專利名稱：激光淬火裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對工件的局部進行淬火的激光淬火裝置，特別涉及適合于在機床上對工件進行淬火的激光淬火裝置。
背景技術：
作為用于對工件進行局部淬火的裝置，有激光淬火裝置。在以往的激光淬火裝置中，因為從加工頭射出的激光束的照射方向是一定的，所以在工件的形狀和淬火的位置、范圍等作業條件和作業方法的設定中，需要豐富的經驗。
在進行激光淬火的工件是大規模大量生產的情況下，如果設置該工件專用的激光淬火裝置，則不受操作者經驗的影響，可以加工穩定品質的工件。但是，在工件是多品種少量生產(特別是單件生產)的情況下，不可能設置經濟的這種工件專用的激光淬火裝置。
此外，對于要求高精度的工件，由于淬火時的熱變形，需要再研磨等的后續工序。這種情況下，把從機床拆下的工件，在淬火后再次安裝到機床上進行加工，其結果是淬火工序的作業時間變長。此外，由于在機床上安裝工件時的位置重現性的偏差，致使加工精度下降。
鑒于上述情況，本發明的目的在于提供一種激光淬火裝置，它不需要特別的熟練程度，而且可以縮短淬火工序的時間，提高工件的產量。
發明概述為了實現上述目的，在本發明的權利要求1中，包含以經過多個機床的加工區域附近的形式設置的導向裝置，在導向裝置上，設置滑鞍，使其沿著該導向裝置自如移動，在上述滑鞍上，相對上述多臺機床的加工區域設置加工頭，使其可以有選擇地自如地插入退避，在上述加工頭上，設置可以射出激光的發射頭，可以自如地裝拆，并且設置發射頭架，可以裝拆自如地保持上述發射頭，設置有可在上述加工頭和發射頭架之間交換上述發射頭的發射頭交換裝置。
在權利要求1的發明中，因為，可以使激光淬火機的加工頭相對被配置在各機床的加工區域上的工件移動，而加工頭安裝有適合于工件淬火位置的發射頭，可以在工件的需要位置上照射激光進行淬火，所以，不需要特別的熟練程度就可以進行淬火。此外，即使在由于淬火時的熱變形需要研磨等的后續加工時，因為工件被設置在機床上，所以可以直接實施后續的工序，不會有因在機床上安裝工件時的安裝位置的重現性的偏差引起的加工精度的下降，而且，可以縮短淬火工序的時間，提高工件的產量。此外，由于加工頭可以相對多臺機床的加工區域有選擇地自如地插入退避，因而可以一臺激光淬火裝置對多臺機床連續地進行淬火作業，作業效率高。
本發明中的權利要求2，在權利要求1的發明中，上述導向裝置被設置成從上述多臺機床的加工區域的上方通過的形式。
如果采用權利要求2的發明，則除了權利要求1的發明效果外，不會有工件對各機床工件的搬入、搬出、機床的維護等構成妨礙。
本發明中的權利要求3，在權利要求1的發明中，上述發射頭交換裝置具有驅動裝置，它驅動上述發射頭架和上述加工頭自如地相對地接近或者離開。
如果采用權利要求3的發明，則除了權利要求1的效果以外，可以提高加工頭姿態的自由度，可以與復雜形狀的工件對應。
本發明中的權利要求4，在權利要求1的發明中，上述發射頭架被設置成可以和上述滑鞍一同沿著導向裝置移動。
如果采用權利要求4的發明，則除了權利要求1的發明效果外，在發射頭交換時，不需要使滑鞍沿著導向裝置移動，就可以在短時間內交換發射頭，可以提高作業性。
本發明中的權利要求5，在權利要求1所述的激光淬火裝置，上述射頭交換裝置，具有設置有多個上述發射頭架的發射頭盤。
如果采用權利要求5的發明，則除了權利要求1的發明效果外，可以在短時間內進行多個發射頭的交換，提高作業性。
