一种激光-超声振动复合辅助切削加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光

【技术实现步骤摘要】
一种激光
‑
超声振动复合辅助切削加工装置


[0001]本专利技术涉及机械加工
，特别是一种激光
‑
超声振动复合辅助切削加 工装置。

技术介绍

[0002]超声振动辅助加工是一种非传统的加工方法，它使用换能器(压电陶瓷) 将高频电能转换为高频机械振动能，在加工刀具上施加一定频率的微米级振幅， 以实现刀具与工件的相对位置周期性地改变，不仅可以实现切削力的减低，还 可以改善零件表面粗糙度，延长刀具寿命和有效抑制再生颤振。激光辅助加工 技术通过局部加热工件表面以软化材料来降低切削力、表面粗糙度和刀具磨损， 从而改善难加工材料的加工特性。
[0003]激光
‑
超声复合加工是一种新型混合加工技术，高功率激光束聚焦在刀尖前 的工件表面上，局部表面在短时间内被加热到高温，软化了工件材料。同时从 喷嘴向激光照射区域输送氧气，发生氧化反应，形成疏松多孔的氧化层。然后 刀具在切向方向和径向方向上以相同的频率施加超声波振动，实现了超声椭圆 振动切削，避免了刀具后刀面与已加工工件表面之间的长时间摩擦，并且减少 了刀具的破损及其对工件表面质量的负面影响。
[0004]超声振动时要求小振幅，易导致加工效率低，对于硬脆性材料，刀具与工 件的微观冲击作用致使刀具产生崩刃破坏；激光辅助切削技术通过激光加热软 化材料，增大临界塑性
‑
脆性转变深度，提高材料去除率。但是连续的较大的激 光加热易造成工件表面亚表面损伤导致表面完整性降低；因此，急需一种既能 实现间歇式切削，也能激光辅助加工硬脆性材料且能够保证工件表面质量的加 工装置来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提出一种激光
‑
超声振动复合辅助切削加工装置， 该装置可解决
技术介绍
中提到的问题，适用于工程陶瓷、复合材料等脆性、高 硬度材料的加工。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种激光
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超声振动复合辅助切削加工装置，包括激光发射装置、超声车削 系统和机床本体，其中，机床本体包括用于夹持工件并驱动工件的主轴驱动组 件和给进组件，所述超声车削系统和激光发射装置安装在给进组件上，所述超 声车削系统和激光发射装置可同步给进动作，以在超声车削系统对工件超声切 削加工的同时对工件进行激光加工。
[0008]作为优选的，所述激光发射装置包括脉冲激光器、聚焦镜、氧气导管和夹 持转动机构，夹持转动机构安装在给进组件上，所述脉冲激光器、聚焦镜和氧 气导管均安装在夹持转动机构的转动端，所述聚焦镜安装在脉冲激光器发射端 的前方以对脉冲激光器发出的光线聚焦，所述氧气导管的出氧端与所述聚焦镜 的出射端相邻。
[0009]作为优选的，所述夹持转动机构包括手动旋转位移台、安装板一、手动线 性位移台和安装板二，其中手动旋转位移台的底部安装在给进组件上，手动旋 转位移台的转动端可水平转动，安装板一固定安装在手动旋转位移台的顶部转 动端，所述手动线性位移台的
底座安装在安装板一的顶面，所述安装板二安装 在手动线性位移台的滑动端，所述脉冲激光器、聚焦镜和氧气导管均安装在安 装板二上。
[0010]作为优选的，所述安装板二上设有燕尾槽导轨，该燕尾槽导轨水平设置， 且手动线性位移台移动端的移动方向为立体三维移动，所述脉冲激光器和聚焦 镜均通过燕尾槽导轨滑块可滑动的安装在燕尾槽导轨上。
[0011]作为优选的，所述燕尾槽导轨滑块上设有接杆支架，接杆支架垂直于安装 板二，所述脉冲激光器和聚焦镜连接接杆，接杆可转动并定位的插装在接杆支 架内，所述脉冲激光器和聚焦镜的转动轴线垂直于安装板二。
[0012]作为优选的，所述安装板二上设有接杆支架，接杆支架垂直于安装板二， 所述氧气导管连接接杆，接杆可转动并定位的插装在接杆支架内，所述氧气导 管的转动轴线垂直于安装板二。
[0013]作为优选的，所述脉冲激光器、聚焦镜和氧气导管的外部均设有夹持机构， 该夹持机构上设有直线开设的凹槽，所述脉冲激光器、聚焦镜和氧气导管均可 在凹槽内沿凹槽延伸方向窜动并定位。
[0014]作为优选的，所述给进组件包括XZ轴移动导轨，所述激光发射装置和超声 车削系统均安装在XZ轴移动导轨上，该XZ轴移动导轨可带动激光发射装置和 超声车削系统沿工件转动中心方向移动以及垂直于工件转动中心方向移动。
[0015]作为优选的，所述机床本体侧面还具有用于监测工件加工状态的高速相机 和红外热像仪。
