面的加工，或者刀具棒料的一般性外圆切割。在难加工复杂刀具的实际制造过程中，需在磨床、激光机床等多台设备中进行多次装夹加工，经历多道工序，严重影响加工效率和加工精度，加工成本大大增加。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种激光车铣复合加工刀具的方法，用于加工复杂型面难加工刀具。该方法通过一次装夹，实现刀具轮廓的激光车削加工和刀具型面的铣削加工。
本发明的技术方案为：
一种激光车铣复合加工刀具的方法，包括以下步骤：
S1. 测量：测量待加工刀具棒料的形状和尺寸；
S2. 编程：根据待加工刀具棒料测量结果以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工路径及工艺程序；
S3. 装夹：将刀具棒料装夹到激光机床的中心转台，并采用探针对刀具进行定位；
S4. 激光车去除毛坯：采用激光车削的方式去除待加工刀具外表面毛坯，获得具有预制外直径尺寸的刀具棒料；
S5. 激光车外圆轮廓成型：采用激光车削的方式加工刀具外表面，获得预制轮廓形状和尺寸，表面粗糙度Ra0.1-1μm，加工精度8-20μm ；
S6. 激光铣型面：采用激光铣削的方式加工刀具，获得预制型面和尺寸，表面粗糙度Ra 0.1-1μm，加工精度8-20μm；
S7. 激光切割：利用机械手夹持刀具已加工部位，采用激光切割从刀具装夹处将刀具多余部位切除。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料包括硬质合金刀具、陶瓷刀具、涂层刀具和超硬材料刀具中的任一种，但不限于此。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料为同种材料或不同材料拼接而成。
进一步的，所述S3中的中心转台具有A旋转轴和C旋转轴，所述A旋转轴的旋转角度范围为±140°，所述C旋转轴的旋转角度范围为360°，旋转角度处于0°时，所述A旋转轴和C旋转轴的中心轴分别垂直和平行于水平面。
进一步的，所述S3中刀具棒料装夹到中心转台的C旋转轴上。
进一步的，所述S4-S6中的激光从中心转台和刀具正上方射出，所述激光为长脉冲激光或短脉冲激光。
进一步的，所述S4中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料外直径处，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S5中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料最高点，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S6激光铣削方式是指根据刀具型面加工需求A轴、C轴旋转任意角度，激光光斑聚焦到刀具表面所需加工位置后，进行定轴或者多轴联动激光加工。
进一步的，所述S4-S6中，采用辅助气体喷射激光加工区域，吹走熔渣，并采用吸尘器吸取空气中熔渣。
特别的，本发明的激光铣削方式是指将除了激光车削之外的待加工刀具和激光光斑其他运动方式。
本发明的主要创新点在于：
本发明通过一次装夹，进行刀具毛坯棒料的激光车铣复合加工得到成型刀具，包括激光车削去除外圆毛坯、激光车成型外圆轮廓、激光铣削刀具型面。颠覆刀具传统加工工艺流程，解决传统加工多道工序和多次装夹造成的相关问题。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种激光车铣复合加工刀具的方法,通过一次装夹，实现刀具轮廓的激光车削加工和刀具型面的铣削加工,颠覆刀具传统加工工艺流程，解决了刀具传统制造过程需多道工序进行多次装夹造成的加工效率低、加工成本高、影响加工精度和质量的问题。
附图说明
图1为本发明的加工流程图；
图2为本发明涉及的中心转台加工示意图；
图3为本发明涉及的激光车去除毛坯加工示意图；
图4为本发明涉及的激光车外圆轮廓成型加工示意图；
其中，1-激光器、2-激光束、3-反射器、4-扩束镜、5第一聚焦镜、6-第二聚焦镜、7-第三聚焦镜、8-待加工刀具、9-激光焦点。
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，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
一种激光车铣复合加工刀具的方法，包括以下步骤：
S1. 测量：测量待加工刀具棒料的形状和尺寸；
