专利名称：激光淬火装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对工件的局部进行淬火的激光淬火装置，特别涉及适合于在机床上对工件进行淬火的激光淬火装置。
背景技术：
作为用于对工件进行局部淬火的装置，有激光淬火装置。在以往的激光淬火装置中，因为从加工头射出的激光束的照射方向是一定的，所以在工件的形状和淬火的位置、范围等作业条件和作业方法的设定中，需要丰富的经验。
在进行激光淬火的工件是大规模大量生产的情况下，如果设置该工件专用的激光淬火装置，则不受操作者经验的影响，可以加工稳定品质的工件。但是，在工件是多品种少量生产(特别是单件生产)的情况下，不可能设置经济的这种工件专用的激光淬火装置。
此外，对于要求高精度的工件，由于淬火时的热变形，需要再研磨等的后续工序。这种情况下，把从机床拆下的工件，在淬火后再次安装到机床上进行加工，其结果是淬火工序的作业时间变长。此外，由于在机床上安装工件时的位置重现性的偏差，致使加工精度下降。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种激光淬火装置，它不需要特别的熟练程度，而且可以缩短淬火工序的时间，提高工件的产量。
发明概述为了实现上述目的，在本发明的权利要求1中，包含以经过多个机床的加工区域附近的形式设置的导向装置，在导向装置上，设置滑鞍，使其沿着该导向装置自如移动，在上述滑鞍上，相对上述多台机床的加工区域设置加工头，使其可以有选择地自如地插入退避，在上述加工头上，设置可以射出激光的发射头，可以自如地装拆，并且设置发射头架，可以装拆自如地保持上述发射头，设置有可在上述加工头和发射头架之间交换上述发射头的发射头交换装置。
在权利要求1的发明中，因为，可以使激光淬火机的加工头相对被配置在各机床的加工区域上的工件移动，而加工头安装有适合于工件淬火位置的发射头，可以在工件的需要位置上照射激光进行淬火，所以，不需要特别的熟练程度就可以进行淬火。此外，即使在由于淬火时的热变形需要研磨等的后续加工时，因为工件被设置在机床上，所以可以直接实施后续的工序，不会有因在机床上安装工件时的安装位置的重现性的偏差引起的加工精度的下降，而且，可以缩短淬火工序的时间，提高工件的产量。此外，由于加工头可以相对多台机床的加工区域有选择地自如地插入退避，因而可以一台激光淬火装置对多台机床连续地进行淬火作业，作业效率高。
本发明中的权利要求2，在权利要求1的发明中，上述导向装置被设置成从上述多台机床的加工区域的上方通过的形式。
如果采用权利要求2的发明，则除了权利要求1的发明效果外，不会有工件对各机床工件的搬入、搬出、机床的维护等构成妨碍。
本发明中的权利要求3，在权利要求1的发明中，上述发射头交换装置具有驱动装置，它驱动上述发射头架和上述加工头自如地相对地接近或者离开。
如果采用权利要求3的发明，则除了权利要求1的效果以外，可以提高加工头姿态的自由度，可以与复杂形状的工件对应。
本发明中的权利要求4，在权利要求1的发明中，上述发射头架被设置成可以和上述滑鞍一同沿着导向装置移动。
如果采用权利要求4的发明，则除了权利要求1的发明效果外，在发射头交换时，不需要使滑鞍沿着导向装置移动，就可以在短时间内交换发射头，可以提高作业性。
本发明中的权利要求5，在权利要求1所述的激光淬火装置，上述射头交换装置，具有设置有多个上述发射头架的发射头盘。
如果采用权利要求5的发明，则除了权利要求1的发明效果外，可以在短时间内进行多个发射头的交换，提高作业性。
本发明中的权利要求6，设置有多个上述发射头，在这些发射头上，形成激光光的射出状态不同的光路。
如果采用权利要求6的发明，则除了权利要求1的发明效果外，可以配置多个射头，它们适合于成为淬火作业对象的工件的淬火位置，还可以对应更复杂形状的工件。
附图简述图1是展示采用本发明的激光淬火装置的设置状态的斜视图。
图2是展示图1中的激光淬火装置的可移动部分的斜视图。
图3是展示图2中的从动驱动部分的侧面断面图。
图4是展示图2中的加工头部分的驱动机械的构成图。
图5是展示图2中的加工头和发射头盘的关系的正面图。