本發明中的權利要求6，設置有多個上述發射頭，在這些發射頭上，形成激光光的射出狀態不同的光路。
如果采用權利要求6的發明，則除了權利要求1的發明效果外，可以配置多個射頭，它們適合于成為淬火作業對象的工件的淬火位置，還可以對應更復雜形狀的工件。
附圖簡述圖1是展示采用本發明的激光淬火裝置的設置狀態的斜視圖。
圖2是展示圖1中的激光淬火裝置的可移動部分的斜視圖。
圖3是展示圖2中的從動驅動部分的側面斷面圖。
圖4是展示圖2中的加工頭部分的驅動機械的構成圖。
圖5是展示圖2中的加工頭和發射頭盤的關系的正面圖。
圖6是展示工件淬火位置和射頭的形狀的斜視圖。
以下，參照
本發明的實施方案。
具體實施例方式
圖1是展示采用本發明的激光淬火裝置和機床的設置的斜視圖，圖2是展示圖1中的激光淬火裝置的可移動部分的斜視圖，圖3是展示圖2中的從動驅動部分的側面斷面圖，圖4是展示圖2中的加工頭部分的驅動機構的構成圖，圖5是展示圖2中的加工頭和發射頭盤的關系的正面圖，圖6是展示工件淬火位置和射頭形狀的斜視圖。
在圖中，作為分別具備數控裝置，并根據數控裝置的指令加工工件3、4的機床的加工中心1和數控車床2，其分別加工的工件3、4的位置被配置在大致同一直線上。進而，在加工中心1的對工件進行加工的加工區域M A內配置臺，被支撐在該臺上的工件3，可以在箭頭X方向(或者在水平方向上正交的箭頭X、Y方向)移動，在數控機床2對工件進行加工的加工區域M A上配置主軸，被支撐在該主軸上的工件4，可以按照箭頭C的方向轉動。
CAD5，輸入包含工件3、4的多個工件的設計信息。
CAM6，從CAD5中調出要加工的工件3(4)的設計信息，指定所使用的加工裝置(加工中心1、數控機床2)，根據被顯示在顯示器6a上的3維CAD圖象，指定工件3(4)的加工位置。進而，從鍵盤6b，輸入加工量、加工條件(使用的工具、工具的轉速、切入深度、進給速度等)、是否對工件3(4)進行淬火、是否在淬火后再加工和其加工條件等，作為向加工中心1和數控車床2的數控裝置輸入數據的輸入裝置使用。
CAM7，從CAD5調出要加工的工件3(4)的設計信息，根據被顯示在顯示器7a上的3維CAD圖像，指定在設計圖上指定的工件3(4)的淬火位置。進而，CAM7還作為輸入裝置使用，它根據從鍵盤7b輸入的工件位置3(4)的材質(尺寸)、淬火寬度，淬火深度等，從預先登記的數據庫中，算出激光輸出、頻率、負荷(duty)、輔助氣體、散焦量、光束振幅、光束振幅頻率、軸向進給量等淬火作業條件，把這些淬火位置和作業條件輸入到激光淬火裝置8的數控裝置中。
具備數控裝置的激光淬火裝置8的主體9，包含激光振蕩器和其控制裝置。此外，在主體9上，設置具備一對反射鏡10、11的光路12，用于在主體側面上導向從激光振蕩器發出的激光束51，使其和后述的導軌平行。進而，通過在反射鏡上設置由扼流裝置構成的光束直徑調節裝置13，可以調整從光路12射出的激光束的直徑。
導軌14，用3根支柱15配置在箭頭X方向(水平方向)上，以通過多臺機床的加工區域MA的上方的形式，使得與上述加工中心1和數控機床2上的工件3、4的排列大致平行。在該導軌14上，設置構成導向裝置的一對軌道16、沿著該軌道16配置的齒條17。
