專利名稱：一種應(yīng)用全固態(tài)激光器的鉆石微孔加工機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光微孔加工系統(tǒng)，具體涉及到一種應(yīng)用于鉆石
磨具微孔加工(孔徑小達(dá)10Mm)的全固態(tài)激光微孔加工機(jī)，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
孔加工是機(jī)械加工中所占比例較大的一道重要的加工工序。據(jù)統(tǒng)計(jì)，孔加工約占機(jī)械加工總量的三分之一，占機(jī)械加工時(shí)間的四分之一。在孔加工中尤其以小孔的加工最為困難。隨著航天、航空、電子、機(jī)械、儀器儀表、化學(xué)纖維、自動(dòng)控制及醫(yī)療器械等科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，小孔的應(yīng)用日趨廣泛。這些小孔不僅孔徑小而且深徑比也比較大。同時(shí)這些零件的材料有許多是高硬度、高強(qiáng)度的耐熱鋼、不銹鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石等難加材料。這些對(duì)小孔加工技術(shù)提出了新的要求，迫切需要一種新型、高效的小孔加工技術(shù)。目前，已發(fā)展了大約有余種微小深孔的加工方法，以用于不同情況的小孔加工技術(shù)。
隨著近代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，使用硬度大、強(qiáng)度高、脆性大、高熔點(diǎn)的材料越來(lái)越多，而傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足工藝的要求。例如，在鉆石磨具上加工微米級(jí)的孔徑這一類的加工任務(wù)用常規(guī)的機(jī)械加工的方法很難獲得，有時(shí)甚至是不可能的，而用激光打孔則不難實(shí)現(xiàn)。激光束在空間和時(shí)問(wèn)上高度集中，利用透鏡聚焦，可以將光斑的直徑縮小到微米級(jí)從而獲得1(T3—1(T,/cm2105--1015『/^2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可對(duì)仟問(wèn)材料實(shí)行激光打孔。與其它的方法如機(jī)械鉆孔、沖小孔、電火花加工、超聲加工、電子束加工、電解加工等的常規(guī)手段相比，具有以下的顯著的優(yōu)點(diǎn)
1. 激光打孔的速度快、效率高、經(jīng)濟(jì)效益好。
2. 激光打孔可獲得大的深徑比。
3. 激光打孔可在硬、脆、軟等的各類材料上進(jìn)行。
4. 激光打孔無(wú)工具損耗。
5. 激光打孔適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工。
6. 用激光可在難加工材料傾斜面上加工小孔。
除上述優(yōu)點(diǎn)外，由于激光打孔過(guò)程與工件不接觸，因此加工出來(lái)的工件清潔,沒(méi)污染。因?yàn)檫@種打孔是一種蒸發(fā)型、非接觸的加工過(guò)程，它消除了常規(guī)熱絲穿孔和機(jī)械穿孔帶來(lái)的殘?jiān)?，因而十分衛(wèi)生。且激光加工時(shí)間短，對(duì)被加工材料氧化、變形、熱影響區(qū)域均較小，不需要特別保護(hù)。激光不僅能對(duì)置于空氣中的工件打孔，而且也能對(duì)置于真空中或其它條件下的工件進(jìn)行打孔。由此可見(jiàn)，激光微孔加工是一種高質(zhì)量、快速、精密、環(huán)保的微孔加工方式。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)在鉆石模具上加工微米級(jí)的小孔而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，提供一種在保證徑深比粗糙度等質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行微米級(jí)加工的全固態(tài)固體激光鉆石微孔加工機(jī)，相對(duì)于手工操作打孔精度高，打孔效率高。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種應(yīng)用全固態(tài)激光器的鉆石微孔加工機(jī)，包括冷卻水箱、全固態(tài)激光器、光路系統(tǒng)、三維工件位移平臺(tái)、工控機(jī)、工件照明裝置、攝像頭、滑動(dòng)導(dǎo)軌和工件夾頭，冷卻水箱與全固態(tài)激光器相連，全固態(tài)激光器與光路系統(tǒng)相連接并置于滑動(dòng)導(dǎo)軌上，所述的光路系統(tǒng)由光柵、光束準(zhǔn)直鏡、組合透鏡、光學(xué)棱鏡組成；由所述的全固態(tài)激光器發(fā)出的激光束通過(guò)光柵進(jìn)入光束準(zhǔn)直鏡，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直與整形，通過(guò)光學(xué)棱