图6是展示工件淬火位置和射头的形状的斜视图。
以下，参照
本发明的实施方案。
具体实施例方式
图1是展示采用本发明的激光淬火装置和机床的设置的斜视图，图2是展示图1中的激光淬火装置的可移动部分的斜视图，图3是展示图2中的从动驱动部分的侧面断面图，图4是展示图2中的加工头部分的驱动机构的构成图，图5是展示图2中的加工头和发射头盘的关系的正面图，图6是展示工件淬火位置和射头形状的斜视图。
在图中，作为分别具备数控装置，并根据数控装置的指令加工工件3、4的机床的加工中心1和数控车床2，其分别加工的工件3、4的位置被配置在大致同一直线上。进而，在加工中心1的对工件进行加工的加工区域M A内配置台，被支撑在该台上的工件3，可以在箭头X方向(或者在水平方向上正交的箭头X、Y方向)移动，在数控机床2对工件进行加工的加工区域M A上配置主轴，被支撑在该主轴上的工件4，可以按照箭头C的方向转动。
CAD5，输入包含工件3、4的多个工件的设计信息。
CAM6，从CAD5中调出要加工的工件3(4)的设计信息，指定所使用的加工装置(加工中心1、数控机床2)，根据被显示在显示器6a上的3维CAD图象，指定工件3(4)的加工位置。进而，从键盘6b，输入加工量、加工条件(使用的工具、工具的转速、切入深度、进给速度等)、是否对工件3(4)进行淬火、是否在淬火后再加工和其加工条件等，作为向加工中心1和数控车床2的数控装置输入数据的输入装置使用。
CAM7，从CAD5调出要加工的工件3(4)的设计信息，根据被显示在显示器7a上的3维CAD图像，指定在设计图上指定的工件3(4)的淬火位置。进而，CAM7还作为输入装置使用，它根据从键盘7b输入的工件位置3(4)的材质(尺寸)、淬火宽度，淬火深度等，从预先登记的数据库中，算出激光输出、频率、负荷(duty)、辅助气体、散焦量、光束振幅、光束振幅频率、轴向进给量等淬火作业条件，把这些淬火位置和作业条件输入到激光淬火装置8的数控装置中。
具备数控装置的激光淬火装置8的主体9，包含激光振荡器和其控制装置。此外，在主体9上，设置具备一对反射镜10、11的光路12，用于在主体侧面上导向从激光振荡器发出的激光束51，使其和后述的导轨平行。进而，通过在反射镜上设置由扼流装置构成的光束直径调节装置13，可以调整从光路12射出的激光束的直径。
导轨14，用3根支柱15配置在箭头X方向(水平方向)上，以通过多台机床的加工区域MA的上方的形式，使得与上述加工中心1和数控机床2上的工件3、4的排列大致平行。在该导轨14上，设置构成导向装置的一对轨道16、沿着该轨道16配置的齿条17。
如图2所示，滑鞍18包含和齿条17啮合的小齿轮(未示出)和驱动它的伺服电机19，被支撑在轨道16的箭头X方向上可以自如移动。而后，通过靠伺服电机19的驱动使小齿轮转动，向箭头X方向的任意位置移动。在该滑鞍18上，形成用于使从箭头X方向射入的激光束51向箭头Y方向射出的光路，在其交点上设置反射镜20。此外，该滑鞍18和光路12之间，连接可以伸缩自如地构成的光路21。
滑块22，被支撑在滑鞍18的下面，通过和滑鞍18一样的导向装置(未示出)，在和上述箭头X方向正交的箭头方向Y(水平方向)上移动。在该滑块22的上面固定有与导向装置的轨道平行的齿条(未示出)。固定有和该齿条啮合的小齿轮的伺服电机23被配置在滑鞍18上，通过驱动使滑块22向箭头Y方向的任意位置移动。在该滑块22上，形成这样的光路，使从滑鞍18向箭头Y方向射出的激光束51向Z方向射入，并向箭头Z方向射出，为此在其交点上设置反射镜24。进而，在滑鞍18的激光束51的射出口和滑块22的激光束51的射入口之间，配置和上述光路21一样的伸缩自如的光路(未图示)。
套筒25，由上套筒26和下套筒27构成，其中，上套筒26被嵌装在滑块22上可以在箭头Z方向(垂直方向)上自如滑动，下套筒27被嵌装在该上套筒26上可以自如滑动。如图3所示，在上套筒26的内面上设置沿着箭头Z方向延伸的齿条28，在下套筒27上，设置和该齿条28隔着规定的间隔平行的，在箭头Z方向上延伸的齿条29。在被设置在滑块22上的伺服电机30上，设置和齿条28啮合的小直径的小齿轮31、和齿条啮合的大直径(直径是小直径齿轮31的2倍)的小齿轮32，在伺服电机30动作时，下套筒27以上套筒26的2倍速度移动。在该套筒25上，形成使从滑块22向箭头Z方向射出的激光束51通过，向箭头Z方向射出的光路。
