一种激光高速成形微体积零件的自动化装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光高速成形微体积零件的自动化装置及其方法；该装置由激光发射系统、控制系统、高速成形系统和放置转换系统组成。本发明专利技术采用脉冲激光作为能量源，通过凸模和组合凹模的共同作用，实现了高速成形微体积零件。本发明专利技术中自动开合模装置实现了凹模的自动打开和闭合，便于放置棒料和取出微零件，提高了工作效率，且不易损坏成形零件的表面质量；在凹模闭合时，该装置有自锁功能，保证了成形微零件的精度。利用放置转换系统实现了棒料、零件和凸模的自动化放置与存取，保证了生产效率，提高了生产安全性。本发明专利技术无需制作复杂的模架，装置简单易行。

An automatic device for laser high speed forming micro volume parts and its method

The invention discloses an automatic device and a method for laser high-speed forming micro volume parts. The device is composed of a laser launching system, a control system, a high-speed forming system and a placement conversion system. In this invention, the pulse laser is used as the energy source, and the micro volume parts of high speed forming are realized through the joint action of the punch and the combined die. Automatic clamping device of the invention realizes the automatic opening and closing of the die, which is convenient for placing bar and remove micro parts, improve work efficiency, and is not easy to damage the surface quality of the forming parts; the concave die is closed, the device has a self-locking function, to ensure the accuracy of forming micro parts. The automatic placement and access of the rod, parts and punch are realized by the placement and conversion system, which ensures the production efficiency and improves the safety of production. The invention has no need to make a complex mold frame, and the device is simple and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种激光高速成形微体积零件的自动化装置及其方法
本专利技术属于激光先进制造微零件领域和自动化加工领域，尤其是一种激光高速成形微体积零件的自动化装置及其方法。
技术介绍
