一种利用水导激光异形切割管材的设备及方法与流程

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及的是一种利用水导激光异形切割管材的设备及方法。

背景技术：

随着3c行业的迅速发展，一些构件如触控笔管件、微小管件等的切割需求日益增加，尤其是异形图案的切割。微型管件常用的加工方式有机械切割和光纤激光切割。但是利用机械切割和光纤激光切割时不仅需要二次处理，加工出来的效果也不好，并且微小管件对机械控制要求很高，因此，加工起来较为困难，灵活度较低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用水导激光异形切割管材的设备及方法，旨在解决现有技术中管材进行异形切割较困难、灵活度低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种利用水导激光异形切割管材的设备，其中，包括防水平台；设置在防水平台上，用于夹持待加工管材一端并带动待加工管材旋转的旋转装置；设置在防水平台上，用于顶持待加工管材另一端的顶持装置；以及设置在待加工管材上方，用于发射水束光纤，并将水束光纤作用于待加工管材上的水导激光系统。

所述的利用水导激光异形切割管材的设备，其中，所述旋转装置包括：设置在防水平台上，用于带动待加工管材旋转的旋转驱动源；一端与旋转驱动源相连接，另一端用于固定待加工管材的可调夹头；以及设置在可调夹头外缘的卡盘。

所述的利用水导激光异形切割管材的设备，其中，所述顶持装置包括：设置在防水平台上的导轨；与导轨滑动连接的滑块；一端与滑块连接，另一端用于插入并顶持待加工管材的弹簧顶针；与滑块连接，用于驱动滑块沿导轨滑动的移动驱动源。

所述的利用水导激光异形切割管材的设备，其中，所述滑块通过旋转支撑块及连接轴与弹簧顶针一端相连接。

所述的利用水导激光异形切割管材的设备，其中，所述防水平台内部设置有收容槽，用于收容所述移动驱动源，所述滑块呈“t”型，所述导轨设置有导向槽，所述滑块沿所述导向槽滑动。

所述的利用水导激光异形切割管材的设备，其中，所述移动驱动源通过连接块与滑块下部相连接。

所述的利用水导激光异形切割管材的设备，其中，所述防水平台上设置有导轨固定板，所述导轨设置于导轨固定板上，所述导轨固定板设置有与导向槽相适配的开槽。

所述的利用水导激光异形切割管材的设备，其中，所述水导激光系统包括：用于发射激光的激光器，以及依次设置在激光光路上的扩束镜、激光反射镜、聚焦镜及水导激光射流装置；所述水导激光射流装置用于接收经扩束、反射、聚焦后形成的微细光束，将微细光束耦合进入水束后形成水束光纤，并将水束光纤作用于待加工管材上。

所述的利用水导激光异形切割管材的设备，其中，所述水导激光射流装置包括：环形上盖，与环形上盖盖合的环形下盖，所述环形上盖设置有用于接入水源的水腔入口，所述环形上盖与环形下盖盖合后形成一环形水腔与所述水腔入口相连通，所述环形水腔连通有若干设置于环形下盖内部且垂直于环形水腔的竖直水腔，所述环形水腔与竖直水腔的连通处设置有过滤装置；所述竖直水腔下部设置有呈“凹”型的喷孔托架，所述喷孔托架中央设置有用于将竖直水腔内的水汇聚成水束并将激光耦合进水束中的喷孔元件。

还包括：设置于所述环形下盖中部的玻璃压块，以及位于玻璃压块正下方且与玻璃压块贴合连接的玻璃水口，所述喷孔元件位于所述玻璃水口正下方。

一种利用水导激光异形切割管材的方法，其中，包括：

将待加工管材一端固定在旋转装置上，另一端顶持在顶持装置上；

控制水导激光系统开启，旋转装置在旋转驱动源的带动下旋转待加工管材，控制旋转装置及顶持装置同时沿管材的轴线方向移动或者控制水导激光系统沿管材的轴线方向移动，加工出所需图形；