加工头33，由基座34和前端部分35组成，其中基座部分34，支撑在下套筒27的下端，以下套筒27的垂直的轴心CL1为中心，在箭头A方向上可以旋转，前端部分35，支撑在该基座34的侧面上，以和基座34的旋转中心正交的水平的中心线CL2为中心，在箭头B方向上可以旋转。
加工头33的基座34由以下部分组成被固定在下套筒27的下端的固定部分36；如图4所示，被支撑在该固定部分36内可以自如转动的齿轮37；被支撑在该齿轮37上的可动部分38；被支撑在固定部分36上的伺服电机39；被固定在伺服电机39上的和齿轮37啮合的齿轮40。而后，通过伺服电机39的动作，可动部分38在水平面内以垂直轴心CL1为中心可以在箭头A方向上以任意角度转动。在该基座34上形成光路，用于使从下套筒27入射的箭头Z方向的激光束51向水平方向射出，在其交点上设置反射镜41。
加工头33的前端部分35由以下部分组成被固定在和可动部分38的反射镜41相对的侧面上的固定部分42；被支撑在该固定部分42上可以自如转动的齿轮43(参照图4)；被支撑在该齿轮43上可动部分44；被支撑在固定部分42上的伺服电机45；被固定在伺服电机45上的和齿轮43啮合的齿轮46。而后，通过伺服电机45动作，可动部分44在垂直面内以水平中心线CL2为中心，在箭头B方向上以任意角度旋转。在其前端部分35上形成光路，用于使从基座34向水平方向入射的激光束51向垂直方向射出，在其交点上，配置在箭头D方向上振动自如的电(galvano)镜47作为反射镜，使得给予激光束51需要的光束振幅、光束振幅频率。
进而，虽然图中未示出，但在加工头33的前端部分35上，形成辅助气体的提供口，与辅助气体供给源连接。
发射头48，在外周形成法兰盘48a，被支撑在加工头33的前端部分35上可以自如装拆，该发射头48，如图4所示，在加工头33上的装拆一侧具备聚光透镜49，形成这样的光路，使在轴心上用电镜47反射，在垂直方向上入射的激光束51通过，照射在工件3(4)上。
进而，在发射头48一侧，形成辅助气体供给口，和形成在上述加工头33的前端35部分上的辅助气体的供给口连通，在把发射头48安装在加工头33上时，连接加工头33一侧的辅助气体供给口和发射头48一侧的辅助气体供给口，向发射头48内的聚光透镜49的下方(聚光透镜49和工件3(4)之间)提供辅助气体。
该发射头48的类型，是用于在被安装在加工中心1和数控车床2上的工件3(4)的，与电镜47相对的表面上进行淬火的类型，用电镜47反射的激光束51，通过聚光透镜49直接照射在工件3(4)上。
发射头盘50，如图2所示，用未图示的导向装置支撑在上述滑鞍18上，可以在箭头X方向上自如移动，由未图示的驱动源驱动。在该发射头盘50上，如图2以及图5所示，形成从嵌插发射头48的上部的平面看是U字形的沟50b，和从嵌插发射头48的法兰盘48a侧面看是I字形的沟50c，具备被排列在Y轴方向上的多个发射头架50a。在这些发射头架50a上，根据激光束51的射出形态各自不同，支撑形成不同光路的多种发射头48b、48c、48d等，可以自如装拆。进而，用发射头盘50和其驱动源构成发射头交换装置。
而后，用CAM6，从CAD5中调出要加工的工件3(4)的设计信息，输入工件3(4)的加工位置、加工量、加工条件(使用的工具，工具和工件4的转速、切入深度，进给速度等)，输入到加工中心1(数控机床2)的数控装置。加工中心1和数控机床2，由数控装置控制，进行工件3、4的加工。
当在工件3(4)上需要局部淬火时，用CAM7从CAD5中调出要淬火加工的工件3(4)的设计信息，把3维的CAD图像显示在其显示器上，在显示器上指定工件3(4)的淬火位置的同时，经由键盘输入工件3(4)的材质(尺寸)，淬火宽度、淬火深度。