S2. 编程：根据待加工刀具棒料测量结果以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工路径及工艺程序；
S3. 装夹：将刀具棒料装夹到激光机床的中心转台，并采用探针对刀具进行定位；
S4. 激光车去除毛坯：采用激光车削的方式去除待加工刀具外表面毛坯，获得具有预制外直径尺寸的刀具棒料；
S5. 激光车外圆轮廓成型：采用激光车削的方式加工刀具外表面，获得预制轮廓形状和尺寸，表面粗糙度Ra1μm，加工精度20μm ；
S6. 激光铣型面：采用激光铣削的方式加工刀具，获得预制型面和尺寸，表面粗糙度Ra 0.8μm，加工精度18μm；
S7. 激光切割：利用机械手夹持刀具已加工部位，采用激光切割从刀具装夹处将刀具多余部位切除。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料为超硬材料刀具。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料为硬质合金和超硬材料拼接而成。
进一步的，所述S3中的中心转台具有A旋转轴和C旋转轴，所述A旋转轴的旋转角度范围为±140°，所述C旋转轴的旋转角度范围为360°，旋转角度处于0°时，所述A旋转轴和C旋转轴的中心轴分别垂直和平行于水平面。
进一步的，所述S3中刀具棒料装夹到中心转台的C旋转轴上。
进一步的，所述S4-S6中的激光从中心转台和刀具正上方射出，所述激光为长脉冲激光。
本实施例中的激光车铣复合加工，通过激光器1产生水平的激光束2，水平的激光束再通过反射器3垂直射入扩束镜4，激光束经扩充镜依次通过第一聚焦镜5、第二聚焦镜6、第三聚焦镜7聚焦增强，最后在待加工刀具8上产生激光焦点9，对其进行激光车铣复合加工。
进一步的，所述S4中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料外直径处，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S5中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料最高点，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S6激光铣削方式是指根据刀具型面加工需求A轴、C轴旋转任意角度，激光光斑聚焦到刀具表面所需加工位置后，进行多轴联动激光加工。
进一步的，所述S4-S6中，采用辅助气体喷射激光加工区域，吹走熔渣，并采用吸尘器吸取空气中熔渣。
特别的，本发明的激光铣削方式是指将除了激光车削之外的待加工刀具和激光光斑其他运动方式。
实施例2
一种激光车铣复合加工刀具的方法，包括以下步骤：
S1. 测量：测量待加工刀具棒料的形状和尺寸；
S2. 编程：根据待加工刀具棒料测量结果以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工路径及工艺程序；
S3. 装夹：将刀具棒料装夹到激光机床的中心转台，并采用探针对刀具进行定位；
S4. 激光车去除毛坯：采用激光车削的方式去除待加工刀具外表面毛坯，获得具有预制外直径尺寸的刀具棒料；
S5. 激光车外圆轮廓成型：根据预制轮廓形状和尺寸，无需采用激光车削的方式加工刀具外表面；
S6. 激光铣型面：采用激光铣削的方式加工刀具，获得预制型面和尺寸，表面粗糙度Ra 0.5μm，加工精度10μm；
S7. 激光切割：利用机械手夹持刀具已加工部位，采用激光切割从刀具装夹处将刀具多余部位切除。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料包括陶瓷刀具。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料为同种材料。
进一步的，所述S3中的中心转台具有A旋转轴和C旋转轴，所述A旋转轴的旋转角度范围为±140°，所述C旋转轴的旋转角度范围为360°，旋转角度处于0°时，所述A旋转轴和C旋转轴的中心轴分别垂直和平行于水平面。
进一步的，所述S3中刀具棒料装夹到中心转台的C旋转轴上。
进一步的，所述S4-S6中的激光从中心转台和刀具正上方射出，所述激光为短脉冲激光。
本实施例中的激光车铣复合加工，通过激光器1产生水平的激光束2，水平的激光束再通过反射器3垂直射入扩束镜4，激光束经扩充镜依次通过第一聚焦镜5、第二聚焦镜6、第三聚焦镜7聚焦增强，最后在待加工刀具8上产生激光焦点9，对其进行激光车铣复合加工。
