超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置及方法制造方法及图纸

超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置及方法，属于特种加工技术领域，包括支撑单元、三轴移动单元、超声振动单元以及激光调控单元。本发明专利技术具备磨具修整与加工一体、可克服材料加工性差异、提升精密磨削质量与效率的精密特种加工模块，满足精密微小零部件的高效、高质量精密磨削加工，提升微小零部件特种环境使役寿命。

【技术实现步骤摘要】
超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置及方法
本专利技术属于特种加工
，特别是涉及一种超声振动辅助激光调控软-硬化磨削与磨具在线修整方法及装置。
技术介绍
材料磨削去除方式在微小零件精密超精密制造领域具有广泛应用。由于磨削加工去除量小，加工精度高，往往对已加工表面的硬化层、残余应力分布，表面光洁度等具有更高的要求。常规磨削常使用超硬磨料砂轮进行材料去除，在加工较软材料时，会产生工件材料粘连、工件烧伤、沙粒堵塞等严重问题；在磨削较硬材料时，则会产生沙粒脱落、打滑、砂轮磨损失形等问题。同时，常规磨削后的已加工表面会产生微裂纹、差异化残余应力，这降低了微小零件的机械强度，削弱了其正常的使用性能。目前，已有人提出改进的精密磨削技术，如超声振动辅助磨削技术CN201910839167.X，电解磨削(CN201510129919.5)等；也有人提出利用激光对磨削工具进行在线修整(CN202011338666.X)以及磨削工具电解修锐的方案(CN201810266123.8)，但是依然存在修整/加工工序长、加工效率低、材料针对面窄等问题，已加工的精密微小零件难以满足特殊环境下的苛刻使用要求。因此，现有技术中亟需一种新的技术方案来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置及方法，利用双输出激光辅助磨削与材料调控方法，解决了精密磨削-磨具修整同步与工件物理性质不同导致的加工性差异问题，极大程度上提高了加工质量与精密零件生产率。超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置，其特征是：包括支撑单元、三轴移动单元、超声振动单元以及激光调控单元，所述支撑单元包括支架、大理石平台、减震气垫以及大理石龙门，所述大理石平台设置在支架上；所述减震气垫设置在大理石平台与支架之间；所述大理石龙门设置在大理石平台上，截面与大理石平台垂直；所述三轴移动单元包括X轴滑台、Y轴滑台以及Z轴滑台，所述X轴滑台与Y轴滑台在水平面内相互垂直设置在大理石平台上，所述X轴滑台上设置有转台，所述转台上设置有夹具；所述Z轴滑台设置在大理石龙门的侧面；所述超声振动单元包括超声振动主轴，所述超声振动主轴通过主轴夹具设置在Z轴滑台上；所述激光调控单元包括激光调控模块，所述激光调控模块通过连接弯板设置在主轴夹具的下部。所述激光调控模块包括模块底板、调整架、激光器、偏振电机、第二聚光镜、第三聚光镜、安装架以及外壳，所述安装架设置在模块底板上，外部设置有外壳，外壳内部设置有半反半透镜、第一反光镜以及第一聚光镜，所述第一聚光镜通过第一聚光镜座安装在模块底板上；所述半反半透镜通过半反半透镜座安装在模块底板上；所述第一反射镜通过第一反射镜座安装在模块底板上；所述第一聚光镜、半反半透镜以及第一反射镜同光轴；所述激光器通过安装孔设置在安装架上；所述调整架设置在安装架的下部，调整架上设置有调整旋钮Ⅰ和调整旋钮Ⅱ；所述调整架内部设置有第三反射镜、第二反射镜、第二聚光镜以及第三聚光镜，所述第二反射镜通过反射镜轴设置在调整架内，并通过调整旋钮Ⅰ调整镜片方向；所述第二聚光镜和第三聚光镜将光束汇聚在磨具与工件上；所述偏振电机通过法兰和安装孔设置在安装架上，且偏振电机轴与调整架固定连接。所述安装架与调整架之间设置有第一光阑和第二光阑，且第一光阑通过调整旋钮Ⅱ调整光通量。超声振动辅助激光调控磨削与在线修整方法，其特征是：应用所述的超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，步骤一、将激光调控单元安装在数控加工机床主轴夹具的下部，打开激光器预览功能，通过旋转调整旋钮Ⅱ调整第二反射镜转角，保证穿过第二聚光镜的光束作用在磨具外表面，随后通过改变激光器总输出和第二光阑，调整两路激光输出功率大小；步骤二、根据待加工工件轴向深度，调整偏振电机摆动角度与频率，保证经由第二反射镜的光束上下扫过磨具的加工区域；步骤三、输入数控程序，超声振动主轴转动，开始加工，激光器随之打开；偏振电机开始工作，经过第三聚光镜和第二聚光镜的激光束分别持续上下往复作用在待加工区域和磨棒外表面。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置及方法，具备磨具修整与加工一体、可克服材料加工性差异、提升精密磨削质量与效率的精密特种加工模块，满足精密微小零部件的高效、高质量精密磨削加工，提升微小零部件特种环境使役寿命。本专利技术的进一步有益效果在于：1、使用激光产生的高脉冲热量调控工件待加工区域的表面硬度，提高了各类典型软、硬材料的可磨削性能，同时拓宽了适用于超声振动辅助精密磨削加工的材料的范围。2、将超声振动微磨削技术与金属激光调控技术相结合，激光冲击会使待加工区域表层的晶粒细化，使磨削表面的残余应力均匀化，提高表面的机械性能，降低材料亚表面微裂纹的拓展，提高零件的使役寿命；超声振动辅助微磨削有助于降低加工纹理，提升已加工表面的光洁度，提升加工效率。3、将精密磨削过程与微型磨具的磨损修整集成化。刀具的超声振动结合激光冲击提高了磨具修整的效率与质量，提升了微型磨具的耐用性。磨削与修整同步，降低了磨削-修整-磨削多工序协调时间，大大提高了精密磨削效率；可拆卸、安装模块的设置丰富了常规加工机床的功能，提高了其对各类材料的加工性。4、单输入双输出设置提高了双路输出激光的协同性，提升了激光作用过程的稳定性与脉冲输出的一致性；振镜电机的设置增加了激光磨具修整作用面积，提升了单位时间内激光作用次数与强度。同时，上下扫动的激光光斑增加了激光器对材料调控的区域，均化了待加工区域材料的细化程度与硬度，提升了调控质量。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：图1为本专利技术超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置结构示意图。图2为本专利技术超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置激光调控单元结构示意图。图3为本专利技术超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置激光调控单元内部结构示意图。图4为本专利技术超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置激光调控单元光路示意图。图中1-X轴滑台、2-转台、3-Y轴滑台、4-夹具、5-工件、6-超声振动主轴、7-主轴夹具、8-Z轴滑台、9-大理石龙门、10-连接弯板、11-激光调控模块、12-大理石平台、13-减震气垫、14-支架、15-调整旋钮Ⅰ、16-第二聚光镜、17-第三聚光镜、18-调整架、19-外壳、20-安装架、21-模块底板、22-激光器、23-偏振电机、24-调整旋钮Ⅱ、25-第一反射镜、26-第一反射镜座、27-半反半透镜座、28-半反半透镜、29-第一聚光镜座、30-第一聚光镜、31-反射镜轴、32-第二反射镜、33-第三反射镜、34-第一光阑、35-第二光阑。具体实施方式超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置，如图1所示，包括支撑单元、三轴移动单元、超声振动单元以及激光调控单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置，其特征是：包括支撑单元、三轴移动单元、超声振动单元以及激光调控单元，/n所述支撑单元包括支架(14)、大理石平台(12)、减震气垫(13)以及大理石龙门(9)，所述大理石平台(12)设置在支架(14)上；所述减震气垫(13)设置在大理石平台(12)与支架(14)之间；所述大理石龙门(9)设置在大理石平台(12)上，截面与大理石平台(12)垂直；/n所述三轴移动单元包括X轴滑台(1)、Y轴滑台(3)以及Z轴滑台(8)，所述X轴滑台(1)与Y轴滑台(3)在水平面内相互垂直设置在大理石平台(12)上，所述X轴滑台(1)上设置有转台(2)，所述转台(2)上设置有夹具(4)；所述Z轴滑台(8)设置在大理石龙门(9)的侧面；/n所述超声振动单元包括超声振动主轴(6)，所述超声振动主轴(6)通过主轴夹具设置在Z轴滑台(8)上；/n所述激光调控单元包括激光调控模块(11)，所述激光调控模块(11)通过连接弯板(10)设置在主轴夹具(7)的下部。/n

