一种脆硬难加工曲面工件激光双面精雕装置及方法

1.本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种脆硬难加工曲面工件激光双面精雕装置及方法
。


背景技术：

2.玉器
、
翡翠
、
陶瓷和琉璃等日常工艺品的轮廓形状多为曲面，这些工艺品曲面上通常需要雕刻不同形状的图案
。
上述工艺品的常用加工方法为手工雕刻和机加工雕刻
。
然而，上述工艺品属于脆硬难加工材料，传统的手工雕刻和机加工雕刻难以满足这些特殊工艺品高质量高效率高精度的加工需求
。
手工雕刻费时费力，精度低，成本高，适于单件
、
尺寸小的工艺品加工
。
机加工雕刻加工效率和精度较高，但对形状尺寸改变的脆硬曲面工件装夹比较困难，装夹和加工过程中容易导致工件崩碎或开裂
。
而且，手工雕刻和机加工雕刻属于接触式加工，废品率高
。
3.玉器
、
翡翠
、
陶瓷和琉璃等工艺品多为镂空旋转加工或双面对称加工，加工图案多为不规则图形，加工轨迹多为曲线
。
针对上述脆硬难加工曲面工件表面图案加工遇到的难题，有必要设计一种新的无接触式激光雕刻装置及方法对形状尺寸不规则的脆硬难加工曲面工件进行便捷无损装夹与高效高质量旋转精密雕刻
。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种脆硬难加工曲面工件激光双面精雕装置及方法
。
该装置通过设计出夹固旋转单元，利用夹固旋转单元的上部紧固部分
、
下部夹固部分及底部驱动部分，实现对脆硬难加工曲面工件的夹紧
、
固定
、
支撑与旋转驱动，解决了脆硬难加工曲面工件激光精雕过程中遇到的装夹与旋转加工难题
。
此外，主副激光头均内置同轴光纤位移传感器并结合计算机操控单元实现对工件曲面的实时激光聚焦，并通过独立操控的主副激光头对工件两侧进行激光精雕，从而实现脆硬难加工曲面工件的无接触高质量高效精雕加工
。
5.本发明是通过以下技术手段实现技术目的的
。
6.一种脆硬难加工曲面工件激光双面精雕装置包括主激光器
、
主激光头
、
夹固旋转单元
、
副激光器
、
副激光头
、
计算机操控单元
、
精密滑移单元和底座平台
。
7.所述夹固旋转单元分为上部紧固部分
、
下部夹固部分及底部驱动部分，实现对脆硬难加工曲面工件的夹紧
、
固定
、
支撑与旋转驱动，解决了脆硬难加工曲面工件激光精雕过程中遇到的装夹与旋转加工难题
。
8.所述夹固旋转单元的上部紧固部分包括z向导向杆
、
上牛筋防滑层
、
圆形滑轨
、
弧形滑块
、
橡胶套管
、
弧形紧固板和伸缩紧固杆；所述圆形滑轨通过橡胶套管与z向导向杆之间的防滑配合实现圆形滑轨的z向调位与定位；所述四个伸缩紧固杆根部均通过相应弧形滑块与圆形滑轨相配合实现旋转滑动，每个伸缩紧固杆的端部与相应弧形紧固板通过螺栓结构相连接且两者可以相对转动；所述弧形紧固板上设置有上牛筋防滑层，用于紧固脆硬
难加工曲面工件的上部
。
9.所述夹固旋转单元的下部夹固部分包括下牛筋防滑层
、
弧形夹固板
、
水平夹固杆
、
竖直伸缩杆；所述四个竖直伸缩杆的根部安装于旋转平台上，每个竖直伸缩杆的顶部与相应水平夹固杆的根部相连接；所述每个水平夹固杆的端部与相应的弧形夹固板通过螺栓结构相连接且两者可以相对转动；所述弧形夹固板上设置有下牛筋防滑层，用于夹固脆硬难加工曲面工件的下部
。
10.所述夹固旋转单元的底部驱动部分包括滚动体支撑圈
、
旋转驱动轴
、
齿轮
、
旋转平台
、
滚动体
、
轴瓦；所述旋转平台下表面与底座平台相应位置的上表面均设有弧形滚道，确保滚动体支撑圈中的滚动体在上下两弧形滚道之间沿滚道滚动；所述旋转平台的外边缘与底座平台之间设置有间隙，确保旋转平台在旋转过程中与底座平台无接触
。
11.所述计算机操控单元与主激光器
、
主激光头
、
副激光器
、
副激光头及精密滑移单元相连，用于设置激光雕刻参数和雕刻轨迹，并操控精密滑移单元和主激光头
、
副激光头精密滑移；所述主激光器
、
副激光器和主激光头
、
副激光头对旋转工件进行精密雕刻均由计算机操控单元操控
。
12.所述主激光头
、
副激光头均内置同轴光纤位移传感器并结合计算机操控单元实现对工件曲面的实时激光聚焦；所述主激光头和副激光头可独立操控，实现对脆硬难加工曲面工件两侧同时或单独进行激光精雕，从而实现脆硬难加工曲面工件的无接触高质量高效精雕加工
。
13.进一步，所述滚动体支撑圈和滚动体的材料选用轴承钢，所述旋转平台的材料选用不锈钢，所述齿轮的材料选用
40cr
合金结构钢
。
14.进一步，所述旋转驱动轴的材料选用
45
碳素结构钢，通过焊接固连于旋转平台下表面的中心位置
。
15.进一步，所述旋转平台上设有注油孔，保证滚动体和旋转驱动轴能够在良好的润滑条件下工作
。
16.进一步，所述旋转驱动轴通过轴瓦和底座平台配合联接，承载轴向力，大幅减小滚动体承受的轴向载荷，确保旋转驱动轴
、
齿轮和旋转平台的同轴平稳旋转
。
17.进一步，所述滚动体支撑圈将滚动体均匀隔开分布，避免了相邻滚动体之间的碰撞与摩擦，优化载荷分布，确保旋转平台平稳旋转
。
18.本发明的有益效果：
19.1.
