專利名稱：激光加工裝置及激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使圓柱狀或圓筒狀等的加工對象物旋轉(zhuǎn)的同時進行激光加工的激光加工裝置及激光加工方法。
背景技術(shù)：
以往，作為使圓柱狀或圓筒狀的加工對象物旋轉(zhuǎn)的同時進行加工的方法，有使用切削工具、磨削工具的車床加工。這種方法在加工小尺寸脆性材料時，有時很難得到μ m單位的較高的加工尺寸精確度，或產(chǎn)生崩刀等問題，作為能夠消除這些問題的加工方法而研發(fā)出了使用激光的車床加工方法。例如，專利文獻I中，提出有如下方法:使圓柱狀的加工對象物繞中心軸旋轉(zhuǎn)的同時，將通過焦距比較長的透鏡聚光的激光以焦點與圓柱狀的加工對象物的側(cè)面相切的方式照射來進行加工的方法；或使圓柱狀的加工對象物繞中心軸旋轉(zhuǎn)的同時，將通過焦距比較短的透鏡聚光的激光以光軸垂直于加工對象物的表面且激光的焦點成為加工對象物的表面的方式照射來進行加工的方法。專利文獻1:日本專利公開平08-132259號公報上述以往的技術(shù)中留有以下課題。進行以往的激光加工的加工面的平滑性與使用切削工具時的加工相比較差，很難得到表面粗糙度較小的加工面。另一方面，近年來，對于光學部件或工具的切削刃等要求表面平滑度的產(chǎn)品也采用激光加工。因此，各地都在嘗試著基于激光加工的平滑精加工。然而，在專利文獻I的技術(shù)中，由于隨著朝向旋轉(zhuǎn)體的軸向掃描激光及旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而導致在加工面產(chǎn)生凹凸較大的螺旋狀的加工痕跡，因此，為得到平滑的加工面，需要通過對同一部位反復照射激光來減少加工痕跡，由 此導致加工時間的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠輕松地得到旋轉(zhuǎn)體的平滑的加工面的激光加工裝置及激光加工方法。本發(fā)明為解決上述課題而采用了以下結(jié)構(gòu)。即，本發(fā)明的激光加工裝置，其將激光束照射于圓柱狀、圓筒狀或外周面的至少一部分呈截面圓弧狀的柱狀或棒狀的加工對象物來進行形狀形成，其特征在于，該激光加工裝置具備:位置調(diào)整機構(gòu)，其保持所述加工對象物并使其繞軸中心旋轉(zhuǎn)，并且調(diào)整所述加工對象物與所述激光束之間的相對位置關(guān)系；激光照射機構(gòu)，其將所述激光束聚光照射于所述加工對象物的外周面；及控制部，其控制所述位置調(diào)整機構(gòu)及所述激光照射機構(gòu)，所述控制部通過所述位置調(diào)整機構(gòu)及所述激光照射機構(gòu)使所述加工對象物的旋轉(zhuǎn)軸相對于與所述激光束的光軸正交的假想面傾斜，并使所述加工對象物在將所述激光束的光軸配設(shè)在相對于所述旋轉(zhuǎn)軸異面的位置的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，并以將所述激光束的焦點位置與所述假想面之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將所述激光束照射于所述加工對象物的外周面并使其沿所述旋轉(zhuǎn)軸擺動，從而進行激光車床加工。
另外，本發(fā)明的激光加工方法，其將激光束照射于圓柱狀、圓筒狀或外周面的至少一部分呈截面圓弧狀的柱狀或棒狀的加工對象物來進行形狀形成，其特征在于，該激光加工方法具有:位置調(diào)整工序，其保持所述加工對象物并使其繞軸中心旋轉(zhuǎn)，并且調(diào)整所述加工對象物與所述激光束之間的相對位置關(guān)系；及激光照射工序，其將所述激光束聚光照射于所述加工對象物的外周面，該激光加工方法使所述加工對象物的旋轉(zhuǎn)軸相對于與所述激光束的光軸正交的假想面傾斜，并使所述加工對象物在將所述激光束的光軸配設(shè)在相對于所述旋轉(zhuǎn)軸異面的位置的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，并以將所述激光束的焦點位置與所述假想面之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將所述激光束照射于所述加工對象物的外周面并使其沿所述旋轉(zhuǎn)軸擺動，從而進行激光車床加工。