一种电磁辅助激光打孔装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种电磁辅助激光打孔装置，包括激光发生单元、工件装夹单元、旋转磁场生成单元和驱动单元；工件装夹单元包括主轴、底板、第一轴承和鼠笼；主轴固定安装在底板的一侧，鼠笼安装在第一轴承上；旋转磁场生成单元的永磁铁通过第一螺钉压紧在磁铁夹具上；驱动单元由电机支座、电机、带轮和皮带组成；电机支座固定于底板上，电机支座上竖直安装电机，带轮的皮带槽与夹具底座的皮带槽安装在同一水平位置，皮带压紧在带轮的皮带槽和夹具底座的皮带槽上。本实用新型专利技术采用了工件旋转的工作方式，使得磁场对激光打孔的辅助效果增强；同时旋转磁场还可以控制激光打孔过程中产生的等离子体及熔融金属的运动，优化了激光打孔效果。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁辅助激光打孔装置
本技术属于激光加工领域，具体涉及一种电磁辅助激光打孔装置。
技术介绍
在机械加工中，孔加工是占比较大的一道重要的加工工序，随着零件的小型化，生产的大批量化，普通的机械钻孔法难以实现大批量的小孔、微孔的制造，激光打孔是现代制造
的关键技术之一，激光打孔与其他打孔方法相比具有打孔深径比大、无接触、无工具损耗、加工速度快、表面变形小、可以加工各种材料等显著优越性，能良好地满足现代工业产品加工的要求，已得到了广泛的应用，例如飞机发动机蜗轮叶片散热孔的加工。现有的激光打孔方法一般是将激光束聚焦于工件表面或者表面以下某个位置，以足够高的功率密度加热和熔化材料，随后材料以液态和气态形式喷射出去达到材料去除的目的，在此过程中，通常在打孔位置喷射高压辅助气体以提高打孔效率和打孔效果。但是现有的激光打孔方法具有以下缺点:1.激光打孔过程中等离子屏蔽效应严重，导致激光能量的损耗；2.加工后孔壁存在厚度不均的再铸层而影响孔的质量；3.高能量长脉冲的激光打孔过程中产生的冲击力过大导致加工出的孔重复精度低，孔壁存在微裂纹，孔的质量难以提闻。虽然现有技术中已有磁场辅助激光焊接的方法和单元(比如专利号为200410101556.6的中国专利技术专利《一种磁场辅助激光焊接单元》)，但是由于激光焊接与打孔的特点不同，用于激光焊接的单元并不能适用于激光打孔。
技术实现思路
本技术针对上述现有技术的不足，提供了一种电磁辅助激光打孔装置；该装置采用了工件旋转的工作方式，使得磁场对激光打孔的辅助效果增强；同时旋转磁场还可以控制激光打孔过程中产生的等离子体及熔融金属的运动，优化了激光打孔效果。本技术是通过如下技术方案实现的:—种电磁辅助激光打孔装置，包括激光发生单元、工件装夹单元、旋转磁场生成单元和驱动单元；所述激光发生单元包括激光器和聚焦透镜，激光器输出的激光束经聚焦透镜聚焦后作用于待加工的工件的表面；所述工件装夹单元包括主轴、底板、第一轴承和鼠笼；所述主轴固定安装在底板的一侧，主轴为阶梯轴，在主轴上轴段安装有第一轴承，鼠笼安装在第一轴承上；所述鼠笼是由第三螺钉、鼠笼顶板、铜柱和鼠笼底板组成，鼠笼顶板通过铜柱与鼠笼底板相连，铜柱围成一圈，均匀分布，第三螺钉位于鼠笼顶板上，待加工的工件通过第三螺钉固定于鼠笼上；所述旋转磁场生成单元包括第一螺钉、磁铁夹具、永磁铁、第二螺钉、夹具底座、第二轴承，其中，第二轴承安装于主轴的中部轴段上，第二轴承上配合安装夹具底座，两个磁铁夹具通过第二螺钉对称固定于夹具底座上，永磁铁通过第一螺钉压紧在磁铁夹具上；所述驱动单元由电机支座、电机、带轮和皮带组成；电机支座固定于底板上，电机支座上竖直安装电机，电机主轴上安装带轮，带轮的皮带槽与夹具底座的皮带槽安装在同一水平位置，皮带压紧在带轮的皮带槽和夹具底座的皮带槽上。进一步的，所述夹具底座为圆盘形结构。