一种激光刻蚀的上下振动辅助装置的制作方法

本实用新型涉及激光刻蚀技术领域，具体为一种激光刻蚀的上下振动辅助装置。

背景技术：

激光刻蚀是先进制造技术中的一个重要发展方向，激光刻蚀能够高速精确切削材料，并且无刀具磨损。

目前，在激光刻蚀加工开始时，激光聚焦在工件表面。但随着激光从工件表面向纵深进行刻蚀，激光与工件的烧蚀点下移，然而激光焦点位置没有改变。即激光烧蚀处离开了焦点位置，激光的光斑直径会加大，导致了刻蚀效率的降低，而且刻蚀精度也受到影响。

为了提高激光刻蚀效率和精度，在激光刻蚀过程中，需要让激光烧蚀处始终处于焦点位置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计一种激光刻蚀的上下振动辅助装置，包括固定于推杆顶端的托板，夹具将工件固定于托板上。凸轮轴与推杆垂直，推杆底端抵于凸轮侧面，弹簧连接推杆与凸轮。电机驱动连接凸轮轴。电机带动凸轮转动，推杆在凸轮和弹簧的顶、拉作用下上下往复运动，使其顶部托板上固定的工件上下有规律的运动，以在激光烧蚀点下移时，工件随之上移，烧蚀点处于激光束聚焦位置。以提高激光刻蚀效率和质量。

本实用新型设计的一种激光刻蚀的上下振动辅助装置，包括激光器与聚焦透镜，固定工件的夹具及工作台，所述工作台为三维工作台。还包括控制中心，控制中心与激光控制器及工作台控制装置连接，控制激光器的工作及工作台沿加工路径的运动。所述工作台上固定支撑箱体，托板固定于竖直的推杆顶端，水平的托板上有将工件固定于托板上的夹具。固定安装凸轮的凸轮轴与推杆垂直，凸轮轴两端可转动地安装于支撑箱体的侧壁上，凸轮电机驱动连接凸轮轴，弹簧套在推杆外，弹簧上端与支撑箱体固定连接，下端固定连接推杆底端，弹簧的张力使推杆底端始终抵于凸轮侧面。凸轮轴有轴套，轴套固定于支撑箱体，位置传感器安装在凸轮轴的轴套上,位置传感器的输出信号接入控制中心。所述控制中心的输出端还连接凸轮电机，控制其运行。

所述凸轮的长径即其最大半径为R₀，短径即其最小半径为R，二者的差ΔR等于激光刻蚀的最大深度h。根据激光加工的深度选择相配合的凸轮。

所述凸轮横截面上的长径R₀和短径R处于同一直径上，凸轮横截面以该直径为左右对称。

所述凸轮电机为伺服电机，以便于调节转速。所述控制中心经伺服驱动器连接伺服电机，控制伺服电机的运转。

为使推杆垂直上下运动，推杆插在竖直的导套内，导套固定于支撑箱体。

所述推杆底端固定底板，以便凸轮更好地与之接触，并且起到固定弹簧的作用，底板的平面与推杆中心线垂直，底板底面与凸轮侧面之间形成油膜，便于润滑，减少二者的摩擦。弹簧下端固定连接于底板。

所述推杆的中心线与凸轮轴的中心线相交垂直，以有助于凸轮作用于推杆。

所述支撑箱体和工作台表面之间有橡胶垫，以减少电机运行和凸轮推杆运动所产生的振动对工作台的影响。

本实用新型设计的一种激光刻蚀的上下振动辅助装置使用时，工件被夹具固定于托板表面，控制中心根据加工要求，控制工作台按设计切削路径移动，调节激光束聚焦于工件表面的切削路径的起始点。

启动凸轮电机，凸轮轴以转速W转动，控制中心根据位置传感器信号确定凸轮短径侧面与推杆底端接触时，控制中心启动激光器，刻蚀加工。

加工过程中凸轮轴保持转速W,且凸轮轴转动前半周的时间t等于激光刻蚀达到最大深度h的时间；即当激光刻蚀达到最大深度h时，凸轮长径侧面与推杆底端接触；当刻蚀深度达到最深时，凸轮的长径侧面与与推杆底端接触，将推杆上顶，抬高托板和其上的工件，使激光的聚焦点处于刻蚀槽的底部。