這些激光加工裝置及激光加工方法中，由于在上述狀態(tài)下使加工對象物旋轉(zhuǎn)，并以將激光束的焦點位置與所述假想面之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將激光束照射于加工對象物的外周面并使其沿所述旋轉(zhuǎn)軸擺動，從而進行激光車床加工，因此激光的焦點位置與加工對象物的照射位置之間的距離根據(jù)擺動而周期性地變動，從而加工對象物的照射位置上的激光的光束形狀發(fā)生周期性變化，能夠得到凹凸較小的平滑的加工面。因此，能夠抑制加工對象物的外周面上產(chǎn)生螺旋狀的加工痕跡，并能夠在短時間內(nèi)得到表面粗糙度較小的加工面。并且，本發(fā)明的激光加工裝置的特征在于，所述控制部將所述激光束的焦點位置配設(shè)在所述加工對象物的加工面上的所述激光束的擺動范圍的中心位置。S卩，在該激光加工裝置中，由于控制部將激光束的焦點位置配設(shè)在加工對象物的加工面上的激光束的擺動范圍的中心位置，因此在擺動的中心位置以能量密度最高的小徑照射激光束，并且在擺動的兩端部上以能量密度較低的比較大的直徑照射激光束。因此，在擺動中心加工對象物被加工成凹凸較深較大，并且在擺動端部加工對象物被加工成凹凸較淺較小。因此，能夠在擺動中心較大地加工，并且能夠在整個擺動幅度內(nèi)得到平滑的加工痕跡。并且，本發(fā)明的激光加工裝置的特征在于，所述激光照射機構(gòu)照射具有高斯形狀的截面光強度分布的所述激光束。S卩，在該激光加工裝置中，由于激光照射機構(gòu)照射具有高斯形狀的截面光強度分布的激光束，因此當以將激光束的光軸配設(shè)在相對于旋轉(zhuǎn)軸異面的位置的狀態(tài)對加工對象物的外周面照射激光束時(尤其是在從切線方向照射激光束時)，加工面的表面粗糙度根據(jù)光束的外周側(cè)的能量密度大幅降低的高斯形狀的截面光強度分布而變得更小。根據(jù)本發(fā)明，得到如下效果。S卩，根據(jù)本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法，以將激光束的焦點位置與所述假想面之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將激光束照射于加工對象物的外周面并使其沿所述旋轉(zhuǎn)軸擺動，從而進行激光車床加工，因此能夠抑制螺旋狀的加工痕跡的產(chǎn)生而在短時間內(nèi)得到凹凸較小的平滑的加工面。由此，能夠以簡便的裝置結(jié)構(gòu)進行加工，加工面的平滑性得到提高，并且得到較高的生產(chǎn)率。例如，本發(fā)明的激光加工裝置及激光加工方法適合于鉆頭或立銑刀的形態(tài)加工等類似于圓柱或圓筒形狀的以金屬元素的無機化合物或非金屬元素的單體或化合物為主成分的材料等的加工。


圖1是在本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法的一實施方式中表示激光加工裝置的概要性整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是在本實施方式中表示加工對象物與激光束的照射方向在相對于旋轉(zhuǎn)軸的垂直截面上的位置關(guān)系的說明圖。圖3是在本實施方式中表示從正面(Y方向)觀察的加工對象物與激光束的擺動之間的位置關(guān)系的說明圖。圖4是在本實施方式中表示照射于加工對象物的激光光束束徑與擺動之間的關(guān)系的說明圖。圖5是在本實施方式中表示在擺動范圍內(nèi)的加工對象物中的激光束照射狀態(tài)(a)與加工狀態(tài)(b)的圖。圖6是在本實施方式中表示關(guān)于對加工對象物的外周面垂直照射激光束時(a)與從外周面的切線方向照射激光束時(b)的加工狀態(tài)的說明圖。