[發(fā)明專利]一種激光誘導(dǎo)氧化輔助微細(xì)車削加工裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710536922.8
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107363552B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙國龍;閆繼豪;李亮;何寧;郝秀清;楊吟飛;趙威
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04;B23B5/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種激光誘導(dǎo)氧化輔助微細(xì)車削加工裝置的加工方法，激光誘導(dǎo)氧化輔助微細(xì)車削加工裝置包括設(shè)有機(jī)床床身(11)的微細(xì)車削裝置(1)，激光誘導(dǎo)氧化裝置(2)，激光器調(diào)焦裝置(3)，距離傳感器(4)以及控制裝置(5)，所述激光誘導(dǎo)氧化裝置(2)固定于激光器調(diào)焦裝置(3)上，激光器調(diào)焦裝置(3)固定于微細(xì)車削裝置(1)的機(jī)床床身(11)上，所述距離傳感器(4)固定于激光誘導(dǎo)氧化裝置(2)的一側(cè)以測量激光焦距，所述微細(xì)車削裝置(1)、激光誘導(dǎo)氧化裝置(2)、激光器調(diào)焦裝置(3)和距離傳感器(4)分別與控制裝置(5)連接，所述微細(xì)車削裝置包括機(jī)床床身(11)、數(shù)控軸X軸(12)、數(shù)控軸Y軸(13)、刀架(14)、電主軸(15)、固定于刀架(14)上的微車刀(16)以及固定于電主軸(15)上的工件(17)，所述電主軸(15)固定于數(shù)控軸X軸(12)上，刀架(14)固定于數(shù)控軸Y軸(13)上，加工過程中數(shù)控軸X軸(12)帶動(dòng)電主軸(15)和工件(17)做進(jìn)給方向的運(yùn)動(dòng)，數(shù)控軸Y軸(13)帶動(dòng)微車刀(16)做切深方向的運(yùn)動(dòng)，加工過程中激光誘導(dǎo)氧化裝置(2)與微車刀(16)的刀尖沿工件(17)軸向方向的距離保持不變，所述激光誘導(dǎo)氧化裝置(2)包括激光器(21)，光纖(22)，擴(kuò)束鏡(23)，鏡頭(24)，反射鏡(25)，聚焦透鏡(26)以及氧氣噴嘴(27)，所述激光器(21)通過光纖(22)與擴(kuò)束鏡(23)連接，擴(kuò)束鏡(23)與鏡頭(24)連接，反射鏡(25)固定于鏡頭(24)內(nèi)，聚焦透鏡(26)和氧氣噴嘴(27)同軸連接于鏡頭(24)上，激光器(21)發(fā)射出的激光束通過光纖(22)傳導(dǎo)到擴(kuò)束鏡(23)中，經(jīng)擴(kuò)束鏡(23)擴(kuò)束準(zhǔn)直后，再經(jīng)反射鏡(25)將激光束偏轉(zhuǎn)90度角，通過聚焦透鏡(26)將激光束聚焦在工件(17)上；其特征在于：包括如下步驟

步驟一：根據(jù)工件(17)的待加區(qū)域材料氧化反應(yīng)的熱力學(xué)規(guī)律和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，結(jié)合溫度場仿真結(jié)果和激光誘導(dǎo)氧化實(shí)驗(yàn)，研究激光參數(shù)和氧氣壓力對材料氧化速率和氧化層性質(zhì)和厚度的影響，選擇激光參數(shù)和氧氣壓力，實(shí)驗(yàn)研究氧化層和熱影響層的切削性能，隨后根據(jù)待加工工件的幾何參數(shù)結(jié)合氧化層和熱影響層的切削性能分別制定激光誘導(dǎo)氧化輔助微細(xì)車削和完全去除熱影響層時(shí)相應(yīng)的走刀路線和切削參數(shù)；

步驟二：將工件(17)裝夾到電主軸(15)上，將微車刀(16)安裝在刀架(14)上，打開數(shù)控軸X軸(12)和數(shù)控軸Y軸(13)，進(jìn)行對刀，對刀完成后，數(shù)控軸Y軸(13)沿正方向移動(dòng)一段距離，根據(jù)距離傳感器(4)檢測到的實(shí)際焦距和理論焦距的差值，利用控制裝置(5)控制激光器調(diào)焦裝置(3)調(diào)整焦距以完成對焦，最后將激光光斑聚焦在工件最前端的待加工區(qū)域材料上；

步驟三：設(shè)定激光參數(shù)、氧氣流量和切削參數(shù)，打開激光器(21)，利用激光加熱工件待加工區(qū)域材料，并通過氧氣噴嘴(27)將氧氣噴向加熱后的待加工區(qū)域材料，使待加工區(qū)域材料發(fā)生快速可控的氧化反應(yīng)，形成疏松易去除的氧化層，由于加工過程中微車刀(16)和激光光斑沿工件軸向有一定的距離且該距離保持不變，隨著進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的不斷進(jìn)行，微車刀(16)會(huì)開始切入待加工工件的前端并去除氧化層和少量的熱影響層材料，以實(shí)現(xiàn)高硬材料的去除；

步驟四：加工過程中，距離傳感器(4)實(shí)時(shí)檢測待加工表面與聚焦透鏡(26)的距離得到實(shí)際焦距，并將該實(shí)際焦距發(fā)送到控制裝置(5)中，當(dāng)待加工表面的直徑發(fā)生變化時(shí)，控制裝置(5)根據(jù)實(shí)際焦距和理論焦距的差異，控制激光器調(diào)焦裝置(3)調(diào)節(jié)焦距，使激光光斑始終聚焦在待加工表面上，保證氧化程度的一致性，經(jīng)過多次氧化和走刀后將多余的材料去除并留下一定的加工余量；

步驟五：關(guān)閉激光器(21)，重新設(shè)定切削參數(shù)和走刀路徑，利用微車刀將激光誘導(dǎo)氧化后的熱影響層全部去除，關(guān)閉電主軸(15)，最終實(shí)現(xiàn)高硬材料的高精度微細(xì)車削加工。