CAM7，通过被输入的信息，根据预先被记录在其存储器内的数据库，算出激光输出、频率、能率、辅助气体、散焦量、光束振幅、光束振幅频率、轴向进给量等淬火作业条件，把这些淬火作业条件输入到激光淬火装置8的数控装置中。
这时，激光淬火装置8，在加工头33上安装淬火所使用的射头48，在从加工中心1和数控车床2输出加工结束信号前，处于待机状态。
如果加工中心1或者数控车床2输出加工结束信号，则激光淬火装置8的数控装置，使伺服电机19动作，使滑鞍18沿着轨道14在箭头X方向上移动，直至移动到安装有要淬火的工件3、4的机床1、2的上方的规定位置。接着，使伺服电机23动作，在箭头Y方向上移动滑块22，如图1所示，向工件4的淬火位置的上方移动，使加工头33插入到数控车床2的加工区域MA内。接着，使伺服电机30动作，使加工头33下降，使射头48的射出口48e与工件4的淬火位置相对。
在该状态下，激光淬火装置8，使激光振荡器动作振荡激光束51。于是，振荡的激光束51，在用光路12内的反射镜10、11反射的同时，用光束直径调整装置13调整为所需要的直径，通过光路21入射到滑鞍18。入射到滑鞍18的激光束51，用反射镜20反射，通过未图示的光路入射到滑块22，进而用滑块22内的反射镜24反射，通过套筒25入射到加工头33的基座34。入射到该基座34内的激光束51，在反射镜41上被反射在水平方向上，入射到前端部分35，在电镜47反射后，通过聚光透镜49，从射头48的前端的射出口48c射出，照射在工件4上。
这时，如果数控机床2以规定的速度使工件4转动，则可以在工件4的外周面上进行环形淬火。此外，如果使电镜47在图4的箭头D方向上振动，则用电镜47反射的激光束51的光路改变，因为可以使相对工件4的激光束51的聚光位置在工件4的轴方向(箭头E方向)上移动，所以可以改变淬火位置的轴方向的宽度。
此外，通过使伺服电机39动作，可以使加工头33相对套筒25的位置，在箭头A方向上以轴心CL1为中心转动的形式改变，因为通过使伺服电机45动作，可以使射头48的角度，以中心轴CL2为中心在箭头B方向上改变，所以如图1所示，可以相对工件3从斜方向上照射激光束51，可以进行可靠的淬火。
如果工件4(3)的淬火结束，则在使激光振荡器进入待机状态的同时，使各伺服电机19、23、39、45动作，使加工头33从加工区域MA退避到图1上方，移动到规定的待机位置。进而，接着，当从CAM指示对用另一台机床加工的工件3或者4进行淬火的情况下，激光淬火装置8，使加工头33以和上述一样的顺序，沿着导轨14向与指令对应的工件3或者4移动，进行同样的淬火动作。
加工中心1以及数控车床2，在淬火结束时，把工件3、4搬送到下一工序。此外，当在淬火后指示追加工序的情况下，在根据其指示进行淬火位置的追加加工后，把工件3、4搬送到下一工序。这时，因为在把工件3、4设置在加工中心1和数控车床2上的状态下进行淬火，所以没有把工件3、4从加工中心1和数控机床2上装拆时的安装位置偏差引起的加工误差，可以高精度地进行加工。此外，可以大大缩短包含淬火作业的工件的加工时间。
在交换被安装在加工头33上的发射头48时，通过伺服电机30的动作，使套筒25向箭头Z方向收缩，如图5所示，在发射头48的法兰盘48a到达和发射头架50a的沟50c相对的位置之前，使加工头33上升接近，同时，通过伺服电机23的动作，使滑块22向箭头Y方向移动，如图5所示，使变为空位的规定的发射头架50a和发射头48相对，使发射头盘50向发射头48侧X轴方向移动，把发射头架50a的沟50c嵌插在法兰盘48a中。
在这种状态下，如果通过伺服电机30动作而使套筒25收缩，则加工头33对发射头架50a上升脱离。另一方面，为了阻止发射头48在发射头架50a上移动，分开与加工头33结合的发射头48，使发射头48可以从加工头33送交给发射头盘50。
通过伺服电机23的动作使滑块22向箭头Y方向移动，使加工头33向下次使用的发射头48的上方移动。而后，通过伺服电机30的动作使套筒25伸长，把加工头33和发射头48嵌合在一起。接着，如果用未图示的驱动源使发射头盘50离开加工头33向箭头X方向移动，则发射头架50a从发射头48后退，可以使射头48从发射头盘50送交给加工头33。进而，考虑到发射头架50a和加工头33之间的相对移动的状态是各种各样的，还可以与之对应改变其驱动系统。