加工完成后，顶持装置在移动驱动源的带动下向背离旋转装置的方向滑动，管材掉落。

与现有技术相比，本发明提供的一种利用水导激光异形切割管材的设备，包括防水平台；设置在防水平台上，用于夹持待加工管材一端并带动待加工管材旋转的旋转装置；设置在防水平台上，用于顶持待加工管材另一端的顶持装置；以及设置在待加工管材上方，用于发射水束光纤，并将水束光纤作用于待加工管材上的水导激光系统。本发明利用水导激光系统，与旋转装置及顶持装置配合，对管材进行异形切割，提高了精确性，减小了加工难度，提高了加工效率，并且管材不容易变形，灵活度很高。有效地解决了现有技术中管材进行异形切割较困难、灵活度低的问题。

附图说明

图1是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的旋转装置的结构示意图。

图3是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的顶持装置的结构示意图。

图4是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的水导激光射流装置的结构爆炸图。

图5是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的水导激光射流装置的剖视图。

图6是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的水束光纤的放大图。

图7是本发明利用水导激光异形切割管材的方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种利用水导激光异形切割管材的设备及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的结构示意图；图2是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的旋转装置的结构示意图；图3是本发明利用水导激光异形切割管材的设备较佳实施例的顶持装置的结构示意图。

如图1、图2及图3所示，本发明提供了一种利用水导激光异形切割管材的设备，包括：水导激光系统10、旋转装置20、顶持装置30及防水平台40，所述旋转装置20及顶持装置30均固定在防水平台40上。

所述旋转装置20用于夹持待加工管材一端并带动待加工管材旋转；所述顶持装置30用于顶持待加工管材另一端；所述水导激光系统10设置在待加工管材上方，用于发射水束光纤，并将水束光纤作用于待加工管材上。

所述旋转装置20包括：旋转驱动源21、卡盘22及可调夹头23；所述可调夹头23一端用于固定待加工管材50，另一端与旋转驱动源21相连接；所述旋转驱动源21用于带动可调夹头23及待加工管材50旋转；所述卡盘22设置在可调夹头23外缘，用于夹紧可调夹头23。

所述顶持装置30包括：移动驱动源31、导轨32、滑块33及弹簧顶针34；所述移动驱动源31与滑块33相连接，用于驱动滑块33沿导轨32滑动；所述弹簧顶针34第一端用于插入并顶持待加工管材50，所述弹簧顶针34只需轻轻顶住管材50即可，不会对待加工管材50造成损坏，第二端则与滑块33相连接，实现了滑块33带动顶针移动。

需注意的是，附图中的管材50并不属于设备的一部分，附图中示出管材50的结构是为了更加清楚的描述本设备的结构。

所述防水平台40内部设置有收容槽，用于收容所述移动驱动源31。之所以将移动驱动源31设置在防水平台40内部，是为了节约空间。

在本发明较佳实施例中，在设备启动后，所述防水平台40可按照管材50的图形切割需求沿管材50的轴线方向移动，同时旋转装置20及顶持装置30也随之移动，再加上旋转装置20的旋转驱动源21带动待加工管材50进行旋转，就实现了待加工管材50的异形切割，加工出了所需图形。加工完成后，滑块33在移动驱动源31的作用下带动弹簧顶针34远离管材50，同时旋转装置20也松开管材，使得已加工好的管材50可以掉落。另外，当需要将一条长管切割成具有一定长度的短管时，每切割完成一段，顶持装置30带动弹簧顶针34远离管材50，而保持旋转装置20夹持管材，使得切割下来的一段管材50掉落，顶持装置30再次带动弹簧顶针34靠近并顶持住管材50，进行下一次切割，因此顶持装置30实现了长管的多次分切，使得管材50的加工更为灵活，提高了切割效率。

在本发明另一较佳实施例中，在加工管材50时，可控制防水平台40固定不动，而使水导激光系统10按照管材50的图形切割需求沿管材50的轴线方向移动，即，水导激光系统10射出的水束光纤60按照管材50的图形切割需求沿管材50的轴线方向移动。

在本发明较佳实施例中，旋转驱动源21为电机，电机通过旋转驱动源支撑板24固定在防水平台40上。当设备启动时，电机带动待加工管材50进行旋转。

所述顶持装置30中的滑块33呈“t”型，所述导轨32设置有导向槽，这样使得滑块33可沿所述导向槽滑动。

在本发明较佳实施例中，所述移动驱动源31为气缸，通过连接块37与“t”型滑块33下部相连接，实现气缸带动滑块33进行移动。当将待加工管材一端夹持在旋转装置20上后，气缸带动顶持装置30向待加工管材靠近，直至将弹簧顶针34插入并顶持住待加工管材另一端。加工完成后，气缸带动顶持装置30远离管材，直至弹簧顶针34脱离管材另一端。

