[发明专利]用于制造旋转对称工具的激光加工装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求2010年3月15日提交的德国申请NO.102010 011 508.8-34的优先权。 

技术领域

本发明涉及一种用于用坯料制造工具特别是制造旋转地对称工具的激光机械加工装置和方法。该坯料具有一个或多个缺口凹槽、切削边、切削面和端侧翼。坯料还可包括多个材料层或多个结合构件，如硬金属轴和金刚石工具插件。

背景技术

对于这些坯料的加工来说，多种烧蚀(ablation)方法是已知的，例如磨削。磨削极硬材料，如CVD(化学气相沉积)金刚石的多晶金刚石(PKD)，在技术和经济方面受到限制。特别是对于极小的尺寸而言，只有某些缺口凹槽几何结构能通过磨削来制造。另外，作用在坯料上的力非常大，可能引起不希望的变形。使用短脉冲激光的激光烧蚀在制造例如工具中为经济地加工这些材料提供了新的可能性。

但高质量工具的制造仍存在问题。现有技术中，已知的激光系统通过激光扫描仪扫描工具轮廓，其中坯料相对于扫描仪是固定的。这些激光扫描仪在扫描坯料期间，通过单独的激光束脉冲，以极高的扫描速度运行。但是，可获得的精度不能满足当前需要。另外，处理中形成的表面和边缘偏离直线路线并且具有不均匀的锯齿状路线。

此外，已知的激光加工装置中，激光沿着相对于坯料的加工轴线移动。尽管以这种方式能获得更高精度和更高质量的形成于坯料上的表面和边缘，但借此可实现的烧蚀率是低的。这是因为加工轴线的动力学和速度有限。为提高加工轴线的动力学，需要大的努力和花费，这使得激光加工装置非常昂贵。

一种用于激光加工坯料的方法和装置从例如DE29908385UI已知。该装置包含用于产生激光脉冲的激光器。通过驱动单元，激光器和/或工具坯料保持件沿激光器光轴线方向移动并横穿激光器光轴线。加工中激光束沿着在待被去除 表面的整个宽度上的多个相邻或重叠线移动。材料因此在激光脉冲的冲击区处逐点地被去除。为获得连续的材料烧蚀，冲击区覆盖5-25％。在高频脉冲激光下，相应地大的行进速度是必须的。如已所述的，此过程中的烧蚀率是低的，并且加工时间相应地长。

WO2006/038017 A2中描述了激光加工装置的两个不同的实施方案。第一实施方案中，利用激光扫描仪，形成了用于激光脉冲的多个相邻冲击区的脉冲区。材料烧蚀发生在脉冲区内的激光脉冲的冲击区。第二实施方案中，不影响实际材料烧蚀，却切断了坯料。首先穿过坯料钻开一个通道。完成通道后，在一次掠扫中启动推进运动以切削坯料。这对应于起初描述的激光加工的变体。

DE102007012815 AI公开了一种方法，其中激光束冲击的冲击区沿网格状图案通过扫描仪设置。重叠在其上，在网格状图案和冲击区之间的一维或二维相对运动可得到执行。该重叠的相对运动应当比通过扫描仪形成的激光脉冲的路径移动更快。但如何可获得这种快的重叠运动没有公开。已知的加工轴线不能提供这样的运动。

基于这些已知的方法和装置，本发明的目的在于提供一种改进的用于制造工具的方法和激光加工装置。

发明内容

本发明涉及一种用于从坯料(27)制造工具的方法和装置，其中特别地，所述工具是绕纵轴线(L)旋转的旋转工具。该旋转工具包括至少一个切削边(60)和缺口凹槽(61)。优选地，该旋转工具在操作区(63)中其横截面关于其纵轴线(L)径向对称。它使用激光加工装置(20)借助于具有如方形轮廓的脉冲区(55)的激光扫描器通过激光烧蚀从圆柱状坯料(27)专门制造。激光束脉冲(24)在脉冲区(55)内被引导至多个沿预定脉冲路径(B)设置的冲击区(25)上。该脉冲区(55)像工具一样沿坯料(27)的表面(26)运动。于是缺口凹槽(61)和接下来的切削边(60)通过材料的升华由坯料(27)形成。支撑坯料(27)的工具保持件(18)与传送激光束脉冲(24)的激光头(19)之间的相对运动，通过具有多个轴线的定位装置(30)实现。

根据本发明，提供一种脉冲激光器，其产生具有预定脉冲频率的激光束脉冲。通过再导向(redirecting)装置，激光束脉冲特别地以固定的预定次序被引导至坯料表面的多个撞击区上。这些预定撞击区在坯料表面上形成二维冲击区。 通过这种方式，产生激光束脉冲序列，其被引导至脉冲区内互相不同的冲击区上。该序列以预定次序重复。