一种3D非金属成型件激光精密加工的方法与装置与流程

本发明涉及激光加工，特别是涉及一种3d非金属成型件激光精密加工的方法与装置。

背景技术：

1、激光加工被广泛应用于工业、军事、科学研究与日常生活中，随着激光加工工件复杂程度的增加，平面零件向空间立体零件的转变，针对一些复杂的多层非金属模压成型的三维空间零件，市场上传统激光加工已无法满足加工要求。

2、平面加工方案无法满足三维异形零件的加工，切割头+五轴机台运动加工方案(只能沿工件轮廓轨迹运动进行切割，对于多层材料或者一定厚度的材料加工时，在保证断面要求的情况不允许激光一次切透材料，通过走轨迹进行多遍切割时，受机台联动速度限制(机台联动速度远慢于振镜扫描速度)，激光直接将表层材料烧融/烧焦，造成零件损坏)；该方案无法适应一些材料需要(反复)多遍的加工要求。

3、基于上述理由，本发明提供一种3d非金属成型件激光精密加工的方法与装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种3d非金属成型件激光精密加工的方法与装置，以解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种3d非金属成型件激光精密加工装置，包括：

3、机架，所述机架顶端一侧安装有龙门架；

4、y轴位移机构，所述y轴位移机构安装在所述机架顶面；

5、x轴位移机构，所述x轴位移机构安装在所述龙门架上；

6、z轴位移机构，所述z轴位移机构通过安装架滑动设置在所述x轴位移机构上；

7、加工台，所述加工台安装在所述y轴位移机构顶面，所述加工台上安装有垂直旋转机构，所述垂直旋转机构上安装有水平旋转机构，所述水平旋转机构顶面安装有夹具，待加工工件通过所述夹具固定在所述水平旋转机构上；

8、振镜，所述振镜可拆卸连接在所述z轴位移机构上，所述振镜上安装有聚焦透镜，所述振镜与待加工工件对应设置；

9、激光器，所述激光器安装在所述龙门架的顶端，所述激光器与待加工工件对应设置，所述龙门架的顶端安装有反射镜组，所述反射镜组与所述激光器对应设置；

10、视觉定位单元，所述视觉定位单元安装在所述z轴位移机构上；

11、上位机，所述y轴位移机构、所述x轴位移机构、所述z轴位移机构、所述水平旋转机构、所述垂直旋转机构、所述振镜、所述视觉定位单元、所述激光器均与所述上位机电性连接；

12、其中，所述振镜为2d振镜或3d振镜。

13、根据本发明提供的3d非金属成型件激光精密加工装置，所述y轴位移机构包括y轴直线电机，所述y轴直线电机安装在所述机架顶端，所述加工台安装在所述y轴直线电机上。

14、根据本发明提供的3d非金属成型件激光精密加工装置，所述x轴位移机构包括x轴位移电机，所述x轴位移电机安装在所述龙门架的中间位置，所述安装架安装在所述x轴位移电机上。

15、根据本发明提供的3d非金属成型件激光精密加工装置，所述z轴位移机构包括z轴直线电机，所述z轴直线电机安装在所述安装架上，所述z轴直线电机上安装有支撑板，所述振镜、所述视觉定位单元均安装在所述安装板上。

16、根据本发明提供的3d非金属成型件激光精密加工装置，所述垂直旋转机构包括转动连接在所述加工台上的支撑座，所述支撑座的轴线与x轴平行，所述加工台上固定连接有旋转驱动电机，所述旋转驱动电机与所述支撑座传动配合，所述支撑座顶面设置有安装工位，所述水平旋转机构安装在所述安装工位上。

17、根据本发明提供的3d非金属成型件激光精密加工装置，所述水平旋转机构包括转动连接在所述安装工位上的支撑台，所述支撑台的轴线与z轴平行，所述安装工位上安装有电滑环，所述电滑环的转子与所述支撑台固定连接，所述夹具安装在所述支撑台的顶面。

18、根据本发明提供的3d非金属成型件激光精密加工装置，所述龙门架顶端安装有支撑架，所述支撑架上滑动设置有飞行光密封风琴罩，所述支撑架上滑动连接有推块，所述推块的底端与所述x轴直线电机上的安装架固定连接，所述飞行光密封风琴罩一端与所述龙门架侧面固定连接，所述飞行光密封风琴罩另一端与所述推块侧面固定连接。

19、根据本发明提供的3d非金属成型件激光精密加工装置，所述加工台上安装有除尘组件，所述除尘组件包括固定连接在所述加工台上的除尘罩，所述机架上安装有抽风风机，所述抽风风机的输出口与所述除尘罩固定连通。

