[发明专利]一种激光柔性加载成形高精度碟形零件的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于机械先进制造微零件领域，尤其指激光柔性加载成形微零件领域中的一种激光柔性加载成形高精度碟形零件的装置以及方法。

背景技术

近年来，随着工业技术的发展，产品的微型化成为工业制造发展的重要趋势。与之相关的微零件的制造也变得越来越重要，相应的微成形技术也随之发展起来。微冲裁和微拉深作为新型的塑形加工工艺，越来越受到研究者的关注。然而，目前对于微成形的研究仅限于简单零件，只涉及单个加工工艺，对于涉及多种工艺的复杂零件则研究地较少。

高精度碟形零件的生产制造需要涉及多种加工工艺，包括微拉深，微冲裁，以及微落料。在传统的制造技术中，加工这样的零件主要由三种加工方式进行实现：

第一种加工方式，分三个步骤进行加工。先拉深成形，后冲孔，最后实现落料，相当于拉深成形后的切边整形过程。这种方式的缺点是：涉及多次装夹，存在装夹定位误差，精度差，加工耗时较长，生产效率较低，仅适用于小批量加工精度要求不高的零件。所以在批量生产中，一般不会采用这样的加工方式。

第二种加工方式，利用级进模具进行加工。申请号为201310734972.9的中国专利提出了一种用于加工微型电机的多工位级进模，其设计内容包括在下模部分的凸模、在上模部分的凹模、凹模内推出制件的弹性推件装置、卸料板、固定板及设置于所述固定板和卸料板之间的内导柱。这套模具所涉及的结构较为复杂，而且这种级进模的加工方式会产生步距定位误差和凸、凹模加工及装配误差，导致零件的同轴度很难达到要求。在移动过程中，由于零件尺寸微小，会产生微量变形，影响加工精度，重复定位会影响加工效率，夹具的使用也会增加零件的制造成本。

第三种加工方式，利用复合模具进行加工。裴雨滋等人在《电加工与模具》杂志中发表的论文《碟形件微冲裁冲压复合模具设计》中，设计出了一套能够制造高精度碟形零件的复合模具，包括拉深凹模，拉深凸凹模，冲孔凸模，落料凹模等零件，进而实现先拉深成形，再冲孔，最后完成落料。这种加工方式虽然减少了加工过程中由于装夹带来的误差，但是凸模与凹模之间的对中较为复杂且不易于保证精度。此外，构成模具的结构较复杂，延长了制造周期并增加了制造成本，因此这种加工方式也存在着诸多的不便与问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种基于激光柔性加载成形高精度碟形零件的装置以及方法，本发明无需设计结构复杂的级进模具与复合模具，不存在装配误差，降低了制造复杂模具的成本与周期；利用脉冲激光和柔性薄膜作为加载载荷，利用较高精度的模具来保证高精度碟形零件的同轴度要求；模具的可拆卸，实现了成形废料的有效清除，解决了成形废料堵塞模具的问题，延长了模具的使用寿命；利用高精度相机采集图像数据对模具和脉冲激光进行定位，解决了使用肉眼观察带来的误差问题，提高了碟形零件的生产精度。

本发明的技术方案是：一种激光柔性加载成形高精度碟形零件的装置，包括脉冲激光产生系统、碟形件成形系统和碟形件控制系统；

所述脉冲激光产生系统包括可拆卸安装在固定孔系基座上的第一保持架、安装在第一保持架的平面反射镜和调焦镜，以及脉冲激光器；所述脉冲激光器把光直射到所述平面反射镜上，所述平面反射镜在调焦镜的正上方，且把光反射到调焦镜上；

所述碟形件成形系统设置在所述调焦镜的下方；所述碟形件成形系统包括落料力控制夹、工艺布置机构、模具和三坐标移动平台；所述工艺布置机构包括从上到下依次叠加的透明约束层、黑漆吸收层、柔性薄膜和金属薄板；所述落料力控制夹呈“回”字形，中间为方形的第四通孔，所述落料力控制夹平整地压在透明约束层之上；所述模具为可装配、多工艺成形模具；

所述工艺布置机构水平放置在模具上，所述模具与下方的三坐标移动平台可拆卸连接，所述三坐标移动平台通过螺钉固定在固定孔系基座上面；

所述碟形件控制系统包括脉冲激光控制器、工业计算机和伺服电机控制系统；所述脉冲激光控制器的一端与脉冲激光器电连接，另一端与工业计算机电连接，脉冲激光控制器用于控制脉冲激光器的功率密度和脉冲发射频率；所述伺服电机控制系统的一端与工业计算机电连接，另一端与三坐标移动平台电连接；工业计算机通过脉冲激光控制器控制脉冲激光器的工作，工业计算机通过伺服电机控制系统控制三坐标移动平台的移动。