[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

本發明提供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。本發明銑磨加工裝置和集成在加工主軸外側的激光輔助系統，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，激光輔助系統連接在光纖卷環模塊上，光纖卷環模塊能夠繞主軸360°的旋轉，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，激光輔助系統的位置和旋轉角度可調，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。本發明能夠實現復雜曲面構件激光同步復合超聲振動加工，解決了現有技術無法同步復合加工曲面構件或者異步輔助加工的局限性。

技術領域

本發明涉及激光輔助加工技術領域，尤其涉及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。

背景技術

高性能合金(鈦合金、鎢合金等)、硬脆材料(光學玻璃、激光晶體、工程陶瓷等)以及復合材料(顆粒增強金屬基復合材料、纖維增強陶瓷基復合材料等)等材料，均屬于典型的難加工材料。激光復合加工被認為是加工難加工材料的一種有效方式。激光復合加工時，高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表面，使得工件材料的強度和硬度在高溫下發生改變，從而可采用普通刀具進行加工，實現大大降低切削阻力，減小刀具磨損等效果，從而達到提高加工效率、降低成本、提高加工表面質量的目的，為難加工材料的切削加工提供有效方法。超聲振動輔助加工是在普通銑削或磨削加工中施加超聲振動于銑刀或砂輪上，超聲振動輔助加工可減小工件表面粗糙度值，提高表面質量，同時可以降低切削力，提高切削系統的穩定性。并且超聲振動輔助磨削可減輕砂輪堵塞，能夠有效保持磨粒的鋒利性，提高砂輪的切削性能，減輕砂輪損耗并提高磨削效率。

目前的激光復合加工只能實現對工件的單方面夾持、單方向旋轉工件或異步復合(先激光加工后銑磨加工)，而且需要人工參與，達不到一個機構同時實現兩種功能，在對工件進行激光復合加工時不能達到最大限度的自動化，影響加工效率。難加工材料曲面構件廣泛應用于航空航天、國防軍工等領域，但其激光復合加工方式存在無法同步復合、自動化程度低、加工質量不穩定、加工效率低等難題，嚴重制約了難加工材料曲面構件的高質高效加工，亟需提出解決方案。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供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，能夠實現復雜曲面的激光同步復合超聲加工，解決了傳統的單方向進給或者單方向旋轉加工的局限性。

本發明采用的技術手段如下：

一種適用于曲面構件的激光復合超聲輔助磨削加工單元，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。

進一步地，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。

進一步地，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。