20、一种3d非金属成型件激光精密加工方法，包括如下步骤：

21、s1，将加工零件模型导入上位机，通过导入的三维图形对加工轨迹根据透镜焦深范围进行图形解析/分段；

22、s3，通过夹具对待加工工件进行定位；

23、s3，根据材料类型选择第一加工模式或第二加工模式，如选择第一加工模式则实施步骤s4,如选择第二加工模式则实施步骤s5；

24、s4，图形解析后在每段线段边缘附着mark点，x轴位移机构、y轴位移机构、z轴位移机构、垂直旋转机构、水平旋转机构形成五轴联动机台带动待加工工件轮廓轨迹进行分段运动，通过激光器发射激光对mark点加工，然后视觉定位单元引导振镜分段进行抓靶加工，完成单段加工，多次重复直至图形加工完成；

25、s5，x轴位移机构、y轴位移机构、z轴位移机构、垂直旋转机构、水平旋转机构形成五轴联动机台带动待加工工件轮廓轨迹运动，同时通过激光器发射激光振镜进行加工，完成加工。

26、本发明公开了以下技术效果：

27、本发明工作时：将加工零件模型导入上位机，通过导入的三维图形对加工轨迹根据透镜焦深范围进行图形解析/分段；图形解析后在每段线段边缘附着mark点；通过夹具对待加工工件进行定位；x轴位移机构、y轴位移机构、z轴位移机构、垂直旋转机构、水平旋转机构形成五轴联动机台带动待加工工件轮廓轨迹进行分段运动，通过激光器发射激光对mark点加工，然后视觉定位单元引导振镜分段进行抓靶加工，完成单段加工；多次重复直至图形加工完成。

28、本发明解决了多层复合材料需要采用较高功率快速扫描的方式进行加工切割的问题，以保证断面的效果；x轴位移机构、y轴位移机构、z轴位移机构、垂直旋转机构、水平旋转机构形成五轴联动机台可以调整工件的摆放的姿态，以保证切割断面与曲面特征的角度要求。

技术特征：

1.一种3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于：所述y轴位移机构包括y轴直线电机(1)，所述y轴直线电机(1)安装在所述机架(13)顶端，所述加工台安装在所述y轴直线电机(1)上。

3.根据权利要求1所述的一种3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于：所述x轴位移机构包括x轴位移电机，所述x轴位移电机安装在所述龙门架(14)的中间位置，所述安装架安装在所述x轴位移电机上。

4.根据权利要求1所述的一种3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于：所述z轴位移机构包括z轴直线电机(9)，所述z轴直线电机(9)安装在所述安装架上，所述z轴直线电机(9)上安装有支撑板，所述振镜(7)、所述视觉定位单元(6)均安装在所述安装板上。

5.根据权利要求1所述的一种3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于：所述垂直旋转机构(2)包括转动连接在所述加工台上的支撑座，所述支撑座的轴线与x轴平行，所述加工台上固定连接有旋转驱动电机，所述旋转驱动电机与所述支撑座传动配合，所述支撑座顶面设置有安装工位，所述水平旋转机构(3)安装在所述安装工位上。

6.根据权利要求5所述的一种3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于：所述水平旋转机构(3)包括转动连接在所述安装工位上的支撑台，所述支撑台的轴线与z轴平行，所述安装工位上安装有电滑环，所述电滑环的转子与所述支撑台固定连接，所述夹具(16)安装在所述支撑台的顶面。

7.根据权利要求3所述的一种3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于：所述龙门架(14)顶端安装有支撑架，所述支撑架上滑动设置有飞行光密封风琴罩(12)，所述支撑架上滑动连接有推块，所述推块的底端与所述x轴直线电机(8)上的安装架固定连接，所述飞行光密封风琴罩(12)一端与所述龙门架(14)侧面固定连接，所述飞行光密封风琴罩(12)另一端与所述推块侧面固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于：所述加工台上安装有除尘组件，所述除尘组件包括固定连接在所述加工台上的除尘罩(4)，所述机架(13)上安装有抽风风机，所述抽风风机的输出口与所述除尘罩(4)固定连通。

9.一种3d非金属成型件激光精密加工方法，基于权利要求1-8任一项所述的3d非金属成型件激光精密加工装置，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开一种3D非金属成型件激光精密加工的方法与装置，包括：机架，机架顶端一侧安装有龙门架；Y轴位移机构；X轴位移机构；Z轴位移机构；加工台，加工台安装在Y轴位移机构顶面，加工台上安装有垂直旋转机构，垂直旋转机构上安装有水平旋转机构，水平旋转机构顶面安装有夹具，待加工工件通过夹具固定在水平旋转机构上；振镜，振镜上安装有聚焦透镜；激光器，激光器安装在龙门架的顶端，龙门架的顶端安装有反射镜组，反射镜组与激光器对应设置；视觉定位单元。本发明解决了多层复合材料需要采用较高功率快速扫描的方式进行加工切割的问题，以保证断面的效果。

技术研发人员：李雪莲,冉秋兵,王磊,曾海霞
受保护的技术使用者：武汉元禄光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17