随着现代工业技术的快速发展，科学技术的日新月异，先进制造理念的推陈出新，亦随着市场对科技产品要求的精益求精，在诸如航空航天、精密仪器、生物医疗等领域，微器件的应用越来越广泛，产品的微型化成为了工业制造业发展的一个重要趋势，推动了对微器件的加工工艺的探索。现如今面向微机电系统的微机械加工技术和工艺是在集成电路的基础上发展起来的，主要依赖LIGA、蚀刻、微铣削、微细电火花等微细加工技术，受到加工效率低、成本高以及环境污染等问题的限制，不能形成大批量的自动化生产。因此，微成形工艺得到了重点关注。然而，传统的微成形工艺存在微模具制造困难、对中精度难以保证等问题。由此，一种全新的工艺——激光高速微成形技术具有很大的优势，其精度较高、成本低廉、易于实现批量化和自动化生产。激光高速微成形是一种新型的微金属零部件成形技术，即通过激光冲击加载的方式产生高压冲击波，高压冲击波向材料内部传播,使得材料在微型模具内产生超快塑性变形，从而实现工件在微模具中的精确成形。申请号201010505869.3的中国专利介绍了应用激光高速微成形技术进行微金属器件冲裁的工艺过程，利用此专利的方法可以在一次脉冲激光中进行批量化冲裁，方便有效。申请号201610384092.7的中国专利介绍了一种应用激光高速微成形技术成形高精度碟形零件装置，其可以克服传统成形碟形零件的工艺中存在的不足。目前激光高速微成形技术主要应用于薄板微成形，其成形零件大都是薄板零件。然而，很多微零件的制造都需要使用体积成形技术，微体积成形技术在微零件的制造领域应用广泛。申请号为200810023264.3的中国专利提出了一种激光冲击微体积成形技术，但是其装置复杂繁琐，且使用飞片作为间接加载源，难以保证凸模获得足够的动能；使用顶杆顶出成形后的零件，一方面需要很大的动力，另一方面也容易损坏零件表面；另外，其自动化的程度也不高。
技术实现思路
针对现有的激光高速成形微零件技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种激光高速成形微体积零件的自动化装置及其方法，提高了加工能力和产品质量。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种激光高速成形微体积零件的自动化装置，包括激光发射系统、高速成形系统和放置转换系统；所述激光发射系统包括脉冲激光器、反射镜、可调聚焦透镜、透镜支架和基座；所述透镜支架垂直安装在基座上，透镜支架上安装有可调聚焦透镜，可调聚焦透镜将经过反射镜反射的来自脉冲激光器的激光聚焦；所述高速成形系统包括模具系统、自动开合模装置和三坐标移动平台；所述三坐标移动平台置于基座上方；所述模具系统包括凸模、组合凹模、凹模拉杆和凹模基座；工作时，所述凸模和组合凹模间隙配合；凸模上端设有圆形凹腔，圆形凹腔用以放置约束层和吸收层；所述组合凹模设置在底座上；组合凹模由结构相同的两个凹模组件对接而成，凹模组件结构为工字型；所述凹模基座为齿形结构，凹模基座底部通过螺钉连接到三坐标移动平台上，凹模基座上端面开有滑槽，该滑槽与组合凹模底部开设的导轨相配合，导轨沿滑槽左右移动；组合凹模左右两竖直侧面相同位置上设置有凹模拉杆；所述自动开合模装置包括基板、长杆、短杆、第一销钉、滑块和第一液压缸；所述基板竖直安装在三坐标移动平台上，基板置于凹模基座齿形结构内部，且置于凹模拉杆的正下方；所述基板的中轴线上加工有销钉孔B和矩形孔A，矩形孔A的两侧内壁开有滑槽；该滑槽与第一滑块配合，且第一滑块可以在滑槽内上下移动，第一滑块与第一液压缸的活塞杆相连接；第一滑块上的销钉C上安装有长杆，且长杆置于基板的前后两侧，长杆的另一端与凹模拉杆铰接；所述第一销钉安装销钉孔A内，第一销钉两侧均装有短杆，且短杆置于基板的前后两侧，短杆的另一端安装在长杆上；所述放置转换系统包括凸模放置转换系统和棒料放置转换系统；所述凸模放置转换系统和棒料放置转换系统结构相同，均包括转换底座、转换电机、转换支架、伸缩缸和自动夹取装置；所述凸模放置转换系统和棒料放置转换系统设置在三坐标移动平台上，且分别置于自动开合模装置的左侧与右侧；所述转换底座上安装有转换支架，转换支架上从下至上依次安装有转换电机、伸缩缸和自动夹取装置；所述自动夹取装置包括转换平台、第二液压缸、第二滑块、右曲杆、右直杆、第二销钉、左直杆和左曲杆；所述转换平台固定安装在转换支架上，转换平台左右对称设置有矩形孔和销钉孔，矩形孔的两侧内壁开有滑槽A；所述第二滑块两侧开设有厚度小于矩形块的滑轨B，第二滑块两侧的滑轨B与转换平台上的滑槽A进行间隙配合，从而实现第二滑块沿转换平台左右滑动；第二液压缸固定在转换平台上，第二液压缸的活塞杆与第二滑块相连；所述销钉安装在转换平台上的销钉孔内，右直杆、左直杆的一端均安装在第二销钉上，并均可绕第二销钉进行转动；右曲杆、左曲杆的一端均铰接于第二滑块上，右直杆、左直杆的另一端分别铰链于右曲杆、左曲杆上。