[發明專利]一種適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元及方法

在審

• 申請號: 202210369852.2
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114850877A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 鮑巖;康仁科;楊峰;董志剛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04;B23K26/362
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

1.一種適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，其特征在于，包括銑磨加工裝置和集成在加工主軸外側的激光輔助系統，所述銑磨加工裝置的主軸上設置有轉動連接在其上的光纖卷環模塊，所述激光輔助系統連接在光纖卷環模塊上，所述光纖卷環模塊能夠繞主軸360°的旋轉，所述激光輔助系統用于輸出激光光斑，對銑磨加工裝置進行機械加工前的進給方向上的被加工材料進行預設的激光處理，所述激光輔助系統的位置和旋轉角度可調，所述光纖卷環模塊內置有光纖和激光輔助系統的姿態調節系統用電線。

2.根據權利要求1所述的適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，其特征在于，所述激光復合超聲振動銑磨加工裝置通過固定環可拆卸地連接在機床上，所述銑磨加工裝置包括機床主軸和與其相連的銑磨裝置，所述光纖卷環模塊的轉動裝置包括驅動電機和主動齒輪、從動齒輪，主動齒輪直接連接于驅動電機輸出軸上，所述從動齒輪設置在光纖卷環模塊的主體部上，所述驅動電機和光纖卷環模塊均通過固定環固定于機床主軸上，所述的主動齒輪通過聯軸器安裝在驅動電機的輸出軸上，驅動從動齒輪旋轉，從動齒輪上面放置有平面軸承，下面安裝有旋轉支架和承載環，承載環通過內外圈固定螺栓來夾緊固定設置于其上的零件并保證隨著從動齒輪作旋轉運動。

3.根據權利要求1所述的適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，其特征在于，所述激光輔助系統的姿態調節系統包括旋轉支架、上滑軌、下滑軌、旋轉電機、兩軸連接件和激光頭固定架，所述的旋轉支架位于承載環和從動齒輪之間，最外端放置有旋轉電機的安裝孔位，所述的上滑軌和下滑軌兩端安裝有不同旋向、不同規格的旋轉電機，下滑軌背面還設置有固定螺栓，用于保證上滑軌和下滑軌的相對位置不變，所述的兩軸連接件用于連接下滑軌下端的旋轉電機和激光頭固定架上端的旋轉電機，激光頭固定架用于安裝固定激光頭。

4.根據權利要求1所述的適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，其特征在于，所述機床主軸的輸出端設有超聲刀柄，超聲刀柄與可更換的銑磨裝置相連，所述銑磨裝置包括砂輪和銑刀，實現不同工況下的激光輔助銑削和磨削加工，超聲刀柄內部設有副線圈，與機床主軸下方承載環上的主線圈一起構成了非接觸能量傳輸裝置，基于電磁感應原理實現超聲能量的非接觸旋轉傳輸，超聲振幅通過變幅桿放大后能量傳遞到銑刀或砂輪，實現2μm～20μm的高頻振動加工。

5.根據權利要求4所述的適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，其特征在于，所述光纖卷環模塊內部設置一條環形隔板，隔板上方放置螺旋狀光纖，下側隔板內外兩側分別安裝主線圈電線和激光頭姿態控制電機電線，上方有鏤空壓板將其固定在槽內。

6.根據權利要求3所述的適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，其特征在于，所述上滑軌和下滑軌設有燕尾槽，在Z軸方向可以相對移動，二者還設有用于將其固定在預設位置的固定螺栓，上滑軌上端安裝有繞Z軸旋轉的旋轉電機，帶動下滑軌、兩軸連接件、激光頭固定架、激光頭做旋轉運動，中間有固定彈簧線的卡扣，下滑軌下端安裝有繞Y軸旋轉的旋轉電機，帶動激光頭固定架、激光頭做旋轉運動。

7.根據權利要求6所述的適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，其特征在于，所述彈簧線內部置有激光頭所連接的光纖和兩軸連接件兩端旋轉電機的線路，保證上滑軌和下滑軌相對運動時的線路安全。

8.根據權利要求1所述的適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，其特征在于，激光頭能夠輸出連續激光或脈沖激光，波長為290-1064nm，脈沖激光脈寬范圍為50ps-1ms，其光斑形狀可以通過光學系統控制。