圖7是在本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法的實施例中表示擺動時與不擺動時相對于加工時間的加工面的表面粗糙度的曲線圖。圖8是在本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法的比較例中表示不使激光束擺動時加工后的加工對象物的放大照片。圖9是在本發(fā)明的實施例中表示使激光束擺動時加工后的加工對象物的放大照片。符號說明1-激光加工裝置，2-位置調(diào)整機構(gòu)，3-激光照射機構(gòu)，4-控制部，K-與激光束的光軸正交的假想面，L-激光束，LA-激光束的光軸，O-加工對象物的旋轉(zhuǎn)軸，Pl-激光束的焦點位置，W-加工對象物。
具體實施例方式以下，參考圖1至圖6說明本發(fā)明所涉及的激光加工裝置及激光加工方法的一實施方式。另外，以下說明中使用的各附圖中，存在為將各部件設(shè)為能夠識別或容易識別的大小而根據(jù)需要適當改變比例尺的部分。如圖1所示，本實施方式的激光加工裝置1，其將激光束(激光)L照射于圓柱狀、圓筒狀或外周面的至少一部分呈截面圓弧狀的柱狀或棒狀的加工對象物W來進行形狀形成，其中，該激光加工裝置具備:位置調(diào)整機構(gòu)2，其保持加工對象物W并使其繞軸中心旋轉(zhuǎn)，并且調(diào)整加工對象物W與激光束L之間的相對位置關(guān)系；激光照射機構(gòu)3，其將激光束L聚光照射于加工對象物W的外周面；及控制部4，其控制位置調(diào)整機構(gòu)2及激光照射機構(gòu)3。上述控制部4具有如下功能:如圖2及圖3所示，通過位置調(diào)整機構(gòu)2及激光照射機構(gòu)3使加工對象物W的旋轉(zhuǎn)軸O相對于與激光束L的光軸LA正交的假想面K傾斜，并使加工對象物W在將激光束L的光軸LA配設(shè)在相對于旋轉(zhuǎn)軸O異面的位置的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，并以將激光束L的焦點位置與假想面K之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將激光束L照射于加工對象物W的外周面(加工面)并使其沿旋轉(zhuǎn)軸O擺動，從而進行激光車床加工。
并且，圖2中，符號WO表示加工前的加工對象物W的截面形狀(加工前形態(tài))，符號Wl表示作為加工目標的加工對象物W的截面形狀(加工目標形態(tài))。另外，圖2表示加工前形態(tài)WO為不均衡的大致圓柱形態(tài)的情況，在這種情況下也表示加工后的加工對象物的形態(tài)成為由加工對象物的旋轉(zhuǎn)軸與激光束的光軸LA之間的位置關(guān)系以及激光束L的焦點位置確定半徑的精確度較高的圓柱。作為上述加工對象物W，能夠加工由各種材料形成的加工對象物。例如為以金屬元素為主成分的材料(單體金屬、合金、金屬間化合物等)、金屬元素的無機化合物(氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等)、非金屬元素的單體或化合物(硅、金剛石、cBN等)、有機化合物或有機金屬化合物、或?qū)⑺鼈兊奈⒘Ｗ舆M行混合而得到的燒結(jié)體等。尤其是，為得到本發(fā)明的效果，優(yōu)選金屬元素的無機化合物或非金屬元素的單體或化合物等。即，這是因為若加工對象物W由上述材料構(gòu)成，則與以金屬元素為主成分的材料或有機化合物等相比，激光照射部的熔融較少，激光加工痕跡明顯，因此能夠得到更高的平滑性提高效果。另外，后述的實施例的加工對象物W中采用圓柱狀的cBN燒結(jié)體。上述位置調(diào)整機構(gòu)2包含:XY載物臺部5，其能夠向與水平面平行且相互正交的X方向及Y方向移動；測角載物臺部6，其設(shè)置于該XY載物臺部5上，并能夠使加工對象物W相對于水平面的設(shè)置面以任意角度Θ I傾斜；及單軸載物臺部8，其設(shè)置于該測角載物臺部6上，并固定有能夠保持并使加工對象物W旋轉(zhuǎn)的馬達等旋轉(zhuǎn)機構(gòu)7，并且能夠在傾斜方向上移動。