如圖2所示，滑鞍18包含和齒條17嚙合的小齒輪(未示出)和驅動它的伺服電機19，被支撐在軌道16的箭頭X方向上可以自如移動。而后，通過靠伺服電機19的驅動使小齒輪轉動，向箭頭X方向的任意位置移動。在該滑鞍18上，形成用于使從箭頭X方向射入的激光束51向箭頭Y方向射出的光路，在其交點上設置反射鏡20。此外，該滑鞍18和光路12之間，連接可以伸縮自如地構成的光路21。
滑塊22，被支撐在滑鞍18的下面，通過和滑鞍18一樣的導向裝置(未示出)，在和上述箭頭X方向正交的箭頭方向Y(水平方向)上移動。在該滑塊22的上面固定有與導向裝置的軌道平行的齒條(未示出)。固定有和該齒條嚙合的小齒輪的伺服電機23被配置在滑鞍18上，通過驅動使滑塊22向箭頭Y方向的任意位置移動。在該滑塊22上，形成這樣的光路，使從滑鞍18向箭頭Y方向射出的激光束51向Z方向射入，并向箭頭Z方向射出，為此在其交點上設置反射鏡24。進而，在滑鞍18的激光束51的射出口和滑塊22的激光束51的射入口之間，配置和上述光路21一樣的伸縮自如的光路(未圖示)。
套筒25，由上套筒26和下套筒27構成，其中，上套筒26被嵌裝在滑塊22上可以在箭頭Z方向(垂直方向)上自如滑動，下套筒27被嵌裝在該上套筒26上可以自如滑動。如圖3所示，在上套筒26的內面上設置沿著箭頭Z方向延伸的齒條28，在下套筒27上，設置和該齒條28隔著規定的間隔平行的，在箭頭Z方向上延伸的齒條29。在被設置在滑塊22上的伺服電機30上，設置和齒條28嚙合的小直徑的小齒輪31、和齒條嚙合的大直徑(直徑是小直徑齒輪31的2倍)的小齒輪32，在伺服電機30動作時，下套筒27以上套筒26的2倍速度移動。在該套筒25上，形成使從滑塊22向箭頭Z方向射出的激光束51通過，向箭頭Z方向射出的光路。
加工頭33，由基座34和前端部分35組成，其中基座部分34，支撐在下套筒27的下端，以下套筒27的垂直的軸心CL1為中心，在箭頭A方向上可以旋轉，前端部分35，支撐在該基座34的側面上，以和基座34的旋轉中心正交的水平的中心線CL2為中心，在箭頭B方向上可以旋轉。
加工頭33的基座34由以下部分組成被固定在下套筒27的下端的固定部分36；如圖4所示，被支撐在該固定部分36內可以自如轉動的齒輪37；被支撐在該齒輪37上的可動部分38；被支撐在固定部分36上的伺服電機39；被固定在伺服電機39上的和齒輪37嚙合的齒輪40。而后，通過伺服電機39的動作，可動部分38在水平面內以垂直軸心CL1為中心可以在箭頭A方向上以任意角度轉動。在該基座34上形成光路，用于使從下套筒27入射的箭頭Z方向的激光束51向水平方向射出，在其交點上設置反射鏡41。
加工頭33的前端部分35由以下部分組成被固定在和可動部分38的反射鏡41相對的側面上的固定部分42；被支撐在該固定部分42上可以自如轉動的齒輪43(參照圖4)；被支撐在該齒輪43上可動部分44；被支撐在固定部分42上的伺服電機45；被固定在伺服電機45上的和齒輪43嚙合的齒輪46。而后，通過伺服電機45動作，可動部分44在垂直面內以水平中心線CL2為中心，在箭頭B方向上以任意角度旋轉。在其前端部分35上形成光路，用于使從基座34向水平方向入射的激光束51向垂直方向射出，在其交點上，配置在箭頭D方向上振動自如的電(galvano)鏡47作為反射鏡，使得給予激光束51需要的光束振幅、光束振幅頻率。
進而，雖然圖中未示出，但在加工頭33的前端部分35上，形成輔助氣體的提供口，與輔助氣體供給源連接。
