本发明涉及超短脉冲激光应用领域，具体而言，涉及一种用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备。
背景技术：
超短脉冲激光属于冷激光加工，加工过程中不产生热量避免了被加工材料的熔融，保证加工面质量和尺寸精度，可以一步到位，较少后续处理工序，节约加工时间，提高加工效率。此外，因为加工工具是光，所以它是一种没有磨损的加工方式，因此没有因为工具衰减而引发的加工效果变化。相比之下，一些机械微加工方式中，热损伤和工具磨损，以及较慢的脉冲激光加工技术，限制了加工可以获得的精度，并且还将需要昂贵、耗时的后续处理工作。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备，以改善传统的硬脆材料采用刀具进行加工导致加工精度低、质量低的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
基于上述目的，本发明提供了一种用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备，包括机架、工作台、夹具、激光器组件以及相对于所述工作台在第一方向、第二方向和第三方向运动的三维运动机构，所述第一方向、第二方向和第三方向两两垂直，所述工作台安装在所述机架上，所述夹具安装在所述三维运动机构上，所述激光器组件包括超快激光器、光学模组以及超快激光器切割头，所述超快激光器、所述光学模组安装在所述机架上，所述超快激光器切割头安装在所述三维运动机构上。
在本发明较佳的实施例中，所述机架包括主架体、支撑腿以及龙门框架，所述支撑腿安装在所述主架体的底部，所述龙门框架安装在所述主架体上，所述超快激光器、所述光学模组安装在所述龙门框架上。
在本发明较佳的实施例中，所述支撑腿为伸缩结构。
在本发明较佳的实施例中，所述支撑腿包括第一腿部、第二腿部以及调节旋钮，所述第一腿部插接在所述第二腿部内，所述第一腿部相对于所述第二腿部沿所述第二腿部的长度方向往复滑动，所述调节旋钮螺接在所述第二腿部上，所述调节旋钮的端部能够抵紧在所述第一腿部的外周面上。
在本发明较佳的实施例中，所述工作台为花岗岩板，所述工作台与所述机架之间设置有减震层。
在本发明较佳的实施例中，所述三维运动机构包括沿所述第一方向运动的第一运动平台、沿所述第二方向运动运动的第二运动平台、沿所述第三方向运动的第三运动平台，所述第一方向为垂直于所述工作台的上下运动方向，所述第二方向为平行于所述工作台的左右运动方向，所述第三方向为平行于所述工作台的前后运动方向，所述超快激光切割头安装在所述第一运动平台上，所述第二运动平台安装在所述工作台上，所述第三运动平台安装在所述第二运动平台上，所述夹具安装在所述第三运动平台上。
在本发明较佳的实施例中，所述切割设备还包括显微相机、二氧化碳激光器以及二氧化碳激光切割头，所述显微相机安装在所述第一运动平台上；所述二氧化碳激光器安装在所述机架上，所述二氧化碳激光切割头安装在所述第一运动平台上。
在本发明较佳的实施例中，所述夹具包括承载板以及至少三个装夹件，每个所述承载板上设置有至少三条滑动槽，至少三个所述装夹件一一对应卡接在至少三条所述滑动槽中，所述装夹件滑动设置在所述滑动槽内，且所述装夹件与所述承载板之间具有用于限制所述装夹件的位置的限位结构，至少三个所述装夹件围成装夹空间。
在本发明较佳的实施例中，所述装夹件包括基部以及装夹部，所述装夹部转动设置在所述基部上，所述装夹部与所述基部的转动轴线垂直于所述工作台，所述基部滑动设置在所述滑动槽内，所述基部与所述承载板通过螺栓连接。
在本发明较佳的实施例中，所述装夹部上安装有缓冲层。
本发明实施例的有益效果是：
综上所述，本发明实施例提供了一种用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备，其结构简单合理，便于制造加工，安装与使用方便，同时，该超短脉冲激光切割设备在可以实现高效加工，加工精度高，改善了硬脆材料在传统加工中表面质量差，崩边严重的问题；优化加工工艺，减少了传统加工中后续的加工工序，节约能源，节省设备占地面积，减少了传统加工中磨削等工序，达到了环保效果。具体如下：
