激光车削系统、激光车削方法和使用这种系统获得的组件技术方案

公开了一种用于生产具有250mm以下的长度和/或10mm以下的直径的组件(60)的激光车削系统(1)，该系统包括用于移动材料棒的旋转主轴(3)以及能够发射对要在材料棒中加工的组件的生成轮廓进行扫描的飞秒激光束的振镜扫描器(12)。(12)。(12)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光车削系统、激光车削方法和使用这种系统获得的组件


[0001]本专利技术涉及一种激光车削系统。本专利技术还涉及一种激光车削方法。最后，本专利技术涉及一种使用这种系统或实施这种方法而获得的组件。

技术介绍

[0002]为了生产包括一种或多种回转体形状的组件，已知的做法是实施一种基于材料去除的车削类型的加工方法。传统上，材料的去除是使用切削工具来完成的，该切削工具在进行旋转并且需要用来获得组件的材料棒上起作用。
[0003]高精度的小尺寸的回转体组件(例如，微机械回转体部件)的生产通常通过车削来执行，特别是通过在金属棒中连续地进行组件的棒料车削来执行。这考虑到了工业生产率，但是存在与进行加工的材料的性质相关的一些缺点。
[0004]虽然对特别适用于这种技术的材料(例如包括诸如硫的断屑元素的棒形车削钢)进行棒料车削相对容易，但是陶瓷以及硬质合金制成的部件的棒料车削会导致工具严重磨损，这使得这种技术与其对更合适的材料的应用相比效果不佳。此外，硬质材料的棒料车削通常会引起棒的振动，从而不能实现所需的表面粗糙度。
[0005]用连续的激光源(例如CO2激光)执行的激光车削已经在工业中得到了广泛的发展，但是其能够实现的精度只有大约十分之几毫米，这被证明对于某些应用来说可能是不够的，并且其对所获得的组件的热冲击可能会产生对材料的微观结构造成损坏的局部硬化，或者更不利的是可能会产生影响组件的尺寸的热变形，特别是在小体积组件的情况下。因此，尚未将其保留作为用于平均尺寸的部件、或者微米尺寸的部件的传统车削的有利替代方案。
[0006]文献EP2314412A2、EP2374569A2、EP2489458A1和WO2016005133A1描述了可以使用激光进行加工的不同类型的设备。
[0007]已经发表了与通过飞秒激光进行纹理化有关的若干研究。
[0008]在题为《使用飞秒激光烧蚀的激光车削发展》(Yokotani,A.、Kawahara,K.、Kurogi,Y.、Matsuo,N.、Sawada,H.和Kurosawa,K.(2002)，SPIE论文集，第4426卷，第90
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93页)的研究中，证明了激光技术可以在平坦表面上实现较低的或有意较高的表面粗糙度。
[0009]在题为《使用响应面法优化Nd:YAG激光微车削工艺》(Kibria,G.、Doloi,B.、Bhattacharyya,B.(2012)，国际精密技术学报，第3卷，第1期)的研究中，用Nd:YAG激光径向撞击由氧化铝制成的旋转圆柱形陶瓷部件来观察脉冲速度和能量参数对表面粗糙度的影响。在该装置中，不使用钻孔，并且仅通过不超过600rpm的部件旋转速度来驱动覆盖率。部件受到纳秒脉冲的径向撞击。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种激光车削系统，其能够补救上述缺点并增强现有技术中已知的激光车削系统。特别地，本专利技术提出一种与已知的车削系统相比具有竞争力的激光
车削系统。
[0011]一种根据本专利技术的车削系统由权利要求1限定。
[0012]该系统的不同实施方式由权利要求2到11限定。
[0013]一种根据本专利技术的车削方法由权利要求12限定。
[0014]一种根据本专利技术的组件由权利要求13限定。
附图说明
[0015]附图通过举例的方式示出了根据本专利技术的车削系统的实施方式。
[0016]图1是根据本专利技术的车削系统的实施方式的示意图。
[0017]图2是根据本专利技术的激光束的轨迹的示意图。
具体实施方式
[0018]下文参照图1描述用于生产组件的车削系统1的实施方式。
[0019]该系统包括：
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用于移动材料棒50的旋转主轴3；以及
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振镜扫描器12，其能够沿着对要在材料棒中加工的部件的生成轮廓进行扫描的轨迹引导飞秒激光束。优选地，该扫描在材料棒50的切向上执行或根据与材料棒50相切的入射角来执行。