进一步的，所述S4中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料外直径处，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S6激光铣削方式是指根据刀具型面加工需求A轴、C轴旋转任意角度，激光光斑聚焦到刀具表面所需加工位置后，进行多轴联动激光加工。
进一步的，所述S4-S6中，采用辅助气体喷射激光加工区域，吹走熔渣，并采用吸尘器吸取空气中熔渣。
特别的，本发明的激光铣削方式是指将除了激光车削之外的待加工刀具和激光光斑其他运动方式。
实施例3
一种激光车铣复合加工刀具的方法，包括以下步骤：
S1. 测量：测量待加工刀具棒料的形状和尺寸；
S2. 编程：根据待加工刀具棒料测量结果以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工路径及工艺程序；
S3. 装夹：将刀具棒料装夹到激光机床的中心转台，并采用探针对刀具进行定位；
S4. 激光车去除毛坯：采用激光车削的方式去除待加工刀具外表面毛坯，获得具有预制外直径尺寸的刀具棒料；
S5. 激光车外圆轮廓成型：采用激光车削的方式加工刀具外表面，获得预制轮廓形状和尺寸，表面粗糙度Ra1μm，加工精度15μm ；
S6. 激光铣型面：采用激光铣削的方式加工刀具，获得预制型面和尺寸，表面粗糙度Ra 0.6μm，加工精度12μm；
S7. 激光切割：利用机械手夹持刀具已加工部位，采用激光切割从刀具装夹处将刀具多余部位切除。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料包括涂层刀具。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料以硬质合金为基体，表面涂层为TiAlN。
进一步的，所述S3中的中心转台具有A旋转轴和C旋转轴，所述A旋转轴的旋转角度范围为±140°，所述C旋转轴的旋转角度范围为360°，旋转角度处于0°时，所述A旋转轴和C旋转轴的中心轴分别垂直和平行于水平面。
进一步的，所述S3中刀具棒料装夹到中心转台的C旋转轴上。
进一步的，所述S4-S6中的激光从中心转台和刀具正上方射出，所述激光为短脉冲激光。
本实施例中的激光车铣复合加工，通过激光器1产生水平的激光束2，水平的激光束再通过反射器3垂直射入扩束镜4，激光束经扩充镜依次通过第一聚焦镜5、第二聚焦镜6、第三聚焦镜7聚焦增强，最后在待加工刀具8上产生激光焦点9，对其进行激光车铣复合加工。
进一步的，所述S4中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料外直径处，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S5中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料最高点，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S6激光铣削方式是指根据刀具型面加工需求A轴、C轴旋转任意角度，激光光斑聚焦到刀具表面所需加工位置后，进行定轴激光加工。
进一步的，所述S4-S6中，采用辅助气体喷射激光加工区域，吹走熔渣，并采用吸尘器吸取空气中熔渣。
特别的，本发明的激光铣削方式是指将除了激光车削之外的待加工刀具和激光光斑其他运动方式。
实施例4
一种激光车铣复合加工刀具的方法，包括以下步骤：
S1. 测量：测量待加工刀具棒料的形状和尺寸；
S2. 编程：根据待加工刀具棒料测量结果以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工路径及工艺程序；
S3. 装夹：将刀具棒料装夹到激光机床的中心转台，并采用探针对刀具进行定位；
S4. 激光车去除毛坯：采用激光车削的方式去除待加工刀具外表面毛坯，获得具有预制外直径尺寸的刀具棒料；
S5. 激光车外圆轮廓成型：采用激光车削的方式加工刀具外表面，获得预制轮廓形状和尺寸，表面粗糙度Ra0.7μm，加工精度14μm ；
S6. 激光铣型面：采用激光铣削的方式加工刀具，获得预制型面和尺寸，表面粗糙度Ra 0.8μm，加工精度8-15μm；
S7. 激光切割：利用机械手夹持刀具已加工部位，采用激光切割从刀具装夹处将刀具多余部位切除。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料包括硬质合金刀具。