本实施例提供的用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备，其包括有机架，设置在机架上的工作台，还包括有激光器组件、夹具、三维运动机构，夹具安装在三维运动机构上。激光器组件包括有超快激光器、光学模组、超快激光切割头，超快激光器和光学模组安装在机架上，超快激光切割头安装在三维运动机构上。超快激光器发生激光，通过光学模组进入超快激光切割头，形成加工光束，根据加工路径与三维运动机构配合加工零件，加工完成后；二氧化碳激光器发生激光，通过光学模组进入二氧化碳激光切割头，形成加工光束，按照与超快激光器同样的加工路径与复合运动平台配合加工零件。本实施例提供的切割设备可以实现高效加工，加工精度高，解决了脆性材料在传统加工中表面质量差，崩边严重的问题。优化加工工艺，减少了传统加工中后续的加工工序，节约能源，节省设备占地面积，由于减少了传统加工中磨削等工序，达到了环保效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备的示意图；
图2为本发明实施例的用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备的部分结构的示意图；
图3为本发明实施例的用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备的夹具的示意图；
图4为本发明实施例的用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备的一个装夹件与承载板配合的示意图；
图5为本发明实施例的用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备的夹具的应用示意图。
图标：机架100；主架体110；支撑腿120；龙门框架130；工作台200；夹具300；装夹件310；基部311；装夹部312；紧固螺栓313；调节螺钉314；承载板320；滑动槽321；激光器组件400；超快激光器410；光学模组420；二氧化碳激光器430；二氧化碳激光切割头440；光学基板450；显微相机460；超快激光切割头470；三维运动机构500；第一运动平台510；第二运动平台520；第三运动平台530。
具体实施方式
目前，针对硬脆材料的一些机械微加工方式中，热损伤和工具磨损，以及较慢的脉冲激光加工技术，限制了加工可以获得的精度，并且还将需要昂贵、耗时的后续处理工作
鉴于此，发明人设计了一种用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备，该超短脉冲激光切割设备在可以实现高效加工，加工精度高，改善了硬脆材料在传统加工中表面质量差，崩边严重的问题；优化加工工艺，减少了传统加工中后续的加工工序，节约能源，节省设备占地面积，减少了传统加工中磨削等工序，达到了环保效果。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
请参阅图1－图5，本实施例提供了一种用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备。
本实施例中，该超短脉冲激光切割设备包括有机架100、工作台200、夹具300、光学基板450、激光器组件400、三维运动机构500以及电箱。工作台200、光学基板450、电箱、激光器组件400的部分元件安装在机架100上，夹具300和激光器组件400的部分元件安装在三维运动机构500上，夹具300安装在三维运动机构500上。
本实施例提供的机架100，其包括有主架体110、支撑腿120和龙门框架130，支撑腿120安装在主架体110的底部，支撑腿120的数量按需设置，实现稳定支撑即可。龙门框架130安装在主架体110上。
进一步的，主架体110由多根金属型材焊接制成，主架体110的结构牢固可靠，不易变形，安装在主架体110上的元器件的位置精度高，能够提高加工质量。可选的，主架体110为矩形框结构，结构简单，便于制造加工。
工作台200安装在主架体110上，龙门框架130安装在工作台200上。本实施例中，工作台200可以设置为花岗岩板。不易因为温度的变化而变形，不易影响加工质量。
可选的，将支撑腿120设置为伸缩结构，可以按需调整每条支撑腿120的长度，进而调整工作台200的平整度，提高加工的质量。