本发明通过设计出夹固旋转单元，利用夹固旋转单元上部紧固部分
、
下部夹固部分及底部驱动部分，实现了对脆硬难加工曲面工件的夹紧
、
固定
、
支撑与旋转驱动，解决了脆硬难加工曲面工件激光精雕过程中遇到的装夹与旋转加工难题
。
20.2.
本发明通过主副激光头均内置同轴光纤位移传感器并结合计算机操控单元实现了对工件曲面的实时激光聚焦，通过独立操控的主副激光头对工件两侧进行激光精雕，实现了脆硬难加工曲面工件的无接触高质量高效精雕加工
。
附图说明
21.图1为本发明所述的一种脆硬难加工曲面工件激光双面精雕装置结构示意图
。
22.图2为本发明所述的夹固旋转单元的整体结构示意图
。
23.图3为本发明所述的夹固旋转单元上部紧固部分的结构示意图
。
24.图4为本发明所述的夹固旋转单元下部夹固部分的结构示意图
。
25.图5为本发明所述的夹固旋转单元底部驱动部分的纵剖结构示意图
。
26.图中：
1-主激光器
、2-主激光头
、3-夹固旋转单元
、3-1-上牛筋防滑层
、3-2-圆形滑轨
、3-3-橡胶套管
、3-4
‑ꢀz向导向杆
、3-5-弧形滑块
、3-6-弧形紧固板
、3-7-伸缩紧固杆
、3-8-下牛筋防滑层
、3-9-弧形夹固板
、3-10-水平夹固杆
、3-11-竖直伸缩杆
、3-12-旋转平台
、3-13-滚动体
、3-14-轴瓦
、3-15-滚动体支撑圈
、3-16-齿轮
、3-17-旋转驱动轴
、4-副激光头
、5-副激光器
、6-计算机操控单元
、7-底座平台
、8-精密滑移单元
、9-脆硬难加工曲面工件
。
具体实施方式
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“对称”、“右”、“左”、“上”、“下”、“轴向”、“左下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位
、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制
。
此外，术语“主”、“副”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量
。
由此，限定有“主”、“副”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征
。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定
。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“联接”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是电连接，也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通
。
对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义
。
29.下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此
。
30.如图1所示，本发明所述的一种脆硬难加工曲面工件激光双面精雕装置，包括主激光器
1、
主激光头
2、
夹固旋转单元
3、
副激光头
4、
副激光器
5、
计算机操控单元
6、
底座平台
7、
精密滑移单元
8。
所述夹固旋转单元3置于底座平台7上方，用于夹紧并固定脆硬难加工曲面工件9，并根据雕刻需求可驱动脆硬难加工曲面工件9旋转；所述主激光器1与副激光器5位于底座平台7左右两侧，呈对称分布；所述主激光头2与副激光头4均置于精密滑移单元8上，可实现z向精密移位，主激光头2与副激光头4均内置同轴光纤位移传感器并结合计算机操控单元6实现对工件曲面的实时激光聚焦；所述计算机操控单元6与主激光器
1、
主激光头
2、
副激光头
4、
副激光器5及精密滑移单元8相连，用于设置激光雕刻参数
、
操控精密滑移单元8和主激光头
2、
副激光头4精密滑移，并操控主激光器
1、
副激光器5和主激光头
2、
副激光头4对旋转工件进行精密雕刻
。
31.如图2所示，本发明所述夹固旋转单元3的整体结构，所述夹固旋转单元3包括上部紧固部分
、
下部夹固部分和底部驱动部分，用于脆硬难加工曲面工件9的夹紧
、
固定
、
支撑和旋转驱动
。