根据位置传感器信号控制中心确定凸轮长径侧面与推杆底端接触时，控制中心控制电机使凸轮轴加快转动，转速为W₁，凸轮轴后半周转动的时间t₁小于前半周转动的时间t,t₁小于或等于t/3，根据位置传感器信号控制中心确定凸轮短径侧面与推杆底端接触时，即凸轮转动了一周，控制中心控制电机凸轮轴转速恢复为W；

凸轮的转动使其短径侧面与长径侧面轮流与推杆底端接触，推杆在凸轮的上顶和弹簧的下拉作用下，上下往复振动，托板上的工件随着工作台沿切削路径步进，同时上下有规律的振动，激光束在工件上的烧蚀点始终处于激光聚焦位置。

与现有技术相比，本实用新型一种激光刻蚀的上下振动辅助装置的优点为：1、使工件加工表面随着激光烧蚀点的下移而上移，随着激光烧蚀点的返回工件表面、工件上移到初始位置，激光烧蚀点始终处于激光束的焦点位置上，使得烧蚀点的激光光斑直径始终保持相对较小，提高了激光刻蚀的效率，也提高了激光刻蚀的精度；2、工件的振动还有效地加速切槽中激光加工过程中的残渣和碎屑的排出，残渣和碎屑携带大量的热，从而使得加工区热影响减少，重铸层减少，工件加工精度进一步提高。

附图说明

图1为本激光刻蚀的上下振动辅助装置实施例的正视示意图；

图2为图1中弹簧、凸轮和托板的局部放大示意图；

图3为本激光刻蚀的上下振动辅助装置实施例侧视示意图，本图所示为激光刻蚀处位于工件表面；

图4为本激光刻蚀的上下振动辅助装置实施例侧视示意图，本图所示为激光刻蚀处位于工件刻蚀槽底。

标号如图所示：

1、聚焦透镜，2、激光束，3、工件，4、夹具，5、托板，6、推杆，7、弹簧，8、位置传感器，9、电机，10、凸轮轴，11、轴套，12、导套，13、支撑箱体，14、底板，15、凸轮，16、轴承，17、橡胶垫，18、工作台。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型激光刻蚀加工的工件上下振动辅助装置作进一步详细地说明。

本激光刻蚀的上下振动辅助装置实施例如图1所示，包括激光器与聚焦透镜1，固定工件3的夹具4及工作台18，本例工作台18为三维工作台。本例控制中心与激光控制器及工作台控制装置连接。工作台18上固定支撑箱体13，托板5固定于竖直的推杆6顶端，水平的托板5上有将工件3固定于托板5上的夹具4。本例推杆6底端固定底板14，底板14的平面与推杆6中心线垂直。固定安装凸轮15的凸轮轴10与推杆6垂直，凸轮轴10两端经轴承16安装于支撑箱体13的侧壁上，凸轮电机9驱动连接凸轮轴10。弹簧7套在推杆6外，弹簧7上端与支撑箱体13固定连接，下端固定连接推杆6底端的底板14，弹簧7的张力使推杆6底端的底板14始终抵于凸轮15侧面。推杆6的中心线与凸轮轴10的中心线相交垂直。凸轮轴10有轴套11，轴套11固定于支撑箱体13，位置传感器8安装在凸轮轴10的轴套11上，位置传感器8的输出信号接入控制中心。

如图2所示，本例凸轮15的长径R₀和短径R的差ΔR等于激光刻蚀的最大深度h。且凸轮横截面上的长径R₀和短径R处于同一直径上，凸轮15横截面以该直径为左右对称。

本例凸轮电机9为伺服电机，控制中心经伺服驱动器连接伺服电机。

本例推杆6插在竖直的导套12内，二者为动配合，导套12固定于支撑箱体13壁上。

本例支撑箱体13和工作台18表面之间有橡胶垫17。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。