發射頭48，在外周形成法蘭盤48a，被支撐在加工頭33的前端部分35上可以自如裝拆，該發射頭48，如圖4所示，在加工頭33上的裝拆一側具備聚光透鏡49，形成這樣的光路，使在軸心上用電鏡47反射，在垂直方向上入射的激光束51通過，照射在工件3(4)上。
進而，在發射頭48一側，形成輔助氣體供給口，和形成在上述加工頭33的前端35部分上的輔助氣體的供給口連通，在把發射頭48安裝在加工頭33上時，連接加工頭33一側的輔助氣體供給口和發射頭48一側的輔助氣體供給口，向發射頭48內的聚光透鏡49的下方(聚光透鏡49和工件3(4)之間)提供輔助氣體。
該發射頭48的類型，是用于在被安裝在加工中心1和數控車床2上的工件3(4)的，與電鏡47相對的表面上進行淬火的類型，用電鏡47反射的激光束51，通過聚光透鏡49直接照射在工件3(4)上。
發射頭盤50，如圖2所示，用未圖示的導向裝置支撐在上述滑鞍18上，可以在箭頭X方向上自如移動，由未圖示的驅動源驅動。在該發射頭盤50上，如圖2以及圖5所示，形成從嵌插發射頭48的上部的平面看是U字形的溝50b，和從嵌插發射頭48的法蘭盤48a側面看是I字形的溝50c，具備被排列在Y軸方向上的多個發射頭架50a。在這些發射頭架50a上，根據激光束51的射出形態各自不同，支撐形成不同光路的多種發射頭48b、48c、48d等，可以自如裝拆。進而，用發射頭盤50和其驅動源構成發射頭交換裝置。
而后，用CAM6，從CAD5中調出要加工的工件3(4)的設計信息，輸入工件3(4)的加工位置、加工量、加工條件(使用的工具，工具和工件4的轉速、切入深度，進給速度等)，輸入到加工中心1(數控機床2)的數控裝置。加工中心1和數控機床2，由數控裝置控制，進行工件3、4的加工。
當在工件3(4)上需要局部淬火時，用CAM7從CAD5中調出要淬火加工的工件3(4)的設計信息，把3維的CAD圖像顯示在其顯示器上，在顯示器上指定工件3(4)的淬火位置的同時，經由鍵盤輸入工件3(4)的材質(尺寸)，淬火寬度、淬火深度。
CAM7，通過被輸入的信息，根據預先被記錄在其存儲器內的數據庫，算出激光輸出、頻率、能率、輔助氣體、散焦量、光束振幅、光束振幅頻率、軸向進給量等淬火作業條件，把這些淬火作業條件輸入到激光淬火裝置8的數控裝置中。
這時，激光淬火裝置8，在加工頭33上安裝淬火所使用的射頭48，在從加工中心1和數控車床2輸出加工結束信號前，處于待機狀態。
如果加工中心1或者數控車床2輸出加工結束信號，則激光淬火裝置8的數控裝置，使伺服電機19動作，使滑鞍18沿著軌道14在箭頭X方向上移動，直至移動到安裝有要淬火的工件3、4的機床1、2的上方的規定位置。接著，使伺服電機23動作，在箭頭Y方向上移動滑塊22，如圖1所示，向工件4的淬火位置的上方移動，使加工頭33插入到數控車床2的加工區域MA內。接著，使伺服電機30動作，使加工頭33下降，使射頭48的射出口48e與工件4的淬火位置相對。
在該狀態下，激光淬火裝置8，使激光振蕩器動作振蕩激光束51。于是，振蕩的激光束51，在用光路12內的反射鏡10、11反射的同時，用光束直徑調整裝置13調整為所需要的直徑，通過光路21入射到滑鞍18。入射到滑鞍18的激光束51，用反射鏡20反射，通過未圖示的光路入射到滑塊22，進而用滑塊22內的反射鏡24反射，通過套筒25入射到加工頭33的基座34。入射到該基座34內的激光束51，在反射鏡41上被反射在水平方向上，入射到前端部分35，在電鏡47反射后，通過聚光透鏡49，從射頭48的前端的射出口48c射出，照射在工件4上。
