[發(fā)明專利]一種復(fù)合激光加工的五軸超振聲數(shù)控機(jī)床

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610378637.3
• 申請(qǐng)日: 2016-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN107443075B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林錦新;林俊杰;盧衍錦;吳松全;甘藝良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號(hào): B23P23/00
• 分類號(hào): B23P23/00
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;張祖萍

本發(fā)明涉及一種復(fù)合激光加工的五軸超振聲數(shù)控機(jī)床，該數(shù)控機(jī)床同時(shí)具有機(jī)械加工和激光加工的功能，該數(shù)控機(jī)床包括：機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及工件加工部；其中，工件加工部包括沿XYZ軸運(yùn)動(dòng)的電機(jī)、A軸電機(jī)、C軸電機(jī)、機(jī)械加工的刀具夾頭、激光加工的激光發(fā)生器、加工平臺(tái)以及激光加工的深度探測(cè)器；機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制上述電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明通過(guò)將機(jī)械數(shù)控加工方式和激光加工方式這兩種加工結(jié)合起來(lái)，提高加工效率，改善加工成品，擴(kuò)大加工能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密器件加工領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合激光加工的五軸超振聲數(shù)控機(jī)床。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)機(jī)械數(shù)控加工已經(jīng)是一項(xiàng)比較成熟的工藝，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令使刀具作符合要求的切割運(yùn)動(dòng)，以數(shù)值和字母形式表示工件的尺寸和形狀等技術(shù)要求，以及加工工藝要求從而進(jìn)行加工。數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。數(shù)控機(jī)床的加工精度一般可達(dá)0.05—0.1mm，在更精密的加工技術(shù)中數(shù)控金切機(jī)床的加工精度可以達(dá)到更小的等級(jí)，已從原來(lái)的絲級(jí)(0.01mm)提升到微米級(jí)(0.001mm)，有些品種已達(dá)到0.05μm左右。

激光技術(shù)是上世紀(jì)60年代人類繼原子能和計(jì)算機(jī)之后又一偉大發(fā)明，特別是超快脈沖激光如納秒激光、皮秒激光、飛秒激光的出現(xiàn)，推動(dòng)激光微加工技術(shù)迅速發(fā)展，使得可設(shè)計(jì)高精度和真三維的微納器件的制備成為可能。現(xiàn)有的技術(shù)中，激光加工一般是單一地使用激光束對(duì)工件的表面進(jìn)行切割、焊接等加工，而較少對(duì)孔進(jìn)行加工。

隨著電子產(chǎn)品朝著便攜式、小型化的方向發(fā)展，對(duì)電路板小型化提出了越來(lái)越高的需求，提高電路板小型化水平的關(guān)鍵就是越來(lái)越窄的線寬和不同層面線路之間越來(lái)越小的微型過(guò)孔和盲孔。傳統(tǒng)的機(jī)械鉆孔最小的尺寸僅為100μm，這顯然已不能滿足要求，取而代之的是一種新型的激光微型過(guò)孔加工方式。用CO2激光器加工在工業(yè)上可獲得過(guò)孔直徑達(dá)到在30-40μm的小孔或用UV激光加工10μm左右的小孔。在世界范圍內(nèi)激光在電路板微孔制作和電路板直接成型方面的研究成為激光加工應(yīng)用的熱點(diǎn)，利用激光制作微孔及電路板直接成型與其它加工方法相比其優(yōu)越性更為突出，具有極大的商業(yè)價(jià)值。

上述加工方式存在如下缺陷：

1.機(jī)械數(shù)控加工對(duì)大尺度的切削加工比較快速，但由于機(jī)械加工的局限性，過(guò)長(zhǎng)的刀頭所能承受的力矩是有限的，過(guò)小的刀頭的制造成本太高和加工磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致在一些小孔和深孔加工依然是力不從心。而激光加工對(duì)小尺度的切割加工比較快和精確，但是對(duì)大尺度的切割加工效率就比較低。在傳統(tǒng)工藝中，這兩種加工工藝是分別完成的。若將機(jī)械加工完的工件再進(jìn)行激光加工，一是需要從一個(gè)加工平臺(tái)上移動(dòng)到另一個(gè)加工平臺(tái)上，產(chǎn)生了一定的時(shí)間消耗；二是在不同加工平臺(tái)上加工，定位中心位置的移動(dòng)和偏差是不可避免的，產(chǎn)生了誤差累計(jì)，對(duì)工件加工的精度產(chǎn)生了影響。

2.由于激光加工中激光功率越高，聚焦的激光半徑越小，能量密度越密集，加工效率也越高，因此對(duì)于不同材料，同樣的加工功率下加工的深度是不一樣的，所以對(duì)于通孔用激光的加工比較簡(jiǎn)單。但是激光對(duì)于加工盲孔和外形的尺寸以及形貌的精確控制就困難了許多，特別是高溫下材料的軟化以及性能的改變。

3.激光加工的激光半徑對(duì)加工工件的成品質(zhì)量有很大影響，激光半徑越大，能量密度的分布就越難集中，就會(huì)造成在加工中，中心部位能量集中部分能夠?qū)⒓庸げ课豢焖偌訜嵘踔翚饣芰枯^低的外圈的大部分地方只能液化工件，甚至只能對(duì)工件表面進(jìn)行一定程度的加熱。

4.在機(jī)械加工完的工件表面很可能會(huì)有殘余應(yīng)力的存在。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種復(fù)合激光加工的五軸超振聲數(shù)控機(jī)床，通過(guò)將機(jī)械數(shù)控加工方式和激光加工方式這兩種加工結(jié)合起來(lái)，提高加工效率，改善加工成品，擴(kuò)大加工能力。

本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：