32.如图3所示，本发明所述夹固旋转单元3上部紧固部分的结构，包括上牛筋防滑层
3-1、
圆形滑轨
3-2、
橡胶套管
3-3、z
向导向杆
3-4、
弧形滑块
3-5、
弧形紧固板
3-6、
伸缩紧固杆
3-7
；所述弧形紧固板
3-6
上设置有上牛筋防滑层
3-1
用于紧固脆硬难加工曲面工件9的上部；所述圆形滑轨
3-2
通过橡胶套管
3-3
与z向导向杆
3-4
相联接，用于实现圆形滑轨
3-2
的z向调位与定位；所述四个伸缩紧固杆
3-7
的根部均通过相应弧形滑块
3-5
与圆形滑轨
3-2
相配合实现旋转滑动，每个伸缩紧固杆
3-7
的端部与相应弧形紧固板
3-6
通过螺栓结构相连接且两者可以相对转动
。
33.如图4所示，本发明所述夹固旋转单元3下部夹固部分的结构，包括下牛筋防滑层
3-8、
弧形夹固板
3-9、
水平夹固杆
3-10、
竖直伸缩杆
3-11
；所述四个竖直伸缩杆
3-11
的根部安装于旋转平台
3-12
上，每个竖直伸缩杆
3-11
的顶部与相应水平夹固杆
3-10
的根部相连接，每个水平夹固杆
3-10
的端部与相应弧形夹固板
3-9
通过螺栓结构相连接且两者可以相对转动；所述弧形夹固板
3-9
上设置有下牛筋防滑层
3-8
用于夹固脆硬难加工曲面工件9的下部
。
34.如图5所示，本发明所述夹固旋转单元3底部驱动部分的纵剖结构，包括旋转平台
3-12、
滚动体
3-13、
轴瓦
3-14、
滚动体支撑圈
3-15、
齿轮
3-16、
旋转驱动轴
3-17
；所述旋转平台
3-12
的材料选用不锈钢；所述滚动体支撑圈
3-15
和滚动体
3-13
的材料均选用轴承钢；所述旋转驱动轴
3-17
与旋转平台
3-12
的下表面中心位置通过焊接的方式固连，且旋转驱动轴
3-17、
旋转平台
3-12
与齿轮
3-16
始终保持同轴旋转，旋转驱动轴
3-17
的材料选用
45
碳素结构钢，齿轮的材料选用
40cr
合金结构钢；所述旋转平台
3-12
下表面与底座平台7相应位置的上表面均设有弧形滚道，确保滚动体支撑圈
3-15
中的滚动体
3-13
在上下两弧形滚道之间沿滚道滚动；所述滚动体支撑圈
3-15
将滚动体
3-13
均匀隔开分布，避免了相邻滚动体
3-13
之间的碰撞与摩擦，优化了载荷分布；所述旋转平台
3-12
的外边缘与底座平台7之间设置有间隙，确保旋转平台
3-12
在旋转过程中与底座平台7无接触；所述底座平台7与旋转驱动轴
3-17
通过轴瓦
3-14
配合联接，确保旋转驱动轴
3-17、
齿轮
3-16
和旋转平台
3-12
的同轴平稳旋转；所述旋转平台
3-12
上设有注油孔，保证滚动体
3-13
和轴瓦
3-14
能够在良好的润滑作用下工作，降低了滚动体
3-13
和轴瓦
3-14
的热损
。
35.一种脆硬难加工曲面工件激光双面精雕装置，使用的方法包括以下步骤：
36.步骤一：将待雕刻的脆硬难加工曲面工件9放置于旋转平台
3-12
的中心位置，调节水平夹固杆
3-10、
竖直伸缩杆
3-11
和弧形夹固板
3-9
夹紧并固定脆硬难加工曲面工件9的下部；调节圆形滑轨
3-2
高度至合适位置；调节伸缩紧固杆
3-7
和弧形紧固板
3-6
夹紧并固定脆硬难加工曲面工件9的上部；
37.步骤二：通过计算机操控单元6设置主激光头2和副激光头4的雕刻路径及参数，并操控精密滑移单元
8、
主激光头2和副激光头4精密移位至待雕刻位置；
38.步骤三：启动主激光器1和副激光器5，通过计算机操控单元6操控精密滑移单元8对雕刻起始位置进行激光聚焦；根据脆硬难加工曲面工件9的实际雕刻需求，在激光雕刻过程中通过步进电机实时调控齿轮
3-16、
旋转驱动轴
3-17
和旋转平台
3-12
对脆硬难加工曲面工件9进行驱动或旋停，并对旋转平台
3-12
的转速进行调控；通过主激光头2和副激光头4的内置同轴光纤位移传感器并结合计算机操控单元6对脆硬难加工曲面工件9雕刻轨迹的不同位置进行实时激光聚焦；利用独立操控的主激光头2和副激光头4对脆硬难加工曲面工件9的两侧进行激光精密雕刻；
39.步骤四：激光雕刻结束后，关闭主激光器
1、
副激光器5，关停夹固旋转单元3，取下
脆硬难加工曲面工件9，将精密滑移单元8恢复至起始位置，完成激光雕刻加工
。
40.所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进
、
替换或变型均属于本发明的保护范围
。