一种大曲率曲面激光加工成型方法技术

本发明专利技术提供一种大曲率曲面激光加工成型方法，包括以下步骤：根据待加工刀具形状尺寸以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工程序,对激光加工路径进行模拟；将待加工刀具装夹到激光机床上的中心转台，并采用探针对待加工刀具进行定位；启动激光加工程序，通过激光振镜模块光学轴与机床机械运动轴间五轴联动的方式，进行刀具三维大曲率曲线一次激光加工成型。本发明专利技术提供的方法能够实现大曲率曲面的一次加工成型，避免了传统加工方式的拼接加工成型，极大简化大曲率曲面激光加工轨迹，能显著提高加工效率和加工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种大曲率曲面激光加工成型方法
本专利技术属于激光加工
，具体涉及一种大曲率曲面激光加工成型方法。
技术介绍
为满足航空航天、3C电子等关键领域对所用难加工材料的高效高质量加工需求，刀具型面趋于复杂，同时对刀具精度和质量的要求也越来越高。采用磨削、电火花加工等传统方法制造高性能刀具工艺及其复杂、加工效率低、制造成本大大提高，已经很难满足高性能刀具的制造需求。由于激光加工具有无接触、加工灵活、无材料选择性等特点，在制造复杂型面刀具具有极大的潜力。然而，目前国内外激光加工机床只能实现二维大曲率曲线的一次激光加工成型，而对于三维大曲率线只能通过小曲率曲线拼接激光成型的方法进行加工，造成了大曲率曲面激光加工的加工轨迹复杂、加工效率低且加工精度差的问题。
技术实现思路
为克服现有技术的不足导致的上述问题，本专利技术提供了一种大曲率曲面激光加工成型方法，用于复杂型面刀具大曲率曲面的高效高精度激光成型加工。该方法通过三维振镜光学轴和机械运动轴的五轴联动，实现大曲率曲线一次激光加工成型。本专利技术的技术方案为：一种大曲率曲面激光加工成型方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据待加工刀具形状尺寸以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工程序,对激光加工路径进行模拟；S2.将待加工刀具装夹到激光机床上的中心转台，并采用探针对待加工刀具进行定位；S3.启动激光加工程序，通过激光振镜模块光学轴与机床机械运动轴间五轴联动的方式，进行刀具三维大曲率曲线一次激光加工成型；<br>S4.根据步骤S1中的激光加工程序中的激光加工路径，重复步骤S3，进行刀具大曲率曲面激光加工，表面粗糙度Ra0.02-0.5μm，加工精度1-15μm；S5.根据刀具形状设计，重复步骤S3和S4，对刀具不同部位的大曲率曲面进行激光加工。进一步的，S1中所述激光为纳秒激光、皮秒激光或者飞秒激光中的任一种。进一步的，S1中所述刀具材料包括硬质合金刀具、陶瓷刀具、涂层刀具和超硬材料刀具中的任一种，但不限于此。进一步的，S2中所述激光机床具有五个机械运动轴，包括具有X、Y和Z直线轴，以及中心转台的A旋转轴和C旋转轴，X、Y和Z直线轴的移动范围分别为800，500和600mm，所述A旋转轴旋转角度范围为±140°,所述A旋转轴旋转角度范围为0-360°。进一步的，S3中所述振镜模块具有三维直线光学轴U、V、W，移动范围分别为50，50和15mm。进一步的，S3中所述的五轴联动中的五轴是由光学轴U、V、W中的任意2-3轴与机械运动轴X、Y、Z、A和C轴中的任意2-3轴组合形成的。进一步的，S3中所述的五轴联动需分别对光学轴联动和机械轴联动进行控制，并通过路径预设辅助，进行光学轴和机械轴的控制切换。进一步的，S3中所述的五轴联动需通过空间坐标矩阵迭加计算累积误差，控制光学轴与机械轴坐标系位于同一参考基准。本专利技术的主要创新点在于：1.采用激光振镜模块光学轴与机床机械运动轴间五轴联动的方式进行三维大曲率曲线的一次激光加工成型，其中五轴是由三维光学轴U、V、W中的任意2-3轴与机械运动轴X、Y、Z、A和C轴中的任意2-3轴组合形成的。2.可以实现激光振镜模块光学轴与机床机械运动轴间五轴联动，需要进行光学轴和机械轴的控制切换，并控制光学轴与机械轴坐标系位于同一参考基准。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种大曲率曲面激光加工成型方法，通过振镜光学轴和机械轴五轴联动控制的方式，实现三维大曲率曲线的一次激光加工成型，并按照曲面加工设计路径进行曲面激光加工，最终获得复杂型面刀具高精度大曲率曲面。本专利技术提供的方法能够实现大曲率曲面的一次加工成型，避免了传统加工方式的拼接加工成型，极大简化大曲率曲面激光加工轨迹，能显著提高加工效率和加工精度。附图说明图1为本专利技术的加工流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。实施例1一种大曲率曲面激光加工成型方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据待加工刀具形状尺寸以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工程序,对激光加工路径进行模拟；S2.将待加工刀具装夹到激光机床上的中心转台，并采用探针对待加工刀具进行定位；S3.启动激光加工程序，通过激光振镜模块光学轴与机床机械运动轴间五轴联动的方式，进行刀具三维大曲率曲线一次激光加工成型；S4.根据步骤S1中的激光加工程序中的激光加工路径，重复步骤S3，进行刀具大曲率曲面激光加工，表面粗糙度Ra0.4μm，加工精度13μm；S5.根据刀具形状设计，重复步骤S3和S4，对刀具不同部位的大曲率曲面进行激光加工。进一步的，S1中所述激光为皮秒激光。进一步的，S1中所述刀具材料为超硬材料刀具。进一步的，S2中所述激光机床具有五个机械运动轴，包括具有X、Y和Z直线轴，以及中心转台的A旋转轴和C旋转轴，X、Y和Z直线轴的移动范围分别为800，500和600mm，所述A旋转轴旋转角度范围为±140°,所述A旋转轴旋转角度范围为0-360°。进一步的，S3中所述振镜模块具有三维直线光学轴U、V、W，移动范围分别为50，50和15mm。进一步的，S3中所述的五轴联动中的五轴是由光学轴U、V轴与机械运动轴Z、A和C轴组合形成的。进一步的，S3中所述的五轴联动需分别对光学轴联动和机械轴联动进行控制，并通过路径预设辅助，进行光学轴和机械轴的控制切换。进一步的，S3中所述的五轴联动需通过空间坐标矩阵迭加计算累积误差，控制光学轴与机械轴坐标系位于同一参考基准。本专利技术提供的方法能够实现大曲率曲面的一次加工成型，避免了传统加工方式的拼接加工成型，极大简化大曲率曲面激光加工轨迹，能显著提高加工效率和加工精度。实施例2一种大曲率曲面激光加工成型方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据待加工刀具形状尺寸以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工程序,对激光加工路径进行模拟；S2.将待加工刀具装夹到激光机床上的中心转台，并采用探针对待加工刀具进行定位；S3.启动激光加工程序，通过激光振镜模块光学轴与机床机械运动轴间五轴联动的方式，进行刀具三维大曲率曲线一次激光加工成型；S4.根据步骤S1中的激光加工程序中的激光加工路径，重复步骤S3，进行刀具大曲率曲面激光加工，表面粗糙度Ra0.08μm，加工精度5μm；S5.根据刀具形状设计，重复步骤S3和S4，对刀具不同部位的大曲率曲面进行激光加工。进一步的，S1中所述激光为飞秒激光。进一步的，S1中所述刀具材料为涂层刀具。进一步的，S2中所述激光机床具有五个机械运动轴，包括具有X、Y和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大曲率曲面激光加工成型方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.根据待加工刀具形状尺寸以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工程序,对激光加工路径进行模拟；/nS2.将待加工刀具装夹到激光机床上的中心转台，并采用探针对待加工刀具进行定位；/nS3.启动激光加工程序，通过激光振镜模块光学轴与机床机械运动轴间五轴联动的方式，进行刀具三维大曲率曲线一次激光加工成型；/nS4.根据步骤S1中的激光加工程序中的激光加工路径，重复步骤S3，进行刀具大曲率曲面激光加工，表面粗糙度Ra0.02-0.5μm，加工精度1-15μm；/nS5.根据刀具形状设计，重复步骤S3和S4，对刀具不同部位的大曲率曲面进行激光加工。/n