图6是展示工件的淬火位置和适于淬火位置的发射头的形状的例子。在同一图中，(a)展示在圆筒形状的工件Wa上，在形成于其轴心方向(箭头A、B方向)上的孔Wh内周面Whs上进行淬火的最佳形状的发射头48b。该发射头48b，把光路形成L字形状，在其弯曲部分和前端部分上设置反射镜52和反射镜53，激光束51从发射头48b的前端部分下面向图中下方射出。因为设置成这种结构，所以在把发射头48b的前端部分插入到孔Wh中，向箭头A、B方向移动的同时，可以用数控车床2等使工件Wa以其轴心为中心旋转进行淬火。
图6(b)是展示在工件Wb的外周面上，最适合于键槽等的沟Wi的侧面Wis的淬火加工的形状的发射头48c，该沟被形成在工件Wb的轴心方向(箭头A、B方向)上。该发射头48c，把光路形成直线形，在被形成可以插入到工件Wb的沟Wi中那样大小的前端部分上设置反射镜53，在和发射头48c的轴心CL3正交的方向上射出激光束51。因为是这种结构，所以在固定工件Wb的状态下，通过把发射头48c的前端部分插入沟Wi，向箭头A、B方向移动，就可以淬火加工沟Wi的侧面Wis。
图6(c)展示最适合于对被形成在工件Wc的端面上的沟Wj的侧面Wjs进行淬火加工的形状的发射头48d。该发射头48d，把光路形成L字形状，在其弯曲面和前端部分上设置反射镜52和反射镜53，激光束51从从发射头48d的前端部分侧面射出。因为是这种结构，所以通过把发射头48d的前端部分插入沟Wj，在和其侧面Wjs平行地在箭头C、D方向上移动，就可以在沟Wj的侧面Wjs上进行淬火加工。
即使在使用上述图6中所示的各发射头48b、48c、48d的情况下，通过使电镜47振动，可以使激光束51的照射位置振动，可以用比激光束51的聚光直径宽的幅度进行淬火。进而，在图6中，展示了三种发射头的形状，但是发射头的形状并不限于这些，可以形成适宜于淬火加工部分的形状。
以上根据实施例说明了本发明，但本发明所述的实施例只是示例，并没有限定。此外，本发明的范围用附加的权利要求展示，并不限于实施例的记述。因而，属于权利要求的变形和变更，全部在本发明的范围中。
权利要求
1.一种激光淬火装置，其特征在于具有导向装置，该导向装置设置在多台机床的加工区域的附近并通过该加工区域；在上述导向装置上，沿着该导向装置设置有可以自如移动的滑鞍；在上述滑鞍上，设置有加工头，可以相对上述多台机床的加工区域有选择地自如插入和退避；在上述加工头上，设置有可以射出激光束并可以自如地装拆的发射头；设置可以自如地装拆地保持上述发射头的发射头架；设置在上述加工头和发射头架之间交换上述发射头的发射头交换装置。
2.权利要求1所述的激光淬火装置，其中上述导向装置以通过上述多台机床的加工区域的上方的形式设置。
3.权利要求1所述的激光淬火装置，其中上述发射头交换装置包含驱动装置，它驱动上述发射头架和上述加工头自如地相对接近或者离开。
4.权利要求1所述的激光淬火装置，其中发射头架被设置成可以和上述滑鞍一同沿着导向装置移动。
5.权利要求1所述的激光淬火装置，其中上述发射头交换装置包含设置上述发射头架的发射头盘。
6.权利要求1所述的激光淬火装置，其中设置有多个上述发射头，在这些发射头上，形成激光束的射出形态不同的光路。
全文摘要
在沿着通过多台机床1、2的加工区域MA附近设置的导向装置16自如移动的滑鞍18上,设置相对加工区域MA有选择地插入退避自如的加工头33和射出激光束的多种发射头48。选择适合工件3、4的淬火位置的发射头48安装在加工头33上,在发送了淬火指令时,在工件3、4被安装在机床1、2的状态下,使发射头48相对工件3、4向需要的位置移动,从发射头48射出激光束51,进行工件3、4的淬火。
文档编号C21D1/34GK1386868SQ02117438
公开日2002年12月25日 申请日期2002年4月19日 优先权日2001年4月20日
发明者井上利彦, 伊藤正树, 浅利俊彦, 宫川直臣 申请人:山崎马扎克株式会社