[發(fā)明專利]一種雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010438732.4
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111469284A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔憲俊;王明海;王奔;鄭耀輝;馬書娟
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽航空航天大學(xué)
• 主分類號: B28D1/14
• 分類號: B28D1/14;B28D1/22;B28D7/04;B28D7/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 尚云飛

一種雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置與方法，屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域。所述雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置包括連續(xù)激光發(fā)生系統(tǒng)和脈沖激光發(fā)生系統(tǒng)，連續(xù)激光發(fā)生系統(tǒng)包括連續(xù)激光發(fā)生器和連續(xù)激光聚焦頭，機械手夾持連續(xù)激光聚焦頭移動以調(diào)整連續(xù)激光束的照射方向、激光光斑大小、激光運動速度以及光斑中心與工件表面距離，脈沖激光發(fā)生系統(tǒng)包括相互連接的脈沖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直系統(tǒng)，脈沖激光束經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)從鉆頭內(nèi)部沿鉆尖向工件表面照射。所述雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置與方法比單束激光加熱具有更高的加工效率和更低的表面損傷，實現(xiàn)了透明難加工材料的鉆削加工，降低了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置與方法。

背景技術(shù)

激光加熱輔助切削技術(shù)是將高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表面，在材料被切除前的短時間內(nèi)，將局部加熱到很高的溫度使材料的切削性在高溫下發(fā)生改變，然后采用常規(guī)的刀具進行加工。通過對材料進行局部微小區(qū)域的加熱，提高材料塑性的同時使材料的硬度降低，減小切削力，延長刀具使用壽命，抑制表面損傷形成，防止切削振顫，從而達(dá)到提高加工效率、降低成本、提高表面質(zhì)量的目的。針對脆性大、加工難度高的硬脆陶瓷、玻璃材料，采用激光加熱輔助鉆削技術(shù)可以使材料變形由脆性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄裕行甲兊眠B續(xù)，得到更好的質(zhì)量加工表面。

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，新型材料及難加工材料復(fù)雜件的應(yīng)用愈來愈多，加熱輔助切削技術(shù)能有效地解決難加工材料的切削加工，但是，單一的激光加熱輔助切削技術(shù)的激光加熱誘致的溫度場難以充分軟化被加工材料，加工效率和加工質(zhì)量提升不明顯，使其不能夠高效低損傷的加工超硬脆材料，尤其是新出現(xiàn)的陶瓷及玻璃。對于透明難加工材料，例如氮氧化鋁(AlON)透明陶瓷、摻釹釔鋁石榴石、鎂鋁尖晶石、玻璃等超硬脆性材料，在這些難加工材料復(fù)雜件的鉆削加工時，對鉆削刀具磨損十分嚴(yán)重，孔入口和出口易于出現(xiàn)崩邊等缺陷，并且加工效率低，成本很高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種針對難加工材料復(fù)雜零件的雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置與方法，其比單束激光加熱具有更高的加工效率和更低的表面損傷，實現(xiàn)了透明難加工材料的鉆削加工，降低了成本。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置，包括設(shè)置于數(shù)控鉆床的連續(xù)激光發(fā)生系統(tǒng)和脈沖激光發(fā)生系統(tǒng)；

所述連續(xù)激光發(fā)生系統(tǒng)包括通過激光光纖連接的連續(xù)激光發(fā)生器和連續(xù)激光聚焦頭，所述連續(xù)激光聚焦頭位于工件的下方，并且所述連續(xù)激光聚焦頭設(shè)置于機械手，所述機械手夾持連續(xù)激光聚焦頭移動以調(diào)整連續(xù)激光束的照射方向、激光光斑大小、激光運動速度以及光斑中心與工件表面距離；

所述脈沖激光發(fā)生系統(tǒng)包括相互連接的脈沖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直系統(tǒng)，所述脈沖激光發(fā)生器發(fā)出的脈沖激光束經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)從鉆頭內(nèi)部沿鉆尖向工件表面照射。

進一步的，所述機械手與工控機連接，工控機控制機械手的移動。

進一步的，所述工件通過夾具安裝于數(shù)控鉆床工作臺上方，所述鉆頭通過鉆卡頭安裝于鉆床主軸下方。

進一步的，所述雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置還包括測力儀，所述測力儀設(shè)置于鉆床主軸和鉆頭的連接處，用于采集鉆頭鉆削工件過程中的鉆削力和扭矩數(shù)據(jù)；所述測力儀與連續(xù)激光發(fā)生器連接，連續(xù)激光發(fā)生器根據(jù)鉆削力和扭矩數(shù)據(jù)實時調(diào)整激光功率進行加工，以保證高的加工效率和質(zhì)量。

進一步的，所述雙束激光加熱輔助鉆削集成裝置還包括紅外熱像儀，用于采集工件上加工孔的位置經(jīng)不同激光功率的連續(xù)激光束加熱后的溫度；所述紅外熱像儀與連續(xù)激光發(fā)生器連接，紅外熱像儀將加工過程中采集的溫度實時傳輸?shù)竭B續(xù)激光發(fā)生器中，連續(xù)激光發(fā)生器實時調(diào)整激光功率，使工件加工過程中的加熱溫度始終保持在二分之一熔點溫度范圍內(nèi)。

進一步的，所述連續(xù)激光束的光斑中心與工件表面距離為1-5mm。