优选的，所述的组合凹模尺寸为2cm×2cm×2cm。优选的，凹模基座上表面的凹槽截面为燕尾形的，组合凹模底部的导轨截面为燕尾形。优选的，该装置还包括控制系统，该控制系统包括激光控制器、计算机、步进电机控制器、液压控制系统和三坐标移动平台控制器；激光控制器、步进电机控制器、液压控制系统、三坐标移动平台控制器均与计算机连接；所述激光控制器与脉冲激光器相连接，用于控制脉冲激光器的工作状态；三坐标移动平台控制器与三坐标移动平台相连，用于控制其作平面移动；所述液压控制系统与第一液压缸、第二液压缸相连，用于控制第一液压缸、第二液压缸的伸缩；所述步进电机控制器与转换电机、伸缩缸相连，用于控制转换电机的转动和伸缩缸的上下移动。优选的，所述右曲杆和左曲杆的连接部位为直线型，夹取部位为圆形，且凸模放置转换系统中右曲杆和左曲杆的夹取部位直径等于凸模直径，棒料放置转换系统中右曲杆和左曲杆的夹取部位直径等于棒料直径。基于一种激光高速成形微体积零件的自动化装置的方法，具体包括如下步骤：S1.将激光控制器、步进电机控制器、液压控制系统、三坐标移动平台控制器与计算机连接；将脉冲激光器与激光控制器连接；S2.将自动开合模装置中的第一滑块与第一液压缸相连后，第一滑块装入基板上的滑槽中，第一液压缸放置在基板上的矩形孔处，使用螺钉将基板和第一液压缸固定在三坐标移动平台上，第一销钉装入基板的销钉孔中，短杆和长杆通过铰链相连后，将对称分布的短杆的一端通过第一销钉铰接于基板上，对称分布的长杆的一端铰接于第一滑块；将模具系统装在三坐标移动平台上，自动开合模装置中两个长杆的上端通过铰链与凹模拉杆相连；利用计算机通过三坐标移动平台控制器控制三坐标移动平台的移动，使得组合凹模的凹模腔的中心位于激光光路上；S3.使用螺钉将棒料放置转换系统和凸模放置转换系统固定在三坐标移动平台上，棒料放置转换系统的高度低于凸模放置转换系统，此时组合凹模的凹模腔中心应位于转换平台长轴方向的中垂线上，棒料放置转换系统和凸模放置转换系统的长轴方向相互平行；将自动夹取装置中的第二滑块与第二液压缸相连后，第二滑块装入转换平台上的滑槽中，第二液压缸放置在转换平台上的矩形孔处，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光高速成形微体积零件的自动化装置，其特征在于，包括激光发射系统、高速成形系统和放置转换系统；所述激光发射系统包括脉冲激光器(1)、反射镜(2)、可调聚焦透镜(3)、透镜支架(4)和基座(5)；所述透镜支架(4)垂直安装在基座(5)上，透镜支架(4)上安装有可调聚焦透镜(3)，可调聚焦透镜(3)将经过反射镜(2)反射的来自脉冲激光器(1)的激光聚焦；所述高速成形系统包括模具系统(8)、自动开合模装置(7)和三坐标移动平台(9)；所述三坐标移动平台(9)置于基座(5)上方；所述模具系统(8)包括凸模(18)、组合凹模(20)、凹模拉杆(21)和凹模基座(22)；工作时，所述凸模(18)和组合凹模(20)间隙配合；凸模(18)上端设有圆形凹腔，圆形凹腔用以放置约束层(16)和吸收层(17)；所述组合凹模(20)设置在底座(22)上；组合凹模(20)由结构相同的两个凹模组件对接而成，凹模组件结构为工字型；所述凹模基座(22)为齿形结构，凹模基座(22)底部通过螺钉连接到三坐标移动平台(9)上，凹模基座(22)上端面开有滑槽，该滑槽与组合凹模(20)底部开设的导轨相配合，导轨可沿滑槽左右移动；组合凹模(20)左右两竖直侧面相同位置上设置有凹模拉杆(21)；所述自动开合模装置(7)包括基板(23)、长杆(24)、短杆(25)、第一销钉(26)、滑块(27)和第一液压缸(28)；所述基板(23)竖直安装在三坐标移动平台(9)上，基板(23)置于凹模基座(22)齿形结构内部，且置于凹模拉杆(21)的正下方；所述基板(23)的中轴线上加工有销钉孔B和矩形孔A，矩形孔A的两侧内壁开有滑槽；该滑槽与第一滑块(27)配合，且第一滑块(27)可以在滑槽内上下移动，第一滑块(27)与第一液压缸(28)的活塞杆相连接，；第一滑块(27)上的销钉C上安装有长杆(24