多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多激光多轴车削‑CNC铣削复合加工方法，其包括：利用至少一激光束对工件表层的难加工材料进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行空间姿态可调的多激光车削处理，或者，直接进行空间姿态可调的多激光车削处理；以及，利用CNC铣削方式对工件进行加工。本发明专利技术还公开了一种多激光多轴车削‑CNC铣削复合加工系统，其包括激光车削单元、CNC铣削单元和计算机控制单元等。藉由本发明专利技术可以针对硬脆性难加工材料、难切削材料以及其它极端性能材料，在多坐标加工设备上实现各类特征高性能工艺复合加工，尤其是实现回转体、台阶、凹槽、薄壁等的高精度数控加工，工件特征具有一般适应性和扩展性。

【技术实现步骤摘要】
多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法及系统
本专利技术涉及一种机械工件的加工方法，具体涉及一种多激光多轴车削-CNC(数控，ComputerNumericalControl)铣削复合加工方法及系统。
技术介绍
先进性、引领性、极端性能材料(如超硬、超脆、超软、复合材料、难切削材料等)在航空航天、空间探测等关键领域具有重大应用价值，在现代科技中的拓展领域应用前景十分广阔。然而目前对基于此类材料的工件(例如回转零部件)进行加工时，面临巨大挑战。以硬脆性材料威力，其硬度高，脆性大，所以在进行功能化结构特征加工时，加工几何精度和表面完整性难以保证，材料易损伤，加工效率低。具体表现为：常规机械/超声加工时，刀具磨损严重，存在毛刺，纤维易拔出，加工一致性差，且效率难以提高；传统车削加工时，若对质量要求较高，则加工效率便难以保证，而若要实现大材料去除率加工，又常以表面质量的损失为代价；细长类回转零部件加工易变形。如何实现前述先进性、引领性、极端性材料的精密功能化微细加工是业界亟需解决的重要难题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法及系统，从而克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例的一个方面提供了一种多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法，其包括：第一操作，包括：利用一个以上激光束至少对工件表层的难加工材料进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行可调控空间姿态的多激光车削，或者，利用一个以上激光束至少对工件表层的难加工材料直接进行可调控空间姿态的多激光车削处理；第二操作，包括：利用CNC铣削方式对工件进行加工；其中，所述第一操作、第二操作是同步进行或者分步进行的。所述的同步是指时间上实时并行。所述的分步是指时间上有先后。在一些实施方式中，所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法具体包括：在一三维坐标系中进行所述第一操作，且在进行所述第一操作的过程中执行下列动作中的至少一种：调节其中至少一个激光束经过相应光路系统后的焦点与工件的加工区域之间的距离；使其中至少一个激光束经过相应光路系统后的焦点与工件至少沿所述三维坐标系的Z轴相对运动，和/或，使其中至少一个激光束经过相应光路系统后的焦点绕所述三维坐标系的X轴或Y轴转动且控制转动角度，从而实现该至少一个激光束相对于工件的加工区域的离焦量和空间姿态控制。在一些实施方式中，所述第一操作包括：利用多束具有不同特性或相同特性的激光同步对工件的不同加工区域进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行可调控空间姿态的多激光车削处理，或者，利用多束具有不同特性或相同特性的激光同步对工件的不同加工区域直接进行可调控空间姿态的多激光车削处理；或者，利用具有不同特性或相同特性的激光分步对工件的同一加工区域进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行可调控空间姿态的多激光车削处理，或者，利用具有不同特性或相同特性的激光分步对工件的同一加工区域直接进行可调控空间姿态的多激光车削处理。在一些实施方式中，所述物理和/或化学改性包括：通过激光束产生的热效应和/或光-化学效应，使工件表层的难加工材料软化、熔融、气化或化学键断裂。在一些实施方式中，所述激光微细去除改形处理包括：通过脉冲(短脉冲、超短脉冲)激光实现工件表层的难加工材料的微细去除以改变形状，从而为正式加工提供有利辅助。在一些实施方式中，所述第二操作包括：利用计算机数字化控制方式使切削刀具对工件进行三轴联动加工。在一些实施方式中，所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法还包括：在执行所述第一操作和/或第二操作的过程中，使工件绕旋转轴线进行回转运动。在一些实施方式中，所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法还包括：交替重复第一操作及第二操作对工件进行加工，直至达到目标加工精度后终止加工。在一些实施方式中，所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法具体包括：1)对工件的加工区域内难加工材料的去除量进行判断，若去除量为微量，则进行步骤2)的操作，若去除量为大余量，则进行步骤3)的操作；2)执行第一操作，对工件的加工区域内的难加工材料进行车削，直至达到目标加工精度，终止加工；3)对工件的加工区域内的难加工材料进行可加工性判断，若可加工性为易加工，则进行步骤4)的操作，若可加工性为不易加工，则进行步骤5)的操作；4)执行第二操作，对工件的加工区域进行精加工，直至达到目标加工精度，终止加工；5)先执行第一操作，对工件的加工区域内的难加工材料进行物理和/或化学改性处理或激光微细去除改形处理，再执行第二操作，对工件的加工区域进行精加工，之后判断是否达到目标加工精度，若是则终止加工，若否，则进行下列的一种操作或多种操作，直至达到目标加工精度后终止加工：(i)执行第一操作，对工件的加工区域内的难加工材料进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行可调控空间姿态的多激光车削，或者，对工件的加工区域内的难加工材料直接进行可调控空间姿态的多激光车削处理；(ii)执行第二操作，对工件的加工区域进行精加工；(iii)重复步骤(i)或步骤(ii)或者交替重复步骤(i)及步骤(ii)。本专利技术实施例的另一个方面提供了一种多激光多轴车削-CNC铣削复合加工系统，该复合加工系统应用于前述的任一种复合加工方法之中，并且该复合加工系统包括：激光车削单元，包括一个以上激光器以及与所述激光器配合的光路系统末端或激光加工头，用于执行第一操作；CNC铣削单元，包括铣刀及与铣刀连接的铣削运动模块，用于执行第二操作；以及与所述激光车削单元及CNC铣削单元连接的计算机控制单元。在一些实施方式中，所述一个以上激光器对对应的光路系统末端或激光加工头能够在一三维坐标系中运动，使该一个以上激光器所发射的激光束经过相应光路系统后的焦点与工件至少沿所述三维坐标系的Z轴相对运动，和/或，使该一个以上激光器所发射的激光束经过相应光路系统后的焦点绕所述三维坐标系的X轴或Y轴转动。在一些实施方式中，所述激光器为多个。在一些实施方式中，在该复合加工系统工作时，工件被固定在一主轴上并能够绕主轴轴线旋转。在一些实施方式中，所述多激光车削单元还包括与所述激光器配合的在线监测装置，所述在线检测装置包括CCD视觉检测系统和位置定位装置中的任意一种或多种的组合，且不限于此。在一些实施方式中，所述CNC铣削单元还包括与所述铣削运动模块配合的在线检测装置，所述在线监测装置包括机器视觉检测装置、声音传感器、力反馈位置测量装置、激光位移传感器中的任意一种或多种的组合，且不限于此。与现有技术相比较，藉由本专利技术以上实施例所提供的技术方案，可以针对硬脆性难加工材料、难切削材料以及其它极端性能材料，在多坐标加工设备上实现各类特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法，其特征在于包括：/n第一操作，包括：利用一个以上激光束至少对工件表层的难加工材料进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行可调控空间姿态的多激光车削处理，或者，利用一个以上激光束至少对工件表层的难加工材料直接进行可调控空间姿态的多激光车削处理；/n第二操作，包括：利用CNC铣削方式对工件进行加工；/n其中，所述第一操作、第二操作是同步进行或者分步进行的。/n

