TWI610750B - 複合加工之加工機及其雷射分光裝置 - Google Patents

Abstract

一種複合加工之加工機及其雷射分光裝置，該複合加工之加工機包含一加工平台、一機械加工裝置及一雷射分光裝置。藉由該雷射分光裝置可對一加工件產生多個光束，再配合該機械加工裝置可組合刀具頭或供料頭，可有效縮短對該加工件實施複合加工的時間。

Description

複合加工之加工機及其雷射分光裝置

本發明係關於一種加工機及其雷射分光裝置，特別是關於應用在電腦數值控制工具機的一種複合加工之加工機及其雷射分光裝置。

傳統工具機主要依施工者操作技術來控制機械進給完成加工，因此，產品的精良與否受人為因素影響，且有成本高、生產效率低等缺點。隨著電腦數值控制(Computer Numerical Control,CNC)工具機問世，提供較傳統工具機更高加工精確度及低成本、高產能等優點。

一般的電腦數值控制工具機是透過替換不同的刀具頭可以進行各種的切削加工，而且在進行切削加工的過程中，在焊接或熱處理的過程必須使用其他加工機來操作。特別是針對使用雷射的加工方式，例如使用雷射熔覆加工時，則必須使用專用的雷射工具機來處理。

然而，當整個金屬加工過程中有使用到這些雷射加工工具機時，需要將被加工的工件在不同的工具機中搬動、固定、加工，然後再重覆地拆卸、搬動、固定、加工，導致加工所需的時間大幅的增加。另外，上述的電腦數值控制工具機，欲使用雷射加工時需要有換刀動作與時間，而且機械式減法加工與雷射之加法加工及雷射之減法加工無法同時進行， 因而限制了該電腦數值控制工具機的加工效能。

故，有必要提供改良的一種複合加工之加工機，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種複合加工之加工機，利用雷射分光裝置可對加工件產生多個光束，再配合機械加工裝置可用以組合刀具頭或供料頭，可有效縮短對加工件實施複合加工的時間。

為達上述之目的，本發明提供一種複合加工之加工機，該複合加工之加工機包含一加工平台、一機械加工裝置及一雷射分光裝置；其中該加工平台用以放置一加工件；該機械加工裝置具有一座體及一主軸，該主軸安裝在該座體上，且用以組合一刀具頭或一供料頭；該雷射分光裝置設置在該主軸的一側，並具有一分光模組及至少二出光口，該分光模組用以將一雷射分為至少二光束，該等出光口用以分別將該等光束輸出至該加工件上，其中該等光束可為一般光束或複數耦合光束。

在本發明之一實施例中，該分光模組具有一入射鏡、一分光盒及至少二傳導管路，其中該入射鏡用以匯入該雷射，該分光盒用以將該雷射分為該等光束，該等傳導管路用以分別導引該等光束至該等出光口。

在本發明之一實施例中，該分光模組另具有多個反射鏡，設置在該等傳導管路上，用以將該等光束反射至對應的出光口。

在本發明之一實施例中，該雷射分光裝置另具有二定位模組，分別設置在該等傳導管路上，用以調整每一出光口的一熱影響區。

在本發明之一實施例中，該複合式加工機另具有一移動單元，包含一X軸滑軌及一Y軸滑軌，該加工平台可移動地組合在該X軸滑軌上，該X軸滑軌可移動地組合在該Y軸滑軌上。

在本發明之一實施例中，該移動單元另具有一Z軸滑軌，該機械加工裝置的座體可移動地組合在該Z軸滑軌上。

為達上述之目的，本發明另提供一種雷射分光裝置，安裝在一加工機的一主軸的一側，該雷射分光裝置包含一分光模組及二出光口；其中該分光模組環繞在該主軸外，用以將該一雷射分為多個光束，其中該分光模組具有一入射鏡、一分光盒二傳導管路，該入射鏡用以匯入該雷射，該分光盒設置在該入射鏡的一側，該等傳導管路設置在該分光盒的相對兩側，用以分別導引該等光束；該等出光口分別設置在該等傳導管路上，用以將該等光束輸出，該分光盒具有一繞射元件及一分光反射鏡，該繞射元件用以將該雷射分為二光束，該分光反射鏡將該兩光束分別反射至該等傳導管路。

在本發明之一實施例中，該等出光口分別位於該主軸的相對二側，而且每一出光口之前設置有一聚焦鏡。

在本發明之一實施例中，該雷射分光裝置另具有二定位模組，分別設置在該等傳導管路上，用以調整每一出光口的一熱影響區。

在本發明之一實施例中，每一定位模組具有一伸縮部及一旋轉部，其中該伸縮部用以線性調整對應的出光口的熱影響區，該旋轉部用以旋轉調整對應的出光口的熱影響區。

如上所述，利用該雷射分光裝置可產生多個光束對該加工件加工，再配合該主軸可用以組合該刀具頭或該供料頭，可實施機械之減法加工、雷射之減法加工以及雷射之加法加工，藉此混合機械之減法加工、雷射之減法加工以及雷射之加法加工而達到複合加工的目的，同時減少多個加工機具的附載及拆換，可有效縮短對該加工件實施複合加工的時間並提升加工效率。

