[发明专利]脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置及其方法

权利要求书

1.脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置，其特征在于：包括激光发生系统、自动成形系统和控制系统；所述激光发生系统由激光控制器（10）、激光发射器（9）和光纤（8）组成；所述自动成形系统由端盖（7）、调焦镜筒（6）、机体（5）、微冲裁工作台（4）、三坐标移动夹头（3）、底座（2）、变磁场装置（1）、转盘多工位装置（17）、约束层-飞片集成片(15)、约束层-飞片集成片储仓装置（14）、回收装置（16）组成；所述控制系统由计算机（11）、激光控制器（10）、三坐标移动平台控制器（13）和步进电机驱动器（12）组成；

所述控制系统协调控制激光发生系统和自动成形系统各个模块；所述激光控制器（10）分别与计算机（11）和纳米激光器（9）相连接；所述光纤（8）分别连接激光发生系统的激光发射器（9）和自动成形系统的端盖（7）；在自动成形系统内部，端盖（7）固定连接调焦镜筒（6）；调焦镜筒（6）固定连接机体（5）；机体（5）固定连接底座（2）；所述底座（2）之上承接微冲裁工作台（4），底座（2）下面连接变磁场装置（1）；所述三坐标移动夹头（3）通过光轴（18）固联于三坐标移动平台，三坐标移动平台与三坐标移动平台控制器（13）相连接；所述转盘多工位装置（17）由转盘在约束层-飞片集成片储仓装置（14）、回收装置（16）和微冲裁工作台（4）之间传输约束层-飞片集成片（15），并且转盘多工位装置（17）的传动轴由步进电机驱动，连接步进电机驱动器（12）；所述计算机（11）分别与激光控制器（10）、步进电机驱动器（12）、三坐标移动平台控制器（13）以及变磁场装置（1）相连接。

2.根据权利要求1所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置，其特征在于：所述约束层-飞片集成片（15）由铁框（19）、约束层（21）以及飞片（20）三部分组成；飞片（20）贴合在约束层（21）的中间位置，约束层（21）嵌入铁框（19）之中，约束层（21）未贴合飞片（20）的一面面向铁框，约束层（21）嵌入铁框（19）的深度小于约束层（21）的厚度。

3.根据权利要求1所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁自动化装置，其特征在于：所述变磁场装置（1）由步进电机（22）和磁力表座（23）组成；计算机（11）连接步进电机驱动器（12），控制步进电机（22）转动磁力表座(23)的内置永磁磁铁，从而控制磁场的产生和消失；磁场作用于约束层-飞片集成片(15)的铁框（19）产生方向向下的磁力，所述磁力充当脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺中的压边力。

4.根据权利要求1所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置，其特征在于：所述微冲裁工作台（4）由模具垫块（24）、微冲裁模具（25）、飞型腔（26）、弹性体（27）以及飞型腔导轨（28）组成；模具垫块（24）固定设置于底座（2）中央；微冲裁模具（25）固定设置于模具垫块（24）中央；飞型腔导轨（28）固定于模具垫块（24）一侧，其上装有弹性体（27）以及飞型腔（26）；飞型腔（26）的一端带有卡槽，安装在导轨之中；弹性体（27）安装在飞型腔导轨（28）中飞型腔（26）卡槽的下部。

5.根据权利要求4所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置，其特征在于：所述模具垫块（24）的厚度为1㎜—10㎜，单个使用或多个叠加一起使用；所述飞型腔（26）的厚度根据所需工艺参数确定，飞型腔具有刚度；飞型腔腔孔可以是矩形或者圆形。

6.根据权利要求4或5所述的脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置，其特征在于：所述微冲裁模具（25）的尺寸为20㎜×30㎜×10㎜，呈倒“凹”字形状，上表面中央位置设有用于成形的微特征结构，即利用皮秒激光加工微冲裁凹模孔；微冲裁模具（25）上表面对角线上加工有两个螺纹孔，微冲裁模具（25）紧固在模具垫块（24）上，凹模孔的形状根据要加工的零件形状确定，孔径上窄下宽，且凹模孔的长度较短；微冲裁模具（25）凹槽截面尺寸为7㎜×10㎜。

7.脉冲激光驱动飞片加载薄板的自动化微冲裁方法，具体包括如下步骤：

A、用光纤（8）将激光从激光发射器（9）中导入自动成形系统；

B、利用调焦镜筒（6）调节工艺参数离焦量；

C、约束层-飞片集成片储仓装置（14）储装有数十块约束层-飞片集成片(15)；每个工步中，转盘多工位装置（17）在第一工位（29）从约束层-飞片集成片储仓装置（14）中取出一块约束层-飞片集成片(15)，第二工位（30）为约束层-飞片集成片储备工位，同时第三工位（31）也将一块约束层-飞片集成片(15)输送至微冲裁工作台（4）的上部位置；当完成一次脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁过程之后，转盘在步进电机的驱动下（17）旋转，换上新的一块约束层-飞片集成片(15)，同时第四工位（32）将已经用过的约束层-飞片集成片(15)送入约束层-飞片集成片回收装置（16）中，如此完成约束层-飞片集成片(15)的四工位传输；

D、当更新的约束层-飞片集成片(15)位于转盘多工位装置（17）的第三工位时（微冲裁工作台之上），计算机（11）控制变磁场装置（1）产生磁场，对约束层-飞片集成片(15)的铁框部分产生磁场吸力，从而使得约束层-飞片集成片(15)向下压紧，提供脉冲激光驱动飞片加载薄板微冲裁工艺中的压边力；

E、激光通过调焦镜筒（6）投射到约束层-飞片集成片(15)的中间位置，继而完成脉冲激光驱动飞片加载薄板的微冲裁工艺过程；

F、完成一次冲裁之后，计算机（11）控制变磁场装置（1）关闭磁场作用，从而卸载压边力；转盘多工位装置（17）转动至下个工位；三坐标移动夹头（3）夹持着板料工件实现进给；整个自动化过程由计算机（11）协调控制，由此进入下一个微冲裁周期。