[發(fā)明專利]激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工系統(tǒng)及加工方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210947278.4
• 申請日: 2022-08-05
• 公開（公告）號: CN115283996A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳曉曉;陳建博;張文武;李琳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: B23P23/00
• 分類號: B23P23/00;B23K26/00;B23K26/046;B23K26/08;B23K26/70;B24B41/04;B24B41/06;B24B55/00;B24B55/02;B24B55/06
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 趙世發(fā)

本發(fā)明公開了一種激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工系統(tǒng)及加工方法。所述激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工系統(tǒng)包括：磨拋單元、激光加工單元、切削液供給單元、振動發(fā)生單元、運動發(fā)生單元和控制單元，所述控制單元至少與所述磨拋單元的驅(qū)動裝置、激光加工單元的控制模塊、振動發(fā)生單元及運動發(fā)生單元連接，并至少用于調(diào)控所述磨拋單元的驅(qū)動裝置、激光加工單元、振動發(fā)生單元和運動發(fā)生單元的工作狀態(tài)。本發(fā)明實施例提供的一種激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工系統(tǒng)，工件可實現(xiàn)xy平面內(nèi)的運動，中空磨拋工具可實現(xiàn)z軸方向的運動；且內(nèi)同軸激光可實現(xiàn)獨立于中空磨拋工具的運動，可動態(tài)調(diào)節(jié)加工過程中的離焦量參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖激光、多頻段振動及磨削復(fù)合的加工方法，特別涉及一種激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工系統(tǒng)及加工方法，屬于多能量場復(fù)合制造、激光復(fù)合加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，硬脆材料機械加工、超聲加工、水射流加工等工藝，因存在接觸力，加工表面易產(chǎn)生表層/亞表層材料損傷，且大尺寸加工時，加工速率不能過大，加工周期長，存在刀具磨損等現(xiàn)象；同時，工件剛度、硬脆特性、輕量化、高效率加工之間存在一定的制約關(guān)系，通過合理調(diào)控振動/磨拋復(fù)合工藝參數(shù)，可實現(xiàn)高質(zhì)量的加工表面。硬脆材料常規(guī)激光加工屬于非接觸式加工，無切削力作用，且加工過程中可以實現(xiàn)宏觀機械運動與局部高速振鏡掃描的宏微結(jié)合高速加工，但激光加工材料熔化、重凝、氣化等之后，易在加工表面產(chǎn)生不規(guī)則的沉積物，且硬脆材料受熱，不均勻熱應(yīng)力易導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生，精度、表面質(zhì)量存在一定的工藝極限，加工精度與表面粗糙度難以達到常規(guī)精密、超精密加工的量級；同時，激光加工材料時，功率密度達到材料燒蝕閾值時，材料將被燒蝕去除。激光束經(jīng)透鏡聚焦后在束腰處功率密度最大，但軸向一定范圍內(nèi)功率密度變化極小，從而存在一定空間范圍的加工能量域，導(dǎo)致加工分辨率較低。因此，提高加工效率、加工質(zhì)量、加工精度，并保證質(zhì)效精度之間的協(xié)調(diào)可控，是促進硬脆材料精密加工的關(guān)鍵問題和技術(shù)需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工系統(tǒng)及加工方法，主要用于硬脆材料的高效高精高完整性加工，也可拓展至其他合金類、金屬類材料的精密加工，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實施例一方面提供了一種激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工系統(tǒng)，包括：

磨拋單元，包括中空磨拋工具，所述中空磨拋工具至少用于對工件進行磨拋加工，所述中空磨拋工具能夠繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，且能夠沿一三維坐標(biāo)系的z軸移動，所述z軸與中空磨拋工具的軸線平行；

激光加工單元，至少用于以激光對所述工件進行加工，所述激光從所述中空磨拋工具內(nèi)腔中通過，并與所述中空磨拋工具同軸設(shè)置，且所述激光能夠在所述中空磨拋工具用于與所述工件接觸的面上聚焦，以及，所述激光至少能夠沿所述z軸方向獨立于所述中空磨拋工具自由移動，以調(diào)節(jié)離焦量；

切削液供給單元，至少用于提供切削液以在所述工件的加工區(qū)域外圍形成穩(wěn)定動態(tài)液流，所述切削液流從所述中空磨拋工具內(nèi)腔中通過，并圍繞所述激光設(shè)置；

振動發(fā)生單元，至少用于驅(qū)使所述中空磨拋工具與工件中的至少一者發(fā)生振動；

運動發(fā)生單元，至少用于驅(qū)使所述中空磨拋工具與工件在所述三維坐標(biāo)系內(nèi)沿x軸和/或y軸相對運動；

控制單元，至少與所述磨拋單元的驅(qū)動裝置、激光加工單元的控制模塊、振動發(fā)生單元及運動發(fā)生單元連接，并至少用于調(diào)控所述磨拋單元的驅(qū)動裝置、激光加工單元、振動發(fā)生單元和運動發(fā)生單元的工作狀態(tài)。

本發(fā)明實施例的另一方面還提供了一種激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工方法，包括：

提供所述的激光與多頻段振動磨拋同軸復(fù)合加工系統(tǒng)；