鏡反射，形成垂直光束，然后由組合透鏡將其聚焦成8—15Mm直徑的光斑作為加工激光源；所述的攝像頭置于光學(xué)棱鏡上方，焦距與加工光源一致;工件照明裝置置于組合透鏡下方外圈，用于加工表面的照明；工件夾頭置于可在X， Y，Z三軸方向獨(dú)立移動(dòng)的三維工件位移平臺(tái)的Z軸頂端并可以繞Z軸勻速旋轉(zhuǎn)；工控機(jī)分別和全固態(tài)激光器和三維工件位移平臺(tái)相連接。三維高精度工件位移平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)X， Y， Z軸的直線移動(dòng)以調(diào)節(jié)空間位置與激光束焦點(diǎn)重合，控制協(xié)調(diào)高光束質(zhì)量全固態(tài)激光器輸出以及三維高精度工件位移平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)微孔的加工。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于應(yīng)用先進(jìn)的全固態(tài)單模輸出激光器，經(jīng)過(guò)整形達(dá)到微米級(jí)的光斑尺寸，同時(shí)配合高精度工件位移平臺(tái)(誤差2um)，從而實(shí)現(xiàn)在鉆石模具上進(jìn)行高質(zhì)量的微孔加工。

圖1是鉆石微孔加工機(jī)裝置結(jié)構(gòu)示意圖2是光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3是鉆石微孔加工機(jī)裝置系統(tǒng)方塊圖。
具體實(shí)施方式
如圖1-圖3所示， 一種應(yīng)用全固態(tài)激光器的鉆石微孔加工機(jī)，特點(diǎn)是，它包括冷卻水箱l、全固態(tài)激光器2、光路形系統(tǒng)3、三維工件位移平臺(tái)4、工控機(jī)5、工件照明裝置6、攝像頭7、光學(xué)導(dǎo)軌8和工件夾頭13。在激光微孔加工機(jī)中將全固態(tài)激光器2與光路系統(tǒng)3相連接置于光學(xué)導(dǎo)軌8上，光路系統(tǒng)3由光柵9，光束準(zhǔn)直鏡10，透鏡組合11，光學(xué)棱鏡12組成。全固態(tài)激光器2發(fā)出的激光束通過(guò)光柵9進(jìn)入光束準(zhǔn)直鏡10，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直與整形，通過(guò)光學(xué)棱鏡12反射，形成垂直光束，然后由組合透鏡11將其聚焦成10Mm直徑的光斑作為加工激光源。攝像頭7置于光學(xué)棱鏡12上方，焦距與加工光源一致，實(shí)施觀測(cè)加工過(guò)程，攝像頭為CCD攝像頭。工件照明裝置6置于組合透鏡11下方外圈，用于加工表面的照明。三維工件位移平臺(tái)4可在X， Y， Z三軸方向獨(dú)立移動(dòng)，工件夾頭13置于Z軸頂端并可以繞Z軸勻速旋轉(zhuǎn)。工控機(jī)5分別和全固態(tài)激光器2和三維高精度工件位移平臺(tái)4，控制協(xié)調(diào)高光束質(zhì)量全固態(tài)激光器2輸出以及三維高精度工件位移平臺(tái)4的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)微孔的加工。
本實(shí)用新型通過(guò)工控機(jī)在windows下進(jìn)行操作，使用專用軟件預(yù)先設(shè)置激光輸出功率，調(diào)制頻率，加工深度，孔徑大小。然后通過(guò)控制板卡驅(qū)動(dòng)高光束質(zhì)量全固態(tài)激光器2和三維高精度工件位移平臺(tái)4工作，加工自動(dòng)完成。
權(quán)利要求1. 一種應(yīng)用全固態(tài)激光器的鉆石微孔加工機(jī)，其特征在于它包括冷卻水箱、全固態(tài)激光器、光路系統(tǒng)、三維工件位移平臺(tái)、工控機(jī)、工件照明裝置、攝像頭、滑動(dòng)導(dǎo)軌和工件夾頭；冷卻水箱與全固態(tài)激光器相連，全固態(tài)激光器與光路系統(tǒng)相連接并置于滑動(dòng)導(dǎo)軌上，所述的光路系統(tǒng)由光柵、光束準(zhǔn)直鏡、組合透鏡、光學(xué)棱鏡組成；由所述的全固態(tài)激光器發(fā)出的激光束通過(guò)光柵進(jìn)入光束準(zhǔn)直鏡，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直與整形，通過(guò)光學(xué)棱鏡反射，形成垂直光束，然后由組合透鏡將其聚焦成8—15μm直徑的光斑作為加工激光源；所述的攝像頭置于光學(xué)棱鏡上方，焦距與加工光源一致；工件照明裝置置于組合透鏡下方外圈，用于加工表面的照明；工件夾頭置于可在X，Y，Z三軸方向獨(dú)立移動(dòng)的三維工件位移平臺(tái)的Z軸頂端并可以繞Z軸勻速旋轉(zhuǎn)工控機(jī)分別和全固態(tài)激光器和三維工件位移平臺(tái)相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種應(yīng)用全固態(tài)激光器的鉆石微孔加工機(jī)，特點(diǎn)是，它包括冷卻水箱、全固態(tài)激光器、光路系統(tǒng)、三維工件位移平臺(tái)、工控機(jī)、工件照明裝置、攝像頭、滑動(dòng)導(dǎo)軌和工件夾頭；冷卻水箱與全固態(tài)激光器相連，全固態(tài)激光器與光路系統(tǒng)相連接并置于滑動(dòng)導(dǎo)軌上，全固態(tài)激光器發(fā)出的激光束通過(guò)光路系統(tǒng)形成垂直光束，由組合透鏡將其聚焦成微米級(jí)光斑作為加工激光源；攝像頭置于光學(xué)棱鏡上方，工件照明裝置置于組合透鏡下方外圈，工件夾頭置于三維工件位移平臺(tái)Z軸頂端，工控機(jī)分別和全固態(tài)激光器和三維工件位移平臺(tái)連接。由全固態(tài)激光器發(fā)出的激光束，經(jīng)整形達(dá)到微米級(jí)的光斑尺寸，配合高精度工件位移平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)鉆石模具上的高質(zhì)量的微孔加工。
文檔編號(hào)B23K26/00GK201295821SQ20082005894
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者朱立汀, 王文銘, 陳益民 申請(qǐng)人:上海市激光技術(shù)研究所