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专利号: 2019107018850
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 磨削;抛光
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置,其特征是:包括机床床身主体(1)、激光主轴装置(2)、激光控制系统(3)以及计算机控制系统(4),所述机床床身主体(1)包括大理石底座(11)、数控轴Y轴(12)、数控轴X轴(13)、数控轴Z轴(14)、C轴驱动电机(15)、C轴转台(16)、A轴转台(17)以及A轴驱动电机(18),所述大理石底座(11)包括底板和设置在底板两侧的侧板,所述数控轴Y轴(12)设置在大理石底座(11)两侧板的顶部;所述数控轴X轴(13)的两端分别设置在数控轴Y轴(12)的顶部;所述数控轴Z轴(14)设置在数控轴X轴(13)上;所述A轴转台(17)与A轴驱动电机(18)连接,设置在大理石底座(11)上;所述C轴转台(16)与C轴驱动电机(15)连接,设置在A轴转台(17)上;

所述激光主轴装置(2)包括光纤(21)、主轴固定架(22)、激光准直器(23)、聚焦镜片(24)、主轴伺服电机(25)、中空球形磨针(27)、四棱锥分束器(28)以及分束器固定架(29),激光主轴装置(2)通过主轴固定架(22)设置在数控轴Z轴(14)上;所述光纤(21)一端与激光准直器(23)连接,另一端与激光控制系统(3)连接;所述激光准直器(23)、聚焦镜片(24)以及主轴伺服电机(25)顺次固定设置在主轴固定架(22)上,所述中空球形磨针(27)通过弹簧夹头装夹在主轴伺服电机(25)上,中空球形磨针(27)磨针孔方向为磨针的法向方向,并且与磨针杆成10度夹角,四个磨针孔(203)相互为90度角等间距分布于中空球形磨针(27)下端;所述四棱锥分束器(28)通过分束器固定架(29)固定设置在中空球形磨针(27)内部中空位置中心处,四棱锥分束器(28)的顶角为10度;

所述激光控制系统(3)的激光器为IPG激光器;

所述计算机控制系统(4)设置有加工程序和控制系统程序,分别与激光控制系统(3)和机床床身主体(1)通过信号线连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置,其特征是:所述C轴转台(16)和A轴转台(17)均为精密旋转滑台,其中A轴为X轴旋转方向,C轴为Z轴旋转方向。

3.根据权利要求1所述的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置,其特征是:所述数控轴Y轴(12)、数控轴X轴(13)以及数控轴Z轴(14)均采用气浮静压导轨与直线电机的方式驱动。

4.一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工方法,其特征是:应用权利要求1所述的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置,包括以下步骤,且以下步骤顺次进行,步骤一、根据待加工工件(201)的材料属性,通过仿真软件进行温度场仿真,记录激光参数、主轴转速以及进给速度对工件热影响区的影响,根据记录的热影响区范围和磨削厚度选择激光功率、激光波长以及脉冲宽度,制定激光辅助磨削的切削参数以及走刀路线;

步骤二:将待磨削加工的工件(201)进行超声波清洗并烘干,然后安装固定到C轴转台(16)上,把中空球形磨针(27)装夹在主轴伺服电机(25)上,打开计算机控制系统(4)控制数控轴X轴(13)、数控轴Y轴(12)、数控轴Z轴(14)、C轴转台(16)及A轴转台(17)进行对刀,对刀完成后,通过激光控制系统(3)调节激光功率、激光波长以及脉冲宽度各项激光参数,利用聚焦镜片(24)调整焦距以完成对焦,将激光光斑聚焦在工件(201)表面待加工区域;

步骤三:打开计算机控制系统(4)中的加工程序,进行超精密激光辅助磨削加工;

步骤四:加工完成后,通过计算机控制系统(4)和激光控制系统(3)关闭激光器,关闭主轴伺服电机(25),数控轴X轴(13)、数控轴Y轴(12)、数控轴Z轴(14)、C轴转台(16)及A轴转台(17)归零;

至此,一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工方法完成。

5.根据权利要求4所述的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工方法,其特征是:所述工件(201)上待加工区域材料为硬质合金材料或陶瓷基复合材料。

6.根据权利要求4所述的一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工方法,其特征是:所述步骤二中光斑聚焦过程为,激光器发射出的激光束(26)通过光纤(21)传导到激光准直器(23)中,经激光准直器(23)扩束准直后,通过聚焦镜片(24)聚焦后进入中空球形磨针(27),再经四棱锥分束器(28)将激光束分为4束激光束同时偏转10度角,通过中空球形磨针(27)上面的四个磨针孔(203)将激光束连续的聚集在工件(201)上。