一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置及方法制造方法及图纸

技术编号：39941949 阅读：6 留言：0更新日期：2024-01-08 22:37

本发明专利技术属于激光加工技术领域，提供一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置及方法,包括固定座；多轴并联运动平台，下固定平台与固定座相连接；夹具，用于夹紧待加工工件，夹具设置于上运动平台上；激光加工机构，包括设置于固定座上的直线模组以及设置于直线模组上的激光器，直线模组用于驱动激光器沿直线移动，激光器的输出端用于朝向待加工工件；控制模块，包括计算机和多轴运动控制器，计算机用于设定运动参数，多轴运动控制器用于基于运动参数控制激光器、直线模组和多轴并联运动平台的工作状态。本发明专利技术设备结构紧凑、平台运动分辨率高、额定动载大、响应快。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光加工，尤其涉及一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置及方法。

技术介绍

1、激光加工是基于激光-工件材料相互作用的一种非接触式先进制造技术。在平面工件激光加工技术愈发成熟的同时，复杂曲面工件激光加工的需求也与日俱增，例如汽车内饰和3c电子产品的表面纹理、复杂面形模具的表面微结构、微刀具的排屑槽等均可以采用激光进行加工制备。为了实现复杂表面激光加工的高一致性与高精度激光加工，通常要求激光束与被烧蚀曲面法线恒定重合使激光入射角为零度，也存在一些特殊需求要求激光束始终与曲面法线保持特定夹角不变，使得在复杂曲面激光加工过程中加工点位不断变化的同时，激光的光斑形状和入射角保持不变，从而保证加工后工件表面加工区域的形貌均匀一致。因此，调控激光-工件相互作用的位姿是实现复杂曲面高精度激光加工的一个关键因素。

2、传统的激光加工设备，工件的运动自由度不高，无法始终保持激光-工件相互作用的位姿，无法完成曲面等复杂曲面的加工，而现有的五轴运动平台，虽然可通过五轴联动实现激光束与被烧蚀曲面法向的恒定重合，但是五轴运动平台由于运动副设置，额定运动载荷小，运动速度低，平台的运动响应慢，特别是在承载质量较大的曲面工件与夹具时难以实现高速度高精度的曲面激光加工。同时，在复杂曲面激光加工中，为了保证激光焦点在小面积空间曲面上的实时对焦与相对位姿控制，要求平台可以实现小加工范围的连续高频多自由度运动，对机械平台的频响性能也提出了较高的要求，而现有的激光加工设备无法满足。

技术实现思路

<p>1、本专利技术的目的是提供一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置及方法，以解决上述问题，达到设备结构紧凑、平台运动分辨率高、额定动载大、响应快的目的。

2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种用于多轴并联运动平台的线性执行装置，包括：

3、定子，包括定子壳体以及设置于定子壳体内的直线导轨，所述定子壳体用于铰接于多轴并联运动平台的下固定平台上；

4、动子，位于所述定子壳体内，所述动子与所述直线导轨滑动连接，所述动子的一端伸出所述定子壳体、且用于铰接于多轴并联运动平台的上运动平台上；

5、驱动机构，包括设置于所述定子壳体内的步进电机、与所述步进电机传动连接的编码器、与所述步进电机的输出轴相连接的丝杆以及与所述丝杆滑动配合的滚珠螺帽，所述滚珠螺帽与所述动子相连接。

6、优选的，所述动子包括滑动连接在所述直线导轨上的滑块、与所述滑块相连接的动子转接板、与所述动子转接板的一端相连接的多个圆柱杆以及与多个所述圆柱杆远离所述动子转接板的端部之间相连接顶板，所述圆柱杆贯穿所述定子壳体，所述顶板用于铰接于所述上运动平台上。

7、一种多轴并联运动平台，包括上运动平台、下固定平台以及多个所述的用于多轴并联运动平台的线性执行装置，所述定子壳体铰接于所述下固定平台上，所述动子的一端伸出所述定子壳体、且铰接于所述上运动平台上。

8、优选的，所述动子通过上铰接件与所述上运动平台相铰接，所述定子壳体通过下铰接件与所述下固定平台相铰接。

9、优选的，所述上运动平台的底面边部设置有三组所述上铰接件，任意两相邻所述上铰接件之间的夹角相同，所述下固定平台的顶面边部设置有三组下铰接件，任意两相邻所述下铰接件之间的夹角相同，所述上铰接件和所述下铰接件上分别铰接有两组所述的用于多轴并联运动平台的线性执行装置，两相邻所述用于多轴并联运动平台的线性执行装置之间倾斜设置。