【技术特征摘要】
1.一种大曲率曲面激光加工成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据待加工刀具形状尺寸以及最终刀具形貌和精度需求，编写激光加工程序,对激光加工路径进行模拟；
S2.将待加工刀具装夹到激光机床上的中心转台，并采用探针对待加工刀具进行定位；
S3.启动激光加工程序，通过激光振镜模块光学轴与机床机械运动轴间五轴联动的方式，进行刀具三维大曲率曲线一次激光加工成型；
S4.根据步骤S1中的激光加工程序中的激光加工路径，重复步骤S3，进行刀具大曲率曲面激光加工，表面粗糙度Ra0.02-0.5μm，加工精度1-15μm；
S5.根据刀具形状设计，重复步骤S3和S4，对刀具不同部位的大曲率曲面进行激光加工。


2.根据权利要求1所述的大曲率曲面激光加工成型方法，其特征在于，S1中所述激光为纳秒激光、皮秒激光或者飞秒激光中的任一种。


3.根据权利要求1所述的大曲率曲面激光加工成型方法，其特征在于，S1中所述刀具材料包括硬质合金刀具、陶瓷刀具、涂层刀具和超硬材料刀具中的任一种。


4.根据权利要求1所述的大曲率曲面激光加工成型方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成勇，林海生，胡小月，郑李娟，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44