本实施例中，支撑腿120包括有第一腿部、第二腿部以及调节旋钮，第一腿部插接在第二腿部内，第一腿部相对于第二腿部沿第二腿部的长度方向往复滑动，调节旋钮螺接在第二腿部上，调节旋钮的端部能够抵紧在第一腿部的外周面上。需要调整支撑腿120的高度时，操作调节旋钮，调节旋钮远离第一腿部的外周面，此时，按需滑动第一腿部和第二腿部，滑动至合适位置后再拧紧调节旋钮即可。为了便于调节高度，在第一腿部上设置有刻度线，每根第一腿部上设置有刻度线，能够清楚快速判断出调节的距离，提高调节效率。进一步的，第一腿部和第二腿部之间通过凹凸结构连接，能够限制第一腿部和第二腿部之间的转动。
激光器组件400包括有超快激光器410、光学模组420、二氧化碳激光器430、二氧化碳激光切割头440、超快激光切割头470、显微相机460，超快激光器410、二氧化碳激光器430、光学模组420安装在机架100上，二氧化碳激光切割头440、超快激光切割头470和显微相机460安装在三维运动机构500上。显微相机460用于前期调试，方便观察零件被加工表面的质量。
三维运动机构500包括第一运动平台510、第二运动平台520和第三运动平台530，第一运动平台510相对于工作台200在第一方向上运动，第一方向为相对于工作台200的上下方向，可以将第一运动平台510定义为z轴运动平台，第二运动平台520相对于工作台200在第二方向运动，第二方向为相对于工作台200的左右方向，可以将第二运动平台520定义为x轴运动平台，第三运动平台530相对于工作台200在第三方向运动，第三方向为相对于工作台200的前后方向，可以将第三运动平台530定义为y轴运动平台。安装时，第一运动平台510位于工作台200上方，第二运动平台520安装在工作台200上，第三运动平台530安装在第二运动平台520上，夹具300安装在第三运动平台530上，超快激光切割头470、二氧化碳激光切割头440和显微相机460安装在第二运动平台520上。
本实施例提供的超短脉冲激光切割设备，其工作过程为，超快激光器发生激光，通过光学模组进入第一运动平台上的超快激光切割头470，形成加工光束，根据加工路径与由第一运动平台和第二运动平台组成的复合运动平台配合加工零件，加工完成后；二氧化碳激光器430发生激光，通过光学模组进入二氧化碳激光切割头440，形成加工光束，按照与超快激光器同样的加工路径与复合运动平台配合加工零件。本实施例提供的切割设备可以实现高效加工，加工精度高，解决了脆性材料在传统加工中表面质量差，崩边严重的问题。优化加工工艺，减少了传统加工中后续的加工工序，节约能源，节省设备占地面积，由于减少了传统加工中磨削等工序，达到了环保效果。
需要说明的是，超快激光器410是现有激光器的一种，例如可以是皮秒激光器。具有皮秒级超短脉宽、重复频率可调、脉冲能量高等特点。
实施例
请参阅图1－图5，本实施例提供了一种用于硬脆材料的超短脉冲激光切割设备。
本实施例中，该超短脉冲激光切割设备包括有机架100、工作台200、夹具300、光学基板450、激光器组件400、三维运动机构500以及电器柜。工作台200、光学基板450和激光器组件400的部分元件安装在机架100上，夹具300和激光器组件400的部分元件安装在三维运动机构500上，夹具300安装在三维运动机构500上。
本实施例提供的机架100，其包括有主架体110、支撑腿120和龙门框架130，支撑腿120安装在主架体110的底部，支撑腿120的数量按需设置，实现稳定支撑即可。龙门框架130安装在主架体110上。
进一步的，主架体110由多根金属型材焊接制成，主架体110的结构牢固可靠，不易变形，安装在主架体110上的元器件的位置精度高，能够提高加工质量。可选的，主架体110为矩形框结构，结构简单，便于制造加工。
工作台200安装在主架体110上，工作台200和龙门框架130位于主架体110的同一侧。本实施例中，工作台200可以设置为花岗岩板。不易因为温度的变化而变形，不易影响加工质量。
可选的，将支撑腿120设置为伸缩结构，可以按需调整每条支撑腿120的长度，进而调整工作台200的平整度，提高加工的质量。