10、一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置，包括：

11、固定座；

12、多轴并联运动平台，所述下固定平台与所述固定座相连接；

13、夹具，用于夹紧待加工工件，所述夹具设置于所述上运动平台上；

14、激光加工机构，包括设置于所述固定座上的直线模组以及设置于所述直线模组上的激光器，所述直线模组用于驱动所述激光器沿直线移动，所述激光器的输出端用于朝向所述待加工工件；

15、设定模块，用于设定所述直线模组和所述多轴并联运动平台的运动参数；

16、控制模块，用于基于所述运动参数控制所述直线模组和所述多轴并联运动平台的工作状态。

17、优选的，所述夹具的中轴线与所述激光器发出的激光的中心轴线在初始位置相重合。

18、优选的，所述控制模块包括用于基于所述多轴并联运动平台的运动参数控制所述多轴并联运动平台的工作状态的多轴运动控制器。

19、优选的，所述设定模块为计算机。

20、一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工方法，包括如下步骤：

21、利用设定模块设定所述直线模组和所述多轴并联运动平台的运动参数；

22、基于所述直线模组的运动参数控制直线模组的工作状态，以使得所述激光器聚焦的光斑定位至待加工工件表面；

23、基于所述多轴并联运动平台的运动参数控制多轴并联运动平台运动，实现对待加工工件表面的激光加工。

24、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：

25、1、加工精度高，加工质量均匀一致。本专利技术将待加工工件固定在多轴并联运动平台上，通过多轴并联运动平台的运动实现对激光焦点和激光束与曲面工件相对姿态的精确控制，保证加工过程中激光焦点始终位于工件表面，保证激光束轴线与工件曲面法线夹角恒定，有效保证加工质量与加工表面一致性，且加工过程中对环境污染极小，非常绿色环保。

26、2、灵活程度高，可控性好。本专利技术能够保证激光能流密度和激光照射角度等参数的高度一致性，适用于任意形状的小曲率工件，可以根据实际需要更改加工纹理图案，灵活度高。

27、3、结构简单，额定载荷大，安全性好。本专利技术的多轴并联运动平台结构简单，易拆卸，维护简单方便，并且由于各轴间的相互约束，不会出现飞车等危险情况，并提供了极高的额定载荷，可装载大质量夹具与工件，实现大质量复杂曲面工件的连续激光加工。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于多轴并联运动平台的线性执行装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于多轴并联运动平台的线性执行装置，其特征在于：所述动子(622)包括滑动连接在所述直线导轨(6216)上的滑块(6224)、与所述滑块(6224)相连接的动子转接板(6223)、与所述动子转接板(6223)的一端相连接的多个圆柱杆(6222)以及与多个所述圆柱杆(6222)远离所述动子转接板(6223)的端部之间相连接的顶板(6221)，所述圆柱杆(6222)贯穿所述定子壳体(6217)，所述顶板(6221)用于铰接于所述上运动平台(65)上。

3.一种多轴并联运动平台，其特征在于，包括上运动平台(65)、下固定平台(64)以及多个权利要求1-2任一项所述的用于多轴并联运动平台的线性执行装置，所述定子壳体(6217)铰接于所述下固定平台(64)上，所述动子(622)的一端伸出所述定子壳体(6217)、且铰接于所述上运动平台(65)上。

4.根据权利要求3所述的多轴并联运动平台，其特征在于，所述动子(622)通过上铰接件与所述上运动平台(65)相铰接，所述定

5.根据权利要求4所述的多轴并联运动平台，其特征在于：所述上运动平台(65)的底面边部设置有三组所述上铰接件，任意两相邻所述上铰接件之间的夹角相同，所述下固定平台(64)的顶面边部设置有三组下铰接件，任意两相邻所述下铰接件之间的夹角相同，所述上铰接件和所述下铰接件上分别铰接有两组所述的用于多轴并联运动平台的线性执行装置，两相邻所述用于多轴并联运动平台的线性执行装置之间倾斜设置。

6.一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置，其特征在于：所述夹具(7)的中轴线与所述激光器(1)发出的激光的中心轴线在初始位置相重合。

8.根据权利要求6所述的基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置，其特征在于：所述控制模块包括用于基于所述多轴并联运动平台的运动参数控制所述多轴并联运动平台的工作状态的多轴运动控制器(5)。

9.根据权利要求6所述的基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置，其特征在于：所述设定模块为计算机(3)。

10.一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工方法，基于权利要求6-9任一项所述的一种基于多轴并联运动平台的曲面激光加工装置，其特征在于，包括如下步骤：

...

【技术特征摘要】

1.一种用于多轴并联运动平台的线性执行装置，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的多轴并联运动平台，其特征在于，所述动子(622)通过上铰接件与所述上运动平台(65)相铰接，所述定子壳体(6217)通过下铰接件与所述下固定平台(64)相铰接。

5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊杰，张锦淼，马文启，任明俊，赵学森，胡振江，孙涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：

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