這時，如果數控機床2以規定的速度使工件4轉動，則可以在工件4的外周面上進行環形淬火。此外，如果使電鏡47在圖4的箭頭D方向上振動，則用電鏡47反射的激光束51的光路改變，因為可以使相對工件4的激光束51的聚光位置在工件4的軸方向(箭頭E方向)上移動，所以可以改變淬火位置的軸方向的寬度。
此外，通過使伺服電機39動作，可以使加工頭33相對套筒25的位置，在箭頭A方向上以軸心CL1為中心轉動的形式改變，因為通過使伺服電機45動作，可以使射頭48的角度，以中心軸CL2為中心在箭頭B方向上改變，所以如圖1所示，可以相對工件3從斜方向上照射激光束51，可以進行可靠的淬火。
如果工件4(3)的淬火結束，則在使激光振蕩器進入待機狀態的同時，使各伺服電機19、23、39、45動作，使加工頭33從加工區域MA退避到圖1上方，移動到規定的待機位置。進而，接著，當從CAM指示對用另一臺機床加工的工件3或者4進行淬火的情況下，激光淬火裝置8，使加工頭33以和上述一樣的順序，沿著導軌14向與指令對應的工件3或者4移動，進行同樣的淬火動作。
加工中心1以及數控車床2，在淬火結束時，把工件3、4搬送到下一工序。此外，當在淬火后指示追加工序的情況下，在根據其指示進行淬火位置的追加加工后，把工件3、4搬送到下一工序。這時，因為在把工件3、4設置在加工中心1和數控車床2上的狀態下進行淬火，所以沒有把工件3、4從加工中心1和數控機床2上裝拆時的安裝位置偏差引起的加工誤差，可以高精度地進行加工。此外，可以大大縮短包含淬火作業的工件的加工時間。
在交換被安裝在加工頭33上的發射頭48時，通過伺服電機30的動作，使套筒25向箭頭Z方向收縮，如圖5所示，在發射頭48的法蘭盤48a到達和發射頭架50a的溝50c相對的位置之前，使加工頭33上升接近，同時，通過伺服電機23的動作，使滑塊22向箭頭Y方向移動，如圖5所示，使變為空位的規定的發射頭架50a和發射頭48相對，使發射頭盤50向發射頭48側X軸方向移動，把發射頭架50a的溝50c嵌插在法蘭盤48a中。
在這種狀態下，如果通過伺服電機30動作而使套筒25收縮，則加工頭33對發射頭架50a上升脫離。另一方面，為了阻止發射頭48在發射頭架50a上移動，分開與加工頭33結合的發射頭48，使發射頭48可以從加工頭33送交給發射頭盤50。
通過伺服電機23的動作使滑塊22向箭頭Y方向移動，使加工頭33向下次使用的發射頭48的上方移動。而后，通過伺服電機30的動作使套筒25伸長，把加工頭33和發射頭48嵌合在一起。接著，如果用未圖示的驅動源使發射頭盤50離開加工頭33向箭頭X方向移動，則發射頭架50a從發射頭48后退，可以使射頭48從發射頭盤50送交給加工頭33。進而，考慮到發射頭架50a和加工頭33之間的相對移動的狀態是各種各樣的，還可以與之對應改變其驅動系統。
圖6是展示工件的淬火位置和適于淬火位置的發射頭的形狀的例子。在同一圖中，(a)展示在圓筒形狀的工件Wa上，在形成于其軸心方向(箭頭A、B方向)上的孔Wh內周面Whs上進行淬火的最佳形狀的發射頭48b。該發射頭48b，把光路形成L字形狀，在其彎曲部分和前端部分上設置反射鏡52和反射鏡53，激光束51從發射頭48b的前端部分下面向圖中下方射出。因為設置成這種結構，所以在把發射頭48b的前端部分插入到孔Wh中，向箭頭A、B方向移動的同時，可以用數控車床2等使工件Wa以其軸心為中心旋轉進行淬火。