100‧‧‧複合加工之加工機

101‧‧‧加工件

102‧‧‧刀具頭

103‧‧‧供料頭

104‧‧‧光束

105‧‧‧熱影響區

106‧‧‧材料

2‧‧‧加工平台

3‧‧‧機械加工裝置

31‧‧‧座體

32‧‧‧主軸

4‧‧‧雷射分光裝置

41‧‧‧分光模組

411‧‧‧入射鏡

412‧‧‧分光盒

413‧‧‧傳導管路

414‧‧‧反射鏡

414’‧‧‧反射鏡

415‧‧‧繞射元件

416‧‧‧分光反射鏡

417‧‧‧聚焦鏡

42‧‧‧出光口

43‧‧‧定位模組

431‧‧‧伸縮部

432‧‧‧旋轉部

5‧‧‧移動單元

51‧‧‧X軸滑軌

52‧‧‧Y軸滑軌

53‧‧‧Z軸滑軌

第1圖是根據本發明複合加工之加工機的一較佳實施例的一立體圖；第2圖是根據本發明複合加工之加工機的一較佳實施例的雷射分光裝置的一立體圖；第3圖是根據本發明複合加工之加工機的一較佳實施例的雷射分光裝置的一上視圖；第4圖是根據本發明複合加工之加工機的另一較佳實施例的一立體圖；及第5及6圖是根據本發明複合加工之加工機的又一較佳實施例的一立體圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最 上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1圖所示，為本發明複合加工之加工機100的一較佳實施例，可應用在一電腦數值控制(Computer Numerical Control,CNC)工具機，其中該複合加工之加工機100是用以對一加工件101進行加法式或減法式之複合加工，而且該複合加工之加工機100包含一加工平台2、一機械加工裝置3、一雷射分光裝置4及一移動單元5，本發明將於下文詳細說明各元件的細部構造、組裝關係及其運作原理。

續參照第1圖所示，該加工平台2用以放置該加工件101，其中該加工平台2被設置在該機械加工裝置3的下方，而且該加工平台2與該機械加工裝置3彼此相間隔。

續參照第1圖所示，該機械加工裝置3具有一座體31及一主軸32，該主軸32安裝在該座體31上，而且該主軸32的一底部可組合一刀具頭102，其中該刀具頭102可用以安裝一銑削加工刀具或一車削加工刀具。

請參照第1至3圖所示，該雷射分光裝置4設置在該機械加工裝置3的主軸32的一側，其中該雷射分光裝置4具有一分光模組41、二出光口42及二定位模組43；該分光模組41用以將一雷射源之雷射(未繪示)分為二光束104，該等出光口42分別位於該主軸32的相對二側，而且該等出光口42用以分別將該等光束104輸出至該加工件101上，該等定位模組43設置在該分光模組41上，用以調整每一出光口42的一熱影響區105，，其中該等光束104可為一般光束或複數耦合光束。

續參照第2、3圖所示，具體而言，該分光模組41具有一入射鏡411、一分光盒412、二傳導管路413及多個反射鏡414，其中該入射鏡411用以匯入該雷射源之雷射，該分光盒412設置在該入射鏡411的一側，用以將該雷射源之雷射分為該等光束104，其中，該分光盒412具有一繞射元件415及一分光反射鏡416，該繞射元件415用以將該雷射分為二光束，該分光反射鏡416將該兩光束分別反射至該等傳導管路413，該等傳導管路413設置在該分光盒412的相對兩側，用以分別導引該等光束104至該等出光口42。該等反射鏡414設置在該等傳導管路413上，用以將該等光束104反射至對應的出光口42，另外，每一出光口42之前設置有一聚焦鏡417，用使該等光束104聚焦後再從該等出光口42投射至該熱影響區105。

請參照第2至3圖所示，進一步來說，每一定位模組43具有一伸縮部431及一旋轉部432；如第2圖所示，該伸縮部431套設在對應的傳導管路413上，可朝箭頭方向往復移動而能夠線性調整對應的出光口42的熱影響區105；另外，該旋轉部432樞接在該伸縮部431上，可朝箭頭方向來回旋轉，並透過另一反射鏡414’而調整對應的出光口42的熱影響區105。

請參照第1圖所示，該移動單元5包含一X軸滑軌51、一Y軸滑軌52及一Z軸滑軌53，其中該加工平台2組合在該X軸滑軌51上，並且在該X軸滑軌51上沿著一X軸方向移動，該X軸滑軌51組合在該Y軸滑軌52上，並且在該Y軸滑軌52上沿著一Y軸方向移動；該機械加工裝置3的座體31組合在該Z軸滑軌53上，並且在該Z軸滑軌53上沿著一Z軸方向移動，即透過上述的運動，使該主軸32能夠在該加工件101上方的任何位置移動。