)，且长杆(24)置于基板(23)的前后两侧，长杆(24)的另一端与凹模拉杆(21)铰接；所述第一销钉(26)安装销钉孔A内，第一销钉(26)两侧均装有短杆(25)，且短杆(25)置于基板(23)的前后两侧，短杆(25)的另一端安装在长杆(24)上；所述放置转换系统包括凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)；所述凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)结构相同，均包括转换底座(29)、转换电机(30)、转换支架(31)、伸缩缸(32)和自动夹取装置(33)；所述凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)设置在三坐标移动平台(9)上，且分别置于自动开合模装置(7)的左侧与右侧；所述转换底座(29)上安装有转换支架(31)，转换支架(31)上从下至上依次安装有转换电机(30)、伸缩缸(32)和自动夹取装置(33)；所述自动夹取装置(33)包括转换平台(34)、第二液压缸(35)、第二滑块(36)、右曲杆(37)、右直杆(38)、第二销钉(39)、左直杆(40)和左曲杆(41)；所述转换平台(34)固定安装在转换支架(31)上，转换平台(34)左右对称设置有矩形孔和销钉孔，矩形孔的两侧内壁开有滑槽A；所述第二滑块(36)两侧开设有厚度小于矩形块的滑轨B，第二滑块(36)两侧的滑轨B与转换平台(34)上的滑槽A进行间隙配合，从而实现第二滑块(36)沿转换平台(34)左右滑动；第二液压缸(35)固定在转换平台(34)上，第二液压缸(35)的活塞杆与第二滑块(36)相连；所述销钉(37)安装在转换平台(34)上的销钉孔内，右直杆(38)、左直杆(40)的一端均安装在第二销钉(37)上，并均可绕第二销钉(40)进行转动；右曲杆(37)、左曲杆(41)的一端均铰接于第二滑块(36)上，右直杆(38)、左直杆(40)的另一端分别铰链于右曲杆(37)、左曲杆(41)上。...

【技术特征摘要】
1.一种激光高速成形微体积零件的自动化装置，其特征在于，包括激光发射系统、高速成形系统和放置转换系统；所述激光发射系统包括脉冲激光器(1)、反射镜(2)、可调聚焦透镜(3)、透镜支架(4)和基座(5)；所述透镜支架(4)垂直安装在基座(5)上，透镜支架(4)上安装有可调聚焦透镜(3)，可调聚焦透镜(3)将经过反射镜(2)反射的来自脉冲激光器(1)的激光聚焦；所述高速成形系统包括模具系统(8)、自动开合模装置(7)和三坐标移动平台(9)；所述三坐标移动平台(9)置于基座(5)上方；所述模具系统(8)包括凸模(18)、组合凹模(20)、凹模拉杆(21)和凹模基座(22)；工作时，所述凸模(18)和组合凹模(20)间隙配合；凸模(18)上端设有圆形凹腔，圆形凹腔用以放置约束层(16)和吸收层(17)；所述组合凹模(20)设置在底座(22)上；组合凹模(20)由结构相同的两个凹模组件对接而成，凹模组件结构为工字型；所述凹模基座(22)为齿形结构，凹模基座(22)底部通过螺钉连接到三坐标移动平台(9)上，凹模基座(22)上端面开有滑槽，该滑槽与组合凹模(20)底部开设的导轨相配合，导轨可沿滑槽左右移动；组合凹模(20)左右两竖直侧面相同位置上设置有凹模拉杆(21)；所述自动开合模装置(7)包括基板(23)、长杆(24)、短杆(25)、第一销钉(26)、滑块(27)和第一液压缸(28)；所述基板(23)竖直安装在三坐标移动平台(9)上，基板(23)置于凹模基座(22)齿形结构内部，且置于凹模拉杆(21)的正下方；所述基板(23)的中轴线上加工有销钉孔B和矩形孔A，矩形孔A的两侧内壁开有滑槽；该滑槽与第一滑块(27)配合，且第一滑块(27)可以在滑槽内上下移动，第一滑块(27)与第一液压缸(28)的活塞杆相连接，；第一滑块(27)上的销钉C上安装有长杆(24)，且长杆(24)置于基板(23)的前后两侧，长杆(24)的另一端与凹模拉杆(21)铰接；所述第一销钉(26)安装销钉孔A内，第一销钉(26)两侧均装有短杆(25)，且短杆(25)置于基板(23)的前后两侧，短杆(25)的另一端安装在长杆(24