圖6(b)是展示在工件Wb的外周面上，最適合于鍵槽等的溝Wi的側面Wis的淬火加工的形狀的發射頭48c，該溝被形成在工件Wb的軸心方向(箭頭A、B方向)上。該發射頭48c，把光路形成直線形，在被形成可以插入到工件Wb的溝Wi中那樣大小的前端部分上設置反射鏡53，在和發射頭48c的軸心CL3正交的方向上射出激光束51。因為是這種結構，所以在固定工件Wb的狀態下，通過把發射頭48c的前端部分插入溝Wi，向箭頭A、B方向移動，就可以淬火加工溝Wi的側面Wis。
圖6(c)展示最適合于對被形成在工件Wc的端面上的溝Wj的側面Wjs進行淬火加工的形狀的發射頭48d。該發射頭48d，把光路形成L字形狀，在其彎曲面和前端部分上設置反射鏡52和反射鏡53，激光束51從從發射頭48d的前端部分側面射出。因為是這種結構，所以通過把發射頭48d的前端部分插入溝Wj，在和其側面Wjs平行地在箭頭C、D方向上移動，就可以在溝Wj的側面Wjs上進行淬火加工。
即使在使用上述圖6中所示的各發射頭48b、48c、48d的情況下，通過使電鏡47振動，可以使激光束51的照射位置振動，可以用比激光束51的聚光直徑寬的幅度進行淬火。進而，在圖6中，展示了三種發射頭的形狀，但是發射頭的形狀并不限于這些，可以形成適宜于淬火加工部分的形狀。
以上根據實施例說明了本發明，但本發明所述的實施例只是示例，并沒有限定。此外，本發明的范圍用附加的權利要求展示，并不限于實施例的記述。因而，屬于權利要求的變形和變更，全部在本發明的范圍中。
權利要求
1.一種激光淬火裝置，其特征在于具有導向裝置，該導向裝置設置在多臺機床的加工區域的附近并通過該加工區域；在上述導向裝置上，沿著該導向裝置設置有可以自如移動的滑鞍；在上述滑鞍上，設置有加工頭，可以相對上述多臺機床的加工區域有選擇地自如插入和退避；在上述加工頭上，設置有可以射出激光束并可以自如地裝拆的發射頭；設置可以自如地裝拆地保持上述發射頭的發射頭架；設置在上述加工頭和發射頭架之間交換上述發射頭的發射頭交換裝置。
2.權利要求1所述的激光淬火裝置，其中上述導向裝置以通過上述多臺機床的加工區域的上方的形式設置。
3.權利要求1所述的激光淬火裝置，其中上述發射頭交換裝置包含驅動裝置，它驅動上述發射頭架和上述加工頭自如地相對接近或者離開。
4.權利要求1所述的激光淬火裝置，其中發射頭架被設置成可以和上述滑鞍一同沿著導向裝置移動。
5.權利要求1所述的激光淬火裝置，其中上述發射頭交換裝置包含設置上述發射頭架的發射頭盤。
6.權利要求1所述的激光淬火裝置，其中設置有多個上述發射頭，在這些發射頭上，形成激光束的射出形態不同的光路。
全文摘要
在沿著通過多臺機床1、2的加工區域MA附近設置的導向裝置16自如移動的滑鞍18上,設置相對加工區域MA有選擇地插入退避自如的加工頭33和射出激光束的多種發射頭48。選擇適合工件3、4的淬火位置的發射頭48安裝在加工頭33上,在發送了淬火指令時,在工件3、4被安裝在機床1、2的狀態下,使發射頭48相對工件3、4向需要的位置移動,從發射頭48射出激光束51,進行工件3、4的淬火。
文檔編號C21D1/34GK1386868SQ02117438
公開日2002年12月25日 申請日期2002年4月19日 優先權日2001年4月20日
發明者井上利彥, 伊藤正樹, 淺利俊彥, 宮川直臣 申請人:山崎馬扎克株式會社