專利名稱：一種用于管狀工件內(nèi)壁激光處理的加工裝置的制作方法
技 術(shù)領域本發(fā)明涉及一種激光表面加工裝置，它特別適合于長管狀工件內(nèi)壁的激光硬化處理。
背景技術(shù)：
管狀工件的內(nèi)壁硬化處理一直是工程界廣泛關注的課題。盡管傳統(tǒng)的硬化方法能夠?qū)崿F(xiàn)管狀工件內(nèi)壁的硬化處理，但復雜的工藝和昂貴的設備費用阻礙了其在工業(yè)中的應用。而隨著激光技術(shù)發(fā)展起來的激光表面硬化處理方法有其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，不但處理工藝簡單、自動化程度高，而且可以獲得很高的表面硬度。中國專利文獻“用于管狀工件內(nèi)表面激光強化的加工裝置”(公告號為CN2581461Y，公告日為2003年10月22日)公開了一種對管狀工件內(nèi)表面激光強化的加工裝置，該裝置包括激光器、專用加工裝置、導光筒及其定位固定支架，加工時將激光束用導光筒引入工件內(nèi)對內(nèi)壁實現(xiàn)硬化處理。然而，該裝置存在以下一些缺點1、工件的裝卸不方便，效率較低。該文獻中，專用加工裝置和由前后兩個固定支架支撐的導光筒均各自構(gòu)成“龍門”式結(jié)構(gòu)，而且導光筒是貫穿于整個管狀零件之中的。因此，在每次安裝和拆卸工件時，都必須重復地將導光筒從其固定支架拆下并從加工工件內(nèi)孔中取出。同時，在每次激光處理工件前都要需要將導光筒重新固定并調(diào)整到工件的軸心，從而降低了加工的工作效率。2、激光能量的額外損失大。該裝置設有管狀工件的冷卻水管，在加工時采用冷卻水對管狀工件外壁進行冷卻，并在導光筒中通以惰性保護氣流。由于水的蒸發(fā)和保護氣流會帶走大量熱量，從而降低了激光能量的利用率和硬化處理效果。3、加工工件的工作環(huán)境差。在加工過程中，冷卻工件外壁的水在蒸發(fā)時會產(chǎn)生大量的水蒸汽，同時惰性保護氣流會從管狀工件中帶出大量加工粉塵，由于沒有有效的回收工具，這兩種加工產(chǎn)物使加工環(huán)境的質(zhì)量變得很差。同時，工件外壁的冷卻水會造成工件和加工設備的銹蝕，影響設備的長期穩(wěn)定工作。
由此可以看出，雖然長筒件內(nèi)表面的激光強化處理在處理技術(shù)上已經(jīng)不存在任何問題，但目前的激光處理設備的工作效率低是其工業(yè)化應用的巨大障礙。因而，如何通過對加工設備的技術(shù)改造，提高激光處理工件的效率是非常關鍵的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有設備的不足，提供一種用于管狀工件內(nèi)壁激光處理的加工裝置，在可達到或超過現(xiàn)有技術(shù)的處理效果的同時，該加工裝置不僅具有工件裝卸方便，效率高的特點，而且具有激光能量利用率高，加工工作環(huán)境較好的優(yōu)點。
本發(fā)明提供的一種用于管狀工件內(nèi)壁激光處理的加工裝置，包括激光器、光學鏡筒、工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置和活動工作臺，其特征在于該加工裝置還包括抽氣管，光學鏡筒固定在激光器的光腔的出光口，定位夾具位于工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置的二端，二者均位于活動工作臺的臺面上；工作時，管狀工件固定在工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置上，并由定位夾具定位，光學鏡筒的一端伸入管狀工件內(nèi)，與抽氣裝置相連的抽氣管亦伸入管狀工件內(nèi)。
上述活動工作臺的臺面上可設有并列的二套定位夾具和二套工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果1、本發(fā)明將光學鏡筒直接固定在激光器的光腔出口處，構(gòu)成“懸臂“式結(jié)構(gòu)，當光學鏡筒與工件的軸心度一經(jīng)調(diào)試合格后，在后續(xù)的工件裝卸和加工過程中都不需要再對鏡筒作任何的調(diào)整，解決了現(xiàn)有“龍門”式導光筒設計所帶來的裝卸工件不便和效率較低的問題。
2、本發(fā)明獨特的抽氣設計吸收了加工時出現(xiàn)的粉塵，既解決了激光加工時飛濺物對反射鏡的污染和損傷，也保護了工作環(huán)境。
3、本發(fā)明不需要任何的對管狀工件的冷卻措施，也不需要內(nèi)通任何氣體冷卻和保護工作鏡頭，提高了激光能量的利用率，降低了加工成本，同時不會導致鏡片的損傷和工件的高溫變形。
