本发明专利技术公开了一种曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置及方法，属于激光加工技术领域，包括：固定座；直线模组和安装在直线模组上的激光器；直线模组带动激光器沿Z轴方向上下移动；五轴联动机械运动平台，设置在固定座上，五轴联动机械运动平台上安装有夹具；五轴联动机械运动平台带动待加工的曲面零件五轴联动，以实现加工曲面零件的位姿调控；多轴运动控制器，设置在固定座上，并与五轴联动机械运动平台电连接；计算机，与多轴运动控制器、直线模组、激光器电连接。本发明专利技术通过五轴联动可实现对激光加工位置和曲面工件姿态的精确控制，保证加工过程中激光焦点始终位于工件表面，保证激光束始终垂直于工件，可以有效保证加工质量。量。量。
【技术实现步骤摘要】
一种曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置及方法
[0001]本专利技术属于激光加工
，具体涉及一种曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置及方法。
技术介绍
[0002]微织构主要是指能具有一定几何尺寸和排列方式的微小结构阵列，如凹坑、沟槽等，其尺寸保持在微纳米尺度，一般不超过250μm。表面微织构具有许多优异的功能，如超疏水、陷光、减阻减摩，防伪，降噪等，被广泛应用于物理、光学、生物等多个领域。特别是对于曲面微结构，有很多需求，如光机电产品导光系统中的曲面微透镜阵列可以提高光能利用率，飞机机身的微结构表面可以减小飞行阻力、减少冰霜附着、提高隐身性能，发动机叶轮叶片上布置微织构减小流体阻力以及具有自清洁效应的微结构曲面等等。在多种微结构制备方法中，激光加工由于其具有的高效率、高精度、低材料选择性等性质成为微结构加工的一项重要手段。激光烧蚀加工是使用高能激光脉冲束来实现微米级表面纹理，经聚焦后作用于工件表面，材料吸收后，表面温度会迅速上升。当温度上升到接近于材料的蒸发温度时，被激光照射的表面部分开始气化去除，达到烧蚀加工的目的。
[0003]在以往的研究中，激光主要在平面上加工表面功能化结构，对曲面甚至复杂曲面为载体的表面功能化结构进行激光加工时存在着一些问题。这是由于工件进行激光加工时，激光束经过聚焦作用于工件表面，焦距恒定，而且为了保证加工质量，加工时应尽量保证激光束垂直入射到工件表面。但在现实生产和生活中，大量构件以曲面形式存在，若激光直接加工曲面物体，会造成标刻深度，宽度不一，严重影响了烧蚀质量，没有发挥激光加工的优势。
技术实现思路
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案：
[0005]一种曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置，包括:
[0006]固定座，用于固定支撑；
[0007]直线模组和安装在所述直线模组上的激光器，所述直线模组固定连接在所述固定座上；所述直线模组带动所述激光器沿Z轴方向上下移动；
[0008]五轴联动机械运动平台，设置在所述固定座上，所述五轴联动机械运动平台上安装有夹具，所述夹具用于固定待加工的曲面零件；所述五轴联动机械运动平台带动所述待加工的曲面零件五轴联动，以实现加工曲面零件的位姿调控；
[0009]多轴运动控制器，设置在所述固定座上，并与所述五轴联动机械运动平台电连接，所述多轴运动控制器用于控制所述五轴联动机械运动平台的多轴联动运动；
[0010]计算机，与所述多轴运动控制器、所述直线模组、所述激光器电连接，用于所述多轴运动控制器、所述直线模组以及所述激光器的加工参数设置。
[0011]进一步地，所述五轴联动机械运动平台包括直线移动平台和旋转台，所述直线移
动平台包括XY轴移动平台和Z轴移动平台，所述旋转台包括A轴旋转台和C轴旋转台；所述XY轴移动平台安装在所述固定座上，能够相对所述固定座沿X轴和/或Y轴方向移动；所述Z轴移动平台安装在在所述XY轴移动平台上，能够相对所述XY轴移动平台沿Z轴方向移动；所述A轴旋转台转动安装在所述Z轴移动平台上，所述C轴旋转台转动安装在所述A轴旋转台上。
[0012]进一步地，所述直线模组包括垂直安装在所述固定座上的滑台，所述滑台包括滑台基座和滑块，所述滑台基座和滑块中的一个设置有滑道，所述滑台基座和滑块中的另一个设置滑槽，所述滑道与所述滑槽滑动配合；所述滑台基座上设置有驱动装置；所述驱动装置与所述滑块配合，驱动所述滑块相对所述滑台基座沿Z轴方向上下移动；所述激光器安装所述滑块上。
[0013]进一步地，所述驱动装置包括驱动电机和驱动丝杠，所述驱动电机固定连接在所述滑台基座上，所述驱动电机的驱动端与所述驱动丝杠通过联轴器固定连接；所述滑块内具有内螺纹，所述驱动丝杠与所述滑块的内螺纹配合。
[0014]进一步地，所述激光器的激光头轴线与安装在所述五轴联动机械运动平台上的夹具中心轴线重合。
[0015]一种曲面工件表面微织构激光烧蚀加工方法，使用上述任一项所述的曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置，该方法包括以下步骤：