【技术特征摘要】
1.一种多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法，其特征在于包括：
第一操作，包括：利用一个以上激光束至少对工件表层的难加工材料进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行可调控空间姿态的多激光车削处理，或者，利用一个以上激光束至少对工件表层的难加工材料直接进行可调控空间姿态的多激光车削处理；
第二操作，包括：利用CNC铣削方式对工件进行加工；
其中，所述第一操作、第二操作是同步进行或者分步进行的。


2.如权利要求1所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法，其特征在于具体包括：在一三维坐标系中进行所述第一操作，且在进行所述第一操作的过程中执行下列动作中的至少一种：
调节其中至少一个激光束经过相应光路系统后的焦点与工件的加工区域之间的距离；
使其中至少一个激光束经过相应光路系统后的焦点与工件至少沿所述三维坐标系的Z轴相对运动，和/或，使其中至少一个激光束经过相应光路系统后的焦点绕所述三维坐标系的X轴或Y轴转动且控制转动角度，从而实现该至少一个激光束相对于工件的加工区域的离焦量和空间姿态控制；优选的，还在该至少一个激光束已有运动形式的基础上附加振动辅助，以实现光束运动的动态特性，所述振动包括低频、中频或高频和/或超声振动；优选的，所述工件为可以旋转运动的回转体，所述Z轴为所述回转体的轴线，所述至少一个激光束经过相应光路系统后的焦点能够沿回转件轴线方向进行直线运动或者沿垂直于回转体轴线的方向进行直线移动，同时所述至少一个激光束经过相应光路系统后的焦点还被赋予两个转动自由度。


3.如权利要求1所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法，其特征在于，所述第一操作包括：
利用多束具有不同特性或相同特性的激光同步对工件的不同加工区域进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行可调控空间姿态的多激光车削处理，或者，利用多束具有不同特性或相同特性的激光同步对工件的不同加工区域直接进行可调控空间姿态的多激光车削处理；
或者，利用具有不同特性或相同特性的激光分步对工件的同一加工区域进行物理和/或化学改性和/或激光微细去除改形处理，然后进行可调控空间姿态的多激光车削处理，或者，利用具有不同特性或相同特性的激光分步对工件的同一加工区域直接进行可调控空间姿态的多激光车削处理。


4.如权利要求1、2或3所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法，其特征在于，所述物理和/或化学改性包括：通过激光束产生的热效应和/或光-化学效应，使工件表层的难加工材料软化、熔融、气化或化学键断裂；所述激光微细去除改形处理包括，通过脉冲激光实现工件表层的难加工材料的微细去除以改变形状。


5.如权利要求1所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法，其特征在于，所述第二操作包括：利用计算机数字化控制方式使切削刀具对工件进行三轴联动加工。


6.如权利要求1所述的多激光多轴车削-CNC铣削复合加工方法，其特征在于还包括：在执行所述第一操作和/或第二操作的过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓晓，李源，张文武，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33