采用本發(fā)明的改進方案--雙工作位設計，即工作臺面平行排列兩套工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置和定位夾具。當激光處理一個工件的同時，則在另一套工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置上進行下一個工件的裝夾，并如此循環(huán)，進一步提高了加工效率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置的一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的光學鏡筒的一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為雙工作位加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本發(fā)明主要包括激光器12、X-Y平面數(shù)控機床5、定位夾具6、工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9和光學鏡筒10。光學鏡筒10固定在激光器12的光腔11的出光口，構(gòu)成“懸臂“式結(jié)構(gòu)。定位夾具6和工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9位于X-Y平面數(shù)控機床5的臺面上，管狀工件8固定在工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9中。光學鏡筒10的一端插入管狀工件8中。抽氣管4的一端與抽氣裝置3相連，另一端伸入管狀工件8中。
如圖2所示，夾持旋轉(zhuǎn)裝置9由左、右二個卡盤2-1、2-1′、步進電機2-2，變速機構(gòu)2-3和手柄2-4構(gòu)成。二個卡盤2-1、2-1′單獨進行夾緊和松開動作，并能夠在數(shù)控系統(tǒng)的控制下隨步進電機2-2一同旋轉(zhuǎn)。當步進電機2-2不工作時，旋轉(zhuǎn)手柄2-4可以帶動左、右二個卡盤2-1、2-1′同時轉(zhuǎn)動，從而在裝夾工件時方便裝夾。
定位夾具6由位于工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9兩側(cè)的二個翻蓋式鉸鏈結(jié)構(gòu)的夾具構(gòu)成，它既能起快速定位作用，又能保證管狀工件軸心與工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9的卡盤的軸心一致。具體舉例說明如下采用翻蓋式鉸鏈結(jié)構(gòu)設計，兩端的定位夾具安裝在X-Y平面數(shù)控機床上的燕尾槽中，可沿燕尾槽自由滑動。
如圖3所示，光學鏡筒10內(nèi)設聚焦鏡1-4，在聚焦鏡1-4的焦點處設反射鏡1-2，光學鏡筒10的壁上設反射光出光孔1-3。反射鏡1-2為一個整體的45°銅鏡，其背部為中空腔，構(gòu)成冷卻水腔1-1。冷卻水管2的一端與冷卻水腔1-1可插拔式相連，另一端與冷卻水機組1相連。為操作方便，通常將冷卻水管2與抽氣管4固定在一起。
裝夾管狀工件8時，管狀工件8穿入工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9中，由定位夾具6上的壓蓋7夾緊管狀工件8的兩端，使管狀工件8的軸心與光學鏡筒10的軸心重合，并由工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9上的卡盤固定工件。反射鏡冷卻水管2從激光入射反方向穿入管狀工件8中與光學鏡筒10相連，與反射鏡冷卻水管2固定在一起的抽氣管4也一起穿入管狀工件8中。
激光加工時，數(shù)控系統(tǒng)控制工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9帶動管狀工件8旋轉(zhuǎn)，同時X-Y平面數(shù)控機床5沿管狀工件8的徑向作直線運動，且直線運動的方向為激光入射反方向，從而在工件內(nèi)壁產(chǎn)生螺旋面掃描。
為進一步提高加工效率，可采用如圖4所示的雙工作位的加工裝置。在激光處理工件的同時，利用機床臺面上的另一套工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9′安裝新的管狀工件8′。
激光處理完成時，在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置9停止轉(zhuǎn)動，數(shù)控機床5帶動管狀工件8沿徑向作反向直線運動，使光學鏡筒10完全從管狀工件8中退出。此時，機床5停止運動，將反射鏡冷卻水管2與光學鏡筒10脫開，并將反射鏡冷卻水管2和抽氣管4從管狀工件8中退出。利用數(shù)控系統(tǒng)控制機床5作Y向運動，使光學鏡筒10到達另一套夾持旋轉(zhuǎn)裝置9′所固定的管狀工件8的軸心線位置，此時將反射鏡冷卻水管2和抽氣管4穿入管狀工件8中，并將反射鏡冷卻水管2與光學鏡筒10重新連接，開始新的激光加工。在激光處理的同時，取下剛才加工完成的工件，并安裝新的工件，準備下一個循環(huán)。
本發(fā)明可實現(xiàn)長、細零件內(nèi)壁的一次性激光熱處理，并能實現(xiàn)工件的快速批量加工。所處理的工件，依據(jù)所采用的材料和原始組織狀態(tài)的不同，其表面淬硬層深度在0.05～1.0mm之間，硬度比原始狀態(tài)提高300～600Hv，耐磨損能力提高2～3倍。與目前同類技術(shù)相比，本發(fā)明加工效率可提高3-8倍。
本發(fā)明的具體實施方式