在本发明较佳实施例中，所述滑块33通过旋转支撑块35及连接轴36与弹簧顶针34第二端相连接，具体的，所述弹簧顶针34固定连接于连接轴36，所述连接轴36连接在旋转支撑块35上，旋转支撑块35可使连接轴36及弹簧顶针34随着管材50的旋转而旋转。之所以设置旋转支撑块35，是由于设备在工作时，管材50随着一端的旋转装置20而旋转，另一端也会随之旋转，其中的旋转支撑块35使得弹簧顶针34能够随着管材50一起旋转，而不会使两端控制管材50的力量不同，对管材50造成损坏。

在本发明较佳实施例中，所述防水平台40上设置有导轨固定板38，所述导轨32设置于导轨固定板38上，所述导轨固定板38设置有与导向槽相适配的开槽。导轨固定板38用于将导轨32固定在防水平台40上，使得导轨32上的滑块33能够随着防水平台40一起移动。

所述水导激光系统10包括：用于发射激光的激光器11，以及依次设置在激光光路上的扩束镜12、激光反射镜14、聚焦镜15及水导激光射流装置16；所述水导激光射流装置16用于接收经扩束、反射、聚焦后形成的微细光束，将微细光束耦合进入水束后形成水束光纤60，并将水束光纤60作用于待加工管材50上。

所述激光器11发射的激光可为紫外纳秒激光或者绿光纳秒激光；所述扩束镜12用于改变激光光束直径和发散角；所述激光反射镜14为可见光透射激光反射镜14，优选地，激光射入所述可见光透射激光反射镜14的入射角度为45度。所述聚焦镜15将反射来的激光聚焦成微细光束。

所述水导激光系统10还包括：设置在激光反射镜14上方，并与反射后的激光光路处于同一直线的ccd相机13。ccd是电荷耦合器件(chargecoupleddevice)的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的ccd相机13元件，以其构成的ccd相机13具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击的特性。

本发明的水导激光系统10具有以下优点：（1）常规激光管材50切割是利用激光直接作用于材料表面进行切割，对夹持装置、平台的机械精度要求非常高，本发明采用水导激光系统10对管材50进行切割，由于水导激光具有长的无需调焦加工范围，使得定位精度和机械精度的偏差不再影响加工效果；（2）高速的水流可以带走热量，激光对管材50的热作用几乎仅局限在水导激光喷嘴直径范围内，对材料的热影响非常小，极大降低了常规激光对薄壁管材50切割时产生的热变形，保证了加工质量；（3）高速的水流可冲走熔渣、毛刺、污染物，使切割口光滑美观；（4）高速的水流和长的无需调焦范围，使切割后的断面无锥度。

在本发明较佳实施例中，如图4及图5所示，所述水导激光射流装置16包括：环形上盖71，与环形上盖71盖合的环形下盖72，所述环形下盖呈“t”型，所述环形上盖71设置有用于接入水源的水腔入口73，所述环形上盖71与环形下盖72盖合后形成一环形水腔74，所述环形水腔74与所述水腔入口73相连通，所述环形水腔74连通有若干垂直于环形水腔74的竖直水腔75，竖直水腔75设置于环形下盖72内部。所述环形水腔74与竖直水腔75的连通处设置有过滤装置76；所述竖直水腔75下部设置有喷孔托架80，所述喷孔托架80呈“凹”型，所述喷孔托架80中央设置有喷孔元件79，用于将竖直水腔75内的水汇聚成水束并将激光耦合进水束中。喷孔托架80与环形下盖72底部形成一容纳空间，用于容纳竖直水腔75流出的水并汇聚至喷孔元件79，同时，由水导激光系统10发射的激光50经由环形上盖71、环形下盖72的中空部分进入喷孔元件79，形成水束光纤。