进一步的，所述S1中的待加工刀具材料为同种材料。
进一步的，所述S3中的中心转台具有A旋转轴和C旋转轴，所述A旋转轴的旋转角度范围为±140°，所述C旋转轴的旋转角度范围为360°，旋转角度处于0°时，所述A旋转轴和C旋转轴的中心轴分别垂直和平行于水平面。
进一步的，所述S3中刀具棒料装夹到中心转台的C旋转轴上。
进一步的，所述S4-S6中的激光从中心转台和刀具正上方射出，所述激光为长脉冲激光。
本实施例中的激光车铣复合加工，通过激光器1产生水平的激光束2，水平的激光束再通过反射器3垂直射入扩束镜4，激光束经扩充镜依次通过第一聚焦镜5、第二聚焦镜6、第三聚焦镜7聚焦增强，最后在待加工刀具8上产生激光焦点9，对其进行激光车铣复合加工。
进一步的，所述S4中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料外直径处，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S5中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料最高点，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量。
进一步的，所述S6激光铣削方式是指根据刀具型面加工需求A轴、C轴旋转任意角度，激光光斑聚焦到刀具表面所需加工位置后，进行多轴联动激光加工。
进一步的，所述S4-S6中，采用辅助气体喷射激光加工区域，吹走熔渣，并采用吸尘器吸取空气中熔渣。
特别的，本发明的激光铣削方式是指将除了激光车削之外的待加工刀具和激光光斑其他运动方式。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过本领域任一现有技术实现。

Claims (1)

1.一种激光车铣复合加工刀具的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 测量：测量待加工刀具棒料的形状和尺寸；
S2. 编程：根据待加工刀具棒料测量结果以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工路径及工艺程序；
S3. 装夹：将刀具棒料装夹到激光机床的中心转台，并采用探针对刀具进行定位；
S4. 激光车去除毛坯：采用激光车削的方式去除待加工刀具外表面毛坯，获得具有预制外直径尺寸的刀具棒料；
S5. 激光车外圆轮廓成型：采用激光车削的方式加工刀具外表面，获得预制轮廓形状和尺寸，表面粗糙度Ra0.1-1μm，加工精度8-20μm ；
S6. 激光铣型面：采用激光铣削的方式加工刀具，获得预制型面和尺寸，表面粗糙度Ra0.1-1μm，加工精度8-20μm；
S7. 激光切割：利用机械手夹持刀具已加工部位，采用激光切割从刀具装夹处将刀具多余部位切除；
所述S1中的待加工刀具材料包括硬质合金刀具、陶瓷刀具、涂层刀具和超硬材料刀具中的任一种；
所述S1中的待加工刀具材料为同种材料或不同材料拼接而成；
所述S3中的中心转台具有A旋转轴和C旋转轴，所述A旋转轴的旋转角度范围为±140°，所述C旋转轴的旋转角度范围为360°，旋转角度处于0°时，所述A旋转轴和C旋转轴的中心轴分别垂直和平行于水平面；
所述S3中刀具棒料装夹到中心转台的C旋转轴上；
所述S4-S6中的激光从中心转台和刀具正上方射出，所述激光为长脉冲激光或短脉冲激光；
所述S4中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料外直径处，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量；
所述S5中的激光车削方式是指将中心转台的A旋转轴旋转至90°，使C旋转轴的中心轴与水平面平行，同时刀具棒料随着C轴进行360°旋转，激光光斑聚焦到刀具棒料最高点，并沿着C轴中心轴方向移动进行刀具外圆轮廓的激光加工去除余量；
所述S6激光铣削方式是指根据刀具型面加工需求A轴、C轴旋转任意角度，激光光斑聚焦到刀具表面所需加工位置后，进行定轴或者多轴联动激光加工；
所述S4-S6中，采用辅助气体喷射激光加工区域，吹走熔渣，并采用吸尘器吸取空气中熔渣。
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