本发明属于板料渐进成形加工领域，尤其是一种基于激光的热辅助渐进成形加工工具。
背景技术：
渐进成形是根据板料成形过程的要求，编制数控程序，利用数控设备的进给系统，使板料按照给定的路径逐步成形，最终成形出所需的工件形状的板材加工技术。渐进成形技术的数字化和信息化，大大降低了板料成形过程对专用成形工具的依赖度，这种柔性的成形工艺适合于加工小批量、多品种和复杂结构的板料产品。
随着轻质难变形材料应用的增多，加热渐进成形引起关注。通过对材料的加热，有效地提升材料的可成形性，提高成形质量。例如公开号为cn103317007a的专利提出了一种用于渐进成形的自加热工具头，仅对变形区域材料进行加热，不仅加热效率高，而且节省能源；日本广岛大学的ryutarohino等提出采用两套运动控制系统分别控制加工头和激光辅助加热工具，实现对局部变形区材料的加热，但存在加热轨迹和成形轨迹不同步的问题；公开号为cn104959461的专利提出了一种激光辅助加热工具，板料的渐进热成形时，直接将辅助加热工具夹持在渐进成形设备的主轴，激光辅助加热工具与渐进加工头采用同一套系统进行控制。
采用自加热工具头，通过热传导的方式实现材料的加热，加热温度受到限制，只适合加热温度要求低的材料；采用单独的辅助加热装置，对成形设备的控制系统或安装空间提出了额外的要求，同时随着加工对象的复杂性增加，加工装置和辅助加热装置可能在加工过程中与板料、夹紧装置和设备出现干涉。
技术实现要素：
为解决现有技术存在因单独安装加热工具而需增加独立的控制系统，以及在渐进成形设备的主轴上同时安装成形工具和辅助加热工具所需安装空间过大的缺陷，本发明提供一种基于激光的热辅助渐进成形加工工具，同时具备加热与成形功能的渐进成形工具头，既能避免上述问题，又能有效地控制激光光斑与变形区材料间的距离，改善加热效果。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于激光的热辅助渐进成形加工工具，它包括光路单元、调节单元、气体保护单元、工具单元和安装单元，从光纤输入的激光束与工具单元同轴，经过光路单元准直、聚焦和偏折后，从工具单元一侧辐照到板料表面，对板料的变形区材料进行预热；
调节单元用于调整输出激光光斑的大小以及光斑与渐进成形工具头的相对位置，满足加热需求；
气体保护单元用于向板料表面输出保护气体，避免板料的激光加热区材料的氧化；
工具单元用于安装渐进成形工具头；
安装单元用于连接光路单元、调节单元、气体保护单元和工具单元，同时安装单元还用于连接渐进成形设备主轴，实现成形工具运动轨迹的加载。
采用上述技术方案，由光纤输入的激光束通过光路单元从安装有渐进成形工具头的工具单元一侧辐照到板料上，对变形区材料进行预热，通过提高板料可成形性来达到提高渐进成形质量目的。
进一步地，光路单元包括准直镜、聚焦镜和偏折镜，准直镜固定在盖板内，盖板上固定有光纤，聚焦镜和偏折镜均固定在透镜套筒上；
调节单元包括下套筒，下套筒上固定有透镜套筒；
气体保护单元包括上套筒和中套筒；
工具单元包括夹紧装置和渐进成形工具头，夹紧装置固定在下套筒上，渐进成形工具头夹紧在夹紧装置下方；
安装单元包括防护壳，防护壳上连接有上套筒、中套筒和下套筒，防护壳固定在渐进成形设备主轴上。
采用上述技术方案，输入激光束通过光路单元准直和聚焦后，其中心轴与工具单元的中心轴在同一条直线上，射入偏折镜后，激光束的方向发生偏折，其中心轴与工具单元的中心轴不在同一条直线上。
进一步地，通过调整夹紧装置与所述料板的距离来调整激光光斑的大小。
进一步地，安装单元固定在渐进成形设备主轴上，成形时渐进成形设备主轴驱动成形加工工具按预设轨迹运动；
光路单元、调节单元、气体保护单元和工具单元相对于安装单元转动或固定。
进一步地，气体保护单元采用管状结构，气体保护单元的一端输入保护气体，气体保护单元的另一端向板料的激光加热区覆盖保护气体。
进一步地，渐进成形工具头相对于安装单元单独转动或固定。
采用上述技术方案，将渐进成形工具头与料板之间的滑动摩擦转变成滚动摩擦，从而减小成形过程中的摩擦力。
进一步地，激光光斑处于渐进成形工具头运动方向的前侧。
采用上述技术方案，保证变形区材料的预热。
有益效果：
本发明通过将渐进成形加工头与激光加热装置集成到渐进成形加工工具中，无需额外的控制系统即可实现成形过程中激光轨迹的加载，加工灵活性高；可实现加工区域与加热区域(加热区域的覆盖范围大于变形区域的范围)的同步，保证加热效果；可减小工具头体积，便于安装以及工具头在较高速度下运动；同时可实现加热区域的气体保护。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图中：1—准直镜、2—盖板、3—上套筒、4—防护壳、5—中套筒、6—聚焦镜、7—透镜套筒、8—偏折镜、9—下套筒、10—夹紧装置、11—渐进成形工具头、21—板料、22—激光加热区、31—渐进成形设备主轴、41—保护气体、51—激光束、52—光纤。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：如图1所示，其结构包括准直镜1、盖板2、上套筒3、防护壳4、中套筒5、聚焦镜6、透镜套筒7、偏折镜8、下套筒9、夹紧装置10和渐进成形工具头11，盖板2上固定有光纤52，盖板2内固定有准直镜1，聚焦镜6和偏折镜8固定在透镜套筒7上，透镜套筒7和夹紧装置10固定在下套筒9上，渐进加工头11夹紧在夹紧装置10下方，下套筒9、中套筒5和上套筒3连接到防护壳4，防护壳4固定在渐进成形设备主轴31上，成形时渐进成形设备主轴31驱动成形加工工具按预设轨迹运动。
实施例1的控制方法，其步骤如下：
a、由光纤52输入的激光束51，通过准直镜1射入聚焦镜6中，然后投射到偏折镜8上，改变光路穿过夹紧装置10上的孔，辐照到板料21上，在板料21表面形成激光加热区22；
b、调整夹紧装置10的高度或改变夹紧装置10上孔的位置和调整偏折镜8的偏折角度，可调整激光加热区22与渐进成形工具头11间的偏置距离；
c、调整夹紧装置10与料板1间的距离，从而调整激光加热区22的面积，即改变激光光斑的大小；
d、将防护壳4固定在渐进成形设备主轴31，使激光加热区22位于渐进成形工具头11运动方向的前方；
e、渐进成形时，保护气体41从上套筒3上的管道进入加工工具，经夹紧装置10上的激光输出孔输出，覆盖板料21上的激光加热区22，渐进成形设备主轴31驱动渐进成形工具头11和激光加热区22按预设轨迹运动。
对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。