[发明专利]用激光束在工件中制造空腔的方法和装置

说明书

本发明涉及用激光束在实心工件中制造空腔的方法和装置，其中，激光束通过紧密相邻设置的轨迹上作往返进给运动，对材料进行切削加工。

此外，本发明还涉及用激光束在实心工件中制造空腔的装置，它具有一个电动的往返运动的工作台，一个具有激光束聚焦元件和导向元件的激光装置和一个用于激光装置和工作台进给电机的程序控制装置。

至今，在实心工件中制造较大的盒形或箱形空腔，特别是锻具和成形刀具，一般是对在电动可移动的工作台上夹紧的工件进行电蚀和/或材料切削加工来实现的，随着大功率激光装置的发展，其在工件加工方面的应用范围还可进一步扩大。

作为实例，DE-GM8701354.1公开了一种方法，该法是将两个相反倾斜的并在一条直线上相交的倾斜切割施加到工件上。通过端面侧切割的连续进行，就产生纵向延伸的楔形件，并在它们取出之后形成棱形的凹槽。这些是在两个相邻凹槽之间遗留的纵向延伸的凸起则用相反倾斜的激光束通过相同形式的加工过程随后去掉。但是，已经证明，用这种方法则不能制造出平整和足够光滑的凹槽底面。此外，在相交的切割线区域还可能通过再凝固的材料产生焊接作用，这就妨碍了取出已切割的扇形件。

在DE2443334A1中公开了一种用激光束雕刻表面的方法和装置，其中，激光束以彼此紧密相邻的平行线方式滑过工件表面，并同时将材料从要加工成的沟纹中加工掉。在JP-OS-59-47086中公开了一种类似的在的陶瓷工件中加工平坦凹槽的方法，其中，通过激光束沿紧密相邻设置的轨迹作往返运动以使材料熔化，并通过一种压力流体除掉。但是，用这种公知的方法，不能制造具有垂直的或后倾的边墙的较深凹槽。亦即在边墙区域，对于垂直投射到工件表面的激光束来说，要产生变化的吸收和反射条件，由此则导致边墙不与工件表面相垂直，而是向里有一个基本的倾斜。在加深度较小的类似沟纹的凹槽时，这种边墙倾斜以及在边墙基部的倒圆沟槽还可以接受，但在凹槽较深时，这种倾斜的内墙则通常是不希望的。

在DE3544396A1中，公开了一种在板形体中制造具有倾斜切削棱的开口的加工方法，其中，工件按与激光束的纵轴线成一个予定的锐角进行定位，然后，在平板上通过一次或数次的行形扫描而切割出上述通孔。

在CH453523中描述了一种激光切割机，它具有一个电动往返运动的工作台。一个具有激光源，电动激光导向件和聚焦元件的激光装置，以及用于激光装置和进给电机的程控装置。为切割隙缝式开口，激光导向件将激光束原有的圆形横截面变换成一种矩形的横截面。

为了在实心工件上能够制造较深的凹槽，使之具有相当光滑的与工件表面垂直的或后倾的侧壁，以及平整光滑的底部，本发明的一个目的是提供用激光束在实心的工件中加工空腔的方法。

本发明的另一个目的是提供一种用激光束在实心的工件中加工空腔的机床。

根据本发明的用激光束在实心工件中加工空腔的方法，其中，材料通过在紧密相邻设置的导轨上的往返进给运动被激光束所切除，

该激光束(7)在每个线性的切削程期间被回转一预定的转角，使其加工点在一圆弧形的路径上运动，其特征在于：

激光束在每个线性加工过程结束时占据一个相对工件的倾斜位置，

当激光束每次在一个圆弧上转动期间，工件(12)能随工作台以绕激光束的转动轴的平移方式进行往复运动，或者进行转动从而可沿圆弧路径三维转动，使工件中的加工点的位置保持在相同的标高处，由此产生工件相对于激光束的均匀的相对速度，

在切除一层材料之后，这些线性加工过程就进行重复，直至达到规定的最终空腔深度。

本发明的一种用激光束在实心工件中加工空腔的机床，其特征在于包括：一种机床支架；

一个可滑动地装在所述机床支架上的壳体；

一个配置在所述壳体内的激光装置，所述激光装置包括聚焦元件和导向元件，所述聚焦元件和导向元件结构成沿第一激光束轴线产生激光束输出，

一个电机驱动的回转头，它包括一个装在所述壳体上用以绕所述第一激光束轴线旋转的激光束反射器，所述激光束反射器定位成接受沿所述第一激光束轴线的所述激光束，且沿第二激光束轴线偏转所述激光束；

一个电机驱动的可滑动工件台，它可以在垂直和水平方向沿跨越所述第二激光束路径的曲线路径定位，使得所述激光束可以在往返进给运动中对准装在所述工件台上的工件；以及

一个程序控制系统，用以控制所述激光装置，所述回转头以及所述工件台。