另外，圖中，對于上述X方向、Y方向及與該兩個方向正交的Z方向,將相對于水平面以角度Θ I傾斜的旋轉(zhuǎn)軸O的延伸方向設(shè)為X Θ方向，將與該X Θ方向正交的水平方向設(shè)為Y Θ方向，并將與該X Θ方向及ΥΘ方向正交的方向設(shè)為Z Θ方向來記載。上述激光照射機構(gòu)3具備:激光光源9,其基于Q開關(guān)的觸發(fā)信號對成為激光束L的激光進行振蕩；電流掃描儀10，其使照射的激光束L進行掃描；及CCD攝像機11，其為確認被保持的加工對象物W的加工位置而進行拍攝。另外，電流掃描儀10的正下方設(shè)置有將激光束L聚光成斑點狀的光學系統(tǒng)(聚光光學系統(tǒng))(省略圖不)。上述激光光源9能夠使用能夠照射190 550nm內(nèi)的任意波長的激光的光源，例如后述的實施例中使用能夠振蕩射出波長為355nm的激光的光源。上述電流掃描儀10及聚光光學系統(tǒng)配置于位置調(diào)整機構(gòu)2的正上方。并且，上述CXD攝像機11與電流掃描儀10及聚光光學系統(tǒng)鄰接設(shè)置。上述控制部4具有控制位置調(diào)整機構(gòu)2與激光照射機構(gòu)3來調(diào)整加工對象物W與激光束L之間的相對位置關(guān)系的功能。S卩，控制部4為了進行激光車床加工而如圖2至圖4所示進行將激光束L的光軸LA配設(shè)在相對于加工對象物W的旋轉(zhuǎn)軸O異面的位置的位置調(diào)整，并且一邊照射激光束L，一邊使其擺動。該擺動是以維持焦點位置Pl的高度的狀態(tài)使激光束L在相對于光軸LA垂直的方向上以恒定的寬度反復往返掃描的動作。例如，控制部4在進行上述激光車床加工時移動XY載物臺部5或單軸載物臺部8，并如圖2所示將激光束L的焦點作為加工對象物W的加工目標形態(tài)Wl的表面，并且向激光束L的照射點上的加工目標形態(tài)Wl的外周面的法線H與激光束L的光軸LA之間的角度Θ 2成為預先設(shè)定的值的位置移動加工對象物。另外，控制部4也可以通過電流掃描儀10及聚光光學系統(tǒng)的鏡面操作來移動激光束L的光軸LA，由此進行同樣的位置調(diào)整，從而代替移動XY載物臺部5。角度Θ 2的值如下進行設(shè)定。一般來講，將激光束照射于加工對象物的傾斜面時，若加工對象物的激光照射部中傾斜面的法線與激光束的光軸所成的角Θ超過一定的大小，則照射于加工對象物表面的激光束的能量密度(與COS Θ成比例)低于加工對象物的加工閾值，不進行加工。將此時的角度定義為加工界限角。因此，在激光車床加工中，在將激光束L的照射點P2中加工目標形態(tài)Wl的外周面的法線H與激光束L的光軸LA之間的角度Θ 2設(shè)定為加工界限角并進行充分時間的激光加工時，加工對象物W的形態(tài)成為與加工目標形態(tài)Wl —致。并且，此時加工對象物W的實際加工后的形態(tài)對于加工前形態(tài)WO幾乎沒有影響。另外，由于加工界限角根據(jù)激光束的種類或能量密度、加工對象物的材料種類等的組合而變化，因此需要預先通過試驗進行調(diào)查。并且，為既得到基于擺動的加工面的平滑化效果，又得到最大的激光加工速度，只要將在擺動的整個區(qū)域中照射于加工對象物W的激光束L設(shè)為通過激光產(chǎn)生燒蝕反應的能量密度的下限以上即可。并且，根據(jù)加工對象物W的材料種類，還有時將激光束L的能量密度設(shè)定在低于通過激光產(chǎn)生燒蝕反應的能量密度的下限且在雖不產(chǎn)生燒蝕反應但產(chǎn)生熔融的能量密度的下限以上的區(qū)域中，并使表面熔融，從而得到降低表面粗糙度的效果。使用該激光加工裝置I的本實施方式的激光加工方法進行如下激光車床加工:如圖2及圖3 (b)所示，在將激光束L的光軸LA配設(shè)在相對于加工對象物W的旋轉(zhuǎn)軸O異面的位置的狀態(tài)下使加工對象物W旋轉(zhuǎn)，并將激光束L照射于加工對象物W的外周面。進行該激光車床加工時，控制部4使加工對象物W的旋轉(zhuǎn)軸O相對于與激光束L的光軸LA正交的假想面K傾斜，并使加工對象物W在將激光束L的光軸LA配設(shè)在相對于旋轉(zhuǎn)軸O異面的位置的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，并以將激光束L的焦點位置Pl與假想面K之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將激光束L照射于加工對象物W的外周面并使其沿旋轉(zhuǎn)軸O擺動，從而進行激光車床加工。