)上；所述放置转换系统包括凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)；所述凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)结构相同，均包括转换底座(29)、转换电机(30)、转换支架(31)、伸缩缸(32)和自动夹取装置(33)；所述凸模放置转换系统(10)和棒料放置转换系统(6)设置在三坐标移动平台(9)上，且分别置于自动开合模装置(7)的左侧与右侧；所述转换底座(29)上安装有转换支架(31)，转换支架(31)上从下至上依次安装有转换电机(30)、伸缩缸(32)和自动夹取装置(33)；所述自动夹取装置(33)包括转换平台(34)、第二液压缸(35)、第二滑块(36)、右曲杆(37)、右直杆(38)、第二销钉(39)、左直杆(40)和左曲杆(41)；所述转换平台(34)固定安装在转换支架(31)上，转换平台(34)左右对称设置有矩形孔和销钉孔，矩形孔的两侧内壁开有滑槽A；所述第二滑块(36)两侧开设有厚度小于矩形块的滑轨B，第二滑块(36)两侧的滑轨B与转换平台(34)上的滑槽A进行间隙配合，从而实现第二滑块(36)沿转换平台(34)左右滑动；第二液压缸(35)固定在转换平台(34)上，第二液压缸(35)的活塞杆与第二滑块(36)相连；所述销钉(37)安装在转换平台(34)上的销钉孔内，右直杆(38)、左直杆(40)的一端均安装在第二销钉(37)上，并均可绕第二销钉(40)进行转动；右曲杆(37)、左曲杆(41)的一端均铰接于第二滑块(36)上，右直杆(38)、左直杆(40)的另一端分别铰链于右曲杆(37)、左曲杆(41)上。2.根据权利要求1所述的一种激光高速成形微体积零件的自动化装置，其特征在于：所述的组合凹模(20)尺寸为2cm×2cm×2cm。3.根据权利要求1所述的一种激光高速成形微体积零件的自动化装置，其特征在于：凹模基座(22)上表面的凹槽截面为燕尾形的，组合凹模(20)底部的导轨截面为燕尾形。4.根据权利要求1所述的一种激光高速成形微体积零件的自动化装置，其特征在于：该装置还包括控制系统，该控制系统包括激光控制器(15)、计算机(14)、步进电机控制器(13)、液压控制系统(12)和三坐标移动平台控制器(11)；激光控制器(15)、步进电机控制器(13)、液压控制系统(12)、三坐标移动平台控制器(11)均与计算机(14)连接；所述激光控制器(15)与脉冲激光器(1)相连接，用于控制脉冲激光器(1)的工作状态；三坐标移动平台控制器(11)与三坐标移动平台(9)相连，用于控制其作平面移动；所述液压控制系统(12)与第一液压缸(28)、第二液压缸(35)相连，用于控制第一液压缸(28)、第二液压缸(35)的伸缩；所述步进电机控制器(13)与转换电机(30)、伸缩缸(32)相连，用于控制转换电机(30)的转动和伸缩缸(32)的上下移动。5.根据权利要求1至4任一项所述的基于一种激光高速成形微体积零件的自动化装置，其特征在于：所述右曲杆(37)和左曲杆(41)的连接部位为直线型，夹取部位为圆形，且凸模放置转换系统(10)中右曲杆(37)和左曲杆(41)的夹取部位直径等于凸模(18)直径，棒料放置转换系统(6)中右曲杆(37)和左曲杆(41)的夹取部位直径等于棒料(19)直径。6.根据权利要求1所述的基于一种激光高速成形微体积零件的自动化装置的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1.将激光控制器(15)、步进电机控制器(13)、液压控制系统(12)、三坐标移动平台控制器(11)与计算机(14)连接；将脉冲激光器(1)与激光控制器(15)连接；S2.将自动开合模装置(7)中的第一滑块(27)与第一液压缸(28)相连后，第一滑块(27)装入基板(23)上的滑槽中，第一液压缸(28)放置在基板(23)上的矩形孔处，使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会霞，张文昊，沈宗宝，马友娟，王霄，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32