[0016]S10：利用计算机完成多轴运动控制器以及激光器所需加工参数的设置；
[0017]S20：调焦，调整直线模组中滑台的初始位置，带动所述激光器沿Z轴上下移动；打开所述激光器射出激光，使激光光束聚焦的光斑定位至曲面工件表面；
[0018]S30：利用CAM软件生成NC代码；
[0019]S40：将步骤S30中生成的所述NC代码中有关控制五轴联动机械运动平台的运动部分截取，保存到计算机中，形成用于多轴运动控制器控制五轴联动机械运动平台运动的命令；
[0020]S50：开启所述激光器让激光射出，然后使用步骤S40中形成的所述多轴运动控制器控制所述五轴联动机械运动平台运动的命令来控制所述五轴联动机械运动平台运动，以实现曲面工件上所要求的加工轨迹的激光烧蚀；
[0021]S60：关闭激光器，控制五轴运动平台回到初始位置。
[0022]进一步地，步骤S30中利用CAM软件生成NC代码的方法为：
[0023]将待加工的二维图形等弧长投影到所述曲面工件的相应位置，在CAM软件中构建与所述五轴联动机械运动平台结构相同的机床，将所述激光光束看作铣刀，并设定所述铣刀时刻垂直于所述曲面工件进行加工，使用CAM软件中的CAM加工仿真功能仿真所述曲面工件上的加工轨迹，输出五轴联动的NC代码。
[0024]有益效果：
[0025]1、精度高，加工质量好；本专利技术将待加工的曲面零件通过夹具固定在精密五轴联动机械运动平台上，通过五轴联动可实现对激光加工位置和曲面工件姿态的精确控制，保证加工过程中激光焦点始终位于工件表面，保证激光束始终垂直于工件，可以有效保证加工质量。
[0026]2、灵活程度高，可控性好；本专利技术利用等弧长投影技术将待加工图形映射到曲面构件上，来实现加工路径的等间距控制，能够保证激光能流密度和激光照射角度等参数的
高度一致性，适用于任意形状、任意曲率工件，只需选用合适夹具将工件夹持在五轴联动机械运动平台上，可以根据实际需要更改加工纹理图案，灵活度高。
[0027]3、结构简单，成本低，效率高；本专利技术装置结构简单，易拆卸，操作简单方便，一次性完成整个工件表面的激光烧蚀加工，效率高，避免了分片加工和断续加工导致的加工表面不连续的问题。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置结构示意图；
[0029]图2是五轴联动机械运动平台的立体结构示意图；
[0030]其中，1、计算机；2、多轴运动控制器；3、固定座；4、五轴联动机械运动平台；401、XY轴移动平台；402、C轴旋转台；403、A轴旋转台；404、Z轴移动平台；5、夹具；6、不锈钢球；7、激光器；8、直线模组。
具体实施方式
[0031]实施例1
[0032]本实施例以在不锈钢球上进行曲面微织构激光烧蚀加工为例。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置，其特征在于，包括:固定座，用于固定支撑；直线模组和安装在所述直线模组上的激光器，所述直线模组固定连接在所述固定座上；所述直线模组带动所述激光器沿Z轴方向上下移动；五轴联动机械运动平台，设置在所述固定座上，所述五轴联动机械运动平台上安装有夹具，所述夹具用于固定待加工的曲面零件；所述五轴联动机械运动平台带动所述待加工的曲面零件五轴联动，以实现加工曲面零件的位姿调控；多轴运动控制器，设置在所述固定座上，并与所述五轴联动机械运动平台电连接，所述多轴运动控制器用于控制所述五轴联动机械运动平台的多轴联动运动；计算机，与所述多轴运动控制器、所述直线模组、所述激光器电连接，用于所述多轴运动控制器、所述直线模组以及所述激光器的加工参数设置。2.根据权利要求1所述的曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置，其特征在于，所述五轴联动机械运动平台包括直线移动平台和旋转台，所述直线移动平台包括XY轴移动平台和Z轴移动平台，所述旋转台包括A轴旋转台和C轴旋转台；所述XY轴移动平台安装在所述固定座上，能够相对所述固定座沿X轴和/或Y轴方向移动；所述Z轴移动平台安装在在所述XY轴移动平台上，能够相对所述XY轴移动平台沿Z轴方向移动；所述A轴旋转台转动安装在所述Z轴移动平台上，所述C轴旋转台转动安装在所述A轴旋转台上。3.根据权利要求1所述的曲面工件表面微织构激光烧蚀加工装置，其特征在于，所述直线模组包括垂直安装在所述固定座上的滑台，所述滑台包括滑台基座和滑块，所述滑台基座和滑块中的一个设置有滑道，所述滑台基座和滑块中的另一个设置滑槽，所述滑道与所述滑槽滑动配合；所述滑台基座上设置有驱动装置；所述驱动装置与所述滑块配合，驱动所述滑块相对所述滑台基座沿Z轴方向上下移动；所述激光器安装所述滑块上。4.根据权利要求3所述的曲面工件表面微织构激光烧蚀加...
【专利技术属性】
技术研发人员：张俊杰，李鹤，王晓慧，孙涛，
申请(专利权)人：南京精泰克工业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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