并且，控制部4將激光束L的焦點位置Pl配設(shè)在加工對象物W的加工面上的激光束L的擺動范圍的中心位置。S卩，如圖4及圖5的(a)所示，在與焦點位置Pl —致的擺動范圍的中心位置以能量密度最高的小徑照射激光束L，并且在從焦點位置Pl離開的擺動的兩端部上以能量密度較低的比較大的直徑照射激光束L。因此，如圖5的(b)所示，在擺動范圍的中心位置加工對象物W被加工成凹凸較深較大，并且在擺動端部加工對象物W被加工成凹凸較淺較小。因此，能夠在擺動中心較大地加工，并且能夠在整個擺動幅度內(nèi)得到平滑的加工痕跡。如此由于激光束L擺動，因此距焦點位置Pl的距離在局部的激光照射部發(fā)生變化，因此，被脈沖照射的激光束L的每個脈沖的加工痕跡(脈沖痕跡)的形狀也在擺動范圍內(nèi)發(fā)生變化，整體上分散不規(guī)則的脈沖痕跡，其結(jié)果加工面的凹凸小而實現(xiàn)均等化。另外，如圖5的(a)所示，由激光束L的反復頻率與擺動時的掃描速度決定的激光束L的脈沖間距離δ被設(shè)定為被脈沖照射且在加工面上鄰接的激光束L的光束束徑的一部分相互重疊。并且，上述擺動時的掃描速度與加工對象物W的轉(zhuǎn)速被設(shè)定為基于擺動的激光束L的加工面上的光束束徑在往返擺動時一部分相互重疊。即，上述擺動速度被設(shè)定為與上述轉(zhuǎn)速相比充分快的速度。另外，激光束L的掃描速度無需恒定，可以使其配合擺動而周期性地變化。并且，上述激光照射機構(gòu)3照射具有高斯形狀的截面光強度分布的基本模式(TEMOO)的激光束L。使用這種激光束L的理由為，如圖6的(a)所示，在將激光束L的光軸LA配設(shè)為相對于加工對象物W的旋轉(zhuǎn)軸O垂直時(垂直照射于加工面時)，基于I個脈沖的加工痕跡成為截面U字形的鋒利的形狀，加工面的凹凸變大，與此相對，將激光束L的光軸LA配設(shè)在相對于加工對象物W的旋轉(zhuǎn)軸O異面的位置時，尤其是從加工面的切線方向照射時，成為寬度較寬較淺的加工面，加工面的凹凸較小。并且，如圖2所示，激光束L的照射位置設(shè)定在激光束L處于加工對象物W的加工目標形態(tài)Wl的切線附近的位置P2上。P2為激光束L的光軸LA與加工目標形態(tài)Wl的P2上的法線所成的角成為加工界限角的位置。如上述，本實施方式的激光加工裝置I及激光加工方法中，由于在上述狀態(tài)下使加工對象物W旋轉(zhuǎn)，并以將激光束L的焦點位置Pl與假想面K之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將激光束L照射于加工對象物W的外周面并使其沿旋轉(zhuǎn)軸O擺動，從而進行激光車床加工，因此激光束L的焦點位置Pl與加工對象物W的照射位置之間的距離根據(jù)擺動而周期性地變動，從而加工對象物W的照射位置上的激光束L的光束形狀發(fā)生周期性變化，能夠得到凹凸較小的平滑的加工面。由此，能夠抑制加工對象物W的外周面上產(chǎn)生螺旋狀的加工痕跡，并能夠在短時間內(nèi)得到表面粗糙度較小的加工面。并且，由于控制部4將激光束L的焦點位置Pl配設(shè)在加工對象物W的加工面上的激光束L的擺動范圍的中心位置，因此能夠在擺動中心較大地加工，并且能夠在整個擺動幅度內(nèi)得到平滑的加工痕跡。并且，由于激光照射機構(gòu)3照射具有高斯形狀的截面光強度分布的激光束L，因此加工面的表面粗糙度因激光束L的外周側(cè)的能量密度大幅降低的高斯形狀的截面光強度分布而變得更小。[實施例]接著，使用上述實施方式的激光加工裝置進行實際的圓柱形狀的cBN的整修加工(變更外徑尺寸)，并示出對其加工面狀態(tài)進行評價的結(jié)果。另外，整修前的外徑為600 μ m,整修后的外徑為500 μ m。以下示出此時的加工設(shè)