【技术特征摘要】
1.超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置，其特征是：包括支撑单元、三轴移动单元、超声振动单元以及激光调控单元，
所述支撑单元包括支架(14)、大理石平台(12)、减震气垫(13)以及大理石龙门(9)，所述大理石平台(12)设置在支架(14)上；所述减震气垫(13)设置在大理石平台(12)与支架(14)之间；所述大理石龙门(9)设置在大理石平台(12)上，截面与大理石平台(12)垂直；
所述三轴移动单元包括X轴滑台(1)、Y轴滑台(3)以及Z轴滑台(8)，所述X轴滑台(1)与Y轴滑台(3)在水平面内相互垂直设置在大理石平台(12)上，所述X轴滑台(1)上设置有转台(2)，所述转台(2)上设置有夹具(4)；所述Z轴滑台(8)设置在大理石龙门(9)的侧面；
所述超声振动单元包括超声振动主轴(6)，所述超声振动主轴(6)通过主轴夹具设置在Z轴滑台(8)上；
所述激光调控单元包括激光调控模块(11)，所述激光调控模块(11)通过连接弯板(10)设置在主轴夹具(7)的下部。


2.根据权利要求1所述的超声振动辅助激光调控磨削与在线修整装置，其特征是：所述激光调控模块(11)包括模块底板(21)、调整架(18)、激光器(22)、偏振电机(23)、第二聚光镜(16)、第三聚光镜(17)、安装架(20)以及外壳(19)，
所述安装架(20)设置在模块底板(21)上，外部设置有外壳(19)，外壳(19)内部设置有半反半透镜(28)、第一反光镜(25)以及第一聚光镜(30)，所述第一聚光镜(30)通过第一聚光镜座(29)安装在模块底板(21)上；所述半反半透镜(28)通过半反半透镜座(27)安装在模块底板(21)上；所述第一反射镜(25)通过第一反射镜座(26)安装在模块底板(21)上；所述第一聚光镜(30)、半反半透镜(28)以及第一反射镜(25)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈广俊，于化东，许金凯，廉中旭，王晶东，王佳琦，于占江，侯永刚，翟昌太，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22