一种激光打孔辅助钻削装置及方法制造方法及图纸

一种激光打孔辅助钻削装置及方法，属于机械加工技术领域。所述激光打孔辅助钻削装置包括：连续激光发生系统，其发出的连续激光束穿过数控机床的钻头照射到工件表面；以及辅助安装系统，其将连续激光发生系统的连续激光聚焦头滑动安装于数控机床的主轴，并使连续激光聚焦头随着主轴旋转；所述激光打孔辅助钻削方法包括准备阶段、机床主轴带动连续激光聚焦头旋转、加工出底孔和加工孔的剩余部分四个步骤。所述激光打孔辅助钻削装置及方法具有更高的加工效率和更低的表面损伤，实现复合难加工材料的钻削加工，降低了成本。降低了成本。降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种激光打孔辅助钻削装置及方法


[0001]本专利技术涉及机械加工
，特别涉及一种激光打孔辅助钻削装置及方法。

技术介绍

[0002]激光辅助加工是加工航空难加工复合材料的有效手段之一，高功率激光束聚焦在切削刃下方的复合材料表面，作为高强度热源对材料进行加热，使激光作用区内材料融化或者气化继而蒸发，而形成孔洞的激光加工过程。这样钻头在切削材料时因材料的去除量变小，材料表面软化，大大减少切削热的产生，降低了切削力，减小钻头磨损，从而达到提高加工效率，提高表面质量的目的。
[0003]随着航空航天、国防工业、宇宙开发等高科技领域的飞速发展，对飞机和发动机的性能要求越来越高，尤其对零件的结构强度要求越来越复杂，而且材料的性能必须具有高强度、高硬度、高耐磨等特性，例如飞机蒙皮、导弹底座采用的CFRP为一种典型难加工复合材料。传统加工方法来加工CFRP这些难加工复合材料存在很多不足，在加工过程中由于轴向切削力过大，切削温度过高将导致在制孔过程中极易产生分层、毛刺、撕裂、孔壁凹陷、树脂烧蚀、微裂纹等多种形式与尺度的机械/热损伤。难加工复合材料构件中的制孔损伤越大，造成应力集中等现象越严重，导致其承载能力越低，且对钻头的磨损和使用寿命有很大影响，加工效率低，零件报废率高，制造成本大。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的难以实现对难加工复合材料进行高质量、高精度、效率快、成本低的加工等技术问题，本专利技术提供了一种激光打孔辅助钻削装置及方法，其具有更高的加工效率和更低的表面损伤，实现了CFRP等复合难加工材料的钻削加工，降低了成本。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种激光打孔辅助钻削装置，包括：
[0007]连续激光发生系统，其发出的连续激光束穿过数控机床的钻头照射到工件表面；以及
[0008]辅助安装系统，其将所述连续激光发生系统的连续激光聚焦头滑动安装于所述数控机床的主轴，并使所述连续激光聚焦头随着主轴旋转。
[0009]进一步的，所述连续激光发生系统包括所述连续激光聚焦头以及与所述连续激光聚焦头通过激光光纤连接的连续激光发生器，所述连续激光聚焦头发出的连续激光束与主轴轴线平行，并位于工件上方。
[0010]进一步的，所述辅助安装系统包括双向安装夹和调节滑动器，所述双向安装夹的一侧夹紧所述连续激光聚焦头，所述双向安装夹的另一侧滑动安装在调节滑动器上；所述调节滑动器滑动安装在主轴上。
[0011]进一步的，所述钻头采用内冷钻头，所述内冷钻头设置有两个内冷孔，其中，一个内冷孔用于连续激光束穿过，另一个内冷孔用于通惰性气体。
[0012]进一步的，所述激光打孔辅助钻削装置还包括测力仪，所述测力仪设置于机床主轴与钻头的连接处，用于采集钻头钻削工件过程中的钻削力和扭矩数据。
[0013]进一步的，所述激光打孔辅助钻削装置还包括红外热像仪，用于采集加工过程中孔的温度。
[0014]一种激光打孔辅助钻削方法，采用上述激光打孔辅助钻削装置加工孔，包括如下步骤：
[0015]S1、准备阶段，将工件通过夹具安装固定于数控机床工作台上；将钻头安装于机床主轴下方；将连续激光聚焦头通过辅助安装系统安装在数控机床主轴上，并调整连续激光聚焦头的位置，使连续激光聚焦头发出的连续激光束穿过钻头照射到工件表面；
[0016]S2、开启数控机床，设置数控机床加工参数，数控机床加工参数包括主轴转速和进给速度，机床主轴按照设定的主轴转速进行旋转，连续激光聚焦头随着机床主轴旋转；
[0017]S3、设置连续激光发生器的加工参数，连续激光发生器的加工参数包括激光功率和加工时间；打开连续激光发生器的光闸，连续激光束反复照射工件表面，加工出底孔，关闭光闸；
[0018]S4、加工出底孔后，钻头按照设定的进给速度进行钻削加工，完成孔的剩余部分的加工。
[0019]进一步的，所述步骤S3中，红外热像仪采集工件烧蚀加工过程中孔的温度，并将孔的温度实时传输到连续激光发生器中，连续激光发生器实时调整激光功率，使激光加工热影响区的直径小于待加工孔的直径。