定條件。<加工設(shè)定條件>.激光波長:355nm 激光束的反復頻率:166kHz.激光束的光束束徑(焦點位置)d:12.5ym.激光束焦點上的能量密度(每單位面積、每單位脈沖):19mJ/mm2.激光束擺動的掃描速度:580mm/s (恒定).加工對象物的材料種類:cBN燒結(jié)體 加工對象物的轉(zhuǎn)速:180° /s.加工對象物的軸向移動速度:40 μ m/s.加工對象物的傾斜角Θ:45°.脈沖間距離δ:5μm
擺動幅度 Δ:100μπι另外，圖4所示的相鄰的脈沖間距離δ (由被脈沖照射的激光束按每一脈沖產(chǎn)生的鄰接的加工痕跡的中心的間隔)根據(jù)上述條件成為δ= ((580X1000)/ (166X1000))/cos45。^ 5 μ m，并成為δ N 0.4d ((1:光束束徑)。并且，根據(jù)擺動幅度Λ=100μπι、加工對象物的傾斜角Θ =45°，旋轉(zhuǎn)軸方向的擺動幅度ΛΑ成為約141μπι。加工對象物W旋轉(zhuǎn)360°時的軸向移動量P為80 μ m，因此p=0.57 Δ A0另外，上述脈沖間距離δ設(shè)定為相對于焦點位置Pl上的光束束徑d成為
0.25d ^ δ < 0.75d，為使基于擺動的平滑化效果最大化，優(yōu)選設(shè)定在該范圍內(nèi)。若將激光束L的反復頻率設(shè)為a kHz，將加工對象物W的旋轉(zhuǎn)軸O相對于激光束L的傾斜角設(shè)為Θ [° ]，將擺動的掃描速度設(shè)為V[mm/s]，則脈沖間距離δ可如下得出。δ = (1000.V) / ( α cos θ ) [ μ m]此時，關(guān)于加工對象物W的旋轉(zhuǎn)軸方向的進給速度和由加工對象物W的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的表面速度，與激光束L的擺動速度相比充分小，忽略不計。并且，將加工對象物W旋轉(zhuǎn)360°期間的激光照射點(擺動掃描的中心點)的旋轉(zhuǎn)軸方向的進給量P設(shè)定為相對于旋轉(zhuǎn)軸方向的擺動幅度Λ A成為0.25 Λ A < P < 0.75 Λ A，為使基于擺動的平滑化效果最大化，優(yōu)選設(shè)定在該范圍內(nèi)。另外，激光照射點的旋轉(zhuǎn)軸方向的進給設(shè)為連續(xù)且恒速，并 在單軸載物臺部8進行。以如此設(shè)定的條件進行了本發(fā)明的實施例的加工，但作為本發(fā)明的比較例，在針對上述加工條件不進行激光束L的擺動時，也同樣進行圓柱形狀的cBN的整修加工(外徑尺寸的變更)，并對其加工面的狀態(tài)進行了評價。另外，除不擺動這一點外，其余均設(shè)定為與上述本實施例相同的加工條件。將對這些擺動時(本實施例)與不擺動時(比較例)的加工時間與加工面的表面粗糙度Ra的關(guān)系進行測定的結(jié)果示于圖7。該測定中使用激光顯微鏡測量表面粗糙度Ra。正如從這些測定結(jié)果可知，在不進行激光束L的擺動的比較例中，表面粗糙度Ra的降低程度相對于加工時間較小，加工10分鐘后，表面粗糙度Ra也為0.2左右，與此相對，本發(fā)明的實施例中，表面粗糙度Ra在較短的加工時間內(nèi)大幅降低，在5分鐘左右內(nèi)達到最小值(表面粗糙度Ra:約0.04 μ m)。并且，將使激光束L擺動時(本實施例)與不擺動時(比較例)的加工后的加工對象物W的放大照片示于圖8及圖9。正如從這些照片可知，不使激光束L擺動時(比較例)，表面產(chǎn)生螺旋狀的加工痕跡而凹凸較大，與此相對，使激光束L擺動時(本實施例)，能夠確認沒有螺旋狀的加工痕跡，整個外周面為均勻且平滑的表面狀態(tài)。另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實施方式及實施例，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)能夠施加各種變更。例如，上述實施方式中，作為加工對象物使用了圓柱狀的加工對象物，但除圓柱狀夕卜，能夠采用圓筒狀或外周面的至少一部分呈截面圓弧狀的柱狀或棒狀的加工對象物。例如，還能夠適用于在半圓柱狀(從軸向觀察時為半圓狀的柱形狀)或在圓柱形狀的外周面沿軸向形成多個狹縫的大致圓柱狀等類似于圓柱或圓筒形狀的加工對象物。