[0022]更一般来说，该系统包括用于移动材料棒的模块2、特别是用于根据第一轴线X来旋转材料棒的模块。用于移动材料棒的该模块包括第一轴线X上的旋转主轴3。优选地，主轴3能以20000rpm以上或者50000rpm以上或者100000rpm以上的速度旋转。例如，主轴3是电主轴。优选地，主轴3配备有夹持夹具，其特别是气动类型。
[0023]移动模块2优选还包括旋转副主轴4。该副主轴4可以在部件与主轴3分离时对部件进行校正。副主轴4允许在第一轴线X上旋转。优选地，副主轴4能以20000rpm以上或者50000rpm以上或者100000rpm以上的速度旋转。例如，副主轴4是电主轴。优选地，副主轴4配备有夹持夹具，其特别是气动类型。此外，副主轴4可相对于主轴3在第一轴线X上平移移动。例如，这样的副主轴可以执行组件的分离加工以将其与棒分离。利用传统的分离方法，当组件与棒分离时，其分离面惯常会出现毛刺。
[0024]移动模块2还包括允许主轴3和副主轴4在包含第一轴线X和与第一轴X成直角的第二轴线Y的平面X
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Y中位移的元件5。
[0025]系统包括用于生成激光束的元件29。用于执行加工的激光束是包括具有100fs和10ps之间的脉冲持续时间的光脉冲的激光束。其可以具有50kHz以上的频率，也就是说以50kHz以上的频率发射脉冲或冲击。
[0026]扫描器12在激光束的路径上设置在用于生成激光束的元件29的输出端与要加工的部件之间。
[0027]振镜扫描器12是包含1至3条旋转轴线和可能的平移轴线的机电装置，在其上安装有反射镜或透镜类型的光学元件。电压控制的致动器控制这些轴线的运动并能够极其快速且准确地产生激光束在两条或三条轴线上的位移。振镜扫描器12包括能够使激光聚焦于焦点的聚焦装置。对光学元件的运动与激光冲击的触发之间的同步的精细化管理能够形成一
种回转体加工部件的生成器。
[0028]振镜扫描器不同于允许在单个方向上扫描的多面镜扫描器。
[0029]优选地，扫描器12被布置和/或配置为使激光的焦点以0.5m/s以上或者10m/s以上或者20m/s以上的速度位移。扫描器12被布置和/或配置为使激光的焦点以5m/s2以上或者500m/s2以上或者5000m/s2以上或者50000m/s2以上的加速度位移。
[0030]有利地，扫描器12被安装成能沿着与第一轴线X和第二轴线Y正交的第三轴线Z平移移动。换句话说，扫描器安装在与第一轴线X正交的平移轴线上。因此，振镜扫描器可以将激光束的焦点定位在所需的点处，特别是定位在位于被加工的材料棒的水平中间平面上的切线上。
[0031]系统有利地包括可以控制加工方法或用于操作系统的方法的自动化模块6。
[0032]自动化模块6包括用于实时测量组件的至少一个尺寸、特别是直径的元件7。增添该元件对于在大约1微米的公差内生产包括几十微米直径的组件来说是决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产具有250mm以下的长度和/或10mm以下的直径的组件(60)的激光车削系统(1)，所述系统包括用于移动材料棒的旋转主轴(3)以及能够发射飞秒激光束的振镜扫描器(12)，所述飞秒激光束对要在所述材料棒中加工的所述组件的生成轮廓进行扫描、特别是以与所述材料棒相切的入射角进行扫描。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扫描器被配置为使激光的焦点以0.5m/s以上或者10m/s以上或者20m/s以上的速度和/或5m/s2以上或者500m/s2以上或者5000m/s2以上或者50000m/s2以上的加速度进行位移。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述扫描器被安装在与所述主轴(3)的轴线(X)正交的平移轴线(Z)上。4.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中，所述主轴能够以20000rpm以上或者50000rpm以上或者100000rpm以上的速度进行旋转。5.根据前述任一项权利要求所述的系统，其中，所述激光束具有50kHz以上的频率。...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞德里克，
申请(专利权)人：阿尔法诺夫公司，
类型：发明
国别省市：