[0016]作为优选的，所述超声车削系统包括法兰转台、保护壳、压电换能器、超 声变幅杆和金刚石刀具，其中法兰转台通过平台式的测力计安装在给进组件上， 所述保护壳安装在法兰转台的升降端，所述压电换能器置于保护壳内，所述超 声变幅杆尾端安装在压电换能器的输出端，金刚石刀具安装在超声变幅杆的前 端，且超声变幅杆靠近前端的位置开设有圆弧凹槽，该圆弧凹槽的曲率半径为 5mm，所述圆弧凹槽使得超声变幅杆中的纵向振动的波会在圆弧凹槽处分解，分 为纵向振动和弯曲振动，在金刚石刀具处形成复合椭圆超声振动，以此将金刚 石刀具的切削方式从连续切削转化为间歇式切削。
[0017]使用本专利技术的有益效果是：
[0018]1、本专利技术设计的超声振动切削是在切削过程中给刀具施加一种超声频率的 振动作用而改善切削性能的切削加工方法。超声振动辅助切削加工技术可以有 效地降低切削力。分离特性有助于切屑顺利排出，使得刀具的使用寿命延长， 刀具与工件是不连续的接触,加工时切削刃具有一段散热的时间，使得切削过程 中的切削温度有所下降并可保持到室温。同时加工过程中的毛刺得到有效抑制， 工件的加工精度有所提高。基于上述优势使得利用普通刀具来完成硬脆材料的 高效、高质量加工成为可能。此外，超声振动切削具有可以减少或消除机器本 身的自激振动、抑制刀具表面附着物的形成、加工脆性材料不会产生脆性裂纹 等优点。
[0019]2、本专利技术将激光加热技术与超声振动辅助切削技术相结合,实现激光
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超声 复合辅助切削加工。该过程中，激光辐射的热量首先对待加工处的材料进行软 化，使硬脆材料实现脆性向塑性的转变，使得切削过程更加的顺畅，同时向激 光照射区域通入氧气，使工件表面形成疏松多孔的氧化层，避免材料在待加工 处的脆性裂变。在不影响加热软化的前
提下，通过超声振动切削技术进一步改 善硬脆材料的切削性能，达到降低刀具磨损、减小工件表面粗糙度、减轻边缘 碎裂的目的。
[0020]3、本专利技术通过在超声变幅杆上开设半径为5mm圆弧凹槽，使得超声变幅杆 中的纵向振动的波在圆弧凹槽处分解，分为纵向振动和弯曲振动，在金刚石刀 具处形成复合椭圆超声振动，以此将连续的切削方式转化为间歇式的切削。与 传统的连续切削加工相比,当刀具完成一处的加工后,椭圆振动使得刀具后刀面 远离已加工处，避免了在移动过程中后刀面与已加工表面的刮擦。
附图说明
[0021]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光
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超声振动复合辅助切削加工装置，其特征在于：包括激光发射装置、超声车削系统和机床本体，其中，机床本体包括用于夹持工件并驱动工件的主轴驱动组件和给进组件，所述超声车削系统和激光发射装置安装在给进组件上，所述超声车削系统和激光发射装置可同步给进动作，以在超声车削系统对工件超声切削加工的同时对工件进行激光加工。2.根据权利要求1所述的激光
‑
超声振动复合辅助切削加工装置，其特征在于：所述激光发射装置包括脉冲激光器、聚焦镜、氧气导管和夹持转动机构，夹持转动机构安装在给进组件上，所述脉冲激光器、聚焦镜和氧气导管均安装在夹持转动机构的转动端，所述聚焦镜安装在脉冲激光器发射端的前方以对脉冲激光器发出的光线聚焦，所述氧气导管的出氧端与所述聚焦镜的出射端相邻。3.根据权利要求2所述的激光
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超声振动复合辅助切削加工装置，其特征在于：所述夹持转动机构包括手动旋转位移台、安装板一、手动线性位移台和安装板二，其中手动旋转位移台的底部安装在给进组件上，手动旋转位移台的转动端可水平转动，安装板一固定安装在手动旋转位移台的顶部转动端，所述手动线性位移台的底座安装在安装板一的顶面，所述安装板二安装在手动线性位移台的滑动端，所述脉冲激光器、聚焦镜和氧气导管均安装在安装板二上。4.根据权利要求3所述的激光
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超声振动复合辅助切削加工装置，其特征在于：所述安装板二上设有燕尾槽导轨，该燕尾槽导轨水平设置，且手动线性位移台移动端的移动方向为立体三维移动，所述脉冲激光器和聚焦镜均通过燕尾槽导轨滑块可滑动的安装在燕尾槽导轨上。5.根据权利要求4所述的激光
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超声振动复合辅助切削加工装置，其特征在于：所述燕尾槽导轨滑块上设有接杆支架，接杆支架垂直于安装板二，所述脉冲激光器和聚焦镜连接接杆，接杆可转动并定位的插装在接杆支架内，所述脉冲激光器和聚焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：林洁琼，刘思洋，谷岩，周岩，赵慧博，徐梓苏，贾茹，吴爽，付兴豹，周伟东，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：