[0020]进一步的，所述步骤S4中，红外热像仪采集工件钻头加工过程中孔的温度，并将孔的温度实时传输到数控机床控制器中，数控机床控制器根据孔的温度实时调整数控机床的加工参数，以防止工件变形；同时，测力仪采集钻头钻削工件过程中的钻削力和扭矩数据，并将钻削力和扭矩数据传输至数控机床控制器，数控机床控制器根据切削力和扭矩数据实时数控机床加工参数，防止钻头损坏。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0022]1)本专利技术通过连续激光加热，烧蚀工件表面加工出底孔，起到烧蚀打孔的作用，激光去除的工件材料为孔大小的60％，由钻头通过钻削去除剩下的40％，大大降低了钻头钻削过程所去除的材料，提高了加工效率，降低了成本，通过调整连续激光发生器的激光功率、光斑大小和照射时间起到控制激光打孔辅助钻削热影响区范围和打孔温度的作用，在钻削的过程中配合测力仪和红外热像仪，实时调整连续激光发生器的激光参数；
[0023]2)本专利技术通过内冷钻头内冷孔作为连续激光束通路使得底孔加工易于控制、效率高；
[0024]3)本专利技术比传统钻削加工的钻削力和扭矩更低，加工表面质量更好，加工效率更高，刀具磨损更小；
[0025]4)本专利技术为解决复合难加工材料的加工问题提供了一种新的手段，能够进行CFRP层合板等复合难加工材料结构件的孔加工，使CFRP层合板等复合难加工材料有更广泛的应用。
[0026]本专利技术的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例提供的一种激光打孔辅助钻削装置的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例提供的内冷钻头的结构示意图一；
[0029]图3是本专利技术实施例提供的内冷钻头的结构示意图二；
[0030]图4是本专利技术实施例提供的连续激光聚焦头与辅助安装系统的安装示意图；
[0031]图5是本专利技术实施例提供的工件的激光打孔辅助钻削孔的示意图。
[0032]说明书附图中的附图标记包括：
[0033]1‑
数控机床工作台，2
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工件，3
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测力仪，4
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内冷钻头，5
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主轴，6
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辅助安装系统，7
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连续激光发生器，8
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激光光纤，9
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连续激光聚焦头，10
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连续激光束，11
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红外热像仪，12
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夹具，13
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内冷孔。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光打孔辅助钻削装置，其特征在于，包括：连续激光发生系统，其发出的连续激光束穿过数控机床的钻头照射到工件表面；以及辅助安装系统，其将所述连续激光发生系统的连续激光聚焦头滑动安装于所述数控机床的主轴，并使所述连续激光聚焦头随着主轴旋转。2.根据权利要求1所述的一种激光打孔辅助钻削装置，其特征在于，所述连续激光发生系统包括所述连续激光聚焦头以及与所述连续激光聚焦头通过激光光纤连接的连续激光发生器，所述连续激光聚焦头发出的连续激光束与主轴轴线平行，并位于工件上方。3.根据权利要求1所述的一种激光打孔辅助钻削装置，其特征在于，所述辅助安装系统包括双向安装夹和调节滑动器，所述双向安装夹的一侧夹紧所述连续激光聚焦头，所述双向安装夹的另一侧滑动安装在调节滑动器上；所述调节滑动器滑动安装在主轴上。4.根据权利要求1所述的一种激光打孔辅助钻削装置，其特征在于，所述钻头采用内冷钻头，所述内冷钻头设置有两个内冷孔，其中，一个内冷孔用于连续激光束穿过，另一个内冷孔用于通惰性气体。5.根据权利要求1所述的一种激光打孔辅助钻削装置，其特征在于，还包括测力仪，所述测力仪设置于机床主轴与钻头的连接处，用于采集钻头钻削工件过程中的钻削力和扭矩数据。6.根据权利要求1所述的一种激光打孔辅助钻削装置，其特征在于，还包括红外热像仪，用于采集加工过程中孔的温度。7.一种激光打孔辅助钻削方法，采用权利要求1
‑
6任意一项所述的一种激光打孔辅助钻削装置加工孔，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔宪俊，党展鹏，王明海，王奔，郑耀辉，侯宁，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：