在本发明较佳实施例中，接入的水源可以为自来水，也可以为蒸馏水。

如图5所示，所述水导激光射流装置16还包括：设置于所述环形下盖72中部的玻璃压块77，以及位于玻璃压块77正下方且与玻璃压块77贴合连接的玻璃水口78，所述喷孔元件79位于所述玻璃水口78正下方。两者之间的空隙是为了留出空间使得来自竖直水腔75的水进入喷孔元件79。所述玻璃压块77纵截面呈“t”型，处于环形下盖72中部，并且其外壁紧紧贴合于环形下盖72的内壁。玻璃压块77内壁纵截面呈“v”型，以便于激光50射入，所述玻璃水口78是圆柱体，与玻璃压块77下部紧紧贴合。玻璃压块77的设置使得水导激光射流装置16具有良好的抗压性，以适应高速的射流。

在本发明较佳实施例中，所述喷孔元件79上面还设置有喷嘴片（即喷嘴片在喷孔元件79与玻璃压块77之间，图中未示出），所述喷嘴片中央设置有一直径较小的圆孔，孔径为30um-100um。当水导激光射流装置16工作时，水源从环形上盖71的水腔入口73进入，依次经过环形水腔74、竖直水腔75、喷嘴片中央的圆孔、喷孔托架80中央的喷孔元件79。同时，激光从环形上盖71的中央射入，所述激光依次经过玻璃压块77中部、玻璃水口78、喷嘴片中央的圆孔，并在圆孔处将激光耦合进水束中，再通过喷孔元件79，形成水束光纤60。

也就是说，水导激光射流装置16上方承载耦合激光，下端承载水束光纤60，将激光耦合进直径很小（30-100um）的水束中，水束作为一种水束光纤60使激光以一种全反射的形式在其中传播并传送至管材50表面，使管材50仅在水束直径范围内烧蚀切割。

所述水导激光射流装置16具有以下优点：（1）良好的抗压性，以适应高速的射流；（2）良好的耐蚀性，以适应水介质；（3）水腔中激光经过的水层厚度小，以降低激光的能量损失。图6为水束光纤60的放大图，微射水流相当于导体，激光在水流内壁不断反射形成水束光纤60。

如图7所示，本发明还提供一种利用水导激光异形切割管材的方法，所述方法包括：

s100、将待加工管材一端固定在旋转装置上，另一端顶持在顶持装置上；

s200、控制水导激光系统开启，旋转装置在旋转驱动源的带动下旋转待加工管材，控制旋转装置及顶持装置同时沿管材的轴线方向移动或者控制水导激光系统沿管材的轴线方向移动，加工出所需图形；

s300、加工完成后，顶持装置在移动驱动源的带动下向背离旋转装置的方向滑动，管材掉落。

也就是说，加工时有多种实现方式，一种方式是控制旋转装置及顶持装置同时沿管材的轴线方向移动，可以是沿管材的轴线方向移动整个防水平台，配合被旋转装置带动旋转的待加工管材，加工出所需图形。另一种方式是控制旋转装置及顶持装置固定不移动，即控制防水平台不移动，而使水导激光系统沿管材的轴线方向移动，配合被旋转装置带动旋转的待加工管材，加工出所需图形。

在加工时，在软件中绘制出所需图形，通过软件系统和ccd系统将加工图形定位到管材表面，水导激光系统进行切割。切割过程中，水射流不断冲刷切割部位，带走多余热量，减小热作用使材料产生的变形，减少熔渣、毛刺；水导激光的长加工范围（约为喷嘴直径的1000倍），使得定位精度和机械精度的偏差不再影响加工效果，切割面均匀无锥度，光滑平整。

综上所述，本发明提供的一种利用水导激光异形切割管材的设备及方法，包括防水平台；设置在防水平台上，用于夹持待加工管材一端并带动待加工管材旋转的旋转装置；设置在防水平台上，用于顶持待加工管材另一端的顶持装置；以及设置在待加工管材上方，用于发射水束光纤，并将水束光纤作用于待加工管材上的水导激光系统。本发明利用水导激光系统，与旋转装置及顶持装置配合，对管材进行异形切割，提高了精确性，减小了加工难度，提高了加工效率，并且管材不容易变形，灵活度很高。有效地解决了现有技术中管材进行异形切割较困难、灵活度低的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。