进一步的，夹具底座上设有多排螺纹孔，用于调整磁铁夹具距离夹具底座中心位置的距离。进一步的，所述永磁铁可根据加工要求选用所需的永磁铁类型，同时永磁铁可由多块永磁铁叠加组成。进一步的，所述电机为可变速的电机。本技术具有如下有益效果:1、激光打孔相对于激光焊接来说等离子体密度小得多，主要是气流的速度和流量造成的，即打孔时气流很强，吹散了等离子体。因此传统的用于焊接的电磁辅助方法不能简单适用于激光打孔过程。本技术采用鼠笼式结构大大增强了磁场的作用，使电磁辅助方法对于弱等离子体情况也能适用。2、本技术采用的工件旋转工作方式会带来激光熔池的离心力效果，使得熔化的金属液体在离心力的作用下发生强烈的飞溅，然后气化蒸发；这种蒸发进一步增强了等离子体的密度；其增强的原理是激光辐照在气化的金属离子上，使之等离子化，相对于只旋转不加磁场的打孔方式，磁场的作用会去掉这种增强后的等离子体，从而使得磁场对激光打孔的辅助效果增强。另一方面，金属液体在离心力的作用下，趋向孔壁，使得熔池中心部位露出固态的金属，有利于更充分的吸收激光作用能量，从而增强打孔深度。3、本技术通过施加与打孔方向相垂直的磁场控制打孔过程中产生的等离子体的运动，使其避开激光入射方向，减少了激光能量的损失，提高了打孔效率。同时控制等离子体的运动，可以使其脱离孔内后迅速散开，减小了孔口压力，使孔内金属熔液、等离子体能够更迅速地喷出，加速打孔过程。由于等离子的迅速喷出，使得孔内压力下降，减小了打孔过程中产生的冲击力，降低了孔壁产生微裂纹的概率，提高了打孔质量。4、本技术通过旋转磁场对孔内熔融金属的搅拌，使其均匀附着在孔壁上，修复孔壁的微裂纹，减小了打孔过程的随机性，提高了打孔重复性精度和孔的圆度精度。【附图说明】下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。图1是本技术所述电磁辅助激光打孔装置的结构图；图2是本技术所述鼠笼的结构图；图3是本技术实施过程的原理图；图中各标号的含义如下:1、第一螺钉，2、磁铁夹具，3、鼠笼，4、聚焦透镜，5、激光束，6、工件，7、第一轴承，8、永磁铁，9、夹具底座，10、电机，11、底板，12、第二轴承，13、主轴，14、第二螺钉，15、皮带，16、带轮，17、电机支座，18、第三螺钉，19、鼠笼顶板，20、铜柱，21、鼠笼底板，22、磁场旋转方向，23、磁场,24、等尚子体,25、熔融金属。【具体实施方式】下面结合附图和实施例详细说明本技术提出的方法及装置的细节和工作情况。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，并不用于限定本技术。本技术提供了一种电磁辅助激光打孔装置(如图1和图2所示)，包括四个部分，分别是激光发生单元、工件装夹单元、旋转磁场生成单元和驱动单元。所述激光发生单元包括激光器和聚焦透镜4，激光器输出的激光束经聚焦透镜4聚焦后作用于待加工的工件6的表面；所述工件装夹单元包括主轴13、底板11、第一轴承7和鼠笼3，其中，主轴13固定安装在底板11的一侧，主轴13为阶梯轴，在主轴13上轴段安装有第一轴承7，鼠笼3安装在第一轴承7上。所述鼠笼3由第三螺钉18、鼠笼顶板19、铜柱20和鼠笼底板21组成，其中，鼠笼顶板19通过铜柱20与鼠笼底板21相连,铜柱20围成一圈,均勻分布,第三螺钉18位于鼠笼顶板19上,工件6通过抒紧第三螺钉18固定于鼠笼3上。所述旋转磁场生成单元包括第一螺钉1、两个磁铁夹具2、成对的永磁铁8、第二螺钉14、夹具底座9、第二轴承12，其中，第二轴承12安装于主轴13的中部轴段上,第二轴承12上配合安装夹具底座9，两个磁铁夹具2通过第二螺钉14对称固定于夹具底座9上，每个永磁铁8均通过第一螺钉I压紧在磁铁夹具2上；其中，永磁铁8可根据加工要求选用所需的永磁铁类型，永磁铁8的数量也可以根据实际需要选用。