依據上述之結構，如第1圖所示，首先利用一控制器(未繪示)控制該移動單元5而調整該主軸32在該加工件101上方的位置，接著控制該等定位模組43的伸縮部431及旋轉部432，使該等光束104的熱影響區105在該加工件101上移動，透過雷射將該加工件101的材料部分移除。另外，該主軸32安裝的刀具頭102也可以透過銑削加工刀具或車削加工刀具實施機械之減法加工，例如：切割、鑽孔及銑削，藉此達到多種減法加工的目的，同時減少多個加工機具的附載及拆換。

請參照第4圖所示，在另一實施例中，該複合加工之加工機100也可僅透過該雷射分光裝置4對該加工件101，即控制該等定位模組43的伸縮部431及旋轉部432，使該等光束104的熱影響區105在該加工件101上移動，而對該加工件101實施雷射之減法加工，例如：鑽孔、切割、打標以及表面處理。

請參照第5及6圖所示，在又一實施例中，該主軸32的一底部可組合一供料頭103，其中該供料頭103可將被加工至該加工件101的材料呈粉狀、膠狀或線狀排出至該加工件101上。如第5圖所示，利用該控制器控制該等定位模組43的伸縮部431及旋轉部432，使該等光束104的熱影響區105在該加工件101上移動，同步將該供料頭103的材料106融熔或燒結，以實現雷射之加法加工，例如：積層製造、焊接及修補，其中該材料106被供料的方式可為輸出粉狀、膠狀或線狀的材料。如第6圖所示，透過調整該等光束104的熱影響區105，使該等光束104分別實施雷射之減法加工，以及雷射之加法加工。

如上所述，利用該雷射分光裝置4可產生多個光束104對該加工件101加工，同時再配合該主軸32可用以組合該刀具頭102或該供料頭103，可實施機械之減法加工、雷射之減法加工以及雷射之加法加工，藉此混合機械之減法加工、雷射之減法加工以及雷射之加法加工而達到複合加工的目的，同時減少多個加工機具的附載及拆換，可有效縮短加工時間，提升加工效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧複合加工之加工機

101‧‧‧加工件

102‧‧‧刀具頭

105‧‧‧熱影響區

2‧‧‧加工平台

3‧‧‧機械加工裝置

31‧‧‧座體

32‧‧‧主軸

4‧‧‧雷射分光裝置

5‧‧‧移動單元

51‧‧‧X軸滑軌

52‧‧‧Y軸滑軌

53‧‧‧Z軸滑軌

Claims (9)

1. 一種複合加工之加工機，包含：一加工平台，用以放置一加工件；一機械加工裝置，具有：一座體；及一主軸，安裝在該座體上，且用以組合一刀具頭或一供料頭；及一雷射分光裝置，設置在該主軸的一側，並具有：一分光模組，環繞在該主軸外，用以將一雷射分為至少二光束，其中該分光模組具有：一入射鏡，用以匯入該雷射；一分光盒，設置在該入射鏡的一側；及二傳導管路，設置在該分光盒的相對兩側，用以分別導引該等光束，該分光盒具有：一繞射元件，用以將該雷射分為二光束；及一分光反射鏡，將該兩光束分別反射至該等傳導管路；及至少二出光口，分別設置在該等傳導管路上，且該等出光口位於該主軸的相對二側，用以分別將該等光束輸出至該加工件上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複合加工之加工機，其中該分光模組另具有多個反射鏡，設置在該等傳導管路上，用以將該等光束反射至對應的出光口。
3. 如申請專利範圍第1項所述之複合加工之加工機，其中該雷射分光裝置另具有二定位模組，分別設置在該等傳導管路上，用以調整每一出光口的一熱影響區。
4. 如申請專利範圍第1項所述之複合加工之加工機，其中該複合式加工機另具有一移動單元，包含一X軸滑軌及一Y軸滑軌，該加工平台可移動地組合在該X軸滑軌上，該X軸滑軌可移動地組合在該Y軸滑軌上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之複合加工之加工機，其中該移動單元另具有一Z軸滑軌，該機械加工裝置的座體可移動地組合在該Z軸滑軌上。
6. 一種雷射分光裝置，安裝在一加工機的一主軸的一側，該雷射分光裝置包含：一分光模組，環繞在該主軸外，用以將該一雷射分為二個光束，其中該分光模組具有：一入射鏡，用以匯入該雷射；一分光盒，設置在該入射鏡的一側；及二傳導管路，設置在該分光盒的相對兩側，用以分別導引該等光束，該分光盒具有：一繞射元件，用以將該雷射分為二光束；及一分光反射鏡，將該兩光束分別反射至該等傳導管路；及二出光口，分別設置在該等傳導管路上，且該等出光口位於該主軸的相對二側，用以將該等光束輸出。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射分光裝置，其中該等出光口分別位於該主軸的相對二側，而且每一出光口之前設置有一聚焦鏡。
8. 如申請專利範圍第6項所述之雷射分光裝置，另具有二定位模組，分別設置在該等傳導管路上，用以調整每一出光口的一熱影響區。
9. 如申請專利範圍第8項所述之雷射分光裝置，其中每一定位模組具有：一伸縮部，用以線性調整對應的出光口的熱影響區；及一旋轉部，用以旋轉調整對應的出光口的熱影響區。