并不局限于上述舉例的一種，本發(fā)明的關鍵在于采用“懸臂“式結(jié)構(gòu)的光學鏡筒及對管狀工件內(nèi)進行抽氣，至于定位夾具、工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置和光學鏡筒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)本領域技術(shù)人員可以采用多種方式加以具體實現(xiàn)，上面只是列舉了一種最佳的實現(xiàn)方式。
權(quán)利要求
1.一種用于管狀工件內(nèi)壁激光處理的加工裝置，包括激光器、光學鏡筒、工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置和活動工作臺，其特征在于該加工裝置還包括抽氣管(4)，光學鏡筒(10)固定在激光器(12)的光腔(11)的出光口，定位夾具(6)位于工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置(9)的二端，二者均位于活動工作臺的臺面上；工作時，管狀工件(8)固定在工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置(9)上，并由定位夾具(6)定位，光學鏡筒(10)的一端伸入管狀工件(8)內(nèi)，與抽氣裝置相連的抽氣管(4)亦伸入管狀工件(8)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工裝置，其特征在于定位夾具(6)由二個翻蓋式鉸鏈結(jié)構(gòu)的夾具組成，安裝在作為活動工作臺的機床(5)的燕尾槽中，可沿燕尾槽滑動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工裝置，其特征在于夾持旋轉(zhuǎn)裝置(9)包括電機(2-2)、變速機構(gòu)(2-3)和位于變速機構(gòu)兩側(cè)的左、右二個卡盤(2-1、2-1‘)，卡盤(2-1、2-1‘)由步進電機(2-2)通過變速機構(gòu)(2-3)帶動旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工裝置，其特征在于所述活動工作臺的臺面上設有并列的二套定位夾具(6、6‘)和二套工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置(9、9‘)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加工裝置，其特征在于所述活動工作臺的臺面上設有并列的二套定位夾具(6、6‘)和二套工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置(9、9‘)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加工裝置，其特征在于光學鏡筒(10)內(nèi)設聚焦鏡(1-4)，在聚焦鏡(1-4)的焦點處設反射鏡(1-2)，光學鏡筒(10)的壁上設反射光出光孔(1-3)，反射鏡(1-2)為一個整體的45°銅鏡，其背部為中空腔，構(gòu)成冷卻水腔(1-1)，冷卻水管(2)與冷卻水腔(1-1)可插拔式相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加工裝置，其特征在于光學鏡筒(10)內(nèi)設聚焦鏡(1-4)，在聚焦鏡(1-4)的焦點處設反射鏡(1-2)，光學鏡筒(10)的壁上設反射光出光孔(1-3)，反射鏡(1-2)為一個整體的45°銅鏡，其背部為中空腔，構(gòu)成冷卻水腔(1-1)，冷卻水管(2)與冷卻水腔(1-1)可插拔式相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加工裝置，其特征在于冷卻水管(2)與抽氣管(4)固定在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于管狀工件內(nèi)壁激光處理的加工裝置，其光學鏡筒固定在激光器的出光口，定位夾具位于工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置的二端，二者位于工作臺臺面上；工作時，管狀工件固定在工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置上，并由定位夾具定位，光學鏡筒和抽氣管伸入管狀工件內(nèi)。本發(fā)明可設有并列的二套定位夾具和二套工件夾持旋轉(zhuǎn)裝置。本發(fā)明采用“懸臂“式光學鏡筒，解決了“龍門”式導光筒所帶來的裝卸不便和效率較低的問題。采用獨特的抽氣設計吸收加工粉塵，既解決了飛濺物對反射鏡的污染和損傷，也保護了工作環(huán)境。本發(fā)明不需要對工件的冷卻措施，也不需要通氣體冷卻和保護工作鏡頭，提高了激光能量利用率，降低了加工成本，避免了鏡片的損傷和工件的高溫變形。
文檔編號C21D1/09GK1563436SQ20041001306
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者曾曉雁, 胡乾午, 王澤敏 申請人:華中科技大學