所述驱动单元由电机支座17、电机10、带轮16、皮带15组成；电机支座17固定于底板11上，电机支座17上竖直安装电机10，电机主轴上安装带轮16，带轮16的皮带槽与夹具底座9的皮带槽安装在同一水平位置，皮带15压紧在带轮16的皮带槽和夹具底座9的皮带槽上。采用上述打孔装置进行电磁辅助激光打孔方法具体包括如下步骤:(I)将尺寸为50mmX 50mmX IOmm的工件6装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁辅助激光打孔装置，其特征在于，包括激光发生单元、工件装夹单元、旋转磁场生成单元和驱动单元；所述激光发生单元包括激光器和聚焦透镜（4），激光器输出的激光束经聚焦透镜（4）聚焦后作用于待加工的工件（6）的表面；所述工件装夹单元包括主轴（13）、底板（11）、第一轴承（7）和鼠笼（3）；所述主轴（13）固定安装在底板（11）的一侧，主轴（13）为阶梯轴，在主轴（13）上轴段安装有第一轴承（7），鼠笼（3）安装在第一轴承（7）上；所述鼠笼（3）是由第三螺钉（18）、鼠笼顶板（19）、铜柱（20）和鼠笼底板（21）组成，鼠笼顶板（19）通过铜柱（20）与鼠笼底板（21）相连，铜柱（20）围成一圈，均匀分布，第三螺钉（18）位于鼠笼顶板（19）上，待加工的工件（6）通过第三螺钉（18）固定于鼠笼（3）上；所述旋转磁场生成单元包括第一螺钉（1）、两个磁铁夹具（2）、成对的永磁铁（8）、第二螺钉（14）、夹具底座（9）、第二轴承（12），其中，第二轴承（12）安装于主轴（13）的中部轴段上，第二轴承（12）上配合安装夹具底座（9），两个磁铁夹具（2）分别通过第二螺钉（14）对称固定于夹具底座（9）上，每个永磁铁（8）均通过第一螺钉（1）压紧在一个磁铁夹具（2）上；所有的永磁铁（8）对称分布在夹具底座（9）上；所述驱动单元由电机支座（17）、电机（10）、带轮（16）和皮带（15）组成；电机支座（17）固定于底板（11）上，电机支座（17）上竖直安装电机（10），电机主轴上安装带轮（16），带轮（16）的皮带槽与夹具底座（9）的皮带槽安装在同一水平位置，皮带（15）压紧在带轮（16）的皮带槽和夹具底座（9）的皮带槽上。...

【技术特征摘要】
1.一种电磁辅助激光打孔装置，其特征在于，包括激光发生单元、工件装夹单元、旋转磁场生成单元和驱动单元； 所述激光发生单元包括激光器和聚焦透镜(4)，激光器输出的激光束经聚焦透镜(4)聚焦后作用于待加工的工件(6)的表面； 所述工件装夹单元包括主轴(13)、底板(11)、第一轴承(7)和鼠笼(3);所述主轴(13)固定安装在底板(11)的一侧，主轴(13 )为阶梯轴，在主轴(13 )上轴段安装有第一轴承(7 )，鼠笼(3)安装在第一轴承(7)上； 所述鼠笼(3)是由第三螺钉(18)、鼠笼顶板(19)、铜柱(20)和鼠笼底板(21)组成，鼠笼顶板(19)通过铜柱(20)与鼠笼底板(21)相连,铜柱(20)围成一圈,均勻分布,第三螺钉(18)位于鼠笼顶板(19)上，待加工的工件(6)通过第三螺钉(18)固定于鼠笼(3)上； 所述旋转磁场生成单元包括第一螺钉(I)、两个磁铁夹具(2)、成对的永磁铁(8)、第二螺钉(14)、夹具底座(9)、第二轴承(12)，其中，第二轴承(12)安装于主轴(13)的中部轴段上，第二轴承(12)上配合安...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯爱新，卢轶，薛伟，吴川，罗敬文，曹宇，瞿建武，曹宇鹏，朱德华，温德平，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33