本实施例中，支撑腿120包括有第一腿部、第二腿部以及调节旋钮，第一腿部插接在第二腿部内，第一腿部相对于第二腿部沿第二腿部的长度方向往复滑动，调节旋钮螺接在第二腿部上，调节旋钮的端部能够抵紧在第一腿部的外周面上。需要调整支撑腿120的高度时，操作调节旋钮，调节旋钮远离第一腿部的外周面，此时，按需滑动第一腿部和第二腿部，滑动至合适位置后再拧紧调节旋钮即可。为了便于调节高度，在第一腿部上设置有刻度线，每根第一腿部上设置有刻度线，能够清楚快速判断出调节的距离，提高调节效率。进一步的，第一腿部和第二腿部之间通过凹凸结构连接，能够限制第一腿部和第二腿部之间的转动。
激光器组件400包括有超快激光器410、光学模组420、二氧化碳激光器430、二氧化碳激光切割头440、超快激光切割头470、显微相机460，超快激光器410、二氧化碳激光器430、光学模组420安装在机架100上，二氧化碳激光切割头440、超快激光切割头470和显微相机460安装在三维运动机构500上。显微相机460用于前期调试，方便观察零件被加工表面的质量。
三维运动机构500包括第一运动平台510、第二运动平台520和第三运动平台530，第一运动平台510相对于工作台200在第一方向上运动，第一方向为相对于工作台200的上下方向，可以将第一运动平台510定义为z轴运动平台，第二运动平台520相对于工作台200在第二方向运动，第二方向为相对于工作台200的左右方向，可以将第二运动平台520定义为x轴运动平台，第三运动平台530相对于工作台200在第三方向运动，第三方向为相对于工作台200的前后方向，可以将第三运动平台530定义为y轴运动平台。安装时，第一运动平台510位于工作台200上方，第二运动平台520安装在工作台200上，第三运动平台530安装在第二运动平台520上，夹具300安装在第三运动平台530上，超快激光切割头470、二氧化碳激光切割头440和显微相机460安装在第二运动平台520上。
本实施例中，夹具300包括承载板320以及至少三个装夹件310，每个承载板320上设置有至少三条滑动槽321，至少三个装夹件310一一对应卡接在至少三条滑动槽321中，装夹件310滑动设置在滑动槽321内，且装夹件310与承载板320之间具有用于限制装夹件310的位置的限位结构，至少三个装夹件310围成装夹空间。装夹件310包括基部311以及装夹部312，装夹部312转动设置在基部311上，装夹部312与基部311的转动轴线垂直于工作台200，基部311滑动设置在滑动槽321内，基部311与承载板320通过紧固螺栓313连接。装夹部312上安装有缓冲层。可选的，滑动槽321为t形槽，基部311具有两个滑动凸起，两个滑动凸起卡接在t形槽内，基部311在滑动槽321内沿着滑动槽321的长度方向滑动，基部311不能够相对于滑动槽321转动，在滑动槽321的槽底设置有条形开口，基部311上螺接有紧固螺栓313，通过拧动紧固螺栓313使基部311卡紧在承载板320上，需要调整装夹件310的位置时，旋松紧固螺栓313，调整完成后旋紧紧固螺栓313即可。进一步的，装夹部312上设置有转动轴，基部311上设置有螺纹孔，螺纹孔内螺接有调节螺钉314，可以方便快捷调整装夹部312与基部311的角度。
进一步的，装夹部312为偏心结构，即装夹部312与基部311的转轴轴线与装夹部312自身的中心线偏置，装夹部312的装夹面位于装夹部312的外周面上，这种结构设计，装夹部312相对于基部311转动过程中，装夹部312的装夹面能够调整的范围更大，夹紧效果更好。
夹具300的结构设计，根据待加工工件的外轮廓形状来相应调整装夹件310的位置，夹紧效果好，使用范围广。且通过转动装夹部312进一步实现装夹部312与工件的紧密接触，提高装夹效果。在装夹部312上设置有缓冲层，不易损坏工件。
本实施例提供的超短脉冲激光切割设备，其工作过程为，超快激光器发生激光，通过光学模组进入第一运动平台上的超快激光切割头470，形成加工光束，根据加工路径与由第一运动平台和第二运动平台组成的复合运动平台配合加工零件，加工完成后；二氧化碳激光器430发生激光，通过光学模组进入二氧化碳激光切割头440，形成加工光束，按照与超快激光器同样的加工路径与复合运动平台配合加工零件。本实施例提供的切割设备可以实现高效加工，加工精度高，解决了脆性材料在传统加工中表面质量差，崩边严重的问题。优化加工工艺，减少了传统加工中后续的加工工序，节约能源，节省设备占地面积，由于减少了传统加工中磨削等工序，达到了环保效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。