權(quán)利要求
1.一種激光加工裝置，其將激光束照射于圓柱狀、圓筒狀或外周面的至少一部分呈截面圓弧狀的柱狀或棒狀的加工對象物來進行形狀形成，其特征在于，該激光加工裝置具備: 位置調(diào)整機構(gòu)，其保持所述加工對象物并使其繞軸中心旋轉(zhuǎn)，并且調(diào)整所述加工對象物與所述激光束之間的相對位置關(guān)系； 激光照射機構(gòu)，其將所述激光束聚光照射于所述加工對象物的外周面；及 控制部，其控制所述位置調(diào)整機構(gòu)及所述激光照射機構(gòu)， 所述控制部通過所述位置調(diào)整機構(gòu)及所述激光照射機構(gòu)使所述加工對象物的旋轉(zhuǎn)軸相對于與所述激光束的光軸正交的假想面傾斜，并使所述加工對象物在將所述激光束的光軸配設(shè)在相對于所述旋轉(zhuǎn)軸異面的位置的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，并以將所述激光束的焦點位置與所述假想面之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將所述激光束照射于所述加工對象物的外周面并使其沿所述旋轉(zhuǎn)軸擺動，從而進行激光車床加工。
2.按權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述控制部將所述激光束的焦點位置配設(shè)在所述加工對象物的加工面上的所述激光束的擺動范圍的中心位置。
3.按權(quán)利要求1或2所述的激光加工裝置，其特征在于， 所述激光照射機構(gòu)照射具有高斯形狀的截面光強度分布的所述激光束。
4.一種激光加工方法，該加工方法將激光束照射于圓柱狀、圓筒狀或外周面的至少一部分呈截面圓弧狀的柱狀或棒狀的加工對象物來進行形狀形成，其特征在于，該激光加工方法具有: 位置調(diào)整工序，其保持所述加工對象物并使其繞軸中心旋轉(zhuǎn)，并且調(diào)整所述加工對象物與所述激光束之間的相對位置關(guān)系；及 激光照射工序，其將所述激光束聚光照射于所述加工對象物的外周面， 該激光加工方法使所述加工對象物的旋轉(zhuǎn)軸相對于與所述激光束的光軸正交的假想面傾斜，并使所述加工對象物在將所述激光束的光軸配設(shè)在相對于所述旋轉(zhuǎn)軸異面的位置的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，并以將所述激光束的焦點位置與所述假想面之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將所述激光束照射于所述加工對象物的外周面并使其沿所述旋轉(zhuǎn)軸擺動，從而進行激光車床加工。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光加工裝置及方法，該激光加工裝置及方法能夠輕松地得到旋轉(zhuǎn)體的平滑的加工面。本發(fā)明的激光加工裝置將激光束L照射于加工對象物來進行形狀形成，其中，該激光加工裝置具備位置調(diào)整機構(gòu)，其使加工對象物繞軸中心旋轉(zhuǎn)，并且調(diào)整加工對象物與激光束之間的相對位置關(guān)系；激光照射機構(gòu)，其將激光束聚光照射于加工對象物的外周面；及控制部，控制部通過位置調(diào)整機構(gòu)及激光照射機構(gòu)使加工對象物的旋轉(zhuǎn)軸O相對于與激光束的光軸正交的假想面K傾斜，并使加工對象物在將光軸配設(shè)在相對于旋轉(zhuǎn)軸異面的位置的狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)，并以將焦點位置與假想面之間的距離維持為恒定的狀態(tài)將激光束照射于加工對象物的外周面并使其沿旋轉(zhuǎn)軸擺動，從而進行加工。
文檔編號B23K26/00GK103084732SQ20121038239
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者久保拓矢, 日向野哲, 高橋正訓 申請人:三菱綜合材料株式會社