一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于模具设计制造及表面处理领域，涉及一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展进步，产品的多样性也越来越多，对各种各样的模具的需求也极为迫切，而模具质量的好坏直接决定了产品的性能，传统的挤压模具，由于受温热载荷、交变应力和摩擦磨损的影响，使用寿命都比较低，然而使用高性能材料制造模具又会使成本提高10-15倍，为了降低成本提高性能，对模具表面进行强化是非常有必要的。
[0003]模具在工作过程中各工作区域的工作状况不同，在模具薄弱且受力较大的区域容易磨损和出现萌生裂纹，对此部分应重点强化，对一些不重要的工作区域进行选择性的强化处理，这种针对不同区域进行分区强化的效果提高了强化效率。
[0004]传统的模具表面强化技术已经不能适应对模具使用性能越来越高的要求，采用激光冲击新型表面改性技术可以很好的解决这一问题，由于现有的激光冲击强化技术对于形状规则的几何体很容易处理，而对于模具这类形状复杂的几何体冲击起来比较困难，且若模具固定，激光旋转进行冲击强化则成本较高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置及方法，通过透射镜、45°全反镜、激光发射器、激光器电源、计算机、数控系统、三轴联动装置和机械手的配合连接与控制，实现了复杂模具中尤其是非连续冲击区的自动调整冲击，提高了模具的使用寿命。
[0006]本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击方法，包括如下步骤:
[0008](I)先将计算机、数控系统、三轴联动装置、机械手和工件依次连接，再将数控系统与激光器电源相连，随后将激光器电源、激光发射器、45°全反镜和透射镜依次连接；
[0009](2)数控系统根据工件的待冲击区部位进行数控编程，制定出与之相适应的冲击路径；
[0010](3)计算机通过数控系统，一方面发出信号给激光器电源控制其开闭，进而控制光发射器、45°全反镜和透射镜产生的激光束；另一方面发出信号给三轴联动装置，进而使机械手带动工件在激光束的焦点下沿着制定好的冲击路径冲击，直至冲击完成，即得复杂模具。
[0011]进一步的，步骤(2)中所述待冲击区部位为圆形的连续区域；则冲击路径为调整工件使其轴线与水平线呈60°夹角，激光器电源始终为开启状态，在激光束的焦点下工件绕其轴线自转，重复直至冲击结束。
[0012]进一步的，步骤(2)中所述待冲击区部位为直线型的非连续区域，则冲击路径为调整工件成水平状态，激光器电源开启，在激光束的焦点下，工件由初始端移动至末端；激光器电源关闭，工件移回至初始端并旋转至下一待冲击区域的初始端，激光器电源再次开启，在激光束的焦点下，工件由初始端移动至末端，重复直至冲击结束。
[0013]一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置，包括透射镜、45°全反镜、激光发射器、激光器电源、计算机、数控系统、三轴联动装置和机械手，所述计算机连接数控系统，所述数控系统同时连接激光器电源和三轴联动装置，所述三轴联动装置连接机械手。
[0014]进一步的，所述机械手为柔性机械手。
[0015]本发明的有益效果:
[0016]本发明所述的可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置，采用机械手控制复杂工件表面，可以夹持多种形状的几何体，而不需要每种不同形状的模具都制造对应的夹持件，减少了资源的浪费；激光器固定，利用三轴联动装置带动机械手进而使复杂工件移动或旋转，相比现有技术中复杂工件固定，依靠激光器的旋转而言成本较低；通过数控系统同时控制激光器电源和三轴联动装置，进而控制激光器的开闭和工件的移动或旋转，实现了非连续冲击区的自动激光冲击。
【附图说明】
[0017]图1为可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置工作示意图。
[0018]图2为复杂型腔凹模示意图。
[0019]图3为复杂型腔凸模示意图。
[0020]附图标记说明如下:
[0021]1-计算机，2-数控系统，3-三轴联动装置，4-机械手，5-工件，6_透射镜，7_45°全反镜，8-激光发射器，9-激光器电源，10-连续冲击区，11-第一非连续冲击区，12-第二非连续冲击区。
【具体实施方式】
[0022]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。
[0023]如图1所示，一种可变式复杂外轮廓及型腔模具表面的激光自动冲击装置，包括计算机1、数控系统2、三轴联动装置3、机械手4、透射镜6、45°全反镜7、激光发射器8、激光器电源9。计算机I连接数控系统2，数控系统2同时连接激光器电源9和三轴联动装置3，所述三轴联动装置3连接机械手4，机械手4为柔性机械手且用于夹持工件5 ;数控系统2根据待冲击区是否连续而控制激光器电源9的开启与关闭。同时，数控系统2根据待冲区部位的轮廓形状制定相应冲击路径，并发出命令给三轴联动装置3，三轴联动装置3根据数控系统2发出的命令直接操控机械手4的运行，机械手4夹持着工件5按照制定好的冲击路径在控制光发射器8、45°全反镜7和透射镜6产生的激光束下实现连续冲击或间歇冲击。
