[发明专利]一种尤其用于生产切削刀具的工件加工方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加工工件的方法和装置，其可用于生产例如具有金刚石切削刃的切削刀具。

背景技术

图1a和图1b通过示意图展示了一些相关关系。其中，10表示一个工件。图1a示意展示了该工件在生产过程中的局部视图，图1b是一个截面图。在图1b中，19代表金属基体，其具体所需合适的形状。所述基体包覆有人工形成的金刚石层，该层包括区域14和16，在其之间显示有一条分界线15。所述金刚石层已应用于制成的坯件19上，它可以是CVD-金刚石涂层(“化学气相沉积”表面处理)或PKD-金刚石涂层(多晶金刚石)。所述金刚石涂层的厚度在加工结束后要大于最终需值，而最终所需形状包括该切削刀的切削刃是通过用激光切割机除去多余金刚石材料直到达到最终所要形状包括切削刃形状来完成的。

图1a示意展示了一个部分加工完成的切削刀的视图。该切削刀上段部分已经完工。边缘11是切削刀切削刃，其在所示的加工阶段已经完成。假定，往下仍须通过移除多余金刚石材料将该切削刀后刀面加工成最终所需形状。在图1b中，这意味着切割从坯件外部到边界15这一部分的材料14，该过程采用逐层的方式进行，其中所述各层平行于图平面且垂直叠于图平面之上。在图1a中，这是通过引导激光束13扫过多余材料的可及表面以液化和蒸发(即气化排放液滴)或燃烧所述材料来实现。

所述激光束13在工件可及表面上引导是以这样一种方式逐道地完成的：按多条相邻轨道依次行进，合在一起从而覆盖一个切割层。在图1a和1b中，标号51表示这些轨道，而虚线17则表示那些仍将要被切割的层。一层所述材料是通过切割多条相邻且接壤的轨道而除去的，通过这样去除数层(这些层图1a中垂直于图平面沿z方向相叠)，从而将所述坯件加工成最终所需工件形状。

图2a示意展示了一台激光加工机。10还表示工件；25表示激光刀具，其放射指向所述工件的聚焦的会聚激光束13。24是工件台，23是刀架。22a和22b是平移和／或旋转式调整轴，借其可对工件和刀具间相对位置(x，y，z)进行三维调整，此外借其还可以对工件和刀具的相对定向(phi，psi)进行自由调节。根据机器类型和适用性，所述调整轴可设于机器框架21和工件台24之间和／或机器框架21和刀架23之间。可以冗余提供多个轴。优选地，至少提供三个平移调整轴和两个旋转调整轴。

26笼统代表用于检测过程参数的传感器。它们还可以被设计成用于在工件加工期间直接检测工件表面，以及还可有选择地在解析加工精度中以三维解析方式测量该工件。27表示机器控制系统。它可以为数字处理计算机，其还可连接到一个较大或较小的网络。所述控制系统与存储器28相连，所述存储器除了其他各种数据外还包含产生一方面所述激光刀具25和另一方面调整轴22的控制信号所需的数据。29表示控制系统27和机床20之间的接口。它一方面包括信号线和／或(切换、键控)输出，此外还包括图中未画出的用于格式转换的转换装置、模数或数模转换器及类似物。

所述激光刀具25在图2b中示出。它被设计为在控制系统27的控制下，将所述激光束按所希望的方式导入到工件表面上，尤其是扫过图1a中概述的轨道51。这可以例如两维地通过可控可调反射镜25a来完成。除此以外，可提供聚焦调节装置25b(“z-移位器”)，其使所述激光束13焦点位置一方面跟进工作进程(图1a中z方向上)，另一方面在激光偏转情况下使其跟进冠面。

然而，迄今为止在高精度加工工件的生产过程中，诸如具有金刚石涂层的刀具的生产，并没有使用所述光学元件25a(可调反射镜)进行激光束引导。而是，当激光束13相对于激光刀具25稳定地产生自该刀具的时候，使用了机床20的机械调整轴22a和22b进行导引。

借助可调反射镜25a进行激光束导引的优点在于其速度相对比较快。利用它可将激光束轨道行进速度(激光在工件表面上落点或斑点的移动速度)从1米／秒以上调整到10米／秒甚至更多。但是，这种光学波束导引的缺点是其动态相当不准确，甚至常常超出所允许公差范围。反之，当不通过可调节反射镜25a，而是通过机械调整轴22a和22b(平移式和／或旋转式，设于机器框架21和刀架23之间和／或机器框架21和工件台24之间)在激光刀具25和工件10之间进行相对的导引时，激光束导入非常准确但也明显较慢。在这种情况下，精度有可能达到几微米。但是，在机械引导下的可达速率却明显较慢。它们通常低于10毫米／秒(在工件表面上的激光落点轨道行进速度)。因此，它们通常比光学导引可达到的速度慢至少100倍，所以工件生产周期也明显延长。