[發(fā)明專利]適用于難加工材料的勻場激光輔助銑削加工裝置和方法

在審

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• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112643100A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 吳賢;曾凱;沈劍云;劉力;李遠;杜明揚
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學;廈門市同安職業(yè)技術學校
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00;B23P25/00;B23K26/064
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發(fā)明提供了用于難加工材料的勻場激光輔助銑削加工裝置，涉及激光輔助加工技術領域。該加工系統(tǒng)主要由激光器，勻場激光整形系統(tǒng)，工作臺，機床主軸架，整形器夾持裝置組成。該加工方法在現(xiàn)有的短脈沖高斯激光器的基礎上，通過激光整形系統(tǒng)實現(xiàn)高斯激光轉(zhuǎn)變?yōu)閯驁黾す猓阢娤骷庸ぶ幸雱驁黾す鉄嵩矗瑢Υ庸^(qū)域材料進行均勻加熱，利用均勻的熱軟化效應來降低材料的硬度，改善材料的切削加工性，減少切削力和刀具磨損，從而解決難加工材料的加工難題。本發(fā)明還提供了適用于難加工材料的勻場激光輔助銑削加工方法，采用如上所述的加工裝置。

技術領域

本發(fā)明涉及激光輔助銑削加工技術領域，具體涉及適用于難加工材料的勻場激光輔助銑削加工裝置。

背景技術

隨著航空航天、空間技術、精密制造等行業(yè)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了高溫合金、鈦合金、復合材料和工程陶瓷等先進的工程材料。這些材料由于硬度高、強度高、耐高溫、耐磨損等優(yōu)異的性能有著極其廣泛的應用前景。但同時，這些材料都因為切削力大，切削溫度高、刀具磨損嚴重等問題導致機械加工成本極高，生產(chǎn)效率低，被稱為難加工材料，對機械加工提出了極大的挑戰(zhàn)。近年來出現(xiàn)的加熱輔助切削技術是解決難加工材料加工的有效方法，通過提高局部溫度改變被去除材料的性能，降低材料的硬度和強度，從而改善材料的可加工性，采用熱源包括等離子弧、氧乙炔焰和激光，目前，難加工材料加工熱源多采用激光形式。激光輔助切削加工是利用激光能量高的特點，利用高能激光束加熱，產(chǎn)生局部高溫使代加工區(qū)域的工件材料發(fā)生熱軟化，材料硬度降低，塑性提高，從而改善材料的切削加工性能。但是現(xiàn)階段大都采用的高斯激光束，其能量密度呈高斯分布，激光束輻照到材料表面的溫度也是呈高斯分布的，應用于加工中容易導致熱軟化不均勻現(xiàn)象，激光束中間部分的溫度高，材料軟化程度高，而在激光束邊緣部分的溫度低，材料軟化程度低，從而會影響工件的加工質(zhì)量。為了減小熱軟化不均勻現(xiàn)象的影響，目前激光輔助銑削加工大多采用小直徑的激光光源，使激光輻照作用主要集中于待加工區(qū)域的很小范圍內(nèi)，因此主要應用于刀具直徑較小的微細銑削，不能適用于刀具直徑或待加工區(qū)域較大的場合。本專利創(chuàng)新性地通過激光光束整形系統(tǒng)，獲得具有均勻能量分布的平頂激光束，將勻場激光熱源引入銑削加工過程中，對材料待加工區(qū)域進行均勻加熱，解決難加工材料的加工難題。該加工方法對難加工材料加工的有利影響如下：①通過光束整形系統(tǒng)獲得勻場平頂激光，其能量密度分布均勻，使材料在中心位置和邊緣位置獲得相同的熱軟化效果；②運用勻場激光加熱軟化，降低材料的硬度和強度，改善難加工材料的切削加工性能；③適應用于任意大小范圍內(nèi)的待加工區(qū)域均勻輔助加熱；④能夠有效解決難加工材料在銑削過程中切削力大和刀具磨損嚴重的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的主要技術問題是提供適用于難加工材料的勻場激光輔助銑削加工裝置，克服了背景技術中難加工材料的加工難題，解決了難加工材料加工的產(chǎn)業(yè)難題。

為了解決上述的技術問題，本發(fā)明提供了適用于難加工材料的勻場激光輔助銑削加工裝置，包括高斯激光器、勻場激光整形系統(tǒng)、勻場激光整形器夾持裝置、機床主軸架、銑刀刀柄與銑刀、機床工作臺；

工件通過夾具固定在所述機床工作臺上，所述高斯激光器和所述勻場激光整形系統(tǒng)進行光路連接，構(gòu)成勻場激光熱源；所述勻場激光熱源通過所述勻場激光整形器夾持裝置固定于所述機床主軸架上；

通過調(diào)節(jié)夾持裝置各關節(jié)使得出射光聚焦于工件待加工區(qū)域進行加熱。

在一較佳實施例中：所述勻場激光整形系統(tǒng)包括：激光束通過擴束鏡、微柱棱鏡透鏡陣列組合、伽利略光束整形非球面鏡、光學振鏡、場鏡；

激光束通過擴束鏡再通過微柱棱鏡透鏡陣列組合、伽利略光束整形非球面鏡后形成勻場平頂高斯光束，平行光經(jīng)整合后進入光學振鏡，最后通過場鏡擴束形成穩(wěn)定的勻場激光光源。

本發(fā)明還提供了適用于難加工材料的勻場激光輔助銑削加工方法，采用如上所述的加工裝置，包括以下步驟：

1)裝夾銑刀后，將工件放置在機床工作臺上并固定。