[0024]如图2所示，工件5为复杂型腔凹模，待冲击区部位为圆形的连续冲击区10，因此调整复杂型腔凹模使其轴线与水平线呈60°夹角，确保冲击区表面与激光束垂直，计算机I控制数控系统2使激光器电源9始终为开启状态。其中，冲击的长度L = 2 r (r为冲击区半径)，冲击时间t = L/V(V为冲击速度)，数控系统2则以时间t为周期控制三轴联动装置3，冲击过程中在数控系统2的作用下三轴联动装置3操控机械手4使工件5绕其轴线自转，直至冲击完成。
[0025]如图3所示，工件5为复杂型腔凸模，待冲击区部位为直线型的非连续冲击区，则冲击路径为调整复杂型腔凸模成水平状态，激光束的焦点对应于复杂型腔凸模第一非连续冲击区11的起始端，计算机I控制数控系统开启激光器电源9，在激光束的焦点下，控制系统2带动三轴联动装置3操控机械手4使复杂型腔凸模由第一非连续冲击区11的初始端移动至末端，所用的冲击时间为tl = L/V(L为冲击长度，V为冲击速度)；此时，由计算机I控制数控系统2关闭激光器电源9，复杂型腔凸模移回至第一非连续冲击区11的初始端并旋转至第二非连续冲击区12的初始端，所需时间为t2，控制系统2再次开启激光器电源9，在激光束的焦点下，复杂型腔凸模由第二非连续冲击区12的初始端移动至末端。即工件5由第一非连续冲击区11末端移动并旋转至第二非连续冲击区12的初始端对应激光束焦点所用时间为t2，在此时间内，激光器电源9接收到数控系统2的指令处于关闭状态，当位置转换完毕，激光器电源9立即被开启，数控系统2以时间tl+t2为周期控制激光器电源9和三轴联动装置3，实现非连续冲击区的激光冲击强化。
[0026]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。
【主权项】
1.一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)先将计算机(I)、数控系统(2)、三轴联动装置(3)、机械手(4)和工件(5)依次连接，再将数控系统(2)与激光器电源(9)相连，随后将激光器电源(9)、激光发射器(8)、45°全反镜(7)和透射镜(6)依次连接； (2)数控系统(2)根据工件(5)的待冲击区部位进行数控编程，制定出与之相适应的冲击路径； (3)计算机⑴通过数控系统(2)—方面发出信号给激光器电源(9)控制其开闭，进而控制光发射器(8)、45°全反镜(7)和透射镜(6)产生的激光束；另一方面发出信号给三轴联动装置(3)，进而使机械手(4)带动工件(5)在激光束的焦点下沿着制定好的冲击路径激光冲击，直至冲击完成，即得复杂模具。
2.根据权利要求1所述的一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击方法，其特征在于，步骤(2)中所述待冲击区部位为圆形的连续区域；则冲击路径为调整工件(5)使其轴线与水平线呈60°夹角，激光器电源(9)始终为开启状态，在激光束的焦点下工件(5)绕其轴线自转，重复直至冲击结束。
3.根据权利要求1所述的一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击方法，其特征在于，步骤(2)中所述待冲击区部位为直线型的非连续区域，则冲击路径为调整工件(5)成水平状态，激光器电源(9)开启，在激光束的焦点下，工件(5)由初始端移动至末端；激光器电源(9)关闭，工件(5)移回至初始端并旋转至下一待冲击区域的初始端，激光器电源(9)再次开启，在激光束的焦点下，工件(5)由初始端移动至末端，重复直至冲击结束。
4.一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置，包括透射镜出)、45°全反镜(7)、激光发射器(8)和激光器电源(9)，在其特征在于，还包括计算机(I)、数控系统(2)、三轴联动装置(3)和机械手(4)，所述计算机(I)连接数控系统(2)，所述数控系统(2)同时连接激光器电源(9)和三轴联动装置(3)，所述三轴联动装置(3)连接机械手(4)。
5.根据权利要求1所述的可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置，其特征在于，所述机械手(4)为柔性机械手。
【专利摘要】本发明属于模具设计制造及表面处理领域，涉及一种可变式复杂模具表面的激光自动冲击装置及方法，该装置包括透射镜、45°全反镜、激光发射器、激光器电源、计算机、数控系统、三轴联动装置和机械手，计算机连接数控系统，数控系统同时连接激光器电源和三轴联动装置，三轴联动装置连接机械手。数控系统根据工件的待冲击区部位进行数控编程，制定出与之相适应的冲击路径，计算机通过数控系统同时控制激光器电源和三轴联动装置，进而使机械手带动工件在激光束的焦点下沿着制定好的冲击路径冲击，直至冲击完成。本发明实现了复杂模具尤其是非连续冲击区的自动调整冲击，利用本发明方法所制得的复杂模具，其使用寿命得到较大提高。
【IPC分类】B23K26-70, B23K26-00
【公开号】CN104668769
【申请号】CN201510071068
【发明人】王匀, 杜金星, 于浩, 柏云, 杨夏明, 曾亚维, 许桢英, 殷苏民, 陈修祥
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月10日